Pengertian dan Prinsip Kerja Motor DC

Motor DC merupakan perangkat yang dapat mengubah energi listrik menjadi energi kinetik atau gerakan. Motor DC memiliki dua terminal atau kabel, yaitu power dan ground. Motor ini memerlukan tegangan DC agar dapat bergerak. Biasanya digunakan pada perangkat elektronik yang menggunakan sumber listrik DC seperti kipas pendingin komputer dan mobil remote control.Motor DC menghasilkan sejumlah putaran per menit atau biasa dikenal dengan istilah RPM (revolutions per minute) dan dapat berputar searah jarum jam maupun berlawanan arah jarum jam sehingga tergantung polaritas listrik yang diberikan.

 

Motor DC memberikan kecepatan rotasi sekitar 3000 - 8000 rpm dengan tegangan operasional dari 1.5 - 24V. Apabila tegangan yang diberikan lebih rendah dari tegangan operasional, maka akan memperlambat rotasi motor. Apabila tegangan lebih tinggi dari tegangan operasional akan membuat rotasi motor menjadi lebiih cepat. Namun jika tegangan yang diberikan ke motor turun menjadi <50% tegangan operasional, maka motor tidak akan berputar atau terhenti. Sebaliknya, jika tegangan yang diberikan lebih tinggi >30% dari tegangan operasional, maka motor akan sangat panas dan menyebabkan kerusakan. 

 

Saat motor berputar tanpa beban, maka hanya sedikit arus listrik yang digunakan. Akan tetapi jika diberikan beban, jumlah arus yang digunakan akan meningkat ratusan hingga ribuan persen, tergantung jenis beban yang diberikan. Oleh karena itu, produsen motor DC biasanya mencantumkan stall current. Stall Current merupakan arus pada saat poros motor berhenti karena mengalami sedikit beban maksimal. 

 

Baca juga : Pengertian dan Penjelasan tentang Aktuator

 

Prinsip Kerja Motor DC (Brushed)

 

Ada dua bagian utama pada motor DC, yaitu stator dan rotor.

1. Stator merupakan bagian yang tidak berputar yang berfungsi sebagai rumah (body) motor yang di dalamnya terdiri atas kumparan penguat medan magnet dan terminal motor.

2. Rotor merupakan bagian yang berputar dan menghasilkan putaran mekanik.

 

Dua bagian utama ini dapat dibagi lagi menjadi beberapa komponen penting, antara lain:

 

1. Kerangka Magnet (Yoke/Housing)

Kerangka magnet dibuat dari besi atau baja yang bentuknya merupakan bagian integrasi dari stator motor. Fungsi utamanya yaitu melindungi dan menutupi bagian dalam stator serta menyangga jangkar. Selain itu, kerangka juga berfungsi untuk melindungi sistem kutub medan magnet dan penguat medan magnet.

2. Kutub Motor (Poles)

Kutub motor dibuat menempel pada dinding kerangka. Konstruksi dasar kutub ini terdiri dari dua bagian, yaitu inti kutub dan sepatu kutub. Keduanya di tumpuk bersama menggunakan tekanan hidrolik kemudian ditempelkan pada kerangka. Pada sepatu kutub tersedia slot untuk meletakkan kumparan penguat medan magnet.

3. Kumparan Medan Magnet (Field Winding)

Kumparan medan magnet merupakan kumparan penguat medan magnet yang dibuat dari kawat email tembaga yang digulung pada slot sepatu kutub. Kumparan ini bekerja dengan prinsip elektromagnetik, yang mana menghasilkan fluks magnet saat dialiri arus listrik.

4. Kumparan Jangkar (Armature Winding)

Kumparan jangkar motor DC diletakkan pada rotor. Kumparan jangkar dibuat dengan laminasi baja silikon yang rendah histeresis untuk mengurangi kehilangan magnetik seperti histeresis dan arus Eddy. Lembaran laminasi baja ini ditumpuk membentuk struktur silinder dari inti jangkar.

5. Komutator (Commutator)

Komutator dibuat dari kumpulan tumpukan segmen tembaga, dimana diantara segmen tersebut disolasi mika. Fungsi utamanya adalah media penghantar yang bergerak dari sikat arang menuju kumparan jangkar.

6. Sikat Arang (Brushes)

Sikat arang dibuat dari karbon atau grafit yang dapat membuat kontak berputar pada komutator. Sikat arang digunakan sebagai penghantar dari terminal suplai menuju komutator, kemudian ke kumparan jangkar.

 

Pada prinsipnya, motor DC menggunakan fenomena elektromagnet untuk bergerak. Ketika arus listrik diberikan ke kumparan, permukaan kumparan yang bersifat utara akan bergerak menghadap ke magnet yang berkutub selatan dan kumparan yang bersifat selatan akan bergerak menghadap ke magnet berkutub utara. Ketika kutub utara kumparan bertemu dengan kutub selatan magnet atau pun kutub selatan kumparan bertemu dengan kutub utara magnet, maka akan terjadi saling tarik menarik yang menyebabkan pergerakan kumparan berhenti.

 

Baca juga : Penjelasan tentang Motor Stepper

 

Jika ingin menggerakkannya lagi, tepat pada saat kutub kumparan berhadapan dengan kutub magnet, arah arus pada kumparan dibalik. Jadi, kutub utara kumparan akan berubah menjadi kutub selatan dan kutub selatan akan berubah menjadi kutub utara. Pada saat terjadi perubahan kutub tersebu, kutub selatan kumparan akan berhadapan dengan kutub selatan magnet dan kutub utara kumparan akan berhadapan dengan kutub utara magnet. Apabila kutubnya sama, maka akan terjadi tolak menolak sehingga kumparan bergerak memutar hingga kutub utara kumparan berhadapan dengan kutub selatan magnet dan kutub selatan kumparan berhadapan dengan kutub utara magnet. Arus yang mengalir ke kumparan dibalik lagi dan kumparan akan berputar karena adanya perubahan kutub. Siklus ini akan berulang-ulang hingga arus listrik pada kumparan diputuskan.

 

Penggunaan atau kontrol kecepatan motor DC pada microcontroller umumnya menggunakan modulasi lebar pulsa atau pulse width modulation (PWM). Jadi, kita dapat dengan cepat menghidupkan atau mematikan daya. Persentase waktu yang dihabiskan untuk putaran atau siklus (cycling), rasio ON/OFF, menentukan kecepatan motor. Misalnya, jika daya siklus 50% (setengah ON dan setengah OFF), maka motor akan berputar dengan kecepatan setengah dari kecepatan maksimum. Setiap pulsa (pulse) sangat cepat sehingga motor tampak terus berputar tanpa tersendat-sendat.