Karakteristik Karakteristik generator arus searah (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 :
erdasarkan cara memberikan !uks pada kumparan medannya, generator arus searah dapat dikelompokkan menjadi " yaitu: #.
Generator be 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. $egangan $egangan searah yang dipasangkan pada kumparan medan yang mempunyai tahanan %& akan menghasilkan arus '& dan menimbulkan !uks pada kedua kutub. $egangan induksi akan dibangkitkan pada generator. generator.
(ika generator dihubungkan dengan beban, dan %a adalah tahanan dalam generator, maka hubungan yang dapat dinyatakan adalah:
• • • •
esaran yang mempengaruhi kerja dari generator : $egangan jepit )*+ rus eksitasi )penguatan+ rus jangkar )'a+ Kecepatan putar )n+ ". Generator berpenguatan sendiri
a. Generator searah seri
b. Generator Shunt
• •
•
•
•
c.
Pada generator shunt, untuk mendapatkan penguatan sendiri diperlukan : danya sisa magnetik pada sistem penguat ubungan dari rangkaian medan pada jangkar harus sedemikian, hingga arah medan yang terjadi, memperkuat medan yang sudah ada. Mesin shunt akan gagal membangkitkan tegangannya kalau: Sisa magnetik tidak 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 ubungan medan terbalik, Karena generator diputar oleh arah yang salah dan dijalankan, sehingga arus medan tidak memperbesar nilai !uksi. ntuk memperbaikinya dengan hubungan-hubungan perlu diubah dan diberi kembali sisa magnetik, seperti cara untuk memberikan sisa magnetik $ahanan rangkaian penguat terlalu besar. al ini terjadi misalnya pada hubungan terbuka dalam rangkaian medan, hingga %& tidak berhingga atau tahanan kontak sikat terlalu besar atau komutator kotor. Generator Kompon Generator kompon merupakan gabungan dari generator shunt dan generator seri, yang dilengkapi dengan kumparan shunt dan seri dengan si&at 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 tegangan terminal kecil sekali dan terpengaruh. iasanya kumparan seri dihubungkan sedemikian rupa, sehingga kumparan seri ini membantu kumparan shunt, yakni MM/ nya searah. ila generator ini dihubungkan seperti itu, maka dikatakan generator itu mempunyai kumparan kompon bantu. Mesin yang mempunyai kumparan seri mela0an medan shunt disebut kompon la0an dan ini biasanya digunakan untuk motor atau generatorgenerator khusus seperti untuk mesin las. Dalam hubungan kompon bantu yang mempunyai peranan utama ialah kumparan shunt dan kumparan seri
dirancang untuk kompensasi MM/ akibat reaksi jangkar dan juga tegangan drop di jangkar pada range beban tertentu. 'ni mengakibatkan tegangan generator akan diatur secara otomatis pasa satu range beban tertentu i. Kompon Panjang
ii. Kompon Pendek
Pembangkitan $egangan 'nduksi Pada Generator erpenguatan Sendiri Disini akan diterangkan pembangkitan tegangan induksi generator shunt dalam keadaan tanpa beban. Pada saat mesin dihidupkan )S tutup+, timbul suatu !uks residu yang memang sudah terdapat pada kutub. Dengan memutarkan rotor, akan dibangkitkan tegangan induksi yang kecil pada sikat. kibat adanya tegangan induksi ini mengalirlah arus pada kumparan medan. rus ini akan menimbulkan !uks yang memperkuat !uks yang telah ada sebelumnya. Proses terus berlangsung hingga dicapai tegangan yang stabil. (ika tahanan medan diperbesar, tegangan induksi yang dibangkitkan menjadi lebih kecil. erarti makin besar tahanan kumparan medan, makin buruk generator tersebut. JENIS – JENIS GENERATOR DC
Seperti telah disebutkan dia0al, bah0a generator D1 berdasarkan dari rangkaian belitan magnet atau penguat eksitasinya terhadap jangkar )anker+ dibagi menjadi 2 jenis, yaitu: #. Generator penguat terpisah ". Generator shunt 2. Generator kompon Generator Penguat Terpisah
Pada generator penguat terpisah, belitan eksitasi )penguat eksitasi+ tidak terhubung menjadi satu dengan rotor. $erdapat dua jenis generator penguat terpisah, yaitu: #. Penguat elektromagnetik )Gambar 3.a+ ". Magnet permanent 4 magnet tetap )Gambar 3.b+
generator penguat terpisah
5nergi listrik yang dihasilkan oleh penguat elektromagnet dapat diatur melalui pengaturan tegangan eksitasi. Pengaturan dapat dilakukan secara elektronik atau magnetik. Generator ini bekerja dengan catu daya D1 dari luar yang dimasukkan melalui belitan /#-/". Penguat dengan magnet permanen menghasilkan tegangan output generator yang konstan dari terminal rotor #-". Karakteristik tegangan * relati& konstan dan tegangan akan menurun sedikit ketika arus beban ' dinaikkan mendekati harga nominalnya. Karakteristik Generator Penguat Terpisah
Gambar. karakteristik generator penguat terpisah
•
• •
•
karakteristik generator penguat terpisah saat eksitasi penuh )'e #667+ dan saat eksitasi setengah penuh )'e 867+. 'e adalah arus eksitasi, ' adalah arus beban.$egangan 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. Generator Shunt
Pada generator shunt, penguat eksitasi 5#-5" terhubung paralel dengan rotor )#-"+. $egangan a0al generator diperoleh dari magnet sisa yang terdapat pada medan magnet stator. %otor berputar dalam medan magnet yang lemah, dihasilkan tegangan yang akan memperkuat medan magnet stator, sampai dicapai tegangan nominalnya. Pengaturan arus eksitasi yang mele0ati belitan shunt 5#-5" 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 diba0ah ini.
Diagram rangkaian generator shunt
(ika 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. Karakteristik Generator Shunt
Gambar. karakteristik generator shunt
Generator shunt mempunyai karakteristik seperti ditunjukkan pada Gambar diatas. $egangan output akan turun lebih banyak untuk kenaikan arus beban yang sama, dibandingkan dengan tegangan output pada generator penguat terpisah. Sebagai sumber tegangan, karakteristik dari generator penguat terpisah dan generator shunt tentu kurang baik, karena seharusnya sebuah generator mempunyai tegangan output yang konstan, namun hal ini dapat diperbaiki pada generator kompon. Generator Kopon
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 diba0ah ini. Pengatur medan magnet )D#-D"+ terletak di depan belitan shunt.
Diagram rangkaian generator kompon
Karakteristik Generator Kopon
gambar karakteristik generator kompon
Gambar diatas menunjukkan karakteristik generator kompon. $egangan output generator terlihat konstan dengan pertambahan arus beban, baik pada arus eksitasi penuh maupun eksitasi 867. al ini disebabkan oleh adanya penguatan lilitan seri, yang cenderung naik tegangannya jika arus beban bertambah besar. (adi ini merupakan kompensasi dari generator shunt, yang cenderung tegangannya akan turun jika arus bebannya naik.
https:44youtu.be4a*9;b'jiG%$16
/K?$S $5K@'K M5S'@ @'*5%S'$S M$%M #+ Suatu generator arus searah seri, 86 K>, "86 *olt, resistans kumparan jangkar 6,# ohm, rugi tegangan pada sikat tidak ada. itung a. rus jangkarnya bila bekerja pada beban penuh b. %esistans medan seri bila tegangan yang dibangkitkan A266 *olt Penyelesaian: Pakai gambar "-#B dengan data berikut, PoutputA 86 k>C *tA "86 *olt C %aA 6,# ohm Dan 5gA 266 *olt a. rus jangkarnya:
b. %esistans Medan Seri 5gA *t'a%a'%ssi 266 A "86 "66;6.# "66; %s6 266 A "96 "66; %s %sA 6,#8 ohm ". ". Generator D1 seri mempunyai besar hambatan armatur "8 E, hambatan kumparan seri #66 E, serta rugi inti dan rugi gesek "66 0att dengan tegangan beban "86 *. itunglah : a. GG? armatur b. PF )daya output+ c. rugitotal d. P'@ )daya input+ e. ekonomis e. ekonomis penyelesaian: %a A "8 E %s A #66 E *t A "86 * %ugi-rugi A "66 0att (a0ab: %total A %a %s A "8 #66 A #"8 E ' A 'a A 's A '? A *t 4 %total A "86 4 #"8 A " a.+5a A 'a . %a 's . %s *t A ' . %a ' . %s *t A ' )%a %s+ *t A " )#"8+ "86 A 866 * b.+ Po A *t . '? A "86 . " A 866 0att c.+rugitotal A rugiarmatur rugikumparan seri rugi-rugi A )'a+" . %a )'s+" . %s rugi-rugi A "" . "8 "" . #66 "66 A #66 B66 "66 A 966 0att d.+P'@ A Po rugitotal A 866 966 A #"66 0att e.+ekonomis A Po 4 Pin ; #66 7 A 866 4 #"66 ; #66 7 A B#,H9 7 "+.Suatu generator arus searah B kutub mempunyai belitan jangkar yang terdiri dari HB3 penghantar )konduktor+ total yang dihubungkan dalam " garis edar paralel )jalan paralel arus pada penghantar jangkar+. (ika !uks per kutub A 6,2"# ; #6H
ma;0ell dan kecepatan perputaran dari jangkar #366 rpm, hitung tegangan rata-rata yang dibangkitkan. Penyelesaian : anyaknya penghantar seri per garis edar paralel sama dengan anyaknya !uks yang dipotong per putaran I A B ; 6,2"# ; #6H A #,"3B ; #6Hma;0ell Putaran jangkar per detik A>aktu yang dipergunakan per putaran : tA 5aJ4 penghantar A 5g)tegangan total yang dibangkitkan+ A 6,23H ; 2"B A #"8Jolt Dari contoh soal diatas hitung takaran )rating+ arus pada tiap penghantar pergaris edar jika daya yang dibangkitkan oleh jangkar adalah 8k> Penyelesaian : Daya )P+ dalam 0att A $egangan )*+ dalam Jolt ; rus atau ' dalam mp rus (angkar $otal rus per-penghantar )pergaris edar+ 2+.Suatu generator kompon panjang melayani beban 86 amper pada tegangan terminal 866 Jolt, mempunyai resistans jangkar, medan seri dan medan shunt masing-masing 6,68 ohmC 6,62 ohm dan "86 ohm. %ugi tegangan sikat # Jolt per sikat. (ika output prime moJer atau penggerak mula "9,8 k>, hitung : a. $egangan yang dibangkitkan oleh jangkar. b. 5siensi dari generator. Penyelesaian : Pakai gambar "-#H, dengan data berikut, ' A 86 mp C *t A 866 JoltC %a A 6,68 ohm %sA 6,62 ohm C %ahA "86 ohm a+ 5gA *t 'a%s 'a%a LJ s A 866 )8" ; 6,62+ )8" ; 6,68+ )" ; #+ A 86H,#H Jolt b+ Futput penggerak mula menjadi daya input )Pinput+ dari generator A "9,8 K0 C sedangkan daya output generator )Poutput+ A ' ; * A866 ; 86 A "8 k> 5&isiensi )+ A B+(angkar sebuah motor D1 tegangan "26 Jolt dengan tahanan 6.2#" ohm dan mengambil arus B3 ketika dioperasikan pada beban normal. a. itunglah GG? la0an )5a+ dan daya yang timbul pada jangkar. b. (ika tahanan jangkar 6.B#9 ohm, keadaan yang lain sama. erapa GG? la0an )5a+ dan daya yang timbul pada jangkar. Penurunan tegangan pada sikat-sikat sebesar " Jolt untuk soal a dan b. (a0aban: a. 5a A * 'a %a "N5 A )"26 " + )B3 ; 6.2#"+ A "#2 Jolt Daya yang dibangkitkan pada jangkar A 5a 'a A "#2 ; B3 A #6.""B 0att b. 5b A * 'a %a "N5 A )"26 "+ )B3 ; 6.B#9+ A "63 Jolt Daya yang dibangkitkan pada jangkar A 5a 'a A "63 ; B3 A OO3B 0att
8+ Suatu generator arus searah kompon pendek "6k> bekerja dengan beban penuh pada tegangan terminal "86 *olt. %esistans kumparan jangkar, kumparan medan seri, dan kumparan medan shunt masing-masing sebesar 6,68 ohm, 6,6"8 ohm, dan #66 ohm. itung tegangan yang harus dibangkitkan oleh jangkar. Penyelesaian: Pada gambar "-#8 dengan data berikut, PoutputA "6k>C *tA"86 *olt %sA 6,68 ohmC %sA 6,6"8 ohm dan %shA #66 ohm 'aA 'sh 'A36",B3A3",B3 mper $egangan yang dibangkitkan oleh jangkar : 5gA *t'a%a'%ssi A "86 )3",B3;6,68+)36;6,6"8+6 A "86B,#"" A "8H,#" *olt H+ Suatu generator arus searah berpenguatan bebas melayani beban B86 mper pada tegangan terminal "26Jolt. %esistans jangkar 6.62 Fhm, rugi tegangan pada sikat seluruhnya " Jolt, hitung tegangan yang dibangkitkan. (ika arus medan untuk membangkitkan !uks dipertahankan sebesar B mper, tegangan sumber arus searah untuk penguatan sebesar ""6 Jolt serta resistans kumparan medan 86 ohm, berapa besarnya resistans pengatur arus masuk kumparan medan. Penyelesaian : ?ihat rangkaian ekiJalen generator arus searah berpenguatan bebas, gambar "#", datanya : 'aA ' A B86 mper C %aA 6.62 Fhm *tA "26 *olt C * &t A""6*olt %& A 86 Fhm C '& A B mper $egangan yang dibangkitkan oleh jangkar )5g+ : 5gA *t 'a%aLJsi A "26 )B86 ; 6.62+ " A "B8.8 Jolt %esistans yang dibutuhkan untuk mengatur arus medan : *& A '& )%& %+ "26 A B)86 %+ % A 98 Fhm 9+ Suatu generator arus searah shunt, B kutub, mempunyai 88 alur jangkar, tiap alur berisi 3 penghantar. ila kecepatan generator O66 rpm, !uks4kutub 8.H ;#6H ma;0ell dan garis edar paralel B, hitung 5M/4tegangan yang dibangkitkan oleh jangkar, jika arus jangkar #66 mper, resistans kumparan jangkar 6.68Fhm, rugi tegangan pada semua sikat " *olt, hitung tegangan terminal generatorQ. Penyelesaian : 5M/ yang dibangkitkan oleh jangkar : 5gA 2HO,H Jolt ditanya : 5gA 2HO.H *oltC % laA 6.68 ohm, $egangan terminalnya : *t A 5g-'a%a-si A 2HO,H-)#66;6,68+-"
A 2H",H *olt a A #66 mper $egangan terminalnya : *t A 5g-'a%a-si A 2HO,H-)#66;6,68+-" A 2H",H *olt 3+ Suatu generator arus searah berpenguatan bebas melayani beban B86 mper pada tegangan terminal "26Jolt. %esistans jangkar 6.62 Fhm, rugi tegangan pada sikat seluruhnya " Jolt, hitung tegangan yang dibangkitkan. (ika arus medan untuk membangkitkan !uks dipertahankan sebesar B mper, tegangan sumber arus searah untuk penguatan sebesar ""6 Jolt serta resistans kumparan medan 86 ohm, berapa besarnya resistans pengatur arus masuk kumparan medan. Penyelesaian : ?ihat rangkaian ekiJalen generator arus searah berpenguatan bebas, gambar "#", datanya : 'aA ' A B86 mper C %aA 6.62 Fhm *tA "26 *olt C *& A""6*olt %& A 86 Fhm C '& A B mper $egangan yang dibangkitkan oleh jangkar )5g+ : 5gA *t 'a%aLJsi A "26 )B86 ; 6.62+ " A "B8.8 Jolt %esistans yang dibutuhkan untuk mengatur arus medan : *& A '& )%& %+ "26 A B)86 %+ % A 98 Fhm O+ #. Sebuah genarator yang memiliki kumparan dengan luas penampang "66 cm", terdiri atas 866 lilitan diputar dengan kecepatan sudut #"86 rad4s. pabila kuat medan magnet pada generator tersebut ".#6-2 >b4m", tentukan berapa ggl maksimum yang dihasilkan generator tersebutQ Penyelesaian : Diketahui : A "66 cm" A " .#6-" m" @ A 866 lilitan R A #"86 rads-# A ".#6-2 >b.m-" Ditanyakan : Ma; A .... (a0ab : Ma; A @ R A " ; #6-2 ; " ; #6-" ; 866 ; #"86 *olt A "8 Jolt (adi, besarnya ggl maksimum yang dihasilkan generator adalah "8 Jolt. #6+ Sebuah generator yang memiliki luas bidang kumparan B66 cm" terdiri atas #666 lilitan dengan kuat medan magnetnya 8.#6-B >b4m", diputar dengan kecepatan sudut 866 rad4s. $entukan besarnya ggl yang timbul pada saat garis normal bidang kumparan membentuk sudut 26o terhadap arah medan magnetQ Penyelesaian :
Diketahui : A B66 cm" A )B ; #6-" m"+ @ A #666 lilitan A 8 ; #6-B >bm-" R A 866 rads-# T A Rt A 26o Ditanyakan : A .... (a0ab : A @ R sin Rt A 8 ; #6-B ; B ; #6-" ; #62 ; 8 ; #6" ; sin 26o A #6 . A 8 Jolt (adi, besarnya ggl yang timbul adalah 8 Jolt.
