3 presentasi-motor-dc OK.

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 dan 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)
net voltage V  E b
Ia 

resis tan ce
Ra
P
Eb  ZN .( )
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
Ia 
net voltage V  E b

resis tan ce
Ra
P
Eb  ZN .( )
A
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 = 40V
2.Sebuah motor dc 2 kutub, 150 lilitan dengan luas
penampang intinya sebesar 0,15 m2 mendapatkan ggl
balik sebesar 220V, 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 IaRa
V = Eb + IaRa ..............................(1)
Persamaan ini dikenal sebagai persamaan tegangan dari motor.
Dengan mengalikan persaman (1) di atas
dengan Ia, diperoleh :
VI a  Eb I a  I a2 Ra
dimana : VIa = daya yang masuk ke jangkar
EbIa = ekivalen elektrik dari daya mekanik
yang dibangkitkan dalam jangkar
Ia2Ra = rugi-rugi Cu dalam jangkar
V = Eb + IaRa
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 = 4,3A
2.Daya yang masuk ke jangkar sebesar 300Watt,
sedangkan rugi dayanya 25W, ggl balik 190V. Hitunglah
arus jangkar pada motor tersebut.
 Ia = (300-25)/190 = 1,45A
Kondisi untuk Daya Maksimum
Gross mechanical power (daya mekanik) yang
dibangkikan oleh motor adalah
Pm = V Ia - Ia2Ra
Pendifferensialan kedua sisi persamaan
terhadap Ia dan menyamakannya dengan nol,
memperoleh :
Juga
Maka
dPm/dIa = V – 2 IaRa = 0
I a Ra
= V/2
V = Eb + IaRa dan Ia Ra = V/2
Eb = V/2
IaRa = 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 I2R
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 EbIa/VIa = Eb/V.
Terlihat, bahwa semakin tinggi nilai Eb
dibandingkan dengan nilai V,
semakin tinggi efisiensi motor.
Pm = V Ia - Ia2Ra
Contoh Soal
1.Sebuah motor dc dengan tahanan jangkar 12 Ohm
dihubungkan dengan power suplply 130V mendapat arus
jangkar 2,4A. Hitunglah Gross mechanical power (daya
mekanik) yang dibangkikan oleh motor tersebut.
 Pm = (130x2,4)-(2,42x12)=242,88W
2.Sebuah motor dc dihubungkan dengan power suplply
210V mendapat arus jangkar 4,26A. Daya mekanik yang
dibangkikan oleh motor tersebut sebesar 352W. Hitunglah
tahanan jangkar motor tersebut.
 352 = 210x4,26 – 4,26 xRa
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
Pa = EbIa
Dari kedua persamaan di atas, diperoleh Ta x 2 π N = EbIa
Karena Eb =
maka diperoleh
atau
atau
 ZN x (P/A)
volt,
Ta x 2 π N =
1
P
Ta 
ZI a  
2
 A
P
Ta  0,159ZI a  
 A
ᶲ ZN x (P/A) . I
a
N-m
N-m
Pa = Ta x 2 π N
Ta 
1
P
ZI a  
2
 A
P
Ta  0,159ZI a  
 A
Contoh Soal
1.Bila torsi yang dibangkitkan oleh jangkar motor yang berputar 9 rps
adalah 3,58Nm. Hitung daya yang dibangkitkan motor tersebut.
1.
Pa = 3,58 x 2 (3,14) (9)=202,34W
2.Sebuah motor 4 kutub dengan luas penampang inti 0,195m2 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 0,25m2 . 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 rugirugi 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
Pout  Tsh x 2 N watt
dimana Tsh dalam N-m dan N dalam rps.
Maka
Pout dalam watt
N-m; N dalam rps
Tsh 
2N
Pout dalam watt

2N / 60
N-m; N dalam rpm
60 Pout
Pout
Tsh 
 0,955
2 N
N
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 30W, 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 180W, 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
128W. Berapa rpm kecepatan putarnya ?
1.
N= 0,955(128)/(3,68) =33,22 rpm
Kecepatan Motor DC
Dari persamaan tegangan motor sebelumnya, diperoleh
E b  V  I a Ra
ZN  P 
   V  I a Ra
60  A 
V  I a Ra  60 A 
N
x
 rpm

ZP


maka diperoleh
atau
E b  60 A 
Karena V - IaRa = Eb, maka N 
x
 rpm
  ZP 
E
atau N  K b
rpm

Ini menunjukkan bahwa kecepatan sebanding dengan ggl balik dan
berbanding terbalik dengan fluks atau
N  Eb / 
Untuk motor DC seri
Bila N1 = kecepatan
Ia1 = arus jangkar
1 = fluksi per kutub
dan
N2 = kecepatan
Ia2 = arus jangkar
 2 = fluksi per kutub
dalam kasus pertama
dalam kasus kedua
Maka dengan menggunakan persamaan di atas, diperoleh
N 2 Eb 2 1

x
N1 Eb1 2
sebelum mencapai kejenuhan inti magnetik, persamaan di atas dapat
ditulis sebagai berikut
  I a maka
N 2 Eb 2 I a1

x
N1 Eb1 I a 2
Untuk motor shunt
Dalam kasus yang sama seperti motor seri di atas,
penggunaan persamaan juga sama, yaitu
N 2 Eb 2 1

x
N1 Eb1 2
Jika
2  1 ,
N 2 Eb 2
maka

N1 Eb1
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.
N.L. speed - F.L speed
% regulasi kecepatan 
x100
F.L speed
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.
NK
V  I a Ra

Ta   I a
K
Eb

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 dan 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.
Eb  Es  N  k
NK
Es

 N  E s
Eb

Ward – Leonard speed control system
Steel mills, high-rise elevators, mines & paper ,mills
Es
1
1
Eb  Es  N  k
N N


Ix
Sering digunakan pada motor yang berputar di atas rating kecepatannya.
drwhykrstmt