Motor DC disikat (brushed DC motor) tradisional (biasa digunakan pada mainan elektrik dan kipas angin) mengandalkan kontak geser mekanis antara sikat stasioner dan komutator yang berputar. Ini secara otomatis mengalihkan arah arus pada kumparan rotor saat berputar, menghasilkan torsi elektromagnetik yang berkelanjutan.
Stator bersifat stasioner. Pada motor DC sederhana, stator terdiri dari magnet permanen di kedua sisi rumah motor (kutub N/merah di sebelah kiri, kutub S/biru di sebelah kanan), menghasilkan medan magnet horizontal yang mengarah dari kiri ke kanan.
Rotor adalah bagian yang berputar di tengah, dililit dengan kabel tembaga. Ketika dialiri arus listrik, kumparan ini bertindak sebagai elektromagnet. Kutub magnet kumparan ini berinteraksi dengan magnet stator ("kutub sejenis tolak-menolak, kutub berlawanan tarik-menarik"), menggerakkan rotor untuk berputar.
Dua segmen komutator tembaga berbentuk setengah lingkaran pada poros terhubung ke ujung kumparan. Dua sikat karbon stasioner di kedua sisi terhubung ke sumber daya DC. Saat rotor berputar, segmen komutator secara bergantian menyentuh sikat, secara otomatis membalikkan arah arus kumparan saat melewati titik mati vertikal untuk menjaga rotasi terus-menerus!
Dalam model interaktif ini, sisi kiri menampilkan penampang fisik dari motor DC disikat, dan sisi kanan menunjukkan sirkuit koneksinya. Ketika motor terhubung ke daya DC, arus mengalir melalui sikat stasioner ke dalam kumparan rotor, menghasilkan torsi elektromagnetik. Rotor berputar karena tarikan magnet. Setiap kali rotor berputar 180° dan melewati garis tengah, celah di antara segmen komutator melewati sikat, membalikkan polaritas arus yang mengalir ke kumparan. Ini memastikan arah torsi tetap konsisten sepanjang rotasi.
Memuat...
| Langkah | Sudut Rotor | Kontak Sikat (+) | Kontak Sikat (-) | Torsi Elektromagnetik | Arus Kumparan |
|---|
Komutator adalah satu set segmen kontak tembaga (dua segmen dalam model yang disederhanakan ini) yang dipasang pada poros rotor, berputar bersamanya. Sikat adalah blok karbon stasioner yang ditekan pada komutator oleh pegas. Saat rotor berputar, sikat menyentuh segmen yang berbeda secara bergiliran. Karena satu sikat bermuatan positif dan yang lainnya negatif, arah arus melalui kumparan berbalik secara mekanis setiap kali rotor melewati titik tengah vertikal. Ini memastikan kutub magnet rotor selalu menolak dan menarik magnet stator dengan cara yang menghasilkan torsi searah jarum jam terus menerus.
Ini adalah keuntungan terbesar dari motor DC disikat! Komutasi ditangani sepenuhnya secara mekanis oleh antarmuka sikat-komutator yang bertindak sebagai sakelar fisik. Cukup dengan menerapkan tegangan DC ke terminal membuat motor berjalan terus-menerus. Sistem ini tidak memerlukan mikrokontroler (MCU), chip driver (MOSFET), atau algoritme sensor posisi rotor, sehingga sistem ini sangat murah dan sederhana.
Ada tiga kelemahan utama:
• Keausan sikat dan masa pakai yang singkat: Gesekan geser konstan antara sikat dan komutator mengikis sikat karbon dari waktu ke waktu, membutuhkan perawatan atau penggantian berkala.
• Lengkung api (arcing) dan gangguan elektromagnetik (EMI): Saat sikat beralih kontak, lengkung api listrik terjadi karena induktansi kumparan. Ini menciptakan percikan api kecil (tidak cocok untuk lingkungan ledakan) dan menghasilkan kebisingan listrik signifikan yang mengganggu elektronik di sekitarnya.
• Disipasi panas dan efisiensi yang buruk: Kumparan penghasil panas berada di rotor yang berputar, sehingga sulit untuk mentransfer panas secara langsung ke casing luar, yang membatasi kerapatan daya motor.
Prinsip dasarnya identik. Namun, untuk mencegah motor macet pada titik mati vertikal 90° (di mana motor tidak dapat mulai berputar dari posisi diam), motor mainan praktis biasanya menggunakan rotor 3-kutub (tiga gigi inti dan tiga segmen komutator). Desain ini memastikan bahwa setidaknya dua fase selalu diberi energi pada sudut tertentu, memungkinkan motor untuk memulai sendiri secara andal dari posisi statis apa pun dan berjalan dengan torsi yang lebih halus dan merata.