Apakah Prinsip Operasi Motor DC?

Apakah Prinsip Operasi Motor DC?

Definisi Motor DC

Motor DC didefinisikan sebagai perangkat yang mengubah energi listrik arus searah menjadi energi mekanik menggunakan medan magnet dan arus listrik.

Motor DC memainkan peran penting dalam industri modern. Memahami prinsip kerja motor DC, yang kita bahas dalam artikel ini, dimulai dengan konstruksi dasar satu lingkarannya.

Konstruksi dasar motor DC terdiri dari armatur yang mengalirkan arus, terhubung ke sumber daya melalui segmen komutator dan sikat. Armatur ditempatkan di antara kutub utara dan selatan magnet permanen atau elektromagnet seperti yang ditunjukkan pada diagram di atas.

Ketika arus searah mengalir melalui armatur, ia mengalami gaya mekanis dari magnet di sekitarnya. Untuk sepenuhnya memahami cara kerja motor DC, sangat penting untuk memahami aturan tangan kiri Fleming, yang membantu menentukan arah gaya pada armatur.

Jika konduktor yang mengalirkan arus ditempatkan dalam medan magnet secara tegak lurus, maka konduktor tersebut mengalami gaya dalam arah yang saling tegak lurus dengan arah medan dan konduktor penghantar arus.

Aturan Tangan Kiri Fleming dapat menentukan arah rotasi motor. Aturan ini menyatakan bahwa jika kita mengulurkan jari telunjuk, jari tengah, dan ibu jari tangan kiri kita secara tegak lurus satu sama lain sedemikian rupa sehingga jari tengah berada dalam arah arus dalam konduktor, dan jari telunjuk searah dengan medan magnet, yaitu dari kutub utara ke selatan, maka ibu jari menunjukkan arah gaya mekanis yang dibuat.

Untuk memahami dengan jelas prinsip motor DC, kita harus menentukan besarnya gaya, dengan mempertimbangkan diagram di bawah ini.

Kita tahu bahwa ketika muatan dq yang sangat kecil dialirkan dengan kecepatan 'v' di bawah pengaruh medan listrik E, dan medan magnet B, maka Gaya Lorentz dF yang dialami oleh muatan tersebut diberikan oleh:

Untuk operasi motor DC, menganggap E = 0.

Yaitu, itu adalah hasil silang dari dq v dan medan magnet B.

Di mana, dL adalah panjang konduktor yang membawa muatan q.

Dari diagram pertama, kita dapat melihat bahwa konstruksi motor DC sedemikian rupa sehingga arah arus melalui konduktor armatur pada semua saat tegak lurus terhadap medan. Oleh karena itu, gaya bekerja pada konduktor armatur dalam arah tegak lurus terhadap medan seragam, dan arus tetap konstan.

Jadi, jika kita mengambil arus di sisi kiri konduktor armatur sebagai I, dan arus di sisi kanan konduktor armatur sebagai -I, karena mereka mengalir dalam arah yang berlawanan satu sama lain.

Maka gaya pada konduktor armatur sisi kiri,

Demikian pula, gaya pada konduktor sisi kanan,

Oleh karena itu, kita dapat melihat bahwa pada posisi tersebut, gaya pada kedua sisi sama besar namun berlawanan arah. Karena dua konduktor dipisahkan oleh jarak w = lebar putaran armatur, dua gaya yang berlawanan ini menghasilkan gaya rotasi atau torsi yang menyebabkan rotasi konduktor armatur.

Sekarang mari kita periksa ekspresi torsi ketika putaran armatur menciptakan sudut α (alpha) dengan posisi awalnya.Torsi yang dihasilkan diberikan oleh,

Di sini α (alpha) adalah sudut antara bidang putaran armatur dan bidang referensi atau posisi awal armatur yang di sini searah dengan medan magnet.

Keberadaan istilah cosα dalam persamaan torsi sangat menandakan bahwa tidak seperti gaya, torsi pada semua posisi tidak sama. Sebenarnya, torsi bervariasi dengan variasi sudut α (alpha). Untuk menjelaskan variasi torsi dan prinsip di balik rotasi motor, mari kita lakukan analisis langkah demi langkah.

Langkah 1:

Awalnya, anggaplah armatur berada di titik awal atau posisi referensinya di mana sudut α = 0.

Karena α = 0, istilah cos α = 1, atau nilai maksimum, sehingga torsi pada posisi ini maksimum diberikan oleh τ = BILw. Torsi awal tinggi ini membantu mengatasi inersia awal armatur dan memulai rotasinya.

Langkah 2:

Setelah armatur mulai bergerak, sudut α antara posisi aktual armatur dan posisi referensi awalnya terus meningkat sepanjang jalur rotasinya hingga menjadi 90 ^o dari posisi awalnya. Akibatnya, istilah cosα berkurang dan juga nilai torsi.

Torsi dalam kasus ini diberikan oleh τ = BILwcosα yang kurang dari BIL w ketika α lebih besar dari 0o.

Langkah 3:

Dalam jalur rotasi armatur, ada titik di mana posisi aktual rotor tepat tegak lurus dengan posisi awalnya, yaitu α = 90 ^o, dan akibatnya istilah cosα = 0.

Torsi yang bekerja pada konduktor pada posisi ini diberikan oleh,

yaitu, hampir tidak ada torsi rotasi yang bekerja pada armatur pada saat itu. Namun, armatur masih tidak berhenti, ini karena fakta bahwa operasi motor DC telah dirancang sedemikian rupa sehingga inersia gerakan pada titik ini cukup untuk mengatasi titik torsi nol. 

Setelah rotor melewati posisi ini, sudut antara posisi aktual armatur dan bidang awal kembali berkurang dan torsi mulai bekerja lagi.