MOTOR DC

Pengertian Motor DC

Motor listrik merupakan perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik

menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya memutar

impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan,dll. Motor

listrik digunakan juga di rumah (mixer, bor listrik, fan angin) dan di industri. Motor

listrik kadangkala disebut “kuda kerja” nya industri sebab diperkirakan bahwa motor-

motor menggunakan sekitar 70% beban listrik total di industri.

Motor DC memerlukan suplai tegangan yang searah pada kumparan medan untuk

diubah menjadi energi mekanik. Kumparan medan pada motor dc disebut stator (bagian

yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar). Jika

terjadi putaran pada kumparan jangkar dalam pada medan magnet, maka akan timbul

tegangan (GGL) yang berubah-ubah arah pada setiap setengah putaran, sehingga

merupakan tegangan bolak-balik. Prinsip kerja dari arus searah adalah membalik phasa

tegangan dari gelombang yang mempunyai nilai positif dengan menggunakan komutator,

dengan demikian arus yang berbalik arah dengan kumparan jangkar yang berputar dalam

medan magnet. Bentuk motor paling sederhana memiliki kumparan satu lilitan yang bisa

berputar bebas di antara kutub-kutub magnet permanen.

Gambar 1. Motor D.C Sederhana

Catu tegangan dc dari baterai menuju ke lilitan melalui sikat yang menyentuh komutator,

dua segmen yang terhubung dengan dua ujung lilitan. Kumparan satu lilitan pada gambar

di atas disebut angker dinamo. Angker dinamo adalah sebutan untuk komponen yang

berputar di antara medan magnet.

Bagian-Bagian Mesin Arus Searah

Bagian-bagian penting pada suatu mesin arus searah dilukiskan pada gambar 1.

statornya memiliki kutub tonjol dan dikelilingi oleh satu atau lebih kumparan medan.

Gambar 1 Kumparan medan terbuat dari kawat tembaga yang dililitkan sedemikian rupa

dengan ukuran tertentu pada sebuah inti yang terbuat dari lembaran besi tuang atau baja

tuang.

Sedangkan kumparan jangkar (rotor) berbentuk seperti permata yang normalnya

bentangan kumparan adalah 180 0 listrik, yang berarti ketika sisi kumparan berada di

tengah suatu kutub, sisi lain berada di tengah kutub yang berbeda polaritasnya. Kumparan

yang membentang 180 0 listrik memiliki tegangan yang sama antar sisi-sisinya dan

berlawanan arah setiap waktu. Komutator terbuat dari batang tembaga yang dikeraskan,

yang diisolasi dengan bahan sejenis mika. Fungsi dari komutator ini adalah

mengumpulkan arus listrik induksi dari konduktor jangkar dan mengkonversikannya

menjadi arus searah melalui sikat. Sedangkas sikat terbuat dari karbon, grafit, lagam

grafit atau campuran karbon grafit yang dilengkapi dengan pegas penekan dan kotak

sikatnya. Besarnya tekanan pegas dapt diatur sesuai dengan keinginan. Permukaan sikat

ditekan ke permukaan segmen komutator untuk menyalurkan arus listrik. Karbon yang

ada diusahkan memiliki konduktivitas yang tinggi untuk mengurangi rugi-rugi listrik, dan

koefisien gesekan yang rendah untuk mengurangi keausan. PRINSIP KERJA MESIN

ARUS SEARAH Pada mesin arus searah (dc) ini tegangan ac yang dibangkitkan pada

masing-masing kumparan armatur yang berputar diubah menjadi dc pada ujung-ujung

armatur luar melalui sutu komutator berputar dan sikat diam yang menghubungkan

ujung-ujung kawat armatur/ kumparan jangkar. Efek dari penyebaran lilitan ke dalam

beberapa celah tampak pada gambar 2 di bawah ini,

Gambar 2 Jika terdapat selusin atau lebih segmen komutator tiap kutub, maka riaknya

menjadi sangat kecil. Dan tegangan yang dibangkitkan rata-rata dipandang dari sikat-

sikat akan sama dengan jumlah dari harga rata-rata tegangan kumparan yang disearahkan.

PERMASALAHAN KOMUTASI PADA MESIN ARUS SEARAH Komutasi adalah

proses pembalikan arah arus pada kumparan jangkar saat segmen komutator pada

kumparan terhubung melewati di bawah sikat. Sikat-sikat diletakkan sehingga

menghubung singkat kumparan jangkar ketika kumparan tidak memotong pada medan

magnet. Pada saat itu tidak ada aliran arus dan tidak ada bunga api pada sikat-sikat.

Bunga api pada sikat-sikat apabila dibiarkan akan menyebabkan kerusakan sikat dan

komutator. Arus yang mengalir pada kumparan jangkar menimbulkan gaya gerak magnet

yang kuat yang memotong dan digeserkan pada garis netral yang baru. Gambar 3 Pada

mesin dc apabila bebannya berfluktuasi, garis netral mondar-mandir antara posisi tanpa

beban dan beban penuh. Untuk generator kecil, sikat-sikatnya dipasang pada posisi

tengah untuk menghasilkan komutasi yang dapat diterima pada semua beban. Pada

generator yang lebih besar, dipasang interpole antar kutub medan utama untuk

mengurangi pengaruh reakasi jangkar. Medan magnet yang dibangkitkan oleh kutub

bantu dirancang untuk memperbaiki komutasi.

Gambar 4 MACAM – MACAM MESIN ARUS SEARAH A. Motor Arus Searah Motor

listrik menggunakan energi listrik dan energi magnet untuk menghasilkan energi

mekanis. Operasi motor tergantung pada interaksi dua magnet. Secara umum dikatakan

bahwa motor listrik bekerja dengan prinsip bahwa dua medan magnet dapat dibuat

berinteraksi untuk menghasilkan gerakan.

Gbr.5 Motor dc Jenis Seri Motor ini terdiri dari medan seri dibuat dari sedikit lilitan

kawat besar yang dihubungkan seri dengan jangkar. Jenis motor dc ini mempunyai

karakteristik torsi start dan kecepatan variable yang tinggi. Ini berarti bahwa motor dapat

start atau menggerakkan beban yang sangat berat, tetapi kecepatan akan bertambah kalau

beban turun. Motor dc seri dapat membangkitkan torsi starting yang besar karena arus

yang sama yang melewati jangkar juga melewati medan. Jadi, jika jangkar memerlukan

arus lebih banyak, arus ini juga melewati medan, menambah kekuatan medan. Oleh

karena itu, motor seri berputar cepat dengan beban ringan dan berputar lambat saat beban

ditambahkan.

Pada motor shunt, kumparan medan shunt dibuat dengan banyak lilitan kawat

kecil sehingga mempunyai tahanan yang tinggi. Motor shunt mempunyai rangkaian

jangkar dan medan yang dihubungkan parallel yang memberikan kekuatan medan dan

kecepatan motor yang sangat konstan. Kecepatan motor dapat dikontrol di atas kecepatan

dasar. Kecepatan motor akan menjadi berbanding terbalik dengan arus medan. Ini berarti

motor shunt berputar cepat dengan arus medan rendah dan berputar lambat pada saat arus

medan ditambah. Motor shunt dapat melaju pada kecepatan tinggi jika arus kumparan

medan hilang

Motor jenis ini menggunakan lilitan seri dan lilitan shunt, yang umumnya

digabung sehingga medan-medannya bertambah secara komulatif. Hubungan dua lilitan

ini menghasilkan karakteristik pada motor medan shunt dan motor medan seri. Kecepatan

motor tersebut bervariasi lebih sedikit dibandingkan motor shunt, tetapi tidak sebayak

motor seri. Motor dc jenis compound juga mempinyai torsi starting yang agak besar –

jauh lebih besar daripada motor jenis shunt, tapi lebih kecil dibandingkan jenis seri.

Keistimewaan gabungan ini membuat motor compound memberikan variasi penggunaan

yang luas.

Generator arus searah tidak banyak dipakai seperti dulu sebab arus searah dapat

dihasilkan oleh dioda penyearah solid-state. Dulu pabrik industri kadang-kadang

menggunakan perangkat motor generator untuk mengubah arus bolak-balik menjadi arus

searah. Pada aplikasi ini motor ac digunakan untuk menggerakkan generator dc. Arus

bolak-balik yang diberikan pada motor dan tegangan dc diperoleh dari generator.

Bentuk tegangan yang dibangkitkan pada loop masih bentuk tegangan gelombang

sinus ac, Komutator bertindak sebagai saklar mekanis atau penyearah untuk secara

otomatis mengubah tegangan ac yang dibangkitkan menjadi tegangan dc. Satu-satunya

perbedaan yang penting antara generator ac dan dc adalah penggunaan cincin-geser pada

generator ac dan komutator pada generator dc. Generator arus searah diklasifikasikan

menurut metode dimana arus diberikan pada kumparan medan. Yaitu generator yang

diberi penguatan terpisah dan generator dengan penguatan sendiri. Generator dc yang

mempunyai arus medan sendiri yang disuplai oleh sumber luar disebut dengan generator

dengan penguatan terpisah. Sumber luar tersebut kemungkinan baterai atau jenis suplay

dc yang lain dengan kecepatan konstan.

Generator dengan penguatan sendiri Untuk generator dengan penguatan sendiri

menggunakan sebagian arus yang dibangkitkan untuk memperkuat medan. Generator

dengan penguatan sendiri diklasifikasikan menurut metode dimana kumparan medan

dihubungkan. Generator dengan penguatan sendiri kemungkinan di seri, shunt, atau

compound. Pada generator yang dihubung seri fluks medannya diperoleh dari rangkaian

medan yang dihubungkan seri dengan kumparan jangkar generator tersebut. Generator

jenis ini memiliki tegangan yang tidak konstan, tergantung pada besarnya arus beban

yang ditarik. Karenanya generator jenis ini hanya digunakan untuk keperluan khusus,

misalnya untuk las listrik, dimana untuk aplikasi ini yang dipentingkan adalah pasokan

arus listrik yang besar.

Pada generator shunt, kumparan medan shunt dihubungkan paralel dengan

jangkar. Kumparan medan shunt terdiri dari banyak lilitan dengan kawat yang relatif

kecil. Reostart yang dihubungkan seri dengan kumparan medan digunakan untuk

mengubah arus medan, yang pada gilirannya mengontrol tegangan output generator. Saat

beban ditambahkan pada generator tegangan output akan turun.

Compound generator hampir sama dengan generator shunt, kecuali bahwa pada

compound generator mempunyai tambahan kumparan medan yang dihubungkan seri

dengan jangkar. Kumparan medan yang dihubung seri tesebut dipasang atau ditempatkan

pada kutub yang sama dengan kumparan medan shunt, dibuat dengan sedikit lilitan

dengan kawat yang besar, cukup besar untuk mengalirkan arus jangkar. Generator ini

dikembangkan untuk mencegah tegangan terminal generator dc dari penurunan akibat

penambahan beban.

Prinsip Dasar Cara Kerja

Jika arus lewat pada suatu konduktor, timbul medan magnet di sekitar konduktor.

Arah medan magnet ditentukan oleh arah aliran arus pada konduktor.

Gambar 2. Medan magnet yang membawa arus mengelilingi konduktor .

Aturan Genggaman Tangan Kanan bisa dipakai untuk menentukan arah garis fluks di

sekitar konduktor. Genggam konduktor dengan tangan kanan dengan jempol mengarah

pada arah aliran arus, maka jari-jari anda akan menunjukkan arah garis fluks. Gambar 3

menunjukkan medan magnet yang terbentuk di sekitar konduktor berubah arah karena

bentuk U.

Gambar 3. Medan magnet yang membawa arus mengelilingi konduktor.

Catatan :

Medan magnet hanya terjadi di sekitar sebuah konduktor jika ada arus mengalir pada

konduktor tersebut.

Pada motor listrik konduktor berbentuk U disebut angker dinamo.

Gambar 4. Medan magnet mengelilingi konduktor dan diantara kutub.

Jika konduktor berbentuk U (angker dinamo) diletakkan di antara kutub uatara dan

selatan yang kuat medan magnet konduktor akan berinteraksi dengan medan magnet

kutub. Lihat gambar 5.

Gambar 5. Reaksi garis fluks.

Lingkaran bertanda A dan B merupakan ujung konduktor yang dilengkungkan (looped

conductor). Arus mengalir masuk melalui ujung A dan keluar melalui ujung B.

Medan konduktor A yang searah jarum jam akan menambah medan pada kutub dan

menimbulkan medan yang kuat di bawah konduktor. Konduktor akan berusaha bergerak

ke atas untuk keluar dari medan kuat ini. Medan konduktor B yang berlawanan arah

jarum jam akan menambah medan pada kutub dan menimbulkan medan yang kuat di atas

konduktor. Konduktor akan berusaha untuk bergerak turun agar keluar dari medan yang

kuat tersebut. Gaya-gaya tersebut akan membuat angker dinamo berputar searah jarum

jam.

Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum :

Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya.

Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran / loop,

maka kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya

pada arah yang berlawanan.

Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar / torque untuk memutar kumparan.

Motor-motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk memberikan tenaga

putaran yang lebih seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh susunan

elektromagnetik yang disebut kumparan medan.

Pada motor dc, daerah kumparan medan yang dialiri arus listrik akan menghasilkan

medan magnet yang melingkupi kumparan jangkar dengan arah tertentu. Konversi dari

energi listrik menjadi energi mekanik (motor) maupun sebaliknya berlangsung melalui

medan magnet, dengan demikian medan magnet disini selain berfungsi sebagai tempat

untuk menyimpan energi, sekaligus sebagai tempat berlangsungnya proses perubahan

energi, daerah tersebut dapat dilihat pada gambar di bawah ini :

Gambar Prinsip kerja motor dc

Agar proses perubahan energi mekanik dapat berlangsung secara sempurna, maka

tegangan sumber harus lebih besar daripada tegangan gerak yang disebabkan reaksi

lawan. Dengan memberi arus pada kumparan jangkar yang dilindungi oleh medan maka

menimbulkan perputaran pada motor.

Dalam memahami sebuah motor, penting untuk mengerti apa yang dimaksud dengan

beban motor. Beban dalam hal ini mengacu kepada keluaran tenaga putar / torque sesuai

dengan kecepatan yang diperlukan. Beban umumnya dapat dikategorikan ke dalam tiga

kelompok :

Beban torque konstan adalah beban dimana permintaan keluaran energinya

bervariasi dengan kecepatan operasinya namun torquenya tidak bervariasi. Contoh

beban dengan torque konstan adalah corveyors, rotary kilns, dan pompa displacement

konstan.

Beban dengan variabel torque adalah beban dengan torque yang bervariasi

dengan kecepatn operasi. Contoh beban dengan variabel torque adalah pompa

sentrifugal dan fan (torque bervariasi sebagai kuadrat kecepatan).

Peralatan Energi Listrik : Motor Listrik.

Beban dengan energi konstan adalah beban dengan permintaan torque yang

berubah dan berbanding terbalik dengan kecepatan. Contoh untuk beban dengan daya

konstan adalah peralatan-peralatan mesin.

Prinsip Arah Putaran Motor

Untuk menentukan arah putaran motor digunakan kaedah Flamming tangan kiri.

Kutub-kutub magnet akan menghasilkan medan magnet dengan arah dari kutub utara ke

kutub selatan. Jika medan magnet memotong sebuah kawat penghantar yang dialiri arus

searah dengan empat jari, maka akan timbul gerak searah ibu jari. Gaya ini disebut gaya

Lorentz, yang besarnya sama dengan F.

Prinsip motor : aliran arus di dalam penghantar yang berada di dalam pengaruh

medan magnet akan menghasilkan gerakan. Besarnya gaya pada penghantar akan

bertambah besar jika arus yang melalui penghantar bertambah besar.

Contoh :

Sebuah motor DC mempunyai kerapatan medan magnet 0,8 T. Di bawah pengaruh

medan magnet terdapat 400 kawat penghantar dengan arus 10A. Jika panjang penghantar

seluruhnya 150 mm, tentukan gaya yang ada pada armature.

Jawab :

F = B.I.ℓ.z = 0,8 (Vs/m2). 10A. 0,15 m.400

= 480 (Vs.A/m)

= 480 (Ws/m) = 480 N.

Jenis-jenis Motor DC

Berdasarkan macamnya, Motor DC terdiri dari:

1. Motor DC Shunt. Motor DC jenis ini mempunyai ciri kumparan penguat

medan diparalel terhadap kumparan armatur. Kelebihan dari Motor DC jenis

ini yaitu tidak terlalu membutuhkan banyak ruangan karena diameter kawat

kecil. Sedangkan kelemahannya yaitu daya keluaran yang dihasilkan kecil

karena arus penguatnya kecil.

2. Motor DC Seri. Motor DC jenis ini mempunyai ciri kumparan penguat medan

diseri terhadap kumparan armatur. Kelebihan dari Motor DC jenis ini yaitu

daya output yang dihasilkan besar. Sedangkan kelemahannya yaitu arus beban

yang diminta sangatlah besar, sesuai dengan beban yang dipikulnya, jika

tegangan inputnya tidak stabil maka flux magnit yang dihasilkan oleh

kumparan seri tidak stabil pula, sehingga daya output yang dihasilkan tidak

stabil.

3. Motor DC Kompond. Pada umumnya Motor DC Kompond dibuat untuk

mengurangi kelemahan yang terjadi pada Motor DC Shunt maupun Seri.

Jenisnya ada dua macam, yaitu Motor DC Kompond Panjang dan Motor DC

Kompond Pendek, ciri khas yang membedakan keduanya yaitu tata letak

kumparan penguat medan tambahan diletakkan seri dengan kumparan penguat

medan pada Motor DC Shunt dan ini desebut Motor DC Kompond Pendek.

Sedangkan pada Motor DC Kompond Panjang, kumparan penguat medan

tambahan diletakkan secara seri antara Kumparan armatur dan kumparan

penguat medan shunt pada Motor DC Shunt.

Pengaturan Kecepatan Motor DC

Besarnya gaya gerak listrik induksi pad kumparan armatur akibatnya

berputarnya rotor yang terletak diantara kutub magnet diperoleh

(III.1)

dimana:

: Flux magnit per kutub (waber)

N : putaran rotor (rpm)

atau

(III,2)

dengan

sedangkan

(III.3)

Jadi dari persamaan (III.1) dan (III.3) diperoleh

Dengan demikian kecepatan putar Motor DC dapat diperoleh dengan mengubah-

ubah flux magnet, pengaturan arus armatur atau dengan pengubahan tegangan

sumber.

Pengaturan Kecepatan Putar Motor DC dengan Pengaturan Flux Magnet

Rangkaian listrik pada gambar dibawah menunjukkan kecepatan putar

Motor DC akan minimum apabila Ir minimum. Hal ini terjadi apabila VR

maksimum.

Pengaturan kecepatatan motor DC model ini mudah pengerjaannya, murah

biayanya dan panas yang terjadi rendah

Gb. III.

Pengaturan Kecepatan Putar Motor DC dengan Pengaturan Arus Armatur

Pada pengaturan jenis ini, putaran yang dihasilkan semakin besar apabila

VR dalam kondisi minimum. Pengaturan jenis ini jarang digunakan oleh karena

rugi panas yang dihasilkan cukup besar.

Gb. III.6

Pengaturan Kecepatan Putar Motor DC dengan Pengaturan Sumber

Tegangan

Sebagaimana telah diketahui bahwa variasi tegangan akan memvariasi

arus, kondisi dimana arus bervariasi akan menebabkan variasi penguatan medan

armatur, sehingga akan memvariasi kecepatan putar.

Gb. III.7

Electromotive Force (EMF) / Gaya Gerak Listrik

EMF induksi biasanya disebut EMF Counter. atau EMF kembali. EMF kembali

artinya adalah EMF tersebut ditimbulkan oleh angker dinamo yang yang melawan

tegangan yang diberikan padanya.

Teori dasarnya adalah jika sebuah konduktor listrik memotong garis medan magnet maka

timbul ggl pada konduktor.

Gambar 8. E.M.F. Kembali.

EMF induksi terjadi pada motor listrik, generator serta rangkaian listrik dengan arah

berlawanan terhadap gaya yang menimbulkannya.

HF. Emil Lenz mencatat pada tahun 1834 bahwa “arus induksi selalu berlawanan arah

dengan gerakan atau perubahan yang menyebabkannya”. Hal ini disebut sebagai Hukum

Lenz.

Timbulnya EMF tergantung pada:

kekuatan garis fluks magnet

jumlah lilitan konduktor

sudut perpotongan fluks magnet dengan konduktor

kecepatan konduktor memotong garis fluks magnet

Tidak ada arus induksi yang terjadi jika angker dinamo diam.

Mengatur Kecepatan pada Armature

Berdasarkana persamaan di bawah ini :

Jika flux Φ tetap dijaga konstan, dan kecepatannya berubah berdasarkan armature voltage

(Es). Dengan naiknya atau turunnya Es, kecepatan motor akan naik atau turun sesuai

dengan perbandingannya.

Pada gambar di atas dapat dilihat bahwa Es dapat divariasikan dengan menghubungkan

motor armature M ke excited variable – voltage dc generator G yang berbeda. Field

excitation dari motor tetap dijaga tetap kosntan, tetapi generator Ix bisa divariasikan dari

nol sampai maksimum dan bahkan sebaliknya. Oleh sebab itu generator output voltage Es

bisa divariasikan dari nol sampai maksimum, baik dalam polaritas positif maupun

negatif. Oleh karena itu, kecepatan motor dapat divariasikan dari nol sampai maksimum

dalam dua arah. Metode speed control ini, dikenal sebagai sistem Ward-Leonard,

ditemukan di pabrik baja (steel mills), lift bertingkat, pertambangan, dan pabrik kertas.

Dalam instalasi modern, generator sering digantikan dengan high-power

electronic converter yang mengubah ac power dari listrik ke dc.

Ward-Leonard sistem lebih dari sekadar cara sederhana dengan menerapkan suatu

variabel dc ke armature dari motor dc. Hal tersebut benar-benar dapat memaksa motor

utnuk mengembangkan torsi dan kecepatan yang dibutuhkan oleh beban. Contohnya,

misalkan Es disesuaikan dengan sedikit lebih tinggi daripada Eo dari motor. Arus akan

mengalir dengan arah sesuai dengan gambar di atas, dan motor mengembangkan torsi

yang positif. Armature dari motor menyerap power karena I mengalir ke terminal positif.

Sekarang, misalkan kita megurangi Es dengan mengurangi excitation ΦG. Segera

setelah Es menjadi kurang dari Eo, arus I berbalik. Hasilnya, torsi motor berbalik dan

armature dari motor menghantarkan daya ke generator G. Akibatnya, motor dc mendadak

menjadi generator dan generator G mendadak menjadi motor. Maka, dengan mengurangi

Es, motor tiba-tiba dipaksa untuk memperlambat.

Apa yang terjadi kepada power dc yg diterima oleh generator? Saat generator

menerima daya listrik, generator beroperasi sebagai motor, mengendalikan motor ac nya

sendiri sebagai asynchrounous generator. Hasilnya, ac power memberikan kembali ke

rangkaian yang biasanya memberikan motor ac. Kenyataannya daya bisa diperoleh

kembali, cara ini membuat Ward-Leonard sistem menjadi sangat efisien.

Contoh soal :

Calculate

a. Torsi motor dan kecepatan saat

Es = 400 V dan Eo = 380 V

b. Torsi motor dan kecepatan saat

Es = 350 V dan Eo = 380 V

Solution

a. Arus armature adalah

I = (Es – Eo)/R = (400-380)/0.01

= 2000 A

Daya ke motor armature adalah

P = EoI = 380 x 2000 = 760kW

Kecepatan motor adalah

n = (380 V / 500 V) x 300 = 228r/min

Torsi motor adalah

T = 9.55 P/n

= (9.55 x 760 000)/228

= 47.8 kN.m

b. Karena Eo = 380 V, kecepatan motor masih 228 r/min. Arus armature adalah

I = (Es-Eo)/R = (350-380)/0.01

= -3000A

Arusnya negatif dan mengalir berbalik; akibatnya, torsi motor juga berbalik. Daya

dikembalikan ke generator dan hambatan 10 mΩ :

P = EoI = 380 x 3000 = 1140kW

Braking torque yang dikembangkan oleh motor :

T = 9.55 P/n

= (9.55 X 1 140 000)/228

= 47.8 kN.m

Kecepatan dari motor dan dihubungkan ke beban mekanis akan cepat jatuh dibawah

pengaruh electromechanical braking torque.

Cara lain untuk mengontrol kecepatan dari motor dc adalah menempatkan

rheostat yang di-seri-kan dengan armature (gambar di atas). Arus dalam rheostat

menghasilkan voltage drop jika dikurangi dari fixed source voltage Es, menghasilkan

tegangan suplai yang lebih kecil dari armature. Metode ini memungkinkan kita untuk

mengurangi kecepatan dibawah kecepatan nominalnya. Ini hanya direkomendasikan

untuk motor kecil karena banyak daya dan pasa yang terbuang dalam rheostat, dan

efisiensi keseluruhannya rendah. Di samping itu, pengaturan kecepatan lemah, bahkan

untuk rheostat yg diatur fixed. Akibatnya, IR drop sedangkan rheostat meningkat

sebagaimana arus armature meningkat. Hal ini menghasilkan penurunan kecepatan yang

besar dengan naiknya beban mekanis.

Mengatur Kecepatan dengan Field

Berdasarkan persamaan di atas kita juga dapat memvariasikan kecepatan motor dc

dengan memvariasikan field flux Φ. Tegangan armature Es tetap dijaga konstan agar

numerator pada persamaan di atas juga konstan. Oleh sebab itu, kecepatan motor

sekarang berubah perbandingannnya ke flux Φ; jika kita menaikkan fluxnya, kecepatan

akan jatuh, dan sebaliknya.

Metode dari speed control ini seringkali digunakan saat motor harus dijalankan

diatas kecepatan rata-ratanya, disebut base speed. Untuk mengatur flux ( dan

kecepatannya), kita menghubungkan rheostat Rf secara seri dengan fieldnya.

Untuk mengerti metode speed control, pada gambar di atas awalnya berjalan pada

kecepatan konstan. Counter-emf Eo sedikit lebih rendah dari tegangan suplai armature

Es, karena penurunan IR armature. Jika tiba-tiba hambatan dari rheostat ditingkatkan,

baik exciting current Ix dan flux Φ akan berkurang. Hal ini segera mengurangi cemf Eo,

menyebabkan arus armature I melonjak ke nilai yang lebih tinggi. Arus berubah secara

dramatis karena nilainya tergantung pada perbedaam yang sangat kecil antara Es dan Eo.

Meskipun fieldnya lemah, motor mengembangkan torsi yang lebih besar dari

sebelumnya. Itu akan mempercepat sampai Eo hampir sama dengan Es.

Untuk lebih jelasnya, untuk mengembangkan Eo yang sama dengan fluks yang

lebih lemah, motor harus berputar lebih cepat. Oleh karena itu kita dapat meningkatkan

kecepatan motor di atas nilai nominal dengan memperkenalkan hambatan di dalam seri

dengan field. Untuk shunt-wound motors, metode dari speed control memungkinkan

high-speed/base-speed rasio setinggi 3 : 1. Range broader speed cenderung menghasilkan

ketidakstabilan dan miskin pergantian.

Di bawah kondisi-kondisi abnormal tertentu, flux mungkin akan drop ke nilai

rendah yang berbahaya. Sebagai contoh, jika arus exciting dari motor shunt sengaja

diputus, satu-satunya flux yang tersisa adalah remanent magnetism (residual magnetism)

di kutub. Flux ini terlalu kecil bagi motor untuk berputar pada kecepatan tinggi yang

berbahaya untuk menginduksi cemf yang diharuskan. Perangkat keamanan diperkenalkan

untuk mencegah kondisi seperti pelarian.

Shunt motor under load

Mempertimbangkan sebuah motor dc berjalan tanpa beban. Jika beban mekanis

tiba-tiba diterapkan pada poros, arus yang kecil tanpa beban tidak menghasilkan torsi

untuk membawa beban dan motor mulai perlahan turun. Ini menyebabkan cemf

berkurang, menghasilkan arus yang lebih tinggi dan torsi lebih tinggi. Saat torsi

dikembangkan oleh motor adalah sama dengan torsi yang dikenakan beban mekanik,

kemudian, kecepatan akan tetap konstan. Untuk menyimpulkan, dengan meningkatnya

beban mekanis, arus armature akan naik dan kecepatan akan turun.

Kecepatan motor shunt akan tetap relatif konstan dari tidak ada beban ke beban

penuh. Pada motor yang kecil, itu hanya turun sebesar 10-15 persen saat beban penuh

ditambahkan. Pada mesin yang besar, dropnya bahkan berkurang, sebagian ke hambatan

armature yang paling rendah. Dengan menyesuaikan field rheostat, kecepatan harus

dijaga agar benar-benar konstan sesuai dengan perubahan beban.

Series motor

Motor seri identik dalam kosntruksi untuk motor shunt kecuali untuk field. Field

dihubungkan secara seri dengan armature, oleh karena itu, membawa arus armature

seluruhnya. Field seri ini terdiri dari beberapa putaran kawat yang mempunyai

penampang cukup besar untuk membawa arus.

Meskipun kosntruksi serupa, properti dari motor seri benar-benar berbeda dari

motor shunt/ Dalam notor shunt, flux Φ per pole adalah konstan pada semua muatan

karena field shunt dihubungkan ke rangkaian. Tetapi motor seri, flux per pole tergantung

dari arus armature dan beban. Saat arusnya besar, fluxnya besar dan sebaliknya.

Meskipun berbeda, prinsip dasarnya dan perhitungannya tetap sama.

Pada motor yang mempunyai hubungan seri jumlah arus yang melewati angker

dinamo sama besar dengan yang melewati kumparan. Lihat gambar 9. Jika beban naik

motor berputar makin pelan. Jika kecepatan motor berkurang maka medan magnet yang

terpotong juga makin kecil, sehingga terjadi penurunan EMF. kembali dan peningkatan

arus catu daya pada kumparan dan angker dinamo selama ada beban. Arus lebih ini

mengakibatkan peningkatan torsi yang sangat besar.

Catatan :

Contoh keadaan adalah pada motor starter yang mengalami poling ( angker dinamo

menyentuh kutub karena kurang lurus atau ring yang aus). Arus yang tinggi akan

mengalir melalui kumparan dan anker dinamo karena kecepatan angker dinamo

menurun dan menyebabkan turunnya EMF kembali.

Gambar 9. Motor dengan kumparan seri.

EMF kembali mencapai maksimum jika kecepatan angker dinamo maksimum. Arus yang

disedot dari catu daya menurun saat motor makin cepat, karena EMF kembali yang

terjadi melawan arus catu daya.

EMF kembali tidak bisa sama besar dengan arus EMF. yang diberikan pada motor d.c.,

sehingga akan mengalir searah dengan EMF yang diberikan.

Karena ada dua EMF. yang saling berlawanan EMF kembali menghapuskan EMF. yang

diberikan, maka arus yang mengalir pada angker dinamo menjadi jauh lebih kecil jika ada

EMF kembali.

Karena EMF kembali melawan tegangan yang diberikan maka resistansi angker dinamo

akan tetap kecil sementara arus angker dinamo dibatasi pada nilai yang aman.

Pengereman Regeneratif

Bagan rangkaian di bawah ini menjelaskan mengenai rangkaian pemenggal yang

bekerja sebagai pengerem regeneratif. Vo hádala gaya gerak listrik yang dibangkitkan

oleh mesin arus searah, sedangkan Vt hádala tegangan sumber bagi motor sekaligus

merupakan batería yang diisi. Ra dan La masing-masing hádala hambatan dan induktansi

jangkar.

Gambar Bagan Pengereman Regeneratif

Prinsip kerja rangkaian ini hádala sebagai berikut :

Ketika saklar pemenggal dihidupkan, maka arus mengalir dari jangkar, melewati skalar

dan kembali ke jangkar. Ketika sakalar pemenggal dimatikan, maka energi yang

tersimpan pada induktor jangkar akan mengalir melewati dioda, baterai dengan tegangan

Vt dan kembali ke jangkar. Analogi rangkaian sistem pengereman regeneratif dari gambar

di atas dapat dibagi menjadi dua mode. Mode-1 ketika saklar on dan mode ke-2 ketika

saklar off seperti ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Gambar Rangkaian ekivalen untuk a) saklar on; b). Saklar off.

dengan :

Vo = gaya gerak listrik

La = induktansi jangkar

Ra = resistansi jangkar

Vt = tegangan batería

i1 = kuat arus jangkar ketika pemenggal on (arus tidak melewati baterai)

i2 = kuat arus jangkar ketika pemenggal off ( arus melewati baterai)

Sedangkan Gambar di bawah ini menunjukkan arus jangkar yang kontinyu dan yang

tidak kontinyu.

Gambar Arus Jangkar. a). Arus Kontinyu; b). Arus Terputus

dengan:

I1o = kuat arus jangkar saat pemenggal mulai on

I2o = kuat arus jangkar saat pemenggal mulai off

ton = lama waktu pemenggal on

toff = lama waktu pemenggal off

td = lama waktu dimana i2 tidak nol

Tp = perioda pemenggal, Tp = ton + toff

Karakteristik motor kompon

Motor Kompon DC merupakan gabungan motor seri dan shunt. Pada motor

kompon, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara paralel dan seri dengan

gulungan dynamo (A) seperti yang ditunjukkan dalam gambar 6. Sehingga, motor

kompon memiliki torque penyalaan awal yang bagus dan kecepatan yang stabil. Makin

tinggi persentase penggabungan (yakni persentase gulungan medan yang dihubungkan

secara seri), makin tinggi pula torque penyalaan awal yang dapat ditangani oleh motor

ini.

Gambar Karakteristik Motor Kompon DC

Pengereman pada motor

Pengereman secara elektrik dapat dilaksanakan dengan dua cara yaitu secara:

– Dinamis

– Plugging

Pengereman secara Dinamis

Pengereman yang dilakukan dengan melepaskan jangkar yang berputar dari

sumber tegangan dan memasangkan tahanan pada terminal jangkar. Oleh karena itu

kita dapat berbicara tentang waktu mekanis T konstan dalam banyak cara yang sama

kita berbicara tentang konstanta waktu listrik sebuah kapasitor yang dibuang ke

dalam sebuah resistor. Pada dasarnya, T adalah waktu yang diperlukan untuk

kecepatan motor jatuh ke 36,8 persen dari nilai awalnya. Namun, jauh lebih mudah

untuk menggambar kurva kecepatan-waktu dengan mendefinisikan konstanta waktu

baru T o yang merupakan waktu untuk kecepatan dapat berkurang menjadi 50 persen

dari nilai aslinya. Ada hubungan matematis langsung antara konvensional konstanta

waktu T dan setengah konstanta waktu T O Buku ini diberikan oleh

T o = 0,693 T

Kita dapat membuktikan bahwa waktu mekanis ini konstan diberikan oleh

di mana

T o = waktu untuk kecepatan motor jatuh ke satu-setengah dari nilai sebelumnya [s]

J = momen inersia dari bagian yang berputar, yang disebut poros motor [kg × m]

n 1 = awal laju pengereman motor saat mulai [r / min]

P 1 = awal daya yang dikirim oleh motor ke pengereman resistor [W]

131,5 = konstan [exact value = (30 / p) 2 log e 2]

0,693 = konstan [exact value = log e 2]

Persamaan ini didasarkan pada asumsi bahwa efek pengereman sepenuhnya karena

energi pengereman didisipasi di resistor. Secara umum, motor dikenakan tambahan

akibat torsi pengereman windage dan gesekan, sehingga waktu pengereman akan

lebih kecil dari yang diberikan oleh Persamaan. 5.9.

Pengereman secara Plugging

Kita bisa menghentikan motor bahkan lebih cepat dengan menggunakan metode

yang disebut plugging. Ini terdiri dari tiba-tiba membalikkan arus angker dengan

membalik terminal sumber (Gambar 5.19a).

Gambar 5.18 Kecepatan kurva terhadap waktu untuk berbagai metode

pengereman.

Di bawah kondisi motor normal, angker arus / 1 diberikan oleh

I 1 = (E s - E o) IR

di mana R o adalah resistansi armature. Jika kita tiba-tiba membalik terminal sumber

tegangan netto yang bekerja pada sirkuit angker menjadi (E o + E s). Yang disebut

counter-ggl E o dari angker tidak lagi bertentangan dengan apa-apa tetapi sebenarnya

menambah tegangan suplai E s. Bersih ini tegangan akan menghasilkan arus balik

yang sangat besar, mungkin 50 kali lebih besar daripada beban penuh arus armature.

Arus ini akan memulai suatu busur sekitar komutator, menghancurkan segmen, kuas,

dan mendukung, bahkan sebelum baris pemutus sirkuit bisa terbuka.

Gambar A Amature terhubung ke sumber dc E s.

Gambar B Menghubungkan.

Untuk mencegah suatu hal yang tidak diinginkan, kita harus membatasi arus balik

dengan memperkenalkan sebuah resistor R dalam seri dengan rangkaian pembalikan

(Gambar 5.19b). Seperti dalam pengereman dinamis, resistor dirancang untuk

membatasi pengereman awal arus I 2 sampai sekitar dua kali arus beban penuh.

Dengan memasukkan rangkaian, torsi reverse dikembangkan bahkan ketika angker

telah datang berhenti. Akibatnya, pada kecepatan nol, E o = 0, tapi aku 2 = E s / R,

yaitu sekitar satu setengah nilai awalnya. Begitu motor berhenti, kita harus segera

membuka sirkuit angker, selain itu akan mulai berjalan secara terbalik. Sirkuit

gangguan biasanya dikontrol oleh sebuah null-kecepatan otomatis perangkat

terpasang pada poros motor.

Lekuk Gambar. 5,18 memungkinkan kita untuk membandingkan pengereman

plugging dan dinamis untuk pengereman awal yang sama saat ini. Perhatikan bahwa

memasukkan motor benar-benar berhenti setelah selang waktu 2 T o. Di sisi lain, jika

pengereman dinamis digunakan, kecepatan masih 25 persen dari nilai aslinya pada

saat ini. Meskipun demikian, kesederhanaan komparatif pengereman dinamis

menjadikan lebih populer di sebagian besar aplikasi.

Reaksi Jangkar

Terjadinya gaya torsi pada jangkar disebabkan oleh hasil interaksi dua garis

medan magnet. Kutub magnet menghasilkan garis medan magnet dari utara-selatan

melewati jangkar. Interaksi kedua magnet berasal dari stator dengan magnet yang

dihasilkan jangkar mengakibarkan jangkar mendapatkan gaya torsi putar berlawanan arah

jarus jam. Karena medan utama dan medan jangkar terjadi bersama sama hal ini akan

menyebabkan perubahan arah medan utama dan akan mempengaruhi berpindahnya garis

netral yang mengakibatkan kecenderungan timbul bunga api pada saat komutasi.

Untuk itu biasanya pada motor DC dilengkapi dengan kutub bantu yang terlihat seperti

gambar dibawah ini

Gambar kutub bantu (interpole) pada motor DC

Kutub bantu ini terletak tepat pada pertengahan antara kutub utara dan kutub selatan dan

berada pada garis tengah teoritis. Lilitan penguat kutub ini dihubungkan seri dengan

lilitan jangkar, hal ini disebabkan medan lintang tergantung pada arus jangkarnya. Untuk

mengatasi reaksi jangkar pada mesin – mesin yang besar dilengkapi dengan lilitan

kompensasi. Lilitan kompensasi itu dipasang pada alur – alur yang dibuat pada sepatu

kutub dari kutub utama. Lilitan ini sepertijuga halnya dengan lilitan kutub bantu

dihubungkan seri dengan lilitan jangkar. Arah arusnya berlawanan dengan arah arus

kawat jangkar yang berada dibawahnya.

Contoh soal:

1. Jangkar sebuah motor DC tegangan 230 volt dengan tahanan 0.312 ohm dan

mengambil arus 48 A ketika dioperasikan pada beban normal.

a. Hitunglah GGL lawan (Ea) dan daya yang timbul pada jangkar.

b. Jika tahanan jangkar 0.417 ohm, keadaan yang lain sama. Berapa GGL

lawan (Ea) dan daya yang timbul pada jangkar. Penurunan tegangan pada

sikat-sikat sebesar 2 volt untuk soal a dan b.

Jawaban:

a. Ea = V – Ia Ra – 2∆E

= (230 – 2 ) – (48 x 0.312) = 213 volt

Daya yang dibangkitkan pada jangkar = Ea Ia

= 213 x 48

= 10.224 watt

b. Eb = V – Ia Ra – 2∆E

= (230 – 2) – (48 x 0.417) = 208 volt

Daya yang dibangkitkan pada jangkar = Ea Ia

= 208 x 48

= 9984 watt

Daftar Pustaka:

Zuhal, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya. Jakarta: Gramedia, 1988

Sumanto, Mesin Arus Searah. Jogjakarta: Penerbit ANDI OFFSET, 1994

http://konversi.wordpress.com/2008/09/01/motor-arus-searah-dc-bagaimana-bekerjanya/

http://duniaelektronika.blogspot.com/2008/04/mesin-arus-searah.html

http://www.animations.physics.unsw.edu.au/jw/electricmotors.html#DCmotors

http://dunia-listrik.blogspot.com/2008/12/motor-listrik.html

http://dunia-listrik.blogspot.com/2009/09/animasi-motor-dc.html

www.energyefficiencyasia.org

http://zone.ni.com/devzone/cda/ph/p/id/49#toc3 (national instrument)

Makalah:

MOTOR ARUS SEARAH

Disusun Oleh :

Bagus Gilang Pratama 1015031070

Derry Ferdiansyah 1015031030

Nanang Hadi Sodikin 1015031050

Mahendra Pratama 1015031046

Agung Wicaksono 1015031004

Beny Irawan 0645031011

Ki Agus Erwin

JURUSAN TEKNIK ELEKTROFAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG2011