BAB I PENDAHULUAN A. Lata Latarr B Bel elak akan ang g Generator DC merupakan sebuah perangkat mesin listrik dinamis
yang yang mengub mengubah ah energi energi mekani mekaniss menjad menjadii energ energii listrik listrik.. Secara Secara umum umum generator DC tidak berbeda dengan motor DC kecuali pada arah aliran daya. daya. Berdas Berdasark arkan an cara memberi memberikan kan fluks fluks pada pada kumpara kumparan n medann medannya, ya, generat generator or arus arus searah searah DC dapat dapat dikelo dikelompo mpokka kkan n menjad menjadii dua, yaitu: yaitu: generator berpenguatan bebas dan generator berpenguatan sendiri. Dalam kehidupan kita sehari-hari Generator DC dapat berfungsi sebagai salah satu pembangkit arus searah di bengkel-bengkel atau pabrik, sebagai pengisi accu pada perusahaan pengisi accu, sebagai pengisi accu mobil, mobil, bahkan bahkan dipusat dipusat-pu -pusat sat tenaga tenaga listrik listrik berfun berfungsi gsi sebaga sebagaii pengua penguatt maknit e!iciter" pada generator utama. Generator DC terdiri dua bagian yaitu stator mesin DC yang diam" dan bagian rotor bagian mesin DC yang berputar". Bagian stator terdiri dari: rangka motor, belitan stator, sikat arang, bearing dan terminal bo!. Sedangkan bagian rotor terdiri dari: komutator, belitan rotor, kipas rotor dan poros rotor. #engin #engingat gat pentin pentingny gnyaa penggu penggunaan naan genera generator tor arus arus searah searah DC dalam kehidupan sehari hari maka dalam makalah ini penulis mencoba untuk menggambarkan mengenai dasar-dasar yang berhubungan mengenai generator DC arus searah".
B. Rumu Rumusa san n Mas Masal alah ah $. %pa kons konstru truksi ksi dan dan kompo komponen nen Gener Generato atorr DC& '. Bagaima Bagaimana na prin prinsip sip kerja kerja Generat Generator or DC& DC& (. Bagaimana Bagaimana prinsip prinsip tangan tanan pada pembangkitan pembangkitan tegangan tegangan
Generator DC&
1
). %pa %pa jenis jenis-je -jeni niss Genera Generato torr DC& *. %pa aplikas aplikasii dari dari Genera Generator tor DC& DC& +. Bagaima Bagaimana na eo eori ri Dinam Dinamo o istri istrik& k& C. Tujuan juan dan dan Manfa Manfaat at $. #engetahui #engetahui konstruksi konstruksi dan komponen komponen Generator Generator DC. DC. '. #enget #engetahu ahuii prinsi prinsip p kerja kerja Genera Generator tor DC. DC. (. #engetahui #engetahui prinsip prinsip tangan tangan kanan kanan pada pada pembang pembangkitan kitan tegangan tegangan
Generator DC. ). #enget #engetahu ahuii jenis-j jenis-jeni eniss Generat Generator or DC. DC. *. #enget #engetahu ahuii aplika aplikasi si dari dari Gener Genertao taorr DC +. #enget #engetahu ahuii eo eori ri Dinam Dinamo o istri istrik. k.
BAB II LANDAAN TE!RI
Generator adalah sebuah alat yang memproduksi energi listrik dari sumber energi mekanik, biasanya dengan menggunakan induksi elektromagnetik. roses ini dikenal sebagai pembangkit listrik. /alau generator dan motor punya banyak kesamaan, tapi motor adalah alat yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. mekanik. Generator Generator mendorong mendorong muatan listrik untuk bergerak bergerak melalui melalui sebuah
2
). %pa %pa jenis jenis-je -jeni niss Genera Generato torr DC& *. %pa aplikas aplikasii dari dari Genera Generator tor DC& DC& +. Bagaima Bagaimana na eo eori ri Dinam Dinamo o istri istrik& k& C. Tujuan juan dan dan Manfa Manfaat at $. #engetahui #engetahui konstruksi konstruksi dan komponen komponen Generator Generator DC. DC. '. #enget #engetahu ahuii prinsi prinsip p kerja kerja Genera Generator tor DC. DC. (. #engetahui #engetahui prinsip prinsip tangan tangan kanan kanan pada pada pembang pembangkitan kitan tegangan tegangan
Generator DC. ). #enget #engetahu ahuii jenis-j jenis-jeni eniss Generat Generator or DC. DC. *. #enget #engetahu ahuii aplika aplikasi si dari dari Gener Genertao taorr DC +. #enget #engetahu ahuii eo eori ri Dinam Dinamo o istri istrik. k.
BAB II LANDAAN TE!RI
Generator adalah sebuah alat yang memproduksi energi listrik dari sumber energi mekanik, biasanya dengan menggunakan induksi elektromagnetik. roses ini dikenal sebagai pembangkit listrik. /alau generator dan motor punya banyak kesamaan, tapi motor adalah alat yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. mekanik. Generator Generator mendorong mendorong muatan listrik untuk bergerak bergerak melalui melalui sebuah
2
sirkuit listrik eksternal, tapi generator tidak menciptakan listrik yang sudah ada di dalam kabel lilitannya. 0al ini bisa dianalogikan dengan sebuah pompa air, yang menciptakan aliran air tapi tidak menciptakan air di dalamnya. Sumber enegi mekanik bisa berupa resiprokat maupun turbin mesin uap air yang jatuh melalui sebuah turbin maupun kincir air, mesin pembakaran dalam turbin angin, energi surya surya atau atau matahar matahari, i, udara udara yang yang dimamp dimampatka atkan, n, atau apa pun sumber sumber energi energi mekanik yang lain. ada $1($-$1(' #ichael 2araday menemukan bah3a perbedaan potensial dihasil dihasilkan kan antara antara ujungujung-uju ujung ng konduk konduktor tor listri listrik k yang yang berger bergerak ak tegak tegak lurus lurus terhad terhadap ap medan medan magnet magnet.. Dia membua membuatt genera generator tor elektrom elektromagn agnetik etik pertam pertamaa berdasarkan efek ini menggunakan cakram tembaga yang berputar antara kutub magnet tapal kuda. roses ini menghasilkan arus searah yang kecil. Desain alat yang dijuluki 4Cakram 2araday5 itu tidak efisien dikarenakan oleh aliran arus listrik yang arahnya berla3anan di bagian cakram yang tidak terkena pengaruh medan magnet. %rus yang diinduksi langsung di ba3ah magnet akan mengalir kembali ke bagian cakram di luar pengaruh medan magnet. %rus balik itu membatasi tenaga yang dialirkan ke ka3at penghantar dan menginduksi panas yang dihasilkan cakram tembaga. Generator homopolar homopolar yang dikembangkan selanju selanjutny tnyaa menyel menyelesai esaikan kan permas permasalah alahan an ini dengan dengan menggu menggunak nakan an sejuml sejumlah ah magnet magnet yang yang disusu disusun n mengel mengelilin ilingi gi tepi tepi cakram cakram untuk untuk mempert mempertahan ahankan kan efek medan magnet yang stabil. 6elemahan yang lain adalah amat kecilnya tegangan listrik yang dihasilkan alat ini, dikarenakan jalur arus tunggal yang melalui fluks magnetik. Generator dibagi menjadi ', yaitu: $. Generat Generator or %rus %rus Bola Bolak-B k-Balik alik %C" %C" Generator arus bolak-balik yaitu generator dimana tegangan yang dihasilkan tegangan output" berupa tegangan bolak-balik. '. Gene Generat rator or %ru %russ Searah Searah DC DC"" Generat Generator or arus arus searah searah yaitu yaitu generat generator or dimana dimana tegang tegangan an yang yang diha dihasil silka kan n tega tegang ngan an outp output ut"" beru berupa pa tega tegang ngan an seara searah, h, karen karenaa di dalamnya dalamnya terdapat terdapat sistem penyearahan penyearahan yang dilakukan dilakukan bisa berupa
3
oleh komutator atau menggunakan dioda. rinsip kerja generator DC sama dengan generator %C. 7amun, pada generator DC arah arus induksinya tidak berubah. 0al ini disebabkan cincin yang digunakan pada generator DC berupa cincin belah komutator". Berdasarkan sistem pembangkitannya generator %C dapat dibagi menjadi dua, yaitu : $. Generator $ fasa Generator yang dimana dalam sistem melilitnya hanya terdiri dari satu kumpulan kumparan yang hanya dilukiskan dengan satu garis dan dalam hal ini tidak diperhatikan banyaknya lilitan. 8jung kumparan atau fasa yang satu dijelaskan dengan huruf besar 9 dan ujung yang satu lagi dengan huruf 8. '. Generator ( fasa Generator yang dimana dalam sistem melilitnya terdiri dari tiga kumpulan kumparan yang mana kumparan tersebut masing-masing dinamakan lilitan fasa. adi pada statornya ada lilitan fasa yang ke satu ujungnya diberi tanda 8 ; 9< lilitan fasa yang ke dua ujungnya diberi tanda dengan huruf = ; > dan akhirnya ujung lilitan fasa yang ke tiga diberi tanda dengan huruf / ; ?. Bagian-bagian generator adalah sebagai berikut : $. @otor, adalah bagian yang berputar yang mempunyai bagian terdiri dari poros, inti, kumparan, cincin geser, dan sikat-sikat. '. Stator, adalah bagian yang tak berputar diam" yang mempunyai bagian terdiri dari rangka stator yang merupakan salah satu bagian utama dari generator yang terbuat dari besi tuang dan ini merupakan rumah dari semua bagian-bagian generator, kutub utama beserta belitannya, kutub-kutub pembantu beserta belitannya, bantalan bantalan poros. Generator merupakan salah satu aspek pendukung dalam sistem tenaga dan merupakan salah satu aspek penting di dalam pengkonAersian energi elektromekanik, yaitu konAersi energi dari bentuk mekanik ke listrik dan dari bentuk listrik ke mekanik. Generator dapat digolongkan ke dalam sistem
4
pembangkit dimana sistem ini berperan untuk mengubah bentuk energi mekanik menjadi energi listrik. Suatu mesin listrik baik generator ataupun motor" akan berfungsi bila memiliki, yaitu: a. 6umparan medan, untuk menghasilkan medan magnet. b. 6umparan jangkar, untuk mengimbaskan ggl pada konduktor- konduktor yang terletak pada alur -alur jangkar. c. Celah udara, yang memungkinkan berputarnya jangkar dalam medan magnet. ada mesin arus searah, kumparan medan yang berbentuk kutub sepatu merupakan stator bagian yang tidak berputar", dan kumparan jangkar merupakan rotor bagian yang berputar". Bila kumparan jangkar berputar dalam medan magnet akan dibangkitkan tegangan ggl" yang berubah-ubah arah setiap setengah putaran, sehingga merupakan tegangan bolak-balik.
e = Emax sin "t 8ntuk memperoleh tegangan searah diperlukan alat penyearah yang disebut komutator dan sikat. Generator DC merupakan sebuah perangkat motor listrik yang mengubah energi mekanis menjadi energi listrik. Generator DC menghasilkan arus DCarus searah. Generator DC dibedakan menjadi beberapa jenis berdasarkan dari rangkaian belitan magnet atau penguat eksitasinya terhadap jangkar anker", jenis generator DC yaitu: a. Generator penguat terpisah b. Generator shunt c. Generator kompon
5
BAB III PEMBAHAAN
A. #$nstruks% &enerat$r DC ada umumnya generator DC dibuat dengan menggunakan magnet
permanen dengan ) kutub rotor, regulator tegangan digital, proteksi terhadap beban lebih, starter eksitasi, penyearah, bearing dan rumah generator atau casis, serta bagian rotor.
6
&am'ar (. #$nstruks% &enerat$r DC
Generator DC terdiri dua bagian, yaitu stator bagian mesin DC yang diam" dan bagian rotor bagian mesin DC yang berputar". Bagian stator terdiri dari: rangka motor, belitan stator, sikat arang, bearing dan terminal bo!. Sedangkan bagian rotor terdiri dari: komutator, belitan rotor, kipas rotor dan poros rotor. $. Stator Stator terdiri dari set-magnet dengan cincin baja dan lilitan ka3at yang menonjol dengan inti kutub utama, sepatu kutub yang terbuat dari lempeng-elektro serta ilitan ka3at penguat eksitasi seperti, dan intikutub bantu seperti ditunjukkan pada Gambar '. 6onstruksi ini biasanya terdapat pada mesin DC berdaya maksimum ' k/. #esin jenis ini akan bekerja sepanjang ada magnetisasi. 8ntuk mesin dengan daya hingga $ k/, terdiri dari sebuah komutator berkutub utama, yang terbuat dari baja atau empeng elektro dengan lilitan ka3at. Sepatusepatu kutub dari kutub utama terdapat lilitan kompensasi.
&am'ar ) * tat$r Mes%n DC 7
'. @otor Bagian rotor pada mesin DC seringkali disebut jangkar" terbuat dari poros baja beralur dan lilitan ka3at pada alur-alur tersebut. Gambar ( menunjukkan potongan sebuah mesin DC, dengan komutator di ujung motor. Sikat arang carbon brush" adalah bagian dari stator. Sikat ini ditahan oleh pemegang sikat brush holder".
&am'ar +* P$t$ngan Mes%n DC
(. 6omutator 6omutator terdiri dari segmen-segmen dari tembaga, dibentuk irisan memanjang searah dengan poros, masing-masing diisolasi satu dengan yang lainnya dan dengan poros diisolasi oleh mika atau phenolic resin. 6omutator dipres pada poros anker. 6umparan anker dihubungkan ke komutator untuk membentuk hubunganrangkaian kontinyu. 6omutator berfungsi untuk menyearahkan arus induksi bolak-balik dalam kumparan anker menjadi arus searah untuk digunakan ke beban kelistrikan kendaraan. 6omutator adalah bagian mesin listrik yang perlu sering dira3at dan dibersihkan. Bagian ini bersinggungan dengan sikat arang untuk memasukkan arus dari jala-jala ke rotor. Gambar ) menunjukkan bagian dari sebuah komutator dan bagian lain yang saling berkaitan.
8
&am'ar , * #$mutat$r - Pemegang %kat
Salah satu kelemahan dari mesin DC adalah kontak mekanis antara komutator dan sikat arang yang harus terjaga dan secara rutin dilakukan pemeliharaan. etapi mesin DC juga memiliki keunggulan khususnya untuk mendapatkan pengaturan kecepatan yang stabil dan halus. ). iringan tutup iringan 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. utup
bagian
belakang
mempunyai
lubang
pelumasan
untuk
memasukan oli pelumas. Sikat arang dipasang pada tutup bagian belakang. *. ul kumparan medan sepatu-sepatu kutub ul kumparan medan yang biasa disebut sepatu-sepatu kutub dikonstruksi dari besi tuang. ada bagian dalam dibentuk cekung untuk menyesuaikan bentuk kontur bulat dari armatur dan mengurangi hambatan magnetik dari jarak udara. 8jung-ujungnya diperpanjang sebagai dudukan kumparan medan. 6utub-kutub magnet dipasangkan dengan baut pada rumah generator. +. 6umparan medan 6umparan medan digulung dengan ka3at yang berukuran kecil< dengan tahanan relatif besar. 6umparan medan digulung dengan bentuk yang sesuai, diisolasi dan dibentuk yang sesuai dengan kontur rumah dan digulung pada kutub-kutub magnet. . %rmatur%nkerangkar
9
%rmatur%nker dinamo dikonstruksi dari plat-plat yang disusun berlapis-lapis yang disatukan dalam satu poros dan mempunyai aluralur sebagai tempat kumparan. 6umparan dapat digulung langsung pada alur-alur membentuk gulungankumparan armaturanker. angkar adalah tempat lilitan pada rotor yang berbentuk silinder beralur. Belitan tersebut merupakan tempat terbentuknya tegangan induksi. ada umumnya jangkar terbuat dari bahan yang kuat mempunyai sifat feromagnetik dengan permiabilitas yang cukup besar. ermiabilitas 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. iap-tiap kumparan terdiri dari lilitan ka3at atau lilitan batang.
&am'ar . /angkar &enerat$r DC
2luks magnet yang ditimbulkan oleh kutub-kutub utama dari sebuah generator saat tanpa beban disebut 2luks #edan 8tama Gambar +". 2luks ini memotong lilitan jangkar sehingga timbul tegangan induksi.
10
&am'ar 0. Medan Eks%tas% &enerat$r DC
Bila generator dibebani maka pada penghantar jangkar timbul arus jangkar. %rus jangkar ini menyebabkan timbulnya fluks pada penghantar jangkar tersebut dan biasa disebut 2Euks #edan angkar Gambar ".
&am'ar 1. Medan /angkar dar% &enerat$r DC 2a3 dan Reaks% /angkar 2'3.
#unculnya medan jangkar akan memperlemah medan utama yang terletak disebelah kiri kutub utara, dan akan memperkuat medan utama yang terletak di sebelah kanan kutub utara. engaruh adanya interaksi antara medan utama dan medan jangkar ini disebut reaksi jangkar. @eaksi jangkar ini mengakibatkan medan utama tidak tegak lurus pada garis netral n, tetapi bergeser sebesar sudut F. Dengan kata lain, garis
11
netral akan bergeser. ergeseran garis netral akan melemahkan tegangan nominal generator. 8ntuk mengembalikan garis netral ke posisi a3al, dipasangkan medan magnet bantu interpole atau kutub bantu", seperti ditunjukkan pada Gambar 1.a".
&am'ar 4. &enerat$r dengan #utu' Bantu 2a3 dan &enerat$r #utu' Utama5 #utu' Bantu5 Bel%tan #$m6ensas% 2'3.
ilitan 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. ika sikat dipertahankan pada posisi semula garis netral", maka akan timbul percikan bunga api, dan ini sangat berpotensi menimbulkan kebakaran atau bahaya lainnya. leh 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. @eaksi 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 a" dan b", generator dengan komutator dan lilitan kompensasinya. 6ini dalam rangkaian generator DC memiliki tiga lilitan magnet, yaitu: a. lilitan magnet utama
12
b. lilitan magnet bantu interpole" c. lilitan magnet kompensasi %kibat-akibat buruk dari adanya @eaksi angkar, yaitu: a. erjadi distorsi medan. b. erjadi loncatan bunga api karena bertambah besarnya tegangan. c. ada tiap perubahan beban daerah netral magnetik bergeser. d. erjadi demagnetisasi. Cara-cara untuk membatasi reaksi jangkar, yaitu: a.
6utub %ntara 6utub 6omutasi" Bentuknya
: ebih kecil dari kutub-kutub utama
ujuan
: #enempatkan daerah netral magnetic pada
tempatnya, sehingga tidak dipengaruhi keadaan beban dan menentang efek induksi sendiri. b.
6umparan 6ompensasi Bentuknya
: 6onsentrasi, ditempatkan pada kutub-kutub utama.
ujuan
: 8ntuk mencegah distorsi perubahan bentuk"
medan karena reaksi jangkar. endemagnetan terjadi akibat adanya reaksi jangkar menyebabkan turunnya fluks. Sedangkan fluks merupakan fungsi arus medan. @eaksi jangkar timbul akibat adanya arus yang mengalir dalam konduktor jangkar. adi, besarnya pendemagnetan bergantung pada besarnya arus jangkar dan pengaruhnya terlihat pada arus medannya. enentuan pendemagnetan dapat dilakukan dengan membuat grafik Ef sebagai fungsi Ea pada tegangan hasil pengukuran atau perhitungan. Grafik yang didapatkan dari perhitungan merupakan grafik dengan pengaruh pendemagnetan diabaikan. 8ntuk mendapatkannya, harga Ea dihitung harga Ha. Dari harga Ha yang didapat ini dan dengan menggunakan kurAa pendemagnetan didapatkan harga Ef. erhitungan dilakukan untuk beberapa harga Ea. Dari Ea dan Ef yang berpasangan ini dihasilkan suatu grafik seperti terlihat pada gambar di ba3ah ini yang bertuliskan tanda IhitI.
13
Grafik yang didapatkan dari pengukuran grafik dengan pengaruh pendemagnetan diikutsertakan. Caranya adalah dengan memasangkan amperemeter pada kumparan medan dan kumparan jangkarnya. Dengan membaca kedua amperemeter ini diperoleh suatu grafik seperti terlihat pada gambar di atas yang bertuliskan tanda ItestI. 0arga arus Ef dihasilkan dari pengukuran lebih besar daripada yang didapatkan dengan perhitungan untuk Ea yang sama. Selisih antara kedua grafik di atas menunjukkan besarnya pemagnetan J 2a dalam ampere". 8ntuk menyatakan ggm-nya, tinggal mengalikannya dengan jumlah belitan jangkar. 0arga efektif arus medan didefinisikan sebagai Ef ; 2a. 6emudian jika pendemagnetan dan tahanan jangkar diabaikan didapat grafik yang merupakan garis mendatar garisputus-putus". 1. @umah sikat dan arang sikat Sikat arang digunakan untuk menghubungkan hubungan antara armaturanker dengan rangkaian luar. Sikat arang dapat bergesek dengan baik dengan komutator dengan bantuan pegas dan rumah sikat. 0ubungan antara sikat-sikat arang dan rangkaian luar adalah dengan kabel tembaga fleksibel. K. 6ipas pendingin 6ipas pendingin terletak di bagian depan dan menyatu dengan puli penggerak mengalirkan udara pendingin ke dalam generator. Bagian yang harus menjadi perhatian untuk pera3atan secara rutin adalah sikat arang yang akan memendek dan harus diganti secara periodik atau berkala. 6omutator 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. Pr%ns%6 kerja &enerat$r DC eori yang mendasari terbentuknya GG induksi pada generator
ialah ercobaan 2araday. ercobaan 2araday membuktikan bah3a pada sebuah kumparan akan dibangkitkan GG Enduksi apabila jumlah garis gaya yang diliputi oleh kumparan berubah-ubah. %da ( hal pokok terkait dengan GG Enduksi ini, yaitu : $. %danya fluks magnet yang dihasilkan oleh kutub-kutub magnet.
14
'. %danya ka3at penghantar yang merupakan tempat terbentuknya H#2. (. %danya perubahan flu! magnet yang mele3ati ka3at penghantar listrik.
&am'ar 7. P%ns%6 #erja &enerat$r DC
ada gambar tersebut dengan memutar rotor penghantar" maka ,
pada penghantar akan timbul H#2. $. 6umparan %BCD terletak dalam medan magnet sedemikian rupa sehingga sisi %-B dan C-D terletak tegak lurus pada arah fluks magnet. '. 6umparan %BCD diputar dengan kecepatan sudut yang tetap terhadap sumbu putarnya yang sejajar dengan sisi %-B dan C-D. (. GG induksi yang terbentuk pada sisi %-B dan sisi C-D besarnya sesuai dengan perubahan fluks magnet yang dipotong kumparan %BCD tiap detik sebesar :
embangkitan tegangan induksi oleh sebuah generator diperoleh melalui : $. Dengan menggunakan cincin-seret, menghasilkan tegangan induksi bolak-balik. '. Dengan menggunakan komutator, menghasilkan tegangan DC. roses pembangkitan tegangan tegangan induksi tersebut dapat dilihat pada Gambar ' dan Gambar (.
15
&am'ar (8. Pem'angk%tan Tegangan Induks% .
ika rotor diputar dalam pengaruh medan magnet, maka akan terjadi perpotongan medan magnet oleh lilitan ka3at pada rotor. 0al ini akan menimbulkan tegangan induksi. egangan induksi terbesar terjadi saat rotor menempati posisi seperti Gambar $.a" dan $.c". ada posisi ini terjadi perpotongan medan magnet secara maksimum oleh penghantar. Sedangkan posisi jangkar pada Gambar $.b", akan menghasilkan tegangan induksi nol. 0al ini karena tidak adanya perpotongan medan magnet dengan penghantar pada jangkar atau rotor. Daerah medan ini disebut daerah netral.
&am'ar ((. Tegangan R$t$r 9ang d%has%lkan melalu% :%n:%n;seret dan k$mutat$r
ika ujung belitan rotor dihubungkan dengan slip-ring berupa dua cincin disebut juga dengan cincin seret", seperti ditunjukkan Gambar $$. $", maka dihasilkan listrik %C arus bolak-balik" berbentuk sinusoidal. Bila ujung belitan rotor dihubungkan dengan komutator satu cincin.
16
Gambar $$.'" dengan dua belahan, maka dihasilkan listrik DC dengan dua gelombang positif.
C. Pr%ns%6 Tangan #anan 6ada Pem'angk%tan Tegangan &enerat$r
Sepotong penghantar yang dialiri %rus dan bergerak dengan kecepatan A di dalam pengaruh medan magnet, akan menimbulkan tegangan induksi sebesar =. 8ntuk menentukan besarnya tegangan induksi yang ditimbulkan oleh arah gerakan penghantar tersebut di gunakan kaedah 2lamming tangan kanan. #edan magnet mempunyai arah dari kutub utara ke kutub selatan. %rus di dalam penghantar searah dengan empat jari, sedangkan arah gerakan searah dengan ibu jari, seperti ditunjukkan pada Gambar (.
&am'ar (). * Hukum Tangan #anan untuk &enerat$r
= J tegangan induksi Aolt" B J kerapatan flu! magnet 3eber" L J panjang ka3at penghantar meter" M J jumlah penghantar A J kecepatan gerak ka3at ms" Pr%ns%6 &enerat$r : #edan magnet dan gerakan sepotong penghantar yang dialiri
arus akan menimbulkan tegangan. Sebagai contoh : 6erapatan magnet sebuah generator diketahui J .1* dipotong oleh * ka3at penghantar, dan bergerak dengan kecepatan * ms. ika panjang penghantar keseluruhan adalah $ mm, berapakah besarnya tegangan induksi yang dihasilkan&
17
a3ab: = J B.L.A.M J .1* . .$ m. * ms. * J '$'.* =olt
D. /en%s;/en%s &enerat$r DC $. Generator Berpenguatan Bebas Generator tipe penguat bebas dan terpisah adalah generator yang
lilitan medannya dapat dihubungkan ke sumber DC yang secara listrik tidak tergantung darimesin. egangan searah yang dipasangkan pada kumparan medan yang mempunyai tahanan @f akan menghasilkan arus Ef dan menimbulkan fluks pada kedua kutub. egangan induksi akan dibangkitkan pada generator.
&am'ar (+. &enerat$r Penguat Ter6%sah
Hnergi listrik yang dihasilkan oleh penguat elektromagnet dapat diatur melalui pengaturan tegangan eksitasi. engaturan dapat dilakukan secara elektronik atau magnetik. Generator ini bekerja dengan catu daya DC dari luar yang dimasukkan melalui belitan 2$-2'. enguat dengan magnet permanen menghasilkan tegangan output generator yang konstan dari terminal rotor %$-%'. 6arakteristik tegangan = relatif konstan dan tegangan akan menurun sedikit ketika arus beban E dinaikkan mendekati harga nominalnya. ika generator dihubungkan dengan beban, dan @a adalah tahanan dalam generator, maka hubungan yang dapat dinyatakan adalah:
18
Besaran yang mempengaruhi kerja dari generator : a. b. c. d.
egangan jepit =" %rus eksitasi penguatan" %rus jangkar Ea" 6ecepatan putar n".
6arakteristik Generator DC yaitu :
&am'ar (,. #arakter%st%k &enerat$r Penguat Ter6%sah
Gambar $) menunjukkan: a. 6arakteristik generator penguat terpisah saat eksitasi penuh Ee $N" dan saat eksitasi setengah penuh Ee *N". Ee adalah arus eksitasi, E adalah arus beban.egangan output generator akan sedikit turun jika arus beban semakin besar. b. 6erugian tegangan akibat reaksi jangkar. c. erurunan tegangan akibat resistansi jangkar dan reaksi jangkar, selanjutnya mengakibatkan turunnya pasokan arus penguat ke medan magnet, sehingga tegangan induksi menjadi kecil.
19
'. Generator enguatan Sendiri Generator penguatan sendiri adalah arus listrik yang dialirkan melalui kumparan penguat medan @f yang diambil dari output generator tersebut. Biasanya generator ini dibuat sedemikian rupa sehingga dapat memberikan penguatan sendiri. Sebelum dapat bekerja dengan penguatan sendiri, biasanya kutub-kutub magnet harus diberi penguat untuk mendapatkan remenensi magnet magnet sisa" dari suatu sumber lain. Sisa magnet kecil ini membangkitkan tegangan pada jangkar yang selanjutnya dikembalikan lagi ke dalam belitan medan untuk memperkuat medan magnetnya, sehingga dengan demikian tegangan yang dibangkitkan dalam jangar akan lebih besar. Demikian seterusnya hingga didapat tegangan yang cukup. Ditinjau dari cara-cara menghubungkan lilitan-lilitan medan dengan jangkar dan rangkaian luar atau jala-jala generator penguatan sendiri ini dibagi menjadi: a. Generator Shunt Ciri utama generator shunt adalah kumparan penguat medan dipasang parallel terhadap kumparan jangkar. ada generator shunt, untuk mendapatkan penguatan sendiri diperlukan: $" %danya sisa magnetik pada sistem penguat. '" 0ubungan dari rangkaian medan pada
jangkar
harus
sedemikian, hingga arah medan yang terjadi, memperkuat medan yang sudah ada. #esin shunt akan gagal membangkitkan tegangannya apabila: $" Sisa magnetik tidak ada #isal: pada mesin-mesin baru. Sehingga cara memberikan sisa magnetik adalah pada generator shunt diubah menjadi generator berpenguatan bebas atau pada generator dipasang pada sumber arus searah, dan dijalankan sebagai motor shunt dengan polaritas sikat-sikat dan perputaran nominal. '" 0ubungan medan terbalik
20
6arena generator diputar oleh arah yang salah dan dijalankan, sehingga arus medan tidak memperbesar nilai fluksi. 8ntuk memperbaikinya dengan hubungan-hubungan perlu diubah dan diberi kembali sisa magnetik, seperti cara untuk memberikan sisa magnetik. (" ahanan rangkaian penguat terlalu besar 0al ini terjadi misalnya pada hubungan terbuka dalam rangkaian medan, hingga @f tidak berhingga atau tahanan kontak sikat terlalu besar atau komutator kotor. b. Generator Seri ada generator
ini
kumparan
medan diseri dengan
kumparan jangkarnya, sehingga medannya mendapat penguatan jika arus bebannya ada, itu sebabnya generator seri s elalau terkopel dengan bebannya, kalau tidak demikian maka tegangan terminal tidak akan muncul. 8ntuk generator seri berlaku hubungan: Rf3 >
6elemahan generator seri adalah tegangan output terminal" tidak stabil, karena arus beban E berubah-ubah sesuai dengan beban yang dipikul. 0al ini menyebabkan fluks magnet yang dihasilkan oleh kumparan medan seri tidak stabil. 6euntungan generator seri adalah daya output menjadi besar. c. Generator 6ompon 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. erbedaan 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.
Biasanya
kumparan seri dihubungkan sedemikian rupa, sehingga kumparan
21
seri ini membantu kumparan shunt, yakni ##2-nya searah. Bila generator ini dihubungkan seperti itu, maka dikatakan generator itu mempunyai kumparan kompon bantu. #esin yang mempunyai kumparan seri mela3an medan shunt disebut kompon la3an 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 ##2 akibat reaksi jangkar dan juga tegangan drop di jangkar pada range beban tertentu. Eni mengakibatkan tegangan generator akan diatur secara otomatis pasa satu range beban tertentu. a" 6ompon panjang Ia = If ( = IL > If ) Ra> Rf(3 > ?
b" 6ompon pendek Ia = If ( > If ) = IL > If ) Ea = ILRf (> IaRa > ?
embangkitan tegangan induksi pada Generator Berpenguatan Sendiri generator shunt" dalam keadaan tanpa beban. ada 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. %kibat adanya tegangan induksi ini mengalirlah arus pada kumparan medan. %rus ini akan menimbulkan fluks yang memperkuat fluks yang telah ada sebelumnya. roses terus berlangsung hingga dicapai tegangan yang stabil. ika tahanan medan diperbesar, tegangan induksi yang dibangkitkan menjadi lebih kecil. Berarti semakin besar tahanan kumparan medan, semakin buruk generator tersebut. 6erja paralel Generator %rus Searah untuk memberi tenaga pada suatu beban kadang-kadang diperlukan kerja paralel dari dua atau lebih
22
generator. ada penggunaan beberapa buah mesin perlu dihindari terjadinya beban lebih pada salah satu mesin. 6erja paralel generator juga diperlukan untuk meningkatkan efisiensi yang besar pada perusahaan listrik umum yang senantiasa memerlukan tegangan yang konstan. 8ntuk hal-hal yang khusus sering dinamo dikerjakan paralel dengan aki, sehingga secara teratur dapat mengisi aki tersebut. ujuan kerja paralel dari generator adalah < a. 8ntuk membantu mengatasi beban untuk menjaga jangan sampai mesin dibebani lebih. b. ika satu mesin dihentikan akan diperbaiki karena ada kerusakan, maka harus ada mesin lain yang meneruskan pekerjaan. adi untuk menjamin kontinuitas dari penyediaan tenaga listrik. 0ubungan paralel Generator embagian beban antara generatorgenerator yang dihubungkan paralel tergantung pada tegangan sumber masing-masing generator. ika suatu saat arus jaringnya E$ - E'" sangat kecil, tegangan terminalnya akan hampir sama dengan tegangan sumbernya. Situasi ini menimbulkan keadaan yang sangat labil. 6alau tegangan sumber salah satu generator berubah sedikit, ada kemungkinan generator yang tegangan sumbernya lebih rendah akan bekerja sebagai motor. #esin shunt sebagai motor maupun generator memiliki arah putar yang sama. Supaya generator ini tidak bekerja sebagai motor, biasanya digunakan saklar dengan otomat arus balik. tomat ini memiliki sebuah kumparan tegangan dan sebuah kumparan arus. #edan kedua kumparan ini saling berla3anan. 6alau kumparan-kumparannya dipilih secara tepat, otomatnya bisa berfungsi sebagai pengaman arus maksimum maupun pengaman arus balik. #enambahkan sebuah generator pada jaringan harus dilakukan sebagai berikut : a. Generator yang akan ditambahkan dijalankan hingga mencapai kecepatan putar nominalnya. b. ahanan pengatur medannya diatur sedemikian hingga tegangan generatornya menjadi sedikit lebih tinggi daripada tegangan jaring.
23
egangannya dapat diperiksa dengan menggunakan saklar pilih Aoltmeter. c. Generator tadi kemudian dihubungkan dengan jaringan. 6arena tegangannya sedikit lebih tinggi daripada tegangan jaring, generator ini tidak akan bekerja sebagai motor. d. Selanjutnya tahanan pengatur medannya diatur sedemikian hingga generator tersebut memikul sebagian dari beban jaring. Besar beban generator ini dapat dilihat dari penunjukan amperemeternya. E. A6l%kas% Penggunaan &enerat$r DC
Dalam kehidupan kita sehari;hari Generator DC dapat berfungsi sebagai salah satu pembangkit arus searah di bengkel;bengkel atau pabrik, sebagai pengisi accu pada perusahaan pengisi accu, sebagai pengisi accu mobil, bahkan dipusat;pusat tenaga listrik berfungsi sebagai penguat maknit e!iciter" pada generator utama. $. %lternator #obil %lternator mobil merupakan salah satu aplikasi dari generator dc. Sistem pengisian pada kendaraan mempunyai ( rangkaian komponen penting yaitu %ki, %lternator dan @egulator. %lternator sendiri terdiri dari komponen-komponen seperti gabungan kutub magnet yang dinamakan rotor, yang didalamnya terdapat kumparan ka3at magnet yang dinamakan stator. %lternator mulai berfungsi untuk menghasilkan listrikpembangkit listrik ketika mesin dihidupkan untuk disalurkan ke aki dengan mengkonAersi mengubah tegangan %C menjadi tegangan DC. Sedangkan regulator punya fungsi sebagai alat pengatur dan pembatas Aoltase yang terdiri dari sebuah rangkaian dioda yang dinamakan rectifier serta dua kipas dalam internal 2an" untuk menghasilkan sirkulasi udara. #odel %lternator untuk setiap jenis mobil itu berbeda-beda, tapi kebanyakan alternator mempunyai regulator
yang berada
didalamnya EC built En", namun untuk tipe yang lama mempunyai regulator diluar. idak seperti model yang lama, tipe yang punya EC
24
bulit in ini dapat dengan mudah diperbaiki dengan membuka tutup bagian atasnya. ipe
lainnya
adalah
model
pulley
alternator
yang
diikatdikencangkan ke bagian sumbu rotor. %lternator dengan tipe ini tidak mempunyai kipas luar yang menjadi bagian dari pulley-nya namun sudah mempunyai ' kipas dalam untuk sirkulasi udara pendingin, tidak seperti jenis alternator lama yang menggunakan kipas luar untuk pendinginan. %ntara %ki dengan %lternator, besaran daya yang terdapat alternator beragam, mulai dari yang paling kecil yang mempunyai daya (* % hingga yang terbesar yang beredar dipasaran yaitu '' %. 6arena berfungsi sebagai pembangkit daya listrik ke aki, apabila ada penambahan perangkat atau aksesoris mobil yang membutuhkan beban listrik yang besar banyak, cukup dengan mengganti alternatornya bukan aki. 6arena bila memperbesar daya listrik di aki tapi penyaluran tenaganya lebih kecil, maka aki akan tetap tekor. adi makin besar beban listrik yang dipakai, makin besar juga daya dari alternator yang harus dipergunakan
'. Dinamo Sepeda Dinamo sepeda merupakan generator kecil yang dapat menghasilkan arus listrik yang kecil pula. pada dinamo sepeda prinsip kerjanya yaitu energi gerak di ubah menjadi energi listrik .Dinamo sepeda ini hanya menyalakan lampu depan dan belakang terangnnya lampu di tentukan oleh cepatnya roda berputar yang mengakibatkan di namo juga cepat dan arus listrik juga akn besar pula . Dinamo sepeda intinya adalah sebuah magnet yang dapat berputar dan sebuah kumparan tetap.bila roda sepeda di putar dan pada dinamo akan memutar sehingga roda akan memutar magnet biasanya dinamo dapat menghasilakan tegangangan + sampai $' =olt, jadi dengan adanya
25
dinamo pada sepeda dapat memudahkan kita bila menggunakan sepeda bila malam hari. (. as istrik as listrik juga merupakan aplikasi dari generator dc. as listrik adalah teknik menyambung dua bagian logam memanfaatkan tenaga panas yang diperoleh dari sumber tenaga listrik %C maupun DC dengan tambahan logam pengisi. Sumber tenaga panas mencairkan sebagian logam induk dan logam pengisi. Sumber tenaga panas mencairkan sebagian logam induk dan logsm pengisi sehingga diperoleh sambungan permanen yang sulit dipisahkan. ekerjaan las listrik memiliki resiko bahaya kecelakaan cukup besar yang dapat diminimalkan dengan alat keselamatan kerja. #esin
yang
3ajib
tersedia
adalah
mesin
las
untuk
menyambung dua permukaan baja. %lat las harus tersedia karena fungsinya yang tidak bisa digantikan oleh alat yang umum tersedia di perdesaan. %lat las sebaiknya dari jenis las busur listrik yang dapat menggunakan listrik dari #0. as karbit o!yacetylene" tidak dianjurkan untuk desa terpencil karena akan mengalami kesulitan dalam transportasi tabung oksigen.
). 6elebihan dan 6ekurangan Generator DC 6ekurangan: a. 6onstruksinya rumit Setiap segmen dihubungkan oleh ka3at atau kabel, karena jumlah segmen pada komutator jumlahnya sangat banyak maka ka3at atau kabel yang dibutuhkan juga banyak sehingga ini menjadi salah satu kekurangan dari komutator
.
6arena
konstruksinya
yang
rumit
dan
membutuhkan ka3at atau kabel yang banyak, generator DC menjadi mahal harganya. b. Selain itu, akibat komutator mempunyai segmen-segmen yang banyak dengan jarak yang relatif dekat, ketika komutator
26
berputar dengan kecepatan yang tingi akan menghasilkan suara yang bising. c. Dan akibat jarak yang dekat antar tiap segmen, kapasitas tegangannya juga rendah ma! *#/" karena dikha3atirkan akan terjadi peloncatan bunga api listrik. d. 6elemahan berikutnya pada komutator adalah komutator yang sedang berputar harus dihubungkan dengan brush yang terdiri dari material Carbon" guna untuk menyalurkan arus DC ke rotor generator. 0al ini mengakibatkan maintenance yang dilakukan harus lebih sering, karena brush akan mengalami O%usO yang mengakibatkan adanya serpihan-serpihan karbon pada komutator. *. 6eunggulan: a. #empunyai orsi a3al yang besar, sehingga banyak digunakan sebagai starter motor. @. Te$r% D%nam$ L%str%k $. 2araday
ada
$1($-$1('
#ichael
2araday
menemukan
bah3a
perbedaan potensial dihasilkan antara ujung-ujung konduktor listrik yang bergerak tegak lurus terhadap medan magnet. Dia membuat generator elektromagnetik pertama berdasarkan efek ini menggunakan cakram tembaga yang berputar antara kutub magnet tapal kuda. roses ini menghasilkan arus searah yang kecil. Desain alat yang dijuluki Pcakram 2aradayI itu tidak efisien dikarenakan oleh aliran arus listrik yang arahnya berla3anan di bagian cakram yang tidak terkena pengaruh medan magnet. %rus yang diinduksi langsung di ba3ah magnet akan mengalir kembali ke bagian cakram di luar pengaruh medan magnet. %rus balik itu membatasi tenaga yang dialirkan ke ka3at penghantar dan menginduksi panas yang dihasilkan cakram tembaga. Generator
homopolar
yang
dikembangkan selanjutnya menyelesaikan permasalahan ini dengan menggunakan sejumlah magnet yang disusun mengelilingi tepi cakram
27
untuk mempertahankan efek medan magnet yang stabil. 6elemahan yang lain adalah amat kecilnya tegangan listrik yang dihasilkan alat ini, dikarenakan jalur arus tunggal yang melalui fluks magnetik. '. Dinamo Dinamo adalah generator listrik pertama yang mampu mengantarkan tenaga untuk industri, dan masih merupakan generator terpenting yang digunakan pada abad ke-'$. Dinamo menggunakan prinsip elektromagnetisme untuk mengubah putaran mekanik menjadi listrik arus bolak-balik . Dinamo pertama berdasarkan prinsip 2araday dibuat pada $1(' oleh 0ippolyte i!ii, seorang pembuat peralatan dari erancis. %lat ini menggunakan magnet permanen yang diputar oleh sebuah OcrankO. #agnet yang berputar diletakaan sedemikian rupa sehingga kutub utara dan selatannya mele3ati sebongkah besi yang dibungkus dengan ka3at. i!ii menemukan bah3a magnet yang berputar memproduksi sebuah pulsa arus di ka3at setiap kali sebuah kutub mele3ati kumparan. ebih jauh lagi, kutub utara dan selatan magnet menginduksi arus di arah yang berla3anan. Dengan menambah sebuah komutator , i!ii dapat mengubah arus bolak-balik menjadi arus searah. (. Dinamo Gramme 6edua desain di atas menderita masalah yang sama: mereka menginduksi OspikeO arus diikuti tanpa arus sama sekali. %ntonio acinotti, seorang ilmu3an Etalia, memperbaikinya dengan mengganti kumparan berputar dengan yang OtoroidalO, yang dia ciptakan dengan mebungkus cincin besi. Eni berarti bah3a sebagian dari kumparan terus mele3ati magnet, membuat arus menjadi lancar. ?Qnobe Gramme menciptakan kembali desain ini beberapa tahun kemudian ketika mendesain pembangkit listrik komersial untuk pertama kalinya, di aris pada $1-an. Desainnya sekarang dikenal dengan nama dinamo Gramme. Beberapa Aersi dan peningkatan lain telah dibuat,
28
tetapi konsep dasar dari memutar loop ka3at yang tak pernah habis tetap berada di hati semua dinamo modern.
29
BAB III PENUTUP A. #es%m6ulan Generator adalah mesin listrik yang mengubah daya mekanis
menjadi daya listrik. #esin listrik dapat berupa generator dan motor. Berdasarkan arah arusnya, generator terbagi atas generator arus searah dan generator arus bolak-balik. rinsip kerja dari generator arus searah berdasarkan hukum Enduksi 2arraday adalah 4jika sepotong ka3at terletak di antara kutub-kutub magnet, kemudian ka3at tersebut digerakkan, maka di ujung ka3at ini timbul gaya gerak listrik GG" karena induksi. Generator arus searah terbagi menjadi ' jenis, yaitu: $. Generator DC tanpa penguat medan. '. Generator DC dengan penguat medan. Dalam kehidupan kita sehari ; hari Generator DC dapat berfungsi sebagai salah satu pembangkit arus searah di bengkel ; bengkel atau pabrik, sebagai pengisi accu pada perusahaan pengisi accu, sebagai pengisi accu mobil, bahkan di pusat ; pusat tenaga listrik berfungsi sebagai penguat maknit e!iciter " pada generator utama. B. aran
8ntuk memperoleh arus searah dari tegangan bolak balik, meskipun tujuan utamanya adalah pembangkitan tegangan searah, tampak bah3a tegangan kecepatan yang dibangkitkan pada kumparan jangkar merupakan tegangan bolak-balik. Bentuk gelombang yang berubah-ubah tersebut karenanya harus disearahkan. 8ntuk mendapatkan arus searah dari arus bolak balik, sebaiknya kita menggunakan alat-alat berikut : a. Saklar b. 6omutator c. Dioda
DA@TAR PUTA#A http:333.dasar-dasar listrik Dinamo.html Diakses '1 September '$)" 30
