Reaksi Armatur pada Generator DC

Definisi dan Efek Medan Magnet dari Reaksi Armatur

Definisi: Reaksi armatur pada dasarnya menggambarkan interaksi antara medan magnet armatur dan medan utama, khususnya menggambarkan bagaimana fluks armatur mempengaruhi fluks medan utama. Medan magnet armatur dihasilkan oleh konduktor armatur yang mengalirkan arus, sementara medan utama dipicu oleh kutub magnet. Fluks armatur memberikan dua efek utama pada fluks medan utama:

• Distorsi Medan Utama: Reaksi armatur menyebabkan distorsi spasial dalam distribusi fluks medan utama;

• Pelemahkan Medan Utama: Hal ini juga mengurangi amplitudo fluks medan utama.

Distribusi Medan Magnet pada Generator DC Dua Kutub dalam Kondisi Tanpa Beban

Perhatikan generator DC dua kutub yang ditunjukkan pada gambar di bawah. Ketika generator beroperasi dalam kondisi tanpa beban (yaitu, arus armatur adalah nol), hanya gaya magnetomotif (MMF) dari kutub utama yang ada dalam mesin. Fluks magnet yang dihasilkan oleh MMF kutub utama tersebar secara merata sepanjang sumbu magnetik, yang didefinisikan sebagai garis tengah antara kutub utara dan selatan. Panah pada gambar menunjukkan arah fluks magnet utama Φₘ. Sumbu netral magnet (atau bidang) tegak lurus terhadap sumbu fluks magnet ini.

Sumbu netral magnet (MNA) bertepatan dengan sumbu netral geometris (GNA). Sikat mesin DC selalu ditempatkan pada sumbu ini, dan oleh karena itu sumbu ini disebut sumbu kommutasi.

Analisis Medan Magnet Konduktor Armatur yang Mengalirkan Arus

Pertimbangkan skenario di mana hanya konduktor armatur yang mengalirkan arus, tanpa arus pada kutub utama. Arah arus seragam untuk semua konduktor di bawah satu kutub. Arah arus yang diinduksi pada konduktor ditentukan oleh Aturan Tangan Kanan Fleming, sementara arah fluks yang dihasilkan oleh konduktor mengikuti Aturan Pembukaan Kork.

Arus pada konduktor armatur sisi kiri mengalir ke dalam kertas (ditandai dengan tanda silang di dalam lingkaran). Gaya magnetomotif (MMF) dari konduktor-konduktor ini digabungkan untuk menghasilkan fluks hasil ke bawah melalui armatur. Demikian pula, konduktor sisi kanan membawa arus yang mengalir keluar dari kertas (ditandai dengan titik di dalam lingkaran), dengan MMF mereka juga digabungkan untuk menghasilkan fluks ke bawah. Dengan demikian, MMF dari kedua sisi konduktor digabungkan sehingga fluks hasilnya mengarah ke bawah, seperti ditunjukkan oleh panah untuk fluks yang diinduksi oleh konduktor armatur Φₐ pada gambar di atas.

Gambar di bawah ini mengilustrasikan kondisi di mana arus medan dan arus armatur beraksi pada konduktor secara bersamaan.

Efek Reaksi Armatur pada Mesin Listrik

Dalam operasi tanpa beban, mesin menunjukkan dua fluks magnet: fluks armatur (dihasilkan oleh arus pada konduktor armatur) dan fluks kutub medan (dihasilkan oleh kutub medan utama). Kedua fluks ini digabungkan untuk membentuk fluks hasil Φᵣ, seperti yang diilustrasikan pada gambar di atas.

Ketika fluks medan berinteraksi dengan fluks armatur, terjadi distorsi: kepadatan fluks meningkat pada ujung atas kutub N dan ujung bawah kutub S, sementara menurun pada ujung bawah kutub N dan ujung atas kutub S. Fluks hasil bergeser ke arah rotasi generator, dengan sumbu netral magnet (MNA)—selalu tegak lurus terhadap fluks hasil—bergerak sesuai.

Efek Utama Reaksi Armatur:

• Asimetri Kepadatan Fluks

• Reaksi armatur meningkatkan kepadatan fluks pada setengah kutub sementara menguranginya pada setengah lainnya.

• Fluks kutub total sedikit berkurang, mengurangi tegangan terminal—fenomena yang disebut efek demagnetisasi.

• Distorsi Gelombang Fluks

• Fluks hasil mendistorsi medan magnet.

• Pada generator, MNA bergeser seiring dengan fluks hasil; pada motor, ia bergeser berlawanan dengan fluks hasil.

• Tantangan Komutasi

• Reaksi armatur menginduksi fluks di zona netral, menghasilkan tegangan yang menyebabkan masalah komutasi.

• Definisi Sumbu Netral

• MNA adalah tempat EMF yang diinduksi sama dengan nol.

• Sumbu netral geometris (GNA) membagi inti armatur secara simetris.