Mesin Arus Searah

MESIN ARUS SEARAH

Generator Motor

KONSTRUKSI :

STATOR Rangka (gandar) Kutub utama serta belitannya Kutub Bantu serta belitannya Bantalan poros Sikat

ROTOR Poros Jangkar Inti Jangkar Komutator Kumparan Jangkar

S T A T O R

1

Rangka Mesin : Bahan besi cor Sebagai jalan balik fluks dari rangka magnetik

Belitan medan : Seri, dari konduktor dengan diameter cukup besar &

jumlah lilitan sedikit Shunt, dari konduktor dengan diameter kecil & jumlah

lilitan banyak

Kutub Utama : Bahan besi berlaminasi, tebal ± 1 mm pada ujungnya

terdapat sepatu kutub, agar fluks uniform & lebih lebar. Terpasang pada rangka mesin

Kutub Antara (kutub komutasi): Terdapat Belitan diantara kutub utama

dengan ukuran lebih kecil → besi pejal / berlaminasi Belitan sedikit, kawat besar Dihubungkan seri dengan kumpulan jangkar

Belitan Kompensasi : Terpasang secara akial (slot)

pada sepatu kutub

Sikat & Pemegang Sikat : Untuk mengambil

arus / memberikan arus Terbuat dari

campuran arang & tembaga Tekanan sikat pada

komutator (dengan pegas) (1,5 – 2,5) N/cm kira-kira 150-250 gram/cm

2

3

4

5

R O T O R

Poros Jangkar

Inti Jangkar : Terbuat dari bahan besi berlaminasi ± 0,5 mm

ketebalannya Rugi-rugi arus Eddy & histeris rendah

Komutator : Terdiri dari segmen-segmen tembaga yang

terisolasi satu dengan lainnya Setiap segmen terhubung dengan ujung

belitan jangkar Isolasi antar segmen → mika

MACAM-MACAM MESIN DC MENURUT PENGUATANNYA (Eksitasinya)

Mesin DC : Penguatan Terpisah

Penguatan sendiri Penguatan Shunt Penguatan seri Penguatan Kompon

Shunt Panjang (Kompon Komulatif & Differensial) Shunt Pendek

MEDAN JANGKAR & REAKSI JANGKAR

6

Medan Jangkar : Kumpulan jangkar dilalui arus → medan jangkar

Reaksi Jangkar :Pengaruh medan jangkar pada medan utama → reaksi jangkar

AKIBAT REAKSI JANGKAR

7

Terjadi DISTORSI MEDAN Terjadi loncatan bunga api, karena bertambah besarnya

tegangan antara lamel-lamel komutator Terjadi DEMAGNETISASI (pelemahan sifat magnet) Pada tiap perubahan beban, daerah netral megnetik

tergeser

Cara Mengatasi Pengaruh Reaksi Jangkar : Dengan Kutub Antara (c-c) (kutub komutasi)

Tujuan : Menempatkan daerah netral pada posisinya & menentang pengaruh induksi sendiriHubungan :Kumparan diseri dengan kumparan jangkar, kutub antara harus menimbulkan fluks yang sebanding dengan arus jangkarTempatnya :Antara dua kutub utama

Dengan Kumparan KOMPENSASI (k-k)Tujuan :Mencegah distorsi (perubahan bentuk) medan karena reaksi jangkar untuk mendapat kompensasi yang baik pada keadaan dibebani maka kumparan dihubungkan seri- Lebih baik dari kutub antara

8

9

PROSES KOMUTASI PADA MESIN DC

10

KOMUTATOR

Merubah arus bolak-balik menjadi arus searah

GENERATOR ARUS SEARAH

PRINSIP :

Tegangan pada generator dibangkitkan berdasarkan induksi bila suatu kumparan berputar pada medan magnet terjadi tegangan bolak balik pada kumparan tersebut.Arah tegangan induksi bergantung pada kedudukan dari kumparan terhadap arah medan magnet. Bila putaran tetap terjadi tegangan bolak balik pada kumparan yang berubah arah dan besarnya secara periodik.

Untuk memperoleh tegangan searah, cincin geser diganti dengan dua belahan ½ cincin , yang masing-masing belahan cincin diberi isolasi disebut KOMUTATOR belahan ½ cincin lamel-lamel komutator.

Sikat yang satu menjadi kutub negatip dan sikat yang lain menjadi kutub positip dari generator.

Lebih banyak kumparan dan lamel komutator tegangan yang dihasilkan oleh generator lebih baik.

Besarnya tegangan generator berbanding lurus dengan :- Konstanta konstruksinya ( C ) a.l : jumlah

kutub, jumlah kumparan, ukuran kumparan.

11

- Kuat medan magnet ~ fluks ( Φ ).- Jumlah putaran (n)

E = C n Φ atau E = B l v

Dari cara memberikan fluks pada kumparan medan, dikelompokkan menjadi :

Generator Penguatan Bebas/Terpisah If . Rf = Vf volt

Ea = Vt + Ia Ra volt

Daya : P = Vt . IL watt

Generator Penguatan Sendiri :

*Generator shunt ,

If . Rf = Vf volt

Ea = Vt + Ia Ra volt

Daya : P = Vt . IL watt

*Generator seri ,

IL . RL = Vt volt

Ea = Vt + Ia ( Ra + Rs ) volt

Daya : P = Vt . IL watt

*Generator kompon shunt panjang.

If . Rf = Vf voltEa = Vt + Ia Ra + IaRs Ea = Vt + Ia ( Ra + Rs ) volt

Ia = Is = IL + If

Daya : P = Vt . IL watt

*Generator kompon shunt pendek.

12

If . Rf = Vf volt

Ea = Vt + Ia Ra + IsRs volt

Ia = Is + IfIL = Is

Daya : P = Vt . IL watt

Proses Terbangkitnya Tegangan pada Generator penguatan sendiri ( shunt ).

Syarat : - Ada Tegangan sisa ( remanensi magnet ).

- Tahanan kumparan medan tidak melebihi R kritis.

Bagaimana bila Remanensi magnet ( Tegangan Sisa ) tidak ada !Cara membangkitkannya ?

KARAKTERISTIK GENERATOR ARUS SEARAH

Tujuan : Memberikan gambaran sifat2 Generator Arus Searah. Karakteristik yang perlu diketahui :

a. Karakteristik tanpa beban Eo = f ( If ), dengan n konstan Eo ~ Vo Ia = 0 letak sikat δ=0 konstan If diatur.

b. Karakteristik berbeban E = f ( If ), dengan n, δ , Ia

konstan E ~ Vt If diatur.

c. Karakteristik Luar E = f ( Ia ), dengan n, δ , If konstan E ~ Vt beban R diatur

d. Karakteristik Pengatur If = f ( Ia ), dengan n, δ , Vt

konstan beban R diatur.

e. Karakteristik Hubung Singkat Ihs = f ( If ), dengan n, δ , RL=0 konstan If diatur.

13

Karakteristik GENERATOR PENGUATAN BEBAS/TERPISAHa. Karakteristik tanpa beban Eo = f ( If )b. Karakteristik berbeban E = f ( If )c. Karakteristik Luar E = f ( Ia )d. Karakteristik Pengatur If = f ( Ia )e. Karakteristik Hubung Singkat Ihs = f ( If )

Karakteristik GENERATOR SHUNTa. Karakteristik tanpa beban Eo = f ( If )b. Karakteristik berbeban E = f ( If )c. Karakteristik Luar E = f ( Ia ) d. Karakteristik Pengatur If = f ( Ia )e. Karakteristik Hubung Singkat Ihs = f ( If )

Karakteristik GENERATOR SERIa. Karakteristik tanpa beban b. Karakteristik berbeban c. Karakteristik Luar , E = f ( Ia )d. Karakteristik Pengature. Karakteristik Hubung Singkat. a, b, d dan e , dapat dilaksanakan bila dirangkaikan spt

generator shunt

Karakteristik GENERATOR KOMPON SHUNT PANJANG

PERBANDINGAN Karakteristik Luar GENERATOR ARUS SEARAH.

1. Generator arus searah kompon lebih.2. Generator arus searah kompon datar3. Generator arus searah kompon kurang4. Generator arus searah penguat bebas5. Generator arus searah shunt6. Generator arus searah kompon lawan7. Generator arus searah seri

Yang berbeda adalah karakteristik Generator seri : Arus beban dinaikan tegangan akan naik,

MOTOR ARUS SEARAH

Motor Listrik :Mesin yang merubah tenaga listrik → tenaga mekanik

Prinsip : Bila suatu penghantar dialiri arus listrik

14

Diletakan pada (didalam) suatu medan magnet, maka akan timbul gaya mekanik yang mempunyai arah sesuai hukum tangan kiri dengan besar gaya

F = Bil, Newton

Konstruksi motor arus searah = generator arus searah

15

16

17

PERSAMAAN-PERSAMAAN TEGANGAN MOTOR

Tegangan V berlawan arah dengan EMF Eb

Pada jangkar terjadi drop tegangan Ia Ra

Jadi,

MACAM-MACAM MOTOR ARUS SEARAH

1. Motor arus searah penguatan bebas / terpisah2. Motor arus searah penguatan sendiri

Motor arus searah penguatan shunt Motor arus searah penguatan seri Motor arus searah penguatan kompon

o Shunt panjango Shunt pendek

Motor a.s penguatan bebas / terpisah

18

MOTOR ARUS SEARAH PENGUATAN SENDIRI

a. Motor Shunt

19

b. Motor Seri

c. Motor Kompon

20

KECEPATAN MOTOR DC (N)

Kecepatan N berbanding lurus terhadap Eb (ggl lawan) & berbanding terbalik dengan fluksi Ø

MOTOR SERI

Kondisi awal Kondisi kedua

N1 kecepatan N2

Ia1 Arus Jangkar Ia2

Ø1 Fluks / kutub Ø2

21

MOTOR SHUNT

TORSI

Karakteristik Motor Arus searah

- Menunjukan performance dari motor pada kondisi torsi

Karaktersitik yang penting adalah :1. Karakteristik Torsi - Arus2. Karaktersitik Kecepatan - Arus3. Karakterstik Kecepatan - Torsi

22

Ad.1. Karaktersitik Torsi - Arus

Hubungan antara torsi dan arus pada motor arus berdasarkan :

Pada motor shunt,fluks lampiran konstan

Maka kurva torsi sv arus berujung garis lurus

Pada motor seri,fluks sebanding dengan Ia

Maka kurva torsi vs arus proposal terhadap

Pada motor kompon, bila medan seri membantu medan shunt diubah motor kompon komulatif, bila medan ini menentang medan shunt disebut motor kompon deferensial tdk banyak Karakteristik torsi-arus & motor kompon tergantung dari arah & karakter medan seri di banding medan shunt, seperti terlihat pada gambar

23

2. Karakteristik kecepatan vs arus

Pada motor arus searah, emf lama, Eb adalah

Eb = V - IaR

Pada motor shunt, fluks pada prakteknya konstan, drop karena IaRa kecil sekitar 3-6% dengan E tegangan, karena itu kecepatan bisa dianggap motor dengan kecepatan konstan, kecepatan turun sedikit dengan bertambahnya beban.

Pada motor seri, kecepatan :

24

Dimana Ø dan Ia bervariasi terhadap beban, dengan bertambahnya juga Ø kecepatan turun. Kecepatan invers proposional terhadap fluks Ø karakteristik motor komponen adalah kombinasi dan karakteristik motor shunt & motor seri pada motor komponen komulatif, kecepatan menurun sedikit lebih besar dari pada motor dc shunt pada keadaan berbelah seperti pada gbr dibawah ini :

Ad.3. Karakteristik kecepatan – torsiKaraktersitik-karakteristik kecepatan arus dan torsi vs arus dikembangkan /digabung antara kecepatan & torsi akan diperoleh

- Pada motor shunt, bahwa kecepatannya mendekat konstan- Pada motor seri kurva kecepatan – torsi mirip dengan kurva

kecepatan arus- Pada motor komponen kurva kecepatan – torsi adalah

continue & karakteristik arus shunt & motor seri seperti pada gambar

25

PENGATURAN KECEPATAN MOTOR DC

26

Kecepatan Motor DC dapat diatur dengan merubah Variabel-Variabel dari Persamaan Kecepatan

Ada 4 metode pengaturan :

1. Metode pangaturan fluks ► merubah fluks medan

2. Metode pengaturan tahanan jangkar ► merubah tegangan Va dengan mempergunakan tahanan variable yang diseri dengan jangkar

3. Metode pengaturan tahanan jangkar seri & parallel ► merubah tegangan Va (jangkar) & arus Ia (jangkar) dengan kombinasi dua buah tahanan variabel seri & parallel

4. Metode pengaturan tegangan jangkar ► mempergunakan suatu tegangan dengan variabel untuk merubah tegangan Va (jangkar) pada motor penguatan bebas

Ad1. Pengatuaran FLUKS

a. Menambah tahanan medan ► arus medan ► kecepatanb. Menghasilkan kecepatan diatas kecepatan dasar

27

Keuntungan :- sederhana,tidak mahal (rel) - relative effisien ► rugi2 rangkaian medan 3-5%- smooth- tanpa batas, tetapi harus diperhatikan hubungan

T= KØ Ia dan kecepatan maksimal yang diijinkan 1,5 x kecapatn nominal

Kerugian :- kurang stabil untuk kecepatan tinggi (karena reaksi

jangkar)- komutator sulit & kemungkinan komutator rusak pada

kecepatan tinggi- tidak mungkin kecepatan dibawah kecepatan nominal

Ad2. Pengaturan Tahanan Jangkar (lih. Gbr diatas)

a. Menambah tahanan jangkar dengan tahanan seri ► tegangan jangkar turun ► kecepatan akan turun

b. Menghasilkan kecepatan dibawah kecepatan dasarc. Arus jangkar adalah fungsi beban

Keuntungan :- sederhana & mudah menghubungkannya- dapat dikombinasikan dengan starting motor

Kerugian :

28

- biaya relatif tinggi (untuk motor dengan rating HP tinggi)

- pengaturan kecepatan kurang baik - effisiensi rendah- sulit pengaturannya untuk motor daya besar

Ad3. Metode pengaturan tahanan jangkar seri & parallel

Merubah Va & Ia

Keuntungan :- lebih baik dari pengaturan tahanan jangkar- tahanan Rsh dapat untuk pengereman

Kerugian :- torsi operasi berkurang karena pemisahaan arus

jangkar- effisiensi turun karena rugi2 pada Rsh & Rs

Contoh : dengan pengoperasian kontraktor

Ad4. Metode Pengaturan Tegangan Jangkar

29

Mengeliminasi kebutuhan tahanan starting yang diseri dengan jangkar

a. Dengan tegangan DC variabel, pada motor DC penguatan bebas

b. Tegangan DC variabel = 0 ► T motor = 0

c. Tegangan DC ditambah ► sesuai

d. Tegangan DC dikurangi hingga nol & polaritas terbalik ► motor berhenti & putaran berubah arah ► sesuai hokum tangan kiri

e. Motor kecil,bisa memakai SCR (converter) dari AC 1φ atau 3φ

f. Motor besar diatas 100HP umumnya mempergunakan system Ward Leonard

- Motor ac 3φ memutar Gen.dc utama & Ge.dc Exciter (shunt)- Dapat untuk menghentikan & membalik putaran

30

Keuntungan :- range pengaturan lebar dari berhenti hingga

kecepatan tinggi 2 arah- responnya cukup cepat untuk setiap perubahan

kecepatan - baik untuk pengaturan kecepatan kerugian : biaya

awal tinggi

Kerugian : Biaya awal tinggi

Exc. 2 : Exciter utama, disediakan untuk control medan Exciter 1Exc. 1 : Untuk medan generator utama

MEMBALIK ARAH PUTARAN MOTOR DC

1. Merubah arah fluks medan atau arus jangkar2. Merubah arah keduanya atau membalik hubungan

tegangan + / - ► arah putaran tidak berubah

31

3. Yang popular dalah membalik hubungan jangkar4. Bila membalik hubungan medan ada 2 masalah

(kerugian) :a. Berbahaya,putaran tinggi ► tidak stabil & arus

jangkar tinggib. Medan menjadi sangat induktif dari pada

jangkar, perubahan rangkaian dengan induktif tinggi ► timbul bunga api & breakdown tegangan

Dasar-Dasar Rangkaian Untuk Merubah Arah Putaran Motor DC

32

33

34