FUNDAMENTAL MACHINE

ELECTRICAL MACHINE adalah term umum dipakai untuk generator dan motor listrik

Mesin listrik digunakan untuk performance ELECTROMECHANICAL ENERGY CONVERSION ( merubah energi listrik kedalam energi mekanis atau sebaliknya )

Motor listrik - mengkonversi energi listrik ke energi mekanis Generator listrik - mengkonversi energi mekanis ke energi listrikMesin listrik diperlukan karena dengan alat yang sama dapat dioperasikan sebagai motor atau generator. Setiap mesin listrik mempunyai komponen diam (stationary) dan komponen bergerak (moving) . Gerakan dari komponen mesin yang bergerak dapat linear, osilasi , atau berputar . Umumnya kebanyakan type gerakan berputar

Types dari mesin putar 1 Synchronous machines2 Induction ( asynchronous) machines3 DC machines

mesin putar terdiri dari dua bagian dasar stationary (sisi luar) porsi dari mesin disebut stator.

Rotating (didalam) porsi dari mesin disebut rotor.antara stator dan rotor adalah celah udara ( air gap) . rotornya terpasang pada batang baja disebut poros (shaft)

Poros dihubungkan langsung dengan ke rotor .kecepatan putar dari mesin dengan istilah “machine speed,”rotor speed,” dan “shaft speed” adalah synonymous. Setiap rotor dan stator terdiri dari tiga komponen Komponen Rotor/Stator

1. Inti (core)2. Belitan (winding)3. Isolasi (insulation)

Inti dari rotor atau stator adalah bahan ferromagnetic digunakan untuk penghantar effectif medan magnit melalui belitan (kumparan) . Arus belitan adalah sumber dari medan magnit dimesin. Disini ada dua type arus belitan dan tiga type belitan Arus Belitan 1.Arus beban - suatu arus belitan dengan variasi beban 2.Arus Magnitisasi (exciting) - suatu arus belitan penyedia medan magnit Type-type Belitan

1. Jangkar (Armature) - hanya membawa arus beban2. Belitan medan - hanya membawa arus magnittisasi3. Belitan primer - membawa kedua arus beban dan

magnitisasi

Daya yang diperlukan dari suatu belitan medan relatip kecil dibandigkan kebelitan yang harus membawa arus beban . Typical daya input untuk belitan medan dimana antara 0,5% sampai 2% dari rating daya mesin. Konductor belitan adalah typical tembaga atau alumunium dan bisa terdiri kumparan atau batang (heavy bars) ,tergantung dari arus yang diperlukan.

Systim isolasi dari mesin putar terdiri dari tiga komponen.

Komponen isolasi

1. Isolasi penghantar – mengisolasi conductor belitan,typical natural atau synthetic varnish

2. Isolasi kumparan (coil insulation) – mengisolasi belitan kumparan dari penghantar inti, biasanya tape.

3. Slot liner – untuk mesin dengan lokasi kumparan dalam slot

Berikut informasi basic operasi sekitar typical mesin putar yang dilengkapi pada name plate alat

1. Device type ( induction motor, DC motor , etc)2. Name of manufacturer3. Rated voltages and frequency4. Rated currents and VA5. Rated speed and horse power

D C MAHINE

KONSTRUKSI Mesin DC dapat dioperasikan sebagai motor atau generator . jenis mesin ini bisanya dalam realisasinya rotor sebagai internal /kutub external mesin . Rumah dari mesin juga digunakan sebagai magnetic yoke untuk medan magnit melalui jangkar (armature) dan kutub (pole)Excitation winding (Belitan medan ) lokasinya langsung pada kutub utama dari stator. Arus mengalir dibelitan membangkitkan medan utama .karena mesin dioperasikan dengan arus DC, medan magnit distator adalah constant dan semua bagian besi dari stator dapat dibuat dari massive material ,

KONTRUKSI MESIN DC

Kutub utama dan kutub komutasi sering dibentuk lamel – lamel , bagian berputar dari mesin terpasang pada poros armature dengan komutator. Karena flux bolak balik mengalir melalui armature , bagian besi harus dibentuk lamel-lamel ,sama-sama terisolasi dan alur –alur (slotted) lembar magnit baja , kumparan dari belitan armature terletak dialurnya , ujungnya dihubungkan pada segment komutator . Arus mengisi ke komutator oleh sikat carbon (carbon brushess). Sebagai rotor berputar conductor berputar dengannya. kontak sikat dengan segment komutator berurutan .bila beban mesin bertambah, medan armature tidak bisa diabaikan dan menyebabkan

pergeseran bidang netral(neutral zone) disebabkan dari superposisi medan utama dan medan armature

KONTRUKSI ROTOR MESIN DC

PERBEDAAN GENERATOE AC dan DC

Konstruksi mesinnya pada pokoknya sama

Bilamana tegangan yang diinduksikan berbentuk sinus ,maka nilai rata-rata tegangan tersebut adalah :

π π Er = 1/π ∫ Em sin ωt = Em / π cos ωt І = 2 / π . Em

0 0 dimana: Em = Z .ω .Фm . 10 .-8 ; ω = 2 π f Er = 4. π f .Фm . Z . 10 -8 Volt

Jika jumlah cabang armature 2a , dan arus dalam tiap cabang ia , maka jumlah arus dalam jangkar adalah :

Ia = 2a . ia

Misalkan bahwa : N = jumlah kawat angker 2a = jumlah cabang angker N/2a = jumlah kawat cabang angker dalam serie

maka : ρ .1. / q = tahanan satu kawat

N ρ .1. / 2aq = tahanan N/2a kawat

N ρ .1. /2a. 2aq = tahanan 2a cabang angker

Tahanan kawat cabang angker dalam serie ( N/2a) adalah sama dengan tahanan satu cabang angker . Dengan demikian maka tahanan angker adalah ; Ra = N /(2a) 2 ∫1/q

dimana : ρ adalah tahanan jenis yang bergantung suhu q adalah penampang kawat

karena Er = 4 .f .Фm . Z .10 -8. Volt maka jika f = p.n / 60 dan Z = N / 4a2 maka : -8

Er = p/a .n/60 .Фm. N. 10 . Volt

Er = CE . n .Ф. Volt -8

CE = p/a . N. 1/60 .Фm . 10 Tegangan terminal yang dikeluarkan generator . pada umumnya lebih kecil dari gaya gerak listrik (emf) E , sebab masih harus dikurangi berbagai kerugian , seperti kerugian –kerugian tegangan dalam jangkar , sikat-sikat , dan tempat peralihan .

Pada umumnya berlaku ;

V = E - Ia.Ra - 2 es

dimana es adalah kerugian tegangan pada sikat-sikat

Pada sikat-sikat yang dibuat dari grafit atau arang , kerugian tegangan adalah kira-kira satu volt , dan pada sikat –sikat yang terbuat dari brons atau tembaga adalah sekitar 0,3 voltKerugian tegangan ini menjadi penting pada mesin –mesin dengan tegangan yang rendah

Berapakah besarnya perbedaan tegangan antara dua lamel korektor berturut-turut .Jumlah lamel adalah k , pada umumnya antara dua lamel dengan polaritas yang berlainan , terdapat tegangan yang penuh , sedangkan antara kedua sikat , terdapat sejumlah k/2p lamel .Dengan demikian , perbedaan tegangan antara dua lamel , rata-rata adalah e1 = 2p. E /k

didalam praktek besarnya tegangan antara dua lamel berkisar antara 17 – 20 Volt , jarang lebih tinggi

TORQUE DAN DAYABerapakah besarnya momen atau torque ?

Misalkan kawat-kawat terpasang pada jangkar secara aksial , dan bahwa medan berarah tegak lurus padanya , maka menurut lorentz , gaya yang bekerja pada kawat itu adalah :

Fx = Bx .l.i

Sedangkan momen yang diakibatkan adalah

Tx = Bx .l. i D/2

Besarnya seluruh momen , adalah .

T = Σ Tx = l.i . D/2 Σ Bx = l.i. D/2 . Br .N

atau : T = ( Ni) ( l . D/ 2 Br )

dengan Br adalah B rata-rata bilamana :

σp = jarak kutub = π D / 2p

D/2 = p . σp / π

maka : T = 1/ π ( Ni ) ( p.Фp )

dengan catatan : Ni adalah jumlah arus listrik p.Фp adalah jumlah arus magnit

T = CT.Ф . Ia Nm

Daya mekanis adalah torque kali putaran sudut mekanis : P = T . ω = 1/ π ( Ni ) ( p.Фp ) . 2 π n / 60

bila : i = Ia/ 2a maka :

P = p/a. n/60 . N .Фp .Ia = Ea. Ia Watt

Beberapa jenis mesin DC dan banyak cara untuk mengklasifikasinya . salah satu cara klasifikasi adalah cara memperoleh medan magnit . Disini ada empat dasar pendekatan untuk penyedia medan :

1) Penguat terpisah ( separately excited ) - Belitan medannya disuply dari sebuah power supply terpisah dan tidak bergantung (independent) dari power supply jangkar (armature)

2) Shunt – penguatan sendiri (self excited)- Medannya ditempatkan parallel dengan armaturenya yang menghasilkan emf balik (back emf) oleh armature penyedia tegangan melintas medannya.

3) Serie – Self excited - Belitan medannya ditempatkan seri dengan armature jadi bahwa ketika arus armaturenya mengalir, medannya dihasilkan . Disini menyediakan medan yang kuat dalam kondisi beban yang berat dan sebenarnya tidak ada medan dalam kondisi beban yang ringan.

4) Compound machine - Kombinasi dari 2 dan 3 (tersedia kedua belitan shunt dan serie).

Reaksi jangkar (armature) mendistorsi distribusi kerapatan medan , memberi effect pelemahan medan magnit dan menggeser daerah kerapatan flux zero dari sumbu netral

→ Komutasi jelek dan terjadi percikan api

Beberapa gaya gerak magnit (mmf) dari rotor dapat dinetralisir dengan menggunakan Belitan kompensasi pada permukaan kutub utama dan dihubungkan seri dengan belitan jangkar .

→ Solusi mahal hanya digunakan pada mesin yang besar (compensating winding)

Inter pole diperlukan untuk mengkompensasi reaksi jangkar (armature reaction)

Generating mode

V (tegangan terminal) = Ea – Ia.Ra ; Ea > V

Daya mechanic dirubah kebentuk electrical

Pmech (in) |net = Ea Ia = Pelect (out) | gross

Daya out put Electrical bersih adalah

Po = V Ia Jadi

Ea Ia - V Ia = Ia 2 Ra = rugi tembaga armature

P mech (in) | gross = shaft power = P mech (in) | net + rotational loss

Pada mode ini Torque ( T ) dari sumber electromagnetic adalah melawan arah putaran armature , daya mechanic diserap dan prime mover diperlukan untuk memutar mesin .

Pada mode ini , Ia mengalir menentang pada induksi emf Ea , Ea sekarang diketahui sebagai tegangan balik (back emf) untuk menekan factanya melawan Ea

V ( tegangan terminal ) = Ea + Ia Ra ; V > Ea

Daya electrical dirubah ke bentuk mechanical

P elect (in) | net = Ea. Ia = P mech (out) | gross

Daya electrical input

Pi = V.Ia Jadi

V Ia – Ea Ia = Ia 2 Ra = rugi tembaga armature

P mech (out) | net = shaft power = P mech (out) | gross – rotational loss