Mengenal Motor DC, Cara Kerja dan Jenisnya

Motor DC atau disebut juga motor arus searah adalah jenis aktuator atau penggerak yang mengubah energy listrik menjadi gerakan mekanis. Berbeda dengan motor listrik AC yang menggunakan satu fasa atau tiga fasa, Sistem ini menggunakan arus Direct Current (DC) dalam operasinya. 

Motor DC telah secara luas digunakan pada segala aspek kehidupan didunia mulai dari teknologi Komputer atau Smartphone, bidang kesehatan, pertanian, perikanan dan pertambangan baik dalam skala Industri maupun rumah tangga. Hal ini berkaitan dengan fungsi dan penerapan dari motor DC tersebut. Motor DC dapat meningkatkan efisiensi dari sistem, misalnya pada alat penyiram tanaman otomatis , mesin pemberi pakan otomatis,  dan penggerak otomatis pada ventilator kesehatan.

Motor DC juga banyak digunakan pada perangkat elektronik dan robotika. Hal ini dikarenakan perangkat tersebut menggunakan arus DC sebagai sumber daya yang berasal dari baterai atau adaptor listrik. Motor DC banyak digunakan diantaranya sebagai kipas angin, kibrator pada perangkat gadget, alat pijat terapi, penggerak propeller pada mini boat dan penggerak roda pada mobil listrik.

Sejarah Singkat

Sejarah penemuan motor listrik ada awalnya dimulai oleh ilmuwan asal prancis bernama Francois Arago pada tahun 1824. Arago menemukan fenomena medan elektromagnetik rotator yang disebut sebagai rotasi Arago. Penemuannya ini ditindaklanjuti oleh Walter Baily, Ilmuwan asal Amerika yang membuktikan konsep arago untuk membuat dasar motor listrik pertama dengan sistem induksi elektromagnetik. 

Motor dengan sistem arus searah pertama kali dibuat pada tahun 1832 oleh ilmuwan Inggris William Sturgeon. Sturgeon menciptakan motor DC komutator pertama, dengan kemampuan untuk memutar mesin. Motor buatan Sturgeon kemudian dikembangkan dengan lebih baik oleh Thomas Davenport, Ilmuwan asal Amerika. Davenport kemudian mematenkan  motor DC buatannya tahun 1837.

Penemuan Motor DC Davenport memicu banyak ilmuan lain untuk mengembangkan versi motor yang lebih kuat. Pada tahun 1834, insinyur Rusia Moritz von Jacobi membuat versi motor DC yang  terkenal karena sangat kuat, hingga mencetak rekor dunia pada saat itu. Motor DC buatan Jabobi memiliki torsi yang kuat dan memiliki kemampuan untuk menggerakkan perahu berkapasitas 14 orang melintasi sungai.

Tahun  1886, Frank Julian Sprague menemukan motor yang dapat mempertahankan kecepatan konstan di bawah beban variabel. Penemuannya mengarah pada penggunaan motor DC secara komersial, seperti lift listrik pertama dan sistem troli bertenaga. Kepraktisan motor DC ini menyebabkan tingginya permintaan pada  industri maupun kebutuhan rumah.

Konstruksi Motor DC

Pada dasarnya, motor DC memiliki 4 bagian utama diantaranya :

1. Stator 

Stator merupakan bagian yang berfungsi sebagai rangkaian magnetik yang mempunyai sepasang kutub medan magnet yang berlawanan. Secara sederhana bahwa interaksi dua kutub magnet akan menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor DC memiliki kutub medan yang stasioner dan motor yang menggerakkan bearing pada ruang diantara kutub medan. Secara sederhana, Stator motor DC  memiliki dua kutub medan yaitu kutub utara dan kutub selatan.

2. Rotor

Rotor atau Jangkar  berfungsi untuk merubah energi listrik menjadi energi gerak dalam bentuk gerak putar. Jangkar terdiri dari poros baja dimana tumpukan keping-keping inti yang berbentuk silinder. Pada inti jangkar terdapat alur dimana kumparan jangkar dibelitkan.

3. Komutator

Konstruksi dari komutator terdiri dari batangan keras dari tembaga yang diisolasi dengan sejenis mika. Funsgi komutator adalah untuk membalikkan arah arus listrik dalam dinamo. Komutator juga berguna untuk membantu transmisi arus antara dinamo dan sumber daya . 

4. Brush

Brush atau sikat terbuat dari karbon, graphite, logam graphite atau campuran karbon dan grafit yang dilengkapi dengan pegas penekanan dan kontak. Brush biasanya dipasang dengan menumpangkannya pada sisi komutator untuk menyuplai listrik ke motor. Brush digunakan untuk menyuplai  arus dari sumber daya untuk memutar komutator di mana brush juga terhubung ke kumparan.  Jadi,  Brush dan Komutator pada  motor DC berfungsi untuk mentransmisikan  daya dari sumber listrik statis ke rotor.

Prinsip Kerja Motor DC

Bagaimana Sebuah Motor DC bekerja ? Sebelum itu mari kita memahami tentang Elektromagnetisme. Sebuah magnet memiliki dua kutub yaitu kutub Utara dan Selatan, dengan garis gaya magnet dari Utara menuju ke Selatan. Sifat dari magnet adalah tolak menolak apabila kutubnya sama, dan tarik menarik apabila kutubnya berlawanan. Artinya, apabila kedua kutub yang sama didekatkan, garis gaya magnet pada keduanya akan tolak menolak, menghasilkan sebuah gaya dorong pada kedua magnet tersebut. Sebaliknya, apabila kedua kutubnya berlawanan, maka garis gaya magnetnya akan saling tarik menarik, sehingga menghasilkan gaya yang menarik kedua magnet tersebut. 

Garis gaya magnet. source : gifer.com

Gaya ini yang dimanfaatkan oleh motor DC. Motor DC bekerja berdasarkan Induksi Elektromagnetik.  Stator pada motor DC memiliki dua buah magnet permanen dengan bagian kutub dalam yang berlawanan, Selatan-Utara atau Utara Selatan. Sementara pada Stator, terdapat kumparan yang kedua ujungnya terhubung pada komutator. Komutator terhubung dengan sumber daya (baterai atau adaptor) melalui Brush. Bagian internal brush memiliki semacam pegas yang mendorong sambungan sehingga brush dan komutator  akan terhubung terus menerus. 

Pada saat Sumber daya diaktifkan, arus listrik akan mengalir ke kumparan melalui brush dan komutator, sehingga elektron yang mengalir pada kumparan menyebabkan terjadinya induksi elektromagnetik pada kumpran. Induksi ini menghasilkan magnet sementara pada kedua  sisi kumparan dengan kutub yang berlawanan Utara atau selatan, tergantung arah arus dari sumber daya. 

Pada saat Sisi kumparan yang berkutub Utara bertemu dengan Magnet Stator yang berkutub selatan, maka akan terjadi gaya tolak antar kutub tersebut. Hal ini menyebabkan rotor pada motor berputar beberapa derajat. Pada saat rotor berputar, komutator mengubah arah arus listrik  pada kumparan menjadi arah sebaliknya. Hal ini menyebabkan arah garis gaya magnet berbalik arah menjadi berlawanan, sehingga magnet permanen pada sisi sebaliknya akan menolak kutub pada kumparan. Hal ini mengakibatkan gaya dorong sehingga rotor kembali berputar. 

Cara kerja motor DC.. source : wikipedia.org


Siklus ini terus berulang selama sumber daya diaktifkan, karena komutator terus mengubah arah arus pada kumparan sehingga menghasilkan daya tolak pada kedua magnet permanen. Putaran pada rotor motor menghasilkan kekuatan yang disebut Torsi,dan kecepatan putaran yang disebur RPM (Revolution Per Minute).

Jenis Jenis Motor DC

1. Motor Brushed

Motor Brushed adalah motor yang mempunyai brush atau sikat yang dapat bekerja apabila diberikan arus listrik secara langsung. Motor tipe ini adalah yang pertama kali dikembangkan selum jenis motor DC yang lain. Brush terhubung pada komutator yang akan mengubah arah arus pada kumparan motor sehingga berubah pula arah garis gaya magnet pada motor, Sehingga rotor dapat berputar kearah tertentu. 

Motor Brushed memiliki tingkat kecepatan (RPM) dan Torsi yang berbeda, tergantung dari kuat medan magnet permanen dan kuat medan pada kumparan. Kuat medan pada kumparan sendiri ditentukan oleh jumlah lilitan kumpran dan luas penampang pada kawat kumparan.

Jenis Brushed banyak diaplikasikan pada penggerak roda atau kipas angin atau pompa air kecil, karena cara penggunaannya sangat sederhana. 

2. Motor Brushless

Motor Brushless atau tanpa sikat sering juga disebut sebagai motor BLDC (Brush Less Direct Curret). Pda motor Brushed, kumparan berada pada rotor dan medan magnet di stator, sedangkan pada motor brushless adalah kebalikannya, stator adalah kumparan dan rotor adalah magnetnya. Motor ini berputar dengan menghasilkan medan elektromagnetik pada tiga buah kumparan secara bergantian sehingga magnet pada rotor akan menghasilkan putaran.

Motor bruhed dapat dioperasikan secara langsung, hanya dengan menyambungkan sumber tegangan. Sedangkan pada motor brushless harus menggunakan rangkaian tambahan yang biasa disebut ESC (Electronics Speed Controller). Motor ini sering digunakan pada drone atau mini boat karena memiliki RPM yang tinggi.

3. Motor Servo

Motor Servo adalah motoryang dapat mempertahankan posisinya pada derajat tertentu. Pada motor brushed dan brushless, sumber daya yang diberikan akan memutar motor terus menerus, sedangkan motor servo memiliki sirkuit internal yang berfungsi mempertahankan posisi derajat pada motor.


Sirkuit internal ini adalah rangkaian elektronika digital yang memiliki sistem umpan balik. Artinya, posisi derajat motor akan disimpan dan diumpan balik ke sirkuit internal untuk menjaga motor tetap pada posisinya. Motor Servo biasaya digunakan pada aplikasi lengan atau atau gripper robot.

4. Motor Stepper

Motor Stepper adalah motor yang berputar berdasarkan step (langkah) yang ditentukan. Terdapat dua jenis stepper, yaitu stepper bipolar dan unipolar.  Motor ini biasanya memiliki 4 atau 5 input yang yang akan diberikan pulsa digital. Pulsa digital inilah yang akan memutar motor, biasanya satu putaran motor ini harus diberi 24 step sampai 96 step. 

Step ini berguna untuk menentukan berapa putaran motor yang diinginkan. Penerapannya paling banyak digunakan pada rangkaian konveyor atau pada printer 3D. 

Hubungan Torsi dan RPM pada Motor DC

Jika membahas tentang Spesifikasi motor DC, hal yang banyak dipertimbangkan orang adalah torsi dan RPM nya. Semakin besar torsi dan RPM sebuah motor , semakin handal motor tersebut.Lalu apa arti dari torsi dan RPM pada motor DC ?

Torsi adalah kekuatan yang dihasilkan motor DC yang berputar. Semakin besar torsi pada motor, semakin kuat pula motor tersebut dalam mengangkat beban. Torsi dihasilkan oleh fluks magnetik pada magnet permanen dan kumparan. Namun biasanya motor DC memiliki gearbox untuk menambah torsinya. Konsekuensinya adalah, semakin besar torsi, semakin lampat pula RPM nya.

RPM sendiri adalah singkatan dari Revolution Per Minute, adalah jumlah berapa kali siklus putaran pada motor DC tiap satu menit. Motor dengan RPM tinggi biasanya digunakan pada penggerak mobil listrik atau robot. Biasanya, Untuk menghasilkan RPM yang tinggi harus  mengorbankan torsi, sehingga motor DC yang memiliki RPM tinggi umumnya memiliki torsi yang rendah.  

Driver motor DC

Motor DC jenis Brushed dapat dihubungkan langsung dengan tegangan. Namun, pada rangkaian elektronika berbasis digital, arus keluaran umumnya hanya beberapa mili Amper saja, sehingga tidak cukup untuk memutar motor. Hal ini bisa diatasi menggunakan rangkaian Driver. Beberapa rangkaian Driver yang bisa digunakan adalah :

Rangkaian Driver menggunakan Transistor

Rangkaian Driver menggunakan MOSFET

Rangkaian Driver menggunakan IC L293D

Rangkaian Driver menggunakan IC L298

Bagaimana mengatur arah Putaran motor DC ? untuk mengatur putaran motor DC dilakukan dengan membalik polaritas pada input motor. Dengan membalik polaritas, maka potaran motor akan berbalik arah dari semula searah jarum jam (CW) menjadi berlawanan arah jarum jam (CCW). 

Dengan rangkaian diatas, Anda dapat mengatur arah putaran motor karena semua rangkaian tersebut menggunakan konfigurasi jembatan H. Selain arah putaran, rangkaian diatas dapat juga dihubungkan dengan rangkaian pengatur kecepatan motor DC yang berbasis PWM (Pulse Width Modulation).

Kelebihan motor DC

  • Perawatan yang minim
  • Harga yang murah
  • Sederhana dan Mudah digunakan
  • Memiliki banyak jenis sesuai kebutuhan
  • Mudah mengatur kecepatan (RPM)
  • Torsi yang lumayan besar
  • Getaran yang minim
  • Konsumsi energi yang efisien

Fungsi dan Penerapan motor DC

Fungsi utama motor DC adalah sebagai Aktuator (penggerak). Motor DC mengubah gaya listrik menjadi gerakan mekanis. Peralatan yang membutuhkan energi gerak banyak yang menggunakan motor DC diantaranya :

  • Penggerak Roda pada mobil listrik
  • Kipas pendingin Komputer atau laptop
  • Lengan Robot
  • Vibrator getar pada smartphone
  • Konveyor
  • Bor listrik portable
  • Pompa air
  • Ventilator kesehatan
  • dan masih banyak lagi...

0 Response to " Mengenal Motor DC, Cara Kerja dan Jenisnya"

Post a Comment

Iklan Atas Artikel

Iklan Tengah Artikel 1

Iklan Tengah Artikel 2

Iklan Bawah Artikel