Analisis Perbandingan Karakteristik Luar Generator Arus Searah Penguatan Bebas Dengan Generator Arus Searah Penguat Shunt

ANALISIS PERBAND ARUS SEARAH PEN

S (Aplikasi Pada L

DEPA

UNIV

TUGAS AKHIR

NDINGAN KARAKTERISTIK LUAR GENER ENGUATAN BEBAS DENGAN GENERATOR

SEARAH PENGUATAN SHUNT

a Laboratorium Konversi Energi Listrik FT –U O

L E H

ARWINSYAH 030402023

PARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

IVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2008

ERATOR OR ARUS

ABSTRAK

Generator DC digunakan untuk peralatan yang membutuhkan supply arus searah.

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. Karakteristik luar sebuah generator DC

menunjukkan bagaimana perubahan tegangan terminal ( V

t

) terhadap beban yang

berubah – ubah. Karakteristik terminal generator DC penguatan shunt berbeda dengan

generator DC penguatan bebas karena besar arus medannya tergantung pada tegangan

terminal. Ketika beban pada generator dinaikan maka arus saluran I

L

akan naik sehingga

arus jangkar I

a

juga naik. Kenaikkan I

a

menyebabkan kenaikan drop tegangan pada

resistansi jangkar I

aRa

, sehingga tegangan terminal akan turun.

Dalam tugas akhir ini penulis akan melakukan pengujian perbandingan

karakteristik luar generator DC shunt dengan generator DC penguatan bebas sehingga

akan diketahui perbedaan penurunan tegangan terminal pada masing-masing generator

tersebut .

v

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR……… i

ABSTRAK……….. iv

DAFTAR ISI ……….. v

DAFTAR GAMBAR………..viii

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

I.2 Tujuan dan Manfaat Penulisan……… 2

I.3 Batasan Masalah……….. 2

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……… 13

II.4 Prinsip Penyearah……….. 15

II.5 Reaksi Jangkar……….. 18

II.6 Pembangkitan Tegangan Induksi pada Generator Arus Searah……... 20

II.7 Pengaturan Tegangan Generator Arus Searah………. 22

II.8.1 Generator Arus Searah Berpenguatan Bebas………. 23

II.8.2 Generator Arus Searah Berpenguatan Sendiri……… 24

BAB III GENERATOR DC PENGUATAN BEBAS DAN GENERATOR DC PENGUATAN SHUNT III.1 Generator DC Penguatan Bebas……….. 28

III.2 Karakteristik Generator DC Penguatan Bebas……… 29

III.2.1 Karakteristik Beban Nol………... 29

III.2.2 Karakteristik Berbeban………. 31

III.2.3 Karakteristik Luar………. 32

III.3 Generator DC Penguatan Shunt……….. 34

III.4 Karakteristik Generator DC Penguatan Shunt……… 35

III.4.1 Karakteristik Beban Nol………... 35

III.4.2 Karakteristik Berbeban………. 37

III.4.3 Karakteristik Luar………. 38

BAB IV PERBANDINGAN KARAKTERISTIK LUAR GENERATOR DC PENGUATAN BEBAS DAN GENERATOR DC PENGUATAN SHUNT IV.1 Pengujian Karakteristik Luar Generator DC Penguatan Bebas Dan Generator DC Penguatan Shunt……….. 40

IV.1.1 Umum……… 40

vii

IV.1.3 Percobaan Karakteristik Luar Untuk Generator DC Penguatan

Shunt……… 41

IV.1.3.1 Umum……….. 41

IV.1.3.2 Rangkaian Percobaan………... 42

IV.1.3.3 Prosedur Percobaan……….. 42

IV.1.3.4 Data Hasil Percobaan………... 43

IV.1.4 Percobaan Karakteristik Luar Untuk Generator DC Penguatan Bebas……… 44

IV.1.4.1 Umum……….. 44

IV.1.4.2 Rangkaian Percobaan……….. 44

IV.1.4.3 Prosedur Percobaan………. 45

IV.1.4.4 Data Hasil Percobaan……….. 46

IV.2 Analisis Karakteristik Luar Generator DC penguatan Bebas Dengan Generator DC Penguatan Shunt……….. 47

BAB V PENUTUP……….. 55 DAFTAR PUSTAKA

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Konstruksi generator Arus Searah……….. 6

Gambar 2.2. Rangka generator Arus Searah……….. 7

Gambar 2.3. Kutub Magnet Mesin Arus Searah ... 8

Gambar 2.4. Konstruksi Sikat………. 9

Gambar 2.5. Konstruksi komutator……… 10

Gambar 2.6. Konstruksi Jangkar Generator Arus Searah... 10

Gambar 2.7. Bentuk Umum Belitan Jangkar... 11

Gambar 2.8. Belitan Progresif dan Kumparan Retrogresif... 12

Gambar 2.9. Suatu penghantar yang diputar dalam medan magnet... 13

Gambar 2.10. Bentuk gelombang tegangan yang dihasilkan ... 13

Gambar 2.11. Suatu penghantar yang ditembus oleh fluksi... 16

Gambar 2.12. Ilustrasi proses penyearahan... 17

Gambar 2.13. Bentuk gelombang tegangan hasil dari proses penyearahan... 18

Gambar 2.14. Proses terjadinya reaksi jangkar... 19

Gambar 2.15. Proses pergeseran bidang netral... 20

Gambar 2.16. Proses pembangkitan tegangan pada generator arus searah... 21

Gambar 2.17. Rangkaian Generator DC Penguatan Bebas ... 23

Gambar 2.18. Rangkaian Generator DC Shunt ... 24

ix

Gambar 2.20. Rangkaian Generator DC Kompon Panjang... 25

Gambar 2.21. Rangkaian Generator DC Kompon Pendek ... 26

Gambar 2.22. Diagram Aliran Daya Generator DC... 26

Gambar 3.1. Rangkaian Ekivalen Generator DC Penguatan Bebas... 28

Gambar 3.2. Kurva Beban nol Generator DC Penguatan Bebas... 30

Gambar 3.3. Kurva Berbeban Generator DC Penguatan Bebas... 31

Gambar 3.4. Kurva Karakteristik Terminal Generator DC Penguatan Bebas... 33

Gambar 3.5. Rangkaian Ekivalen Generator DC Shunt... 34

Gambar 3.6. Kurva Beban Nol secara teoritis... 36

Gambar 3.7. Kurva Beban Nol sebenarnya... 37

Gambar 3.8. Kurva Karakteristik luar Generator DC Shunt... 39

Gambar 4.1. Rangkaian Percobaan Karakteristik Luar... 42

Gambar 4.2 Rangkaian Percobaan karakteristik Luar Generator DC Penguatan Bebas... 44

Gambar 4.3. Kurva Karakteristik Luar Generator DC Shunt Secara Teori... 49

Gambar 4.4. Kurva Karakteristik Luar Generator DC Shunt yang di dapat dalam Pengujian... 49

Gambar 4.5. Kurva Karakteristik Luar Generator DC Penguatan Bebas Secara Teori... 52

Gambar 4.6. Kurva Karakteristik Luar Generator DC Penguatan Bebas Pada Pengujian... 52

Gambar 4.7. Kurva Perbandingan Karakteristik Luar Generator DC Shunt Dengan Generator DC Penguatan Bebas... 54

1 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. Karena tegangan Ea tidak tergantung

pada Ia maka karakteristik terminal generator penguatan bebas adalah berupa

garis lurus. Ketika beban yang disuplai generator naik maka arus jangkar Ia

naik dan drop IaRa naik sehingga tegangan terminal generator akan jatuh.

Karakteristik terminal generator DC shunt berbeda dengan generator DC berpenguatan bebas oleh karena besar arus medannya tergantung pada tegangan terminal. Ketika beban pada generator dinaikan arus saluran IL akan

naik sehingga arus jangkar Ia juga naik. Kenaikkan Ia menyebabkan kenaikan

turun. Ketika tegangan terminal turun arus medan pada mesin ikut turun. Ini menyebabkan fluks pada mesin turun sehingga nilai Ea turun yang

menyebabkan tegangan terminal akan turun lebih jauh.

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 tegangan terminal terhadap arus beban dari kedua jenis generator DC tersebut.

I.2. Tujuan Dan Manfaat Penulisan

Adapun tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah untuk mengetahui perbandingan karakeristik luar 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.

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

3 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. Tidak membahas karakteristik beban nol dan karakteristik berbeban dari generator DC.

4. Spesifikasi generator DC yang digunakan untuk percobaan adalah generator DC buatan Pabrik AEG – Jerman 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.

2. Studi lapangan yaitu dengan melaksanakan percobaan di Laboratorium Konversi Energi Listrik FT 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, dengan dosen-dosen bidang

Konversi Energi Listrik, 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.

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 LUAR GENERATOR DC PENGUATAN BEBAS DAN GENERATOR DC SHUNT Bab ini menjelaskan tentang penerapan pengujian karakteristik luar generator DC penguatan bebas dan generator DC shunt yaitu dengan

5 melaksanakan percobaan pada di Laboratorium Konversi Energi Listrik Departemen Teknik Elektro FT USU.

BAB V : PENUTUP

II.1. Umum

Generator arus s sama dengan komponen arus searah adalah ala menjadi energi listrik arus terletak pada komponen komutator dan sikat.

II.2. Konstruksi Genera Secara umum gene bagian yaitu bagian yan termasuk stator adalah r yang termasuk rotor adal Secara umum konstruksi

G

BAB II

GENERATOR ARUS SEARAH

us searah mempunyai komponen dasar yang umum ponen mesin – mesin listrik lainnya. Secara garis be

alat yang mengkonversikan energi mekanis be k arus searah. Yang membedakannya dengan genera

nen penyearah yang terdapat didalamnya yang di

erator Arus Searah

generator arus searah memiliki konstruksi yang te ang berputar ( rotor ) dan bagian yang diam ( s h rangka, komponen magnet dan komponen sika dalah jangkar, kumparan jangkar dan komutator. uksi generator arus searah adalah seperti gambar be

Gambar 2.1 Konstruksi generator Arus Searah rangka

umnya hampir besar generator berupa putaran nerator lain yaitu disebut dengan

terdiri atas dua ( stator ). Yang ikat. Sedangkan

1. Badan Generator ( R Rangka motor arus a. Merupakan sarana seperti meletakka lainnya.

b. Sebagai bagian da kutub-kutub mesi Untuk mesin ke beratnya, biasanya rang pada umumnya terbuat juga terdapat name plate data teknik dari generato jangkar.

Rangka ini pada selain itu rangka juga ha rugi – rugi histeresis, dis

( Rangka )

arus searah secara umum memiliki dua fungsi, yai rana pendukung mekanis untuk mesin secara kkan alat – alat tertentu dan melindungi bagian –

n dari tempat mengalirnya fluks magnetik yang di esin.

kecil, dimana pertimbangan harga lebih domina ngka terbuat dari besi tuang, tetapi untuk mesin buat dari baja tuang atau baja lembaran. Pada bad plate yang berisi informasi spesifikasi secara umum

ator, serta kotak tempat terminal dari kumparan m

Gambar 2.2 Rangka generator Arus Searah

da bagian dalamnya dilaminasi untuk mengurangi harus memiliki permeabilitas yang tinggi untuk disamping kuat secara mekanis.

7 yaitu :

ra keseluruhan, bagian mesin

ng dihasilkan oleh

dominan daripada sin-mesin besar badan generator um atau data – medan maupun

ngi rugi-rugi inti, uk memperkecil

2. Magnet penguat dan Sebagaimana dik arus searah dihasilkan o elektromagnetik. Magne Gambar 2.3).

Adapun fungsi da a. Menyebarkan fluks

lebar, maka akan b. Sebagai pendukung

medan.

Inti kutub terbua kutub dilaminasi dan di kutub) dibaut atau dikeli

G Kumparan pengua (berbentuk bulat atau str tertentu (lihat Gambar 2. listrik untuk terjadinya pr

an kumparan penguat medan

diketahui bahwa fluks magnet yang terdapat pa n oleh kutub magnet buatan yang dihasilkan de gnet penguat terdiri dari inti kutub dan sepatu

i dari sepatu kutub adalah :

fluks pada celah udara dan juga karena merupa an mengurangi reluktansi jalur magnet.

kung secara mekanis untuk kumparan penguat at

buat dari lembaran-lembaran besi tuang atau baja t n di baut ke inti kutub. Sedangkan kutub (inti kutub

keling ke rangka mesin.

Gambar 2.3 Kutub Magnet Mesin Arus Searah

nguat atau kumparan kutub terbuat dari kaw u strip/persegi), yang dililitkan sedemikian rupa de

r 2.3). Lilitan penguat magnet berfungsi untuk meng a proses elektromagnetik.

Inti Kutub Yang Dilaminasi

Kumparan Pengu (Kumparan Meda Sepatu Kutu Yang Dilam

pada generator dengan prinsip tu kutub (lihat

rupakan bidang

t atau kumparan

ja tuang. Sepatu kutub dan sepatu

kawat tembaga dengan ukuran engalirkan arus

nguat edan) utub aminasi

3. Sikat

Sikat terbuat dar yang dilengkapi dengan dapat diatur sesuai deng segmen komutator untuk memiliki konduktivitas y gesekan yang rendah unt sikat tidak mengakibatka komutator. Sikat ini berf jangkar, selain itu meme

4. Komutator

Komutator terbua dengan bahan sejenis mengumpulkan arus listr menjadi arus searah mela

ari karbon, grafit , logam grafit, atau campuran ka an pegas penekan dan kotak sikat. Besarnya te dengan keinginan. Permukaan sikat ditekan ke untuk menyalurkan arus listrik. Karbon yang ada s yang tinggi untuk mengurangi rugi-rugi listrik, untuk mengurangi keausan. Agar gesekan antara ko

tkan ausnya komutator, maka sikat harus lebih luna erfungsi untuk sebagai jembatan bagi aliran arus megang peranan penting untuk terjadinya komutas

Gambar 2.4 Konstruksi Sikat

buat dari batangan tembaga yang dikeraskan, y nis mika. Adapun fungsi komutator ini a

istrik induksi dari konduktor jangkar dan mengkonve elalui sikat yang disebut komutasi.

9 n karbon-grafit, tekanan pegas n ke permukaan

ada diusahakan k, dan koefisien a komutator dan h lunak daripada us ke kumparan utasi.

n, yang diisolasi adalah untuk konversikannya

5. Inti Jangkar

Inti jangkar gene pada permukaannya terbentuknya GGL indu maksud agar kumparan induksi magnetnya besa besar.

Gamba

Gambar 2.5 Konstruksi komutator

enerator arus searah berbentuk silinder yang dibe untuk tempat melilitkan kumparan-kumpa nduksi. Inti jangkar dibuat dari bahan ferromagne

ran-kumparan (lilitan jangkar) terletak dalam besar, supaya GGL induksi yang terbentuk dapa

mbar 2.6 Konstruksi Jangkar Generator Arus Searah

Commutator Lugs

Segmen Tembaga Yang Diisolasi

Ujung Kelem

diberi alur-alur paran tempat agnetik, dengan daerah yang apat bertambah

Seperti halnya int lapis tipis untuk mengur current). Bahan yang diguna pada umumnya alur tidak

6. Belitan Jangkar Pada generator terbentuknya ggl induks permata, seperti pada gam

Adapun jumlah kondu Z = 2CN…… Di mana : C = jumlah be N = jumlah lili

Normalnya bentang belitan yang satu berad yang berbeda polaritasn terletak 1800 mekanis.

mekanis dan derajat listr

m listrik θ

2 p

θ =

inti kutub magnet, maka jangkar dibuat dari ba ngurangi panas yang terbentuk karena adanya arus ng digunakan untuk jangkar ini sejenis campuran baj dak hanya diisi satu kumparan yang tersusun secar

or arus searah, belitan jangkar berfungsi seb uksi. Umumnya kumparan jangkar (rotor) berbe gambar berikut :

Gambar 2.7 Bentuk Umum Belitan Jangkar h konduktor dalam belitan jangkar tersebut : N……...………..….…………. ………...( 2.1 ) h belitan pada rotor atau segmen komutator pada rot h lilitan setiap belitan .

tangan belitan adalah 1800 listrik, yang berar

ada di tengah suatu kutub, sisi lainnya berada di asnya. Sedangkan secara fisik kutub yang ada s. Adapun untuk menentukan hubungan sudut da strik, dapat digunakan formula berikut :

mekanis………..……( 2.2

11 bahan berlapis-rus pusar (eddy baja silicon dan cara berlapis.

sebagai tempat rbentuk seperti

rotor

rarti ketika sisi di tengah kutub da tidak saling udut dalam derajat

Di mana : θ_{listrik = sudut}

P = jum θ_{mekanis = sudut}

belitan yang me sisi-sisinya dan berlawan kisar penuh (full-pitch co Sedangkan belita listrik) disebut sebagai be busur (chorded winding)

Adapun hubunga atas 2 macam :

1. Belitan Progres belakangnya di kumparan sebelum 2. Belitan Retrogre

belakangnya dihubungk belitan sebelumny

Gamba

sudut dalam derajat listrik jumlah kutub

sudut dalam derajat mekanis

membentang 1800 listrik memiliki tegangan yang

anan arah setiap waktu. Belitan ini disebut sebag h coil).

litan yang bentangannya kurang dari kisaran ku belitan kisar fraksi (fractional-pitch coil) atau ku ).

hubungan antara belitan rotor dengan segmen komutat

resif (Progressive winding). Adalah belitan dihubungkan ke sebuah segmen komutator belumnya.

ogresif (Retrogressive winding). Adalah kumpar dihubungkan ke sebuah segmen komutator m mnya.

bar 2.8 Belitan Progresif dan Kumparan Retrogresif

ang sama antar bagai kumparan

kutubnya (1800

u kumparan tali

utatornya terbagi

tan yang sisi or mendahului

aran yang sisi membelakangi

13 II. 3. Prinsip Kerja Generator Arus Searah

Suatu generator arus searah bekerja berdasarkan prinsip induksi magnetis sesuai dengan Hukum Faraday. Bila sebuah penghantar dalam medan magnet maka pada penghantar akan diinduksikan tegangan bolak-balik.

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. Tegangan yang dihasilkan dapat terlihat pada gambar di bawah ini :

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

Posisi III : 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 bolak – balik maka arus induksinya juga boleak 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

e=− Φ ... (2.3)

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 = - ωΦ_{m Sin} ω_{t dt}

Maka persamaan (2.9) di atas dapat diturunkan menjadi : e = - N – ω Φ_{m Sin} ω_{t dt}

dt

15 Tegangan induksi ini akan mencapai maksimum pada saat wt = π/2 rad, maka

tegangan induksi maksimum :

Emax = N Φmω... (2.6)

Persamaan (2.11) di atas dapat ditulis menjadi :

e = Emax Sin 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

E_eff =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. Tentang komutasi ini akan dijelaskan pada pembahasan selanjutnya.

II.4. Prinsip Penyearah

Pada dasarnya tegangan dan arus yang dihasilkan oleh generator adalah bolak–balik, maka untuk menjadi generator DC perlu dilakukan penyearahan, penyearahan ini dilakukan dengan komutator yang bentuknya sama dengan cincin seret tapi dibelah dua dan disatukan kembali dengan isolator. Masing – masing belahan komutator dihubungkan dengan sisi kumparan tempat terbentuknya GGL.

Komutaor I dihubungkan dengan sisi AB dan komutator II dihubungkan dengan sisi CD ( lihat gambar di bawah ini )

Gambar 2.11. Suatu penghantar yang ditembus oleh fluksi

Jika bahan kumparan ABCD berputar, maka sikat – sikat akan bergesekan dengan komutator – komutator secara bergantian. Peristiwa komutasi inilah yang menyebabkan terjadinya penyearahan yang prinsipnya adalah :

1. Mula – mula sisi AB berada pada kedudukan 0 dan sisi CD berada pada kedudukan yang berlawanan yaitu b. pada saat ini tentu saja pada sisi AB dan CD tidak berbentuk GGL. Pada saat ini pula sikat – sikat berhubungan dengan kedua komutator. Ini berarti sikat – sikat mempunyai potensial 0.

2. Kumparan berputar terus yang dalam hal ini sisi AB bergerak di sebelah 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 menuju kita, sedangkan pada sisi CD mendekati kita. Jika arus listrik di dalam

17 sumber mengalir dari ( - ) ke ( + ), maka pada saat itu komutator I dan sikat E berpotensial negatif, sedangkan komutator II dan sikat F berpotensial positif.

Gambar 2.12. Ilustrasi proses penyearahan

3. pada saat sisi kumparan AB sampai pada kedudukan 6 dan CD kedudukan 12, maka pada saat ini sikat – sikat berpotensial 0 karena GGL induksi yang terbentuk pada masing – masing sisi kumparan adalah 0, sikat – sikat hanya berhubungan dengan isolator.

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. Pada saat itu komutator I dan sikat F berpotensial positif sedangkan komutator II dan sikat E negatif. Sehingga tegangan yang diinduksikan adalah :

Gambar 2.13. Bentuk gelombang tegangan hasil dari proses penyearahan

Pada saat ini terjadi pergantian arah arus pada harga negative ke positif pada suatu kumparan yang menghasilkannya dan peristiwa inilah yang disebut dengan komutasi. Peristiwa ini akan terjadi bila kumparan melewati garis netral pada waktu kumparan – kumparan tersebut bergerak dari daerah antara permukaan kutub utara ke selatan atau sebaliknya.

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

19 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.

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 Φ_{u pada generator digambarkan menurut garis OB. Setelah generator dibebani,}

maka akan timbul arus jangkar yang menimbulkan fluksi jangkar Φ_{a yang searah}

dengan vektor OA. Akibat interaksi kedua fluksi tersebut menimbulkan fluksi resultante Φ_{r yang searah dengan vektor OC.}

Gambar 2.15. Proses pergeseran bidang netral

Dengan timbulnya fluksi resultante Φ_{r 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.

II.6. Pembangkitan Tegangan Induksi pada Generator Arus Searah

Pembangkitan tegangan pada generator arus searah tergantung pada keberadaan fluks sisa (residual flux) pada kutub-kutub generator. Ketika generator bekerja untuk pertama kali, tegangan internal akan dibangkitkan yaitu

21 Ea = K Φres ω ... (2.9)

Tegangan ini akan muncul di terminal generator yang mungkin sangat kecil. Namun ketika tegangan tadi muncul, maka arus akan mengalir ke kumparan medan generator

f t f

R V

I = ... (2.10)

Arus medan ini menghasilkan gaya gerak magnet (ggm) di kutub mesin yang mana akan menambah fluksi di dalamnya. Penambahan fluks ini akan menambah tegangan internal pada jangkar (Ea) yang pada akhirnya akan menmbah tegangan

terminal generator (VT). Akibatnya ketika VT naik, maka If juga akan ikut naik,

kemudian Φ _{akan naik dan kembali Ea dan VT naik dan begitu seterusnya.}

Proses pembangkitan tegangan ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Perhatikan bahwa peristiwa ini merupakan efek dari saturasi magnetik di permukaan kutub yang dapat membatasi tegangan terminal yang dibangkitkan generator.

Gambar 2-16 menunjukkan pembangkitan tegangan generator dalam tahapan-tahapan yang berlainan. Tahapan-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 ω_{m 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.

23 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.

Gambar 2.17. 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 ... (2.11)

Ia = IL ... (2.13)

Drop tegangan pada sikat diabaikan

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. Untuk jenis ini terbagi 3 jenis, yaitu :

1) Generator Arus Searah penguatan shunt

Gambar 2.18. Rangkaian Generator DC Shunt

L F

A I I

I = + ………. (2.14)

A A A

T E I R

V = + ……… (2.15)

F T F

R V

25 2) Generator Arus Searah penguatan seri

Gambar 2.19. Rangkaian Generator DC Seri

L S

A I I

I = = ... (2.17)

(

A S

)

A A

T E I R R

V = − + ... (2.18)

3) Generator Arus Searah penguatan kompon a) Generator DC Kompon Panjang

Gambar 2.20. Rangkaian Generator DC Kompon Panjang

F L

A I I

I = + ………. (2.19)

(

A S

)

A A

T E I R R

V = − + ……… (2.20)

F T F

R V

b) Generator DC Kompon Pendek

Gambar 2.21. Rangkaian Generator DC Kompon Pendek

F L

A I I

I = + ……… (2.22)

(

A A L S

)

A

T E I R I R

V = − + ……… (2.23)

F T F

R V

I = ………. (2.24)

II.9. Efisiensi Generator Arus Searah

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

27 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}

m

. =

=

η

... (2.25) 2. Efisiensi Elektrik

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

η

... (2.26)

3. Efisiensi Komersial Keseluruhan

in P out P A C

c = =

η ... (2.27)

in P rugi P in P c

∑

− =

η ... (2.28) Dimana : P out = VT . IL ... (2.29)

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)

Drop tegangan pada sikat diabaikan.

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 :

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 OB.

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 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 ).

31 III.2.2. 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 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

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 Vt akan lebih kecil daripada ggl

E yang dibangkitkan, sebesar IaRa, dimana Ra adalah resistansi rangkaian jangkar.

Dari titik d, sebuah garis vertical 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.

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.

33 Gambar 3.4. 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

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

35 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 ……… ( 3.7 )

f f

t I R

V = ……… ( 3.8 )

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.

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

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 ………( 3.9 )

Dari persamaan 3.9 terlihat bahwa antara Ea dan If membentuk hubungan linear hal

ini dikarenakan K1 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

37 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 :

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, 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.

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 ( Vt ) sebagai fungsi dari arus pada beban ( IL ) pada putaran

dan arus medan yang konstan.

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

Dari persamaan 3.2 didapatkan : 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 2

1 V K I K

K = _t + _L +

L

t K I

V K

K₁− ₃ = + ₂

L

t K K K I

V =( ₁− ₃)− ₂

L

t K K I

V = ₄ − ₂ ……… (3.10)

Sehingga didapatkan untuk :

IL = 0 ⇒ Vt = K4 ………. (3.11)

Vt = 0 ⇒ IL =

2 4 K K ……… (3.12) Dimana :

K1 = Konstanta ( cnIf - If Ra )

39 Dari persamaan 3.11 dan 3.12 dapat digambarkanlah kurva karakteristik tegangan terminal ( Vt ) terhadap arus beban ( IL ) seperti gambar berikut ini :

BAB IV

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

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

IV.1.1. Umum

Karakteristik luar dari sebuah generator menunjukkan bagaimana perubahan tegangan terminal terhadap beban yang berubah-ubah dengan arus medan yang konstan. Pada generator DC shunt, arus medannya tergantung pada tegangan keluaran dan tahanan medan. Pada umumnya, tahanan medan ditentukan antara 0,5 sampai 5 persen dari total arus output generator. Sedikit perubahan tegangan output dapat dihiraukan. Perubahan ini disebabkan oleh keadaan bahwa, dengan kenaikan arus beban, jatuh tegangan ( IR ) pada kumparan jangkar meningkat, menyebabkan tegangan output berkurang.

Untuk karakteristik luar Generator DC penguatan bebas yang memiliki arus medan yang tetap, tegangan output akan berkurang dengan bertambahnya arus beban. Pengurangan ini disebabkan oleh tahanan jangkar dan efek reaksi jangkar.

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 / 1400 rpm.

41 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 Luar Untuk Generator DC Penguatan Shunt

IV.1.3.1. Umum

Untuk mengetahui karakteristik luar dari generator DC shunt, maka generator dihubungkan dengan beban. Tujuannya adalah untuk melihat pengaruh perubahan arus beban terhadap tegangan jepit generator. Karakteristik luar didapat dengan :

V = f (IL) ; n = konstan

IV.1.3.2. Rangkaian Percobaan

Gambar 4.1. Rangkaian Percobaan Karakteristik Luar

IV.1.3.3. Prosedur Percobaan

1. Rangkaian dibuat seperti gambar di atas

2. Tutup switch S1 dan switch S2, naikkan tegangan power suplay PS189,

naikkan tegangan PTDC sehingga mesin berputar mencapai putaran nominalnya .

3. Maksimumkan tahanan medan Rf dan tutup switch S3 pada masing-masing

rangkaian generator.

4. Atur PTDC sampai pembacaan tegangan terminal V2 mencapai nominal.

Catat pembacaan V2 dan putaran generator T. dan pertahankan putaran

43 5. Tutup switch S4 lalu naikkan beban RL bervariasi dan dicatat pembacaan

arus beban pada A3, pembacaan tegangan terminal pada V2 dan pembacaan

Torsi T. Sementara putaran n dan If tetap dijaga konstan.

6. Minimumkan kembali PTDC dan buka semua switch untuk mematikan mesin.

7. Percobaan selesai.

IV.1.3.4. Data Hasil Percobaan

n = 1400 rpm If = 0,15 Ampere Ra = 3,84 Ohm

IL ( Ampere ) VT ( Volt ) Torsi ( N-m )

0 200 1,0

0.69 194 1,7

0.76 193 1,9

0.87 190 2,2

0.97 188 2,3

1.1 186 2,5

1.31 179 2,9

1.6 171 3,3

2.06 162 4,1

2.85 152 4,3

4.54 144 5,0

5.9 94 3,1

IV.1.4. Percobaan Karakteristik Luar Untuk Generator DC Penguatan Shunt IV.1.4.1. Umum

Untuk mengetahui karakteristik luar dari generator DC penguatan bebas, maka generator dihubungkan dengan beban. Tujuannya adalah untuk melihat pengaruh perubahan arus beban terhadap tegangan jepit generator. Karakteristik luar didapat dengan :

V = f (IL) ; n = konstan

If = konstan

IV.1.4.2. Rangkaian Percobaan

45 IV.1.4.3. Prosedur Percobaan

1. Rangkaian dibuat seperti gambar di atas.

2. Tutup switch S1 dan switch S2, naikkan tegangan power suplay PS189,

naikkan tegangan PTDC sehingga mesin berputar mencapai putaran nominalnya .

3. Tutup switch S3, naikkan arus medan generator sampai mencapai nominal. 4. Atur PTDC sampai pembacaan tegangan terminal V2 mencapai nominal.

Catat pembacaan V2 dan putaran generator T. dan pertahankan putaran

generator konstan.

5. Tutup switch S4 lalu naikkan beban RL bervariasi dan dicatat pembacaan arus

beban pada A3, pembacaan tegangan terminal pada V2 dan pembacaan Torsi

T. Sementara putaran n dan If tetap dijaga konstan.

6. Minimumkan kembali PTDC dan buka semua switch untuk mematikan mesin.

IV.1.4.4. Data Hasil Percobaan

n = 1400 If = 0,15 Ampere Ra = 3,84 Ohm

IL ( Ampere ) VT ( Volt ) Torsi ( N-m )

0 200 0,75

0,66 197 1,3

0,70 197 1,35

0,80 194 1,4

1,04 195 1,7

1,25 193 1,8

1,53 193 2,0

1,87 190 2,3

2,15 188 2,7

2,50 184 3,1

3,01 182 3,7

3,32 182 3,9

3,56 180 4,2

4,01 179 4,5

4,5 177 4,9

5,03 175 5,2

5,56 173 5,5

47 IV.2. Analisis Karakteristik Luar Generator DC Penguatan Bebas Dengan

Generator DC Penguatan Shunt

a. Analisis Karakteristik Luar Generator DC Penguatan Shunt 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 2

1 V K I K

K = _t + _L +

L

t K I

V K

K₁− ₃ = + ₂

L

t K K K I

V =( ₁− ₃)− ₂

L

t K K I

V = ₄ − ₂

Sehingga didapatkan untuk : IL = 0 ⇒ Vt = K4

Vt = 0 ⇒ IL =

2 4

K K

Dimana :

K1 = Konstanta ( cnIf - If Ra )

• Menghitung besar tegangan induksi yang di bangkitkan pada jangkar: →

Dari data percobaan maka di dapat:

1. Ea = 200 + (0+0,15) x 3,84 = 200,576 Volt

2. Ea = 194 + (0,69+0,15) x 3,84 = 197,2256 Volt

3. Ea = 193 + (0,76+0,15) x 3,84 = 196,4944 Volt

Harga Ea yang lainnya dapat di lihat dalam tabel berikut:

IL ( Ampere ) VT ( Volt ) Ea ( Volt )

0 200 200,576

0.69 194 197,2256

0.76 193 196,4944

0.87 190 193,9168

0.97 188 192,3008

1.1 186 190,8

1.31 179 184,6064

1.6 171 177,72

2.06 162 170,4864

2.85 152 163,52

4.54 144 162,0096

5.9 94 117,232

Kurva karakteristik luar

Gambar 4.3. K

Dari data hasil pengujia lihat kurva karakteristik

Gambar 4.4. Kurva Kar

0 50 100 150 200 250 0 10 T e g a n g a n T e rm in a l V T (V o lt ) 0 50 100 150 200 250 0 1 T e g a n g a n T e rm in a l V T (V o lt )

secara teoritis dapat digambarkan sebagai beriku

. Kurva Karakteristik Luar Generator DC Shunt Secara Teo

jian karakteristik luar generator DC penguatan sh ik luar sebagai berikut;

arakteristik Luar Generator DC Shunt yang di dapat dalam

20 30 40 50 60

Arus Beban IL(Ampere)

2 3 4 5 6

Arus Beban IL(Ampere)

49 rikut:

eori

shunt, dapat di

am pengujian

60

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

b. Analisis Karakteristik Luar Generator DC Penguatan Bebas 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

L

t K K I

V = ₁− ₂

Sehingga didapatkan untuk : IL = 0 ⇒ Vt = K1

Vt = 0 ⇒ IL =

2 1

K K

Dimana :

K1 = Konstanta ( cnIf )

K2 = Konstanta ( Ra )

• Menghitung besar tegangan induksi yang di bangkitkan pada jangkar: →

51 Dari data percobaan di dapat:

1. Ea = 200 + ( 0 x 3,84 ) = 200 Volt

2. Ea = 197 + ( 0,66 x 3,84 ) = 199,5344 Volt

3. Ea = 197 + ( 0,7 x 3,84 ) = 199,688 Volt

Harga Ea yang lainnya dapat di lihat dalam tabel berikut:

IL ( Ampere ) VT ( Volt ) Ea ( Volt )

0 200 200

0,66 197 199,5344

0,70 197 199,688

0,80 194 197.072

1,04 195 198.9936

1,25 193 197.8

1,53 193 198.8752

1,87 190 197,1808

2,15 188 196,256

2,50 184 193,6

3,01 182 193,5584

3,32 182 194,7488

3,56 180 193,6704

4,01 179 194,3984

4,5 177 194,28

5,03 175 194,3152

5,56 173 194,3504

Kurva karakteristik luar

Gambar 4.5. Kurva K

Dari data hasil pengujian lihat kurva karakteristik

Gambar 4.6. Kurva Ka

0 50 100 150 200 250 0 10 T e g a n g a n T e rm in a l V T (V o lt ) 165 170 175 180 185 190 195 200 205 0 1 T e g a n g a n T e rm in a l V T (V o lt )

secara teoritis dapat digambarkan sebagai beriku

a Karakteristik Luar Generator DC Penguatan Bebas Secar

jian karakteristik luar generator DC penguatan be ik luar sebagai berikut;

Karakteristik Luar Generator DC Penguatan Bebas Pada P

20 30 40 50 60

Arus Beban IL(Ampere)

2 3 4 5 6

Arus Beban IL(Ampere)

rikut:

cara Teori

bebas, dapat di

a Pengujian

60

53 c. Perbandingan Karakteristik Luar Generator DC Penguatan Bebas

Dengan Generator DC Penguatan Shunt

Pada generator DC shunt, arus medannya tergantung pada tegangan output dan tahanan medan. Perubahan tegangan output ini disebabkan oleh keadaan bahwa, dengan kenaikan arus beban, jatuh tegangan (IR) pada kumparan jangkar meningkat, menyebabkan tegangan output berkurang. Hasilnya, arus yang mengalir pada kumparan medan menurun, mengurangi medan magnetik dan menyebabkan tegangan output berkurang sedikit. Jika arus beban lebih tinggi daripada kapasitas dari generator, penurunan tegangan output menjadi besar. Untuk arus beban dengan kapasitas yang tidak melebihi generator, penurunan tegangan output dapat minimal.

Sedangkan karakteristik luar Generator DC penguatan bebas, tegangan output akan berkurang dengan bertambahnya arus beban. Pengurangan ini disebabkan oleh tahanan jangkar dan efek 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 luar generator DC shunt dan generator DC penguatan bebas dapat di lihat di bawah ini.

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

Dari kedua kurva di atas terlihat bahwa karakteristik luar generator DC shunt lebih cepat membelok ke sumbu x dari pada kurva yang diatasnya ( karakteristik luar generator DC penguatan bebas ). Ini disebabkan karena arus penguat magnet (arus medan) If pada generator DC penguatan bebas tetap besarnya, sedangkan pada

generator DC shunt ini arus penguat magnet If berkurang sebanding dengan tegangan

jepit. Oleh karena itu Ea menjadi lebih kecil, hal ini mengakibatkan tegangan jepit

yang lebih rendah dan arus medan yang lebih kecil. Medan magnet menjadi lebih lemah lagi dan tegangan jepit makin bertambah rendah.

0 50 100 150 200 250

0 1 2 3 4 5 6 7

T e g a n g a n T e rm in a l V T (V o lt )

Arus Beban IL(Ampere)

Karakteristik Generator DC Penguatan Bebas Karakteristik Generator DC Shunt

55 BAB V

PENUTUP

V.1. Kesimpulan

Berdasarkan hasil analisa dan uraian pada bab-bab sebelumnya, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Pada generator DC penguatan shunt penurunan tegangan terminal akan semakin besar bila terus-menerus dibebani dan pada akhirnya akan mencapai titik hubung singkat, ketika tegangan terminal turun arus medan If pada mesin

ikut turun. Ini menyebabkan fluks pada mesin turun sehingga nilai Ea turun

yang menyebabkan tegangan terminal akan turun lebih jauh.

2. Tegangan terminal pada generator DC penguatan bebas akan tampak lebih stabil daripada tegangan terminal generator DC penguatan shunt.

3. Pada arus beban sebesar 5,9 ampere kurva karakteristik luar generator DC penguatan shunt akan mulai membelok ke arah sumbu x (menuju titik hubung singkat).

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. Dawes, Chester L, “Electrical Engineering : Direct Current”, Fourth Edition, McGraw-Hill Kogakusha, Tokyo, !955.

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

5. Nagrath, I.J , ”Electric Machines”, Tata McGraw-Hill, New Delhi, 1988 6. Sumanto, ”Mesin Arus Searah”, Andi Offset, Yogyakarta, 1991.

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

51 Dari data percobaan di dapat:

1. Ea = 200 + ( 0 x 3,84 ) = 200 Volt

2. Ea = 197 + ( 0,66 x 3,84 ) = 199,5344 Volt 3. Ea = 197 + ( 0,7 x 3,84 ) = 199,688 Volt

Harga Ea yang lainnya dapat di lihat dalam tabel berikut:

IL ( Ampere ) VT ( Volt ) Ea ( Volt )

0 200 200

0,66 197 199,5344

0,70 197 199,688

0,80 194 197.072

1,04 195 198.9936

1,25 193 197.8

1,53 193 198.8752

1,87 190 197,1808

2,15 188 196,256

2,50 184 193,6

3,01 182 193,5584

3,32 182 194,7488

3,56 180 193,6704

4,01 179 194,3984

4,5 177 194,28

5,03 175 194,3152

5,56 173 194,3504

6,05 170 193.232

Kurva karakteristik luar

Gambar 4.5. Kurva K

Dari data hasil pengujian lihat kurva karakteristik

Gambar 4.6. Kurva Ka 0 50 100 150 200 250 0 10 T e g a n g a n T e rm in a l V T (V o lt ) 165 170 175 180 185 190 195 200 205 0 1 T e g a n g a n T e rm in a l V T (V o lt )

secara teoritis dapat digambarkan sebagai beriku

a Karakteristik Luar Generator DC Penguatan Bebas Secar

jian karakteristik luar generator DC penguatan be ik luar sebagai berikut;

Karakteristik Luar Generator DC Penguatan Bebas Pada P

20 30 40 50 60

Arus Beban IL(Ampere)

2 3 4 5 6

Arus Beban IL(Ampere)

52 rikut:

cara Teori

bebas, dapat di

a Pengujian 60

7

Arwinsyah : Analisis Perbandingan Karakteristik Luar Generator Arus Searah Penguatan Bebas Dengan Generator Arus Searah Penguat Shunt, 2008.

53

c. Perbandingan Karakteristik Luar Generator DC Penguatan Bebas

Dengan Generator DC Penguatan Shunt

Pada generator DC shunt, arus medannya tergantung pada tegangan output dan tahanan medan. Perubahan tegangan output ini disebabkan oleh keadaan bahwa, dengan kenaikan arus beban, jatuh tegangan (IR) pada kumparan jangkar meningkat, menyebabkan tegangan output berkurang. Hasilnya, arus yang mengalir pada kumparan medan menurun, mengurangi medan magnetik dan menyebabkan tegangan output berkurang sedikit. Jika arus beban lebih tinggi daripada kapasitas dari generator, penurunan tegangan output menjadi besar. Untuk arus beban dengan kapasitas yang tidak melebihi generator, penurunan tegangan output dapat minimal.

Sedangkan karakteristik luar Generator DC penguatan bebas, tegangan output akan berkurang dengan bertambahnya arus beban. Pengurangan ini disebabkan oleh tahanan jangkar dan efek 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 luar generator DC shunt dan generator DC penguatan bebas dapat di lihat di bawah ini.

54 Gambar 4.7. Kurva Perbandingan Karakteristik Luar Generator DC Shunt Dengan Generator DC

Penguatan Bebas.

Dari kedua kurva di atas terlihat bahwa karakteristik luar generator DC shunt lebih cepat membelok ke sumbu x dari pada kurva yang diatasnya ( karakteristik luar generator DC penguatan bebas ). Ini disebabkan karena arus penguat magnet (arus medan) If pada generator DC penguatan bebas tetap besarnya, sedangkan pada generator DC shunt ini arus penguat magnet If berkurang sebanding dengan tegangan jepit. Oleh karena itu Ea menjadi lebih kecil, hal ini mengakibatkan tegangan jepit yang lebih rendah dan arus medan yang lebih kecil. Medan magnet menjadi lebih lemah lagi dan tegangan jepit makin bertambah rendah.

0 50 100 150 200 250

0 1 2 3 4 5 6 7

T

e

g

a

n

g

a

n

T

e

rm

in

a

l

V

T

(V

o

lt

)

Arus Beban IL(Ampere)

Karakteristik Generator DC Penguatan Bebas Karakteristik Generator DC Shunt

Arwinsyah : Analisis Perbandingan Karakteristik Luar Generator Arus Searah Penguatan Bebas Dengan Generator Arus Searah Penguat Shunt, 2008.

55

BAB V PENUTUP

V.1. Kesimpulan

Berdasarkan hasil analisa dan uraian pada bab-bab sebelumnya, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Pada generator DC penguatan shunt penurunan tegangan terminal akan semakin besar bila terus-menerus dibebani dan pada akhirnya akan mencapai titik hubung singkat, ketika tegangan terminal turun arus medan If pada mesin ikut turun. Ini menyebabkan fluks pada mesin turun sehingga nilai Ea turun yang menyebabkan tegangan terminal akan turun lebih jauh.

2. Tegangan terminal pada generator DC penguatan bebas akan tampak lebih stabil daripada tegangan terminal generator DC penguatan shunt.

3. Pada arus beban sebesar 5,9 ampere kurva karakteristik luar generator DC penguatan shunt akan mulai membelok ke arah sumbu x (menuju titik hubung singkat).

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. Dawes, Chester L, “Electrical Engineering : Direct Current”, Fourth Edition, McGraw-Hill Kogakusha, Tokyo, !955.

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

5. Nagrath, I.J , ”Electric Machines”, Tata McGraw-Hill, New Delhi, 1988 6. Sumanto, ”Mesin Arus Searah”, Andi Offset, Yogyakarta, 1991.

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

Arwinsyah : Analisis Perbandingan Karakteristik Luar Generator Arus Searah Penguatan Bebas Dengan Generator Arus Searah Penguat Shunt, 2008.