Makalah Karakteristik Generator DC Eksitasi Terpisah / Sendiri Tipe Kompon Muhammad Ifaza Ato’illah dan Djodi Antono, B. Tech, M. Eng.
[email protected] Jurusan Teknik Elektro Polines Jln. Prof. Sudarto Tembalang Semarang INDONESIA Intisari Pada saat ini, tidak dapat dipungkiri bahwa energi listrik merupakan suatu kebutuhan yang tidak bisa dipisahkan dari kehidupan sehari-hari manusia. Sebagian besar peralatan yang digunakan oleh manusia membutuhkan listrik agar dapat bekerja sebagaimana mestinya. Oleh karena itu, diperlukan pengembangan terhadap produksi listrik. Untuk itu, diperlukan suatu pembangkit yang bisa beroperasi dengan baik. Pembangkit menggunakan generator sebagai pengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Salah satu jenis generator adalah generator kompon yang merupakan generator dc. Keywords : generator penguat terpisah, generator kompon, kompon pendek, kompon panjang.
I. PENDAHULUAN Generator adalah suatu mesin yang dapat mengubah tenaga mekanik menjadi tenaga listrik. Tenaga mekanik di sini digunakan untuk memutar kumparan kawat penghantar dalam medan magnet ataupun sebaliknya memutar magnet diantara medan kunparan kawat penghantar. Tenaga mekanik dapat berasal dari tenaga panas, tenaga potensial air, motor diesel, motor bensin bahkan ada yang berasal dari motor listrik. II. GENERATOR DC A. 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 1 menunjuk-kan gambar potongan melintang konstruksi generator DC.
Gambar . Konstruksi Generator DC
Generator DC terdiri dua bagian, yaitu stator, yaitu bagian esin 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. 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. B. Prinsip Kerja Generator DC Prinsip kerja suatu generator arus searah berdasarkan hukum Faraday :
Dimana :
N e
= Jumlah Lilitan = Fluksi Magnet = 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 . 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 AB 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 III. JENIS GENERATOR DC Berdasarkan cara memberikan fluks pada kumparan medannya, generator DC dibedakan menjadi dua jenis yaitu generator dengan penguatan terpisah dan generator dengan penguatan sendiri. Ciri dari generator penguatan terpisah adalah kumparan membutuhkan sumber tegangan arus dari luar, misal dari baterai atau accu. Tegangan searah yang dipasangkan pada kumparan medan yang mempunyai tahanan Rf akan menghasilkan arus If dan menimbulkan fluks pada kedua kutub. Sedangkan generator penguatan sendiri adalah tidak membutuhkan sumber tegangan atau arus dari luar, cukup dari generator itu sendiri. Di bawah ini adalah klasifikasi dari generator DC.
Gambar. Klasifikasi dari Generator DC
Generator arus searah umumnya diklasifikasikan menjadi 4 jenis menurut cara pasokan fluks medannya (cara memberikan penguatan pada kumparan medannya): 1. Generator berpenguatan terpisah (separately excited generator). Pada jenis ini fluks medannya dipasok dari sumber daya yang terpisah dari generator itu sendiri. 2. Generator pararel (shunt generator ). Pada generator jenis ini fluks medannya diperoleh dari rangkaian medan yang dihubungkan paralel dengan kumparan jangkar generator tersebut. 3. Generator seri (series generator). Pada generator jenis ini fluks medannya diperoleh dari rangkaian medan yang dihubungkan seri dengan kumparan jangkar generator tersebut. 4. Generator kompon: - Generator kompon kumulatif / kompon bantu (cumulatively compounded generator). Generator jenis ini memiliki fluks medan seri dan paralel sekaligus yang saling menguatkan. - Generator kompon diferensial / kompon lawan (differentially compounded generator). Generator jenis ini memiliki fluks medan seri dan paralel sekaligus yang saling melemahkan. Masing-masing jenis generator arus searah tersebut memiliki karakteristik yang berlainan, sehingga untuk aplikasi tertentu perlu memperhatikan karakteristik yang dimiliki. A. Generator DC Eksitasi Terpisah Generator DC dengan penguat terpisah yaitu bila arus kemagnetan diperoleh dari sumber tenaga listrik arus searah di luar generator. Generator DC dengan penguat terpisah hanya dipakai dalam keadaan tertentu. Dengan terpisahnya sumber arus kemagnetan dari generator, berarti besar kecilnya arus kemagnetan tidak terpengaruh oleh nilai-nilai arus ataupun tegangan generator. Dibawah ini adalah rangkaian dari generator berpenguatan bebas.
Generator DC tipe kompon dibedakan menjadi dua yaitu kompon panjang dan kompon pendek. i. Kompon panjang Generator DC kompon panjang adalah generator DC kompon yang lilitan penguat serinya terletak pada rangkaian jangkar. Gambar . Rangkaian generator berpenguatan bebas
Jika generator dihubungkan dengan beban, dan Ra adalah tahanan dalam generator, maka hubungan yang dapat dinyatakan adalah:
Besaran yang mempengaruhi kerja dari generator : • Tegangan jepit (V) • Arus eksitasi (penguatan) • Arus jangkar (Ia) • Kecepatan putar (n) B. Generator DC Eksitasi Sendiri Disebut sebagai generator DC dengan penguat sendiri, bila arus kemagnetan bagi kutub-kutub magnet berasal dari generator DC itu sendiri. Pengaruh nilai-nilai tegangan dan arus generator terhadap arus penguat tergantung cara bagaimana hubungan lilitan penguat magnet dengan lilitan jangkar. Generator DC eksitasi sendiri dibagi menjadi tiga tipe, yaitu tipe shunt, tipe seri, dan tipe kompon. Namun, kali ini hanya akan dibahas mengenai generator arus searah tipe kompon. Generator kompon merupakan gabungan dari generator shunt dan generator seri, yang dilengkapi dengan kumparan shunt dan seri dengan sifat yangdimiliki merupakan gabungan dari keduanya. Generator kompon bisadihubungkan sebagai kompon pendek atau dalam kompon panjang. Perbedaandari kedua hubungan ini hampir tidak ada, karena tahanan kumparan seri kecil, sehingga tegangan drop pada kumparan ini ditinjau daritegangan terminal kecil sekali dan terpengaruh. Biasanya kumparan seri dihubungkan sedemikian rupa, sehingga kumparan seri ini membantu kumparan shunt, yakni MMF nya searah. Bila generator ini dihubungkan seperti itu, maka dikatakan generator itu mempunyai kumparankompon bantu. Mesin yang mempunyai kumparan seri melawan medan shunt disebut kompon lawan dan ini biasanya digunakan untuk motor atau generator-generator khusus seperti untuk mesin las. Dalam hubungan kompon bantu yang mempunyai peranan utama ialah kumparan shunt dan kumparan seri dirancang untuk kompensasi MMF akibat reaksi jangkar dan juga tegangan drop di jangkar pada range beban tertentu. Ini mengakibatkan tegangan generator akan diatur secara otomatis pasa satu range beban tertentu.
Gambar. Rangkaian Generator DC kompon panjang
Dari gambar di atas, dapat ditulis persamaan : Ia = If1 = IL + IF2 Ea = Vt + Ia (Ra + Rf1) + < Vsi ii. Kompon pendek Generator DC kompon pendek adalah generator DC kompon yang lilitan penguat serinya terletak pada rangkaian beban.
Gambar. Rangkaian Generator DC kompon pendek
Dari gambar di atas, dapat ditulis persamaan : Ia = If1 + IF2 = IL + IF2 Ea = Vt + IL Rf1 + Ia Ra + < Vsi IV. KARAKTERISTIK GENERATOR DC Seperti telah disebutkan diawal, bahwa generator DC berdasarkan dari rangkaian belitan magnet atau penguat eksitasinya terhadap jangkar (anker) dibagi menjadi 3 jenis, yaitu: 1. Generator penguat terpisah 2. Generator kompon 3. Generator shunt Namun, pada makalah ini hanya akan dijelaskan mengenai karakteristik dari generator arus searang penguat terpisah dan generator kompon.
a. 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 .a) 2. Magnet permanent / magnet tetap (Gambar .b)
Gambar . 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. Sedangkan untuk karakteristik dari generator penguat terpisah, ditunjukkan seperti gambar di bawah ini.
b. Generator Kompon Generator kompon mempunyai dua penguat eksitasi pada inti kutub utama yang sama. Satu penguat eksitasi merupakan penguat shunt, dan yang lainnya merupakan penguat seri. Diagram rangkaian generator kompon ditunjukkan pada Gambar . Pengatur medan magnet (D1D2) terletak di depan belitan shunt.
Gambar . Diagram rangkaian generator kompon
Sedangkan untuk karakteristik generator kompon ditunjukkan seperti gambar di bawah ini.
Gambar . Karakteristik generator kompon
Gambar 13 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. Gambar . Karakteristik generator penguat terpisah
Karakteristik generator penguat terpisah saat eksitasi penuh (Ie 100%) dan saat eksitasi setengah penuh (Ie 50%). Ie adalah arus eksitasi, I adalah arus beban.Tegangan output generator akan sedikit turun jika arus beban semakin besar. Kerugian tegangan akibat reaksi jangkar. Perurunan tegangan akibat resistansi jangkar dan reaksi jangkar, selanjutnya mengakibatkan turunnya pasokan arus penguat ke medan magnet, sehingga tegangan induksi menjadi kecil.
V. KESIMPULAN Generator adalah sebuah mesin yang dapat mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Berdasarkan cara memberikan fluks pada kumparan medannya, generator DC dibedakan menjadi dua jenis yaitu generator dengan penguatan terpisah dan generator dengan penguatan sendiri. Generator dengan penguatan sendiri dibedakan menjadi tiga yaitu tipe shunt, tipe seri, dan tipe kompon. Pada generator penguatan terpisah, arus kemagnetan diperoleh dari sumber tenaga listrik arus searah di luar generator. Sedangkan pada generator penguat sendiri, arus kemagnetan bagi kutub-kutub magnet berasal dari generator DC itu sendiri.
Salah satu tipe dari generator penguat sendiri adalah tipe kompon yang merupakan gabungan dari shunt dan seri. Generator kompon dibedakan menjadi dua, yaitu kompon panjang dan kompon pendek.
[2] [3]
REFERENSI
[6]
[1]
http://www.fisika-ceria.com/prinsi-kerja-generator-ac-dan-dc.html
[4] [5]
http://dunia-listrik.blogspot.com/2009/01/generator-dc.html http://www.inverterplus.com/2010/12/bagian-bagian-generator-dcarus-searah.html http://alf14n08.wordpress.com/2012/05/12/generator-dc/ http://lanavierdie89.wordpress.com/2012/05/06/makalah-generatordc/ http://trikueni-desain-sistem.blogspot.com/2014/08/jeniskarakteristik-generator-DC.html
