1 prinsip dasar mesin dc

MESIN DC

1

Pendahuluan

Mesin DC (Direct Current) adalah suatu mesin yang merubah tenaga listrik ke dalam tenaga mekanik atau merupakan salah satu jenis mesin listrik, yang mengkonversi energi listrik arus searah menjadi energi mekanik

Ada dua macam mesin DC, yaitu: 1.Motor DCmengkoversi energi listrik arus searah menjadi energi mekanik2. Generator DCmengkoversi energi mekanik arus searah menjadi energi listrik.

2

Berdasarkan konstruksi Motor DC1. Stator2. Rotor, dan3. Air gap (celah udara)1.Stator merupakan bagian mesin yang statis, yang dapat berupa magnet permanen atau tidak permanen (kumparan).2.Rotor merupakan bagian mesin yang bergerak/berputar, berupa magnet tdk permanen (kumparan) dan terdapat lamel.3.Air gap (celah udara) merupakan celah antara stator dan rotor.

3

4

Kontruksi Motor DC

Keterangan:1. Jangkar 5. Sikat2. Kumparan Jangkar 6. Celah Udara (Air Gap)3. Magnet Permanen 7. Kumparan Stator4. Komutator (lamel) + dan - . Sumber tegangan DC

PRINSIP KERJA MOTOR DC

Pada motor DC, kumparan medan yang dialiri arus listrik akan menghasilkan medan magnet yang melingkupi kumparan jangkar dengan arah tertentu. Konverter energi baik energi listrik menjadi energi mekanik (motor) maupun sebaliknya dari energi mekanik menjadi energi listrik (generator) berlangsung melalui medium medan magnet.Medan magnet berfungsi sebagi tempat penyimpanan energi selain itu sebagai proses perubahan energi, dimana proses perubahan energi pada motor arus searah dapat digambarkan pada gambar di bawah:

5

kerja motor DC terjadi jika suatu lilitan jangkar dialiri arus listrik searah dengan arah i didalam kuat medan magnet B, maka akan terbangkit gaya F sebesar

F = B i l

Arah gaya ini ditentukan oleh aturan tangan kiri, dengan ibu jari, jari telunjuk, dan jari tengah saling tegak lurus menunjukan masing – masing arah F, B dan I. Persamaan di atas merupakan prinsip dari sebuah motor arus searah, dimana terjadi proses perubahan energi listrik (F). Bila jari-jari rotor adalah r, maka torsi yang akan dibangkitkan adalah

6

dimana : l = panjang penghantar r = jari – jari rotorB = Kuat medan magnet

Pada saat gaya F dibangkitkan, konduktor bergerak didalam medan magnet dan akan menimbulkan gaya gerak listrik (GGL) yang merupakan reaksi (lawan) terhadap tegangan penyebabnya. Agar proses konversi energi listrik menjadi energi mekanik (motor) dapat berlangsung, tegangan sumber harus lebih besar dari gaya gerak listrik lawan[1]. Torsi akan memutar rotor bila yang terbangkit telah memiliki torsi lawan dari motor dan beban.

7

Torsi

T = F.r = B.i.l.r

8

20 m/WbN.i.

B

t PTt I V Amp detik Volt T

: makadetik Volt 1 Wb 1

: karena

m Amp xm

Wbr l i

l

iNT

r l i BT

22

0

Sehingga;

P = Daya Motor (Watt)t = Waktu (detik)

Lanjutan Torsi

9

m)-(Nw p n

P 120T

:Jadi120

p nf sedangkan

1/f t

r

rr

dimana:P = Daya yang dibangkitkanp = Jumlah kutubnr = Kecepatan putar rotor

10

N.I.B

f0

= B A

(rpm)

E c

E

N p 2

120n

f N 2Ea

aar

m)-(N n

Ia Ea

p

120T

r

Jenis Motor DC

1. Motor arus searah penguat terpisah2. Motor arus searah dengan penguat

sendiri2.1 Motor Shunt2.2 Motor seri2.3 Motor Kompon

- Kompon Panjang - Kompon Pendek

11

1. Motor arus searah penguat terpisah

U = Ea + Ia Ra + IaRs

12

UUfRf

UfIf

Motor arus searah penguat terpisah, (arus penguat magnet diperoleh dari sumber arus searah di luar motor tersebut)

Pada motor penguat terpisah, kumparan medan dihubungkan dengan sumber sendiri dan terpisah dengan tegangan angker

Motor dc penguat terpisah merupakan salah satu dari jenis motor dc yang dapat menghasilkan daya dan kecepatan berubah-ubah karena fluks medan (Ф) yang dihasilkan pada kumparan medan, terletak secara terpisah dan mempunyai sumber pembangkit tersendiri berupa tegangan dc, sehingga motor dc penguat terpisah mempunyai fleksibilitas dalam pengontrolan

Pada prinsipnya menggunakan magnet permanen (Ф tetap), akan menghasilkan daya dan kecepatan tetap.

Daya dan kecepatan dapat diubah dengan mengatur tegangan pada jangkar akan tetapi terbatas. Hal ini berkaitan dg arus yang masuk pada lamel dan sikat.

13

Lanjutan Motor DC penguat terpisah

Pada kenyataannya terdapat dua hal yang dapat mempengaruhi nilai torsi (T) dan kecepatan (nr) dari motor dc jenis penguat terpisah, yaitu tegangan (Ea) dan fluks medan (Ф). Hal ini dapat dilihat persamaan di bawah:

14

Lanjutan Motor DC penguat terpisah

Ф = Volt detik = Weber

Ф = B A Weber

Ea = 2 N f (Volt)

m)-(N n

Ia Ea

p

120T

r

E c

E

N p 2

120n

maka ,120

pnff

f N 2Ea

aar

rr

konstanta c N p 2

120c

2. Motor arus searah dengan penguat sendiri

15

Motor arus searah dengan penguat sendiri, (arus penguat magnet diperoleh dari motor itu sendiri). Berdasarkan hubungan lilitan penguat magnet terhadap lilitan jangkar, motor arus searah dibedakan menjadi:

2. 1 Motor Shunt2.2 Motor Seri2.3 Motor Kompon* Kompon Panjang* Kompon Pendek

2. 1 Motor Shunt

16

Motor shunt mempunyai kecapatan hampir konstan. Pada tegangan jepit konstan, motor ini mempunyai putaran yang hampir konstan walaupun terjadi perubahan beban

shLa III sh

shsh R

VI

Pada motor penguat shunt, kumparan medan dihubungkan paralel dengan angker.

17

U = Ea + IaRa + IaRsk

Ea = U - IaRa - IaRsk

2.2 Motor seri

18

U = Ea + Ia Ra + If Rf + IsRSk

IL = If = Is = Ia

Besarnya Kecepatan dan Torsi seperti persamaan di atas

Merupakan motor arus searah yang mempunyai putaran kecepatan yang tidak konstan, jika beban tinggi maka putaran akan lambat.

Pada motor penguat seri, kumparan medan dihubungkan seri dengan angker

2.3 Kompon Motor kompon mempunyai sifat seperti motor seri dan shunt, tergantung lilitan mana yang dihubungkan (kumparan seri atau shunt)

Karena:

Ia = IBn = Isk

sehingga:

U = Ea + Ia Ra + Ia RBn + IaRsk

Ea = U - Ia Ra - Ia RBn - IaRsk19

shsh R

UI maka : IL = Ia + Ish

Ia = IL - Ish

* Kompon Panjang.

Pada motor kompon mempunyai dua buah kumparan medan dihubungkan seri dan paralel dengan angker. Bila motor seri diberi penguat shunt tambahan seperti gambar diatas disebut motor kompon shunt panjang

- Kompon Pendek

1. Jika terdapat Rugi2 pada sikat pers. diperoleh:

• Rseri = Rsk + Ra

20

ParalelBntotal

serish

serishParalel

RRRRR

R . RR

Sehingga:total

L R

UI

Motor kompon mempunyai dua buah kumparan medan dihubungkan seri dan paralel dengan angker. Bila motor shunt diberi tambahan penguat seri seperti gambar diatas disebut motor kompon shunt pendek

Lanjutan Kompon Panjang dg Rugi2

Tegangan pada RParalel diperoleh :

VParalel = IL . RParalel

21

aaa

seri

Paralela

I . RER

VI

Rsk = Rugi2 sikat (Ohm)

22

2. Jika tanpa Rugi2 pada sikat maka pers. diperoleh:

Sehingga:

totalL R

UI

ParalelBntotal

ash

ashParalel

RRRRR

R . RR

Tegangan pada RParalel diperoleh :

VParalel = IL . RParalel

aaa

seri

Paralela

I . RER

VI

Tenaga mekamik yang dihasilkan oleh jangkar (Pm)

• Pm = T watt

• Pm = T 2 nr watt

• Pm = Ea Ia watt

• T 2 nr = Ea Ia

23

mNw n 2

Ia EaT

r

dimana : 1 Nw = 0.101971 kg

volt a

p nz Ea r

• dimana :• Ea = Tegangan EMF (gaya gerak

litrik) Volt• U = Tegangan masukan (Volt)• Ia = Arus jangkar (Amper)• Ra = Tahanan jangkar (Ohm)• p = Jumlah kutub• = Flux per kutub (Weber/kutub)• z = jumlah penghantar• N = putaran (rpm)• a = Jumlah cabang• Rsh = Tahanan shunt (Ohm)• Ish = Arus shunt (Amper)• N = Jumlah lilitan• Rsk = Tahanan sikat (Ohm)• Isk = Arus sikat (Amper)

24

Konstruksi Motor DC

25

Kompon Panjang Kompon Pendek

26

TORSI

T = F rKerja yang dilakukan oleh F dalam 1

putaran = gaya x jarak = F x 2 joule

27

r

F

poros

jangkar N (rps)

Kerja yang dilakukan per detik (W)

28

N 2 r FW

N r 2 FP

r 2 FW

dimana:2 N = sudut , dalam lilitan radian per detik T = F r Jadi kerja yang dilakukan per detik = T joule