Materi : GENERATOR Alokasi: 6 x 3Js

oleh:HARI PUTRANTO

HANDOUT MESIN-2 LISTRIK

Tujuan Pembelajaran:

1. Memahami konsep dasar konstruksi, prinsip kerja dan bgm generator beroperasi.

2. Mengenal berbagai jenis generator DC maupun AC

3. Menganalisa generator yg sedang beroperasi berkaitan: rugi dan efisiensi, kapasitas daya dan berbagai hubungan belitan jangkar.

Glosarium / definisi / istilah :

. Sebuah mesin yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik

. DC: arus searah, AC: arus bolak-balik

. Shunt: paralel, seri, kompon:campuran

. Jangkar: tempat meletakkan belitan

. Kutub magnet,cincin geser, komutator, lamel, borstel/sikat

. GGL, Tegangan jepit

Macam macam GENERATOR:a. Generator Arus Bolak-balik - Kutub Luar - Kutub dalam . Fasa : 1 , 2 , 3b. Generator Arus Searah - Penguat Terpisah - Penguat Sendiri: . Generator Shunt . Generator Seri . Gen. Kompon Pendek . Gen. Kompon Panjang

U

SGaris gaya magnet

Gaya gerak listrik

Gerak

RL

+

Konstruksi dasar GENERATOR dan Konsep Pembangkitan GGL

Azas tangan kanan:. Jika sebatang penghantar digerakkan

dalam lingkungan medan magnet, maka pada penghantar tadi dibangkitkan GGL

. Jika tangan kanan kita rentangkan sedemikian rupa, shg garis2 gaya magnet menuju telapak tangan; ibu jari menunjukkan arah gerakan penghantar; maka arah GGL yang dibangkitkan pd penghantar ditunjukkan oleh jari2 yang lain.

. Besarnya GGL yang dibangkitkan pada penghantar dipengaruhi oleh:

1. jumlah pasang kutub (p)

2. kecepatan gerak (n)

3. jumlah kawat yang terhub seri (Z)

4. jumlah garis gaya magnet (fluxi)

5. faktor belitan (DC:a ; AC: fp, fb, fw)

. Untuk menggerakkan penghantar pd medan magnet, maka pada generator AC dibedakan 2 macam konstruksi:

1. Kutub luar : kutub diam, penghantar

berputar ( n tinggi,

GGL rendah)

2. Kutub dalam: kutub berputar, peng-

hantar diam (n rendah,

GGL tinggi)

. Generator DC selalu berkutub luar utk

proses penyearahan lwt komutator

U

SRL

+

U

SRL

+

U

SRL

++

- a

b

b

a

+

-ab

Generator Arus Searah/ DC: konstruksi dan proses penyearahan.

1 2 3

1. Pada posisi gb1 sisi kumparan berada pada medan magnet yang paling kuat. Dgn analisa tangan kanan, maka sisi kumparan a mengalir GGL meninggalkan kita dan sisi kumparan b menuju kita. Arus listrik mengalir lwt lamel bawah menuju beban RL (dari atas ke bawah)

2. Posisi gb2 sisi kump a dan b tdk terpotong grs gaya magnet, GGL tdk terbangkit. Tdk ada aliran arus di RL

Emaks

E

20

t

3. Pada posisi gb3, adalah sama dgn gb1, meski sisi kump a dan b berbalik posisi, arah arus di RL tetap ke atas.

Gbr: GGL pada RL dalam

1 putaran poros

Rumus Pembangkitan GGL :

GGL yang dibangkitkan untuk satu lilitan

GGL rata-rata

810 .dt

de

Volt.Pn

.n/

.Pe ratarata

10

8

1060

1060

Volt10..Z.60

n.

a

pE 8

• Dalam kumparan jangkar terdapat Z konduktor yang Terbagi dalam (P/a) cabang paralel, GGL rata-rata menjadi

Contoh:Suatu generator DC mempunyai 8 buah kutub, belitan gelung , putaran 200 rpm, fluksi per kutub 0,05 weber, jumlah penghantar jangkar 960 batang , Hitunglah GGL E yang dibangkitkan jangkar.

Penyelesaian:Data: P = 4; n = 200 rpm; Z = 960 batang kawat; Φ/ktb = 0,05

Wb; belitan gelung (a = p)

Volt

VoltZn

a

pE

160

05,0.960.60

200

4

4

10...60. 8

LILITAN JANGKAR

Rumus lilitan jangkar:

Yg < atau = G/2p

Y1 = 2U.Yg + 1 atau 2U.Yg-1

Yc = 1 ( gelung)

Yc = (U.G + atau – m) : p(gelombang)

Y2 = 2Yc – Y1

Dimana: Yg=kisar alur, Y1=kisar maju

Yc=kisar lamel, Y2=ksr mundur

Lilitan gelung dan gelombang

Y2 Y1 Ys

Yc

Y1 Y2 Ys

Yc

Letak lilitan di jangkar:

15 16

12

34

6 5

8 7

10 9

12 11

13 14

15

16

12

34

5 6

7 8

12

34

6 5

8 7

10 9

12 11

13 14

3 4

56

7 8

1 2

Contoh rencana lilitan jangkar:

Jangkar generator DC 2kutub (2p= 2) memp.8 alur (G=8), yang tiap alurnya diisi 2 sisi kumparan (2U=2).

Rencana lilitan gelung:

Yg = atau < 8 : 2 = 4 atau <

Kita ambil Yg = 3

Y1 = 2.3 + atau – 1= 7 atau 5

Kita ambil Y1 = 7

Yc = 1

Y2 = 2.1 – 7 = -5

Daftar lilit:

Lamel Sisi Kumparan Lamel

1 1 - 8 2

2 3 - 10 3

3 5 - 12 4

………………………….

dst

Bentangan lilitan gelung

7 8 1 2 3 4 5 6

15 1 3 5 7 9 11 1316 2 4 6 8 10 12 14

7 8 1 2 3 4 5 6 Nomor alur

Nomor sisi kumparam

Nomor sisi kumparan

Nomor lamel

U S

1 5

2 3 4

8 7 6

+ -

Gbr. Bagan Arus ( menunjukkan 2a = 2)

Gbr. Letak lilitan dalam jangkar

12

34

6 5

8 7

10 9

12 11

13 14

15 16

1

2

3 4

5

6

78

S

U

Rencana lilitan Gelombang:

Yg = 2 ; Y1 = 3

Yc = (1 . 4 + 1 atau -1) : 2

= 2,5 atau 1,5

Krn bkn bil bulat, kita ambil m = 2

Shg Yc = 3 atau 1

Kita ambil Yc = 3

Y2 = 2. 3 – 3 = 3

(Y2 bukan lagi mundur, tapi maju)

Daftar Lilit:

Lamel Sisi Kumparan Lamel

1 1 - 4 4

4 7 - 10 7

7 13 - 16 2

2 3 - 6 5

5 9 - 12 8

8 15 - 2 3

3 5 - 8 6

6 11 - 14 1

1 1 - 4 4

EVALUASI :

Untuk memperdalam pengertian saudara, buatlah : a) bentangan lilitan b) bagan arus, c) letak lilitan dalam jangkar, untuk contoh lilitan gelombang yang daftar lilitnya sudah

kita buat di atas.

Macam-macam generator arus searah / DC

Generator penguatan terpisah

Generator berpenguatan sendiri

Generator shunt (Paralel/Jajar)

Generator Deret (seri)

Generator kompon. (seri-paralel)– Generator kompon pendek.– Generator kompon panjang.

Generator penguat terpisah

Belitan penguat magnet dialiri arus listrik dari baterai yang terpisah

(dari luar generator)

Persamaan Tegangan dan daya

padaGenerator penguat terpisahE = VL + Ia .Ra + 2 Esi (Volt)

Ef = If .Rf (Volt)

Ia = IL (Amper)

VL = IL .RL atau VL = Ia .RL (Volt)

P = VL .IL (Watt)

(Watt)L

2L

L2

L R

VPatauR.IP

IL

RL

+

-

IL

RL

If

GVf VL

-

Ia+

Generator Shunt

Kumparan medan dihubung paralel dengan kumparan jangkar

Rumus2 yang berlaku pd Generator Shunt:. Ia = IL – Ish. VL = GGL – Ia.Ra. = Ish . Rsh. Pout = VL . IL. Pin = GGL . Ia

IL

RLG VL

Is

Ia

IL

RL

+

-

Generator seriKumparan medan dihubung seri dengan kumparan jangkar

Rumus2 generator seri

. Ia = Is = IL (amper)

. VL = GGL – Ia.Ra – Is. Rs (volt)

. Pout = VL . IL (watt)

. Pin = GGL . Ia (watt)

. Eff = (Pout) : ( Pin + Rugi2)

RL

Is

IL

GVL

Ia

Vf

If

IL

RL

+

-AC

Generator kompon pendek

Rumus2 generator kompon pendek :

. Ia = If + IL

. If = (GGL – Ia.Ra) : Rf

= (VL + Is.Rs) : Rf

. IL = Is

. VL = GGL – Ia.Ra – Is.Rs

. Pout = VL . IL

. Pin = GGL . Ia

.

Is

IL

RLG

VL

Ia

Vf

If

A

C

B

IL

RL

+

-B AC

Generator kompon panjang

Rumus2 yg berlaku pada Generator kompon panjang

. Ia = Is

. Ia = If + IL

. If = VL : Rf

IL = Pout : VL

. VL = GGL – Ia.Ra – Is.Rs

. VL = If . Rf

. Pout = Vl . IL

RUGI DAN EFISIENSI

- Rugi2 pada generator:

1. Rugi tembaga ( Wcu )

2. Rugi besi ( Wh+e)

3. Rugi gesek : poros dan sikat

- Eff mek = (Pin – Wgesek) : Pin

- Eff list = (Pout) : (Pout +Wcu + Wh+e)

- Eff tot = Pout : Pin

Diagram rugi dan effisiensiD

aya

ma

suk

Pin=

I.V

T

Day

a Ja

ngka

rP

a=I.E

1

Day

a ya

ng D

iam

bil J

angk

arRugi gesek bantalan dan sikat

Rugi-rugi angin, hysterisis, arus pusar

Rugi-rugi tembaga jangkar dan sikat

Rugi-rugi tembaga medan dan pengatur

Day

a ke

luar

da

ri Ja

ngka

r

Daya keluar dari terminal

Rugi-rugi gesek dan besi

Rugi-rugi tembaga

Mengatur Tegangan Generator

Karakteristik Beban Nol: E = f(If)

If1 If2 If3 If4 If5 If6

E5

E4

E3

E2

E1

Eo

Enomial

Garis tahanan

Arus Medan

GGL

Rangkaian Pengatur tegangan:

G

+ -

If

Ia

VT

Beban

Gbr. Mengatur tegangan Generator penguat terpisah

G

If

Ia

VT

Beban

Gbr. Mengatur Tegangan Generator Shunt

G

Ia

Beban

Gbr. Mengatur tegangan generator seri

G

If

Ia

VT

Beban

Gbr. Mengatur tegangan Generator kompon

Memparalel generator

G

If

A

G

If

A

V

0102

03

030201

Contoh-contoh Soal:

1.Sebuah generator shunt melayani beban listrik 5,5KW melalui sebuah hantaran 0,042 Ohm. Tegangan beban 110 Volt. Tahanan jangkar 0,1 Ohm dan tahanan medan 40 Ohm

Hitunglah : tegangan jepit dan GGL.

Penyelesaian:

IL = PL : VL = 5,5 KW : 110 V = 50A

. Tegangan Jepit = VL + IL.Rsal

= 110 + 50. 0,042

= 112,1 Volt

. GGL = Teg Jepit + Ia.Ra

= 112,1 + (IL + If) . Ra

= 112,1 + ( 50 + (112,1:40)).0,1

= 112,1 + 5,28

= 117,38 Volt.

2.Generator kompon dengan shunt pendek melayani beban 100A/200V.

Tahanan jangkar 0,02 ohm, tahanan seri 0,04 Ohm dan shunt= 51 ohm.

Hitunglah: arus jangkar dan GGL

Penyelesaian:

. IL = Is

If = (VL + Is.Rs) : Rf

= (200 + 100.0,04) : 51

= 4A

. Ia = IL + If = 100 + 4 = 104 A

. GGL = VL + Is.Rs + Ia.Ra

= 200 + 100.0,04 + 104.0,02

= 206,08 Volt.

3.Generator kompon panjang melayani beban 100KW pada tegangan 250V.

Tahanan jangkar 0,05 ohm, medan seri 0,03 ohm dan medan shunt 55 ohm. Hitunglah : GGL dan Arus jangkarnya.

Penyelesaian:

. IL = PL : VL = 100KW : 250 V

= 400 A

If = VL : Rf = 250 : 55 = 4,55 A

Ia = Is = IL + If = 400 + 4,55 = 404,55A

. GGL = VL + Is.Rs + Ia. Ra

= 250 + 404,55.(0,03 + 0,05)

= 282,364 Volt

Generator Arus Bolak Balik

Macam-macamnya:

1.Generator 1 fasa: mempunyai 1buah kumprn dengan ujung2 kumprn u-x.

2. Generator 2 fasa: mempunyai 2 buah kumparan dengan ujung2 u-x & v-y. Jarak masing2 kumprn 90 dL

3. Gen 3 fasa: mempny 3buah kumparn

dgn ujung2 u-x, v-y dan w-z (120 dL)

Konstruksi Gen abb 1 fasa

U

SGaris gaya magnet

Gaya gerak listrik

Gerak

RL

+

Bentuk kumparan:

1. Memusat/konsentris/spiral winding

2. Jerat/buhul/lap winding

3. Gelombang