Upload
santoso-priyo-utomo
View
161
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
ABSTRAK
Generator arus searah (DC) adalah mesin yang mampu membangkitkan tegangan
dan arus searah (DC) dimana inputnya adalah energi mekanis dari putaran
penggerak mula (prime mover). Generator DC menghasilkan arus DC atau arus
searah. Generator DC dibedakan menjadi beberapa jenis berdasarkan dari
rangkaian belitan magnet atau penguat eksitasinya terhadap jangkar (anker), jenis
generator DC yaitu: generator penguat terpisah, generator shunt, dan generator
kompon. Komponen utama generator terdiri dari rotor ( bagian yang bergerak ),
dan stator ( bagian yang diam ). prinsip kerja dari generator sendiri merupakan
aplikasi dari hukum faraday Prinsip dasar generator DC menggunakan hukum
Faraday yang menyatakan jika sebatang penghantar berada pada medan magnet
yang berubah-ubah, maka pada penghantar tersebut akan terbentuk gaya gerak
listrik.
1
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Generator DC merupakan sebuah perangkat mesin listrik dinamis yang
mengubah energi mekanis menjadi energi listrik.
Dalam kehidupan kita sehari – hari Generator DC dapat berfungsi sebagai
salah satu pembangkit arus searah di bengkel – bengkel atau pabrik, sebagai
pengisi accu pada perusahaan pengisi accu, sebagai pengisi accu mobil,
bahkan dipusat – pusat tenaga listrik berfungsi sebagai penguat maknit
( exiciter ) pada generator utama. Mengingat pentingnya penggunaan
generator arus searah ( DC ) dalam kehidupan sehari – hari maka dalam
makalah ini penulis mencoba untuk menggambarkan mengenai dasar-dasar
yang berhubungan mengenai generator arus searah ( DC ).
B. Manfaat
Manfaat dari penyusunan makalah ini adalah untuk memberikan pengetahuan
kepada pembaca tentang pengetahuan umum atau dasar – dasar Generator
DC.
2
BAB II
GENERATOR DC
A. Prinsip Kerja Generator DC
Prinsip kerja suatu generator arus searah berdasarkan hukum Faraday :
e = - N df/ dt
dimana :
N : jumlah lilitan
f : fluksi magnet
e : Tegangan imbas, ggl (gaya gerak listrik)
Dengan lain perkataan, apabila suau konduktor memotong garis-garis
fluksi magnetik yang berubah-ubah, maka ggl akan dibangkitkan dalam
konduktor itu.
Jadi syarat untuk dapat dibangkitkan ggl adalah :
harus ada konduktor ( hantaran kawat )
harus ada medan magnetik
harus ada gerak atau perputaran dari konduktor dalam medan, atau
ada fluksi yang berubah yang memotong konduktor itu.
Untuk menentukan arah arus pada setiap saat, berlaku pada kaidah tangan
kanan :
ibu jari : gerak perputaran
jari telunjuk : medan magnetik kutub u dan s
jari tengah : besaran galvanis tegangan U dan arus I
Untuk perolehan arus searah dari tegangan bolak balik, meskipun tujuan
utamanya adalah pemabangkitan tegangan searah, tampak bahwa
tegangan kecepatan yang dibangkitkan pada kumparan jangkar merupakan
3
tegangan bolak-balik. Bentuk gelombang yng berubah-ubah tersebut
karenanya harus disearahkan.
Untuk mendapatkan arus searah dari arus bolak balik dengan
menggunakan
- saklar
- komutator
- dioda
SISTEM SAKLAR
Saklar berfungsi untuk menghubungsingkatkan ujung-ujung kumparan.
Prinsip kerjanya adalah sebagai berikut :
Bila kumparan jangkar berputar, maka pada kedua ujung kumparan akan
timbul tegangan yang sinusoida. Bila setengan periode tegangan positif
saklar di hubungkan, maka tegangan menjadi nol. Dan bila sakalar dibuka
lagi akan timbul lagi tegangan. Begitu seterusnya setiap setenganh periode
tegangan saklar dihubungkan, maka akan di alirlkan tegangan searah
gelombang penuh.
SISTEM KOMUTATOR
Komutator berfungsi sebagai saklar, yaitu untuk menghubung singkatkan
kumparan jangkar. Komutator berupa cincin belah yang dipasang pada
ujung kumparan jangkar. Bila kumparan jangkar berputar, maka cincin
belah ikut berputar. Karena kumparan berada dalam medan magnet, akan
timbul tegangna bolak balik sinusoidal.
Bila kumparan telah berputar setengah putaran, sikat akan menutup celah
cincin sehingga tegangan menjadi nol. Karena cincin berputar terus, maka
celah akan terbuka lagi dan timbul tegangan lagi. Bila perioda tegangan
sama dengan perioda perputaran cincin, tegangan yang timbul adalah
tegangan arus searah gelombang penuh.
4
Gambar 1. Efek Komutasi
SISTEM DIODA
Dioda adalah komponen pasif yang mempunyai sifat-sifat sebagai berikut:
Bila diberi prasikap maju (forward bias) bisa dialiri arus.
Bila diberi prasikap balik (reverse bias) dioda tidak akan dialiri
arus.
Berdasrakan bentuk gelombang yang dihasilkan, dioda dibagi dalam:
Half wave rectifier (penyearah setengah gelombang)
Full wave rectifier (penyearah satu gelombang penuh)
B. Konstruksi Generator DC
Pada umumnya generator DC dibuat dengan menggunakan magnet
permanent dengan 4-kutub rotor, regulator tegangan digital, proteksi
terhadap beban lebih, starter eksitasi, penyearah, bearing dan rumah
generator atau casis, serta bagian rotor. Gambar dibawah ini menunjukkan
gambar potongan melintang konstruksi generator DC.
5
Gambar 2. Konstruksi Generator DC
C. Bagian – bagian Generator DC
Generator DC terdiri dua bagian, yaitu
1. stator, yaitu bagian mesin DC yang diam yang terdiri dari rangka
motor, belitan stator, sikat arang, bearing dan terminal box. Rangka
stator terbuat dari besi tuang dan merupakan rumah dari semua
bagian-bagian generator. Rangka stator ini berbentuk lingkaran
dimana sambungan-sambungan pada rusuknya akan menjamin
generator terhadap getaran-getaran. Inti stator terbuat dari bahan
ferromagnetic atau besi lunak disusun berlapis-lapis disusun
berlapis-lapis tempat terbnentuknya fluks magnet. Sedangkan
belitan stator terbuat dari tembaga disusun dalam alur-alur, belitan
stator berfungsi tempat terbentuknya gaya gerak listrik
2. rotor, yaitu bagian mesin DC yang berputar, rotor terdiri dari:
komutator, belitan rotor, kipas rotor dan porosrotor. Rotor adalah
merupakan elemen yang berputar, pada rotor terdapat kutub-kutub
magnet dengan lilitan-lilitan kawatnya dialiri oleh arus searah.
Kutub magnet rotor terdiri dua jenis yaitu : Rotor kutub menonjol
(salient), adalah tipe yang dipakai untuk generator-generator
6
kecepatan rendah dan menengah . Rotor kutub tidak menonjol atau
rotor silinder digunakan untuk generator-generator turbo atau
generator kecepatan tinggi. Kumparan medan pada rotor disuplai
dengan medan arus searah untuk menghasilkan fluks dimana arus
searah tersebut dialirkan ke rotor melalui sebuah cincin. Jadi jika
rotor berputar maka fluks magnet yang timbul akibat arus searah
tersebut akan memotong konduktor dari stator yang mengakibatkan
timbulnya gaya gerak listrik. Belitan searah pada struktur medan
yang berputar dihubungkan ke sebuah sumber luar melalui slipring
atau brush. Slipring ini berputar bersama-sama dengan poros dan
rotor. Banyaknya slipring ada dua buah dan pada tiap-tiap slipring
dapat menggeser brostel yang masing-masing merupakan positip
dan negatip guna penguatan ke lilitan medan pada rotor. Slipring
terbuat dari besi baja, kuningan atau tembaga yang dipasang pada
poros dengan memakai bahan isolasi. Untuk membangkitkan arus
searah dibutuhkan sebuah system penguat atau Exiter, suplai
diperoleh dari pembangkit itu sendiri kemudian disearahkan
seterusnya dikembalikan ke rotor melalui slipring.
Bagian yang harus menjadi perhatian untuk perawatan secara rutin adalah
sikat arang yang akan memendek dan harus diganti secara periodic /
berkala. Komutator harus dibersihkan dari kotoran sisa sikat arang yang
menempel dan serbuk arang yang mengisi celah-celah komutator, gunakan
amplas halus untuk membersihkan noda bekas sikat arang.
D. Dasar Perhitungan
1. Perhitungan GGL generator DC
Berdasarkan hukum Imbas dari faraday yakni apabila lilitan
penghantar atau konduktor di putar memotong garis – garis gaya
medan magnet yang diam, atau lilitan penghantar diam di potong oleh
7
garis – garis gaya medan magnet yang berputar maka penghantar
tersebut timbul EMF (elektro motoris force) atau GGL( gaya gerak
listrik) atau tegangan industry.
EMF yang di bangkitkan pada penghantar jangkar adalah tegangan
bolak – balik.
Tegangan bolak – balik tersebut kemudian di searah oleh komutator.
Persamaan umum tegangan yang di bangkitkan oleh DC.
Tegangan yang di bangkitkan oleh generator DC akan mengikuti
persamaan umum.
Dengan,
= Tegangan yang di bangkitkan dalam volt
= fluks / kutub dalam Maxwell
P = Banyaknya kutub.
N = kecepatan putaran jangkar / menit
Z = Jumlah penghantar jangkar
8
= Jumlah hubungan parallel dalam jangkar.
2. Perhitungan Torsi Generator DC
Garis-garis gaya fluks yang diinduksikan dari kumparan stator akan
memotong kumparan rotornya sehingga timbul emf (ggl) atau
tegangan induksi dan karena penghantar (kumparan) rotor merupakan
rangkaian yang tertutup, maka akan mengalir arus pada kumparan
rotor. Penghantar (kumparan) rotor yang dialiri arus ini berada dalam
garis gaya fluks yang berasal dari kumparan stator sehingga kumparan
rotor akan mengalami gaya Lorentz yang menimbulkan torsi yang
cenderung menggerakkan rotor sesuai dengan arah pergerakan medan
induksi stator.
3. Perhitungan Kuat Medan Generator DC
Jika ada kawat yang berarus maka di sekitar kawat tersebut akan
timbul medan magnet, Medan magnet pada generator dapat di
bangkitkan dengan 2 cara yaitu
Dengan magnet permanen
Dengan magnet remanen
Generator DC dengan magnet permanen sering juga di sebut magneto
dynamo, karena memiliki banyak kekurangan maka generator dengan
magnet permanen sudah jarang digunakan.
Sedangkan generator DC menggunakan magnet remanen
menggunakan medan magnet listrik atau sering disebut elektro magnet,
penggunaan elektro magnet sekarang ini banyak di gunakan karena
mempunyai beberapa kelebihan yaitu Medan magnet yang di
bangkitkan dapat di atur sesuai dengan kebutuhan
Pada generator DC berlaku hubungan Sebagai berikut :
9
Sehingga besarnya medan magnet yang di bangkitkan dapat di ketahui
melalui persamaan :
= Eg ..60P . N .Z
Dimana :
= Tegangan yang di bangkitkan dalam volt
= fluks / kutub dalam Maxwell
P = Banyaknya kutub.
N = kecepatan putaran jangkar / menit
Z = Jumlah penghantar jangkar
= Jumlah hubungan parallel dalam jangkar
E. Jenis – jenis Generator DC
Generator arus searah (DC) adalah mesin yang mampu membangkitkan
tegangan dan arus searah (DC) dimana inputnya adalah energi mekanis
dari putaran penggerak mula (prime mover).
Proses konversi didalam mesinnya sendiri sebenarnya tegangan dan arus
bolak-balik (lihat gambar 10), akan tetapi sebelum ditransmisikan ke
output harus melewati sistim penyearahan (komutasi) yang merubah
menjadi tegangan dan arus yang searah.
Berdasarkan penguatan medannya maka generator DC terbagi menjadi :
1. Generator Penguat Terpisah (separately exited generator)
2. Generator Penguat Shunt (shunt exited generator)
3. Generator Penguat Seri (series exited generator)
4. Generator Penguat Majemuk Pendek (Short Compound exited
generator)
5. Generator Penguat Majemuk Panjang (Long Compound exited
generator)
10
Generator kompon sering juga dibagi :
1. Generator Majemuk Komulatif (Cumulatiely Compound
Generator)
2. Generator Majemuk Differensial (Differently Compound
Generator)
Generator DC Kompon
Generator generator arus searah dan motor arus searah agak sama dalam konstruksi.Jika di gerakkan dari luar sebuah motor arus searah akan memberikan arus searah sedangkan sebuah generator arus searah biasanya mampu dijalankan sebagai motor.Akan tetapi kedua-duanya akan bekerja lebih efisien jika digunakan sesuai dengan tujuan mesin tersebut tersebut dirancang.
Generator arus searah didasarkan pada prinsip dasar yakni bila sebuah penghantar dibuat berputar melalui suatu medan magnet,suatu gaya gerak listrik (ggl) akan diindusir didalam penghantar tersebut.Sebaliknya mototr arus searah mengandalkan pada kenyataan bahwa sebuah penghantar arus dan bebas bergerak dalam suatu medan magnet akan mengalami suatu gaya mekanis.
Sebuah generator gulungan kompon mengandung kedua kumparan medan seri dan shunt,maka dengan proporsi eksitasi yang tepat yang dihasilkan oleh medan-medan ini .dapat diperoleh pengontrolan tegangan terminal pada berbagai beban.Mesin dikatakan kurang kompon (under compounded) apabila tegangan terminal untuk berbagai variasi beban tersebut menurun.Mesin dikatakan kompon rata (level compounded) apabila tegangan terminal untuk berbagai variasi beban tersebut tetap sama.Mesin dikatakan kompon lebih (over compounded) apabila tegangan terminal untuk berbagai variasi beban tersebut naik.
Berikut adalah gambar generator dc kompon yang merupakan gabungan dari generator dc seri dan shunt:
11
Pada gambar diatas (gambar skema mesin DC) terlihat bahwa statornya mempunyai kutub tonjol dan diteral oleh satu atau lebih kumparan medan, pembagian fluks celah udara yang dihasilkan oleh lilitan medan secara simetris berada disekitar garis tengah kutub medan. Sumbu ini dinamakan sumbu medan atau sumbu langsung.Sikat-sikat ditempatlan sedemikian rupa sehingga sehingga komutasi terjadi pada saat sisi kumparan berada didaerah netral, yaitu ditengah-tengah antara kutub-kutub medan. Dengan demikian sumbu dari gelombang AGM-Armatur treletak 90’ listrik dari dari sumbu kutub medan, yaitu pada sumbu kuadratur.
II. Prinsip Kerja Armatur (Kompon)Dimana tegangan AC yang dibangkitkan pada masing-masing kumparan kompon berputar diubah menjadi DC pada ujung-ujung armatur luas melalui suatu komutator berputar dan sikat diam yang menghubungkan ujung-ujung kawat armatur. Gabungan antara komutator dan sikat akan membentuk suatu penyearha mekanis, sehingga menghasilkan tegangan armatur DC disamping gelombang AGM tertentu diruang.
12
Pada gambar diatas, sikat tampak pada sumbu kuadratur karena disitulah kedudukan dari kumparan yang dihubungkannya. Sehingga gelombang AGM armatur terletak sepanjang sumbu sikat, seperti pada gambar, gambar tersebut merupakan gambar rangkaian sederhana dari rangkaian sederhana dari mesin generator kompon.
Hubungan antara tgl keadaan ajek yang dibangkitkan Ea dan tegangan ujung Vt adalah:Vt = Ea –IaRa Ea lebih besar dari Vt
Dimana : Vt = tegangan terminalIa = arus pada jangkar / keluaran arus pada armaturRa = hambatan pada jangkar / tahanan rangkaian armaturEa = tegangan yang dibangkitkan
III. Efek Dari AGM Armatur (Kompon)Arus gerak magnetic mempunyai efek tertentu pada pembagian ruang dari fluks celah-udara dan magnituda dari fluks keseluruhan tiap kutub. Efek pada pembagian fluks penting karena batas dari komutasi yang berhasil secara langsung terpengaruh, efek pada magnituda flukd penting karena tegangan yang dibangkitkan serta momen kakas tiap satuan arus armatur dipengaruhinya.
Generator Majemuk Komulatif
Generator jenis ini mempunyai penguatan ganda yaitu penguatan seri dan shunt serta efek medan keduanya terhadap jangkar saling memperkuat (cumulative).Sehingga total magnetomotive force keduanya adalah,Fnet = Fsh+Fse-FarDimana :
Fne = mmf efektif ke mesinFsh = mmf medan shuntFse = mmf medan serFar = mmf akibat reaksi jangkar (armature reaction)Arus medan shunt efektif mesin adalah,
13
If * = If + (Nse/Nsh)Ia – Far/NshDari segi konstruksinya generator DC majemuk kumulatif dapat diperoleh dari generator DC majemuk sambungan ‘Short Shunt’ (shunt pendek) dan generator DC majemuk ‘Long Shunt’ (shunt panjang) dengan rangkaian ekivalen seperti berikut :Kakteristik terminal generator DC majemuk kumulatif dapat diturunkan dan dianalisa. Jika beban bertambah sehingga arus beban bertambah (IL bertambah),maka: Ia (Ra + Rs) bertambah ,sehingga drop tegangan bertambah Ia bertambah .maka mmf medan seri bertambah (Fe =Nse Ia ) sehingga fluks mesin bertambah , maka Ea bertambah pula .Dari fenomena kedua hal di atas maka yang berpengaruh terhadap tegangan terminal oleh adanya jumlah medan seri.* Jika Nse sedikit ,maka drop tegangan lebih dominan terhadap pertambahan tegangan sehingga tetap terjadi penurunan tegangan terminal oleh pembebanan Kondisi ini disebut undercompound .* Jika Nse lebih banyak , maka dengan bertambahnya beban II,mula-mula tegangan terminal bertambah ,jika beban beban bertambah terus maka tegangan terminal akan mulai menurun sehingga Vnl =Vfl dan disebut flat compound.* Jika Nse banyak ,maka dengan bertambahnya beban tegangan terminal masih naik sampai beban penuh Vfl > Vnl dan kondisi ini disebut overcompound .
Karakteristik tersebut digambarkan seperti berikut dengan perbandingan generator DC shunt:
Karakteristik di atas dapat juga dibuat dengan menambahkan resistor diverter yang disambung secara paralel terhadap kumparan medan seri dimana resistor tersebut dapat diatur besar resistansinya .Gambar rangkainya seperti berikut :
rinsip pengaturan tegangan terminal pada generator Dc majemuk adalah dengan mengatur kecepatan putarnya (ω) dan mengatur arus medan (II)
14
BAB III
PENUTUP
A. Kesimpulan
Adapun kesimpulan dari makalah ini adalah :
1. Generator arus searah (DC) adalah mesin yang mampu
membangkitkan tegangan dan arus searah (DC) dimana inputnya
adalah energi mekanis dari putaran penggerak mula (prime mover).
2. Prinsip kerja suatu generator arus searah berdasarkan hukum
Faraday :
e = - N df/ dt
3. Pada umumnya generator DC dibuat dengan menggunakan magnet
permanent dengan 4-kutub rotor, regulator tegangan digital,
proteksi terhadap beban lebih, starter eksitasi, penyearah, bearing
dan rumah generator atau casis, serta bagian rotor.
4. Generator DC terdiri dua bagian, yaitu
stator, yaitu bagian mesin DC yang diam, dan bagian rotor,
yaitu bagian mesin DC yang berputar. Bagian stator terdiri
dari: rangka motor, belitan stator, sikat arang, bearing dan
terminal box.
rotor terdiri dari: komutator, belitan rotor, kipas rotor dan
porosrotor.
5. Berdasarkan penguatan medannya maka generator DC terbagi
menjadi :
Generator Penguat Terpisah (separately exited generator)
Generator Penguat Shunt (shunt exited generator)
Generator Penguat Seri (series exited generator)
Generator Penguat Majemuk Pendek (Short Compound
exited generator)
Generator Penguat Majemuk Panjang (Long Compound
exited generator)
15
16