KARAKTERISTIK GENERATOR DC PENGUATAN SENDIRI TIPE SERI
Dosen
Pembimbing : Djodi Antono, B.Tech., M.Eng.
Jurusan Teknik Elektro
Program Studi Teknik Listrik
POLITEKNIK NEGERI SEMARANG
Jln. Prof. Sudarto
Tembalang Semarang INDONESIA
bayubaskoro43@gmail.com
bayubas02@gmail.com
djodiantono@yahoo.co.id
Intisari
Generator adalah sebuah perangkat
yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Sebuah
generator akan bekerja dengan di bantu motor listrik untuk menggerakkan generator
tersebut. Generator sendiri ada dua macam yaitu generator arus searah (DC) dan
generator arus bolak-balik (AC). Berdasarkan rangkaian belitan
magnet atau penguat eksitasinya terhadap jangkar (anker) generator
DC terbagi menjadi 2 yaitu:
1.
Generator DC penguat terpisah
2.
Generator DC penguat sendiri :
a.
Generator tipe seri
b.
Generator tipe shunt
c.
Generator tipe kompon.
Dari
beberapa jenis generator tersebut memiliki karakteristik yang berbeda-beda
pula.
Generator
DC tipe seri adalah suatu generator yang lilitan penguat magnitnya di sambung
seri dengan lilitan jangkar sehingga kumparan medannya mendapat penguatan tetapi apabila terdapat arus
bebannya, itu sebabnya generator seri selalu terkopel dengan bebannya, dengan demikian
maka tegangan terminal akan muncul di
tiap-tiap kutubnya. Generator DC tipe seri ini jumlah
lilitan penguat magnitnya lebih sedikit namun luas penampangnya besar hal ini
bertujuan agar hambatan lilitan penguatnya kecil.
Kata kunci—Generator, Generator DC, Generator Penguat Terpisah, Generator
Penguat Sendiri, Generator Tipe Seri.
I. Pendahuluan
A. Pengertian
Generator
Generator
adalah sebuah perangkat yang merubah energi mekanik menjadi energi listrik yang
didasarkan pada prinsip induksi elektromagnetik. Energi mekanik bisa berasal dari panas, air, uap, dll. Energi
listrik yang dihasilkan oleh generator bisa berupa Listrik AC (listrik
bolak-balik) maupun DC (listrik searah). Hal tersebut tergantung dari konstruksi generator yang dipakai
oleh pembangkit tenaga listrik.
Generator bekerja berdasarkan prinsip induksi
elektromagnetik, yaitu dengan memutar suatu kumparan dalam medan magnet sehingga timbul ggl
induksi. Generator mempunyai dua komponen utama, yaitu bagian yang diam
(stator) dan bagian yang bergerak (rotor). Rotor berhubungan dengan poros
generator yang berputar di pusat stator. Poros generator biasanya diputar
menggunakan usaha luar yang dapat berasal dari turbin, baik turbin air, angin atau turbin uap
dan selanjutnya berproses menghasilkan arus listrik.
B. Jenis-jenis
Generator
Berdasarkan
tegangan yang dibangkitkan, generator dibagi menjadi 2 yaitu :
1. Generator
Arus Bolak-Balik (AC)
Generator arus bolak-balik yaitu generator
dimana tegangan yang dihasilkan (tegangan output) berupa tegangan bolak-balik.
2. Generator
Arus Searah (DC)
Generator arus searah yaitu generator
dimana tegangan yang dihasilkan (tegangan output) berupa tegangan searah,
karena didalamnya terdapat sistem penyearahan yang dilakukan bisa berupa oleh
komutator atau menggunakan dioda.
C. Pengertian Generator DC
Generator DC merupakan
sebuah perangkat motor listrik yang mengubah energi mekanis menjadi
energi listrik berupa arus DC / arus
searah.,
karena didalamnya terdapat sistem penyearahan yang dilakukan oleh
komutator atau menggunakan diode.
Generator
DC dibedakan menjadi beberapa jenis berdasarkan dari rangkaian belitan magnet
atau penguat eksitasinya terhadap jangkar (anker).
Jenis- jenis generator DC antara lain yaitu:
1. Generator
DC dengan penguat terpisah
2. Generator
DC dengan penguat sendiri :
a. Generator
DC seri
b. Generator
DC shunt
c.
Generator
DC kompon (campuran)
D. Konstruksi Generator DC
Generator DC dibuat menggunakan magnet permanen dengan 4-kutub rotor,
regulator tegangan digital, proteksi terhadap beban lebih, starter eksitasi, penyearah, bearing
rumah generator atau casis, serta bagian rotor.
Generator DC terdiri menjadi dua bagian yaitu
stator dan rotor. Stator adalah bagian mesin DC
yang diam, stator terdiri dari rangka motor, belitan stator, sikat arang,
bearing dan terminal box. Sedangkan rotor adalah bagian mesin DC yang berputar, rotor terdiri dari komutator, belitan rotor,
kipas rotor dan poros rotor.
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, untuk membersihkan noda bekas sikat arang dapat
menggunakan amplas halus, Gambar 1 menunjukkan
gambar potongan melintang konstruksi generator DC.
Gambar 1. Konstruksi Generator DC
Gambar 2. Generator DC Tampak dari Luar
E. Karakteristik Generator DC
Kecepatan operasi mesin
DC jenis generator adalah tetap yaitu sesuai dengan penggerak mula (prime mover). Pada operasi untuk
penggunaan umum, penggerak mula dilengkapi dengan pengatur kecepatan (speed governor) sehingga kecepatan
generator praktis konstan.
Karakteristik penting generator DC:
1)
Open Circuit Characteristic (OCC), Kurva
memperlihatkan hubungan antara pembangkit emf pada keadaan tanpa beban (E0)
dan arus medan (If) pada kecepatan konstan. Hal ini juga dikenal
sebagai kurva jenuh (saturasi) karakteristik magnetik atau tanpa beban.
2) Karakteristik Internal atau Karakteristik Total (E/Ia), Kurva memperlihatkan hubungan antara pembangkitan emf pada keadaan
berbeban (E) dan arus jangkar (Ia). Kurva ini akan terletak di
bawah karakteristik sirkuit terbuka (OCC)..
3)
Karakteristik Eksternal (V/IL), Kurva
ini menunjukkan hubungan antara tegangan terminal (V) dan arus beban (IL).
Tegangan terminal V akan kurang dari E karena drop tegangan di
sirkuit jangkar. Oleh karena itu, kurva ini akan terletak di bawah
karakteristik internal.
F. Komponen-komponen
Penyusun Generator DC
Ø Piringan tutup
Piringan tutup pada ujung-ujung rumah sebagai
dudukan bantalan-bantalan sebagai tempat berputarnya armatur. Bantalan yang
terpasang pada plat penutup untuk menahan beban torsi dari sabuk penggerak.
Tutup bagian belakang mempunyai lubang pelumasan untuk memasukan oli
pelumas.Sikat arang dipasang pada tutup bagian belakang.
Ø Pul kumparan medan / sepatu-sepatu kutub
Pul
kumparan medan yang biasa disebut sepatu-sepatu kutub dikonstruksi dari
besituang. Pada bagian dalam dibentuk cekung untuk menyesuaikan bentuk kontur
bulat dari armatur dan mengurangi haambatan magnetik dari jarak udara.
Ujung-ujungnya diperpanjang sebagai dudukan kumparan medan. Kutub-kutub magnet
dipasangkan dengan baut pada rumah generator.
Ø
Kumparan medan
Kumparan
medan digulung dengan kawat yang berukuran kecil; dengan tahanan relatif besar.
Kumparan medan digulung dengan bentuk
yang sesuai, diisolasi dan dibentuk yang sesuai dengan kontur rumah dan
digulung pada kutub-kutub magnet.
Ø
Armatur/Anker
Armatur/Anker
dinamo dikonstruksi dari plat-plat yang disusun berlapis-lapis yang disatukan
dalam satu poros dan mempunyai alur-alur sebagai tempat kumparan.Kumparan dapat
digulung langsung pada alur-alur membentuk gulungan atau kumparan armature.
Ø
Komutator
Komutator terdiri dari segmen-segmen dari
tembaga, dibentuk irisan memanjang searah dengan poros, masing-masing diisolasi
satu dengan yang lainnya dan dengan poros diisolasi oleh mika atau phenolic
resin.Komutator dipres pada poros anker.Kumparan anker dihubungkan ke komutator
untuk membentuk hubungan atau rangkaian kontinyu.Komutator berfungsi untuk
menyearahkan arus induksi bolak-balik dalam kumparan anker menjadi arus searah
untuk digunakan ke beban kelistrikan kendaraan.
Ø Rumah sikat dan arang sikat
Sikat arang digunakan untuk menghubungkan hubungan antara armatur/anker
dengan rangkaian luar.Sikat arang dapat bergesek dengan baik dengan komutator
dengan bantuan pegas dan rumah sikat.Hubungan antara sikat-sikat arang dan
rangkaian luar adalah dengan kabel tembaga fleksibel.
Ø
Kipas pendingin
Kipas pendingin terletak di bagian depan dan menyatu dengan puli penggerak
mengalirkan udara pendingin ke dalam generator.
G. Prinsip
kerja Generator DC
Cara kerja generator DC
meggunakan prinsip
percobaannya faraday yaitu dengan memutar magnet dalam kumparan atau
sebaliknya, ketika magnet digerakkan dalam kumparan maka terjadi perubahan
fluks gaya magnet (peribahan arah penyebaran medan magnet) di dalam kumparan
dan menembus tegak lurus terhadap kumparan sehingga menyebabkan beda potensial
antara ujung-ujung kumparan (yang menimbulkan listrik). Syarat utama, harus ada
perubahan fluks magnetik, jika tidak maka tidak akan timbul listrik. Cara
megubah fluks magnetik adalah menggerakkan magnet dalam kumparan atau
sebaliknya dengan energi dari sumber lain, seperti angin dan air yang memutar
baling2 turbin untuk menggerakkan magnet tersebut.
Jika suatu konduktor
digerakkan memotong medan magnet akan timbul beda tegangan di ujung-ujung
konduktor tersebut. Tegangannya akan naik saat mendekati medan dan turun saat
menjauhi. Sehingga listrik yg timbul dalam siklus: positif-nol-negatif-nol
(AC). Generator DC membalik arah arus saat tegangan negatif, menggunakan
mekanisme cincin-belah, sehingga hasilnya jadi siklus: positif-nol-positif-nol
(DC).
Generator atau pembangkit listrik yang
sederhana dapat ditemukan pada sepeda. Pada sepeda, biasanya dinamo digunakan
untuk menyalakan lampu. Caranya ialah bagian atas dinamo (bagian yang dapat
berputar) dihubungkan ke roda sepeda. Pada proses itulah terjadi perubalian
energi gerak menjadi energi listrik. Generator (dinamo) merupakan alat yang
prinsip kerjanya berdasarkan induksi elektromagnetik. Alat ini pertama kali
ditemukan oleh Michael Faraday.
Gambar 3. Dinamo yang Ditemukan Oleh Michael Faraday
Prinsip
generator berkaitan dengan percobaan Faraday :
- Adanya fluks magnet yang dihasilkan kutub-kutub
magnet.
- Adanya kawat penghantar listrik yang merupakan
tempat terbentuknya GGL induksi.
- Adanya gerakan relatif antara fluks magnet dengan
kawat penghantar listrik.
Gambar 4. Prinsip kerja generator DC
Keterangan :
• 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 AB 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 :
Dimana :
E = ggl
(garis gaya listrik)
N =
Jumlah lilitan
Sepotong penghantar yang dialiri Arus dan bergerak
dengan kecepatan v didalam pengaruh medan magnet, akan menimbulkan tegangan induksi
sebesar V. Untuk menentukan besarnya tegangan induksi yang ditimbulkan oleh
arah gerakan penghantar tersebut di gunakan kaedah Flamming tangan kanan. Medan
magnet mempunyai arah dari kutub utara ke kutub selatan. Arus di dalam
penghantar searah dengan empat jari, sedangkan arah gerakan searah dengan ibu
jari, seperti yang ditunjukan oleh gambar 5.
Gambar 5. Kaidah Tangan Kanan
Keterangan :
- ibu jari : gerak perputaran
- jari telunjuk : medan
magnetik kutub u dan s
- jari tengah : besaran galvanis
tegangan U dan arus I
Keterangan :
V = tegangan/ggl induksi (volt)
B = kerapatan flux magnet (weber)
ℓ = panjang kawat penghantar (meter)
z = jumlah penghantar
v = kec. gerak kawat (m/s)
Pembangkitan
tegangan induksi oleh sebuah generator diperoleh melalui dua cara di bawah ini:
a) Menggunakan cincin-seret, menghasilkan tegangan
induksi bolak-balik.
b) Menggunakan komutator, menghasilkan tegangan DC.
Gambar 6. Pembangkitan
Tegangan Induksi.
Jika rotor diputar
dalam pengaruh medan magnet, maka akan terjadi perpotongan medan magnet oleh
lilitan kawat pada rotor. Hal ini akan menimbulkan tegangan induksi. Tegangan
induksi terbesar terjadi saat rotor menempati posisi seperti Gambar 6 (a) dan
(c). Pada posisi ini terjadi perpotongan medan magnet secara maksimum oleh
penghantar. Sedangkan posisi jangkar pada Gambar 6(b), akan menghasilkan
tegangan induksi nol. Hal ini karena tidak adanya perpotongan medan magnet
dengan penghantar pada jangkar atau rotor. Daerah medan ini disebut daerah
netral.
Gambar 7. Tegangan
Rotor yang dihasilkan melalui cincin-seret dan komutator.
Jika ujung belitan
rotor dihubungkan dengan slip-ring berupa dua cincin (disebut juga dengan
cincin seret), seperti ditunjukkan Gambar 7.(1), maka dihasilkan listrik AC
(arus bolak-balik) berbentuk sinusoidal. Bila ujung belitan rotor dihubungkan
dengan komutator satu cincin Gambar 7.(2) dengan dua belahan, maka dihasilkan
listrik DC dengan dua gelombang positif.
• Rotor dari generator DC akan menghasilkan
tegangan induksi bolak-balik. Sebuah komutator berfungsi sebagai penyearah
tegangan AC.
• Besarnya tegangan yang
dihasilkan oleh sebuah generator DC, sebanding dengan banyaknya putaran dan
besarnya arus eksitasi (arus penguat medan).
H. 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 8. Jangkar Generator DC.
I. Reaksi
Jangkar pada Generator DC
Fluks magnet yang
ditimbulkan oleh kutub-kutub utama dari sebuah generator saat tanpa beban disebut
Fluks Medan Utama.. Fluks ini memotong lilitan jangkar sehingga timbul tegangan induksi.
Gambar
9. Medan Eksitasi Generator DC
Bila generator dibebani
maka pada penghantar jangkar timbul arus jangkar. Arus jangkar ini menyebabkan
timbulnya fluks pada penghantar jangkar tersebut dan biasa disebut FIuks Medan
Jangkar (Gambar 10).
Gambar 10. Medan Jangkar dari Generator DC (a) dan Reaksi Jangkar
(b).
Munculnya medan jangkar akan memperlemah medan utama yang terletak
disebelah kiri kutub utara, dan akan memperkuat medan utama yang terletak di
sebelah kanan kutub utara. Pengaruh adanya interaksi antara medan utama dan
medan jangkar ini disebut reaksi jangkar. Reaksi jangkar ini mengakibatkan
medan utama tidak tegak lurus pada garis netral n, tetapi bergeser sebesar
sudut α. Dengan kata lain, garis netral akan bergeser. Pergeseran garis netral
akan melemahkan tegangan nominal generator. Untuk mengembalikan garis netral ke
posisi awal, dipasangkan medan magnet bantu (interpole atau kutub bantu).
Gambar 11. Generator dengan Kutub Bantu (a) dan Generator Kutub Utama, Kutub Bantu, Belitan Kompensasi (b).
Lilitan
magnet bantu berupa kutub magnet yang ukuran fisiknya lebih kecil dari kutub
utama. Dengan bergesernya garis netral, maka sikat yang diletakkan pada
permukaan komutator dan tepat terletak pada garis netral n juga akan bergeser.
Jika sikat dipertahankan pada posisi semula (garis netral), maka akan timbul
percikan bunga api, dan ini sangat berpotensi menimbulkan kebakaran atau bahaya
lainnya. Oleh karena itu, sikat juga harus digeser sesuai dengan pergeseran
garis netral. Bila sikat tidak digeser maka komutasi akan jelek, sebab sikat
terhubung dengan penghantar yang mengandung tegangan. Reaksi jangkar ini dapat
juga diatasi dengan kompensasi yang dipasangkan pada kaki kutub utama baik pada
lilitan kutub utara maupun kutub selatan, seperti ditunjukkan pada gambar 11
(a) dan (b), generator dengan komutator dan lilitan kompensasinya.
II. PEMBAHASAN
GENERATOR ARUS SEARAH SERI
Untuk Lebih Lengkapnya, Download di sini
File
Vidio
0 comments:
Post a Comment