Motor elektrik DC dengan berus

Motor elektrik DC dengan berus merupakan sejenis motor elektrik dengan penukar tertib (komutator) terbina dalam yang direka untuk menggunakan punca arus terus.

Motor DC dwikutub ringkas
Gambar rajah berikut menunjukkan motor DC dwikutub ringkas dengan berus.

Putaran Motor DC
200px
200px
200px
200px
<tr>
<tr valign="top">
Sebuah motor DC ringkas. Semasa arus elektrik melalui gelung, satu medan magnet terhasil di sekeliling armatur. Bahagian kiri armatur ditolak jauh oleh magnet kiri ke arah kanan, menyebabkan putaran.
Armatur terus berputar.
Semasa armatur berkedudukan melintang, penukar tertib menukar arah aliran arus melalui gelung, menterbalikkan medan magnet.
Proses berulang.

Semasa arus melalui gelung yang dililit pada sebatang teras besi lembut, bahagian kutub positif bertindak mengikut daya ke atas, manakala bahagian yang satu lagi pula bertindak mengikut daya ke bawah. Menurut Hukum Tangan Kanan Fleming, paduan daya tersebut menghasilkan kesan memusing pada gelung, menyebabkan ia berputar. Untuk membolehkan motor berputar pada satu arah yang tetap, penukar tertib arus terus menterbalikkan arah arus setiap separuh putaran (bagi motor dwikutub) sekaligus menyebabkan motor terus berputar pada satu arah yang sama. 

Masalah utama dengan rekaan motor ini ialah apabila satah gelung selari dengan medan magnet, iaitu semasa kutub rotor bersudut tepat 90 darjah dengan kutub stator, kilasan yang terhasil ialah sifar. Dalam gambar rajah di atas, keadaan tersebut berlaku semasa teras gelung melintang — kedudukan betul-betul sebelum gambar terakhir di sebelah kanan. Motor tidak berupaya untuk dihidupkan pada kedudukan ini. Namun, sebaik sahaja ia dihidupkan, ia terus berputar melepasi kedudukan ini melalui inertia.

Masih terdapat masalah kedua dengan rekaan ringkas ini. Pada kedudukan kilasan sifar ini, kedua-dua berus penukar tertib menyentuh kedua-dua sesentuh penukar tertib, menghasilkan litar pintas. Masalah di sini ialah keadaan litar pintas ini membazirkan kuasa dengan sia-sia tanpa menghasilkan sebarang gerakan (apatah lagi sebarang arus gelung.) Dalam demonstrasi berkuasa rendah menggunakan bateri ini, keadaan litar pintas ini secara amnya tidak berbahaya. Namun, jika motor dwikutub ini digunakan untuk melakukan kerja sebenar berkadaran beberapa ratus watt, litar pintas ini boleh mengakibatkan pemanasan lampau penukar tertib, kerosakan berus, serta berpotensi untuk mengimpal berus — jika bukan logam — pada penukar tertib. Berus karbon yang digunakan secara meluas tidak akan terkimpal. Walau apa pun, litar pintas sebegini sangat membazir, menghabiskan kuasa bateri dengan cepat dan, paling kurang pun, memerlukan komponen bekalan kuasa untuk direka dengan piawaian yang lebih tinggi daripada yang diperlukan untuk menjalankan motor tersebut tanpa litar pintas.


Satu penyelesaian mudah ialah dengan membuat jurang antara plat penukar tertib lebih besar daripada hujung berus. Ia meningkatkan banjaran sudut kedudukan kilasan sifar tetapi menghapuskan masalah litar pintas. Dengan modifikasi ini, ia boleh mematikan motor dengan hanya menyekatnya pada kedudukan kilasan sifar. Namun, kelemahan ketara bagi penyelesaian mudah ini ialah motor meluncur melalui satu lengkuk putaran dua kali bagi setiap putaran dan kilasan menjadi berdenyut.

Jika aci motor DC dipusingkan oleh daya luaran, motor tersebut akan bertindak sebagai penjana elektrik serta menghasilkan daya gerak elektrik (EMF). Pada operasi biasa, putaran motor akan menghasilkan voltan yang dikenali sebagai daya songsang gerak elektrik atau EMF songsang, kerana ia melawan voltan yang dikenakan pada motor. EMF songsang ini merupakan penyebab motor semasa berputar dengan bebas tidak kelihatan seperti mempunyai rintangan elektrik rendah seperti wayar lilitannya. Ia merupakan EMF dsms ysng dihasilkan semasa motor digunakan sebagai penjana elektrik (contohnya apabila beban elektrik seperti mentol lampu disambung pada terminal motor dan aci motor diputar oleh daya luaran). Oleh itu, jumlah jatuhan voltan merentasi motor terdiri daripada jatuhan voltan EMF songsang, dan jatuhan voltan parasitik yang terhasil daripada rintangan dalaman lilitan armatur. Arus yang melalui motor diberikan melalui persamaan berikut:

Kuasa mekanikal yang dihasilkan diberikan oleh:

Semasa motor DC tanpa beban berputar, ia menghasilkan daya gerak elektrik yang bergerak songsang yang menghalang arus daripada dikenakan pada motor. Arus yang melalui motor jatuh semasa putaran motor meningkan, dan motor yang berputar bebas mempunyai hanya sedikit sahaja arus. Hanya apabila beban dikenakan pada motor sahaja yang memperlahankan rotor serta meningkatkan arus yang mengalir melalui motor.

"Dalam eksperimen bagi motor sebegini dengan magnet yang diuja berasingan, maklumat berikut diperolehi:

 Putaran seminit 0 50 100 160 180 195 Ampere 20   16.2   12.2   7.8   6.1   5.1  

Secara ketaranya, jika motor dibantu untuk berputar pada kelajuan 261.5 putaran seminit, arus yang mengalir melaluinya dikurangkan sehingga sifar. Dalam keputusan terakhir, arus 5.1 ampere diserap untuk memacu armatur melawan geserannya sendiri pada kelajuan 195 putaran seminit."Hawkins Electrical Guide, p.359

Variasi rekaan motor
Motor DC
Motor DC sering dibina dengan rotor belilit serta stator yang terdiri daripada lilitan wayar ataupun magnet kekal.

Stator berlilit
Gelung medan secara tradisionalnya wujud dalam empat format asas: ujaan berasingan, lilitan sesiri, lilitan pirau, serta lilitan majmuk iaitu kombinasi lilitan sesiri dan pirau.

Dalam motor lilitan sesiri, gelung medan disambungkan secara elektrik sesiri dengan gelung armatur (melalui berus). Dalam motor lilitan pirau pula, gelung medan disambung selari, atau "dipiraukan" dengan gelung armatur. Dalam motor ujaan berasingan pula gelung medan mendapat bekalan kuasa berasingan seperti motor-penjana dan arus medan tidak terjejas oleh perubahan pada arus armatur. Sistem ujaan berasingan ada kalanya digunakan dalam motor tarikan DC.

Motor magnet kekal
Motor jenis magnet kekal mempunyai beberapa kelebihan prestasi berbanding jenis motor segerak ujaan arus terus, serta mendominasi aplikasi kuasa kuda pecahan. Ia lebih kecil, lebih ringan, lebih cekap serta lebih boleh diharap berbanding mesin elektrik suapan tunggal.

Asalnya kesemua motor DC industri menggunakan medan gelung atau magnet rotor. Magnet kekal secara tradisionalnya hanya berguna pada motor kecil kerana adalah sukar untuk mencari bahan yang berupaya untuk mengekalkan medan berkekuatan tinggi. Hanya baru-baru ini sahaja kemajuan teknologi bahan membolehkan penciptaan magnet kekal berkeamatan tinggi, seperti magnet neodimium, membolehkan pembangunan motor elektrik padat berkuasa tinggi tanpa tambahan gegelung medan serta kaedah pengujaan. Namun, semasa magnet berprestasi tinggi ini semakin banyak digunakan dalam motor elektrik dan penjana elektrik, masalah lain pula timbul (sila rujuk Penjana segerak magnet kekal).

Motor medan paksi
Secara tradisionalnya, medan magnet dikenakan secara jejari - dalam dan jauh daripada paksi putaran motor. Namun, terdapat rekaan yang mana medan magnetnya mengalir selari dengan paksi motor, dengan rotor memotong garis medan semasa ia berputar. Ia membolehkan medan magnet yang lebih kuat. Hasilnya, kekuatan motor pada kelajuan rendah turut meningkat. Namun demikian, ketumpatan kluks tumpuan tidak boleh naik lebih kurang pada ketumpatan fluks baki terhad bagi magnet kekal walaupun nilai kepaksaannya lebih tinggi dan sebagaimana semua mesin elektrik lain, ketumpatan fluks bagi ketepuan teras magnetik merupakan had rekaan.

Lihat juga
 Motor elektrik DC tanpa berus

Rujukan

Pautan luar
 Bagaimana Motor Berfungsi (motor kapal terbang kawalan jauh dengan dan tanpa berus)
 Teori kawalan kelajuan motor DC

Kategori:Motor elektrik