Komutasi di Mesin DC
Arus yang diinduksi dalam konduktor jangkar generator DC bersifat bolak-balik. Perubahan dari arus bolak-balik yang dibangkitkan ke arus searah yang diterapkan melibatkan proses Komutasi.
Ketika konduktor armature berada di bawah kutub utara, arus yang diinduksi mengalir dalam satu arah. Sedangkan arus mengalir berlawanan arah ketika berada di bawah kutub selatan.
Saat konduktor melewati pengaruh kutub utara dan memasuki kutub selatan, arus di dalamnya dibalik. Pembalikan arus terjadi di sepanjang MNA atau sumbu sikat. Ketika bentang sikat memiliki dua segmen komutator, elemen belitan yang terhubung ke segmen tersebut dihubung pendek.
Istilah Komutasi berarti perubahan yang terjadi pada elemen belitan selama periode hubung singkat oleh sikat. Mari kita memahami Komutasi lebih jelas dengan mempertimbangkan belitan cincin sederhana yang ditunjukkan di bawah ini pada Gambar A.
Pada posisi yang ditunjukkan pada Gambar A, arus I yang mengalir menuju sikat dari sisi kiri melewati kumparan searah jarum jam.
Sekarang perhatikan gambar B lainnya yang ditunjukkan di bawah ini:
Pada gambar di atas, posisi kumparan menunjukkan bahwa jumlah arus yang sama dibawa oleh semua kumparan, dan arah arus juga sama, tetapi kumparan terlalu dihubung pendek oleh sikat.
Pada Gambar C yang diperlihatkan di bawah sikat membuat kontak dengan batang a dan b, sehingga terjadi hubungan pendek koil 1. Arus masih I dari sisi kiri dan I dari sisi kanan. Terlihat bahwa kedua arus ini dapat mencapai sikat tanpa melewati kumparan 1.
Pada gambar D yang ditunjukkan di bawah ini, batang (b) baru saja meninggalkan sikat, dan korsleting kumparan satu telah berakhir. Sekarang diperlukan arus I yang mencapai sikat dari sisi kanan berlawanan arah jarum jam.
Dari semua pembahasan di atas, terlihat bahwa selama periode hubung singkat kumparan jangkar oleh sikat arus dalam kumparan harus dibalik dan juga dibawa ke nilai penuhnya dalam arah sebaliknya. Waktu terjadinya hubung singkat disebut periode pergantian (Komutasi).
Gambar di bawah menunjukkan bagaimana arus dalam kumparan hubung singkat bervariasi selama interval singkat hubung singkat. Kurva b menunjukkan bahwa arus berubah dari +I ke –I secara linier dalam periode komutasi. Pergantian seperti itu disebut Pergantian Ideal atau Pergantian Garis Lurus.
Jika arus yang melalui kumparan 1 belum mencapai nilai penuh pada posisi pada gambar D, maka karena kumparan 2 membawa arus penuh, selisih antara arus yang melalui elemen 2 dan 1 harus melompat dari batang komutator ke sikat di bentuk percikan.
Dengan demikian, penyebab percikan pada komutator adalah kegagalan arus dalam elemen hubung singkat untuk mencapai nilai penuh dalam arah sebaliknya pada akhir hubung singkat. Ini dikenal sebagai pergantian bawah atau pergantian tertunda.
Kurva arus terhadap waktu dalam kasus seperti itu ditunjukkan pada Gambar E oleh kurva A. Dalam kurva pergantian ideal B, arus kumparan komutasi berubah secara linier dari +I ke –I selama periode pergantian.
Dalam praktek yang sebenarnya, arus dalam kumparan hubung singkat setelah periode pergantian tidak mencapai nilai penuhnya. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa koil hubung singkat menawarkan induktansi diri di samping resistansi. Laju perubahan arus sangat tinggi sehingga induktansi diri koil membentuk ggl balik, yang melawan pembalikan.
Karena arus dalam kumparan harus berubah dari +I ke –I, perubahan totalnya adalah 2I. Jika tc adalah waktu hubung singkat dan L adalah induktansi kumparan (= induktansi diri kumparan hubung singkat + induktansi timbal balik dari kumparan tetangga), maka nilai rata-rata tegangan induksi sendiri adalah:
Ini disebut tegangan reaktansi.
Tegangan besar yang muncul di antara segmen komutator tempat kumparan dihubungkan menyebabkan percikan pada sikat mesin. Percikan komutator sangat berbahaya, dan akan merusak permukaan komutator dan sikat. Efeknya kumulatif yang dapat menyebabkan korsleting mesin dengan busur di sekitar komutator dari sikat ke sikat.
