Apa itu Pergantian pada Mesin DC: Prinsip Kerja, Efeknya
Dalam kehidupan kita sehari-hari, penggunaan mesin DC untuk kebutuhan kita sehari-hari telah menjadi hal yang biasa. Mesin DC adalah perangkat konversi energi yang membuat konversi elektro-mekanis. Ada dua jenis Mesin DC - Motor DC dan Generator DC. Motor DC mengubah daya listrik DC menjadi gerak mekanis sedangkan generator DC mengubah gerak mekanis menjadi daya DC.
Tetapi yang menarik adalah, arus yang dihasilkan dalam generator DC adalah daya AC tetapi output dari generator adalah DC!! Dengan cara yang sama, prinsip motor berlaku ketika arus dalam coil bergantian, tetapi daya yang diterapkan pada motor DC adalah DC!! Lalu bagaimana mesin ini berjalan? Jawaban atas keajaiban ini adalah perangkat kecil bernama pembalik atau "Komutator".
Apa itu Pergantian?
Pergantian atau commutation pada mesin DC adalah proses dimana pembalikan arus terjadi. Dalam generator DC proses ini digunakan untuk mengubah AC yang diinduksi dalam konduktor menjadi output DC. Pada motor DC pergantian digunakan untuk membalik arah arus DC sebelum diaplikasikan pada kumparan motor.
Bagaimana Proses Pergantian Itu Terjadi?
Perangkat yang disebut Commutator atau pembalik membantu dalam proses ini. Mari kita lihat fungsi motor DC untuk memahami proses pergantian. Prinsip dasar di mana motor bekerja adalah induksi elektromagnetik. Ketika arus dilewatkan melalui konduktor, ia menghasilkan garis medan magnet di sekitarnya.
Kita juga tahu bahwa ketika sebuah magnet utara dan selatan magnetik saling berhadapan, garis gaya magnet bergerak dari magnet Kutub Utara ke magnet Kutub Selatan seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Ketika konduktor dengan medan magnet diinduksi di sekitarnya, ditempatkan di jalur gaya magnet ini, ia menghalangi jalurnya. Jadi garis-garis magnetik ini mencoba untuk menghilangkan hambatan ini dengan menggerakkannya ke atas atau ke bawah tergantung pada arah arus di konduktor. Ini menimbulkan efek motorik.
Ketika kumparan atau coil Elektromagnetik ditempatkan di antara dua magnet dengan utara menghadap ke selatan magnet lain, garis magnetik menggerakkan kumparan ke atas saat arus dalam satu arah dan ke bawah saat arus dalam kumparan berada di arah sebaliknya. Ini menciptakan gerakan rotasi kumparan.
Untuk mengubah arah arus dalam kumparan, dua logam berbentuk setengah bulan melekat pada setiap ujung kumparan yang disebut Komutator. Sikat logam ditempatkan dengan satu ujung terpasang ke baterai dan ujung lainnya terhubung ke komutator.
Pergantian dalam Mesin DC
Setiap kumparan angker dinamo berisi dua komutator yang terpasang di ujungnya. Untuk transformasi arus, segmen dan sikat Commutator harus mempertahankan kontak yang terus bergerak. Untuk mendapatkan nilai output yang lebih besar, lebih dari satu coil digunakan di mesin DC. Jadi, alih-alih satu pasang, kami memiliki sejumlah pasang segmen Komutator.
Coil dibuat konsleting untuk waktu yang sangat singkat dengan bantuan sikat. Periode ini dikenal sebagai periode pergantian. Mari kita perhatikan motor DC di mana lebar batang Commutator sama dengan lebar sikat.
Biarkan arus yang mengalir melalui konduktor menjadi Ia. Biarkan a, b, c menjadi segmen Komutator motor. Pembalikan arus dalam proses pergantian coil yaitu dapat dipahami dengan langkah-langkah di bawah ini.
Posisi-1
Biarkan angker dinamo mulai berputar, lalu sikat bergerak melewati segmen komutator. Biarkan posisi pertama dari kontak komutator sikat berada di segmen b seperti yang ditunjukkan di atas.
Karena lebar komutator sama dengan lebar sikat, pada posisi di atas total area komutator dan sikat saling bersentuhan. Total arus yang dilakukan oleh segmen komutator ke sikat pada posisi ini adalah 2Ia.
Posisi-2
Sekarang angker dinamo berputar ke arah kanan dan sikat bersentuhan dengan bar a. Pada posisi ini, total arus yang dilakukan adalah 2Ia, tetapi arus dalam coil berubah. Di sini arus mengalir melalui dua jalur A dan B. 3/4 dari 2Ia berasal dari coil B dan sisanya 1/4 berasal dari coil A.
Ketika Hukum Kirchoff 1 - Arus (KCL)diterapkan pada segmen a dan b, arus melalui coil B adalah dikurangi menjadi Ia/2 dan arus yang ditarik melalui segmen a adalah Ia/2.
Posisi-3
Pada posisi ini setengah dari sikat, permukaan bersentuhan dengan segmen a dan setengah lainnya dengan segmen b. Karena total arus yang ditarik kuas 2Ia, arus Ia ditarik melalui kumparan A dan Ia ditarik melalui kumparan B. Dengan menggunakan Hukum Kirchoff 1 - Arus (KCL) kita dapat mengamati bahwa arus dalam kumparan B akan menjadi nol.
Posisi-4
Dalam posisi ini, seperempat permukaan sikat akan bersentuhan dengan segmen b dan tiga keempat dengan segmen a. Di sini arus yang ditarik melalui coil B adalah - Ia/2. Di sini kita dapat mengamati bahwa arus dalam coil B terbalik.
Posisi-5
Pada posisi ini, sikat berada dalam kontak penuh dengan segmen a dan arus dari coil B adalah Ia tetapi adalah arah sebaliknya ke arah posisi arus. Dengan demikian proses pergantian selesai untuk segmen b.
Efek Pergantian
Perhitungannya disebut pergantian yang ideal ketika pembalikan arus diselesaikan pada akhir periode pergantian. Jika pembalikan arus selesai selama periode pergantian, percikan terjadi pada kontak sikat dan terjadi overheating yang merusak permukaan komutator. Cacat ini disebut Mesin dengan Pergantian Buruk.
Untuk mencegah jenis cacat ini ada tiga jenis metode untuk meningkatkan pergantian.
• Pergantian resistansi.
• Pergantian GGL.
• Kompensasi belitan.
Pergantian Resistansi
Untuk mengatasi masalah pergantian yang buruk, metode pergantian resistansi diterapkan. Dalam metode ini, sikat tembaga dari resistansi yang lebih rendah diganti dengan sikat karbon dengan resistansi yang lebih tinggi. Resistansi meningkat dengan berkurangnya luas penampang.
Jadi, resistansi dari segmen komutator trailing meningkat ketika sikat bergerak menuju segmen terkemuka. Oleh karena itu, segmen utama paling disukai untuk jalur arus dan arus besar mengambil jalur yang disediakan oleh segmen terkemuka untuk mencapai sikat. Ini dapat dipahami dengan baik dengan melihat gambar kami di bawah ini.
Pada gambar di atas arus dari coil 3 dapat mengambil dua jalur. Jalur 1 dari coil 3 ke dalam coil 2 dan segmen b. Jalur 2 dari konsleting coil 2 kemudian coil 1 dan segmen a. Ketika sikat tembaga digunakan arus akan mengambil jalan 1 karena resistansi yang lebih rendah yang ditawarkan oleh jalan.
Tetapi ketika sikat karbon digunakan, arus lebih memilih Path 2 karena sebagai bidang kontak antara sikat dan segmen menurun resistansi meningkat. Ini menghentikan pembalikan awal arus dan mencegah percikan pada mesin DC.
Pergantian GGL
Properti induksi kumparan atau coil adalah salah satu alasan untuk pembalikan arus yang lambat selama proses pergantian. Masalah ini dapat diatasi dengan menetralkan tegangan reaktansi yang dihasilkan oleh kumparan dengan memproduksi ggl balik dalam kumparan konsleting selama periode pergantian. Pergantian GGL ini juga dikenal sebagai pergantian Tegangan.
Ini dapat dilakukan dalam dua metode.
• Dengan metode Brush Shifting.
• Dengan Menggunakan pergantian kutub.
Dalam metode menggeser sikat, sikat digeser ke depan untuk generator DC dan mundur di motor DC. Ini membentuk fluks di zona netral. Sebagai coil komutasi memotong fluks, tegangan kecil diinduksi. Karena posisi sikat harus digeser untuk setiap variasi beban, metode ini jarang disukai.
Pada metode kedua, digunakan pergantian kutub. Ini adalah kutub magnet kecil yang ditempatkan di antara kutub utama yang dipasang ke stator mesin. Ini terpasang dalam koneksi seri dengan angker dinamo. Karena arus beban menyebabkan ggl balik, kutub komutasi ini menetralkan posisi medan magnet.
Tanpa kutub komutasi ini, slot komutator tidak akan tetap sejajar dengan bagian ideal medan magnet karena perubahan posisi medan magnet karena ggl balik. Selama periode pergantian, kutub komutasi ini menghasilkan ggl dalam coil konsleting yang menentang tegangan reaktansi dan memberikan pergantian tanpa percikan.
Polaritas kutub pergantian sama dengan kutub utama yang terletak di sebelahnya untuk generator sedangkan polaritas kutub pergantian berlawanan dengan kutub utama di motor.
Belajar tentang Komutator kami menemukan bahwa perangkat kecil ini memainkan peran penting dalam kerja mesin DC yang tepat. Tidak hanya sebagai konverter arus tetapi juga untuk fungsi mesin yang aman tanpa kerusakan karena percikan api, komutator adalah perangkat yang sangat berguna. Tetapi dengan meningkatnya perkembangan dalam teknologi, pergantian diganti dengan teknologi baru.
