Pengendalian Kecepatan Motor DC: Pengendalian Tahanan Armatur dan Pengendalian Fluks Medan

Motor DC adalah perangkat yang mengubah daya mekanis menjadi daya listrik arus searah. Salah satu karakteristik paling menonjol dari motor DC adalah kemampuannya untuk dengan mudah menyesuaikan kecepatan sesuai kebutuhan spesifik menggunakan metode sederhana. Tingkat kontrol kecepatan yang nyaman ini tidak dapat dicapai dengan mudah pada motor AC.

Konsep regulasi kecepatan dan kontrol kecepatan berbeda. Dalam kasus regulasi kecepatan, kecepatan motor berubah secara spontan sebagai respons terhadap berbagai kondisi operasional. Sebaliknya, pada motor DC, perubahan kecepatan dilakukan secara sengaja, baik secara manual oleh operator atau secara otomatis melalui perangkat kontrol. Kecepatan motor DC ditentukan oleh hubungan berikut:

Persamaan (1) jelas menunjukkan bahwa kecepatan motor DC bergantung pada tiga faktor kunci: tegangan penyedia V, resistansi rangkaian armatur Ra, dan fluks medan ϕ, yang dihasilkan oleh arus medan.

• Dalam hal mengontrol kecepatan motor DC, manipulasi tegangan, resistansi armatur, dan fluks medan merupakan pertimbangan penting. Ada tiga teknik utama untuk mencapai kontrol kecepatan motor DC, seperti yang diuraikan di bawah ini:

• Variasi Resistansi dalam Rangkaian Armatur (Kontrol Resistansi Armatur atau Kontrol Rheostat)

• Variasi Fluks Medan (Kontrol Fluks Medan)

• Variasi Tegangan yang Diterapkan (Kontrol Tegangan Armatur)

Penjelasan lebih lanjut tentang masing-masing metode kontrol kecepatan ini akan diberikan selanjutnya.
Kontrol Resistansi Armatur Motor DC (Motor Seri)
Diagram koneksi untuk menerapkan kontrol resistansi armatur pada motor seri digambarkan di bawah. Dalam pendekatan ini, resistor variabel Re dimasukkan ke dalam rangkaian armatur. Perlu dicatat, perubahan nilai resistor variabel ini tidak mempengaruhi fluks magnet karena gulungan medan langsung terhubung ke sumber listrik.

Karakteristik arus kecepatan motor seri ditunjukkan di bawah.

Motor Seri
Mari kita lihat diagram koneksi untuk mengontrol kecepatan motor DC seri menggunakan metode kontrol resistansi armatur.

Ketika resistansi rangkaian armatur disesuaikan, hal ini secara bersamaan mempengaruhi arus yang mengalir melalui rangkaian dan fluks magnet dalam motor. Penurunan tegangan di seberang resistor variabel efektif mengurangi tegangan yang tersedia untuk armatur. Akibatnya, penurunan tegangan armatur yang diterapkan ini menyebabkan penurunan kecepatan rotasi motor.

Kurva karakteristik arus-kecepatan motor seri, yang menggambarkan hubungan antara kecepatan motor dan arus yang melewatinya, ditampilkan dalam gambar di bawah.

Ketika nilai resistansi variabel Re ditingkatkan, motor beroperasi pada kecepatan rotasi yang lebih rendah. Mengingat resistansi variabel menghantar seluruh arus armatur, ia harus dirancang untuk menangani arus armatur penuh tanpa overheating atau gagal.

Kekurangan Metode Kontrol Resistansi Armatur

• Sejumlah besar daya listrik terbuang sebagai panas dalam resistansi eksternal Re, menyebabkan ketidakefisienan dan pemborosan energi.

• Metode kontrol resistansi armatur ini terbatas hanya untuk mengurangi kecepatan motor di bawah kecepatan operasional normal; tidak memungkinkan untuk meningkatkan kecepatan di atas level normal.

• Untuk setiap nilai tertentu dari resistansi variabel, tingkat penurunan kecepatan tidak tetap, tetapi malah berfluktuasi tergantung pada beban yang diterapkan pada motor, membuat sulit untuk mencapai regulasi kecepatan yang tepat.

• Karena ketidakefisiensian dan keterbatasan inherennya, pendekatan kontrol kecepatan ini biasanya hanya cocok untuk motor berukuran kecil.

Metode Kontrol Fluks Medan Motor DC

Fluks magnet dalam motor DC dihasilkan oleh arus medan. Oleh karena itu, kontrol kecepatan menggunakan metode ini dicapai dengan menyesuaikan besarnya arus medan.

Motor Seri

Pada motor seri, arus medan dapat diubah melalui salah satu dari dua metode: baik dengan menggunakan diverter atau dengan implementasi kontrol medan bertapak.

Dengan Menggunakan Diverter

Seperti yang digambarkan dalam gambar di bawah, resistor variabel Rd dihubungkan paralel dengan gulungan medan seri. Konfigurasi ini memungkinkan manipulasi distribusi arus dalam rangkaian, sehingga mempengaruhi kekuatan medan magnet yang dihasilkan oleh gulungan medan seri.

Resistor paralel dalam konfigurasi ini dikenal sebagai diverter. Ketika diverter dengan resistansi variabel Rd dihubungkan, ia mengalihkan sebagian arus utama dari gulungan medan seri. Akibatnya, fungsi utama dari diverter adalah untuk mengurangi besarnya arus yang melewati gulungan medan. Seiring berkurangnya arus medan, fluks magnet yang dihasilkan juga berkurang. Penurunan fluks ini menyebabkan peningkatan kecepatan rotasi motor. Kontrol Medan Bertapak Pendekatan kedua untuk mengubah arus medan pada motor seri adalah melalui kontrol medan bertapak. Diagram koneksi yang sesuai, yang mengilustrasikan koneksi listrik dan komponen-komponen yang terlibat dalam metode ini, ditampilkan di bawah.

Dalam metode kontrol medan bertapak, putaran ampere diubah dengan mengubah jumlah putaran medan aktif. Konfigurasi ini sangat relevan dalam sistem traksi listrik. Dengan memanipulasi jumlah putaran medan, fluks medan magnet yang dihasilkan oleh gulungan medan motor diubah, sehingga memungkinkan kontrol presisi atas kecepatan motor.

Kurva karakteristik torsi-kecepatan motor seri, yang menggambarkan grafis hubungan antara kecepatan rotasi motor dan torsi yang dapat dihasilkan di bawah berbagai kondisi operasional, ditunjukkan di bawah. Kurva ini memberikan wawasan berharga tentang kemampuan kinerja motor ketika metode kontrol medan bertapak digunakan, membantu insinyur dan teknisi memahami bagaimana motor merespons perubahan beban dan pengaturan kecepatan.

Keuntungan Kontrol Fluks Medan
Metode kontrol fluks medan menawarkan beberapa manfaat signifikan, seperti yang diuraikan di bawah ini:

• Mudah Digunakan: Pendekatan ini sederhana dan ramah pengguna, memfasilitasi implementasi dan operasi yang mudah.

• Kehilangan Daya Rendah: Mengingat medan shunt biasanya memiliki kebutuhan arus yang relatif kecil, daya yang terbuang dalam medan shunt tetap minimal, berkontribusi pada efisiensi keseluruhan yang lebih baik.

• Mekanisme Peningkatan Kecepatan: Karena saturasi inti besi dalam rangkaian magnet, fluks magnet umumnya tidak dapat ditingkatkan di luar nilai normalnya. Oleh karena itu, kontrol fluks medan fokus pada pelemahan medan, yang efektif menyebabkan peningkatan kecepatan rotasi motor.

• Rentang Aplikasi Terkontrol: Namun, perlu dicatat bahwa metode ini hanya berlaku dalam rentang terbatas. Pelemahan medan yang berlebihan dapat menyebabkan ketidakstabilan dalam operasi motor, membatasi penggunaannya hanya pada skenario tertentu di mana kontrol presisi dan stabilitas sangat penting.