Dalam kehidupan kita sehari-hari, penggunaan mesin DC untuk kebutuhan kita sehari-hari sudah menjadi hal yang lumrah. Mesin DC adalah sebuah konversi energi perangkat yang membuat konversi elektro-mekanis . Ada dua jenis mesin DC- motor DC dan Generator DC . Motor DC mengubah daya listrik DC menjadi gerakan mekanis sedangkan generator DC mengubah gerakan mekanis menjadi daya DC. Tapi tangkapannya, arus yang dihasilkan di generator DC adalah AC tetapi output dari generator adalah DC !! Dengan cara yang sama, prinsip motor berlaku ketika arus dalam kumparan bergantian, tetapi daya yang diterapkan ke motor DC adalah DC !! Lalu bagaimana mesin ini berjalan? Jawaban atas keajaiban ini adalah perangkat kecil bernama 'Commutator'.
Apa itu Pergantian?
Pergantian dalam 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 membalikkan arah Arus DC sebelum diaplikasikan pada kumparan motor.
Bagaimana Proses Pergantian Terjadi?
Perangkat bernama Commutator membantu dalam proses ini. Mari kita lihat fungsi motor DC untuk memahami proses pergantian. Prinsip dasar motor bekerja adalah induksi elektromagnetik. Ketika arus melewati konduktor, itu menghasilkan garis medan magnet di sekitarnya. Kita juga mengetahui bahwa ketika magnet utara dan selatan magnet saling berhadapan, garis gaya magnet berpindah dari magnet Kutub Utara ke magnet Kutub Selatan seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Garis Gaya Magnetik
Ketika konduktor dengan medan magnet diinduksi di sekitarnya, ditempatkan di jalur garis gaya magnet ini, itu menghalangi jalurnya. Jadi garis magnet ini mencoba untuk menghilangkan hambatan ini dengan menggerakkannya ke atas atau ke bawah tergantung pada arah arus di sopir . Ini menimbulkan efek motorik.
Efek Motorik pada Coil
Ketika sebuah Koil elektromagnetik ditempatkan di antara dua magnet dengan utara menghadap selatan magnet lain, garis magnet menggerakkan kumparan ke atas ketika arus dalam satu arah dan ke bawah ketika arus dalam kumparan berlawanan arah. Ini menciptakan gerakan rotasi kumparan. Untuk mengubah arah arus pada kumparan, dipasang dua buah logam berbentuk setengah bulan pada setiap ujung kumparan yang disebut Komutator. Sikat logam ditempatkan dengan satu ujung terpasang ke baterai dan ujung lainnya terhubung ke komutator.
Motor DC
Pergantian di Mesin DC
Setiap koil Armature berisi dua komutator yang terpasang di ujungnya. Untuk transformasi arus, segmen komutator dan sikat harus mempertahankan kontak yang terus bergerak. Untuk mendapatkan nilai keluaran yang lebih besar digunakan lebih dari satu kumparan pada mesin DC. Jadi, alih-alih satu pasang, kami memiliki sejumlah pasang segmen Komutator.
Pergantian DC
Kumparan dihubung pendek untuk waktu yang sangat singkat dengan bantuan kuas. Periode ini dikenal sebagai periode pergantian. Mari kita pertimbangkan motor DC di mana lebar batang Komutator sama dengan lebar sikat. Biarkan arus yang mengalir melalui konduktor menjadi Ia. Misalkan a, b, c adalah segmen komutator dari motor. Pembalikan arus dalam koil. Yaitu. Proses pergantian dapat dipahami dengan langkah-langkah di bawah ini.
Posisi-1
posisi 1
Biarkan Armature mulai berputar, lalu sikat bergerak di atas segmen komutator. Biarkan posisi pertama dari kontak komutator sikat berada di segmen b seperti yang ditunjukkan di atas. Karena lebar komutator sama dengan lebar kuas, pada posisi di atas, total area komutator dan kuas bersentuhan satu sama lain. Arus total yang dilakukan oleh segmen komutator ke sikat pada posisi ini akan menjadi 2Ia.
Posisi-2
Sekarang armatur berputar ke arah kanan dan sikat bersentuhan dengan batang a. Pada posisi ini, total arus yang dihantarkan akan menjadi 2Ia, tetapi arus dalam kumparan berubah. Disini arus mengalir melalui dua jalur A dan B. 3/4 dari 2Ia berasal dari kumparan B dan sisanya 1/4 berasal dari kumparan A. Saat KCL diterapkan pada segmen a dan b, arus yang melalui kumparan B dikurangi menjadi Ia / 2 dan arus yang ditarik melalui segmen a adalah Ia / 2.
posisi 2
Posisi-3
Pada posisi ini separuh sikat, permukaan bersentuhan dengan segmen a dan separuh lainnya dengan segmen b. Karena total arus yang ditarik melalui sikat adalah 2Ia, arus Ia ditarik melalui kumparan A dan Ia ditarik melalui kumparan B. Dengan menggunakan KCL kita dapat mengamati bahwa arus pada kumparan B akan menjadi nol.
posisi 3
Posisi-4
Pada posisi ini, seperempat permukaan sikat akan bersentuhan dengan segmen b dan tiga perempat dengan segmen a. Di sini arus yang ditarik melalui kumparan B adalah - Ia / 2. Di sini kita dapat mengamati bahwa arus pada kumparan B terbalik.
posisi 4
Posisi-5
Pada posisi ini sikat bersentuhan penuh dengan segmen a dan arus dari coil B adalah Ia tetapi berlawanan arah dengan arah arus posisi 1. Dengan demikian proses pergantian untuk segmen b selesai.
posisi 5
Pengaruh Pergantian
Perhitungan ini disebut pergantian Ideal ketika pembalikan arus selesai pada akhir periode pergantian. Jika pembalikan arus selesai selama periode pergantian, percikan terjadi pada kontak sikat dan terjadi panas berlebih yang merusak permukaan komutator. Cacat ini disebut Mesin Pergantian yang Buruk.
Untuk mencegah jenis cacat ini, ada tiga jenis metode untuk meningkatkan pergantian.
- Pergantian resistensi.
- Pergantian EMF.
- Kompensasi berliku.
Pergantian Resistensi
Untuk mengatasi masalah pergantian yang buruk, metode pergantian resistansi diterapkan. Dalam metode ini, sikat tembaga dengan resistansi lebih rendah diganti dengan sikat karbon dengan resistansi lebih tinggi. Resistensi meningkat dengan berkurangnya luas penampang. Jadi, resistansi segmen komutator yang tertinggal meningkat saat sikat bergerak menuju segmen terdepan. Oleh karena itu, segmen utama paling disukai untuk jalur arus dan arus besar mengambil jalur yang disediakan oleh segmen utama untuk mencapai sikat. Ini dapat dipahami dengan baik dengan melihat gambar kami di bawah ini.
Pada gambar di atas arus dari kumparan 3 dapat mengambil dua jalur. Jalur 1 dari kumparan 3 ke kumparan 2 dan ruas b. Jalur 2 dari kumparan 2 dihubung pendek kemudian kumparan 1 dan ruas a. Ketika sikat tembaga digunakan, arus akan mengambil jalur 1 karena resistansi yang lebih rendah yang ditawarkan oleh jalur. Tetapi ketika sikat karbon digunakan, arus lebih memilih Jalur 2 karena sebagai area kontak antara sikat dan segmen berkurang resistansi meningkat. Ini menghentikan pembalikan awal arus dan mencegah percikan di mesin DC.
Pergantian EMF
Properti induksi dari kumparan adalah salah satu alasan lambatnya pembalikan arus selama proses pergantian. Masalah ini dapat diatasi dengan menetralkan tegangan reaktansi yang dihasilkan oleh kumparan dengan menghasilkan e.m.f terbalik di kumparan hubung singkat selama periode pergantian. Pergantian EMF ini juga dikenal sebagai pergantian tegangan.
Ini dapat dilakukan dengan dua metode.
- Dengan metode Brush Shifting.
- Dengan menggunakan tiang komutasi.
Dalam metode perpindahan sikat, sikat digeser maju untuk generator DC dan mundur pada motor DC. Ini membentuk fluks di zona netral. Ketika kumparan pergantian memotong fluks, tegangan kecil diinduksi. Karena posisi sikat harus digeser untuk setiap variasi beban, metode ini jarang disukai.
Dalam metode kedua, tiang pergantian digunakan. Ini adalah kutub magnet kecil yang ditempatkan di antara kutub utama yang dipasang ke stator mesin. Ini terpasang dalam koneksi seri dengan angker. Karena arus beban menyebabkan balik e.m.f. , kutub pergantian ini menetralkan posisi medan magnet.
Tanpa kutub pergantian ini, slot komutator tidak akan tetap sejajar dengan bagian ideal dari medan magnet karena posisi medan magnet berubah karena e.m.f. Selama periode pergantian, kutub pergantian ini menginduksi e.m.f dalam kumparan hubung singkat yang menentang tegangan reaktansi dan memberikan pergantian tanpa percikan.
Polaritas kutub komutasi sama dengan kutub utama yang terletak di sebelahnya untuk generator sedangkan polaritas kutub komutasi berlawanan dengan kutub utama di motor.
Belajar tentang komutator kami menemukan bahwa perangkat kecil ini memainkan peran penting dalam kerja mesin DC yang benar. Tidak hanya sebagai pengubah arus tetapi juga untuk fungsi mesin yang aman tanpa kerusakan akibat percikan api, komutator adalah perangkat yang sangat berguna. Tetapi dengan meningkatnya perkembangan teknologi, komutator digantikan dengan teknologi baru. Bisakah Anda menyebutkan teknik baru yang menggantikan komutator dalam beberapa hari terakhir?
