Sebuah Motor Arus Searah (Direct Current/DC) diberi nama sesuai dengan hubungan belitan medan dengan jangkar, yang dapat mengubah energi listrik searah (Direct Current/DC) menjadi energi kinetik.
Terutama ada dua jenis Motor DC. Salah satunya adalah Motor DC Sumber Daya Terpisah (Separately Excited DC Motor) dan yang lainnya adalah Motor DC Sumber Daya Sendiri (Self-excited DC Motor).
Motor sumber daya sendiri (self-excited) selanjutnya diklasifikasikan sebagai motor tipe shunt atau motor shunt, motor tipe seri atau series motor dan motor tipe gabungan atau Compound DC Motor.
Motor dc mengubah tenaga listrik menjadi tenaga mekanik. Konstruksi motor dc dan generator sama. Namun motor dc memiliki rentang kecepatan yang luas dan pengaturan kecepatan yang baik dalam traksi listrik.
Prinsip kerja motor dc didasarkan pada prinsip bahwa konduktor pembawa arus ditempatkan di medan magnet dan gaya mekanik dialami olehnya.
Motor DC umumnya digunakan di lokasi yang membutuhkan selungkup pelindung, misalnya drip-proof, fireproof, dll sesuai dengan kebutuhan. Penjelasan rinci tentang berbagai jenis motor diberikan di bawah ini.
Motor DC Sumber Daya Terpisah (Separately Excited DC Motor)
Pada Motor DC jenis sumber daya terpisah ini, sumber arus listrik untuk kumparan medan (field winding) terpisah dengan sumber arus listrik untuk kumparan angker (armature coil) pada rotor seperti terlihat pada gambar dibawah. Karena adanya rangkaian tambahan dan kebutuhan sumber daya tambahan untuk pasokan arus listrik, Motor DC jenis ini menjadi lebih mahal sehingga jarang digunakan. Separately Excited Motor DC ini umumnya digunakan di laboratorium untuk penelitian dan peralatan-peralatan khusus.
Motor DC Sumber Daya Sendiri (Self Excited Motor DC)
Sesuai dengan namanya self-excited, maka pada motor jenis ini arus pada belitan disuplai oleh mesin atau motor itu sendiri. Motor DC self-excited selanjutnya dibagi menjadi tipe shunt, dan motor tipe seri. Mereka dijelaskan di bawah ini secara rinci.
Motor DC Tipe Shunt (Shunt Wound Motor DC)
Ini adalah jenis Motor DC yang paling umum. Di sini gulungan medan dihubungkan secara paralel dengan jangkar seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini:
Motor DC tipe Shunt adalah Motor DC yang kumparan medannya dilawan secara paralel dengan kumparan angker (gulungan jangkar). Motor DC tipe Shunt ini merupakan tipe Motor DC yang sering digunakan, hal ini dikarenakan Motor DC Shunt memiliki kecepatan yang hampir konstan meskipun perubahan beban (kecepatan akan berkurang apabila mencapai torsi tertentu). Karena Kumparan Medan dan Kumparan Angker secara paralel, maka total arus listrik merupakan penjumlahan dari arus yang melalui kumparan medan dan arus yang melalui kumparan angker.
Kecepatannya dapat dikendalikan dengan memasangkan sebuah resistor/tahanan secara seri dengan kumparan medan atau seri dengan kumparan angker. Jika resistor/tahanan tersebut dipasang secara seri dengan kumparan medan maka kecepatannya akan berkurang, sedangkan apabila resistor/tahanan tersebut dipasang secara seri dengan kumparan angker maka kecepatannya akan bertambah.
Persamaan arus, tegangan dan daya untuk motor shunt ditulis sebagai berikut.
Dengan menerapkan KCL di persimpangan A pada gambar di atas.
Jumlah arus masuk di A = Jumlah arus keluar di A.
I adalah arus saluran input
Ia adalah arus jangkar
Ish adalah arus medan shunt
Persamaan (1) adalah persamaan arus.
Persamaan tegangan ditulis dengan menggunakan hukum tegangan Kirchhoff (KVL) untuk rangkaian belitan medan.
Untuk rangkaian belitan jangkar persamaan akan diberikan sebagai:
Persamaan daya diberikan sebagai:
Daya masuk = daya mekanik yang dikembangkan + rugi-rugi di armature + rugi-rugi di medan.
Mengalikan persamaan (3) dengan Ia kita mendapatkan persamaan berikut.
VIa adalah daya listrik yang disuplai ke armature motor.
Motor DC Tipe Seri (Series Wound Motor DC)
Pada motor seri, belitan medan dihubungkan secara seri dengan belitan jangkar. Diagram koneksi ditunjukkan di bawah ini:
Motor DC tipe Seri adalah Motor DC yang kumparan medannya dihubungkan secara seri dengan kumparan angker (armature winding). Dengan hubungan seri tersebut, arus listrik pada kumparan medan adalah sama dengan arus listrik pada kumparan angker. Kecepatan pada Motor DC tipe seri ini akan berkurang seiring dengan penambahan beban yang diberikan pada motor DC tersebut. Motor DC jenis ini tidak boleh digunakan tanpa ada beban yang terpasang karena akan berputar cepat tanpa terkendali.
Dengan menerapkan KCL pada gambar di atas:
Ise adalah arus medan seri
Persamaan tegangan dapat diperoleh dengan menerapkan KVL pada gambar di atas.
Persamaan pangkat diperoleh dengan mengalikan persamaan (8) dengan I kita dapatkan
Masukan daya = daya mekanik yang dikembangkan + rugi-rugi di armature + rugi-rugi di medan
Membandingkan persamaan (9) dan (10), kita akan mendapatkan persamaan yang ditunjukkan di bawah ini:
Motor DC Tipe Gabungan (Compound Wound Motor DC)
Motor DC yang memiliki belitan medan shunt dan seri disebut Compound Wound. Diagram koneksi motor tipe gabungan ditunjukkan di bawah ini:
Compound DC Motor atau Motor DC tipe Gabungan ini adalah gabungan Motor DC jenis Shunt dan Motor DC jenis Seri. Pada Motor DC tipe Gabungan ini, Terdapat dua Kumparan Medan (Field Winding) yang masing-masing dihubungkan secara paralel dan Seri dengan Kumparan Angker (Armature Winding). Dengan gabungan hubungan seri dan paralel tersebut, Motor DC jenis Compound ini mempunyai karakteristik seperti Series DC Motor yang memiliki torsi (torque) awal yang tinggi dan karakteristik Shunt DC Motor yang berkecepatan hampir konstan.
Motor kompon dibagi lagi menjadi Motor Gabungan Kumulatif (Cumulative Compound Motor) dan Motor Gabungan Diferensial (Differential Compound Motor). Pada motor gabungan kumulatif, fluks yang dihasilkan oleh kedua belitan berada dalam arah yang sama, yaitu.
Pada motor kompon diferensial, fluks yang dihasilkan oleh belitan medan seri berlawanan dengan fluks yang dihasilkan oleh belitan medan shunt, yaitu.
Tanda positif dan negatif menunjukkan bahwa arah fluks yang dihasilkan pada belitan medan.
