Takometer Listrik

Definisi dan Jenis Takhometer

Definisi

Takhometer adalah perangkat yang digunakan untuk mengukur kecepatan rotasi atau kecepatan sudut mesin yang terhubung dengannya. Prinsip kerjanya berdasarkan pada gerakan relatif antara medan magnetik dan poros perangkat yang terhubung. Saat poros berputar, gerakan relatif ini menginduksi gaya elektromotif (EMF) dalam kumparan yang ditempatkan di dalam medan magnet konstan dari magnet permanen. Besarnya EMF yang diinduksi secara langsung proporsional dengan kecepatan rotasi poros, memungkinkan pengukuran kecepatan mesin.

Jenis Takhometer

Takhometer dapat dibagi menjadi dua kategori utama: mekanis dan elektrik.

• Takhometer Mekanis: Jenis takhometer ini mengukur kecepatan poros dalam putaran per menit (RPM). Ini memberikan indikasi mekanis langsung dari kecepatan rotasi, sering kali melalui tautan mekanis dan penunjuk pada dial yang telah dikalibrasi.

• Takhometer Elektrik: Takhometer elektrik mengubah kecepatan sudut menjadi tegangan listrik. Dibandingkan dengan takhometer mekanis, takhometer elektrik menawarkan beberapa keuntungan, seperti akurasi yang lebih tinggi, integrasi yang lebih mudah dengan sistem kontrol elektronik, dan kemampuan untuk mentransmisikan informasi kecepatan jarak jauh. Sebagai hasilnya, mereka banyak digunakan untuk mengukur kecepatan rotasi poros. Tergantung pada sifat tegangan yang diinduksi, takhometer elektrik dapat dibagi lagi menjadi dua subjenis:

• Pembangkit Takhometer AC

• Pembangkit Takhometer DC

Pembangkit Takhometer DC

Pembangkit takhometer DC terdiri dari beberapa komponen kunci: magnet permanen, armatur, komutator, sikat, resistor variabel, dan voltmeter moving-coil. Untuk mengukur kecepatan mesin, porosnya dikopel dengan poros pembangkit takhometer DC.

Prinsip kerja pembangkit takhometer DC didasarkan pada induksi elektromagnetik. Ketika konduktor loop tertutup bergerak dalam medan magnet, EMF akan diinduksi dalam konduktor tersebut. Besarnya EMF yang diinduksi ditentukan oleh dua faktor: jumlah fluks magnetik yang terhubung dengan konduktor dan kecepatan rotasi poros. Saat poros berputar, armatur dalam pembangkit takhometer DC bergerak melalui medan magnet magnet permanen, menghasilkan EMF yang proporsional dengan kecepatan poros. EMF yang diinduksi ini kemudian diubah menjadi tegangan DC oleh komutator dan sikat, yang dapat diukur oleh voltmeter moving-coil atau diproses lebih lanjut oleh rangkaian elektronik untuk berbagai aplikasi.

Operasi dan Fungsi Pembangkit Takhometer DC

Dalam pembangkit takhometer DC, armatur berputar dalam medan magnet yang tidak berubah dari magnet permanen. Ketika armatur berputar, induksi elektromagnetik terjadi, menginduksi gaya elektromotif (emf) dalam kumparan yang dililit di sekelilingnya. Signifikansi besarnya emf yang diinduksi ini secara langsung proporsional dengan kecepatan rotasi poros yang terkopel; semakin cepat poros berputar, semakin besar emf yang diinduksi.

Komutator, bersama dengan sikat, memainkan peran penting dalam operasi generator. Ia mengubah arus bolak-balik (AC) yang dihasilkan dalam kumparan armatur menjadi arus searah (DC). Konversi ini sangat penting karena memungkinkan pengukuran sinyal listrik yang lebih sederhana dan konsisten. Voltmeter moving-coil kemudian digunakan untuk mengukur emf yang diinduksi, memberikan output yang dapat diukur yang sesuai dengan kecepatan rotasi poros.

Perlu dicatat bahwa polaritas tegangan yang diinduksi membawa informasi penting. Ini menentukan arah gerakan poros. Misalnya, polaritas positif mungkin menandakan rotasi searah jarum jam, sementara polaritas negatif bisa menandakan rotasi berlawanan arah jarum jam. Untuk melindungi voltmeter dan memastikan pengukuran yang akurat, sebuah hambatan dihubungkan secara seri dengannya. Resistor ini membatasi aliran arus yang mungkin tinggi yang dihasilkan oleh armatur, mencegah kerusakan pada perangkat pengukuran dan menjaga integritas proses pengukuran.

Emf yang diinduksi dalam pembangkit takhometer DC dapat dinyatakan dengan rumus berikut:

Di mana, E – tegangan yang dihasilkan
Φ – fluks per kutub dalam Weber
P- jumlah kutub
N – kecepatan dalam putaran per menit
Z – jumlah konduktor dalam gulungan armatur.
a – jumlah jalur paralel dalam gulungan armatur.

Kelebihan dan Kekurangan Pembangkit Takhometer DC dan Pengenalan Pembangkit Takhometer AC
Kelebihan Pembangkit Takhometer DC

Pembangkit takhometer DC menawarkan beberapa manfaat yang signifikan, yang disebutkan sebagai berikut:

• Indikasi Arah Rotasi Poros: Polaritas tegangan yang diinduksi berfungsi sebagai indikator yang jelas tentang arah rotasi poros. Fitur ini memberikan informasi berharga tentang dinamika rotasi mesin yang diukur, memungkinkan operator untuk memantau dan mengontrol sistem dengan lebih efektif.

• Penggunaan Voltmeter Konvensional: Voltmeter jenis DC konvensional dapat digunakan untuk mengukur tegangan yang diinduksi. Kepraktisan dalam peralatan pengukuran ini mengurangi kompleksitas dan biaya yang terkait dengan pemasangan sistem pengukuran, membuatnya mudah diakses dan digunakan untuk berbagai aplikasi.

Kekurangan Pembangkit Takhometer DC

Meskipun memiliki kelebihan, pembangkit takhometer DC juga memiliki beberapa kekurangan yang perlu dipertimbangkan:

• Perlunya Perawatan: Komutator dan sikat, yang merupakan komponen penting untuk mengubah arus bolak-balik yang dihasilkan dalam armatur menjadi arus searah, memerlukan perawatan berkala. Seiring waktu, komponen-komponen ini dapat mengalami aus dan kerusakan akibat gesekan mekanis dan busur listrik, yang menyebabkan penurunan kinerja dan potensi kegagalan jika tidak dirawat dengan baik.

• Masalah Hambatan Output dan Input: Hambatan output pembangkit takhometer DC biasanya lebih tinggi dibandingkan dengan hambatan inputnya. Dalam situasi di mana arus yang besar diinduksi dalam konduktor armatur, hal ini dapat menyebabkan distorsi medan magnet konstan magnet permanen. Distorsi ini dapat menyebabkan ketidakakuratan dalam pengukuran emf yang diinduksi dan, akibatnya, kesalahan dalam menentukan kecepatan rotasi poros.

Pembangkit Takhometer AC

Ketergantungan pembangkit takhometer DC pada komutator dan sikat menyebabkan beberapa batasan. Untuk mengatasi masalah-masalah ini, pembangkit takhometer AC dikembangkan. Pembangkit takhometer AC memiliki armatur stasioner dan medan magnet berputar. Desain ini menghilangkan kebutuhan akan komutator dan sikat, sehingga mengatasi banyak masalah perawatan dan kinerja yang terkait dengan takhometer DC.

Saat medan magnet berputar berinteraksi dengan kumparan stator yang tetap, gaya elektromotif (EMF) diinduksi. Amplitudo dan frekuensi EMF yang diinduksi secara langsung terkait dengan kecepatan poros. Hubungan ini memungkinkan pengukuran kecepatan sudut dengan menganalisis amplitudo atau frekuensi sinyal listrik yang diinduksi.

Rangkaian berikut digunakan untuk mengukur kecepatan rotor dengan fokus pada amplitudo tegangan yang diinduksi. Pertama, tegangan yang diinduksi direktifikasi untuk mengubahnya dari arus bolak-balik menjadi arus searah. Kemudian, tegangan yang telah direktifikasi dilewatkan melalui filter kapasitor, yang secara efektif meratakan gelombang pada tegangan yang telah direktifikasi, memberikan pengukuran yang lebih stabil dan akurat dari amplitudo tegangan yang diinduksi yang terkait dengan kecepatan rotasi poros.

Pembangkit AC Rotor Cup Drag
Takhometer AC jenis cup drag ditunjukkan dalam gambar di bawah ini.

• Struktur dan Karakteristik Pembangkit Takhometer AC
  Stator pembangkit takhometer AC dilengkapi dengan dua gulungan yang berbeda: gulungan referensi dan gulungan kuadratur. Gulungan-gulungan ini ditempatkan pada sudut 90 derajat satu sama lain, yang merupakan aspek kunci dari desain generator untuk operasi yang akurat. Rotor takhometer dibuat dari cangkir aluminium tipis dan ditempatkan di dalam struktur medan.
  Dibangun dari bahan yang sangat induktif, rotor memiliki inersia rendah, memungkinkannya merespons cepat terhadap perubahan kecepatan rotasi. Input listrik disuplai ke gulungan referensi, sementara sinyal output diambil dari gulungan kuadratur. Saat rotor berputar dalam medan magnet, ia menginduksi tegangan dalam gulungan sensor (kuadratur). Besarnya tegangan yang diinduksi ini secara langsung proporsional dengan kecepatan rotasi rotor, menetapkan mekanisme yang andal untuk mengukur kecepatan sudut.
  Kelebihan
  Output Bebas Gelombang: Takhogenerator cup drag terkenal karena menghasilkan tegangan output yang bebas dari gelombang. Output yang halus ini memastikan pengukuran kecepatan yang lebih akurat dan konsisten, menjadikannya cocok untuk aplikasi di mana pemantauan kecepatan yang presisi sangat penting.
  Biaya Efektif: Manfaat lain yang signifikan adalah biayanya yang relatif rendah. Keterjangkauan ini membuat takhogenerator cup drag menjadi pilihan yang menarik untuk berbagai aplikasi, terutama di mana efisiensi biaya adalah prioritas tanpa mengorbankan fungsi dasar.
  Kekurangan
  Namun, takhogenerator cup drag memiliki batasan yang signifikan. Ketika rotor berputar pada kecepatan tinggi, hubungan nonlinier muncul antara tegangan output dan kecepatan input. Nonlinearitas ini dapat menyebabkan ketidakakuratan dalam pengukuran kecepatan jika tidak dihitung dengan benar, yang mungkin membatasi penggunaan generator dalam skenario yang memerlukan pengukuran kecepatan rotasi yang sangat cepat dan sangat presisi.