Upload
syafril-abdillah
View
124
Download
3
Embed Size (px)
Citation preview
Nama : Ony Ika Prahesti
NIM : 1110623052
Kelas :
Mata Kuliah : Teknik Tenaga Listrik
MOTOR DCMotor listrik merupakan alat yang berfungsi untuk mengubah daya listrik menjadi daya mekanik. Prinsip
kerja :jika sepotong kawat dialiri arus listrik terletak di antara dua kutub magnet utara dan selatan, maka pada
kawat tersebut terkena suatu gaya Lorentz. Arah dari gerakan kawat sesuai denganaturan tangan kiri.
Untuk mengetahui arah putaran motor searah atau perlawanan dengan arah jarum jam (lihat gambar) pada
gambar a arus listrik yang mengalir melalui sisikumparan sebelah atas (kutub utara) dengan arah
meninggalkan (keluar) sedangkan arus listrik pada sisi kumparan sebelah bawah (kutub selatan) menuju
kedalam (masuk) maka kumparan akan berputar berlawanan jarum jam (perhatikan arah medan magnet)
sekitar kawat seperti pada gambar b dan c:
Jika ujung-ujung kumparan dihubungkan dengan sumber listrik DC denganpolaritasnya berlawanan dengan
polaritas batery (gambar a), maka kumparanakan berputar searah dengan jarum jam.
Rangkaian listrik motor DC tanpa penguatan medan:
Vt = tegangan sumber DC
EA = ggl induksi jangkar
Ia = arus jangkar
Ra = tahanan jangkar
KU = kutub utara magnet
KS = kutub selatan magnet
Rangkaian listrik motor DC Penguat tanpa medan terpisah:
Rangkaian listrik motor DC Penguat Kumparan Medan Shunt:
Dari gambar berlaku persamaan :
Vt Ia = (Ia)2 Ra + Ea Ia + Ia Vs = daya listrik yang dibutuhkan untuk memutar jangkar
Vt IL = Pin = daya input yang dibutuhkan dari sumber listrik
Ea Ia = Pa (daya armatur)
(Ia)2 Ra = Rugi daya listrik pada jangkar
Vsh = If Rf = Vt
IL = Ia + If = arus jala-jala
Ia2 Rs + If
2 Rf = Pcu = rugi-rugi tembaga total
GGL induksi jangkar Ea timbul akibat kumparan rotor berputar yang terletak diantara kutub utara dan kutub
selatan magnet motor. Pada saat awal rotorberputar, Ea = 0 artinya kumparan rotor akan menarik arus yang
besar darisumber listrik, Setelah motor berputar pada kecepatan yang sebenarnya Ea = max maka motor akan
menarik arus listrik sumber paling minimum (arusnominal = sepersepuluh dari arus start)Torsi jangkar motor
DC adalah :
Jika panjang kumparan rotor L dialiri arus listrik sebesar I dan terletak diantara kutub magnet utara dan
selatan dengan kerapatan fluks sebesar B, maka kumparan rotor tersebut mendapat gaya F sebesar : F = B I
L
Selain jenis rangkaian yang telah disebutkan di atas, ada beberapa macam rangkaian motor DC dengan
menggunakan driver.
Driver Motor DC Bidirectional Dengan ULN2803 Dan Relay
Driver motor DC bidirectional merupakan salah satu contoh driver motor DC yang
dapatmengendalikan motor DC dalam 2 arah dan berfungsi jua sebagai interface dan isolator
antara sistem kelistrikan bagian kendali dan sistem kelistrikan motor DC. Sebagai interface
antara motor DC dan sistem kendali (microcontroller) digunakan drver ULN2803 dan
kontaktor berupa relay. Rangkaian driver / penggerak Motor DC dalam artikel ini
adalah driver motor DC yang saya gunakan untuk membuat prototipe Lift 4 lantai berbasis
mikrokontrolerAT89C51 dahulu. Rangkaian driver Motor DC yang digunakan disini
berfungsi sebagai antarmuka antara mikrokontroler dengan rangkaian daya (motor). Selain
befungsi sebagai antarmuka rangkaian ini berfungsi sebgagai pengaman/isolasi antara
rangkaian daya dengan mikrokontroler sehingga bila terjadi kerusakan pada rangkaian daya
maka mikrokontroler tidak mengalami kerusakan. Komponen utama pembentuk
rangkaian driverberupa IC ULN 2803 yang merupakan transistor darlington dan relai.
Susunan rangkaiandriver ditunjukan pada gambar berikut.
Gambar Rangkaian Driver Motor DC Bidirectional Dengan ULN2803 Dan Relay
Fungsi Bagian Driver Motor DC Bidirectional Dengan ULN2803 Dan Relay
Dioda dan kapasitor yang dipasang paralel terhadap relai berfungsi untuk menghilangkan
atau sebagai bypass dari efek beban induktif yang berasal dari relai sehingga tidak
mempengaruhi kinerja rangkaian catu daya dan tidak merusak transistor darlington pada
ICULN2803. Relai berfungsi untuk memberikan catu pada motor secara reverse dan forward
agar motor dapat berputar kekiri dan kekanan dan untuk mengisolasi sistem catu motor
dengan catu rangkaian kendali (mikrokontroler). Dengan konfigurasi relay dan driver
ULN2803 pada driver motor DC biderectional seperti pada gambar diatas maka sistem
kelistrikan antara motor DC dengan microcontroler menjadi terpisah 9terisolasi) dan tetap
dapat saling berkomunikasi antara bagian motor DC dan microcontroller.
Rangkaian Driver Motor Untuk DC motor dengan menggunakan L298N
Auto Motor dipakai untuk menjalankan auto current sensing dari driver motor, jika
dinyalakan maka motor akan berhenti sendiri jika ada arus yang bekerja pada motor lebih dari
3A sehingga driver dan motor terlndungi.
Komponen FR301 tidak wajib diberikan, jika motor memakai arus yang lebih kecil dari 2A,
maka disarankan memakai dioda seperti 1N1504 atau sejenisnya, 1N4008 atau variannya
hanya digunakan jika motor yang dijalankan kurang dari 1 A
Tegangan catu daya pada VS dapat bervariasi dari 9V sampai 42 V. Untuk tegangan lebih
besar dari 12V sangat disarankan untuk memakai heatsink.Tegangan VSSyang digunakan
adalah 5V.
Pengontrolan driver tidak menggunakan tegangan analog akan tetapi PWM digital.
PWM yang diberikan untuk menjalankan motor dapat bervariasi dari 30Hz sampai 4KHz
( tergantung dari jenis motor DC yang digunakan ). Cari PWM yang sesuai dengan motor DC
yang digunakan karena jika salah maka driver akan terlalu panas atau motor DC yang
digunakan tidak akan bereaksi dengan PWM yang diberikan, jangan lupa hitung Duty
Cyclenya.
Transistor BC547 dapat diganti dengan transistor tipe NPN lain selama range tegangannya
seusai dengan tegangan dari VS.
Driver Motor DC menggunakan H-Bridge
Driver Motor DC menggunakan Relay+Transistor
Driver Motor DC menggunakan Relay+Optocoupler
Motor DC dan Kontrol Rangkaiannya
Rangkaian Pengontrol Motor DC
Pada rangkaian ini S1 dan S2 dalam kondisi normal adalah terbuka, tekan tombol switch
menutup. Dioda dapat berubah warna lampu dari merah atau hijau dan hal ini hanya untuk
menunjukkan/indikasi dari arah putaran. Anda mungkin perlu mengubah jenis transistor
TIP31 ke tipe yang lain tergantung pada motor yang digunakan. sirkuit ini dibangun untuk
mengoperasikan motor kecil yang digunakan untuk membuka dan menutup sepasang tirai.
Sebagai sistem kendali otomatis dan open loop, Anda memiliki kontrol berapa banyak, atau
seberapa sedikit cahaya yang dibiarkan ke sebuah ruangan. Keempat Pemilihan keempat
dioda disesuaikan dengan pemilihanmotor. Untuk motrr 12V dan beban di bawah 1 ampere,
saya menggunakan dioda 1N4001.
JENIS-JENIS MOTOR DC:
MOTOR DC SHUNT
Ea = Gaya gerak listrik jangkar
= Vt – Ia Ra . Vs
= Vt . (IL – Ish) Ra – Vs
(Pcu)tot = Ia2 Ra + Ish
2 Rsh
Vt = tegangan terminal
IL = Arus jala-jala
Pin = Vt IL
Ia = Arus jangkar
Ish = Arus shunt
IL = Ia + Ish
Rsh = Tahanan kumparan shunt
Vsh = Tegangan kumparan shunt = Ish Rsh
Ra = Tahanan kumparan jangkar
Va = Tegangan jatuh pada kumparan
MOTOR DC SERI:
Ia = IL
Pin = Vt IL
Rs = tahanan kumparan seri = IL Rs
Pa = Ea Ia
Ea = Vt – Ia Rs – Ia Ra – Vs
(Pcu)tot = Ia2 Ra + IL
2 Rs
MOTOR DC KOMPON PENDEK
Pin = VL IL
IL = Ia + Ish
Pa = Ea Ia
Ea = Vt – IL Rs – Ia Ra – Vs IL
Rs = tegangan jatuh pada kumparan seri
(IL)2 R = rugi daya pada kumparan seri
Ia Ra = tegangan jatuh pada tahanan jangkar
(Ia)2Ra = rugi daya jangkar
(Pcu)tot = Ia2 Ra + IL
2 Rs + Ish2 Rsh Ish
Rsh = Vsh = Vt – Vs Ish2
Rsh = Rugi daya pada kumparan shunt
MOTOR DC KOMPON PANJANG
Pin = Vt IL
IL = Ia + Ish
Pa = Ea Ia
Ea = Vt – Ia Rs – Ia Ra – Vs
Vsh = Vt
Vsh = Ish Rsh
(Ia)2 Ra = rugi daya pada tahanan jangkar
(Ia)2 Rs = rugi daya pada kumparan seri
(Ish)2Rsh= rugi daya pada kumparan shunt
DAYA JANGKAR MAKSIMUM:
Jika daya jangkar motor DC maksimum, maka besar daya output ataukopel sumbu akan maksimum juga.
Daya jangkar akan maksimum, bila gayagerak listrik jangkar dioperasikan pada setengah tegangan
terminalnya. UntukMotor DC shunt maka :
Bahwa daya jangkar akan maksimum jika Ea dioperasikan pada Vt / 2 yangdiperoleh dengan cara mengatur
kecepatan putar motor (N) dari persamaanbesar ggl jangkar
PENGATURAN KECEPATAN MOTOR DC:
Besarnya GGL induksi pada kumparan jangkar sebagai akibat berputarnya rotoryang terletak diantara kutub
magnet adalah :
Dapat dikatakan bahwa kecepatan putar motor dapat diperoleh denganmengubah-ubah fluks magnet,
pengaturan arus armatur atau perubahantegangan sumber (Vt)
Pengaturan Kecepatan Putar Motor DC:
Dengan Pengaturan Fluks Magnet:
Dengan Pengaturan Fluks Magnet, Kecepatan putar Motor DC akan minimumbila arus If minimum
yang terjadi pada posisi rheostat maksimum. Pengaturankecepatan motor DC untuk model ini pengerjaannya
mudah, murah dan panasyang terjadi juga rendah..
Pengaturan Kecepatan Putar Motor DC:
Dengan Pengaturan Arus Jangkar
Pengaturan kecepatan putar motor dengan pengaturan arus jangkar jarangdipakai karena rugi panas yang
terjadi cukup besar.
Pengaturan Kecepatan Putar Motor DC:
Dengan Pengaturan Tegangan Terminal:
Tegangan terminal Vt didapat dari tegangan generator DC yang diputar olehmotor induksi M. Perubahan Vt
diperoleh dengan cara mengatur hambatan RG yang mempengaruhi medan penguat Rf
Kecepatan Putar Motor Seri:
Bila kecepatan putar awal dari motor seri adalah N1 maka menurutpersamaan adalah :
Kecepatan Putar Motor Shunt:
Untuk motor shunt bila kecepatan putar berubah dari N1 ke N2 maka besar perubahan fluks tetap besarnya
atau Φ1 = Φ2. Karena arus yang mengalir melaluikumparan medan shunt, besarnya tetap (tidak terpengaruh
beban):
Maka :
Jika arus jangkar bertambah besar, maka akan diikuti oleh kenaikan kopel jangkar atau sebaliknya. Pada
motor DC seri, kenaikan arus jangkar akanmemperbesar fluks. Sehingga persamaannya dapat ditulis : Ta = f
(Ia)2. Karakteristik motor DC seri dapat digambarkan sebagai berikut :
Rangkaian pengatur kecepatan motor DC di atas adalah merupakan rangkaian pengatur
kecepatan motor dengan memanfaatkan perubahan frekuensi sebagai penentu kecepatan.
Kecepatan rendah akan diperoleh apabila pulsa memiliki nilai frekuensi yang rendah pula,
sedangkan kecepatan tinggi juga akan diperoleh apabila pulsa yang dihasilkan berfrekuensi
tinggi. Sebagaai pembangkit pulsa digunakan rangkaian astable multivibrator IC 555 yang
cukup sederhana dan mudah dibuat. Untuk contoh rangkaian di atas, motor dc yang
dikendalikan adalah motor dc 9 volt. Anda bisa menggunakan motor dc dengan catu tegangan
yang berbeda dengan menyesuaikan tegangan supply untuk motor dc tersebut. Sedangkan
untuk tegangan supply rangkaian tetap anda gunakan 9 volt.
Intinya prinsip kerja rangkaian pengatur kecepatan motor dc di atas adalah pengaturan
frekuensi pulsa sebagai kendali. Berikut analisa saya tentang rangkaian di atas :
1. Motor yang digunakan adalah khusus untuk motor dc
2. Motor dc yang digunakan terserah anda asalkan arus maksimum yang akan diterima
oleh SCR sesuai dengan batas maksimumnya dan tegangan supply untuk motor juga
disesuaikan dengan tegangan catu motor.
3. Sebagai pembangkit pulsa menerapkan fungsi astable multivibrator dari IC 555.
4. Frekuensi yang dihasilkan tergantung dari nilai R1, R2, C1 dan potensiometer.
Semakin besar nilai dari keempat komponen tersebut maka frekuensi yang dihasilkan
akan semakin kecil dan begitu juga sebaliknya. Untuk perhitungan frekuensinya anda
bisa melihat postingan saya tentang rangkaian astable multivibrator di blog ini. Atau
anda bisa menggunakan rangkaian frekuensi meter.
5. Sebagai driver motor dc digunakan satu buah silicon controlled rectifier (SCR) agar
keluaran IC 555 tidak terbebani oleh besarnya arus yang akan melewati motor.
6. Anda bisa juga mengganti SCR dengan komponen switching lainnya seperti transistor
asalkan dispasi daya maksimum transistor disesuaikan.
7. Dengan nilai masing-masing komponen yang tertera pada rangkaian pengendali
kecepatan motor dc diatas maka frekuensi yang dihasilkan berkisar antara puluhan
hertz sampai dengan puluhan Kilo Hertz. Jika kecepatannya belum sesuai dengan
kebutuhan atau keinginan anda, maka anda tinggal mengubah nilai dari keempat
komponen penentu frekuensi dari rangkaian ini.
Sebenarnya juga bisa menggunakan prinsip perubahan amplitudo tegangan sebagai penentu
kecepatan motor. Karena dengan mengurangi catu tegangan terhadap motor maka kecepatan
motor akan berkurang dan begitu juda sebaliknya. Hanya yang perlu diingat bahwa dengan
mengurangi catu tegangan motor maka kekuatan putaran motor juga akan semakin lemah.
Sehingga bisa-bisa motor dc anda tidak akan bisa berputar pada saat dikopel dengan beban
peralatan mekanik.
Dengan mengatur kecepatan motor dengan memanfaatkan peralatan mekanik dengan
menerapkan fungsi roda gear lingkaran besar dan lingkaran kecil. Prinsip ini bisa ditemui
pada sepeda sport, dimana pada sepeda jenis ini terdapat beberapa roda gear sebagai pilihan
penentu berat ringannya mengayuh sepeda. Semakin ringan beban kita mengayuh maka
artinya kecepatan sepeda akan semakin lambat dan kecepatan kita mengayuh semakin cepat
dan begitu juga sebaliknya. Artinya dengan pengaturan hubungan antara dua buah roda gear
berdiameter berbeda akan bisa menghasilkan kecepatan yang berbeda pula.