TUGAS I

MESIN ARUS SEARAH DAN MESIN SINKRON

DISUSUN OLEH

NAMA : IBNU ARIF FATHONINIM : 2009-11-271KELAS: ADOSEN : BAPAK PRIANDAMesin DC generator yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik dc dan motor yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik dc.

Kebanyakan mesin dc seperti mesin ac dalam bahwa mereka memiliki tegangan ac dan arus di dalamnya. Mesin DC memiliki output dc hanya karena ada mekanisme yang mengubah tegangan ac dc internal untuk tegangan pada terminal mereka. Karena mekanisme ini disebut komutator, dc mesin juga dikenal sebagai commutating mesin.

Prinsip-prinsip dasar yang terlibat dalam pengoperasian mesin dc sangat sederhana. Sayangnya, mereka biasanya agak tertutup oleh konstruksi yang rumit dari mesin nyata.GERAK PUTAR, HUKUM NEWTON 'S , DAN HUBUNGAN DAYA

Hampir semua mesin listrik berputar terhadap suatu sumbu , yang disebut poros mesin . Karena sifat rotasi mesin , adalah penting untuk memiliki pemahaman dasar tentang gerak rotasi . Bagian ini berisi ulasan singkat konsep jarak , kecepatan, percepatan , hukum Newton , dan kekuasaan karena mereka berlaku untuk mesin berputar .

Secara umum, vektor tiga dimensi diperlukan untuk sepenuhnya menggambarkan rotasi suatu benda di ruang angkasa. Namun, mesin biasanya menyalakan poros tetap, sehingga rotasi mereka dibatasi pada satu dimensi sudut . Sehubungan dengan akhir yang diberikan dari poros mesin , arah putaran dapat digambarkan sebagai baik searah jarum jam ( CW ) atau berlawanan ( CCW ) . Untuk tujuan buku ini , sudut berlawanan rotasi dianggap positif , dan yang searah jarum jam dianggap negatif .

Untuk rotasi poros tetap , semua konsep dalam bagian ini mengurangi untuk skalar . Setiap konsep utama gerak rotasi didefinisikan di bawah ini dan berhubungan dengan gagasan yang sesuai dari gerakan linear .

Posisi sudut Posisi sudut dari sebuah objek adalah sudut di mana ia berorientasi , diukur dari beberapa titik acuan yang sewenang-wenang . Posisi sudut biasanya diukur dalam radian atau derajat . Hal ini sesuai dengan konsep linear jarak sepanjang garis .Angular Velocity

Kecepatan sudut ( atau kecepatan ) adalah tingkat perubahan posisi sudut terhadap waktu . Hal ini diasumsikan positif jika rotasi adalah dalam arah berlawanan . Kecepatan sudut adalah analog rotasi konsep kecepatan pada garis . Satu kecepatan linear dimensi sepanjang garis didefinisikan sebagai laju perubahan perpindahan sepanjang garis ( r ) terhadap waktu

Demikian pula , kecepatan sudut didefinisikan sebagai laju perubahan perpindahan sudut terhadap waktu .

Jika unit posisi sudut adalah radian , maka kecepatan sudut diukur dalam radian per detik . Dalam berurusan dengan mesin listrik biasa , insinyur sering menggunakan unit lain. dari radian per detik untuk menggambarkan kecepatan poros . Sering , kecepatan diberikan dalam putaran per detik atau putaran per menit . Karena kecepatan adalah sebuah kuantitas penting dalam studi mesin , adalah kebiasaan untuk menggunakan simbol yang berbeda untuk kecepatan bila dinyatakan dalam satuan yang berbeda . Dengan menggunakan simbol-simbol yang berbeda , kebingungan mungkin untuk unit dimaksud diminimalkan . Simbol berikut digunakan dalam buku ini untuk menggambarkan kecepatan sudut :

Subskrip m pada simbol ini menunjukkan jumlah mekanik, sebagai lawan kuantitas listrik. Jika tidak ada kemungkinan kebingungan antara jumlah mekanik dan listrik, subscript sering ditinggalkan. Langkah-langkah ini kecepatan poros terkait satu sama lain dengan persamaan berikut:

Percepatan sudut

Percepatan sudut adalah laju perubahan kecepatan sudut terhadap waktu. Diasumsikan positif jika kecepatan sudut meningkat dalam arti aljabar. Percepatan sudut adalah analog rotasi konsep percepatan pada line. Sama seperti percepatan linear satu dimensi didefinisikan oleh persamaan

angular acceleration is defined by

Jika unit kecepatan sudut adalah radian per detik , maka percepatan sudut diukur dalam radian per detik kuadrat .

Torsi

Dalam gerak linier , kekuatan diterapkan ke obyek menyebabkan kecepatannya berubah. Dengan tidak adanya suatu gaya total pada objek, kecepatannya adalah konstan . Semakin besar gaya yang diterapkan untuk objek , semakin cepat perubahan kecepatannya .

Ada konsep serupa untuk rotasi . Ketika sebuah benda berputar , kecepatan sudut yang konstan kecuali sebuah torsi hadir di atasnya . Semakin besar torsi pada objek , semakin cepat kecepatan sudut perubahan objek .

Apa itu torsi ? Hal ini dapat disebut " memutar memaksa" pada suatu benda Secara intuitif , torsi cukup mudah dimengerti . Bayangkan sebuah silinder yang bebas berputar pada porosnya . Jika gaya yang diterapkan ke silinder sedemikian rupa bahwa garis kerjanya melewati sumbu ( Gambar 1 - 1a ) , maka silinder tidak akan berputar .

Namun, jika gaya yang sama ditempatkan sehingga garis kerjanya melewati sebelah kanan sumbu ( Gambar 1 - 1b) , maka silinder akan cenderung berputar dalam arah berlawanan .

Torsi atau memutar tindakan pada silinder tergantung pada (1) besarnya gaya yang diberikan dan (2) jarak antara sumbu rotasi dan garis aksi gaya

GAMBAR 1-1

(a) Sebuah gaya diterapkan pada silinder sehingga melewati sumbu rotasi. = O. (b) Sebuah gaya diterapkan pada silinder sehingga lini tindakan merindukan sumbu rotasi. Berikut adalah berlawanan

Torsi pada suatu benda didefinisikan sebagai produk dari gaya yang diterapkan ke objek dan jarak terkecil antara garis aksi gaya dan sumbu objek rotasi. Jika r adalah vektor menunjuk dari sumbu rotasi ke titik penerapan gaya, dan jika F adalah gaya yang diterapkan, maka torsi dapat digambarkan sebagai

di mana adalah sudut antara vektor r dan vektor F. Arah torsi adalah searah jarum jam jika itu akan cenderung menyebabkan rotasi searah jarum jam dan berlawanan jika wouId cenderung menyebabkan rotasi berlawanan (Gambar 1-2).

Satuan torsi adalah newton-meter dalam satuan SI dan pound-feet dalam sistem Inggris.

Hukum Newton Rotasi

Hukum Newton untuk benda bergerak sepanjang garis lurus menggambarkan hubungan antara gaya yang diterapkan ke sebuah obyek dan percepatan yang dihasilkan. Hubungan ini diberikan oleh persamaan

GAMBAR 1-2

Penurunan persamaan untuk torsi pada sebuah bendaDalam satuan SI, kekuatan diukur dalam newton, massa dalam kilogram, dan akselerasi dalam meter per detik kuadrat. Dalam sistem Inggris. kekuatan diukur dalam pound, massa dalam siput, dan percepatan dalam meter per detik kuadrat.

Sebuah persamaan yang sama menggambarkan hubungan antara torsi diterapkan pada obyek dan percepatan sudut yang dihasilkan. Hubungan ini, yang disebut hukum Newton tentang rotasi, diberikan oleh persamaan

dimana ( adalah net diterapkan torsi dalam newton-meter atau pound-feet dan adalah percepatan sudut yang dihasilkan dalam radian per detik kuadrat. Istilah J melayani tujuan yang sama sebagai massa obyek bergerak linier. Hal ini disebut momen inersia objek dan diukur dalam kilogram-meter persegi atau siput-kaki kuadrat. Perhitungan momen inersia suatu benda berada di luar cakupan buku ini.

Kerja W

Untuk gerak linear, kerja didefinisikan sebagai penerapan gaya melalui jarak jauh. Dalam bentuk persamaan,

di mana diasumsikan bahwa gaya adalah collinear dengan arah gerakan. Untuk kasus khusus gaya konstan diterapkan collinearly dengan arah gerak, persamaan ini menjadi hanya

Satuan kerja adalah joule di SI dan kaki-pon dalam sistem Inggris.

Untuk gerak rotasi, kerja adalah penerapan torsi melalui sudut. Berikut persamaan untuk kerja

dan jika torsi yang konstan,

Daya P

Kekuasaan adalah tingkat melakukan pekerjaan, atau peningkatan kerja per satuan waktu. Persamaan untuk daya

Hal ini biasanya diukur dalam joule per detik (watt), tetapi juga dapat diukur dalam kaki-pon per detik atau tenaga kuda.

Dengan definisi ini, dan dengan asumsi gaya yang konstan dan collinear dengan arah gerak, daya diberikan oleh

Demikian pula, dengan asumsi torsi konstan, kekuasaan dalam gerak rotasi diberikan oleh

Persamaan (1-15) sangat penting dalam studi mesin listrik, karena dapat menggambarkan daya mekanik pada poros dari motor atau generator.

Persamaan (1-I5) adalah hubungan yang benar antara tenaga, torsi, dan kecepatan jika daya diukur dalam watt, torsi dalam newton-meter, dan kecepatan dalam radian per detik. Jika unit lain yang digunakan untuk mengukur setiap dari jumlah di atas, maka konstanta harus diperkenalkan ke dalam persamaan untuk faktor konversi unit. Hal ini masih umum dalam praktek rekayasa AS untuk mengukur torsi dalam pound-feet, kecepatan dalam putaran per menit, dan kekuasaan baik dalam watt atau tenaga kuda. Jika faktor-faktor konversi yang tepat termasuk dalam setiap periode, maka Persamaan (1-15) menjadi

MEDAN MAGNETMedan magnet adalah mekanisme fundamental dimana energi diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya di motor, generator, dan transformer. Empat prinsip dasar menggambarkan bagaimana medan magnet yang digunakan dalam perangkat ini:

Sebuah kawat arus tercatat menghasilkan medan magnet di daerah sekitar itu.

Sebuah medan magnet waktu berubah menginduksi tegangan dalam kumparan kawat jika melewati kumparan itu. (Ini adalah dasar dari tindakan transformator.)

Sebuah kawat arus pembawa dengan adanya medan magnet memiliki kekuatan diinduksi di atasnya. (Ini adalah dasar dari tindakan motorik.)

Sebuah kawat yang bergerak di hadapan medan magnet memiliki tegangan induksi di dalamnya. (Ini adalah dasar dari tindakan pembangkit.)

Produksi dari Medan Magnet

Hukum dasar yang mengatur produksi medan magnet oleh arus adalah

Ampere hukum:

di mana H adalah intensitas medan magnet yang dihasilkan oleh arus dan Inet dl adalah elemen diferensial panjang sepanjang jalan integrasi. Dalam satuan SI, saya diukur dalam ampere dan H diukur dalam ampere-turns per meter. Untuk lebih memahami arti dari persamaan ini, akan sangat membantu untuk menerapkannya pada contoh sederhana pada Gambar 1-3. Gambar 1-3 menunjukkan inti persegi panjang dengan berkelok-kelok N berubah dari kawat dibungkus sekitar satu kaki dari inti. Jika inti terdiri dari besi atau logam sejenis lainnya tertentu (secara kolektif disebut bahan ferromagnetic), pada dasarnya semua medan magnet yang dihasilkan oleh arus akan tetap berada di dalam inti, sehingga jalan integrasi dalam hukum Ampere adalah panjang jalur rata-rata inti lc. Arus yang dalam jalan integrasi Inet kemudian Ni, karena kumparan kawat memotong

jalan integrasi N kali sambil membawa i saat ini. Hukum Ampere sehingga menjadi

GAMBAR 1-3

Sebuah inti magnetik sederhana.

Berikut H adalah besarnya medan magnet vektor intensitas H. Oleh karena itu, besarnya atau intensitas medan magnet dalam inti karena arus yang digunakan adalah

Medan magnet intensitas H dalam arti ukuran dari "usaha" bahwa saat ini adalah menempatkan ke dalam pembentukan medan magnet. Kekuatan fluks medan magnet yang dihasilkan dalam inti juga tergantung pada bahan inti. Hubungan antara medan magnet intensitas H dan menghasilkan kerapatan fluks magnet B yang dihasilkan dalam suatu material diberikan oleh

Kerapatan fluks magnetik yang sebenarnya diproduksi di sepotong kain dengan demikian diberikan oleh produk dari dua istilah:

H, mewakili usaha yang diberikan oleh arus untuk membentuk medan magnet

, mewakili relatif mudah untuk mendirikan sebuah medan magnet di diberikan satuan intensitas medan magnet ampere-turns per meter, satuan permeabilitas adalah henrys per meter, dan unit kerapatan fluks yang dihasilkan Webers per meter persegi, yang dikenal sebagai teslas (T).

Permeabilitas ruang bebas disebut o dan nilainya

Permeabilitas bahan lain dibandingkan dengan permeabilitas ruang bebas disebut permeabilitas relatif:

Permeabilitas relatif adalah cara yang nyaman untuk membandingkan magnetizability bahan . Misalnya, baja digunakan dalam mesin modern memiliki permeabilitas relatif 2000-6000 atau bahkan lebih . Ini berarti bahwa , untuk jumlah yang diberikan saat ini , 2000-6000 kali lebih banyak fluks didirikan pada sepotong baja dibanding di suatu bidang yang sesuai udara . (The permeabilitas udara pada dasarnya sama dengan permeabilitas ruang bebas . ) Jelas, logam dalam transformator atau inti motorik memainkan bagian yang sangat penting dalam meningkatkan dan berkonsentrasi fluks magnetik pada perangkat .

Karena permeabilitas besi jauh lebih tinggi dari udara , sebagian besar fluks dalam inti besi seperti itu pada Gambar 1-3 tetap dalam inti daripada bepergian melalui udara di sekitarnya , yang memiliki permeabilitas lebih rendah . Kebocoran fluks kecil yang tidak meninggalkan inti besi sangat penting dalam menentukan hubungan fluks antara kumparan dan induktansi - diri dari gulungan di transformator dan motor .

Dalam inti seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1-3 , besarnya kerapatan fluks diberikan oleh

dimana dA adalah unit diferensial daerah. Jika vektor kerapatan fluks tegak lurus terhadap pesawat dari daerah A, dan jika kerapatan fluks konstan di seluruh daerah, maka persamaan ini tereduksi menjadi

Dengan demikian, total fluks dalam inti pada Gambar 1-3 karena saya saat ini di berliku

Sirkuit Magnetic

Dalam Persamaan (1-26) kita melihat bahwa arus dalam kumparan kawat melilit inti menghasilkan fluks magnetik dalam inti. Hal ini dalam arti tertentu analog dengan tegangan dalam sirkuit listrik menghasilkan arus sekarang. Hal ini dimungkinkan untuk menentukan "sirkuit magnet" yang perilakunya diatur oleh persamaan analog dengan orang-orang untuk sebuah sirkuit listrik. Model sirkuit magnetik perilaku magnetik sering digunakan dalam desain mesin listrik dan transformer untuk menyederhanakan proses desain sebaliknya cukup kompleks.

Dalam rangkaian listrik sederhana seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1-4a, sumber tegangan V drive saya saat ini sekitar sirkuit melalui perlawanan R. Hubungan antara jumlah ini diberikan oleh hukum Ohm:

Dalam rangkaian listrik, itu adalah tegangan atau gaya gerak listrik yang mendorong arus sekarang. Dengan analogi, kuantitas yang sesuai dalam sirkuit magnetik disebut gaya magneto motif (mmf). Kekuatan magneto motif dari rangkaian magnetik adalah sama dengan arus efektif sekarang diterapkan pada inti, atau

GAMBAR 1-4

(a) Sebuah rangkaian listrik sederhana. (b) Rangkaian magnetik analog ke inti transformator.

di mana simbol untuk kekuatan magneto motif, diukur dalam ampere-turns.

Seperti sumber tegangan dalam rangkaian listrik, kekuatan motif magneto di sirkuit magnetik memiliki polaritas yang terkait dengannya. Ujung positif dari sumber mmf adalah akhir dari mana keluar fluks, dan ujung negatif dari sumber mmf adalah akhir di mana fluks masuk kembali.

Polaritas mmf dari kumparan kawat dapat ditentukan dari modifikasi dari aturan tangan kanan: Jika jari-jari curl tangan kanan ke arah sekarang arus dalam kumparan kawat, maka ibu jari akan menunjuk arah mmf positif (lihat Gambar 1 - 5).

Dalam sebuah sirkuit listrik, tegangan yang diberikan menyebabkan arus I mengalir. Demikian pula, dalam rangkaian magnetik, kekuatan motif magneto diterapkan menyebabkan fluks untuk diproduksi. Hubungan antara tegangan dan arus dalam sebuah sirkuit listrik adalah hukum Ohm (V = IR), sama, hubungan antara kekuatan magnetomotive dan fluks

GAMBAR 1-5

Menentukan polaritas sumber kekuatan magnetomotive dalam rangkaian magnetik.

Keengganan sirkuit magnetik adalah mitra hambatan listrik, dan unit perusahaan adalah ampere-putaran tiap weber. Ada juga analog magnetik konduktansi. Sama seperti konduktansi dari sebuah sirkuit listrik adalah kebalikan dari perlawanan, yang permeance dari rangkaian magnetik adalah kebalikan dari keengganan:

Hubungan antara kekuatan magneto motif dan fluks demikian dapat dinyatakan sebagai

Dalam beberapa keadaan, lebih mudah untuk bekerja dengan serapan dari sirkuit magnetik dibandingkan dengan keengganan. Apa keengganan inti pada Gambar 1-3? Fluks yang dihasilkan dalam inti ini diberikan oleh Persamaan (1-26):

Dengan membandingkan Persamaan (1-31) dengan Persamaan (1-28), kita melihat bahwa keengganan inti adalah

Reluctances di sirkuit magnetik mematuhi aturan yang sama seperti resistensi dalam sebuah sirkuit listrik. Keengganan setara dari sejumlah reluctances dalam seri hanyalah jumlah dari reluctances individual:

Demikian pula, reluctances secara paralel menggabungkan menurut persamaan

Serapan secara seri dan paralel mematuhi aturan yang sama seperti conductances listrik.Perhitungan fluks dalam inti dilakukan dengan menggunakan konsep sirkuit magnetik selalu pendekatan - di terbaik, mereka akurat untuk dalam waktu sekitar 5 persen dari jawaban yang sebenarnya . Ada sejumlah alasan untuk ketidaktelitian melekat ini :

1. Konsep sirkuit magnetik mengasumsikan bahwa semua fluks terkurung dalam inti magnetik . Sayangnya, hal ini tidak sepenuhnya benar . Permeabilitas inti feromagnetik adalah 2000-6000 kali dari udara , tetapi sebagian kecil dari fluks lolos dari inti ke udara sekitarnya permeabilitas rendah . Fluks ini luar inti disebut fluks kebocoran , dan memainkan peran yang sangat penting dalam desain mesin listrik .

2. Perhitungan keengganan mengasumsikan panjang jalur rata-rata tertentu dan luas penampang untuk inti . Asumsi ini tidak benar-benar sangat baik , terutama pada sudut .

3. Dalam bahan feromagnetik , permeabilitas bervariasi dengan jumlah fluks sudah dalam materi. Efek nonlinear ini dijelaskan secara rinci . Ia menambahkan sumber lain dari kesalahan analisis sirkuit magnetik , karena reluctances digunakan dalam perhitungan sirkuit magnetik tergantung pada permeabilitas material.

GAMBAR 1-6

Efek fringing medan magnet pada celah udara. Catatan luas penampang meningkat dari celah udara dibandingkan dengan luas penampang logam.

4. Jika ada celah udara di jalur fluks dalam inti, yang luas penampang efektif dari celah udara akan lebih besar dibandingkan dengan luas penampang dari inti besi di kedua sisi. Daerah ekstra efektif disebabkan oleh "efek fringing" medan magnet pada celah udara (Gambar 1-6).

Hal ini dimungkinkan untuk sebagian diimbangi sumber-sumber yang melekat kesalahan dengan menggunakan "koreksi" atau "efektif" berarti panjang jalan dan luas penampang bukan panjang fisik yang sebenarnya dan daerah dalam perhitungan.

Ada banyak keterbatasan dengan konsep sirkuit magnetik, tetapi masih desain alat termudah tersedia untuk menghitung fluks dalam desain mesin praktis.