Umum Konstruksi Generator Arus Searah

6

BAB II DASAR TEORI

2.1 Umum

Generator arus searah mempunyai komponen dasar yang hampir sama dengan komponen mesin-mesin lainnya. Secara garis besar generator arus searah adalah alat konversi energi mekanis berupa putaran menjadi energi listrik arus searah. Energi mekanik dipergunakan untuk memutar kumparan kawat penghantar didalam medan magnet. Berdasarkan hukum Faraday, maka pada kawat penghantar akan timbul GGL induksi yang besarnya sebanding dengan laju perubahan fluksi yang dilingkupi oleh kawat penghantar. Bila kumparan kawat tersebut merupakan rangkaian tertutup, maka akan timbul arus induksi. Yang membedakannya dengan generator lain yaitu terletak pada komponen penyearah yang terdapat didalamnya yang disebut komutator dan sikat.

2.2 Konstruksi Generator Arus Searah

Generator arus sarah memiliki konstruksi yang terdiri atas dua bagian yaitu bagian yang berputar rotor dan bagian yang diam stator. Yang termasuk stator adalah rangka, komponen magnet, dan komponen sikat. Sedangkan yang termasuk rotor adalah jangkar, kumparan jangkar dan komutator. Secara umum konstruksi generator arus searah adalah seperti Gambar 2.1. Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara 12 Dimana : C = jumlah belitan pada rotor atau segmen komutator pada rotor N = jumlah lilitan setiap belitan Normalnya bentangan belitan 180 listrik, yang berarti ketika sisi belitan yang satu berada di tengah suatu kutub, sisi lainnya berada di tengah kutub yang berbeda polaritasnya. Sedangkan secara fisik kutub yang ada tidak saling terletak 180 mekanis. Adapun untuk menentukan hubungan sudut dalam derajat mekanis dan derajat listrik, dapat digunakan formula berikut : θ listrik = θ mekanis ………………………………………………..6.8 Di mana : θlistrik = sudut dalam derajat listrik P = jumlah kutub θmekanis = sudut dalam derajat mekanis Belitan yang membentang 180 listrik memiliki tegangan yang sama antar sisi-sisinya dan berlawanan arah setiap waktu. Belitan ini disebut sebagai kumparan kisar penuh full-pitch coil. Sedangkan belitan yang bentangannya kurang dari kisaran kutubnya 1800 listrik disebut sebagai belitan kisar fraksi fractional-pitch coil atau kumparan tali busur chorded winding. Adapun hubungan antara kumparan dengan segmen komutatornya terbagi atas 2 macam : 1. Kumparan Progresif Progressive winding. Adalah belitan yang sisi belakangnya dihubungkan ke sebuah segmen komutator mendahului kumparan sebelumnya. Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara 15 Posisi 2 : fluksi yang menembus belitan minimum tapi perubahan fluksi adalah maksimum akibatnya EMF tidak terinduksi juga maksimum. Untuk posisi putaran berikutnya sama dengan posisi di atas yaitu untuk posisi I EMF induksi maksimum, posisi F maksimum. Apabila terminal-terminal dari generator dihubungkan ke beban maka akan terbentuk atau mengalir arus. Karena tegangan induksi adalah bolak-balik maka arus induksinya juga bolak-balik. Tegangan bolak-balik inilah yang akan disearahkan dengan komutator yang akan diuraikan berikutnya. Persamaan tegangan bolak-balik yang dihasilkan dalam hal ini dapat diturunkan dari hukum Faraday, yaitu : e = ……………………………………………..……… 6.1 Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya bahwa fluksi yang dihasilkan adalah fluksi yang berubah terhadap waktu dan berbentuk sinusoidal, maka persamaan fluks dalam rangkaian kumparan adalah : Φ = Φm cos ωt ……………………….. ……………………6.2 dΦ = Φm sin ωt dt Maka Persamaan 6.1 di atas dapat diturunkan menjadi : = e = N ω Φm Sin ωt…………………………………………….6.3 Tegangan induksi akan mencapai maksimum pada saat w t = rad, maka tegangan induksi maksimum : E max = N Φm ω………………………………………………...6.4 Persamaan 6.3 di atas dapat ditulis menjadi : e = E max Sin ωt…………………………………………………6.5 Universitas Sumatera Utara 16 Untuk harga efektif dari tegangan yang dihasilkan adalah : = 2 = 2 = 2 2 E eff = 4,44 N Φ f volt………………………...………………6.6 Emf yang dihasilkan berupa siklus sinusoidal tegangan bolak-balik. Dengan cincin komutasi yang segmen-segmennya terhubung dengan ujung konduktor jangkar, menyebabkan perubahan pada tegangan keluarannya menjadi tegangan yang searah. Proses ini dinamakan proses komutasi.

2.4 Prinsip Penyearah