DC TRACTION MK. Transportasi Elektrik Fakultas Teknologi Industri Universitas Katolik Soegijapranata Semarang 1
DC TRACTION Motor DC adalah andalan penggerak traksi listrik pada motor listrik dan motor diesel selama bertahun-tahun. Motor DC terdiri dari 2 bagian : 1. sebuah putaran medan Medan tetap terdiri dari kumparan gulungan kawat yang erat, dipasang di dalam kerangka motor. 2. sebuah putaran Jangkar Jangkar adalah perangkat lain dari gulungan kumparan yang mengelilingi poros pusat. 2
3
4
5
6
7
8
DC TRACTION Cara kerja motor : Ketika arus mengalir melalui rangkaian motor ada reaksi antara arus medan dan arus jangkar yang menyebabkan jangkar. Jangkar dan medan dihubungkan secara seri dan motor ini disebut sebagai motor belitan seri. Motor DC belitan seri mempunyai rangkaian medan dan jangkar dengan resistansi rendah. Oleh karenanya, ketika tegangan diterapkan, arusnya tinggi (Hukum Ohm : I = V/R). 9
DC TRACTION Keuntungan arus tinggi : medan magnet di dalam motor kuat menghasilkan torka tinggi (kemampuan mengubah gaya) sehingga ideal untuk men-starter kereta. Kerugiannya : arus yang mengalir ke motor bagaimanapun juga terbatas. Selain itu suplai daya menjadi berlebihan, sehingga motor dan kabelnya rusak. Setidaknya, torsi akan melampaui adhesi dan roda penggerak akan slip. Secara tradisional, resistor digunakan untuk membatasi arus awal. 10
Kontrol Resistansi DC Seperti motor DC yg mulai bergerak : Interaksi medan magnet di dalamnya menyebabkan motor DC menghasilkan tegangan internal. Tegangan balik ini berlawanan dengan tegangan yg diterapkan dan arus yang mengalir diatur oleh perbedaan antara kedua tegangan ini. Jadi seiring dengan meningkatnya kecepatan motor, tegangan internal juga naik, tegangan efektif jatuh, sisa arus dipaksa melalui motor sehingga torkanya berkurang. Secara alami motor akan menghentikan percepatannya ketika ketika tarikan kereta sesuai dengan torsi yang dihasilkan oleh motor. untuk melanjutkan percepatan kereta, resistor diaktifkan dalam beberapa langkah, setiap langkah meningkatkan tegangan efektif dan dengan demikian arus dan torsi untuk waktu yg agak lama sampai motor mencapai kecepatan yg diinginkan. 11
Kontrol Resistansi DC Ketika tidak ada resistor yg tinggal pada di rangkaian, tegangan jalur penuh diterapkan searah ke motor. Kecepatan kereta tinggal tetap pada titik dimana torka motor diatur oleh tegangan efektif, yg sama dengan tarikannyakadang2 mengacu pada kesetimbangan kecepatan. Jika kereta mulai menanjak ke suatu tingkat, kecepatannya berkurang karena tarikannya lebih besar daripada torkanya. Tetapi pengurangan kecepatan menyebabkan tegangan balik menurun, sehingga tegangan efektif naik sampai arus paksa mengalir melalui motor, sehingga menghasilkan cukup torka untuk menyesuaikan dengan tarikan yg baru. 12
DC Resistance Control Pada kereta listrik, penggerak umumnya harus mengontrol perubahan resistansinya secara manual, tetapi sejak awal Perang Dunia I di tahun 1914, percepatan otomatis telah digunakan di Inggris pada kereta unit multiple. Percepatan ini dicapai oleh percepatan relay (sering disebut relay notching) dalam rangkaian motor yg dimonitor oleh jatuhnya arus pada setiap langkah dari resistansi yg terpotong. Semua penggerak harus lakukan pilih kecepatan rendah, sedang, dan tinggi (disebut Shunt, Series, dan Parallel, berdasarkan cara motor dihubungkan ke rangkaian tahanan), dan peralatan akan melakukan sisanya. 13
14
15
DC Resistance Control Seperti kita ketahui, motor DC dikendalikan oleh notching relay yang diatur ke rangkaian daya. Tetapi ada relai lain yang disediakan untuk perlindungan motor : - Lonjakan arus cepat akan merusak motor DC sehingga peralatan pelindung diberikan dalam bentuk "relay overload", yang mendeteksi arus berlebih di sirkuit dan, ketika itu terjadi, mematikan listrik untuk menghindari kerusakan pada motor. - Daya dimatikan dengan cara memutus arus, satu atau dua tugas berat dari saklar yang mirip dengan pemutus sirkuit yang dikendalikan dari jauh. Saklar secara normal dibuka atau ditutup oleh aksi kontroller driver, tetapi dapat juga dibuka secara otomatis oleh relai yang berbeban lebih. 16
DC Resistance Control Pada catatan sejarah Peralatan awal (pra-1905) menggunakan sekering yg sangat besar selain juga menggunakan beban lebih. beberapa di antaranya digunakan hingga tahun 1970. Perangkat pelindung lebih lanjut juga disediakan dalam rangkaian kontrol motor DC klasik Namanya adalah relai "no-volt" Relai ini dapat mendeteksi rugi 2 daya yg disebabkan oleh berbagai alasan dan memastikan bahwa urutan kontrol dikembalikan ke titik awal (artinya : semua resistansi dikembalikan ke rangkaian daya) sebelum daya dapat kembali diterapkan Hal ini diperlukan untuk memastikan bahwa arus yg terlalu besar tidak diterapkan pada motor yang kehilangan kecepatannya saat arusnya off. 17
Diagram ini menunjukkan rangkaian kontrol daya dari motor traksi(daya penarik) yg sederhana. Kebanyakan sirkuit motor DC diatur untuk mengendalikan dua atau empat motor. Jangkauan kendali ditingkatkan dengan mengubah koneksi ke motor untuk mempercepat kereta. Sistem ini dikenal 18 sebagai "seri-paralel kontrol ".
Series-Parallel Control Diagram ini menunjukkan prinsip kontrol seriparalel. Ada tiga tahap: (koneksi berubah secara otomatis saat kereta mempercepat) Series Transition Parallel Pada saat starting, motor terhubung seri satu sama lain dan dengan semua resistansinya. Resistansi dipotong langkah demi langkah dan kereta mempercepat pada saat "seri penuh " ketika semua resistansi keluar dari sirkuit.. Kereta api sekarang dapat berjalan pada sekitar 30 km/jam. 19
20
Series-Parallel Control Jika kecepatan penuh telah dipilih, rangkaian transisi akan menyediakan hubungan paralel di antara dua kaki rangkaian seri. Segera setelah hal ini dilakukan, kedua koneksi seri akan dibuka dan resistansi dimasukkan kembali ke dalam setiap sirkuit motor. Resistansi tersebut kemudian dipotong dalam langkah 2 lagi sampai semua berada di luar sirkuit Motor sekarang berjalan pada "paralel penuh" dan kecepatan kereta akan naik ke kecepatan yg dirancang. Selama proses ini, urutan kontrol yg benar dikelola oleh rangkaian kontrol tegangan rendah di bawah kendali keseluruhan driver yg memilih "shunt", "seri" atau "parallel"pada controller masternya. 21
Pelemahan Medan Motor DC dapat dibuat untuk melaju lebih cepat daripada balancing speed" dasar yg dicapai sedangkan dalam konfigurasi paralel penuh tanpa adanya resistansi di sirkuit. Hal ini dilakukan oleh "shunting medan". Sebuah sirkuit tambahan disediakan di medan motor untuk melemahkan arus mengalir melalui medan. Pelemahan ini dicapai dengan menempatkan resistansi secara paralel dengan medan. Hal ini memiliki efek memaksa dinamo untuk mempercepat lajunya untuk mengembalikan keseimbangan antara magnet yang diajukan dan yang diproduksi di kumparan medan. Itu membuat kereta melaju lebih cepat Berbagai tahapan dari pelemahan medan dapat digunakan, sesuai dengan desain motor dan tujuan yang dimaksudkan. Beberapa lokomotif sebagian besar menggunakan enam langkah pelemahan medan. 22
23
Pengereman Regeneratif Karena motor DC dan generator DC merupakan mesin yang sama secara mekanik, maka disadari juga bahwa kereta api bisa menggunakan motornya untuk bertindak sebagai generator dan hal ini akan memberikan beberapa efek pengereman jika cara yang sesuai dapat ditemukan untuk membuang energi Ide ini terbentuk bahwa jika daya bisa dikembalikan ke sumbernya, kereta lain bisa menggunakannya Oleh karena itu kereta api dirancang untuk dapat mengemballikan arus, membangkitkannya selama pengereman ke sistem suplai untuk digunakan oleh kereta api lainnya. 24
Pengereman Rheostatic Kekurangan utama dari sistem pengereman regeneratif adalah bahwa jalur listrik tidak selalu dapat menerima arus yg diregenerasi. Beberapa jalur kereta api memiliki substasiun 2 dilengkapi dengan resistor raksasa untuk menyerap arus regenerasi yg tidak digunakan oleh kereta api tetapi ini adalah solusi yang kompleks dan tidak selalu dapat diandalkan Sebagaimana setiap kereta api memiliki resistor, itu adalah langkah logis untuk menggunakan resistor untuk membuang arus yang dihasilkan Hasilnya adalah pengereman rheostatic. Ketika driver digunakan untuk rem, sambungan rangkaian listrik ke motor berubah dari konfigurasi dayanya menjadi konfigurasi rem dan resistor dimasukkan ke dalam sirkuit motor 25
Pengereman Rheostatic Sebagaimana energi yg dibangkitkan motor tersebar di resistor dan kecepatan kereta yg melambat, resistor diaktifkan dalam beberapa langkah, selama akselerasi Pengereman Rheostatic pada kereta api yg bermotor DC bisa melaju turun hingga kurang dari 20 mph pada saat rem gesekan digunakan untuk membuat kereta berhenti Sebelum adanya elektronika daya, ada beberapa usaha untuk menggabungkan dua bentuk dari apa yang sekarang kita sebut "pengereman dinamis"sehingga arus yang dihasilkan akan pergi ke catu daya melintasi jalur atau rel ketiga jika dapat diserap oleh kereta lain, tetapi dialihkan ke pada resistor-on board. 26
Pengereman Rheostatic Dalam kasus lokomotif diesel-listrik, pengereman dinamis dibatasi pada jenis rheostatic. 27