Motor Arus Searah (dc), Bagaimana Bekerjanya?

Motor arus searah merupakan salah satu mesin listrik yang mengubah energi listrik searah menjadi energi gerak. Motor arus searah banyak sekali dipakai, motor-motor kecil untuk aplikasi elektronik menggunakan motor arus searah seperti: pemutar kaset, pemutar piringan magnetik di harddisk komputer, kipas pendingin komputer, dan tentu saja mainan legendaris ‘tamiya’ 🙂 menggunakan motor arus searah. Tentu saja untuk keperluan-keperluan yang berdaya besar, motor arus searah masih dipakai pada aplikasi tertentu.

Gerak atau putaran yang dihasilkan oleh motor arus searah diperoleh dari interaksi dua buah medan yang dihasilkan oleh bagian ‘jangkar‘ (armature) dan bagian ‘medan‘ (field) dari motor arus searah. Pada gambar ilustrasi diatas, bagian medan berbentuk suatu kumparan yang terhubung ke sumber arus searah. Sedangkan bagian jangkar ditunjukkan sebagai magnet permanen (U-S), bagian jangkar ini tidak harus berbentuk magnet permanen, bisa juga berbentuk belitan yang akan menjadi elektro-magnet apabila mendapatkan sumber arus searah. Sehingga apabila motor arus searah kita berjenis jangkar belitan, maka kita harus menyediakan dua sumber arus searah, satu untuk bagian jangkarnya, satu lagi untuk bagian medannya. Bagian lain yang tidak kalah penting pada motor arus searah adalah adanya ‘komutator’ (comutator). Komutator merupakan suatu konverter mekanik yang membuat arus dari sumber mengalir pada arah yang tetap walaupun belitan medan berputar. Komutator berpasangan dengan ‘cincin belah‘ (slip-rings) untuk menjalankan tugas yang saya sebut baru saja. Pada gambar ilustrasi diatas, gambar lingkaran yang dibagi menjadi dua buah dan terhubung ke bagian belitan medan merupakan cincin belah yang saya maksud. Bagian yang digambarkan berbentuk kotak menempel pada cincin belah tersebut yang dinamakan komutator. Tentu saja pada aplikasi yang sebenarnya, jumlah cincin belah tidak hanya dua dan terhubung ke sejumlah banyak belitan medan.

Sekarang bagaimana putaran dapat dihasilkan??

Untuk menjawab ini, tentu saja kita harus ingat aturan tangan kanan bahwa gaya, medan magnet, dan arus membentuk suatu sumbu tiga dimensi seperti ditunjukkan di gambar sebelumnya. Semua setuju bahwa medan magnet berarah dari kutub Utara (N) ke kutub Selatan (S), sehingga di gambar yang atas seharusnya ada medan magnet yang berarah dari N ke S. Interaksi adanya arus dan medan magnet dengan menggunakan aturan tangan kanan mengakibatkan munculnya gaya. Pada gambar yang atas, dapat dicoba sendiri, di konduktor yang dekat dengan kutub S akan muncul gaya ke arah atas, sebaliknya pada konduktor yang dekat dengan kutub N akan muncuk gaya ke arah bawah. Akibatnya bagian medan akan berputar karena adanya dua gaya yang berlawanan arahnya. Setelah satu putaran maka konduktor yang tadinya dekat dengan kutub S akan berpindah dekat ke kutub N, dan juga sebaliknya. Akibat adanya pasangan cincin belah-komutator, arus akan mengalir dengan arah yang tetap, walaupun konduktornya berganti, sehingga gaya pada titik tersebut akan selalu tetap arahnya. Begitu seterusnya sehingga motor arus searah akan berputar pada arah yang tetap. Secara sederhana, apabila sumber arus searahnya kita balik arahnya maka putaran yang dihasilkan akan berlawanan arah (sehingga motor tamiya saya dulu berjalan mundur karena saya salah memasang baterainya :D).

-angin-

refs.

• Electric Machinery, A.E. Fitzgerald, et.al.
• Electric Machine Fundamentals, S.J. Chapman, et.al.

images courtesy of

• pc-control.co.uk/dc-motors.htm (redraw by angin)
  
• physicsed.buffalostate.edu/SeatExpts/resource/rhr/rhr.htm