MESIN ARUS SEARAHTUGAS 1

Muhammad Alfian

NPM : 0541 10 005

Page

1. Reaksi Jangkar

Demagnetizing AT / Pole

Cross Magnetizing

2. Belitan Kompensasi

3. Pergeseran Sikat

4. Kutub – Kutub Komutasi

Page

1. Reaksi Jangkar

Dalam proses komutasi (penyearahan) mesin arus searah terdapat masalah

utama yang mempengaruhi kerja mesin tersebut salah satunya adalah Reaktansi

Jangkar. Yaitu jika kumparan medan (stator) mesin arus searah dihubungkan ke

catu daya dan rotor diputar oleh daya mekanis dari sumber eksternal, maka

tegangan akan diinduksikan pada konduktor rotor. Tegangan ini akan disearahkan

ke dalam keluaran arus oleh komutator. Kemudian pada saat beban dihubungkan ke

terminal mesin, arus listrik akan mengalir pada kumparan jangkarnya. Aliran listrik ini

akan menghasilkan medan magnet sendiri, yang akan mempengaruhi (distort)

medan magnet yang telah ada sebelumnya dari kutub mesin. Distrorsi fluks ini pada

mesin pada saat beban dinaikan disebut reaksi jangkar, yang menyebabkan

timbulnya 2 masalah serius.

1.   Demagnetisasi atau penurunan kerapatan fluksi medan utama.

2.   Magnetisasi silang.

Apabila  kumparan  medan  dialiri  oleh  arus  tetapi  kumparan  jangkar  tidak

dialiri oleh arus,  maka dengan mengabaikan pengaruh celah udara, jalur fluksi ideal

untuk kutub utama dari motor arus searah dua kutub, berasal dari kutub utara

menuju kutub selatan seperti gambar dibawah ini

Page

Gambar 1. 1 :  Fluksi Yang Dihasilkan Oleh Kumparan Medan

Dari gambar 1. 1 dijelaskan bahwa

Fluksi didistribusikan simetris terhadap bidang netral magnetis.

Sikat ditempatkan bertepatan dengan bidang netral magnetis.

Bidang netral magnetis didefinisikan sebagai bidang di dalam motor di mana

konduktor bergerak sejajar dengan garis gaya magnet sehingga gaya gerak listrik

induksi konduktor pada bidang tersebut adalah nol. Seperti yang terlihat dari gambar

1.3 sikat selalu ditempatkan di sepanjang bidang netral magnetis. Oleh karena itu,

bidang netral magnetis juga disebut sebagai sumbu komutasi karena pembalikan

arah arus jangkar berada pada bidang tersebut. Vektor OFM mewakili besar dan

arah dari fluksi medan utama, di mana vektor ini tegak lurus terhadap bidang netral

magnetis.

Sewaktu hanya konduktor jangkar saja yang dialiri oleh arus listrik sementara

kumparan medan tidak dieksitasi, maka disekeliling konduktor jangkar timbul ggm

atau fluksi. Gambaran arah garis gaya magnet ditunjukkan pada gambar 1. 2 berikut

ini :

Gambar 1. 2 Fluksi Yang Dihasilkan Oleh Kumparan Jangkar

Page

Penentuan arah dari garis gaya magnet yang diakibatkan oleh arus jangkar

ditentukan dengan aturan putaran sekrup (cork-screw rule). Besar dan arah garis

gaya magnet tersebut diwakili oleh vektor OFA yang sejajar dengan bidang

netral magnetis. Pada prakteknya, sewaktu mesin beroperasi maka konduktor

jangkar dan konduktor medan sama- sama dialiri oleh arus listrik, distribusi

fluksi resultan diperoleh dari menggabungkan kedua fluksi tersebut. Oleh karena itu

distribusi fluksi medan utama yang melalui jangkar tidak lagi simetris tetapi

sudah mengalami pembelokan saat mendekati konduktor yang dialiri arus

tersebut. Hal tersebut dikarenakan pengaruh fluksi jangkar yang dapat dilihat dari

gambar 2.11 berikut ini

Gambar 1.3 Hasil Kombinasi Antara Fluksi Medan dan Fluksi Jangkar

Fluksi yang dihasilkan oleh gaya gerak magnet (ggm) jangkar menentang

fluksi medan utama pada setengah bagian dari salah satu kutubnya dan memperkuat

fluksi medan utama pada setengah bagian yang lain. Hal ini jelas akan

menyebabkan penurunan kerapatan fluksi pada setengah bagian dari salah satu

kutubnya dan terjadi kenaikan pada setengah bagian yang lain di kutub yang sama.

Efek dari intensitas medan magnet atau lintasan fluksi pada jangkar yang

memotong lintasan fluksi medan utama ini disebut sebagai reaksi jangkar

magnetisasi-silang (cross-magnetization).

Page

Magnetisasi-silang ini juga menyebabkan pergeseran bidang netral. Pada

Gambar 2.11 terlihat bahwa vektor OFr merupakan resultan vektor OFA dan OFM,

serta posisi bidang netral magnetis yang baru, di mana selalu tegak lurus terhadap

vektor OFr. Bidang netral magnetis motor yang baru bergeser sejauh ® karena posisi

bidang netral magnetis ini selalu tegak lurus terhadap vektor OF. Dengan pergeseran

bidang netral ini maka sikat juga akan bergeser sejauh pergeseran bidang

netralmagnetis. Hal ini dapat menimbulkan bunga api di segmen komutator dekat

sikat. Kebanyakan mesin listrik bekerja pada kerapatan fluksi yang dekat dengan

titik jenuhnya, sehingga dapat menimbulkan kejenuhan magnetik. Pengaruh

kejenuhan magnetik terhadap fluksi medan utama dapat dijelaskan dengan bantuan

gambar 1. 4 sebagai berikut:

Gambar 1. 4 Kurva Pemagnetan Saat Terjadi Reaksi Jangkar

Misalkan fluks sebesar Ox adalah fluksi dihasilkan medan utama tanpa

dipengaruh reaksi jangkar. Misalkan pula dengan adanya reaksi jangkar

pertambahan - pengurangan kuat medan magnet (ggm) yang terjadi pada kutub

medan sebesar B ampere-lilitan. Pada lokasi di permukaan kutub di mana gaya

gerak magnet (ggm) rotor menambahkan ggm kutub terjadi penambahan

kerapatan fluks sebesar xy. Sedangkan pada lokasi permukaan kutub di mana ggm

rotor mengeliminir ggm kutub terjadi penurunan kerapatan fluksi sebesar xz, di mana

harga xz lebih besar dari pada xy. Oleh karena itu, penjumlahan rata-rata

kerapatan fluks yang terjadi adalah kerapatan fluks kutub yang semakin

berkurang. Hal inilah yang disebut sebagai efek demagnetisasi reaksi jangkar dan

perlu dicatat bahwa demagnetisasi timbul hanya karena adanya saturasi magnetik.

Page

2. Pergeseran Sikat

Pergeseran sikat adalah salah satu cara untuk mengatasi reaksi jangkar yaitu ide

dasarnya adalah dengan cara memindahkan sikat seirama dengan perpindahan

bidang netral untuk menghindari percikan bunga api yang timbul. Namun dalam

penerapannya hal ini cukup sulit karena jarak perpindahan bidang netralnya sangat

ditentukan oleh besarnya beban yang dipikul, maka jarak perpindahan bidang

netralnya pun berpindah, sehingga sikat harus juga diubah setiap saat, seirama

dengan perubahan jarak perpindahan bidang netral. Selain itu pergeseran

sikat akan memperburuk melemahnya fluks akibat reaksi jangkar mesin, selain

dengan metode ini mesin arus searah tidak dimungkinkan untuk bekerja

sebagai generator (akan menimbulkan percikan api yang lebih besar), dan sangat

tidak ekonomis terutamauntuk mesin-mesin berukuran kecil.

Adapun efek diperburuknya fluks akibat reaksi jangkar dapat dilihat pada

Gambar 2.13 berikut ini. Pada gambar 2.13 (a) diperlihatkan kondisi ketika bidang

netral mesin bergeser (lihat gambar segitiga ggm-nya), sedangkan pada gambar

2.13 (b) terlihat bidang netral yang bergeser disertai dengan bergesernya sikat

mesin. Akibat pergeseran tersebut (lihat gambar segitiga ggm-nya), terlihat ggm

resultannya melemah sedemikian rupa.

Page

Gambar 2.13 Pelemahan Ggm Akibat Pergeseran Bidang Netral

3. Belitan Kompensasi

Belitan kompensasi ini dihubungkan seri terhadap kumparan, rotor belitan ini

bertujuan untuk mengurangi penyimpangan yang timbul akibat reaksi jangkar. Fluks

yang ditimbulkan oleh reaksi jangkar diimbangi oleh fluks yang ditimbulkan oleh

belitan kompensasi yang besarnya sama dan berlawanan. Ketika beban

berubah, maka reaksi jangkar yang berubah akan selalu diimbangi oleh fluks

belitan kompensasi, sehingga bidang netralnya tidak bergeser. Teknik ini memiliki

kelemahan karena mahal harganya, dan juga masih memerlukan interpole untuk

mengatasi tegangan yang tidak dapat diatasi oleh belitan kompensasi. Karenanya

teknik ini digunakan untuk motor-motor yang bekerja ekstra berat, dimana

pelemahan fluks akan menjadi masalah yang serius.

4. Kutub – Kutub Komutasi

Ide dasar dari solusi ini adalah jika nilai tegangan pada kawat-kawat yang

sedang melakukan proses komutasi / penyearah dibuat menjadi nol, maka tidak

akan terdapat percikan bunga api pada sikat-sikat mesin tersebut. Untuk itu, kutub-

kutub kecil yang disebut kutub komutasi ini ditempatkan ditengah-tengah, diantara

kutub-kutub utama. Kumparan kutub komutasi (commutating poles) atau antar kutub

(interpoles) ini dihubungkan seri terhadap kumparan rotor (lihat gambar 10)

Page

Gambar 10 : Kutub-kutub komutasi (interpoles)

Ketika beban yang dipikul mesin meningkat dan arus rotor pun meningkat, besarnya

perubahan/pergeseran bidang netral dan besarnya efek Ldi/dt meningkat pula. Hal

tersebut akan menyebabkan timbulnya tegangan pada konduktor-konduktor yang

sedang melakukan komutasi. Pada saat itu juga fluks kutub komutasi juga

meningkat , menghasilkan tegangan pada konduktor-konduktor tersebut dan

berlawanan dengan tegangan yang timbul akibat pergeseran bidang netral.

Dengan metode ini mesin dapat bekerja pada daerah operasi motor maupun

generator, karena ketika mesin berubah fungsi dari sebagai motor menjadi

generator, arus baik di rotor maupun antar kutub akan berubah polaritasnya,

karenanya efek tegangan yang mungkin timbul dapat tetap ditiadakan. Namun

demikian reaksi jangkar tetap tidak dapat dihilangkan, sebab kutub-kutub komutasi

hanya membuat nol tegangan penghantar-penghantar yang berada pada bidang

netral magnet yang lama ketika terjadi pergeseran bidang netral magnet akibat

reaksi jangkar.