28
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 R
f
akan menghasilkan arus I
f
dan menimbulkan fluks pada kedua kutub. Tegangan induksi akan dibangkitkan. Jika
generator dihubungkan dengan beban R
L
, dan R
a
adalah tahanan dalam generator, maka hubungan yang dapat dinyatakan adalah :
V
t
= I
L
. R
L
................................................... 3.1 E
a
= V
t
+ I
a
. R
a
.............................................. 3.2 I
a
= I
L
.............................................................. 3.3 Drop tegangan pada sikat diabaikan.
Gambar 3.1. Rangkaian Ekivalen Generator DC Penguatan Bebas
Arwinsyah : Analisis Perbandingan Karakteristik Luar Generator Arus Searah Penguatan Bebas Dengan Generator Arus Searah Penguat Shunt, 2008.
USU Repository © 2009
29
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
Secara umum besarnya ggl yang dibangkitkan oleh generator di tulis sebagai:
Φ
= a
p x
Zn E
a
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 :
k = suatu konstanta
Arwinsyah : Analisis Perbandingan Karakteristik Luar Generator Arus Searah Penguatan Bebas Dengan Generator Arus Searah Penguat Shunt, 2008.
USU Repository © 2009
30
Gambar 3.2. Kurva Beban nol Generator DC Penguatan Bebas
Ketika arus medan dinaikkan, fluks magnet akan meningkat, begitu pula dengan E
a
yang berbanding lurus dengan arus medan tersebut pada saat kutub medannya belum jenuh. Hal ini direpresentasikan sebagai garis OB.
Namun ketika kerapatan fluks meningkat terus, kutub generator menjadi jenuh, maka diperlukan peningkatan arus medan yang lebih tinggi untuk menaikkan
tegangan yang sama E
a
dibandingkan ketika kutubnya belum jenuh, daerah kejenuhan ini diwakili oleh garis BC.
Untuk generator arus searah dengan penguatan sendiri generator arus searah shunt, seri, dan kompon , karakteristik beban nolnya akan meningkat sama seperti
sama seperti generator berpenguatan bebas, tetapi setelah generator sempat dioperasikan, walaupun arus medannya disetel menjadi nol ampere, ggl generator
tetap dibangkitkan walau nilainya kecil OA , hal ini disebabkan oleh adanya magnet sisa remanensi .
Arwinsyah : Analisis Perbandingan Karakteristik Luar Generator Arus Searah Penguatan Bebas Dengan Generator Arus Searah Penguat Shunt, 2008.
USU Repository © 2009
31
III.2.2. Karakteristik Berbeban
Karakteristik berbeban digambarkan sebagai kurva yang menunjukkan hubungan antara tegangan terminal V
t
dan arus medan I
f
ketika generator dibebani. Kurva ini sebenarnya diturunkan dari kurva beban nol yang dilengkapi
dengan nilai reaksi jangkar dan resistansi jangkarnya. Karena kurva ini memperhitungkan efek demagnetisasi dari reaksi jangkar dan jatuh tegangan pada
jangkar yang secara praktis tidak terdapat pada kondisi tanpa beban.
Gambar 3.3. Kurva Berbeban Generator DC Penguatan Bebas
Kurva beban nol pada gambar 3.2 digambarkan kembali sebagai kurva pada gambar 3.3, dimana terlihat pada gambar 3.3 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
Arwinsyah : Analisis Perbandingan Karakteristik Luar Generator Arus Searah Penguatan Bebas Dengan Generator Arus Searah Penguat Shunt, 2008.
USU Repository © 2009
32 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. 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 V
t
akan lebih kecil daripada ggl E yang dibangkitkan, sebesar I
a
R
a
, dimana R
a
adalah resistansi rangkaian jangkar. Dari titik d, sebuah garis vertical de = I
a
R
a
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.
III.2.3. Karakteristik Luar
Karakteristik luar dari sebuah generator menunjukkan bagaimana perubahan tegangan terminal terhadap beban yang berubah-ubah. Pada gambar 3.4 diperlihatkan
karakteristik luar untuk generator penguatan bebas.
Arwinsyah : Analisis Perbandingan Karakteristik Luar Generator Arus Searah Penguatan Bebas Dengan Generator Arus Searah Penguat Shunt, 2008.
USU Repository © 2009
33
Gambar 3.4. Kurva Karakteristik Terminal Generator DC Penguatan Bebas
Untuk mengatur tegangan terminal generator V
t
dapat dilakukan dengan dua cara:
1. Dengan mengubah kecepatan putar generator. Dari persamaan 3.5 terlihat bila
n meningkat, maka E
a
akan menjadi besar dan dari persamaan 3.2 maka V
t
akan menjadi besar juga. 2.
Dengan mengubah medan arus penguat. Jika R
f
kecil, maka I
f
akan menjadi besar. Hal tersebut menyebabkan fluks magnet akan meningkat, dan dari
persamaan 3.4 maka E
a
akan meningkat juga, serta dari persamaan 3.2 maka V
t
juga akan meningkat.
Arwinsyah : Analisis Perbandingan Karakteristik Luar Generator Arus Searah Penguatan Bebas Dengan Generator Arus Searah Penguat Shunt, 2008.
USU Repository © 2009
34
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 :
Gambar 3.5. Rangkaian Ekivalen Generator DC Shunt
Persamaan arus :
L f
a
I I
I +
= ………………………………… 3.6
Arwinsyah : Analisis Perbandingan Karakteristik Luar Generator Arus Searah Penguatan Bebas Dengan Generator Arus Searah Penguat Shunt, 2008.
USU Repository © 2009
35 Dimana :
I
a
= Arus jangkar Ampere I
f
= Arus medan Ampere I
L
= Arus yang mengalir ke beban Ampere Persamaan tegangan :
Ra I
V E
a t
a
+ =
……………………………… 3.7
f f
t
R I
V =
……………………………… 3.8 Dimana :
E
a
= Tegangan Induksi Volt V
t
= Tegangan Terminal Volt R
a
= Kumparan jangkar Ohm R
f
= 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.
III.4.1. Karakteristik Beban Nol
Kurva ini menunjukkan hubungan antara kenaikan ataupun perubahan nilai pada arus medan shunt I
f
dengan tegangan induksi yang dihasilkan E
a
. Pada generator penguatan sendiri seperti pada penguatan shunt I
f
nilainya diatur dengan bantuan rheostat dan nilainya dapat dilihat pada amperemeter. Generator nantinya
Arwinsyah : Analisis Perbandingan Karakteristik Luar Generator Arus Searah Penguatan Bebas Dengan Generator Arus Searah Penguat Shunt, 2008.
USU Repository © 2009
36 diputar dengan kecepatan yang konstan sehingga hanya terdapat variasi nilai antara I
f
dan E
a
nya saja. E
a
= E
a
I
f
dimana n = konstan dan I
L
= 0 I
a
= I
f
V
o
= E
a
– I
f
R
a
Arus medan yang mengalir pada generator arus searah penguatan shunt sangat kecil, sehingga besarnya drop tegangan I
f
R
a
dapat diabaikan sehingga : V
≈ E
a
I
f
Kurva magnetisasi V
o
= I
f
R
f
E
a
= c n φ
φ ~ I
f
E
a
≈ V
o
= K
1
I
f
………………………………… 3.9
Dari persamaan 3.9 terlihat bahwa antara E
a
dan I
f
membentuk hubungan linear hal ini dikarenakan K
1
merupakan suatu konstanta, sehingga didapatkanlah kurva sebagai berikut :
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
Arwinsyah : Analisis Perbandingan Karakteristik Luar Generator Arus Searah Penguatan Bebas Dengan Generator Arus Searah Penguat Shunt, 2008.
USU Repository © 2009
37 arus medan I
f
, mengalirnya arus I
f
akan memperkuat fluksi sisa tadi sehingga E
a
nominal. Pada saat harga I
f
tertentu mendekati nominal, akan timbul rekasi jangkar yang melemahkan fkusi medan, sehingga E
a
yang dibangkitkan tidak lagi berbanding lurus dengan I
f
, hal tersebut menyebabkan kurvanya menjadi :
Gambar 3.7. Kurva Beban Nol sebenarnya
III.4.2. 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, I
a
= I
L
+ I
f
untuk generator shunt dan I
a
=I
L
untuk generator penguatan bebas. Perbedaan arus jangkar menghasilkan perbedaan reaksi jangkar, dan memberikan sedikit perbedaan drop tegangan untuk
keduanya.
Arwinsyah : Analisis Perbandingan Karakteristik Luar Generator Arus Searah Penguatan Bebas Dengan Generator Arus Searah Penguat Shunt, 2008.
USU Repository © 2009
38
III.4.3. 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 V
t
sebagai fungsi dari arus pada beban I
L
pada putaran dan arus medan yang konstan.
V
t
= f I
L
………… dimana n dan I
f
konstan Dari persamaan 3.2 didapatkan :
Ra I
V E
a t
a
+ =
Ra I
V n
c
a t
+ =
φ .
. …………….
φ ~ I
f
dan I
a
= I
L
+ I
f
Ra I
I V
I n
c
f L
t f
. .
+ +
= …………… n, I
f
, dan R
a
konstan, maka :
3 2
1
K I
K V
K
L t
+ +
=
L t
I K
V K
K
2 3
1
+ =
−
L t
I K
K K
V
2 3
1
− −
=
L t
I K
K V
2 4
− =
………………………………… 3.10 Sehingga didapatkan untuk :
I
L
= 0 ⇒ V
t
= K
4
…………………………. 3.11 V
t
= 0 ⇒ I
L
=
2 4
K K
………………………… 3.12 Dimana :
K
1
= Konstanta cnI
f
- I
f
R
a
K
2
= Konstanta R
a
Arwinsyah : Analisis Perbandingan Karakteristik Luar Generator Arus Searah Penguatan Bebas Dengan Generator Arus Searah Penguat Shunt, 2008.
USU Repository © 2009
39 Dari persamaan 3.11 dan 3.12 dapat digambarkanlah kurva karakteristik
tegangan terminal V
t
terhadap arus beban I
L
seperti gambar berikut ini :
Gambar 3.8. Kurva Karakteristik luar Generator DC Shunt
Arwinsyah : Analisis Perbandingan Karakteristik Luar Generator Arus Searah Penguatan Bebas Dengan Generator Arus Searah Penguat Shunt, 2008.
USU Repository © 2009
40
BAB IV PERBANDINGAN KARAKTERISTIK LUAR GENERATOR DC