MOTOR DC

Sebelum membahas tentang motor dc lebih baik kita benar-benar mengetahui apakah itu motor dc.

Berikut penjelasannya:

Berdasarkan pengertiannya motor dc adalah motor listrik yang dialiri sumber arus searah pada

kumparan medan untuk menjadikannya energi mekanik.Hampir sama dengan motor AC, kumparan

medan yang bergerak disebut stator dan untuk kumparan jangkar disebut juga rotor.

Motor DC memiliki 3 bagian utama untuk berputar antara lain:

• Current elektromagnet atau biasa disebut dinamo. Dinamo silinder terhubung ke as untuk menggerakkan beban. Untuk kasus motor DC kecil kutub utara dan selatan berganti lokasi saat dinamo berputar.
• Kutub medan. Terbagi menjadi dua yaitu kutub utara dan kutub selatan.
• Commutator. Fungsi komponen ini untuk mentransmisikan arus antara dinamo dan sumber daya.

Keuntungan dari motor DC ini adalah dapat menjaga pasokan daya dengan cara mengendalikan

kecepatan.

Pengendalian ini dapat dilakukan dengan cara:

• Mengubah tegangan dinamo. Bila dinaikan maka akan menigkatkan kecepatan sedangkan bila diturunkan maka akan menurunkan kecepatan.
• Mengubah arus medan. Kenaikan arus medan sebanding dengan kenaikan kecepatan.

Hubungan kecepatan,flux medan dan tegangan dinamo:

• Persamaan gaya elektromagnetik: E = KØN
• Persamaan Torque: T= KØIa

Keterangan:

•  E : gaya elektormagnetik yang dikembangkan pada terminal dinamo
•  Φ  : flux medan berbanding lurus dengan arus medan.
• N : kecepatan dalam RPM.
• T : torque elektromagnetik.
• Ia : arus dinamo
• K : konstanta

Berdasarkan jenis sumber dayanya dibagi menjadi 2 yaitu:

• Motor DC dengan sumber daya terpisah.
• Motor DC sumber daya sendiri.

Untuk Motor DC sumber daya sendiri terbagi menjadi 3 yaitu:

• Motor DC tipe Seri
• Motor DC tipe gabungan.
• Motor DC tipe Shunt.

Motor DC Seri dimana gulungan medan dihubungkan secara seri dengan gulungan dinamo

sehingga arus medan sama dengan arus dinamo.

Karakteristik kecapatannya yaitu dibatasi pada 5000 rpm dan percepatan tak terkendali saat tidak

diberikan beban.

Motor DC tipe Gabungan dimana merupakan gabungan jenis seri dan shunt.

Untuk motor kompon,gulunga medan dihubungkan paralel dan seri dengan gulungan dinamo.

Sehingga setting awal torque bagus dan stabil kecepatannya

Karakteristik kecepatannya: presentasi gabungan medan seri berbanding lurus dengan torque

penyalaan awal yang ditangani motor ini.

Motor DC tipe Shunt dimana gulungan medan dihubungkan paralel ke gulungan dinamo

sehingga total arus jalur merupakan jumlah arus medan dan dinamo.

Karakteristik kecepatan yaitu:  pada praktiknya kecepatan tidak tergantung beban sehingga perlu

beban yang rendah dan kecepatan dapat dikendalikan dengan memasang tahanan seri dengan

dinamo atau tahan di arus medan.

Motor DC terdapat 2 jenis fasa yaitu fasa tunggal dan fasa tiga.Dari 2 jenis motor tersebut lebih sering kita menggunakan fasa tiga.
Kita akan membahas mengenai motor 3 fasa.
Losess,Rating,dan Efisiensi
Saat dioperasikan ternyata tidak semua daya dipindahkan secara sempurna namun terdapat daya yang hilang antara lain dari windings,hysteresis,eddy current dan lain-lain. Beberapa daya tersebut dikonversikan menjadi bentuk mekanik yaitu friksi dan windage. Bagian dari daya hilang dalam windage tersebut terkadang intentional karena baling-baling kipas yang mendinginkan sehingga bagian integral motor berkurang.
Torque-Speed Charcteristic
Asumsikan motor induksi tiga fasa yang bekerja di pompa dengan beban. Pada kecepatan rendah torsi yang dihasilkan lebih besar disbanding yang dibutuhkan untuk menggerakkan beban. Akibatnya torsi berakselerasi dan kecepatan menstabilkan titik dimana torsi dihasilkan oleh motor sama dengan torsi yang dibutuhkan untuk menggerakkan beban.
Pada kecepatan tinggi untuk motor tiga fasa ,torsi awal motor kurang dari beban yang diminta. Sehingga bila daya diaplikasikan untuk standing start maka system tidak bergerak.
Speed Regulation.
Berdasarkan karakteristik kecepatan torsi, mtor akan melambat sesuai dengan torsi yang dibutuhkan oleh beban yange meningkat. Speed regulation yaitu perbedaan antara kecepatan saat tidak ada beban dengan kecepatan dengan beban penuh dan dinyatakan dalam persentase.

PRINSIP MESIN DC
Menggunakan prinsip hukum Faraday dan gaya Lorentz.
Beroperasi sebagai motor.
Beban mekanik dihubungkan dengan batang bergerak.Kemudian batang melambat perlahan dan menghasilkan pengurangan Tegangan terindukasi. Arus searah jarum jam sirkuit menghasilkan gaya induksi magnetic ke kanan. Sistem teresbut bergerak dalam kecepatan konstan.
Beroperasi sebagai generator.
Asumsikan batang dalam kecepatan konstan dan arus nol. Kemudian,gaya teraplikasi menarik batang lebih cepat ke kanan, kecepatan batang meningkat,tegangan yang terinduksi melampaui sumber tegangan, dan arus bersirkulasi melawan arah jarum jam.Karena arus memiliki arus terbalik, gaya terinduksi batang di medan berkebalikan dan berada di kiri. Kecepatan batang menstabilkan  dengan menarik gaya sama dengan gaya terinduksi. Kemudian,tegangan terinduksi mengirimkan daya sebagian ke resistansi  dan sisanya ke baterai. Lalu, energy mekanik berubah menjadi energy listrik dan muncul sebagai loss di resistansi atau energy kimia tersimpan dalam baterai.
MESIN  DC BEROTASI
Struktur Rotor dan Stator.
Tipe yang umum digunakan mengandung silinder stator dengan sejumlah P dari magnetic poles yang diterbitkan oleh medan windings atua magnet permanen. Di dalam stator terdapat rotor yang terdiri dari besi silinder terlaminasi dalam shaft yang didukunng bearings sehingga dapat berotasi.
Bagian perpotongan mesin dua pole ditunjukan oleh garis flux di jeda udara.Magnetic flux cenderung mengambil jalur reluktansi terkecil. Karena reluktansi udara lebih besar dibadingkan besi, flux akan mengambil jalur tersingkat dari stator ke rotor. Lalu,Flux di jeda udara perpendicular terhadap permukaan rotor dan terhadap konduktor armature. Maka dari itu, densitas flux secara konstan di arah yang melewati permukaan setiap muka pole.
Di motor,eksternal  sumber listrik menyediakan arus di meda windings dan di konduktor armature.Arus diaraj tersebut menghasilkan torsi berlawan jarum jam.
EMF terinduksi dan Commutation.
Ketika rotor kembali,konduktor bergerak melalui medan magnet oleh stator. Di bawah muka poles,konduktor ,medan dan arah gerakan sebenarnya perpendicular,hanya sebagai  mesin linear.Lalu,tegangan hampir konstan tereduksi di setiap konduktor saat bergerakn di bawah poles.
Sehingga,tegangan terinduksi mendekati nol dan mendirikan polaritas yang berlawanan. Pemilihan mekanik yang disebut commutator membalikkan koneksi e konduktor saat bergerak diantara poles jadi polaritas tegangan terinduksi dapat dilihat eksternal mesin yang konstan.
Bila titik mempunyai 2 pole mesin yang mengandung satu armature coil. Maka ujung coil akan ditempelkan ke 2 segmen sejumlah  commutator di shaft. Segmen yang terisulasi dari satu sama lain dan dari shaft.
Secara umum, commutator dibagi menjadi mesin dengan segment 20 dan 50.Karena hanya sebagian coils commutated di suatu waktu,terminal tegangan dari mesin asli menunjukkan sedikit fluktuatif .

SPEED  CONTROL MOTOR DC
Beberapa metode dilakukan untuk mengkontrol kecepatan motor DC:

• · Variasi tegangan yang disuplai sirkuit armature saat menggenggam medan konstan.
• · Variasi arus medan saat menggenggam armature disediakan tegangan konstan.
• · Memasukkan resistansi di rangkaian seri dengan sirkuit armature.

Variasi Tegangan Sumber
Metode ini diaplikasikan secara terpisah pada motor dan motor PM.Untuk shunt motor, variasi sumber tegangan tidak diseusaikan dengan metode speed control karena arus medan dan fluxnya bermacam-macam sesuai dengan V_T. Effek penambahan sumber tegangan armature dan arus medan ,cendrung mematikan satu per satu dan berujung perubahan kecil kecepatan. 
Karena kecepatan terpisah dari motor dengan arus medan konstan dari PM motor diprediksikan sesuai dengan sumber tegangan. Variasi sumber tegangan juga sesuai untuk mengkontrol rangkaian seri Motor DC.Bagaimana pun juga flux tidak mempengaruhi kontanta di kasus ini.

Variabel Sumber Tegangan DC
Secara horizontal, variable tegangan didapatkan dari generator DC . Contohnya Ward Leonard System dimana inductor tiga fasa mengerakkan generator DC dan mengubah menjadi variable tegangan DC ke motor untuk dikontrol. Besaran dan polaritas sumber tegangan DC dikontrol menggunakan rheostat atau saklar untuk menvariasikan arus medan generator DC .Kerugian skema ini mesin tiga fasa dibutuhkan untuk menggerakkan beban.

Speed Control dengan Variasi Arus medan.
Kecepatan untuk rangkaian shunt atau terpisah dari motor bisa dikontrol dengan variasi arus medan. Sirkuit untuk mesin rangkaian shunt  ditunjukkan dimana rheostat R_adj meyediakan arus medan control. Dengan kata lain,PM motor memiliki flux konstan. Untuk rangkaian seri motor, arus medan sama dengan arus armature dan tidak dapat dikontrol. Lalu, penggunaan arus medan untuk mengkontrol kecepatan tidak sesuai untuk jenis motor ini.

Bahaya dari sirkuit medan terbuka.
Bila rangkaian shunt dengan arus medan terbuka dan power factor mendekati nol akan meyebabkan I_A semakin besar dan kecepatan system akan menigkat secara cepat. Faktanya,mungkin kecepatan berlebihan dan menyebabkan armature melayang. Dalam beberapa detik,mesin tereduksi menjadi tumpukan scrap yang tak berguna mengandung windings dan batang commutator  yang lepas.Maka dari itu mengoperasikan mesin shunt dengan sirkuit perlindungan yang dirancang dengan baik.

Speed control dengan menambahkan resistansi secara seri dengan armature.
Metode digunakan untuk mengkontrol kecepatan motor dc untuk menyisipkan resistansi tambahan di rangkaian seri sirkuit armature. Pendekatan ini diaplikasikan dengan semua tipe motor dc shunt,series atau PM.

Tahap mulai control untuk shunt biasanya diletakkan resistansi secara seri dengan armature sampai arus batas armature untuk merasionalisasi nilai saat mesin menaik kecepatannya.
 
GENERATOR DC
Generator mengubah energy kinetic dari penggerak utama(prime wover) seperti turbin steam atau mesin diesel menjadi energy listrik. Ketika daya dc dibutuhkan , kita bisa menggunakan generator atau sumber ac kombinasi dengan rectifier. Tren ini berlaku untuk sumber ac dan rectifier bagaimana pun juga beberapa generator dc digunakan dan untuk beberapa aplikasi mereka masih pilihan yang baik.

Rangkaian shunt Generator DC
Kerugian rangkaian shunt generator DC yaitu membutuhkan sumber dc terpisah untuk menyuplai medan windings. Kerugian ini terjadi saat sirkuit medan paralel dengan armature dan beban.Regulasi beban untuk generator rangkaian shunt lebih besar dibandingkan mesin terpisah karena arus medan jatuh karena beban arus meningkat menuju pernurunan resistansi armature.

Gabungan Generator DC
DC generator dapat dibentuk secara seri dan shunt windings. Ketika keduanya terhubung , kita memiliki mesin gabungan. Beberapa variasi dari sambungan mungkin dilakukan antara lain long-shunt compound connection, short-shunt compound connection,cumulative shunt connection dan diffential shunt connection.

Kita dapat membuat fully compensated cumulative connected mesin dimana tegangan beban penuh sama dengan tegangan tanpa beban. Bnetuk kurva tegangan melawan karakteristik arus menunjukkan efek saturasi. Bila tegangan beban penuh kurang dari tegangan  tanpa beban ,mesin dalam keadaan undercompensated dan overcompensated bila sebaliknya.