bab ii dasar teori - Universitas Sumatera Utara

BAB II
DASAR TEORI
2.1 Umum(1,2,4)
Secara sederhana motor arus searah dapat didefenisikan sebagai suatu
mesin listrik yang mengubah energi listrik pada arus searah (DC) menjadi energi
gerak atau energi mekanik, dimana energi gerak tersebut berupa putaran pada
bagian yang disebut rotor. Pada prinsipnya operasi motor arus searah sangat
identik dengan generator arus searah. Kenyataannya mesin yang bekerja sebagai
generator arus searah akan dapat bekerja sebagai motor arus searah. Oleh sebab
itu, sebuah mesin arus searah dapat digunakan baik sebagai motor arus searah
maupun generator arus searah.
Secara umum motor arus searah terdiri dari bagian stator (bagian yang
diam) dan bagian rotor (bagian yang berputar). Pada bagian yang diam (stator)
merupakan tempat diletakkannya kumparan medan yang berfungsi untuk
menghasilkan fluksi magnet, sedangkan bagian yang berputar (rotor) ditempati
oleh rangkaian jangkar seperti kumparan jangkar, komutator dan sikat.
Motor arus searah bekerja berdasarkan prinsip interaksi antara dua fluksi
magnetik. Dimana kumparan medan akan menghasilkan fluksi magnet yang
arahnya dari kutub utara menuju kutub selatan dan kumparan jangkar akan
menghasilkan fluksi magnet yang melingkar. Interaksi antara kedua fluksi magnet
ini menimbulkan suatu gaya. Gaya yang timbul tersebut akan menghasilkan
putaran atau torsi.
Motor arus searah digunakan secara luas pada berbagai motor penggerak
dan pengangkut dengan kecepatan yang bervariasi yang membutuhkan respon
6
Universitas Sumatera Utara
dinamis dan keadaan steady-state. Motor arus searah mempunyai pengaturan yang
sangat mudah dilakukan dalam berbagai kecepatan dan beban yang bervariasi. Itu
sebabnya motor arus searah digunakan pada berbagai aplikasi tersebut.
Pengaturan kecepatan ini dapat dilakukan dengan memperbesar atau memperkecil
arus yang mengalir pada jangkar menggunakan sebuah tahanan.
2.2 Konstruksi Motor Arus Searah(1,2,7)
Secara umum motor arus searah memiliki konstruksi yang sama, terbagi
atas dua bagian, yaitu : bagian yang diam dan bagian yang bergerak. Bagian yang
diam disebut stator dan bagian yang berputar/bergerak disebut rotor. Untuk lebih
jelasnya dapat dilihat pada Gambar 2.1 di bawah ini:
Gambar 2.1 Konstruksi Motor Arus Searah (DC)
7
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.2 Konstruksi Motor Arus Searah(DC) Bagian Stator
Gambar 2.3 Konstruksi Motor Arus Searah (DC) Bagian Rotor
1. Badan Motor (Rangka)
Rangka motor arus searah adalah tempat meletakkan sebagian besar
komponen mesin dan melindungi bagian mesin. Untuk itu rangka harus dirancang
memiliki kekuatan mekanis yang tinggi untuk mendukung komponen-komponen
8
Universitas Sumatera Utara
mesin tersebut. Rangka (frame atau yoke) mesin arus searah seperti juga mesinmesin listrik lainnya secara umum memiliki dua fungsi, yaitu:
1. Untuk membawa fluks magnetik yang dihasilkan oleh kutub-kutub
magnet.
2. Merupakan sarana pendukung mekanik untuk mesin secara keseluruhan.
Rangka dibuat dengan menggunakan bahan ferromagnetik yang memiliki
permeabilitas tinggi. Rangka biasanya terbuat dari baja tuang (cast steel) atau baja
lembaran (rolled steel) yang berfungsi sebagai penopang mekanis dan juga
sebagai bagian dari rangkaian magnet. Biasanya pada badan (rangka) motor
terdapat papan nama (name plate) yang bertuliskan spesifikasi umum atau datadata teknik dari mesin tersebut.
2. Kutub Medan
Kutub medan terdiri atas inti kutub dan sepatu kutub. Sepatu kutub yang
berdekatan dengan celah udara dibuat lebih besar dari badan inti. Dimana
fungsinya adalah untuk menahan kumparan medan di tempatnya dan
menghasilkan distribusi fluksi yang lebih baik yang tersebar di seluruh jangkar
dengan menggunakan permukaan yang melengkung.
Gambar 2.4 Konstruksi Kutub dan Penempatannya
9
Universitas Sumatera Utara
Inti kutub terbuat dari laminasi pelat-pelat baja yang terisolasi satu sama
lain. Sepatu kutub dilaminasi dan dibaut ke inti kutub. Maka kutub medan (inti
kutub dan sepatu kutub) direkatkan bersama-sama kemudian dibaut pada rangka.
Pada inti kutub ini dibelitkan kumparan medan yang terbuat dari kawat tembaga
yang berfungsi untuk menghasilkan fluksi magnetik.
3. Sikat
Sikat adalah jembatan bagi aliran arus ke lilitan jangkar. Dimana
permukaan sikat ditekan ke permukaan segmen komutator untuk menyalurkan
arus listrik. Sikat memegang peranan penting untuk terjadinya komutasi. Sikatsikat terbuat dari bahan karbon dengan tingkat kekerasan yang bermacam-macam
dan dalam beberapa hal dibuat dari campuran karbon dan logam tembaga. Sikat
harus lebih lunak daripada segmen-segmen komutator supaya gesekan yang
terjadi antara segmen-segmen komutator dan sikat tidak mengakibatkan ausnya
komutator.
Gambar 2.5 Sikat Pada Motor DC
4. Kumparan Medan
Kumparan medan adalah susunan konduktor yang dibelitkan pada inti
kutub. Dimana konduktor tersebut terbuat dari kawat tembaga yang berbentuk
10
Universitas Sumatera Utara
bulat atapun persegi. Rangkaian medan yang berfungsi untuk menghasilkan fluksi
utama dibentuk dari kumparan pada setiap kutub. Pada aplikasinya rangkaian
medan dapat dihubungkan dengan kumparan jangkar baik seri maupun paralel dan
juga dihubungkan tersendiri langsung kepada sumber tegangan sesuai dengan
jenis penguatan pada motor.
5. Kumparan Jangkar
Kumparan
jangkar
pada
motor
arus
searah
merupakan
tempat
dibangkitkannya ggl induksi. Pada motor arus searah penguatan kompon pendek
kumparan medan serinya diparalel terhadap kumparan jangkar, sedangkan pada
motor arus searah penguatan kompon panjang kumparan medan serinya diserikan
terhadap kumparan jangkar. Konstruksi kumparan jangkar pada rotor ada tiga
macam yaitu:
1. Kumparan jerat (lap winding)
2. Kumparan gelombang (wave winding)
3. Kumparan zig-zag (frog-leg winding)
6. Inti Jangkar
Inti jangkar yang umumnya digunakan dalam motor arus searah adalah
berbentuk silinder yang diberi alur-alur pada permukaannya untuk tempat
melilitkan kumparan jangkar tempat terbentuknya ggl induksi. Inti jangkar terbuat
dari bahan ferromagnetik, dengan maksud agar komponen-komponen (lilitan
jangkar) terletak dalam daerah yang induksi magnetnya besar supaya ggl induksi
dapat bertambah besar. Bahan yang digunakan untuk jangkar ini merupakan
sejenis campuran baja silicon. Seperti halnya inti kutub magnet maka jangkar
dibuat dari bahan berlapis-lapis tipis dengan tujuan untuk mengurangi panas yang
11
Universitas Sumatera Utara
terbentuk karena adanya arus linier seperti ditunjukkan pada Gambar 2. di bawah
ini.
Gambar 2.6 Inti Jangkar yang Berlapis-lapis
7. Komutator
Untuk memperoleh tegangan searah diperlukan alat penyearah yang
disebut komutator dan sikat. Fungsi komutator untuk fasilitas penghubung arus
dari konduktor jangkar, sebagai penyearah mekanik, yang bersama-sama dengan
sikat membuat sesuatu kerjasama yang disebut komutasi. Komutator terdiri dari
sejumlah segmen tembaga yang berbentuk lempengan-lempengan yang dirakit ke
dalam silinder yang terpasang pada poros. Di mana tiap-tiap lempengan atau
segmen-segmen komutator terisolasi dengan baik antara satu sama lainnya. Bahan
isolasi yang digunakan pada komutator adalah mika. Agar dihasilkan tegangan
arus searah yang konstan, maka komutator yang digunakan hendaknya dalam
jumlah yang besar.
12
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.7 Komutator
8. Celah Udara
Celah udara merupakan ruang atau celah antara permukaan jangkar dengan
permukaan sepatu kutub yang menyebabkan jangkar tidak bergesekan dengan
sepatu kutub.
2.3 Prinsip Kerja Motor Arus Searah(3,4,7)
Sebuah konduktor mempunyai medan magnet disekelilingnya apabila
konduktor tersebut dialiri oleh arus listrik. Pada saat konduktor yang dialiri arus
listrik ditempatkan pada suatu medan magnet, maka konduktor akan mengalami
gaya mekanik, seperti diperlihatkan pada Gambar 2.8 di bawah.
Gambar 2.8 Pengaruh Penempatan Konduktor yang Dialiri Arus Listrik
Dalam Medan Magnet
13
Universitas Sumatera Utara
Pada Gambar 2.8.a menggambarkan sebuah konduktor yang dialiri arus
listrik menghasilkan medan magnet disekelilingnya. Arah medan magnet yang
dihasilkan oleh konduktor dapat diperoleh dengan menggunakan kaidah tangan
kanan. Untuk lebih jelasnya perhatikan Gambar 2.9 berikut ini.
Gambar 2.9 Kaidah tangan kanan
Kuat medan tergantung pada besarnya arus yang mengalir pada konduktor.
Sedangkan Gambar 2.8.b menunjukkan sebuah medan magnet yang diakibatkan
oleh kutub-kutub magnet utara dan selatan. Arah medan magnet adalah dari kutub
utara menuju kutub selatan.
Pada saat konduktor dengan arah menjauhi pembaca ditempatkan di dalam
medan magnet seragam, maka medan gabungnya akan seperti yang ditunjukkan
pada Gambar 2.8.c. Daerah di atas konduktor, medan yang ditimbulkan konduktor
adalah dari kiri ke kanan, atau pada arah yang sama dengan medan utama.
Sementara di bawahnya, garis-garis magnet dari konduktor arahnya berlawanan
dengan medan utama. Hasilnya adalah memperkuat medan atau menambah
kerapatan fluksi di atas konduktor dan melemahkan medan atau mengurangi
kerapatan fluksi di bawah konduktor.
Dalam keadaan ini, fluksi di daerah di atas konduktor yang kerapatannya
bertambah atau mengusahakan gaya ke bawah kepada konduktor, untuk
14
Universitas Sumatera Utara
mengurangi kerapatannya. Hal ini menyebabkan konduktor mengalami gaya
berupa dorongan ke arah bawah. Begitu juga halnya bila arah arus dalam
konduktor dibalik. Kerapatan fluksi yang berada di bawah konduktor akan
bertambah sedangkan kerapatan fluksi di atas konduktor berkurang. Sehingga
konduktor akan mendapatkan gaya tolak ke arah atas. Konduktor yang
mengalirkan arus dalam medan magnet cenderung bergerak tegak lurus terhadap
medan.
Prinsip kerja sebuah motor arus searah dapat dijelaskan dengan gambar
berikut.
Gambar 2.10 Prinsip perputaran motor arus searah
Saat kumparan medan dihubungkan dengan sumber tegangan, mengalir
arus medan If
pada kumparan medan karena rangkaian tertutup sehingga
menghasilkan fluksi magnet yang arahnya dari kutub utara menuju kutub selatan.
Sedangkan pada kumparan jangkar mengalir arus jangkar Ia, sehingga pada
konduktor kumparan jangkar timbul fluksi magnet yang melingkar. Fluksi jangkar
15
Universitas Sumatera Utara
ini akan memotong fluksi dari kumparan medan sehingga menyebabkan
perubahan kerapatan fluksi dari medan utama. Hal ini menyebabkan jangkar
mengalami gaya sehingga menimbulakn torsi.
Gaya yang dihasilkan pada setiap konduktor dari sebuah jangkar,
merupakan akibat aksi gabungan medan utama dan medan di sekeliling
konduktor. Gaya yang dihasilkan berbanding lurus dengan besar fluksi medan
utama dan kuat medan di sekeliling konduktor. Medan di sekeliling masingmasing konduktor jangkar tergantung pada besarnya arus jangkar yang mengalir
pada konduktor tersebut. Arah gaya ini dapat ditentukan dengan kaidah tangan
kiri.
Gambar 2.11 Aturan tangan kiri untuk prinsip kerja motor DC
Besarnya gaya F = B . I . l . sin θ, karena arus jangkar I tegak lurus dengan
arah induksi magnetik B maka besar gaya yang dihasilkan oleh arus yang
mengalir pada konduktor jangkar yang ditempatkan dalam suatu medan magnet
adalah :
F = B . I . l Newton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .(2.1)
Dimana :
F = gaya Lorentz [Newton]
I = arus [Ampere]
l = panjang penghantar [meter]
16
Universitas Sumatera Utara
B = kerapatan fluksi [Webber/m2]
Sedangkan torsi yang dihasilkan motor adalah :
T = F . r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .(2.2)
Bila torsi yang dihasilkan motor lebih besar dari pada torsi beban maka
motor akan berputar. Besar torsi beban dapat dituliskan dengan:
T = K . Φ . Ia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .(2.3)
K=
Dimana :
𝑃 .𝑍
2𝜋𝑎
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .(2.4)
T = torsi [N-m]
r = jari-jari [m]
K = konstanta [tergantung pada ukuran fisik motor]
Φ = fluksi setiap kutub
Ia = arus jangkar [A]
p = jumlah kutub
z = jumlah konduktor
a = cabang paralel
2.4 Gaya Gerak Listrik Lawan Pada Motor Arus Searah (1,2,6,7)
Ketika jangkar motor berputar konduktornya juga berputar dan memotong
fluksi utama. Sesuai dengan hukum faraday, akibat gerakan konduktor di dalam
suatu medan magnetik maka pada konduktor tersebut akan timbul GGL induksi
yang diinduksikan pada konduktor tersebut dimana arahnya berlawanan dengan
tegangan yang diberikan pada konduktor. Karena arahnya berlawanan, maka hal
tersebut dinamakan GGL lawan. Besar tegangan yang diinduksikan tersebut
sesuai dengan persamaan berikut.
17
Universitas Sumatera Utara
Eb =
𝑃𝑍
𝑎 60
𝑛 𝜙 (volt) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.5)
Persamaan tegangan secara umum dapat dituliskan sebagai berikut:
Eb = 𝐾′ . 𝑛 . 𝜙 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.6)
Dimana:
𝐾′ = konstanta =
𝑃𝑍
𝑎 60
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .(2.7)
2.5 Reaksi Jangkar (1,2,4,7)
Reaksi jangkar merupakan pengaruh medan magnet yang disebabkan oleh
mengalirnya arus pada jangkar, dimana jangkar tersebut berada di dalam medan
magnet. Reaksi jangkar menyebabkan terjadinya dua hal seperti :
1. Demagnetisasi atau penurunan kerapatan fluksi medan utama
2. Magnetisasi silang.
Apabila kumparan medan dialiri oleh arus tetapi kumparan jangkar tidak
dialiri oleh arus, maka dengan mangabaikan pengaruh celah udara, jalur fluksi
ideal untuk kutub utama dari motor arus searah dua kutub, berasal dari kutub utara
menuju kutub selatan seperti pada Gambar 2.12 berikut.
Gambar 2.12 Fluksi yang Dihasilkan oleh Kumparan Medan
18
Universitas Sumatera Utara
Dari Gambar 2.12 dapat dijelaskan bahwa :
1. Fluksi didistribusikan simetris terhadap bidang netral magnetis.
2. Sikat ditempatkan bertepatan dengan bidang netral magnetis.
Bidang netral magnetis didefenisikan sebagai bidang di dalam motor
dimana konduktor bergerak sejajar dengan garis gaya magnet sehingga gaya gerak
listrik induksi konduktor pada bidang tersebut adalah nol. Bidang netral magnetis
juga disebut sebagai sumbu komutasi karena pembalikan arah arus jangkar berada
pada bidang tersebut. Vektor OFM mewakili besar dan arah dari fluksi medan
utama, dimana vektor ini tegak lurus terhadap bidang netral magnetis.
Sewaktu hanya konduktor jangkar saja yang dialiri oleh arus listrik
sementara kumparan medan tidak dieksitasi, maka disekeliling konduktor jangkar
timbul ggm atau fluksi. Arah garis gaya magnet dapat dilihat pada Gambar 2.13
berikut.
Gambar 2.13 Fluksi yang Dihasilakn oleh Kumparan Jangkar
Penentuan arah dari garis gaya magnet yang diakibatkan oleh arus jangkar
ditentukan dengan aturanputaran sekrup. Besar dan arah garis gaya magnet
tersebut diwakili oleh vektor OFA yang sejajar dengan bidang netral magnetis.
Pada prakteknya, sewaktu mesin beroperasi maka konduktor jangkar dan
19
Universitas Sumatera Utara
konduktor medan sama-sama dialiri oleh arus listrik. Distribusi fluksi resultan
diperoleh dari menggabungkan kedua fluksi tersebut. Oleh karenanya distribusi
fluksi medan utama yang melalui jangkar tidak lagi simetris tetapi sudah
mengalami pembelokan saat mendekati konduktor yang dialiri arus tersebut. Hal
tersebut dikarenakan pengaruh fluksi jangkar yang dapat dilihat pada Gambar
2.14.
Fluksi yang dihasilkan oleh gaya gerak magnet (ggm) jangkar menentang
fluksi medan utama pada setengah bagian dari salah satu kutubnya dan
memperkuat fluksi medan utama pada setengah bagian yang lainnya. Hal ini jelas
akan menyebabkan penurunan kerapatan fluksi pada setengah bagian dari salah
satu kutubnya dan terjadi kenaikan pada setengah bagian yang lain di kutub yang
sama. Efek dari intensitas medan magnet atau lintasan fluksi pada jangkar yang
memotong lintasan fluksi medan utama ini disebut sebagai reaksi jangkar
magnetisasi silang (cross magnetization).
Gambar 2.14 Hasil Kombinasi antara Fluksi Medan dan Fluksi Jangkar
Magnetisasi silang ini juga menyebabkan pergeseran bidang netral. Pada
Gambar 2.14 terlihat bahwa vektor OFr merupakan resultan vektor OFA dan OFM,
20
Universitas Sumatera Utara
serta posisi bidang netral magnetis yang baru, dimana selalu tegak lurus terhadap
vektor OFr. Bidang netral magnetis motor yang baru bergeser sejauh β karena
posisi bidang netral magnetis ini selalu tegak lurus terhadap vektor OF. Dengan
pergeseran bidang netral ini maka sikat juga akan bergeser sejauh pergeseran
bidang netral magnetis. Hal ini dapat menimbulkan bunga api di segmen
komutator dekat sikat.
2.6 Mengatasi Masalah Reaksi Jangkar(1,2,6,9)
Ada tiga cara untuk mengatasi permasalahan yang timbul akibat reaksi
jangkar, yaitu:
1. Pergeseran sikat (brush shifting)
2. Kutub bantu (interpole)
3. Belitan kompensasi (compensating windings)
2.6.1 Pergeseran Sikat (Brush Shifting)
Ide dasarnya adalah memindahkan sikat seirama dengan perpindahan
bidang netral untuk menghindari percikan bunga api yang mungkin timbul.
Namun dalam penerapannya hal ini cukup sulit karena jarak perpindahan bidang
netralnya sangat ditentukan oleh besarnya beban yang dipikul oleh mesin
sehingga sikat harus juga diubah setiap saat, seirama dengan perubahan jarak
perpindahan bidang netral. Selain itu pergeseran sikat ini akan memperburuk
melemahnya fluksi akibat reaksi jangkar mesin. Seperti yang terlihat pada
Gambar 2.15 berikut.
21
Universitas Sumatera Utara
(a)
(b)
Gambar 2.15 Pelemahan GGM Akibat Pergeseran Bidang Netral
Pada Gambar 2.15(a) diperlihatkan kondisi ketika bidang netral mesin
bergeser (lihat gambar segitiga ggm), sedangkan pada Gambar 2.15(b) terlihat
bidang netral yang bergeser disertai dengan bergesernya sikat mesin. Akibat
pergeseran tersebut terlihat ggm resultannya melemah sedemikian rupa.
Masalah yang sering timbul dalam motor DC adalah peletakan dari posisi
sikat. Adanya reaksi medan magnit pada jangkar membuat posisi sikat pada
komutator motor DC berubah. Ada motor DC yang posisi sikatnya dapat diatur
sesuai kondisi yang diinginkan. Pengaturan posisi sikat dalam mengantisipasi
reaksi jangkar ternyata berpengaruh pada unjuk kerja, efisiensi dan torsi dari
motor tersebut. Maka dengan mengatur posisi sikat-sikat pada komutator akan
dapat meningkatkan performansi dari motor DC tersebut sehingga motor DC
dapat bekerja lebih baik. Akibat dari pengaturan posisi sikat ini tentu juga akan
22
Universitas Sumatera Utara
berpengaruh terhadap besar kecilnya arus yang mengalir pada jangkarnya. Dengan
berubahnya besar nilai arus pada jangkar akan sangat mempengaruhi terhadap
cepat lambatnya waktu pengereman.
2.6.2 Kutub Bantu (Interpole)
Jika nilai tegangan pada kawat-kawat yang sedang melakukan proses
penyearahan dibuat nol, maka tidak akan terdapat percikan bunga api pada sikatsikat mesin tersebut. Untuk itu, kutub-kutub kecil yang disebut kutub komutasi
ditempatkan
ditengah-tengah
diantara
kutub-kutub
utama.
Interpole
ini
dihubungkan seri terhadap kumparan rotor. Sehingga dengan adanya fluks dari
interpole ini akan dapat mencegah atau mengurangi adanya tegangan yang
muncul pada kawat-kawat yang sedang melakukan proses komutasi.
Ketika beban yang dipikul mesin meningkat dan arus rotor pun meningkat,
besarnya perubahan/ pergeseran bidang netral meningkat pula. Hal tersebut akan
menyebabkan timbulnya tegangan pada konduktor-konduktor yang sedang
melakukan komutasi. Pada saat itu fluks interpole juga meningkat, menghasilkan
tegangan pada konduktor-konduktor tersebut dan berlawanan dengan tegangan
yang timbul akibat pergeseran bidang netral.
Gambar 2.16. Kumparan Mesin DC yang Dilengkapi dengan Kutub Bantu.
23
Universitas Sumatera Utara
2.6.3 Belitan Kompensasi (Compensating Windings)
Untuk kerja motor yang berat masalah pelemahan fluksi menjadi sangat
penting. Untuk mengatasi masalah tersebut salah satunya dengan menambah
belitan kompensasi. Belitan kompensasi ini dihubungkan seri terhadap kumparan
jangkar. Belitan kompensasi ini bertujuan untuk mengurangi penyimpangan yang
timbul akibat reaksi jangkar.
2.7 Jenis - Jenis Motor Arus Searah(1,2,3,4)
Jenis-jenis motor arus searah dapat dibedakan berdasarkan jenis penguatannya,
yaitu hubungan rangkaian kumparan medan dengan kumparan jangkar. Sehingga
motor arus searah dibedakan menjadi:
2.7.1 Motor Arus Searah Penguatan Bebas
Motor arus searah penguatan bebas adalah motor arus searah yang sumber
tegangan penguatannya berasal dari luar motor. Di mana kumparan medan
disuplai dari sumber tegangan DC tersendiri. Rangkaian ekivalen motor arus
searah penguatan bebas dapat dilihat pada Gambar 2.17 di bawah ini:
Gambar 2.17 Motor Arus Searah Penguatan Bebas
24
Universitas Sumatera Utara
Persamaan umum motor arus searah penguatan bebas :
Vt = Ea + Ia Ra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .(2.8)
Vf = If . Rf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .(2.9)
Dimana : Vt = tegangan terminal jangkar motor arus searah (Volt)
Ia = arus jangkar (A)
Ra = tahanan jangkar (Ohm)
If = arus medan penguatan bebas (A)
Rf = tahanan medan penguatan bebas (Ohm)
Vf = tegangan terminal medan penguatan bebas (Volt)
Ea = gaya gerak listrik motor arus searah (Volt)
2.7.2 Motor Arus Searah Penguatan Sendiri
Motor arus searah penguatan sendiri dibagi atas tiga, yaitu:
1. Motor arus searah penguatan shunt
2. Motor arus searah penguatan seri
3. Motor arus searah penguatan kompond
1) Motor arus searah penguatan kompond pendek
2) Motor arus searah penguatan kompond panjang
2.7.2.1 Motor Arus Searah Penguatan Shunt
Kumparan medan sama seperti pada penguat terpisah, tetapi kumparan
medan terhubung secara paralel dengan rangkaian rotor. Satu sumber yang sama
digunakan untuk menyuplai kumparan medan dan kumparan rotor. Oleh karena
itu, total arus dalam jalur merupakan penjumlahan arus medan dan arus jangkar.
Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan shunt dapat dilihat pada Gambar
2.18 berikut.
25
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.18 Motor Arus Searah Penguatan Shunt
Persamaan umum motor arus searah penguatan shunt :
Vt = Ea + Ia Ra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .(2.10)
Vsh = Vt = Ish . Rsh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.11)
IL = Ia + Ish . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.12)
Dimana :
Ish = arus kumparan medan shunt (A)
Vsh = tegangan terminal medan motor arus searah (Volt)
Rsh = tahanan medan shunt (Ohm)
IL = arus beban (A)
2.7.2.2 Motor Arus Searah Penguatan Seri
Kumparan medan dihubungkan secara seri dengan kumparan jangkar.
Oleh karena itu arus medan sama dengan arus jangkar. Pada saat kondisi awal,
arus starting pada motor DC jenis ini akan sangat besar. Untuk itu, pada saat
menjalankan motor harus disertai beban sebab apabila tanpa beban motor akan
mempercepat tanpa terkendali.
26
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.19 Motor Arus Searah Penguatan Seri
Kumparan medan terbuat dari sejumlah kecil kumparan dengan penampang kawat
yang besar. Tipe demikian dirancang untuk mengalirkan arus besar dan terhubung
seri dengan kumparan rotor. Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan seri
dapat dilihat pada Gambar 2.19.
Persamaan umum motor arus searah penguatan seri :
Vt = Ea + Ia ( Ra + Rs ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .(2.13)
− 𝐸𝑎
[ 𝑉𝑡
] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.14)
𝑅𝑎+ 𝑅𝑠
Ia =
Ia = IL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .(2.15)
2.7.2.3 Motor Arus Searah Penguatan Kompond
Konfigurasi motor arus searah tipe ini menggunakan gabungan dari
kumparan seri dan shunt/paralel. Pada motor arus searah jenis ini, kumparan
medan dihubungkan secara paralel dan seri dengan kumparan jangkar. Dengan
demikian, motor arus searah jenis ini akan memiliki torsi penyalaan awal yang
baik dan kecepatan yang stabil. Semakin tinggi persentase penggabungan, yaitu
persentase kumparan medan yang dihubungkan secara seri, maka semakin tinggi
27
Universitas Sumatera Utara
pula torsi penyalaan awal yang dapat ditangani. Motor arus searah penguatan
kompond terbagi atas dua, yaitu :
1. Motor Arus Searah Penguatan Kompond Pendek
Pada motor arus searah penguatan kompon pendek, kumparan medan
serinya terhubung secara paralel terhadap kumparan jangkar dan kumparan medan
shunt. Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan kompond pendek dapat
dilihat pada Gambar 2.20 berikut :
Gambar 2.20 Motor Arus Searah Penguatan Kompond Pendek
Persamaan umum motor arus searah penguatan kompon pendek :
IL = Ia + Ish . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .(2.16)
Vt = Ea + IL . Rs + Ia . Ra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.17)
Pin = Vt . IL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .(2.18)
Dimana :
IL . Rs = tegangan jatuh pada kumparan seri
Ia . Ra = tegangan jatuh pada kumparan armatur
28
Universitas Sumatera Utara
2. Motor Arus Searah Penguatan Kompon Panjang
Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan kompond panjang dapat
dilihat pada Gambar 2.21 berikut :
Gambar 2.21 Motor Arus Searah Penguatan Kompond Panjang
Pada motor arus searah penguatan kompon panjang, kumparan medan serinya
tehubung secara seri terhadap kumparan jangkarnya dan terhubung paralel
terhadap kumparan medan shunt.
Persamaan umum motor arus searah penguatan kompon panjang :
IL = Ia + Ish . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.19)
Vt = Ea + Ia (Rs + Ra) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.20)
Pin = Vt . IL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .(2.21)
Vt = Vsh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .(2.22)
29
Universitas Sumatera Utara