Pengaturan Kecepatan Motor DC Dengan Potensiometer

0
inShare

Posted By: fuad widiatmoko - 8:21 AM

Motor DC adalah motor yang digerakkan oleh energi listrik arus searah. Salah satu jenis motor DC adalah motor DC magnet permanen. Motor DC tipe ini banyak ditemui penggunaanya baik di industri maupun di rumah tangga. Pada umumnya, penggunaan motor DC jenis ini adalah untuk sumber – sumber tenaga yang kecil, seperti pada rumah tangga dan otomotif.

Pengatur Kecepatan Motor DC

A.    Alat dan Bahan

1.      Transistor ............................................................  2 buah

2.      Potensiometer 2k ................................................  1 buah

3.      Dioda ..................................................................  2 buah

4.      Resistor 100�� .....................................................  1 buah

5.      Resistor 470 �� ....................................................  1 buah

6.      Motor DC ...........................................................  1 buah

7.      PCB ....................................................................  secukupnya

8.      Kabel Jumper ......................................................  secukupnya

9.      Solder ..................................................................  1 buah

10.  Timah ..................................................................  secukupnya

B.     Dasar Teori

Motor DC adalah motor yang digerakkan oleh energi listrik arus searah. Salah satu jenis motor DC adalah motor DC magnet permanen. Motor DC tipe ini banyak ditemui penggunaanya baik di industri maupun di rumah tangga. Pada umumnya, penggunaan motor DC jenis ini adalah untuk sumber – sumber tenaga yang kecil, seperti pada rumah tangga dan otomotif.

Sebuah motor DC magnet permanen biasanya tersusun atas magnet permanen, kumparan jangkar, dan sikat (brush). Medan magnet yang besarnya konstan dihasilkan oleh magnet permanen, sedangkan komutator dan sikat berfungsi untuk menyalurkan arus listrik dari sumber di luar motor ke dalam kumparan jangkar. Letak sikat di sepanjang sumbu netral dari komutator, yaitu sumbu dimana medan listrik yang dihasilkan bernilai nol. Hal ini dimaksudkan agar pada proses perpindahan dari sikat ke komutator tidak terjadi percikan api. Medan stator memproduksi fluks Φ dari kutub U ke kutub S. Sikat – arang menyentuh terminal kumparan rotor di bawah kutub. Bila sikat – arang dihubungkan pada satu sumber arus serah di luar dengan tegangan V, maka satu arus I masuk ke terminal kumparan rotor di bawah kutub Udan keluar dari terminal di bawah kutub S. Dengan adanya fluks stator dan arus rotor akan menghasilkan satu gaya F bekerja pada kumparan yang dikenal dengan gaya Lorentz. Arah Fmenghasilkan torsi yang memutar rotor ke arah yang berlawanan dengan jarum jam. Kumparan yang membawa arus bergerak menjauhi sikat – arang dan dilepas dari sumber suplai luar. Kumparan berikutnya bergerak di bawah sikat – arang dan membawa arus I. Dengan demikian, gaya F terus menerus diproduksi sehingga rotor berputar secara kontinyu.

Komponen-komponen yang terdapat pada motor DC yaitu:

1.            Kutub Medan

Secara sederhana digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet akan menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor DC memiliki kutub medan yang stasioner dan dinamo yang menggerakkan bearing pada ruang di antara kutub medan. Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan, yaitu kutub utara dan kutub selatan. Garis magnetik energi membesar melintasi bukaan di antara kutub – kutub dari utara menuju selatan. Untuk motor yang lebih besar atau lebih kompleks, terdapat satu atau lebih elektromagnet. Elektromagnet menerima listrik dari sumber daya luar sebagai penyedia struktur medan.

2.            Rotor

Bila arus masuk menuju kumparan jangkar, maka arus ini akan menjadi elektromagnet. Rotor yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as penggerak untuk menggerakkan beban. Untuk motor DC yang kecil, rotor berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub – kutub, sampai kutub utara dan kutub selatan magnet berganti lokasi. Jika hal ini terjadi, arus berbalik untuk merubah kutub – kutub utara dan selatan rotor.

3.            Komutator

Komponen ini terdapat pada motor DC dan berfungsi untuk membalikkan arah arus listrik dalam kumparan jangkar. Komutator juga membantu dalam transmisi arus antara kumparan jangkar dan saluran daya.

Berdasarkan penguatannya, motor arus searah dapat diklasifikasi-kan menjadi motor DC penguatan terpisah dan penguatan sendiri (self excited). Motor-motor pada masing-masing kelompok memiliki karakteristik kecepatan-torsi yang berbeda. 

1.         Motor DC magnet permanen

Kumparan medan berupa magnet permanen, sehingga medan magnet yang dihasilkan berupa fluks magnetik konstan. Oleh karena fluks magnetik konstan, maka arus medan yang dihasilkan juga konstan.

2.         Motor DC penguat terpisah

Kumparan medan dibentuk dari sejumlah besar kumparan dengan penampang kawat yang kecil. Kumparan medan tipe ini dirancang untuk tahan bekerja dengan tegangan nominal motor. Arus medan dan arus jangkar dipasok dari sumber yang berbeda.

3.         Motor DC shunt / parallel

Kumparan medan sama seperti pada penguat terpisah, tetapi kumparan medan terhubung secara paralel dengan rangkaian rotor. Satu sumber yang sama digunakan untuk menyuplai kumparan medan dan rotor. Oleh karena itu, total arus dalam jalur merupakan penjumlahan arus medan dan arus jangkar. Kecepatan motor DC jenis ini pada prakteknya konstan, tidak tergantung pada beban (hingga torsi tertentu setelah kecepatannya berkurang). Oleh karena itu, motor DC jenis ini cocok untuk penggunaan komersial dengan beban awal yang rendah, seperti peralatan mesin.

4.         Motor DC seri

Kumparan medan dihubungkan secara seri dengan kumparan jangkar. Oleh karena itu, arus medan sama dengan arus jangkar. Pada saat kondisi awal, arus starting pada motor DC jenis ini akan sangat besar. Untuk itu, pada saat menjalankan motor harus disertai beban sebab apabila tanpa beban motor akan mempercepat tanpa terkendali. Kumparan medan terbuat dari sejumlah kecil kumparan dengan penampang kawat yang besar. Tipe demikian dirancang untuk mengalirkan arus besar dan terhubung seri/deret dengan kumparan rotor. Motor DC jenis ini cocok untuk penggunaan yang memerlukan torsi penyalaan awal yang tinggi, seperti derek dan alat pengangkat hoist.

5.         Motor DC kompon/campuran

Konfigurasi motor DC tipe ini menggunakan gabungan dari kumparan seri danshunt/paralel. Pada motor DC jenis ini, kumparan medan dihubungkan secara paralel dan seri dengan kumparan jangkar. Dengan demikian, motor DC jenis ini akan memiliki torsi penyalaan awal yang baik dan kecepatan yang stabil. Semakin tinggi persentase penggabungan, yaitu persentase kumparan medan yang dihubungkan secara seri, maka semakin tinggi pula torsi penyalaan awal yang dapat ditangani.

Penggunaan motor DC dewasa ini sudah sangatlah umum, salah satu kelebihan motor DC adalah relatif gampang didapat dan mudah diatur kecepatan putarnya. Secara umum pengaturan kecepatan motor DC adalah dengan menggunakan cara analog.

C.    Langkah Percobaan

1.      Buatlah rangkaian sesuai dengan Gambar 1

Gambar 1. Rangkaian Pengendali Kecepatan Motor DC

2.      Motor DC akan berputar setelah dihubungkan dengan suply DC sampai putaran mendekati 1.000 Rpm, misalkan 1.050 Rpm.

3.      Setting untuk mengatur posisi potensiometer sebagai pengatur tegangan.

4.      Ukurlah keluaran kecepatan motor, kemudian catat hasilnya pada tabel data hasil pengukuran.

D.    Data Hasil Percobaan

a.       Gambar Hasil Rangkaian

b.      Tabel Hasil Pengukuran

No	Vin	RPM
1.	1 Volt
2.	2 Volt
3.	3 Volt
4.	4 Volt
5.	5 Volt
6.	6 Volt
7.	7 Volt
8.	8 Volt
9.	9 Volt
10.	10 Volt
11.	11 Volt
12.	12 Volt
13.	13 Volt
14.	14 Volt
15.	15 Volt

E.     Analisa Data

Rangkaian pengatur kecepatan motor DC tersebut terbagi dalam 2 buah transistor, suatu potensiometer dan dua buah dioda. Transistor pada rangkaian pengatur kecepatan putaran motor DC dirangkaian dengan cara darlinton untuk memasimalkan supply arus dan tegangan/voltage ke motor DC. Skema rangkaian pengatur kecepatan putaran motor DC tersebut adalah driver motor DC jenis emitor follower. Rangkaian pengatur kecepatan motor DC di atas akan mengatur kecepatan putaran motor DC dari tuas potensiometer VR1 2 KOhm yang berperan untuk memberikan tegangan/voltage bias basis transistor dengan tipe Q1 2N3053 yg setelah itu dikonfigurasikan dengan cara darlinton dengan transistor dengan tipe Q2 2N3055 hingga transistor dengan tipe Q2 tersebut On sesuai tegangan/voltage bias yang didapatkan dari potensiometer dan motor DC memperoleh supply tegangan/voltage lewat transistor Q2.

F.     Kesimpulan

Dari hasil percobaan diatas dapat disimpulkan bahwa semakin besar tegangan/voltage bias basis yang diberikan lewat potensiometer VR1 maka semakin besar pula arus dan tegangan/voltage yg dialirkan ke motor DC lewat Q2, sehingga makin cepat juga kecepatan putaran motor DC itu. Di skema rangkaian pengatur kecepatan putaran motor DC di atas ada 2 buah dioda Dioda 1 & Dioda 2 1n4004 yg keduanya berperan sebagai sumber untuk membuat tegangan/voltage induksi dari motor DC.