Generator Dc

GENERATOR DC

Presentasi MLD : Generator DC

Generator DC / Arus Searah :Definisi GeneratorBagian-bagian / Struktur Generator DCPrinsip Kerja Generator DCReaksi Jangkar pada Generator DCJenis-jenis Generator DCEfisiensi Generator DCKerja Paralel Generator DCContoh Soal


1. Definisi GeneratorGenerator ialah suatu mesin yang mengubah tenaga mekanis menjadi tenaga listrik.

Tenaga mekanis disini digunakan untuk memutar kumparan kawat penghantar dalam medan magnet ataupun sebaliknya memutar magnet diantara kumparan kawat penghantar.Tenaga listrik yang dihasilkan oleh generator tersebut adalah arus searah (DC) atau arus bolak-balik (AC), hal ini tergantung dari susunan atau konstruksi dari generator, serta tergantung dari sistem pengambilan arusnya.


2. Bagian-bagian/Struktur Generator DCGambar bagian-bagian Generator DC


2. Bagian-bagian / Struktur ROTOR : bagian Generator DC yang berputar, tersusun atas :PorosIntiKomutatorKumparan/Lilitan

STATOR : bagian Generator DC yang diam, tersusun atas :KerangkaKutub Utama dan BelitanKutub Bantu dan BelitanBantalan dan Sikat

CELAH UDARA : ruangan antara Stator dan Rotor


RANGKASecara umum fungsi dari rangka untuk Generator dc, yaitu :1. Merupakan sarana pendukung mekanis untuk mesin secara keseluruhan2. Membawa flux magnetik yang dihasilkan kutub-kutub mesin>> Untuk mesin kecil rangkanya dari besi tuang>> Mesin besar rangkanya dari baja tuangKUTUBMagnet penguat / magnet medan (kutub) terdiri atas inti kutub & sepatu kutub.- Inti kutub terbuat dari lembaran2 besi tuang / baja tuang- Sepatu kutub dilaminasi & dibaut ke inti kutubKOMUTATOR DAN SIKAT# Komutator terbuat dari batang tembaga yang dikeraskan yang berfungsi untukmengumpulkan arus induksi dari konduktor jangkar dan mengkonversinya menjadi arus dc melalui sikat.# Sikat terbuat dari karbon, grafit, logam grafit yang dilengkapi dengan pegas penenkan dan kotak sikatnya


Komponen

Gambar Stator :


Gambar Rotor :


Gambar Celah Udara :


3. Prinsip Kerja Generator DCTeori 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 pokok terkait dengan GGL Induksi ini, yaitu :Adanya flux magnet yang dihasilkan oleh kutub-kutub magnet.Adanya kawat penghantar yang merupakan tempat terbentuknya EMF.Adanya perubahan flux magnet yang melewati kawat penghantar listrik.


3. Prinsip Kerja


3. Prinsip Kerja Pada gambar Generator DC Sederhana dengan sebuah penghantar kutub tersebut, dengan memutar rotor ( penghantar ) maka pada penghantar akan timbul EMF.Kumparan ABCD terletak dalam medan magnet sedemikian rupa sehingga sisi A-B dan C-D terletak tegak lurus pada arah fluks magnet.Kumparan ABCD diputar dengan kecepatan sudut yang tetap terhadap sumbu putarnya yang sejajar dengan sisi A-B dan C-D. GGL induksi yang terbentuk pada sisi A-B dan sisi C-D besarnya sesuai dengan perubahan fluks magnet yang dipotong kumparan ABCD tiap detik sebesar :Keterangan gambar :


Besarnya tegangan EMF yang dihasilkan adalah : zP E= N , E = KN A

E : Tegangan induksiZ : Jumlah lilitan / kumparanP : Jumlah pasang kutubN : Kecepatan Rotor : Fluks


3. Prinsip Kerja Prinsip Penyearahan dengan Komutator


PRINSIP PENYEARAHAN TEGANGAN LISTRIK Pembangkitan tegangan yang dihasilkan oleh generator dc pada prinsipnya sama seperti generator ac, yaitu tegangan yang dihasilkan berupa tegangan ac. Hanya saja diperlukan satu proses penyearahan di dalam generator dc ini.Prinsip penyearahan yang dilakukan oleh komutator pada generator dc dilakukan secara mekanis.Pada dasarnya dalam prinsip penyarahan ini, terjadi perpindahan arah arus yang terjadi pada kumparan jangkar yang berputar pada medan magnet menyebabkan ggl induksi membentuk gelombang searah.Pada prakteknya, hasil penyearahan ini tidak sepenuhnya linear karena adanya pengaruh induktansi kumparan dan tahanan sikat. Solusi yang bisa dilakukan untuk membuatnya linear yaitu dengan menetralkan ggm yg timbul akibat induktansi tsb., salah satunya dg menambahkan kutub bantu, dimana ggm-nya sama dan berlawanan dg ggm induktansi.


4. Reaksi Jangkar pada Generator DCSikat berada di tengah tegak lurus fluks. Jangkar dalam keadaan diam Maka : E=0 dan Ia=0Kemudian jangkar diputar searah jarum jam maka : E0 , Ia0 , =f(Ia). Arah fluks tegak lurus fluks medan, disebut fluks lintang.Sikat tidak berada tegak lurus fluks magnet, maka pada sikat timbul percikan bunga api karena perpindahan komutasi tegangan 0.Cara mengatasi bergesernya garis netral adalah dipasang kutub bantu yang arah medannya melawan reaksi jangkar.

atau dipasang belitan kompensasi yang akan menimbulkan medan magnet, dan arahnya dibuat sedemikian rupa sehingga melawan reaksi jangkar.


4. Reaksi Jangkar Fluks yang dihasilkan oleh arus DC (If) yang lewat kutub dituliskan sebagai fungsi : = f (If)Hubungan antara arus DC (If) dengan fluks tersebut tidak linear, tetapi membentuk suatu kurvaSehingga jika dengan alat yang sama dan kecepatan putar konstan, maka hubungan antara E dan If juga membentuk seperti kurva = f (If)Hubungan Arus DC dengan Fluks () dan EMF (E)


5. Jenis-jenis Generator DCBerdasarkan penguatan nyang diberikan pada belitan medan , generator DC dibagi menjadi:

A. Generator DC dengan penguat terpisahB. Generator DC dengan penguat sendiria. Generator DC Shuntb. Generator DC Seric. Generator DC Kompon (campuran)i. Generator DC Kompon Panjangii. Generator DC Kompon Pendek


5. Jenis-jenis A. Generator DC dengan penguat terpisahDisebut sebagai Generator DC dengan penguat terpisah, bila arus kemagnetan diperoleh dari sumber tenaga listrik arus searah di luar generator.Generator DC dengan penguat terpisah hanya dipakai dalam keadaan tertentu. Dengan terpisahnya sumber arus kemagnetan dari generator, berarti besar kecilnya arus kemagnetan tidak terpengaruh oleh nilai-nilai arus ataupun tegangan generator.


GENERATOR DC PENGUATAN TERPISAHRangkaian Ekivalen

Ket : Vf = tegangan medanEA = tegangan jangkar Ib = arus bebanIf = arus medan IA = arus jangkarRf = hambatan medanRA = hambatan jangkarLf = lilitan medanVT = teg.terminal/beban


Karakteristik1). Karakteristik kejenuhan tanpa bebanPerumusan secara matematis sbb : E = k N dg k = suatu konstanta - Kutub medan belum jenuh : Arus medan naik flux magnet naik EA naik- Kutub medan sudah jenuh : diperlukan peningkatan arus medan yg lebih tinggi utk menaikkan tegangan EA yg sama dibanding saat belum jenuh

2). Karakteristik kejenuhan berbeban- Pada keadaan berbeban, tegangan akan berkurang akibat efek demagnetisasi dari reaksi jangkar. Pengurangan ini dapat diatasi dengan dengan peningkatan Ampere-lilitan medan yang sesuai.


5. Jenis-jenis B. Generator DC dengan penguat sendiri

Disebut sebagai Generator DC dengan penguat sendiri, bila arus kemagnetan bagi kutub-kutub magnet berasal dari generator DC itu sendiri.Pengaruh nilai-nilai tegangan dan arus generator terhadap arus penguat tergantung cara bagaimana hubungan lilitan penguat magnet dengan lilitan jangkar. Berdasarkan hubungan lilitan penguat magnet dengan lilitan jangkar generator DC penguat sendiri dibedakan menjadi :


B.1 Generator DC ParalelFluks medan diperoleh dari rangkaian medan yang dihubungkan paralel dengan terminal generator

I A= Ifp + IbVT = EA - IA.RAIf = VT Rfp


Karakteristik generator DC paralel

Pembangkitan tegangan arus dc paralel Karakteristik terminal generator dc paralel


B.2 Generator DC SeriFluks medan diperoleh dari rangkaian medan yang dihubungkan seri dengan kumparan jangkar dari generator

VT = EA IA(RA+RFS) IA = IFS = IB


Karakeristik terminal generator dc seri


B.3. Generator Majemuk (Compound)Merupakan rangkaian perpaduan antara generator seri dan paralel (shunt).

Berdasarkan jenis rangkaian:- Majemuk Pendek- Majemuk Panjang Berdasarkan cara kerja:- Majemuk kumulatif/Cumulatively Compounded - Majemuk Differensial/Differentially Compounded


5. Jenis-jenis B.3.a. Generator DC Kompon PanjangGenerator DC kompon panjang adalah generator DC kompon yang lilitan penguat serinya terletak pada rangkaian jangkar. Ia = IsV = E Ia.Ra Is.RsV = E Ia.(Ra+Rs)V = Iz.Z

Ia = If + Iz


5. Jenis-jenis B.3.b. Generator DC Kompon PendekGenerator DC kompon pendek adalah generator DC kompon yang lilitan penguat serinya terletak pada rangkaian beban. V = E Ia.Ra Is.RsV = Iz.Z

Ia = If + IzIs = IzVf = If.Rf


GENERATOR DC KOMPON KUMULATIFRangkaian Ekivalennya ( Ada 2 bentuk ) ;- Kompon Panjang- Kompon Pendek

Ket : pelambangan sama dengan sebelumnya, penambahan huruf s berarti pemasangannya seri sedang p berarti paralel


KarakteristikGenerator kompon pendek Dirumuskan sbb : V = Ea - Ia Ra Is Rs V = IL . RL Ia = IL + If Is = IL Vf = If . RfGenerator kompon panjangDirumuskan sbb : V = Ea IaRa Is Rs Is = Ia V = Ea Ia ( Ra + Rs ) Vf = If Rf Ia = IL + If


Karakterisitik Generator DC MajemukFenomena karakteristik :

1. IA naik IA.(RA + Rfs) naik Vt turun

2. IA naik gaya gerak magnet seri naik Fluks meningkat Vt naik


GENERATOR KOMPON DIFFERENSIALRangkaian Ekivalennya :- Sama dengan Generator kompon kumulatif hanya saja ggm-nya saling mengurangiGenerator kompon differensial juga memiliki bentuk kompon panjang dan pendek. Peningkatan beban arus beban naik (IL) arus jangkar naik (Ia)jatuh tegangan Ia ( Ra + Rs ) naiktegangan terminal (V) turunggm kumparan serinya ( Fs ) naikggm total turunfluks dan Ea turun tegangan terminal (V) turun Adapun perumusannya sbb : F = Fp Fs Fj ( total ggm ) Ket :Fp = ggm hasil kumparan medan parallel = Nf . IfFs = ggm hasil kumparan medan seri = Ns . IaFj = ggm hasil kumparan jangkar

Karakteristik


Karakteristik Generator DC Majemuk


6. Efisiensi Generator DCa. Rugi-rugi Tembaga :Rugi-rugi Jangkar,Pj = Ia . RaWattRugi-rugi Shunt,Psh= Ish . RshWattRugi-rugi Seri,Ps= Is . RsWatt

b. Rugi-rugi Inti :Rugi-rugi HysterisisRugi-rugi Eddy current

c. Rugi-rugi Mekanis :Rugi-rugi gesekan porosRugi-rugi angin akibat putaran jangkarRugi-rugi gesekan akibat gesekan sikat dengan komutator


6. Efisiensi Diagram aliran daya generator DC


6. Efisiensi Rugi besi dan gesekan, Pg = Pm PjRugi tembaga total,Pt = Pj - Pout

Efisiensi mekanis,

Efisiensi listrik,

Efisiensi total,


KERJA PARALEL GENERATOR DCAdapun Beberapa generator DC dapat kita operasikan secara paralel. Hal ini dilakukan dengan tujuan untuk menjaga kontinuitas pasokan daya listrik, dan memasok beban yang cukup besar melebihi kapasitas yang mungkin dipasok oleh satu generator saja. syarat-syarat pengoperasian paralel generator sbb :Terminal-terminal generator harus dihubungkan dengan kutub-kutub yang sama polaritasnya.Tegangan kerja generator sama.

Jika 2 generator / lebih diparalel maka arusnya menjadi ;Ig1 + Ig2 = Itotal


Question 1Hitung EMF yang dibangkitkan oleh 4 kutub, jangkar belitan gelombang yang mempunyai 45 slot dengan 18 penghantar per slot apabila dijalankan pada 1200 rpm. Flux per kutub 0,016 weber


SolutionEa = zN P volt 60 a = 0.016 wb N = 1200 rpmz = 45x18 = 810 P = 4a = 2 belitan gelombangEa = 0.016 x 810 x 1200 . 4 60 2= 518,4 volt


Question 2Sebuah generator dengan penguatan terpisah 150 V, 1800 rpm, diberi penguatan tetap.Tentukanlah tegangan tanpa beban generator tersebut pada kecepatan 1500 rpm


SolutionEa = K n

Vf tetap tetap, maka Ea n, jadi

E2400 = n2400 . E1800 = 2400 . 150 = 200 Vn1800 1800

E1500 = n1500 . E1800 = 1500 . 150 = 125 V n1800 1800


Question 3Sebuah generator kompound panjang 120 Kw, 600 V, Rf = 150 ohm, Ra = 0,03 ohm, Rs = 0,01 ohm dan Id = 54 ATentukan :tahanan divertor (RD) pada beban penuhtegangan yang dibangkitkan generator pada beban penuh


Solution

Ea = VL + IaRa + IsRsIa = If + ILIa = Is + IdIL = P.1000 = 120 x 1000 = 200 A VL 600If = Vf = 600 = 4 ARf 150Ia = If + IL = 4 + 200 = 204 AIDRD = IsRsRD = IsRs IDIs = Ia Id = 204 54 = 150 ARD = 150 x 0.01 = 0.0278 ohm54b.Ea = VL + IaRa + IsRs= 600 + (204 x 0.03) + (150 x 0.01)= 607.62 V


Question 4Sebuah generator DC dengan belitan kompound panjang memberi tegangan 240 V pada keluaran beban penuh 100 A. Tahanan dari belitan-belitan mesin adalah belitan jangkar 0,1 ohm. Belitan medan seri 0,02 ohm. Belitan medan kutub bantu 0,025 ohm. Belitan medan shunt 100 ohm. Rugi besi pada beban penuh 1000 watt. Rugi angin dan gesekan total 500 watt.Hitung efisiensi beban penuh dari mesin!


SolutionKeluaran = Pout = 240 x 100 = 24000 wattTahanan Untai Jangkar Total = Ra = 0.1 + 0.02 + 0.025 = 0.145 ohmIsh = 240 = 2.4 A 100Ia = IL + Ish = 100 + 2.4 = 102.4 ARugi Cu Untai Jangkar = Ia square.Ra = (102.4) square x 0.145 = 1521 wattRugi Cu medan Shunt = Ish.V = 2.4 x 240 = 576 wattRugi Besi = 1000 wattRugi Gesekan = 500 wattRugi Total = 1521 + 1500 + 576 = 3597 watt

= 24000 = 0.871 = 87.1 %2400 + 3597


Question 5Sebuah generator shunt 100 Kw, 250 V, pada jangkar diinduksikan tegangan 285 V,dengan rated load. Tentukan tahanan jangkar dan VR jika arus medan shunt 6 A dan tegangan tanpa beban 264 V


SolutionP = VIIL = P = 100.1000 = 400 A V 250Ia = IL + If = 400 + 6 = 406 A Ea = V + IaRa285 = 250 + 406RaRa = 0.086 ohmVR = VNL VFL = 264 250 x 100 % = 5.6 % VFL 250


Question 6Dua generator shunt A dan B bekerja paralel dan karakteristik2 bebannya boleh diambil garis lurus. Tegangan generator A turun dari 240 V pada beban nol ke 220 V dengan 200 A, sedangkan generator B turun 245 V pada beban nol ke 220 V dengan arus 150 A.Tentukan arus yang disediakan tiap-tiap mesin untuk bebas 300 A dan tentukan pula tegangan bus-bar pada beban ini


Solution Generator AJatuh Tegangan 200 A = 240 220 = 20 VJatuh Tegangan Per Ampere = 20 / 200 = 0.1 V // AGenerator BJatuh Tegangan Per Ampere = 245 220 = 1/6 V // A 150V = 240 I1 dan V = 245 I2 10 6240 I1 = 245 I2 10 65I2 3I1 = 150 .. (i)I2 + I1 = 300 .. (ii)


... SolutionI1 = 300 I25I2 3 (300 I2) = 150I2 = 1050 = 131 A 8I1 = 300 131 = 169 AV = 240 169 = 223.1 V10I1 = 169 A ; I2 = 131 A ; V = 223.1 V


Generator Dc

Documents

Transcript of Generator Dc