KOMUTATOR (2)

KONDISI  PERMUKAAN  KOMUTATOR.

Komutator hanya akan bekerja baik bila ada kontak elektrik yang baik antara permukaan komutator dengan carbon brush. Untuk mencapai hal ini diperlukan permukaan komutator yang halus, dipolish, permukaan yang silindris yang berputar pada center nya. Anda harus melihatnya sendiri pada waktu komutator berputar pada kecepatan maksimum dan melihat geseran antara carbon brush dengan permukaan komutator untuk melihat mengapa permukaan itu harus se halus dan se-center mungkin. Perlu diingat bahwa komutator itu bukan sebuah unit yang pejal. Ia terdiri dari segmen-segmen tembaga dan plat-plat mika yang diklem diantara suku-suku yang terbuat dari besi.
Segmen segmen komutator ini peka terhadap perubahan suhu, karena koefisien muai suku-sukunya berbeda-beda. Kondisi ini akan menyebabkan selalu ada tegangan mekanis internal yang cenderung akan menggeser posisi suku-suku ini. Suku-suku ini juga cenderung akan saling bergeser pada waktu komutator berputar akibat adanya gaya sentrifugal.

Walau telah dilakukan usaha untuk mempertahankan agar permukaan komutator halus, selalu saja ada variasi kecil pada permukaan komutator ini. Variasi kecil ini akan dapat diikuti oleh gerakan carbon brush yang ditekan dengan pegas untuk “melekat” di permukaan komutator, asalkan variasinya tidak terlalu mengejut. Adalah tugas maintener untuk mengamati permukaan komutator apakah ada masalah padanya dan berusaha memperbaikinya sebelum terjadi kerusakan yang fatal. Diperlukan pengetahuan tentang beberapa kondisi permukaan dan bagaimana kondisi ini mempengaruhi komutasi.

SURFACE  FILM

Suksesnya operasi mesin DC tergantung pada bagaimana memelihara adanya “surface film” pada permukaan komutator. Film yang terdiri dari carbon, grafit, oksida tembaga dan uap air akan mengendap pada permukaan komutator akibat gejala elektro-kimiawi. Film itu terbentuk oleh adanya tekanan geser carbon brush ke permukaan komutator dan oleh adanya arus normal yang mengalir dari komutator ke carbon brush  Pada kenyataanya permukaan komutator tidak pernah halus sempurna, walau kalau diraba atau dilihat dengan mata kelihatanya rata/halus. Hal inilah yang memungkinkan terbentuknya surface film.

Pada komutator baru atau yang habis direkondisi, carbon brush juga sedang menyesuaikan bentuk (sedang melamak diri) dan itulah mulainya terbentuk film dari karbon, segera setelah arus mulai mengalir. Mungkin diperlukan beberapa jam atau beberapa hari sampai carbon film benar-benar terwujud. Setelah carbon film terbentuk, film ini akan tetap terjadi dan terjaga oleh adanya geseran carbon brush dan adanya arus dari komutator ke carbon brush.  Suhu sekitar, kelembaban dan laju pemakaian carbon brush, semuanya berpengaruh terhadap surface film ini. Bila film ini rusak, baik oleh penyebab arus listrik ataupun oleh penyebab mekanis, komutator dan carbon brush akan lebih cepat aus.

Kontak geser semacam carbon brush dan komutator, sangat sensitif bahkan terhadap variasi kondisi udara sekitar sekecil apapun. Kontaminasi asam, basa, debu dan minyak, akan bereaksi terhadap carbon brush dan permukaan komutator yang dapat merusak kondisi permukaan komutator. Bahkan perubahan normal dari kelembaban udara dapat berpengaruh pada contact voltage drop dan gaya gesek dari carbon brush. Perubahan-perubahan ini dapat membuat adanya pola-pola (pattern) yang “tidak biasa” pada permukaan komutator.

Kontaminasi kimiawi adalah yang paling besar pengaruhnya, karena pembentukan endapan material oksida karbon biasanya akan sangat merusak. Endapan debu akan mengikis adanya film ini, sementara endapan partikel lain akan bereaksi dengan tembaga dan membentuk material non konduktif. Banyak lagi material organik yang bersifat kontaminasi juga merusak surface film komutator. Uap minyak sangat berpengaruh terhadap surface film ini. Ia akan membentuk insulating film surface, tapi juga membuat adanya noktah-noktah pada surface film. Hal ini akan membuat kerusakan film yang lebih cepat. Pengecekan apakah ada tidaknya kerusakan dilakukan pada pemeliharaan periodik. Bila tidak nampak ada kerusakan, tidak diperlukan suatu tindakan tertentu.

Beberapa tipe carbon brush memberi carbon film yang lebih tebal dari jenis yang lain, tergantung tingkat kekerasan carbon brush tersebut. Carbon brush dengan kekerasan tertentu memerlukan kerapatan arus yang lebih besar dari jenis yang lain. Pabrik pembuat mesin elektrik akan merekomendasikan jenis dan grade/tingkat kekerasan carbon brush yang sesuai. Jangan mengganti atau mencampur dengan grade yang lain. Akan berpengaruh terhadap kerusakan komutator maupun umur carbon brush. Pentingnya memelihara surface film ini tidak dapat diabaikan. Bila surface film terpelihara, keausan carbon brush dan komutator akan diminimalisir. Komutasi juga akan lebih baik, tandanya adalah tidak terlihat adanya bunga api listrik  yang merusak. 

Perubahan warna tembaga mencadi coklat tua (deep brown-chocolate) tidak menjadi masalah asalkan tetap halus dan tampak seperti dipolish glossy (Gambar 6)

POLA WARNA

Terminologi “color pattern” menya-takan bahwa pola warna dari segmen-segmen  komutator tidak-lah uniform dan tertentu. Pola ini hampir selalu bergantung pada pengaturan coil pada armature slots

Pola-pola ini tidak menyatakan adanya kerusakan. Pola warna ini ada beberapa jenis (Gambar 7 dan Gambar 8). Selama polanya tertentu untuk seluruh permukaan komutator, tidak perlu dihiraukan.

 

MARKING.  ETCHING  DAN  FLAT  SPOT

Permukaan komutator dapat mengalami gejala yang dikenal dengan sebutan discolorisation. Beberapa penyebab terjadinya discolorisation dan etching antara lain

1.   Beban terlalu berat

2.  2.   Penyetelan elektrik salah, seperti shims yang tidak tepat dipasang  dibelakang commutating pole. Gap interpole yang salah.

3.   Kekerasan carbon brush (brush grade) tidak tepat.                       

4.   Permukaan komutator kasar.

5.   Udara terkontaminasi.

6.   Brush spacing tidak tepat.

7.   Brush shifting tidak tepat.

Cara terbaik untuk mengatasi kondisi ini adalah dengan mengetahui penye-babnya dan melakukan koreksi-koreksi yang diperlukan. Apabila kerusakan lebih lanjut tidak terjadi, “penyakit” ini mungkin akan sembuh dengan sendirinya, bila sekali saja penyebabnya dapat dieliminir. Bila ditemukan bahwa komutator itu harus dibubut ulang, hal itu harus dikerjakan bersama dengan mengeliminasi penyebab utama tadi.

MARKING.

Kondisi marking pada permukaan komutator nampak sebagai noda hitam, atau endapan hitam pada segmen komutator, umumnya terjadi pada sisi trailing, tanpa terlihat adanya etching atau korosi tembaga dibawahnya.

Check kondisi ini secepatnya dengan menggunakan karet penghapus pensil untuk menghapus deposit. Kemudian periksalah apakah permukaan  tembaga  menjadi lebih kasar atau terjadi berbintik-bintik (pitting). Bila tidak nampak sesuatu, kondisi ini disebut marking, hapus saja dengan kain pel (Gambar  9).

BAR  SURFACE  ETCHING.

Kondisi etching permukaan segmen (bar surface etching) nampak seperti marking yang berat, penghapus pensil tidak dapat menghapus “pitting” nya, dan segmen nampak ter-erosi. Atau permukaan segmen seperti terbakar. Kondisi ini disebabkan oleh adanya bunga api antara carbon brush dengan segmen komutator dan etching ini biasanya nampak dengan mata telanjang bila marking sudah dihapus (Gambar 10 dan Gambar  11).

Terminologi “burned segmen commutator” sering digunakan untuk meng-indikasikan adanya surface etching. Ini sering dipakai untuk menyatakan kondisi kelanjutan etching yang berarti etching meluas tidak hanya pada segmen, tetapi sudah pada permukaan komutator.

 

Bila kondisi etching sisi segmen (bar corner etching) semacam ini terjadi, sisi  segmen komutator kelihatan ter-erosi, nampak sisi ini terkikis, tetapi tidak nampak tanda marking atau surface etching. Bar corner etching lebih mudah dilihat kalau kita menggunakan lampu senter untuk menyoroti sisi segmen komutator yang akan memantulkan sinar dari senter kita.

FLAT  SPOT

Apabila etching tidak segera ditangani dan diperbaiki, dan proses itu terjadi dan berlangsung terus, maka akan terjadi kondisi noktah datar (flat spot). Flat spot dapat juga terjadi oleh penyebab mekanis, misalnya getaran oleh bearing yang sudah rusak. Namun, sebagai acuan, bahwa flat spot terjadi akibat gangguan sebelumnya yang diindikasikan oleh adanya komutetator yang segmennya terbakar(burned segment commutator) (Gambar  12).

THREADING

Threading adalah kondisi permu-kaan komutator yang nampak adanya alur melingkar pada komutator. Threading terjadi akibat goresan oleh carbon brush atau oleh gejala elektro-kimiawi.

ada gejala threading ringan, yang nampak adalah hanya surface film atau warna yang tergores, tetapi pada threading berat, permukaan komutator akan bergelombang (rippled).

Ini dapat dirasakan dengan kuku jari bila kita menggosokan kuku jari kita sepanjang permukaan segmen (Gambar 13 dan Gambar  14).

 

Permukaan carbon brush yang aus akan mengisi celah segmen. Diwaktu komutator bergeser oleh gerakan end play, carbon brush-carbon brush, terangkat dari celah segmen. Kemudian kontak antara brush dengan komutator terputus, terjadi spark dan komutasi terhenti.

Beberapa hal yang mungkin menjadi penyebab terjadinya threading :

1.    Kerapatan arus pada carbon brush selalu rendah (mesin dibebani ringan)

2.    Ada debu atau material abrasif pada permukaan carbon brush

3.    Serpihan mika atau tembaga melekat pada permukaan carbon brush

4.    Kekerasan carbon brush tidak tepat.

Temukan penyebab threading dan lakukanlah grinding untuk perbaikan sesuai dengan grinda yang dapat dipasang pada lokomotif menurut tool catalog. Atau lakukanlah pembubutan komutator,

COPPER  DRAG

Pada kondisi tertentu, dapat saja tembaga terkikis dari ujung trailing segmen komutator. Nampak sebagai akibatnya ada serpihan tembaga di permukaan komutator.

Copper drag disebabkan oleh partikel tembaga, oksida tembaga dan kontaminasi yang tidak terikat erat pada permukaan komutator. Pada saat komutator berputar, carbon brush akan mengikis material ini dan ada yang masuk ke slot komutator. Hal ini akan menyebabkan jarak antara segmen komutator tidak sama. Oleh adanya jarak yang berbeda itu akan timbul bunga api pada carbon brush-carbon brush dan pada akhirnya menimbulkan flashover. Jangan rancu antara copper drag dengan bar corner etching (Gambar 15 & Gambar  16)

 

Penyebab adanya copper drag antara lain :

1.    Lingkungan/udara terkontaminasi

2.    Ada serpihan tembaga melekat pada permukaan brush.

3.    Ada hard spot pada carabon brush

4.    Kekerasan carbon brush tidak tepat

5.    Getaran yang berlebihan.

6.    Kerapatan arus rendah.

Salah satu cara mengatasi copper drag adalah dengan cara membersihkan permukaan komutator sesekali dengan “light brush seater stone” Aoabila copper drag ini terjadi terus menerus, slot komutator harus dikeruk dan dibersihkan.

BANDING

Banding adalah kerusakan permukaan komutator yang membentuk alur (band) sekeliling permukaan dimana surface film sebagian atau seluruhnya hilang. Alur bands ini bisa saja sangat sempit (jangan rancu dengan threading), tetapi bisa juga dalam ukuran sekian persen dari brush path. Lihat Gambar  17 untuk salah satu contoh kerusakan dalam bentuk banding.

Penyebab banding antara lain :

1.    Brush film sangat tebal (film robek dari permukaan)

2.    Salah satu carbon brush kekerasanya tidak memenuhi syarat

3.    Hard spot pada carbon brush.

Kerusakan banding dapat di-perbaiki dengan gerinda tangan. Tentu saja setelah penyebabnya diketahui.

EKSENTRISITAS.

Permukaan komutator bisa saja halus, tetapi ia berputar tidak pada centernya. Ini adalah kelainan permukaan komutator terhadap carbon brush yang sangat umum dan sangat mudah diikuti. 

Dapat mudah dilihat pada adanya gerakan naik turunnya carbon brush pada setiap putaran. Bila putaran bertambah, gerak eksentrik ini makin cepat.

Pada akhirnya kontak antara brush dengan komutator akan putus dan secara bertahap akan membakar permukaan komutator. Bila hal ini berkelanjutan permukaan komutator akan rusak (Gambar  18).

Penyebab eksentritas antara lain.

1.    As motor bengkok

2.    Bearing rusak

3.    Komutator dibubut pada mesin yang tidak center

4.    Distorsi akibat perubahan suhu yang amat besar yang amat cepat.

5.    Pada single bearing generator, eksentrisitas terjadi kalau penyetelan kopling tidak baik

Bila terjadi kondisi ini, cari dulu penyebabnya, baru kemudian lakukan penggerindaan, atau pembubutan. Jangan gunakan gerinda tangan.

Apabila armature itu sedang tidak dalam terasembling dengan stator, bubutlah komutator, kalau bisa jangan ganti bearingnya. Apabila komutator dibubut dengan shaftnya sendiri, clearance pada bearng sisi komutator harus sekitar 0,001 in

at mudah dilihat pada adanya gerakan naik turunnya carbon brush pada setiap putaran. Bila putaran bertambah, gerak eksentrik ini makin cepat.

Pada akhirnya kontak antara brush dengan komutator akan putus dan secara bertahap akan membakar permukaan komutator. Bila hal ini berkelanjutan permukaan komutator akan rusak (Gambar  18).

Penyebab eksentritas antara lain.

1.    As motor bengkok

2.    Bearing rusak

3.    Komutator dibubut pada mesin yang tidak center

4.    Distorsi akibat perubahan suhu yang amat besar yang amat cepat.

5.    Pada single bearing generator, eksentrisitas terjadi kalau penyetelan kopling tidak baik

Bila terjadi kondisi ini, cari dulu penyebabnya, baru kemudian lakukan penggerindaan, atau pembubutan. Jangan gunakan gerinda tangan.

Apabila armature itu sedang tidak dalam terasembling dengan stator, bubutlah komutator, kalau bisa jangan ganti bearingnya. Apabila komutator dibubut dengan shaftnya sendiri, clearance pada bearng sisi komutator harus sekitar 0,001 in

SURFACE  BREAK

Dapat terjadi bahwa ada beda level pada permukaan komutator. Hal ini dapat terjadi akibat komutator yang benjol (bump). Walau beda level permukaan amat kecil, tekanan pegas yang kuatpun tidak dapat mempertahankan agar brush tetap melekat pada permukaan komutator. Brush akan melompat dari level yang lebih tinggi ke level yang lebih rendah pada salah satu arah. Bila arah putaran berbalik beda level ini akan “menendang” brush dan brush melompat keluar permukaan komutator. Hal ini akan menyebabkan timbulnya sparking, diikuti dengan timbulnya erosi electrik yang akan membuat adanya flat spot pada permukaan komutator. Bila rpm-nya tinggi, tendangan ini akan dapat membuat brush menyerpih (Gambar  19).

 

Penyebab timbulnya surface breaks antara lain, pemukaan komutator benjol, karena penanganan yang tidak hati-hati. Dapat juga akibat benturan dengan tool berat, dsb,  Untuk perbaikannya permukaan harus dihaluskan kembali, bisa dengan grinda (bukan grinda tangan).

SEGMEN  KOMUTATOR  MENONJOL 

Bila motor listrik diberi arus, tetapi ia tidak berputar, segmen dibawah brush akan mengalami pemanasan setempat dan memuai.

Pemuaian ini akan membuat segmen ini lebih tinggi dari segmen-segmen disebelahnya. Bila kemudian armature berputar, segmen yang tinggi ini akan menendang brush dan pada giliranya akan menimbulkan bunga api dan membakar permukaan komutator. Bila kondisi ini tidak segera diperbaiki, brush akan menyerpih dan menimbulkan flashover (Fig 20 dan Gambar  21)

 

Dalam keadaan yang lebih berat, hal ini akan menimbulkan suhu yang tinggi pada tembaga dan membuat tembaga itu menjadi keras, disamping itu juga merusak ikatan pada mika. Bila hal ini terjadi , mica flakes akan bergeser dari area pressurenya dan membuat daya ikat antar segnmen melemah. Tembaga yang mengeras akibat pemanasan akan berbeda laju keausanya dibanding tembaga biasa, mudah longgar dari ikatan dan akan terangkat keatas oleh kecepatan armature yang tinggi. Segmen yang mengeras ini dapat dideteksi dengan menggunakan scleroscope atau alat yang sejenis. Sering juga ia dapat dilihat dari adanya discolorization pada sisi luar dari bidang jalan carbon brush (brush track).

 

MIKA  TINGGI (HIGH  MICA)

High mica menyatakan hubungan antara tinggi permukaan plat mika terhadap permukaan komutator.  (Gambar  22-A  menyatakan tinggi yang benar). Dalam pemakaian normal, permukaan komutator akan aus secara bertahap.

Pada waktu tembaganya aus, kedalaman slot akan berkurang sampai satu saat ujung mika akan lebih tinggi dari permukaan komutator (Gambar  22-B).

Pada kondisi ini mika dalam kondisi “mika tinggi”. Kondisi mika tinggi ini dapat terjadi baik karena keausan pada waktu operasi, maupun kesalahan pada waktu melakukan rekondisi

Kondisi kelainan yang lain adalah yang disebut “feathers edge” (Gambar 22-C). Kondisi ini terjadi akibat salah melakukan pemotongan (undercut). Kondisi high mica ini akan membuat komutasi menjadi jelek dan pada giliranya merusakkan komutator.

KERUSAKAN KARENA FLASH OVER.

Dalam operasinya komutaor tidak akan serta merta rusak, permukaan komutator akan menampakkan gejala awal kerusakan, yang memberi isyarat apa yang akan terjadi di kemudian hari. Setiap kondisi yang menimbulkan bunga api, harus dicurigai sebagai keadaan yang akan menyebabkan terjadinya suatu flashover. 

Setiap bunga api yang cukup besar, akan menyebabkan udara diatas permukaan komutator menjadi konduktif karena udara disitu terionisasi. Konduktifnya udara diatas permukaan komutator ini akan menyebabkan adanya loncatan muatan listrik besar dari satu brush holder ke brush holder yang lain dan terjadilah apa yang disebut sebagai flashover. Bukti bahwa telah terjadi flashover pada permukaan komutator, adalah nampak adanya percikan tembaga pada ujung-ujung segmen pada brush holder dan sekitar isolasi, bahkan pada frame (Gambar  23).

Apabila nampak tanda-tanda bekas flashover, bersihkan komutator, amati apa ada kerusakan yang parah. Periksa kondisi permukaan carbon brush. Perbaiki bagian-bagian yang rusak. Kalau parah, ganti komutatornya.

sekian dulu artikel dari komutator 2, masih ada lagi artikel mengenai komutator dan akan di posd pada postingan berikutnya. Terima kasih.