Dwi N. Saputro

D400080036

BAB IV

MOTOR ARUS SEARAH (DC MOTOR)

Motor arus searah ialah suatu mesin yang berfungsi mengubah tenaga listrik arus searah

(DC) menjadi tenaga atau tenaga mekanis di mana tenaga gerak tersebut berupa putaran dari

pada rotor.

Dalam kehidupn kita sehari-hari motor arus searah dapat kita lihat pada starter mobil,

pada tape recorder, pada mainan anak-anak dan sebagainya. Sedangkan pada pabrik-pabrik

motor arus-searah kita jumpai pada elevator, conveyer, dan sebagainya.

Antara motor arus-searah dan generator arus-searah tak ada perbedaan konstruksi. Pada

prinsipnya motor arus-searah “dapat dipakai” sebagai generator arus-searah sebaliknya

generator arus-searah ”dapat dipakai” sebagai motor arus-searah.

Dengan sendirinya generator arus-searah yang dimaksudkan diatas bukanlah generator

arus-searah yang penyearah (reachtifer)nya penyearah silicon/dioda, tetapi dengan penyearah

mekanis (komutator). Generator arus-searah yang berdasarkan prinsip generator arus-searah

yang dilengkapi rangkaian penyearah silicon/dioda tidak dapat dioperasikan sebagai motor

arus-searah.

1. DASAR-DASAR MOTOR ARUS-SEARAH

Di sekitar kawat berarus listrik terdapat medan-medan magnet(Percobaan Oersted).

Bilamana arus listrik yang mengalir dalam kawat arahnya menjauhi kita (maju), maka

medan-medan yang terbentuk disekitar kawat arahnya searah dengan putaran jarum jam.

Sebaliknya bilamana arus listrik mengalir dalam kawat arahnya mendekati kita (mundur)

maka medan-medan magnet yang terbentuk disekitar kawat arahnya berlawanan dengan arah

putaran jarum jam(percobaan Maxwell).

Prinsip dasar dari motor arus-searah adalah kalau sebuah kawat berarus diletakkan

antara kutub magnet(U-S), maka pada kawat itu akan bekerja suatu gaya yang menggerakkan

kawat itu, lihat gambar.4.1 dibawah ini.

Dwi N. Saputro

D400080036

Gb.4.1 Prinsip kerja motor arus searah

Arah gerak kawat itu dapat ditentukan dengan “KAIDAH TANGAN KIRI”, yang

berbunyi sebagai berikut: “Apabila tangan kiri terbuka diletakkan diantara kutub U dan S,

sehingga garis-garis gaya yang keluar dari kutub utara menembus telapak tangan kiri dan arus

di dalam kawat mengalir searah dengan arah keempat jari, maka kawat itu akan mendapat

gaya yang arahnya sesuai dengan arah ibu jari”.

Besarnya gaya tersebut adalah :

F = B X I X L (1)

Dimana F adalah gaya Lorentz

B adalah kepadatan fluks magnet dalam satuan Weber

I adalah arus listrik yang mengalir dalam satuan Ampere

L adalah panjang penghantar dalm satuam Meter

Kalau sebatang kawat terdapat diantara kutub U-S dengan garis-garis gaya yang

homogen, sedangkan didalam kawat arahnya berlawanan, sehingga bentuk medan magnet

akan berubah

Kalau sebuah belitan terletak dalam medan magnet yang homogen, maka karena

kedua sisi belitan itu mempunyai arus yang arahnya berlawanan, sehingga arah gerakan

seperti ditunjukkan pada gambar 4.2.

Gb. 4.2 efek motor yang dihasilkan oleh arus listrik

Dwi N. Saputro

D400080036

Rotor pada motor arus-searah mempunyai kumparan tidak hanya satu. Rotornya terdiri dari

kumparan dan komutator yang banyak untuk mendapatkan torsi yang terus-menerus.

2. TORSI

Yang di maksud torsi adalah putaran atau pemuntiran dari suatu gaya terhadap suatu

poros. Ini diukur dengan hasil kali gaya itu dangan jari-jari lingkaran di mana gaya tersebut

bekerja.

Pada suatu pulley dengan jari jari r meter bekerja suatu gaya F Newton yang

menyebabkan pulley berputar dengan kecepatan n putaran per detik

Torsi T = F x r Newton meter(N-m)

Usaha yang dilakukan oleh gaya tersebut pada satu putaran

= Gaya x Jarak

= F x 2 r joule.

Daya yang dibangkitkan =

= F x 2 r x n joule/detik

= (F x r) x 2 r Joule/detik

Kalau :

2 n = adalah kecepatan sudut () dalam radian/detik.

F x r = torsi T.

Jadi daya yang dibangkitkan = T x joule/detk atau Watt

3. TORSI JANGKAR

Misalkan Ta adalah torsi yang dibangkitkan oleh jangkar motor yang berputar dengan

kecepatan n putaran per detik

JiKA Ta dalam satuan N-m, maka daya yang dibangkitkam

=Tax2n (watt) (2)

Jika juga tahu bahwa daya daya listrik yang di ubah menjadi daya mekanis pada jangkar

adalah

=EaIa (Watt) (3)

Dari persamaan 2 dan 3 didapat

Ta x . 2 n = Ea Ia

Dwi N. Saputro

D400080036

Oleh karena Ea = (P/a)n Z volt, maka

Ta x 2 n = (P/a)n Z Ia

Ta = 1/2 (P/a) Z Ia Nm

Ta = 0,159 (P/a) Z Ia Nm

Ta = 0,0162 (P/a) Z Ia kg m

Catatan : Dari persaman diatas. didapatkan Ta Ia

Untuk motor seri, fluks sebanding dengan Ia (sebelum jenuh) jadi Ta 2 Ia

Untuk motor shunt, fluks konstan sehingga Ta Ia

Juga terlihat bahwa

Ta = ½ (Ea Ia)/n Nm= 0,159 (Ea Ia)/n Nm

= 0, 0162(Ea Ia)/n kg m

4. TORSI POROS.

Keseluruhan torsi jangkar tersebut, tidak semua berubah menjadi usaha berguna, seba

terdapat rugi-rugi besi dan rugi-rugi gesek pada motor. Torsi yang berubah menjadi uasaha

berguna disebut torsi poros (Tsh).

HP dari motor diperoleh dengan menggunakakn torsi poros yang disebut brake- horse power

(B-HP), sebab HP tersebut diperoleh pada pengereman.

BHP = (Tsh x 2n)/735,5

Tsh = (73,5 x B H P)/ 2n

Selisih Ta – Tsh disebut torsi rugi

Jadi torsi rugi = 0,159x (rugi rugi besi dan gesek)/n Nm

= 0,0162 x (rugi rugi besi dan gesek)/n kg m

Catatan: Harga GGL lawan Ea dapat diperoleh dari

persamaan, Ea = V – Ia Ra

rumus Ea = (P/a)n Z volt.

5. GGL LAWAN (E)

Misal tahanan dari sebuah jangkar motor arus searah 10 HP 110 V adalah 0,05 ohm. Apabila

jangkar ini dihubungkan dengan sumber 110 V, maka menurut hukum ohm arus jangkar

Ia = 110/0,05 = 2200 A

Dwi N. Saputro

D400080036

Apabila jangkar tersebut berputardalam medan magnetnya arus jangkar ( Ia) tidak bisa

dihitung berdasarkan hukum ohm diatas. Dalam hal ini jangkar dalam motor arus searah

sama halnya dengan jangkar dari suatu generator, sehingga terjadi GGL lawan.

Proses terjadinya GGL-nya lawan adalah:

kumparan jangkar (terletak diantara kutub-kutub magnet) diberi sumber arus searah.

Pada kumparan-kumparan jangkar timbul torsi, sehingga jangkar berputar ( arahnya

sesuaidengan hukum tangan kiri). Dalam hal ini jangkar berputar dalam medan magnet

sehingga timbul GGL ( arah GGL induksi tersebut sesuai dengan hukum tangan kanan). Arah

GGL induksi tersebut berlawanan dengan arah GGl sumber sehingga kita sebut GGL lawan.

Jadi GGl lawan pada motor aru ssearah adalah GGL yang terjadipada jangkar arus

searsh (pada waktu motor dioperasika/berputar), yang disebabkan karena jangkar tersebut

berputar dalam medan magnet.

Arah GGL lawan menantang arah GL sumber, sehingga pada waktu motor beroperasi arus

jangkarnya menjadi:

Ia=(V-E)/Ra (4)

Dimana V : tegangan jepit sumber

E : GGL lawan

Ra : tahanan jangkar

Besarnya GGL lawan (E) adalah:

E=(P/a)(n/60)Zvolt (5)

6. PRINSIP KERJA DARI MOTOR ARUS-SEARAH

Prinsip kerja motor-searah berdasarkan pada penghantar yang membawa arus

ditempatkan dalam suatu medan magnet maka penghantar tersebut akan mengalami gaya.

Gaya menimblkan torsi yang akan menghasilkan rotasi mekanik, sehungga motor

akan berputar. Jadi motor arus-searah ini menerima sumber arus-searah dari jala-jala

kemudian dirubah menjadi energi mekanik berupa putaran, yang nantinya dipakai oleh

peralatan lain.

Ringkasnya prinsip kerja dari motor membutuhkan:

Adanya garis-garis gaya medan magnet(fluks), antara kutub yang berada di stator.

Penghantar yang dialiri arus ditempatkan pada jangkar yang berada dalam medan magnet

tadi. Pada penghantar timbul gaya yang menghasilkan torsi.

Dwi N. Saputro

D400080036

Arah dari garis-garis gaya (fluks) medan magnet yang dihasilkan oleh kutub, arah

arus yang mengalir pada penghantar dan arh dari gaya, saling tegak lurus serta menurut

hukum tangan kiri fleming.

Gaya yang dihasilkan oleh arus yang mengalir pada penghantar yang ditempatkan dalam

suatu medan magnet tergantung dari hal-hal berikut:

1. Kekuatan dari medan magnet.

2. Harga dari arus melalui penghantar.

3. panjang kawat yang membawa arus.

7. JENIS-JENIS MOTOR ARUS-SEARAH

Berdasarkan sumber arus penguat magnetnya motor arus-searah dapat dibedakan atas:

a) Motor arus-searah penguat terpisah, bila arus penguat magnet diperoleh dari sumber

arus-searah diluar motor.

b) Motor arus-searah dengan penguat sendiri, bila arus penguat magnet berasal dari motor

itu sendiri

Berdasarkan hubungan lilitan penguat magnet terhadap lilitan jangkar motor arus-

searah dengan penguat sendiri dapat dibedakan:

a) Motor arus searah Shunt:

mempunyai kecepatan yang hampir konstan walau terjadi perubahan beban. Perubahan

kecepatan hanya sekitar 10%. Pemakaian misalnya untuk kipas angin, blower, pompa

centrifugal, elevator, pengaduk, mesin cetak, juga untuk pengerjaan kayu dan logam.

Rangkaian ekivalen motor arus searah shunt lihat gambar 4.3 dibawah ini

Gb.4.3 Rangkaian ekivalen motor arus searah shunt

b) Motor arus searah Seri:

Dwi N. Saputro

D400080036

dapat memberi momen yang besar pada waktu start dengan arus start yang rendah. Juga

dapat memberi perubahan kecepatan/beban dengan arus yang kecil dibandingkan

dengan motor type lain, 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.

Rangkaian ekivalen Motor arus searah seri ditunjukkan pada gambar 4.4 dibawah ini

Gb.4.4 Rangkaian ekivalen motor arus searah seri

c) Motor arus searah Kompon:

mempunyai sifat diantara motor seri dan motor shunt, tergantung mana yang kuat

lilitannya(kumparan seri atau shuntnya) umumnya mempunyai momen start yang besar,

sehungga seperti pada motor seri. Perubahan kecepatan sekitar 25%, missal dipakai pada

pemecah, bulldozer, elevator dan lain-lain.