Nanda Mardika : Analisa Karakteristik Putaran-Torsi Motor Arus Searah Penguatan Shunt Berkutub Bantu Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik, 2008.
USU Repository © 2009
jangkar sudah cukup untuk menghasilkan torsi yang dibutuhkan oleh beban. Dengan demikian, GGL lawan di dalam motor arus searah mengatur aliran
arus jangkar, yang secara otomatis merubah besaran arus jangkar untuk memenuhi kebutuhan beban.
II.3 Reaksi Jangkar
Jika kumparan medan stator mesin arus searah dihubungkan kecatu daya dan rotor diputar oleh daya mekanis dari sumber eksternal, maka tegangan akan
diinduksikan pada konduktor rotor. Tegangan ini akan disearahkan kedalam keluaran arus searah komutator.
Kemudian pada saat beban dihubungkan keterminal motor, arus listrik akan mengalir pada kumparan jangkarnya. Aliran arus ini akan mengalir pada kumparan
jangkar yang mana akan dihasilkannya medan magnet sendiri, yang akan mempengaruhi distorsi fluksi utama. Pengaruh distorsi fluksi utama akibat rotor
dibebani disebut reaksi jangkar yang menyebabkan timbulnya dua masalah serius pada motor, yaitu :
1. Pergeseran bidang netral neutral plane shift
2. Pelemahan fluksi
Bidang netral magnetis didefinisikan sebagai bidang didalam mesin dimana kecepatan gerak kumparan rotor benar-benar paralel dengan garis garis fluks magnet
utama, sehingga GGL induksi pada konduktor rotor sama dengan nol.
Nanda Mardika : Analisa Karakteristik Putaran-Torsi Motor Arus Searah Penguatan Shunt Berkutub Bantu Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik, 2008.
USU Repository © 2009
U S
a
U S
b
U S
c
U S
d
U S
e
U S
f
Gambar 2.18 Reaksi Jangkar
Untuk lebih jelasnya lihat Gambar 2.18. pada Gambar 2.18a diperlihatkan mesin arus searah dengan dua kutub Utara dan Selatan, serta bidang netral
magnetik. Fluks yang mengalir adalah serba sama uniform. Kumparan rotor memiliki tegangan dengan arah meninggalkan pembaca untuk sisi Utara, dan menuju
pembaca untuk tegangan pada sisi selatan. Bidang netral magnetik berada tegak lurus terhadap tegangan tersebut.
Pada Gambar 2.18b diperlihatkan jalur garis lurus fluks magnet yang ideal, sedangkan pada Gambar 2.18c diperlihatkan jalur garis fluks magnet yang
melengkung akibat pengaruh adanya celah udara antara kumparan rotor dan kumparan stator.
Pada Gambar 2.18d diperlihatkan fluks medan magnet yang timbul akibat motor dihubungkan dengan beban. Kemudian pada Gambar 2.18e diperlihatkan
interaksi antara fluks medan magnet pada Gambar 2.18c dan fluks medan magnet
Nanda Mardika : Analisa Karakteristik Putaran-Torsi Motor Arus Searah Penguatan Shunt Berkutub Bantu Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik, 2008.
USU Repository © 2009
pada Gambar 2.18d. Sedangkan pada Gambar 2.18f diperlihatkan hasil interaksi antara dua fluks medan magnet pada kumparan jangkar, yang mengakibatkan
pergeseran bidang netral magnetik. Masalah kedua akibat adanya reaksi jangkar adalah pelemahan fluksi.
Kebanyakan mesin listrik bekerja pada kerapatan fluksi yang dekat dengan titik jenuhnya. Pengaruh kejenuhan magnetik pada reduksi fluksi medan utama dapat
dijelaskan dengan bantuan Gambar 2.19 dibawah ini.
{ {
F
k
–
F
j
F
k
+
F
j
F
k
F
∆
n
∆
t
[ Weber ]
[Ampere lilitan] [Kurva Kemagetan]
∆
n
= [penguatan fluks]
∆
t
= [pelemahan fluks]
F
k
= [gaya gerak magnet kutub]
F
j
= [gaya gerak magnet jangkar]
Gambar 2.19 Kurva Pemagnetan Ketika Terjadi Reaksi Jangkar
Ggm resultan adalah
j k
F F
−
dimana
k
F = ggm medan utama tanpa dipengaruhi reaksi jangkar dan
j
F
= ggm pada jangkar. Untuk
j
F
positif dan negatif dimisalkan dengan adanya pertambahan dan atau pengurangan ggm yang terjadi pada
kutub medan sebesar
k
F lihat gambar 2.19.
Nanda Mardika : Analisa Karakteristik Putaran-Torsi Motor Arus Searah Penguatan Shunt Berkutub Bantu Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik, 2008.
USU Repository © 2009
Untuk lokasi di permukaan kutub dimana gaya gerak magnet ggm rotor menambahkan ggm kutub, terjadi sedikit penambahan kerapatan fluks
n
φ ∆ . Tetapi
pada lokasi permukaan kutub dimana ggm rotor mengeliminir ggm kutub, terdapat penurunan kerapatan fluksi
1
φ ∆ yang lebih besar :
n
φ ∆
1
φ ∆ , sehingga pejumlahan
rata-rata kerapatan fluks yang terjadi adalah kerapatan fluks kutub yang semakin berkurang. Hal ini disebut juga efek demagnetisasi reaksi jangkar yang timbul karena
adanya saturasi magnetik. Akibat pelemahan fluks ini pada motor arus searah efek yang ditimbulkan
menjadi lebih serius, dimana pelemahan fluks akan menyebabkan motor arus searah khususnya motor arus searah paralel akan demikian cepatnya hingga tak terkendali.
Oleh sebab itu, dilakukanlah hal-hal yang dapat mencegah atau mengurangi terjadinya hal diatas. Ada tiga cara yang dapat dilakukan, yaitu :
1. Pergeseran sikat Brush shifting
2. Penambahan kutub bantu interpole
3. Belitan kompensasi
Ad. 1. Pergeseran sikat Brush shifting Ide dasarnya adalah dengan 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 oleh mesin sehingga setiap ada perubahan besarnya beban yang dipikul, mak jarak perpindahan bidang netralnya pun
Nanda Mardika : Analisa Karakteristik Putaran-Torsi Motor Arus Searah Penguatan Shunt Berkutub Bantu Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik, 2008.
USU Repository © 2009
berpindah. Sehingga sikat juga harus dirubah setiap saat, seirama dengan perubahan jarak perpindahan bidang netral. Selain itu pergeseran sikat akan memperburuk
melemahnya fluks akibat reaksi jangkar mesin, selain dengan metoda ini mesin arus searah tidak dimungkinkan untuk bekerja sebagai generatorakan menimbulkan
percikan api yang lebih besar, dan sangat tidak ekonomis terutama untuk mesin- mesin berukuran kecil.
Adapun efek diperburuknya fluks akibat reaksi jangkar dapat dilihat pada Gambar 2.20, berikut ini.
U S
Bidang netral baru
Bidang netral lama
Sikat Arah rotasi
motor
U S
Bidang netral baru
Bidang netral lama
Sikat
Arah rotasi motor
T
resultan
T
kutub
T
rotor
a
T
resultan
T
kutub
T
rotor
b
Gambar 2.20 Pelemahan ggm akbat pergeseran bidang Netral
Nanda Mardika : Analisa Karakteristik Putaran-Torsi Motor Arus Searah Penguatan Shunt Berkutub Bantu Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik, 2008.
USU Repository © 2009
Pada Gambar 2.20a diperlihatkan kondisi ketika bidang netral mesin bergeser lihat Gambar segitiga ggm-nya, sedangkan pada Gambar 2.20b terlihat
bidang netral yang bergeser disertai dengan bergesernya sikat mesin. Akibat pergeseran tersebut lihat Gambar segitiga ggm-nya, terlihat ggm resultannya
melemah sedemikian rupa. Maka dari itu pergeseran sikat ini tidak dilakukan dalam praktek nyata.
Ad. 2. Penambahan kutub bantu Interpole Ide dasar dari solusi ini masalah jika nilai tegangan pada kawat-kawat yang
sedang melakukan proses komutasi penyearahan dibuat nol, maka tidak akan terdapat percikan bunga api pada sikat-sokat mesin tersebut. Untuk itu, kutub-kutub kecil
yang disebut kutub komutasi, yang ditempatkan di tengah-tengah diantara kutub- kutub utama. Kutub bantu interpole ini dihubungkan seri terhadap kumparan rotor.
Sehingga dengan adanya fluks dari kutub bantu interpoleini akan dapat mencegah atau mengurangi adanya tegangan yang muncul pada kawat-kawat yang sedang
melakukan proses komutasi. Ketika beban yang dipikul mesin meningkat dan arus rotorpun meningkat,
besarnya perubahan atau pergeseran bidang netral meningkat pula. Hal tersebut akan menyebabkan timbulnya tegangan pada konduktor-konduktor yang sedang
melakukan komutasi. Pada saat itu fluks kutub bantu interpole juga meningkat, menghasilkan tegangan pada konduktor-konduktor tersebut dan berlawanan dengan
tegangan yang timbul akibat pergeseran bidang netral.
Nanda Mardika : Analisa Karakteristik Putaran-Torsi Motor Arus Searah Penguatan Shunt Berkutub Bantu Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik, 2008.
USU Repository © 2009
U S
- +
Jangkar
I
A
I
A
V
T
Gambar 2.21 Kumparan motor arus searah penguatan shunt berkutub bantu
Ad. 3. Belitan kompensasi Compensating windings 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 belitan kompensasi,
sehingga bidang netralnya tidak bergeser. Teknik ini memiliki kelemahan karena mahal harganya, juga masih
memerlukan kutub bantu interpole untuk mengatasi tegangan yang tidak dapat diatasi oleh belitan kompensasi. Karenanya teknik ini tidak digunakan untuk motor-
motor yang bekerja ekstra berat, dimana pelemahan fluks akan menjadi masalah yang serius.
Nanda Mardika : Analisa Karakteristik Putaran-Torsi Motor Arus Searah Penguatan Shunt Berkutub Bantu Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik, 2008.
USU Repository © 2009
a b
c Gambar 2.22 Efek belitan kompensasi
II.4 Jenis-Jenis Motor Arus Searah
