Keuntungan Uji Motor DC Menggunakan Analisis Rangkaian Motor

Pengujian kelistrikan motor listrik Arus Searah (DC) merupakan tantangan dalam industri, manufaktur, dan pusat perbaikan. Masalah utama berkaitan dengan kemampuan untuk membandingkan satu kumparan dengan kumparan berikutnya, seandainya informasi yang tepat tidak tersedia. Dalam artikel ini, masalah pengujian sederhana untuk meningkatkan kepercayaan pengujian dan kesimpulan analisis menggunakan Motor Circuit Analysis (MCA) akan dibahas.

Istilah MCA berasal dari metode pengujian yang memberikan informasi tentang komponen dasar motor listrik AC atau DC. Komponen-komponen dasar ini meliputi:

• Resistensi, diukur dalam Ohm
• Impedansi, diukur dalam Ohm
• Induktansi, diukur dalam Henries
• Sudut fase belitan induksi, diukur dalam derajat
• Resistansi isolasi, diukur dalam Meg-Ohm

Instrumen yang akan dirujuk dalam artikel ini menyediakan pembacaan ini dengan menghasilkan tegangan rendah, gelombang sinus, arus bolak-balik (impedansi, induktansi, sudut fasa), sinyal pada frekuensi 100 hingga 800 hertz, sinyal DC tegangan rendah untuk resistensi, dan 500 atau 1.000 volt DC untuk uji resistensi isolasi.

Selain itu, pengujian khusus yang disebut I/F dilakukan di mana frekuensi yang diterapkan digandakan, dan rasio dihasilkan dari perubahan impedansi belitan. Tes ini diperkenalkan untuk mengidentifikasi korsleting belitan awal yang mungkin ada pada belitan. Dengan menggunakan data yang diterapkan, kondisi belitan motor DC dapat dievaluasi melalui perbandingan kumparan, perbandingan dengan pembacaan yang diketahui, atau dengan tren perubahan pada belitan selama periode waktu tertentu.

Motor listrik DC yang akan disertakan dalam artikel ini adalah motor DC seri, shunt, dan gabungan. Beberapa pengujian dasar yang dijelaskan dapat dilakukan pada magnet permanen, servo DC, peralatan mesin DC, dan lainnya (meskipun motor DC tanpa sikat dievaluasi dengan cara yang mirip dengan motor AC). Jenis-jenis motor listrik DC dapat dijelaskan berdasarkan belitan dan koneksinya.

Teori Motor DC

Motor listrik Arus Searah beroperasi berdasarkan prinsip dasar kelistrikan: interaksi antara dua medan magnet yang diposisikan pada sudut satu sama lain akan menarik/menolak sehingga menghasilkan gerakan. Dalam kasus motor listrik DC, daya diberikan ke medan stator dan dinamo yang menciptakan medan magnet yang, secara elektrik, sekitar 90 derajat satu sama lain. Tarikan/ tolakan yang dihasilkan dari medan menghasilkan torsi dan dinamo berputar.

Komponen dasar motor listrik DC meliputi:

• Rangka – Membuat struktur luar mesin. Ini digunakan untuk memasang sebagian besar komponen lain dari motor
• Medan – Ini adalah kumparan yang dipasang pada potongan kutub medan yang menghasilkan medan magnet stasioner.
• Interpoles – Ini adalah kumparan yang ditempatkan di antara kumparan medan yang menghasilkan medan yang digunakan untuk mencegah percikan api yang berlebihan pada kuas.
• Endshield – Juga disebut rumah bantalan, digunakan untuk menampung sikat, dan tali-temali sikat, dan untuk menampung bantalan poros, yang menahan angker yang berada di tengah rangka.
• Tali-temali sikat – Memegang dan memposisikan sikat di atas komutator angker. Biasanya, alat penegang digunakan untuk mempertahankan tekanan yang konstan pada kuas.
• Sikat – Ini digunakan untuk menyediakan DC ke angker. Kuas naik pada komutator.
• Komutator – Terdiri dari banyak batang tembaga yang dipisahkan oleh mika. Setiap batang dihubungkan ke kumparan di angker.
• Angker – Ini adalah bagian berputar dari motor yang berisi kumparan.

Tidak seperti kebanyakan motor AC, motor DC memerlukan daya terpisah untuk disediakan ke medan dan dinamo. DC yang diberikan ke medan stator menghasilkan rangkaian medan Utara dan Selatan yang konstan. DC yang diberikan ke dinamo menghasilkan medan Utara dan Selatan yang berjarak 90 derajat listrik dari medan stasioner.

Saat dinamo menghasilkan torsi dan bergerak ke arah kutub Utara atau Selatan yang sesuai, sikat mengubah posisi pada komutator, memberi energi pada satu set kumparan lain 90 derajat listrik dari bidang stasioner. Hal ini sebenarnya membuat dinamo menjadi komponen Arus Bolak-balik karena arus akan mengalir ke satu arah, berdasarkan posisi sikat, kemudian ke arah lain saat motor beroperasi.

Sikat diatur pada posisi sedemikian rupa sehingga “netral” secara elektrik (tidak ada arus yang diinduksikan dari medan stator) untuk mengurangi percikan api. Pada sebagian besar koneksi motor DC, dengan memvariasikan tegangan jangkar, kecepatan operasi dapat diubah. Salah satu bahaya umum yang melekat pada motor DC adalah jika arus medan hilang sementara arus jangkar dipertahankan, motor dapat lepas landas dan kecepatannya meningkat hingga jangkar rusak sendiri.

Tiga jenis belitan dasar yang dapat digunakan untuk mengidentifikasi jenis motor DC meliputi:

• Seri: Biasanya ditemukan dalam aplikasi yang membutuhkan torsi awal yang tinggi. Mereka terdiri dari satu set gulungan medan dari kawat besar dan lilitan yang relatif sedikit, ditandai S1 dan S2, yang dihubungkan secara seri ke interpole dan angker, ditandai A1 dan A2 (Lihat Gambar 1). Motor yang terhubung seri biasanya digunakan sebagai motor traksi dan memiliki resistansi dasar yang sangat rendah.
• Shunt: Biasanya ditemukan dalam aplikasi yang memerlukan kecepatan konstan. Mereka terdiri dari satu set gulungan medan kawat yang lebih kecil dengan banyak lilitan, ditandai F1 dan F2 untuk tegangan tunggal dan F1, F2, F3, dan F4 untuk tegangan ganda, dan A1 dan A2 untuk interpole dan angker (Lihat Gambar 2). Motor yang terhubung dengan shunt biasanya digunakan sebagai motor derek dan motor alat berat dan memiliki resistansi dasar yang relatif tinggi.
• Senyawa: Menggabungkan manfaat dari motor seri dan motor shunt wound. Mereka memberikan torsi yang relatif tinggi dengan ketahanan dasar terhadap perubahan kecepatan operasi. Sambungan ini menggabungkan sambungan seri dan shunt (Lihat Gambar 3). Motor kompon adalah yang paling umum dan banyak ditemukan di industri manufaktur.

Seperti yang bisa dilihat, hanya ada sedikit kumparan yang bisa dibandingkan satu sama lain dalam mesin DC rakitan. Namun, prosedur dapat dikembangkan untuk pengujian belitan yang memberikan tingkat kepercayaan hasil pengujian yang tinggi.

Kesalahan Kelistrikan Motor DC yang Umum Terjadi

Ada sejumlah gangguan kelistrikan motor DC yang umum terjadi dan yang paling umum akan dijelaskan di sini. Hal ini diakibatkan oleh masalah khusus pada desain motor DC akibat suhu, gesekan, dan kontaminan internal seperti karbon atau grafit.

Salah satu penyebab paling umum dari gangguan belitan pada motor DC adalah kontaminasi belitan dari debu karbon atau grafit (karbon) dari sikat. Serbuk halus meresap ke dalam semua belitan stasioner dan belitan yang berputar dan akan menciptakan jalur antara konduktor atau antara konduktor ke arde. Karbon sering kali terperangkap dan masalahnya semakin diperparah melalui praktik pembersihan dan perawatan ketika karbon ditiup dengan udara bertekanan atau dinamo dibersihkan dan dipanggang. Dalam kedua kasus tersebut, karbon dapat menjadi padat di sudut-sudut, biasanya tepat di belakang komutator. Ini akan berakhir sebagai gangguan ground atau korsleting yang terjadi tepat pada sambungan komutator.

Kesalahan umum lainnya, yang sering tidak dipertimbangkan, adalah pendinginan mesin DC. Hal ini dapat terjadi karena saluran pendingin tersumbat, dinamo diputar terlalu lambat tanpa pendinginan tambahan, atau karena filter yang kotor (kesalahan terkait pendinginan yang paling umum). Suhu adalah musuh terbesar peralatan listrik, terutama sistem insulasi, yang mana masa pakainya akan berkurang setengahnya untuk setiap kenaikan suhu 10 derajat celcius (aturan praktis yang berlaku). Saat isolasi melemah, keandalannya menurun hingga terjadi gangguan belitan di antara belokan. Selain sistem insulasi yang menurun, sikat juga menurun lebih cepat, menyebabkan peningkatan keausan pada komutator dan kontaminasi karbon tambahan pada belitan.

Gangguan lain yang terkait dengan panas dihasilkan dari praktik yang memiliki medan berenergi dengan angker dalam keadaan diam (tidak berenergi). Ini adalah mode operasi umum yang memerlukan blower terpisah untuk memberikan pendinginan pada motor yang biasanya memiliki filter yang harus dijaga kebersihannya. Jenis kesalahan ini biasanya mengakibatkan kumparan shunt korslet, mengurangi kemampuan motor untuk menghasilkan torsi, dan dapat berakhir dengan kondisi berbahaya dari kecepatan berlebih dinamo jika tidak dipelihara dengan benar.

Komutator juga memberikan peluang untuk kesalahan, serta indikator operasi dan kondisi motor. Motor DC yang beroperasi dengan baik akan memiliki lapisan karbon yang halus pada komutator dengan batang-batang yang terlihat seragam. Batang komutator yang terbakar, kaca yang tergores, karbon yang berat, atau kondisi komutator yang terlalu panas mengindikasikan potensi masalah yang harus diatasi.

Pengujian Angker

Armatur DC adalah komponen yang paling memakan waktu tetapi paling mudah untuk diuji. Ada tiga metode dasar yang akan diperkenalkan: tren; dirakit; dan, dibongkar. Dalam kasus tren, semua pengukuran digunakan, namun, dalam kasus pengujian rakitan dan pembongkaran, pengukuran impedansi batang-ke-batang akan digunakan. Impedansi dilihat karena dinamo adalah komponen AC dan pengukuran resistansi sederhana dapat melewatkan beberapa kesalahan termasuk korsleting dan ground. Trending akan ditinjau dalam prosedur trending keseluruhan untuk motor DC nanti di artikel ini.

Saat menguji dinamo motor DC yang telah dirakit, metode terbaik adalah dengan melakukan apa yang umumnya dikenal sebagai tes bar-to-bar menggunakan sikat motor. Dalam kasus motor DC yang memiliki dua sikat, tidak ada sikat yang perlu dinaikkan, dalam kasus motor DC yang memiliki empat atau lebih set sikat, semua kecuali dua set 90 derajat dari satu sama lain perlu dinaikkan, yang mengeluarkannya dari sirkuit pengujian. Pastikan kontak yang baik dipertahankan pada komutator dengan memastikan bahwa 90%+ sikat bersentuhan dengan batang komutator dan batang komutator bersih. Jika tidak bersih, poles angker dengan lembut, menggunakan metode yang disetujui, sebelum melakukan pengujian. Jika komutator sudah sangat aus, komutator perlu dibongkar dan komutator “diputar dan dilemahkan,” dalam hal ini tes bar-to-bar yang dibongkar akan sesuai. Setelah ditetapkan, tandai posisi satu batang pada komutator, kemudian bawa batang ke posisi yang berada tepat di bawah ujung terdepan salah satu kuas. Dalam tes rakitan, Anda mungkin akan mencakup setidaknya satu setengah batang dengan kuas. Lakukan uji impedansi, catat pembacaannya, dan gerakkan dinamo sehingga ujung terdepan sikat berada di atas batang komutator berikutnya. Lakukan pembacaan impedansi berikutnya dan lanjutkan hingga setiap batang telah diuji. Hasil yang baik akan menunjukkan pola yang konsisten, sedangkan pola yang tidak konsisten akan mengidentifikasi angker yang buruk.

Pengujian bar-to-bar yang dibongkar mirip dengan pengujian yang dirakit, selain angker berada di luar bingkai dan penguji memiliki akses penuh ke komutator. Dalam hal ini, penguji akan menggunakan perlengkapan angker atau kabel uji untuk menghubungkan dari batang ke batang. Jarak antara setiap pembacaan impedansi harus konstan dan sekitar 90 hingga 180 derajat satu sama lain. Batang pertama harus ditandai dan pengujian dilanjutkan hingga salah satu kaki perlengkapan pengujian atau kabel pengujian telah berputar 360 derajat mengelilingi komutator. Tandai impedansi untuk setiap pengujian bar-ke-bar, kemudian lihat untuk memastikan bahwa ada pola yang konsisten.

Pengujian Motor Seri

Motor listrik seri sangat menantang untuk dipecahkan masalahnya karena tidak menyediakan set medan untuk dibandingkan. Pembacaan dapat diambil dari S1 ke S2 dan A1 ke A2 kemudian dibuat tren dari waktu ke waktu atau dibandingkan dengan mesin lain yang serupa.

Ketika membuat tren pembacaan dari waktu ke waktu, pembacaan resistansi sederhana harus dikoreksi untuk suhu, biasanya relatif terhadap ^25oC. Impedansi dan Induktansi biasanya memiliki perubahan terbatas karena suhu, sedangkan sudut fase dan pembacaan I/F akan tetap konstan, terlepas dari suhu. Variasi pada I/F dan sudut fase akan menunjukkan belitan korslet, sedangkan perubahan pada Impedansi dan Induktansi biasanya menunjukkan belitan kotor.

Membandingkan motor yang serupa akan memerlukan informasi tambahan. Operator harus memastikan bahwa motor berasal dari produsen dan desain yang sama, serta kecepatan, daya, dll. Motor “model” harus baru atau dibangun kembali sesuai dengan spesifikasi pabrikan asli. Saat melakukan pembacaan komparatif, suhu pengujian harus serupa dari motor ke motor, namun, pembacaan I/F dan sudut fasa dapat dibandingkan secara langsung. Pembacaan ini tidak boleh berubah lebih dari +/- 2 poin untuk I/F dan +/- 1 derajat untuk sudut fase. Kesalahan umum ketika belitan medan seri dibangun kembali, meskipun lebih jarang terjadi daripada kumparan shunt, adalah penggantian ukuran kawat yang tidak tepat, yang akan berdampak pada kemampuan motor untuk menghasilkan torsi.

Pengujian Motor Shunt

Motor shunt tegangan ganda memberikan kemampuan untuk membandingkan dua set belitan sementara motor tegangan tunggal akan memiliki prosedur pengujian yang sama dengan pengujian belitan motor seri, menggunakan F1 ke F2 sebagai lawan S1 ke S2.

Dengan tegangan ganda, belitan shunt diberi label F1 ke F2 dan F3 ke F4 yang memungkinkan analis untuk menguji dan membandingkan kedua set belitan ini.

Ketika menguji dan memecahkan masalah pembacaan dari waktu ke waktu, pembacaan resistansi sederhana harus dikoreksi untuk suhu, biasanya relatif terhadap ^25oC. Impedansi dan Induktansi akan berubah lebih banyak daripada motor belitan seri karena resistansi sederhana yang lebih tinggi dari rangkaian. Sudut fase dan I/F akan tetap konstan, dalam 1 hingga 2 poin, berapa pun suhunya. Variasi pada I/F dan sudut fase akan menunjukkan belitan korslet, sedangkan perubahan pada Impedansi dan Induktansi biasanya menunjukkan belitan kotor. Perbandingan antara F1 ke F2 dan F3 ke F4 harus kurang dari 3% dalam hal resistansi, induktansi, dan impedansi, serta tidak lebih dari 1 titik berbeda dalam I/F atau sudut fase.

Motor sejenis dapat diuji dan dibandingkan sama seperti motor lilitan seri. Jika memungkinkan, motor harus diuji, saat pembacaan tren, pada suhu yang sama dengan pengujian sebelumnya. Misalnya, dalam beberapa menit setelah mematikan peralatan yang sedang beroperasi atau sebelum menyalakan peralatan, hal ini memungkinkan pengujian dilakukan pada suhu yang sama.

Uji Motor DC Majemuk

Pengujian di tempat, tren dan pemecahan masalah jauh lebih sederhana dengan motor kompon. Motor kompon tegangan tunggal biasanya diberi label A1 ke A2, S1 ke S2, dan F1 ke F2, dan motor kompon tegangan ganda biasanya diberi label A1 ke A2, S1 ke S2, F1 ke F2, dan F3 ke F4. Poin tambahan utama pada motor belitan majemuk adalah bahwa belitan seri biasanya dililitkan di atas belitan shunt, yang memungkinkan terjadinya kesalahan antara kedua belitan ini.

Pada motor kompon, pengujian biasanya dilakukan dari terminal penggerak DC. Pengujian MCA standar menggunakan ALL-TEST melibatkan tegangan rendah, sinyal frekuensi lebih tinggi yang tidak akan merusak output elektronik peralatan, sehingga mengurangi kebutuhan untuk melepaskan kabel dari drive saat pengujian. Namun, jika analis ingin memeriksa resistansi isolasi antara seri dan belitan shunt, kabel harus dilepaskan dari drive. Ketika melakukan trending dari drive DC, uji A1 ke S2 dan dua kabel medan kemudian lakukan uji resistansi isolasi 500 Volt antara kabel S2 dan F1 dan bandingkan dengan pengujian sebelumnya atau motor serupa, dalam kedua kasus tersebut, pembacaan resistansi isolasi harus tetap berada di atas 100 Meg-Ohm.

Unit ALL-TEST memungkinkan penganalisis untuk segera membandingkan pembacaan masa lalu dengan pembacaan saat ini sebagai pemeriksaan cepat yang memungkinkan penganalisis membuat keputusan cepat untuk menguji belitan lebih lanjut. Seperti yang disebutkan dalam teknik pengujian motor seri dan shunt, pembacaan I/F dan sudut fasa tidak boleh berubah lebih dari 1 titik di antara pengujian, namun seiring waktu, belitan seri dan medan akan sangat bervariasi satu sama lain.

Pemecahan masalah motor kompon harus dilakukan di motor itu sendiri. Lepaskan semua kabel motor dan pisahkan. Uji belitan seri dan medan seperti yang diuraikan dalam petunjuk belitan seri dan shunt, kemudian lakukan uji resistansi insulasi antara belitan seri dan shunt, resistansi insulasi harus lebih besar dari 100 Meg-Ohm.

Catatan Pengujian Motor DC MCA

Beberapa poin penting dapat dilakukan dengan menggunakan pengujian MCA pada semua jenis motor DC:

1. Pembacaan I/F di luar kisaran -15 hingga -50, misalnya, -56, mengindikasikan adanya gangguan belitan.
2. Jika pengujian menunjukkan resistensi tak terbatas antara kabel dari sirkuit yang sama menunjukkan belitan terbuka.
3. Peningkatan resistansi sederhana di antara pengujian, ketika dikoreksi untuk suhu, menunjukkan koneksi yang longgar, khususnya ketika pembacaan impedansi dan induktansi berubah. Resistansi sederhana yang berkurang, ketika dikoreksi untuk suhu, dapat mengindikasikan adanya korsleting, biasanya disertai dengan perubahan impedansi, induktansi, sudut fasa, dan I/F.
4. Ketika menguji motor seperti motor, I/F dan sudut fasa tidak boleh berubah lebih dari 2 poin, perbedaan apa pun yang lebih besar dari ini akan mendorong analisis penuh.
5. Perubahan saat pengujian melalui sirkuit angker harus meminta pengujian bar-to-bar.

Dengan mengikuti petunjuk sederhana ini, menggunakan perangkat MCA, akan memungkinkan Anda untuk menangkap kesalahan awal jauh sebelum peralatan gagal beroperasi. Jika melakukan pengujian sebagai bagian dari program pemeliharaan prediktif, intervalnya minimal harus seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1.

Tabel 1: Frekuensi Uji Motor DC

Tes pemeliharaan umum adalah tes yang tidak menjadi tren dari waktu ke waktu. Biasanya disertai dengan getaran, pelumasan bantalan, inspeksi komutator, dan inspeksi sikat. Pengujian pemeliharaan prediktif biasanya melibatkan pembacaan tren dari waktu ke waktu untuk mendeteksi potensi kerusakan, kemudian menentukan waktu terbaik untuk melepas motor untuk pemeliharaan korektif. Setelah potensi gangguan terdeteksi, frekuensi pengujian akan meningkat hingga ditentukan bahwa motor perlu dilepas. Uji angker lengkap harus dilakukan bersamaan dengan uji pemeliharaan umum atau prediktif karena tekanan tinggi pada komutator dan kontaminasi karbon.

Kesimpulan

Pengujian kelistrikan umum motor listrik arus searah menjadi jauh lebih mudah dengan teknik baru yang tersedia dengan analisis rangkaian motor statis. Untuk pertama kalinya, gangguan belitan awal dapat dideteksi pada belitan seri, shunt, dan angker sebelum peralatan tidak beroperasi. Tes pemeliharaan prediktif dapat dilakukan dari drive dengan tes pemecahan masalah yang dilakukan di motor. Secara umum, pengujian relatif cepat, hanya membutuhkan waktu kurang dari lima menit per motor untuk pengujian pemeliharaan prediktif, dengan waktu tambahan yang diperlukan untuk pemecahan masalah. Secara keseluruhan, pengujian MCA secara dramatis meningkatkan pengujian motor DC dibandingkan metode pengujian kontinuitas tradisional.

Tentang Penulis

Howard W. Penrose, Ph.D. memiliki pengalaman lebih dari 15 tahun di industri motor listrik dan perbaikan motor listrik. Dimulai sebagai tukang reparasi motor listrik di Angkatan Laut AS hingga servis lapangan dan evaluasi peralatan berputar kecil hingga besar dari semua jenis, sebagai Kepala Insinyur bengkel motor besar di Midwestern. Penrose telah terlibat langsung dalam penggulungan ulang, pelatihan, dan pemecahan masalah AC, DC, rotor belitan, sinkron, peralatan mesin, dan peralatan khusus. Penelitian lebih lanjut yang dilakukannya meliputi motor listrik dan keandalan industri, metode pengujian, efisiensi energi, dan dampak pemeliharaan terhadap produksi. Penrose adalah mantan Ketua IEEE Bagian Chicago, mantan Ketua Dielektrik dan Masyarakat Isolasi Listrik IEEE Chicago, Anggota Profesional Asosiasi Kumparan dan Gulungan Manufaktur Listrik, Profesional MotorMaster Bersertifikat Departemen Energi AS, Analis Getaran, Analis Inframerah, dan Analis Rangkaian Motor.