MOTOR DC 07 Konstruksi Motor Kerja Motor berdasarkan

MOTOR DC 07

Konstruksi Motor

Kerja Motor berdasarkan Penggunaan Gaya Magnetik • Gaya 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 2 1. Motor 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

MOTOR DC SEPARATELY EXCITED SELF EXCITED SERI CAMPURAN SHUNT

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

SELF EXCITED SHUNT • 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 arus dinamo. • It=If+Ia

SELF EXCITED SERI • 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 = If

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

SELF EXCITED CAMPURAN Motor Kompon • 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.

Tesla

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

Contoh Soal : 1. 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 = 40 V 2. Sebuah motor dc 2 kutub, 150 lilitan dengan luas penampang intinya sebesar 0, 15 m 2 mendapatkan ggl balik sebesar 220 V, fluks magnet 0, 075 Wb. Hitunglah kecepatan putaran rotornya? 220 = 0, 075(150). N. (2/0, 15) N = 1, 5 rps

Persamaan Tegangan motor DC Tegangan V yang disupply ke jangkar motor berguna untuk : (i)mengatasi ggl balik (Eb ) (ii)menimbulkan jatuh tegangan jangkar Ia. Ra V = Eb + Ia. Ra. . . . (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 Eb. Ia = ekivalen elektrik dari daya mekanik yang dibangkitkan dalam jangkar Ia 2 Ra = rugi-rugi Cu dalam jangkar

V = E b + I a Ra Contoh Soal 1. Tegangan 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, 3 A 2. Daya yang masuk ke jangkar sebesar 300 Watt, sedangkan rugi dayanya 25 W, ggl balik 190 V. Hitunglah arus jangkar pada motor tersebut. Ia = (300 -25)/190 = 1, 45 A

Kondisi untuk Daya Maksimum Gross mechanical power (daya mekanik) yang dibangkikan oleh motor adalah P m = V I a - I a 2 R a Pendifferensialan kedua sisi persamaan terhadap Ia dan menyamakannya dengan nol, memperoleh : Juga Maka d. Pm/d. Ia = V – 2 Ia. Ra = 0 I a. R a = V/2 V = Eb + Ia. Ra dan Ia Ra = V/2 Eb = V/2

Ia. Ra = V/2 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%.

Daya yang masuk ke jangkar sebagian hilang dalam rugi-rugi I 2 R dan sisanya diubah ke dalam daya mekanik dalam jangkar. Perlu diingat bahwa efisiensi motor diberikan oleh rasio dari daya yang dibangkitkan oleh jangkar terhadap input, yaitu Eb. Ia/VIa = Eb/V. Terlihat, bahwa semakin tinggi nilai Eb dibandingkan dengan nilai V, semakin tinggi efisiensi motor.

P m = V I a - I a 2 R a Contoh Soal 1. Sebuah motor dc dengan tahanan jangkar 12 Ohm dihubungkan dengan power suplply 130 V mendapat arus jangkar 2, 4 A. Hitunglah Gross mechanical power (daya mekanik) yang dibangkikan oleh motor tersebut. Pm = (130 x 2, 4)-(2, 42 x 12)=242, 88 W 2. Sebuah motor dc dihubungkan dengan power suplply 210 V mendapat arus jangkar 4, 26 A. Daya mekanik yang dibangkikan oleh motor tersebut sebesar 352 W. Hitunglah tahanan jangkar motor tersebut. 352 = 210 x 4, 26 – 4, 26 x. Ra 2 Ra = 29, 9 Ohm

Torsi Jangkar Motor Bila Ta (N-m) adalah torsi yang dibangkitkan oleh jangkar motor yang berputar N rps, maka daya yang dibangkitkan adalah Pa = Ta x 2 π N watt P a = E b. I a Dari kedua persamaan di atas, diperoleh Ta x 2 π N = Eb. Ia Karena Eb = ZN x (P/A) volt, maka diperoleh Ta x 2 π N = atau ᶲ ZN x (P/A). I N-m atau N-m a

Pa = T a x 2 π N Contoh Soal 1. Bila torsi yang dibangkitkan oleh jangkar motor yang berputar 9 rps adalah 3, 58 Nm. Hitung daya yang dibangkitkan motor tersebut. 1. Pa = 3, 58 x 2 (3, 14) (9)=202, 34 W 2. Sebuah motor 4 kutub dengan luas penampang inti 0, 195 m 2 jumlah kumparan 250 lilitan. Terjadi fluks sebesar 0, 19 Wb. Hitunglah Arus jangkar jika pada jangkar terjadi Torsi 185, 95 Nm. 1. Ia = (185, 95). (0, 195) / 0, 159 (0, 19) (250) (4) = 1, 2 A 3. Sebuah motor 6 kutub dengan luas penampang inti 0, 25 m 2. Pada jangkar terjadi fluks sebesar 0, 0815 Wb, Arus jangkar 1, 24 A dan Torsi 150, 04 Nm. Hitunglah jumlah kumparan motor tersebut. 1. 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 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-m Selisih (Ta - Tsh) dikenal sebagai torsi yang hilang (lost torque) dan sehubungan dengan rugi-rugi inti dan gesekan pada motor.

Contoh Soal 1. Sebuah motor dc membutuhkan daya output sebesar 30 W, pada kecepatan putar 2, 1 rps, berapa torsi poros yang terjadi. 1. Tsh = 30 / 2(3, 14)(2, 1) = 2, 1 Nm 2. Sebuah motor dc menghasilkan torsi poros 5, 36 Nm. Berapa daya outputnya jika pada poros berputar dengan kecepatan 8 rps. 1. Pout = 5, 36 (2) (3, 14)(8) = 269. 3 W 3. Sebuah motor dc membutuhkan daya output sebesar 180 W, pada kecepatan putar 46, 5 rpm, berapa torsi poros yang terjadi. 1. Tsh = 0, 955 (180) / 46, 5= 3, 7 Nm 4. Sebuah motor dc menghasilkan torsi poros 10, 75 Nm. Berapa daya outputnya jika pada poros berputar dengan kecepatan 70 rpm. 1. Pout = 10, 75 (70) / 0, 955 = 787, 96 W 5. Sebuah motor dc menghasilkan torsi poros 3, 68 Nm. Daya outputnya 128 W. Berapa rpm kecepatan putarnya ? 1. N= 0, 955(128)/(3, 68) =33, 22 rpm

Kecepatan Motor DC Dari persamaan tegangan motor sebelumnya, diperoleh rpm maka diperoleh Karena V - Ia. Ra = Eb, maka atau rpm Ini menunjukkan bahwa kecepatan sebanding dengan ggl balik dan berbanding terbalik dengan fluks atau

Untuk motor DC seri Bila N 1 = kecepatan Ia 1 = arus jangkar = fluksi per kutub 1 dan N 2 = kecepatan Ia 2 = arus jangkar = fluksi per kutub 2 dalam kasus pertama dalam kasus kedua Maka dengan menggunakan persamaan di atas, diperoleh sebelum mencapai kejenuhan inti magnetik, persamaan di atas dapat ditulis sebagai berikut

Untuk motor shunt Dalam kasus yang sama seperti motor seri di atas, penggunaan persamaan juga sama, yaitu Jika Dari 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. Torsi dan Kecepatan Motor DC 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.

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 arus dinamo.

Motor DC berpenguatan sendiri: motor seri Dalam 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 system Steel mills, high-rise elevators, mines & paper , mills

Sering digunakan pada motor yang berputar di atas rating kecepatannya.

drwhykrstmt