-
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Pendahuluan
Generator DC adalah mesin listrik yang digunakan untuk mengkonversi energi mekanik
putaran menjadi energi listrik. Secara umum generator DC relatif sama 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 (separately excited) dan generator berpenguatan sendiri (self excited).
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 akan menghasilkan arus dan menimbulkan fluks pada kedua kutub.
Tegangan induksi akan dibangkitkan pada generator.
Pada karakteristik berbeban sebuah generator DC menunjukkan bagaimana hubungan
antara tegangan terminal dan arus medan ketika generator dibebani. Bila generator dibebani
maka akan mengalir arus beban. 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. Tegangan
terminal Vt akan lebih kecil dari pada GGL E yang dibangkitkan, sebesar Ia.Ra,
dimana Ra adalah resistansi rangkaian jangkar.
1.2 Tujuan Praktikum
Dalam percobaan ini, diharapkan praktikan dapat :
1.2.1 Mengoperasikan generator DC shunt
1.2.2 Menjelaskan prinsip kerja generator DC shunt
1.2.3 Menjelaskan pengamatan tentang karakteristik generator arus searah secara umum
dan generator DC shunt secara khusus
1.2.4 Menggambar sifat beban nol dan sifat berbeban
1.2.5 Menyimpulkan gambaran umum generator dari sifat-sifat beban nol dan
berbebannya.
-
2
BAB II
DASAR TEORI
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
2.1 Konstruksi Generator DC
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. Generator DC terdiri dua
bagian, yaitu stator (bagian mesin DC yang diam) dan bagian rotor (bagian mesin DC yang
berputar). Bagian stator terdiri dari rangka motor, belitan stator, sikat arang, bearing dan
terminal box. 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 periodik / 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.
-
3
2.2 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.
Proses pembangkitan tegangan tegangan induksi tersebut dapat dilihat pada Gambar 2 dan
Gambar 3.
Gambar 2.1
Pembangkitan Tegangan Induksi.
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 seperti Gambar 2 (a) dan (c). Pada posisi
ini terjadi perpotongan medan magnet secara maksimum oleh penghantar. Sedangkan posisi
jangkar pada Gambar 2.(b), akan menghasilkan tegangan induksi nol. Hal ini karena tidak
adanya perpotongan medan magnet dengan penghantar pada jangkar atau rotor.
-
4
Gambar 2.2
Tegangan Rotor yang dihasilkan melalui cincin-seret dan komutator.
Jika ujung belitan rotor dihubungkan dengan slip-ring berupa dua cincin (disebut juga
dengan cincin seret), seperti ditunjukkan Gambar 2.2 (1), maka dihasilkan listrik AC (arus
bolak-balik) berbentuk sinusoidal. Bila ujung belitan rotor dihubungkan dengan komutator satu
cincin Gambar 2.2 (2) dengan dua belahan, maka dihasilkan listrik DC dengan dua gelombang
positif.
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 dengan
banyaknya putaran dan besarnya arus eksitasi (arus penguat medan).
Dengan lain perkataan, apabila suatu konduktor memotong garis-garis fluksi
magnetik yang berubah-ubah, maka ggl akan dibangkitkan dalam konduktor itu. Jadi syarat
untuk dapat membangkitkan ggl adalah :
Harus ada konduktor (hantaran kawat)
Harus ada medan magnetic
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
-
5
2.3 Karakateristik Generator
2.3.1 Karakteristik Beban Nol
Pada generator seri, arus jangkar, arus medan dan arus beban adalah sama,
sehingga tidak dapat dibuat karakteristik beban nolnya. Jadi disini, karakteristik beban
nol harus dibuat pada penguatan terpisah (bebas).
2.3.2 Karakteristik Berbeban
Karakteristik inipun tidak dapat dibuat pada generator seri oleh karena arus beban nol
dan arus medan tidak dapat diubah secara terpisah. Jadi karakteristik untuk beban ini
harus dibuat pada penguatan bebas.
2.3.3 Karakteristik Luar
Oleh karena arus beban juga merupakan arus medan maka karakteristik dari generator
seri akan serupa dengan karakteristik beban nol. Gambar berikut menggambarkan
karakteristik beban nol dan karakteristik luar motor seri.
Kurva 2.1
Kurva Karakteristik Beban Nol san Karakteristik Kuar Motor Seri
Sebagai akibat adanya reaksi jangkar, kerugian tahanan dalam jangkar dan lilitan medan
m karakteristik beban ini berada di bawah karakteristik beban nol. Pada daerah jenuh
bertambahnya arus, tidak lagi dapat mengimbangi berkurangnya tegangan akibat reaksi
jangkar dan kerugian tahanan dalam. Oleh karena itu daerah jenuh karakteristik luar itu akan
selalu bertambah menyimpang dari karakteristik beban nol dan akan membelok ke sumber I.
Dengan karakteristik luar secara sederhana didapat tegangan jepitan dan arus beban I pada
tahanan luar RL.
-
6
Untuk tahanan luar yang lebih besar maka VT dan I lebih kecil maka generator praktis
tidak akan membangkitkan tegangan lagi. Tahanan demikian disebut sebagai Tahanan
Luar Kritis. Bagi generator yang tidak mempunyai remenensi magnet, tahanan ini praktis
akan merupakan garis singgung pada karakteristik luar.untuk tahanan luar yang terlalu kecil
akan mengakibatkan arus yang terlalu besar didalam jangkar dan lilitan medan.
2.4 Generator Shunt
Gambar 2.3
Gambar Rangkaian Generator Shunt
Vt = If Rf
Ea = Ia Ra + Vt
< Vsi
Pada generator shunt, untuk mendapatkan penguatan sendiri diperlukan :
2.4.1 Adanya sisa magnetik pada sistem penguat
2.4.2 Hubungan dari rangkaian medan pada jangkar harus sedemikian, hingga arah medan
yang terjadi, memperkuat medan yang sudah ada.
Mesin shunt akan gagal membangkitkan tegangannya apabila:
Sisa magnetik tidak ada
Misal : pada mesin-mesin baru. Sehingga cara memberikan sisa magnetik adalah pada
generator shunt dirubah menjadi generator berpenguatan bebas atau pada generator
dipasang pada sumber arus searah, dan dijalankan sebagai motor shunt dengan polaritas
sikat-sikat dan perputaran nominal.
Hubungan medan terbalik
Karena generator diputar oleh arah yang salah dan dijalanksalahan, sehingga arus
medan tidak memperbesar nilai fluksi. Untuk memperbaikinya dengan hubungan
-
7
perlu diubah dan diberi kembali sisa magnetik, seperti cara untuk
memberikan sisa magnetic
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.
Karakteristik Generator Shunt
a. Karakteristik Beban Nol
Pada gambar dibawah ini, digambarkan karakteristik beban nol dari generator
shunt. Dengan karakteristik ini dapat diperiksa bagaimana gejala timbulnya
tegangan dalam generator shunt
Menurut Hukum Ohm, tahanan rangkaian magnetnya adalah sebagai berikut
:
Untuk Rm yang konstan maka fungsi merupakan garis lurus melalui titik P. Bagi
Rm yang diketahui garis OP merupakan fungsi tersebut. Pada Im = 0, sisa magnet
telah membangkitkan GGL = 0 r. GGL ini menimbulkan arus medan = 0 a yang
menyebabkan GGL naik lagi sampai 0 s. Hal ini terus berlangsung sampai tercapai
titik P pada karakteistik beban nol
b. Karakteristik Berbeban
Karakteristik berbeban pada generator shunt hampir sama besarnya dengan
generator berpenguatan bebas
-
8
c. Karakteristik Luar
Karakteristik yang lebih atas letaknya adalah pada penguatan terpisah. Karakteristik
pada generator shunt lebih cepat membelok kearah bawah oleh karena pada generator
arus terpisah arus medan tetap, sedangkan pada generator shunt arus medan
berukurang dengan berkurangnya VT. Bila tahanan rangkaian luar diperkecil terus
maka pada saat VT berkurang sedemikian hingga Im juga berkurang dan VT akan
mengecil dan akhirnya didapat titik b1. Di titik ini keadaan kritis. Dengan tidak
merubah tahanan luar pun VT akan turun terus karena Im kecil VT turun
Im turun dan seterusnya hingga arus Ia = mengecil sampai suatu harga Ia = 0 a.
Oleh karena Im tetap maka Ia juga.
Harga 0 a disebut sebagai area hubung singkat. Arus ini dibangkitkan oleh magnet
remenensi
d. Karakteristik Pengatur
Karakteristik pengatur dari generator shunt berlangsung seperti pada generator
penguat terpisah hanya karena turunnya tegangan jepitan lebih besar pada beban yang
sama sehingga agar tegangan jepitan tetap, dibutuhkan arus Im yang lebih besar.
Dan karakteristiknya lebih mendaki daripada penguat bebas
e. Karakteristik Hubung Singkat
Oleh karena arus medan bergantung pada besarnya tegangan jepitan maka untuk
karakteristik hubung singkat berarti tegangan jepitan adalah nol sehingga tidak
didapatkan karakteristik hubung singkat pada generator shunt.
-
9
BAB III
ALAT DAN BAHAN
3.1 Alat Dan Bahan
No Nama Alat Fungsi
1 Generator dan Motor Listrik Penghasil energi listrik (generator) maupun mekanik
(motor listrik)
2 Panel Meja AC-DC Sumber daya listrik utama
3 Voltmeter Menghitung besar tegangan
4 Amperemeter Menghitung besar arus
5 Tachometer Menghitung nilai RPM
6 Kabel Pengubung antar peralatan listrik dalam rangkaian
7 Lampu (beban) Sebagai beban dalam perhitungan daya
8 Saklar Pemutus arus
9 Rheostat Mengatur besar kecilnya tahanan
10 Panel Penyearah Menyearahkan tegangan AC sumber listrik menjadi
tegangan DC
-
10
3.2 Gambar Rangkaian
V
L1 L2 L3
PLN
RAGULATOR
V2 U2 W2
V1 U1 W1
K L MA
AA
A1 B2
E1 E2A1 E1
B2 E2
-
11
BAB IV
DATA HASIL PENGAMATAN DAN ANALISA DATA
4.1 Data dan Grafik Hasil Pengamatan
4.1.1 Karakteristik Tanpa Beban
Tabel 4.1
Tabel Karakteristik Tanpa Beban
Grafik 4.1
Grafik Karakteristik Beban Nol Pada N= 3000 RPM
0
50
100
150
200
250
0 0,2 0,4 0,6 0,74
Eg (
Vo
lt)
If (Ampere)
Grafik 3000 Rpm No Load
Eg (Volt)
No N = 3000 RPM N = 2500 RPM
If (A) Eg (V) If (A) Eg (V)
1 0,2 114 0,2 90
2 0,4 168 0,4 144
3 0,6 198 0,6 171
4 0,74 213 0,8 183
5 - - 1 192
-
12
Grafik 4.2
Grafik Karakteristik Beban Nol Pada N= 2500 RPM
Grafik 4.3
Grafik Karakteristik Beban Nol Perbandingan N= 3000 RPM dengan N= 2500 RPM
0
50
100
150
200
250
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Eg (
Vo
lt)
If (Ampere)
Grafik 2500 Rpm No Load
Eg (Volt)
0
50
100
150
200
250
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Eg(V
olt
)
Perbandingan Eg antara 2500 rpm dengan 3000 rpm
Eg 2500 rpm
Eg 3000 rpm
If (Ampere)
-
13
4.1.2 Karakteristik Beban Dalam
Tabel 4.2
Tabel Karakteristik Beban Dalam Pada N= 3000 RPM
Grafik 4.4
Grafik Karakteristik Beban Dalam Pada N= 3000 RPM
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
0 0,2 0,4 0,6 0,8
Ia (
Am
pe
re)
If (Ampere)
Grafik Karakteristik Beban Dalam pada putaran 3000 rpm
Beban 1-3
Beban 1-6
No Beban 3 Lampu Beban 6 Lampu
If (A) IA (A) Eg (V) If (A) IA (A) Eg (V)
1 0,2 0,9 102 0,2 1,35 108
2 0,4 1,2 168 0,4 1,85 171
3 0,6 1,4 201 0,6 2,15 198
4 0,8 1,65 216 0,8 2,4 213
-
14
Tabel 4.3
Tabel Karakteristik Beban Dalam pada N= 2500 RPM
Grafik 4.5
Grafik Karakteristik Beban Dalam Pada N= 2500 RPM
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Ia (
Am
pe
re)
If (Ampere)
Grafik Karakteristik Beban Dalam pada putaran 2500 rpm
Beban 1-3
Beban 1-6
No Beban 3 Lampu Beban 6 Lampu
If (A) IA (A) Eg (V) If (A) IA (A) Eg (V)
1 0,2 0,75 90 0,2 1,25 93
2 0,4 1,1 144 0,4 1,75 144
3 0,6 1,35 168 0,6 2,05 169,5
4 0,8 1,6 180 0,8 2,3 181,5
5 1 1,8 195 0,93 2,4 186,6
-
15
4.1.3 Karakteristik Beban Luar
Tabel 4.4
Tabel Karakteristik Beban Luar
Grafik 4.6
Grafik Drop Tegangan pada N= 3000 RPM
0
50
100
150
200
250
0 0,25 0,5 0,75 1 1,2 1,45
V lo
ad (
Vo
lt)
Ia (Ampere)
Grafik Karakteristik Beban Luar pada putaran 3000 rpm
Tegangan Drop V Load
Eg
No N= 3000 RPM N= 2500 RPM
Beban IL (A) VL (V) Bebam IA (A) Eg (V)
1 0 0 220 0 0 192
2 1 0,25 213 1 0,225 189
3 1-2 0,5 213 1-2 0,45 189
4 1-3 0,75 213 1-3 0,7 188,4
5 1-4 1 210 1-4 0,925 188,4
6 1-5 1,2 210 1-5 1,125 186,6
7 1-6 1,45 210 1-6 1,35 185,4
-
16
Grafik 4.7
Grafik Drop Tegangan pada N= 2500 RPM
4.2 Analisa Data
4.2.1 Karakteristik Beban Nol
Pada karakteristik beban nol dengan putaran generator 3000 rpm, data menunjukkan pada
saat arus bernilai 0,2 A tegangan mencapai kisaran 100 volt dan semakin meningkat dengan
bertambahnya arus. Namun pada saat pengukuran, tegangan maksimum dan arus pada
generator hanya dibatasi sampai 220 Volt atau 1 A, sehingga pada putaran 3000 rpm ini hanya
mampu dicapai pada saat 0,74 A karena pada ampere ini angka sudah cukup mencapai kisaran
220 Volt. Berbeda pada putaran 2500 rpm, tegangan awal yang dicapai kurang dari 100 Volt
saat 0,2A dan sama seperti pada 3000 rpm, seiring meningkatnya arus bertambah pula tegangan
yang dihasilkan. Ini menunjukkan bahwa semakin besar putaran generator maka dihasilkan
arus dan tegangan yang besar pula. Dengan kata lain, berbanding lurus antara putaran
generator, arus dan tegangan yang dihasilkan
Perbandingan. Pada putaran 3000 dan 2500 rpm terdapat perbedaan pada tegangan awal
yang dicapai dan batas maksimum nilai yang dicapai tiap-tiap putaran generator. Pada 3000
rpm terlihat bahwa tegangan awal yang dicapai 114 V, pada 2500 rpm hanya 90 V saat ampere
yang sama yaitu 0,2 A. Namun pada 3000 rpm nilai ampere maksimum hanya mampu dicapai
0
50
100
150
200
250
0 0,225 0,45 0,7 0,925 1,125 1,35
V lo
ad (
Vo
lt)
Ia (Ampere)
Grafik Karakteristik Beban Luar pada putaran 2500 rpm
Tegangan Drop V Load
Eg
-
17
pada 0,74 A karena tegangan hampir mencapai 220 V. Dan pada 2500 rpm arus maksimum
mampu mencapai 1A dengan nilai tegangan yang mencapai 192V. Ini menunjukkan bahwa
semakin besar putaran generator, semakin berkurang batas akhir nilai Arus yang mampu
dicapai.
4.2.2 Karakteristik Beban Dalam
Pada karakteristik beban dalam pada putaran 3000 rpm dengan memakai indikator 3 lampu
dan 6 lampu, arus yang dihasilkan lebih besar pada 6 lampu dibandingkan dengan 3 lampu.
Dan pada arus awal yaitu 0,2 dan 0,4A tegangan pada 6 lampu lebih besar dibandingkan 3
lampu. Namun saat arus dinaikan mencapai 0,6 dan 0,8 A tegangan pada 6 lampu menurun
dibandingkan 3 lampu. Menurut data, pada 6 lampu tegangan menurun saat mencapai Ia sekitar
2A. Sedangkan pada 3 lampu belum mencapai 2 A sehingga tegangan meningkat stabil. Ini
menunjukkan bahwa pada beban lampu yang banyak, batas kemampuan tegangan stabil hanya
mencapai kurang dari 2A dan kemampuan arus medan (If) yang dicapai hanya 0,8A, hal ini
dikarenakan tidak sebanding dengan tingkat intensitas lampu dengan arus yang melebihi,
sehingga nilai tegangan semakin berkurang (drop) daripada beban 3 lampu, terlebih dengan
putaran generator yang diberikan terlalu besar.
Pada putaran 2500 rpm, pada beban 3 lampu arus pada jangkar dan tegangan yang
dihasilkan meningkat stabil seiring kenaikan arus medan (If). Dan pada beban 3 lampu ini, arus
medan mampu mencapai 1A dengan tegangan yang dihasilkan kurang dari 200 V. Pada beban
6 lampu arus yang dihasilkan (Ia) juga meningkat seiring dengan kenaikan arus medan (If)
yang hanya mampu dicapai 0,93 A dengan Ia 2,4 A namun saat Ia mencapai 2,4 A dengan If
0,93 A tegangan mulai turun (lebih kecil) dibandingkan dengan beban 3 lampu karena
kemampuan arus yang tidak sebanding dengan beban sehingga tegangan turun. Dibandingkan
dengan putaran 3000 rpm, ini menandakan pada putaran 2500 rpm tegangan masih stabil
walaupun Ia sudah mencapai arus tertentu sekitar 2A.
-
18
4.2.3 Karakteristik Beban Luar
Untuk karakteristik berbeban luar generator DC shunt VL = f(Ia), berdasarkan hasil
percobaan pada putaran 3000 rpm, setelah generator diberi beban secara bertahap maka arus
beban (IL) semakin besar dan beban (EG) yang dihasilkan oleh generator stabil (220 V), namun
terjadi drop tegangan luar yang kecil saat arus beban luar mencapai 0,25 A. Sehingga nilai
tegangan beban luar generator (VL) menjadi menurun perlahan seiring meningkatnya nilai arus
beban luar setelah 0,25 A. Dan pada putaran 2500 rpm, beban (E) pada generator menunjukkan
192 Volt. Setelah diberi beban secara bertahap terjadi drop pada arus beban 0,225 A, dan
semakin menurun setelah arus beban luar makin bertambah. Ini menunjukkan bahwa, tegangan
beban luar (VL) yang dihasilkan oleh generator berbanding terbalik dengan arus beban luar (IL).
Dan perbandingan antara 2500 rpm dengan 3000 rpm, beban yang dihasilkan generator pada
putaran 3000 rpm cenderung lebih stabil dibandingkan 2500 rpm.
-
19
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan hasil praktikum Generator DC Shunt sebagai regulator yang telah
dilakukan, dapat kami simpulkan :
1. Rangkaian ekuivalen motor DC penguat terpisah memposisikan sumber tegangan
kumparan jangkar dan kumparan medan dalam posisi terpisah.
2. Jenis motor DC penguat terpisah ini sangat memungkinkan dapat membangkitkan fluks
medan bila dibandingkan dengan menggunakan motor DC magnet permanen. Karena
motor DC penguat terpisah mempunyai fleksibilitas dalam pengontrolan.
3. Semakin besar kecepatan (N) maka akan semakin besar Tegangan (V) yang dibutuhkan.
Karena N(rpm) dan V (volt) berbanding lurus.
4. Nilai kecepatan motor DC penguat terpisah bisa diatur sesuai dengan Vt atau If yang
dapat dianggap sebagai variabel dalam hal ini.
5.2 Saran
1. Alat-alat harus berada dalam kondisi prima agar dalam praktikum (terutama saat
pengambilan data) mahasiswa dapat mengambil data hasil praktik dengan lebih akurat.
2. Sebelum melakukan Praktikum selalu pelajari dan baca SOP dan Jobsheet.
3. Lebih teliti ketika membaca nilai pengukuran baik dari Voltmeter maupun
Amperemeter.
4. Perlunya konsentrasi dan kordinasi serta kerja sama antar kelompok agar tujuan dalam
praktik ini tercapai.
5. Alat-alat tersedia lebih banyak/sesuai jumlah kelompok. Agar waktu yang dialokasikan
untuk praktikum menjadi lebih efisien, serta memudahkan mahasiswa untuk melakukan
praktikum.
