Penjana Arus Terus teruja-diri (Self-Excited DC Generator)7 min read
Pengenalan
Hampir kesemua elektrik dihasilkan oleh penjana (kecuali sumber solar yang menggunakan fotovoltan), sama ada penjada arus terus (AT) atau penjana arus ulang alik (AU). Fungsi penjana elektrik adalah untuk menukarkan tenaga mekanikal kepada tenaga elektrik. Penjana AU digunakan untuk aplikasi berskala besar seperti di stesen janakuasa. Manakala, penjana AT digunakan digunakan dalam aplikasi voltan rendah seperti brek regeneratif pada lokomotif dan juga digunakan untuk mengecas sistem bateri. Topik kali ini adalah berkaitan dengan penjana AT teruja-diri. Sebelum kita pergi lebih lanjut, mari kita segarkan balik ingatan kita asas bagaimana penjana AT secara umumnya berfungsi.
Asas Penjana Arus Terus
Penjana AT ini juga dikenali sebagai dynamo, yang kita boleh dapat pada dynamo tayar basikal. Binaan penjana AT terdiri daripada gegelung angker (bahagian yang berpusing), berus karbon, penukartertib (commutator) dan medan magnet. Jika gegelung angker tersebut berpusing dalam medan magnet, akan terdapat arus elektrik yang mengalir di dalam litar gegelung angker tersebut. Fenomena ini dianggil aruhan elektromagnet (electromagnetic induction). Elektrik ini yang akan digunakan untuk memberi kuasa kepada beban yang disambung. Di sini, elektrik telah dijana disebabkan gerakan mekanikal pada gegelung angker tersebut. Oleh itu, kita panggil ia sebagai penjana.
Jenis-jenis penjana arus terus
Medan magnet yang dihasilkan di dalam penjana AT boleh dihasilkan dengan tiga cara. Maka itu, penjana AT (DC generator) terbahagi kepada tiga iaitu :
- Penjana AT teruja-pisah (Separately-Excited DC generator)
Dimana medan magnet dihasilkan oleh litar elektromagnet yang terasing.
- Penjana AT teruja-diri (Self-Excited DC generator)
Dimana medan magnet dihasilkan oleh litar elektromagnet yang sama bersambung dengan litar gegelung rotor.
- Penjana AT magnet kekal (Permanent magnet DC generator)
Medan magnet dihasilkan oleh magnet kekal, bukan elektromagnet seperti jenis pertama dan kedua.
Topik kali ini akan menerangkan tentang Penjana AT teruja-diri dengan lebih mendalam lagi, iaitu bagaimana ia berfungsi dan jenis-jenisnya.
Penjana Arus Terus teruja-diri (Self-Excited DC Generator)
Prinsip dan bagaimana ia berfungsi
Kita telah tahu bahawa penjana AT teruja-diri ini menggunakan elektromagnet dimana litarnya bersambung dengan litar gegelung angker. Dalam erti kata lain, litar elektromagnet tersebut mendapat arus elektrik daripada litar gegelung angker. Terdapat persoalan yang perlu dijawab kerana untuk penjana berfungsi, ia memerlukan medan magnet. Namun, untuk menghasilkan medan magnet pula memerlukan arus pada litar elektromagnet yang disumberkan oleh gegelung angker. Gegelung angker pula memerlukan medan magnet untuk aruhan elektromagnet berlaku. Siapakah yang akan menghasilkan siapa dahulu? Masalah ini tidak berlaku pada penjana AT teruja pisah dan magnet kekal kerana medan magnet telah dihasilkan terlebih dahulu sebelum rotor berpusing untuk menghasilkan arus elektrik.
Dalam kes penjana AT teruja diri, tiada sumber medan magnet luaran yang dihasilkan. Malah litar penjana itu sendiri yang menghasilkan medan magnet. Namun, untuk menghasilkan elektrik, ia memerlukan medan magnet terlebih dahulu. Dari manakah penjana mendapatkan medan magnet pada awal proses penjanaan? Jawapannya adalah kemagnetan sisa (residual magnetism). Kemagnetan sisa adalah sejumlah kemagnetan yang tinggal pada besi gegelung medan. Penjana arus terus teruja diri menggunakan sisa kemagnetan ini seterusnya menghasilkan medan magnet yang lebih besar.
Jenis-jenis penjana arus terus teruja-diri
Jenis-jenis penjana AT teruja-diri diklasifikasikan berdasarkan jenis sambungan gegelung medan di dalam keseluruhan litar dan bagaimana medan magnet penjana dihasilkan.
Penjana teruja-diri belitan siri (Series wound generator)
Dalam penjana belitan siri, belitan medan dan belitan angker disambungkan dalam sambungan siri. Berdasarkan gambarajah, arus elektrik yang dihasilkan belitan angker adalah arus yang sama dibekalkan kepada beban yang bersambung dan belitan medan. Ini diterjemahkan di dalam persamaan di bawah:
I_a=I_m=I_b
Belitan medan terdiri daripada sejumlah belitan tebal yang sedikit. Disebabkan ianya sambungan siri, berdasarkan hukum ohm, jika rintangan pada beban berkurang, maka arus elektrik litar dan arus elektrik gegelung medan akan meningkat.
Hasil daripada itu, medan magnet dan voltan output juga meningkat dalam litar tersebut. Kita boleh simpulkan di sini bahawa di dalam jenis penjana belitan siri bahawa voltan output berubah mengikut arus beban. Ciri ini tidak diperlukan dalam banyak aplikasi. Oleh itu, jenis penjana belitan siri ini kurang digunakan.
Penjana teruja-diri belitan pirau
Dalam penjana belitan pirau, belitan medan dan belitan angker disambungkan dalam sambungan selari supaya nilai voltan adalah sama keatas beban, gegelung angker dan gegelung medan. Berdasarkan gambarajah, arus elektrik yang dihasilkan belitan angker dibahagikan kepada dua cabang iaitu arus untuk beban yang disambungkan dan juga arus untuk menghasilkan medan magnet (arus medan). Ini ditafsirkan kepada persamaan dibawah:
I_a=I_m+I_b
Berdasarkan persamaan di atas, arus dalam cabang selari adalah tidak berkait antara satu sama lain. Voltan output hampir kekal sama, dan jika ia berubah, ia berubah berkadar songsang (inversely propotional) kepada arus beban. Ianya masih tidak menyelesaikan masalah kerana kita mahu voltan output kekal sama tidak kira rintangan atau arus pada beban berubah.
Penjana teruja-diri majmuk
Penjana teruja-diri makmuk adalah versi gabungan antara jenis belitan siri dan belitan pirau. Litarnya mempunyai kedua-dua jenis belitan tersebut. Mengapa mereka digabungkan adalah kerana untuk menggabungkan ciri kedua-dua jenis belitan supaya dapat menutup kelemahan yang ada pada jenis tunggal sebelumnya.
Dalam penjana majmuk, voltan angker menurun jika arus beban meningkat, disebabkan medan magnet yang dihasilkan oleh belitan pirau menurun. Namun, peningkatan arus beban yang sama mengalir pada belitan siri menyebabkan peningkatan dalam medan magnet yang dihasilkan belitan siri. Kita dapat lihat penurunan kekuatan medan magnet dihasilkan oleh belitan pirau diseimbangkan oleh peningkatan kekuatan medan magnet yang dihasilkan oleh belitan siri. Oleh itu, voltan output kesuluruhan penjana majmuk kekal sama sungguhpun arus beban berubah.
Kesimpulan
Secara kesimpulannya, cara kerja penjana arus terus teruja-diri tidak seringkas berbanding penjana AT teruja-pisah dan penjana AT magnet kekal. Ianya menggunakan konsep kemagnetan sisa (residual magnetism) untuk menghasilkan medan magnet awal. Terdapat tiga jenis penjana AT teruja-diri iaitu belitan siri, belitan pirau dan belitan majmuk. Penjana AT belitan majmuk mempunyai kelebihan untuk mengekalkan voltan output sungguhpun terdapat perubaan pada arus beban seperti yang ditunjukkan di gambarajah di bawah.
Bacaan Lanjut
https://electricalacademia.com/dc-machines/self-excited-dc-generator-working/
Tentang Penulis
