Gulungan: Definisi Fungsi dan Bagian (Motor Listrik & Generator)

Apa itu Armatur?

Armatur adalah komponen mesin listrik (misalnya, motor atau generator) yang menghantarkan arus bolak-balik (AC). Armatur menghantarkan AC bahkan pada mesin DC (Direct Current) melalui komutator (yang secara periodik membalikkan arah arus) atau karena komutasi elektronik (misalnya, pada motor DC tanpa sikat).

Armatur menyediakan tempat 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 dengan menggunakan prinsip induksi elektromagnetik. Ketika konduktor yang membawa arus diletakkan dalam medan magnet, ia mengalami gaya sesuai aturan tangan kiri Fleming.

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

Interaksi antara medan magnet dan lilitan armatur menghasilkan torsi 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 elektromotif (EMF) sesuai 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 mendorong arus listrik melalui rangkaian eksternal. Komutator membalikkan arah arus dalam lilitan armatur saat berputar sehinggamenghasilkan arus bolak-balik (AC).

Bagian-Bagian Armatur & Diagram

Armatur terdiri dari empat bagian utama: inti, lilitan, komutator, dan poros. Diagram armatur ditunjukkan di bawah ini.

Kerugian Armatur

Armatur mesin listrik mengalami berbagai jenis kerugian yang mengurangi efisiensinya dan performanya. Jenis-jenis kerugian armatur utama adalah:

• Kerugian tembaga: Ini adalah kerugian daya karena 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 karena 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 karena magnetisasi dan demagnetisasi berulang-ulang 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 menambahkan 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 mempengaruhi performa dan efisiensi mesin listrik. Beberapa faktor yang mempengaruhi desain armatur adalah:

• 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, lebih banyak slot menghasilkan distribusi fluks dan arus yang lebih baik, reaktansi dan kerugian yang lebih rendah, serta torsi yang lebih halus. Namun, lebih banyak slot juga meningkatkan berat dan biaya armatur, mengurangi ruang untuk isolasi dan pendinginan, dan meningkatkan fluks bocor dan reaksi armatur.

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

• Jenis lilitan: Lilitan bisa berupa lilitan lap atau lilitan gelombang, tergantung pada cara kumparan terhubung ke segmen komutator. Lilitan lap suitable untuk mesin arus tinggi dan tegangan rendah, karena menyediakan jalur paralel yang lebih banyak untuk aliran arus. Lilitan gelombang suitable untuk arus rendah dan tegangan tinggi, karena menyediakan hubungan seri kumparan dan menambahkan tegangan.

• Ukuran konduktor: Konduktor digunakan untuk menghantarkan arus dalam lilitan armatur. Ukuran konduktor tergantung pada densitas arus, yaitu 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, reluktansi, fluks bocor, dan reaksi armatur dalam mesin. Celah udara yang lebih kecil menghasilkan densitas fluks yang lebih tinggi, reluktansi yang lebih rendah, fluks bocor yang lebih rendah, dan reaksi armatur yang lebih tinggi. Celah udara yang lebih besar menghasilkan densitas fluks yang lebih rendah, reluktansi yang lebih tinggi, fluks bocor yang lebih tinggi, dan reaksi armatur yang lebih rendah.

Desain Armatur (lanjutan)

Beberapa metode yang digunakan untuk mendesain armatur adalah:

• Persamaan EMF: Persamaan ini menghubungkan EMF yang terinduksi dalam armatur dengan fluks, kecepatan, dan jumlah putaran lilitan. Persamaan ini dapat digunakan untuk menentukan dimensi dan parameter yang diperlukan dari armatur untuk tegangan dan daya keluaran tertentu.