22 Reaksi Jangkar dan komutasi

22-1. Reaksi Jangkar

Pengaruh medan magnet dibentuk oleh arus armatur pada distribusi fluks di bawah kutub utama dari generator. Medan magnet jangkar mempunyai dua efek:

(i) Demagnetizes atau melemahkan fluks utama dan(ii) Magnetises silang atau mendistorsi

Efek tersebut diilustrasikan pada gambar 22-1 yang menunjukkan distribusi fluks bipolar generator ketika tidak ada arus dalam konduktor jangkar. Untuk kenyamanan, hanya dua kutub yang telah dipertimbangkan, meskipun pernyataan berikut berlaku untuk multi-kutub. Brush terlihat menyentuh konduktor jangkar secara langsung, meskipun dalam prakteknya, mereka menyentuh bagian komutator. Terlihat bahwa:

(a) fluks didistribusikan simetris sehubungan dengan sumbu kutub, yang merupakan garis yang menghubungkan pusat-pusat kutub utara dan selatan.

(b) sumbu netral negatif (MNA) bertepatan dengan sumbu netral geometris (GNA)

Sumbu netral negatif dapat didefinisikan sebagai garis sumbu yang tidak menghasilkan ggl pada konduktor jangkar karena mereka bergerak sejajar garis fluks. Atau MNA adalah sumbu yang tegak lurus terhadap fluks yang lewat melalui jangkar.

Gambar 22-1

Seperti terlihat pada gambar 21-2, Brushes selalu ditempatkan bersama MNA. Oleh karena itu, MNA juga disebut 'sumbu pergantian' karena pembalikan arus dalam konduktor jangkar terjadi di sebrang sumbu axis. Pada gambar 22-1 terlihat vektor OFm yang mewakili, baik besar maupun arah, m.m.f menghasilkan fluks utama dan juga MNA tegak lurus OFm. Gambar 22-2

menunjukkan bidang (atau fluks) yang dibentuk oleh jangkar konduktor sendiri ketika membawa arus, kumparan medan tereksitasi. Arah arus jangkar sama dengan kenyataan ketika generator bermuatan. Itu dapat diketahui dengan menggunakan kaidah tangan kanan Fleming. Arah arus yang menurun di konduktor dibawah kutub utara dan yang naik dibawah kutub selatan. Aliran yang kebawah diwakili oleh silang dan aliran yang keatas dengan titik.

Gambar 22-2

Seperti yang terlihat pada gambar 22-2, m.m.fs. dari konduktor jangkar tergabung untuk mengirimkan fluks menurun melalui jangkar. Arah garis gaya dapat dicari dengan menerapkan hokum cork-screw. mmf jangkar (tergantung pada kekuatan arus jangkar) ditunjukkan secara terpisah baik besarnya dan arah oleh vektor OFA yang diparalel dengan sumbu brush.

Sejauh ini, kami mempertimbangkan m.m.f utama dan m.m.f jangkar terpisah seolah-olah mereka hidup sendiri, yang tidak terjadi pada praktek. Dibawah kondisi beban yang sebenarnya, dua m.m.f eksis secara bersamaan dalam generator seperti ditunjukkan pada Gambar. 22-3.

Hal ini terlihat bahwa fluks menuju dinamo tidak lagi seragam dan simetris sumbu kutub, melainkan telah terdistorsi. Fluks dipandang ramai di kutub ini tapi melemah atau menipis di ujung kutub utama (ujung kutub yang pertama kali bertemu selama rotasi oleh konduktor jangkar dikenal sebagai ujung kutub dan yang lain sebagai trailing ujung kutub). Penguatan dan pelemahan fluks secara terpisah ditampilkan untuk mesin empat-kutub pada Gambar. 22- 4.

Gambar (3) Gambar (4)

Pada gambar 22-3 ditunjukkan resultan m.m.f. OF yang diketahui secara vector dengan menggabungkan OFm dan OFA.

Posisi baru MNA yang selalu tegak lurus terhadap vektor resultan dari mmf, vector OF, juga ditunjukkan pada gambar. Dengan pergeseran dari MNA, mengatakan melalui sudut θ, brush juga bergeser sehingga terletak di sepanjang posisi baru MNA. Karena pergeseran brush, konduktor jangkar dan karenanya jangkar didistribusikan. beberapa konduktor angker yang sebelumnya di bawah pengaruh kutub utara berada di bawah pengaruh kutub selatan dan sebaliknya. pengelompokan kembali ini ditunjukkan pada Gambar 22-5, yang juga menunjukkan fluks karena konduktor jangkar.

Semua konduktor ke sebelah kiri dari posisi baru MNA tetapi antara dua brush, membawa arus menurun dan yang ke kanan membawa arus ke atas. mmf jangkar ditemukan terletak pada arah posisi baru dari MNA (atau sumbu brush). mmf jangkar sekarang diwakili oleh vektor OFA yang tidak vertical (gambar22-2) tapi cenderung terhadap sudut θ ke kiri. Sekarang dapat dipecahkan menjadi dua komponen persegi panjang, OFd sejajar dengan sumbu kutub dan OFC tegak lurus dengan sumbu ini. Kami menemukan bahwa:

(i) Komponen OFC pada sudut kanan ke vector OFM yang mewakili mmf utama ini menghasilkan distorsi di bidang utama dan karenanya disebut cross-magnetising atau mendistorsi komponen reaksi jangkar.

(ii) Komponen OFd dalam arah berlawan ke OFm yang mewakili mmf utama. Ini memberikan pengaruh demagnetising pada fluks kutub utama. Oleh karena itu, hal itu disebut demagnetising atau melemahnya komponen reaksi jangkar.

Perlu dicatat bahwa efek baik mendistorsi dan demagnetising akan meningkat dengan peningkatan arus jangkar.

22-2. Demagnetising dan Konduktor Cross-magnetising

Semua konduktor yang berada di dalam sudut AOC = BOD = 2 di bagian atas dan bawah jangkar, yang membawa arus dalamarah seperti mengirim fluks melalui armatur dari kanan ke kiri. Konduktor ini bertindak pada arah yang berlawanan medan utama dan oleh karenanya disebut demagnetising konduktor jangkar.

Gambar 22-6 Gambar 22-7

Sekarang perhatikan konduktor jangkar yang tersisa terletak di antara sudut AOD dan

COB. Terlihat pada gambar 22-7, konduktor ini membawa arus ke segala arah untuk menghasilkan kombinasi fluks secara vertical contohnya pada sudut kanan ke fluks utama. Hal ini mengakibatkan distorsi pada bidang utama. Oleh karena itu, konduktor ini dikenal sebagai cross-magnetising dan mendistorsi konduktor amper.

22-3. Demagnetising AT Tiap Kutub

Sejak demagnetising jangkar putaran ampere telah dinetralkan dengan menambahkan ekstra ampere-turns ke gulungan medan utama, ini penting untuk menghitung jumlah mereka. Tapi sebelum melangkah lebih jauh, harus diingat bahwa jumlah adalah sama dengan setengah jumlah konduktor karena dua konduktor-merupakan satu putaran.

Misalkan Z = total jumlah konduktor angker I = arus dalam masing-masing konduktor jangkar

= Ia/2 ... untuk gelombang simpleks berliku = Ia/P ... untuk putaran simpleks berliku

θm = forward lead dalam derajat mekanis atau geometris atau sudut.

Jumlah konduktor jangkar di sudut AOC dan BOD = 4θm360

xZ

Sebagai dua konduktor merupakan satu putaran,

Total jumlah putaran pada sudut ini = 2θm360

xZ

Demagnetising amp - putaran tiap sepasang kutub = 2θm360

xZI

Demagnetising amp-turns/kutub = θm360

xZI ATd per tiang = ZI xθm360

22-4. Cross-magnetizing AT per pole

Konduktor terletak di antara sudut AOD dan BOC membentuk apa yang dikenal sebagai distorsi atau konduktor silang. Jumlah mereka ditemukan seperti di bawah:

Jumlah armature-conductors/pole baik lintas dan demagnetising = Z / P

Demagnetizing konduktor/kutub = Z2θm360

Cross-magnetising conductors/pole = ZP

−Z x2θm360

=Z ( 1P−2θm360 )

Cross-magnetising amp-conductors/pole =ZI ( 1P−2θm360 )

Cross-magnetising amp-turns/pole =ZI ( 12 P=2θm360 )

(ingat bahwa 2 konduktor membuat 1 putaran)

ATc /kutub = ZI ( 12 P=θm360 )

Catatan. (i) untuk menetralkan efek demagnetising dari reaksi jangkar, jumlah ekstra putaran dapat ditempatkan pada kutub masing-masing.

Jumlah putaran ekstra / kutub = ATdIs h

(untuk generator shunt)

= ATdIa

(untuk generator series)

Jika koefisien kebocoran diberikan, kemudian kalikan masing-masing ekspresi di atas dengan itu.

(ii) Jika sudut lead diberikan dalam derajat listrik, itu harus diubah menjadi derajat mekanis oleh hubungan berikut:

(mekanis) = θelectikpasangan kutub

atauθm=θeP/2

=2θeP

22-5. Compensating Windings Digunakan untuk mesin arus searah yang mengalami fluktuasi yang besar pada beban

contoh motor rolling mill dan generator turbo dll. Fungsi mereka adalah untuk menetralisir efek magnetizing silang reaksi jangkar. Dengan tidak adanya compensating winding, fluks akan tiba-tiba bergeser mundur dan maju dengan setiap perubahan ggl. Ini tergantung pada kecepatan dari perubahan beban dan jumlah perubahan. Ini mungkin begitu tinggi untuk menyerang busur antara segmen komutator dengan bagian atas dari lembaran mika yang memisahkan mereka. Hal ini semakin dapat berkembang menjadi flashover di sekeliling seluruh komutator sehingga terjadi shortcircuit di seluruh angker.

Gulungan tersebut tertanam dalam slot di pole-shoes dan dihubungkan secara seri dengan armatur sedemikian rupa sehingga arus di dalamnya mengalir pada arah yang berlawanan dengan yang mengalir dalam konduktor jangkar tepat di bawah pole-shoes. Skema dasar compensating-winding dapat dilihat pada gambar 22-8.

Gambar 22-8

memperhitungkan biaya dan ruangan yang mereka ambil, compensating windings digunakan dalam kasus mesin-mesin besar yang tergantung pada fluktuasi kekerasan pada beban dan juga untuk generator yang harus memberikan beban penuh pada tegangan output mereka pada tegangan induksi yang sangat rendah seperti set Ward-leonard.

22-6. Jumlah Compensating Windings

Jumlah konduktor jangkar/kutub = ZP

jumlah putaran jangkar/kutub = Z2P

jumlah putaran jangkar pada 1 kutub

¿ Z2P

xPole arcPole pitch

=0,7 Z2 P

(¿ )

jumlah amp-turns jangkar/kutub untuk compensating winding

¿0,7 x ZI2 P

=0,7 x armatureamp−turns / pole

Contoh 22-1. Sebuah lap-wound, generator dc 4 kutub dengan 480 konduktor jangkar mensuplai arus sebesar 144 A. brush memberikan actual lead 10. Hitung demagnetizing dan cross-magnetising ampere-turns per kutub.

Solusi I= I a2

=1442

=72 A ; Z=480 ;θm=10

ATdpole

=ZIθm360

=480 x 72x 10360

=960

ATcpole

=ZI ( 12 P−θm360 )=480 x72( 1

2 x 4− 10360 )=3360

22-7 Komutasi

Terlihat pada gambar 21-2 bahwa arus induksi pada konduktor jangkar dari generator dc yang bergantian. Untuk membuat aliran mereka searah pada sirkuit eksternal, kita butuh komutator. Bahkan, aliran arus ini pada satu arah ketika konduktor jangkar dibawah kutub utara dan pada arah yang berlawanan ketika mereka dibawah kutub selatan. Konduktor mengedarkan pengaruh dari kutub utara dan masuk ke kutub selatan, arusnya kemudian dibalik. Pembalikan arus terjadi di sepanjang sumbu netral magnetik atau sumbu brush yaitu ketika brush spans dan karenanya shortcircuits bahwa arus pembalikan kumparan melewati itu. Proses dimana arus dalam kumparan hubung singkat dibalik melintasi MNA disebut komutasi. Periode singkat selama kumparan tetap pendek dikenal sebagai periode pergantian Tc.

Jika arus pembalikan berubah dari dari + I ke nol dan kemudian ke –I telah lengkap pada akhir hubung singkat atau periode komutasi, maka komutasi adalah ideal. Jika arus pembalikan

ini tidak lengkap pada saat itu, kemudian memicu dihasilkannya antara brush dan komutator yang mengakibatkan kerusakan progresif untuk keduanya. Lebar brush sama dengan lebar satu segmen komutator dan satu isolasi mika.

Dalam Gambar 22-10 (a) kumparan B di hubung singkat karena sikat datang menyentuh segmen 'a' . Hal ini diasumsikan bahwa setiap gulungan membawa 20 A, sehingga arus sikat adalah 40 A. Sebelum mulai short circuit, kumparan B merupakan kelompok kumparan yang terletak di sebelah kiri sikat dan membawa 20 A dari kiri ke kanan.

Dalam Gambar (b) arus yang melalui kumparan B telah turun dari 20 A ke 10 A. Sebagai daerah kontak sikat lebih dengan segmen 'b' dibandingkan dengan segmen 'a', ia menerima 30 A dari sisa, total 40 A.

Gambar (c) menunjukkan kumparan B di tengah periode short circuit. Arus melalui itu telah menurun menjadi nol. Kedua arus bernilai 20 A masing-masing, mengedarkan sikat langsung dari kumparan A dan C. area kontak sikat dengan dua segmen 'b' dan 'a' adalah sama.

Dalam Gambar (d), kumparan B telah menjadi bagian dari kelompok kumparan yang terletak di sebelah kanan sikat. Terlihat bahwa area kontak sikat dengan segmen b menurun seiring dengan kenaikan segmen a. Koil B sekarang membawa 10 A dalam arah sebaliknya yang menggabungkan dengan 20 A disediakan koil A untuk membuat 30 A yang lewat dari segmen 'a' ke sikat. Yang lainnya 10 A disediakan oleh koil C dan melewati kumparan dari segmen 'b' ke sikat, sekali lagi memberikan total 40A pada sikat.

Gambar (e) menggambarkan saat ketika kumparan B hampir pada akhir komutasi atau periode short circuit. Untuk komutasi yang ideal, arus yang melalui itu harus telah membalikkan, tetapi membawa hanya 15 A (harusnya 20 A). perbedaan dari arus dank oil c dan b 20-15 = 5A . pada kasus ini, loncatan dari segmen b ke sikat melalui udara akan menghasilkan percikan.

Jika perubahan arus melalui kumparan b diplot dalam basis waktu (gambar 22-11) itu akan diwakili oleh garis horizontal AB arus konstan 20 A sampai dengan saat awal komutasi. Dari akhir komitasi, arus akan diwakili oleh garis horizontal yang lain, CD. Nilai arus = 20 A, walaupun pada arah yang berlawanan. Arus berubah dari nulai positifnya = BE ke nol dank e nilai negatifnya = CF tergantung kondisi koil B. Jika arus bervariasi pada tingkat keseragaman jika BC adalah garis lurus, maka disebut sebagai komutasi linier. Namun, karena produksi self-induced ggl dalam kumparan variasi mengikuti kurva putus-putus. Hal ini terlihat bahwa, dalam kasus itu, arus di kumparan B telah mencapai hanya nilai dari KF = 15 A dalam arah yang terbalik, maka perbedaan dari 5 A (20-15 A) melewati sebagai percikan.

Jadi, kita menyimpulkan bahwa percikan di sikat, yang menghasilkan komutasi yang buruk adalah karena ketidakmampuan arus dalam kumparan hubung pendek untuk membalikkan sepenuhnya oleh akhir periode hubung pendek (yang biasanya dari urutan 1 / 500 detik).

Penyebab utama yang menghambat atau menunda pembalikan cepat adalah produksi self-induced ggl dalam koil komutasi. Ini mungkin menunjukkan bahwa kumparan memiliki cukup jumlah induktansi diri karena terletak tertanam dalam jangkar yang dibangun dari bahan permeabilitas magnet yang tinggi. ggl induksi diri ini dikenal sebagai reaktansi tegangan.

22-8. Harga dari reaktansi tegangan

Reaktansi tegangan = koefisien induktansi diri x perubahan arus

Perlu diingat bahwa waktu dari short circuit atau komutasi adalah waktu yang dibutuhkan komutator untuk memindahkan jarak sama dengan nilai ketebalan sikat dikurangi ketebalan kertas mika.

Misalkan Wb = lebar sikat ( cm ); Wm= lebar mika ( cm )υ = kecepatam segmen komutator ( cm/s )

Kemudian Tc = waktu komutasi = Wb−Wm

υ second

Jika I adalah arus yang melalui konduktor, maka total perubahan selama komutasi = I-(-I)=2Iinduktansi diri atau reaktansi tegangan

= Lx2 ITc

( jika komutasi linier)

¿1.11Lx 2 ITc

(jika komutasi sinusoida)

22-9. Rumus Hobart untuk Koefisien Induktansi Diri

Hobart memberikan sebuah hukum dari eksperimen untuk menghitung induktansi diri dari koil yang sebagian dari panjang le tertanam di jangkar dan sebagian dari panjang la terletak di udara ( gambar 21-12), maka fluks per ampere pada seluruh koil adalah

= (4 le + 0.8 la) x 10-6

= (4N le + 0.8 N la) x 10-6

Now L = N x fluks per ampere

= NΦI

=Nx (4Nle+0.8Nla ) x10−6H

= N2(4le+0.8la)x 10-6

Fluks/amp melalui N putaran koil = (8Nle+0.8Nla)x10-6 HInduktansi diri efektif = 8N2(le+0.1la)x10-6 H

Maka L = 8mN2(le+0.1la)x10-6 H

Tegangan reaktansi = 2LITc

volt

= 16mN2 (¿+0.1 la ) x10−6

Tc V

Nilai Tc=Wb−Wm

v second

22-10. Cara Meningkatkan Pergantian

Telah diadopsi dua cara praktis untuk meningkatkan komutasi membuat pembalikan arus dalam kumparan hubung pendek dengan tidak menimbulkan percikan. Metode ini dikenal sebagai komutasi resistensi dan ggl komutasi (yang dilakukan dengan bantuan timbal sikat atau interpoles, biasanya yang terakhir).

22-11. Resistansi Komutasi

Metode ini meningkatkan komutasi dengan cara menggantikan sikat Cu yang mempunyai resistansi rendah dengan sikat karbon dengan resistansi yang tinggi.

Dari gambar 22-13, terlihat bahwa ketika arus I dari koil C mengenai komutator segmen b, itu mempunyai dua jalan parallel yang terbuka untuknya. Jalan pertama adalah lurus dari batang b ke sikat dan jalan parallel lain melalui short-circuted koil B menuju batang a kemudian menuju sikat. Jika sikat Cu digunakan, maka tidak aka nada rangsangan untuk arus untuk mengikuti jalan yang lebih panjang kedua. Tapi ketika sikat karbon digunakan, maka arus I datang dari koil C akan lebih memilih lewat melalui jalan kedua karena tahanan r1 pada jalan pertama akan meningkat karena berkurangnya area kontak batang b dengan sikat dan karena tahanan r2 pada jalan kedua akan menurun karena meningkatnya kontak area pada batang a dengan sikat

Gambar 22-13