Torsi Awal Motor DC Penjelasan dan Perhitungan

Apa yang Dimaksud dengan Torsi Awal Motor DC?

Torsi awal motor DC adalah torsi maksimum yang mampu dihasilkan motor untuk menggerakkan beban mekanis pada saat awal pengoperasian atau ketika motor mulai berputar.

Motor DC dikenal memiliki kemampuan menghasilkan torsi awal yang besar. Oleh karena itu, motor ini sangat sesuai digunakan pada aplikasi yang memerlukan torsi awal tinggi, seperti tungku putar, yang membutuhkan gaya putar besar ketika pertama kali dihidupkan.

Pada saat start, motor DC dapat menghasilkan torsi hingga enam kali lebih besar dibandingkan torsi nominalnya.

Apabila beban memerlukan torsi yang melebihi kemampuan motor, motor akan mengalami kondisi macet dan berhenti beroperasi akibat kelebihan beban. Kondisi ini dikenal sebagai torsi macet (stall torque), yaitu keadaan ketika kecepatan motor sama dengan nol dan motor tidak lagi mampu memutar beban yang terhubung.

Persamaan Torsi Motor DC

Besarnya torsi yang dihasilkan motor DC dipengaruhi oleh dua parameter utama, yaitu:

• Fluks medan (Φ)

• Arus jangkar (Ia)

Persamaan torsi motor DC dapat dituliskan sebagai berikut:

T = K × Φ × Ia

Keterangan:

• T = Torsi

• Φ = Fluks medan

• Ia = Arus jangkar

Pada motor DC dengan eksitasi terpisah, nilai fluks medan dianggap konstan. Dengan demikian, besarnya torsi hanya dipengaruhi oleh arus jangkar yang mengalir.

Ketika motor mulai beroperasi, arus jangkar yang mengalir memiliki nilai yang sangat besar. Diagram rangkaian motor DC eksitasi terpisah umumnya digunakan untuk menjelaskan hubungan tersebut.

Untuk pembahasan yang lebih lengkap, baca artikel mengenai Persamaan Torsi Motor DC dan proses penurunannya.

GGL Balik dan Arus Awal

Gaya gerak listrik balik atau back EMF yang timbul pada jangkar dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:

Eb = V – Ia × Ra

atau

Ia = (V – Eb) / Ra

Pada saat tegangan DC pertama kali diberikan ke motor:

• GGL balik (Eb) = 0

• Arus awal menjadi sangat besar

Akibat tidak adanya GGL balik pada saat start, motor akan menarik arus yang jauh lebih tinggi dibandingkan kondisi operasi normal.

Rumus GGL Balik pada Motor DC

Besarnya GGL balik bergantung pada kecepatan putar motor dan fluks medan yang terbentuk. Persamaan GGL balik dapat dituliskan sebagai berikut:

Eb = ΦNZ / 60 × (P/A)

Keterangan:

• Eb = GGL balik yang diinduksi pada jangkar

• Φ = Fluks medan utama (Wb/m²)

• N = Kecepatan motor (rpm)

• P = Jumlah kutub

• A = Jumlah jalur paralel

• Z = Jumlah penghantar jangkar

Arus Jangkar yang Tinggi Saat Start

Torsi yang dihasilkan motor DC dapat dinyatakan dengan persamaan:

T = K × Φ × Ia

Pada saat awal pengoperasian, nilai GGL balik sama dengan nol. Akibatnya, arus jangkar yang mengalir dapat mencapai lima hingga enam kali arus beban penuh motor.

Karena torsi berbanding lurus dengan arus jangkar, maka torsi awal motor DC menjadi sangat besar.

Oleh sebab itu, tegangan jangkar biasanya dinaikkan secara bertahap atau digunakan starter motor DC untuk membatasi arus awal agar tetap berada dalam batas yang aman.

Untuk informasi lebih lanjut, baca artikel mengenai pentingnya penggunaan starter pada motor DC.

Torsi Awal Motor DC Seri

Mengapa Motor DC Seri Memiliki Torsi Awal yang Tinggi?

Motor DC seri menghasilkan torsi awal yang lebih besar dibandingkan motor DC eksitasi terpisah. Karena karakteristik tersebut, motor ini banyak digunakan pada sistem traksi dan aplikasi yang membutuhkan torsi awal tinggi.

Pada motor DC seri, kumparan medan dihubungkan secara seri dengan kumparan jangkar. Dengan konfigurasi ini, arus jangkar juga mengalir melalui kumparan medan sehingga menghasilkan fluks magnet yang sangat besar.

Persamaan torsinya adalah:

T = K × Φ × Ia

Karena:

Φ ∝ Ia

Maka:

T = K × Ia²

Hubungan tersebut menjelaskan mengapa motor DC seri memiliki kemampuan menghasilkan torsi awal yang sangat tinggi.

Hubungan Torsi dan Arus Jangkar

Persamaan di atas menunjukkan bahwa grafik hubungan antara torsi dan arus jangkar pada motor DC seri memiliki kemiringan yang sangat tajam.

Torsi motor DC seri berbanding lurus dengan kuadrat arus jangkar. Oleh karena itu, sedikit peningkatan arus akan menghasilkan kenaikan torsi yang sangat besar.

Di antara seluruh jenis motor DC, motor DC seri mampu menghasilkan torsi awal paling tinggi. Nilainya jauh lebih besar dibandingkan motor DC shunt maupun motor DC eksitasi terpisah.

Aplikasi yang Memerlukan Torsi Awal Tinggi

Motor DC seri banyak digunakan untuk menggerakkan beban dengan momen inersia besar yang memerlukan torsi awal tinggi. Beberapa contoh aplikasinya adalah:

• Tungku putar

• Lift ember (bucket elevator)

• Sistem traksi kereta api

Berbeda dengan motor DC seri, torsi awal motor DC shunt meningkat secara linier terhadap arus jangkar.

Walaupun motor DC seri memiliki torsi awal yang sangat tinggi, kemampuan pengaturan kecepatannya kurang baik. Untuk aplikasi yang memerlukan pengaturan kecepatan yang stabil dan presisi, motor DC shunt atau motor DC eksitasi terpisah lebih banyak digunakan.

Hal penting lainnya adalah motor DC seri tidak boleh dijalankan tanpa beban. Jika motor dioperasikan tanpa beban, kecepatannya dapat meningkat secara berlebihan hingga melampaui batas aman.

Pada kondisi tanpa beban, arus medan menjadi lebih kecil sehingga fluks medan berkurang. Akibatnya, motor dapat mengalami putaran berlebih (overspeed).

Sistem pendeteksi kecepatan dapat digunakan untuk memantau kondisi tersebut. Apabila terjadi kecepatan berlebih, sinyal dari sensor dapat digunakan untuk memutus suplai ke penggerak DC dan melindungi motor dari kerusakan.

Torsi Awal Motor DC Shunt

Motor DC shunt memiliki dua bagian utama, yaitu kumparan medan dan kumparan jangkar. Kumparan medan dihubungkan secara paralel dengan kumparan jangkar, sehingga motor ini disebut sebagai motor DC shunt.

Karena kedua kumparan terhubung secara paralel, tegangan yang diterima oleh kumparan medan dan jangkar memiliki nilai yang sama.

Motor DC shunt sangat cocok digunakan pada aplikasi yang membutuhkan pengaturan kecepatan yang baik.

Torsi awal motor DC shunt lebih rendah dibandingkan motor DC seri. Hal ini disebabkan karena fluks medan pada motor shunt relatif konstan sehingga motor menghasilkan karakteristik torsi yang lebih stabil.

Karena torsi motor DC sebanding dengan fluks medan dan arus jangkar, maka pada motor DC shunt yang memiliki fluks konstan berlaku hubungan:

T = K × Φ × Ia

Karena:

Φ = konstan

Maka:

T = K × Ia

Dengan demikian, torsi motor DC shunt berbanding lurus secara langsung terhadap arus jangkar.

Grafik hubungan antara arus jangkar dan torsi pada motor DC shunt menunjukkan karakteristik linier yang stabil.

Perbandingan Torsi Awal Motor DC Seri dan Motor DC Shunt

Torsi awal motor DC seri jauh lebih besar dibandingkan torsi awal motor DC shunt maupun motor DC eksitasi terpisah.

Motor DC seri lebih sesuai untuk aplikasi yang membutuhkan gaya putar awal sangat besar, sedangkan motor DC shunt dan motor DC eksitasi terpisah lebih cocok digunakan pada aplikasi yang membutuhkan pengaturan kecepatan yang baik dan stabil.

Pemilihan jenis motor DC harus disesuaikan dengan karakteristik beban dan kebutuhan sistem. Apabila prioritas utama adalah torsi awal yang tinggi, motor DC seri menjadi pilihan yang paling tepat. Namun, jika diperlukan kestabilan kecepatan selama operasi, motor DC shunt atau motor DC eksitasi terpisah merupakan solusi yang lebih sesuai.

Aji Fitriyan Hidayat

Skill Comes From Within Yourself, Not Other Or Family, So Be Enthusiastic For Yourself.

Bagikan Artikel ini