Skip to content

Search ARSTEMA

Type a chapter, term, symptom, or tool.

    Back to the atlas
    Electrical & Control · Chapter 45Applied

    By Kurnia · Published September 30, 2026 · Revised October 29, 2026 · Version 3 · 24 min read

    Motor DC, motor universal, dan motor BLDC

    Motor DC, motor universal, dan motor BLDC sama-sama bekerja dengan GGL lawan yang sebanding kecepatan dan torsi yang sebanding arus; perbedaannya ada pada cara arus jangkar dibalik, yaitu dengan komutator dan sikat atau dengan sakelar elektronik. Bab ini menjelaskan persamaan tegangan dan kecepatan motor DC, jenis penguatan terpisah, shunt, seri, kompon, dan magnet permanen, pengaturan kecepatan dengan tegangan jangkar dan pelemahan medan, motor universal pada mesin cuci rumah tangga dan alat tangan, BLDC dan PMSM dengan sensor Hall, komutasi enam langkah, kendali tanpa sensor, dan mesin cuci inverter, serta kegagalan khas dan uji dasarnya. Contoh kerja menghitung kecepatan motor DC shunt saat tegangan jangkar turun, saat beban naik, dan saat medan dilemahkan, serta arus asut tanpa resistor asut beserta tahapan resistor asut. Motor traksi kendaraan, parameter penggerak DC, dan rincian pengereman berada di luar cakupan.

    This chapter is still in Indonesian. Its English edition will follow.

    Section you’re reading: Chapter opening

    Sebuah laundry kiloan memakai dua mesin cuci bukaan depan kelas rumah tangga di samping mesin komersialnya. Mesin yang lebih tua mencuci normal, tetapi saat memeras drum tidak mencapai kecepatan tinggi, tercium bau arang terbakar, dan dari celah bawah terlihat percikan api. Mesin yang lebih baru tidak bersabuk; saat drumnya diputar tangan dalam keadaan dicabut, layar tidak menyala, tetapi terdengar klik halus dari papan kendali. Pemilik perlu memutuskan apakah mesin lama cukup diganti sikatnya, motornya, atau mesinnya, dan teknisi bertanya mengapa motor mesin baru tidak punya sikat tetapi resistansi ketiga terminalnya sama persis.

    Batas pembahasan

    Pembahasan mencakup motor DC berpenguatan terpisah, shunt, seri, kompon, dan magnet permanen berdaya kecil sampai beberapa kilowatt, motor universal pada peralatan rumah tangga dan alat tangan, serta motor BLDC dan PMSM pada peralatan dan mesin cuci. Motor induksi ada di Bab 40 dan Bab 42, magnet dan induksi di Bab 11, motor traksi kendaraan di Bab 2 · Otomotif & Mobilitas Listrik, pengereman di Bab 55, dan inverter motor induksi di Bab 67 tentang VFD; perancangan dan parameter penggerak serta penggulungan ulang tidak dibahas. Bab ini bahan belajar, bukan instruksi kerja: pengukuran yang memerlukan tegangan hanya dilakukan personel kompeten dengan alat berkategori ukur sesuai dan APD (Bab 14).

    Motor DC: bagian dan asal torsi

    Ketiga jenis motor memakai prinsip yang sama: konduktor berarus di dalam medan mengalami gaya, dan konduktor yang bergerak membangkitkan tegangan yang melawan suplai. Stator motor DC memuat kutub medan (kumparan pada inti kutub atau magnet permanen) dan rangka sebagai jalur fluks. Jangkar (armature), atau angker, adalah rotornya: inti berlaminasi dengan belitan di alur-alurnya, yang ujung-ujungnya disambung ke segmen komutator, dan sikat karbon yang ditekan pegas menyalurkan arus ke komutator.

    Komutator (commutator) adalah penyearah mekanis. Tegangan pada setiap kumparan jangkar yang berputar sebenarnya bolak-balik, dan komutator membalik sambungan kumparan saat kumparan melewati garis netral di antara dua kutub, sehingga konduktor di bawah kutub utara selalu berarus ke satu arah dan semua gaya menghasilkan torsi searah. Arus jangkar sendiri menghasilkan medan yang menggeser garis netral (reaksi jangkar) dan memicu percikan api saat komutasi, sehingga motor yang lebih besar diberi kutub bantu (interpole) di antara kutub utama.

    IEC 60034-8 menandai belitan mesin DC dengan huruf: A untuk jangkar, B untuk belitan kutub bantu, C untuk belitan kompensasi, D untuk penguat seri, E untuk penguat shunt, dan F untuk penguat terpisah, masing-masing dengan angka 1 dan 2 untuk kedua ujungnya. PUIL 2020 Bagian 5-510, 5100.5.1.1 j), mensyaratkan pelat nama motor arus searah (a.s.) mencantumkan jenis lilitannya: shunt, kompon, atau seri.

    GGL lawan dan persamaan kecepatan

    GGL lawan (back EMF) adalah tegangan yang dibangkitkan jangkar yang berputar di dalam fluks kutub menurut hukum Faraday, yang melawan tegangan yang diberikan; perubahan energi listrik menjadi mekanis hanya berlangsung bila tegangan sumber lebih besar daripada GGL lawan. Dua persamaan dengan konstanta yang sama menggambarkan motor:

    E=k Φ ω,T=k Φ Ia,k=p Z2πaE = k\,\Phi\,\omega, \qquad T = k\,\Phi\,I_\text{a}, \qquad k = \frac{p\,Z}{2\pi a}

    dengan EE GGL lawan (V), TT torsi elektromagnetik (N·m), Φ\Phi fluks per kutub (Wb), ω\omega kecepatan sudut (rad/s), IaI_\text{a} arus jangkar (A), pp jumlah kutub, ZZ jumlah konduktor jangkar, dan aa jumlah jalur paralel. Dalam SI, kΦk\Phi bersatuan V·s/rad yang sama dengan N·m/A, dan EIa=TωE I_\text{a} = T\omega adalah daya listrik yang diubah menjadi daya mekanis; di lapangan kΦk\Phi sering dinyatakan dalam V/rpm. Rangkaian jangkar memenuhi hukum Kirchhoff tegangan:

    V=E+IaRa⇒ω=V−IaRak ΦV = E + I_\text{a}R_\text{a} \quad\Rightarrow\quad \omega = \frac{V - I_\text{a}R_\text{a}}{k\,\Phi}

    dengan VV tegangan terminal jangkar dan RaR_\text{a} resistansi rangkaian jangkar termasuk sikat. Asumsinya keadaan tunak, susut kontak sikat (orde 1 sampai 2 V) dimasukkan ke RaR_\text{a} atau diabaikan, dan reaksi jangkar tidak mengubah Φ\Phi. Bila beban bertambah, kecepatan turun sedikit, EE turun, arus jangkar naik, dan torsi naik sampai menyamai torsi beban. Saat motor diam, E=0E = 0 dan hanya RaR_\text{a} yang membatasi arus (Contoh 2).

    Bila EE lebih besar daripada VV, arus membalik dan mesin bekerja sebagai generator. Pada pengereman dinamis, jangkar yang masih berputar dilepas dari suplai dan disambung ke resistor; karena EE dan torsi rem sama-sama sebanding kecepatan, kecepatan meluruh eksponensial (Bab 55). Pada plugging, polaritas jangkar dibalik saat berputar sehingga VV dan EE menjumlah, dan jangkar harus diputus saat kecepatan nol.

    Jenis penguatan dan karakteristiknya

    Cara kumparan medan dicatu menentukan apakah Φ\Phi tetap atau berubah dengan beban. Motor DC dibagi menjadi penguat terpisah, shunt, seri, dan kompon; motor magnet permanen berperilaku seperti penguat terpisah.

    PenguatanFluks terhadap bebanKecepatan saat beban naikTorsi asutCatatan
    Terpisah dan magnet permanenTetapTurun sedikitSebanding arus asut, yang dibatasi pengasut atau penggerakDasar penggerak DC dan motor kecil peralatan
    ShuntHampir tetap (medan paralel jangkar)Turun sedikitSeperti penguat terpisahMedan putus pada motor jalan berbahaya
    SeriNaik dengan arus jangkarTurun tajamSangat tinggi (mendekati kuadrat arus)Tanpa beban kecepatan tak terkendali
    Kompon kumulatifBagian tetap ditambah bagian seriDi antara shunt dan seriTinggiKompromi torsi asut dan kestabilan

    Pada motor shunt dan penguat terpisah, satu-satunya penurun kecepatan adalah susut IaRaI_\text{a}R_\text{a} yang kecil; kecepatan motor kecil turun sekitar 10 sampai 15 persen dari tanpa beban ke beban penuh, dan lebih sedikit pada motor besar. Kumparan medan shunt yang putus saat motor berjalan membuat Φ\Phi jatuh ke fluks sisa, sehingga motor berakselerasi dengan arus jangkar besar. Karena itu pengasut tiga titik untuk motor shunt memasang kumparan penahan tuasnya seri dengan medan shunt, sehingga tuas lepas bila medan atau suplai hilang.

    Pada motor seri, arus medan sama dengan arus jangkar. Di bawah titik jenuh Φ\Phi kira-kira sebanding IaI_\text{a}, sehingga torsi mendekati sebanding kuadrat arus dan kecepatan kira-kira berbanding terbalik dengan arus. Motor seri tidak dijalankan tanpa beban karena kecepatannya tidak terkendali; karena alasan yang sama motor seri besar tidak digandeng dengan sabuk yang dapat lepas atau selip.

    Pengaturan kecepatan dan pembalikan putaran

    Menaikkan tegangan jangkar menaikkan kecepatan, dan menurunkan arus medan juga menaikkan kecepatan. Tegangan jangkar diatur dari nol sampai kecepatan dasar dengan fluks penuh, sehingga torsi pada arus pengenal tetap. Di atasnya, pelemahan medan (field weakening) menaikkan kecepatan; torsi pada arus pengenal turun sebanding fluks sehingga daya kira-kira tetap, dibatasi komutasi dan kekuatan mekanis jangkar. Resistor seri jangkar membuang daya dan kini hanya dipakai saat asut.

    Dari jaringan AC, penyearah terkendali dengan tiristor (SCR) mengatur sudut penyalaan; dari sumber DC, chopper dengan modulasi lebar pulsa (PWM) menyambung-putus tegangan pada frekuensi tinggi, sehingga tegangan rata-rata Va=D VdcV_\text{a} = D\,V_\text{dc} dengan DD siklus kerja, dan induktansi jangkar meratakan arus di antara pulsa. Penyearah terkendali menarik arus yang tidak sinus dan bergeser fase dari jaringan, sehingga tetap memengaruhi mutu daya; arus tidak sinus dibahas di Bab 6 tentang daya AC dan akibatnya di Bab 10 tentang harmonisa.

    Arah putar motor DC dibalik dengan membalik arus jangkar atau arus medan, tetapi tidak keduanya. Membalik polaritas suplai motor shunt, seri, atau kompon membalik kedua arus sekaligus, sehingga arah putar tidak berubah. Hanya motor magnet permanen dan motor penguat terpisah yang medannya dicatu sendiri yang berbalik arah dengan membalik polaritas jangkar.

    Motor universal: motor seri yang bekerja pada AC

    Motor universal (universal motor) adalah motor seri yang dapat bekerja dengan tegangan AC maupun DC. Pada AC, arus jangkar dan arus medan berbalik arah bersamaan setiap setengah periode, sehingga torsi T=k(−Ia)(−Φ)T = k(-I_\text{a})(-\Phi) tetap positif dan berdenyut pada dua kali frekuensi jaringan. Inti statornya berlaminasi untuk menekan arus pusar (Bab 11), dan lilitan medannya sedikit supaya reaktansinya kecil. Reaktansi itu tetap ada: pada tegangan efektif yang sama, sebagian tegangan AC habis di reaktansi belitan, sehingga GGL lawan dan kecepatannya lebih rendah daripada pada DC.

    Kecepatannya tidak terikat frekuensi jaringan; menurut satu catatan aplikasi, motor universal pada penyedot debu, mesin cuci, alat tangan, dan pengolah makanan berputar sekitar 1.000 sampai 15.000 rpm. Kecepatannya diatur lewat tegangan dengan tiristor; pada peralatan AC yang umum adalah triac dengan kendali sudut fasa, yang dinyalakan terlambat setelah setiap titik nol tegangan.

    Mesin cuci memerlukan kendali kecepatan tertutup karena beban drum berubah dan motor seri tidak menjaga kecepatannya sendiri; sensor kecepatan pada poros biasanya sensor inkremental atau generator takometer. Arah drum dibalik dengan menukar sambungan medan terhadap jangkar melalui relai saat motor diam.

    Setiap komutasi memercik kecil, mengikis sikat, dan menghasilkan serbuk karbon dan bising listrik yang mengganggu elektronika di dekatnya. PUIL 2020 Bagian 5-510, 5100.5.1.4, mensyaratkan motor terbuka yang memiliki komutator atau cincin pengumpul ditempatkan atau dilindungi supaya percikan apinya tidak mencapai bahan mudah terbakar, dan 5100.5.2.2.2 meminta motor yang tidak menjadi terlalu panas di lingkungan berdebu yang membuat bahan beterbangan menumpuk. Di laundry, bahan itu adalah serabut kain (lint).

    BLDC dan PMSM: komutasi elektronik

    Motor DC tanpa sikat (brushless DC motor, BLDC) adalah motor sinkron magnet permanen dengan GGL lawan berbentuk trapesium, yang andal dan efisien tanpa keausan sikat. Susunannya membalik motor DC: magnet permanen di rotor, belitan tiga fasa di stator, dan komutator diganti enam sakelar semikonduktor yang dikendalikan dari posisi rotor. Pada BLDC bersensor, tiga sensor Hall di stator membaca kutub magnet rotor. Keluarannya tergeser 120° listrik dan tumpang tindih, sehingga memberi enam keadaan selebar 60° listrik per putaran listrik; pada setiap keadaan hanya dua fasa yang dialiri arus, dan kecepatan serta arus diatur dengan PWM. Dengan pp kutub, satu putaran mekanis memuat p/2p/2 putaran listrik, sehingga

    f=p2⋅n60,Nkom=6⋅p2f = \frac{p}{2}\cdot\frac{n}{60}, \qquad N_\text{kom} = 6\cdot\frac{p}{2}

    dengan ff frekuensi arus fasa (Hz), nn kecepatan (rpm), dan NkomN_\text{kom} jumlah komutasi per putaran mekanis pada kendali enam langkah. Tegangan induksi sebanding kecepatan dengan konstanta kek_\text{e} (misalnya V/rpm antarfasa), dan torsi sebanding arus dengan konstanta ktk_\text{t}, sehingga kecepatan tanpa beban ditentukan tegangan catu dan kek_\text{e}.

    PMSM (motor sinkron magnet permanen dalam arti sempit) memakai belitan terdistribusi yang menghasilkan GGL lawan sinus, dicatu arus sinus, dan torsinya lebih rata daripada BLDC. Di atas kecepatan dasar, tegangan induksi mendekati batas tegangan DC link, sehingga pengendali menyuntikkan arus sumbu d yang melemahkan medan magnet efektif.

    Banyak pengendali bekerja tanpa sensor posisi: tegangan fasa yang sedang tidak dicatu dicuplik untuk mendeteksi titik nol GGL lawannya, lalu komutasi ditunda sekitar 30° listrik setelah titik nol itu. Rotor yang diam tidak menghasilkan GGL lawan, sehingga motor diasut dengan penjajaran (arus searah yang menempatkan rotor pada posisi tertentu), lalu dipercepat secara lingkar terbuka dengan langkah terjadwal sampai GGL lawan cukup untuk diikuti.

    Pengendali dan mesin cuci inverter

    Pengendali BLDC atau PMSM dari jaringan 230 V terdiri atas penyearah, kapasitor rangkaian antara DC (DC link), inverter tiga fasa, pengukur arus, dan mikrokontroler. Tegangan DC link hasil penyearahan 230 V sekitar 2302≈325230\sqrt{2} \approx 325 V; pada satu rancangan acuan mesin cuci, tahap daya bekerja pada 140 sampai 325 V DC dan dilindungi terhadap tegangan lebih dan kurang DC link serta arus lebih. Saat drum diperlambat, motor menjadi generator dan mengisi DC link, sehingga perlambatan harus terkendali atau energinya dibuang.

    Mesin cuci generasi baru memakai motor tiga fasa tanpa sikat dengan kendali mikrokontroler, dan penggerak langsung tanpa sabuk memperbaiki keandalan dan kemudahan perbaikan serta menghemat ruang kabinet. Motor penggerak langsung berkutub banyak supaya torsi besar tersedia pada kecepatan drum rendah. Motor ini menjadi generator setiap kali drum diputar tangan, dan tegangannya dapat mengisi DC link melalui dioda inverter; itulah penjelasan yang paling mungkin bagi reaksi papan kendali pada kasus pembuka.

    IEC 60034-1 edisi 15 mencakup semua mesin listrik berputar kecuali mesin kendaraan rel dan jalan raya; mesin dengan komponen elektronik aktif terpadu yang bekerja sebagai sistem penggerak daya diserahkan kepada seri IEC 61800, tetapi bagian motornya tetap tunduk pada IEC 60034-1. Motor pengganti harus cocok dengan jumlah kutub, kek_\text{e}, susunan sensor, dan perangkat lunak pengendali, bukan hanya daya dan tegangannya.

    Kegagalan khas dan uji dasar

    Semua uji pada tabel berikut dilakukan setelah mesin diisolasi dan diverifikasi bebas tegangan menurut Bab 2 · Keselamatan tentang verifikasi keadaan aman; penguncian ada di Bab 76 tentang kerja aman.

    GejalaDugaan penyebabUji pembeda
    Percikan berat, bau arang, kecepatan tidak tercapaiSikat aus sampai batas, pegas lemah, sikat macet di pemegangUkur panjang sikat terhadap batas pabrik; periksa sikat bergerak bebas
    Bekas terbakar pada segmen tertentu yang berulangKumparan jangkar putus atau hubung singkatResistansi antarsegmen bersebelahan pada rentang miliohm; nilai yang menyimpang menunjuk kumparan
    Motor shunt terlalu cepat dengan arus tinggiRangkaian medan putus atau sambungan longgarResistansi kumparan medan dan kontinuitas terminal E atau F
    Mesin cuci universal: kecepatan naik-turun, lalu berhenti dengan kode galatGenerator takometer putus atau magnetnya lepasResistansi kumparan takometer; tegangan keluarannya saat drum diputar tangan, tanpa catu
    Mesin cuci universal: motor langsung berputar penuh saat dicolokkanTriac hubung singkatPemeriksaan papan kendali oleh teknisi kompeten
    BLDC atau PMSM: bergetar, tersentak, tidak mau berputarSensor Hall rusak, konektor basah, satu fasa putusResistansi ketiga pasang fasa harus sama; tegangan induksi tiga fasa saat diputar tangan harus seimbang
    Pengendali trip arus lebih seketikaSakelar inverter tembus, belitan ke rangkaUji isolasi belitan ke rangka dengan motor terlepas dari pengendali

    Resistansi jangkar dan fasa motor kecil hanya beberapa ohm, sehingga nilai dibandingkan dengan kabel ukur yang sama atau diukur dengan metode empat kawat (Bab 15). Uji isolasi dan tafsirnya ada di Bab 17 dan Bab 44. Pengecualiannya sinyal sensor Hall, yang memerlukan papan kendali dicatu; pengukuran itu hanya dilakukan personel kompeten dengan alat berkategori ukur sesuai dan APD. Amplas berbutir menghantar, misalnya amplas besi (emery), meninggalkan partikel di celah segmen komutator; menghaluskan komutator adalah pekerjaan bengkel motor dengan alat yang ditentukan pabrik.

    Contoh kerja

    Angka dalam contoh di bawah adalah angka latihan, kecuali disebut asalnya. Pengukuran yang memerlukan papan kendali dicatu dilakukan personel kompeten dengan alat berkategori ukur sesuai dan APD.

    Contoh 1: kecepatan motor DC shunt saat tegangan jangkar turun dan beban naik. Motor DC shunt 1,5 kW pada mesin penyetrika lama dicatu penyearah terkendali: tegangan jangkar pengenal 180 V, arus jangkar pengenal 9,5 A, kecepatan pengenal 1.500 rpm, resistansi rangkaian jangkar 1,2 Ω termasuk sikat. Medan dicatu dari suplai tersendiri yang tetap, sehingga motor berperilaku sebagai penguat terpisah, kecuali pada langkah terakhir; reaksi jangkar dan jenuh diabaikan. Pada titik pengenal:

    EN=180−9,5×1,2=168,6 V,kΦ=168,61 500=0,1124 V/rpmE_\text{N} = 180 - 9{,}5 \times 1{,}2 = 168{,}6\ \text{V}, \qquad k\Phi = \frac{168{,}6}{1\,500} = 0{,}1124\ \text{V/rpm}

    Pada 150 V dengan torsi beban tetap, IaI_\text{a} tetap 9,5 A karena T=kΦIaT = k\Phi I_\text{a}; bila beban naik 30 % pada 180 V, arus menjadi 1,3×9,5=12,351{,}3 \times 9{,}5 = 12{,}35 A:

    n150=150−9,5×1,20,1124=138,60,1124=1 233 rpm,n+30%=180−12,35×1,20,1124=165,20,1124=1 470 rpmn_{150} = \frac{150 - 9{,}5 \times 1{,}2}{0{,}1124} = \frac{138{,}6}{0{,}1124} = 1\,233\ \text{rpm}, \qquad n_{+30\%} = \frac{180 - 12{,}35 \times 1{,}2}{0{,}1124} = \frac{165{,}2}{0{,}1124} = 1\,470\ \text{rpm}

    Pada 150 V kecepatan turun ke 82,2 %, sedikit lebih banyak daripada tegangan (83,3 %), karena susut IaRaI_\text{a}R_\text{a} tidak ikut turun. Saat beban naik, kecepatan hanya turun 2,0 %. Tanpa beban (Ia≈0I_\text{a} \approx 0) kecepatannya 180/0,1124=1 601180/0{,}1124 = 1\,601 rpm, sehingga regulasi kecepatan, yaitu selisih kecepatan tanpa beban dan beban penuh dibagi kecepatan beban penuh, sekitar 6,8 %.

    Bila medan dilemahkan ke 80 % pada torsi tetap, konstanta menjadi 0,8×0,1124=0,089920{,}8 \times 0{,}1124 = 0{,}08992 V/rpm dan arus jangkar harus naik menjadi 9,5/0,8=11,99{,}5/0{,}8 = 11{,}9 A:

    E=180−11,875×1,2=165,75 V,n=165,750,08992=1 843 rpmE = 180 - 11{,}875 \times 1{,}2 = 165{,}75\ \text{V}, \qquad n = \frac{165{,}75}{0{,}08992} = 1\,843\ \text{rpm}

    Kecepatan naik 23 %, tetapi arus jangkar melampaui pengenal 25 %, sehingga pelemahan medan cocok untuk beban yang torsinya turun saat kecepatan naik; medan putus adalah kasus ekstremnya. Terakhir, bila medan diparalel pada suplai yang sama dan suplai turun ke 150 V, fluks yang diandaikan sebanding arus medan turun ke 0,833 kali: torsi tetap memerlukan Ia=9,5/0,833=11,4I_\text{a} = 9{,}5/0{,}833 = 11{,}4 A, E=150−11,4×1,2=136,3E = 150 - 11{,}4 \times 1{,}2 = 136{,}3 V, dan n=136,3/(0,833×0,1124)=1 455n = 136{,}3/(0{,}833 \times 0{,}1124) = 1\,455 rpm. Kecepatan hampir tetap, tetapi arus jangkar naik 20 %, sehingga pengaturan tegangan jangkar memerlukan medan yang dicatu tersendiri; karena jenuh, hasil ini hanya menunjukkan arah.

    Contoh 2: arus asut tanpa resistor asut dan tahapan resistor asut. Motor pada Contoh 1 disambung langsung ke 180 V saat diam. Karena E=0E = 0,

    Iasut=VRa=1801,2=150 A≈15,8 INI_\text{asut} = \frac{V}{R_\text{a}} = \frac{180}{1{,}2} = 150\ \text{A} \approx 15{,}8\,I_\text{N}

    Susut kontak sikat, induktansi jangkar, dan impedansi suplai membuat arus nyata sedikit lebih kecil, tetapi tetap belasan kali arus pengenal: komutasi memercik berat sampai dapat terjadi busur di permukaan komutator, torsi kejut merusak kopling, dan pengaman suplai memutus. Penggerak elektronik membatasi arus; pengasut resistor memakai resistansi seri yang dikurangi bertahap.

    Bila arus asut dibatasi 2IN=192 I_\text{N} = 19 A, resistansi total tahap pertama 180/19=9,47180/19 = 9{,}47 Ω dan resistor luar 9,47−1,2=8,279{,}47 - 1{,}2 = 8{,}27 Ω. Saat motor berakselerasi, EE naik dan arus turun; tahap dipindah ketika arus turun ke INI_\text{N}, yaitu pada E=180−9,5×9,47=90E = 180 - 9{,}5 \times 9{,}47 = 90 V, atau 90/0,1124=80190/0{,}1124 = 801 rpm. Titik pindah ini mengandaikan torsi beban saat asut di bawah torsi pengenal; untuk beban penuh, arus minimum dipilih sedikit di atas arus beban. Tahap kedua dipilih agar arus kembali ke 19 A pada E=90E = 90 V: (180−90)/19=4,74(180 - 90)/19 = 4{,}74 Ω (luar 3,54 Ω), dipindah pada E=135E = 135 V atau 1.201 rpm. Tahap ketiga (180−135)/19=2,37(180 - 135)/19 = 2{,}37 Ω (luar 1,17 Ω) dipindah pada E=157,5E = 157{,}5 V atau 1.401 rpm. Saat resistor terakhir dilepas, arus menjadi (180−157,5)/1,2=18,75(180 - 157{,}5)/1{,}2 = 18{,}75 A, masih di bawah 19 A.

    Dengan perbandingan arus maksimum dan minimum 2, setiap resistansi total setengah dari sebelumnya, dan tiga tahap cukup. Motor magnet permanen dan universal kecil umumnya diasut langsung karena resistansi jangkarnya, dalam per satuan, jauh lebih besar.

    Contoh 3: konveyor kecil dapur hotel dengan chopper PWM. Motor DC magnet permanen 24 V menarik 3,0 A pada 2.000 rpm dengan resistansi jangkar 0,8 Ω, lalu siklus kerja chopper diturunkan ke 0,5 pada torsi beban tetap.

    kΦ=24−3,0×0,82 000=0,0108 V/rpm,Va=0,5×24=12 V,n=12−3,0×0,80,0108=889 rpmk\Phi = \frac{24 - 3{,}0 \times 0{,}8}{2\,000} = 0{,}0108\ \text{V/rpm}, \qquad V_\text{a} = 0{,}5 \times 24 = 12\ \text{V}, \qquad n = \frac{12 - 3{,}0 \times 0{,}8}{0{,}0108} = 889\ \text{rpm}

    Kecepatan turun ke 44 %, bukan 50 %, karena susut IaRaI_\text{a}R_\text{a} tetap 2,4 V.

    Contoh 4: kecepatan kipas BLDC dari sinyal Hall. Kipas BLDC 8 kutub di ruang rawat rumah sakit dilaporkan lambat. Satu keluaran sensor Hall terbaca 80 Hz, satu periode per putaran listrik.

    n=60×808/2=1 200 rpm,Nkom=6×82=24 per putarann = \frac{60 \times 80}{8/2} = 1\,200\ \text{rpm}, \qquad N_\text{kom} = 6 \times \frac{8}{2} = 24\ \text{per putaran}

    Komutasi terjadi 24×1 200/60=48024 \times 1\,200/60 = 480 kali per detik. Bila 1.200 rpm sama dengan perintah pengendali, motor dan komutasinya bekerja, sehingga yang diperiksa berikutnya adalah perintah kecepatan dan beban kipas.

    Contoh 5: memeriksa magnet motor mesin cuci penggerak langsung. Motor PMSM 24 kutub berdata kek_\text{e} 0,10 V/rpm dilepas dari pengendali. Probe dipasang saat drum diam, lalu drum diputar sampai takometer membaca 60 rpm; tegangan antarfasa terbaca 5,9; 5,9; dan 6,0 V.

    f=242×6060=12 Hz,ke≈5,9360=0,099 V/rpmf = \frac{24}{2} \times \frac{60}{60} = 12\ \text{Hz}, \qquad k_\text{e} \approx \frac{5{,}93}{60} = 0{,}099\ \text{V/rpm}

    Ketiga tegangan hampir sama, sehingga belitan sehat, dan kek_\text{e} hanya sekitar 1 % di bawah data; kek_\text{e} yang jauh di bawah data pabrik barulah tanda magnet melemah. Terminal tidak disentuh selama drum berputar (kondisi berhenti butir 3).

    Contoh 6: mengapa motor seri tidak boleh lepas beban. Pada motor seri di bawah jenuh, bila beban menaikkan arus 1,5 kali, torsi naik 1,52=2,251{,}5^2 = 2{,}25 kali dan kecepatan turun ke sekitar 0,67 kali. Bila sabuk lepas dan arus turun ke 0,25 kali, kecepatan menuju sekitar empat kali semula. Karena itu motor seri dan motor universal tidak dijalankan pada tegangan penuh tanpa beban (kondisi berhenti butir 1).

    Kondisi berhenti

    Hentikan pekerjaan bila salah satu keadaan berikut ditemukan. Pemeriksaan dan perbaikan sesudahnya dikerjakan personel kompeten atau bengkel motor.

    1. Motor seri berdaya besar, atau motor universal yang dilepas dari bebannya (misalnya motor mesin cuci dengan sabuk lepas atau motor yang dikeluarkan dari mesinnya), akan dijalankan pada tegangan penuh.
    2. Rangkaian medan motor shunt atau penguat terpisah terbuka atau longgar. Jangkar tidak dicatu sampai medan dan proteksi hilang medannya diperiksa.
    3. Terminal motor magnet permanen akan disentuh sementara rotornya dapat berputar. Rotor ditahan diam dan terminal diperlakukan bertegangan.
    4. Tutup pengendali BLDC, PMSM, atau penggerak DC akan dibuka sebelum waktu tunggu peluahan pada label berlalu dan tegangan DC link terukur mendekati nol (Bab 14 tentang verifikasi bebas tegangan dan Bab 2 · Keselamatan tentang keadaan aman).
    5. Terlihat busur melingkar di permukaan komutator, asap, atau serabut kain terbakar di sekitar motor. Mesin dimatikan dan diisolasi.
    6. Motor atau pengendali mesin cuci terkena air. Mesin tidak dienergikan sebelum dikeringkan; motor diuji isolasinya dengan pengendali terlepas, dan pengendali diperiksa menurut prosedur pabrik.

    Salah tafsir yang sering terjadi

    Butir 1 sampai 3 masih tertulis di buku ajar lama.

    1. "Motor universal berputar lebih cepat pada AC." Pada tegangan efektif yang sama, reaktansi belitan menurunkan GGL lawan, sehingga kecepatan pada AC lebih rendah.
    2. "Pada motor seri, bila kecepatan berkurang medannya makin kecil." Urutannya terbalik: beban naik menaikkan arus, arus menaikkan fluks, dan kecepatan turun, sehingga pada kecepatan rendah medan justru besar.
    3. "Saat plugging, arus pada kecepatan nol sekitar satu setengah nilai awalnya." Saat awal plugging VV dan EE menjumlah; pada kecepatan nol E=0E = 0, sehingga arus tinggal sekitar setengah nilai awalnya.
    4. "BLDC adalah motor DC, jadi dapat langsung disambung ke aki atau catu DC." BLDC tidak berputar tanpa pengendali yang membalik arus fasanya, dan arah putarnya diatur pengendali, bukan polaritas suplai.

    Hubungan dengan bab lain

    Dasarnya Bab 11 tentang magnet dan induksi, Bab 52, Bab 40, Bab 42, dan Bab 43 tentang motor induksi, dan Bab 44 tentang uji motor. Lanjutannya Bab 55 tentang pengereman, Bab 53 tentang pengasutan, Bab 10 tentang harmonisa, dan Bab 67 tentang VFD; di rak Laundry, Bab 10 · Laundry membahas drum dan ekstraksi washer-extractor.

    Latihan dan pembahasan

    Pengukuran bertegangan diandaikan dilakukan personel kompeten dengan alat berkategori ukur sesuai dan APD.

    Try to answer first, then open the worked solution.

    1. Motor DC penguat terpisah 220 V, resistansi jangkar 0,8 Ω, berputar 1.450 rpm dengan arus jangkar 12 A. Hitung kΦk\Phi dalam V/rpm, kecepatan bila tegangan jangkar diturunkan ke 180 V dengan torsi beban tetap, dan kecepatan tanpa beban pada 220 V.

      See the worked solution

      E=220−12×0,8=210,4E = 220 - 12 \times 0{,}8 = 210{,}4 V dan kΦ=210,4/1 450=0,1451k\Phi = 210{,}4/1\,450 = 0{,}1451 V/rpm. Torsi tetap berarti IaI_\text{a} tetap 12 A: E=180−9,6=170,4E = 180 - 9{,}6 = 170{,}4 V, n=170,4/0,1451=1 174n = 170{,}4/0{,}1451 = 1\,174 rpm. Tanpa beban Ia≈0I_\text{a} \approx 0: n0=220/0,1451=1 516n_0 = 220/0{,}1451 = 1\,516 rpm.

    2. Untuk motor pada soal 1 (12 A adalah arus pengenal), hitung arus asut bila disambung langsung ke 220 V dan resistor luar tahap pertama yang membatasi arus asut dua kali arus pengenal.

      See the worked solution

      Iasut=220/0,8=275I_\text{asut} = 220/0{,}8 = 275 A, sekitar 22,9 kali arus pengenal. Resistansi total untuk 24 A adalah 220/24=9,17220/24 = 9{,}17 Ω, sehingga resistor luar 9,17−0,8=8,379{,}17 - 0{,}8 = 8{,}37 Ω.

    3. Setelah perawatan, motor DC shunt pada mesin penggulung berputar jauh di atas kecepatan biasanya dengan arus jangkar tinggi, lalu pengaman memutus. Penjelasan yang paling konsisten: (A) sambungan rangkaian medan longgar atau putus; (B) tegangan jangkar turun; (C) sikat sudah aus; (D) beban bertambah.

      See the worked solution

      Jawaban A. Menurut ω=(V−IaRa)/(kΦ)\omega = (V - I_\text{a}R_\text{a})/(k\Phi), fluks yang jatuh ke fluks sisa menaikkan kecepatan, dan torsi beban dengan fluks kecil menuntut arus jangkar besar. B dan D menurunkan kecepatan; C menimbulkan percikan dan kecepatan rendah.

    4. Mesin cuci bermotor universal memercik berat dan tidak mencapai kecepatan saat memeras; sikat masih panjang dan bergerak bebas, dan komutator terbakar pada sepasang segmen bersebelahan. Penyebab yang paling mungkin dan uji pembedanya: (A) triac hubung singkat; (B) kumparan jangkar putus; (C) generator takometer putus; (D) tegangan jaringan rendah.

      See the worked solution

      Jawaban B. Kumparan putus memutus arus setiap kali segmennya lewat di bawah sikat, sehingga busur membakar segmen yang sama berulang-ulang; resistansi antarsegmen bersebelahan yang jauh lebih tinggi memastikannya. A membuat motor berputar penuh sejak awal, C menghentikan mesin dengan galat tanpa membakar segmen, dan D tidak menghasilkan pola bakar.

    5. Mesin cuci inverter bermotor PMSM tanpa sensor tidak mau berputar dengan muatan basah yang berat: drum tersentak maju-mundur lalu muncul kode galat, padahal dengan muatan ringan atau bila drum sudah bergerak mesin normal. Jelaskan mekanismenya.

      See the worked solution

      Saat diam GGL lawan nol, sehingga pengendali menjajarkan rotor dengan arus searah lalu mempercepatnya secara lingkar terbuka. Dengan inersia dan torsi beban besar, rotor tertinggal dari langkah terjadwal dan kehilangan sinkron, sehingga drum tersentak dan asut dihentikan; bila drum sudah bergerak, GGL lawan tersedia dan pengendali langsung masuk lingkar tertutup. Muatan, gesekan drum, dan bantalan diperiksa lebih dulu.

    6. Motor PMSM penggerak langsung 36 kutub memiliki kek_\text{e} 0,12 V/rpm (antarfasa, efektif) dan DC link 325 V. Hitung frekuensi arus fasa dan jumlah komutasi per detik bila motor dikendalikan enam langkah saat drum 1.400 rpm, tegangan induksi puncak antarfasa pada kecepatan itu, dan kecepatan saat tegangan itu menyamai DC link.

      See the worked solution

      f=18×1 400/60=420f = 18 \times 1\,400/60 = 420 Hz; komutasi 6×420=2 5206 \times 420 = 2\,520 per detik. Tegangan efektif 0,12×1 400=1680{,}12 \times 1\,400 = 168 V, puncak 1682=238168\sqrt{2} = 238 V, di bawah 325 V. Batas 325/(0,122)≈1 915325/(0{,}12\sqrt{2}) \approx 1\,915 rpm, dengan anggapan inverter dapat memakai penuh tegangan DC dan sebelum susut belitan dan sakelar diperhitungkan; di atasnya diperlukan pelemahan medan.

    Referensi

    External sources

    • IEC 60034-1:2026 (Ed. 15.0), Rotating electrical machines: Rating and performancewebstore.iec.ch
    • IEC 60034-8:2026 (Ed. 4.0), Rotating electrical machines: Terminal markings and direction of rotationwebstore.iec.ch

    Revision history

    DateVersionChange
    October 29, 20263Revised to the chapter standard
    October 20, 20262Expanded in wave R10: worked examples, stop conditions, and cross-chapter references
    September 30, 20261First published

    How to cite

    Kurnia (2026). Motor DC, motor universal, dan motor BLDC. ARSTEMA Academy. Revised October 29, 2026. arstema.com/academy/konsep/motor-dc-motor-universal-dan-motor-bldc

    Self-check · 3 questions

    Check your understanding before moving on

    Write your answer in your own words, then compare it with the worked solution from this chapter’s exercises. The system doesn’t judge open answers as right or wrong; you decide which parts you’ve understood.

    0/3rated
    1

    Motor DC penguat terpisah 220 V, resistansi jangkar 0,8 Ω, berputar 1.450 rpm dengan arus jangkar 12 A. Hitung kΦk\Phi dalam V/rpm, kecepatan bila tegangan jangkar diturunkan ke 180 V dengan torsi beban tetap, dan kecepatan tanpa beban pada 220 V.

    2

    Untuk motor pada soal 1 (12 A adalah arus pengenal), hitung arus asut bila disambung langsung ke 220 V dan resistor luar tahap pertama yang membatasi arus asut dua kali arus pengenal.

    3

    Setelah perawatan, motor DC shunt pada mesin penggulung berputar jauh di atas kecepatan biasanya dengan arus jangkar tinggi, lalu pengaman memutus. Penjelasan yang paling konsisten: (A) sambungan rangkaian medan longgar atau putus; (B) tegangan jangkar turun; (C) sikat sudah aus; (D) beban bertambah.

    Self-assessment progress0%

    Nearby chapters

    NextKomponen kendali: kontaktor, relai bantu, dan penandaan kontak

    Reading order by shelf: Electrical & Control · Chapter 46.

    PreviousKerusakan dan uji motor: belitan, isolasi, bantalan, dan getaran dasar

    Reading order by shelf: Electrical & Control · Chapter 44.

    Same disciplineTegangan, arus, resistansi, dan daya

    Bab lain dalam Teknik Elektro dan Elektronika.