Grafik Hubungan Tegangan (V) terhadap Arus (Ia)
Ia (A)
Tegangan (V)
Grafik Hubungan Tegangan terhadap Arus Referensi pada P = 400 Watt
If (A)
Tegangan (V)
Grafik Hubungan Eg dengan If Maju dan If mundur
If (A)
Eg (V)
BAB I
PENDAHULUAN
Pendahuluan
Generator DC merupakan mesin DC yang digunakan untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Secara umum generator DC adalah tidak berbeda dengan motor DC kecuali pada arah aliran daya. Berdasarkan cara memberikan fluks pada kumparan medannya, generator arus searah (DC) dapat dikelompokkan menjadi dua yaitu generator berpenguatan bebas dan generator berpenguatan sendiri.
Generator DC berpenguatan bebas merupakan generator yang mana arus medannya di suplai dari sumber DC eksternal. Tegangan searah yang dipasangkan pada kumparan medan yang mempunyai tahanan akan menghasilkan arus dan menimbulkan fluks pada kedua kutub. Tegangan induksi akan dibangkitkan pada generator.
Pada karakteristik berbeban sebuah generator DC menunjukkan bagaimana hubungan antara tegangan terminal dan arus medan ketika generator dibebani. Bila generator dibebani maka akan mengalir arus beban. Pada generator DC penguatan shunt penurunan tegangan terminal akan semakin besar bila terus – menerus dibebani, dan arus medan If pada mesin ikut turun. Ini menyebabkan fluks pada mesin turun sehingga nilai Ea turun yang menyebabkan penurunan tegangan terminal lebih besar. Sedangkan pada generator DC penguatan bebas Tegangan terminal Vt akan berkurang akibat efek demagnetisasi dari reaksi jangkar. Pengurangan ini dapat di atasi dengan peningkatan arus medan yang sesuai. Tegangan terminal Vt akan lebih kecil dari pada GGL E yang dibangkitkan, sebesar Ia.Ra, dimana Ra adalah resistansi rangkaian jangkar. Penurunan tegangan ini dapat dengan suatu segitiga yang disebut segitiga portier, yang sisinya sebanding Ia. karena Ia konstan maka segitiga ini konstan dalam batas – batas belum jenuh. Menurunnya tegangan terminal ini akan menyebabkan arus medan turun, dan Ea juga akan mengalami penurunan.
Tujuan Praktikum
Dalam percobaan ini, diharapkan praktikan dapat :
Mengoperasikan generator DC shunt
Menjelaskan prinsip kerja generator DC shunt
Menjelaskan pengamatan tentang karakteristik generator arus searah secara umum dan generator DC shunt secara khusus
Menggambar sifat beban nol dan sifat berbeban
Menyimpulkan gambaran umum generator dari sifat-sifat beban nol dan berbebannya.
BAB II
DASAR TEORI
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:
Generator penguat terpisah
Generator shunt
Generator kompon
1. 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. Gambar 1 menunjukkan gambar potongan melintang konstruksi generator DC.
Gambar 1. 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.
Rotor terdiri dari:
komutator
belitan rotor
kipas rotor dan poros rotor.
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.
2. Prinsip kerja Generator DC
Pembangkitan tegangan induksi oleh sebuah generator diperoleh melalui dua cara:
Dengan menggunakan cincin – seret, menghasilkan tegangan induksi bolak – balik.
Dengan menggunakan komutator, menghasilkan tegangan DC
Proses pembangkitan tegangan tegangan induksi tersebut dapat dilihat pada Gambar 2 dan Gambar 3.
Gambar 2. Pembangkitan Tegangan Induksi.
Jika rotor diputar dalam pengaruh medan magnet, maka akan terjadi perpotongan medan magnet oleh lilitan kawat pada rotor. Hal ini akan menimbulkan tegangan induksi. Tegangan induksi terbesar terjadi saat rotor menempati posisi seperti Gambar 2 (a) dan (c). Pada posisi ini terjadi perpotongan medan magnet secara maksimum oleh penghantar. Sedangkan posisi jangkar pada Gambar 2.(b), akan menghasilkan tegangan induksi nol. Hal ini karena tidak adanya perpotongan medan magnet dengan penghantar pada jangkar atau rotor. Daerah medan ini disebut daerah netral.Gambar 3. Tegangan Rotor yang dihasilkan melalui cincin-seret dan komutator.
Jika ujung belitan rotor dihubungkan dengan slip – ring berupa dua cincin (disebut juga dengan cincin seret), seperti ditunjukkan Gambar 3.(1), maka dihasilkan listrik AC (arus bolak-balik) berbentuk sinusoidal. Bila ujung belitan rotor dihubungkan dengan komutator satu cincin Gambar 3.(2) dengan dua belahan, maka dihasilkan listrik DC dengan dua gelombang positif.
Rotor dari generator DC akan menghasilkan tegangan induksi bolak-balik. Sebuah komutator berfungsi sebagai penyearah tegangan AC.
Besarnya tegangan yang dihasilkan oleh sebuah generator DC, sebanding dengan banyaknya putaran dan besarnya arus eksitasi (arus penguat medan).
Prinsip kerja suatu generator arus searah berdasarkan hukum Faraday :
Prinsip kerja suatu generator arus searah berdasarkan hukum Faraday :
e = - N dΦdt
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 tengan : 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
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 :
Dimana:
Ea= ϕznP60aV
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 :
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 + IaRa
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
Eo1
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
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
2. Generator Shunt
Vt = If Rf Ea = Ia Ra
+ Vt +
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 a. Karakteristik Beban Nol
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 :
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
b. Karakteristik Berbeban
Karakteristik berbeban pada generator shunt hampir sama besarnya dengan generator berpenguatan bebas
c. Karakteristik Luar
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
Vt
turun dan seterusnya hingga arus Ia =
mengecil sampai suatu harga Ia = 0 a.
. Oleh karena Im tetap maka Ia juga
Rm
Harga 0 a disebut sebagai area hubung singkat. Arus ini dibangkitkan oleh magnet remenensi
d. Karakteristik Pengatur
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 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.
\
BAB III
PERCOBAAN
ALAT DAN BAHAN
NO
Peralatan
Gambar
Fungsi
1
Multimeter Analog
(1 buah)
Menghitung Besar Arus, Tegangan & Tahanan
2
Multimeter Digital
(1 buah)
Menghitung Besar Arus, Tegangan & Tahanan
3
Amperemeter
(2 buah)
Menghitung Besar Arus
4
Voltmeter
(2 buah)
Menghitung Besar Tegangan
5
Kabel Penghubung
(20)
Menghubungkan alat yang satu dengan yang lain
6
Tachometer
(2 buah)
Menghitung rpm motor listrik
7
Regulator
(1 buah)
Alat untuk pengontrol tegangan
8
Motor Asinkron
Sebagai penggerak
9
Main Panel
Sumber Listrik
RANGKAIAN
BAB IV
ANALISA DATA
Karakteristik Tanpa Beban
N = 2500 rpm
If (Maju)
Eg (Volt)
If (Mundur)
Eg (Volt)
0
18
1
195
0,1
48
0,9
189
0,2
84
0,8
186
0,3
123
0,7
180
0,4
147
0,6
174
0,5
159
0,5
162
0,6
168
0,4
150
0,7
177
0,3
126
0,8
186
0,2
93
0,9
189
0,1
60
1
195
0
18
Karakteristik Berbeban
N = 2500 rpm
P = 400 watt
If
Tegangan (V)
0
21
0,1
45
0,2
84
0,3
117
0,4
141
0,5
153
0,6
165
0,7
171
0,8
177
0,9
186
1
189
Karakteristik Luar
N = 2500 rpm
Beban
Teganagan (V)
Ia (A)
0
195
0
L1
192
0,4
L1 - L2
192
0,8
L1 - L3
192
1,15
L1 - L4
192
1,55
L1 - L5
192
1,9
L1 - L6
189
2,3
BAB V
KESIMPULAN
Kesimpulan : Berdasarkan hasil praktikum Generator DC Shunt yang telah kami lakukan dapat disimpulkan pada karakteristik tanpa beban semakin besar kecepatan (N) maka akan semakin besar Tegangan (V) yang dibutuhkan. Karena N dan V berbanding lurus, dan tegangan output akan turun lebih banyak untuk kenaikan arus beban yang sama. Untuk karakteristik berbeban kenaikan tegangan berdasarkan fungsi arus ( V = f (If)). Sedangkan karakter listrik luar, 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
KARAKTERISTIK GENERATOR DC SHUNT
Nama Praktikan : Hidayat Bayu Syuhada
NIM : 1212020016
Kelas : 5E
Tanggal Praktikum : 23 Oktober 2014
Tanggal Penyerahan : 30 Oktober 2014
Pembimbing : Ir. Benhur Naninggolan, MT
Laboraturium Energi
Program Teknik Konversi Energi
Jurusan Teknik Mesin
Politeknik Negeri Jakarta 2014
