07MOTOR DC

Konstruksi Motor

Kerja Motor berdasarkan Penggunaan Gaya MagnetikGaya magnetik yang timbul pada penghantar berarus listrik digunakan untuk mengubah energi listrik menjadi energi gerak. Fungsi komutator adalah agar arus listrik yang mengalir pada loop tidak berbalik arah, sehingga loop dapat terus berputar.

Komutator dan Sikat pada Motor Listrik

Komutator atau cincin belah (split ring) berfungsi untuk membalik arah arus pada setengah siklus negatif dari arus bolak balik. Kontak-kontak listrik pada rotating ring disebut "sikat. Pada awalnya, dalam motor digunakan sikat tembaga. Motor-motor modern biasanya menggunakan kontak-karbon spring-loaded.

Klasifikasi Motor Listrik

Motor DC ada 2Motor DC dengan sikat karbon yang berfungsi sebagai pengubah arus pada kumparan sedemikian rupa sehingga arah putaran motor akan selalu sama

2. Motor DC tanpa sikat menggunakan semikonduktor untuk merubah maupun membalik sehingga layaknya pulsa menggerakkan motor tersebut, tingkat kebisingan listrik rendah karena putarannya halus seperti motor stepper tapi putarannya terus menerus tanpa adanya perstep.

KELEBIHAN Sebagai pengendali kecepatan, yang tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor ini dapat dikendalikan dengan mengatur: Tegangan dinamo meningkatkan tegangan dinamo akan meningkatkan kecepatan Arus medan menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan.

memiliki torsi yang tinggi, tidak memiliki kerugian daya reaktif dan tidak menimbulkan harmonisa pada sistem tenaga listrik yang mensuplainya. memiliki akurasi kontrol yang tinggi sehingga motor DC sering digunakan untuk aplikasi servo seperti pengendali kecepatan pemintal benang atau pengendali posisi antena penerima satelit.Sedehana Mudah dikontrol

sumber daya terpisah(SEPARATELY EXCITED)

Jika arus medan dipasok dari sumber terpisah maka disebut motor DC sumber daya terpisah/ separately excited.

SELF EXCITED

Pada motor shunt, gulungan medan (medan shunt) disambungkan secara paralel dengan gulungan dinamo (A) seperti diperlihatkan dalam gambar. Oleh karena itu total arus dalam jalur merupakan penjumlahan arus medan dan arus dinamo. It=If+IaSHUNT

Dalam motor seri, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara seri dengan gulungan dinamo (A) seperti ditunjukkan dalam gambar. Oleh karena itu, arus medan sama dengan arus dinamo. Berikut tentang kecepatan motor seri Ia = IfSELF EXCITED

SERI

Sifat Motor Seri :Kecepatan dibatasi pada 5000 RPM Harus dihindarkan menjalankan motor seri tanpa ada beban sebab motor akan mempercepat tanpa terkendali. Motor-motor seri cocok untuk penggunaan yang memerlukan torque penyalaan awal yang tinggi

gabungan motor seri dan shunt. Pada motor kompon, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara paralel dan seri dengan gulungan dinamo (A). 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. SELF EXCITED

CAMPURAN Motor Kompon

Tesla

Rangkaian ekivalen motor DC digambarkan sebagai berikut :(a)(b)dimana Ra adalah resistansi jangkar,Eb= GGL balik,V=tegangan yang diberikan ke motorP : jumlah kutub N : kecepatan putaran rotor dalam rps. Z = jumlah lilitan

Contoh Soal :Sebuah motor dc mempunyai tahanan jangkar 5 Ohm, jika motor tersebut diberi tegangan 50 V, pada penghantar dilewati arus 2 A. Hitunglah GGL balik motor tersebut? Eb=V-Ia.Ra = 40V

Sebuah motor dc 2 kutub, 150 lilitan dengan luas penampang intinya sebesar 0,15 m2 mendapatkan ggl balik sebesar 220V, fluks magnet 0,075 Wb. Hitunglah kecepatan putaran rotornya? 220 = 0,075(150). N. (2/0,15) N = 1,5 rps

Persamaan Tegangan motor DCTegangan V yang disupply ke jangkar motor berguna untuk :mengatasi ggl balik (Eb )menimbulkan jatuh tegangan jangkar IaRa V = Eb + IaRa..............................(1)Persamaan ini dikenal sebagai persamaan tegangan dari motor.Dengan mengalikan persaman (1) di atas dengan Ia, diperoleh :dimana : VIa = daya yang masuk ke jangkar EbIa = ekivalen elektrik dari daya mekanik yang dibangkitkan dalam jangkar Ia2Ra = rugi-rugi Cu dalam jangkar

V = Eb + IaRaContoh SoalTegangan yang disupply ke jangkar motor yang mempunyai tahanan jangkar 15 Ohm adalah 180 V, jika ggl balik menghasilkan 115 V. Htiunglah arus jangkar pada motor tersebut. Ia = (180-115)/15 = 4,3A

Daya yang masuk ke jangkar sebesar 300Watt, sedangkan rugi dayanya 25W, ggl balik 190V. Hitunglah arus jangkar pada motor tersebut. Ia = (300-25)/190 = 1,45A

Kondisi untuk Daya MaksimumGross mechanical power (daya mekanik) yang dibangkikan oleh motor adalahPm = V Ia - Ia2RaPendifferensialan kedua sisi persamaan terhadap Ia dan menyamakannya dengan nol, memperoleh :

dPm/dIa = V 2 IaRa = 0 IaRa = V/2Juga V = Eb + IaRa dan Ia Ra = V/2Maka Eb = V/2

Dari persamaan matematis di atas terlihat bahwa daya mekanik yang dibangkitkan oleh motor adalah maksimum jika ggl balik (back emf) adalah sama dengan setengah dari tegangan terpakai (V). Dalam kenyataannya, kondisi ini sulit dicapai karena arus jangkar harus melebihi arus beban normal. Lebih dari itu setengah dari tegangan terpakai (V/2) harus hilang dalam bentuk panas (mungkin juga dalam bentuk rugi-rugi mekanik dan magnetik), efisiensi motor akan turun di bawah 50%.

Terlihat, bahwa semakin tinggi nilai Eb dibandingkan dengan nilai V, semakin tinggi efisiensi motor.

Pm = V Ia - Ia2RaContoh Soal

Sebuah motor dc dengan tahanan jangkar 12 Ohm dihubungkan dengan power suplply 130V mendapat arus jangkar 2,4A. Hitunglah Gross mechanical power (daya mekanik) yang dibangkikan oleh motor tersebut. Pm = (130x2,4)-(2,42x12)=242,88W

Sebuah motor dc dihubungkan dengan power suplply 210V mendapat arus jangkar 4,26A. Daya mekanik yang dibangkikan oleh motor tersebut sebesar 352W. Hitunglah tahanan jangkar motor tersebut. 352 = 210x4,26 4,262xRa Ra = 29,9 Ohm

Torsi Jangkar MotorBila Ta (N-m) adalah torsi yang dibangkitkan oleh jangkar motor yang berputar N rps, maka daya yang dibangkitkan adalahPa = Ta x 2 N watt Pa = EbIaDari kedua persamaan di atas, diperoleh Ta x 2 N = EbIaKarena Eb = ZN x (P/A) volt, maka diperolehTa x 2 N = ZN x (P/A) . Ia

atau N-matauN-m

Pa = Ta x 2 NContoh SoalBila torsi yang dibangkitkan oleh jangkar motor yang berputar 9 rps adalah 3,58Nm. Hitung daya yang dibangkitkan motor tersebut.Pa = 3,58 x 2 (3,14) (9)=202,34W

Sebuah motor 4 kutub dengan luas penampang inti 0,195m2 jumlah kumparan 250 lilitan. Terjadi fluks sebesar 0,19 Wb. Hitunglah Arus jangkar jika pada jangkar terjadi Torsi 185,95 Nm.Ia = (185,95).(0,195) / 0,159 (0,19) (250) (4) = 1,2 A

Sebuah motor 6 kutub dengan luas penampang inti 0,25m2 . Pada jangkar terjadi fluks sebesar 0,0815 Wb, Arus jangkar 1,24 A dan Torsi 150,04 Nm. Hitunglah jumlah kumparan motor tersebut.Z = 150,04 (0,25) / 0,159 (0,0815) (1,24) (6) = 389 lilitan

Torsi Poros = Shaft Torque (Tsh)

Tidak seluruh torsi jangkar yang dianalisa di atas dapat melakukan kerja yang berguna, karena sebagian dari torsi tersebut digunakan untuk mensupply rugi-rugi inti dan gesekan dalam motor.

Torsi yang melakukan kerja yang berguna pada motor dikenal sebagai torsi poros = shaft torque.(Tsh).

Daya output motor diberikan oleh persamaan berikut

dimana Tsh dalam N-m dan N dalam rps.Maka N-m; N dalam rps N-m; N dalam rpm N-mSelisih (Ta - Tsh) dikenal sebagai torsi yang hilang (lost torque) dan sehubungan dengan rugi-rugi inti dan gesekan pada motor.

Contoh Soal Sebuah motor dc membutuhkan daya output sebesar 30W, pada kecepatan putar 2,1 rps, berapa torsi poros yang terjadi.Tsh = 30 / 2(3,14)(2,1) = 2,1 NmSebuah motor dc menghasilkan torsi poros 5,36 Nm. Berapa daya outputnya jika pada poros berputar dengan kecepatan 8 rps.Pout = 5,36 (2) (3,14)(8) = 269.3 WSebuah motor dc membutuhkan daya output sebesar 180W, pada kecepatan putar 46,5 rpm, berapa torsi poros yang terjadi.Tsh = 0,955 (180) / 46,5= 3,7 NmSebuah motor dc menghasilkan torsi poros 10,75 Nm. Berapa daya outputnya jika pada poros berputar dengan kecepatan 70 rpm.Pout = 10,75 (70) / 0,955 = 787,96 WSebuah motor dc menghasilkan torsi poros 3,68 Nm. Daya outputnya 128W. Berapa rpm kecepatan putarnya ?N= 0,955(128)/(3,68) =33,22 rpm

Kecepatan Motor DC

Dari persamaan tegangan motor sebelumnya, diperoleh maka diperoleh rpmKarena V - IaRa = Eb, makarpmataurpmIni menunjukkan bahwa kecepatan sebanding dengan ggl balik dan berbanding terbalik dengan fluks atau

Untuk motor DC seri

Bila N1 = kecepatan Ia1 = arus jangkar dalam kasus pertama 1 = fluksi per kutub

dan N2 = kecepatan Ia2 = arus jangkar dalam kasus kedua 2 = fluksi per kutub Maka dengan menggunakan persamaan di atas, diperolehsebelum mencapai kejenuhan inti magnetik, persamaan di atas dapat ditulis sebagai berikut

Untuk motor shuntDalam kasus yang sama seperti motor seri di atas, penggunaan persamaan juga sama, yaitu

JikaDari persamaan di atas, terlihat bahwa semakin cepat putaran motor,Semakin besar ggl yang terinduksi.

Motor DC sumber daya terpisah/ Separately Excited Jika arus medan disuplai dari sumber terpisah maka disebut motor DC sumber daya terpisah/separately excited.

Regulasi Kecepatan Regulasi kecepatan didefinisikan sebagai perubahan kecepatan ketika beban pada motor direduksi dari nilai tertentu (rating) ke nol, dinyatakan dalam persen kecepatan berbeban.

Telah dibuktikan dari analisa matematis di atas bahwa torsi motor merupakan fungsi fluksi dan arus jangkar, tapi tidak bergantung pada kecepatan. Dalam kenyataan, putaran bergantung pada torsi tapi tidak sebaliknya. Torsi dan Kecepatan Motor DC

Motor DC sumber daya sendiri/ Self Excited: motor shunt Pada motor shunt, gulungan medan (medan shunt) disambungkan secara paralel dengan gulungan dinamo (A) seperti diperlihatkan dalam gambar berikut. Oleh karena itu total arus dalam jalur merupakan penjumlahan arus medan dan arus dinamo.

Motor DC berpenguatan sendiri: motor seriDalam motor seri, kumparan medan (medan shunt) dihubungkan secara seri dengan kumparan jangkar (A) seperti ditunjukkan dalam gambar 10. Oleh karena itu, arus medan sama dengan arus jangkar. Berikut tentang kecepatan motor seri (Rodwell International Corporation, 1997; L.M. Photonics Ltd, 2002): Kecepatan dibatasi pada 5000 RPM Harus dihindarkan menjalankan motor seri tanpa ada beban sebab motor akan mempercepat tanpa terkendali.

Motor-motor seri cocok untuk penggunaan yang memerlukan torque penyalaan awal yang tinggi, seperti derek dan alat pengangkat hoist

Motor DC Kompon/Gabungan Motor Kompon DC merupakan gabungan motor seri dan shunt. Pada motor kompon, kumparan medan (medan shunt) dihubungkan secara paralel dan seri dengan kumparan jangkar (A) seperti yang ditunjukkan dalam gambar berikut, sehingga, motor kompon memiliki torque penyalaan awal yang bagus dan kecepatan yang stabil.

Makin tinggi persentase penggabungan (yakni persentase kumparan medan yang dihubungkan secara seri), makin tinggi pula torque penyalaan awal yang dapat ditangani oleh motor ini. Motor kompon digunakan ketika diperlukan kecepatan yang cenderung konstan dengan beban tak beraturan, misalnya mesin cetak, mesin potong dan mesin torak.

Ward Leonard speed control systemSteel mills, high-rise elevators, mines & paper ,mills

Sering digunakan pada motor yang berputar di atas rating kecepatannya.

drwhykrstmt