Analisis Perbandingan Karakteristik Berbeban Generator Arus Searah Penguatan Bebas Dengan Generator Arus Searah Penguatan Shunt

(1)

ANALISIS PERBANDINGAN KARAKTERISTIK BERBEBAN

GENERATOR ARUS SEARAH PENGUATAN BEBAS

DENGAN GENERATOR ARUS SEARAH

PENGUATAN SHUNT

( Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU )

OLEH :

NAMA

: RANDY NIKO ARDIAN.S

NIM

: 060402029

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat ALLAH SWT atas rahmat dan karunia yang dilimpahkan sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Adapun Tugas Akhir ini dibuat untuk memenuhi syarat kesarjanaan di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Tugas akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu ayahanda ( R.Sitompul ), dan ibunda ( Poniatik ), serta adik-adikku ( Rinaldi Dwi Hawari, Ratna Tri Yuliani, dan Rismaya Janiar Awalta ) tercinta yang merupakan bagian hidup penulis yang senantiasa mendukung dan mendo’akan dari sejak penulis lahir hingga sekarang.

Tugas akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Akhir ini adalah :

ANALISIS PERBANDINGAN KARAKTERISTIK BERBEBAN GENERATOR ARUS SEARAH PENGUATAN BEBAS DENGAN

GENERATOR SEARAH PENGUATAN SHUNT (Aplikasi pada Laboratorium Konversi Energi Listrik)

Selama masa perkuliahan sampai masa penyelesaian tugas akhir ini, penulis banyak memperoleh bimbingan dan dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu, dengan setulus hati penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

(3)

1. Bapak Ir. Eddy Warman, selaku dosen Pembimbing Tugas Akhir, atas segala bimbingan, pengarahan dan motivasi dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 2. Bapak Ir. Pernantin Tarigan, Msc selaku dosen Wali penulis atas bimbingan

dan arahannya dalam menyelesaikan perkuliahan.

3. Bapak Prof. DR. Ir. Usman Baafai selaku Pelaksana Harian Ketua Departemen Teknik Elektro FT-USU dan Bapak Rahmad Fauzy, ST, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro FT-USU.

4. Bapak Ir. Satria Ginting, selaku Kepala Laboratorium Konversi Energi Listrik Fakultas Teknik USU.

5. Keluarga besar Laboratorium Sistem Tenaga FT USU : Bapak Ir. Zulkarnaen Pane, Andi, B’Budi, dan pak bantu karo – karo.

6. Seluruh Staf Pengajar di Departemen Teknik Elektro USU dan Seluruh Karyawan di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektro USU.

7. Teman-teman angkatan ’06, martua (makasih udah bantuin ngambil data), Iqbal, Taufiq, Faisal, Bembeng, Helmi, Rahmuddin, Supenson, Rozi, Salman, Deny, Alfi, Fauzi, Azhari, Bale, Angga, teguh, Sukesih, Sanita, Liza, Ina, Muti, Pingkan dan seluruh teman-teman Elektro ’06 lainnya.

8. Semua abang senior dan adik junior yang telah mau berbagi pengalaman dan motivasi kepada penulis.

9. Asisten Laboratorium Konversi Energi Listrik Very ‘07, Ardi ’07 dan Bang Roy yang telah banyak membantu penulis dalam proses pengambilan data. 10. Dan pihak-pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

(4)

Akhir kata penulis menyadari bahwa tulisan ini masih banyak kekurangannya. Kritik dan saran dari pembaca untuk menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis harapkan. Semoga Tugas Akhir ini dapat memberi manfaat khususnya bagi penulis pribadi maupun bagi semua pihak yang membutuhkannya. Dan hanya kepada Allah SWT-lah penulis menyerahkan diri.

Medan, 08 Maret 2010

(5)

ABSTRAK

Berdasarkan cara memberikan fluks pada kumparan medannya, generator DC dikelompokkan menjadi dua yaitu generator berpenguatan bebas dan generator berpenguatan sendiri.

Karakteristik yang ada pada generator DC antara lain karakteristik beban nol, karakterik berbeban, dan karakteristik luar. Pada karakteristik berbeban sebuah generator DC menunjukkan bagaimana hubungan antara tegangan terminal Vt dan arus medan If ketika generator dibebani. Bila

generator dibebani maka akan mengalir arus beban sebesar IL. Karakteristik berbeban pada generator DC penguatan bebas berbeda dengan karakteristik berbeban pada generator DC shunt. 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. 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 Vt ini akan menyebabkan arus medan If turun, dan Ea juga akan mengalami penurunan.

Dalam tugas akhir ini penulis akan melakukan analisis perbandingan karakteristik berbeban generator DC shunt dengan generator DC berpenguatan bebas.

(6)

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR……… i

ABSTRAK……….. iv

DAFTAR ISI ……….. v

DAFTAR GAMBAR……….. ix

BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar belakang………. 1

I.2 Tujuan dan Manfaat Penulisan……… 2

I.3 Batasan Masalah……….. 3

I.4 Metode Penulisan……… 3

I.5 Sistematika Penulisan……….. 4

BAB II GENERATOR ARUS SEARAH II.1 Umum……… 6

II.2 Konstruksi Generator Arus Searah……… 6

II.3 Prinsip Kerja Generator Arus Searah……… 14

II.4 Prinsip Penyearah……….. 17

II.5 Reaksi Jangkar……….. 19

II.6 Pembangkitan Tegangan Induksi pada Generator Arus Searah……... 22

II.7 Pengaturan Tegangan Generator Arus Searah………. 24

(7)

II.8.1 Generator Arus Searah Berpenguatan Bebas………. 25

II.8.2 Generator Arus Searah Berpenguatan Sendiri……… 26

II.9 Effisiensi Generator Arus Searah ………. 29

BAB III GENERATOR DC PENGUATAN BEBAS DAN GENERATOR DC PENGUATAN SHUNT III.1 Generator DC Penguatan Bebas……….. 30

III.2 Karakteristik Generator DC Penguatan Bebas……… 31

III.2.1 Karakteristik Beban Nol………... 31

III.2.2 Karakteristik Luar………. 32

III.2.3 Karakteristik Berbeban………. 34

III.3 Generator DC Penguatan Shunt……….. 37

III.4 Karakteristik Generator DC Penguatan Shunt……… 38

III.4.1 Karakteristik Beban Nol………... 39

III.4.2 Karakteristik Luar………. 41

III.4.3 Karakteristik Berbeban………. 42

III.5 Karakteristik Generator DC Shunt Dari Kurva Magnetisasi... 43

III.5.1 Karakteristik Kurva Magnetisasi dengan Reaksi Jangkar Diabaikan... 43

III.5.2 Karakteristik Kurva Magnetisasi dengan Reaksi Jangkar... 45

(8)

BAB IV PERBANDINGAN KARAKTERISTIK BERBEBAN GENERATOR DC PENGUATAN BEBAS DAN GENERATOR DC PENGUATAN SHUNT

IV.1 Pengujian Karakteristik Berbeban Generator DC Penguatan Bebas

Dan Generator DC Penguatan Shunt……….. 48

IV.1.1 Umum……… 48

IV.1.2 Peralatan Yang Digunakan………... 49

IV.1.3 Percobaan Karakteristik Berbeban Untuk Generator DC Penguatan Shunt……… 49

IV.1.3.1 Umum……….. 49

IV.1.3.2 Rangkaian Percobaan………... 50

IV.1.3.3 Prosedur Percobaan……….. 50

IV.1.3.4 Data Hasil Percobaan………... 51

IV.1.4 Percobaan Karakteristik Berbeban Untuk Generator DC Penguatan Bebas……… 52

IV.1.4.1 Umum……….. 52

IV.1.4.2 Rangkaian Percobaan……….. 52

IV.1.4.3 Prosedur Percobaan………. 53

IV.1.4.4 Data Hasil Percobaan……….. 54

IV.2 Analisis Karakteristik Berbeban Generator DC Penguatan Bebas Dengan Generator DC Penguatan Shunt……… 55

(9)

BAB V PENUTUP

V.1 Kesimpulan ………... 63

V.2 Saran ………... 63

(10)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Konstruksi generator Arus Searah……….. 7

Gambar 2.2. Rangka generator Arus Searah……….. 8

Gambar 2.3. Konstruksi kutub dan penempatannya... 9

Gambar 2.4. Konstruksi Sikat………. 10

Gambar 2.5. Konstruksi komutator……… 10

Gambar 2.6. Konstruksi Jangkar Generator Arus Searah... 11

Gambar 2.7. Bentuk Umum Belitan Jangkar... 12

Gambar 2.8. Kumparan Progresif dan Kumparan Retrogresif... 13

Gambar 2.9. Suatu penghantar yang diputar dalam medan magnet... 14

Gambar 2.10. Bentuk gelombang tegangan yang dihasilkan ... 15

Gambar 2.11. Suatu penghantar yang ditembus oleh fluksi... 17

Gambar 2.12. Ilustrasi proses penyearahan... 18

Gambar 2.13. Bentuk gelombang tegangan hasil dari proses penyearahan... 19

Gambar 2.14. Proses terjadinya reaksi jangkar... 20

Gambar 2.15. Proses pergeseran bidang netral... 21

Gambar 2.16. Kurva pemagnetan ketika terjadi reaksi jangkar... 22

Gambar 2.17. Proses pembangkitan tegangan pada generator arus searah... 23

Gambar 2.18. Rangkaian Generator DC Penguatan Bebas ... 25

(11)

Gambar 2.20. Rangkaian Generator DC Seri ... 27

Gambar 2.21. Rangkaian Generator DC Kompon Panjang... 28

Gambar 2.22. Rangkaian Generator DC Kompon Pendek ... 28

Gambar 2.23. Diagram Aliran Daya Generator DC... 29

Gambar 3.1. Rangkaian Ekivalen Generator DC Penguatan Bebas... 30

Gambar 3.2. Kurva Beban nol Generator DC Penguatan Bebas... 32

Gambar 3.3. Kurva Karakteristik Terminal Generator DC Penguatan Bebas... 33

Gambar 3.4. Kurva Berbeban Generator DC Penguatan Bebas... 35

Gambar 3.5. Rangkaian Ekivalen Generator DC Shunt... 37

Gambar 3.6. Kurva Beban Nol secara teoritis... 40

Gambar 3.7. Kurva Beban Nol sebenarnya... 40

Gambar 3.8. Kurva Karakteristik luar Generator DC Shunt... 42

Gambar 3.9. Penentuan Karakteristik dari Kurva Magnetisasi ( Reaksi Jangkar Diabaikan)... 44

Gambar 3.10. Penentuan Karakteristik dari Kurva Magnetisasi (Dengan Reaksi Jangkar)... 46

Gambar 4.1. Rangkaian Percobaan Karakteristik Berbeban Generator DC shunt... 50

Gambar 4.2 Rangkaian Percobaan karakteristik Berbeban Generator DC Penguatan Bebas... 52

(12)

Gambar 4.3. Kurva Karakteristik Berbeban Generator DC Shunt Secara

teori... 57

Gambar 4.4. Kurva Karakteristik Berbeban Generator DC Shunt yang di dapat

dalam pengujian... 57

Gambar 4.5. Kurva Karakteristik Berbeban Generator DC Penguatan Bebas

secara teori... 60

Gambar 4.6. Kurva Karakteristik Berbeban Generator DC Penguatan Bebas

pada pengujian... 60

Gambar 4.7. Kurva Perbandingan Karakteristik Berbeban Generator DC

(13)

ABSTRAK

Berdasarkan cara memberikan fluks pada kumparan medannya, generator DC dikelompokkan menjadi dua yaitu generator berpenguatan bebas dan generator berpenguatan sendiri.

Dalam tugas akhir ini penulis akan melakukan analisis perbandingan karakteristik berbeban generator DC shunt dengan generator DC berpenguatan bebas.

(14)

BAB I PENDAHULUAN

I.1. Latar Belakang Masalah

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 Rf akan menghasilkan arus If dan menimbulkan fluks pada kedua kutub. Tegangan induksi akan dibangkitkan pada generator.

Pada karakteristik berbeban sebuah generator DC menunjukkan bagaimana hubungan antara tegangan terminal Vt dan arus medan If ketika generator dibebani. Bila generator dibebani maka akan mengalir arus beban sebesar IL. 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

(15)

efek demagnetisasi dari reaksi jangkar. Pengurangan ini dapat di atasi dengan peningkatan arus medan yang sesuai. Tegangan terminal Vt akan lebih kecil daripada 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 Vt ini akan menyebabkan arus medan If turun, dan Ea juga akan mengalami penurunan.

Dengan demikian, perlu dilakukan pengujian generator DC penguatan bebas dengan generator DC shunt berupa analisa data-data yang diambil dari laboratorium. Pengujian ini dilakukan untuk membandingkan karakteristik berbeban dari kedua jenis generator DC tersebut.

I.2. Tujuan Dan Manfaat Penulisan

Adapun tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah untuk mengetahui perbandingan karakeristik berbeban dari generator DC penguatan bebas dengan generator DC shunt.

Manfaat penulisan tugas akhir ini bagi penulis adalah mendapatkan pengertian dan penjelasan tentang karakteristik generator DC penguatan bebas dan generator DC shunt untuk keadaan beban yang berubah-ubah. Sedangkan bagi para pembaca, diharapkan semoga tugas akhir ini dapat menjadi sumbangan dalam memperkaya pengetahuan dan memberikan kesempatan untuk mempelajarinya lebih lanjut.

(16)

I.3. Batasan Masalah

Untuk membatasi materi yang akan dibicarakan pada tugas akhir ini, maka penulis perlu membuat batasan cakupan masalah yang akan dibahas. Hal ini diperbuat supaya isi dan pembahasan dari tugas akhir ini menjadi lebih terarah dan dapat mencapai hasil yang diharapkan. Adapun batasan masalah pada penulisan tugas akhir ini adalah :

1. Jenis generator yang digunakan dalam percobaan ini adalah generator DC penguatan bebas dan generator DC shunt.

2. Tidak membahas motor arus searah ( DC ).

3. Beban yang digunakan hanya berupa beban resistif.

4. Tidak membahas karakteristik beban nol dan karakteristik luar dari generator DC.

5. Spesifikasi generator DC yang digunakan untuk percobaan adalah generator DC pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT USU.

I.4. Metode Penulisan

Untuk dapat menyelesaikan tugas akhir ini maka penulis menerapkan beberapa metode studi diantaranya :

1. Studi literatur yaitu dengan membaca teori-teori yang berkaitan dengan topik tugas akhir ini dari buku-buku referensi baik yang dimiliki oleh penulis atau di perpustakaan dan juga dari artikel-artikel, jurnal dan lain-lain.

(17)

2. Studi laboratorium yaitu dengan melaksanakan percobaan di Laboratorium Konversi Energi Listrik Departemen Teknik Elektro USU.

3. Studi bimbingan yaitu dengan melakukan diskusi tentang topik tugas akhir ini dengan dosen pembimbing yang telah ditunjuk oleh pihak departemen Teknik Elektro USU, asisten Laboratorium Konversi Energi Listrik dan teman-teman sesama mahasiswa.

I.5. Sistematika Penulisan

Untuk memudahkan pemahaman terhadap Tugas Akhir ini maka penulis menyusun sitematika penulisan sebagai berikut :

BAB I : PENDAHULUAN

Bab ini merupakan pendahuluan yang berisikan tentang latar belakang masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, manfaat penulisan, metode penulisan, dan sistematika penulisan.

BAB II : GENERATOR ARUS SEARAH

Bab ini menjelaskan tentang generator arus searah secara umum, konstruksi, prinsip kerja, tegangan induksi generator arus searah, pengaturan tegangan, reaksi jangkar, sistem penyearah, dan jenis-jenis generator.

(18)

BAB III : GENERATOR DC PENGUATAN BEBAS DAN GENERATOR DC PENGUATAN SHUNT

Bab ini menjelaskan tentang karakteristik generator DC penguatan bebas dan generator DC shunt

BAB IV : PERBANDINGAN KARAKTERISTIK BERBEBAN GENERATOR DC PENGUATAN BEBAS DAN GENERATOR DC SHUNT

Bab ini menjelaskan tentang penerapan pengujian karakteristik berbeban generator DC penguatan bebas dan generator DC shunt yaitu dengan melaksanakan percobaan pada di Laboratorium Konversi Energi Listrik Departemen Teknik Elektro FT USU.

BAB V : PENUTUP

Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran dari hasil - hasil percobaan.

(19)

BAB II

GENERATOR ARUS SEARAH II.1. Umum

Generator arus searah mempunyai komponen dasar yang umumnya hampir sama dengan komponen mesin – mesin listrik lainnya. Secara garis besar generator arus searah adalah alat konversi energi mekanis berupa putaran menjadi energi listrik arus searah. Energi mekanik di pergunakan untuk memutar kumparan kawat penghantar di dalam 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 dengan komutator dan sikat.

II.2. Konstruksi Generator Arus Searah

Generator arus searah 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 berikut :

(20)

Gambar 2.1 Konstruksi generator Arus Searah

1. Badan Generator ( Rangka )

Fungsi utama dari badan generator adalah sebagai bagian dari tempat mengalirnya fluks magnit yang di hasilkan kutub-kutub magnit, karena itu badan generator dibuat dari bahan ferromagnetik. Disamping itu badan generator ini berfungsi untuk meletakkan alat-alat tertentu dan melindungi bagian-bagian mesin lainnya. Oleh karena itu badan generator harus dibuat dari bahan yang kuat. Untuk memenuhi kedua persyaratan pokok di atas, maka umumnya badan generator untuk mesin-mesin kecil dibuat dari besi tuang. Sedangkan generator yang besar umumnya dibuat dari plat-plat campuran baja. Biasanya pada generator terdapat name palate yang bertuliskan spesifikasi umum atau data-data teknik dari generator. Selain name plate badan generator juga terdapat terminal box yang merupakan tempat-tempat ujung-ujung lilitan penguat magnit dan lilitan jangkar. Gambar dari rangka generator arus searah dapat dlihat di bawah ini :

(21)

Gambar 2.2 Rangka generator Arus Searah

2. Magnet penguat dan kumparan penguat medan

Sebagaimana diketahui bahwa fluks magnet yang terdapat pada generator arus searah dihasilkan oleh kutub magnet buatan yang dihasilkan dengan prinsip elektromagnetik. Magnet penguat terdiri dari inti kutub dan sepatu kutub (lihat Gambar 2.3).

Adapun fungsi dari sepatu kutub adalah :

a. Menyebarkan fluks pada celah udara dan juga karena merupakan bidang lebar, maka akan mengurangi reluktansi jalur magnet.

b. Sebagai pendukung secara mekanis untuk kumparan penguat atau kumparan medan.

Inti kutub terbuat dari lembaran-lembaran besi tuang atau baja tuang. Sepatu kutub dilaminasi dan di baut ke inti kutub. Sedangkan kutub (inti kutub dan sepatu kutub) dibaut atau dikeling ke rangka mesin (lihat gambar 2.3.c).

(22)

Kumparan penguat atau kumparan kutub terbuat dari kawat tembaga (berbentuk bulat atau strip / persegi) yang dililitkan sedemikian rupa dengan ukuran tertentu (lihat gambar 2.3.b).

Gambar 2.3 Konstruksi kutub dan penempatannya

3. Sikat

Fungsi dari sikat adalah untuk jembatan bagi aliran arus dari lilitan jangkar dengan beban. Disamping itu sikat memegang peranan penting untuk terjadinya komutasi. Agar gesekan antara komutator-komutator dan sikat tidak mengakibatkan ausnya komutator, maka sikat lebih lunak daripada komutator.

Sikat terbuat dari karbon, grafit , logam grafit, atau campuran karbon-grafit, yang dilengkapi dengan pegas penekan dan kotak sikat. Besarnya tekanan pegas dapat diatur sesuai dengan keinginan. Permukaan sikat ditekan ke permukaan segmen komutator untuk menyalurkan arus listrik. Karbon yang ada diusahakan memiliki konduktivitas yang tinggi untuk mengurangi rugi-rugi listrik, dan koefisien gesekan yang rendah untuk mengurangi keausan. Adapun bagian-bagian dari sikat ini dapat dilihat pada gambar 2.4

(23)

Gambar 2.4 Konstruksi Sikat

4. Komutator

Sebagaimana diketahui komutator berfungsi sebagai penyearah mekanik, yaitu untuk mengumpulkan arus listrik induksi dari konduktor jangkar dan mengkonversikannya menjadi arus searah melalui sikat yang disebut komutasi. Agar menghasilkan penyearahan yang lebih baik maka komutator yang digunakan hendaknya dalam jumlah yang besar.

Komutator terbuat dari batangan tembaga yang dikeraskan, yang diisolasi dengan bahan sejenis mika (lihat gambar 2.5).

Gambar 2.5 Konstruksi komutator

Commutator Lugs

Segmen Tembaga Yang Diisolasi

Ujung Kelem

(24)

5. Jangkar

Jangkar yang umum digunakan dalam generator arus searah adalah yang berbentuk silinder yang di beri alur-alur pada permukaannya untuk tempat melilitkan kumparan-kumparan tempat terbentuknya ggl induksi. Jangkar di buat dari bahan ferromagnetik, dengan maksud agar lilitan jangkar terletak dalam daerah yang induksi magnitnya besar, supaya ggl induksi yang terbentuk dapat bertambah besar. Konstruksi dari jangkar generator arus searah dapat di lihat seperti pada gambar 2.6.

Gambar 2.6 Konstruksi Jangkar Generator Arus Searah

Seperti halnya inti kutub magnet, maka jangkar dibuat dari bahan berlapis-lapis tipis untuk mengurangi panas yang terbentuk karena adanya arus pusar (eddy current). Bahan yang digunakan untuk jangkar ini sejenis campuran baja silicon. Pada umumnya alur tidak hanya diisi satu sisi kumparan, tetapi diisi lebih dari satu sisi kumparan yang disusun secara berlapis.

(25)

6. Belitan Jangkar

Pada generator arus searah, belitan jangkar berfungsi sebagai tempat terbentuknya ggl induksi. Umumnya kumparan jangkar (rotor) berbentuk seperti permata, seperti pada gambar berikut :

Gambar 2.7 Bentuk Umum Belitan Jangkar

Adapun jumlah konduktor dalam belitan jangkar tersebut : Z = 2CN……...………..….…………. ………...( 2.1 ) Di mana : C = jumlah belitan pada rotor atau segmen komutator pada rotor N = jumlah lilitan setiap belitan .

Normalnya bentangan belitan adalah 1800 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 1800 mekanis. Adapun untuk menentukan hubungan sudut dalam derajat mekanis dan derajat listrik, dapat digunakan formula berikut :

mekanis listrik θ

2 p

θ = ………..……( 2.2 )

Di mana : θlistrik = sudut dalam derajat listrik

P = jumlah kutub

(26)

Belitan yang membentang 1800 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 rotor 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.

2. Kumparan Retrogresif (Retrogressive winding). Adalah kumparan yang sisi belakangnya dihubungkan ke sebuah segmen komutator membelakangi belitan sebelumnya.

Bentuk umum dari kumparan progresif dan kumparan retrogresif dapat di lihat pada gambar dibawah ini :

(27)

II. 3. Prinsip Kerja Generator Arus Searah

Suatu generator arus searah bekerja berdasarkan prinsip induksi magnetis sesuai dengan Hukum Faraday. Bila ada sepotong penghantar dalam medan magnet yang berubah-ubah terhadap waktu, maka pada penghantar tersebut akan terbentuk GGL induksi. Demikian pula sebaliknya bila sepotong penghantar digerak-gerakkan dalam medan magnet, dalam penghantar tersebut juga terbentuk GGL induksi. Suatu penghantar yang diputar dalam medan magnet dapat dilihat pada gambar berikut.

U S

4 5 6 7

-R

C D

Gambar 2.9. Suatu penghantar yang diputar dalam medan magnet

Medan magnetnya dihasilkan oleh kumparan medan sedangkan untuk menghasilkan efek perubahan fluksi maka belitan penghantar diputar oleh prime mover. Bentuk tegangan yang dihasilkan dapat terlihat pada gambar di bawah ini :

(28)

1 2 3 4 5

6 7 8 9

Gambar 2.10. Bentuk gelombang tegangan yang dihasilkan

Posisi 1 : fluksi yang menembus belitan maksimum tapi perubahan fluksi adalah minimum. Ini disebabkan belitan AB dan CD tidak terpotong fluksi sehingga EMF = 0

Posisi 3 : fluksi yang menembus belitan minimum tapi perubahan fluksi adalah maksimum akibatnya EMF yang 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 balik maka arus induksinya juga 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 :

dt d N

(29)

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 ... (2.4) dΦ = - ωΦm sin ωt dt

Maka Persamaan (2.3) di atas dapat diturunkan menjadi :

e =

- N – ωΦm Sin ωt dt

e = N ωΦm Sin ωt ... (2.5) Tegangan induksi ini akan mencapai maksimum pada saat wt = π/2 rad, maka

tegangan induksi maksimum :

Emax = N Φmω... (2.6) Persamaan (2.5) di atas dapat ditulis menjadi :

e = EmaxSin ωt ... (2.7) Untuk harga efektif dari tegangan yang dihasilkan adalah :

2 2 2 2 max Φ = Φ = = N f E N E E eff eff π ω f N

Eeff =4,44 Φ (Volt) ……… (2.8)

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.

(30)

II.4. Prinsip Penyearah

Pada generator arus searah, penyearahan dilakukan secara mekanis dengan menggunakan alat yang disebut komutator. Komutator pada prinsipnya mempunyai bentuk yang sama dengan cincin seret, hanya cincin tersebut dibelah dua kemudian disatukan kembali dengan menggunakan bahan isolator. Masing-masing bahan komutator dihubungkan dengan sisi kumparan tempat terbentuknya GGL. Komutator I dihubungkan dengan sisi AB dan komutator II dihubungkan dengan sisi CD ( lihat gambar di bawah ini ).

Fluks Magnit

D II

I E

R II

Gambar 2.11. Suatu penghantar yang ditembus oleh fluksi

Jika kumparan ABCD berputar, maka sikat-sikat akan bergesekan dengan komutator-komutator secara bergantian. Peristiwa bergesekan / perpindahan sikat-sikat dari satu komutator ke komutator berikutnya disebut komutasi. Peristiwa komutasi inilah yang menyebabkan terjadinya penyearahan yang prinsipnya adalah sebagai berikut : 1. Mula-mula sisi AB berada pada kedudukan 0 dan sisi CD berada pada kedudukan

(31)

berbentuk GGL. Pada saat ini pula sikat-sikat berhubungan dengan bagian isolator kedua komutator. Ini berarti sikat-sikat berpotensial nol.

2. Kumparan berputar terus, sekarang sisi AB bergerak di daerah utara (dari kedudukan 0 menuju 3) dan sisi CD bergerak di daerah selatan. Sesuai dengan hukum tangan kanan maka GGL yang terbentuk pada sisi AB arahnya menjauhi kita, sedangkan pada sisi CD terbentuk GGL yang arahnya mendekati kita. Jika arus listrik di dalam sumber mengalir dari negatif ( - ) ke positif ( + ), maka pada saat itu komutator I dan sikat E berpotensial negatif, sedangkan komutator II dan sikat F berpotensial positif.

E = 0

F = 0

E =

-F = +

E = 0

F = 0

E =

-F = + 3

9 0

8 4

7 10

11 1

Gambar 2.12. Ilustrasi proses penyearahan

3. Saat sisi kumparan AB sampai pada kedudukan 6 dan CD kedudukan 12, maka pada saat ini sikat-sikat berpotensial nol karena GGL induksi yang terbentuk pada masing-masing sisi kumparan adalah nol, sikat-sikat hanya berhubungan dengan isolator.

(32)

4. Kumparan ABCD bergerak terus, sisi AB bergerak di daerah selatan (dari kedudukan 6 menuju 12) sehingga GGL yang terbentuk pada sisi kumparan AB arahnya mendekati kita, sebaliknya pada sisi CD yang bergerak di daerah utara terbentuk GGL yang arahnya menjauhi kita. Pada saat itu komutator I dan sikat F berpotensial positif sedangkan komutator II dan sikat E negatif. Sehingga dihasilkan tegangan induksi dengan bentuk gelombang seperti gambar 2.13 di bawah ini :

Emax (Volt) e (Volt)

Gambar 2.13. Bentuk gelombang tegangan hasil dari proses penyearahan

II.5. Reaksi Jangkar

Jika generator arus searah dihubungkan ke beban melalui terminal out-put, maka arus listrik akan mengalir pada kumparan jangkarnya. Aliran arus ini akan menghasilkan fluksi medan magnet sendiri, yang akan mempengaruhi (distort) fluksi medan magnet yang telah ada sebelumnya dari kutub mesin. Pada keadaan ini fluks yang dihasilkan oleh generator akan menjadi berkurang karena arah kedua vektor fluksi magnetis tadi saling berlawanan. Adanya pengaruh fluksi magnetik yang

(33)

ditimbulkan akibat arus beban ini dinamakan reaksi jangkar. Reaksi jangkar ini akan menimbulkan dua masalah yakni:

Masalah pertama yang disebabkan oleh reaksi jangkar adalah pergeseran bidang netral (neutral plane). Bidang netral magnetis didefinisikan sebagai bidang di dalam mesin dimana kecepatan gerak kumparan rotor benar-benar paralel dengan garis fluks magnet, sehingga induksi ggl pada bidang konduktor tersebut benar-benar nol.

U S

(A) (B) (C)

(D) (E) (F)

Gambar 2.14. Proses terjadinya reaksi jangkar

Pada saat belum dibebani, sumbu sikat terletak pada garis netral magnetik yang tegak lurus terhadap fluksi utama, yaitu menurut garis OA. Sedangkan fluks utama Φu pada generator digambarkan menurut garis OB. Setelah generator dibebani,

maka akan timbul arus jangkar yang menimbulkan fluksi jangkar Φa yang searah

dengan vektor OA. Akibat interaksi kedua fluksi tersebut menimbulkan fluksi resultante Φr yang searah dengan vektor OC.

(34)

Gambar 2.15. Proses pergeseran bidang netral

Dengan timbulnya fluksi resultante Φr ini, maka garis netral magnetik yang

seharusnya tegak lurus fluksi utama OB, kini berubah menjadi tegak lurus terhadap garis OC; yaitu searah garis ON. Kalau keadaan ini dibiarkan maka akan timbul bunga api pada sikat. Untuk menghilangkannya, maka sikat harus digeser posisinya sehingga sumbu sikat kembali menjadi tegak lurus terhadap arah vektor fluks utama. Namun akibatnya fluks utama akan berkurang dan terjadi demagnetizing effect jika sikat digeser berlawanan dengan arah putaran mesin. Bila setiap terjadi perubahan beban sehingga sikat harus digeser tentunya sangat tidak dinginkan. Untuk mengatasinya maka dibuatlah kutub komutasi dan kumparan kompensasi.

Masalah kedua akibat reaksi jangkar adalah pelemahan fluks. Hal ini dapat dijelaskan pada gambar 2.16. Kebanyakan mesin listrik bekerja pada kerapatan fluks yang dekat dengan titik jenuhnya, karenanya pada lokasi di permukaan kutub dimana gaya gerak magnet (ggm) rotor menambahkan ggm kutub, terjadi sedikit peningkatan kerapatan fluks (∆Φ n). Tetapi pada lokasi permukaan kutub di mana ggm rotor

mengeleminir ggm kutub, terdapat penurunan kerapatan fluks (∆Φt) yang lebih besar,

Φu

Φr

Φa

C 0

(35)

sehingga penjumlahan rata-rata kerapatan fluks yang terjadi adalah kerapatan fluks kutub yang semakin berkurang.

Φ (Weber)

Kurva Pemagnetan

{

∆Φn

∆Φt

F (Ampere Turn) Fk +

Fk - Fj

∆Φn = Penguatan fluks

∆Φt = Pelemahan Fluks

Fk = Gaya gerak magnet kutub Fj = Gaya gerak magnet jangkar

Gambar 2.16. Kurva Pemagnetan Ketika Terjadi Reaksi Jangkar

Akibat pelemahan fluks ini pada generator arus searah adalah pengurangan nilai pasokan tegangan oleh generator ke beban. Pada motor arus searah pengaruh yang ditimbulkan menjadi lebih serius, dimana pelemahan fluks akan menyebabkan motor arus searah, khususnya motor arus serah shunt akan berputar demikian cepatnya hingga tak terkendali.

II.6. Pembangkitan Tegangan Induksi pada Generator Arus Searah

Pada saat mesin dihidupkan timbul suatu fluks residu yang memang sudah terdapat pada kutub. Dengan memutar rotor akan dibangkitkan tegangan induksi yang kecil pada sikat. Akibat adanya tegangan induksi ini mengalirkan arus pada

(36)

kumparan medan. Arus ini akan menimbulkan fluks yang memperkuat fluks yang telah ada sebelumnya. Proses terus berlangsung hingga dicapai tegangan yang stabil. Garis lengkung pada gambar 2.17 menggambarkan kurva pemagnetan untuk suatu generator berpenguatan sendiri pada suatu putaran tertentu, sedangkan garis lurus menyatakan persamaan tegangan kumparan medan dengan tahanan Rf . Oa adalah tegangan yang timbul akibat adanya fluks residu dan menimbulkan arus pada kumparan medan sebesar Ob. Dengan adanya arus kumparan ini , tegangan induksi membesar menjadi Oc (akibat bertambahnya fluks). Selanjutnya tegangan Oc memperkuat arus medan, yaitu menjadi sebesar Od. Dengan demikian proses penguatan arus medan berlangsung hingga dicapai tegangan yang stabil yaitu pada titik X (perpotongan antara kurva pemagnetan dengan garis tahanan medan). Jika tahanan medan diperbesar, tegangan induksi yang dibangkitkan menjadi lebih kecil. Berarti makin besar tahanan kumparan medan, makin buruk generator tersebut.

O b d a

Kurva magnetisasi

Garis Tahanan Medan

(37)

Gambar 2.17 menunjukkan pembangkitan tegangan generator dalam tahapan - tahapan yang berlainan. Tahapan - tahapan ini digambarkan untuk memperjelas feedback positif antara tegangan internal generator dengan arus medannya. Pada generator yang sesungguhnya, tegangan tidak dibangkitkan dalam tahapan - tahapan tertentu, malah sebaliknya antara Ea dan If naik secara serempak sampai keadaan tunak tercapai. Ada beberapa kemungkinan yang dapat menyebabkan tidak terjadi pembangkitan tegangan pada generator arus searah,

yaitu :

a. Kemungkinan tidak adanya fluks sisa b. Arah putaran generator mungkin terbalik

c. Besar tahanan medan mungkin diset terlalu besar dari nilai tahanan kritisnya.

II.7. Pengaturan Tegangan Generator Arus Searah

Ada dua cara yang dapat digunakan untuk mengatur tegangan pada generator dc shunt, yaitu :

1. Mengubah kecepatan ωm dari generator

2. Mengubah tahanan medan dari generator, sehingga merubah arus medannya. Mengubah tahanan medan adalah metode utama yang digunakan untuk mengatur tegangan terminal generator dc shunt. Jia tahanan medan Rf diturunkan,

maka arus medan If = Vt / Rf akan naik. Jika If naik maka akan terjadi penambahan

fluks yang akan menaikkan tegangan internal generator Ea yang pada akhirnya akan menaikkan tegangan terminal Vt.

(38)

II.8. Jenis - Jenis Generator Arus Searah

Berdasarkan metode eksitasi yang diberikan, maka generator arus searah dapat diklasifikasikan dalam dua jenis:

II.8.1. Generator Arus Searah Berpenguatan Bebas (Separately Excited Generator).

Pada jenis generator ini, fluks medan diperoleh dari sumber lain yang terpisah dari generator tersebut.

Ia IL

ωm

-Vf

Gambar 2.18. Rangkaian Generator DC Penguatan Bebas

Tegangan searah yang diberikan pada kumparan medan yang mempunyai tahanan Rf akan menghasilkan arus If dan menimbulkan fluks pada kedua kutub. Tegangan induksi akan dibangkitkan. Jika generator dihubungkan dengan beban RL,

dan Ra adalah tahanan dalam generator, maka hubungan yang dapat dinyatakan adalah :

Vt = IL . RL ... (2.9) Ea = Vt + Ia . Ra ... (2.10)

(39)

Ia = IL ... (2.11)

II.8.2. Generator Arus Searah Berpenguatan Sendiri (Self Excited Generator).

Pada generator jenis ini, fluksi medan dihasilkan oleh rangkaian medan yang terdapat pada generator itu sendiri. Oleh karena itu, arus kemagnitannya dipengaruhi oleh nilai-nilai tegangan dan arus yang terdapat pada generator. Berdasarkan hubungan kumparan penguat magnit dengan kumparan jangkar, generator penguatan sendiri dibedakan atas :

1) Generator Arus Searah penguatan shunt

Generator arus searah penguatan shunt yaitu generator penguatan sendiri di mana kumparan penguat magnitnya dihubungkan parallel (shunt) dengan kumparan jangkar.

-VT

Ia IL

-Gambar 2.19. Rangkaian Generator DC Shunt

L F

A I I

I = + ………. (2.12)

A A A

T E I R

(40)

F T F

R V

I = ………... (2.14)

2) Generator Arus Searah penguatan seri

Genertaor arus searah penguatan seri yaitu generator penguatan sendiri di mana kumparan penguat magnitnya dihubungkan seri dengan kumparan jangkar.

-VT

RA RS LS

IA IS IL

Gambar 2.20. Rangkaian Generator DC Seri

L S

A I I

I = = ... (2.15)

(

A S

)

A A

T E I R R

V = − + ... (2.16)

3) Generator Arus Searah penguatan kompon

Generator arus searah kompon adalah generator arus searah yang kumparan penguat magnitnya terdiri dari kumparan penguat shunt dan kumparan penguat seri. Karena ada dua kemungkinan cara meletakkan kumparan penguat serinya, maka berdasarkan letak kumparan penguat seri, generator kompon dibedakan atas :

(41)

a) Generator DC Kompon Panjang Ea + -+

-RA RS LS

IA IL

VT IF

Gambar 2.21. Rangkaian Generator DC Kompon Panjang

F L

A I I

I = + ………. (2.17)

(

A S

)

A A

T E I R R

V = − + ……… (2.18)

F T F

R V

I = ……….. (2.19)

b) Generator DC Kompon Pendek

-RA RS LS

IA IL

VT IF

Gambar 2.22. Rangkaian Generator DC Kompon Pendek

F L

A I I

I = + ……… (2.20)

(

A A L S

)

T E I R I R

V = − + ……… (2.21)

T F

R V

(42)

II.9. Effisiensi Generator Arus Searah

Untuk menjelaskan efisiensi pada generator arus searah, dapat diamati diagram aliran daya pada generator dc berikut ini

Daya In-put Mekanik Rugi Besi dan Gesekan Daya Elektrik yang Dibangkitkan pada Jangkar

Ea . Ia

Rugi-rugi Tembaga

Daya Out-put Elektrik

A B C

Gambar 2.23 Diagram Aliran Daya Generator DC

Pada mesin dc (generator dan motor), ada tiga jenis efisiensi yang diperhitungkan, antara lain:

1. Efisiensi Mekanik.

Mekanik Input Daya I E A

B _a _a

= =

η ... (2.23) 2. Efisiensi Elektrik

a a L T e I E I V B C . . = =

η ... (2.24) 3. Efisiensi Komersial Keseluruhan

in P out P A C

c = =

η ... (2.25)

in P rugi P in P c

∑

− =

η ... (2.26) Dimana : P out = VT . IL ... (2.27)

(43)

BAB III

GENERATOR DC PENGUATAN BEBAS DAN GENERATOR DC PENGUATAN SHUNT

III.1. Generator DC Penguatan Bebas

Pada generator DC penguatan bebas, fluks medan diperoleh dari sumber lain yang terpisah dari generator tersebut. Tegangan searah yang diberikan pada kumparan medan yang mempunyai tahanan Rf akan menghasilkan arus If dan menimbulkan fluks pada kedua kutub. Tegangan induksi akan dibangkitkan. Jika generator dihubungkan dengan beban RL, dan Ra adalah tahanan dalam generator, maka hubungan yang dapat dinyatakan adalah :

Vt = IL . RL ... (3.1) Ea = Vt + Ia . Ra ... (3.2) Ia = IL ... (3.3)

Ia IL

ωm

-Vf

(44)

III.2. Karakteristik Generator DC Penguatan Bebas

Karakteristik adalah grafik yang menyatakan hubungan antara dua besaran listrik yang menentukan sifat sebuah mesin. Karakteristik generator arus searah penguatan bebas dapat dijelaskan sebagai berikut.

III.2.1. Karakteristik Beban Nol

Yaitu grafik yang menggambarkan hubungan antara tegangan terminal sebagai fungsi arus penguat magnit pada putaran konstan dan generator dalam keadaan tanpa beban (beban nol). Secara umum besarnya ggl yang dibangkitkan oleh generator di tulis sebagai:

    Φ =

a p x Zn Ea

60 ………. (3.4)

Dimana:

Z = jumlah konduktor jangkar n = kecepatan putar rotor (rpm) p = jumlah kutub generator a = banyaknya jalur arus paralel. Dari persamaan diatas, didapat hubungan:

n k

E_a = Φ ……….…. (3.5)

Dimana :

(45)

Ea remanensi

D B

Gambar 3.2. Kurva Beban nol Generator DC Penguatan Bebas

Ketika arus medan dinaikkan, fluks magnet akan meningkat, begitu pula dengan Ea yang berbanding lurus dengan arus medan tersebut pada saat kutub medannya belum jenuh. Hal ini direpresentasikan sebagai garis OC.

Namun ketika kerapatan fluks meningkat terus, kutub generator menjadi jenuh, maka diperlukan peningkatan arus medan yang lebih tinggi untuk menaikkan tegangan yang sama ( Ea ) dibandingkan ketika kutubnya belum jenuh, daerah kejenuhan ini diwakili oleh garis CD.

Untuk generator arus searah dengan penguatan sendiri ( generator arus searah shunt, seri, dan kompon ), karakteristik beban nolnya akan meningkat sama seperti generator berpenguatan bebas, tetapi setelah generator sempat dioperasikan, walaupun arus medannya disetel menjadi nol ampere, ggl generator tetap dibangkitkan walau nilainya kecil ( OE ), hal ini disebabkan oleh adanya magnet sisa.

(46)

III.2.2. Karakteristik Luar

Karakteristik luar dari sebuah generator menunjukkan bagaimana perubahan tegangan terminal terhadap beban yang berubah-ubah. Pada gambar 3.3 diperlihatkan karakteristik luar untuk generator penguatan bebas.

V t

I a IaRa

o Ea

Gambar 3.3. Kurva Karakteristik Terminal Generator DC Penguatan Bebas

Untuk mengatur tegangan terminal generator Vt dapat dilakukan dengan dua cara:

1. Dengan mengubah kecepatan putar generator. Dari persamaan 3.5 terlihat bila n meningkat, maka Ea akan menjadi besar dan dari persamaan 3.2 maka Vt akan menjadi besar juga.

2. Dengan mengubah medan arus penguat. Jika Rf kecil, maka If akan menjadi besar. Hal tersebut menyebabkan fluks magnet akan meningkat, dan dari persamaan 3.4 maka Ea akan meningkat juga, serta dari persamaan 3.2 maka Vt juga akan meningkat.

(47)

Kurva karakteristik luar menunjukkan hubungan antara tegangan terminal Vt dan arus beban IL.

Vt = f ( IL ) ………… dimana n dan If konstan

Ra I V E_a = _t + _a

Ra I V n

c. .φ = t + a ………. φ ~ If dan Ia = IL a

L t

f V I R

I n

c. . = + ……… n, If, dan Ra konstan, maka :

L t K I

V K1 = + 2

t K K I

V = ₁ − ₂

Sehingga didapatkan untuk :

IL = 0 ⇒ Vt = K1

Vt = 0 ⇒ IL = K1/K2

Dimana :

K1 = Konstanta ( cnIf )

K2 = Konstanta ( Ra )

III.2.3. Karakteristik Berbeban

Karakteristik berbeban digambarkan sebagai kurva yang menunjukkan hubungan antara tegangan terminal Vt dan arus medan If ketika generator dibebani.

Kurva ini sebenarnya diturunkan dari kurva beban nol yang dilengkapi dengan nilai reaksi jangkar dan resistansi jangkarnya. Karena kurva ini

(48)

memperhitungkan efek demagnetisasi dari reaksi jangkar dan jatuh tegangan pada jangkar yang secara praktis tidak terdapat pada kondisi tanpa beban.

o _L _M _a _c I f

V t

t n

b S

P e

Vt E Eo

Gambar 3.4. Kurva Berbeban Generator DC Penguatan Bebas

Kurva beban nol pada gambar 3.2 digambarkan kembali sebagai kurva pada gambar 3.4, dimana terlihat pada gambar 3.4 tersebut pada keadaan tanpa beban, arus penguat magnet diperlukan untuk tegangan nominal tanpa beban yang digambar sebagai garis oa.

Pada keadaan berbeban, tegangan akan berkurang akibat efek demagnetisasi dari reaksi jangkar. Pengurangan ini dapat diatasi dengan peningkatan arus penguat magnet yang sesuai. Garis ac mewakili demagnetisasi ampere-lilitan per kutub yang ekivalen. Kemudian, berarti untuk membangkitkan ggl yang sama pada keadaan berbeban pada saat tidak berbeban, arus penguat magnet harus dinaikkan sebesar ac=bd.

(49)

Titik d terletak pada kurva LS yang menunjukkan hubungan antara ggl E yang dibangkitkan pada keadaan berbeban dan arus penguat magnet. Kurva LS secara praktis paralel terhadap kurva ob. Tegangan terminal Vt akan lebih kecil daripada ggl E yang dibangkitkan, sebesar IaRa, dimana Ra adalah resistansi rangkaian jangkar. Dari titik d, sebuah garis vertikal de = IaRa di gambar.

Titik e terletak pada kurva pembebanan penuh untuk generator. Dengan cara yang sama, titik-titik lainnya dilengkapi dan kurva pembebanan penuh MP di gambar. Sudut kanan segitiga bde dikenal sebagai segitiga tegangan ( drop reaction triangle ). Kurva kejenuhan beban untuk setengah beban penuh dapat dilengkapi dengan menghubungkan titik tengah garis-garis mn, bd dan lain sebagainya. Karakteristik berbeban digambarkan sebagai kurva yang menunjukkan hubungan antara tegangan terminal Vt dan arus medan If .

Vt = f ( If ) E = Vt + Ia Ra Dimana : E = c n Φ

c n Φ = Vt + Ia Ra ……….Φ ~ If Maka : E = K1 . If

K1 . If = Vt + Ia Ra ……….. n, Ia, dan Ra konstan, sehingga :

K1 . If = Vt + K2

Vt = K1 If – K2... (3.6)

Sehingga didapatkan untuk :

If = 0 ⇒ Vt = - K1 ... (3.7)

(50)

Dimana :

K1 = Konstanta ( c n )

K2 = Konstanta ( Ra )

III.3. Generator DC Penguatan Shunt

Generator arus searah penguatan sendiri memperoleh arus magnetisasi dari dalam generator itu sendiri, oleh karena itu arus magnetisasi terpengaruh oleh nilai-nilai tegangan dan arus yang terdapat pada generator. Dalam hal ini medan magnet yang dapat menimbulkan GGL mula-mula ditimbulkan oleh adanya remanensi magnet pada kutub-kutubnya.

Pengaruh nilai-nilai tegangan dan arus generator terhadap arus penguat tergantung bagaimana kumparan medan dengan kumparan jangkar. Generator arus searah penguatan shunt adalah generator penguatan sendiri dimana kumparan medannya dihubungkan pararel dengan kumparan jangkarnya, seperti terlihat pada gambar berikut :

-VT

Ia IL

(51)

Persamaan arus :

L f

a I I

I = + ……… ( 3.9 )

Dimana :

Ia = Arus jangkar ( Ampere )

If = Arus medan ( Ampere )

IL = Arus yang mengalir ke beban ( Ampere )

Persamaan tegangan : Ra I V

E_a = _t + _a ……… ( 3.10 )

f f

t I R

V = ……… ( 3.11)

Dimana :

Ea = Tegangan Induksi ( Volt )

Vt = Tegangan Terminal ( Volt )

Ra = Kumparan jangkar ( Ohm )

Rf = Kumparan Medan ( Ohm )

III.4. Karakteristik Generator DC Penguatan Shunt

Karakteristik-karakteristik dari generator shunt hampir sama (sama bentuknya) dengan karakteristik-karakteristik generator penguatan bebas. Karakteristik generator DC shunt dijelaskan sebagai berikut.

(52)

III.4.1. Karakteristik Beban Nol

Kurva ini menunjukkan hubungan antara kenaikan ataupun perubahan nilai pada arus medan shunt ( If ) dengan tegangan induksi yang dihasilkan ( Ea ). Pada generator penguatan sendiri seperti pada penguatan shunt If nilainya diatur dengan bantuan rheostat dan nilainya dapat dilihat pada amperemeter. Generator nantinya diputar dengan kecepatan yang konstan sehingga hanya terdapat variasi nilai antara If dan Ea nya saja.

Ea = Ea ( If ) dimana n = konstan dan IL = 0 Ia = If

Vo = Ea – If Ra

Arus medan yang mengalir pada generator arus searah penguatan shunt sangat kecil, sehingga besarnya drop tegangan If Ra dapat diabaikan sehingga :

V0 ≈ Ea( If ) ( Kurva magnetisasi ) Vo = If Rf

Ea = c n φ φ ~ If

Ea≈ Vo = K1 If ………( 3.12 )

Dari persamaan 3.12 terlihat bahwa antara Ea dan If membentuk hubungan linear hal ini dikarenakan K1 merupakan suatu konstanta, sehingga didapatkanlah kurva

(53)

Teoritis

E

I

Gambar 3.6. Kurva Beban Nol secara teoritis

Karena penguatan shunt ( Sumber dari generator itu sendiri), maka pada saat putaran nominal dan belum diberikan arus medan, telah ada tegangan remanensi (Tegangan sisa) akibat adanya fluksi sisa. Akibatnya pada kumparan shunt timbul arus medan If, mengalirnya arus If akan memperkuat fluksi sisa tadi sehingga Ea nominal.

Pada saat harga If tertentu mendekati nominal, akan timbul rekasi jangkar yang melemahkan fkusi medan, sehingga Ea yang dibangkitkan tidak lagi berbanding lurus dengan If, hal tersebut menyebabkan kurvanya menjadi :

E

I

Praktek

(54)

III.4.2. Karakteristik Luar

Kurva karakteristik luar merupakan kurva pada saat generator arus searah penguatan shunt dalam keadaan berbeban. Dimana kurva ini menunjukkan hubungan antara tegangan jepit ( Vt ) sebagai fungsi dari arus pada beban ( IL ) pada putaran dan arus medan yang konstan.

Vt = f ( IL ) ………… dimana n dan If konstan

Ra I V E_a = _t + _a

Ra I V n

c. .φ = _t + _a ………. φ ~ If dan Ia = IL + If

Ra I I V I n

c. . f = t +( L + f) …… n, If, dan Ra konstan, maka : 3

1 V K I K

K = t + L +

L t K I

V K

K₁− ₃ = + ₂

t K K K I

V =( ₁− ₃)− ₂

t K K I

V = 4 − 2 ……… (3.13)

Sehingga didapatkan untuk :

IL = 0 ⇒ Vt = K4 ………. (3.14)

Vt = 0 ⇒ IL =

2 4 K K ……… (3.15) Dimana :

K1 = Konstanta ( cnIf - If Ra )

(55)

Secara teori

Secara praktek

Gambar 3.8. Kurva Karakteristik luar Generator DC Shunt

Penurunan tegangan terminal yang terjadi pada generator penguatan shunt disebabkan antara lain:

a. Drop pada tahanan jangkar IaRa

b. Penurunan fluks utama yang terjadi akibat reaksi jangkar c. Penurunan besar arus medan If

III.4.3. Karakteristik Berbeban

Karakteristik berbeban dapat diperoleh dengan cara yang sama seperti pada generator penguatan bebas. Sebenarnya karakteristik berbeban yang diperoleh untuk generator penguatan bebas dan generator shunt, adalah sama. Sedikit perbedaan dikarenakan arus-arus jangkar yang berbeda, Ia = IL + If untuk generator shunt dan Ia=IL untuk generator penguatan bebas. Perbedaan arus jangkar menghasilkan perbedaan reaksi jangkar, dan memberikan sedikit perbedaan drop tegangan untuk keduanya.

(56)

Vt = f ( If ) ………… dimana n dan Ia konstan Dari persamaan 3.2 didapatkan :

Ea = Vt + IaRa

c n Φ = Vt + IaRa ……….………. φ ~ If dan Ia = IL + If c n If = Vt + (IL + If ) Ra ……… n, Ia, dan Ra konstan, maka : K1.If = Vt + K2

Vt = K1.If – K2

Sehingga didapatkan untuk :

If = 0 ⇒ Vt = - K1

Vt = 0 ⇒ If = K2/K1

Dimana :

K1 = Konstanta ( cnIf - If Ra )

K2 = Konstanta ( Ra )

III.5. Karakteristik Generator DC Shunt Dari Kurva Magnetisasi

Karakteristik dari sebuah generator DC shunt dapat dijelaskan dari kurva magnetisasi atau kurva saturasi, berdasarkan rangkaian tahanan medan, arus demagnetisasi pada reaksi jangkar dan tahanan jangkar yang diketahui.

III.5.1. Karakteristik Kurva Magnetisasi dengan Reaksi Jangkar Diabaikan

Pada gambar 3.9, kurva 1 adalah kurva magnetisasi ( Ea versus If ) dan OA adalah garis tahanan medan ( Vt versus If ).

(57)

L G F

Ea H

A D D’ B _I f C C’ M M’ N 1

O’ K x

m n d Vt

Gambar 3.9. Penentuan Karakteristik dari Kurva Magnetisasi ( Reaksi Jangkar Diabaikan)

Pada keadaan tanpa beban, BA adalah emf Ea jangkar yang dibangkitkan pada arus medan sama dengan OB. Berdasarkan operasi steady state dan dengan reaksi jangkar diabaikan, jarak vertikal antara kurva saturasi 1 dan garis tahanan medan OA adalah sama dengan drop tahanan jangkar. Sebagai contoh, untuk arus medan OC, CD adalah emf Ea jangakar yang dibangkitkan, DD’ adalah drop pada tahanan jangkar IaRa dan CD’ adalah tegangan terminal Vt , yaitu :

DD’ = CD – CD’ , atau

IaRa = Ea – Vt ………(3.13)

Ia = a t a R V E − ………...(3.14)

Persamaan 3.13 menyatakan bahwa untuk mengetahui nilai Ia, drop IaRa, nilai Vt diketahui.

(58)

Untuk memplot kurva karakteristik beban, potong OG sama dengan IaRa untuk arus jangkar Ia yang diasumsikan. Gambar garis GH parallel dengan garis tahanan medan OA yang memotong kurva magnetisasi pada titik M dan D. Dari M dan D, gambar garis Vertikal menyentuh garis tahanan medan masing-masing pada M’ dan D’. pada gambar sebelah kanan dari gambar 3.9, buat o’x = arus beban =

R OG

(dianggap arus jangkar) – OC (arus medan shunt).

Garis vertikal pada x dan garis horizontal melewati titik-titik M’,D’ bertemu pada titik-titik d,m. Kedua titik ini d,m berada pada karakteristik beban dari generator DC shunt. Titik-titik lain yang sama pada karakteristik dapat di plot. Catatan bahwa arus jangkar maksimum dapat diperoleh dengan menggambarkan garis LN menyinggung kurva magnetisasi dan parallel dengan garis tahanan medan OA. Besar arus jangkar

maksimum =

R OL

dan arus beban maksimum = OC'

R OL

− . Ketika terminal dihubungsingkatkan, O’K adalah arus beban pada emf OF yang dibangkitkan oleh fluks sisa.

III.5.2. Karakteristik Kurva Magnetisasi dengan Reaksi Jangkar

Ketika reaksi jangkar dimasukkan dalam memplot karakteristik beban dari karakteristik beban nol, kemudian drop tegangan pada tahanan jangkar DC dan efek demagnetisasi reaksi jangkar GC, harus dimasukkan.

(59)

L G g O Ea H A D D’ B _I f C C’ n h N a

O’ K x

g‘ n’ h’ Vt IL N’ B’

Gambar 3.10. Penentuan Karakteristik Kurva Magnetisasi (Dengan Reaksi Jangkar)

Pada gambar sebelah kiri dari gambar 3.10, kurva magnetisasi dan garis tahanan medan OA digambarkan memotong satu sama lain pada A, maka tegangan terminal tanpa beban O’a = BA. Untuk menyertakan efek demagnetisasi reaksi jangkar, gambarkan OC yang menyatakan reduksi eqivalen pada tahanan medan shunt yang disebabkan oleh efek demagnetisasi dari arus jangkar. Total drop pada tahanan jangkar, untuk nilai dari arus Ia yang diasumsikan, adalah IaRa dan ini digambarkan sebagai garis CD yang tegak lurus OC. Gambar garis DH parallel dengan garis tahanan medan OA yang memotong kurva saturasi pada titik-titik G, H. sekarang gambarkan garis Hh,Gg parallel dengan DO. Pada gambar 3.10 sebelah kanan, O’x sama dengan arus jangkar yang diasumsikan dikurangi dengan arus medan OB’. Gambar garis vertikal pada x dan garis-garis horizontal melewati titik-titik g,h dan bertemu pada titik-titik-titik-titik g’,h’. Kedua titik-titik g’,h’ adalah titik-titik-titik-titik yang berada pada kurva karakteristik beban untuk arus beban IL sama dengan O’x.

(60)

Prosedur yang sama dapat diadopsi untuk memplot titik-titik yang lain pada kurva karakteristik beban. Arus maksimum dapat dicari dengan menggambarkan titik N yang parallel dengan garis tahanan medan dan menyinggung kurva saturasi. Besar

dari arus jangkar maksimum diberikan oleh

R D C' '

dan arus beban maksimum (ILmaks)

adalah sama dengan

R D C' '

- arus medan ON’. Pada gambar 3.10, O’K adalah arus

(61)

BAB IV

PERBANDINGAN KARAKTERISTIK BERBEBAN GENERATOR DC PENGUATAN BEBAS DAN GENERATOR DC PENGUATAN SHUNT

IV.1. Pengujian Karakteristik Berbeban Generator DC Penguatan Bebas dan Generator DC Penguatan Shunt

IV.1.1. Umum

Karakteristik berbeban dari sebuah generator menunjukkan hubungan antara tegangan terminal dengan arus medan untuk putaran dan arus jangkar yang konstan. Generator dijalankan dengan kecepatan nominal dan arus medan diatur hingga diperoleh arus jangkar mencapai harga nominal. Tujuan dilakukannya pengujian karakteristik berbeban untuk menentukan hubungan antara tegangan terminal dengan arus penguat bila arus jangkar dan putaran konstan. Dari persamaan tegangan diperoleh hubungan antara tegangan terminal dengan arus medan sebagai berikut :

E = Vt + Ia Ra Dimana :

E = c n Φ ; Φ ~ If

Secara teoritis karakteristik berbeban adalah linier, akibat adanya efek saturasi inti maka kenaikan tegangan tidak selamanya sebanding dengan kenaikan arus penguat medan.

(62)

IV.1.2. Peralatan yang digunakan

Adapun peralatan yang digunakan dalam percobaan ini adalah:

1. Generator DC Type GD 110/110, 220 V / 7,1 A (Armature), 220 V / 0,17 A (Field) 1,2 kW / 1500 rpm.

2. Motor DC (sebagai prime mover) Type GD 110/140, 220 V / 9,1 A (Armature), 220 V / 0,64 A (Field), 2 kW / 1500 rpm.

3. PTDC.

4. Digital LCR Multimeter TES 2712 5. Feedback Switch Unit EMT 180 A 6. Feedback Power Suplay PS189 7. Feedback Tacho Meter

8. Kabel .

IV.1.3. Percobaan Karakteristik Berbeban Untuk Generator DC Penguatan Shunt

IV.1.3.1. Umum

Untuk mengetahui karakteristik berbeban dari generator DC penguatan shunt, maka generator dihubungkan dengan beban. Tujuannya adalah untuk melihat pengaruh perubahan arus medan ( If ) terhadap tegangan jepit ( Vt ) generator. Karakteristik berbeban didapat dengan :

V = f (If) ; n = konstan

(63)

IV.1.3.2. Rangkaian Percobaan

M G

P T D C

RL Rf

P T D C 2 A2

Gambar 4.1. Rangkaian Percobaan Karakteristik Berbeban Generator DC shunt

IV.1.3.3. Prosedur Percobaan

1. Rangkaian dibuat seperti gambar di atas

2. Semua pengatur tegangan pada posisi minimum dan tutup S2 sampai arus medan motor nominal. Kemudian tutup S1, naikkan tegangan input motor sampai tegangan motor nominal.

3. Atur beban pada posisi maksimum dan naikkan tegangan terminal generator sampai mendekati nominal.

4. Naikkan arus beban pada harga tertentu di bawah harga nominal.

5. Atur PTDC 1 untuk mendapatkan putaran yang konstan kembali akibat perubahan putaran setelah dibebani.

(64)

6. Catat penunjukkan V2, A4 dan T pada keadaan diatas.

7. Turunkan arus medan secara bertahap dan atur tahanan beban supaya arus jangkar konstan. Untuk setiap penurunan catat penunjukkan V2, A4 dan T

juga putaran di jaga konstan dengan mengatur PTDC 1

8. Percobaan dilakukan sampai batas dimana Ia masih dapat dijaga konstan.

9. Setelah percobaan selesai, minimumkan kembali PTDC secara beraturan dan buka semua switch.

IV.1.3.4. Data Hasil Percobaan

n = 1500 rpm Ia = 5,0 Ampere Ra = 3,97 Ohm

If ( Ampere ) Vt ( Volt ) Torsi ( N-m ) RL( Ohm )

0,17 179 5,70 37,06

0,16 173 5,50 35,74

0,15 167 5,25 34,43

0,14 157 5,00 32,30

0,13 152 4,85 29,98

0,12 146 4,60 29,92

0,11 130 4,10 26,58

0,10 125 3,80 25,51

0,09 114 3,50 23,22

0,08 107 3,25 21,74

0,07 91 2,80 18,46

0,06 84 2,60 17,00

0,05 71 2,25 14,34

(65)

0,03 38 1,50 7.65

0,02 20 1,25 4.02

0,01 9 1,10 1,80

IV.1.4. Percobaan Karakteristik Berbeban Untuk Generator DC Penguatan Bebas

IV.1.4.1. Umum

Untuk mengetahui karakteristik berbeban dari generator DC penguatan bebas, maka generator dihubungkan dengan beban. Tujuannya adalah untuk melihat pengaruh perubahan arus medan ( If ) terhadap tegangan jepit ( Vt ) generator. Karakteristik berbeban didapat dengan :

V = f (If) ; n = konstan

Ia = konstan

IV.1.4.2. Rangkaian Percobaan

RL V1

M G

P T D C

PTDC 2

PTDC 3

S2 _S₃

A2 A3

(66)

IV.1.4.3. Prosedur Percobaan

1. Rangkaian dibuat seperti gambar di atas.

2. Semua pengatur tegangan pada posisi minimum dan tutup S2 sampai arus medan motor nominal. Kemudian tutup S1, naikkan tegangan input motor sampai tegangan motor nominal.

3. Atur beban pada posisi maksimum dan naikkan tegangan terminal generator sampai mendekati nominal.

4. Naikkan arus beban pada harga tertentu di bawah harga nominal.

5. Atur PTDC 1 untuk mendapatkan putaran yang konstan kembali akibat perubahan putaran setelah dibebani.

6. Catat penunjukkan V2, A4 dan T pada keadaan diatas.

7. Turunkan arus medan secara bertahap dan atur tahanan beban supaya arus

jangkar konstan. Untuk setiap penurunan catat penunjukkan V2, A4 dan T

juga putaran di jaga konstan dengan mengatur PTDC 1.

8. Percobaan dilakukan sampai batas dimana Ia masih dapat dijaga konstan.

9. Setelah percobaan selesai, minimumkan kembali PTDC secara beraturan dan buka semua switch.

(67)

IV.1.4.4. Data Hasil Percobaan

n = 1500 rpm Ia = 5,0 Ampere Ra = 3,97 Ohm

If ( Ampere ) Vt ( Volt ) Torsi ( N-m ) RL( Ohm )

0.17 197 6,25 39,4

0.16 192 6,05 38,4

0.15 189 5,80 37,8

0.14 182 5,65 36,4

0.13 175 5,25 35,0

0.12 161 5,05 32,2

0.11 150 4,75 30,0

0.10 137 4,45 27,4

0.09 124 3,80 24,8

0.08 111 3,50 22,2

0.07 97 3,05 19,4

0.06 87 2,75 17,4

0.05 67 2,10 13,4

0.04 48 1,80 9,6

0.03 34 1,60 6.50

0.02 23 1,30 4.60

(68)

IV.2. Analisis Karakteristik Berbeban Generator DC Penguatan Bebas Dengan Generator DC Penguatan Shunt

a. Analisis Karakteristik Berbeban Generator DC Penguatan Shunt

Vt = f ( If ) ………… dimana n dan Ia konstan

Ra I V E_a = _t + _a

Ra I V n

c. .φ = _t + _a ………. φ ~ If dan Ia = IL + If

Ra I I V I n

c. . _f = _t +( _L + _f) ……… n, If, dan Ra konstan, maka :

K1.If = Vt + K2 Vt = K1.If – K2

Sehingga didapatkan untuk :

If = 0 ⇒ Vt = - K1

Vt = 0 ⇒ If = K2/K1

Dimana :

K1 = Konstanta ( cnIf - If Ra )

K2 = Konstanta ( Ra )

• Menghitung besar tegangan induksi yang di bangkitkan pada jangkar:

Dari data percobaan maka di dapat:

(69)

2. Ea = 173 + (5,0 x 3,97) = 192,85 Volt

3. Ea = 167 + (5,0 x 3,97) = 186,85 Volt

Harga Ea yang lainnya dapat di lihat dalam tabel berikut:

If ( Ampere ) VT ( Volt ) Ea ( Volt )

0.17 179 198,85

0.16 173 192,85

0.15 167 186,85

0.14 157 176,85

0.13 152 171,85

0.12 146 165,85

0.11 130 149,85

0.10 125 144.85

0.09 114 133,85

0.08 107 126,85

0.07 91 110,85

0.06 84 103,85

0.05 71 90,85

0.04 52 71,85

0.03 38 57,85

0.02 20 39,85

(70)

Kurva karakteristik berbeban secara teoritis dapat digambarkan sebagai berikut:

Tegangan Terminal Vt ( volt )

Arus Medan If ( Ampere )

Gambar 4.3. Kurva Karakteristik Berbeban Generator DC Shunt Secara Teori

Dari data hasil pengujian karakteristik berbeban generator DC penguatan shunt, dapat di lihat kurva karakteristik berbeban sebagai berikut;

Gambar 4.4. Kurva Karakteristik Berbeban Generator DC Shunt yang di dapat dalam pengujian

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

0 5 10 15 20

T eg a n g a n T er m in a l Vt ( vo lt )

(71)

Dari kedua kurva diatas terdapat perbedaan antara kurva karakteristik berbeban generator DC shunt yang di dapat dari teoritis dengan kurva yang di dapat dari hasil pengujian.

b. Analisis Karakteristik Berbeban Generator DC Penguatan Bebas

Vt = f ( If ) E = Vt + Ia Ra Dimana : E = c n Φ

c n Φ = Vt + Ia Ra ……….Φ ~ If Maka : E = K1 . If

K1 . If = Vt + Ia Ra ……….. n, Ia, dan Ra konstan, sehingga :

K1 . If = Vt + K2 Vt = K1 If – K2

Sehingga didapatkan untuk :

If = 0 ⇒ Vt = - K1

Vt = 0 ⇒ If = K2/K1

Dimana :

K1 = Konstanta ( c n )

K2 = Konstanta ( Ra )

• Menghitung besar tegangan induksi yang di bangkitkan pada jangkar:

(72)

Dari data percobaan di dapat:

1. Ea = 197 + (5,0 x 3,97) = 216,85 Volt

2. Ea = 192 + (5,0 x 3,97) = 211,85 Volt

3. Ea = 189 + (5,0 x 3,97) = 208,85 Volt

Harga Ea yang lainnya dapat di lihat dalam tabel berikut:

If ( Ampere ) VT ( Volt ) Ea ( Volt )

0.17 197 216,85

0.16 192 211,85

0.15 189 208,85

0.14 182 201,85

0.13 175 194,85

0.12 161 180,85

0.11 150 169,85

0.10 137 156,85

0.09 124 143,85

0.08 111 130,85

0.07 97 116,85

0.06 87 106,85

0.05 67 86,85

0.04 48 67,85

0.03 34 53,85

0.02 23 42,85

(73)

Kurva karakteristik berbeban secara teoritis dapat digambarkan sebagai berikut:

Tegangan Terminal Vt ( volt )

Arus Medan If ( Ampere )

Gambar 4.5. Kurva Karakteristik Berbeban Generator DC Penguatan Bebas Secara Teori

Dari data hasil pengujian karakteristik berbeban generator DC penguatan bebas, dapat di lihat kurva karakteristik berbeban sebagai berikut;

Gambar 4.6. Kurva Karakteristik Berbeban Generator DC Penguatan Bebas Pada Pengujian

0 50 100 150 200 250

0 5 10 15 20

(

)

(74)

c. Perbandingan Karakteristik Berbeban Generator DC Penguatan Bebas Dengan Generator DC Penguatan Shunt

Pada generator DC shunt, tegangan yang dibangkitkan tergantung dari keberadaan fluks sisa di kutub – kutubnya. Tegangan ini muncul pada terminal generator yang menyebabkan arus mengalir pada kumparan medan. Arus medan ini menghasilkan ggm pada kutub – kutubnya, yang meningkatkan fluksnya. Peningkatan fluks juga meningkatkan ggl yang juga meningkatkan besarnya tegangan terminal Vt. Ketika Vt naik menyebabkan If naik juga meningkatkan fluksnya. Proses ini terjadi berulang – ulang hingga keadaan mantap ( steady state ). Pada saat beban generator meningkat, arus beban naik dan arus jangkar juga naik. Peningkatan Ia menyebabkan jatuh tegangan IaRa naik dan Vt menurun. Namun ketika Vt turun If juga turun yang menyebabkan fluks menurun sehingga Ea turun. Penurunan Ea menyebabkan Vt turun lebih jauh lagi.

Sedangkan pada karakteristik berbeban Generator DC penguatan bebas, tegangan output akan berkurang dengan bertambahnya arus beban. Pengurangan ini disebabkan oleh efek demagnetisasi dari reaksi jangkar. Jika fluksi medan konstan, tegangan yang dibangkitkan akan cenderung mendekati konstan dan tegangan output akan sama dengan tegangan yang dibangkitkan dikurangi drop IR dari rangkaian jangkar.

Grafik perbandingan karakteristik berbeban generator DC shunt dan generator DC penguatan bebas dapat di lihat di bawah ini.

(75)

Gambar 4.7. Kurva Perbandingan Karakteristik Berbeban Generator DC Shunt Dengan Generator DC Penguatan Bebas.

Dari kedua kurva di atas terlihat bahwa karakteristik berbeban generator DC penguatan shunt lebih cepat membelok ke sumbu x dari pada kurva yang diatasnya ( karakteristik berbeban generator DC penguatan bebas ). Ini disebabkan karena adanya efek saturasi inti. Pada generator DC penguatan shunt lebih cepat mengalami efek saturasi inti dibandingkan dengan generator DC penguatan bebas. Maka kenaikan tegangan tidak selamanya sebanding dengan kenaikan arus penguat medan.

0 50 100 150 200 250

0 5 10 15 20

(

)

Arus Medan If(ampere)

Karakteristik generator DC penguatan bebas karakteristik generator DC shunt

(76)

BAB V PENUTUP

V.1. Kesimpulan

Berdasarkan data dan analisa, maka dapat ditarik kesimpulan antara lain: 1. 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.

2. Tegangan yang dibangkitkan pada generator DC penguatan bebas lebih besar dibandingkan dengan generator DC penguatan shunt, ini terlihat dengan arus medan yang sama tegangan terminal generator DC penguatan shunt tampak lebih kecil dari pada tegangan terminal generator DC penguatan bebas. 3. Setelah dilakukan percobaan, karakteristik berbeban pada generator DC

penguatan shunt lebih cepat membelok kearah sumbu x dibandingkan dengan karakteristik berbeban generator DC bebas.

V.2. Saran

Pada generator DC penguatan shunt beban yang diberikan harus tidak melebihi kemampuan dari generator agar tidak terjadi penurunan tegangan yang besar. Pembebanan yang berlebihan akan menyebabkan tegangan terminal generator penguatan shunt mencapai titik hubung singkat.

(77)

DAFTAR PUSTAKA

1. Bimbhra, Dr.P.S., “Electrical Machinery”, Khanna Publishers, New Delhi, 1994

2. Chapman,Stephen J, ”Electric Machinery Fundamentals”, 3rd Edition, Mc Graw – Hill Book Company, Singapore, 1999.

3. Liwschitz, Michael, dan Garik, Dr-Ing., “Direct-Current Machines”, Second Edition, D. Van Nostrand Company, Inc, New York, 1956

4. Mehta, V.K, dan Mehta, Rohit, ”Principle Of Electrical Machines”, S.Chand & Company LTD, New Delhi, 2002.

5. Sumanto, ”Mesin Arus Searah”, Andi Offset, Yogyakarta, 1991.

6. Theraja, B.L, ”A Text-Book Of Electrical Technology”, Nurja Construction & Development, New Delhi, 1989.

7. Wijaya, Mochtar, ”Dasar-Dasar Mesin Listrik”, Penerbit Djambatan, Jakarta, 2001.

8. Zuhal, “Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya”, Penerbit ITB, Bandung, 1991.

(1)

Dari data percobaan di dapat:

1. Ea = 197 + (5,0 x 3,97) = 216,85 Volt 2. Ea = 192 + (5,0 x 3,97) = 211,85 Volt 3. Ea = 189 + (5,0 x 3,97) = 208,85 Volt

Harga Ea yang lainnya dapat di lihat dalam tabel berikut:

If ( Ampere ) VT ( Volt ) Ea ( Volt )

0.17 197 216,85

0.16 192 211,85

0.15 189 208,85

0.14 182 201,85

0.13 175 194,85

0.12 161 180,85

0.11 150 169,85

0.10 137 156,85

0.09 124 143,85

0.08 111 130,85

0.07 97 116,85

0.06 87 106,85

0.05 67 86,85

0.04 48 67,85

0.03 34 53,85

0.02 23 42,85

(2)

Kurva karakteristik berbeban secara teoritis dapat digambarkan sebagai berikut:

Tegangan Terminal Vt ( volt )

Arus Medan If ( Ampere )

Gambar 4.5. Kurva Karakteristik Berbeban Generator DC Penguatan Bebas Secara Teori

Dari data hasil pengujian karakteristik berbeban generator DC penguatan bebas, dapat di lihat kurva karakteristik berbeban sebagai berikut;

Gambar 4.6. Kurva Karakteristik Berbeban Generator DC Penguatan Bebas Pada Pengujian 0

50 100 150 200 250

0 5 10 15 20

(

)

(3)

c. Perbandingan Karakteristik Berbeban Generator DC Penguatan Bebas Dengan Generator DC Penguatan Shunt

fluksnya. Proses ini terjadi berulang – ulang hingga keadaan mantap ( steady state ). Pada saat beban generator meningkat, arus beban naik dan arus jangkar juga naik. Peningkatan Ia menyebabkan jatuh tegangan IaRa naik dan Vt menurun. Namun

ketika Vt turun If juga turun yang menyebabkan fluks menurun sehingga Ea turun.

Penurunan Ea menyebabkan Vt turun lebih jauh lagi.

Grafik perbandingan karakteristik berbeban generator DC shunt dan generator DC penguatan bebas dapat di lihat di bawah ini.

(4)

Gambar 4.7. Kurva Perbandingan Karakteristik Berbeban Generator DC Shunt Dengan Generator DC Penguatan Bebas.

0 50 100 150 200 250

0 5 10 15 20

(

)

Arus Medan If(ampere)

Karakteristik generator DC penguatan bebas karakteristik generator DC shunt

(5)

BAB V PENUTUP

V.1. Kesimpulan

Berdasarkan data dan analisa, maka dapat ditarik kesimpulan antara lain: 1. 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.