Generator DC

GENERATOR DC

    Generator DC merupakan sebuah perangkat mesin listrik dinamis yang mengubah energi mekanis menjadi energi listrik. Generator DC menghasilkan arus DC / arus searah.

Generator DC dibedakan menjadi beberapa jenis berdasarkan dari rangkaian belitan magnet atau penguat eksitasinya terhadap jangkar (anker), jenis generator DC yaitu:

1. Generator penguat terpisah

2. Generator shunt

3. Generator kompon

Konstruksi Generator DC

   Pada umumnya generator DC dibuat dengan menggunakan magnet permanent dengan 4-kutub rotor, regulator tegangan digital, proteksi terhadap beban lebih, starter eksitasi, penyearah, bearing dan rumah generator atau casis, serta bagian rotor. seperti terlihat pada Gambar  menunjuk-kan gambar potongan melintang konstruksi generator DC.

Gambar  Konstruksi Generator DC

Generator DC terdiri dua bagian, yaitu stator, yaitu bagian mesin DC yang diam, dan bagian rotor, yaitu bagian mesin DC yang berputar. Bagian stator terdiri dari: rangka motor, belitan stator, sikat arang, bearing dan terminal box. Sedangkan bagian rotor terdiri dari: komutator, belitan rotor, kipas rotor dan poros rotor.

Gambar Struktur Generator DC

Bagian yang harus menjadi perhatian untuk perawatan secara rutin adalah sikat arang yang akan memendek dan harus diganti secara periodic / berkala. Komutator harus dibersihkan dari kotoran sisa sikat arang yang menempel dan serbuk arang yang mengisi celah-celah komutator, gunakan amplas halus untuk membersihkan noda bekas sikat arang.

PRINSIP KERJA GENERATOR DC

   Prinsip kerja suatu generator arus searah berdasarkan hukum Faraday :

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 GGL adalah :

• harus ada konduktor ( hantaran kawat )

• harus ada medan magnetik

• harus ada gerak atau perputaran dari konduktor dalam medan, atau ada fluksi yang berubah yang memotong konduktor itu

Gambar  Prinsip kerja Generator DC

Keterangan gambar :

• Pada gambar Generator DC Sederhana dengan sebuah penghantar kutub tersebut, dengan memutar rotor ( penghantar ) maka pada penghantar akan timbul EMF.

• Kumparan ABCD terletak dalam medan magnet sedemikian rupa sehingga sisi AB dan C-D terletak tegak lurus pada arah fluks magnet.

• Kumparan ABCD diputar dengan kecepatan sudut yang tetap terhadap sumbu putarnya yang sejajar dengan sisi A-B dan C-D.

• GGL induksi yang terbentuk pada sisi A-B dan sisi C-D besarnya sesuai dengan perubahan fluks magnet yang dipotong kumparan ABCD tiap detik sebesar :

Untuk menentukan arah arus pada setiap saat, berlaku pada kaidah tangan kanan :

• ibu jari : gerak perputaran

• jari telunjuk : medan magnetik kutub utara dan selatan

• jari tengah : besaran galvanis tegangan U dan arus I

Untuk perolehan arus searah dari tegangan bolak-balik, meskipun tujuan utamanya adalah pembangkitan tegangan searah, tampak bahwa tegangan kecepatan yang dibangkitkan pada kumparan jangkar merupakan tegangan bolak-balik. Bentuk gelombang yang berubah-ubah tersebut karenanya harus disearahkan.

Untuk mendapatkan arus searah dari arus bolak balik dengan menggunakan

• Saklar

• Komutator

• Dioda

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 di hubungkan, maka tegangan menjadi nol. Dan bila saklar dibuka lagi akan timbul lagi tegangan.

Begitu seterusnya setiap setengah periode tegangan saklar dihubungkan, maka akan di hasilkan tegangan searah gelombang penuh.

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

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 dalam:

• Half Wave Rectifier (penyearah setengah gelombang)

• Full Wave Rectifier (penyearah satu gelombang penuh)

KARAKTERISTIK GENERATOR ARUS SEARAH

   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 :

Dimana : Ea = GGL yang dibangkitkan pada jangkar generator

= Fluks per kutub

z = Jumlah penghantar total

n = Kecepatan putar

e = Jumlah hubungan paralel

Bila(Konstanta), maka :

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:

Besaran yang mempengaruhi kerja dari generator :

• Tegangan jepit (V)

• Arus eksitasi (penguatan)

• Arus jangkar (Ia)

• Kecepatan putar (n)

2. Generator berpenguatan sendiri

         a. Generator searah seri

b. Generator Shunt

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 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, dandijalankan sebagai motor shunt dengan polaritas sikat-sikat dan perputarannominal

• Hubungan medan terbalik,

Karena generator diputar oleh arah yang salah dan dijalankan, sehingga arus medan tidak memperbesar nilai fluksi. Untuk memperbaikinya denganhubungan-hubungan perlu diubah dan diberi kembali sisa magnetik, seperti carauntuk 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.

      c. Generator Kompon

Generator kompon merupakan gabungan dari generator shunt dan generator seri, yang dilengkapi dengan kumparan shunt dan seri dengan sifat yangdimiliki merupakan gabungan dari keduanya. Generator kompon bisadihubungkan sebagai kompon pendek atau dalam kompon panjang. Perbedaandari kedua hubungan ini hampir tidak ada, karena tahanan kumparan seri kecil, sehingga tegangan drop pada kumparan ini ditinjau daritegangan terminal kecil sekali dan terpengaruh. Biasanya kumparan seri dihubungkan sedemikian rupa, sehingga kumparan seri ini membantu kumparan shunt, yakni MMF nya searah.

Bila generator ini dihubungkan seperti itu, maka dikatakan generator itu mempunyai kumparankompon bantu. Mesin yang mempunyai kumparan seri melawan medan shunt disebut kompon lawan dan ini biasanya digunakan untuk motor atau generatorgenerator 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

          i. Kompon Panjang

ii. Kompon Pendek

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 PADA GENERATOR DC

   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, 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. 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. Karena operasi suatu generator arus searah selalu pada daerah jenuh, pengurangan suatu fluks pada konduktor dibandingkan dengan pertambahan fluks pada konduktor lain lebih besar. 

JENIS – JENIS GENERATOR DC

   Seperti telah disebutkan diawal, bahwa generator DC berdasarkan dari rangkaian belitan magnet atau penguat eksitasinya terhadap jangkar (anker) dibagi menjadi 3 jenis, yaitu:

1. Generator penguat terpisah

2. Generator shunt

3. Generator kompon

  • Generator Penguat Terpisah

Pada generator penguat terpisah, belitan eksitasi (penguat eksitasi) tidak terhubung menjadi satu dengan rotor. Terdapat dua jenis generator penguat terpisah, yaitu:

a. Penguat elektromagnetik 

b. Magnet permanent / magnet tetap 

Gambar  Generator Penguat Terpisah.

Energi listrik yang dihasilkan oleh penguat elektromagnet dapat diatur melalui pengaturan tegangan eksitasi. Pengaturan dapat dilakukan secara elektronik atau magnetik. Generator ini bekerja dengan catu daya DC dari luar yang dimasukkan melalui belitan F1-F2.

Penguat dengan magnet permanen menghasilkan tegangan output generator yang konstan dari terminal rotor A1-A2. Karakteristik tegangan V relatif konstan dan tegangan akan menurun sedikit ketika arus beban I dinaikkan mendekati harga nominalnya.

Karakteristik Generator Penguat Terpisah

Gambar Karakteristik Generator Penguat Terpisah

• karakteristik generator penguat terpisah saat eksitasi penuh (Ie 100%) dan saat eksitasi setengah penuh (Ie 50%). Ie adalah arus eksitasi, I adalah arus beban.Tegangan output generator akan sedikit turun jika arus beban semakin besar.

• Kerugian tegangan akibat reaksi jangkar.

• Perurunan tegangan akibat resistansi jangkar dan reaksi jangkar, selanjutnya mengakibatkan turunnya pasokan arus penguat ke medan magnet, sehingga tegangan induksi menjadi kecil.

• Generator Shunt

Pada generator shunt, penguat eksitasi E1-E2 terhubung paralel dengan rotor (A1-A2). Tegangan awal generator diperoleh dari magnet sisa yang terdapat pada medan magnet stator. Rotor berputar dalam medan magnet yang lemah, dihasilkan tegangan yang akan memperkuat medan magnet stator, sampai dicapai tegangan nominalnya. Pengaturan arus eksitasi yang melewati belitan shunt E1-E2 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 .

Gambar  Diagram Rangkaian Generator Shunt

Jika 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 terhubungsingkat, 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 . Tegangan 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 Kompon

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 . Pengatur medan magnet (D1-D2) terletak di depan belitan shunt.

Gambar . Diagram Rangkaian Generator Kompon

Karakteristik Generator Kompon

Gambar . Karakteristik Generator Kompon

Gambar  menunjukkan karakteristik generator kompon. Tegangan output generator terlihat konstan dengan pertambahan arus beban, baik pada arus eksitasi penuh maupun eksitasi 50%. Hal ini disebabkan oleh adanya penguatan lilitan seri, yang cenderung naik tegangannya jika arus beban bertambah besar. Jadi ini merupakan kompensasi dari generator shunt, yang cenderung tegangannya akan turun jika arus bebannya naik.

KERJA PARALEL GENERATOR DC

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.

syarat-syarat pengoperasian paralel generator :

• Terminal-terminal generator harus dihubungkan dengan kutub-kutub yang sama polaritasnya.

• Tegangan kerja generator sama. Jika 2 generator / lebih diparalel maka arusnya menjadi ; Ig1 + Ig2 = Itotal

Sekian dulu posting saya tentang generator DC ini, smoga bermanfaat ya.. kalo ada yang perlu di diskusikan mohon di koment :-D