Generator Arus Searah

PUTU RUSDI ARIAWAN 1

Nama : PUTU RUSDI ARIAWAN

NIM. 0804405050

GENERATOR ARUS SEARAH

I. PRINSIP KERJA GENERATOR ARUS SEARAH

Prinsip kerja suatu generator arus searah berdasarkan hukum Faraday :

e = - N dΦ/ 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 membangkitkan ggl adalah :

- Harus ada konduktor ( hantaran kawat )

- Harus ada medan magnetic

- 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, tampak bahwa tegangan kecepatan yang dibangkitkan

pada kumparan jangkar merupakan tegangan bolak-balik. Bentuk gelombang yng

berubah-ubah tersebut karenanya harus disearahkan. Untuk mendapatkan arus searah

dari arus bolak balik dengan menggunakan

- Saklar

- Komutator

- Dioda


A. 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 setengah periode tegangan positif saklar dihubungkan,

maka tegangan menjadi nol. Dan bila saklar dibuka lagi akan timbul lagi tegangan. Begitu

seterusnya setiap setengah periode tegangan saklar dihubungkan, maka akan dihasilkan

tegangan searah gelombang penuh.

B. Sistem Komutator

Komutator berfungsi sebagai saklar, yaitu untuk menghubungsingkatkan 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 tegangan 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

C. Sistem Dioda

Dioda adalah komponen pasif yang mempunyai sifat-sifat sebagai berikut:

- Bila diberi prasikap maju (forward bias) bisa dialiri arus.

- Bila diberi prasikap balik (reverse bias) dioda tidak akan dialiri arus.

Berdasarkan bentuk gelombang yang dihasilkan, dioda dibagi menjadi:

- Half wave rectifier (penyearah setengah gelombang)

- Full wave rectifier (penyearah satu gelombang penuh)


II. KARAKTERISTIK GENERATOR ARUS SEARAH

Medan magnet pada generator dapat dibangkitkan dengan dua cara yaitu :

- Dengan magnet permanent

- 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 :

Ea = Φ z n P / 60 a Volt

Dimana:

Ea = ggl yang dibangkitkan pada jangkar generator

Φ = fluks per kutub

Z = jumlah penghantar total

N = kecepatan putar

A = jumlah hubungan pararel

Bila zP/60a = c (konstanta), maka :

Ea = cn Φ Volt

Berdasarkan cara memberikan fluks pada kumparan medannya, generator arus searah

dapat dikelompokkan menjadi 3 yaitu:

A. 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 :

- Tegangan jepit (V)

- Arus eksitasi (penguatan)

- Arus jangkar (Ia)

- Kecepatan putar (n)

Karakteristik Generator Berpenguatan Bebas

a. Karakteristik Beban Nol

Eo= C n Φo

Dimana Φ = Im

Maka bila C konstan (tetap), didapat garis lurus untuk daerah sebelum kutub-kutub

magnet jenuh. Untuk Im = 0, Eo (tegangan beban nol) mempunyai harga 0 – r adalah

tegangan yang disebabkan oleh magnet remenensi

Jadi apabila karakteristik beban nol untuk suatu putaran diketahui, dapat diketahui

(ditentukan) karakteristik beban nol untuk putaran yang lain

Eo= C n Φo

Eo1= C n1 Φo

Eo2= C n2 Φo

01

0

E

E =

1

0

n

n =

02

01

E

E =

2

1

n

n

E01 = 0

1

n

n. E0

C Φo ( Tetap)

Im

Im

E0

Im E0

Im

Eo1

Im

Eo2

Im

n1 >

n

Im

n2 <

n

Im

n

Im

0

Im


E02 = 1

2

n

n.E01

b. Karakteristik Berbeban

a) Untuk mendapatkan GGL OE1 yang terminal pada beban nol diperlukan arah

medan 0 – 1. Apabila dibebani, timbul reaksi jangkar. Untuk mendapatkan OE1

yang konstan perlu ditambah penguatan dengan a d dan a b (untuk mendapatkan

mengimbangi kepekatan sepatu)

b) Oleh karena Ia konstan maka rugi tegangan IaRa = b c = konstan

c) VT = C n Φo - IaRa

Karena IaRa konstan maka karakteristik beban VT = f ( Im ) dapat diperoleh dari

karakteristik beban nol E0 f ( Im ) dimana pengunaan dari segi karakteristik (hanya

saja yang perlu diperhatikan pada daerah tidak jenuh daripada Δ a,b,c,d diabaikan)

c. Karakteristik Luar

VT = E0 - IaR

Dimana R = tahanan jangkar + tahanan kutub antara + tahanan sikat.

VT = C n Φo - IaR

n = konstan, Im konstan → Φ konstan

VT = C ’ - IaR

Apabila generator dibebani, secara teoritis grafik akan menurun secara linear. Dalam

praktek menurunnya tidak linear, sebab dengan bertambahnya Ia maka :

a) IaR bertambah besar

b) Reaksi jangkar bertambah besar, tidak linear


d. Karakteristik Pengatur

Pada generator berpenguatan bebas, tegangan jepitan tak berubah. Agar hal ini

terpenuhi maka arus medan harus diperhatikan. Untuk mengatur arus medan dalam

rangkaian magnet dipasang tahanan yang dapat diatur yang disebut pengatur arus

magnet atau pengatur shunt.

Dengan memperkecil tahanan, arus medan bertambah atau sebaliknya dengan

memperbesar tahanan, arus medan berkurang. Bila tahanan itu dibesarkan terus, suatu

saat rangkaian tersebut akan putus (terputusnya rangkaian tersebut berlangsung sangat

cepat), sehingga menimbulkan perubahan dt

d yang besar, sehingga pada belitan mean

akan terjadi GGL induksi yang besar, dimana hal ini dapat menimbulkan bunga api yang

besar pada kontak-kontak pemutus dan dapat merusak isolasi kumparan. Oleh karena

itu, GGL induksi harus dibuang

e. Karakteristik Hubung Singkat

Pada mesin yang dihubungkan singkat, besar tegangan jepitannya praktis nol. Jadi

untuk hubung singkat yang sama besarnya dengan arus nominal hanya dibutuhkan GGL

yang kecil.

Mesin itu bekerja pada bagian karakteristik beban nol yang linear, sehingga

karakteristik hubung singkat akan merupakan sebuah garis lurus. Pada arus medan Im =

0 sudah ada arus jangkar sebesar 0 r, dimana arus ini dibangkitkan oleh adanya

remenensi magnet

0

Im

Ia

r


B. Generator Berpenguatan Sendiri

1. Generator Searah Seri

Vt = Ia Ra

Ea = Ia (Ra + Rf) + Vt + <Vsi Karakteristik Generator Shunt


Pada generator seri, arus jangkar, arus medan dan arus beban adalah sama,

sehingga tidak dapat dibuat karakteristik beban nolnya. Jadi disini, karakteristik

beban nol harus dibuat pada penguatan terpisah (bebas)


Karakteristik inipun tidak dapat dibuat pada generator seri oleh karena arus beban

nol dan arus medan tidak dapat diubah secara terpisah. Jadi karakteristik untuk

beban ini harus dibuat pada penguatan bebas


Oleh karena arus beban juga merupakan arus medan maka karakteristik dari

generator seri akan serupa dengan karakteristik beban nol. Gambar berikut

menggambarkan karakteristik beban nol dan karakteristik luar motor seri.

Sebagai akibat adanya reaksi jangkar, kerugian tahanan dalam jangkar dan lilitan

medan m karakteristik beban ini berada di bawah karakteristik beban nol.

Pada daerah jenuh bertambahnya arus, tidak lagi dapat mengimbangi

berkurangnya tegangan akibat reaksi jangkar dan kerugian tahanan dalam. Oleh

karena itu daerah jenuh karakteristik luar itu akan selalu bertambah menyimpang

dari karakteristik beban nol dan akan membelok ke sumber I. Dengan karakteristik

luar secara sederhana didapat tegangan jepitan dan arus beban I pada tahanan

luar RL


Untuk tahanan luar yang lebih besar maka VT dan I lebih kecil maka generator

praktis tidak akan membangkitkan tegangan lagi. Tahanan demikian disebut

sebagai Tahanan Luar Kritis. Bagi generator yang tidak mempunyai remenensi

magnet, tahanan ini praktis akan merupakan garis singgung pada karakteristik

luar.untuk tahanan luar yang terlalu kecil akan mengakibatkan arus yang terlalu

besar didalam jangkar dan lilitan medan

2. Generator Shunt

Vt = If Rf Ea = Ia Ra + Vt + <Vsi

Pada generator shunt, untuk mendapatkan penguatan sendiri diperlukan :

- Adanya sisa magnetik pada sistem penguat

- Hubungan dari rangkaian medan pada jangkar harus sedemikian, hingga arah medan

yang terjadi, memperkuat medan yang sudah ada.

Mesin shunt akan gagal membangkitkan tegangannya apabila:

- 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

- Hubungan medan terbalik

Karena generator diputar oleh arah yang salah dan dijalanksalahan, sehingga /’;[p-0

arus 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.

Karakteristik Generator Shunt


Pada gambar dibawah ini, digambarkan karakteristik beban nol dari generator

shunt. Dengan karakteristik ini dapat diperiksa bagaimana gejala timbulnya

tegangan dalam generator shunt

Menurut Hukum Ohm, tahanan rangkaian magnetnya adalah sebagai berikut :

Rm = mI

TV

Untuk Rm yang konstan maka fungsi merupakan garis lurus melalui titik P. Bagi Rm

yang diketahui garis OP merupakan fungsi tersebut. Pada Im = 0, sisa magnet telah

membangkitkan GGL = 0 r. GGL ini menimbulkan arus medan = 0 a yang

menyebabkan GGL naik lagi sampai 0 s. Hal ini terus berlangsung sampai tercapai

titik P pada karakteistik beban nol


Karakteristik berbeban pada generator shunt hampir sama besarnya dengan

generator berpenguatan bebas



Karakteristik yang lebih atas letaknya adalah pada penguatan terpisah. Karakteristik

pada generator shunt lebih cepat membelok kearah bawah oleh karena pada

generator arus terpisah arus medan tetap, sedangkan pada generator shunt arus

medan berukurang dengan berkurangnya VT. Bila tahanan rangkaian luar diperkecil

terus maka pada saat VT berkurang sedemikian hingga Im juga berkurang dan VT

akan mengecil dan akhirnya didapat titik b1. Di titik ini keadaan kritis. Dengan tidak

merubah tahanan luar pun VT akan turun terus karena Im kecil → VT turun → Im

turun dan seterusnya hingga arus Ia = Rm

Vt. Oleh karena Im tetap maka Ia juga

mengecil sampai suatu harga Ia = 0 a.

Harga 0 a disebut sebagai area hubung singkat. Arus ini dibangkitkan oleh magnet

remenensi


Karakteristik pengatur dari generator shunt berlangsung seperti pada generator

penguat terpisah hanya karena turunnya tegangan jepitan lebih besar pada beban

yang sama sehingga agar tegangan jepitan tetap, dibutuhkan arus Im yang lebih

besar. Dan karakteristiknya lebih mendaki daripada penguat bebas

e. Karakteristik Hubung Singkat

Oleh karena arus medan bergantung pada besarnya tegangan jepitan maka untuk

karakteristik hubung singkat berarti tegangan jepitan adalah nol sehingga tidak

didapatkan karakteristik hubung singkat pada generator shunt

3. Generator Kompon

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,

yaitu MMF-nya searah. Bila generator ini dihubungkan seperti itu, maka dapat dikatakan

bahwa 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 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. Kompon Panjang

Ia = If1 = IL + If2

Ea = Vt + Ia(Ra + Rf1) + <Vsi

b. Kompon Pendek

Ia = If1 + If2 = IL + If2

Ea = Vt + ILRf1 + IaRa + <Vsi

Karakteristik Generator Kompon


Karakteristik beban nol daripada generator kompon adalah sama dengan

karakteristik beban nol untuk generator shunt, karena pada beban nol lilitan seri tak

berarus atau pada beban nol ini pada generator kompon shunt panjang arusnya

kecil sekali sehingga pengaruhnya pada belitan shunt dapat diabaikan. Jadi


karakteristik beban nol bagi generator kompon ini adalah sama seperti pada

generator shunt


Bentuk karakteristik ini sama dengan karakteristik generator shunt, hanya saja

letaknya lebih tinggi dimana hal ini disebabkan karena pengaruh belitan seri.

Bagi GGL = 0 r, diperlukan arus medan 0a. Untuk mengimbangi reaksi jangkar,

arus medan diperkuat (ditambah) dengan a b. Dengan adanya belitan seri, arus

medan diperkecil dengan s p, sisanya Q n adalah merupakan arus shunt

Misalkan kerugian tahanan diumpamakan sama dengan P Q, maka Q merupakan

titik pada karakteristik beban. Dimisalkan m Q tidak berubah maka titik-titik

karakteristik lainnya dapat ditentukan dengan menggeserkan garis m Q sejajar

sedemikian sehingga titik m tetap pada karakteristik beban nol dan titik Q adalah

menyatakan karakteristik titik-titik beban.


Belitan seri memperkuat mesin sebanding dengan beban.Apabila jumlah belitan

seri cukup untuk mengimbangi pengaruh reaksi jangkar, GGL bertambah sebanding

dengan kerugian tahanan dalam. Oleh karena itu tegangan generator kompon

hampir selalu tetap (lengkung I). Generator semacam ini disebut sebagai Generator

Kompon Rata (Datar). Generator jenis ini terutama digunakan pada perusahaan-

perusahaan kecil yang pengawasannya. Oleh karena itu, tegangan jepitan dengan

sendirinya tetap rendah.


Apabila belitan-belitan seri cukup banyak maka bila beban bertambah, tegangan

jepitnya akan naik (garis Lengkung I I). Hal demikian disebut sebagai Generator

Kompon Lewat (Berlebihan). Generator jenis ini diperlukan oleh perusahaan-

perusahaan kran dan fraksi, untuk mengimbangi kerugian tekanan dalam saluran

pengisian.

Dalam beberapa hal, lilitan seri dipasang berlawanan dengan lilitan shunt. Pada

apa yang disebut sebagai generator kompon lawan ini tegangan jepitan akan turun

kalau beban akan meningkat (garis lengkung III). Dalam hal ini generator disebut

sebagai Generator Kompon Kekurangan.


Cara memperoleh karakteristik pengatur ini sama dengan yang telah dibahas pada

Generator Penguatan Bebas.

III. 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.

IV. 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 menganggap tidak ada

arus medan yang mengalir dalam kumparan medan, fluks ini seperti digambarkan pada

gambar dibawah ini.


Perhatikan 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.

Akibat –Akibat Buruk dari Reaksi Jangkar :

1. Terjadi distorsi medan

2. Terjadi loncatan bunga api karena bertambah besarnya tegangan antara lamel-lamel

3. Pada tiap perubahan beban daerah netral mabnetik tergeser

4. Terjadi demagnetisasi

Cara – Cara Untuk Membatasi Reaksi Jangkar

1. Dengan Kutub Antara (kutub Komutasi)

− Tempatnya :antara kedua kutub – kutub utama

− Bentuknya : Lebih kecil dari kutub – kutub utama

− Letaknya : Didaerah netral mekanis

− Tujuannya :Menempatkan daerah netral magnetik pada tempatnya sehingga tidak

dipengaruhi keadaan beban dan menentang efek induksi sendiri.


2. Dengan Kumparan Kompensasi

− Tujuannya :Untuk mencegah distorsi (perubahan bentuk)medan karena reaksi

jangkar.

− Bentuknya : Kosentrasi,ditempatkan pada kutub – kutub utama.

V. 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 dinamo dikerjakan pararel dengan aki,

sehingga secara teratur dapat mengisi aki tersebut.

Tujuan kerja pararel dari generator adalah :

- Untuk membantu mengatasi beban untuk menjaga jangan sampai mesin dibebani

lebih.

- Jika satu mesin dihentikan akan diperbaiki karena ada kerusakan, maka harus ada

mesin lain yang meneruskan pekerjaan. Jadi untuk menjamin kontinuitas dari

penyediaan tenaga listrik.

Documents

Generator Arus Searah