Memahami Motor Komutator AC: Desain, Jenis, dan Aplikasi

Setelah tiba di Amerika, Charles Proteus Steinmetz menanggapi tantangan yang memusingkan dalam merancang motor komutator AC dengan haritan, yang sebelumnya tidak dapat dirancang secara andal sebelum konstruksi.

Keberhasilan breakthroughnya datang dengan formalisasi histeresis magnetik, mengungkapkan bagaimana fluks magnet tertunduk di belakang gaya magnetisasi dan menciptakan kerugian yang tidak ada pada mesin DC.

Menggunakan legurian rendah-histeresis dan memotong inti besi menjadi lembaran tipis yang diisolasi, insinyur sekarang dapat secara akurat memprediksi perilaku motor komutator AC sebelum membangunnya.

Seperti sejenis DC mereka, motor komutator AC memberikan torsi awal yang lebih tinggi dan kecepatan yang lebih tinggi daripada motor induksi AC. Tipe seri, khususnya, dapat beroperasi jauh di atas kecepatan sinkron motor AC konvensional.

Motor komutator AC hadir dalam varian fasa tunggal dan polifasa. Motor fasa tunggal mengalami denyut torsi frekuensi ganda jalur yang tidak ada dalam desain polifasa yang lebih halus.

Sementara motor komutator dapat beroperasi pada kecepatan yang jauh lebih tinggi daripada motor induksi dan sehingga menghasilkan lebih banyak daya untuk ukuran yang sama, ia tidak bebas pemeliharaan. Aus haritan dan komutator menuntut pemeliharaan berkala.

Motor Seri Fasa Tunggal

Ketika motor DC seri yang dilengkapi dengan field berlapis diberdayakan dari AC, reaktansi tertunda coil field secara signifikan mengurangi arus field. Motor akan beroperasi, tetapi performanya marginal.

Selama start-up, gulungan armatur yang disingkat oleh haritan mirip dengan gulungan trafo pendek pada field, menghasilkan arus panas dan percikan yang besar saat armatur mulai berputar.

Saat kecepatan naik, arus panas dan percikan didistribusikan di lebih banyak segmen komutator, membuat kondisi lebih dapat ditoleransi. Motor seri AC kecil yang tidak dikompensasi—yang lebih kecil dari ukuran bor tangan atau mixer dapur—masih dapat beroperasi di bawah batasan ini.

 

Motor seri AC tidak dikompensasi

 

Motor Seri Dikompensasi

Masalah arus panas diatasi dengan menambahkan gulungan kompensasi pada stator. Gulungan ini ditempatkan secara berseri dengan armatur dan diposisikan sehingga gaya magnetomotifnya membatalkan AC mmf armatur.

Mengurangi celang udara dan jumlah lilitan field menurunkan reaktansi tertunda secara berseri dengan armatur, meningkatkan faktor daya. Kecuali motor komutator AC yang paling kecil semuanya menggunakan gulungan kompensasi; bahkan motor ukuran mixer dapur melakukannya.

 

Motor seri AC dikompensasi

 

Motor Universal

Motor universal kecil—biasanya di bawah 300 watt—dapat beroperasi baik pada DC maupun AC. Unit yang sangat kecil mungkin tidak dikompensasi; unit berkecepatan tinggi yang lebih besar hampir selalu menggunakan gulungan kompensasi.

Pada AC, motor beroperasi sedikit lebih lambat daripada pada DC karena reaktansi. Namun, puncak gelombang sinus memenuhi jalur magnetik, mengurangi fluks total dan meningkatkan kecepatan bagian “seri.” Efek berlawanan ini menjaga kecepatan hampir konstan antara DC dan 60 Hz.

Motor universal menggerakkan peralatan umum yang membutuhkan 3.000 hingga 10.000 rpm, seperti bor, vacuum cleaner, dan mixer.

Kemajuan dalam rectifier padatan dan magnit permanen hemat biaya membuat motor DC magnit permanen menjadi alternatif yang semakin menarik.

Motor Repulsi

Motor repulsi menghubungkan field langsung ke tegangan jalur AC dan memasang pasang haritan pendek yang di-offset 15° hingga 25° dari sumbu field. Field menginduksi arus dalam armatur pendek, menghasilkan medan magnet yang menentang coil field.

Kecepatan dikontrol dengan memutar haritan relatif terhadap sumbu field. Motor menunjukkan komutasi yang bagus di bawah kecepatan sinkron dan komutasi yang buruk di atasnya. Arus awal rendah memberikan torsi awal tinggi.

 

Motor AC repulsi

 

Motor Induksi Memulai Repulsi

Ketika motor induksi harus memulai beban berat, seperti kompresor, torsi awal tinggi dari motor repulsi sangat berharga. Gulungan rotor induksi secara sementara dihubungkan ke segmen komutator melalui haritan pendek.

Setelah motor mendekati kecepatan operasi, saklar sentrifugal menyingkat semua segmen komutator, mengubah rotor menjadi konfigurasi sangkar ekorli. Haritan juga dapat diangkat untuk memperpanjang umur mereka.

Torsi awal dapat mencapai 300% hingga 600% dari nilai kecepatan penuh—dibandingkan kurang dari 200% untuk motor induksi murni.

 

Ringkasan: Motor komutator AC

• Motor seri fasa tunggal adalah upaya untuk meniru motor komutator DC; hanya praktis dalam ukuran sangat kecil.
• Menambahkan gulungan kompensasi menghasilkan motor seri dikompensasi, mengatasi percikan komutator berlebihan. Sebagian besar motor komutator AC adalah tipe ini. Mereka memberikan lebih banyak daya pada kecepatan tinggi daripada motor induksi ukuran yang sama tetapi tidak bebas pemeliharaan.
• Peralatan rumah tangga kecil dapat menggunakan motor yang dapat beroperasi baik pada AC maupun DC, dikenal sebagai motor universal.
• Jalur AC secara langsung terhubung ke stator motor repulsi, dengan komutator disingkat oleh haritan.
• Haritan pendek yang dapat ditarik dapat memulai motor induksi rotor lilin; ini adalah motor induksi memulai repulsi.