Cara Merubah Motor DC Menjadi Generator DC atau Sebaliknya

Seperti yang telah kita bahas pada dua artikel sebelumnya mengenai motor DC dan generator DC, keduanya memiliki komponen-komponen yang sama persis. Meskipun demikian, fungsi dari keduanya saling bertolak belakang. Motor listrik berfungsi untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanis, sedangkan generator berfungsi untuk mengubah energi mekanis menjadi energi listrik.

Motor dan generator listrik DC sama-sama mengadopsi salah satu hukum fisika terkenal yakni hukum Faraday. Hukum Faraday menjelaskan adanya fenomena induksi elektromagnetik, mengenai hubungan antara medan magnet, gaya gerak listrik, serta gaya mekanis. Jika ada sebuah kawat yang bergerak sehingga memotong garis gaya magnet, maka akan secara alami terbangkitkan gaya gerak listrik pada kawat tersebut. Fenomena ini yang menjadi prinsip dasar generator DC. Sedangkan jika ada sebuah kawat kumparan beraliran listrik searah sedang berada di tengah-tengah medan magnet, maka pada kumparan tersebut akan timbul gaya dorong atau yang biasa kita kenal dengan sebutan gaya Lorentz. Fenomena ini menjadi prinsip dasar motor listrik DC.

Gaya Lorentz adalah gaya dorong yang timbul sebagai akibat adanya kawat berarus listrik bergerak melintasi medan magnet sehingga memotong garis gaya magnet tersebut. Arah gaya Lorentz yakni tegak lurus terhadap arah arus listrik dan medan magnet sesuai dengan kaidah tangan kiri Fleming. Nilai dari gaya Lorentz yang terbangkitkan dapat dihitung dengan menggunakan rumus sederhana berikut:

F = BLI

Dimana F = Gaya Lorentz (N), B = kerapatan medan magnet (tesla), L = panjang kawat (m), I = arus listrik (Ampere).

Seperti yang telah kita bahas di atas, Hukum Faraday juga terbukti bekerja pada kebalikan dari gaya Lorentz. Jika sebuah kawat bergerak dengan kecepatan tertentu memotong garis gaya magnet, maka pada kawat tersebut akan timbul gaya gerak listrik (GGL). Arah arus listrik GGL yang terbangkitkan dapat dengan mudah kita tentukan dengan menggunakan kaidah tangan kanan Fleming. Besar voltase yang terbangkitkan dapat ditentukan dengan menggunakan rumus berikut:

E = BLv

Dimana E = tegangan GGL (volt), v = kecepatan gerakan kawat (^m/_s)

Sesuai dengan dasar-dasar di atas dan hanya jika mesin DC menggunakan magnet permanen, maka secara prinsip merubah sebuah mesin DC dari motor menjadi generator ataupun sebaliknya dapat dilakukan dengan sangat sederhana. Yakni dengan membalik arah konversi energi yang terjadi. Motor listrik DC dapat diubah menjadi generator dengan jalan memutus sumber tegangan input motor dan memberikan putaran terbalik kepada poros motor tersebut. Jika arah putaran poros tidak dibalik, maka arah arus listrik yang terbangkitkan akan berlawanan dengan arah arus listrik asli motor listrik (kutub positif dan negatif kabel motor akan terbalik).

Prinsip tersebut sesuai dengan kaidah tangan kanan dan kiri Fleming yang saling berkebalikan. Tampak pada kedua kaidah tangan kanan dan kiri Fleming ini saling berkebalikan di arah arus listrik (jari tengah). Sehingga jika kita ingin merubah arah konversi energi dari sebuah mesin DC, maka arah arus listrik DC pada kumparan kawat dapat kita balik untuk mendapatkan arah putaran poros yang tetap. Namun jika ingin mendapatkan arah arus listrik tetap seperti semula, maka arah putaran rotor yang perlu kita balik.

Video Animasi Merubah Motor DC Menjadi Generator

Tidak semua motor DC dapat diubah dengan mudah menjadi generator DC ataupun sebaliknya. Berikut beberapa catatan mengenai hal ini:

1. Motor atau generator DC harus menggunakan magnet permanen pada salah satu rotor atau statornya, dan rangkaian kumparan di sisi lawannya. Kumparan berfungsi untuk membangkitkan GGL yang ditangkap dari induksi medan magnet. Ketidakadaan magnet permanen di salah satu komponen rotor atau stator, maka motor DC tidak akan bisa digunakan sebagai generator atau demikian sebaliknya. Sebagai contoh, motor stepper DC tidak akan bisa digunakan sebagai generator DC karena bagian rotor motor ini menggunakan besi dan bukan magnet permanen.
2. Sebuah motor DC terkadang tidak memiliki impedansi yang tepat jika digunakan sebagai generator. Dengan kata lain kita tidak akan dengan mudah mentransmisikan banyak daya ke beban yang ditanggung generator. Sebuah motor DC kecil (misalnya kipas pendingin CPU) tentu tidak cocok untuk digunakan sebagai generator dengan beban besar. Kipas ini didesain dapat bekerja dengan sumber tenaga yang kecil namun dapat berputar dengan cepat. Jika digunakan terbalik, maka tentu kita membutuhkan putaran kipas yang cepat untuk menghasilkan tenaga listrik yang kecil saja.
3. Mengubah fungsi mesin DC dari sebelumnya motor menjadi generator atau sebaliknya, perlu modifikasi khusus jika diterapkan pada mesin DC tipe brushless (tanpa sikat karbon). Mesin DC tipe brushless menggunakan permanen motor untuk sisi rotornya dan kumparan berada pada sisi stator. Untuk membangkitkan fungsi medan magnet pada stator diperlukan sebuah sistem kontrol komputasi khusus yang tidak terdapat pada mesin DC dengan brush. Karena penggunaan sistem komputasi ini membutuhkan daya khusus, maka memerlukan perhatian khusus pula untuk mengubah fungsi sebuah mesin DC tipe brushless.

(Pembaruan terakhir: 16 November 2019)
Referensi

• Electric Drive
• How can I convert a DC motor into a generator?
• Motor as Generator

Artikel-Teknologi.com didukung oleh Pusat Pakaian Dalam