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).