Mesin arus searah adalah mesin listrik yang memanfaatkan sumber listrik arus searah dalam prinsip kerjanya. Jenis mesin arus searah berdasarkan prinsip kerjanya terbagi menjadi generator arus searah dan motor arus searah. Masing-masing mengadakan transformasi energi dari energi listrik menjadi energi mekanis (motor listrik) atau dari energi mekanis menjadi energi listrik (generator listrik). Mesin arus searah memanfaatkan energi radiasi dari medan magnet sebagai perantara untuk dapat mengadakan trasnformasi energi. Bagian-bagian utama dalam mesin arus searah meliputi bagian yang diam (stator), bagian yang bergerak dan penyimpanan energi mekanis (rotor), tempat pemindahan energi (celah udara) dan tempat penyearahan arus listrik (komutator atau cincin belah pada rotor).^[1] Berdasarkan penguatan yang diberikan, mesin arus searah dapat dibedakan menjadi mesin arus searah berpenguatan bebas dan mesin arus searah berpenguatan sendiri.^[2]

Bahan

Bahan-bahan yang digunakan untuk membuat mesin arus searah memiliki sifat feromagnetik. Bagian dari mesin-mesin arus searah terbuat dari bahan baja tuang dan besi lunak. Baja tuang digunakan dalam pembuatan badan mesin bagian luar. Semenatara besi lunak digunakan untuk pembuatan kumparan jangkar dan inti magnet. Besi lunak dibuat berbentuk pelat. Besi lunak pada generator arus searah disebut besi silikon. Ikatan kimia yang membentuk besi silikon tersusun dari gabungan baja, karbon, silisum dan fosfor. Kualitas bahan magnet penyusun mesin arus searah ditentukan oleh tingkat teknologi produksinya.^[3]

Konstruksi

Mesin arus searah tersusun dari tiga jenis bagian konstruksi, yaitu stator, rotor dan celah udara. Statir merupakan bagian mesin yang diam, sedangkan rotor merupakan bagian mesin yang berputar. Sementara celah udara merupakan bagian berupa ruangan antara bagian stator dan rotor.^[4]

Jenis

Generator arus searah

Generator arus searah merupakan generator listrik yang mengubah energi mekanis menjadi energi listrik dalam bentuk arus searah. Penemuan fenomena induksi elektromagnetik menjadi langkah awal dalam memulai sejarah perancangan generator arus searah. Prinsip kerja generator arus searah didasari oleh keberadaan gaya gerak listrik induksi. Dalam generator arus searah, gaya gerak listrik induksi dibuat hanya mampu bergerak ke satu arah. Pengaturan arah ini dilakukan oleh komponen utama dari generator arus searah yang disebut komutator atau cincin belah.^[5]

Komutator pada generator arus searah akan mengganti kontak beban terminal listrik ketika gaya gerak listrik timbul. Cara kerja ini kemudian akan menghasilakn arus listrik yang searah melalui pergantian kontak. Penyearahan ini disebabkan tegangan listrik hanya berada pasa satu tanda arah (posistif atau negatif). Arus searah yang dihasilkan oleh generator arus searah bersifat tidak sempurna sehingga mempunyai riak tegangan listrik. Jumlah segmen yang terpasang pada komutator menentukan tingginya riak. Semakin banyak segmen di dalam komutator, maka semakin kecil riak yang dihasilkan. Sebaliknya, semakin sedikit segmen komutator maka riak yang dihasilkan semakin besar. Jumlah kumparan di dalam generator arus searah juga menentukan besarnya riak di dalam arus searah yang dihasilkan. Perbandingan terbalik berlaku antara jumlah kumparan dengan besar riak generator arus searah. Riak akan semakin besar ketika jumlah kumparan semakin sedikit dan begitu pula sebaliknya.^[6]

Generator arus searah dapat ditempatkan secara tetap maupun bergerak terhadap beban. Pemilihan jenis penempatan disesuaikan dengan kegunaan generator itu sendiri. Penempatan secara diam atau tetap pada generator arus searah umumnya digunakan untuk keperluan pengisian energi listrik. Pengisian akumulator pada perusahaan pengisi akumulator merupakan salah satu contoh penerapannya. Sementara generator arus searah yang bergerak dengan beban umumnya dijadikan sebagai pendukung daya guna dari generator listrik arus bolak-balik. Dukungan yang diberikan oleh generator arus searah kepada generator arus bolak-balik berupa peran sebagai sumber penguat magnet. Dalam hal demikian, generator arus searah menjadi generator pendukung bagi generator arus bolak-balik yang menjadi generator listrik yang utama pada pembangkit listrik arus bolak-balik.^[3]

Motor arus searah

Motor arus searah merupakan motor listrik yang memiliki kemampuan untuk mengubah sumber energi listrik arus searah menjadi energi mekanis melalui transformasi energi. Energi mekanis yang dihasilkan tersimpan dalam bentuk putaran. Cara kerja motor arus searah didasari oleh penggunaan medan magnet. Motor arus searah mempunyai dua jenis kumparan yaitu kumparan medan dan kumparan jangkar. Kedua jenis kumparan ini saling berinteraksi untuk membentuk fluks magnetik. Fluks magnet yang arah pengalirannya dimulai dari kutub utara ke kutub selatan dihasilkan oleh kumparan medan. Sementara itu, kumparan jangkar menimbulkan fluks magnetik dengan arah pengaliran yang melingkar. Motor arus searah digunakan pada berbagai pengaturan kerja dengan tingkat perubahan kecepatan dan beban kerja yang beragam. Motor arus searah dikenal juga sebagai motor traksi arus searah ketika dikaitkan dengan transportasi rel. Lokomotif atau kereta merupakan pemakai umum dari motor arus searah.^[7]

Efisiensi

Tingkat efisiensi dari mesin arus searah ditentukan oleh perbandingan secara persentase antara daya yang dihasilkan dengan daya yang menjadi masukan. Pada generator arus searah, daya masukkannya berupa daya mekanik, sedangkan daya keluarkannya berupa daya listrik. Sebaliknya, pada motor arus searah daya masukannya berupa daya listrik, sedangkan daya keluarannya berupa daya mekanik. Perhitungan tingkat efisiensi pada kedua jenis mesin arus searah ini memerlukan satuan yang sama sehingga harus diubah menjadi satu daya kuda.^[8]

Efisiensi dari mesin arus searah juga memperhitungkan rugi-rugi dayanya. Rugi daya ini dibedakan menjadi rugi rotasi, rugi inti, rugi tembaga dan rugi beban sasar. Rugi rotasi merupakan rugi akibat adanya gaya gesek dari bantalan, sikat arang dan angin. Rugi inti terjadi akibat adanya histeresis dan arus pusar. Rugi tembaga merupakan rugi yang tiimbul akibat adanya tembaga pada kumparan medan yang terhubung paralel dan seri. Selain itu,, rugi tembaga timbul akibat adanya tembaga pada kumparan bantu dan kumparan kompensasi. Sedangkan rugi beban sasar terjadi akibat adanya distorsi fluks magnetik, ketidaksesuaian arus listrik pada kumparan jangkar dan arus hubung singkat pada kumparan.^[9]

Alih fungsi

Generator arus searah merupakan mesin arus searah yang dapat dialih-fungsikan menjadi motor arus searah. Caranya dengan memutar balik posisi rangkaian listrik pada kumparan utama dan kumparan bantunya. Pembalikan posisi kumparan berarti pembalikan fungsi transformasi energi. Hal ini menimbulkan adanya gaya gerak listrik yang berlawanan. Dalam kondisi pembalikan ini, fungsi generator listrik berubah menjadi fungsi motor listrik.^[10]

Referensi

Catatan kaki

Daftar pustaka

• Anthony, Zuriman (2018). Premadi, Aswir, ed. Mesin Listrik Dasar (PDF). Padang: ITP Press. ISBN 978-602-70570-8-1.  Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
• Irawati (2020). Pengantar Teknik Tenaga Listrik. Sleman: Deepublish. ISBN 978-623-02-2122-4.  Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
• Soebyakto (2017). Fisika Terapan 2 (PDF). Tegal: Badan Penerbit Universitas Pancasakti Tegal. ISBN 978-602-73169-4-2.  Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)