Motor DC - Pengertian, Prinsip Kerja, Jenis & Aplikasi DC Motor

MOTOR DC

Pengertian Motor DC

Motor yang beroperasi pada arus DC disebut sebagai Motor DC dan motor yang menggunakan arus AC disebut sebagai motor AC. Umumnya kamu tidak akan terlalu banyak menjumpai motor AC tetapi motor DC hampir digunakan dimana saja, yang mana di bidang listrik dinamai DC motor.

Motor DC adalah motor listrik yang merupakan perangkat elektromekanis yang menggunakan interaksi medan magnet dan konduktor untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik putar, dimana motor DC dirancang untuk dijalankan dari sumber daya arus searah (DC). Sudah lebih dari 100 tahun motor DC brush (disikat) digunakan dalam industri serta aplikasi domestik.

Gambar dan Simbol Motor DC

Prinsip Kerja Motor DC

Komponen utama dari Motor DC adalah Winding/liltan, Magnet, Rotors, Brushes, Stator dan sumber arus searah (Arus DC). Ketika armature ditempatkan dalam medan magnet yang dihasilkan oleh magnet maka armature diputar dengan menggunakan arus searah, hal ini menghasilkan gaya mekanik. Dengan memanfaatkan putaran motor DC banyak jenis pekerjaan yang dapat dikerjakan.

Untuk lebih jelasnya mengenai Prinsip Kerja Motor Listrik DC. kami sudah membuat artikel khusus membahas prinsip kerja motor listrik AC dan DC

Baca Juga : Prinsip Kerja Motor Listrik

Jenis - Jenis Motor DC

Motor DC atau Motor Arus Searah merupakan aktuator yang paling umum digunakan untuk menghasilkan gerakan terus menerus dimana kecepatan putarannya dapat dengan mudah dikontrol, hal inilah yang menjadikan motor DC sangat ideal untuk digunakan dalam aplikasi pengaturan  kontrol kecepatan, kontrol tipe servo, dan / atau positioning. 

Motor DC terdiri dari dua bagian penting, yaitu "Stator" yang merupakan bagian diam dan "Rotor" yang merupakan bagian yang berputar, dari kedua bagian penting motor ini hasilnya terdapat tiga jenis Motor DC yakni :

• Motor DC Brush

• Motor DC Brushless

• Motor DC Servo

1.  Motor DC Brush  (Disikat)

Pada motor jenis ini, medan magnet dihasilkan dengan melewatkan arus melalui komutator dan sikat yang ada di dalam rotor, dari sinilah disebut Motor Brush. Sikat tersebut terbuat dari karbon, dimana motor DC brush terbagi menjadi Motor DC daya terpisah (Separately Excited DC Motor) dan Motor DC Sumber Daya Sendiri (Self Excited DC Motor).

Bagian stator motor terdiri dari kumparan yang terhubung secara melingkar sedemikian rupa sehingga akan terbentuk kutub utara dan selatan. Pengaturan kumparan ini dapat dilakukan baik secara seri atau paralel dengan gulungan kumparan rotor akan menghasilkan  motor DC kumparan seri luka dan motor DC kumparan shunt. 

Armature atau bagian rotor dari motor DC terdiri dari komutator yang pada dasarnya adalah konduktor pembawa arus yang terhubung di salah satu ujungnya ke segmen tembaga yang terisolasi secara elektrik. Daya eksternal dapat dihubungkan ke komutator melalui sikat saat armature berputar.

Motor DC Brush

Jenis Motor DC ini dikelompokkan berdasarkan sambungan listrik lilitan jangkar dan lilitan medan, dari berbagai sambungan tersebut maka terdapat klasifikasi penggolongan jenis motor yang baru. 

Berdasarkan pada pembangkitan medan magnetnya, Motor DC brush dibagi menjadi 3 jenis utama motor DC yaitu Magnet Terpisah, Mandiri (Sendiri), dan Permanen. 

Pada jenis motor tipe magnet permanen, magnet yang kuat digunakan untuk menghasilkan medan magnet yang diperlukan, sedangkan pada jenis motor yang tereksitasi secara terpisah dan tereksitasi sendiri (self-excited) , sebuah elektromagnet digunakan dalam tubuh stator.

Adapaun motor DC tipe self-excited dibagi lagi menjadi tiga jenis yaitu Motor DC Shunt (Shunt Excited), motor DC seri (Series Excited) dan motor DC Gabungan/Coumpound (Compound Excited).

Motor DC tipe Compound kemudian dibagi lagi menjadi Compound Kumulatif dan Compound Diferensial dengan tipe Shunt panjang dan tipe Shunt pendek di masing-masing mtor DC Compound.

Jenis - Jenis Motor DC Brush

1. Motor DC Sumber Daya Terpisah (Separately Excited Motors)

Seperti dengan namanya, motor DC jenis ini menggunakan sumber daya terpisah untuk lilitan jangkar dan lilitan medan, dengan kata lain lilitan jangkar dan lilitan medan secara elektrik terpisah satu sama lain.

Pada motor DC sumber daya arus terpisah, arus jangkar dan arus medan tidak saling mengganggu karena sumbernya berbeda, tetapi daya inputnya adalah sama dengan total daya input . Jika V_f dan I_f adalah tegangan dan arus yang sesuai dengan sirkuit medan magnet dan V_t dan I_a adalah tegangan dan arus yang sesuai dengan sirkuit jangkar, maka total daya input yang diberikan menjadi

Vf * If + Vt * Ia.

2. Motor DC Sumber daya Sendiri (Self-Excited Motors)

Pada motor DC yang tereksitasi sendiri, lilitan medan dan lilitan armature terhubung di sumber suplai tunggal, dimana hubungan ini dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu dengan shunt atau paralel dan seri. Oleh karena itu, motor sumber daya sendiri sendiri diklasifikasikan lagi menjadi motor DC shunt dan motor DC seri

A. Motor DC Shunt 

Pada jenis motor DC shunt, lilitan medan dan lilitan angker (armature) terhubung secara paralel di catu daya yang sama sehingga mengakibatkan lilitan medan terpapar ke seluruh tegangan terminal. Meskipun jenis daya-nya sama, tetapi arus medan dan arus jangkar akan berbeda, disamping itu kecepatan motor DC shunt konstan dan tidak bervariasi dengan beban mekanik pada output.

Berikut ini gambar struktur motor DC shunt

Rangkaian listrik motor DC shunt

Jika Eb adalah ggl belakang motor, maka

Vt = Eb + Ia * Ra

Jika konstanta jangkar adalah Ka dan kecepatan putarannya adalah ω, maka

Eb = Ka * ω * Φ 

Di mana Φ adalah fluks magnet, maka

Vt = Ka * ω * Φ + Ia * Ra

Total arus adalah It = If + Ia

Maka total daya yaitu P = Vt * It

B. Motor DC Seri 

Pada jenis motor DC seri, belitan medan dan belitan angker (armature) terhubung secara seri dengan catu daya, hasilnya arus yang sama mengalir di belitan medan dan belitan dinamo.

Motor DC seri disebut juga sebagai Motor Universal hal ini karena motor DC seri dapat bekerja dengan catu daya AC atau catu daya DC.

Motor DC seri akan terus berputar ke arah yang sama berdasarkan polaritas sumber tegangan, hal ini karena jika kita mengubah polaritasnya, maka polaritas lilitan jangkar dan arah medan magnet dibalik secara bersamaan, dimana kecepatan motor seri DC bervariasi dengan beban mekanisnya.

Berikut ini gambar rangkaian Motor DC seri

Gambar rangkaian listrik motor DC Seri

C. Motor DC Coumpound/Gabungan

Motor DC coumpound/gabungan menggunakan kombinasi gulungan seri dan gulungan medan shunt, dimana belitan seri terhubung secara seri dengan jangkar motor sementara belitan shunt terhubung secara paralel.

Pada motor DC coumpound terdapat dua sirkuit medan yang menghasilkan medan magnet, sehingga motor DC coumpound terbagi lagi menjadi dua jenis berdasarkan orientasi fluks-nya, yaitu motor DC Compound Kumulatif dan motor DC Compound Diferensial.

Dalam motor DC coumpound fluks bidang shunt akan membantu fluks bidang seri contohnya bila keduanya dalam arah yang sama, maka ini yag disebut motor DC coumpound kumulaitf, dimana jumlah fluks adalah fluks magnet total.

ΦTOTAL = ΦSERIES + ΦSHUNT

Berikut gambar rangkaian motor DC coumpound kumulatif

Gambar rangkaian listrik-nya

Dalam kasus motor DC coumpound kumulatif, apabila fluks yang dihasilkan oleh medan seri dan medan shunt berada pada arah yang berlawanan maka fluks total sama dengan selisih di antara keduanya.

ΦTOTAL = ΦSERIES – ΦSHUNT

Berdasarkan rumus diatas maka fluks yang dihasilkan kurang dari fluks asli-nya, oleh karena itulah jenis motor DC coumpound kumulatif jarang dipakai.

Motor DC coumpund kumulatif dan diferensial dapat dibagi lagi berdasarkan shunting dari belitan medan shun menjadi perangkat shunt panjang (Long Shunt) dan shunt pendek (Short Shunt).

Pada motor shunt panjang, lilitan medan shunt sejajar dengan lilitan armatur dan seri.

4. Motor DC Magnet Permanen

Pada motor DC magnet permanen, magnet yang kuat digunakan untuk menghasilkan medan magnet, maka dari itu motor DC magnet permanen hanya terdiri dari belitan dinamo saja.

Berikut ini gambar dari motor DC magnet permanen

Motor DC brush tipe magnet permanen memiliki ukuran lebih kecil dan lebih murah jika dibandingkan dengan jenis motor DC stator eksitasi. Umumnya magnet langka yang ada di bumi seperti samarium, kobalt atau neodimium serta boron digunakan sebagai magnet pada motor DC magnet permanen karena magnet tersebut sangat kuat dan mempunyai medan magnet tinggi, disamping itu karakteristik kecepatan / torsi pada motor DC magnet permanen lebih linier daripada motor DC stator eksitasi

Adapun kelemahan dari motor DC brush adalah apabila terjadi percikan antara komutator dan sikat dalam kondisi beban berat (heavy load) maka dapat menghasilkan panas dalam jumlah besar sehingga mengurangi masa pakai motor.

2. Motor DC Brushless (Tanpa Sikat)

Motor DC brushless biasanya terdiri dari rotor magnet permanen dan stator lilitan koil, dengan tersebut maka penggunaan magnet permanen di rotor menghilangkan kebutuhan untuk sikat di bagian rotor. Oleh karena itu, berbeda dengan motor DC brush, tipe ini tidak mengandung sikat sehingga tidak ada keausan sikat karena jumlah panas yang dihasilkan kecil.

Motor DC brushless berukuran lebih kecil tetapi lebih mahal daripada motor DC tipe brushed konvensional karena jenis motor ini menggunakan sakelar “Hall effect” di stator untuk menghasilkan urutan rotasi medan stator yang diperlukan.

Karena tidak ada sikat di motor, harus ada beberapa cara lain untuk mendeteksi posisi sudut rotor. Sensor Hall Effect digunakan untuk menghasilkan sinyal umpan balik yang diperlukan untuk mengontrol perangkat semikonduktor.

Motor DC brushless lebih mahal daripada motor DC brush dan lebih efisien daripada motor brush, tetapi memiliki keunggulan dalam hal karakteristik kecepatan (torsi) yang lebih baik, lebih efisien dan memiliki masa operasi atau penggunaan yang lebih lama dari jenis Motor brush.

3. Motor DC Servo

Motor DC Servo adalah jenis motor DC kecil yang memiliki putaran berkecepatan tinggi, tetapi torsi -nya tidak cukup untuk memindahkan beban apa pun.

Motor servo DC terdiri dari empat bagian utama yaitu motor DC normal, gearbox untuk kontrol kecepatan, sirkuit kontrol, dan unit sensor posisi. Gearbox akan mengambil input kecepatan tinggi dan mengubahnya menjadi kecepatan yang lebih lambat namun lebih praktis. Unit sensor posisi berperan sebagai potensiometer sedangkan sirkuit kontrol adalah penguat detektor kesalahan.

Aplikasi Motor DC

Seperti yang kita ketahui motor DC adalah peralatan mekanik yang paling sering atau mudah dijumpai dalam kehidupan sehari-hari, contohnya seperti motor kecil yang ada mainan anak-anak.

Berikut ini beberapa penggunaan motor DC yang kami golongkan berdasarkan jenis - jenis motor DC.

Aplikasi Pada Motor DC seri

Motor DC seri adalah jenis motor DC terbaik karena cocok untuk untuk bergerak pada daya tinggi  dan rendah, untuk drive listrik kecepatan stabil dan acak, mempunyai konstruksi yang sederhana, mudah untuk dirancang serta pemeliharaan yang ringan, disamping itu juga memiliki torsi awal yang tinggi.

Beberapa peralatan yang mengunakan motor DC seri yaitu Traksi listrik, Electric footing,  Derek/crane, Lift, Air compressor, Elevator,  Winching systems, Pengering rambut, Vacuum Cleaner dan Mesin jahit.


Aplikasi Pada Motor DC Shunt

Karena motor DC jenis ini menghasilkan kecepatan yang konstan maka penggunaan motor DC Shunt umumnya merupakan peralatan yang membutuhkan kecepatan yang konstan.

Beberapa pearalatan yang menggunakan motor DC shunt sebagai alat penggeraknya yaitu kaca depan mobil, Wiper, Mesin bubut, Alat bor, Lift, Kipas angin, Blower, Pompa sentrifugal, Konveyor, Mesin pemintal/tenun.


Aplikasi Pada Motor DC Sumber Daya Terpisah (Separately Excited DC Motors)

Pada motor DC sumber daya terpisah umumnya dipakai pada peralatan yang tidak memerlukan pengontrolan kecepatan seperti Penyapu kaca mobil, Mesin cuci, Blower pada pemanas dan pendigin udara, drive disk komputer, kursi roda, mainan.


Aplikasi Pada Motor DC Coumpoud

Beberapa pearalatan yang menggunakan Motor DC coumpound seperti Alat press, Sekop listrik, Mesin recipro, KOnveyor, Mesin Stamping, Elevator, Kompresor, Alat giling, dan Heavy planner.


Aplikasi Pada Motor DC Brushless

Motor DC brushless adalah jenis motor khusus yang tidak menggunakan sikat dimana memiliki keunggulan dalam hal efisiensi dan kecepatan yang tinggi serta kemampuan pengontrolan yang baik.

Beberapa peralatan yang menggunakan jenis motor DC brushless yaitu peripheral komputer (drive disk, printer), Peralatan listrik genggam, Alat pengangkat, Alat pemanas, Kendaraan mulai dari pesawat terbang hingga mobil, serta Kipas pendingin kecil.


Baca Juga : Motor DC vs Motor Servo, Apa Perbedaanya?

Ada materi yang kurang ? Silahkan berkomentar dibawah