MAKALAH MOTOR DC
Dibuat sebagai Syarat untuk Memenuhi Tugas pada Mata Kuliah Teknik Tenaga Listrik Jurusan Teknik Pertambangan
Oleh: Andri Sulistyo
(03021381419132)
Achmad Yansen
(03021381419134)
Muhammad Azhar
(03021281419136)
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SRIWIJAYA 2015
1
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena atas segala limpahan rahmat dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan tugas Teknik Tenaga Listrik yang berjudul Motor DC dengan baik dan tepat waktu sebagai syarat untuk tugas mata kuliah Teknik Tenaga Listrik pada Jurusan Teknik Pertambangan Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya. Dengan kerendahan hati Penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Prof. Dr. Ir. Anis Saggaf , MSCE sebagai Plt. Dekan Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya. 2. RR. Harminuke Eko Handayani, ST., MT. Dan Bochori ST., MT. sebagai Ketua Jurusan dan Sekretaris Jurusan Teknik Pertambangan Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya. 3. Ir. Sri Agustina, MT. sebagai dosen pembimbing Mata Kuliah Teknik Tenaga Listrik Penulis menyadari bahwa masih banyak terdapat kekurangan dan kesalahan dalam penyusunan tugas Teknik Tenaga Listrik ini. Untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun guna penyempurnaan isi dari makalah ini agar dapat bermanfaat di masa yang akan datang.
Pelembang, November 2015
Tim Penulis
2
DAFTAR ISI Halaman JUDUL
1
KATA PENGANTAR
2
DAFTAR ISI
3
BAB I.
II.
PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
4
1.2 Rumusan Masalah 1.3 Tujuan Penulisan PEMBAHASAN
4 5
2.1 Pengertian Motor DC ........................................................................................ 2.2 Arus Bolak-Balik (AC) III. PENUTUP 3.1 Kesimpulan 3.2 Saran DAFTAR PUSTAKA
7 29 29 30
3
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Motor arus searah (motor DC) telah ada selama lebih dari seabad. Keberadaan motor DC telah membawa perubahan besar sejak dikenalkan motor induksi, atau terkadang disebut AC Shunt Moto. Mesin listrik dapat berfungsi sebagai motor listrik apabila didalam motor listrik tersebut terjadi proses konversi dari energi listrik menjadi energi mekanik. Motor listrik merupakan perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor dan mengangkat bahan. Motor listrik digunakan juga di rumah (mixer, bor listrik, fan angin) dan di industri. Sedangkan untuk motor DC itu sendiri memerlukan suplai tegangan yang searah pada kumparan jangkar dan kumparan medan untuk diubah menjadi energi mekanik. Pada motor DC kumparan medan disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar). Motor DC sering dimanfaatkan sebagai penggerak pintu geser otomatis dan dalam rangkaian robot sederhana. Motor DC memiliki manfaat yang sangat banyak dalam kehidupan sehari-hari dan dalam dunia industri. Motor DC memudahkan pekerjaan sehingga proses industri dapat berjalan efisien. Semakin banyak industri yang berkembang, maka akan semakin banyak mesin yang digunakan. Semakin banyak mesin yang digunakan, maka semakin banyak penggunaan motor DC. Oleh karena itu sangat penting untuk mengetahui dan mengerti pengertian motor DC, prinsip kerja, jenis-jenis motor DC, aplikasi dan perhitungan motor DC. 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang telah disebutkan diatas maka secara umum permasalahan yang akan dibahas dalam makalah ini adalah : 1. Pengertian Motor DC 2. Macam-macam komponen utama Motor DC
4
3. Jenis-jenis Motor DC 4. Prinsip Kerja Motor DC 5. Kelebihan dan Kekurangan Motor DC 1.3 Tujuan Adapun tujuan dari makalah ini adalah sebagai berikut : 1. Mengetahui Pengertian Motor DC 2. Mengetahui macam-macam Motor DC 3. Mengetahui jenis-jenis Motor DC 4. Mengetahui prinsip kerja Motor DC 5. Mengetahui kelebihan dan kekurangan Motor DC
5
BAB II PEMBAHASAN
2.1 Pengertian Motor DC Motor listrik merupakan perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, dan lain-lain. Kebanyakan motor listrik beroperasi melalui interaksi medan magnet dan konduktor pembawa arus untuk menghasilkan kekuatan, meskipun motor elektrostatik menggunakan gaya elektrostatik.
Gambar 1. Motor Listrik DC Motor listrik DC (arus searah) merupakan salah satu dari motor listrik. Motor DC adalah jenis motor listrik yang bekerja menggunakan sumber tegangan DC. Motor DC atau motor arus searah sebagaimana namanya, menggunakan arus langsung dan tidak langsung/direct-unidirectional. Motor DC digunakan pada penggunaan khusus dimana diperlukan penyalaan torque yang tinggi atau percepatan yang tetap untuk kisaran kecepatan yang luas.
6
2.2 Komponen Utama Motor DC
Gambar 2. Motor DC Sederhana Sebuah motor DC memiliki tiga komponen utama : 1. Kutub Medan Magnet Secara sederhada digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet akan menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor DC memiliki kutub medan yang stasioner dan kumparan motor DC yang menggerakan bearing pada ruang diantara kutub medan. Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan: kutub utara dan kutub selatan. Garis magnetik energi membesar melintasi bukaan diantara kutub-kutub dari utara ke selatan. Untuk motor yang lebih besar atau lebih komplek terdapat satu atau lebih elektromagnet. Elektromagnet menerima listrik dari sumber daya dari luar sebagai penyedia struktur medan. 2. Kumparan Motor DC Bila arus masuk menuju kumparan motor DC, maka arus ini akan menjadi elektromagnet. kumparan motor DC yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as penggerak untuk menggerakan beban. Untuk kasus motor DC yang kecil, kumparan motor DC berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub-kutub, sampai kutub
7
utara dan selatan magnet berganti lokasi. Jika hal ini terjadi, arusnya berbalik untuk merubah kutub-kutub utara dan selatan kumparan motor DC. 3. Commutator Motor DC Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC. Kegunaannya adalah untuk membalikan arah arus listrik dalam kumparan motor DC. Commutator juga membantu dalam transmisi arus antara kumparan motor DC dan sumber daya. 2.3 Jenis-Jenis Motor DC Berdasarkan sumber arus penguat magnetnya, motor arus searah (DC) dibedakan menjadi dua, yaitu: 2.2.1. Motor DC Sumber Daya Terpisah Yaitu jika arus penguat magnet luar motor
diperoleh dari sumber arus searah di
tersebut. Pada motor penguat terpisah, kumparan medan
dihubungkan dengan sumber sendiri dan terpisah dengan tegangan angker. 2.2.2. Motor DC Sumber Daya Sendiri Yaitu
jika
arus
penguat
magnet
diperoleh
dari
motor
itu
sendiri. Berdasarkan hubungan lilitan penguat magnet terhadap lilitan jangkar motor DC dengan penguat sendiri dapat dibedakan : a. Motor Shunt Pada motor shunt, gulungan medan (medan shunt) disambungkan secara paralel dengan gulungan kumparan motor DC (A) seperti diperlihatkan dalam gambar dibawah. Oleh karena itu total arus dalam jalur merupakan penjumlahan arus medan dan arus kumparan motor DC.
8
Gambar 3. Karakteristik Motor DC ShuntKarakteristik Motor DC Shunt Berikut tentang kecepatan motor shunt (E.T.E., 1997): 1. Kecepatan pada prakteknya konstan tidak tergantung pada beban (hingga torque tertentu setelah kecepatannya berkurang, dan oleh karena itu cocok untuk penggunaan komersial dengan beban awal yang rendah, seperti peralatan mesin. 2. Kecepatan dapat dikendalikan dengan cara memasang tahanan dalam susunan seri dengan kumparan motor DC (kecepatan berkurang) atau dengan memasang tahanan pada arus medan (kecepatan bertambah). b. Motor Seri Merupakan motor arus searah yang mempunyai putaran kecapatan yang tidak konstan, jika beban tinggi maka putaran akan lambat. Pada motor seri dapat
memberi
moment
yang
besar
pada
waktu start dengan
arus start yang rendah. Juga dapat memberi perubahan kecepatan/beban dengan arus yang kecil dibandingkan dengan motor tipe lain, akan tetapi kecepatan menjadi besar bila beban rendah atau tanpa beban dan hal ini sangat berbahaya. Dengan mengetahui sifat ini dapat dipilih motor seri untuk daerah perubahan kecepatan yang luas, misalnya untuk traksi, pengangkat dan lain-lain.
9
Dalam motor seri, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara seri dengan gulungan kumparan motor DC (A) seperti ditunjukkan dalam gambar dibawah. Oleh karena itu, arus medan sama dengan arus kumparan motor DC. Berikut tentang kecepatan motor seri (Rodwell International Corporation, 1997; L.M. Photonics Ltd, 2002) : 1. Kecepatan dibatasi pada 5000 RPM 2. 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 seperti pada gambar berikut.
Gambar 4. Karakteristik Motor DC Seri c. Motor DC Kompon Motor Kompon DC merupakan gabungan motor seri dan shunt. Pada motor kompon, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara paralel dan seri dengan gulungan kumparan motor DC (A) seperti yang ditunjukkan dalam gambar dibawah. 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. Contoh, penggabungan 40-50% menjadikan
10
motor ini cocok untuk alat pengangkat hoist dan derek, sedangkan motor kompon yang standar (12%) tidak cocok.
Gambar 5. Karakteristik Motor DC Kompon 2.4
Prinsip Kerja Motor DC
Cara kerja motor DC diawali dengan sebuah konduktor yang dialiri listrik berada di dalam suatu medan magnetik akan mengalami gaya tarik yang arahknya tegak lurus terhadap arus listrik dan medan magnetik (Gambar 6). Konduktor bisa terbuat dari besi, tembaga atau aluminium.
(a) Pengaturan percobaan
(b) Arah I, F dan B saling tegak lurus
11
Gambar 6. Gaya pada kawat di dalam medan magnetik Untuk membuktikannya dapat dilakukan percobaan menggunakan magnet U, kawat dan baterai. Lalu atur sesuai gambar 6.a maka pada kawat akan ada hentakan saat baterai dihubungkan. Besarnya magnituda dari gaya tersebut dapat dihitung dari persamaan berikut: F = IBLsinθ (5.1) Dengan F = gaya pada konduktor (Newton) I = arus pada konduktor (Ampere) B = Kerapatan Fluks magentik (Gauss) L = Panjang kawat (meter) θ = sudut antara arus dan medan magnetik Motor listrik memanfaatkan prinsip ini untuk membuat suatu putaran yaitu dengan membentuk kawat menjadi suatu lup dan menempatkan di dalam medan magnetik (Gambar 7)
Gambar 7. Motor DC konvensional Lup atau kumparan ini akan berputar pada suatu sumbu yang diperlihatkan pada gambar 7. Kumparan ini disebut lilitan armatur. Armatur ini ditempatkan di dalam medan magnetik yang disebut medan. Comutator dan Brush mengalirkan arus listrik ke armatur dan menyebabkan armatur ini berputar. Pada gambar 7.a. Arus listrik pada kawat A mengalir masuk sedangkan pada kawat B arus listrik masuk kedalam. Sesuai dengan aturan tangan kanan pada gambar 6.b maka gaya pada kawat A akan menaik sedangkan gaya pada kawat B akan turun sehingga kumparan akan berputar searah jarum jam. Pada saat kawat sudah berputar 90° arus listrik pada kawat B akan berbalik kearah masuk sedangkan arus listrik pada kawat
12
A akan keluar, ini semua akibat cincin comutator yang menyentuh kutub yang berbeda pada brush sehingga arah gaya pada kawat B adalah ke atas dan arah gaya pada kawat A adalah ke bawah sehingga kumparan terus berputar searah jarum jam. Torsi adalah gaya putar pada motor. Torsi maksimum terjadi pada saat kumparan berada pada posisi horisontal dan menjadi minimum pada saat kumparan berada pada posisi vertikal. Sebuah armatur motor DC terdiri dari beberapa kumparan yang membentuk torsi keseluruhan (gambar 8). Setiap kumparan berhubungan dengan comutator yang terpisah.
Gambar 8. Armatur Motor DC Parameter penting dalam setiap motor DC adalah torsi ini. Torsi dapat dihitung dari gaya pada persamaan berikut: T = KTIAφ Dengan: T
= Torsi motor
KT
= Konstanta yang tergantung dari konstruksi motor
IA
= Arus armatur
φ
= fluks magnetik Motor DC dapat bekerja sebaliknya yaitu mengubah dari energi mekanik gerak menjadi energi listrik yang disebut dengan generator.
13
Saat ada gaya putar luar memutar comutator, motor DC akan menimbulkan tegangan yang disebut electromotive force (EMF). Tapi saat motor DC digerakkan oleh daya listrik tedapat juga tegangan balik yang arahnya berlawanan dengan arus armatur yang disebut dengan counter-electromotive force (CEMF). CEMF ini mengurangi tegangan armatur (VA). CEMF ini akan meningkat dengan meningkatnya laju putar motor dan sebaliknya akan berkurang saat laju motor berkurang. VA = Vin – CEMF Motor DC memiliki kemampuan untuk mempertahankan lajunya saat dihubungkan dengan beban yang disebut dengan Self-regulation speed. Saat beban meningkat laju berkurang sekaligus menurunkan CEMF. Saat CEMF menurun tegangan armatur akan naik dan menyebabkan laju motor meningkat kembali. 2.4.1
Medan Magnet dalam Motor DC
Gambar 9. Medan magnet motor DC Pada motor DC, medan magnet hanya akan timbul di sekitar sebuah konduktor jika ada arus mengalir pada konduktor tersebut. Bila arus listrik mengalir melalui kumparan dalam medan magnet maka gaya magnet akan
14
menghasilkan torsi yang akan memutar motor listrik, dimana torsi motor sebanding dengan medan magnet dan medan magnet berarah dari kutub Utara ke kutub Selatan. Daerah kumparan medan 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 sebagai tempat berlangsungnya proses perubahan energi. 2.4.2
Arus dalam motor DC
Gambar 10. Arus dalam motor DC Ketika arus listrik yang disuplai secara eksternal melalui komutator mengalir melalui kumparan dalam medan magnet, maka gaya magnet menghasilkan torsi yang akan memutar motor. Komutator membalik arah arus setiap setengah putaran untuk menjaga torsi memutar kumparan dalam arah yang sama.
15
2.4.3
Gaya dalam Motor DC
Gambar 11. Gaya dalam motor DC Bila arus listrik mengalir melalui kumparan dalam medan magnet, gaya magnet akan menghasilkan torsi yang akan memutar motor. Gaya magnetik akan bekerja tegak lurus terhadap kawat dan medan magnet. 2.5 Kelebihan Motor DC Keuntungan utama motor DC adalah dalam hal pengendalian kecepatan motor DC tersebut, yang tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor ini dapat dikendalikan dengan mengatur : a. Tegangan kumparan motor DC, meningkatkan tegangan kumparan motor DC akan meningkatkan kecepatan b. Arus medan, menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan. Motor DC tersedia dalam banyak ukuran, namun penggunaannya pada umumnya dibatasi untuk beberapa penggunaan berkecepatan rendah, penggunaan daya rendah hingga sedang seperti peralatan mesin dan rolling mills, sebab sering terjadi masalah dengan perubahan arah arus listrik mekanis pada ukuran yang lebih besar. Juga, motor tersebut dibatasi hanya untuk penggunaan di area yang bersih dan tidak 16
berbahaya sebab resiko percikan api pada sikatnya. Motor DC juga relatif mahal dibanding motor AC.
2.6 Aplikasi Motor DC
Motor DC sudah banyak digunakan dalam berbagai bidang teknologi, antara lain : a
Aplikasi motor DC sebagai penggerak pintu geser pada otomatisasi sistem monitoring ruangan penyimpanan database menggunakan PLC omron CPM1A I/O 30. Penggerak pintu pada sistem penggerak pintu geser pada otomatisasi sistem monitoring penyimpanan database menggunakan PLC omron CPM1A I/O 20 yang digunakan adalah motor DC. Untuk menggerakkan motor DC diperlukan driver motor DC yaitu driver H-Bridge yang digunakan untuk mengatur motor agar dapat berputar dalam dua arah yaitu forward (searah jarum jam) dan Reverse(berlawanan arah jarum jam). Berputarnya motor DC juga dipengaruhi oleh terhalang tidaknya sensor IR pada pintu. Ketika sensor IR terhalangi maka motor akan membalik putarannya sehingga akan membuka pintu. Jika pintu dibuka secara paksa maka alarm akan menyala dikarenakan sensor IR terhalangi oleh benda.
b
Aplikasi motor DC menggunakan paralel port dalam rangkaian robot sederhana. Motor DC dapat dikendalikan komputer (PC) melalui paralel port. Untuk dapat mengendalikannya, motor DC perlu dihubungkan sedemikian rupa dengan relay, transistor, dan resistor. Pengembangan dari rangkaian pengendali motor DC ini dapat berupa sebuah robot berjalan. Pada robot ini digunakan dua buah motor DC dan empat buah roda, dua roda untuk sisi, dimana tiap motor DC dihubungkan dengan roda depan. Sehingga roda penggeraknya berada di roda depan.
17
BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan 1. Motor DC adalah jenis motor listrik yang bekerja menggunakan sumber tegangan DC. Motor DC atau motor arus searah sebagaimana namanya, menggunakan arus langsung dan tidak langsung/direct-unidirectional. 2. enis-jenis motor DC yaitu motor DC penguat terpisah dan motor DC dengan penguat sendiri yang terbagi lagi menjadi motor DC Shunt, Seri, dan Kompon. 3. Aplikasi dari motor DC yaitu antara lain sebagai penggerak pintu geser pada otomatisasi sistem monitoring ruangan penyimpanan database. Selain itu juga dalam rangkaian robot sederhana. 3.2 Saran Demikian yang dapat kami paparkan mengenai materi yang menjadi pokok bahasan dalam makalah ini, tentunya masih banyak kekurangan, karena terbatasnya pengetahuan dan kurangnya rujukan atau referensi yang ada hubungannya dengan judul makalah ini. Penulis berharap para pembaca sudi memberikan kritik dan saran yang membangun kepada penulis demi kesempurnaan makalah ini. Semoga makalah ini berguna bagi penulis pada khususnya juga para pembaca pada umumnya.
18
DAFTAR PUSTAKA Anonim. 2013. Motor DC. http://elib.unikom.ac.id/files/disk1/389/jbptunikompp-gdlyeffryhand-19449-9-bab9.pdf diakses pada tanggal 3 November 2015 Anonim. 2012. Teori Motor DC dan Jenis Motor DC. http://elektronikadasar.web.id/teori-motor-dc-dan-jenis-jenis-motor-dc/ diakses pada tanggal 3 November 2015 Anonim. 2014. Motor DC. http://zonaelektro.net/motor-dc/ diakses pada tanggal 3 November 2015
19
