Motor Listrik Arus Searah (Direct Current Electric Motor)

Motor Listrik Arus Searah

DASAR MESIN DC

Lilitan armatur dari suatu generator dc terletak di rotornya dari mana arus dialirkan melalui sikat karbon. Lilitan medannya terletak pada stator dan dibawa oleh arus searah.

Suatu generator dc kutub-2, lilitan armaturnya, yg terdiri atas sebuah kumparan tunggal berisi N lilitan, tampak sebagai dua sisi kumparan a dan –a yg ditempatkan pada titik-titik letaknya berlawanan pada rotor dengan konduktor yang sejajar poros. Rotornya berputar pada suatu kecepatan yang tetap yg disebabkan oleh suatu sumber daya mekanis yg dihubungkan pada poros (lihat gambar berikut).

Keterangan Gambar :

1)      Lingkaran kawat;

2)      Medan magnet dari magnet tetap;

3)      Komutator;

4)      Sikat;

5)      Sumber tegangan.

Rumus-rumus umum yang menguasai motor listrik adalah :

                        V         = E + Ij Rj = c.n.ɸ + Ij Rj

Karena dari sebuah motor yg dianggap penting adalah putaran n dan torsi T, dari rumus umum diatas dapat diperoleh :

                                   

 

dan T = c1 Ij ɸ

Di mana :

V                     = sumber tegangan

E                      = gaya gerak listrik yg dinduksikan

Ij                      = arus jangkar

Rj                    = tahanan jangkar

c                      = konstanta

N                     = putaran motor

ɸ                      = fluks

T                      = torsi

c1                    = konstanta

 6.2. Jenis-jenis motor arus searah_ Motor Shunt

Dari gambar (a) memperlihatkan skema sebuah motor shunt. Arus Ij merupakan arus jangkar, dan dg sendirinya mengalir melalui jangkar, sedangkan Im merupakan arus magnetisasi yang melewati kumparan magnetisasi.

Gambar (b), memperlihatkan besar torsi T dan putaran n sebagai fungsi arus jangkar Ij. Lengkung torsi memperlihatkan suatu nilai beban puncak,  sedangkan lengkung putaran n berbentuk agak mendatar.

Motor shunt banyak dipakai untuk aplikasi yg memerlukan kecepatan konstan, yang pada umumnya juga memerlukan beban yang agak tetap. Untuk memperlambat putaran, dan akhirnya menghentikan mesin, besar arus Ij dikurangi dengan menggerakkan rheostat.

  

Motor seri

Kumparan magnetisasi terpasang seri dengan jangkar. Arus magnetisasi adalah sama dengan arus jangkar Ij. Dari gb (a) merupakan skema motor seri arus searah, dan pada gb (b), memperlihatkan torsi awal yaitu pada putaran n yg kecil, adalah besar dan pada harga-harga n yg lebih besar, bentuk torsi T menjadi landai. Karenanya motor seri sangat cocok untuk keperluan traksi, yaitu sebagai motor pd kereta rel listrik. Start kereta rel adalah berat sekali. Namun setelah mencapai sedikit kecepatan, beban menjadi berkurang, dan tdk diperlukan lagi torsi yg tinggi.

Motor Kompon

Motor kompon pd asasnya merupakan motor shunt, namun dilengkapi dengan tambahan suatu medan magnetisasi seperti gb (a) diatas, satu dialiri arus Im dan yg satunya dialiri arus jangkar Ij. Bila arus Ij searah dengan Im mesin dinamakan motor kompon ikut, dan bila Ij berlawanan dg arah arus magnetisasi Im mesin dinamakan motor kompon lawan. Gb (b) merupakan karakteristik putaran-torsi. Terdapat dua lengkung, yaitu lengkung 1

yang berasal dari motor kompon ikut, dan lengkung 2 yg berasal dari motor kompon lawan. Sebagaimana terlihat pada karkteristik putaran-torsi, besaran torsi awal adalah tinggi.

Misalnya untuk menggerakkkan kompresor, gergaji listrik.

 

              Dari rumus diatas, untuk mempengaruhi putaran n, maka dapat mengubah variabel-variabel tegangan, arus jangkar, resistansi jangkar, dan atau fluks. Mempengaruhi fluks berarti mempengaruhi arus medan.

Gb. Pengaturan kecepatan motor seri dg ɸ

Dari gb (a) diatas, memperlihatkan skema motor seri, kumparan magnetisasinya dilengkapi dengan resistansi R yg dipasang secara paralel.

Bila fluks diperkecil, maka putaran akan naik, dan sebaliknya. Pada gb (b), menampakkan lengkung putaran-torsi untuk nilai ɸ yg penuh dan untuk nilai ɸ yg diperlemah karena resistansi paralel R dipasang. Lengkung tergeser ke arah kanan dengan putaran yg lebih tinggi.

Pengaturan kecepatan dengan mengubah tegangan V dapat dilakukan misalnya dengan hubungan Ward-Leonard, seperti terlihat pada gambar dibawah.

Gb. Pengaturan tegangan dg Hubungan Ward-Leonard

Medan generator diatur dg sebuah reostat atau potensiometer yg dapat mengubah arah medan. Bila hal ini terjadi, maka arus

Generator juga berubah arah, sehingga menyebabkan arus jangkar motor berubah arah pula. Selanjutnya torsi motor akan berubah arah, karena medan motor tidak berubah arah. Hubungan Ward Leonard ini sangat bagus pengaturan kecepatannya, akan tetapi harganya agak tinggi, karena memerlukan daya terpasang mesin keseluruhan kurang-lebih tiga kali dengan motor, mengingat generator G juga memerlukan mesin penggeraknya sendiri.

Contoh soal 1:

Sebuah motor shunt dengan tegangan nominal 380 V dan daya 10 kW, memiliki resistansi armatur (Ra) sebesar 0,4 ohm, resistansi medan (Rm) sebesar 100 ohm dan efisiensi 0,8. Ditanyakan :

a) Jika kecepatan motor 750 rpm, berapa resistansi awal diperlukan agar pada saat start arus armatur sama dengan pada saat beban penuh ?

b)Jika dipasang seri dg resistansi armatur sebuah resistansi sebesar 2 ohm & resistansi awal dilepaskan, berapa kecepatan motor dan daya keluarnya.

c) Seperti (a) di atas, hanya dipasang paralel sebuah resistansi sebesar 1 ohm.

Jawab :

Penyelesaian :

a)      Daya masuk adalah Pmasuk = 10/0,8 = 12,5 kW. Arus jangkar adalah : Ij = 12500/380 = 32,89 A. Arus medan adalah Im = 380/100 = 3,8 A. Ia = 32,89 – 3,8 = 28,09 A.

            Ea = c.n.ɸ. Pd saat start n = 0 sehingga Ea = 0.        

            Ut = Ia(Ra-Rawal) = 0 – 29,09 (Ra – Rawal).

            Rawal = Ut/29,09 =         . 29,09 – 0,4 = 12,66 ohm

b) Dalam keadaan beban penuh n = 750 rpm

            Ea1 = Ut – IaRa; atau

            Ea1 = 380 – 29,09 . 0,4 = 368,364 Volt.

Dipasang seri dengan resistansi armatur, maka : Ea2 = Ut – Ia(Ra-RL) sehingga :

            Ea2 = 380 – 29,09 (0,4 – 2) = 310,184 V

            Selanjutnya dapat ditulis :

            Ea1/Ea2 = c.n1.ɸ/c.n2.ɸ = n1/n2, atau :

            n2 = (Ea2/Ea1) x n1 = (310,184/368,364)x 750 = 631,54 rpm.

            P2 = (631,54/750) x 10000 = 8420,58 watt

C) Bila dipasang paralel maka berlaku :

            Ea2 = Vt – Ia                =  371,69 volt

            n2   = (371,69/368,364) x 750 = 756,77 rpm

Contoh soal 2 :

Motor shunt berputar 1000 rpm, dengan arus 25 A. Jika tegangan sumber 250 volt dan tahanan jangkar serta tahanan medan adalah 1 ohm & 250 ohm. Hitung fluks/kutubnya, jangkar mempunyai 48 alur dengan 4 konduktor/alur & dihubung gelung.

•         Penyelesaian :

            Ea = V – IaRa = 250 – (IL – If).1

            Arus sumber = 25 ampere, tahanan medan = 250 ohm, sehingga :

                        If = 250/250 = 1 Ampere

                        Ea = 250 – 24 x 1 = 226 volt

                         ɸ  = (226x60)/48x4x1000 weber

                             = 0.0706 weber

Contoh soal 3 :

GGL generator pada keadaan tanpa beban menghasilkan 500 V, mempunyai jumlah belitan 144 alur dengan 6 batang konduktor/alur yang dihubungkan secara belitan gelung. Jika dimisalkan generator tersebut mempunyai 8 kutub. Cari besarnya fluks/kutub jika kecepatan nominal generator 400 rpm

•         Penyelesaian :

            Diket : E = 500 V; P = A = 8; N = 400; Z = 144 x 6 = 864.

            Dit. : Fluks ɸ

                                    E = ɸ.Z.n.P / 60. a

                             500 = ɸ.864.400.8 / 60 . 8

                                     ɸ = 0.0868 weber