Nama
: Ony Ika Prahesti
NIM
: 1110623052
Kelas
:
Mata Kuliah
: Teknik Tenaga Listrik
MOTOR DC Motor 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 po polar laritas tas batery tery (ga (gamba mbar a), a), maka aka kumparan aranaakan berp erputar tar seara earah h dengan jar jarum jam jam.
Rangkaian listrik motor DC tanpa penguatan medan:
Vt
= tegangan sumber DC
EA
= ggl induksi jangkar
Ia
= arus jangkar
R a
= tahanan jangkar
K U
= kutub utara magnet
K S
= 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 R a + 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 R a
= Rugi daya listrik pada jangkar
Vsh
= If R f
= Vt
IL
= Ia + If
= arus jala-jala
Ia2 R s + If 2 R f = 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:
Ea
MOTOR DC SHUNT
= Gaya gerak listrik jangkar = Vt – Ia R a . Vs = Vt . (IL – Ish) R a – Vs
(Pcu)tot = Ia2 R a + Ish2 R sh Vt
= tegangan terminal
IL
= Arus jala-jala
Pin
= Vt IL
Ia
= Arus jangkar
Ish
= Arus shunt
IL
= Ia + Ish
R sh
= Tahanan kumparan shunt
Vsh
= Tegangan kumparan shunt = Ish R sh
R a
= Tahanan kumparan jangkar
Va
= Tegangan jatuh pada kumparan
MOTOR DC SERI:
Ia
= IL
Pin
= Vt IL
R s
= tahanan kumparan seri = IL R s
Pa
= Ea Ia
Ea
= Vt – Ia R s – Ia R a – Vs
(Pcu)tot = Ia2 R a + IL2 R s
Pin
MOTOR DC KOMPON PENDEK
= VL IL
IL
= Ia + Ish
Pa
= Ea Ia
Ea
= Vt – IL R s – Ia R a – Vs IL
R s
= tegangan jatuh pada kumparan seri
(IL)2 R = rugi daya pada kumparan seri Ia R a
= tegangan jatuh pada tahanan jangkar
(Ia)2R a = rugi daya jangkar (Pcu)tot = Ia2 R a + IL2 R s + Ish2 R sh Ish R sh
= Vsh = Vt – Vs Ish2
R sh
= Rugi daya pada kumparan shunt
MOTOR DC KOMPON PANJANG
Pin
= Vt IL
IL
= Ia + Ish
Pa
= Ea Ia
Ea
= Vt – Ia R s – Ia R a – Vs
Vsh
= Vt
Vsh
= Ish R sh
(Ia)2 R a = rugi daya pada tahanan jangkar (Ia)2 R s = rugi daya pada kumparan seri (Ish)2R sh= 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 E a 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 V t diperoleh dengan cara mengatur hambatan R G yang mempengaruhi medan penguat R f
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 N 1 ke N 2 maka besar perubahan fluks tetap besarnya atau Φ1 beban): Maka :
= Φ 2.
Karena arus yang mengalir melaluikumparan medan shunt, besarnya tetap (tidak terpengaruh
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 : T a = 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.