PRINSIP KERJA MOTOR ARUS SEARAH (DC)

Motor DC merupakan jenis motor yang menggunakan tegangan searah sebagai sumber tenaganya. Dengan memberikan beda tegangan pada kedua terminal tersebut, motor akan berputar pada satu arah, dan bila polaritas dari tegangan tersebut dibalik maka arah putaran motor akan terbalik pula. Polaritas dari tegangan yang diberikan pada dua terminal menentukan arah putaran motor sedangkan besar dari beda tegangan pada kedua terminal menentukan kecepatan motor.

Motor DC memiliki 2 bagian dasar :1.Bagian yang tetap/stasioner yang disebut stator. Stator ini menghasilkan medan magnet, baik yang dibangkitkan dari sebuah koil (elektro magnet) ataupun magnet permanen.2.Bagian yang berputar disebut rotor. Rotor ini berupa sebuah koil dimana arus listrik mengalir.

Gaya elektromagnet pada motor DC timbul saat ada arus yang mengalir pada penghantar yang berada dalam medan magnet. Medan magnet itu sendiri ditimbulkan oleh megnet permanen. Garis-garis gaya magnet mengalir diantara dua kutub magnet dari kutub utara ke kutub selatan. Menurut hukum gaya Lourentz, arus yang mengalir pada penghantar yang terletak dalam medan magnet akan menimbulkan gaya. Gaya F, timbul tergantung pada arah arus I, dan arah medan magnet B.

Gambar Konstruksi Motor DC

Belitan stator merupakan elektromagnet, dengan penguat magnet terpisah F1-F2. Belitan jangkar ditopang oleh poros dengan ujung-ujungnya terhubung ke komutator dan sikat arang A1-A2. Arus listrik DC pada penguat magnet mengalir dari F1 menuju F2 menghasilkan medan magnet yang memotong belitan jangkar. Belitan jangkar diberikan listrik DC dari A2 menuju ke A1. Sesuai kaidah tangan kiri jangkar akan berputar berlawanan jarum jam.Gaya elektromagnet pada motor DC timbul saat ada arus yang mengalir pada penghantar yang berada dalam medan magnet. Medan magnet itu sendiri ditimbulkan oleh megnet permanen. Garis-garis gaya magnet mengalir diantara dua kutub magnet dari kutub utara ke kutub selatan. Menurut hukum gaya Lourentz, arus yang mengalir pada penghantar yang terletak dalam medan magnet akan menimbulkan gaya. Gaya F, timbul tergantung pada arah arus I, dan arah medan magnet B. Arah gaya F dapat ditentukan dengan aturan tangan kiri seperti pada gambar berikut.

Gambar Penentuan Arah Gaya Pada Kawat Berarus Listrik Dalam Medan Magnet

Gambar Contoh jenis-jenis Motor DC

MOTOR LISTRIK ARUS SEARAHPengertianMesin arus searahMesin arus searah dapat berupagenerator DCataumotor DC. Untuk membedakan sebagai generator atau motor dari mesin difungsikan sebagai apa.Generator DCalat yang mengubahenergi mekanikmenjadienergi listrikDC. Motor DC alat yang mengubah energi listrik DC menjadi energi mekanik putaran. Sebuah motor DC dapat difungsikan sebagai generator, atau sebaliknya generator DC bisa difungsikan sebagai motor DC. Secara fisik mesin DC tampak jelas ketika rumah motor atau disebut stator dibongkar terdapat kutub-kutub magnet bentuknya menonjol Gambar 6.1. Mesin DC yang sudah dipotong akan tampak beberapa komponen yang mudah dikenali. Bagian yang berputar dan berbentuk belitan kawat dan ditopang poros disebut sebagai rotor atau jangkar Gambar 1.

Gambar 1 Stator Mesin DC dan Medan Magnet Utama dan Medan Magnet Bantu

Secara fisik mesin DC tampak jelas ketika rumah motor atau disebut stator dibongkar terdapat kutub-kutub magnet bentuknya menonjol Gambar 1. Mesin DC yang sudah dipotong akan tampak beberapa komponen yang mudah dikenali. Bagian yang berputar dan berbentuk belitan kawat dan ditopang poros disebut sebagai rotor atau jangkar Gambar 6.2.

Gambar 2 Fisik Mesin DC

Bagian rotor mesin DC salah satu ujungnya terdapat komutator yang merupakan kumpulan segmen tembaga yang tiap-tiap ujungnya disambungkan dengan ujung belitan rotor (Gambar 3). Komutator merupakan bagian yang sering dirawat dan dibersihkan karena bagian ini bersinggungan dengan sikat arang untuk memasukkan arus dari jala-jala ke rotor.

Gambar 3 Penampang Komutator

Sikat arang (carbon brush) dipegang oleh pemegang sikat (brush holder) Gambar 4 agar kedudukan sikat arang stabil. Pegas akan menekan sikat arang sehingga hubungan sikat arang dengan komutator tidak goyah. Sikat arang akan memendek karena usia pemakaian dan secara periodik harus diganti dengan sikat arang baru.

Gambar 4 Pemegang Sikat Arang

Salah satu kelemahan dari mesin DC adalah kontak mekanis antara komutator dan sikat arang yang harus terjaga dan secara rutin dilakukan pemeliharaan. Tetapi mesin DC juga memiliki keunggulan khususnya untuk mendapatkan pengaturan kecepatan yang stabil dan halus. Motor DC banyak dipakai di industri kertas, tekstil, kereta api diesel elektrik, dan sebagainya.

Prinsip Kerja Generator DCPrinsip kerja generator DC berdasarkan pada kaidah tangan kanan. Sepasang magnet permanen utara selatan menghasilkan garis medan magnet F, kawat penghantar di atas telapak tangan kanan ditembus garis medan magnet F. Jika kawat digerakkan ke arah ibu jari, maka dalam kawat dihasilkan arus listrik I yang searah dengan keempat arah jari tangan Gambar 5. Bagaimana kalau posisi utara-selatan magnet permanen dibalik? Ke mana arah arah arus listrik induksi yang dihasilkan?Gambar 5 Kaidah Tangan KananPercobaan secara sederhana dapat dilakukan dengan menggunakan sepasang magnet permanen berbentuk U, sebatang kawat digantung dikedua sisi ujungnya, pada ujung kawat dipasangkan Voltmeter (Gambar 6). Batang kawat digerakkan ke arah panah, pada kawat dihasilkan ggl induksi dengan tegangan yang terukur pada Voltmeter.

Besarnya ggl induksi yang dibangkitkan: ui = B L v z Voltui = Tegangan induksi pada kawat, VB = Kerapatan medan magnet, TeslaL = Panjang kawat efektif, meterv = Kecepatan gerak, m/detikz = Jumlah belitan kawat

Gambar 6 Model Prinsip Kerja Generator DC

Belitan kawat generator berbentuk silinder dan beberapa kawat dibelitkan selanjutnya disebut belitan rotor atau belitan jangkar. Kedudukan I, ketika rotor digerakkan searah jarum jam, kawat 1 tanda silang (menjauhi kita), kawat 2 tanda titik (mendekati kita) ggl induksi maksimum. Posisi II kawat 1 dan kawat 2 berada pada garis netral ggl induksi sama dengan nol. Posisi III kawat kebalikan posisi I dan ggl induksi tetap maksimum (Gambar 7).

Gambar 7 Pembangkitan Tegangan DC pada Angker

Posisi ini terjadi berulang-ulang selama rotor diputar pada porosnya, ggl induksi yang dihasilkan maksimum, kemudian ggl induksi menjadi nol, berikutnya ggl induksi menjadi maksimum terjadi berulang secara bergantian.

Gambar 8 a) Bentuk Tegangan AC dan SlipringGambar 8 b) Tegangan DC pada Komutator

GGL induksi yang dihasilkan dari belitan rotor (Gambar 7) dapat menghasilkan dua jenis listrik yang berbeda, yaitu listrik AC dan listrik DC. Jika ujung belitan rotor dihubungkan dengan slipring berupa dua cincin (Gambar 8a), maka dihasilkan listrik AC berbentuk sinusoidal. Bila ujung belitan rotor dihubungkan dengan komutator satu cincin (Gambar 8b) dengan dua belahan, maka dihasilkan listrik DC dengan dua gelombang positif.Mesin DC dikembangkan rotornya memiliki banyak belitan dan komutator memiliki beberapa segmen. Rotor memiliki empat belitan dan komutator empat segmen, sikat arang dua buah, akan menghasilkan ggl induksi dengan empat buah buah gelombang untuk setiap putaran rotornya (Gambar 9). Tegangan DC yang memiliki empat puncak.

Gambar 9 Prinsip Pembangkitan Tegangan DC

Medan magnet yang sebelumnya adalah magnet permanen diganti menjadi elektromagnet, sehingga kuat medan magnet bisa diatur oleh besarnya arus penguatan medan magnet. Belitan rotor dikembangkan menjadi belitan yang memiliki empat cabang, komutator empat segmen dan sikat arang dua buah. Tegangan yang dihasilkan penjumlahan dari belitan 1-2 dan belitan 3-4 (Gambar 10).

Gambar 10 Tegangan DC pada Komutator

Dalam perkembangan berikutnya generator DC dibagi menjadi tiga jenis, yaitu:a)Generator penguat terpisahb)Generator belitan Shuntc)Generator belitan Kompound