H a l : Nilai mata kuliah

BAB VIII MOTOR DC
8.1 PENDAHULUAN
Deskripsi Singkat
Manfaat
Relevansi
Capaian Pembelajaran
8.2 PENYAJIAN
8.2.1 Definisi Motor DC
Pembahasan mengenai prinsip dasar motor DC.
Pembahasan bagian-bagian motor DC.
Pembahasan tentang prinsip kerja motor DC.
Pembahasan rangkaian ekuivalen motor DC.
Pembahasan tentang cara menghitung besaran pada motor DC.
Pembahasan jenis-jenis motor DC.
Pembahasan tentang daya armatur maksimum.
Pembahasan tentang bentuk perhitungan daya armatur
maksimum.
Pembahasan dasar-dasar pengaturan kecepatan Motor DC.
Pembahasan pengaturan kecepatan berdasar flux, arus
armatur dan tegangan.
Pembahasan tentang pengembangan penganturan kecepatan
tersebut untuk jenis Motor DC lainnya.
Pembahasan karakteristik kopel, kecepatan putar terhadap
arus armatur, dan karakteristik mekanik.
Pembahasan tentang kondisi motor dc tanpa beban dan
model matematisnya.
Pembahasan tentang efisiensi motor DC dan cara
menghitung efisiensi Motor DC.
Dengan adanya pengetahuan tentang definisi motor DC,
prinsip kerja, dan pengendalian motor DC serta
implementasinya diharapkan mahasiswa dapat memahami
dan mengembangkan implementasi yang lain hal-hal yang
berkaitan dengan motor DC.
Adanya pengetahuan tentang motor DC akan menambah
wawasan bagi mahasiswa, kemudian agar dapat
membedakan dengan aktuator jenis lain (motor stepper,
motor servo), baik secara definisi maupun prinsip kerjanya.
Dengan bekal pengetahuan yang telah diberikan pada bab ini
diharapkan mahasiswa dapat menjelaskan definisi motor
DC, jenis-jenis motor DC, daya armatur maksimum motor
DC, pengaturan kecepatan motor DC, karakteristik motor
DC, motor DC tanpa beban, efisiensi motor DC, dan
simulasi motor DC.
Sebuah motor DC adalah motor listrik mekanis commutated didukung dari sumber
arus searah (DC). Stator adalah stasioner dalam ruang (secara definisi) dan karena
itu begitu pula arusnya. Arus pada rotor diaktifkan oleh komutator juga menjadi
diam di dalam ruang tersebut. Inilah bagaimana sudut relatif antara stator dan
rotor fluks magnetik dipertahankan pada sekitar 90 derajat, yang menghasilkan
torsi maksimum.
DC motor memiliki armature berkelok-kelok yang berputar tetapi medan magnet
armatur yang tidak berputar dan gulungan medan magnet statis atau permanen.
Koneksi yang berbeda dari lilitan lapangan dan armature menyediakan berbagai
melekat kecepatan / torsi karakteristik regulasi. Kecepatan motor DC dapat
dikendalikan dengan mengubah tegangan diterapkan pada armature atau dengan
mengubah arus medan. Pengenalan resistansi variabel dalam sirkuit armature atau
bidang kontrol sirkuit kecepatan diperbolehkan. Modern DC motor sering
dikendalikan oleh sistem elektronika daya yang disebut DC drive.
Pengenalan motor DC untuk menjalankan mesin menghilangkan kebutuhan untuk
uap lokal atau mesin pembakaran internal, dan sistem poros jalur drive. DC motor
dapat beroperasi langsung dari baterai isi ulang, memberikan kekuatan motif
untuk kendaraan listrik pertama. Saat ini motor DC masih ditemukan dalam
aplikasi sekecil mainan dan disk drive, atau dalam ukuran besar untuk
mengoperasikan pabrik baja rolling dan mesin kertas.
Brsuhed DC motor listrik menghasilkan torsi langsung dari listrik DC dipasok ke
motor dengan menggunakan pergantian internal, magnet stasioner (tetap atau
elektromagnet), dan memutar magnet listrik. Seperti semua motor listrik atau
generator, torsi yang dihasilkan oleh prinsip Lorentz kekuatan, yang menyatakan
bahwa setiap konduktor pembawa arus ditempatkan dalam suatu pengalaman
lapangan magnet eksternal torsi atau kekuatan yang dikenal sebagai kekuatan
Lorentz. Keuntungan dari motor DC brushed termasuk biaya awal yang rendah,
keandalan yang tinggi, dan kontrol sederhana kecepatan motor. Kerugiannya
adalah pemeliharaan tinggi dan rendah rentang hidup untuk penggunaan intensitas
tinggi. Pemeliharaan melibatkan secara teratur mengganti sikat dan mata air yang
membawa arus listrik, serta membersihkan atau mengganti komutator.
Komponen-komponen yang diperlukan untuk mentransfer tenaga listrik dari luar
motor ke gulungan kawat pemintalan rotor di dalam motor.
brushless DC motor menggunakan magnet permanen berputar pada rotor, dan
stasioner saat magnet / kumparan listrik pada motor untuk rotor, tetapi sebaliknya
simetris juga mungkin. Sebuah kontroler motor mengkonversi DC ke AC. Desain
ini lebih sederhana dibandingkan dengan motor disikat karena menghilangkan
komplikasi mentransfer kekuasaan dari luar motor ke rotor berputar. Keuntungan
dari motor brushless meliputi rentang umur panjang, pemeliharaan sedikit atau
tidak ada, dan efisiensi yang tinggi. Kerugian meliputi biaya awal yang tinggi, dan
pengendali motor lebih rumit kecepatan. Beberapa motor brushless tersebut
kadang-kadang disebut sebagai "motor sinkron" meskipun mereka tidak memiliki
catu daya eksternal yang akan disinkronisasi dengan, seperti yang akan terjadi
dengan normal sinkron AC motor.
Jenis
lain
dari
motor
DC
memerlukan
pergantian
no.
* Bermotor homopolar - Sebuah motor homopolar memiliki medan magnet
sepanjang sumbu rotasi dan arus listrik yang di beberapa titik tidak sejajar dengan
medan magnet. The homopolar Nama mengacu pada tidak adanya perubahan
polaritas.
Motor homopolar tentu memiliki single coil-turn, yang membatasi mereka untuk
tegangan yang sangat rendah. Hal ini telah membatasi aplikasi praktis dari jenis
motor.
* Ball bearing motor - Sebuah motor bantalan bola adalah motor listrik yang
tidak biasa yang terdiri dari dua bantalan bantalan bola-jenis, dengan ras dalam
terpasang pada poros konduktif yang umum, dan ras luar terhubung ke pasokan
arus tinggi, listrik tegangan rendah. Sebuah konstruksi alternatif sesuai dengan ras
luar di dalam tabung logam, sedangkan ras batin yang dipasang pada poros
dengan bagian non-konduktif (misalnya dua lengan pada batang isolasi). Metode
ini memiliki keuntungan bahwa tabung akan bertindak sebagai roda gila. Arah
rotasi ditentukan oleh spin awal yang biasanya diperlukan untuk mendapatkannya
pergi.
8.2.2 Prinsip Kerja Motor DC
Prinsip kerja motor DC dapat dijelaskan sebagai berikut : jika sepotong
kawat dialiri arus listrik terletak di antara 2 kutub magnet utara dan selatan, maka
pada kawat tersebut terkena suatu gaya Lorentz. Arah dari gerakan kawat sesuai
dengan aturan tangan kiri. Perhatikan Gambar 8.1 berikut.
Gambar 8.1 Penentuan arah gerak kawat berarus
Untuk mengetahui arah putaran motor searah atau berlawanan arah dengan
arah jarum jam, perhatikan Gambar 8.2. Pada Gambar 8.2.a arus listrik yang
mengalir melalui sisi kumparan sebelah atas (dekat kutub utara) meninggalkan
kita, sedangkan arah arus listrik pada sisi kumparan sebelah bawah (dekat kutub
selatan) menuju kita, maka kumparan akan berputar berlawanan jarum jam.
Perhatikan pula perbedaannya dengan Gambar 8.2.b dan 8.2.c.
Gambar 8.2 Prinsip kerja putaran motor DC
Adapun bentuk rangkaian listrik dari motor DC tanpa penguat medan
ditunjukkan pada Gambar 8.3. Di mana:
Vt
Ea
Ia
Ra
KU
KS
:
:
:
:
:
:
tegangan sumber DC
GGL induksi armatur
arus armatur
hambatan armatur
kutub utara magnet
kutub selatan magnet
Gambar 8.3 Motor DC tanpa penguat medan
Gambar 8.4 adalah bagan rangkaian listrik dari motor DC dengan menggunakan
penguat kumparan medan terpisah.
Gambar 8.4 Motor DC dengan penguat medan
Sedangkan Gambar 8.5 menunjukkan bagan rangkaian listrik dari motor
DC dengan penguat kumparan medan dalm sambungan shunt.
Gambar 8.5 Motor DC sambungan shunt
Dari Gambar 8.5 berlaku persamaan:
Vt
=
Ia . Ra + Ea + Vs
(dikalikan dengan Ia semua menjadi: )
Vt . Ia
=
(Ia)2 . Ra + Ea . Ia + Ia . Vs
(8-1)
Vt . IL
=
P in (daya input yang dibutuhkan dari sumber listrik)
(8-2)
Vt . Ia
=
Daya listrik yang dibutuhkan untuk memutar jangkar
Ea . Ia
=
Pa (daya armatur)
(Ia)2 . Ra
=
Rugi daya listrik pada jangkar
Vsh
=
If . Rf
=
Vt
=
Arus jala-jala
=
(Ia + If)
(8-3b)
=
Rugi tembaga total (Pcu)tot
(8-4)
IL
(Ia2 . Ra + If2 Rf)
(8-3)
(8-3a)
Gaya gerak listrik induksi armatur (Ea) timbul akibat kumparan rotor
berputar yang terletak di antara kutub utara dan kutub selatan magnet motor. Pada
saat awal rotor berputar, besar Ea = nol. Dengan demikian kumparan rotor akan
menarik arus yang besar dari sumber listrik (persamaan 8-1).
Setelah motor berputar pada kecepatan sebenarnya, Ea akan menjadi
maksimum. Dengan demikian motor akan menarik arus listrik sumber paling
minimum (arus nominal = sepersepuluh dari arus start).
Besar torsi jangkar motor DC adalah sebesar:
T=
0,159 x P / a x z x Ф x Ia (N.m)
(8-5)
K x Ф x Ia (N.m)
(8-6)
Atau:
T=
Di mana:
Ф = flux dalam weber
Jika panjang kumparan rotor L dialiri arus listrik sebesar I dan terletak di
antara kutub magnet utara dan selatan dengan kerapatan flux sebesar B, maka
kumparan rotor tersebut mendapat gaya F sebesar:
F=
B.I.L
(8-7)
Di mana:
F = gaya lorentz (Newton)
B = kerapatan flux magnet (Weber/m2)
I = arus listrik (Ampere)
L = panjang sisi kumparan rotor (m)
8.2.3 Macam-macam Motor DC
Ada tiga jenis sambungan listrik antara stator dan rotor yang mungkin
untuk DC motor listrik: seri, shunt / paralel dan senyawa (campuran berbagai seri
dan shunt / paralel) dan masing-masing memiliki keunikan kecepatan / torsi
karakteristik yang sesuai untuk profil torsi pemuatan diffent / tanda tangan
koneksi
Seri.
Serangkaian motor DC menghubungkan gulungan angker dan lapangan di
seri dengan sumber listrik DC umum. Kecepatan motor bervariasi sebagai fungsi
non-linear torsi beban dan arus dinamo, saat ini adalah sama untuk kedua stator
dan rotor menghasilkan I ^ 2 (saat ini) perilaku kuadrat [rujukan?]. Sebuah motor
seri memiliki torsi awal yang sangat tinggi dan umumnya digunakan untuk
memulai beban inersia yang tinggi, seperti kereta api, lift atau kerekan [2] ini
kecepatan / torsi karakteristik berguna dalam aplikasi seperti excavator dragline,
di mana. Bergerak alat menggali cepat ketika dibongkar namun perlahan ketika
membawa beban berat. Dengan tanpa beban mekanik pada motor seri, arus
rendah, counter-EMF yang dihasilkan oleh gulungan medan lemah, sehingga
angker harus berputar cepat untuk menghasilkan kontra EMF-cukup untuk
menyeimbangkan tegangan suplai. Motor bisa rusak oleh kecepatan lebih. Ini
disebut kondisi pelarian.
Seri motor disebut "universal motor" dapat digunakan pada arus bolakbalik. Karena tegangan armature dan sebaliknya arah lapangan di (substansial)
saat yang sama, torsi terus diproduksi dalam arah yang sama. Karena kecepatan
tidak berhubungan dengan frekuensi garis, universal motor dapat mengembangkan
lebih tinggi dari kecepatan sinkron, membuat mereka lebih ringan dari motor
induksi output rated sama mekanik. Ini merupakan karakteristik berharga untuk
dipegang tangan alat-alat listrik. Motor Universal untuk frekuensi listrik komersial
biasanya kecil, tidak lebih dari sekitar 1 output kW. Namun, motor universal jauh
lebih besar digunakan untuk lokomotif listrik, diberi makan oleh khusus rendah
frekuensi jaringan traksi listrik untuk menghindari masalah dengan pergantian di
bawah beban berat dan bervariasi.
Shunt.
Sebuah motor DC shunt menghubungkan gulungan angker dan lapangan
secara paralel atau shunt dengan sumber listrik DC umum. Motor jenis ini
memiliki pengaturan kecepatan yang baik bahkan sebagai beban bervariasi, tetapi
tidak memiliki setinggi memulai torsi sebagai rangkaian motor DC. [3] Hal ini
biasanya digunakan untuk industri, aplikasi kecepatan disesuaikan, seperti alatalat mesin, berliku / unwinding mesin dan tensioners.
Compound
Suatu senyawa motor DC menghubungkan gulungan angker dan bidang
dalam shunt dan kombinasi seri untuk memberikan karakteristik dari kedua shunt
dan seri motor DC [4]. Motor ini digunakan ketika kedua torsi awal yang tinggi
dan pengaturan kecepatan yang baik diperlukan . Motor dapat dihubungkan dalam
dua pengaturan: kumulatif atau diferensial. Motor senyawa Kumulatif
menghubungkan bidang seri untuk membantu bidang shunt, yang menyediakan
torsi awal yang lebih tinggi, tetapi peraturan kecepatan kurang. Diferensial
senyawa DC motor memiliki pengaturan kecepatan yang baik dan biasanya
dioperasikan pada kecepatan konstan.
82.4 Pengaturan Motor DC
Torsi dari motor listrik DC sebanding dengan produk dari kekuatan fluks angker
saat ini dan lapangan. Hubungan antara kecepatan dan torsi tergantung pada
eksitasi dari motor, kombinasi seri dan lilitan shunt dapat digunakan untuk
menstabilkan kecepatan motor pada rentang beban mekanik.
DC motor merespon perubahan beban dengan cara yang berbeda, tergantung pada
susunan
gulungan.
Tegangan
dalam
kondisi
tunak
V = E_b + R I_a
di mana:
* V = tegangan input
* Eb = EMF kembali
* Ia saat ini = dinamo
* R = total resistensi
R resistansi total adalah sama dengan resistansi armature (Ra) + resistensi
eksternal (Rph). luka Shunt bermotor Sebuah motor luka shunt memiliki medan
tinggi resistensi berliku terhubung secara paralel dengan dinamo. Menanggapi
beban meningkat dengan mencoba untuk mempertahankan kecepatan dan ini
mengarah ke peningkatan arus dinamo. Hal ini membuatnya tidak cocok untuk
luas-berbagai beban, yang dapat menyebabkan overheating.Seri luka bermotor
Sebuah motor luka seri memiliki medan rendah resistensi berliku dihubungkan
secara seri dengan armature. Menanggapi beban meningkat dengan
memperlambat, meningkat saat ini dan torsi meningkat secara proporsional
dengan kuadrat arus karena arus yang sama di kedua angker dan gulungan medan.
Jika motor terhenti, saat ini hanya dibatasi oleh resistansi total dari gulungan dan
torsi bisa sangat tinggi, tetapi ada bahaya dari gulungan menjadi terlalu panas.
Seri luka motor secara luas digunakan sebagai motor traksi di transportasi kereta
api dari setiap jenis, tetapi sedang bertahap untuk memenangkan motor induksi
AC dipasok melalui inverter solid state. Penghitung-EMF membantu perlawanan
angker untuk membatasi arus melalui armature. Bila daya yang pertama
diterapkan pada motor, dinamo tidak berputar. Pada saat itu, EMF kontra-adalah
nol dan satu-satunya faktor pembatas arus dinamo adalah resistansi armature.
Biasanya perlawanan armature dari motor kurang dari 1 Ω, sehingga arus melalui
armature akan sangat besar ketika listrik diterapkan. Oleh karena itu timbul
kebutuhan untuk ketahanan tambahan dalam seri dengan dinamo untuk membatasi
arus sampai putaran motor dapat membangun counter-EMF. Sebagai putaran
motor membangun, perlawanan secara bertahap dipotong
Kecepatan Output karakteristik torsi adalah karakteristik yang paling menonjol
dari seri luka dc motor. Kecepatan yang hampir sepenuhnya tergantung pada torsi
yang dibutuhkan untuk menggerakkan beban. Ini beban sesuai inersia besar
sebagai kecepatan akan turun sampai motor perlahan-lahan mulai memutar &
motor ini memiliki torsi mengulur-ulur sangat tinggi. motor magnet permanen
Sebuah magnet permanen motor DC ditandai dengan rotor yang terkunci (stall)
torsi dan tanpa beban kecepatan sudut nya (kecepatan).
8.3 PENUTUP
8.3.1 Tes Kemampuan
1. Sebutkan definisi motor DC ?
2. Bagaimana cara kerja motor DC ?
3. Jelaskan cara pengendalian motor DC !