Sabtu, 10 Maret 2012

materi "MESIN ARUS SEARAH"


MESIN ARUS SEARAH

Mesin listrik dapat berupa generator dan motor sehingga mesin arus searah juga terbagi atas Generator arus searah (DC) dan Motor arus searah (DC).
Satu perangkat mesin arus searah dapat berfungsi sebagai generator dan pada saat yang lain dapat berfungsi sebagai motor.sehingga konstruksinya sama.

Konstruksi Mesin Arus Searah
Konstruksi terbagi atas:
1. stator: bagian mesin yang diam.
2. Rotor: disebut juga angker/jangkar/armatur, bagian mesin yang berputar.
3. Celah udara: ruangan yang ada antara stator dan rotor.















a. Stator dan rotor mesin arus searah














b. Penampang mesin arus searah

Gambar Konstruksi mesin arus searah


Stator terdiri atas:
1. Gandar (rumah) dibuat dari besi tuang.
2. Kutub yang terdiri atas:
        a. Inti dari besi lunak atau baja silikon.
         b. Sepatu kutub, materialnya sama dengan inti.
         c. Lilitan dari tembaga.










Gambar Gandar (rumah) stator mesin arus searah



















Gambar Kutub mesin arus searah




Rotor terdiri atas:
1. Inti, materialnya sama dengan inti kutub.
2. Belitan (penghantar) dari tembaga.
3. Komutator dari tembaga.
4. Sikat dari karbon.










    a. Inti jangkar                          b. Penampang inti                             c. Sebagian penampang

Gambar Inti jangkar Mesin arus searah












Gambar Komutator mesin arus searah










Gambar Sikat mesin arus searah


Belitan Jangkar ada dua jenis:
1.   Belitan Gelung (Lap)
      Terdiri dari kumparan penghantar. Dua ujung kumparannya dihubungkan ke segmen komutator yang berdekatan atau berjarak satu segmen, dua segmen dan seterusnya sehingga memberikan hubungan multiplex. Multiplex tersebut dapat menentukan garis edar paralel jalannya arus.












a. Satu lilitan gelung (lap) dengan ujungnya disambung ke segmen komutator



















b. Diagram lilitan gelung untuk mesin arus searah, 4 kukub, 16 alur jangkar,
                   32 sisi penghantar











c. Empat jalur paralel dari sisi p[enghantar yang diseri pada mesin searah dari poin b

Gambar Belitan jangkar untuk jenis gelung (lap) hubungannya dengan
                           segmen komutator serta jalur paralel arus searah
2.   Belitan Gelombang (Wave)
      Sama dengan belitan gelung, akan tetapi kedua ujung kumparan dihubungkan ke segmen komutator yang berjarak 360º listrik. Juga memberikan hubungan multiplex dan menentukan garis edar paralel jalannya arus.









a. Satu lilitan gelombang dengan ujungnya disambung ke segmen komutator




















b. Diagram lilitan gelombang untuk mesin arus searah 4 kutub, 21 alur jangkar,
                42 sisi penghantar








c. Dua jalur paralel dari sisi penghantar yang diseri pada mesin poin b

Gambar Belitan jangkar untuk jenis gelombang hubungannya dengan segmen
                    komutator serta jalur paralel arus jangkar
GENERATOR ARUS SEARAH

Generator arus searah berfungsi mengubah energi mekanik dari penggerak mulanya menjadi energi listrik.
Prinsip Kerja (berdasarkan Hukum Faraday):
Apabila suatu konduktor atau lilitan penghantar diputar/digerakkan memotong garis-garis gaya medan magnit yang diam atau liltan penghantar diam dipotong oleh garis-garis gaya medan magnit yang berputar maka pada penghantar tersebut timbul tegangan induksi/ggl (garis gerak listrik).
  
   e = B l v ,       e = tegangan induksi, B= kerapatan fluks, v = kecepatan
                          l  = panjang efektif konduktor       

  Dalam hal ini untuk generator arus searah:
1. Lilitan penghantar diletakkan pada jangkar yang berputar.
2. Garis-garis gaya medan magnit berasal dari kutub yang ada di stator.
3. Liltan penghantar berputar dalam medan magnit.

Tegangan induksi yang dibangkitkan pada penghantar jangkar adalah tegangan bolak-balik. Tegangan bolak-balik tersebut kemudian disearahkan oleh komutator. Tegangan searah tersebut oleh sikat dikumpulkan kemudian diteruskan ke terminal generator.






a. Posisi sesaat lilitan penghantar berputar






b. Tegangan induksi bolak-balik yang dibangkitkan penghantar jangkar sebagai fungsi sudut
       rotasi

Gambar GGL atau tegangan induksi bolak-balik yang dibangkitkan oleh sutu lilitan penghantar jangkar






a. Segmen komutator dan sikat





b. Tegangan induksi bolak-balik yang telah disearahkan oleh komutator

Gambar GGL atau tegangan searah yang dibangkitkan oleh satu lilitan penghantar jangkar

Bila generator dc tersebut dibebani maka arus yang mengalir pada konduktor jangkar tersebut akan menghasilkan medan magnit yang melawan dari medan magnit utama yang dihasilkan oleh kutub sehingga mengurangi medan magnit kutub tersebut yang mengakibatkan tegangan terminal generator tersebut turun, Hal ini yang disebut dengan reaksi jangkar.









a. Fluks yang menembus konduktor jangkar      b. Fluks yang menembus konduktor jangkar
    pada generator tak berbeban                             pada generator berbeban                      

Gambar Reaksi jangkar


Rumus Dasar
Berdasarkan teori elektromagnetik, dapat diturunkan rumus dasar seperti berikut:

Tegangan Induksi

Ea = c n f  Volt
Keterangan :  f    = Fluks/kutub (weber)
                       n     = Putaran (rpm)
                       c     = (p/a) x (Z/60) = konstanta
                       p     = Jumlah kutub
                       a     = Jumlah paralel konduktor jangkar
                      Z      = Jumlah konduktor jangkar

Tegangan induksi rata-rata
  Volt
Keterangan : Eav = Tegangan rata-rata yang timbul dalam satu penghantar

                       f     = Fluks total yang dipotong oleh penghantar (maxwell)
                       t      = waktu yang dipergunakan untuk memotong fluksnya (detik)
                      
   Volt
Keterangan :  Eg  = Tegangan induksi total yang dibangkitkan
                       f     = Fluks/kutub (Maxwell)
                       n     = Putaran (rpm)
                       p     = Jumlah kutub
                       a     = Jumlah paralel konduktor jangkar
                      Z      = Jumlah konduktor jangkar

Berdasarkan cara memberikan fluksnya pada kumparan medannya, generator dc dapat dikelompokkan:

Generator Berpenguatan Bebas/Terpisah





Tegangan searah yang dipasangkan pada kumparan medan yang mempunyai tahanan Rf akan menghasilkan arus If. Arus ini menimbulkan fluks pada kutub medan. Fluks konstan ini dipotong oleh konduktor/penghantar jangkar yang berputar karena digerakkan oleh penggerak sehingga pada konduktor jangkar tersebut timbul tegangan induksi.

         Vf = If  Rf
         Ea = Vt + Ia Ra                 , Ra  = tahanan dalam generator/jangkar
                   atau
         Ea = Vt + Ia Ra + Ia Rs        ,  Rs  = tahanan sikat


Generator Berpenguatan Sendiri

1. Generator Seri





            Ea = Vt + Ia Ra + Ia Rf  =  Vt + Ia (Ra+Rf)          , Rf  = tahanan medan
                   atau
Ea = Vt + Ia Ra + Ia Rs+ Ia Rf                     


2. Generator Shunt






            Ea = Vt + Ia Ra            
                   atau
Ea = Vt + Ia Ra + Ia Rs =  Vt + Ia (Ra+Rs)                          

3. Generator Kompon Panjang
                  





            Ea = Vt + Ia Ra + Ia Rf1        
                   atau
Ea = Vt + Ia Ra + Ia Rs + Ia Rf1                          

4. Generator Kompon Pendek





            Ea = Vt + If Rf1 +Ia Ra         
                   atau
Ea = Vt + + If Rf1 + Ia Ra + Ia Rs

















Motor Arus Searah

Pada prinsipnya dengan membalik generator dc yaitu tegangan terminal   (Vt) sekarang menjadi/diberi sumber tegangan dan tegangan jangkar (Ea) merupakan ggl lawan maka mesin searah ini berlaku sebagai motor dc.sehinggga berlaku hubungan antara tegangan Vt dan Ea sebagai berikut:

                                               Ea = Vt - Ia Ra

Prinsip Kerja (Hulum Lenz)
Arus listrik I yang dialirkan di dalam suatu medan magnet dengan kerapatan fluks B akan menghasilkan suatu gaya F sebesar:

   F = B I l

Kopel/torsi yang dibangkitkan, bila r adalah jari-jari rotor:

   T = F r = B I l r

Menjalankan Motor
Ketika motor dijalankan, kecepatan dan tegangan induksi Ea masih sama dengan nol. Dan dari persamaan Ia = ( Vt - Ea) / Ra, untuk Ea = 0 dan Ra cukup kecil maka Ia yang mengalir besar sekali. Untuk membatasi arus jangkar ini pada waktu start maka perlu dipasang tahanan mula seri berjenjang dengan tahanan jangkar tersebut. Secara perlahan-lahan tegangan induksi dibangkitkan dan rotor mulai berputar.  Bersamaan dengan hal itu, tahanan mula  tersebut harus pula diturunkan (cara manual atau otomatis).