PENJANA AU

PENJANA AU Prinsip, Binaan, Asas Kendalian dan Contoh-contoh pengiraan untuk Penjana AU

Pengenalan • Voltan dengan Arus Ulangalik (AU) boleh ditinggikan atau direndahkan nilainya dengan mudah, dijana dan diagihkan secara efisyen dengan nilai yang tinggi • Penjana AU dan Pengulangalik (alternator) berkendali atas prinsip aruhan elektromagnet seperti Penjana Arus Terus (Penjana AT)

Menurut Hukum Faraday berkenaan penjanaan….. • Apabila pengalir memotong fluks magnet, daya gerak elektrik (dge) akan teraruh di dalam pengalir tersebut • Magnitud dge yang teraruh adalah bersamaan dengan kadar pemotongan fluks

e

dØ (volt) = N dt

Menurut Hukum Faraday berkenaan penjanaan…..

e • • • •

e N Ø t

dØ (volt) = N dt

= Voltan Janaan (volt) = Jumlah lilitan pengalir = Jumlah fluks perkutub (weber) = Masa (saat)

Binaan Penjana AT Imbas kembali

• Menggunakan Magnet Kekal sebagai Pemegun (Stator) • Terdiri daripada beberapa bentuk belitan pengalir (winding) yang dipasangkan pada Pemutar (Rotor) • Menghubungkan Rotor dengan terminal keluaran melalui Penukar Tertib

Binaan Penjana AU • Menggunakan Magnet Kekal sebagai Pemegun (Stator) • Terdiri daripada beberapa bentuk belitan pengalir (winding) yang dipasangkan pada Pemutar (Rotor) • Menghubungkan Rotor dengan terminal keluaran melalui Gelang Gelincir • Terdiri dari jenis 1 Fasa dan 3 Fasa

Binaan Penjana AU (tanpa berus karbon) • Menggunakan Magnet Kekal sebagai Pemutar (Rotor) • Terdiri daripada beberapa bentuk belitan pengalir (winding) yang dipasangkan pada Pemegun (Stator) • Tiada hubungan terus antara Rotor dengan terminal keluaran (tiada gelang gelincir / ‘brushless’ – untuk 1 fasa sahaja)

Binaan Penjana AT Kuk

Penukar Tertib

Berus Karbon

Belitan Pemegun (Stator)

Pemutar (Rotor)

Binaan Penjana AU 1 Fasa Kuk

Gelang Gelincir

Berus Karbon

Belitan Pemegun (Stator)

Pemutar (Rotor)

Binaan Penjana AU 3 Fasa Kuk

Gelang Gelincir

Berus Karbon

Belitan Pemegun (Stator)

Pemutar (Rotor)

Prinsip Binaan Penjana AT Kutub Stator

S Penukar Tertib

U Belitan Pengalir Rotor

Berus Karbon

Terminal Keluaran (untuk penjana) atau Terminal Masukan (untuk motor)

Prinsip Binaan Penjana AU Kutub Stator

S Gelang Gelincir

U Belitan Pengalir Rotor

Terminal Keluaran (untuk penjana) atau Terminal Masukan (untuk motor) Berus Karbon

Prinsip Kendalian Penjana AU S

U

Arah Medan Magnet

Arah Aliran Arus yang terhasil

Arah Pengalir digerakkan

Prinsip Kendalian Penjana AU

S

U

N

Terminal Keluaran

L

Gelombang Keluaran

Prinsip Kendalian Penjana AU

S

U

N

Terminal Keluaran

L

Gelombang Keluaran

Prinsip Kendalian Penjana AU

S

U

N

Terminal Keluaran

L

Gelombang Keluaran

Prinsip Kendalian Penjana AU

S

U

N

Terminal Keluaran

L

Gelombang Keluaran

Prinsip Kendalian Penjana AU

S

U

N

Terminal Keluaran

L

Gelombang Keluaran

Prinsip Kendalian Penjana AU

S

U

N

Terminal Keluaran

L

Gelombang Keluaran

Prinsip Kendalian Penjana AU

S

U

N

Terminal Keluaran

L

Gelombang Keluaran

Prinsip Kendalian Penjana AU

S

U

N

Terminal Keluaran

L

Gelombang Keluaran

Prinsip Kendalian Penjana AU

S

U

N

Terminal Keluaran

L

Gelombang Keluaran

Prinsip Kendalian Penjana AU

S

U

N

Terminal Keluaran

L

Gelombang Keluaran

S

U

Prinsip Kendalian Penjana AU (Tanpa Berus Karbon)

N

Terminal Keluaran

L

Gelombang Keluaran

S

U

Prinsip Kendalian Penjana AU (Tanpa Berus Karbon)

N

Terminal Keluaran

L

Gelombang Keluaran

S

U

Prinsip Kendalian Penjana AU (Tanpa Berus Karbon)

N

Terminal Keluaran

L

Gelombang Keluaran

Prinsip Kendalian Penjana AU (Tanpa Berus Karbon) S N

Terminal Keluaran

L

Gelombang Keluaran

U

Prinsip Kendalian Penjana AU (Tanpa Berus Karbon) S

U N

Terminal Keluaran

L

Gelombang Keluaran

Prinsip Kendalian Penjana AU (Tanpa Berus Karbon) S U N

Terminal Keluaran

L

Gelombang Keluaran

Prinsip Kendalian Penjana AU (Tanpa Berus Karbon) S U N

Terminal Keluaran

L

Gelombang Keluaran

Prinsip Kendalian Penjana AU (Tanpa Berus Karbon) S

U

N

Terminal Keluaran

L

Gelombang Keluaran

S

U

Prinsip Kendalian Penjana AU (Tanpa Berus Karbon)

N

Terminal Keluaran

L

Gelombang Keluaran

S

U

Prinsip Kendalian Penjana AU (Tanpa Berus Karbon)

N

Terminal Keluaran

L

Gelombang Keluaran

Konsep Segerak dalam Penjana AU Persamaan Pertama

N= Di mana; N f P

120 f P

= kelajuan putaran rotor (rpm / psm) = frekuensi (Hz) = bilangan kutub medan

N, juga boleh dikenali sebagai laju segerak kerana ia merupakan Kelajuan yang perlu bagi sesebuah penjana AU / alternator dipacu / diputar Untuk menjanakan dge pada frekuensi yang diperlukan

Voltan Janaan untuk Penjana AU Persamaan Kedua

E fasa = 2 kf kd kp f Ø Z Di mana; Z f P Ø kd kp (kc) kf

= bilangan pengalir / bilangan sisi gelung dalam siri sefasa, T (satu gelung bagi sebuah mesin mempunyai 2 sisi = 2T) = frekuensi dge terjana (kitar/saat dalam Hz) = bilangan kutub medan = fluks perkutub (Wb) = faktor agihan, ( kd = [ sin m(β/2) ] / [ m sin(β/2) ] ) = faktor jangkauan / faktor jarak, (kp = cos α/2) = faktor bentuk (jika dge dianggap sinusoidal, kf = 1.11)

Voltan Janaan untuk Penjana AU Persamaan Kedua

E fasa = 2 kf kd kp f Ø Z Di mana; Z f P Ø kd kp (kc) kf

= bilangan pengalir / bilangan sisi gelung dalam siri sefasa, T (satu gelung bagi sebuah mesin mempunyai 2 sisi = 2T) = frekuensi dge terjana (kitar/saat dalam Hz) = bilangan kutub medan = fluks perkutub (Wb) = faktor agihan, ( kd = [ sin m(β/2) ] / [ m sin(β/2) ] ) = faktor jangkauan / faktor jarak, (kp = cos α/2) m = 1 ,sinusoidal, bagi sambungan simpleks = faktor bentuk (jika dge dianggap kf = 1.11) m = 2 , bagi sambungan dupleks m = 3 , bagi sambungan tripleks

Contoh-contoh soalan berkenaan Penjana AU Vt

Soalan 1 …. Tentukan nilai frekuensi dge terjana bagi sebuah penjana AU yang mempunyai 10 kutub dan dipacu dengan kelajuan 3000 pusingan seminit. Tentukan kelajuan putaran bagi penjana tersebut, jika voltan yang dijanakan perlu mempunyai frekuensi 60 Hertz.

JAWAPAN…. Data yang diberi; Kelajuan, N = 3000 Kutub,P = 10 Rumus Berkaitan N = 120f / P

LANGKAH 1 Tentukan f pada N = 3000

JAWAPAN…. Data yang diberi; Kelajuan, N = 3000 Kutub,P = 10 Rumus Berkaitan N = 120f / P

N = 3000 P = 10 f = 50 N = 120f / P N P = 120f f = ( N )( P ) / 120 f = ( 3000 )( 10 ) / 120 f = 250Hz

JAWAPAN…. Data yang diberi; Kelajuan, N = 3000 Kutub,P = 10 Rumus Berkaitan N = 120f / P

N = 3000 P = 10 f = 50 N = 120f / P N P = 120f f = ( N )( P ) / 120 f = ( 3000 )( 10 ) / 120 f = 250Hz

LANGKAH 2 Tentukan N jika f = 60Hz

JAWAPAN…. Data yang diberi; Kelajuan, N = 3000 Kutub,P = 10 Rumus Berkaitan N = 120f / P

Data yang diberi; Frekuensi, f = 60

N = 3000 P = 10 f = 50 N = 120f / P N P = 120f f = ( N )( P ) / 120 f = ( 3000 )( 10 ) / 120 f = 250Hz Jika f = 60Hz, N = 120f / P N = 120 (60) / 10 N = 720 psm

Soalan 2 …. Satu alternator 3 fasa, 2 kutub, 210 pengalir di dalam angker mempunyai nilai fluks per kutub 17.5mWb. Bentuk gelombang mesin ini adalah sinusoidal dan frekuensi voltan yang dijanakan 50 Hz. Anggap bahawa Faktor Agihan (Kd) dan Faktor Jarak (Kp) adalah uniti. Kirakan voltan Vppgd (Vrms) yang terjana

JAWAPAN…. Data yang diberi; P=2 Z = 210 Ø = 17.5 mWb f = 50 Hz Kd = 1 Kp = 1

Rumus Berkaitan E Fasa = 2 Kf Kd Kp f Ø Z

LANGKAH 1 Kenalpasti bentuk gelombang

JAWAPAN…. Data yang diberi; P=2 Z = 210 Ø = 17.5 mWb f = 50 Hz Kd = 1 Kp = 1

Rumus Berkaitan E Fasa = 2 Kf Kd Kp f Ø Z Kf = 1.11, E fasa = 2.22 Kd Kp f Ø Z E fasa = 2.22 (1)(1)(50)(17.5m)(210) E fasa = 408V

JAWAPAN…. Data yang diberi; P=2 Z = 210 Ø = 17.5 mWb f = 50 Hz Kd = 1 Kp = 1

Rumus Berkaitan E Fasa = 2 Kf Kd Kp f Ø Z Kf = 1.11, E fasa = 2.22 Kd Kp f Ø Z E fasa = 2.22 (1)(1)(50)(17.5m)(210) E fasa = 408V

LANGKAH 2 Voltan Talian Terjana

JAWAPAN…. Data yang diberi; P=2 Z = 210 Ø = 17.5 mWb f = 50 Hz Kd = 1 Kp = 1

Rumus Berkaitan E Fasa = 2 Kf Kd Kp f Ø Z Kf = 1.11, E fasa = 2.22 Kd Kp f Ø Z E fasa = 2.22 (1)(1)(50)(17.5m)(210) E fasa = 408V E Talian = √ 3 E Fasa E Talian = √ 3 (408) E Talian = 707 V