BAB 2. MESIN DC Meskipun persentase yang jauh lebih besar dari mesin listrik dalam pelayanan adalah mesin AC, namun mesin DC sangat penting bagi industri. Keuntungan utama dari mesin DC, khususnya DC Motor, adalah bahwa ia menyediakan kontrol yang baik dari kecepatan. Keuntungan tersebut tidak diklaim oleh motor AC apapun. Namun, generator DC tidak biasa seperti dulu lagi, karena arus searah, bila diperlukan, terutama diperoleh dari suplai AC dengan menggunakan rectifier. Namun demikian, pemahaman tentang generator DC ini penting karena hal tersebut merupakan pengenalan logis untuk perilaku motor DC. Memang banyak motor DC dalam industri benar-benar beroperasi sebagai generator DC untuk jangka waktu singkat. Dalam bab ini, kita akan membahas berbagai aspek mesin DC. Dipandang dari sisi suplai arus, secara umum mesin DC dapat dibedakan menjadi: - Generator DC → mensuplai daya ke luar - Motor DC → disuplai daya dari luar Dilihat dari konstriksinya, secara umum mesin DC dapat dibagi menjadi: - Mesin DC Shunt - Mesin DC Seri - Mesin DC Kompon (kompon panjang/ pendek, kompon kumulatif/ diferensial) Model konstruksi berbagai mesin DC dapat dilihat pada gambar 2.0 di bawah.
(i)
(v)
(ii)
(iii)
(vi)
(iv)
(vii)
(viii)
Gambar 2.0 Berbagai konfigurasi Mesin DC (i) Mesin DC Shunt (ii) Mesin DC Seri (iii) Mesin DC Kompon Pendek (Kompon Kumulatif) (iv) Mesin DC Kompon Panjang (Kompon Kumulatif) (v), (vi) Mesin DC Kompon Pendek Diferensial (vii), (viii) Mesin DC Kompon Panjang Diferensial 2.1 Prinsip Generator Generator listrik adalah mesin yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Generator listrik didasarkan pada prinsip bahwa setiap kali fluks dipotong oleh konduktor, ggl Dasar Tenaga Elektrik
Kunto2014
Page 1
diinduksi yang akan menyebabkan arus mengalir jika rangkaian konduktor tertutup. Arah induksi e.m.f. (sehingga arus) diberikan oleh aturan tangan kanan Fleming. Oleh karena itu, komponen penting dari generator adalah: (a) medan magnet (b) konduktor atau sekelompok konduktor (c) gerakan konduktor w.r.t. medan magnet. 2.2 Generator Loop Sederhana Pertimbangkan lingkaran (loop) tunggal (single turn) ABCD berputar searah jarum jam dalam medan magnet seragam dengan kecepatan konstan seperti yang ditunjukkan pada Gambar. (2.1). Saat lingkaran berputar, fluks menghubungkan sisi kumparan AB dan CD secara kontinyu. Oleh karena itu e.m.f. yang diinduksi dalam kumparan sisi ini juga berubah, tapi emf yang diinduksi dalam satu sisi kumparan menambah induksi yang lain. (i) Ketika loop berada dalam posisi no. 1 [Lihat Gambar. 2.1], yang e.m.f. dihasilkan adalah nol karena sisi coil (AB dan CD) yang memotong tidak ada fluks tetapi bergerak sejajar dengan itu (ii) Ketika loop berada dalam posisi no. 2, sisi koil bergerak pada sudut fluks dan, oleh karena itu, emf rendah dihasilkan seperti yang ditunjukkan oleh angka 2 pada Gambar. (2.2). (iii) Ketika loop berada dalam posisi no. 3, sisi coil (AB dan CD) berada di sudut kanan ke fluks dan, oleh karena itu, memotong fluks pada tingkat maksimum. Dengan demikian pada saat itu, yang dihasilkan e.m.f. maksimum seperti yang ditunjukkan oleh angka 3 pada Gambar. (2.2). (iv) Pada posisi 4, yang e.m.f. dihasilkan kurang karena sisi kumparan yang memotong fluks membentuk suatu sudut. (v) Pada posisi 5, tidak ada garis magnet dipotong sehingga induksi emf adalah nol seperti yang ditunjukkan oleh titik 5 pada Gambar. (2.2). (vi) Pada posisi 6, sisi kumparan bergerak di bawah kutub polaritas yang berlawanan sehingga arah dihasilkan emf terbalik. Dengan e.m.f. maksimum arah ini (yaitu, arah kebalikannya, Lihat Gambar. 2.2) ketika lingkaran akan berada pada posisi 7 dan nol ketika pada posisi 1. Siklus ini berulang dengan masing-masing revolusi kumparan.
Gambar 2.1
Gambar 2.2
Perhatikan bahwa e.m.f. yang dihasilkan dalam sebuah loop bolak-balik. Hal ini karena setiap sisi koil, dikatakan AB memiliki e.m.f. dalam satu arah saat di bawah pengaruh kutub-N dan ke arah lain ketika berada di bawah pengaruh kutub-S. Jika beban dihubungkan pada ujungDasar Tenaga Elektrik
Kunto2014
Page 2
ujung loop, maka arus bolak-balik akan mengalir melalui beban. Tegangan bolak-balik yang dihasilkan dalam lingkaran dapat dikonversi menjadi tegangan langsung oleh alat yang disebut komutator. Dengan piranti komutator itu, kemudian terjadilah generator DC. Sebenarnya, komutator adalah penyearah mekanik. 2.3 Perilaku Komutator Jika, entah bagaimana, koneksi dari sisi koil ke beban eksternal dibalik pada saat yang sama arus dalam membalikkan sisi kumparan, arus melalui beban akan arus searah. Inilah yang pembalik tidak. Gambar. (2.3) menunjukkan komutator memiliki dua segmen C1 dan C2. Ini terdiri dari cincin logam silinder dipotong menjadi dua bagian atau segmen C1 dan C2 masingmasing dipisahkan oleh lembaran tipis mika. Komutator dipasang pada tetapi terisolasi dari poros rotor. Ujung-ujung sisi kumparan AB dan CD yang terhubung ke segmen C1 dan C2 masing-masing seperti yang ditunjukkan pada Gambar. (2.4). Dua sikat karbon stasioner beristirahat di komutator dan memimpin arus ke beban eksternal. Dengan pengaturan ini, komutator setiap saat menghubungkan sisi kumparan di bawah S-tiang ke ve kuas dan bahwa di bawah N-kutub ke sikat ve. (i) Pada Gambar. (2.4), sisi kumparan AB dan CD berada di bawah masing-masing tiang-N dan tiang-S. Perhatikan bahwa segmen C1 menghubungkan sisi kumparan AB ke titik P dari resistan beban R dan segmen C2 menghubungkan sisi kumparan CD ke titik beban Q. Juga perhatikan arah arus melalui beban, yaitu dari Q ke P. (ii) Setelah setengah revolusi loop (yaitu, rotasi 180 °), sisi kumparan AB berada di bawah kutub-S dan sisi kumparan CD bawah kutub-N seperti yang ditunjukkan pada Gambar. (2.5). Arus di sisi kumparan sekarang mengalir dalam arah sebaliknya tetapi segmen C1 dan C2 juga bergerak 180°, yaitu segmen C1 sekarang kontak dengan sikat +ve dan segmen C2 kontak dengan sikat -ve. Perhatikan komutator yang telah terbalik koneksi kumparan ke beban, yaitu sisi kumparan AB sekarang terhubung ke titik Q dari beban dan kumparan sisi CD ke titik P beban. Juga perhatikan arah arus melalui beban, yaitu berulang lagi dari Q ke P.
Gambar 2.3
Gambar 2.4
Gambar 2.5
Dengan demikian tegangan bolak-balik dihasilkan dalam lingkaran akan muncul sebagai tegangan searah pada sikat. Dapat dicatat bahwa e.m.f. yang dihasilkan dalam belitan jangkar dari generator DC adalah bolak-balik. Dengan menggunakan komutator, emf bolak-balik yang dihasilkan dapat dikonversi menjadi tegangan searah. Tujuan dari sikat hanya untuk memandu arus dari putaran loop atau belitan ke beban stasioner eksternal. Dasar Tenaga Elektrik
Kunto2014
Page 3
Variasi tegangan melalui sikat dengan simpangan angular loop dapat ditunjukkan seperti pada Gambar. (2.6). Ini bukan tegangan searah yang stasioner tapi karakter denyut. Hal tersebut karena tegangan yang muncul di seluruh sikat bervariasi dari nol sampai nilai maksimum dan kembali ke nol dua kali untuk setiap revolusi loop. Sebuah denyut tegangan searah seperti yang dihasilkan oleh single loop tidak cocok untuk kebanyakan panggunaan komersial. Apa yang dibutuhkan adalah tegangan searah stabil (berbentuk datar). Hal tersebut dapat dicapai dengan menggunakan sejumlah besar kumparan yang dihubungkan secara seri. Pengaturan yang dihasilkan dikenal sebagai belitan jangkar. 2.4 Konstruksi Generator DC Generator DC dan motor DC memiliki konstruksi umum yang sama. Bahkan, ketika mesin sedang dirakit, para pekerja biasanya tidak tahu apakah itu generator atau motor DC. Setiap generator DC dapat dijalankan sebagai motor DC dan sebaliknya. Semua mesin DC memiliki lima komponen utama yaitu, (i) sistem medan (ii) inti jangkar (iii) belitan jangkar (iv) komutator (v) sikat [Lihat Gambar. 2.7].
Gambar 2.7
Gambar 2.8
(i) Sistem Medan Fungsi dari sistem medan adalah untuk menghasilkan medan magnet yang seragam di jangkar selama berputar. Terdiri dari sejumlah kutub menonjol atau salient pole (tentu saja jumlahnya genap) dan disekrup ke bagian dalam bingkai melingkar (umumnya disebut yoke). Yoke biasanya terbuat dari baja tuang padat sedangkan sepatu kutub (pole pieces) terdiri dari tumpukan plat baja dilaminasi. Kumparan medan dipasang pada kutub dan membawa arus eksitasi DC. Kumparan medan dihubungkan sedemikian rupa sehingga kutub yang berdekatan memiliki polaritas yang berlawanan. M.m.f. yang dikembangkan oleh kumparan medan menghasilkan fluks magnetik yang melewati sepatu kutub (pole piece), celah udara (air gap), jangkar (armature) dan frame (yoke) (Lihat Gambar. 2.8). Dalam prakteknya mesin DC memiliki celah udara berkisar antara 0,5 mm sampai 1,5 mm. Jangkar dan sistem medan yang terdiri dari bahan-bahan memiliki permeabilitas yang tinggi, sebagian besar mmf diperlukan oleh kumparan medan untuk mengatur fluks dalam celah udara. Dengan mengurangi panjang celah udara, kita dapat mengurangi ukuran kumparan medan (yaitu jumlah belitan).
Dasar Tenaga Elektrik
Kunto2014
Page 4
Gambar 2.9
Gambar 2.10
(ii) Armature Core Inti jangkar terkunci pada poros mesin (machine shaft) dan berputar diantara kutub medan. Terdiri dari alur-alur (slot) baja-lunak (soft-iron) laminasi (tebal sekitar 0,4 - 0,6 mm) yang ditumpuk untuk membentuk inti silinder seperti yang ditunjukkan pada Gambar (2.9). Laminasi (Lihat Gambar. 2.10) secara individual dilapisi dengan isolasi film tipis sehingga tidak terjadi kontak listrik satu sama lain. Tujuan laminating inti adalah untuk mengurangi kerugian arus eddy. Laminasi yang disisipkan untuk mengakomodasi dan memberikan keamanan mekanik terhadap belitan jangkar dan memberikan celah udara yang lebih pendek pada fluks untuk menyeberang antara permukaan kutub dan "gigi" jangkar. (iii) Belitan Jangkar Slot inti jangkar memegang konduktor terisolasi yang terhubung dengan cara yang sesuai. Hal ini dikenal sebagai belitan jangkar. Ini adalah belitan dimana induksi e.m.f. "bekerja". Konduktor jangkar dihubungkan secara seri-paralel; konduktor yang dihubungkan secara seri berguna untuk meningkatkan tegangan dan hubungan paralel berguna untuk meningkatkan arus. Belitan jangkar dari mesin DC membentuk belitan untai tertutup; konduktor terhubung secara simetris membentuk lingkaran tertutup atau serangkaian loop tertutup. (iv) Komutator Sebuah komutator adalah penyearah mekanik yang mengubah tegangan bolak-balik yang dihasilkan dalam belitan jangkar menjadi tegangan searah di sikat. Komutator terbuat dari segmen tembaga terisolasi satu sama lain dengan lembaran mika dan dipasang pada poros mesin (Lihat Gambar 2.11). Konduktor jangkar disolder ke segmen komutator dengan susunan yang sesuai untuk menimbulkan belitan jangkar. Tergantung pada cara di mana konduktor jangkar yang terhubung ke segmen komutator, ada dua jenis belitan jangkar pada mesin DC yaitu, (a) belitan gelung (lap winding) (b) belitan gelombang (wave winding). Perhatian besar diambil dalam membangun komutator karena eksentrisitas apapun akan menyebabkan sikat memantul, memproduksi percikan yang tidak diharapkan. Bunga api dapat membakar sikat dan terlalu panas dan karbonasi komutator.
Dasar Tenaga Elektrik
Kunto2014
Page 5
Gambar 2.11
(i)
(ii) Gambar 2.12
(v) Sikat (brush) Kegunaan dari sikat adalah untuk memastikan sambungan listrik antara komutator yang berputar dan untai beban eksternal yang stasioner. Sikat terbuat dari karbon dan menempel pada komutator. Tekanan sikat disesuaikan dengan cara menyesuaikan pegas (Lihat Gambar. 2.12). Jika tekanan sikat terlalu besar, gesekan menghasilkan pemanasan komutator dan sikat. Di sisi lain, jika terlalu lemah, kontak kurang sempurna terhadap komutator dapat menghasilkan percikan bunga api. Mesin multipole memiliki banyak sikat sebanyak jumlah kutub. Misalnya, mesin 4- kutub memiliki 4 sikat. Di keliling komutator, sikat berturut-turut memiliki polaritas positif dan negatif. Sikat yang memiliki polaritas sama yang dihubungkan bersama-sama sehingga memiliki dua terminal yaitu, + ve terminal dan terminal -ve. 2.5 Fitur Umum Belitan Jangkar DC (i) Sebuah mesin DC (generator atau motor) umumnya menggunakan gulungan yang didistribusikan di dalam alur (slot) bagian atas sekeliling inti jangkar. Setiap konduktor terletak di sudut kanan arah fluks magnetik dan arah gerakannya Oleh karena itu, ggl induksi dalam konduktor diberikan oleh; e = B ℓ v Volt Dengan B = kerapatan fluks magnetic dalam Weber/ m2 ℓ = panjang konduktor dalam meter v = kecepatan konduktor dalam m/ s (ii) Konduktor jangkar dihubungkan untuk membentuk gulungan/ belitan. Komponen dasar dari semua jenis gulungan jangkar adalah kumparan/ koil jangkar. Gambar. (2.13) (i) menunjukkan kumparan belitan-tunggal (single-turn). Ini memiliki dua konduktor atau sisi kumparan yang terhubung di bagian belakang jangkar. Gambar. 2.13 (ii) menunjukkan kumparan 4-lilit (turn) yang memiliki 8 konduktor atau sisi kumparan.
Dasar Tenaga Elektrik
Kunto2014
Page 6
(i)
(ii) Gambar 2.13
Sisi kumparan dari kumparan adalah letak bentangan kutub terpisah, yaitu satu sisi kumparan dari kumparan bawah kutub-N dan sisi kumparan lain berada di bawah kutub-S berikutnya pada posisi yang sesuai seperti ditunjukkan pada Gambar. 2.13 (i). Akibatnya emf dari sisi kumparan menjumlah bersama-sama. Jika e.m.f. yang diinduksi dalam satu konduktor 2,5 volt, maka emf yang dari kumparan lilit-tunggal (single-turn) akan = 2 2.5 = 5 volt. Untuk fluks yang sama dan kecepatan, e.m.f. yang dari kumparan 4-lilit akan = 8 2.5 = 20 V. (iii) Sebagian besar mesin belitan jangkar adalah belitan lapisan ganda (double layer) yaitu, ada dua sisi kumparan per slot seperti ditunjukkan pada Gambar. (2.14). Satu sisi kumparan dari kumparan yang terletak di bagian atas slot dan sisi kumparan lainnya terletak di bagian bawah beberapa slot lain. Kumparan bagian ujung kemudian akan diletakkan berdampingan. Pada belitan dua-lapis (two-layer winding), diinginkan untuk memberi nomor sisi kumparan bukan pada alur (slot). Sisi kumparan diberi nomor seperti ditunjukkan pada Gambar. (2.14). Sisi kumparan di bagian atas alur diberi angka ganjil dan di bagian bawah diberi nomor genap. Sisi kumparan diberi nomor berurutan sekeliling jangkar. Seperti dibahas di atas, masing-masing kumparan memiliki satu sisi di bagian atas slot dan sisi lain di bagian bawah slot; sisi kumparan hampir terpisah dari pole-pitch. Dalam menghubungkan kumparan, maka dipastikan bahwa sisi kumparan atas bergabung ke sisi kumparan bawah dan sebaliknya. Hal ini diilustrasikan pada Gambar. (2.15). Kumparan sisi 1 di atas slot bergabung ke samping kumparan 10 di bagian bawah slot lain terpisah sekitar satu pole pitch. Kumparan sisi 12 di bagian bawah slot bergabung ke samping kumparan 3 di atas slot lain. Bagaimana kumparan terhubung di bagian belakang jangkar dan di depan (komutator end/ ujung komutator) akan dibahas dalam bagian berikutnya. Dapat dicatat bahwa sejauh menghubungkan kumparan yang bersangkutan, jumlah lilit tiap kumparan tidak dipedulikan. Untuk mempermudah (supaya menjadi sederhana), maka, kumparan di dalam diagram belitan akan diwakili seolah-olah hanya memiliki hanya satu belit (yaitu, dua konduktor).
Dasar Tenaga Elektrik
Kunto2014
Page 7
Gambar 2.15
Gambar 2.16
(iv) Sisi kumparan dihubungkan melalui segmen komutator sedemikian rupa sehingga membentuk sistem seri-paralel; sejumlah konduktor dihubungkan secara seri sehingga dapat meningkatkan tegangan dan dua atau lebih jalur yang terhubung-seri tersebut disambung secara paralel untuk berbagi arus. Gambar. (2.16) menunjukkan bagaimana dua kumparan terhubung melalui segmen komutator (A, R, C dll) memiliki emf yang ditambahkan secara bersama-sama. Jika tegangan induksi di setiap konduktor 2-5 V, kemudian tegangan antara segmen A dan C = 4 2.5 = 10 V. Hal ini dapat dicatat di sini bahwa dengan cara konvensional mewakili jangkar dikembangkan belitan, garis-garis penuh mewakili sisi kumparan bagian atas (yaitu, sisi kumparan berbaring di atas slot) dan garis putus-putus mewakili sisi kumparan bawah (yaitu, sisi kumparan terletak di bagian bawah slot). (v) Belitan jangkar D.C. adalah belitan untai tertutup. Dalam sebuah belitan, jika satu mulai dibelitkan pada beberapa titik pada belitan dan menelusuri lintasan belitan, satu akan kembali ke titik awal tanpa melalui koneksi eksternal. Gulungan jangkar DC harus jenis tertutup guna menyediakan komutasi kumparan. 2.6 Komutator Pitch (Yc) Pitch komutator adalah jumlah segmen komutator yang direntang oleh setiap kumparanya belitan. Ini lambangkan dengan Yc. Pada gambar 2.17, satu sisi dari kumparan disambung ke komutator segmen 1 dan sisi yang lain disambung ke komutator segmen 2. Dengan demikian nomor segmen komutator yang direntang oleh kumparan adalah 1, yaitu Yc = 1. Pada gambar 2.18. salah satu sisi kumparan disambung ke komutator segmen 1 dan sisi lainnya ke komutator segmen 8, maka nomor segmen komutator yang direntang oleh koil = 8 – 1 = 7 segmen, yaitu Yc = 7. Pitch komutator dari Dasar Tenaga Elektrik
Kunto2014
Page 8
belitan selalu bilangan bulat. Maka setiap kumparan mempunyai dua ujung sebagai sambungan dua kumparan yang disambung menyatu pada segmen komutator.
Gambar 2.17
Gambar 2.18
Jumlah kumparan = jumlah segmen komutator Sebagai contoh, jika sebuah jangkar mempunyai 30 konduktor, jumlah kumparan akan menjadi 30/2 = 15. Oleh karena itu jumlah segmen komutator juga 15. Catatan, bahwa pitch komutator adalah faktor yang penting dalam mempertimbangkan tipe belitan jangkar. 2.7 Pole Pitch Ini adalah jarak yang diukur dari segi jumlah slot jangkar (atau konduktor jangkar) per kutub. Jadi jika generator 4-kutub memiliki 16 kumparan, maka jumlah slot = 16. Pitch kutub = Demukian juga
= 4 slot
Pitch kutub =
=
= 8 konduktor
2.8 Coil Span atau Coil Pitch (Ys) Ini adalah jarak yang diukur dari segi jumlah alur jangkar (atau konduktor jangkar) direntang oleh kumparan. Jadi jika bentangan kumparan (coil span) adalah 9 alur, artinya satu sisi kumparan berada di slot 1 dan sisi lainnya berada pada slot 10. 2.9 Coil Full Pitch Jika bentangan-kumparan (coil-span) atau selang-kumparan (coil-pitch) sama dengan selang-kutub (pole-pitch), hal itu disebut kumparan selang-penuh (full-pitch coil) (Lihat Gambar. 2.19). Dalam hal ini, emf-nya di sisi kumparan adalah aditif dan mempunyai perbedaan fasa 0 °. Oleh karena itu, e.m.f. terinduksi dalam kumparan adalah maksimum. Jika e.m.f. terinduksi dalam satu sisi kumparan adalah 2-5 V, maka e.m.f. yang melintasi terminal koil = 2 2.5 = 5 V. Oleh karena itu, bentangan kumparan harus selalu menjadi salah satu selang kutub (polepitch) kecuali ada alasan yang baik untuk membuatnya lebih pendek. Dasar Tenaga Elektrik
Kunto2014
Page 9
Gambar 2.19
Gambar 2.20
Kumparan selang pecahan (Fractional pitched coil). Jika bentangan kumparan atau selang kumparan kurang dari selang kutub, maka disebut kumparan selang pecahan (Lihat Gambar. 2.20). Dalam hal ini, perbedaan fasa antar emf-nya di dua sisi kumparan tidak akan menjadi nol sehingga emf kumparan akan menjadi kurang dibandingkan dengan kumparan selang penuh. Belitan selang pecahan membutuhkan sedikit tembaga tetapi jika selang terlalu kecil, pengurangan yang cukup menyolok dalam menghasilkan emf yang dibangkitkan. 2.10 Jenis Belitan Jangkar DC Kumparan jangkar yang berbeda pada belitan jangkar DC harus dihubungkan secara seri satu sama lain dengan cara mengakhiri sambungan (sambungan belakang dan sambungan depan) dengan cara sedemikian rupa sehingga setiap tegangan yang dibangkitkan dari kumparan akan membantu satu sama lain dalam produksi emf terminal dari belitan. Dua metoda dasar pembuatan akhir sambungan adalah: 1. Simplex lap winding (Belitan gelung searah) 2. Simplex wave winding (Belitan gelombang searah) 1. Simplex Lap Winding. Untuk belitan simplex lap winding (Belitan gelung searah), komutator selang YC = 1 dan rentang kumparan YS selang kutub. Jadi setiap ujung kumparan dibawa ke segmen komutator yang berdekatan dan hasil dari metode koneksi ini adalah bahwa semua gulungan jangkar berada dalam urutan dengan kumparan terakhir dihubungkan ke kumparan pertama. Akibatnya, dihasilkan belitan untai tertutup. Hal ini diilustrasikan pada Gambar. (2.21) di mana bagian dari belitan gelung (lap) ditampilkan. Hanya dua kumparan ditampilkan untuk kesederhanaan. Nama lap berasal dari salah satu cara membuat gulungan yang berurutan secara tumpang tindih dengan bagian sebelumnya (mirip gelungan konde). 2. Simplex Wave Winding Untuk belitan gelombang simpleks, komutator selang YC ~ 2 selang kutub (pole pitches) dan rentang kumparan (coil span) = selang kutub (pole pitch). Hasilnya adalah bahwa kumparan di bawah pasangan kutub berturut-turut akan bergabung bersama dalam bentuk seri sehingga bersama-sama menambah emf-nya [Lihat Gambar. 2.22]. Setelah melewati sekali putaran Dasar Tenaga Elektrik
Kunto2014
Page 10
jangkar, disisipkan belitan dalam slot ke kiri atau kanan titik awal dan dengan demikian menghubungkan dengan untai yang lain. Selanjutnya dengan cara ini, semua konduktor akan terhubung dalam belitan tertutup tunggal. Belitan ini disebut belitan gelombang (wave winding) dari tampilannya yang (bergelombang) sampai sambungan terakhir.
Gambar 2.21
Gambar 2.22
2.11 Lebih Jauh Tentang Terminologi Belitan Jangkar Selain dari segi bahasan sebelumnya, terminologi berikut memerlukan diskusi: (1) Back Pitch (YB) Ini adalah jarak yang diukur dari segi konduktor jangkar antara kedua sisi kumparan di bagian belakang jangkar (Lihat Gambar. 2.23). Hal ini ditandai oleh YB Sebagai contoh, jika sebuah kumparan yang dibentuk dengan menghubungkan konduktor 1 (konduktor atas dalam slot) untuk konduktor 12 (konduktor bawah pada slot yang lain) di bagian belakang jangkar, maka back pitch adalah YB = 12 - 1 = 11 konduktor.
(i)
(ii) Gambar 2.23
(ii) Front Picth Ini adalah jarak yang diukur dari segi konduktor jangkar antara sisi kumparan yang melekat pada setiap satu segmen komutator [Lihat Gambar. 1,23]. Hal ini ditandai dengan YF Sebagai contoh, jika sisi kumparan 12 dan sisi kumparan 3 yang terhubung ke segmen komutator yang sama, maka selang depan YF = 12 - 3 = 9 konduktor. Dasar Tenaga Elektrik
Kunto2014
Page 11
(iii) Resultan Pitch (YR) Ini adalah jarak (diukur dari konduktor jangkar) antara awal satu kumparan dan awal kumparan berikutnya yang terhubung (Lihat Gambar 2.23). Hal ini ditandai oleh YR. Oleh karena itu, selang yang dihasilkan adalah jumlah aljabar dari pitch belakang dan depan. (iv) Commutator Pitch (YC) Ini adalah jumlah segmen komutator dibentang oleh masing-masing kumparan jangkar belitan. Untuk belitan lap simpleks, YC = 1 Untuk belitan wave simpleks, YC ~ 2 pole pitch (segmen) (v) Progressive Winding Sebuah belitan progresif adalah satu diantara sekian, yang merupakan suatu lintasan melalui belitan, sambungan ke komutator akan berlanjut sekitar mesin dalam arah yang sama seperti yang sedang dilintasi sepanjang jalan masing-masing individu kumparan. Gambar. (2,24) (i) menunjukkan belitan lap progresif. Perhatikan bahwa YB > YF dan YC = + 1. (vi) Retrogressive Winding Sebuah belitan retrogressive adalah satu diantara, sebagai salah satu lintasan melalui belitan, koneksi ke komutator akan berlanjut sekitar mesin dalam arah yang berlawanan dengan apa yang sedang dilintasi sepanjang jalan masing-masing individu kumparan. Gambar. (2,24) (ii) menunjukkan lap mundur belitan. Perhatikan bahwa YF> YB dan YC = - 1. Sebuah belitan retrogressive jarang digunakan karena memerlukan lebih banyak tembaga.
(i)
(ii) Gambar 2.24
2.12 Ketentuan Umum Belitan Jangkar DC Dalam desain DC jangkar belitan (gelung atau gelombang), aturan berikut dapat diikuti: (i) Bagian pitch belakang (YB) serta pitch depan (YF) harus hampir sama dengan pitch kutub. Hal ini akan mengakibatkan peningkatan e.m.f. dalam kumparan. Dasar Tenaga Elektrik
Kunto2014
Page 12
(ii) Kedua pitch (YB dan YF) harus ganjil. Hal ini akan memungkinkan semua ujung sambungan (sama baiknya dengan koneksi depan) antara konduktor di atas slot dan satu di bagian bawah slot. (iii) Jumlah segmen komutator sama dengan jumlah slot atau kumparan (atau setengah jumlah konduktor). Jumlah segmen komutator = Jumlah slot = Jumlah kumparan Hal ini karena setiap kumparan memiliki dua ujung dan dua koneksi kumparan bergabung pada setiap segmen komutator (iv) Belitan harus menjadi untai tertutup. 2.13 Hubungan Antara Pitch untuk Belitan Simplex Lap Pada lap simpleks belitan, variasi pitch harus memiliki hubungan sebagai berikut: (i) Pitch bagian belakang dan depan adalah ganjil dan menandakan berlawanan. Mereka berbeda secara numerik dengan 2, YB = YB = YF ± 2 YB = YF + 2 untuk progresif belitan YB = YF - 2 untuk retrogresif belitan (ii) Kedua YB dan YF harus mendekati sama dengan pole pitch. (iii) Rata-rata pitch = (YB + YF) / 2. Ini sama dengan pitch pole (= Z / P). (iv) Pitch komutator, YC = ± 1 YC = + 1 untuk belitan progresif YC = - 1 untuk belitan retrogresif (v) Resultan pitch (YB) genap, menjadi perbedaan aritmatika dari dua angka ganjil yaitu, YB dan YF. (vi) Jika Z = jumlah konduktor jangkar dan P = jumlah kutub, maka, Pole-pitch = Ketika YB dan YF keduanya harus sekitar satu pole-pitch dan berbeda secara numerik dengan 2, YB = Untuk belitan progresif YF =
Dasar Tenaga Elektrik
Kunto2014
Page 13
YB = Untuk belitan retrogresif YF = Jelas bahwa Z/ P harus berjumlah genap untuk membuat belitan memungkinkan. Diagram Pengembangan Diagram Pengembangan diperoleh dengan membayangkan permukaan silinder dari jangkar yang akan dipotong oleh suatu bidang aksial dan kemudian diratakan. Gambar. (2.25) (i) menunjukkan diagram yang dikembangkan dari belitan. Perhatikan bahwa garis-garis penuh mewakili sisi kumparan atas (atau konduktor) dan garis putus-putus mewakili sisi kumparan bawah (atau konduktor). belitan menjauh dari komutator segmen 1 oleh konduktor 1 menyeberang kembali ke konduktor 12 dan pada bagian depan ke komutator segmen 2, sehingga membentuk kumparan. Kemudian dari komutator segmen 2, melalui konduktor 3 dan 14 kembali ke komutator segmen 3 dan seterusnya sampai belitan kembali ke komutator segmen 1 setelah menggunakan semua 40 konduktor. Posisi dan Jumlah Sikat Kita sekarang beralih untuk mencari posisi dan jumlah sikat yang dibutuhkan. Kuas, seperti kutub medan, terlanjur tertanam dalam spasi sebagai komutator dan belitan berputar. Hal ini sangat penting bahwa sikat berada dalam posisi yang benar relatif terhadap kutub medan. Panah menandai "rotasi" pada Gambar. (1.25) (i) menunjukkan arah gerakan konduktor. Dengan aturan tangan kanan, arah e.m.f. di setiap konduktor akan seperti yang ditunjukkan. Dalam rangka untuk mencari posisi kuas, diagram cincin ditunjukkan pada Gambar. (2.25) (ii) cukup membantu. Sebuah sikat positif akan ditempatkan pada segmen komutator dimana arus dalam kumparan bertemu mengalir dari segmen. Sebuah sikat negatif akan ditempatkan pada segmen komutator dimana arus dalam kumparan bertemu mengalir masuk. Mengacu Gambar. (2.25) (i), ada empat kuas, dua positif dan dua negatif. Oleh karena itu, kita sampai pada kesimpulan yang sangat penting bagi sebuah belitan lap simplex, jumlah sikat sama dengan jumlah kutub. Jika sikat dari polaritas yang sama yang terhubung bersama-sama, maka semua konduktor jangkar dihubungkan dalam empat jalur paralel; setiap jalur yang mengandung jumlah yang sama dari konduktor dalam seri. Hal ini diilustrasikan pada Gambar. (1,26). Karena segmen 6 dan 16 yang terhubung bersama-sama melalui sikat positif dan segmen 11 dan 1 dihubungkan bersama melalui sikat negatif, ada empat jalur paralel, masing-masing berisi 10 konduktor dalam susunan seri. Oleh karena itu, dalam belitan lap simplex, jumlah jalur paralel adalah sama dengan jumlah kutub.
Dasar Tenaga Elektrik
Kunto2014
Page 14
(i)
(ii) Gambar 2.25
Gambar 2.26
Buku Acuan: - V.K. Mehta, Rohit Mehta “Principles of Electrical machines”, 2002.
Dasar Tenaga Elektrik
Kunto2014
Page 15
