MAKALAH ELECTRICAL ENGINE “MOTOR DC DAN GENERATOR DC”
Oleh : M.Chasan Qodari MK 6/4 NIM 7106040108
EPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL JOINT PROGRAM BA MALANG TEKNIK ELEKTRO 2009
Prinsip Prinsip Kerja Motor Listrik Arus Searah ( DC DC ) Motor listrik arus searah merupakan merupakan suatu suatu alat yang berfungsi berfungsi mengubah mengubah daya listri listrik k arus searah menjadi menjadi daya daya mekanik mekanik.. Motor Motor listrik listrik arus searah mempunyai mempunyai prinsip prinsip kerja berdasark berdasarkan an percobaan percobaan Lorents Lorents yang menyatakan.“Jika sebatang penghantar listrik yang beraru beraruss berada berada di dalam dalam medan medan magnet magnet maka pada pada kawat kawat peng pengha hant ntar ar
terseb tersebut ut
akan akan
terbentu terbentuk k suatu suatu gaya”.Gaya yang terbentuk terbentuk sering sering dinamaka dinamakan n gaya gaya Lore Lorents. nts. Untuk menentukan arah gaya dapat digunakan kaidah tangan kiri Flemming atau kaidah telapak tangan kiri. Gambar
1melukiskan
konstruksi kaidah tangan kiri Flemming.
Gambar Gambar 1 Prinsip Kerja Motor DC
Jika ibu jari, jari tengah dan jari telunjuk disusun seperti gambar i, garis gaya magnet sesuai sesuai dengan dengan arah arah jari telunju telunjuk, k, arus arus yang yang mengal mengalir ir pada pada pengh penghant antar ar sear searah ah deng dengan an jari tengah maka, gaya ya ng terbentuk pada kawat penghantar penghantar akan searah dengan dengan arah ibu jari. Jika digunakan digunakan kaidah kaidah telapak telapak tangan tangan kiri, kiri, maka maka didalam didalam menentu menentukan kan arah gaya dapat dikerjakan sebagai berikut : “Telapak tangan tangan kiri direntang direntangkan kan sedemikian sedemikian rupa sehingga sehingga ibu jari dengan dengan keempat keempat
jari yang lain saling tegak lurus. Jika garis gaya magnet menembus tegak lurus telapak tangan, arah arus sesuai dengan arah keempat jari tangan, maka ibu jari akan menunjukkan arah gaya yang terbentuk pada kawat penghantar. Hubun Hubungan gan antara antara garis garis ga ya magnet magnet,, arah arah arus arus dan gaya gaya yang yang terbe terbentu ntuk k pada pada kawat kawat penghantar dapat dilukiskan seperti gambar 2.
Gambar Gambar 2. Arah arus dan gaya
Untuk dua buah penghantar yang berarus seperti gambar 3 berada dalam medan magnet maka pada masing-masing masing-masing kawat akan timbul suatu gaya.
U X
F
x F
S
S
Gambar 3. Gaya dalam medan magnet
Besarnya gaya dapat ditentukan dengan persamaan :
F = B.I.l . sin ?
F : Gaya yang terbentuk pada penghantar (Newton) (Newton) I : Kuat arus yang mengalir mengalir (Ampere) (Ampere) B : Kerapatan garis garis gaya magnet (Wb/m²) (Wb/m²) : Sudut antara garis gaya magnet dengan posisi kawat penghantar
Karena kawat penghantar tersebut bergerak didalam medan magnet maka sesuai dengan percobaan Faraday, pada kawat penghantar tersebut akan terbentuk GGL Induksi. GGL induk induksi si ini mempun mempunyai yai arah arah melawa melawan n tegang tegangan an yang yang menye menyebab babkan kan,, sehing sehingga ga GGL induksi ini sering disebut GGL lawan. Untuk Untuk menent menentuk ukan an GGL lawan lawan Ea mempun mempunyai yai persam persamaan aan dengan dengan GGL induks induksii pada generator generator arus searah yaitu :
Ea : GGL lawan (volt) (volt) 2p : jumlah kutub A : jumlah cabang paralel lilitan jangkar n : jumlah putaran putaran per menit (ppm) Z : jumlah kawat penghantar penghantar aktif : fluks per kutub (Weber) (Weber)
1. Konstruksi Motor Motor Listrik Arus Searah Searah
Gambar Gambar 4 meluk melukisk iskan an kons konstru truks ksii bagian bagian yang yang terpe terpenti nting ng dari dari sebuah sebuah motor motor listrik arus searah kutup dua dan kutub empat. Secara umum konstruksi motor listrik arus searah dapat dibagi menjadi dua : a. Stator (bagian (bagian yang diam) b. Rotor (bagian yang berputar) Untuk bagian yang diam (stator) dalam motor listrik arus searah terdiri atas badan (body), inti kutub kutub magnet magnet dan sikat-s sikat-sikat. ikat. Sedangkan Sedangkan untuk bagian bagian rotornya rotornya adalah komutator komutator,, jangkar dan lilitan jangkar.
a.
Moto Motorr list listri rik k kutu kutub b dua dua
b.
Motor Motor listrik listrik arus searah searah kutub kutub empat
Gambar 4. Konstruksi motor arus searah
2. Bagian-bagian Bagian-bagian Motor Motor dan Fungsinya Fungsinya
a. Badan Motor Motor listrik listrik Fung Fungsi si utam utamaa dari dari bada badan n moto motorr adal adalah ah seba sebaga gaii bagi bagian an temp tempat at untu untuk k mengalirnya mengalirnya fluks magnet yang dihasilkan dihasilkan kutub-kutub magnet, karena itu badan motor dibuat dari bahan ferromagnetik. Disamping itu badan motor ini berfungsi untuk meletakkan alat-alat tertentu dan melindungi bagian-bagian bagian-bagian motor lainnya. Pada Pada badan badan motor motor terdap terdapat at papan papan nama nama (name (name plat) plat) yang yang bertul bertulisk iskan an spes spesif ifik ikasi asi umum umum atau atau data data tekn teknik ik dari dari moto motor. r. Papa Papan n nama nama ters terseb ebut ut untu untuk k mengetahui beberapa hal pokok yang perlu diketahui dari motor tersebut. Selain papan papan nama nama badan badan motor motor juga juga terdap terdapat at kotak kotak hubung hubung yang yang merup merupaka akan n tempat tempat ujung-ujung penguat penguat magnet dan lilitan jangkar. jangka r. Ujung-ujung lilitan jangkar ini tidak langsung langsung dari lilitan jangkar jangkar tetapi merupakan ujung kawat penghubung lilitan jangkar yang melalui komutator dan sikat-sikat sikat-sikat.. Dengan Dengan adanya adanya kotak kotak hubung hubung akan memudahk memudahkan an dalam perganti pergantian an susunan susunan lilitan lilitan penguat penguat magnet magnet dan memudahka memudahkan n pemeriksaa pemeriksaan n kerusakan kerusakan yang mungkin terjadi pada lilitan jangkar maupun lilitan penguat tanpa membongkar mesin mesin.. Untu Untuk k meng mengeta etahu huii ujung ujung-ujung -ujung lilita lilitan n terseb tersebut ut,, setiap setiap pabrik pabrik/ne /negar garaa mempunyai normalisasi huruf tertentu, yang mana hal tersebut dapat dinyatakan dalam tabel di bawah ini :
Jenis lilitan . Lilitan i
Jangkar 2. Lilitan Lilitan penguat penguat magnet magnet a. Lilita Lilitan n Shunt Shunt
VEMET B - b
b. Lilitan Lilitan Seri Seri
F S -
c. Lilitan Lilitan terpisah terpisah
E
f s
- e
VDE
Amerika
A - B
Ai -
C E -
Fi - F2 Si - S2
I -
D F K
Fi -
A2
F2
b. Inti kutub kutub magnet magnet dan lilitan penguat penguat magnet magnet Sebagaimana diketahui bahwa fluks magnet yang terdapat pada motor arus sear searah ah dihas ihasil ilka kan n
oleh oleh kutu kutub-ku b-kutu tub b
mag magnet net
buat buatan an yang ang
dibu dibuat at prin prinsi sip p
elektromagnetis. elektromagne tis. Lilitan penguat magnet berfungsi untuk mengalirkan arus listrik sebagai terjadinya proses elektromagnetis. e lektromagnetis. c. Sikat Sikat-sikat -sikat Fungsi utama dari sikat-sikat adalah untuk jembatan bagi aliran arus dari lilitan lilitan jangkar jangkar dengan dengan sumber sumber tegang tegangan. an. Disamp Disamping ing itu sikat sikat-sik -sikat at memega memegang ng perana peranan n pentin penting g untuk untuk terjad terjadiny inyaa komut komutasi asi.. Agar Agar geseka gesekan n antara antara komuta komutator tor-komutator dan sikat tidak mengakibatkan ausnya komutator, maka bahan sikat lebih lunak dari komutator. Biasanya dibuat dari bahan arang (coal). d. Komuta Komutator tor Komuta Komutator tor yang yang diguna digunakan kan dalam dalam motor motor arus arus searah searah pada pada prinsi prinsipn pnya ya mempunyai dua bagian yaitu : i )
Komut Komutato atorr bar merup merupaka akan n tempat tempat terjad terjadiny inyaa perge pergesek sekan an antara antara komuta komutator tor dengan sikat-sikat.
2) Komutator riser riser merupakan bagian yang menjadi menjadi tempat hubungan hubungan komutator dengan ujung dari lilitan jangkar.
Gambar 5. Konstruksi sebuah komutator dari motor arus searah
Keterangan : a. Segmen Segmen komutator komutator b. Pemasang Pemasangan an komut komutator ator c. Susuna Susunan n komuta komutator tor . Komutator i
bar
2. Rise Riserr 3. Isolator 4. Poro Poross 5. Ring pengunci 6. Baut Baut Isolator yang digunakan yang terletak antara komutator yang satu dengan komuta komutator tor yang yang lain harus harus dipilih dipilih sesuai sesuai dengan dengan kemamp kemampuan uan isolat isolator or terseb tersebut ut terhadap suhu yang terjadi dalam mesin. Jadi disamping sebagai isolator terhadap listrik, juga harus mampu terhadap suhu tertentu. Berdasarkan jenis isolator yang digunakan terhadap kemampuan panas ini maka pada mesin listrik dikenal : a. Klas A : jika temperatur temperatur tinggi diijinkan 70°C 70°C (katun, sutera, sutera, kertas) b. Klas B : jika temperatur t emperatur tinggi diijinkan ii0°C (serat asbes, serat gelas) c. Klas H : jika temperatur temperatur tinggi tinggi diijinkan i85°C (mika, gelas, gelas, porselin, porselin, keramik). d. Jangkar (angker) Umum Umumny nyaa jang jangka karr yang yang digu diguna naka kan n dala dalam m moto motorr arus arus sear searah ah adal adalah ah berbentuk selinder dan diberi alur-alur pada permukaannya untuk tempat melilitkan kumparan-kumparan kumparan-kumparan tempat terbentuknya terbentuknya GGL lawan. Seperti Seperti halnya halnya pada inti kutub kutub magnet, magnet, maka jangkar dibuat dari bahan bahan berlapis-lapis tipis untuk mengurangi panas yang terbentuk karena adanya arus liar (Edy current). Bahan yang digunakan jangkar ini sejenis campuran baja silikon. Adapun Adapun gambar 5.
konstr konstruk uksin sinya ya
dari dari jangk jangkar ar terse tersebut but dapat dapat diluk dilukisk iskan an seperti seperti
a. Jangkar beralur
b. Lempeng plat jangkar Gambar Gambar 6. Konstruksi jangkar
f.
Lilitan jangkar jangkar (angker) (angker) Lili Lilita tan n jang jangka karr
pada pada moto motorr arus arus sear searah ah berf berfun ungs gsii
sebag ebagai ai temp tempat at
terbentuknya GGL lawan. Pada prinsipnya kumparan terdiri atas : ) i
Sisi Sisi kumpa kumparan ran aktif aktif,, yaitu yaitu bagian bagian sisi sisi kumpa kumparan ran yang yang terda terdapat pat dalam dalam alur alur jangkar yang merupakan bagian yang aktif (terjadi GGL lawan sewaktu motor bekerja).
2) Kepala Kepala kumparan kumparan,, yaitu bagian bagian dari kumparan kumparan yang terletak di luar alur yang berfungsi sebagai penghubung satu sisi kumparan aktif dengan sisi kumparan aktif lain dari kumparan tersebut. 3) Juluran, yaitu bagian ujung kumparan yang menghubungkan menghubungkan sisi aktif dengan komutator. Sisi kumparan aktif Kepala kumparan
Ke komutator Juluran Gambar 7. Kumparan jangkar
3. Jenis-jenis Jenis-jenis motor listrik arus searah
Berd Berdas asar arka kan n sumb sumber er arus arus peng pengua uatt magn magnet etny nyaa moto motorr arus arus sear searah ah dapa dapatt dibedakan atas dua jenis : a. Motor dengan dengan pengu penguat at terpis terpisah ah b. Motor penguat penguat sendiri sendiri terdiri terdiri atas : i )
Motor Motor Seri Seri
2) Motor Shunt Shunt 3) Motor kompon kompon pendek pendek 4) Motor kompon panjang a. Motor dengan penguat terpisah. Yang dimaksud dengan penguat terpisah adalah bila arus penguat magnetnya diperoleh dari sumber arus searah di luar motor.
Gambar 8. Motor penguat penguat terpisah
Gambar Gambar 9. Rangkaian listrik motor penguat terpisah
Persamaan arus : Ia = I
Im
E Rm
Persamaan tegangan : V = Ea + Ia.Ra + 27 e
dimana : V
: Tegangan Tegangan jepit (volt) (volt)
Ea : GGL lawan (volt) (volt) Ia : Arus jangkar (Ampere) Ra : Tahanan lilitan jangkar (Ohm) Im : Arus penguat terpisah(Ampere) Rm: Tahanan penguat terpisah (Ohm) e
: Kerugian Kerugian tegangan tegangan pada sikat-sikat sikat-sikat (karena (karena relatif relatif kecil kecil biasanya biasanya harga harga tersebut diabaikan).
b. Motor penguat sendiri Motor dengan penguat sendiri dapat dibagi menjadi : ) 1
Motor Motor Seri, Seri, motor motor pengu penguat at sendir sendirii di mana mana lilita lilitan n pengu penguat at magnet magnetny nyaa
dihubungan seri dengan lilitan jangkar. ja ngkar.
Gambar 10. Motor Motor seri
Gambar 11. Rangkaian Listrik Motor Seri
Persamaan arus : I = Ia = Is
Persamaan tegangan : V = Ea + Ia.Ra + Is.Rs + 27e
Dimana : Is : Arus penguat seri yang besarnya sama dengan arus sumber Rs : Tahanan lilitan penguat seri
2) Motor Motor shunt, shunt, motor penguat penguat sendir sendirii di mana mana lilitan lilitan penguat penguat magnetnya magnetnya dihubung dihubungkan kan paralel paralel dengan dengan lilitan lilitan jangkar jangkar atau dihubungkan dihubungkan langsung dengan sumber tegangan dari luar.
U
S
E C
Gambar 12. Motor shunt
Ia
Ish
Rsh
Ra
Gambar 13. Rangkaian listrik motor shunt
I
DC
E C
Persamaan arus : I = Ia + Ish Ish?
V Rsh
Persamaan tegangan : V = Ea + Ia.Ra + 27 e V = Ish . Rsh
dimana : Rsh : Tahanan penguat shunt Ish : Arus penguat shunt 3) Motor kompon pendek, pendek, motor penguat sendiri sendiri yang mempunyai mempunyai dua lilitan penguat magnet yaitu lilitan shunt dan seri, dimana lilitan seri terletak pada rangkaian sumber tegangan.
U
S
E CD E C D
Gambar 14. Motor kompon pendek
Ish
Ia
Rs
Is = I
Rsh
Ra
Ea V
Gambar 15. Rangkaian Listrik Kompon Pendek
:
Persamaan Arus I = Is = Ia + Ish Ish ?
Vsh Rsh
Persamaan tegangan : V = Ea + Ia.Ra + Is.Rs + 27 e Vsh = V Is.Rs Dimana : –
Vsh : Tegangan pada lilitan penguat shunt
4) Motor kompon panjang, panjang, motor penguat penguat sendiri yang mempunyai mempunyai dua buah lilitan penguat penguat seri dan shunt, shunt, dimana dimana lilitan lilitan penguat penguat seri dihubung dihubung seri dengan lilitan jangkar.
U
S
E C D E C
Gambar 16. Motor kompon panjang
Gambar 17. Rangkaian listrik motor kompon panjang
Persamaan arus : I = Is + Ish Ish Is = Ia Ia Ish ?
V Rsh
Persamaan tegangan : V = Ea + Ia.Ra Ia.Ra + Is.Rs Is.Rs Vsh = V
4.
Karakterist Karakteristik ik Motor Motor Listrik Listrik Arus Searah (DC)
Pada motor listrik arus searah dikenal 3 macam karakteristik yaitu : a. Karakteristi Karakteristik k Ta Ta = f (Ia) (Ia) untuk V = tetap b. Karate Karateri risti stik k n = f (Ia) (Ia) untuk untuk V =tetap =tetap c. Karakte Karakteris ristik tik n = f(Ta) f(Ta) untuk untuk V = tetap tetap Untuk membahas tentang karakteristik Ta = f(Ia), perlu dijelaskan terlebih dahulu tentang torsi yang ditimbulkan oleh motor listrik arus searah. Torsi
Yang dimaksu dimaksud d torsi torsi adalah adalah putaran putaran atau pemuntir pemuntiran an dari suatu gaya gaya terha terhadap dap suatu suatu poros poros.. Untuk Untuk menent menentuk ukan an besar besarny nyaa torsi torsi pada pada motor motor dapat dapat dihitung dengan rumus: Berdasarkan Berdasarkan gambar disamping torsi (T) adalah :
F R
Torsi (T) = F x r Newton meter (N-m) (N-m) Usaha dalam satu putaran = gaya x jarak Usah Usahaa = F F x x 2 2 r
n ppm
Misalnya poros berputar n putaran perdetik maka : Usah Usahaa perd perdet etik ik = F x 2
r n joule/ joule/de detik tik
= F x r (2 n) jou joule/ le/det detik ik =T x atau Da Daya = T x
jou joule/detik tik watt
Untuk n = jumlah putaran per menit. ??
2?n 60
joule joule
Dapat juga dituliskan bahwa :
T?
P
2?n / 60
T? 0,i59
T? 0,i59
N-m
P
N-m
n / 60 i
P
.
9,8i n / 60
Kgm.
Berdasarkan rumus di atas maka :
Ta?
Ta?
Ta?
Pa
2?n / 60 Ea.Ia
2?n / 60
N-m
N-m
A.n / 60.?. 2 p / 60.?.Z .Ia
2?n / 60
Ta = c . ? . Ia Ia
c?
Z 2 p . 2? A
dimana dimana : F : Gaya Gaya (Newto (Newton) n) T : Torsi (Newton (Newton meter) r : Jari-jari (meter)
a. Karakteristik Karakteristik motor penguat terpisah Kara Karakt kter eris isti tik k-kar -karak akte teri rist stik ik
moto motorr
peng pengua uatt
terp terpis isah ah
memp mempun unya yaii
persamaan persamaan dengan dengan karakter karakteristi istik-k k-karak arakteris teristik tik pada motor motor shunt. shunt. Oleh karena karena itu tinjauan pada motor ini dapat dilihat pada motor shunt. Motor dengan penguat terpisah terpisah ini hanya hanya dipakai dipakai dalam dalam hal-hal hal-hal yang istimewa, terutama pada tegangan jala-jala yang tinggi dan sebagai motor-motor angkat dipertimbangan b. Karakteristik Karakteristik motor shunt i )
Karakter Karakteristi istik k Ta Ta = f (Ia) (Ia) Sesuai dengan persamaan-persamaan persamaan-persamaan pada motor shunt, shunt, maka akan didapat bahwa karakteristi karakteristik k Ta = f (Ia) adalah linier seperti seperti dapat dapat dilukiskan dilukiskan pada gambar 18. Ta
Karena Karena ada ada kerug kerugian ian daya, daya, Ta tidak dimulai dari titik 0, tetapi dimulai dari titik A.
To Ta
OA = arus beban kosong yaitu arus arus jangk jangkar ar yang yang diperl diperluk ukan an untuk untuk memban membangki gkitkan tkan momen momen
0
A
Ia
yaitu untuk jangkar.
Gambar 18.
2) Karakt Karakteri eristi stik k n = f (Ia) (Ia) Berdasarkan gambar disamping dapat dijelaskan bahwa dengan dengan
n
mem-per mem-perbes besar ar sesuai V? Ia.Ra : n? c akan turun.
n
Ia Gambar 19
arus arus jangkar jangkar Ia, persamaan maka putaran putaran
3) Karakteristik Karakteristik n = f (Ta) (Ta) Karena, Karena, Ta = c .
. Ia Ia , di di ma ma na Ta sebandi sebanding ng denga dengan n Ia maka karakter karakteristi istik k
n = f(Ta) f(Ta) = Karakte Karakteris ristik tik n = f (Ia) (Ia).. c. Motor Motor Seri Seri ) i
Karakteristik Karakteristik Ta = f (Ia) (Ia) Sesuai Sesuai dengan dengan persamaan persamaan arus : Is = Ia = I Jika beban naik, maka I, Ia dan Is naik, sehingga fluks magnet juga naik. Sebelum Sebelum kutub jenuh, fluks magnet ( Berd Berdas asar arka kan n : Ta = c
) sebanding sebanding dengan Is.
Ia, Ia, di mana mana sebe sebelu lum m jenu jenuh h
seba seband ndin ing g Ia maka maka
persamaan di atas dapat ditulis : Ta = c . Ia² Secara Secara matema matematik tika, a, sebelu sebelum m mencap mencapai ai titik titik jenuh, jenuh, grafik grafik Ta = f (Ia) (Ia) merupakan parabola (fungsi kuadrant). Setelah mencapai mencapai titik jenuh, Ta = f (Ia) akan linier seperti pada pada gambar 20.
AO= Arus Beban
Gambar 20
2) Karakter Karakteristi istik k n = f (Ia) Rumus = n ?
? Ia.Ra V c. ?
Jika motor seri dihubungan dengan sumber tanpa dibebani maka Is = kecil, sehingga fluks mangnet juga kecil, Ia x Ra juga kecil, maka n = tinggi sekali.
Oleh Oleh kare karena na itu itu untu untuk k men menekan ekan moto motorr seri seri,, dal dalam prakte aktek k tidak diperkenankan terhubung dengan sumber dalam kondisi motor tanpa beban. Jika beban naik Is naik dan fluks magnet naik pula, maka n motor akan turun cepat sekali , hal ini jika kutub magnet belum mencapai kejenuhan.
Sete Setela lahku hkutu tub b magn magnet et
menc mencap apaai keje kejenu nuha han n
maka maka puta putaran ran motor motor seri seri relati relatiff tetap tetap atau atau jika jika mengalami penurunan, biasanya relatif kecil.
Gambar Gambar 21
3) Karakt Karakteri eristi stik k n = f (Ta) (Ta) Karen arenaa Ta seba seband ndin ing g deng dengan an Ia, Ia, mak maka kara karakt kter eris isti tik k n = f (Ta) (Ta) = kara karakt kter eris isti tik k
n = f (Ia) (Ia)..
d. Karakteristik Karakteristik motor kompon
Gambar Gambar 22.
GENERATOR ARUS SEARAH PRINSIP KERJA GENERATOR ARUS SEARAH Prinsip kerja suatu generator arus searah berdasarkan hukum Faraday : e = - N d / dt dt 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 gg l 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 pemabngkitan tegangan searah, tamopak bahwa tegangan kecepatan yang dibangkitkan pada kumparan jangkar merupakan tegangan bolakbalik. 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 huybungkan, maka tegangan menjadi nol. Dan bila sakalar dibuka lagi akan timbul lagi tegangan. Begitu seterusnya setiap setenganh periode tegangan saklar dihubungkan, maka akan di hailkan tegangan searah gelombang penuh.
SISTEM KOMUTATOR Komutator brfungsi 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.
GAMBAR EFEK KOMUTASI
SISTEM DIODA Dioda adalah komponen pasif yang mempunyai sifat-sifat sebagai berikut: -
Bila diberi prasikap prasikap maju maju (forward (forward bias) bisa dialiri dialiri arus.
-
Bila diberi prasikap prasikap balik balik (reverse (reverse bias) dioda dioda tidak tidak akan akan dialiri dialiri arus.
Berdasrakan bentuk gelombang yang dihasilkan, dioda dibagi dalam: -
Half wave wave rectifier rectifier (penyearah (penyearah setengah setengah gelombang) gelombang)
-
Full wave wave rectifier rectifier (penyearah (penyearah satu satu gelombang gelombang penuh)
KARAKTERISTIK GENERATOR ARUS SEARAH Medan magnet pada generator dapat dibangkitkan dengan dua cara yaitu : -
dengan dengan magnet magnet permanen permanen
-
dengan dengan magnet magnet remanen 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 Medan magnet magnet yang dibangki dibangkitkan tkan dapat dapat diatur diatur
Pada generator arus searah berlaku hubungan-hubungan sebagai berikut : Ea =
z n P / 60 a Vol Voltt
Dimana: Ea = ggl yang dibangkitkan pada jangkar generator = fluks per kutub z = jumlah penghantar total n = kecepatan putar a = jumlah hubungan pararel Bila zP/60a = c(konstanta), maka maka : Ea = cn Volt Berdasarkan cara memberikan fluks pada kumparan medannya, generator arus searah dapat dikelompokkan menjadi 2 yaitu: 1. Generator berpenguatan bebas Generator tipe penguat bebas dan terpisah adalah generator yang lilitan medannya dapat dihubungkan ke sumber dc yang secara listrik tidak tergantung dari mesin. Tegangan searah yang dipasangkan pada kumparan medan yang mempunyai tahanan Rf akan menghasilkan arus If dan menimbulkan fluks pada kedua kutub. Tegangan induksi akan dibangkitkan pada generator.
Jika generator dihubungkan dengan beban, dan Ra adalah tahanan dalam generator, maka hubungan yang dapat dinyatakan adalah: Vf = If Rf Ea = Vt + Ia Ra Besaran yang mempengaruhi kerja dari generator : -
Tegan Teganga gan n jepi jepitt (V) (V)
-
Arus Arus eksita eksitasi si (pe (pengu nguatan atan))
-
Arus Arus jang jangka karr (Ia) (Ia)
-
Kecep Ke cepat atan an pu puta tarr (n) (n)
2. Genera Generator tor berpen berpengua guatan tan sendir sendirii
(a)
Gener Generato atorr seara searah h seri seri
Vt = Ia Ra Ea = Ia (Ra + Rf ) + Vt +
(b) (b)
Gene Genera rato torr Shun Shuntt
Vt = If Rf Ea = Ia Ra + Vt +
Adanya Adanya sisa magnetik magnetik pada sistem sistem penguat penguat
-
Hubungan Hubungan dari rangkaian rangkaian medan medan pada jangkar jangkar harus harus sedemikian, sedemikian, hingga hingga arah medan yang terjadi, memperkuat medan yang sudah ada. Mesin shunt akan gagal membangkitkan tegangannya kalau:
-
Sisa Sisa magnet magnetik ik tidak tidak ada. ada. Misal: pada mesin-mesin baru. Sehingga cara memberikan sisa magnetik adalah pada generator shunt dirubah menjadi generator berpenguatan bebas atau pada generator dipasang pada sumber arus searah, dan dijalankan sebagai motor shunt dengan polaritas sikat-sikat dan perputaran nominal
- Hubungan medan terbalik, karena generator diputar oleh arah yang salah dan dijalanksalahan, sehingga /’;[p-0arus /’;[p-0arus medan tidak memperbesar nilai fluksi. Untuk memperbaikinya dengan hubungan-hubungan perlu diubah dan diberi kembali sisa magnetik, seperti cara untuk memberikan sisa magnetik - Tahanan rangkaian penguat terlalu besar. Hal ini terjadi misalnya pada hubungan terbuka dalam rangkaian medan, hingga Rf tidak berhingga atau tahanan kontak sikat terlalu besar atau komutator kotor.
3. Ge Gene nera rato torr komp kompon on Generator kompon merupakan gabungan dari generator shunt dan generator seri, yang dilengkapi dengan kumparan shunt dan seri dengan sifat yang dimiliki merupakan gabungan dari keduanya. Generator kompon bisa dihubungkan sebagai kompon pendek atau dalam kompon panjang. Perbedaan dari kedua hubungan ini hampir tidak ada, karena tahanan kumparan seri kecil, sehingga tegangan drop pada kumparan ini ditinjau dari dari tegangan 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 kumparan kompon 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 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.
(a) (a)
Kompo Kompon n panj panjan ang g
Ia = If1 = IL + If2 Ea = Vt + Ia(Ra + Rf1) +
(b) (b)
Kompo Kompon n pend pendek ek
Ia = If1 + If2 = IL + If2 Ea = Vt + ILRf1 + IaRa +
Pembangkitan Tegangan Induksi Pada Generator Berpenguatan Sendiri Disini akan diterangkan pembangkitan tegangan induksi generator shunt dalam keadaan tanpa beban. Pada saat mesin dihidupkan (S tutup), timbul suatu fluks residu yang memang sudah terdapat pada kutub. Dengan memutarkan rotor, akan dibangkitkan tegangan induksi yang kecil pada sikat. Akibat adanya tegangan induksi ini mengalirlah arus pada kumparan medan. Arus ini akan menimbulkan fluks yang memperkuat fluks yang telah ada sebelumnya. Proses terus berlangsung hingga dicapai tegangan yang stabil. Jika tahanan medan diperbesar, tegangan induksi yang dibangkitkan menjadi lebih kecil. Berarti makin besar tahanan kumparan medan, makin buruk generator tersebut.
Reaksi Jangkar Fluks yang menembus konduktor jangkar pada keadaan generator tak berbeban merupakan fluks utama. Jika generator dibebani, timbullah arus jangkar. Adanya arus jangkar ini menyebabkan timbulnya fluks pada konduktor tersebut. Dengan mengnggap tidak ada arus medan yang mengalir dalam kumparan medan, fluks ini seperti digambarkan pada gambar dibawah ini.
Perhatian pada konduktor yang terletak pada daerah ac, ternyata fluks yang ditimbulkan arus jangkar dengan fluks utamanya saling memperkecil, sehingga fluks yang terjadi disini menjadi berkurang. Perhatikanlah kemudian konduktor pada daerah bd, ternyata fluks yang ditimbulkan oleh arus jangkar dengan fluks utamanya saling memperkuat, sehingga fluks yang terjadi disini bertambah. Fluks total saat generator dalam keadaan berbeban adalah penjumlahan vector kedua fluks. Pengaruh adanya interaksi ini disebut reaksi jangkar. Interaksi kedua fluks tersebut dapat dilihat pada gambar dibawah ini. Karena operasi suatu generator arus searah selalu pada daerah jenuh, pengurangan suatu fluks pada konduktor dibandingkan dengan pertambahan fluks pada konduktor lain lebih besar.
B
Kerja pararel generator arus searah Untuk memberi tenaga pada suatu beban kadang-kadang diperlukan kerja pararel dari dua atau lebih generator. Pada penggunaan beberapa buah mesin perlu dihindari terjadinya beban lebih pada salah satu mesin. Kerja pararel generator juga diperlukan untuk meningkatkan efisiensi yang besar pada perusahaan listrik umum yang senantiasa memerlukan tegangan yang konstan. Untuk hal-hal yang khusus sering dynamo dikerrjakan pararel dengan aki, sehingga secara teratur dapat mengisi aki tesebut. Tujuan kerja pararel dari generator adalah :
-
Untuk membantu mengatasi beban untuk manjaga jangan sampai mesin dibebani lebih.
-
Jika satu mesin dihentikan akan diperbaiki karena ada kerusakan, maka harus ada mesin lain yang meueruskan pekerjaan. Jadi untuk menjamin kontinuitas dari penyediaan tenaga listrik.
-
Sumberby :
http://www.homepagez.com/pkdst/generator/generator_arus_searah.htm