UNIVERSITI TUN HUSSEIN ONN MALAYSIA FAKULTI PENDIDIKAN TEKNIKAL DAN VOKASIONAL KOD DAN NAMA KURSUS BBV30203 MESIN ELEKTRIK TUGASAN : TUGASAN MOTOR DAN PENJANA (PERBEZAAN ANTARA JENIS-JENIS MOTOR DAN PENJANA) NAMA PENSYARAH DR NURHANIM SAADAH BINTI ABDULLAH NAMA PELAJAR NAMA KAD MATRIK MUHAMMAD HAQIMI BIN ABD RAZAK CB200080 FATIN NURSHAHIRAH BINTI YUSAINI CB200055 MULHIM HILMI BIN ABD RAHIM AB200008
ii ISI KANDUNGAN 1.0 PENGENALAN 1 1.1 Motor 1 1.2 Penjana 2 2.0 BINAAN MOTOR DAN PENJANA 3 2.1 Motor Arus Terus 3 2.2 Motor Arus Ulang Alik 4 2.3 Penjana Arus Terus 5 2.4 Penjana Arus Ulang Alik 6 3.0 GAMBAR BERKAITAN 7 3.1 Motor Arus Terus dan Arus Ulang Alik 7 3.2 Penjana Arus Terus dan Arus Ulang Alik 8 4.0 PRINSIP KENDALIAN 9 4.1 Prinsip Kendalian Bagi Motor 9 4.1.1 Prinsip kendalian bagi motor arus terus 9 4.2.2 Prinsip kendalian motor arus ulang alik 10 4.2 Prinsip Kendalian Bagi Penjana 13 4.2.1 Prinsip Kendalian Bagi Penjana Arus Terus 13 4.2.2 Prinsip Kendalian Bagi Penjana Arus Ulang Alik 14 5.0 SIMULASI OPERASI 15 5.1 Motor Arus Terus 15 5.2 Motor Arus Ulang Alik 16 5.3 Penjana Arus Terus 20 5.4 Penjana Arus Ulang Alik 21
iii 6.0 JENIS-JENIS MOTOR DAN PENJANA 23 6.1 Jenis-Jenis Penjana Arus Terus 24 6.2 Jenis-Jenis Penjana Arus Ulang Alik 28 6.3 Jenis-Jenis Motor Arus Terus 30 6.4 Jenis-Jenis Motor Arus Ulang Alik 36 7.0 SPESIFIKASI 41 7.1 Motor Arus Terus 41 7.2 Arus Ulang Alik 42 7.3 Penjana Arus Terus 43 7.4 Arus Ulang Alik 43 8.0 KELEBIHAN DAN KEKURANGAN MOTOR DAN PENJANA 44 8.1 Penjana Arus Terus 44 8.2 Penjana Arus Ulang-Alik 45 8.3 Motor Arus Ulang-Alik 45 8.4 Motor Arus Terus 46 9.0 PERBEZAAN APLIKASI MOTOR DAN PENJANA 47 9.1 Perbezaan Aplikasi Motor AT Dan Penjana AT 47 9.2 Perbezaan Aplikasi Motor AU Dan Penjana AU 48 10.0 CONTOH PENGIRAAN 49 10.1 Contoh 1 (Pengiraan Motor) 49 10.2 Contoh 2 (Pengiraan Penjana) 50 RUJUKAN 52
iv JADUAL PEMBAHAGIAN TUGASAN KUMPULAN 6 PERHATIAN Tarikh Penghantaran: Minggu 9 PENULISAN LAPORAN NO. SUBTOPIK AHLI TARIKH 1. • PENGENALAN • BINAAN • GAMBAR-GAMBAR BERKAITAN Mulhim Hilmi Bin Abd Rahim 6 Disember 2023 (W9) 2. • SIMULASI OPERASI • APLIKASI • CONTOH PENGIRAAN Muhammad Haqimi Bin Abd Razak 6 Disember 2023 (W9) 3. • PRINSIP OPERASI • JENIS MOTOR DAN PENJANA • KELEBIHAN DAN KEKURANGAN Fatin Nurshahirah Binti Yusaini 6 Disember 2023 (W9) 4. • MAKLUMAT TAMBAHAN Semua 6 Disember 2023 (W9) 5. • RUJUKAN SEMUA 6 Disember 2023 (W9) 6. • KUALITI LAPORAN Fatin Nurshahirah Binti Yusaini 6 Disember 2023 (W9) PEMBENTANGAN 1. • PENYEDIAAN SLIDE PEMBENTANGAN Mulhim Hilmi Bin Abd Rahim 6 Disember 2023 (W9) 2. • MEMBENTANG Semua 6 Disember 2023 (W9) 3. • MENYUNTING VIDEO Muhammad Haqimi Bin Abd Razak 6 Disember 2023 (W9)
1 1.0 PENGENALAN Motor dan penjana merupakan dua konsep penting dalam dunia teknologi dan kejuruteraan. Kedua-dua konsep motor dan penjana memainkan peranan penting dalam kehidupan seharian kita, dari pengangkutan hingga kepada pembangunan industri. Mereka merupakan aspek-aspek kritikal dalam kemajuan teknologi moden. 1.1 Motor Motor merupakan suatu peranti yang penting dalam kehidupan moden, memainkan peranan utama dalam pelbagai aplikasi dan industri. Dalam konteks elektrik, motor elektrik adalah salah satu jenis motor yang paling umum. Motor elektrik beroperasi dengan mengubah tenaga elektrik menjadi gerakan mekanikal. Ia terdiri daripada beberapa komponen utama, termasuk stator yang tidak bergerak, rotor yang bergerak, dan komutator atau sistem elektronik yang membolehkan peralihan arus untuk menghasilkan putaran pada rotor. Stator merupakan bahagian tidak bergerak yang terdapat pada motor, mengandungi lilitan-lilitan kawat yang apabila diterima arus elektrik lalu mencipta medan magnet yang tetap. Di sebaliknya, rotor yang berada dalam medan magnet ini mula berputar apabila arus elektrik dialirkan kepadanya. Bagi motor tanpa komutator, seperti motor brushless, sistem elektronik mengawal peralihan arus. Motor elektrik ini terbahagi kepada dua jenis iaitu motor arus terus dan motor arus ulangalik.[4] Motor arus terus dan motor arus ulang alik adalah dua jenis motor elektrik yang beroperasi dengan prinsip arus elektrik yang berbeza. Motor arus terus menggunakan arus elektrik searah, manakala motor arus ulang alik menggunakan arus yang berubah-ubah secara berkala. Motor arus terus beroperasi dengan menggunakan arus searah. Arus ini mengalir dalam satu arah tetap melalui lilitan pada stator dan rotor motor. Motor arus terus ini sering digunakan dalam pelbagai aplikasi, termasuk kipas, pembesar, dan kenderaan elektrik. Sebaliknya, motor arus ulang alik berfungsi dengan menggunakan arus yang berubah arah secara berkala. Arus ini ditukar arahnya melalui proses yang dikenali sebagai arus ulang alik. Motor arus ulang alik juga dibina dengan ciri-ciri kelajuan yang berubah tetapi berada dalam had yang tertentu.[3] Motor arus ulang alik umumnya lebih kompleks dalam struktur binaannya, dan ianya sering digunakan dalam industri seperti di stesen janakuasa. Penting untuk menyebut bahawa motor bukan sahaja terhad kepada motor elektrik, tetapi termasuk juga motor enjin dalaman, motor luaran, dan lain-lain, setiap satu mempunyai ciri-ciri dan kegunaan yang unik.
2 Oleh itu, pemahaman mendalam tentang motor adalah penting untuk memahami pelbagai teknologi dan aplikasi moden. 1.2 Penjana Penjana elektrik adalah suatu peranti yang memainkan peranan penting dalam menghasilkan tenaga elektrik dari pelbagai sumber tenaga lain seperti mekanikal, termal, atau haba. Alternator dan generator adalah contoh penjana elektrik yang sering digunakan. Alternator menggunakan prinsip induksi elektromagnet untuk menghasilkan tenaga elektrik dengan memutar medan magnet berdekatan dengan lilitan kawat pada stator. Sebaliknya, generator menghasilkan tenaga elektrik melalui pergerakan relatif antara medan magnet dan lilitan kawat pada stator. Proses ini melibatkan penukaran tenaga mekanikal kepada tenaga elektrik melalui prinsip elektromagnet. Penjana elektrik ini merupakan komponen penting dalam sistem tenaga, membantu menyediakan bekalan elektrik untuk keperluan domestik, industri, dan komersial. Penjana arus terus dan penjana arus ulang alik adalah dua jenis penjana elektrik yang beroperasi dengan prinsip arus elektrik yang berbeza.[1] Penjana arus terus menghasilkan tenaga elektrik dengan menggunakan arus searah, manakala penjana arus ulang alik menggunakan arus yang berubah-ubah secara berkala. Penjana arus terus, atau juga dikenali sebagai generator DC, menghasilkan tenaga elektrik dengan menggunakan komutator yang mengalihkan arus searah yang dihasilkan oleh putaran rotor ke lilitan stator. Ini menyebabkan arus elektrik mengalir dalam satu arah ke luar dari penjana. Penjana arus terus sering digunakan dalam aplikasi seperti bateri pengecas dan sistem kawalan elektrik. Sebaliknya, penjana arus ulang alik, atau generator AC, menghasilkan arus elektrik yang mengalir dalam dua arah atau berubah-ubah secara berkala. Ini biasanya dilakukan dengan menggunakan medan magnet yang berputar (rotor) di dalam medan tetap (stator). Prinsip ini dikenali sebagai induksi elektromagnetik dan telah membawa kepada pembangunan sistem tenaga elektrik yang efisyen. Penjana arus ulang alik banyak digunakan dalam sistem tenaga utiliti untuk menghasilkan elektrik secara besarbesaran.
3 2.0 BINAAN MOTOR DAN PENJANA Binaan motor dan penjana memegang peranan penting dalam kepelbagaian bidang industri dan teknologi. Binaan motor dan penjana memerlukan reka bentuk yang teliti dan penggunaan bahan yang berkualiti tinggi bagi memastikan kecekapan dan kebolehpercayaan operasi. Oleh itu, pemahaman mendalam terhadap binaan motor dan penjana adalah penting untuk memastikan kemajuan berterusan dalam bidang teknologi dan industri. 2.1 Motor Arus Terus Rajah 2.1 Bahagian-bahagian pada motor arus ulang alik KOMPONEN FUNGSI Pemutar (Rotor) Pemutar merupakan bahagian yang bergerak bagi motor arus terus. Ia bergerak secara dinamik apabila voltan dikenakan pada belitan angker. Pemegun (Stator) Pemegun tidak bergerak dan hanya menghasilkan medan magnet di sekeliling rotor untuk membuat rotor berputar apabila voltan dikenakan padanya. Berus Karbon Berus karbon dipasang pada komutator sebagai medium untuk menghantar tenaga elektrik daripada litar bekalan ke pemutar. Komutator Komutator ialah bahagian yang disambungkan kepada angker untuk melakukan pensuisan arus bagi belitan angker. Belitan Angker Belitan angker digunakan untuk memberi tenaga kepada medan magnet statik dalam pemutar. Belitan Medan Belitan medan diperbuat darupada dawai kumprum. Belitan medan digunakan untuk memberi tenaga kepada medan magnet statik dala stator.
4 2.2 Motor Arus Ulang Alik Rajah 2.2 Bahagian-bahagian pada motor arus terus KOMPONEN FUNGSI Pemutar (Rotor) Pemutar merupakan bahagian yang berputar litar elektromagnet motor. Medan magnet dari pemegun mendorong medan magnet bertentangan ke pemutar menyebabkan pemutar menlak dari medan pemegun. Pemegun (Stator) Apabila motor sedang beroperasi, belitan pemegun disambungkan terus ke sumber kuasa. Setiap kumpulan gegelung, bersama dengan teras keluli yang mengelilinginya menjadi elektromagnet apabila arus dikenakan. Galas (Bearings) Galas dipasang pada aci untuk menyokong pemutar dan membiarkan ia berputar. Kotak Konduit (Conduit Box) Kotak konduit digunakan sebagai titik sambungan kuasa elektrik ke belitan stator motor. Bolt Mata (Eye Bolt) Bolt mata digunakan untuk mengangkat motor berat dengab pengangkat untuk mengelakkan kerosakan pada motor. Kepungan (Enclosure) Kepungan terdiri daripada bingkai dan dua kurungan hujung. Kepungan motor bukan sahaj menyatukan komponen motor, ia juga melindungi komponen dalaman daripada kelembapan dan pembendungan.
5 2.3 Penjana Arus Terus Rajah 2.3 Bahagian-bahagian pada penjana arus terus KOMPONEN FUNGSI Kuk Penyokong teras kutub, perlindungan mekanik penjana dan pembawa fluks kutub. Teras Menghasilkan medan magnet yang kuat, perebak fluks dalam selar udara, mengurangkan engganan laluan litar magnet dan mengelakkan gegelung kutub daripada tercabut keluar. Selar Udara Berfungsi sebagai laluan fluks magnet. Gegelung Kutub. Berfungsi untuk menghasilkan medan magnet. Belitan Angker Menghasilkan daya gerak elektrik janaan. Penukar Tertib Berfungsi mengumpulkan daya gerak elektrik yang terhasil di belitan angker dan menukar arus terus kepada arus ulang alik. Berus Karbon Penyambung elektrik di antara gelung angker dengan litar dan memungut daya gerak elektrik yang terjana di angker untuk dihantar ke litar luar. Galas Bebola Menghasilkan putaran yang licin bagi angker. Kipas Menyedut udara panas. Lengan Jumpelang Tempat pemegang berus karbon dan melaraskan kedudukan satah neutral.
6 2.4 Penjana Arus Ulang Alik Rajah 2.4 Bahagian-bahagian pada penjana arus ulang alik KOMPONEN FUNGSI Gelang Gelincir Untuk menerima voltan arus ulang alik yang berterusan. Berus Karbon Menyambung litar angker ke punca keluaran penjana. Medan Magnet Terdiri daripada gegelung pengalir yang menerima bekalan voltan dan menghasilkan fluks magnet. Gegelung Belitan Angker Apabila arus mengalir dalam belitan, setiap kumpulan mengeluarkan satu kutub magnet bergantung kepada arah pengaliran arus dan daya gerak magnet. Pemutar (Rotor) Merupakan bahagian berputar penjana arus ulang alik. Ianya terdiri daripada belitan medan magnet. Setiap hujung belitan medan magnet dilekatkan pada gelincir. Gabungan ini disambungkan kepada aci. Belitan Pemegun (Stator) Berfungsi untuk memegang belitan angker dengan cekap.
7 3.0 GAMBAR BERKAITAN 3.1 Motor Arus Terus dan Arus Ulang Alik Rajah 3.1 Bahagian Motor Arus Terus dan Arus Ulang Alik Rajah 3.2 Prinsip Kerja Motor Arus Terus dan Arus Ulang Alik Rajah 3.3 Contoh Penggunaan Motor Arus Terus dan Arus Ulang Alik di Industri
8 3.2 Penjana Arus Terus dan Arus Ulang Alik Rajah 3.4 Bahagian Penjana Arus Terus dan Arus Ulang Alik Rajah 3.5 Prinsip Kerja Penjana Arus Terus dan Arus Ulang Alik Rajah 3.6 Contoh Penggunaan Penjana Arus Terus dan Arus Ulang Alik di Industri
9 4.0 PRINSIP KENDALIAN Prinsip kendalian adalah suatu konsep yang digunakan dalam bidang teknik dan ilmu pengetahuan. Prinsip kendalian digunakan untuk mengatur dan mengendalikan suatu sistem agar berjalan sesuai dengan yang diinginkan. Prinsip kendalian dapat diterapkan pada berbagai jenis sistem, seperti sistem mekanik, elektronik, dan biologi. Prinsip kendalian juga dapat digunakan untuk mengoptimalkan kerja suatu sistem dan meningkatkan efisiensi sistem tersebut. 4.1 Prinsip Kendalian Bagi Motor Motor elektrik adalah alat yang mengubah tenaga elektrik menjadi tenaga mekanikal. Terdapat dua jenis motor elektrik, iaitu motor arus terus (DC) dan motor arus ulangalik (AC). Prinsip asas operasi motor elektrik adalah prinsip elektromagnetik yang ditemui oleh Michael Faraday pada tahun 1831-1832. Prinsip ini kemudiannya dikenali sebagai Hukum Faraday, iaitu kuasa elektromotif dihasilkan pada pengalir elektrik yang mengelilingi fluks magnet yang berubah-ubah. 4.1.1 Prinsip kendalian bagi motor arus terus Motor arus terus (DC) terdiri daripada dua bahagian utama, iaitu rotor dan stator. Rotor merupakan bahagian yang berputar dan stator merupakan bahagian yang tidak bergerak. Pada motor arus terus, arus elektrik mengalir melalui pengalir yang terletak pada rotor. Pengalir ini dikenali sebagai cincin penghubung atau komutator. Arus elektrik yang mengalir melalui pengalir ini menghasilkan medan magnet pada rotor. Medan magnet ini akan berinteraksi dengan medan magnet pada stator, menghasilkan daya putar pada rotor [16] Prinsip pengendalian motor arus terus adalah penting bahawa kita mempunyai pemahaman yang jelas tentang peraturan tangan kiri Fleming untuk menentukan arah daya yang bertindak pada konduktor angker motor arus terus.
10 Rajah 4.2.1 Hukum Tangan Kiri Fleming Jika konduktor pembawa arus diletakkan dalam medan magnet secara berserenjang, maka konduktor mengalami daya dalam arah yang saling berserenjang dengan kedua-dua arah medan dan konduktor pembawa arus. Peraturan Tangan Kiri Fleming boleh menentukan arah putaran motor. Peraturan ini mengatakan jika kita memanjangkan jari telunjuk, jari tengah dan ibu jari tangan kiri kita berserenjang dengan setiap satu adalah cara jari tengah berada dalam arah arus dalam konduktor, dan jari telunjuk berada di sepanjang arah medan magnet, iaitu, kutub utara ke selatan, kemudian ibu jari menunjukkan arah daya mekanikal yang dicipta. 4.2.2 Prinsip kendalian motor arus ulang alik Motor arus ulang-alik (AC) pula terdiri daripada dua bahagian utama, iaitu rotor dan stator. Pada motor arus ulang-alik, medan magnet pada stator berubah-ubah secara periodik. Medan magnet ini akan berinteraksi dengan medan magnet pada rotor, menghasilkan daya putar pada rotor. Terdapat beberapa jenis motor arus ulang-alik, seperti motor induksi dan motor sinkron. Prinsip pengendalian motor arus ulang alik adalah berdasarkan prinsip kemagnetan dan aruhan elektromagnet. Motor arus ulang alik berfungsi dengan menggunakan arus ulang alik pada belitan stator, yang menghasilkan medan magnet berputar. Pemutar motor diletakkan di dalam medan magnet ini, dan medan magnet
11 mendorong voltan dalam pemutar, yang menyebabkan ia berputar. Motor arus ulang alik menukar tenaga elektrik (dalam bentuk arus ulang alik) kepada tenaga mekanikal (putaran aci). a) Prinsip Kendalian Bagi Motor Arus Ulang Alik Satu Fasa Rajah 4.2.2 Prinsip Operasi Motor Arus Ulang Alik 1 Fasa • Apabila voltan dikenakan pada motor, medan magnet dijana dalam kedua-dua belitan permulaan dan belitan. • Arus dalam belitan permulaan (IT) adalah kecil disebabkan oleh luas keratan rentas keratin yang kecil dan rintangan tinggi belitan konduktif. • Arus dalam belitan berjalan (IR) adalah tinggi disebabkan oleh luas keratan rentas yang besar dan rintangan rendah belitan pengalir. • Perbezaan ini mewujudkan perbezaan fasa antara arus dan voltan dalam belitan permulaan dan berjalan, mewujudkan medan magnet berputar. • Medan magnet berputar bergerak pada kelajuan yang dipanggil kelajuan segerak.
12 b) Prinsip Kendalian Bagi Motor Arus Ulang Alik Tiga Fasa Rajah 4.2.2 Prinsip Operasi Motor Arus Ulang Alik 3 Fasa ▪ Reka bentuk pemegun bagi motor aruhan tiga fasa termasuk beberapa slot individu untuk membolehkan sehingga tiga belitan satu fasa dibuat. ▪ Apabila arus tiga fasa dibekalkan, terdapat sudut 120 darjah antara putaran belitan dan medan magnet. ▪ Sisipan medan ini terbentuk di sekeliling teras pemegun. ▪Putaran medan magnet bergantung kepada bilangan kutub pemegun dan kekerapan punca. ▪Kelajuan ini dipanggil kelajuan segerak. ▪Apabila medan magnet berputar pada kelajuan segerak, bar kuprum mengganggu medan dan mencipta voltan dalam rotor, yang seterusnya menghasilkan arus dalam bar rotor. Ini mewujudkan medan magnet dalam rotor yang berinteraksi dengan medan magnet pada stator untuk mencipta tork yang memutarkan rotor.
13 4.2 Prinsip Kendalian Bagi Penjana Prinsip asas operasi penjana adalah prinsip elektromagnetik yang ditemui oleh Michael Faraday pada tahun 1831-1832. Prinsip ini kemudiannya dikenali sebagai Hukum Faraday, iaitu kuasa elektromotif dihasilkan pada pengalir elektrik yang mengelilingi fluks magnet yang berubah-ubah[15]. 4.2.1 Prinsip Kendalian Bagi Penjana Arus Terus Rajah 4.1.2 Prinsip Kendalian Bagi Penjana Arus Terus Prinsip operasi penjana arus terus adalah berdasarkan prinsip aruhan elektromagnet. Apabila konduktor digerakkan melalui medan magnet, voltan teraruh dalam konduktor. Dalam penjana arus terus, gegelung wayar diputar di dalam medan magnet, yang menyebabkan voltan teraruh dalam gegelung. Voltan yang dihasilkan oleh penjana ialah arus terus (DC).
14 4.2.2 Prinsip Kendalian Bagi Penjana Arus Ulang Alik Penjana Arus Ulang Alik ialah mesin yang menukarkan tenaga mekanikal kepada tenaga elektrik. Bekalan input Penjana Arus Ulang Alik ialah tenaga mekanikal yang dibekalkan oleh turbin stim, turbin gas dan enjin pembakaran. Keluaran adalah kuasa elektrik berselang-seli dalam bentuk voltan dan arus ulang-alik. Rajah 4.1.2 Kendalian Penjana Arus Terus Penjana Arus Ulang Alik bekerja berdasarkan prinsip undang-undang aruhan elektromagnet Faraday, yang menyatakan bahawa daya gerak elektrik - EMF atau voltan - dijana dalam konduktor pembawa arus yang memotong medan magnet seragam. Ini sama ada boleh dicapai dengan memutarkan gegelung pengalir dalam medan magnet statik atau memutarkan medan magnet yang mengandungi pengalir pegun. Susunan pilihan adalah untuk memastikan gegelung tidak bergerak kerana lebih mudah untuk menarik arus ulang alik teraruh daripada gegelung angker pegun daripada gegelung berputar. Hukum aruhan elektromagnet Faraday (dirujuk sebagai hukum Faraday) ialah undangundang asas elektromagnetisme yang meramalkan bagaimana medan magnet akan berinteraksi dengan litar elektrik untuk menghasilkan daya gerak elektrik (EMF). Fenomena ini dikenali sebagai aruhan elektromagnet. EMF yang dihasilkan bergantung pada bilangan lilitan gegelung angker, kekuatan medan magnet, dan kelajuan medan berputar.
15 5.0 SIMULASI OPERASI Konsep operasi motor dan penjana berkaitan dengan penggunaan tenaga mekanikal dalam sistem mekanikal. Penggunaan motor untuk menghasilkan tenaga mekanikal dipanggil operasi motor[10], manakala penjana merujuk kepada penggunaan tenaga mekanikal untuk menghasilkan kuasa elektrik. [11] Kebanyakan sistem mekanikal dan elektrikal moden, seperti sistem kenderaan dan sistem pembangkit kuasa, bergantung pada kedua-dua konsep ini. Selalunya, motor dan penjana digunakan bersama, dengan motor menghasilkan gerakan atau tenaga mekanikal dan penjana menghasilkan tenaga elektrik yang menggerakkan peranti elektrik lain dalam sistem. 5.1 Motor Arus Terus Simulation of a D.C. motor | Electromagnetism | Simulasi motor arus terus (https://www.youtube.com/watch?v=HKJ1XDR6f7E)
16 a. Belitan angker merupakan pembawa arus yang diletakkan di tengah iaitu diantara magnet kutub selatan dan kutub utara. b. Dengan menggunakan peraturan tangan kiri Fleming, arah daya mekanikal ditentukan dan arah putaran motor boleh dilaraskan sama ada lawan atau arah jam. Arah arus juga boleh ditentukan melalui hukum tangan kiri Fleming dan ia berkait dengan arah putaran rotor. c. Apabila bekalan AT digunakan melalui segmen dan berus komutator, konduktor mengalami daya mekanikal dalam arah tertentu disebabkan oleh interaksi medan arus dan magnet. d. Apabila konduktor datang ke kedudukan menegak atau mendatar, tiada daya yang bertindak ke atasnya disebabkan oleh momen inersia. e. Motor elektrik berfungsi kerana daya boleh digerakkan melalui gegelung dalam medan magnet apabila arus melaluinya. Apabila arus melalui wayar gegelung, daya akan dikenakan. f. Model asas motor AT mempunyai satu pusingan, tetapi pada hakikatnya, motor AT mempunyai banyak pusingan dalam gegelungnya dan berbilang tiang dipasang. 5.2 Motor Arus Ulang Alik Motor aruhan terbahagi kepada dua jenis motor utama iaitu Motor Aruhan Sangkar Tupai dan Motor Pemutar Luka. 1. Operasi Motor Aruhan Sangkar Tupai Belitan medan/belitan pemegun pada motor aruhan 3 fasa terdiri daripada 3 belitan untuk setiap fasa yang dipisahkan sebanyak 120°. Apabila bekalan 3 fasa dibekalkan kepada belitan stator, medan magnet akan terbentuk pada setiap belitan dan membentuk medan magnet yang sentiasa berputar pada stator [13]. Penghasilan medan magnet ini adalah disebabkan oleh turun naik arus dalam stator mengikut gelombang frekuensi bekalan. Medan magnet berputar yang dihasilkan dalam pemegun akan mendorong konduktor pemutar/pemutar secara aruhan bersama seperti yang berlaku dalam pengubah/pengubah. Apabila voltan
17 3 fasa dibekalkan, medan magnet berputar akan dihasilkan dan akan berputar pada kelajuan yang dipanggil kelajuan segerak [12]. Medan magnet berputar akan memotong jalur konduktor pemutar. Elektrik akan dijana dalam konduktor rotor. Ini menyebabkan arus mengalir dalam jalur konduktor rotor dan menghasilkan medan magnet pada rotor. Tindak balas kedua-dua medan magnet ini akan menghasilkan daya kilas untuk menggerakkan pemutar. Squirrel Cage 2. Pengendalian Motor Rotor Luka Seperti halnya dengan motor aruhan 3 fasa sangkar tupai, apabila pemegun/pemegun menerima bekalan 3 fasa, ia akan menghasilkan medan magnet berputar dalam pemegun pada kelajuan Ns. Dengan berlakunya proses aruhan bersama antara stator dan rotor, arus teraruh akan teraruh dalam rotor belitan dan menyebabkan rotor mula berputar dengan kelajuan Nr. Jika pada masa itu, perintang yang disambungkan ke pemutar berada pada tahap maksimum, maka kadar putaran pemutar adalah pada tahap minimum, tetapi tork motor adalah tinggi. Apabila voltan 3 fasa dibekalkan, medan magnet berputar akan dihasilkan dan akan berputar pada kelajuan yang dipanggil kelajuan segerak. Medan magnet yang berputar akan memotong belitan konduktor rotor akan mengakibatkan konduktor rotor, menyebabkan arus mengalir dalam belitan konduktor rotor.
18 Wound Rotor Motors How alternating current motors work (https://www.youtube.com/watch?v=Jz0XO4wk5Rk&t=127s)
19 a. Tidak seperti motor AT yang memerlukan penukaran kepada AU, motor AU lebih banyak digunakan dalam industri berat kerana elektrik utama diagihkan dalam AU. b. Teras pemegun motor AU terdiri daripada beratus-ratus lapisan atau laminasi yang mengandungi slot di mana wayar kuprum dimasukkan untuk membentuk gegelung penggulungan. c. Gegelung dijarakkan sama rata secara berpasangan di sekeliling stator dan dipisahkan 120°, yang sepadan dengan pemisahan tiga fasa dalam bekalan utama AU. d. Medan magnet yang dijana juga akan 120° keluar dari fasa dan fluks magnet berputar akan bergerak di sekitar stator. e. Motor aruhan beroperasi tanpa kuasa ke pemutar melalui aruhan aruhan, pemutar sangkar tupai dalam medan magnet seragam meningkatkan kelajuan motor. f. Walaupun motor aruhan boleh berjalan pada kelajuan tetap berdasarkan frekuensi utama, kelajuannya boleh dikawal dengan lebih baik dan kecekapan dioptimumkan dengan menggunakan pemacu kelajuan berubah-ubah.
20 5.3 Penjana Arus Terus Working Principle of DC Generator https://www.youtube.com/watch?v=mq2zjmS8UMI a. Pemegun iaitu stator, merupakan magnet yang kekal dan diletakkan di sekeliling penggerak iaitu rotor dan menyediakan medan magnet yang memutarkan penggerak (rotor) atau gegelung angker. b. Gelung angker diletakkan di dalam slot teras angker untuk memotong medan magnet dan mendorong daya gerak elektrik (DGE) di dalamnya. c. Komutator iaitu gelang belah digunakan untuk menukar sesentuh antara berus dan wayar secara automasi. d. Untuk menentukan arah arus, medan magnet dan daya, Peraturan Tangan Kanan Fleming digunakan. e. Komutator cincin belah dalam penjana AT menjamin DGE teraruh sentiasa dalam satu arah, menghasilkan voltan malar yang boleh dikawal dengan mudah.
21 5.4 Penjana Arus Ulang Alik Working Principle of AC Generator https://www.youtube.com/watch?v=YkHhFho6L2Y a. Penjana menggunakan aruhan elektromagnet untuk menukar tenaga mekanikal kepada tenaga elektrik dalam bentuk arus ulang alik. b. Angker akan berputar di antara kutub medan magnet dan ia akan memotong garisan daya magnet serta menjana arus dalam gegelung angker. c. Arah arus teraruh akan berubah pada setiap separuh putaran mengikut Peraturan Tangan Kanan Fleming. d. Terdapat empat suku putaran angker di dalam prinsip penjana AU. e. Suku pertama menunjukkan peningkatan DGE yang teraruh daripada sifar kepada nilai maksimum, apabila angker bergerak dari kedudukan mendatar ke menegak. f. Pada suku kedua, DGE teraruh menurun kembali kepada sifar apabila angker bergerak kembali ke kedudukan mendatar.
22 g. Suku ketiga melihat peningkatan yang sama dalam DGE, tetapi dengan kekutuban yang bertentangan. h. Akhirnya, pada suku keempat, DGE teraruh berkurangan daripada nilai negatif maksimum kepada sifar apabila angker kembali ke kedudukan menegak.
6.0 JENIS-JENIS MOTOR DAN PENJANA Rajah 6.0 Jenis
23 Mesin Elektrik
6.1 Jenis-Jenis Penjana Arus Terus JENIS HURAIAN PENJANA TERUJA PISAH (SEPARATELY EXCITED) -Penjana ini memerlukan voltan AT dari luar untuk memberikan kekuatan fluks magnet ke kutub penajananya. - Penjana jenis ini jarang digunakan kecuali untuk kegunaan khusus. RajaPENJANA TE- Penjana ini mendapatkan fluks magnet dari kemagne- Penjana ini tidak memerlukan bantuan voltan dari lua- Boleh dibahagikan kepada tiga jenis: • Penjana Belitan Campuran • Penjana Belitan Pirau (shunt)
24 JENIS LITAR FORMULA ah 6.1.1 Litar Penjana Teruja Pisah Kuasa yang dijana dan kuasa yang dihantar kepada daya luar boleh dikira sebagai: Ia=Il=I V=IRa Pg=Eg×I Pl=VI RUJA DIRI (SELF-EXCITED) etan baki dari kutub-kutubnya sendiri. ar, maka penjana ini dinamakan penjana teruja diri
• Penjana Belitan Sesiri (Series) CAMPURAN (COMPOUND) - Litar penjana kompaun termasuk gabungan medan siri dan shunt. - Terdapat satu siri dan belitan selari dengan angker dan termasuk dua jenis penjana kompaun shunt pendek dan penjana kompaun long shunt. RajahRaja
25 h 6.1.2 Litar Penjana pirau panjang h 6.1.3 Litar Penjana pirau pendek Arus dalam litar ialah: Ish=RshV ℎIcs=Il+Ish Ics=Ia Voltan beban adalah sama dengan: V=Eg−Ia(Ra−Rsc) Kuasa yang dijana dan kuasa yang dihantar ke beban adalah: Pg=IG×Eg Pl=IG×V
PIRAU (SHUNT) -Belitan pirau dibelitkan pada kutub utama -Rintangan belitan tinggi disebabkan bilangan belitan yang banyak dan mempunyai luas muka keratan pengalir yang kecil. -Disambung selari dengan angker bagi mengurangkan nilai rintangan. R
26 Rajah 6.1.4 Litar Penjana Pirau Arus angker Ia terdiri daripada dua bahagian arus medan shunt Ish dan arus beban IL. Ia=Ish+Il Apabila IL adalah maksimum, kuasa berkesan untuk beban akan menjadi maksimum. Akibatnya, adalah lebih baik untuk mengekalkan arus shunt serendah mungkin. Jadi adalah munasabah untuk mengekalkan rintangan shunt tinggi. Ish=RshV V=Eg−IaRa
SESIRI (SERIES) -Belitan siri digunakan pada kutub utama -Berlawanan dengan belitan pirau -Disambung sesiri dengan angker
27 Kuasa yang dijana dan kuasa yang dihantar ke beban adalah: Pg=Eg×Ig Pl=V×Il Rajah 6.1.5 Litar Penjana Siri Ia=Il=Isc=I V=Eg−I2×Ra
6.2 Jenis-Jenis Penjana Arus Ulang Alik JENIS HURAIAN SATU FASA -Setiap putaran dalam rotor menyediakan kitsemasa dalam alternator fasa tunggal, dan ouadalah arus atau voltan sinusoidal tunggal. Rajmenggambarkan operasi penjana AC satu fasa- Kita boleh Takrifkan kedudukan A sebagdarjah dan kedudukan permulaan, dan mengarah jam sebagai arah putaran. Dalam kedudukan ini, tiada voltan atau disebabkan oleh sudut pergerakan permukaanmedan magnet dan tidak memotong medan maoleh angker. -Dengan putaran angker dari A ke B, anmemotong garisan magnet dan menghasilkan dalam litar. Arus meningkat dalam bensinusoidal kepada nilai maksimum pada 90 dardan satu perempat daripada satu kitaran lengselesai.
28 GAMBARAJAH taran utput jah 1 a. gai 0 gikut arus n dan agnet gker arus ntuk rjah, gkap Rajah 6.2.1 Putaran Arus ulang alik satu fasa
-Putaran dari B ke C dan D dan akhirnya E, ymerupakan sudut yang sama dengan A (360 ddarjah), melengkapkan satu tempoh, dan sesatu adalah satu perempat daripada kitaran. Amencapai minimumnya dengan putaran -hingga 90 dalam sesaran B hingga D dan perempat kitaran. TIGA FASA - Penjana AC tiga fasa ialah mesin segerak ymenutup kuasa mekanikal kepada kuasa AC fasa melalui proses aruhan elektromagnet. - Penjana atau alternator AC tiga fasa beropepada prinsip aruhan elektromagnet iaitu apafluks magnet yang menghubungkan konduatau gegelung berubah, EMF teraruh dakonduktor atau gegelung.
29 yang dan 0 etiap Arus -180 dua yang tiga erasi abila uktor alam Rajah 6.2.2 Putaran Arus ulang alik tiga fasa
6.3 Jenis-Jenis Motor Arus Terus JENIS HURAIAN PENJANA TERUJA PISAH (SEPARATELY EXCITED) - Dalam jenis motor DC sumber kuasa berasingan ini, punca arus elektrik untuk belitan medan adalah berasingan daripada punca arus elektrik untuk gegelung angker pada rotor seperti yang dilihat dalam gambar di atas. -Disebabkan litar tambahan dan keperluan sumber tambahan untuk membekalkan arus elektrik, motor DC jenis ini lebih mahal dan oleh itu jarang digunakan. Motor DC Teruja Secara Berasingan biasanya digunakan di makmal untuk penyelidikan dan peralatan khas.
30 JENIS LITAR FORMULA Rajah 6.1.1 Litar Motor Teruja Pisah Ia=Il=I V=IRa = Kuasa :P=VI MEDAN ANGKER
PENJANA TE- Pada Motor DC jenis Sumber Daya Sendiri atau Self secara seri, paralel ataupun kombinasi seri-paralel deSendiri ini terbagi lagi menjadi 3 jenis Motor DC yai- Boleh dibahagikan kepada tiga jenis: • Penjana Belitan Campuran • Penjana Belitan Pirau (shunt) • Penjana Belitan Sesiri (Series) CAMPURAN (COMPOUND) - Motor DC Kompaun atau Motor DC jenis Gabungan ini adalah gabungan Motor DC jenis Shunt dan Motor DC jenis Siri. Dalam Motor DC jenis Gabungan ini, terdapat dua Gegelung Penggulungan Medan, setiap satunya disambung secara selari dan secara Siri dengan Gegelung Angker. Dengan gabungan R
31 RUJA DIRI (SELF-EXCITED) f Excited Motor DC ini, kumparan medan (field winding) dihubungkan engan kumparan angker (armature winding). Motor DC Sumber Daya itu Shunt DC Motor, Series DC Motor dan Compound DC Motor[17] Rajah 6.3.2 Litar Motor Pirau Pendek Pirau panjang: -Dalam motor pirau: ITotal= Ia + Ish -Dalam motor sesiri: Ia = Isc - ITotal = Isc + Ish - E = Eb + Ia (Ra + Rsc) Pirau pendek: Itotal = Isc Itotal = Ia + Ish MEDAN MEDAN ANGKER
sambungan siri dan selari, Motor DC Kompaun jenis ini mempunyai ciri-ciri seperti Motor DC Siri yang mempunyai tork permulaan yang tinggi dan ciri Motor DC Shunt yang mempunyai kelajuan hampir malar. -Motor DC Kompaun ini boleh dibahagikan lagi kepada dua jenis iaitu Motor DC Kompaun Long Shunt yang gegelung medannya disambung selari dengan gegelung angker sahaja dan Motor DC Kompaun Shunt Pendek yang gegelung medannya selari dengan gabungan gegelung siri dan medan. . gegelung angker RM
32 Rajah 6.3.3 Litar Motor Pirau Panjang E = Eb + IaRa + IscRsc Isc = ITotal Persamaan voltan akhir ; E = Eb + IaRa = ItotalRsc MEDAN MEDAN ANGKER
(bentuk litar boleh dilihat pada gambar di sebelah kanan). PIRAU (SHUNT) - Motor DC jenis Shunt ialah motor DC yang gegelung medannya disambung selari dengan gegelung angker. Motor DC jenis Shunt ini merupakan jenis motor DC yang sering digunakan, ini kerana motor DC Shunt mempunyai kelajuan yang hampir malar walaupun terdapat perubahan beban (kelajuan akan berkurangan jika mencapai daya kilas tertentu) . Oleh kerana gegelung medan dan gegelung angker disambung secara selari, jumlah arus elektrik ialah jumlah arus ME
33 Rajah 6.1.4 Litar Motor Pirau ITotal= Ia + If Di mana : = E = Eb + IaRa DAN ANGKER
melalui gegelung medan dan arus melalui gegelung angker. -Kelajuan boleh dikawal dengan memasangkan perintang secara bersiri dengan gegelung medan atau bersiri dengan gegelung angker. Jika perintang/rintangan dipasangkan secara bersiri dengan gegelung medan maka kelajuan akan berkurangan, manakala jika perintang/rintangan dipasangkan secara bersiri dengan gegelung angker maka kelajuan akan meningkat.
34