Modul IV

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Alat dan Bahan

3. Dasar Teori

1. Laporan Akhir

 1. Tujuan[Kembali] 

a.       Memberikan peringatan dalam bentuk alarm pada oknum yang masih merokok di kawasan tanpa asap rokok.

b.      Memberikan solusi untuk membersihkan asap rokok yang ada di ruangan bebas asap rokok.

2. Alat dan Bahan[Kembali]

a. Arduino Uno

b. LCD

c. LM35

d. Sensor Flame

e. Sensor MQ-2

f. Potensiometer

g. Resistor

h. LED

i. Buzzer

j. Baterai

k. Motor DC

l. Relay

3. Dasar Teori[Kembali]

a.      Komunikasi UART

UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) adalah bagian perangkat keras komputer yang menterjemahkan antara bit-bit parallel data dan bit-bit seri. UART biasanya berupa sirkuit terintegrasi yang digunakan untuk komunikasi serial pada komputer atau port serial perangkat peripheral. Jarak komunikasi yang digunakan tidak lebih dari 15 meter dengan kecepatan 20 kb/s.

Data dikirimkan secara paralel dari data bus ke UART1. Pada UART1 ditambkan start bit, parity bit, dan stop bit kemudian dimuat dalam satu paket data. Paket data ditransmisikan secara serial dari Tx UART1 ke Rx UART2. UART2 mengkonversikan data dan menghapus bit tambahan, kemudian di transfer secara paralel ke data bus penerima.

b.      Arduino Uno

Arduino adalah kit elektronik atau papan rangakaian elektronik open source yag di dalamnya terdapat komponen utama yaitu sebuah chip mikrokontroler dengan jenis AVR dari perusahaan Atmel. Arduino yang digunakan dalam praktikum ini adalah Arduino Uno yang menggunakan chip AVR ATmega 328P. Dalam memprogram Arduino, kita bisa menggunakan komunikasi serial Arduino dapat berhubungan dengan komputer ataupun perangkat lainnya.

           

Adapun spesifikasi dari Arduino Uno ini sebagai berikut :

Microcontroller	ATmega328P
Operating Voltage	5V
Input Voltage (recommended)	7-12 V
Input Voltage (limit)	6-20 V
Digital I/O Pins	14 (of ehich 6 provide PWM output)
PWM Digital I/O Pins	6
Analog Input Pins	6
DC Current per I/O Pin	20 mA
DC Current for 3.3 V Pin	50 mA
Flash Memory	32 KB of which 0.5 KB used by bootloader
SRAM	2 KB
EEPROM	1 KB
Clock Speed	16 MHz

 

            Bagian- bagian Arduino Uno

·         Power USB

Digunakan untuk menghubungkan papan Arduino dengan komputer lewat koneksi USB.

·         Power Jack

Soket baterai atau adaptor digunakan unutk menyuplai Arduino dengan tegangan dari baterai / adaptor 5-12 V pada saat Arduino sedang tidak disambungkan ke komputer. Jika Arduino disambungkan ke komputer melalui USB Arduino akan mendapatkan tegangan dari USB sehingga tidak perlu menggunakan baterai/adapator saat memprogramkan Arduino.

·         Digital Pins I/O

Papan Arduino Uno memiliki 14 digital pin yang berfungsi untuk memberikan nilai logika (0 atau 1) pin berlabel “~” adalah pin-pin PWM (Pulse Width Modulation) yang dapat digunakan untuk menghasilkan PWM.

·         Analog Pins

Papan Arduino Uno memiliki 6 pin analog A0 sampai A5. Digunakan untuk membaca sensor-sensor analog seperti sensor jarak, suhu dsb, dan mengubahnya menjadi nilai digital.

·         LED Power Indicator

Lampu ini akan menyala dan menandakan papan Arduino mendapatkan supply listrik dengan baik.

 

            Bagian-bagian Pendukung

·         RAM

RAM (Random Access Memory) adalah tempat penyimpanan sementara pada komputer isinya dapat diakses dalam waktu yang tetap, tidak memperdulikan letak data tersebut dalam memori atau acak. Secara umum ada 2 jenis RAM yaitu SRAM (Static Random Access Memory) dan DRAM (Dynamic Random Access Memory).

·         ROM

ROM (Read Only Memory) adalah perangkat keras pada komputer yang dapat menyimpan data secara permanen tanpa harus memperhatikan adanya sumber listrik. ROM terdiri dari Mask ROM, PROM, EPROM, EEPROM.

 

c.      LCD

Liquid Crystal Display (LCD) adalah sebuah peralatan elektronik yang berfungsi untuk menampilkan output sebuah sistem dengan cara membentuk suatu citra atau gambaran pada sebuah layar. Secara garis besar komponen penyusun LCD terdiri dari Kristal cair (liquid crystal) yang diapit oleh 2 buah elektroda transparan dan 2 buah filter polarisasi (polarizing filter).

Gambar Penampang Komponen LCD

Keterangan :

1.      Film dengan polarizing filter vertikal untuk mempolarisasi cahaya yang masuk.

2.      Glass Substrate yang berisi kolom-kolom elektroda Indium Tin Oxide (ITO)

3.      Twisted Nematic Liquid Crystal (Kristal cair dengan susunan terpilin)

4.      Glass Substrate yang berisi baris-baris elektroda Indium Tin Oxide (ITO)

5.      Film dengan polarizing filter horizontal untuk memolarisasi cahaya yang masuk.

6.      Reflektor cahaya yang memantulkan cahaya yang masuk LCD kembali ke mata pengamat.

 

Sebuah citra dibentuk dengan mengkombinakasikan kondisi nyala dan mati dari pixel-pixel yang menyusun layar sebuah LCD. Pada umumnya LCD yang dijual di pasaran sudah memiliki integrated circuit tersendiri, sehingga para pemakai dapat mengontrol tampilan LCD dengan mudah dengan menggunalan mikrokontroller untuk mengirimkan data melalui pin-pin input yang sudah tersedia.

d.      LM35

            Sensor suhu LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. Sensor suhu LM35 yang dipakai dalam praktikum berupa komponen-komponen elektronika yang diproduksi oleh National Semiconductor. LM35 memiliki keakuratan tinggi dan kemudahan perancangan jika dibandingkan dengan sensor suhu lain, LM35 juga mempunyai keluaran impedansi yang rendah dan linearitas yang tinggi sehingga dapat dengan udah dihubungkan dengan rangkaian kendali khusus serta tidak memerlukan penyetelan lanjutan.

            Meskipun tegangan sensor ini dapat mencapai 30 volt akan tetapi yang diberikan kesensor adalah sebesar 5 volt, sehingga dapat digunakan dengan catu daya tunggal dengan ketentuan bahwa LM35 hanya membutuhkan arus sebesar 60 µA hal ini berarti LM35 mempunyai kemampuan menghasilkan panas (self-heating) dari sensor yang dapat menyebabkan kesalahan pembacaan yang rendah yaitu kurang dari 0,5 ºC pada suhu 25 ºC.

Bentuk dari LM35 tampak depan dan tampak bawah. 3 pin LM35 menujukan fungsi masing-  masing pin diantaranya, pin 1 berfungsi sebagai sumber tegangan kerja dari LM35, pin 2 atau tengah digunakan sebagai tegangan keluaran atau Vout dengan jangkauan kerja dari 0 Volt sampai dengan 1,5 Volt dengan tegangan operasi sensor LM35 yang dapat digunakan antara 4 Volt sampai 30 Volt. Keluaran sensor ini akan       naik sebesar 10 mV setiap derajad celcius sehingga diperoleh persamaan sebagai berikut :
                                                     VLM35 = Suhu* 10 mV

Secara prinsip sensor akan melakukan penginderaan pada saat perubahan suhu setiap suhu 1 ºC akan menunjukan tegangan sebesar 10 mV. Pada penempatannya LM35 dapat ditempelkan dengan perekat atau dapat pula disemen pada permukaan akan tetapi suhunya akan sedikit berkurang sekitar 0,01 ºC karena terserap pada suhu permukaan tersebut. Dengan cara seperti ini diharapkan selisih antara suhu udara dansuhu permukaan dapat dideteksi oleh sensor LM35 sama dengan suhu disekitarnya, jika suhu udara disekitarnya jauh lebih tinggi atau jauh lebih rendah dari suhu permukaan, maka LM35 berada pada suhu               permukaan dan suhu udara disekitarnya .

Jarak yang jauh diperlukan penghubung yang tidak terpengaruh oleh interferensi dari luar, dengan demikian digunakan kabel selubung yang ditanahkan sehingga dapat bertindak sebagai suatu antenna penerima dan simpangan didalamnya, juga dapat bertindak sebagai perata arus yang mengkoreksi pada kasus yang sedemikian, dengan mengunakan metode bypass kapasitor dari Vin untuk ditanahkan. Berikut ini adalah karakteristik dari sensor LM35:

• Memiliki sensitivitas suhu, dengan faktor skala linier antara tegangan dan suhu 10 mVolt/ºC, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam celcius.
• Memiliki ketepatan atau akurasi kalibrasi yaitu 0,5ºC pada suhu 25 ºC
• Memiliki jangkauan maksimal operasi suhu antara -55 ºC sampai +150 ºC.
• Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 volt.
• Memiliki arus rendah yaitu kurang dari 60 µA.
• Memiliki pemanasan sendiri yang rendah (low-heating) yaitu kurang dari 0,1 ºC pada udara diam.
• Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1 mA.
• Memiliki ketidaklinieran hanya sekitar ± ¼ ºC

e.      Sensor Flame

Sensor api atau Flame sensor merupakan salah satu alat pendeteksi kebakaran melalui adanya nyala api yang tiba-tiba muncul. Besarnya nyala api yang terdeteksi adalah nyala api dengan panjang gelombang 760 nm sampai dengan 1.100 nm. Transducer yang digunakan dalam mendeteksi nyala api adalah infrared.

Sensor api ini biasa digunakan pada ruangan di perkantokan, apartemen, atau perhotelan. Namun, sering juga digunakan dalam pertandingan robot. Fungsi  sensor ini adalah sebagai mata dari robot untuk mendeteksi nyala api. Diharapkan dengan meletakkan sensor api sebagai mata, robot dapat menemukan posisi lilin yang menyala.

Sensor api ini memiliki manfaat yang cukup besar. Salah satu diantaranya adalah mampu meminimalisasi adanya false alarm atau alarm palsu sebagai sebuah tanda akan terjadinya kebakaran. Sensor ini dirancang khusus untuk menemukan penyerapan cahaya pada gelombang tertentu.

Jenis Dan Cara Kerja Sensor Api

Secara umum, prinsip kerja sensor api yaitu memanfaatkan sistem kerja metode optik. Optik yang mengandung ultraviolet, infrared, atau pencitraan visual api, dapat mendeteksi adanya percikan api sebagai tanda awal kebakaran. Jika telah terjadi reaksi percikan api yang cukup sering, maka akan terlihat emisi karbondioksida dan radiasi dari infrared.

Selanjutnya, sensor api terbagi menjadi 4 jenis, diantaranya adalah UV Flame Detektor, UV/IR Flame Detector, Multi-Spectrum IR Flame Detector (MSIR), dan Visual Imaging Detector. Berikut ini penjelasan dan cara kerja sensor api jenis-jenis tersebut.

·         UV Flame Detektor

Sensor api ini menggunakan teknologi ultraviolet sehingga mampu menanggapi radiasi spectral antara 180 nanometer sampai dengan 260 nanometer. Tingkat sensivitas dan respon ultraviolet termasuk baik dan cepat dalam kisaran 0 sampai 50 kaki. Sensor jenis ini sangat sensitif terhadap hal-hal yang bermuatan listrik seperti lampu halogen, busur pengelasan dan petir.

·         UV/IR Flame Detektor

Sensor api ini merupakan sensor api yang menggabungkan atau mengintegrasikan sensor optik ultraviolet ke dalam sensor infrared. Pengintegrasian dual band ini diharapkan dapat membuat detektor ini jauh lebih sensitif terhadap radiasi yang bersifat ultraviolet maupun infrared yang dipancarkan oleh percikan api.

Selain itu, teknologi ini juga memiliki tingkat kekebalan yang lebih tinggi dengan respon yang jauh lebih baik dari teknologi yang sebelumnya. Oleh karena itulah, selain cocok diletakkan di dalam ruangan, teknologi ini juga cocok dipakai di luar ruangan yang bersifat terbuka.

·         Multi-Spectrum IR Flame Detektor (MSIR)

Cara kerja sensor api jenis ini dibuat lebih canggih lagi dari jenis sebelumnya karena mampu memanfaatkan daerah spectral infrared secara maksimal untuk mendeteksi radiasi sumber api. Teknologi Multi-Spectrum IR Flame Detektor (MSIR) ini memiliki sensitivitas yang tinggi karena mampu menjangkau radiasi sumber api hingga 200 kaki dari sumber percikan api, baik indoor atau outdoor.

·         Visual Flame Imaging Detektor

Cara kerja sensor api Visual Flame Imaging ini tergolong lebih canggih dibandingkan dengan tiga teknologi sebelumnya. Mengapa demikian? Hali ini dikarenakan 3 hal berikut ini.

Pertama, teknologi ini menggunakan beberapa perangkat CCD. Perangkat CCD biasa digunakan dalam kamera sirkuit tertutup.

Kedua, teknologi ini menggunakan algoritma sebagai pendeteksi dini untuk menentukan letak percikan api sebagai penyebab kebakaran. Fungsi algoritma adalah menganalisis bentuk dan perkembangan api berdasarkan video yang diperoleh dari komponen CCD. Hasil analisis inilah yang akan menentukan, betul tidaknya sebuah kebakaran.

Ketiga, teknologi ini tidak mendeteksi adanya kebakaran melalui radiasi panas, muatan listrik, cahaya api atau sejenisnya seperti pada ketiga teknologi sebelumnya. oleh karena itulah, sensor api visual flame imaging detektor sangat cocok digunakan pada ruangan yang didalamnya terdapat aktivitas pembakaran. Tentunya, agar tidak terjadi alarm palsu.

f.      Sensor Mq-2

Sensor MQ2 adalah salah  satu sensor yang sensitive terhadap asap rokok. Bahan utama sensor ini adalah SnO₂ dengan konduktifitas rendah pada udara bersih. Jika terdapat kebocoran gas konduktifitas sensor menjadi lebih tinggi, setiap kenaikan konsentrasi gas maka konduktifitas sensor juga naik. MQ2 sensitif terhadap gas LPG, Propana, Hydrogen, Karbon Monoksida, Metana dan Alkohol serta gas mudah terbakar diudara lainnya.

Sensor MQ2 terdapat 2 masukan tegangan yaitu V_H dan V_C. V_H  digunakan untuk tegangan pada pemanas (heater) internal dan V_C merupakan tegangan sumber. Catu daya yang dibutuhkan pada sensor MQ2 adalah V_c < 24VDC dan V_H =5V 0,2 V tegangan DC atau AC.

Sensor gas dan asap ini mendeteksi konsentrasi gas yang mudah terbakar di udara serta asap dan output membaca sebagai tegangan analog. Sensor dapat mengukur konsentrasi gas mudah terbakar dari suhu 300 sampai 10.000 sensor ppm. Dapat beroperasi pada suhu dari -20 sampai 50  dan mengkonsumsi kurang dari 150 mA pada 5V. Dibawah ini merupakan gambar bentuk, internal sensor MQ2.

Berikut konfigurasi dari sensor MQ2 :

a.       Pin 1 merupakan heater internal yang terhubung dengan ground.

b.      Pin 2 merupakan tegangan sumber (V_c) dimana V_c < 24 VDC.

c.       Pin 3 (V_H) digunakan untuk tegangan pada pemanas (heater internal) dimana V_H = 5 VDC.

d.      Pin 4 merupakan output yang akan menghasilkan tegangan analog.

 

Sensor MQ2 berfungsi untuk mendeteksi keberadaan asap yang berasal dari gas yang terbakar di udara. Pada dasarnya sensor ini terdiri dari tabung alumunium yang dikelilingi oleh silicon dan dipusatnya ada elektroda yang terbuat dari aurum dimana ada element pemanasnya. Ketika terjadi proses pemanasan kumparan akan dipanaskan sehingga SnO₂ keramik menjadi semikonduktor atau sebagai penghantar sehingga melepaskan elektron dan ketika asap dideteksi oleh sensor dan mencapai aurum elektroda maka elektroda sensor MQ2 akan menghasilkan tegangan analog. Sensor MQ2 ini memiliki 6 buah masukan yang terdiri dari tiga buah power supply sebesar 5 V untuk mengaktifkan heater dan sensor, ground, dan pin keluaran dari sensor tersebut.

g.      Potensiometer

        Potensiometer (POT) adalah salah satu jenis resistor yang nilai resistansinya dapat diatur sesuai kebutuhan rangkaian elektronika ataupun kebutuhan pemakainya. Potensiometer merupakan keluarga resistor yang tergolong dalam kategori variable resistor. Secara struktur, potensiometer terdiri dari 3 kaki terminal dengan seuah shaft atau tuas yang berfungsi sebagai pengaturnya.

 

Pada dasarnya bagian-bagian penting dalam komponen potensiometer adalah :

- Penyapu atau disebut juga dengan wiper

- Element Resistif

- Terminal

Prinsip kerja :

Sebuah potensiometer (POT) terdiri dari sebuah elemen resistif yang membentuk jalur (track) dengan terminal di kedua ujungnya. Sedangkan terminal lainnya (biasanya berada di tengah) adalah peyapu (wiper) yang dipergunakan untuk menentukan pergerakan pada jalur elemen resistif (Resistive). Pergerakan penyapu (Wiper) pada jalur elemen resistif inilah yang mengatur naik turunnya nilai resistansi sebuah potensiometer.

            Elemen resistif pada potensiometer umumnya terbuat dari bahan campuran metal (logam) dan keramik atau bahan karbon (Carbon). Berdasarkan Track (jalur) elemen resistifnya. Potensiometer dapat digolongkan menjadi 2 jenis yaitu potensiometer linear (Linear potensiometer) dan potensiometer logaritmik (Logarithmic potesiometer).

Dengan kemampuan yang dapat mengubah resistansi atau hambatan, potensiometer sering digunakan dalam rangkaian atau peralatan elektronika denga  fungsi-fungsi sebagai berikut:

- Sebagai pengatur volume pada berbagai peralatan Audio/Video seperti Amplifier, Tape           mobil, DVD Player.

- Sebagai pengatur tegangan pada rangkaian power supply

- Sebagai pembagi tegangan

- Aplikasi switch TRIAC

- Digunakan sebagai Joystick pada Tranduser.

- Sebagai pengendali level sinyal.

 

h.      Resistor

          Resistor merupakan salah satu komponen yang paling sering ditemukan dalam rangkaian elektronika. Hampir setiap peralatan elektronika mengguakannya. Pada dasarnya resistor adalah komponen elektronika pasif yang memiliki nilai resistansi atau hambatan tertentu yang berfungsi untuk membatasi dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian elektronika. Resistor atau dalam bahasa indonesia sering disebut dengan hambatan atau tahanan dan biasanya disingkat dengan huruf “R”. Satuan hambatan atau resistansi adalah Ohm.

 

Cara Menghitung nilai resistor :

        Nilai resistor yang berbentuk axial adalah diwakili oleh warna-warna                 yang terdapat di tubuh (body) resistor itu sendiri dalam bentuk gelang.                         Umumnya  terdaoat 4 gelang di tubuh resisitor tetapi ada juga yang 5 gelang.

            Gelang warna emas dan perak biasanya terletak agak jauh dari gelang warna lainnya sebagai tanda gelang terakhir. Gelang terakhirnya ini juga merupakan nilai toleransi pada nilai resistor yang bersangkutan.

Tabel di bawah ini merupakan warna-warna yang terdapat di tubuh resistor :

Perhitungan:

        i. LED

    LED (Light Emirring Diode) merupakan komponen elektronika yang dapat memancarkan cahaya monokromatik ketika diberikan tegangan maju. LED merupakan keluarga diode yang terbuat dari bahan semikonduktor. Warna-warna cahaya yang dipancarkan oleh LED tergantung pada bahan semikonduktor yang digunakan. Pada praktikum ini digunakan LED bewarna hijau, kuning dan merah. LED hijau terbuat dari bahan semikonduktor Alumunium Gallium Phosphide (AlGap) dengan wavelength 550-570nm. LED kuning terbuat dari bahan semikonduktor Gallium Arsenide Phospide Mitride (GaAsP-N) dengan wavelength 585-595nm. Dan untuk LED merah terbuat dari bahan semikonduktor Gallium Arsenide Phosphide (GaAsP) dengan wavelength 630-660nm.

Bentuk LED mirip dengan bohlam (bola lampu) yang kecil dan dapat dipasangan dengan mudah dalam berbagai perangkat elektronika. Berbeda dengan lampu pijar, LED tidak memerlukan pembakaran filament sehingga tidak menimbulkan panas dalam menghasilkan cahaya.

Cara Kerja LED, seperti dikatakan sebelumnya. LED merupakan keluarga dari diode yang terbuat dari bahan semikonduktor. Cara kerjanya pun hampir sama dengan diode yang memiliki dua kutub yaitu kutub positif (P) dan kutub negative (N). LED hanya akan memancarkan cahaya apabila dialiri dengan tegangan maju (biasforward) dari Anoda menuju ke Katoda.

LED terdiri dari sebuah chip semikpnduktpr yang di doping sehingga menciptakan junction N dan P. Yang dimaksud dengan proses doping dalam semikonduktor adalah proses untuk menambahkan ketidakmurnian (impurity) pada semikonduktpr yang murni sehingga menghasilkan karakteristik kelistrikan yang diinginkan. Ketika LED dialiri tegangan maju atau bias forward yaitu dari anoda (P) menuju ke katoda (N). Kelebihan elektron pada N-Type material akan berpindah ke wilayah yang kelebihan Hole (lubang) yaitu wilayah yang bermuatan positif (P-Type material). Saat elektron berjumpa dengan Hole akan melepaskan photon dan memancarkan cahaya monokromatik (Satu warna).

LED atau Light Emitting Diode yang memancarkan cahaya ketika dialiri tegangan maju ini juga dapat digolongkan sebagai tranduser yang dapat mengubah energi listrik menjadi energi cahaya.

j. Buzzer

Buzzer listrik adalah sebuah komponen elektronika yang dapat mengubah sinyal listrik menjadi getaran suara. Pada umumnya, buzzer yang merupakan sebuah perangkat audio ini sering digunakan pada rangakaian anti-maling, alarm pada jam tangan, bel rumah, peringatan mundur pada truk, pada perangkat peringatan bahaya lainnya. Jenis buzzer yang sering ditemukan dan digunakan adalah buzzer yang berjenis Piezoelectric, hal ini dikarenakan buzzer piezoelectric memiliki berbagai kelebihan seperti lebih murah dan relative lebih ringan dan lebih mudah dalam menggabungkannya ke rangkaian elektronika lainnya. Buzzer yang termasuk dalam keluarga Transduser ini juga sering disebut dengan Beeper.

k. Motor DC

Motor listrik DC atau DC motor adalah suatu perangkat yang mengubah energi listrik menjadi energi kinetic atau gerakan (motion). Motor DC ini juga dapat disebut sebagai motor arus searah. Seperti namanya, DC Motor memiliki dua terminal dan memerlukan tegangan arus searah atau DC (Direct Current) untuk dapat menggerakannya.Motor Listrik DC ini biasanya digunakan pada perangkat-perangkat Elektronik dan listrik yang menggunakan sumber listrik DC seperti Vibrator Ponsel, Kipas DC dan Bor Listrik DC.

Motor Listrik DC atau DC Motor ini menghasilkan sejumlah putaran per menit atau biasanya dikenal dengan istilah RPM (Revolutions per minute) dan dapat dibuat berputar searah jarum jam maupun berlawanan arah jarum jam apabila polaritas listrik yang diberikan pada Motor DC tersebut dibalikan. Motor Listrik DC tersedia dalam berbagai ukuran rpm dan bentuk. Kebanyakan Motor Listrik DC memberikan kecepatan rotasi  sekitar 3000 rpm hingga 8000 rpm dengan tegangan operasional dari 1,5V hingga 24V. Apabile tegangan yang diberikan ke Motor Listrik DC lebih rendah dari tegangan operasionalnya maka akan dapat memperlambat rotasi motor DC tersebut sedangkan tegangan yang lebih tinggi dari tegangan operasional akan membuat rotasi motor DC menjadi lebih cepat. Namun ketika tegangan yang diberikan ke Motor DC tersebut turun menjadi dibawah 50% dari tegangan operasional yang ditentukan maka Motor DC tersebut tidak dapat berputar atau terhenti. Sebaliknya, jika tegangan yang diberikan ke Motor DC tersebut lebih tinggi sekitar 30% dari tegangan operasional yang ditentukan, maka motor DC tersebut akan menjadi sangat panas dan akhirnya akan menjadi rusak.

Pada saat Motor listrik DC berputar tanpa beban, hanya sedikit arus listrik atau daya yang digunakannya, namun pada saat diberikan beban, jumlah arus yang digunakan akan meningkat hingga ratusan persen bahkan hingga 1000% atau lebih (tergantung jenis beban yang diberikan). Oleh karena itu, produsen Motor DC biasanya akan mencantumkan Stall Current pada Motor DC. Stall Current adalah arus pada saat poros motor berhenti karena mengalami beban maksimal.

Prinsip kerja motor DC terdapat dua bagian utama pada sebuah Motor Listrik DC, yaitu Stator dan Rotor. Stator adalah bagian motor yang tidak berputar, bagian yang statis ini terdiri dari rangka dan kumparan medan. Sedangkan Rotor adalah bagian yang berputar, bagian Rotor ini terdiri dari kumparan Jangkar. Dua bagian utama ini dapat dibagi lagi menjadi beberapa komponen penting yaitu diantaranya adalah Yoke (kerangka magnet), Poles (kutub motor), Field winding (kumparan medan magnet), Armature Winding (Kumparan Jangkar), Commutator (Komutator) dan Brushes (kuas/sikat arang).

Pada prinsipnya motor listrik DC menggunakan fenomena elektromagnet untuk bergerak, ketika arus listrik diberikan ke kumparan, permukaan kumparan yang bersifat utara akan bergerak menghadap ke magnet yang berkutub selatan dan kumparan yang bersifat selatan akan bergerak menghadap ke utara magnet. Saat ini, karena kutub utara kumparan bertemu dengan kutub selatan magnet ataupun kutub selatan kumparan bertemu dengan kutub utara magnet maka akan terjadi saling tarik menarik yang menyebabkan pergerakan kumparan berhenti.

Untuk menggerakannya lagi, tepat pada saat kutub kumparan berhadapan dengan kutub magnet, arah arus pada kumparan dibalik. Dengan demikian, kutub utara kumparan akan berubah menjadi kutub selatan dan kutub selatannya akan berubah menjadi kutub utara. Pada saat perubahan kutub tersebut terjadi, kutub selatan kumparan akan berhadap dengan kutub selatan magnet dan kutub utara kumparan akan berhadapan dengan kutub utara magnet. Karena kutubnya sama, maka akan terjadi tolak menolak sehingga kumparan bergerak memutar hingga utara kumparan berhadapan dengan selatan magnet dan selatan kumparan berhadapan dengan utara magnet. Pada saat ini, arus yang mengalir ke kumparan dibalik lagi dan kumparan akan berputar lagi karena adanya perubahan kutub. Siklus ini akan berulang-ulang hingga arus listrik pada kumparan diputuskan.

·         Jenis-jenis Motor DC (Motor Arus Searah)

1.      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 diatas ini. 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.

 

2.      Motor DC Sumber Daya Sendiri (Self Excited DC Motor)

Pada Motor DC jenis Sumber Daya Sendiri atau Self Excited Motor DC ini, kumparan medan (field winding) dihubungkan secara seri, paralel ataupun kombinasi seri-paralel dengan kumparan angker (armature winding). Motor DC Sumber Daya Sendiri ini terbagi lagi menjadi 3 jenis Motor DC yaitu Shunt DC Motor, Series DC Motor dan Compound DC Motor.

 

 

a. Motor DC tipe Shunt (Shunt DC Motor)

Motor DC tipe Shunt adalah Motor DC yang kumparan medannya dihubungkan secara paralel dengan kumparan angker (armature winding). Motor DC tipe Shunt ini merupakan tipe Motor DC yang sering digunakan, hal ini dikarenakan Motor DC Shunt memiliki kecepatan yang hampir konstan meskipun terjadi perubahan beban (kecepatan akan berkurang apabila mencapai torsi (torque) tertentu). Karena Kumparan Medan dan Kumparan Angker dihubungkan 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 ataupun seri dengan kumparan angker. Jika resistor/tahanan tersebut dipasangkan secara seri dengan kumparan medan maka kecepatannya akan berkurang, sedangkan apabila resistor/tahanan tersebut dipasangkan secara seri dengan kumparan angker maka kecepatannya akan bertambah.

 

b. Motor DC tipe Seri (Series DC Motor)

Motor DC tipe Seri atau dalam bahasa Inggris disebut dengan Series DC Motor ini 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.

 

c. Motor DC tipe Gabungan (Compound DC Motor)

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 DC tipe Gabungan (Compound DC Motor) ini dapat dibedakan lagi menjadi dua jenis yaitu Long Shunt Compound DC Motor yang kumparan medannya dihubungkan secara paralel dengan kumparan angkernya saja dan dan Short Shunt Compound DC Motor yang kumparan medannya secara paralel dengan kombinasi kumparan medan seri.