Generator Arus Searah (Direct Current Generator)

GENERATOR ARUS SEARAH

PRINSIP KERJA GENERATOR ARUS SEARAH 

Prinsip kerja suatu generator arus searah berdasarkan hukum Faraday :

            e  = - N df/ dt

dimana :                     N  : jumlah lilitan

                       f   : fluksi magnet

                       e   : Tegangan imbas, ggl(gaya gerak listrik)

Dengan lain perkataan, apabila suau 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. 

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, tamopak 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

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 setengan periode tegangan positif saklar di huybungkan, maka tegangan menjadi  nol. Dan bila sakalar dibuka lagi akan timbul lagi tegangan. Begitu seterusnya setiap setenganh periode tegangan saklar dihubungkan, maka akan di hailkan tegangan searah gelombang penuh.

SISTEM KOMUTATOR

Komutator bErfungsi sebagai saklar, yaitu untuk menghubung singkatkan 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 tegangna 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.

Berdasrakan 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 :

Ea = f z n P / 60 a  Volt

Dimana:

     Ea = ggl yang dibangkitkan pada jangkar generator

f= fluks per kutub

z    = jumlah penghantar total

n    = kecepatan putar

a    = jumlah hubungan pararel

Bila  zP/60a  = c(konstanta), maka :

Ea = cnf   Volt

            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 R_f akan menghasilkan arus I_f dan menimbulkan fluks pada kedua kutub. Tegangan induksi akan dibangkitkan pada generator.

Jika generator dihubungkan dengan beban, dan R_a adalah tahanan dalam generator, maka hubungan yang dapat dinyatakan adalah:

      V_f = I_f R_f

      E_a = V_t + I_a R_a

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

        V_t = I_a R_a

E_a = I_a (R_a + R_f) + V_t + <V_si

(b)     Generator Shunt

V_t = I_f R_f

E_a = I_a R_a + V_t + <V_si

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, 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 /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.          

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, yakni MMF nya searah. Bila generator ini dihubungkan seperti itu, maka dikatakan 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

                  I_a = I_f1 = I_L + I_f2

E_a = V_t + I_a(R_a + R_f1) + <V_si

(b)     Kompon pendek

 I_a = I_f1 + I_f2 = I_L + I_f2

E_a = V_t + I_LR_f1 + I_aR_a + <V_si                                

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

            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, fluks ini seperti digambarkan pada gambar dibawah ini.

            Perhatian 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. 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.

 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 yan

g 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.

           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