MOTOR DC dan GENERATOR DC

Kali ini saya akan membahas salah satu materi mata kuliah Teknik Tenaga Listrik yaitu MOTOR dan Generator DC

MOTOR DC

     
Motor DC adalah motor listrik yang dialiri sumber arus searah pada kumparan medan untuk menjadikannya energi mekanik.Hampir sama dengan motor AC, kumparan medan yang bergerak disebut stator dan untuk kumparan jangkar disebut juga rotor.
Motor DC memiliki 3 bagian utama untuk berputar antara lain:

• Current elektromagnetatau biasa disebut dinamo. Dinamo silinder terhubung ke as untuk menggerakkan beban. Untuk kasus motor DC kecil kutub utara dan selatan berganti lokasi saat dinamo berputar.
• Kutub medan. Terbagi menjadi dua yaitu kutub utara dan kutub selatan.
• Commutator. Fungsi komponen ini untuk mentransmisikan arus antara dinamo dan sumber daya.

Keuntungan dari motor DC ini adalah dapat menjaga pasokan daya dengan cara mengendalikan kecepatan. Pengendalian ini dapat dilakukan dengan cara:

• Mengubah tegangan dinamo. Bila dinaikan maka akan menigkatkan kecepatan sedangkan bila diturunkan maka akan menurunkan kecepatan.
• Mengubah arus medan. Kenaikan arus medan sebanding dengan kenaikan kecepatan.

Prinsip Kerja Motor DC
Prinsip kerja motor DC sangat mirip dengan mesin linier sederhana.
 

 gambar skema prinsip kerja motor DC

Jenis-Jenis Motor DC
Berdasarkan sumber arus penguat magnetnya, motor arus searah (DC) dibedakan menjadi dua, yaitu

1. Motor arus searah penguat terpisah, (jika arus penguat magnet diperoleh dari sumber arus searah di luar motor   tersebut).

Pada motor penguat terpisah, kumparan medan dihubungkan dengan sumber sendiri dan terpisah dengan tegangan angker.

2. Motor arus searah dengan penguat sendiri, (jika arus penguat magnet diperoleh dari motor itu sendiri).                                                                                                                                                                        Berdasarkan hubungan lilitan penguat magnet terhadap lilitan jangkar, motor arus searah dibedakan menjadi:

2.1 Motor Shunt
Motor shunt mempunyai kecapatan hampir konstan. Pada tegangan jepit konstan, motor ini mempunyai putaran yang hampir konstan walaupun terjadi perubahan beban

  Gambar Rangkain Motor Shunt

Pada motor penguat shunt, kumparan medan dihubungkan paralel dengan angker.
2.2 Motor seri
merupakan motor arus searah yang mempunyai putaran kecapatan yang tidak konstan, jika beban tinggi maka putaran akan lambat.

Gambar Rangkaian Motor Seri

2.3 Motor Kompon
Motor kompon ini mempunyai sifat seperti motor seri dan shunt, tergantung lilitan mana yang kuat (kumparan seri atau shunt).

Gambar Rangkaian Motor Kompon Panjang

Pada motor kompon mempunyai dua buah kumparan medan dihubungkan seri dan paralel dengan angker. Bila motor seri diberi penguat shunt tambahan seperti gambar diatas disebut motor kompon shunt panjang.

      Gambar Rangkain Motor Kompon Pendek

Motor kompon mempunyai dua buah kumparan medan dihubungkan seri dan paralel dengan angker. Bila motor shunt diberi tambahan penguat seri seperti gambar  diatas disebut motor kompon shunt pendek.
Untuk membalik arah putaran motor arus searah, dapat dilakukan dengan dua cara yaitu :

1. Membalik arah arus angkernya, sedangkan katup magnet tetap.
2. Membalik katup magnetnya, sedangkan arah arus angkernya tetap.

Jika kedua-duanya dibalik (katup magnet dan arah arus angker), maka putaran motor akan tetap (tidak dapat membalik). Cara yang lazim dipakai atau dilakukan dalam membalik putaran motor arus searah ialah dengan cara membalik arah arus angkernya sedangkan membalik arah arus pada penguat magnetnya jarang dilakukan.

GENERATOR DC

Generator DC merupakan sebuah perangkat Motor listrik yang mengubah energi mekanis menjadi energi listrik. Generator DC menghasilkan arus DC / arus searah. Generator DC dibedakan menjadi beberapa jenis berdasarkan dari rangkaian belitan magnet atau penguat eksitasinya terhadap jangkar (anker), jenis generator DC yaitu:

1. Generator penguat terpisah
2. Generator shunt
3. Generator kompon

Konstruksi Generator DC
Pada umumnya generator DC dibuat dengan menggunakan magnet permanent dengan 4-kutub rotor, regulator tegangan digital, proteksi terhadap beban lebih, starter eksitasi, penyearah, bearing dan rumah generator atau casis, serta bagian rotor. Gambar berikut menunjukkan gambar potongan melintang konstruksi generator DC.

Konstruksi Generator DC

Generator DC terdiri dua bagian, yaitu stator, yaitu bagian mesin DC yang diam, dan bagian rotor, yaitu bagian mesin DC yang berputar. Bagian stator terdiri dari: rangka motor, belitan stator, sikat arang, bearing dan terminal box. Sedangkan bagian rotor terdiri dari: komutator, belitan rotor, kipas rotor dan poros rotor.
Prinsip kerja Generator DC
Pembangkitan tegangan induksi oleh sebuah generator diperoleh melalui dua cara:
1. dengan menggunakan cincin-seret, menghasilkan tegangan induksi bolak-balik.
2. dengan menggunakan komutator, menghasilkan tegangan DC.
Proses pembangkitan tegangan tegangan induksi tersebut dapat dilihat pada Gambar 2 dan Gambar 3:

Gambar 2. Pembangkitan Tegangan Induksi

Jika rotor diputar dalam pengaruh medan magnet, maka akan terjadi perpotongan medan magnet oleh lilitan kawat pada rotor. Hal ini akan menimbulkan tegangan induksi. Tegangan induksi terbesar terjadi saat rotor menempati posisi seperti Gambar 2 (a) dan (c). Pada posisi ini terjadi perpotongan medan magnet secara maksimum oleh penghantar. Sedangkan posisi jangkar pada Gambar 2.(b), akan menghasilkan tegangan induksi nol. Hal ini karena tidak adanya perpotongan medan magnet dengan penghantar pada jangkar atau rotor. Daerah medan ini disebut daerah netral.

Gambar 3.Tegangan Rotor yang dihasilkan melalui cincin-seret dan komutator

Jika ujung belitan rotor dihubungkan dengan slip-ring berupa dua cincin (disebut juga dengan cincin seret), seperti ditunjukkan Gambar 3.(1), maka dihasilkan listrik AC (arus bolak-balik) berbentuk sinusoidal. Bila ujung belitan rotor dihubungkan dengan komutator satu cincin Gambar 3.(2) dengan dua belahan, maka dihasilkan listrik DC dengan dua gelombang positif.

1. Rotor dari generator DC akan menghasilkan tegangan induksi bolak-balik. Sebuah komutator berfungsi sebagai penyearah tegangan AC.
   2. Besarnya tegangan yang dihasilkan oleh sebuah generator DC, sebanding dengan banyaknya putaran dan besarnya arus eksitasi (arus penguat medan).

 Kelebihan dan kekurangan generator DC
Komutator pada generator DC berguna untuk menjaga arah putar rotor supaya tetap satu arah putaran. atau menyearahkan arus-tegangan dari AC menjadi DC secara mekanis pada terminalnya untuk generator DC
Komutator berbentuk seperti silinder yang mempunyai banyak segmen-segmen disekelilingnya.

Setiap segmen dihubungkan oleh kawat atau kabel, karena jumlah segmen pada komutator jumlahnya sangat banyak maka kawat atau kabel yang dibutuhkan juga banyak sehingga ini menjadi salah satu kekurangan dari komutator yaitu konstruksinya rumit. Karena konstruksinya yang rumit dan membutuhkan kawat atau kabel yang banyak, generator DC menjadi mahal harganya.
Selain itu, akibat komutator mempunyai segmen-segmen yang banyak dengan jarak yang relatif dekat, ketika komutator berputar dengan kecepatan yang tingi akan menghasilkan suara yang bising. Dan akibat jarak yang dekat antartiap segmen, kapasitas tegangannya juga rendah (max 5MW) karena dikhawatirkan akan terjadi peloncatan bunga api listrik. Kelemahan berikutnya pada komutator adalah komutator yang sedang berputar harus dihubungkan dengan brush (yang terdiri dari material Carbon) guna untuk menyalurkan arus DC ke rotor generator. Hal ini mengakibatkan maintenance yang dilakukan harus lebih sering, karena brush akan mengalami “Aus” yang mengakibatkan adanya serpihan-serpihan karbon pada komutator.

Namun, salah satu keunggulan Generator DC adalah mempunyai Torsi awal yang besar, sehingga banyak digunakan sebagai starter motor.