MOTOR DC - Dasar, Jenis dan Aplikasi
Motor listrik secara luas diklasifikasikan ke dalam dua kategori berbeda: motor Direct Current (DC) dan Alternating Current (AC) motor. Pada artikel ini kita akan membahas tentang dasar motor DC dan cara kerjanya. Dan juga cara kerja gear motor DC.
Motor DC adalah sebuah motor listrik yang berjalan pada listrik arus searah. Pada motor listrik apa pun, operasi bergantung pada elektromagnetisme sederhana. Konduktor pembawa arus menghasilkan medan magnet, ketika ini kemudian ditempatkan di medan magnet eksternal, ia akan menghadapi gaya yang sebanding dengan arus dalam konduktor dan dengan kekuatan medan magnet luar.
Ini adalah perangkat yang mengubah energi listrik untuk energi mekanik. Ini bekerja berdasarkan fakta bahwa konduktor pembawa arus yang ditempatkan di medan magnet mengalami gaya yang menyebabkannya berputar sehubungan dengan posisi aslinya.
Motor DC Praktis terdiri dari belitan medan untuk menghasilkan fluks magnet dan angker yang bertindak sebagai konduktor.
Input dari motor DC brushless adalah arus / tegangan dan outputnya adalah torsi. Memahami operasi motor DC sangat sederhana dari diagram dasar ditunjukkan di bawah ini. Motor DC pada dasarnya terdiri dari dua bagian utama. Bagian yang berputar disebut rotor dan bagian yang diam juga disebut stator. Rotor berputar sehubungan dengan stator.
Rotor terdiri dari belitan, gulungan yang secara elektrik dihubungkan dengan komutator. Geometri kuas, kontak komutator, dan belitan rotor sedemikian rupa sehingga ketika daya diterapkan, polaritas belitan berenergi dan magnet stator tidak selaras dan rotor akan berputar sampai hampir diluruskan dengan magnet medan stator.
Saat rotor mencapai penyelarasan, brushes (sikat) bergerak ke kontak komutator berikutnya dan memberi energi pada belitan berikutnya. Rotasi membalikkan arah arus melalui belitan rotor, mendorong lompatan medan magnet rotor, mendorongnya untuk terus berputar.
Kelebihan dari Motor DC:
- Memberikan kontrol kecepatan yang sangat baik untuk akselerasi dan deselerasi
- Desain mudah dimengerti
- Desain drive yang sederhana dan murah
Menghubungkan Motor DC dengan Mikrokontroler
Mikrokontroler tidak dapat menggerakkan motor secara langsung. Jadi kita perlu beberapa jenis driver untuk mengendalikan kecepatan dan arah motor. Driver motor akan bertindak sebagai perangkat penghubung antara mikrokontroler dan motor.
Driver motor juga akan bertindak sebagai arus penguat (amplifier) karena mereka mengambil sinyal kontrol arus rendah dan memberikan sinyal arus tinggi. Sinyal arus tinggi ini digunakan untuk menggerakkan motor. Menggunakan chip L293D adalah cara mudah untuk mengendalikan motor menggunakan mikrokontroler. Ini berisi dua sirkuit driver H-bridge secara internal.
Chip ini dirancang untuk mengendalikan dua motor. L293D memiliki dua set pengaturan di mana 1 set memiliki input 1, input 2, output1, output 2, dengan pin aktif sedangkan set lainnya memiliki input 3, input 4, output 3, output 4 dengan pin aktif lainnya.
Ini adalah gambaran yang terkait dengan L293D
Berikut adalah contoh motor DC yang dihubungkan dengan mikrokontroler L293D.
L293D memiliki dua set pengaturan di mana satu set memiliki input 1, input 2, output 1 dan output 2 dan set lainnya memiliki input 3, input 4, output 3 dan output 4, sesuai dengan diagram di atas,
- Jika pin no 2 dan 7 tinggi maka pin no 3 dan 6 juga tinggi. Jika memungkinkan 1 dan pin nomor 2 tinggi meninggalkan pin nomor 7 rendah maka motor berputar ke arah depan.
- Jika memungkinkan 1 dan pin nomor 7 tinggi meninggalkan pin nomor 2 rendah maka motor berputar ke arah sebaliknya.
Saat ini motor DC masih ditemukan di banyak aplikasi sekecil mainan dan drive disk atau dalam ukuran besar untuk mengoperasikan pabrik penggilingan baja dan mesin kertas.
Persamaan Motor DC
Besarnya fluks yang dialami adalah
F = BlI
Di mana, kerapatan B- Fluks akibat fluks yang dihasilkan oleh belitan medan
l-Aktif panjang konduktor
I-Arus melewati konduktor
Ketika konduktor berputar, GGL diinduksi yang bekerja dalam arah yang berlawanan dengan tegangan yang disediakan. Itu diberikan dengan rumus
Di mana,
Ø – Fluz karena belitan medan
P – Jumlah kutub
A – A konstan
N – Kecepatan motor
Z – Jumlah konduktor
Tegangan supply, V = Eb + Ia Ra
Torsi yang dikembangkan adalah
Rumus 1
Dengan demikian torsi berbanding lurus dengan arus angker.
Juga kecepatan bervariasi dengan arus angker, maka secara tidak langsung torsi dan kecepatan motor saling bergantung.
Untuk motor shunt DC, kecepatan tetap hampir konstan bahkan jika torsi meningkat dari tanpa beban ke beban penuh.
Untuk motor seri DC, kecepatan berkurang karena torsi meningkat dari tanpa beban ke beban penuh.
Dengan demikian torsi dapat dikontrol dengan memvariasikan kecepatan. Kontrol kecepatan dicapai dengan
- Mengubah fluks dengan mengendalikan arus melalui belitan medan- Metode Kontrol Fluks. Dengan metode ini, kecepatan dikontrol di atas kecepatan pengenalnya.
- Kontrol Tegangan Angker (angker) – Menyediakan kontrol kecepatan di bawah kecepatan normalnya.
- Kontrol Tegangan Supply – Menyediakan kontrol kecepatan di kedua arah.
4 Operasi Kuadran Motor DC
Umumnya motor dapat beroperasi di 4 wilayah berbeda:
- Sebagai motor maju atau searah jarum jam.
- Sebagai generator dalam arah maju.
- Sebagai motor dalam arah mundur atau berlawanan arah jarum jam.
- Sebagai generator dalam arah terbalik.
Di kuadran pertama, motor menggerakkan beban dengan kecepatan dan torsi ke arah positif.
Di kuadran kedua, arah torsi berbalik dan motor bertindak sebagai generator
Di kuadran ketiga, motor menggerakkan beban dengan kecepatan dan torsi ke arah negatif.
Di kuadran ke- 4, motor bertindak sebagai generator dalam mode terbalik.
Di kuadran pertama dan ketiga, motor bekerja dalam arah maju dan mundur. Misalnya, motor dalam derek untuk mengangkat beban dan juga meletakkannya.
Di kuadran kedua dan keempat, motor bertindak sebagai generator dalam arah maju dan mundur masing-masing dan memberikan energi kembali ke sumber daya. Jadi cara untuk mengendalikan operasi motor, untuk membuatnya beroperasi di salah satu dari 4 kuadran adalah dengan mengendalikan kecepatan dan arah putarannya.
Kecepatan dikendalikan baik dengan memvariasikan tegangan angker atau melemahkan medan. Arah torsi atau arah rotasi dikendalikan dengan memvariasikan sejauh mana tegangan yang diberikan lebih besar atau lebih kecil dari ggl balik.
Aplikasi untuk Mengontrol Operasi Motor DC di 4 Kuadran
Kontrol operasi motor DC di 4 kuadran dapat dicapai dengan menggunakan Mikrokontroler yang dihubungkan ke 7 sakelar.
Kasus 1: Ketika awal dan searah jarum jam sakelar ditekan, logika di Mikrocontroller memberikan output logika rendah untuk pin 7 dan logika yang tinggi untuk PIN2, membuat motor berputar searah jarum jam dan beroperasi di kuadran ke 1. Kecepatan motor dapat bervariasi dengan menekan sakelar PWM, menyebabkan penerapan pulsa dengan durasi yang berbeda-beda pada pin enable IC driver, sehingga memvariasikan tegangan yang diberikan.
Kasus 2: Ketika rem depan ditekan, logika Mikrokontroler menerapkan logika rendah ke pin7 dan logika tinggi ke pin 2 dan motor cenderung beroperasi dalam arah sebaliknya, sehingga berhenti secara instan.
Dalam cara yang sama, menekan sakelar berlawanan arah jarum jam menyebabkan motor untuk bergerak ke arah sebaliknya, yaitu beroperasi di kuadran ke3 dan menekan sakelar rem sebaliknya menyebabkan motor berhenti seketika.
Dengan demikian melalui pemrograman mikrokontroler yang tepat dan melalui sakelar, operasi motor dapat dikontrol di setiap arah.
Jenis Motor DC
Motor DC Geared (diarahkan):
Motor yang diarahkan cenderung mengurangi kecepatan motor tetapi dengan peningkatan torsi yang sesuai. Properti ini sangat berguna, karena motor DC dapat berputar dengan kecepatan terlalu cepat untuk digunakan oleh perangkat elektronik. Motor yang diarahkan biasanya terdiri dari motor brush DC dan gearbox yang terpasang pada poros.
Motor dibedakan sebagai diarahkan oleh dua unit yang terhubung. Ini memiliki banyak aplikasi karena biayanya merancang, mengurangi kerumitan dan membangun aplikasi seperti peralatan industri, aktuator, alat medis dan robotika.
- Tidak ada robot yang baik yang dapat dibangun tanpa roda gigi. Semua hal dipertimbangkan, pemahaman yang baik tentang bagaimana roda gigi mempengaruhi parameter seperti torsi dan kecepatan sangat penting.
- Roda gigi bekerja berdasarkan prinsip keunggulan mekanis. Ini menyiratkan bahwa dengan menggunakan diameter roda gigi yang berbeda, kita dapat bertukar antara kecepatan rotasi dan torsi. Robot tidak memiliki rasio kecepatan terhadap torsi yang diinginkan.
- Dalam robotika, torsi lebih baik daripada kecepatan. Dengan roda gigi, dimungkinkan untuk menukar kecepatan tinggi dengan torsi yang lebih baik. Peningkatan torsi berbanding terbalik dengan pengurangan kecepatan.
Pengurangan Kecepatan pada Motor DC Geared (diarahkan):
Pengurangan kecepatan pada roda gigi terdiri dari roda gigi kecil yang menggerakkan roda gigi yang lebih besar. Mungkin ada beberapa set set roda gigi reduksi ini dalam kotak roda gigi reduksi. Kadang-kadang tujuan menggunakan motor roda gigi adalah untuk mengurangi kecepatan poros berputar dari motor dalam perangkat yang digerakkan.
Misalnya dalam jam listrik kecil di mana motor sinkron kecil dapat berputar pada 1.200 rpm namun dikurangi menjadi satu rpm untuk menggerakkan jarum detik dan lebih jauh berkurang dalam mekanisme jam untuk menggerakkan jarum menit dan jarum jam. Di sini jumlah tenaga penggerak tidak relevan selama cukup untuk mengatasi dampak gesekan dari mekanisme jam.
Motor DC Seri
Motor seri adalah motor seri DC di mana belitan medan dihubungkan secara internal secara seri ke belitan dinamo. Motor seri memberikan torsi awal yang tinggi tetapi tidak boleh dijalankan tanpa beban dan mampu memindahkan beban poros yang sangat besar saat pertama kali diberi energi. Motor seri juga dikenal sebagai motor seri-wound.
Pada motor seri, belitan medan dihubungkan secara seri dengan angker. Kekuatan medan bervariasi dengan perkembangan arus angker. Pada saat kecepatannya dikurangi oleh suatu beban, motor seri meningkatkan torsi yang lebih baik. Torsi awalnya lebih dari berbagai jenis motor DC.
Hal ini juga dapat memancarkan panas dengan lebih mudah yang telah terbentuk di belitan karena banyaknya arus yang dibawa. Kecepatannya berubah secara signifikan antara beban penuh dan tanpa beban. Ketika beban dihilangkan, kecepatan motor meningkat dan arus melalui angker dan kumparan medan berkurang. Pengoperasian mesin besar tanpa muatan berbahaya.
Arus melalui angker dan medan coil berkurang, kekuatan garis fluks di sekitarnya melemah. Jika kekuatan garis fluks di sekitar kumparan berkurang pada laju yang sama dengan arus yang mengalir melalui mereka, keduanya akan menurun pada laju yang sama dengan kecepatan motor meningkat.
Kelebihan dari Motor DC Seri
- Torsi awal yang sangat besar
- Konstruksi sederhana
- Merancang itu mudah
- Perawatannya mudah
- Hemat biaya
Aplikasi Motor DC Seri:
Motor Seri dapat menghasilkan tenaga putar yang sangat besar, torsi dari kondisi diamnya. Karakteristik ini membuat motor seri cocok untuk peralatan listrik kecil, peralatan listrik serbaguna dan lain-lain. Motor seri tidak cocok ketika kecepatan konstan diperlukan. Alasannya adalah bahwa kecepatan motor seri sangat bervariasi dengan beban yang bervariasi.
Motor Shunt
Motor shunt adalah motor DC shunt, di mana belitan medan didorong ke atau terhubung secara paralel dengan lilitan angker motor. Motor DC shunt umumnya digunakan karena pengaturan kecepatan terbaiknya. Oleh karena itu baik lilitan angker dan belitan medan disajikan dengan tegangan supply yang sama, namun ada cabang-cabang tersendiri untuk aliran arus angker dan arus medan.
Motor shunt memiliki karakteristik kerja yang agak berbeda dari motor seri. Karena kumparan medan shunt terbuat dari kawat halus, tidak dapat menghasilkan arus besar untuk memulai seperti bidang seri. Ini menyiratkan bahwa motor shunt memiliki torsi awal yang sangat rendah, yang mengharuskan beban poros menjadi sedikit.
Ketika tegangan diterapkan ke motor shunt, jumlah arus yang sangat rendah melalui coil shunt. angker untuk motor shunt mirip dengan motor seri dan akan menarik arus untuk menghasilkan medan magnet yang kuat. Karena interaksi medan magnet di sekitar angker dan medan yang dihasilkan di sekitar medan shunt, motor mulai berputar.
Seperti motor seri, ketika angker mulai berputar, itu akan menghasilkan kembali GGL. GGL balik akan menyebabkan arus di dinamo mulai berkurang ke tingkat yang sangat kecil. Jumlah arus yang akan ditarik angker secara langsung berkaitan dengan ukuran beban ketika motor mencapai kecepatan penuh. Karena beban umumnya kecil, arus angker akan kecil.
Kelebihan Motor Shunt:
- Performa kontrol yang sederhana, menghasilkan tingkat fleksibilitas tinggi untuk menyelesaikan masalah penggerak yang rumit
- Ketersediaan tinggi, oleh karena itu diperlukan upaya layanan minimal
- Tingkat kompatibilitas elektro-magnetik yang tinggi
- Berjalan sangat lancar, karena itu tekanan mekanik yang rendah dari keseluruhan sistem dan proses kontrol dinamis yang tinggi
- Rentang kendali yang luas dan kecepatan rendah, oleh karena itu dapat digunakan secara universal
Aplikasi Motor Shunt
Motor Shunt DC sangat cocok untuk aplikasi yang digerakkan oleh sabuk. Motor kecepatan konstan ini digunakan dalam aplikasi industri dan otomotif seperti peralatan mesin dan mesin penggulungan / pelepasan di mana diperlukan sejumlah besar torsi.
