Armatur: Definisi Fungsi dan Bagian

Apa Itu Armatur?

Armatur adalah komponen mesin listrik (misalnya, motor atau generator) yang membawa arus bolak-balik (AC). Armatur menghantarkan AC bahkan pada mesin DC (Arus Searah) melalui komutator (yang secara berkala membalik arah arus) atau karena komutasi elektronik (misalnya, pada motor DC tanpa sikat).

Armatur menyediakan perumahan dan dukungan untuk lilitan armatur, yang berinteraksi dengan medan magnet yang terbentuk di celah udara antara stator dan rotor. Stator bisa menjadi bagian yang berputar (rotor) atau bagian yang diam (stator).

Istilah armatur diperkenalkan pada abad ke-19 sebagai istilah teknis yang berarti "penjaga magnet".

Bagaimana Cara Kerja Armatur dalam Motor Listrik?

Motor listrik mengubah energi listrik menjadi energi mekanik melalui induksi elektromagnetik. Hal ini terjadi ketika konduktor yang mengalirkan arus dalam medan magnet dipaksa bergerak, seperti yang dijelaskan oleh aturan tangan kiri Fleming.

Dalam motor listrik, stator menghasilkan medan magnet berputar dengan menggunakan magnet permanen atau elektromagnet. Armatur, yang biasanya adalah rotor, membawa lilitan armatur yang terhubung ke komutator dan sikat. Komutator membalik arah arus dalam lilitan armatur saat berputar sehingga selalu sejajar dengan medan magnet.

Interaksi antara medan magnet dan lilitan armatur menghasilkan momen yang menyebabkan armatur berputar. Poros yang terpasang pada armatur mentransfer daya mekanik ke perangkat lain.

Bagaimana Cara Kerja Armatur dalam Generator Listrik?

Generator listrik mengubah energi mekanik menjadi energi listrik dengan menggunakan prinsip induksi elektromagnetik. Ketika konduktor bergerak dalam medan magnet, ia menginduksi gaya gerak listrik (EMF) sesuai dengan hukum Faraday.

Dalam generator listrik, armatur biasanya adalah rotor yang didorong oleh penggerak utama, seperti mesin diesel atau turbin. Armatur membawa lilitan armatur yang terhubung ke komutator dan sikat. Stator menghasilkan medan magnet diam dengan menggunakan magnet permanen atau elektromagnet.

Gerakan relatif antara medan magnet dan lilitan armatur menginduksi EMF dalam lilitan armatur, yang menggerakkan arus listrik melalui sirkuit eksternal. Komutator membalik arah arus dalam lilitan armatur saat berputar sehingga menghasilkan arus bolak-balik (AC).

Bagian-Bagian Armatur & Diagram

Armatur terdiri dari empat komponen penting: inti, lilitan, komutator, dan poros. Berikut adalah diagram yang menggambarkan bagian-bagian tersebut.

Kerugian Armatur

Armatur dalam mesin listrik mengalami beberapa kerugian, yang menurunkan efisiensi dan performanya. Kerugian-kerugian tersebut termasuk:

• Kerugian tembaga: Ini adalah kerugian daya akibat hambatan lilitan armatur. Kerugian ini proporsional dengan kuadrat arus armatur dan dapat dikurangi dengan menggunakan kawat yang lebih tebal atau jalur paralel. Kerugian tembaga dapat dihitung dengan menggunakan rumus:

di mana Pc adalah kerugian tembaga, Ia adalah arus armatur, dan Ra adalah hambatan armatur.

Kerugian arus eddy: Ini adalah kerugian daya akibat arus yang terinduksi dalam inti armatur. Arus-arus ini disebabkan oleh perubahan fluks magnet dan menghasilkan panas dan kerugian magnet. Kerugian arus eddy dapat dikurangi dengan menggunakan bahan inti laminasi atau meningkatkan celah udara. Kerugian arus eddy dapat dihitung dengan menggunakan rumus:

di mana Pe adalah kerugian arus eddy, ke adalah konstanta yang tergantung pada bahan dan bentuk inti, Bm adalah densitas fluks maksimum, f adalah frekuensi pembalikan fluks, t adalah ketebalan setiap laminasi, dan V adalah volume inti.

• Kerugian histeresis: Ini adalah kerugian daya akibat magnetisasi dan demagnetisasi berulang dari inti armatur. Proses ini menyebabkan gesekan dan panas dalam struktur molekuler bahan inti. Kerugian histeresis dapat dikurangi dengan menggunakan bahan magnet lunak dengan koersivitas rendah dan permeabilitas tinggi. Kerugian histeresis dapat dihitung dengan menggunakan rumus:

di mana Ph adalah kerugian histeresis, kh adalah konstanta yang tergantung pada bahan inti, Bm adalah densitas fluks maksimum, f adalah frekuensi pembalikan fluks, dan V adalah volume inti.

Total kerugian armatur dapat diperoleh dengan menjumlahkan ketiga kerugian tersebut:

Efisiensi armatur dapat didefinisikan sebagai rasio daya keluaran terhadap daya masukan armatur:

di mana ηa adalah efisiensi armatur, Po adalah daya keluaran, dan Pi adalah daya masukan armatur.

Desain Armatur

Desain armatur sangat penting untuk performa dan efisiensi mesin listrik, dipengaruhi oleh beberapa faktor kunci:

• Jumlah slot: Slot digunakan untuk menampung lilitan armatur dan memberikan dukungan mekanis. Jumlah slot tergantung pada jenis lilitan, jumlah kutub, dan ukuran mesin. Secara umum, slot yang lebih banyak menghasilkan distribusi fluks dan arus yang lebih baik, reaktansi dan kerugian yang lebih rendah, serta torsi yang lebih halus. Namun, slot yang lebih banyak juga meningkatkan berat dan biaya armatur, mengurangi ruang untuk isolasi dan pendinginan, serta meningkatkan fluks bocor dan reaksi armatur.

• Bentuk slot: Slot dapat terbuka atau tertutup, tergantung pada apakah mereka terpapar pada celah udara atau tidak. Slot terbuka lebih mudah untuk dililit dan didinginkan, tetapi meningkatkan reluctance dan fluks bocor di celah udara. Slot tertutup lebih sulit untuk dililit dan didinginkan, tetapi mengurangi reluctance dan fluks bocor di celah udara.

• Jenis lilitan: Lilitan dapat berupa lap wound atau wave wound, tergantung pada cara kumparan terhubung ke segmen komutator. Lilitan lap suitable for high-current and low-voltage machines, as it provides multiple parallel paths for current flow. Lilitan gelombang suitable for low current and high voltage machines, as it provides a series connection of coils and adds up the voltages.

• Ukuran konduktor: Konduktor digunakan untuk menghantarkan arus dalam lilitan armatur. Ukuran konduktor tergantung pada densitas arus, yang merupakan rasio arus terhadap luas penampang. Densitas arus yang lebih tinggi menghasilkan kerugian tembaga dan kenaikan suhu yang lebih tinggi, tetapi biaya dan berat konduktor yang lebih rendah. Densitas arus yang lebih rendah menghasilkan kerugian tembaga dan kenaikan suhu yang lebih rendah, tetapi biaya dan berat konduktor yang lebih tinggi.

• Panjang celah udara: Celah udara adalah jarak antara kutub stator dan rotor. Panjang celah udara mempengaruhi densitas fluks, reluctance, fluks bocor, dan reaksi armatur dalam mesin. Celah udara yang lebih kecil menghasilkan densitas fluks yang lebih