Motor DC

PENDAHULUAN
Suatu mesin listrik berfungsi sebagai motor listrik apabila terjadi proses konversi energi listrik menjadi energi mekanik di dalamnya. Motor DC adalah motor yang memerlukan suplai tegangan searah pada kumparan jangkar dan kumparan medan untuk diubah menjadi energi mekanik. Berdasarkan karakteristiknya, motor arus searah ini mempunyai daerah pengaturan putaran yang luas dibandingkan dengan motor arus bolak-balik, sehingga sampai sekarang masih banyak digunakan pada pabrik-pabrik yang mesin produksinya memerlukan pengaturan putaran yang luas.
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. Energi yang akan diubah dari suatu sistem ke sistem yang lain, sementara akan tersimpan pad medium medan magnet untuk kemudian dilepaskan menjadi energi system lainya. Dengan demikian, medan magnet disini selain berfungsi sebagi tempat penyimpanan energi juga sekaligus proses perubahan energi, dimana proses perubahan energi pada motor arus searah dapat digambarkan pada gambar 2.1(Zuhal, 1991)

Gambar 2.1. Proses Konversi Energi pada Motor DC
Dengan mengingat hukum kekekalan energi, proses konversi energi listrik menjadi energi mekanik dapat dinyatakan sebagai berikut:
Energi listrik sebagai input = Energi mekanik sebagai output + energi yang diubah menjadi panas + Energi yang tersimpan dalam medan magnet.
kerja motor DC terjadi jika suatu lilitan jangkar dialiri arus listrik searah dengan arah i didalam medan magnet B, maka akan terbangkit gaya F[1] sebesar :

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

Gambar 2.10 Arah Gaya pada Motor DC

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.

Telah diketahui bahwa untuk motor arus searah dapat diturunkan rumus sebagai berikut :

Keterangan :
Vt = Tegangan jangkar (V)
Ea = Gaya gerak listrik lawan (V)
Ia = Arus Jangkar (A)
Ra = Tahanan jangkar ()
n = Putaran (RPM)
 = Fluks / kutub
k = Konstanta
Berdasarkan rumus diatas dapat diturunkan rumus kecepatan putar (n), yaitu :

Dari persamaan diatas, dapat dilihat bahwa kecepatan putaran (n) motor DC dapat diatur dengan mengubah-ubah besarnya Vt (tegangan jangkar), Ra (Tahanan Jangkar) ,dan  (fluks magnet)[1].
Terdapat banyak jenis motor yang digunakan sebagai plant untuk sistem kontrol industri. Salah satu diantaranya adalah motor DC magnet permanent. Motor ini termasuk jenis motor DC penguat terpisah, dimana fluks magnetnya tidak tergantung pada arus jangkarnya, sehingga fluks magnet konstan Jadi motor ini tidak memerlukan sumber tegangan dari luar untuk membangkitkan fluks magnet. Berikut ini akan dijelaskan pengatur kecepatan motor DC dengan mengatur tegangan jangkar.

Dengan mengatur tegangan jangkar dan fluks magnetnya tetap, diharapkan dapat menghasilkan torsi yang diinginkan agar menghasilkan output motor mendekati settling point.

Gambar 2.11 Rangkaian Ekivalen Motor DC Penguat Terpisah

Keterangan gambar :
Va /ea = tegangan jangkar (V)
ia = arus Jangkar (A)
Ra = tahanan kumparan jangkar ()
La = induksi kumparan jangkar (henry)
n = kecepatan jangkar (rad/sec)
Dalam aplikasinya seringkali sebuah motor digunakan untuk arah yang searah dengan jarum jam maupun sebaliknya. Untuk mengubah putaran dari sebuah motor dapat dilakukan dengan mengubah arah arus yang mengalir melalui motor tersebut. Secara sederhana seperti yang ada pada gambar 1, hal ini dapat dilakukan hanya dengan mengubah polaritas tegangan motor.

Berikut ini adalah gambar rangkaian driver motor DC putar kiri dan putar kanan dengan diode :

Pada gambar rangkaian diatas motor akan berputar kearah kanan ketika katoda D1 dan Anoda D2 dihubungkan dengan sumber positif tegangan (line hitam), sebaliknya motor akan berputar kearah kiri ketika katoda D1 dan Anoda D2 dihubungkan dengan sumber negative tegangan.

Selain itu rangkaian motor DC dengan menggunakan penguat Op – Amp (IC 741) dapat kita lihat pada pada rangkaian berikut :

Pada gambar rangkaian diatas kita dapat melihat penggunaan IC 741 pada motor DC, selain menggunakan IC diatas putaran motor juga dapat diatur dengan menggunakan potensiometer.
Dengan menggunakan potensiometer kita dapat mengatur arah putaran motor DC tersebut. Dari hasil praktikum pada saat potensiometer diputar kearah kanan (nilai potensiometer maksimum) maka motor akan berputar kearah kanan, sebaliknya ketika potensiometer diputar kearah kiri (nilai potensimeter minimum) maka motor akan berputar kekiri.
Untuk rangkaian motor DC dengan potensiometer maka potensiometer sebaiknya dilepas dari mekaniknya karena pemasangan potensiometer pada mekanik membuat putaran motor menjadi berat bahkan tidak dapat berputar, olehnya itu untuk menjalankan putaran motor DC dengan control dari potensiometer, maka potensiometer yang digunakan sebagai control dilepaskan dari mekanik motor

Download File :  http://www.ziddu.com/download/4505085/MotorDC.pdf.html