Modul 2 Mesin Arus Searah Dan Transform at Or

MODUL 2

GENERATOR ARUS SEARAH

2.1 Umum

Telah di bahas pada bab pendahuluan bahwa mesin listrik dapat berupa generator

dan motor, sehingga mesin arus searah juga terbagi atas:

1. Generator arus searah.

2. Motor arus searah.

Generator arus searah berfungsi mengubah energi mekanis dari penggerak mulanya

menjadi energi listrik yang diberikan kebeban, sedang motor arus searah berfungsi

mengubah energi listrik yang diterima menjadi energi mekanis berupa kecepatan putar

motor poros yang nantinya dipergunakan untuk memutar peralatan – peralatan produksi di

pabrik maupun industri.

Satu perangkat mesin aus searah dapat berfungsi sebagai generator, dan pada saat

yang lain dapat berfungsi sebagai motor, sehingga konstruksinya sama, dalam hal ini maka

konstruksi yang akan di bahas adalah konstruksi mesin arus searah.

2.2 Konstruksi Mesin Arus Searah.

Konstruksi dari mesin arus searah terbagi atas :

1. Stator adalah bagian mesin arus searah yang diam.

2. Rotor atau angker atau jangkar atau armature adalah bagian dari mesin yang

berputar.

3. Celah udara adalah ruangan yang ada antara stator dan jangkar.

Gambar konstruksi dari mesin ini secara umum dapat di lihat pada gambar 2.1

a. Stator dan rotor mesin arus searah

Modul 2 Mesin Arus Searah Dan Transformator

Ir. Badaruddin, MT

b. Penampang mesin arus searah

Gambar 2.1 Konstruksi mesin arus searah

Dari gambar tersebut maka terdiri dari:

i. Gandar (rumah) lihar gambar 2.2 , di buat dari besi tuang.

ii. Kutub (lihat gambar 2.3), terdiri dari :

a. Inti dari besi lunak atau baja silicon.

b. Sepatu kutub materialnya sama dengan inti.

c. Lilitan dari tembaga.

Gambar 2.2 Gandar ( rumah stator mesin arus searah

Rotor atau armature ( jangkar = angker) terdiri atas :

a. inti ( liahat gambar 2.4), materialnya sama dengan inti kutub.

b. Belitan (penghantar), dari tembaga.

c. Komutator ( lihat gambar 2.5 ), dari tembaga.

d. Sikat ( lihat gambar 2.6 ), dari karbon.

Belitan jangkar jenisnya ada dua macam :

1. Belitan gelung (Lap)

Terdiri dari kumparan penghantar, dengan satu kumparan penghantar dapat terdiri

dari satu atau lebih lilitan yang membentuk trapezium. Dua ujung kumparannya

dihubungkan ke segmen komutator yang berdeketan atau berjarak satu segmen, dua

segmen dan seterusnya, sehingga memberikan hubungan multiplex yakni simplex,


Ir. Badaruddin, MT

duplex, triplex dan seterusnya. Multiplex tersebut dapat menentukan garis edar

parallel jalannya arus (a = banyaknya kutub x plex ).

2. Belitan gelombang (wave).

Sama halnya dengan belitan gelung akan tetapi kedua ujung kumparan dihubungkan

ke segmen komutator yang berjarak listrik. Hubungkan ke komutator ini juga

memberikan multiplex dan menetukan garis edar parallel jalannya arus (a = dua kali

plex).

Gambar 2.3 Kutub mesin arus searah

Gambar 2.4 inti jangkar mesin arus searah


Ir. Badaruddin, MT

Gambar 2.6 Sikat mesin arus searah

Contoh untuk belitan gelung yang di sambung dengan komutator serta garis edar

parallel jalannya arus lihar gambar, demikian pula untuk belitan gelombang lihat gambar.

Jenis belitan jangkar ini, ada juga jenis yang lain yakni jenis kaki katak (frogleg) yakni

gabungan antara jenis gelung dan jenis gelombang.

Gambar 2.7a Satu lilitan gelung (lap) dengan ujungnya disambung ke segmen komutator.

Gambar 2.7b. Diagram lilitan gelung untuk mesin arus searah 4 kutub, 16 alur jangkar, 32

sisi penghantar.


Ir. Badaruddin, MT

Gambar 2.7c. Empat garis edar parallel dari sisi penghantar yang diseri pada mesin arus

searah gambar 2.7b.

Gambar 2.8a. Satu lilitan gelombang (wave) dengan ujungnya di sambung ke segmen

komutator.

Gambar 2.8b. Diagram lilitan gelombang untuk mesin arus searah 4 kutub, 21 alur jangkar,

42 sisi penghantar.

Gambar 2.8.c. Dua garis edar parallel dari sisi penghantar yang di seri pada mesin gambar

2.8b.


Ir. Badaruddin, MT

2.2 Prinsip Kerja Dari Generator Arus Searah

Berdasarkan hokum imbas dari FARADAY yakni apabila lilitan penghantar atau

konduktor diputar memotong garis – garis gaya medan magnit yang diam, atau lilitan

penghantar diam di potong oleh garis – garis gaya medan magnet yang berputar; maka

pada penghantar tersebut timbul EMF (Elektro Motoris Force) atau GGL ( Gaya Gerak

Listrik) atau tegangan induksi.

Dalam hal ini untuk generator arus searah :

1. Lilitan penghantar di letakkan pada jangkar yang berputar.

2. Garis – garis gaya medan magnit berasal dari kutub yang ada dictator.

3. Gerak atau perputaran dari lilitan pengahantar dalam medan magnit.

EMF yang di bangkitkan pada penghantar jangkar adalah tegangan bolak – balik,

lihat gambar. Tegangan bolak – balik tersebut kemudian diserahkan oleh komutator lihat

gambar. Tegangan searah tersebut oleh sikat di kumpulkan, kemudian di berikan keterminal

generator untuk di transfer ke beban.

Arus yang mengalir pada penghantar jangkar karena beban tersebut, akan

membangkitkan medan yang melawan, atau mengurangi medan utama yang di hasilkan

oleh kutub sehingga tegangan terminal turun, hal ini disebut reaksi jangkar.

a. Posisi sesaat lilitan panghantar berputar

b. Tegangan induksi bolak – balik yang di bangkitkan sebagai fungsi sudut rotasi.

Gambar 2.9. ENF (GGL) atau tegangan induksi bolak – balik yang dibangkitkan oleh satu

lilitan penghantar jangkar.


Ir. Badaruddin, MT

a. Segmen komutator dan sikat.

b. Tegangan induksi bolak – balik yang telah di serahkan oleh komutator.

Gambar 2.10. EMF (GGL) atau tegangan searah yang di bangkitkan oleh satu lilitan

penghantar jangkar.

Dalam menentukan arah arus dan tegangan (GGL atau EMF) yang timbul pada

penghantar setiap detik berlaku hukum tangan kanan fleming lihat gambar berikut:

Gambar 2.11. Hukum tangan kanan fleming.

Keterangan gambar :

1. Jempol menyatakan arah gerak (F) atau perputaran penghantar.

2. Jari telunjuk menyatakan arah medan magnit dari kutub utara ke kutub selatan (arah

B = arah kerapatan fluks).

3. Jari tengah menyatakan arah arus dan tegangan.

Ketiga arah tersebut saling tegak lurus, seperti gambar di atas.


Ir. Badaruddin, MT

2.3 Jenis – jenis Generator Arus Searah.

Berdasarkan rangkaian penguatanya maka jenis generator arus searah ini di bagi

atas :

a. Generator arus searah dengan penguatan terpisah atau penguatan bebas, yakni

pengauatan medan berasal dari sumber arus searah luar seperti gambar berikut.

Gambar 2.12 Rangkaian ekivalen generator arus searah berpenguatan bebas.

Dari gambar rangkaian ekivalen generator arus searah berpenguatan bebas di atas,

dapat di tuliskan persamaan yang menyatakan hubungan besaran tegangan, arus, daya dan

resistans sebagai berikut :

2.1

2.2

2.3

Dengan

= Tegangan yang di bangkitkan oleh jangkar dalam volt

= Tegangan terminal dalam volt

= arus jangkar dalam ampere.

= arus beban dalam ampere

= Tegangan sumber arus searah untuk penguatan dalam volt

= Resistans kumparan medan dalam ohm.


Ir. Badaruddin, MT

= Resistans kumparan jangkar dalam ohm.

= Arus medan dalam ampere.

= Resistans pengatur arus masuk kumparan medan dalam ohm.

= Rugi tegangan pada sikat.

2.4

= Daya keluaran jangkar.

Contoh soal

Suatu generator arus searah berpenguatan bebas melayani beban 450 Amper pada

tegangan terminal 230 volt. Resistans jangkar 0.03 Ohm, rugi tegangan pada sikat

seluruhnya 2 volt, hitung tegangan yang di bangkitkan. Jika arus medan untk

membangkitkan fluks di pertahankan sebesar 4 amper, tegangan sumber arus searah untuk

penguatan sebesar 220 volt serta resistans kumparan medan 50 ohm, berapa besarnya

resistans pengatur arus masuk kumparan medan ?

Penyelesaian :

Lihat rangkaian ekivalen generator arus searah berpenguatan bebas, gambar, datanya:

;

;

;

Tegangan yang di bangkitkan oleh jangkar :

Resistans yang di butuhkan untuk mengatur arus medan :


Ir. Badaruddin, MT

220 = 4 (50 + R)

b. Generator arus searah dengan penguatan sendiri.

Penguatan untuk medan magnetnya diambil dari terminal generator itu sendiri.

Karena adanya magnit sisa (residual magnetism) menghasilkan fluks medan pada

permulaannya. Waktu jangkar berputar maka tegangan terminal akan memperkuat medan

magnet dan dari penguatan ini akan menambah tegangan terminal kembali, sampai

akhirnya tercapai tegangan nominal dari generator. Ada tiga macam generator ini :

i. Generator arus searah shunt.

Pada generator ini, kumparan medan parallel dengan kumparan jangkar, lihat gambar

berikut:

Gambar 2.13 Rangkaian ekivalen generator arus searah shunt.

Dari gambar rangkaian ekivalen generator arus searah shunt diatas, dapat di tuliskan

persamaan yang menyatakan hubungan besaran tegangan, arus, daya dan resistans

sebagai berikut:

2.5

2.6

2.7

Dengan

= Tegangan yang di bangkitkan pada kumparan jangkar dalam volt

= Tegangan terminal generator dalam volt.



Ir. Badaruddin, MT

= Arus kumparan jangkar dalam amper.

= Resistans kumparan medan shunt dalam ohm.

= Arus beban dalam amper

= Arus pada kumparana medan shunt dalam amper.

= Rugi tegangan pada sikat

= Daya keluaran dalam watt.

ii. Generator Arus Searah Seri.

Pada generator ini kumparan medan di seri dengan kumparan jangkanya, sehingga

medannya mendapat penguatan jika arus bebannya ada, itu sebabnya generator seri selalu

terkopel dengan bebannya, kalau tidak demikian maka tegangan tidak akan muncul.

Gambar 2.14 rangkaian ekivalen generator arus searah seri.

Dari rangkaian ekivalen tersebut maka persamaan yang menyatakan hubungan

besaran tegangan, arus, daya dan resistans dapat di tuliskan sebagai berikut :

2.9

2.10

Keterangan persamaan 2.9 dan 2.10

= Tegangan yang di bangkit pada kumparan jangkar dalam volt.

= Tegangan terminal generator dalam volt


Ir. Badaruddin, MT

= Arus kumparan jangkar dalam amper.

= Arus beban dalam amper.


= Resistans kumparan medan seri dalam ohm.

= Rugi tegangan pada sikat.

iii. Generator arus searah kompon.

Generator ini mempunyai dua kumparan medan yakni satu di parallel dengan

kumparan jangkar, sedangkan yang lain di seri dengan kumparan jangkar. Generator ini

terbagi atas:

a. Menurut susunan rangkaian kumparan medan.

1. Kompon pendek.

2. Kompon panjang.

b. Menurut arah arus yang mengalir pada kumparan medan :

1. Kompon kumulatif.

Disebut kompon komulatif karena arah arus yang mengalir pada kumparan medan seri

searah dengan arus yang mengalir di kumparan medan shunt, terjadi atas :

Kompon lebih (over compound)

Kompon kurang (under compound)

Kompon rata (flat compound)

2. Kompon diferensial.

Disebut kompon diferensial karena arah arus yang mengalir di medan seri berlawanan

arah dengan arus yang mengalir pada medan shunt.

Gambar 2.15 Rangkaian ekivalen generator arus searah kompon pendek.


Ir. Badaruddin, MT

Untuk generator kompon, arus yang mengalir pada medan seri ada kalau di bebani,

kadang – kadang arus beban ini terlalu besar sehingga medan seri perlu di beri resistans

pembagi (diverter resistance).

Berdasarkan susunan rangkaian kumparan medannya maka generator arus searah

kompon ini akan di bahas satu persatu berikut:

a) Generator Arus Searah Komponen Pendek.

Rangkaian ekivalen generator arus searah kompon pendek ini lihat gambar .

Dari gambar rangkaian ekivalen generator arus searah kompon pendek di sebelah,

dapat di tuliskan persamaan yang menyatakan hubungan besaran tegangan, arus,

daya dan resistans sebagai berikut:

2.11

2.12

2.13

2.14

Dengan

= Tegangan yang di bangkitkan pada kumparan jangkar dalam volt.

= Tegangan terminal generator dalam volt.


= Arus kumparan jangkar dalam ohm.

= Arus beban dalam amper.

= Arus medan shunt dalam amper.

= Resitans kumparan medan seri dalam ohm.

= Resistans kumparan medan shunt dalam ohm.

= Rugi tegangan pada sikat


Ir. Badaruddin, MT

Modul 2 Mesin Arus Searah Dan Transform at Or

Documents

Transcript of Modul 2 Mesin Arus Searah Dan Transform at Or