Takometer Elektrik

Pengertian dan Jenis Tachometer

Pengertian

Tachometer adalah perangkat yang digunakan untuk mengukur kecepatan rotasi atau laju sudut mesin yang terhubung dengannya. Operasinya didasarkan pada prinsip gerakan relatif antara medan magnetik dan poros perangkat yang terhubung. Ketika poros berputar, gerakan relatif ini menginduksi gaya elektromotif (EMF) dalam kumparan yang ditempatkan di dalam medan magnetik konstan dari magnet permanen. Besarnya EMF yang diinduksi sebanding dengan kecepatan rotasi poros, memungkinkan pengukuran kecepatan mesin.

Jenis Tachometer

Tachometer dapat dibagi menjadi dua kategori: mekanik dan elektrik.

• Tachometer Mekanik: Jenis tachometer ini mengukur kecepatan poros dalam putaran per menit (RPM). Ini memberikan indikasi mekanik langsung dari kecepatan rotasi, sering kali melalui hubungan mekanik dan penunjuk pada dial yang telah dikalibrasi.

• Tachometer Elektrik: Tachometer elektrik mengubah laju sudut menjadi tegangan listrik. Dibandingkan dengan tachometer mekanik, tachometer 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. Oleh karena itu, mereka secara luas digunakan untuk mengukur kecepatan rotasi poros. Tergantung pada sifat tegangan yang diinduksi, tachometer elektrik dapat dibagi lagi menjadi dua subjenis:

• Pembangkit Tachometer AC

• Pembangkit Tachometer DC

Pembangkit Tachometer DC

Pembangkit tachometer 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 tachometer DC.

Prinsip kerja pembangkit tachometer DC didasarkan pada induksi elektromagnetik. Ketika konduktor loop tertutup bergerak dalam medan magnet, EMF diinduksi dalam konduktor tersebut. Besarnya EMF yang diinduksi ditentukan oleh dua faktor: jumlah fluks magnetik yang terhubung dengan konduktor dan kecepatan rotasi poros. Ketika poros berputar, armatur di dalam pembangkit tachometer DC bergerak melalui medan magnet magnet permanen, menghasilkan EMF yang sebanding 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 Tachometer DC

Dalam pembangkit tachometer 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. Signifikannya, besarnya emf yang diinduksi sebanding dengan kecepatan rotasi poros yang terkopel dengan armatur; 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 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, resistansi dihubungkan secara seri dengan voltmeter. 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 tachometer 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 kumparan armatur.
a – jumlah jalur paralel dalam kumparan armatur.

Kelebihan dan Kekurangan Pembangkit Tachometer DC dan Pengenalan Pembangkit Tachometer AC
Kelebihan Pembangkit Tachometer DC

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

• Indikasi Arah Rotasi Poros: Polaritas tegangan yang diinduksi bertindak sebagai indikator yang jelas 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. Kesederhanaan dalam peralatan pengukuran ini mengurangi kompleksitas dan biaya yang terkait dengan pengaturan sistem pengukuran, membuatnya dapat diakses dan mudah digunakan untuk berbagai aplikasi.

Kekurangan Pembangkit Tachometer DC

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

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

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

Pembangkit Tachometer AC

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

Ketika medan magnet berputar berinteraksi dengan kumparan stator yang stasioner, gaya elektromotif (EMF) diinduksi. Amplitudo dan frekuensi EMF yang diinduksi sebanding dengan kecepatan poros. Hubungan ini memungkinkan pengukuran laju 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 sudah direktifikasi dilewatkan melalui filter kapasitor, yang secara efektif meratakan gelombang ripel dalam tegangan yang sudah direktifikasi, memberikan pengukuran yang lebih stabil dan akurat dari amplitudo tegangan yang diinduksi yang terkait dengan kecepatan rotasi poros.

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

• Struktur dan Karakteristik Pembangkit Tachometer AC
  Stator pembangkit tachometer AC dilengkapi dengan dua gulungan yang berbeda: gulungan referensi dan gulungan kuadratur. Gulungan-gulungan ini diletakkan pada sudut 90 derajat satu sama lain, yang merupakan aspek kunci dari desain generator untuk operasi yang akurat. Rotor tachometer dibuat dari cangkir aluminium tipis dan ditempatkan di dalam struktur medan.
  Terbuat 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. Ketika rotor berputar dalam medan magnet, ia menginduksi tegangan dalam gulungan sensor (kuadratur). Besarnya tegangan yang diinduksi sebanding dengan kecepatan rotasi rotor, membentuk mekanisme yang andal untuk mengukur laju sudut.
  Kelebihan
  Output Bebas Ripel: Pembangkit tachogenerator drag cup dikenal menghasilkan tegangan output yang bebas dari ripel. 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. Keekonomisan ini membuat pembangkit tachogenerator drag cup pilihan yang menarik untuk berbagai aplikasi, terutama bagi mereka yang memprioritaskan efisiensi biaya tanpa mengorbankan fungsi dasar.
  Kekurangan
  Namun, pembangkit tachogenerator drag cup 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, mungkin membatasi penggunaan generator dalam skenario yang memerlukan pengukuran kecepatan rotasi yang tinggi dan sangat presisi.