BAB 2

MOTOR ARUS TERUS

PENGENALAN

Motor adalah merupakan mesin elektrik yang menukarkan tenaga elektrik kepada tenaga

mekanik. Tidakannya adalah berdasarkan kepada prinsip dimana apabila satu pengalir

yang membawa arus ditempatkan di dalam medan magnet, ia akan mengalami satu daya

mekanik yang mempunyai arah yang diberi oleh Hukum Tangan Kanan Fleming dan

magnitud.

Dari segi binaan, sebuah motor AT adalah serupa dengan penjana AT, malah

sebagaimana yang telah dinyatakan dalam bahagian yang lalu, sebuah mesin AT boleh

saling tukar kegunaannya, sebagai sebuah penjana seperti penjana mengikut tatarajah

sambungan sambungan medan dan angker iaitu jenis pirau, siri dan majmuk.

2.1 KONSEP PENUKARAN KUASA ELEKTRIK KEPADA KUASA

MEKANIKAL

Motor elektrik merupakan peranti yang menggunakan tenaga elektrik bagi menghasilkan

tenaga mekanik, hampir sepenuhnya melalui tindak balas medan magnet dan pengalir

yang mengalirkan arus elektrik. Proses sebaliknya, iaitu yang menggunakan tenaga

mekanik bagi menghasilkan tenaga elektrik, dicapai dengan penjana elektrik atau

dinamo. Motor tarikan (traction motor) yang digunakan pada kenderaan seringkali

melaksanakan kedua-dua tugasan.

Kegunaan motor elektrik boleh didapati dalam kegunaan seperti kipas,

penghembus dan pam industri, alatan mesin, peralatan rumah, perkakasan kuasa, dan

pemacu cakera komputer, antara kegunaan lain. Merujuk rajah 2.1 adalah contoh motor

arus terus. Motor elektrik mungkin beroperasi menggunakan arus terus dari bateri dalam

1

peranti mudah alih atau motor kenderaan, atau menggunakan arus ulang-alik dari grid

pengagihan elektrik pusat. Motor terkecil boleh didapati dalam jam tangan. Motor

bersaiz sederhana dengan ciri-cir dan dimensi piawaian memberikan kuasa mekanik

mudah bagi kegunaan perkilangan. Motor elektrik terbesar adalah yang digunakan bagi

pendorongan kapal besar, dan bagi tujuan seperti pemampat talian paip, dengan rating

beribu kilowatt. Motor elektrik boleh dikelaskan mengikut sumber kuasa elektrik,

menurut binaan dalamnya, dan menurut penggunaan.

Prinsip fizik mengenai penghasilan kuasa mekanik melalui tindak balas arus

elektrik dan medan magnet telah diketahui seawal 1821. Motor elektrik dengan

peningkatan kecekapannya dibina sepanjang abad ke-19, tetapi penggunaan motor

elektrik bagi tujuan perdagangan pada skala besar memerlukan penjana elektrik

berkesan dan jaringan pengagihan elektrik.

Rajah 2.1: Motor Arus Terus

2

2.2 PRINSIP KENDALIAN MOTOR AT

Lazimnya, putaran yang berlaku pada motor AT diperoleh melalui saling tindak medan

magnet iaitu antara medan magnet kekal dari kutub medan di pemegun dengan medan

magnet angker. Saling tindak kedua-dua medan ini menghasilkan daya kilas yang akan

menyebabkan pemutar berputar.

i) Penghasilan Daya Kilas

Kekuatan daya kilas yang terhasil bergantung kepada kekuatan medan magnet di angker

dan kutub medan. Penghasilan daya kilas dalam motor AT ditunjukkan seperti dalam

Rajah 2.2. Rajah 2.2 (a) menunjukkan fluks magnet yang wujud antara dua kutub

medan. Rajah 2.3 (b) pula menunjukkan arah arus pada pengalir di angker melalui

penukartertib. Rajah 2.4 (c) menunjukkan fluks magnet yang wujud pada pengaliran di

angker dan fluks dari kutub medan yang bersaling tindak. Apabila dua medan magnet

bersaling tindak, daya kilas akan wujud pada pengalir.

Rajah 2.2 (a): Medan Magnet Pada Stator

3

Rajah 2.3 (b): Arus Dibekalkan Pada Rotor

Rajah 2.4 (c): Daya Kilas Terhasil Pada Rotor

4

Arah daya dapat ditentukan dengan Petua Tangan Kiri Fleming.

Rajah 2.5: Petua Tangan Kiri Fleming

Kendalian motor AT adalah seperti yang dalam digambarkan dalam Rajah 2.6.

Merujuk kepada rajah 2.2(a) semasa gelung mendatar (pada 0 darjah), arus dalam

gelung mengalir dalam arah ‘pqrs’. Daya kilas untuk memutarkan gelung akan wujud

mengikut arah lawan jam sehingga mencapai kedudukan 90 darjah seperti yang

ditunjukkan dalam rajah 2.3 (b). Pada kedudukan 90 darjah (Rajah 2.3 (b)) arus tidak

lagi mengalir dalam gelung, maka tiada lagi daya kilas yang wujud pada gelung di

angker. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh momentum dalam angker semasa

berputar,gelung terus berputar melepasi kedudukan 90 darjah. Apabila gelung mula

berputar dari,kedudukan 90 darjah ke 180 darjah,arus dalam gelung akan mengalir

semula pada arah ‘srpq’seperti yang ditunjukkan dalam rajah 2.4 (c). Arah arus ini

menyebabkan wujud semula daya kilas dalam arah yang sama seperti dalam rajah 2.2 (a)

.Proses ini akan berterusan sehingga sumber tenaga elektrik diputuskan.

5

Rajah 2.6: Proses Putaran Angker

Biasanya, angker mempunyai lebih daripada satu belitan. Tambahan belitan

meningkatkan daya kilas pada pusingan motor. Selain itu, angker juga mempunyai lebih

daripada satu gelung. Tambahan gelung akan menghasilkan putaran yang lebih lancar.

Apabila angker berputar dalam medan magnet voltan teraruh akan wujud dalam

arah yang bertentangan dengan arah voltan bekalan seperti yang dinyatakan dalam

Hukum Faraday dan Hukum Lenz.Voltan teraruh ini dinamai daya gerak elektrik

balikan.

ii) Daya Gerak Elektrik (dge) Balikan

Apabila angker berputar,belitan angker akan memotong fluks kutub medan dan

menghasilkan daya gerak elektrik atau voltan teraruh dalam angker, Voltan ini

mempunyai ciri menentang arah voltan bekalan dan dinamai daya gerak elektrik

(dge)balikan. Dge balikan berkadar terus dengan kelajuan angker dan kekuatan fluks

kutub medan. Dge balikan menentukan kekuatan arus sebenar yang mengalir ke belitan

angker.

6

2.3 MENUKAR ARAH PUTARAN MOTOR DAN DAYA GERAK

ELEKTRIK BALIKAN

2.3.1 MENUKAR ARAH PUTARAN MOTOR

Arah putaran motor AT dapat ditukar dengan negatif sama ada dengan menyongsangkan

sambungan belitan angker atau menyongsangkan sambungan belitan medan. Jadual 1

menunjukkan kaedah menukarkan arah putaran angker motor AT.

Dengan merujuk kepada motor AT pirau, bagi menyongsangkan belitan angker

sambungan A1 dan A2 hendaklah disongsangkan cara penyambungannya ke punca

bekalan.A1 disambung ke punca negative dan A2 ke punca positif bekalan dengan

merujuk kepada litar asal. Kesan daya pada pemutar boleh diperhatikan pada gambar

rajah fluks dalam jadual 1. Bagi menyongsangkan belitan medan, sambungkan F1 ke

punca negatif dan F2 ke punca positif bekalan dengan merujuk kepada litar asal.

Dengan menyongsangkan sambungan satu daripada belitan medan atau belitan

angker, saling tindak antara medan magnet pemegun dan pemutar akan mengubah arah

daya kilas pada pengalir di angker.Ini akan mengubah arah putaran motor seperti yang

ditunjukkan pada gambar rajah 2.7.

7

Rajah 2.7: Arah Putaran Motor

2.3.2 DAYA GERAK ELEKTRIK BALIKAN

Apabila motor berputar, pengalir angker akan memotong fluks dan berdasarkan hukum

aruhan elektromagnet, d.g.e akan teraruh di dalamnya. Menurut Petua Tangan Kanan

Fleming, arah d.g.e yang teraruh ini adalah berlawanan dengan voltan bekalan seperti

yang ditunjukan dalam rajah 2.8. Disebabkan oleh arahnya yang bertentangan itu,

dirujuk sebagai d.g.e balikan Eb.

8

Rajah 2.8: Arah D.g.e Yang Teraruh

Penghasilan d.g.e balikan inilah yang memungkinkan pertukaran tenaga dari

elektrik kepada tenaga mekanik berlaku dalam motor AT. Pergerakan angker dalam

menghasilkan d.g.e balikan Eb boleh diibaratkan seperti meletakan bateri yang

mempunyai beza upaya Eb merintang bekalan utama Volt. Untuk menghasilkan arus Ia,

semestinya Volt terpaksa menghadapi tentangan daripada Eb. Kuasa yang diperlukan

untuk mengatasi tetangan tersebut.

Pm = Eb . Ia watt

Dimana;

Eb = ØPZn / a volt

n = kelajuan putaran angker

Dan;

Ia = voltan bersih

rintangan =

V−EbRa

A

Ra = Rintangan litar angker

9

Daripada persamaan diatas, dapat diperhatikan bahawa d.g.e balikan bergantung antara

satu sama lain ke atas kelajuan putaran angker. Apabila kelajuan tinggi, Eb juga tinggi

dan arus Ia akan menjadi kecil. Sebaliknya apabila kelajuan menurun, Eb juga akan

menurun, maka arus Ia akan mengalir untuk menghasilkan lebih daya kilas.

2.4 MOTOR JENIS SIRI, PIRAU DAN GABUNGAN

2.4.1 MOTOR JENIS SIRI

Bagi motor AT siri belitan medan dan belitan angker disambung bersiri dengan punca

bekalan seperti yang ditunjukkan dalam rajah 2.9 dibawah. Arus dalam belitan medan

akan mengalir dalam belitan angker. Ketika voltan bekalan mula dibekalkan, tidak

terdapat dge balikan di angker. Ini membolehkan arus permulaan yang tinggi mengalir

pada belitan medan dan belitan angker. Keadaan ini menghasilkan daya kilas permulaan

yang tinggi . Oleh berbeban pada permulaan kerja seperti kren, tali sawat dan mesin

CNC.

Rajah 2.9: Siri Belitan Medan Dan Belitan Angker Disambung Bersiri Dengan Punca

Bekalan

10

Ciri-Ciri Motor Siri

a) Ciri Daya Kilas (T/Ia)

Arus medan dan arus angker dalam motor AT siri adalah senilai, dan ini

fluks yang terhasil adalah berkadar terus dengan arus Ia.

Daya kilas medan siri pada keadaan beban ringan adalah lebih rendah kerana

menghasilkan sedikit fluks.

b) Ciri Kelajuan (N/Ia)

Apabila sedikit beban dikenakan pada aci arus angker Ia adalah kecil maka

kelajuan mesin meningkat.

Motor siri biasanya dikendalikan dalam keadaan berbeban.

Pada kelajuan rendah, daya kilas adalah tinggi dan ini memberikan

kecekapan yang baik.

2.4.2 MOTOR JENIS PIRAU

Motor AT pirau menggunakan sambungan selari bagi menyambung antara belitan

angker dengan punca bekalan seperti yang ditunjukkan dalam rajah 2.10 di bawah.

Sambungan selari menyebabkan arus pada belitan medan sentiasa malar. Arus pada

belitan angker pula bergantung kepada dge balikkan. Motor AT pirau lebih sesuai

digunakan apabila kelajuan malar diperlukan dan tidak memerlukan daya kilas

permulaan yang tinggi. Oleh itu, motor ini sesuai untuk mengendalikan sistem yang

memerlukan kelajuan malar seperti perkakas mesin. Penggilap dan penyambur.

Kelajuan motor pirau ini dikawal dalam dua cara:

Memasukkan perintang sesiri dengan gelung motor elektrik, menurunkan

kelajuan

Memasukkan perintang dalam mean litar, kelajuan akan berubah dengan setiap

perubahan beban. Kelajuan adalah malar pada mana-mana set kawalan.

11

Kebanyakannya digunakan untuk servis mengubah kelajuan; contohnya pada kes

mesin.

Ciri-Ciri Motor Pirau

Rajah 2.10: Litar motor arus terus pirau

Rajah 2.11: Graf laju melawan arus angker

12

Rajah 2.12: Graf tork melawan arus angker

Ciri-ciri kelajuan dan tork bagi motor pirau seperti rajah di atas. Kesan daripada

tindakan angker dan ketepuan magnetik seringkali cenderung membentuk kelajuan

lengkung yang datar seperti graf rajah 2.11. Pada permulaan, ianya seolah-olah

menunjukkan lengkungan bagi motor pirau yang juga mendedahkan operasi motor

magnet kekal. Walau bagaimanapun, ia boleh menjadi perbezaan yang penting di dalam

bahagian beban yang lebih. Sebaliknya bahagian pertembungan kelajuan “breakdown”

dipaparkan sebagai bahagian garis putus-putus pada lengkung rajah 2.11, motor magnet

kekal mempunyai kecerunan kelajuan yang lurus dan menurun pada kelajuan kosong.

Ini membuktikan tork lebih baik pada kelajuan yang rendah. Ini kerana, motor yang

hanya pada kelajuan permulaan kosong, motor magnet kekal mampu pada permulaan

keupayaan tork yang tinggi berbanding dengan motor pirau pada kadar setara (pada

kuasa kuda).

Rajah 2.12 diatas menerangkan perbezaan yang besar tentang keadaan tindakan

angker yang berbeza di antara dua jenis motor. Walau bagaimana ia bergantung pada

pemilihan bahan magnet dan faktor rekaan yang lain. Ia tidak perlu mengikut ciri motor

magnet kekal yang bersifat luar biasa. Rekaan yang lama selalunya memberikan kesan

buruk kepadanya semasa berfungsi, ini kerana ia mudah mempengaruhi pada

pengeluaran magnet daripada kesan tindakan angker. Ini kerana kelebihan bahan

teknologi, dan kadang-kala disebabkan oleh penggolongan pada penggantian lilitan

permukaan kutub

13

Litar Motor

Rajah 2.13: Graf laju melawan arus angker dengan  rintangan angker

Rajah 2.14: Graf laju melawan arus angker dengan rintangan medan

Pada rajah 2.13, kelajuan melawan kelakuan arus angker pada motor pirau

bertambah pada keadaan kemasukan rintangan dalam litar motor gelung elektrik (Ra)

dan di dalam kawasan litar (RF). Perbezaan arus angker berlaku dengan sengaja di

sebabkan oleh perubahan beban mekanikal yang dapat digunakan pada aci ‘sharft’. Ini

14

bermakna, penggunaan rintangan angker tidak mampu diperolehi pada kadar kelajuan

yang rendah. Dalam keadaan yang lain, apabila rintangan dimasukkan di dalam medan

litar, kadar kelajuan yang tinggi boleh didapati. Kekurangan penggunaan pada rintangan

angker akan menghalang pendekatan pada kelakuan kelajuan malar. Ia juga, merupakan

kuasa penghapusan di dalam rintangan yang menunjukkan masalah yang besar pada

motor yang besar. Daripada penyemakan graf pada rajah 2.14, medan rintangan, kaedah

kepada kawalan kelajuan yang menunjukkan kelebihan sifat (selain itu tidak

berkemampuan untuk memperolehi kadar kelajuan yang rendah). Walau bagaimanapun,

kelemahan pada kawasan menurun. Percubaan mengurang kelajuan dengan faktor

melebihkan dari empat ke satu dengan kecenderungan kaedah menyebabkan

pengurangan kerumitan dan ketidakstabilan operasi.

Operasi

Hubungan kelajuan-tork motor arus terus pirau ditunjukkan pada rajah di bawah

Rajah 2.15: Graf Tork melawan kelajuan

Merujuk rajah 2.15, motor arus terus pirau mempunyai tork yang menurun apabila

kelajuan menaik. Penurunan tork-kelajuan disebabkan oleh voltan perintang angker

15

jatuh dan tindak balas angker. Pada nilai kelajuan hampir 2.5 kali kadar kelajuan, tindak

balas angker menjadi melampau menyebabkan penurunan mendadak pada medan fluks

dan penolakan mendadak dalam tork sehingga "stall" tercapai.

2.4.3 MOTOR JENIS MAJMUK

Motor arus terus majmuk adalah kombinasi motor AT jenis siri dan pirau. Motor AT siri

berkeupayaan menampung tork yang besar manakala motor AT pirau berkeupayan

untuk mengubah dan menstabilkan kelajuan mengikut beban. Hasil gabungan ini

menyebabkan motor AT majmuk mempunyai dua fungsi yang berlainan.

Motor AT majmuk bertindak dengan lebih berkesan kepada perubahan beban

lampau daripada motor AT pirau yang disebabkan peningkatan arus melalui lilitan

medan siri. Jika lilitan pirau ditambah pada motor siri dengan beban yang sedikit, motor

siri tersebut akan cenderung untuk beroperasi pada kelajuan yang melampau. Oleh yang

demikian, fluks medan pirau yang ditambah akan menghadkan kelajuan motor dan

menghalang kemusnahan motor berlaku.  

Motor AT majmuk ini biasanya digunakan dalam lif, pemampat udara, alat

pengangkut (kontena) dan banyak lagi

Jenis Sambungan

Motor AT majmuk mempunyai dua jenis sambungan iaitu sambungan pirau pendek

(short shunt) dan pirau panjang (long shunt). Rajah 2.16 menunjukan sambungan pirau

pendek. Walaupun begitu, jenis sambungan bukan faktor utama yang membezakannya

kerana selain itu ada faktor lain. Antaranya ialah kesesuaian penamatan operasi,

pertimbangan songsang, sambungan dalam setiap kutub dan lilitan ‘compesate’. Rajah

2.17 menunjukan sambungan pirau panjang.

16

Rajah 2.16: Sambungan pirau pendek

Rajah 2.17: Sambungan pirau panjang

Motor AT Majmuk boleh beroperasi sebagai motor pirau tanpa sambungan medan siri.

Ini kerana kebanyakan proses pembuatan banyak direka bentuk seperti itu supaya medan

siri dapat disambung kemudian untuk menghasilkan tork tambahan sekiranya

diperlukan.

Ciri-Ciri Motor Arus Terus Majmuk

Motor AT majmuk mempunyai dua ciri:

Kumulatif (Cumulative)

 Pembezaan (Differentially)

Kumulatif (Cumulative)

17

Apabila disambung secara kumulatif, medan siri yang disambungkan akan

membantu medan pirau menghasilkan tindak balas yang cepat daripada motor

pirau itu sendiri.

fluks medan, Ff  = K3 · Ish + K4 · Ia 

di mana K3 & K4 = pemalar medan siri & pirau

EMF, Ec = K1( K3 · Ish + K4 · Ia ) ῳ

 Tork di dalam angker diberi sebagai:

Ta = K1( K3 · Ish + K4 · Ia ) Ia

Di mana nilai tork lebih besar daripada motor pirau dengan  nilai arus   angker

yang sama.

Kelajuan motor diberi oleh persamaan :

  = ( Vt – Ia( Rs + Ra )) / ( K1( K3Ish + K4Ia ))

Apabila beban motor bertambah Ia bertambah dan nilai pengangka akan 

berkurangan manakala nilai penyebut bertambah. Oleh itu kejatuhan laju

kumulatif motor majmuk adalah lebih cepat berbanding laju motor pirau.

 = ( 1 / Ia )  (( Tc / Tsh ) – 1 )

Di mana

Tsh = K1K3IshIa

Tc = K1K3Ish( 1 + Ia )Ia

Pembezaan (Differentially)

Apabila disambungkan secara pembezaan, medan siri akan menentang medan

pirau dan ia dikenali sebagai “suicide motor” kerana kecenderungan untuk

memusnah.

Fluks medan , Ff   = K3Ish – K4Ia

18

Persamaan EMF diberi oleh :

Ec = K1( K3 · Ish – K4 · Ia ) ῳ

Tork di dalam angker diberi sebagai :

Ta = K1( K3 · Ish – K4 · Ia )Ia

Di mana nilai penyebut akan berkurang apabila Ia (beban motor)   bertambah.  Apabila

laju bertambah nilai penyebut (K3Ish – K4Ia) akan mencapai nilai 0 dan akan

menyebabkan motor berhenti.

Kadangkala apabila litar medan siri terdedah kepada beban secara tiba-tiba,

medan siri akan bertindak sebagai pengawal dan polarity semua medan menjadi

songsang. Ini mengakibatkan motor akan berhenti dan memulakan operasinya semula

pada arah yang bertentangan. Jika beban terlampau tinggi motor yang disambungkan

secara pembezaan boleh bertukar arah.

Rajah 2.18 menunjukan Graf sifat tork dan laju bagi motor arus terus jenis

majmuk sebagai fungsi arus pada gelung elektrik. Sifat lengkung ini lazimnya

dipertimbangkan dalam bentuk lengkung yang sama daripada graf yang diplot kan bagi

motor pirau.

Rajah 2.18: Graf tork melawan kelajuan

19

Lilitan siri yang merujuk kepada lilitan pirau menyebabkan fluks  medan

berkutub bertambah dengan beban menyebabkan tork bertambah secara mendadak dan 

laju motor berkurang. Walau bagaimanapun motor tidak dapat beroperasi dengan beban

yang kurang kerana wujudnya pengujaaan pirau. Laju bagi motor AT majmuk boleh

dikawal oleh angker dan reostat medan sama seperti dalam motor pirau.

Ciri-Ciri Laju-Tork 

Ciri-ciri laju-tork bagi motor AT majmuk terlibat lebih banyak berbanding kes

motor AT pirau dan siri.

Tork terbahagi kepada dua komponen iaitu Tsh dan Ts (hasil daripada medan

siri dan medan pirau.)

Walau bagaimanapun kita perlu mengambil kira bahawa Tsh dan

Ts mempunyai komponen kesan medan siri yang sama.

 Nilai tork yang terhasil boleh dituils sebagai :

                   Ta = Tsh + Ts                        = K1·K3·Ish·Ia + K1·K4·Ia²

2.5 PERBANDINGAN CIRI-CIRI MOTOR AT

Terdapat beberapa jenis motor AT dan ciri-cirinya juga adalah berbeza. Jenis-jenis

motor tersebut adalah motor siri, motor pirau dan motor majmuk. Motor majmuk ini

terbahagi kepada dua iaitu motor majmuk panjang dan motor majmuk pendek. Jadual

2.1 berikut adalah ciri-ciri setiap motor tersebut:

Jenis Motor Ciri-ciri

Pirau

Kelajuan hampir malar

Kelajuan boleh dilaras

20

Daya kilas permulaan yang sederhana

Siri

Kelajuan berubah

Daya kilas permulaan yang tinggi

Kelajuan berubah boleh dilaras

Majmuk

Kelajuan berubah

Daya kilas permulaan yang tinggi

Kelajuan berubah boleh dilaras

Jadual 1: Ciri-ciri Motor AT

2.6 PERSAMAAN VOLTAN

Bila mesin AT berkendali sebagai motor AT, voltan balikan (Eb) lebih kecil

nilainya dari voltan bekalan (Vt), dan arah pengaliran arus angker (Ia) adalah terbalik

berbanding diketika mesun berkendali sebagai penjana. Persamaan voltan boleh

dinyatakan seperti rajah 2.19 berikut.

Vb

Vb

Rajah 2.19: Persamaan Voltan

Merujuk rajah 2.19 , voltan bekalan Vt dibekalkan untuk ;

Mengatasi dge balikan Eb

Membekalkan susutan ohm dalam litar angker (Ia Ra) susutan voltan berus (Vb).

Dengan mendarabkan persamaan di atas dengan Ia;

Vt = Eb Ia + Ia² Ra + Ia Vb

21

Ra

Vt = Eb + Ia Ra + Vb

Dimana;

Vt : Voltan bekalan Ra : Rintangan angker

Eb : Dge balikan Vb : Susutan Voltan berus

Ia : Arus angker

Dimana ;

Vt Ia = Kuasa masukan (elektrik) pada angker

Eb Ia = Kuasa elektrik senilai dengan kuasa mekanik terhasil dalam angker.

Ia² Ra = Kehilangan kuasa (tembaga) dalam angker

Ia Vb = Kehilangan kuasa pada berus

Daripada jumlah kuasa dibekalkan kepada angker, sebahagiannya hilang sebagai

susutan tembaga, susutan berus dan lain-lain manakala bakinya ditukar kepada kuasa

mekanik dalam angker;

Pm = Eb Ia = 2 ( phi ) NTa / 60 Watt

= Vt Ia - Ia² Ra - Ia Vb

Daripada persamaan di atas, ditunjukan secara metamatik bahawa kuasa maksima motor

AT dihasilkan bila Eb = Vt / 2. Keadaan ini tidak dapat direalisasikan kerana arus akan

terlalu tinggi pada keadaan tersebut.

Contoh 1

Sebuah motor pirau AT 1200V mempunyai rintangan angker sebanyak 0.25ohm dan

mengalami kejatuhan berus sebanyak 3V. Kirakan

(a) Arus angker apabila Eb berjumlah 110V

(b) Arus angker apabila Eb jatuh kepada 105V

(c) Peratusan dalam Dge balikan dan arus angker

Jawapan

(a) Persamaan bagi voltan angker ialah;

22

V = Eb + Ia Ra + kejatuhan berus

Oleh itu, arus angker Ia = V−Eb−kejatuhanberus

Ra =

120−110−30.25

=28A

(b) Apabila Eb berubah, Ia = 120−105−3

0.25 = 48A

(c) Peratusan perubahan, Eb = 110−105

110X 100 = 4.5%

Ia = 48−28

28 X 100 = 71.5%

Daripada contoh di atas dapat diperhatikan bahawa perubahan kecil dalam dge balikan

(disebabkan oleh perubahan halaju putaran) menghasilkan perubahan besar dalam

magnitud arus angker.

Contoh 2

Sebuah penjana pirau AT 25kw, 250V mempunyai rintangan angker dan medan masing-

masing berjumlah 0.06ohm dan 100ohm. Kirakan jumlah kuasa angker yang dihasilkan

sekiranya mesin tersebut berkendalian sebagai:

(a) Sebuah penjana membekalkan kuasa keluaran sebanyak 25kw

(b) Sebuah motor mengambil kuasa sebanyak 25kw

Jawapan

(a) Litar penjana di tunjukan dalam Rajah 2.20

23

Rajah 2.20: Litar Penjana

Arus keluaran I1 = 25kw / 250V = 100A

Arus medan If = 250V / 100ohm = 2.5A

Arus angker Ia = I1 + Ia = 102.5A

D.g.e terjana Eg = V + Ia Ra volt

Eg = 250 + (102.5 X 0.06)

Eg = 256.15V

Kuasa yang dihasilkan dalam angker;

P = Eg Ia watt

P = 256.15 X 102.5

P = 26. 26 kw

(b) Litar motor ditunjukan dalam Rajah 2.21

Rajah 2.21: Litar Motor

Arus masukan I1 = 25kw / 250V = 100A

Arus angker Ia = 100 – 2.5 = 97.5A

24

D.g.e balikan Eb = V – Ia Ra volt

Eb = 250 – (97.5 X 0.06)

Eb = 244.15 volt

Kuasa yang dihasilkan dalam angker;

Pm = Eb Ia watt

Pm = 244.15 X 97.5

Pm = 23.8 kw

2.7 DAYA KILAS ANGKER DAN DAYA KILAS

Daya kilas ditakrifkan sebagai tindakan daya ke atas satu jasad yang berkecenderungan

untuk menyebabkan jasad tersebut berputar. Dalam lain perkataan ia juga boleh

ditakrifkan sebagai momen piuhan atau pusingan pada satu paksi.

Daya kilas diukur sebagai hasil darab di antara daya dan jejari di mana daya tersebut

bertindak dalam bentuk persamaan iaitu:

T=F×r (Nm)

Dan kuasa mekanik yang dihasilkan oleh daya kilas ialah:

Pm = 2π nT watt

Dimana n adalah kelajuan putaran dalam pusingan per-saat (pss).

Daya kilas angker (Ta)

Andaikan Ta sebagai daya kilas yang dihasilkan oleh angker. Apabila ia berputarpada

kelajuan n p.s.s dan di ukur dalam unit N-m, maka kuasa yang dihasilkan olehnya ialah:

Pm = 2π n × Ta watt

25

Dan daripada persamaan 2-3 bagi kuasa mekanik yang terhasil dalam angker, kita dapati

bahawa:

Pm = Ebla watt

Oleh itu, 2π n Ta = Ebla, maka

Ta = Ebla/2π n = 0.159 ×Ebla/n

Tetapi d.g.e balikan, Eb = ᶲP n Z/a volt, maka persamaan diatas boleh ditulis sebagai;

Ta = ᶲP n Z/2π n a

= 0.159 ᶲZia (P/a)

Daripada persamaan di atas, kita dapati bahawa daya kilas angker adalah berkadaran

terus dengan fluks dan arus angker, atau Ta ά ФIa:

a) Bagi motor siri, Ta ά Ia² kerana fluksnya berkadar terus dengan arus angker.

b) Bagi motor pirau, Ta ά Ia kerana fluksnya sentiasa malar.

Daya Kilas Aci (Tsh)

Sebahagian daripada daya kilas yang dihasilkan dalam angker adalah digunakan untuk

mengatasi kehilangan besi dan geseran dalam motor dan daya kilas bersih yang terdapat

pada aci motor yang digunakan untuk menggerakkan beban dikenali sebagai daya kilas

aci (Tsh). Daya kilas aci boleh diberi sebagai:

Tsh = keluaran dalam watt/2π n

Perbezaan di antara daya kilas angker dan daya kilas aci (Ta-Tsh) diistilahkan sebagai

daya kilas hilang, dan nilainya boleh diberi sebagai:

Ta-Tsh = kehilangan besi dan geseran (W)/ 2π n

26

2.8 MENGAWAL KELAJUAN MOTOR

Kawalan kelajuan ialah kawalan motor sama ada hendak dilajukan atau

sebaliknya. Kelajuan motor AT dapat dikawal dengan mengawal voltan ke angker,

mengawal arus di medan dan mengawal voltan bekalan. Terdapat juga teknik lain yang

boleh digunakan untuk mengawal motor. Teknik kawalan yang akan di terangkan adalah

berdasarkan litar pemacu yang dipilih. Setelah meneltii kebaikan jenis-jenis litar pemacu

motor AT, litar motor pirau adalah lebih baik berbanding litar motor siri. Terdapat tiga

teknik kawalan yang di pertimbangkan untuk litar pemacu motor pirau iaitu :

i) Kawalan kelajuan dengan penambahan rintangan dalam litar amatur

ii) Kawalan kelajuan dengan melaras voltan amatur

iii) Kawalan kelajuan menggunakan Modulasi Lebar Denyut (PWM)

2.8.1 KAWALAN KELAJUAN DENGAN PENAMBAHAN RINTANGAN

DALAM LITAR AMATUR

Berpandukan Rajah 2.22 di bawah, satu perintang boleh laras disambung pada

litar amatur untuk mengawal kelajuan. Melalui sambungan ini kawalan kelajuan motor

boleh diterangkan melalui persamaan berikut:

27

Rajah 2.22: Kawalan Kelajuan Dengan Penambahan Rintangan Dalam Litar Amatur

Melalui persamaan di atas, terdapat dua bahagia iaitu kelajuan tanpa beban No dan

kejatuhan kelajuan AN iaitu :

Dari persamaan di atas, penambahan rintangan akan memberi kesan pada

bahagian kejatuhan kelajuan sahaja. Apabila Radd ditambah, AN akan meningkat.

Peningkatan AN masih lagi kurang daripada No tetapi telah menyebabkan kelajuan

motor, N berkurang. Sekiranya Radd terus ditambah, kelajuan akan terus berkurangan.

28

Perubahan ini dapat dilihat dalam Rajah 2.23 di bawah. Dari rajah ini, No bermula pada

kelajuan yang sama walupun nilai Radd terus ditambah. Keadaan ini menyebabkan

kelajuan permulaan adalah tinggi walaupun keadaan tanpa beban adalah rendah.

Penambahan rintangan juga menambahkan kehilangan kuasa dan mengurangkan

kecekapan.

Rajah 2.23: Analisis Kelajuan Dengan Penambahan Rintangan

2.8.2 KAWALAN KELAJUAN DENGAN MELARAS VOLTAN AMATUR

Teknik kawalan cara ini hanya memberi kesan terhadap bahagian kelajuan tanpa

beban, No = V / Kᴓ. Semakin besar nilai voltan semakin tinggi kelajuan motor dapat

dihasilkan. Pelarasan nilai voltan juga menghasilkan permulaan kelajuan tanpa beban

pada nilai yang berbeza dan hampir malar dengan kelajuan berbeban seperti yang

ditunjukkan dalam Rajah 2.24 di bawah. Teknik ini juga memberi kecekapan yang

tinggi kerana tiada kehilangan kuasa yang banyak dan lebih stabil. Rajah 2.25 di bawah

menunjukkan litar kelajuan dengan melaras voltan amatur.

29

Rajah 2.24: Litar Kawalan Kelajuan Dengan Melaras Voltan Amatur

Rajah 5: Analisa Kelajuan Dengan Pelarasan Voltan Amatur

2.8.3 KAWALAN KELAJUAN MENGGUNAKAN MODULASI LEBAR

DENYUT (PWM)

PWM adalah satu teknik kawalan motor AT menggunakan denyut-denyut

gelombang. Kelebaran denyut dikawal untuk menentukan kelajuan motor, semakin lebar

denyut maka semakit laju putaran motor. Kelebaran denyut boleh dikawal dengan

30

menggunakan perintang boleh laras, semakin rendah nilai rintangan semakin lebar

denyut dihasilkan. PWM dihasilkan oleh perbandingan gelombang segitiga dengan

voltan AT seperti Rajah 2.26. Apabila voltan AT dilaras dengan melaras perintang boleh

laras, kelebaran denyut PWM akan berubah.

Rajah 2.26: Penjanaan Modulasi Lebar Denyut (PWM)

Mwlalui denyut PWM, kelajuan motor dapat ditentukan dengan mengira kitar kerja

dengan menggunakan formula berikut:

Kelebihan Modulasi Lebar Denyut (PWM):

a) Denyut yang terhasil berkadaran dengan voltan.

b) Dapat menghasilkan daya kilas lebih pada motor berbanding kaedah lain.

c) Dapat mengatasi rintangan dalaman motor dengan mudah

d) Semua kuasa pada bekalan kuasa dihantar sepenuhnya kepada beban.

31

2.9 PENGATURAN KELAJUAN

Pengaturan kelajuan adalah merujuk kepada perubahan kelajuan motor apabila daya

kilas beban yang dikenakan, sedang keadaan lain-lainnya dikekalkan (malar). Perubahan

kelajuan yang di maksudkan ialah pertukaran yang disebabkan oleh sifat yang dimiliki

atau yang terwujud pada motor berkenaan dan bukannya perubahan yang dilakukan

melalui pelarasan alat atau peranti kawalan kelajuan seperti reostart dan sebagainya.

Pengaturan kelajuan motor ditakrifkan sebagai:

Perubahan dalam kelajuan apabila beban motor dikurangkan dari nilai kadaran kepada

sifar, dan diungkapkan dalam seperatusan kelajuan beban penuh

Peratusan pengaturan = Nn 1−Nf 1

Nf 1X 100=dN

NX 100

Contoh 1

Sebuah motor pirau 240V berputar pada kelajuan 1000psm dan mengambil arus

sebanyak 10A pada keadaan tanpa beban. Jumlah rintangan angker dan medan masing-

masing berjumlah 0.2ohm dan 120ohm. Kirakan kelajuan ketika berbeban dan

mengambil arus sebanyak 42A. Anggapkan fluks dalam keadaan malar.

Jawapan

Persamaan yang akan digunakan ialah N/No = Eb/Ebo (fluks berkeadaan malar)

Arus medan pirau If = 240V/120ohm = 2A

Arus angker pada keadaan tanpa beban Iao = 10 – 2 = 8A

Arus angker pada keadaan berbeban Ia = 42 – 2 = 40A

32

(a) Eb pada keadaan tanpa beban Ebo = V – (Ia X Ra) = 240 – (8 X 0.2) = 238.4 V

(b) Eb pada keadaan berbeban Eb = V – (Ia X Ra) = 240 – (40 X 0.2) = 232.0 V

Oleh itu, N = No XEb

Ebo

= 1000 X232.0238.4

=973 psm

Contoh 2

Rintangan litar angker sebuah motor siri 25hp (kuasa kuda) 250V berjumlah

0.1ohm. Rintangan medannya pula berjumlah 0.05ohm dan ia mengalami kejatuhan

berus sebanyak 3V. Apabila ia mengambil arus sebanyak 85A, kelajuan putarannya

ialah 600psm. Kirakan

(a) Kelajuan putaran ketika ia mengambil arus sebanyak 100A.

(b) Kelajuan putaran ketika ia mengambil arus sebanyak 40A.

(c) Kelajuan putaran (a) dan (b) sekiranya pelencing (diverter) 0.05ohm

digunakan.

Jawapan

Formula yang digunakan ialah N2 = N 1Eb 2Eb 1

XIa 1Ia 2

(a) Eb pada keadaan arus masukan 85A, Eb1 = V – Ia (Ra + Rs) – kejatuhan

berus

Eb1 = 250 – 85 (0.1 + 0.05) -3

Eb1 = 234.3V

Eb pada keadaan arus masukan 100A, Eb2 = 250 -100 (0.1 + 0.05) -3

33

Eb2= 232V

Kelajuan ketika arus masukan 100A, N2 = 600232

234.3X

85100

=¿506psm

(b) Eb pada keadaan arus masukan 40A, Eb3 = V – Ia (Ra + Rs) – kejatuhan berus

Eb3 = 250 – 40 (0.1 + 0.05) – 3 Eb3 = 241V

Kelajuan putaran pada keadaan tersebut ialah:

N 3= 241234.3

X8540

=¿1260psm

(c) Kesan penggunaan pelencong 0.05ohm ialah untuk mengurangkan arus

medan siri (seterusnya fluks) sebanyak 50% daripada nilai asal. Rintangan

efektif medan siri dan pelencong ialah 0.025ohm

Eb pada keadaan arus masukan 100A, Eb2 = V – Ia (Ra + Rsd) – kejatuhan

berus

= 250 – 100 (0.1 + 0.025) -3

= 234.5V

Kelajuan putaran pada keadaan tersebut ialah:

N 2=234.5234.3

X85

(100

2)=1022 psm

Eb pada keadaan arus masukan 40A, Eb3 = 250 – 40 (0.1 + 0.025) – 3

Eb3 = 242V

Kelajuan putaran pada keadaan tersebut ialah:

34

N 3=600242

234.3X

85

(402

)=2630 psm

2.10 KEHILANGAN DAN KECEKAPAN

Kehilangan yang berlaku dalam motor AT adalah sama sama seperti yang terdapat pada

penjana AT, iaitu:

a) Kehilangan tembaga

b) Kehilangan magnet

c) Kehilangan mekanik

Kuasa maksimum akan terhasil dalam motor apabila:

IaRa = V/2 = Eb

Dan kecekapan maksimum akan berlaku apabila jumlah kehilangan tembaga menyamai

jumlah kehilangan tetap, iaitu kehilangan magnet dan kehilangan mekanik (termasuk

kehilangan tembaga medan bagi motor pirau)

Peringkat kuasa bagi motor AT adalah seperti rajah 2.27 di bawah.

Rajah 2.27: Rajah Blok Bagi Peringkat Kuasa Motor AT

2.11 PENGHIDUP MOTOR AT

Penghidup/ Pemula motor DC mempunyai beberapaa jenis. Antaranya adalah plat dua

muka, plat tiga muka dan plat empat muka. Gambar rajah 2.28, rajah 2.29 dan rajah 2.30

di bawah menunjukkan jenis-jenis plat muka tersebut.

35

Kuasa masukan pada motor

Kehilangan tembaga

Kuasa dalam pada angker

Kehilangan besi dan geseran

Kuasa kehilangan pada aci

Rajah 2.28: Pemula Plat Dua Muka

Rajah 2.29: Pemula Plat Tiga Muka

36

Rajah 2.30: Pemula Plat Empat Muka

2.11.1 BAHAGIAN UTAMA PEMULA PLAT MUKA

Rajah 2.31: Bahagian Utama Pemula Plat Muka

Rajah 2.31 menunjukan bahagian utama pemula plat muka dan kendalian plat dua muka

seperti berikut:

Perintang Pemula berfungsi sebagai penghad arus permulaan

Geganti Tanpa Voltan berfungsi sebagai pelindung tanpa voltan

Geganti Beban Lampau berfungsi sebagai pelindung beban lebih

37

Rajah 2.32: Pergerakan Plat

Rajah 2.32 menunjukan pergerakan plat. Kendalian plat tersebut seperti berikut:

Lengan / tangkai bertugas sebagai penyambung litar di antara perintang pemula

dengan pengubah nilai rintangan pengubah.

Pegas ( spring ) Berfungsi sebagai pengawal lengan agar kembali ke kedudukan

asal jika berlaku gangguan bekalan.

2.11.2 KENDALIAN PLAT MUKA

Rajah 2.33: Kendalian Plat muka

38

Rajah 2.33 menunjukan pergerakan dan kendalian plat muka. Prinsip kendalian plat

muka adalah seperti berikut:

Prinsip Kendalian

a) Sentuhan 1 - arus mengalir melalui R1, R2, R3 & R4.

b) Sentuhan 2 - arus mengalir melalui R2, R3 & R4.

c) Sentuhan 3 - arus mengalir melalui R3 & R4.

d) Sentuhan 4 - arus mengalir melalui R4.

e) Sentuhan 5 - arus mengalir terus ke angker.

f) Tangkai dipegang oleh gegelung tanpa voltan.

2.12 KEGUNAAN MOTOR A.T.

Berdasarkan perbincangan mengenai ciri-ciri motor AT, boleh la diringkaskan bahawa;

(a) Motor Pirau

Kelajuannya hampir malar

Daya kilas permulaanya tidak setinggi daya kilas motor siri bagi jumlah

arus masukan yang sama.

Oleh itu, ia igunakan:

Untuk tugas pacuan yang memerlukan kelajuan yang malar daripada

tanpa beban kepada keadaan beban penuh.

Untuk memacu beban pada peringkat kelajuan yang berbeza, tetapi

dengan tempoh bagi setiap peringkat kelajuan yang agak lama (dimana ia

berkeadaan malar) seperti pada mesi larik. Kawalan kelajuan dibuat

melalui pengatur medan pirau.

39

(b) Motor Siri

Mempunyai daya kilas permulaan yang tinggi.

Mempunyai kelajuan yang rendah pada beban tinggi dan sebaliknya.

Oleh itu, ia digunaka:

Untuk tugas pacuan yang mempunyai beban permulaan yang tinggi.

Apabila motor boleh digandingkan terus kepada beban.

Apabila kelajuan yang malar tidak dipentingkan.

Ringkasan bagi kegunaan motor AT adalah seperti berikut:

Jenis motor Ciri-ciri Kegunaan

Pirau

Kelajuan hampir malar. Kelajuan boleh dilaraskan Daya kilas permulaan yang

sederhana.

Mesin larik

Pam empar

Mesin perkakas

Kipas penghembus

Pam salingan

Siri

Kelajuan berubah

Daya kilas permulaan yang

tinggi

Kelajuan berubah dan boleh

laras

Penggerak alih elektrik

Kren

Pesawat angkat

Majmuk

Kelajuan berubah

Daya kilas permulaan yang

tinggi

Kelajuan berubah dan boleh

laras

Lif atau penaik

Kekacip

Mesin penebuk

Mesin pengetam

Pengisar guling

Jadual 2.2: Ringkasan Kegunaan Motor AT

40

41