DC motor jarang digunakan dalam aplikasi biasa karena semua pasokan listrik perusahaan adalah arus bolak-balik (AC), maka dari itu motor DC digunakan sebagai aplikasi khusus seperti di pabrik baja, tambang dan kereta listrik. Alasan menggunakan motor DC adalah bahwa karakteristik kecepatan / torsi DC motor jauh lebih tinggi dari motor AC. Oleh karena itu, tidak mengherankan untuk dicatat bahwa untuk sistem penggerak industri, dc motor sama populernya dengan 3-fase motor induksi. Penggunaan motor tertentu tergantung pada beban mekanik itu harus digerakkan.
Prinsip kerja
Daerah kumparan medan yang yang dialiri arus listrik akan menghasilkan medan magnet yang melingkupi kumparan jangkar dengan arah tertentu.
Konversi dari energi listrik menjadi energi mekanik (motor) maupun sebaliknya berlangsung melalui medan magnet, dengan demikian medan magnet disini selain berfungsi sebagai tempat untuk menyimpan energi, sekaligus berfungsi sebagai tempat berlangsungnya proses perubahan energi dan daerah tersebut dapat dilihat pada Gambar dibawah ini :
Dari penjelasan diatas, kita tahu bahwa pada belitan armature terjadi perubahan arah arus secara periodik yang mengalir. Mekanisme pembalikan arah arus ini dapat terjadi karena adanya komponenbrushes yang melekat pada stator dan komponen commutator yang melekat pada rotor. Ketikacommutator berputar, brushes bergerak relatif terhadap commutator dari satu segmen ke segmen lainnya sehingga arah arus yang mengalir pada belitan armature berubah. Pada grafik berikut, dapat kita lihat pembalikan arus yang terjadi pada aliran dalam rotor beserta akibatnya pada rotor :
Dengan mengacu pada hukum kekekalan energi :
Proses energi listrik = energi mekanik + energi panas + energi didalam medan magnet Maka dalam medan magnet akan dihasilkan kumparan medan dengan kerapatan fluks sebesar B dengan arus adalah I serta panjang konduktor sama dengan L maka diperoleh gaya sebesar F, dengan persamaan sebagai berikut :
F = B I L……………………………………………………………………….(pers .1)
Arah dari gaya ini ditentukan oleh aturan kaidah tangan kiri, adapun kaidah tangan kiri tersebut adalah sebagai berikut :
Ibu jari sebagai arah gaya ( F ), telunjuk jari sebagai fluks ( B ), dan jari tengah sebagai arus ( I ). Bila motor dc mempunyai jari-jari dengan panjang sebesar ( r ), maka hubungan persamaan dapat diperoleh :
Tr = Fr = B I L r……………………………………………………………(pers 2.)
Saat gaya ( F ) tersebut dibandingkan, konduktor akan bergerak didalam kumparan medan magnet dan menimbulkan gaya gerak listrik yang merupakan reaksi lawan terhadap tegangan sumber.
Agar proses perubahan energi mekanik tersebut dapat berlangsung secara sempurna, maka tegangan sumber harus lebih besar dari pada tegangan gerak yang disebabkan reaksi lawan.
Dengan memberi arus pada kumparan jangkar yang dilindungi oleh medan maka menimbulkan perputaran pada motor.
KONTRUKSI MOTOR DC
Bagian yang diam (Stator), terdiri dari :
- Body (badan) motor
- Magnet
- Sikat-sikat
- kerangka motor
- Kutub-kutub utama beserta belitannya
- Bantalan-bantalan poros
Bagian yang Berputar (rotor)
- Rotor jangkar dan lilitannya
- Poros jangkar (armature)
- Kumparan jangkar
- Inti jangkar
Torsi Motor
Torsi motor didefinisikan sebagai aksi dari suatu gaya pada motor yang dapat mempengaruhi beban untuk ikut bergerak. Ketika sumber tegangan dihubungkan pada brush (sikat) motor, maka arus yang mengalir masuk ke kutub positif brush, melalui komutator dan kumparan armatur, serta keluar melalui daerah kutub negatif dari brush.
Pada saat yang bersamaan, arus juga mengalir melalui kumparan medan magnet. Penerapan kaidah tangan kanan pada konduktor armatur yang berada dibawah kutub utara (D) memperlihatkan kumparan medan magnet yang memperkuat gaya keatas agar dapat mendorong konduktor.
Ketika kumparan medan magnet berada dibawah posisi kutub selatan E, gaya akan memotong kearah kanan, kemudian menekan kebawah, sedangkan kutub utara F dan selanjutnya akan bergerak mendorong kearah kiri dibawah kutub selatan G, sehingga terbentuk suatu arah gaya yang dapat mengakibatkan konduktor armatur yang bergerak searah dengan arah jarun jam.
Dalam kondisi armatur yang berputar, dimana konduktor bergerak dibawah kutub menuju ke kondisi neutralplane, kondisi arus menjadi reverse karena komutator.
Dari proses tersebut diperoleh suatu kenyataan yang sama, bila arus yang mengalir melalui kumparan armatur dalam kondisi reverse dengan proses membalik posisi armatur.
Namun arahnya akan meninggalkan polaritas medan yang bersangkutan, maka torsi yang dibangkitkan akan bergerak kearah yang berlawanan dengan arah jarum jarum jam.
Sedangkan torsi yang dibangkitkan pada motor dc merupakan gabungan aksi dari fluks medan ( Ф ), arus armatur ( Ia ) yang menghasilkan medan magnet didaerah sekitar konduktor. Oleh karena itu diperoleh persamaan torsi ( T ) sebagai berikut :
T = k Ф Ia………………………………………………………………….(pers 2.3)7
Sumber:
V.K Mehta, Rohit Mehta. Prinsiples of Electrical Machines.
kk.mercubuana.ac.id/elearning/files_modul/13020-8-886267064764.pdf
[Gerhard_Henneberger]_Electrical_machine
Hasbullah. motor arus searah. Teknik elektro :Fptk upi.2010
http://blogs.itb.ac.id/el2244k0112211083igustiagunggede/2013/04/29/4/
P.C Sen, Prinsiples of elektrical machines and power elecronic.
globalenergizer 