Laporan Praktikum Iii Searching Indonesia

PRAKTIKUM III
GGL PADA GENERATOR DC

1. TUJUAN
Untuk mempelajari cara kerja suatu generator dc.

2. ALAT DAN BAHAN
Electromagnetism Trainer 12-100
Osiloskop 2 channel
Voltmeter dc, 0-15 V
Unit Power supply, dengan keluaran 0-15 V

3. DASAR TEORI
PRINSIP

KERJA

SUATU

GENERATOR

ARUS

SEARAH

BERDASARKAN HUKUM FARADAY :
e = - N df/ dt
dimana : N : jumlah lilitan
f : fluksi magnet
e : Tegangan imbas, ggl(gaya gerak listrik)
Dengan lain perkataan, apabila suau konduktor memotong garis-garis
fluksi magnetik yang berubah-ubah, maka ggl akan dibangkitkan dalam konduktor
itu. Jadi syarat untuk dapat dibangkitkan ggl adalah :
- harus ada konduktor ( hantaran kawat )
- harus ada medan magnetik
- harus ada gerak atau perputaran dari konduktor dalam medan, atau ada fluksi
yang berubah yang memotong konduktor itu.
Untuk menentukan arah arus pada setiap saat, berlaku pada kaidah tangan
kanan :
- ibu jari : gerak perputaran

- jari telunjuk : medan magnetik kutub u dan s
- jari tengah : besaran galvanis tegangan U dan arus I
Untuk perolehan arus searah dari tegangan bolak balik, meskipun tujuan
utamanya adalah pemabngkitan tegangan searah, tamopak bahwa tegangan
kecepatan yang dibangkitkan pada kumparan jangkar merupakan tegangan bolakbalik.

Bentuk

gelombang

yng

berubah-ubah

tersebut

karenanya

harus

disearahkan. Untuk mendapatkan arus searah dari arus bolak balik dengan
menggunakan
- saklar
- komutator
- dioda
SISTEM SAKLAR
Saklar berfungsi untuk menghubung singkatkan ujung-ujung kumparan.
Prinsip kerjanya bila kumparan jangkar berputar, maka pada kedua ujung
kumparan akan timbul tegangan yang sinusoida. Bila setengan periode tegangan
positif saklar di huybungkan, maka tegangan menjadi nol. Dan bila sakalar dibuka
lagi akan timbul lagi tegangan. Begitu seterusnya setiap setenganh periode
tegangan saklar dihubungkan, maka akan di hailkan tegangan searah gelombang
penuh.
SISTEM KOMUTATOR
Komutator brfungsi sebagai saklar, yaitu untuk menghubung singkatkan
kumparan jangkar. Komutator berupa cincin belah yang dipasang pada ujung
kumparan jangkar. Bila kumparan jangkar berputar, maka cincin belah ikut
berputar. Karena kumparan berada dalam medan magnet, akan timbul tegangna
bolak balik sinusoidal.
Bila kumparan telah berputar setengah putaran, sikat akan menutup celah

cincin sehingga tegangan menjadi nol. Karena cincin berputar terus, maka celah
akan terbuka lagi dan timbul tegangan lagi. Bila perioda tegangan sama dengan

perioda perputaran cincin, tegangan yang timbul adalah tegangan arus searah
gelombang penuh.
SISTEM DIODA
Dioda adalah komponen pasif yang mempunyai sifat-sifat sebagai berikut:
- Bila diberi prasikap maju (forward bias) bisa dialiri arus.
- Bila diberi prasikap balik (reverse bias) dioda tidak akan dialiri arus.
Berdasrakan bentuk gelombang yang dihasilkan, dioda dibagi dalam:
- Half wave rectifier (penyearah setengah gelombang)
- Full wave rectifier (penyearah satu gelombang penuh)
KARAKTERISTIK GENERATOR ARUS SEARAH
Medan magnet pada generator dapat dibangkitkan dengan dua cara yaitu :
- dengan magnet permanen
- dengan magnet remanen
Generator listrik dengan magnet permanen sering juga disebut magneto
dynamo. Karena banyak kekurangannya, maka sekarang jarang digunakan.
Sedangkan generator dengan magnet remanen menggunakan medan magnet
listrik, mempunyai kelebihan-kelebihan yaitu :

- Medan magnet yang dibangkitkan dapat diatur
(Dikutip

dari

:

http://www.academia.edu/6293351/GGL_PADA_GENERATOR_DC_print).
Berdasarkan cara memberikan fluks pada kumparan medannya, generator
arus searah dapat dikelompokkan menjadi 2 yaitu:
1. Generator berpenguatan bebas
Generator tipe penguat bebas dan terpisah adalah generator yang lilitan
medannya dapat dihubungkan ke sumber dc yang secara listrik tidak tergantung
dari mesin.
Tegangan searah yang dipasangkan pada kumparan medan yang mempunyai
tahanan Rf akan menghasilkan arus If dan menimbulkan fluks pada kedua kutub.
Tegangan induksi akan dibangkitkan pada generator.

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

Vf = If Rf
Ea = Vt + Ia Ra
Besaran yang mempengaruhi kerja dari generator :
- Tegangan jepit (V)
- Arus eksitasi (penguatan)
- Arus jangkar (Ia)
- Kecepatan putar (n)
2. Generator berpenguatan sendiri
(a) Generator searah seri
Vt = Ia Ra
Ea = Ia (Ra + Rf) + Vt +
(b) Generator Shunt
Vt = If Rf
Ea = Ia Ra + Vt +
Pada generator shunt, untuk mendapatkan penguatan sendiri diperlukan :
- Adanya sisa magnetik pada sistem penguat
- Hubungan dari rangkaian medan pada jangkar harus sedemikian, hingga arah
medan yang terjadi, memperkuat medan yang sudah ada.
Mesin shunt akan gagal membangkitkan tegangannya kalau:
- Sisa magnetik tidak ada.

- Hubungan medan terbalik, karena generator diputar oleh arah yang salah dan
dijalan-ksalahan, sehingga arus medan tidak memperbesar nilai fluksi. Untuk
memperbaikinya dengan hubungan-hubungan perlu diubah dan diberi kembali
sisa magnetik, seperti cara untuk memberikan sisa magnetik
- Tahanan rangkaian penguat terlalu besar. Hal ini terjadi misalnya pada
hubungan terbuka dalam rangkaian medan, hingga Rf tidak berhingga atau
tahanan kontak sikat terlalu besar atau komutator kotor.
3. Generator kompon

Generator kompon merupakan gabungan dari generator shunt dan generator
seri, yang dilengkapi dengan kumparan shunt dan seri dengan sifat yang dimiliki
merupakan gabungan dari keduanya. Generator kompon bisa dihubungkan
sebagai kompon pendek atau dalam kompon panjang. Perbedaan dari kedua
hubungan ini hampir tidak ada, karena tahanan kumparan seri kecil, sehingga
tegangan drop pada kumparan ini ditinjau dari dari tegangan terminal kecil sekali
dan terpengaruh.
Biasanya kumparan seri dihubungkan sedemikian rupa, sehingga kumparan
seri ini membantu kumparan shunt, yakni MMF nya searah. Bila generator ini
dihubungkan seperti itu, maka dikatakan generator itu mempunyai kumparan
kompon bantu.

Mesin yang mempunyai kumparan seri melawan medan shunt disebut
kompon lawan dan ini biasanya digunakan untuk motor atau generator-generator
khusus seperti untuk mesin las. Dalam hubungan kompon bantu yang mempunyai
peranan utama ialah kumparan shunt dan kumparan seri dirancang untuk
kompensasi MMF akibat reaksi jangkar dan juga tegangan drop di jangkar pada
range beban tertentu. Ini mengakibatkan tegangan generator akan diatur secara
otomatis pasa satu range beban tertentu.
(a) Kompon panjang
Ia = If1 = IL + If2
Ea = Vt + Ia(Ra + Rf1) +
(b) Kompon pendek
Ia = If1 + If2 = IL + If2
Ea = Vt + ILRf1 + IaRa
Pembangkitan

Tegangan

Induksi

Pada

Generator

Berpenguatan

Sendiri disini akan diterangkan pembangkitan tegangan induksi generator shunt
dalam keadaan tanpa beban. Pada saat mesin dihidupkan (S tutup), timbul suatu
fluks residu yang memang sudah terdapat pada kutub. Dengan memutarkan rotor,
akan dibangkitkan tegangan induksi yang kecil pada sikat. Akibat adanya
tegangan induksi ini mengalirlah arus pada kumparan medan. Arus ini akan
menimbulkan fluks yang memperkuat fluks yang telah ada sebelumnya. Proses

terus berlangsung hingga dicapai tegangan yang stabil. Jika tahanan medan
diperbesar, tegangan induksi yang dibangkitkan menjadi lebih kecil. Berarti
makin besar tahanan kumparan medan, makin buruk generator tersebut.
Reaksi Jangkar
Fluks yang menembus konduktor jangkar pada keadaan generator tak
berbeban merupakan fluks utama. Jika generator dibebani, timbullah arus jangkar.
Adanya arus jangkar ini menyebabkan timbulnya fluks pada konduktor tersebut.
Perhatian pada konduktor yang terletak pada daerah ac, ternyata fluks

yang ditimbulkan arus jangkar dengan fluks utamanya saling memperkecil,
sehingga fluks yang terjadi disini menjadi berkurang. Perhatikanlah kemudian
konduktor pada daerah bd, ternyata fluks yang ditimbulkan oleh arus jangkar
dengan fluks utamanya saling memperkuat, sehingga fluks yang terjadi disini
bertambah. Fluks total saat generator dalam keadaan berbeban adalah
penjumlahan vector kedua fluks. Pengaruh adanya interaksi ini disebut reaksi
jangkar. Interaksi kedua fluks tersebut dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Karena operasi suatu generator arus searah selalu pada daerah jenuh, pengurangan
suatu fluks pada konduktor dibandingkan dengan pertambahan fluks pada
konduktor lain lebih besar.
(Dikutip dari : http://andry-interisti.blogspot.com/2008/04/prinsip-kerja-suatugenerator-arus.html).

Generator DC
Generator DC merupakan sebuah perangkat mesin listrik dinamis yang
mengubah energi mekanis menjadi energi listrik. Generator DC menghasilkan
arus DC / arus searah. Generator DC dibedakan menjadi beberapa jenis
berdasarkan dari rangkaian belitan magnet atau penguat eksitasinya terhadap
jangkar (anker), jenis generator DC yaitu:
1. Generator penguat terpisah
2. Generator shunt

3. Generator kompon

1. Konstruksi Generator DC
Pada umumnya generator DC dibuat dengan menggunakan magnet
permanent dengan 4-kutub rotor, regulator tegangan digital, proteksi terhadap
beban lebih, starter eksitasi, penyearah, bearing dan rumah generator atau casis,
serta bagian rotor. Gambar 1 menunjukkan gambar potongan melintang konstruksi
generator DC.
Generator DC terdiri dua bagian, yaitu stator, yaitu bagian mesin DC yang
diam, dan bagian rotor, yaitu bagian mesin DC yang berputar. Bagian stator terdiri
dari: rangka motor, belitan stator, sikat arang, bearing dan terminal box.
Sedangkan bagian rotor terdiri dari: komutator, belitan rotor, kipas rotor dan poros
rotor.
Bagian yang harus menjadi perhatian untuk perawatan secara rutin adalah
sikat arang yang akan memendek dan harus diganti secara periodic / berkala.
Komutator harus dibersihkan dari kotoran sisa sikat arang yang menempel dan
serbuk arang yang mengisi celah-celah komutator, gunakan amplas halus untuk
membersihkan noda bekas sikat arang.
2. Prinsip kerja Generator DC
Pembangkitan tegangan induksi oleh sebuah generator diperoleh melalui
dua cara:
• dengan menggunakan cincin-seret, menghasilkan tegangan induksi
bolak-balik.
• dengan menggunakan komutator, menghasilkan tegangan DC.
Jika rotor diputar dalam pengaruh medan magnet, maka akan terjadi
perpotongan medan magnet oleh lilitan kawat pada rotor. Hal ini akan
menimbulkan tegangan induksi. Tegangan induksi terbesar terjadi saat rotor
menempati posisi. Pada posisi ini terjadi perpotongan medan magnet secara
maksimum oleh penghantar. Sedangkan posisi jangkar akan menghasilkan
tegangan induksi nol. Hal ini karena tidak adanya perpotongan medan magnet

dengan penghantar pada jangkar atau rotor. Daerah medan ini disebut daerah
netral.
Jika ujung belitan rotor dihubungkan dengan slip-ring berupa dua cincin
(disebut juga dengan cincin seret), maka dihasilkan listrik AC (arus bolak-balik)
berbentuk sinusoidal. Bila ujung belitan rotor dihubungkan dengan komutator satu
cincin dengan dua belahan, maka dihasilkan listrik DC dengan dua gelombang
positip.
• Rotor dari generator DC akan menghasilkan tegangan induksi bolakbalik. Sebuah komutator berfungsi sebagai penyearah tegangan AC.
• Besarnya tegangan yang dihasilkan oleh sebuah generator DC, sebanding
dengan banyaknya putaran dan besarnya arus eksitasi (arus penguat
medan).
3. Jangkar Generator DC
Jangkar adalah tempat lilitan pada rotor yang berbentuk silinder beralur.
Belitan tersebut merupakan tempat terbentuknya tegangan induksi. Pada
umumnya jangkar terbuat dari bahan yang kuat mempunyai sifat feromagnetik
dengan permiabilitas yang cukup besar. Permiabilitas yang besar diperlukan agar
lilitan jangkar terletak pada derah yang induksi magnetnya besar, sehingga
tegangan induksi yang ditimbulkan juga besar. Belitan jangkar terdiri dari
beberapa kumparan yang dipasang di dalam alur jangkar. Tiap-tiap kumparan
terdiri dari lilitan kawat atau lilitan batang.
(Dikutip
dari
:
generator-ac.html).

http://rendymars.blogspot.com/2011/10/generator-dc-dan-

4. Reaksi Jangkar
Fluks magnet yang ditimbulkan oleh kutub-kutub utama dari sebuah
generator saat tanpa beban disebut Fluks Medan. Fluks ini memotong lilitan
jangkar sehingga timbul tegangan induksi. Bila generator dibebani maka pada
penghantar jangkar timbul arus jangkar. Arus jangkar ini menyebabkan timbulnya
fluks pada penghantar jangkar tersebut dan biasa disebut FIuks Medan Jangkar.
Munculnya medan jangkar akan memperlemah medan utama yang terletak
disebelah kiri kutub utara, dan akan memperkuat medan utama yang terletak di
sebelah kanan kutub utara. Pengaruh adanya interaksi antara medan utama dan

medan jangkar ini disebut reaksi jangkar. Reaksi jangkar ini mengakibatkan
medan utama tidak tegak lurus pada garis netral n, tetapi bergeser sebesar sudut α.
Dengan kata lain, garis netral akan bergeser. Pergeseran garis netral akan
melemahkan tegangan nominal generator.
Untuk mengembalikan garis netral ke posisi awal, dipasangkan medan
magnet bantu (interpole atau kutub bantu). Lilitan magnet bantu berupa kutub
magnet yang ukuran fisiknya lebih kecil dari kutub utama. Dengan bergesernya
garis netral, maka sikat yang diletakkan pada permukaan komutator dan tepat
terletak pada garis netral n juga akan bergeser. Jika sikat dipertahankan pada
posisi semula (garis netral), maka akan timbul percikan bunga api, dan ini sangat
berpotensi menimbulkan kebakaran atau bahaya lainnya. Oleh karena itu, sikat
juga harus digeser sesuai dengan pergeseran garis netral. Bila sikat tidak digeser
maka komutasi akan jelek, sebab sikat terhubung dengan penghantar yang
mengandung tegangan. Reaksi jangkar ini dapat juga diatasi dengan kompensasi
yang dipasangkan pada kaki kutub utama baik pada lilitan kutub utara maupun
kutub selatan, generator dengan komutator dan lilitan kompensasinya.
Kini dalam rangkaian generator DC memiliki tiga lilitan magnet, yaitu:
• lilitan magnet utama
• lilitan magnet bantu (interpole)
• lilitan magnet kompensasi

5. Jenis-Jenis Generator DC
Seperti telah disebutkan diawal, bahwa generator DC berdasarkan dari
rangkaian belitan magnet atau penguat eksitasinya terhadap jangkar (anker) dibagi
menjadi 3 jenis, yaitu:
• Generator Penguat Terpisah
Pada generator penguat terpisah, belitan eksitasi (penguat eksitasi) tidak
terhubung menjadi satu dengan rotor. Terdapat dua jenis generator penguat
terpisah, yaitu:
1. Penguat elektromagnetik
2. Magnet permanent / magnet tetap

Energi listrik yang dihasilkan oleh penguat elektromagnet dapat diatur
melalui pengaturan tegangan eksitasi. Pengaturan dapat dilakukan secara
elektronik atau magnetik. Generator ini bekerja dengan catu daya DC dari luar
yang dimasukkan melalui belitan F1-F2.
Penguat dengan magnet permanen menghasilkan tegangan output
generator yang konstan dari terminal rotor A1-A2. Karakteristik tegangan V
relatif konstan dan tegangan akan menurun sedikit ketika arus beban I dinaikkan
mendekati harga nominalnya.
Karakteristik Generator Penguat Terpisah
a. karakteristik generator penguat terpisah saat eksitasi penuh (Ie 100%) dan saat
eksitasi setengah penuh (Ie 50%). Ie adalah arus eksitasi, I adalah arus
beban.Tegangan output generator akan sedikit turun jika arus beban semakin
besar.
b. Kerugian tegangan akibat reaksi jangkar.
c. Perurunan tegangan akibat resistansi jangkar dan reaksi jangkar, selanjutnya
meng-akibatkan turunnya pasokan arus penguat ke medan magnet, sehingga
tegangan induksi menjadi kecil.
• Generator Shunt
Pada generator shunt, penguat eksitasi E1-E2 terhubung paralel dengan
rotor (A1-A2). Tegangan awal generator diperoleh dari magnet sisa yang terdapat
pada
medan
magnet
stator. Rotor berputar dalam medan magnet yang lemah, dihasilkan tegangan yang
akan memperkuat medan magnet stator, sampai dicapai tegangan nominalnya.
Pengaturan arus eksitasi yang melewati belitan shunt E1-E2 diatur oleh tahanan
geser. Makin besar arus eksitasi shunt, makin besar medan penguat shunt yang
dihasilkan, dan tegangan terminal meningkat sampai mencapai tegangan
nominalnya.
• Generator Kompon
Generator kompon mempunyai dua penguat eksitasi pada inti kutub utama
yang sama. Satu penguat eksitasi merupakan penguat shunt, dan lainnya
merupakan penguat seri.

Jika generator shunt tidak mendapatkan arus eksitasi, maka sisa
megnetisasi tidak akan ada, atau jika belitan eksitasi salah sambung atau jika arah
putaran terbalik, atau rotor terhubung-singkat, maka tidak akan ada tegangan atau
energi listrik yang dihasilkan oleh generator tersebut. Tegangan output akan turun
lebih banyak untuk kenaikan arus beban yang sama, dibandingkan dengan
tegangan output pada generator penguat terpisah.
Sebagai sumber tegangan, karakteristik dari generator penguat terpisah dan
generator shunt tentu kurang baik, karena seharusnya sebuah generator
mempunyai tegangan output yang konstan, namun hal ini dapat diperbaiki
( Dikutip dari : http://dunia-listrik.blogspot.com/2009/01/generator-dc.html).
Prinsip kerja Generator DC
Teori yang mendasari terbentuknya GGL induksi pada generator
ialah Percobaan Faraday. Percobaan Faraday membuktikan bahwa pada
sebuah kumparan akan dibangkitkan GGL Induksi apabila jumlah garis gaya yang
diliputi oleh kumparan berubah-ubah.
Ada 3 hal pok ok terkait dengan GGL Induksi ini, yaitu :
1. Adanya flux magnet yang dihasilkan oleh kutub-kutub magnet.
2. Adanya kawat penghantar yang merupakan tempat terbentuknya EMF.
3. Adanya perubahan flux magnet yang melewati kawat penghantar listrik.
Prinsip kerja generator (dinamo) DC sama dengan generator AC. Namun,
pada generator DC arah arus induksinya tidak berubah. Hal ini disebabkan cincin
yang digunakan pada generator DC berupa cincin belah (komutator).
Pembangkitan tegangan induksi oleh sebuah generator diperoleh melalui dua cara:
• Dengan menggunakan cincin-seret, menghasilkan tegangan induksi bolak-balik.
• Dengan menggunakan komutator, menghasilkan tegangan DC.
Jika rotor diputar dalam pengaruh medan magnet, maka akan terjadi
perpotongan medan magnet oleh lilitan kawat pada rotor. Hal ini akan
menimbulkan tegangan induksi. Tegangan induksi terbesar terjadi saat rotor
menempati posisi. Pada posisi ini terjadi perpotongan medan magnet secara
maksimum oleh penghantar. Sedangkan posisi jangkar akan menghasilkan

tegangan induksi nol. Hal ini karena tidak adanya perpotongan medan magnet
dengan penghantar pada jangkar atau rotor. Daerah medan ini disebut daerah
netral.
Jika ujung belitan rotor dihubungkan dengan slip-ring berupa dua cincin
(disebut juga dengan cincin seret), maka dihasilkan listrik AC (arus bolak-balik)
berbentuk sinusoidal. Bila ujung belitan rotor dihubungkan dengan komutator satu
cincin dengan dua belahan, maka dihasilkan listrik DC dengan dua gelombang
positip.
• Rotor dari generator DC akan menghasilkan tegangan induksi bolak-balik.
Sebuah komutator berfungsi sebagai penyearah tegangan AC.
• Besarnya tegangan yang dihasilkan oleh sebuah generator DC, sebanding
banyaknya putaran dan besarnya arus eksitasi (arus penguat medan).
(Dikutip dari : Buku "Moechtar Wijaya " Dasar - dasar mesin - mesin Listrik")