MOTOR LINEAR

Motor Linear merupakan sebuah motor listrik yang memiliki stator dan

rotor “membuka gulungan”, sehingga bukannya menghasilkan rotasi

tetapi menghasilkan linear . Banyak desain yang telah diajukan

untuk motor linear, diantaranya dua kategori utama, low-percepatan

dan akselerasi tinggi-motor linear. Motor linear low-percepatan yang

cocok untuk kereta maglev dan aplikasi berbasis darat transportasi

lain. Motor linear Tinggi percepatanya biasanya agak pendek, dan

dirancang untuk mempercepat objek ke kecepatan yang sangat tinggi,

misalnya melihat coilgun .

Motor dengan akselerasi tinggi biasanya digunakan untuk

studi hypervelocity tabrakan, sebagai  senjata  , atau sebagai driver

massa untuk populasi pesawat ruang angkasa.

Jika berbicara tentang mesin DC maka pertama-tama yang harus diketahui adalah

persamaan dasar tentang GGL induksi dan gaya yang yang dihasilkan oleh medan

magnet. Berikut ini adalah persamaan tegangan yang diinduksikan didalam kumparan

motor

Dimana :

v = kecepatan dari konduktor atau kumparan

B = vektor dari densitas fluks

l = adalah panjang dari konduktor

pada persamaan diatas akan didapatkan tegangan induksi maksimum saat medan

magnet dan arah vektor kecepatan saling tegak lurus dan panjang konduktor yang

dilihat dari arah pergerakan kecepatan adalah maksimum atau garis normal dari

konduktor sejajar dengan arah kecepatan.

Berikut ini contoh dari sebuah konduktor yang bergerak pada suatu medan magnet

Pada gambar diatas terlihat bahwa arah kecepatan dan medan magnet membentuk

sudut 90˚ yaitu pada kondisi maksimalnya dan pada bagian garis normal konduktor dan

arah kecepatan membentuk sudut 30˚. Oleh karena itu pada persamaannya harus di cos

30˚. Tegangan yang diinduksikan pada pada konduktor yang bergerak pada suatu

medan magnet adalah prinsip dasar dari semua jenis generator dan untuk sebab ini

maka kejadian ini disebut generator reaction.

Nah kan tadi dijelaskan pada mesin DC terdapat tegangan yang dihasilkan dari

konduktor yang bergerak pada suatu medan magnet dimana itu adalah prinsip kerja dari

generator, trus gimana dengan motor? oh ya mesin DC yang dimaksud disini bukan

hanya generator DC tapi juga motor DC, disebut mesin DC karena motor dan generator

DC adalah satu mesin yang sama. Perbedaannya hanya jika generator diputar akan

menghasilkan listrik dan jika motor diberi listrik akan menghasilkan putaran atau torka.

Nah kembali lagi tentang motor DC, pada motor DC jika arus diberikan pada motor DC

maka akan dihasilkan torka atau putaran pada shaft motor. Persamaan yang berlaku

disini adalah sebagai berikut

Dimana :

F = gaya induksi karena interaksi medan

i  = besar arus pada konduktor

B = densitas fluks magnet

Arah dari gaya yang berasal dari interaksi medan magnet dapat ditentukan dengan

kaidah tangan kanan. Ada beberapa versi penentuan arah gaya dengan kaidah tangan

kanan ini. Tapi yang sering gw gunain yaitu dengan 4 jari kecuali ibu jari menunjuk ke

arah medan magnet, ibu jari kearah aliran arus listrik dan telapak tangan akan

menunjukan arah gaya yang dihasilkan. Berikut ini adalah gambar gaya yang dihasilkan

pada konduktor di sebuah medan magnet.

 

Setelah kedua prinsip kerja pada mesin DC, maka berikut ini adalah contoh dari

mekanisme kerja mesin DC yang dijelaskan melalui mesin DC linier. Mesin DC linier ini

adalah simplifikasi dari suatu mesin DC yang sebenarnya, Mesin DC linier hanya terdiri

dari satu konduktor dan memiliki medan magnet yang homogen akan tetapi tetap

memberlakukan kedua persamaan diatas. Berikut ini adalah mesin DC linier

Selain hanya terdiri dari satu buah konduktor dengan diberi medan masuk kebidang,

mesin linier ini juga terdiri dari beberapa komponen. Terdapat baterai yang

merepresentasikan sumber listrik/daya, switch/saklar, resistansi dimana resistansi ini

representasi dari resistansi lilitan konduktor pada mesin DC sebenarnya. Dengan

mengacu pada persamaan sebelumnya tentang tegangan induksi dan gaya yang

dihasilkan oleh interaksi medan, saat saklar ditutup akan ada arus listrik yang dialirkan.

Pada pembahasan ini membahas mesin DC yang bekerja sebagai motor.

Saat terdapat arus pada rangkaian diatas maka konduktor akan teraliri arus dengan

besar arus VBdibagi dengan R. Karena konduktor dialiri arus dan berada pada medan

listrik maka konduktor akan mendapat gaya induksi ke arah kanan karena arus kearah

bawah dan medan masuk ke bidang. Karena terdapat gaya ke kanan maka terdapat

percepatan dan kemudian kecepatan. Karena konduktor ini bergerak pada medan listrik

maka pada konduktor ini akan muncul tegangan induksi yang ditunjukan pada gambar

diatas (ingat kedua persamaan diatas). Besar arus akan berubah terhadap tegangan

yang diinduksikan. Dengan mengacu pada hukum kirchhoff pada rangkaian diatas maka

didapatkan

Pada persamaan diatas dapat ditarik kesimpulan jika saat tegangan induksi pada mesin

DC yang sudah steady pada besaran tertentu maka arus yang mengalir pada mesin DC

ini akan berkurang atau lebih kecil dari dari arus saat tegangan belum muncul. Saat

tegangan induksi belum muncul adalah saat kondisi starting dimana saat saklar baru saja

ditutup. Pada saat ini arus sangat besar karena nilai R cukup kecil dibanding dengan

tegangan sumber yang diberikan dan juga tegangan induksi belum muncul. Arus pada

saat start dapat ditunjukan dengan persamaan hukum kirchhoff pada rangkaian diatas

Karena pada saat start konduktor dalam keadaan diam maka tegangan induksi adalah

nol sehingga arus VB dibagi R, arus start ini cukup besar karena nilai resistansi yang kecil

dan tegangan sumber yang besar. Saat konduktor mulai bergerak karena muncul gaya

yang dikenai pada konduktor maka tegangan induksi akan mulai muncul seiring dengan

bertambahnya kecepatan dan arus akan mulai berkurang. Saat arus mulai berkurang

maka gaya akan berkurang dan kecepatan akan berkurang. Saat kecepatan berkurang

maka tegangan induksi akan berkurang dan arus akan naik lagi. Pada saat steady

tercapai dimana kecepatan relatif konstan dan arus menjadi tidak terlalu besar. Saat

kecepatan konstan maka gaya resultan adalah nol dan arus yang kecil tadi digunakan

untuk melawan gaya inersia dari rotor dan gaya gesek. Gaya resultan adalah gaya yang

dihasilkan oleh interaksi medan dikurangi dengan gaya gesek, inersia, dan beban pada

rotor mesin DC. Jadi ketika mesin berputar konstan maka gaya resultan nol tetapi gaya

induksi tidak nol yang berarti arus tidak nol.

Berikut ini profil parameter-parameter dari mesin DC terhadap waktu

Pada bagian (a) adalah kecepatan, (b) tegangan induksi, (c) arus pada jangkar atau

rotor, (d) gaya induksi.

Pada pembahasan diatas motor berputar tanpa adanya beban mekanik pada shaft rotor.

Bagaimana jika terdapat beban yang diberikan pada motor?

Maka jawabannya adalah seperti terdapat gaya yang melawan gaya induksi dari motor

itu sendiri yang berarti akan membuat gaya resultan tidak lagi nol atau gaya resultan

menjadi minus atau terjadi perlambatan (percepatan minus) dari pergerakan konduktor

ke arah kanan. Jika terjadi perlambatan maka tegangan induksi akan turun dan arus akan

naik

Jika arus naik maka gaya induksi akan naik juga, nah jika gaya induksi naik maka akan

ada gaya yang dapat melawan gaya yang berasal dari beban mekanik pada rotor,

sehingga semakin bertambahnya arus maka terdapat saat dimana gaya resultan menjadi

postif kembali dan kemudian karena kecepatan akan menuju ke kecepatan konstan

dimana lebih rendah dibanding tanpa beban, maka gaya resultan (gaya induksi dikurangi

gaya beban mekanik dan loses-losesnya)  akan menjadi nol kembali. Berikut ini

karakteristik parameter-parameter dari motor yang dibebani

Jika dibedakan dari gambar sebelumnnya maka dapat dilihat bahwa pada tegangan

induksi tidak hampir sama dengan tegangan sumber (e ind ≠ VB) saat kondisi steady state

dan gaya induksi sama dengan gaya dari beban pada rotor. Hal ini menunjukan bahwa

jika tegangan induksi tidak sama dengan tegangan sumber berarti terdapat arus yang

cukup besar mengalir pada rotor,  gaya induksi dan gaya beban sama menunjukan

bahwa gaya resultan sama dengan nol dan kecepatan konstan (percepatan nol). Ingat

persamaan ini.

Dapat dikatakan bahwa arus yang mengalir dalam kondisi beban mekanik yang tidak

berubah ini digunakan untuk melawan gaya beban untuk didapatkan kecepatan konstan.

Satu lagi mode dari mesin DC adalah sebagai generator. Berikut ini adalah rangkaian

generator DC linier

Sudah disebutkan sebelumnya bahwa pada motor, arus masuk ke motor dan diubah

menjadi putaran mekanik. Pada generator adalah kebalikan dari motor dimana gerakan

dari prime mover atau gorvernor a.k.a pemutar rotor yang memberikan gaya eksternal

(digambar Fapp) akan menimbulkan tegangan induksi pada konduktor. Ingat persamaan

Karena saat diberikan gaya ke kanan maka akan ada kecepatan gerak konduktor ke

kanan. Saat ada konduktor (dengan loop tertutup)  bergerak dengan kecepatan tertentu

di area yang diberikan medan magnet, maka tegangan akan diinduksikan ke konduktor

tersebut. Nah saat konduktor memiliki tegangan, jika rangkaian pada konduktor tersebut

tertutup maka akan timbul arus. Nah ingat persamaan berikut

Pada konsep generator ini tegangan induksi harus lebih besar dari VB, dalam kasus motor

DC VB adalah tegangan sumber dan pada generator adalah tegangan terminal. Tegangan

terminal ini adalah tegangan yang dikeluarkan generator pada terminalnya yang sudah

dikurangi oleh drop voltagenya. Pada terminal ini akan terdapat arus yang dikeluarkan

generator. Jika dibandingkan pada rangkaian generator dan rangkaian motor maka arah

arus akan berbeda dimana pada generator arah arus akan kearah atas konduktor dan

pada motor akan kearah bawah konduktor. Secara kasat mata pada gambar dapat

diterjemahkan bahwa pada motor arus masuk ke mesin DC dan pada generator arus

keluar dari mesin DC. Nah pada generator kan arah arus kan beda dengan arah arus

motor, maka gaya induksinya beda juga dengan arah gaya induksi pada motor. Arah

gaya induksi ke arah kiri dan melawan arah gaya Fapp!!! Hal ini dapat dibuktikan dengan

kaidah tangan kanan. Akan tetapi arah gaya yang melawan Fapp ini bertujuan untuk

mendapatkan kecepatan konstan (percepatan nol, Fapp =Find). Perlu diketahui bahwa untuk

mendapatkan tegangan positif negatif yang sama pada terminal generator saat menjadi

motor, motor diputar dengan arah yang sama seperti saat motor diputar. Jika berbeda

maka didapatkan positif negatif yang terbalik. Nah untuk yang lebih lanjut tentang mesin

DC silakan lihat postingan disini.