MESIN ARUS SEARAH

BAGIAN – BAGIAN MESIN ARUS SEARAH Bagian-bagian penting pada suatu mesin arus searah dilukiskan pada gambar 1. statornya memiliki kutub tonjol dan dikelilingi oleh satu atau lebih kumparan medan. Gambar 1 Kumparan medan terbuat dari kawat tembaga yang dililitkan sedemikian rupa dengan ukuran tertentu pada sebuah inti yang terbuat dari lembaran besi tuang atau baja tuang.

Sedangkan kumparan jangkar (rotor) berbentuk seperti permata yang normalnya bentangan kumparan adalah 180 0 listrik, yang berarti ketika sisi kumparan berada di tengah suatu kutub, sisi lain berada di tengah kutub yang berbeda polaritasnya. Kumparan yang membentang 180 0 listrik memiliki tegangan yang sama antar sisi-sisinya dan berlawanan arah setiap waktu. Komutator terbuat dari batang tembaga yang dikeraskan, yang diisolasi dengan bahan sejenis mika. Fungsi dari komutator ini adalah mengumpulkan arus listrik induksi dari konduktor jangkar dan mengkonversikannya menjadi arus searah melalui sikat. Sedangkas sikat terbuat dari karbon, grafit, lagam grafit atau campuran karbon grafit yang dilengkapi dengan pegas penekan dan kotak sikatnya. Besarnya tekanan pegas dapt diatur sesuai dengan keinginan. Permukaan sikat ditekan ke permukaan segmen komutator untuk menyalurkan arus listrik. Karbon yang ada diusahkan memiliki konduktivitas yang tinggi untuk mengurangi rugi-rugi listrik, dan koefisien gesekan yang rendah untuk mengurangi keausan. PRINSIP KERJA MESIN ARUS SEARAH Pada mesin arus searah (dc) ini tegangan ac yang dibangkitkan pada masing-masing kumparan armatur yang berputar diubah menjadi dc pada ujung-ujung armatur luar melalui sutu komutator berputar dan sikat diam yang menghubungkan ujung-ujung kawat armatur/ kumparan jangkar. Efek dari penyebaran lilitan ke dalam beberapa celah tampak pada gambar 2 di bawah ini, Gambar 2 Jika terdapat selusin atau lebih segmen komutator tiap kutub, maka riaknya menjadi sangat kecil. Dan tegangan yang dibangkitkan rata-rata dipandang dari sikat-sikat akan sama dengan jumlah dari harga rata-rata tegangan kumparan yang disearahkan. PERMASALAHAN KOMUTASI PADA MESIN ARUS SEARAH Komutasi adalah proses pembalikan arah arus pada kumparan jangkar saat segmen komutator pada kumparan terhubung melewati di bawah sikat. Sikat-sikat diletakkan sehingga menghubung singkat kumparan jangkar ketika kumparan tidak memotong pada medan magnet. Pada saat itu tidak ada aliran arus dan tidak ada bunga api pada sikat-sikat. Bunga api pada sikat-sikat apabila dibiarkan akan menyebabkan kerusakan sikat dan komutator. Arus yang mengalir pada kumparan jangkar menimbulkan gaya gerak magnet yang kuat yang memotong dan melemahkan fluks yang datang dari kutub-kutub. Efek distorsi dan pelemahan medan tersebut disebut reaksi jangkar. Gambar 3 menunjukkan bagaimana medan jangkar memotong kutub utama yang menyebabkan garis netral tergeser searah dengan arah putaran. Jika sikat tetap dibiarkan tetap berada pada garis netral lama, sikat akan menghubung singkat kumparan yang mempunyai tegangan induksi di dalamnya. Untuk mencegah hal itu sikat-sikat harus digeserkan pada garis netral yang baru. Gambar 3 Pada mesin dc apabila bebannya berfluktuasi, garis netral mondar-mandir antara posisi tanpa beban dan beban penuh. Untuk generator kecil, sikat-sikatnya dipasang pada posisi tengah untuk menghasilkan komutasi yang dapat diterima pada semua beban. Pada generator yang lebih besar, dipasang interpole antar kutub medan utama untuk mengurangi pengaruh reakasi jangkar. Medan magnet yang dibangkitkan oleh kutub bantu dirancang untuk memperbaiki komutasi. Gambar 4 MACAM – MACAM MESIN ARUS SEARAH A. Motor Arus Searah Motor listrik menggunakan energi listrik dan energi magnet untuk menghasilkan energi mekanis. Operasi motor tergantung pada interaksi dua magnet. Secara umum dikatakan bahwa motor listrik bekerja dengan prinsip bahwa dua medan magnet dapat dibuat berinteraksi untuk menghasilkan gerakan. Gbr.5 Motor dc Jenis Seri Motor ini terdiri dari medan seri dibuat dari sedikit lilitan kawat besar yang dihubungkan seri dengan jangkar. Jenis motor dc ini mempunyai karakteristik torsi start dan kecepatan variable yang tinggi. Ini berarti bahwa motor dapat start atau menggerakkan beban yang sangat berat, tetapi kecepatan akan bertambah kalau beban turun. Motor dc seri dapat membangkitkan torsi starting yang besar karena arus yang sama yang melewati jangkar juga melewati medan. Jadi, jika jangkar memerlukan arus lebih banyak, arus ini juga melewati medan, menambah kekuatan medan. Oleh karena itu, motor seri berputar cepat dengan beban ringan dan berputar lambat saat beban ditambahkan. Gbr 6 Motor dc Jenis Shunt Pada motor shunt, kumparan medan shunt dibuat dengan banyak lilitan kawat kecil sehingga mempunyai tahanan yang tinggi. Motor shunt mempunyai rangkaian jangkar dan medan yang dihubungkan parallel yang memberikan kekuatan medan dan kecepatan motor yang sangat konstan. Kecepatan motor dapat dikontrol di atas kecepatan dasar. Kecepatan motor akan menjadi berbanding terbalik dengan arus medan. Ini berarti motor shunt berputar cepat dengan arus medan rendah dan berputar lambat pada saat arus medan ditambah. Motor shunt dapat melaju pada kecepatan tinggi jika arus kumparan medan hilang Gbr 7 Motor dc Jenis Compound Motor jenis ini menggunakan lilitan seri dan lilitan shunt, yang umumnya digabung sehingga medan-medannya bertambah secara komulatif. Hubungan dua lilitan ini menghasilkan karakteristik pada motor medan shunt dan motor medan seri. Kecepatan motor tersebut bervariasi lebih sedikit dibandingkan motor shunt, tetapi tidak sebayak motor seri. Motor dc jenis compound juga mempinyai torsi starting yang agak besar – jauh lebih besar daripada motor jenis shunt, tapi lebih kecil dibandingkan jenis seri. Keistimewaan gabungan ini membuat motor compound memberikan variasi penggunaan yang luas. Gbr8 B. Generetor Arus Searah Generator arus searah tidak banyak dipakai seperti dulu sebab arus searah dapat dihasilkan oleh dioda penyearah solid-state. Dulu pabrik industri kadang-kadang menggunakan perangkat motor generator untuk mengubah arus bolak-balik menjadi arus searah. Pada aplikasi ini motor ac digunakan untuk menggerakkan generator dc. Arus bolak-balik yang diberikan pada motor dan tegangan dc diperoleh dari generator. Gbr 9 Gambar diatas ini menunjukkan gambaran generator dc sederhana. Bentuk tegangan yang dibangkitkan pada loop masih bentuk tegangan gelombang sinus ac, Komutator bertindak sebagai saklar mekanis atau penyearah untuk secara otomatis mengubah tegangan ac yang dibangkitkan menjadi tegangan dc. Satu-satunya perbedaan yang penting antara generator ac dan dc adalah penggunaan cincin-geser pada generator ac dan komutator pada generator dc. Generator arus searah diklasifikasikan menurut metode dimana arus diberikan pada kumparan medan. Yaitu generator yang diberi penguatan terpisah dan generator dengan penguatan sendiri. Generator dc yang mempunyai arus medan sendiri yang disuplai oleh sumber luar disebut dengan generator dengan penguatan terpisah. Sumber luar tersebut kemungkinan baterai atau jenis suplay dc yang lain dengan kecepatan konstan. Gbr10 Generator dengan penguatan sendiri Untuk generator dengan penguatan sendiri menggunakan sebagian arus yang dibangkitkan untuk memperkuat medan. Generator dengan penguatan sendiri diklasifikasikan menurut metode dimana kumparan medan dihubungkan. Generator dengan penguatan sendiri kemungkinan di seri, shunt, atau compound. Pada generator yang dihubung seri fluks medannya diperoleh dari rangkaian medan yang dihubungkan seri dengan kumparan jangkar generator tersebut. Generator jenis ini memiliki tegangan yang tidak konstan, tergantung pada besarnya arus beban yang ditarik. Karenanya generator jenis ini hanya digunakan untuk keperluan khusus, misalnya untuk las listrik, dimana untuk aplikasi ini yang dipentingkan adalah pasokan arus listrik yang besar. Gbr 11 Pada generator shunt, kumparan medan shunt dihubungkan paralel dengan jangkar. Kumparan medan shunt terdiri dari banyak lilitan dengan kawat yang relatif kecil. Reostart yang dihubungkan seri dengan kumparan medan digunakan untuk mengubah arus medan, yang pada gilirannya mengontrol tegangan output generator. Saat beban ditambahkan pada generator tegangan output akan turun. Gbr12 Compound generator hampir sama dengan generator shunt, kecuali bahwa pada compound generator mempunyai tambahan kumparan medan yang dihubungkan seri dengan jangkar. Kumparan medan yang dihubung seri tesebut dipasang atau ditempatkan pada kutub yang sama dengan kumparan medan shunt, dibuat dengan sedikit lilitan dengan kawat yang besar, cukup besar untuk mengalirkan arus jangkar. Generator ini dikembangkan untuk mencegah tegangan terminal generator dc dari penurunan akibat penambahan beban.