Dasar Kendali Motor Arus Searah

1. BAB 3
DASAR KENDALI MOTOR ARUS SEARAH
Tujuan bab ini adalah menjelaskan
dasar kendali motor arus searah, agar
mengerti dengan jelas dan tepat cara
pengaturan motor arus searah
pengaruh tegangan dan pengaruh
eksitasi terhadap putaran, dan
bagaimana cara kerjanya, sehingga
mempunyai dasar yang kuat untuk bisa
menerapkan ilmu teknik ini pada
sistem penggerak dengan motor arus
searah, serta dapat menyelesaikan
permasalahan yang ada di dalam
teknik kendali motor arus searah.

2. Penerapan mesin listrik baik arus bolak-balik maupun arus searah
adalah terletak pada keperluan kecepatan putaran dari motor yang
digunakan, keperluan tegangan, arus dan daya motor.
Pengaturan kecepatan putaran motor dapat dilakukan dengan
menggunakan komponen semikonduktor daya (solid state) dan
dengan sistem pengontrol elektroni. Dalam bagian ini akan dibahas
secara khusus kendali motor listrik dengan komponen
semikonduktor daya dan elekronikarus lemah.
Rangkaian-rangkaian yang dipergunakan sebagai kendali aliran
daya berupa “Konverter Daya Arus Bolak Balik ke Arus searah,
Koverter Daya Arus Searah ke Arus Searah Lainnya, Konverter daya
Arus Bolak Balik ke Arus Bolak Balik lainnya, dan Konverter Arus
Searah ke Arus Bolak Balik. Sistem sistem tersebut dapat digunakan
pada motor arus searah dan motor arus bolak balik.

3. KENDALI MOTOR ARUS SEARAH
(KMAS)
Motor arus searah (motor dc) pada umumnya mempunyai rentangan
pengaturan kecepatan putaran yang lebih lebar dibanding dengan
motor arus bolak balik (ac). Dengan alasan inilah maka motor dc
banyak digunakan pada industri industri yang membutuhkan
kecepatan putaran yang dapat diatur dengan mudah, selain itu
pilihan jatuh pada motor dc karena pengaturannya mudah dilakukan
yaitu melalui pengaturan jangkar atau pada rangkaian medan
magnet penguatan.
Pengaturan Tegangan Jangkar
Pada motor dc penguatan bebas dan penguatan shunt perubahan
kecepatan putaran akan sebanding dengan perubahan pada
tegangan jangkar motor atau dapat dikatakan suatu perubahan
dengan bentuk fungsi yang linier. Pada bagian ini akan ditinjau motor
dc atau konverter dc ke dc, seperti pada gambar 1

4. Rangkaian pengaturan tegangan jangkar motor arus searah
Dalam gambar ditunjukkan sebuah sistem pengatur putaran konstan dengan konverter ac-dc atau
dc-dc yang menggunakan komponen semi-konduktor. Pengaturan putaran dilakukan melalui
pengaturan tegangan jangkar Vt. Sistem ini dilengkapi dengan rangkaian umpan balik putaran dan
arus. Pengatur daya P mendapat satu daya tegangan ac atau tegangan dc. Pembacaan kondisi
perubahan putaran yaitu melalui taco generator (TG) dan pembacaan arus jangkar motor dilakukan
oleh sebuah tahanan shunt (rumus). Penggunaan tahanan shunt sebagai sensor arus yang
bertujuan untuk memberikan sinyal balikan dari arus jangkar yang dipakai oleh motor yang
selanjutnya akan memproses kerja konverter atau memadamkan sistem konverter dari sumber
tegangan apabila terjadi arus berlebihan akibat beban mekanik motor yang berat.

5.  Penggunaan taco generator (TG) adalah sebagai sensor
kecepatan motor, dengan keluaran berupa sinyal tegangan
hasil konversi dari putaran dan selanjutnya akan memproses
pengatur P untuk mengatur putaran agar selalu konstan pada
harga yang telah ditentukan melalui setelan.
 Torsi motor
Dimana
. . .e a aT c I K I 
.K c

6. FLUKS MAGNET
Fluks magnet merupakan resultan dari dua besaran yaitu fluks
yang diperoleh dari arus medan penguatan pada kumparan
medan dan fluks yang berasal dari reaksi jangkar yang
disebabkan oleh arus jangkar dengan persamaan
Dimana
= fluks magnet yang ditimbulkan oleh reaksi jangkar
= fluks yang ditimbulkan oleh arus pada kumparan
medan
magnet utama
Ia f   
Ia
f

7. DAERAH OPERASI EMPAT KUADRAN MAS
Q-1 putaran dalam arah maju torsi dan putaran berharga negatif
Q-2 putaran masih dalam arah maju namun terjadi pengereman, torsi negatif,
putaran positif
Q-3 putaran dalam arah mundur, torsi dan putaran berharga negatif
Q-4 terjadi pengereman dalam arah putaran mundur, torsi positif dan putaran
negatif

8. KARAKTERISTIK MOMEN/DAYA DAN
ARUS TERHADAP KECEPATAN MOTOR
Gambar di atas memperlihatkan dalam daerah I berhubungan
dengan suatu pengaturan kecepatan pada torsi (momen) yang
konstan. Hal ini dapat terjadi jika penguatan medan tetap, tidak
berubah, dan pengaturan kecepatan dilakukan melalui perubahan
tahanan yang disisipkan pada rangkaian jangkar motor atau melalui
perubahan tegangan jangkar, agar arus jangkar selalu tetap dan
sama dengan harga dasarnya.

9. DINAMIKA DAN APLIKASI MOTOR ARUS
SEARAH
Motor arus searah sangat fleksibel dalam dikarenakan
pengaturan putarannya mudah dilakukan dan putaran
mempunyai variasi yang sangat lebar dibanding dengan
motor arus bolak-balik .
Dalam sistem transportasi misalnya kereta rel listrik (KRL),
penggunaan motor arus searah khusus (motor traksi sejenis
motor seri) yang cocok digunakan. Dalam dunia otomotif,
pemakaian motor arus searah umumnya sebagai peralatan
starter mesin mobil, pembuka dan penutupan jendela mobil
dan sebagainya.
Yang terkini juga telah muncul di Amerika sepeda motor dengan
tenaga motor listrik yang mempunyai tenaga dan kecepatan
bersaing dengan motor bahan bakar dinamakan Superbike.
Sedangkan alat angkut seperti lift, elevator, eskalator,
konveyor umumnya menggunakan motor arus bolak-balik
jenis induksi sebagai penggerak utama.

10. KENDALI KECEPATAN PADA KERETA LISTRIK
Pengaturan kecepatan pada kereta dapat
dilakukan dengan mengatur kecepatan motor
penggeraknya. Penggerak utamanya adalah motor
DC dan motor AC. Motor DC yang lazim
dipergunakan sebagai penggerak pada kereta listrik
adalah motor traksi dengan jenis penguatan seri
sedangkan motor AC dengan jenis motor induksi
tiga fasa.

11. SISTEM KENDALI DENGAN CHOPPER ARUS
SEARAH
Rangkaiannya dapat menggunakan thyristor, GTO
atau transistor seperti BJT, IGBT, MOSFET dan
terdapat beberapa topologi rangkaian chopper arus
DC yang dapat dipergunakan yaitu sistem chopper
satu kuadran, dua kuadran dan empat kuadran.

12. CHOPPER ARUS
Chopper jenis ini telah digunakan di Belanda pada tahun 1970an. Sistem ini
digunakan pada kereta listrik dengan tegangan kerja 750 VDC dengan daya
1000 KW.

13. DASAR SISTEM KENDALI KONVERTER
POWER-SEMICONDUCTOR
A. Konverter DC ke DC
Konverter ini adalah suatu sistem pengubah sekaligus pengendali motor DC.
a. Konverter Buck
Digunakan sebagai penurun tegangan DC dan mengendalikan motor DC
penguatan bebas.

14. b. Konverter Buck-Boost
Digunakan sebagai penurun-penaik tegangan DC dalam sistem kendali
motor DC dua kuadran, dengan kuadran kedua digunakan sebagai
pengereman regeneratif.
Saklar utama yang digunakan transistor BJT atau MOSFET atau IGBT.
Kendali kecepatan putaran dilakukan melalui putaran pacu basis.

15. c. Konverter Buck-Boost Empat Kuadran
Menggunakan empat saklar dengan maksud memperoleh
pegaturan dalam daerah kerja empat kuadran yaitu kendali
arah maju (motoring) dan pengeremannya, kendali arus
mundur (reversing) dan pengeremannya.

16. B. KONVERTER AC-DC
Merupakan suatu sistem pengubah energi dari
bentuk tegangan tegangan bolak-balik (AC) ke
tegangan searah (DC).
Topologi rangkaian penyearah:
1. Penyearah tegangan setengah gelombang
2. Penyearah tegangan gelombang penuh
3. Sistem Centre Tap Transformator

17. a. Sistem Kendali Konverter AC-AC Dioda dan Transformator Satu Fasa
Setengah Gelombang
Variasi tegangan searah keluaran konverter diperoleh dengan cara
memindahkan saklar S ke tap-tap tegangan lain pada trafo. Tegangan
keluaran akan besar jika S pada tap tegangan yang besar dan
sebaliknya tegangan keluaran akan rendah apabila S pada tap
tegangan yang kecil.

18. b. Sistem Kendali Konverter AC-DC SCR Setengah Gelombang Satu Fasa
Sistem ini akan menghasilkan tegangan keluaran yang bervariasi melalui
pengaturan sudut penyalaan SCR. SCR akan konduksi dan mengalirkan arus ke
motor apabila gate mendapat pulsa trigger dan harga tegangan sesaat yang
masuk ke jangkar motor lebih besar dari tegangan back emf (GGL) motor.
Dalam kondisi steady state bentuk persamaan tegangan yang masuk ke motor
adalah
. . . .O a a a a aV E I R c n I R   

19. c. Sistem Kendali dengan Konverter AC_DC Satu Fasa Bridge Setengah
Dikontrol
Konverter AC_DC setengah dikontrol adalah sebuah sistem konverter
penyearah yang mengendalikan tegangan penyearahan gelombang
penuh dengan pengendalian pada sebagian saklar yang terhubung
bridge.
Tegangan terminal pada motor
1
.sin.( . ). (1 cos )Sm
O Sm
V
V V t d t


  
 
  

20. d. Sistem Kendali dengan Konverter AC-DC Tiga Fasa Setengah Terkendali
Mirip dengan sistem konverter ac-dc satu fasa, sistem ini menggunakan
3 buah SCR dan 3 dioda dengan konfigurasi rangkaian yang digunakan
untuk memperoleh gelombang tegangan dc keluaran yang mempunyai
riak yang kecil, sehingga distorsi pada gelombang arus dapat diperkecil
dan juga menyediakan kemampuan daya yang lebih besar dibanding
dengan sistem satu fasa.

21. e. Sistem Kendali dengan Konverter AC-DC SCR Bridge Satu
Fasa Terkendali Penuh
Pengendalian secara penuh dilakukan oleh SCR bagi
gelombang positif dan negatif sinus. Pada kondisi ini akan
dihasilkan polaritas tegangan back emf yang terbalik (negatif).

22. F. Sistem Kendali dengan Konverter AC-DC Bridge Tiga Fasa
Terkendali Penuh
Sistem ini digunakan untuk memperoleh gelombang tegangan
searah keluaran yang mempunyai riak yang kecil, sehingga
distorsi pada gelombang arus dapat diperkecil dan
menyediakan kemampuan daya yang lebih besar, juga
memberikan kondisi operasi regeneratif dimana tegangan emf
akan berharga negatif, akan tetapi arah arus tidak bisa
negatif.

23. G. Kendali dengan Konverter Ganda AC-DC Tiga Fasa (Dual-
Converter)
Teknik ini merupakan pengaturan motor DC guna
memperoleh selain pengendalian kecepatan putaran dalam
dua arah yaitu arah maju dan arah mundur (pembalikan arah
putaran) tanpa menggunakan saklar tukar mekanik. Konverter
ac-dc dapat berupa sistem penyearah setengah gelombang
atau penyearah gelombang penuh setengah dikontrol atau
pengontrolan penuh.

24. TERIMA KASIH