Motor Listrik Arus Searah

Mesin arus searah dapat berupa generator DC atau motor DC. Untuk membedakan sebagai generator  atau motor dari mesin difungsikan sebagai apa.
Generator DC alat yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik DC.
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 . 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.

Bagian rotor mesin DC salah satu ujungnya terdapat komutator yang merupakan kumpulan segmen tembaga yang tiap-tiap ujungnya disambungkan dengan ujung belitan rotor (Gambar 6.3). Komutator merupakan bagian yang sering dirawat dan dibersihkan karena bagian ini bersinggungan dengan sikat arang untuk memasukkan arus dari jala-jala ke rotor.

Sikat arang (carbon brush) dipegang oleh pemegang sikat (brush holder ) 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. 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 DC

Prinsip 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.

Bagaimana kalau posisi utara-selatan magnet permanen dibalik? Ke mana arah arah arus listrik induksi yang dihasilkan?

Percobaan secara sederhana dapat dilakukan dengan menggunakan sepasang magnet permanen berbentuk U, sebatang kawat digantung dikedua sisi ujungnya, pada ujung kawat dipasangkan Voltmeter. 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 Volt
ui= Tegangan induksi pada kawat, V
B = Kerapatan medan magnet, Tesla
L = Panjang kawat efektif, meter
v = Kecepatan gerak, m/detik
z = Jumlah belitan kawat

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.

Kontruksi Generator DC

Potongan melintang memperlihatkan konstruksi generator DC. Generator DC terdiri dua bagian, yaitu  stator bagian mesin DC yang diam, dan bagian rotor bagian mesin DC yang berputar. Bagian stator terdiri atas: rangka motor, belitan stator, sikat arang,  bearing, dan terminal box. Bagian rotor terdiri: komutator, belitan rotor, kipas rotor, dan poros rotor. Bagian yang harus menjadi perhatian untuk perawatan secara rutin adalah sikat arang yang akan memendek dan harus diganti secara periodik. Komutator harus dibersihkan dari kotoran sisa sikat arang yang menempel dan serbuk arang yang mengisi celah-celah komutator, gunakan amplas halus untuk membersihkan noda bekas sikat arang.

Arah Putaran Mesin DC

Sebuah mesin DC dengan belitan penguat  Shunt E1-E2, disambungkan secara paralel dengan rangkaian jangkar A1-A2. Perhatikan terminal dengan notasi E1 dan A1 disatukan terhubung dengan sumber tegangan DC positif (+), berikutnya terminal notasi E2 dan A2 juga disatukan tersambung ke sumber DC negatif (-).   Arah mesin DC ditunjukkan oleh arah panah searah jarum jam. Arah arus DC ditunjukkan panah dari E1 menuju E2 dan dari A1 menuju A2. Penyambungan tidak bisa dilakukan sembarangan tetapi dengan memperhatikan notasi angka dan jenis penguat magnetnya. Diagaram di samping adalah pengawatan mesin DC penguat Kompound. Terdiri dari penguat magnet Seri notasi D1-D2, penguat magnet Shunt E1-E2  yang tersambung dengan tahanan geser yang mengatur besaran arus eksitasi (Gambar 6.25). Rangkaian jangkar dengan notasi terminal A1-A2. Perhatikan konfigurasi pertama, sumber DC positif (+), terminal A2, belitan jangkar A1, ke terminal D2, belitan seri D1, kembali ke sumber DC  negatif  (-). Arus  eksitasi  dari tahanan geser ke E1, belitan Shunt E2, ke sumber DC negatif. Konfigurasi kedua, ketika jangkar diputar arah panah (searah jarum jam), A1 menghasilkan tegangan positif (+) ke sumber DC. Arah arus DC pada belitan seri dari D1 menuju D2, dan arus di belitan Shunt dari E1 menuju E2. Terminal D1 dan E2 tersambung ke sumber DC

negatif (-).

Prinsip Kerja Motor DC

Prinsip motor listrik berdasarkan pada kaidah tangan kiri. Sepasang magnet permanen utara - selatan menghasilkan garis medan magnet Φ, kawat penghantar diatas telapak tangan kiri ditembus garis medan magnet Φ. Jika kawat dialirkan arus listrik DC sebesar I searah keempat jari tangan, maka kawat mendapatkan gaya sebesar F searah ibu jari. Bagaimana kalau posisi utara-selatan magnet permanen dibalik? Ke mana arah gaya yang dirasakan batang kawat? lakukan peragaan dengan tangan kiri Anda.

Percobaan sederhana prinsip kerja motor dapat dilakukan dengan menggunakan sepasang magnet permanen berbentuk U, sebatang kawat digantung di kedua sisi ujungnya, pada ujung kawat dihubungkan sumber listrik DC (Gambar 6.27). Arus listrik mengalir dari terminal positif (+) ke batang kawat sebesar I ampere ke  terminal negatif (-). Kawat yang dipotong garis medan magnet, pada batang dihasilkan gaya tolak sebesar F searah panah.

Besarnya gaya F yang dibangkitkan: F = B · I · L · z Newton
F Gaya pada kawat, Newton
B Kerapatan medan magnet, Tesla
I Arus mengalir di kawat, Amper
L Panjang kawat efektif, meter
z Jumlah belitan kawat

PRINSIP KERJA MOTOR LISTRIK

1. Arus listrik masuk melalui sikat S2 ke belahan B2, dari B2 arus mengalir

melalui kumparan ke belahan B1 Ke sikat S1.

2. Arus listrik ini memutar kumparan sampai bidang kumparan menghadap

magnet kutub-kutub magnet tetap. B1 dan B2 berputar. \

3. Tepat pada saat itu B2 bersentuhan dengan S1 dan B1 bersentuhan dengan S2. Sekarang arus dalam kumparan menjadi dari S2 ke belahan B1 melalui kumparan lalu kebelahan B2 terus ke sikat S1.  Jadi arus sekarang dalam kumparan berubah. Dengan demikian kumparan berputar setengah putaran lagi, demikian seterusnya tiap kali bidang kumparan berhadapan dengan kutub-kutub magnet tetap. Arah arus diubah oleh cincin belah itu yang terbuat dari penghantar dan disebutKomu tator.

4. Pengaruh medan magnet terhadap kumparan itu paling besar ketika bidang kumparan tidak terletak sejajar dengan garis-garis gaya. Sedangkan pengaruh medan magnet terhadap putaran kumparan paling kecil ketika bidang kumparan itu tegak lurus garis-garis gaya. Maka dari itu kumparan motor itu menggunakan satu kumparan yang berjalan agak tersentak- sentak.

Kontruksi Motor DC

Konstruksi motor DC terdiri dari dua bagian, yaitu stator bagian motor yang diam dan rotor bagian motor yang berputar. 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.

sumber :