KATA PENGANTAR

Puji dan syukur saya panjatkan kehadirat Tuhan yang maha esa atas

rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah ini. Penulisan

makalah ini merupakan tugas dalam perkulihan Mesin-mesin Listrik I

Dalam Penulisan makalah ini penulis merasa masih banyak kekurangan-

kekurangan baik pada teknis penulisan maupun materi, mengingat akan

kemampuan yang dimiliki penulis. Untuk itu kritik dan saran dari semua pihak

sangat penulis harapkan demi penyempurnaan pembuatan makalah ini.

Dalam penulisan makalah ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih

yang tak terhingga kepada pihak-pihak yang membantu penulis untuk membuat

makalah ini, khususnya kepada:

1. Bapak Mahalla, ST, M Eng selaku dosen mata kuliah Mesin-mesin Listrik I

yang telah memberikan tugas, petunjuk, kepada penulis sehingga penulis

termotivasi dan menyelesaikan tugas ini.

2. Rekan-rekan semua di fakultas teknik elektro UNIDA 2015

3. Secara khusus penulis menyampaikan terima kasih kepada keluarga tercinta

yang telah memberikan dorongan dan bantuan serta pengertian yang besar

kepada penulis, baik selama mengikuti perkuliahan maupun dalam

menyelesaikan makalah ini

Semoga materi ini dapat bermanfaat dan menjadi sumbangan pemikiran

bagi pihak yang membutuhkan, khususnya bagi penulis sehingga tujuan yang

diharapkan dapat tercapai, Amin.

Banda Aceh, 17 Desember 2015

Penulis

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dalam dunia kelistrikan, kita mengenal suatu alat yang disebut motor

listrik dan generator listrik. Secara sederhana, generator listrik berfungsi

untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik sedangkan motor

listrik berfungsi untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Dri

kedua fungsi masing-masing alat tersebut terdapat hubungan. Sebuah

generator akan bekerja dengan dibantu motor listrik untuk menggerakkan

generator tersebut. Namun pada skala besar, seperti pada PLTA, generator

akan dibantu turbin untuk menggerakkan generator tersebut. Dari fungsi

generator tersebut, menjadikan alat ini sangat diperlukan dalam kehidupan

sehari-hari. Generator itu sendiri ada dua macam, yaitu generator DC ( arus

searah) dan generator AC (arus bolak-balik). Perbedaan mendasar dari kedua

generator ini adalah pada sumber tegangan yang dihasilkan.

Dalam kehidupan sehari-hari, semakin banyak peralatan elektronika yang

menggunakan listrik sebagai sumber utama. Apabila terjadi listrik padam

dalam sehari saja, maka sebagian aktivitas manusia akan terhambat. Oleh

karena itu dalam makalah ini, kami mencoba untuk menjelaskan tentang

generator listrik khususnya generator searah (DC).

1.2 Rumusan Masalah

1. Apa itu generator DC ?

2. Bagaimana prinsip kerja dari henerator DC?

3. Bagaimana konstruksi dari generator DC?

4. Apa maksud dari reaksi jangkar pada generator DC?

5. Apa saja jenis-jenis generator?

6. Apa saja rugi-rugi yang terjadi pada generator?

7. Apa saja karakteristik generator DC?

1.3 Tujuan

1. Mengetahui pengertian generator DC

2. Mengetahui prinsip kerja generator DC

3. Mengetahui konstruksi generator DC

4. Mengetahui maksud dari reaksi jangkar generator DC

5. Mengetahui jenis-jenis generator

6. Mengetahui rugi-rugi yang terjadi pada generator

7. Mengetahui karakteristik generator DC

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Pengertian Generator DC

Generator DC merupakan mesin DC yang digunakan untuk mengubah

energi mekanik menjadi energi listrik. Secara umum generator DC adalah tidak

berbeda dengan motor DC kecuali pada arah aliran daya. Berdasarkan cara

memberikan fluks pada kumparan medannya, generator arus searah (DC) dapat

dikelompokkan menjadi dua yaitu generator berpenguatan bebas dan generator

berpenguatan sendiri. Generator DC berpenguatan bebas merupakan generator

yang mana arus medannya di suplai dari sumber DC eksternal. Tegangan searah

yang dipasangkan pada kumparan medan yang mempunyai tahanan akan

menghasilkan arus dan menimbulkan fluks pada kedua kutub. Tegangan induksi

akan dibangkitkan pada generator.

Pada karakteristik berbeban sebuah generator DC menunjukkan

bagaimana hubungan antara tegangan terminal dan arus medan ketika generator

dibebani. Bila generator dibebani maka akan mengalir arus beban. Pada generator

DC penguatan shunt penurunan tegangan terminal akan semakin besar bila terus-

menerus dibebani, dan arus medan Ifpada mesin ikut turun. Ini menyebabkan

fluks pada mesin turun sehingga nilai Ea turun yang menyebabkan penurunan

tegangan terminal lebih besar. Sedangkan pada generator DC penguatan bebas

Tegangan terminal Vt akan berkurang akibat efek demagnetisasi dari reaksi

jangkar. Pengurangan ini dapat di atasi dengan peningkatan arus medan yang

sesuai. Tegangan terminal Vt akan lebih kecil dari pada GGL E yang

dibangkitkan, sebesar Ia.Ra, dimana Ra adalah resistansi rangkaian jangkar.

Penurunan tegangan ini dapat dengan suatu segitiga yang disebut segitiga portier,

yang sisinya sebanding Ia. karena Iakonstan maka segitiga ini konstan dalam

batas-batas belum jenuh. Menurunnya tegangan terminal ini akan menyebabkan

arus medan turun, dan Ea juga akan mengalami penurunan.

2.2 Prinsip Kerja Generator DC

Prinsip kerja suatu generator arus searah berdasarkan hukum Faraday :

Dimana : N = Jumlah Lilitan

= Fluksi Magnet

E = Tegangan Imbas, GGL (Gaya Gerak Listrik)

Dengan lain perkataan, apabila suatu 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

Gambar 1. Prinsip kerja Generator DC

Keterangan gambar :

Pada gambar Generator DC Sederhana dengan sebuah penghantar kutub

tersebut, dengan memutar rotor ( penghantar ) maka pada penghantar akan

timbul EMF.

Kumparan ABCD terletak dalam medan magnet sedemikian rupa sehingga

sisi A-B dan C-D terletak tegak lurus pada arah fluks magnet.

Kumparan ABCD diputar dengan kecepatan sudut yang tetap terhadap

sumbu putarnya yang sejajar dengan sisi A-B dan C-D.

GGL induksi yang terbentuk pada sisi A-B dan sisi C-D besarnya sesuai

dengan perubahan fluks magnet yang dipotong kumparan ABCD tiap detik

sebesar :

Untuk menentukan arah arus pada setiap saat, berlaku pada kaidah tangan

kanan :

ibu jari : gerak perputaran

jari telunjuk : medan magnetik kutub utara dan selatan

jari tengah : besaran galvanis tegangan U dan arus I

Untuk perolehan arus searah dari tegangan bolak-balik, meskipun tujuan

utamanya adalah pembangkitan tegangan searah, tampak bahwa tegangan

kecepatan yang dibangkitkan pada kumparan jangkar merupakan tegangan

bolak-balik. Bentuk gelombang yang 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 setengah periode tegangan positif

saklar di hubungkan, maka tegangan menjadi nol. Dan bila saklar dibuka lagi

akan timbul lagi tegangan. Begitu seterusnya setiap setengah periode tegangan

saklar dihubungkan, maka akan di hasilkan 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

tegangan 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.

Gambar 2. 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.

Berdasarkan bentuk gelombang yang dihasilkan, dioda dibagi dalam:

Half Wave Rectifier (penyearah setengah gelombang)

Full Wave Rectifier (penyearah satu gelombang penuh)

2.3 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 3 menunjuk-kan gambar potongan melintang

konstruksi generator DC.

Gambar 3. Konstruksi Generator DC

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. Sedangkan bagian rotor terdiri dari: komutator, belitan rotor, kipas rotor

dan poros rotor.

Gambar 4. Struktur Generator DC

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.

2.4 Reaksi Jangkar Generator DC

Jangkar adalah tempat lilitan pada rotor yang berbentuk silinder beralur.

Belitan tersebut merupakan tempat terbentuknya tegangan induksi. Pada

umumnya jangkar terbuat dari bahan yang kuat mempunyai sifat feromagnetik

dengan permiabilitas yang cukup besar. Permiabilitas yang besar diperlukan agar

lilitan jangkar terletak pada derah yang induksi magnetnya besar, sehingga

tegangan induksi yang ditimbulkan juga besar. Belitan jangkar terdiri dari

beberapa kumparan yang dipasang di dalam alur jangkar. Tiap-tiap kumparan

terdiri dari lilitan kawat atau lilitan batang.

Gambar 5. Jangkar Generator DC.

Fluks magnet yang ditimbulkan oleh kutub-kutub utama dari sebuah

generator saat tanpa beban disebut Fluks Medan Utama (Gambar 6). Fluks ini

memotong lilitan jangkar sehingga timbul tegangan induksi.

2.5 Jenis-Jenis Generator

Seperti telah disebutkan diawal, bahwa generator DC berdasarkan dari

rangkaian belitan magnet atau penguat eksitasinya terhadap jangkar (anker)

dibagi menjadi 3 jenis, yaitu generator penguat terpisah, generator shunt, dan

generator kompon.

1. Generator Penguat Terpisah

Pada generator penguat terpisah, belitan eksitasi (penguat eksitasi) tidak

terhubung menjadi satu dengan rotor. Terdapat dua jenis generator penguat

terpisah, yaitu:

1. Penguat elektromagnetik (Gambar 9.a)

2. Magnet permanent / magnet tetap (Gambar 9.b)

Gambar 9. Generator Penguat Terpisah

Energi listrik yang dihasilkan oleh penguat elektromagnet dapat diatur

melalui pengaturan tegangan eksitasi. Pengaturan dapat dilakukan secara

elektronik atau magnetik. Generator ini bekerja dengan catu daya DC dari

luar yang dimasukkan melalui belitan F1-F2. Penguat dengan magnet

permanen menghasilkan tegangan output generator yang konstan dari terminal

rotor A1-A2. Karakteristik tegangan V relatif konstan dan tegangan akan

menurun sedikit ketika arus beban I dinaikkan mendekati harga nominalnya.

2. Generator Shunt

Pada generator shunt, penguat eksitasi E1-E2 terhubung paralel

dengan rotor (A1-A2). Tegangan awal generator diperoleh dari magnet sisa

yang terdapat pada medan magnet stator. Rotor berputar dalam medan

magnet yang lemah, dihasilkan tegangan yang akan memperkuat medan

magnet stator, sampai dicapai tegangan nominalnya. Pengaturan arus eksitasi

yang melewati belitan shunt E1-E2 diatur oleh tahanan geser. Makin besar

arus eksitasi shunt, makin besar medan penguat shunt yang dihasilkan, dan

tegangan terminal meningkat sampai mencapai tegangan nominalnya. Diagram

rangkaian generator shunt dapat dilihat pada Gambar 11.

Gambar 11. Diagram Rangkaian Generator Shunt

Jika generator shunt tidak mendapatkan arus eksitasi, maka sisa

megnetisasi tidak akan ada,atau jika belitan eksitasi salah sambung atau jika arah

putaran terbalik, atau rotor terhubung-singkat, maka tidak akan ada tegangan

atau energi listrik yang dihasilkan oleh generator tersebut.

3. Generator Kompon

Generator kompon mempunyai dua penguat eksitasi pada inti kutub utama

yang sama. Satu penguat eksitasi merupakan penguat shunt, dan lainnya

merupakan penguat seri. Diagram rangkaian generator kompon ditunjukkan pada

Gambar 12. Pengatur medan magnet (D1-D2) terletak di depan belitan shunt.

Gambar 13. Diagram Rangkaian Generator Kompon

Karakteristik Generator Kompon

Gambar 14. Karakteristik Generator Kompon

Gambar 14 menunjukkan karakteristik generator kompon. Tegangan output

generator terlihat konstan dengan pertambahan arus beban, baik pada arus eksitasi

penuh maupun eksitasi 50%. Hal ini disebabkan oleh adanya penguatan lilitan

seri, yang cenderung naik tegangannya jika arus beban bertambah besar. Jadi

ini merupakan kompensasi dari generator shunt, yang cenderung tegangannya

akan turun jika arus bebannya naik.

2.6 Rugi-Rugi pada Generator DC

Rugirugi yang ada pada generator DC antara lain rugi tembaga, rugi besi,

dan rugi mekanik. Rugi-rugi ini sangat penting untuk diketahui dan diperlukan

untuk menghitungbesarnya effisiensi dari generator. Untuk menentukan besarnya

rugi mekanikdan rugi besi dapat dilakukan dengan cara pengujian motor

penggerak dan pengujian pada generatornya sendiri.

1. Rugi Tembaga

Rugi daya akibat panas dalam belitan akibat arus yang melalui kumparan

jangkar atau medan. Rugi tembaga ini biasanya terjadi pada kumparan medan

shunt, kontak singkat, jangkar, kumparan medan seri, dan pada lilitan lilitan

medan tambahan misalnya belitan dan kompensasi

2. Rugi Mekanik

Rugi ini disebabkan oleh bagian-bagian yang berputar dari mesin. Besarnya

rugi mekanik ini dianggap tetap dalam kondisi beban penuh maupun beban nol.

Hanya mesin dengan kapasistas besar yang ada perubahan apabila beban

berubah. Rugi ini terdiri dari rugi sikat, rugi bearing, dan rugi angin. Rugi sikat

ini timbul karena adanya gesekan komutator dengan sikat. Rugi bearing timbul

karena adanya gesekan bearing dengan rotor. Rugi angin timbul karena

adanya gesekan rotor dengan angin.

3. RUGI BESI

Rugi ini disebabkan adanya fluk bolak-balik pada inti besi yang

mengakibatkan rugi histerisis dan arus eddy. Besarnya rugi ini sangat

tergantung dari kualitas bahan magnet yang digunakan. Pada operasi konsdisi

jenuh besarnya rugi besi

2.7 Karakteristik Generator DC

Medan magnet pada generator dapat dibangkitkan dengan dua cara yaitu :

dengan magnet permanen

dengan magnet remanen

Generator listrik dengan magnet permanen sering juga disebut magneto

dynamo. Karena banyak kekurangannya, maka sekarang jarang digunakan.

Sedangkan generator dengan magnet remanen menggunakan medan magnet

listrik, mempunyai kelebihan-kelebihan yaitu :

Medan magnet yang dibangkitkan dapat diatur

Pada generator arus searah berlaku hubungan-hubungan sebagai berikut :

Dimana :

Ea = GGL yang dibangkitkan pada jangkar generator

= Fluks per kutub

z = Jumlah penghantar total

n = Kecepatan putar

e = Jumlah hubungan paralel

Bila(Konstanta), maka :

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Generator DC merupakan mesin DC yang digunakan untuk

mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Prinsip Kerja

Generator DC itu sendiri di hasilkan pembangkit listrik melalui induksi

dengan 2 cara yaitu dengan menggunakan cincin-seret yang

menghasilkan tegangan induksi bolak-balik dan dengan menggunakan

komutator yang menghasilkan tegangan DC. Rugirugi yang ada pada

generator DC antara lain rugi tembaga, rugi besi, dan rugi mekanik.

Rugi-rugi ini sangat penting untuk diketahui dan diperlukan untuk

menghitung besarnya effisiensi dari generator.

Daftar Pustaka

http://dunia-listrik.blogspot.com/2009/01/generator-dc.html

http://dunia-listrik.blogspot.com/2009/09/animasi-generator-dc-dan-generator-

ac.html

http://www.docstoc.com/docs/17291496/Generator-DC

http://www.youtube.com/watch?v=1FaWGXz7sxQ