Sebelumnya, apakah Anda pernah dengar tentang istilah motor DC? Secara umum, motor DC merupakan motor listrik yang pengaplikasiannya menggunakan arus DC atau arus searah. Prinsip kerjanya didasarkan pada medan magnet yang dihasilkan oleh arus listrik yang mengalir melalui kumparan yang terletak pada rotor dan stator motor.
Nah, pada kesempatan kali ini kita tidak hanya mengulas definisi motor ini secara umum saja. Kita akan membahas lebih spesifik mengenai pengertian motor DC, fungsi, prinsip kerja, jenis, bagian, serta kelebihan dan kekurangannya.
Jadi, jangan lewatkan informasi selengkapnya di bawah ini!
Pengertian Motor DC
Motor DC adalah jenis motor listrik yang mengubah arus searah menjadi energi mekanis dalam bentuk gerakan atau putaran. Motor listrik secara umum dibagi menjadi dua jenis yaitu motor AC dan DC. Perbedaan antara kedua jenis motor ini terletak pada jenis arus yang digunakan. Motor AC menggunakan tegangan dari jenis arus bolak balik (AC), sedangkan motor DC menggunakan arus searah (DC).
Pada motor dengan arus DC, terdapat kumparan yang berfungsi untuk menghasilkan putaran. Jumlah putaran yang dihasilkan oleh motor tersebut disebut sebagai RPM (Revolutions Per Minute). Motor DC umumnya menghasilkan gerakan dengan kecepatan sekitar 3000-8000 RPM dan memiliki tegangan operasional antara 1,5 hingga 3 volt.
Keuntungan menggunakan motor DC adalah kemampuannya untuk mengontrol kecepatan putaran dan arah gerakan dengan mudah. Motor tersebut sangat cocok digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan kestabilan putaran dan gerakan yang akurat seperti pada industri elektronik, kendaraan listrik, robotika, dan mesin CNC.
Selain itu, motor DC juga dapat bekerja secara efisien pada berbagai jenis beban, termasuk pada beban yang memerlukan torsi tinggi dan putaran rendah. Hal ini menjadikan motor listrik ini sebagai pilihan yang tepat dalam aplikasi yang membutuhkan kekuatan dan daya tahan tinggi.
Namun, motor DC juga memiliki beberapa kelemahan seperti perawatan yang memerlukan biaya yang lebih tinggi dan kurang efisien dalam penggunaan energi jika dibandingkan dengan motor listrik lainnya. Oleh karena itu, sebelum memilih jenis motor listrik yang tepat untuk aplikasi tertentu, perlu dipertimbangkan faktor-faktor seperti kebutuhan daya, kestabilan putaran dan gerakan, serta efisiensi penggunaan energi.
Fungsi Motor DC
Motor DC memiliki peran yang sangat penting dalam mengubah arus listrik menjadi energi gerak. Fungsi dari energi gerak ini sangatlah beragam, terutama dalam pengaplikasiannya pada perangkat elektronik. Adapun fungsinya adalah sebagai berikut:
1. Sebagai Penggerak Pintu Putar
Anda pasti pernah melihat pintu putar yang bisa membuka dan menutup pintu secara otomatis, bukan? Komponen penting yang digunakan sebagai mekanis pada pintu tersebut adalah motor DC. Motor DC memiliki fungsi driver H-Bridge yang berguna untuk mengaturnya agar bisa berputar dan digunakan pada banyak jenis perangkat elektronik.
Pada pintu putar, motor DC diintegrasikan dengan sensor IR untuk memberikan kemudahan pada pengguna. Ketika sensor IR terhalangi, motor akan membalik putarannya sehingga pintu dapat terbuka. Namun, jika pintu dibuka secara paksa, alarm akan menyala untuk memberikan perlindungan pada bangunan atau perangkat elektronik yang terpasang di dalamnya. Dengan begitu, pengguna akan merasa aman dan nyaman ketika menggunakan pintu putar yang otomatis tersebut.
2. Sebagai Komponen Rangkaian Robot Sederhana
Jika Anda adalah penggemar robotika, tentu sudah sangat familiar dengan motor DC. Motor ini memiliki kemampuan untuk menggerakkan robot dengan sangat baik. Cara kerjanya cukup sederhana, yaitu dengan mengendalikan motor melalui komputer melalui port paralel. Namun, sebelum bisa digunakan, motor DC harus dihubungkan dengan komponen lain seperti transistor, relay, dan resistor untuk menjaga kestabilan arus listrik.
Dalam dunia robotika, motor DC sangat penting karena kemampuannya untuk menggerakkan robot dengan presisi dan kecepatan yang dapat diatur. Dengan bantuan transistor, relay, dan resistor, motor DC dapat dikontrol secara efektif oleh komputer. Hal ini memungkinkan robot untuk bergerak dengan akurasi yang tinggi dan menjalankan tugas yang spesifik dengan baik. Oleh karena itu, motor DC menjadi komponen yang sangat penting dalam pembuatan robot.
3. Sebagai Penggerak Peralatan Elektronik
Motor DC memiliki fungsi utama sebagai penggerak pada berbagai komponen elektronika, seperti baling-baling kipas, vibrator ponsel, mata bor, dan lain sebagainya. Namun, untuk menghasilkan pergerakan pada motor DC, sumber arus listrik yang diberikan harus berupa arus searah atau DC.
Selain itu, motor DC juga memiliki kelebihan dalam hal kontrol pergerakan yang dapat diatur dengan mudah. Dalam aplikasinya, motor DC dapat dihubungkan dengan berbagai macam rangkaian elektronik, seperti transistor, relay, dan resistor, untuk mengatur pergerakan dan arah putaran motor sesuai dengan kebutuhan. Hal ini membuat motor DC sering digunakan dalam berbagai bidang, seperti industri, otomotif, dan elektronika.
Prinsip Kerja Motor DC
Sekarang ini, motor DC telah menjadi bagian yang tak terpisahkan dari banyak perangkat elektronik yang kita gunakan setiap hari. Karena memang alat yang satu ini ini banyak digunakan sebagai komponen penyusun dari berbagai perlengkapan elektronika.
Prinsip kerja motor DC sebenarnya cukup sederhana, yakni mengubah energi listrik menjadi energi gerak yang bisa digunakan oleh peralatan listrik tersebut. Dengan memanfaatkan medan magnet dan konduktor, motor DC mampu menghasilkan energi mekanik atau gerak yang sangat dibutuhkan dalam berbagai aplikasi elektronik.
Adapun prinsip kerja motor DC adalah sebagai berikut :
- Pertama-tama, arus DC dialirkan melalui kumparan pada rangkaian. Hal ini akan menciptakan medan magnet yang akan memproduksi torsi dan pada akhirnya memutar motor.
- Setelah torsi terjadi, komutator akan bekerja untuk memastikan bahwa putaran motor tetap menghasilkan arus searah.
- Dengan demikian, armature yang dihasilkan oleh medan magnet akan berputar searah untuk menghasilkan gaya mekanik.
Dengan prinsip kerja yang telah disebutkan di atas, tidak heran jika jika motor DC juga disebut sebagai perangkat elektromagnetis. Karena pada dasarnya perangkat tersebut memang menggunakan medan magnet dan konduktor. Terutama dalam proses menghasilkan energi mekanik atau gerak yang ada pada perangkat elektronik tertentu.
Komponen Motor DC
Setelah membahas tentang definisi dan prinsip kerja motor DC, selanjutnya kita akan mengenal lebih jauh tentang komponen-komponen yang terdapat pada motor DC. Apa saja bagian-bagian yang membentuk sebuah motor DC?
Berikut adalah beberapa komponen penting pada motor DC:
- Rotor
- Stator
- Sikat (brush)
- Belitan armature
- Komutator (commutator)
- Rangka atau yoke (frame)
- Belitan medan (field winding)
- Kutub (pole)
Mari kita bahas satu per satu tentang komponen utama yang membentuk motor DC.
1. Rotor
Salah satu bagian penting pada motor DC adalah rotor, yang bertanggung jawab sebagai alat gerak dinamik ketika ada tegangan yang mengalir pada rangkaian. Rotor berperan untuk menghasilkan torsi pada motor DC dan memutar aksial pada poros motor. Dalam motor DC, rotor terdiri dari inti besi dengan lilitan kawat di sekitarnya yang berfungsi sebagai medan magnetik yang membantu dalam penggerakan motor.
Berikut adalah komponen-komponen penyusun rotor:
- Poros (shaft)
- Inti jangkar (armatur core).
- Sikat komutator (brush).
- Belitan armature.
2. Stator
Bagian selanjutnya dari motor DC adalah stator, yang terdiri dari beberapa komponen penting yang bekerja secara bersamaan. Stator sendiri adalah komponen yang statis, atau tidak bergerak, tetapi memiliki peran yang sangat vital dalam membuat rotor bergerak.
Salah satu cara untuk membuat rotor bergerak adalah dengan menciptakan medan magnet di sekitar rotor. Ini dapat dilakukan dengan menggunakan beberapa bagian yang menyusun stator, seperti kutub atau pole, belitan medan, dan frame atau yoke. Dengan demikian, ketika tegangan dialirkan pada rangkaian, rotor dapat berputar dengan bantuan medan magnet yang dihasilkan oleh stator.
3. Brush
Brush merupakan salah satu komponen penting dalam motor DC yang terletak di dalam commutator. Komponen ini terbuat dari material graphite atau karbon yang berfungsi untuk menghantarkan arus listrik dari sumber daya listrik menuju rotor.
Tanpa adanya brush, aliran listrik tidak dapat mengalir pada komutator dan motor tidak akan berputar. Oleh karena itu, brush menjadi salah satu komponen kunci yang memastikan motor DC dapat berfungsi dengan baik. Selain itu, brush juga dapat mempengaruhi kinerja motor DC seperti arus listrik, putaran motor, dan kecepatan motor. Oleh karena itu, pemilihan material yang tepat untuk brush menjadi hal penting dalam perancangan motor DC.
4. Belitan Armature
Belitan armature merupakan salah satu komponen penting pada motor DC yang bertanggung jawab dalam menghasilkan medan magnet yang bersifat statis. Belitan armature terdiri dari kumparan yang melilit pada inti besi dan dipasang di sekitar rotor. Ketika arus listrik dialirkan ke kumparan, belitan armature akan menciptakan medan magnet yang tidak bergerak atau statis di sekitar rotor, sehingga memungkinkan terjadinya gerakan rotasi pada motor DC.
Tidak hanya itu, belitan armature juga memiliki peranan dalam memproduksi tegangan listrik. Ketika rotor berputar di dalam medan magnet statis yang diciptakan oleh belitan armature, medan magnet tersebut akan menghasilkan gaya yang mendorong elektron-elektron yang ada di dalam kumparan armature sehingga terjadi perbedaan potensial atau tegangan listrik di kedua ujung kumparan. Hal ini dapat dimanfaatkan sebagai sumber daya listrik pada motor DC.
5. Commutator
Komponen yang disebut sebagai komutator pada motor DC ini sebenarnya berasal dari slip ring. Slip ring tersebut kemudian dipotong menjadi beberapa bagian dan bagian-bagian potongan tersebut dihubungkan dengan belitan armature. Dengan adanya komutator ini, maka arus listrik dapat mengalir menuju belitan armature dan menghasilkan gerakan pada rotor.
Komutator pada motor DC umumnya terbuat dari bahan tembaga. Fungsi utamanya adalah mengalirkan arus listrik pada belitan armature sehingga dapat terjadi perubahan arus pada rangkaian. Komutator juga memainkan peran penting dalam menjaga arus listrik tetap bergerak pada satu arah saja, sehingga gerakan rotor tetap konsisten.
Ketika terjadi perubahan arus pada belitan armature, komutator berperan sebagai switch yang membantu mengalirkan arus listrik pada belitan armature yang sesuai dengan kebutuhan gerakan rotor. Oleh karena itu, komponen ini sangat penting dalam menjaga kinerja motor DC tetap optimal.
6. Frame atau Yoke
Komponen motor DC yang bernama frame atau yoke memiliki fungsi utama sebagai pelindung bagi komponen lainnya, terutama rotor yang terdapat pada motor DC. Selain itu, frame juga berperan dalam menjaga stabilitas posisi dan keseimbangan antara komponen-komponen lainnya di dalam motor DC.
Frame biasanya terbuat dari bahan yang kokoh dan tahan lama seperti baja atau besi cor. Bahan tersebut dipilih karena harus mampu menahan beban dan tekanan yang ditimbulkan akibat putaran rotor dan medan magnet yang dihasilkan. Sehingga, frame memiliki peran penting dalam menjaga kestabilan dan kinerja motor DC secara keseluruhan.
7. Belitan Medan
Belitan medan atau field winding adalah salah satu komponen penting dalam motor DC. Belitan ini berfungsi untuk menghasilkan medan magnet statis pada stator motor DC, yang kemudian digunakan untuk memutar rotor. Medan magnet yang dihasilkan belitan medan ini memungkinkan rotor untuk terus bergerak searah dan menjaga stabilitas gerakan motor DC.
Dalam penggunaannya, belitan medan dapat dilakukan secara seri atau paralel. Jika dilakukan secara seri, belitan medan akan dihubungkan secara seri dengan arus listrik. Sedangkan jika dilakukan secara paralel, belitan medan akan dihubungkan secara paralel dengan arus listrik. Pemilihan cara ini tergantung pada spesifikasi motor DC yang digunakan dan kebutuhan dari sistem penggerakannya.
8. Yoke
Pole atau kutub merupakan salah satu komponen yang terdapat pada stator motor DC yang berperan penting dalam menghasilkan medan magnetik. Fungsi utama dari pole adalah untuk menghasilkan fluks magnetik yang kemudian akan membentuk medan magnet statis di sekitar stator. Selain itu, pole juga berfungsi untuk memberikan gaya tarik pada rotor, sehingga membantu rotor untuk berputar dengan stabil.
Pole terletak di dalam frame atau yoke dan tersusun dari beberapa lapisan baja. Pole memiliki bentuk seperti cangkang yang dapat menampung belitan medan. Ketika belitan medan dialiri arus listrik, maka medan magnet yang dihasilkan akan menjalar ke kutub dan membentuk medan magnetik yang stabil. Medan magnetik tersebut berperan penting dalam menggerakkan rotor pada motor DC.
Untuk mengetahui lebih jauh mengenai konstruksi motor DC, simak contoh gambar motor DC di bawah ini :
Jenis-Jenis Motor DC
Motor DC terdiri dari dua jenis yang dibedakan berdasarkan sumber daya pembentuknya, yaitu motor DC dengan sumber daya terpisah dan motor DC dengan sumber daya sendiri. Hal ini menunjukkan bahwa motor DC memiliki fleksibilitas dalam penggunaannya, karena dapat digunakan dengan sumber daya eksternal atau menggunakan sumber daya sendiri.
Lebih jelasnya, langsung saja simak pembahasan lengkapnya mengenai jenis-jenis motor DC di bawah ini.
1. Motor DC dengan Sumber Daya Sendiri
Motor DC yang menggunakan sumber daya sendiri dibagi lagi menjadi beberapa turunan, seperti motor shunt, motor series, dan motor compound.
Berikut penjelasan lengkapnya dari setiap jenis motor DC dengan sumber daya sendiri.
- Tipe Shunt
Motor DC tipe shunt merupakan salah satu jenis motor DC yang paling umum digunakan. Pada motor ini, terdapat gulungan medan yang terhubung secara paralel pada power supply yang sama dengan lilitan armature. Dalam hal ini, meskipun keduanya menggunakan daya yang sama, jenis arus dan torsi yang dihasilkan oleh keduanya akan berbeda.
Pada motor tipe shunt, kecepatan yang dihasilkan oleh alat tersebut tetap konstan meskipun terjadi variasi pada beban. Hal ini disebabkan oleh karakteristik dari motor tipe ini yang membuatnya dapat menyesuaikan diri dengan beban yang ada. Meskipun terjadi perubahan pada beban, motor DC tipe shunt akan terus beroperasi pada kecepatan yang sama tanpa mengalami penurunan kinerja.
Selain itu, alat ini juga tidak bervariasi karena adanya beban mekanik yang dihasilkan oleh output-nya. Hal ini berarti meskipun motor tipe shunt mengalami variasi beban, output yang dihasilkannya tetap konsisten dan dapat diandalkan. Karena itulah, motor DC shunt banyak digunakan dalam berbagai aplikasi industri, seperti mesin penggerak, mesin industri, dan lain sebagainya.
- Tipe Seri
Salah satu jenis motor DC yang memakai sumber dayanya sendiri adalah tipe seri. Pada motor jenis ini, lilitan armatur dan belitan medan saling terhubung secara seri pada sumber catu daya. Arus yang masuk pada rangkaian motor ini akan mengalir dalam arah yang sama sesuai dengan polaritas sumber tegangan. Dengan kata lain, perubahan polaritas pada sumber tegangan akan mengubah arah medan magnet pada motor seri.
Selain itu, motor DC seri juga dikenal sebagai motor universal. Alat ini sangat fleksibel karena dapat bekerja dengan dua jenis catu daya, baik yang menggunakan tegangan AC maupun DC. Namun, meskipun memiliki fleksibilitas yang tinggi, motor seri memiliki beberapa kelemahan, salah satunya adalah rentan terhadap kegagalan akibat lonjakan beban. Ketika terjadi peningkatan beban pada motor seri, maka akan terjadi peningkatan arus pada motor. Hal ini dapat menyebabkan peningkatan suhu yang berlebihan pada belitan medan dan armatur, serta kerusakan pada motor jika beban terlalu berat.
Karena karakteristiknya yang fleksibel dan cocok digunakan pada berbagai jenis aplikasi, motor DC seri banyak digunakan pada alat-alat rumah tangga, seperti blender, mesin cuci, dan penghisap debu. Selain itu, motor DC seri juga digunakan pada kendaraan listrik, seperti sepeda motor dan mobil listrik. Namun, perlu diperhatikan bahwa penggunaan motor seri pada kendaraan listrik harus disesuaikan dengan kemampuan daya baterai, sehingga tidak terjadi overloading pada motor.
- Tipe Gabungan/Coumpound
Motor DC tipe gabungan merupakan motor DC yang terdiri dari kombinasi antara rangkaian seri dan shunt. Hal ini menjadikan rangkaian compound ini memiliki dua sirkuit yang menghasilkan medan magnet. Dengan adanya kombinasi ini, motor jenis ini mampu memberikan karakteristik yang berbeda dibandingkan dengan jenis motor DC lainnya.
Selain itu, berdasarkan orientasi fluks-nya, motor tipe ini dibagi menjadi dua macam. Pertama adalah ling shunt compound DC motor yang memiliki rangkaian kumparan yang dihubungkan secara paralel pada belitan armature. Sedangkan jenis kedua adalah short shunt compound DC motor yang memiliki rangkaian kumparan yang terdiri dari kombinasi antara kumparan angker paralel dan kumparan medan seri.
Ling shunt compound DC motor pada umumnya lebih sering digunakan karena memiliki karakteristik yang lebih stabil dibandingkan dengan short shunt compound DC motor. Namun, short shunt compound DC motor memiliki kelebihan dalam hal penyesuaian beban dan efisiensi yang lebih tinggi. Oleh karena itu, pemilihan jenis motor DC tipe gabungan harus disesuaikan dengan kebutuhan dan karakteristik penggunaannya.
2. Motor DC dengan Sumber Daya Terpisah
Motor DC dengan sumber daya terpisah adalah jenis motor DC yang menggunakan sumber arus yang berbeda untuk mensuplai rotor dan armature. Hal ini berbeda dengan motor DC yang menggunakan sumber daya sendiri yang mengambil arus dari satu sumber untuk mensuplai kedua elemen tersebut.
Meskipun memiliki keunggulan dalam hal pengaturan kecepatan dan daya yang lebih besar, namun harga motor DC dengan sumber daya terpisah ini jauh lebih mahal jika dibandingkan dengan motor DC dengan sumber daya sendiri. Hal ini karena motor DC dengan sumber daya terpisah memerlukan tambahan komponen seperti transformator dan kabel-kabel tambahan yang berkualitas tinggi.
Kelebihan dan Kekurangan Motor DC
Motor DC merupakan jenis motor yang banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari, salah satunya adalah motor DC dengan voltase yang berbeda seperti 12 volt, 5 volt, dan motor DC arduino.
Namun sebenarnya apa sajakah kelebihan dan kekurangan dari perangkat elektronik tersebut? Mari simak pembahasan selengkapnya di bawah ini.
1. Kelebihan Motor DC
Motor DC memiliki beberapa kelebihan yang cukup menonjol di antaranya adalah:
- Kemampuan untuk mengontrol torsi dan kecepatan yang lebih mudah. Hal ini dikarenakan motor DC memungkinkan untuk mengontrol kecepatan dengan mudah, bahkan dengan beban yang berbeda.
- Memiliki torsi awal yang besar, yang berarti motor DC dapat menggerakkan beban yang berat dengan mudah saat dihidupkan.
- Sistem kontrol motor DC terbilang cukup sederhana dan mudah dipahami, sehingga banyak orang yang mampu mengoperasikan motor DC dengan mudah tanpa harus memiliki pengetahuan teknis yang mendalam.
- Respons motor DC sangat baik, yang berarti bahwa motor DC mampu merespon perintah dengan cepat dan akurat. Bahkan dengan daya yang relatif rendah, motor DC dapat memberikan performa yang baik.
- Performa motor DC cenderung mendekati linier, yang berarti bahwa output yang dihasilkan oleh motor DC secara konsisten mengikuti input yang diberikan.
2. Kekurangan Motor DC
Selain kelebihan-kelebihan yang sudah dibahas sebelumnya, motor DC juga memiliki kekurangan sebagai berikut:
- Motor ini memerlukan perawatan khusus agar dapat berfungsi dengan baik dan awet. Perawatan yang kurang tepat dapat mengurangi performa motor dan memperpendek umur pemakaian.
- Motor DC tidak cocok digunakan pada tegangan dengan daya yang sangat besar. Hal ini dapat menyebabkan kerusakan pada motor dan mengurangi umur pemakaian.
- Harganya cenderung lebih mahal dibandingkan dengan jenis motor lain yang sejenis.
- Motor DC tidak cocok untuk digunakan pada kecepatan yang sangat tinggi dan dalam aplikasi yang membutuhkan kontrol yang sangat presisi.
Kesimpulan
Motor DC adalah perangkat elektronik yang memanfaatkan prinsip elektromekanis untuk mengubah arus listrik menjadi energi gerak yang diperlukan oleh perangkat elektronik. Motor ini memiliki beberapa kelebihan seperti torsi yang besar dan dapat dikendalikan, sistem kontrol yang sederhana, respon yang baik, serta performa yang mendekati linier. Selain itu, motor DC juga ideal untuk digunakan pada daya rendah.
Sebagai jenis motor yang menggunakan tegangan DC, alat ini dapat ditemukan pada berbagai perangkat elektronik sehari-hari seperti bor listrik, vibrator ponsel, pintu putar otomatis, dan kipas angin.
Dengan berbagai aplikasinya, motor DC terus berkembang dan semakin populer di dunia teknologi. Meskipun demikian, penggunaan perangkat ini juga memiliki beberapa kelemahan seperti biaya yang cukup mahal, kurang cocok untuk digunakan pada daya tinggi, dan memerlukan perawatan khusus agar tetap berfungsi dengan baik.