“
GENERATOR DC”
Nama Kelompok : 1. LUQMAN TRIWIBOWO (19410402)
2. ANGGA RAHMAN (19410762)
Kelas
: 2IB01
Jurusan
: Teknik Elektro
TUGAS
DASAR KONVERSI ENERGI LISTRIK
TEKNIK
ELEKTRO
2012
BAB I
PENDAHULUAN
I.1.
Latar Belakang Masalah
Generator adalah sebuah alat yang meggunakan prinsip percobaannya
faraday yaitu memutar magnet dalam kumparan atau sebaliknya, ketika magnet
digerakkan dalam kumparan maka terjadi perubahan fluks gaya magnet (perubahan
arah penyebaran medan magnet) di dalam kumparan dan menembus tegak lurus
terhadap kumparan sehingga menyebabkan beda potensial antara ujung-ujung
kumparan (yang menimbulkan listrik).
Generator dibedakan menjadi dua, yaitu generator arus searah (DC) dan generator
arus bolak-balik (AC). Baik generator AC dan generator DC
memutar kumparan di dalam medan magnet
tetap. Generator AC sering disebut alternator. Arus listrik yang dihasilkan
berupa arus bolak-balik. Ciri generator AC
menggunakan cincin ganda. Generator arus DC, arus yang dihasilkan berupa
arus searah. Ciri generator DC menggunakan cincin
belah (komutator).
Jadi, generator AC
dapat diubah menjadi generator DC dengan
cara mengganti cincin ganda dengan sebuah komutator.
Sebuah generator AC kumparan berputar di antara kutub- kutub yang tak sejenis dari dua magnet yang saling berhadapan. Kedua kutub magnet akan menimbulkan medan magnet. Kedua ujung kumparan dihubungkan dengan sikat karbon yang terdapat pada setiap cincin. Kumparan merupakan bagian generator yang berputar (bergerak) disebut rotor. Magnet tetap merupakan bagian generator yang tidak bergerak disebut stator. Bagaimanakah generator bekerja? Ketika kumparan sejajar dengan arah medan magnet (membentuk sudut 0 derajat), belum terjadi arus listrik dan tidak terjadi GGL induksi Pada saat kumparan berputar perlahan-lahan, arus dan GGL beranjak naik sampai kumparan membentuk sudut 90 derajat. Saat itu posisi kumparan tegak lurus dengan arah medan magnet. Pada kedudukan ini kuat arus dan GGL induksi menunjukkan nilai maksimum.Selanjutnya, putaran kumparan terus berputar, arus dan GGL makin berkurang. Ketika kumparan mem bentuk sudut 180 derajat kedudukan kumparan sejajar dengan arah medan magnet, maka GGL induksi dan arus induksi menjadi nol.
Sebuah generator AC kumparan berputar di antara kutub- kutub yang tak sejenis dari dua magnet yang saling berhadapan. Kedua kutub magnet akan menimbulkan medan magnet. Kedua ujung kumparan dihubungkan dengan sikat karbon yang terdapat pada setiap cincin. Kumparan merupakan bagian generator yang berputar (bergerak) disebut rotor. Magnet tetap merupakan bagian generator yang tidak bergerak disebut stator. Bagaimanakah generator bekerja? Ketika kumparan sejajar dengan arah medan magnet (membentuk sudut 0 derajat), belum terjadi arus listrik dan tidak terjadi GGL induksi Pada saat kumparan berputar perlahan-lahan, arus dan GGL beranjak naik sampai kumparan membentuk sudut 90 derajat. Saat itu posisi kumparan tegak lurus dengan arah medan magnet. Pada kedudukan ini kuat arus dan GGL induksi menunjukkan nilai maksimum.Selanjutnya, putaran kumparan terus berputar, arus dan GGL makin berkurang. Ketika kumparan mem bentuk sudut 180 derajat kedudukan kumparan sejajar dengan arah medan magnet, maka GGL induksi dan arus induksi menjadi nol.
Putaran
kumparan berikutnya arus dan tegangan mulai naik lagi dengan
arah yang berlawanan. Pada saat membentuk
sudut 270 derajat, terjadi lagi kumparan berarus tegak lurus dengan arah medan
magnet. Pada kedudukan kuat arus dan GGL induksi menunjukkan nilai
maksimum lagi, namun arahnya berbeda.
Putaran kumparan selanjutnya, arus dan tegangan
turun perlahanlahan hingga mencapai nol dan
kumparan kembali ke posisi semula hingga
memb entuk sudut 360 derajat.
Dari penjelasan singkat di atas
penulis menarik satu pokok bahasan yang sepertinya menarik untuk dikupas lebih
dalam yaitu tentang Generator Dc dan didalam makalah ini penulis akan mencoba
menggambarkan dasar-dasar dari system kerja Generator tersebut.
I.2.
Tujuan Dan Manfaat Penulisan
Adapun
tujuan dari penulisan makalah ini adalah untuk mendalami konsep-konsep dasar
system kerja Generator DC dan Implementasinya dalam kehidupan sehari-hari.
Manfaat
penulisan makalah ini bagi penulis adalah mendapatkan ilmu dan pemahaman tentang
konsep dasar system kerja generator DC dan bias menerapkannya pada Pembuatan
Alat PI. Sedangkan bagi para pembaca, diharapkan semoga Makalah ini dapat
menjadi sumbangan dalam memperkaya pengetahuan dan memberikan kesempatan untuk
mempelajarinya lebih lanjut.
I.3.
Batasan Masalah
Untuk
membatasi materi yang akan dibicarakan pada makalah ini, maka penulis perlu
membuat batasan cakupan masalah yang akan dibahas. Hal ini diperbuat supaya isi
dan pembahasan dari makalah ini menjadi lebih terarah dan dapat mencapai hasil
yang diharapkan. Adapun batasan masalah pada penulisan makalah iniadalah :
1.
Jenis generator yang dibahas adalah
generator DC.
2.
Tidak membahas motor arus searah ( AC ).
3.
Memaparkan sitem kerja dari generator DC.
4.
Memaparkan komponen-komponen dalam
generator DC.
5.
Menemukan fakta lapangan tentang
implentasi generator DC dalam kehidupan sehari-hari.
6.
Membuat Blok Diagram dari Generator DC.
BAB
II
2.1 Prinsip kerja
PRINSIP
KERJA GENERATOR LISTRIK (GENERATOR DC)
Sebuah penghantar dibentuk “U”, di ujung penghantar
dipasang komutator, pada komutator menempel sikat. Sikat “A” merupakan
sikat positip dan sikat “B” adalah sikat negatip. Saat penghantar diputar maka
penghantar tersebut akan memotong medan magnet sehingga menghasilkan induksi
elektromagnetik. Besar arus listrik berubah sesuai kuat medan magnet yang
dipotong, dengan pemasangan komutator memungkinkan arah arus yang dihasilkan
tetap konstan karena hubungan sikat dengan penghantar akan berpindah dari sikat
“A” ke sikat “B”, demikian seterusnya.
Dalam
kenyataan jumlah penghantar sangat banyak, namun sikat tetap 2 buah, dengan
banyaknya penghantar maka gelombang listrik yang dihasilkan menjadi lebih
rapat, sehingga arus yang dihasilkan mendekati arus searah (DC).
Prinsip generator berkaitan dengan
percobaan Faraday :
1.
Adanya fluks magnet yang dihasilkan
kutub-kutub magnet.
2. Adanya kawat penghantar listrik yang merupakan tempat terbentuknya
GGL induksi.
3. Adanya gerakan relatif antara fluks magnet dengan kawat
penghantar listrik.
·
Nilai GGl induksi yang dibangkitkan
:
·
Kaidah tangan kanan :
·
Kutub magnet yang digunakan untuk
generator DC didapat dari magnet tetap maupun magnet buatan.
·
Prinsip pembentukan kutub magnet
buatan tidak lepas dari penemuan Oersted.
·
Dia mengatakan bahwa di sekitar
kawat berarus listrik terdapat medan magnet.
·
Kemudian dilengkapi oleh Maxwell bahwa
arus listrik mengalir dalam kawat arahnya menjauhi kita (maju), maka medan
magnet yang terbentuk di sekitar kawat arahnya searah jarum jam, dan
sebaliknya.
·
Susunan kerja generator DC :
·
Berikut adalah grafik putaran 360o generator
DC :
·
Komutator : cincin berbahan
konduktor yang dibelah oleh isolator menjadi dua bagian.
·
Komutator berfungsi mengumpulkan
arus menggantikan dua cincin geser pada generator AC.
·
Berdasarkan sumber arus kemagnetan
bagi kutub magnet buatan, generator DC dapat dibedakan menjadi :
1. Generator penguat terpisah
·
Arus kemagnetan diperoleh dari
sumber listrik searah di luar generator.
·
Besar kecilnya arus kemagnetan tidak
terpengaruh oleh nilai-nilai arus ataupun tegangan generator.
2. Generator penguat sendiri
·
Arus kemagnetan diperoleh dari dalam
generator itu sendiri.
·
Arus kemagnetannya terpengaruh oleh
nilai-nilai arus ataupun tegangan generator.
·
Pengaruh nilai tegangan dan arus
generator terhadap arus penguat ditentukan oleh rangkaian lilitan penguat
magnet dengan lilitan jangkar.
·
Berdasarkan lilitan penguat,
generator ini dibedakan menjadi :
- generator shunt
- generator seri
- generator kompon (campuran
- generator seri
- generator kompon (campuran
2.2 Kontruksi 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.
Gambar 1. 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.
Gambar 1. 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.
Komponen-komponen Penyusun
Generator DC:
a. Piringan tutup
Piringan tutup pada ujung-ujung rumah sebagai
dudukan bantalan-bantalan sebagai tempat berputarnya armatur. Bantalan yang
terpasang pada plat penutup untuk menahan beban torsi dari sabuk penggerak.
Tutup bagian belakang mempunyai lubang pelumasan untuk memasukan oli
pelumas.Sikat arang dipasang pada tutup bagian belakang.
b. Pul kumparan medan / sepetu-sepatu kutub
Pul kumparan medan yang biasa disebut
sepatu-sepatu kutup dikonstruksi dari besituang. Pada bagian dalam dibentuk
cekung untuk menyesuaikan bentuk kontur bulat dari armatur dan mengurangi
haambatan magnetik dari jarak udara. Ujung-ujungnya diperpanjang sebagai
dudukan kumparan medan. Kutup-kutup magnet dipasangkan dengan baut pada rumah
generator.
c. Kumparan medan
Kumparan medan digulung dengan kawat yang
berukuran kecil; dengan tahananr elatif besar. Kumparan medan digulung dengan
bentuk yang sesuai, diisolasi dan dibentuk yang sesuai dengan kontur rumah dan
digulung pada kutup-kutup magnet.
d. Armatur/Anker
Armatur/Anker dinamo dikonstruksi dari
plat-plat yang disusun berlapis-lapis yang disatukan dalam satu poros dan
mempunyai alur-alur sebagai tempat kumparan.Kumparan dapat digulung langsung
pada alur-alur membentuk gulungan/kumparan armatur/anker.
e. Komutator
Komutator terdiri dari segmen-segmen dari
tembaga, dibentuk irisan memanjang searah dengan poros, masing-masing diisolasi
satu dengan yang lainnya dan dengan poros diisolasi oleh mika atau phenolic
resin.Komutator dipres pada poros anker.Kumparan anker dihubungkan ke komutator
untuk membentuk hubungan/rangkaian kontinyu.Komutator berfungsi untuk
menyearahkan arus induksi bolak-balik dalam kumparan anker menjadi arus searah
untuk digunakan ke beban kelistrikan kendaraan.
f.Rumah sikat dan arang sikat
Sikat arang digunakan untuk menghubungkan
hubungan antara armatur/anker dengan rangkaian luar.Sikat arang dapat bergesek
dengan baik dengan komutator dengan bantuan pegas dan rumah sikat.Hubungan
antara sikat-sikat arang dan rangkaian luar adalah dengan kabel tembaga
fleksibel.
g. Kipas pendingin
Kipas pendingin terletak di bagian depan dan
menyatu dengan puli penggerak mengalirkan udara pendingin ke dalam generator.
2.3 CARA KERJA
SISTEM PENGISIAN GENERATOR DC
A. Saat tegangan kurang dari tegangan baterai
Pada saat mesin mati atau tegangan yang
dihasilkan generator DC kurang dari baterai, posisi kontakcutout relay terbuka,
kontak current regulator tertutup dan voltage
regulator tertutup. Bila mulai hidup listrik yang dihasilkan masih
kecil sebab kemangnetan masih kecil, listrik yang dihasilkan generator
dialirkan kefield coil, kontak current regulator,
kontak voltage regulator dank e massa. Kemagnetan field coil semakin kuat.
B. Saat tegangan generator lebih besar dari tegangan baterai (kerja cut out
relay)
Semakin kuatnya magnet pada field coil menyebabkan tegangan
yang dihasilkan generator (A) semakin besar. Besarnya tegangan tersebut
menyebabkan kemagnetan cutout relay yang dihasilkan dari shunt
winding semakin kuat, sehingga mampu menarik kontak cutout relay sehingga
berhubungan.
C. Saat arus berlebihan (kerja
current regulator)
Berhubunganya kontak cutout
relay akan mengalirkan listrik yang dihasilkan generator ke baterai
dan beban. Aliran listrik mengalir melalui lilitan pada current
regulator, semakin besar aliran listrik semakin kuat kemagnetan yang
dihasilkan, sehingga mampu menarik kontak current regulator sehingga
terbuka. Terbukanya kontak current regulator menyebabkan
aliran listrik pada field koil terputus, kemagnetan berkurang
dan listrik yang dihasilkan generator berkurang, arus listrik berkurang. Demikian seterusnya sehingga arus listrik yang
dihasilkan stabil.
D. Saat tegangan berlebihan (kerja voltage regulator)
Bila tegangan yang dihasilkan generator
berlebihan maka arus yang mengalir ke lilitan voltage regulator semakin besar,
kemagnetan semakin kuat, sehingga mampu menarik kontak voltage regulator.
Kontakvoltage regulator terbuka, menyebabkan aliran listrik
pada field coil terputus, kemagnetan berkurang dan listrik
yang dihasilkan generator berkurang, tegangan listrik yang dihasilkan
berkurang. Demikian seterusnya sehingga tegangan listrik yang dihasilkan
stabil.
Sistem pengisian generator DC pada saat ini sudah
jarang digunakan. Beberapa kelemahan sehingga tidak
digunakan antara lain:
·
Ukuran generator lebih besar
dibandingkan altenator untuk daya yang sama
·
Diperlukan pemutus arus ke baterai
saat generator belum bekerja (cut out), pada altenator menggunkan diode
·
Usia sikat lebih pendek sebab sikat
berhubungan dengan komutator yang kontruksinya bergaris-garis, sedangkan pada
altenator menggunakan slip ring.
2.4 Blok Diagram Generator DC
Sistem generator DC menggunakan generator dengan kumparan
medan diam dan kumparan armatur berputar. Medan magnet
dibangkitkan oleh dua kutup/sepatu kumparan medan. Kumparan medan dihubungkan
pararel, shunt, dengan kumparan armatur dan seri dengan regulator
tegangan.Kawat kumparan pada armatur berputar memotong medan magnet.
Pembangkitan tegangan bolak balik pada armatur disearahkan oleh komutator dan
dialirkan kerangkaian luar melewati sikat arang yang menempel selalu pada
komutator.Regulasi tegangan dilakukan dengan mengontrol arus kumparan
medan.Pembatasan arus disesuaikan untuk membatasi arus maksimum yang keluar
dari armatur. Cut-out relay digunakan untuk memutuskan hubungan baterai
dengangenerator sewaktu mesin berputar rendah atau tegangan generator lebih
rendah dari tegangan baterai.
2.5 Fakta penggunaan implementasi generator DC di lapangan
Alternator
Mobil
Alternator mobil merupakan salah satu aplikasi dari
generator dc.Sistem pengisian pada kendaraan mempunyai 3 rangkaian komponen
penting yaitu Aki, Alternator dan Regulator.Alternator sendiri terdiri dari
komponen-komponen seperti gabungan kutub magnet yang dinamakan rotor, yang
didalamnya terdapat kumparan kawat magnet yang dinamakan stator.
Alternator mulai berfungsi untuk menghasilkan
listrik/pembangkit listrik ketika mesin dihidupkan untuk disalurkan ke aki
dengan mengkonversi / mengubah tegangan AC menjadi tegangan DC.Sedangkan
regulator punya fungsi sebagai alat pengatur dan pembatas voltase yang terdiri
dari sebuah rangkaian dioda yang dinamakan rectifier serta dua kipas dalam
(internal Fan) untuk menghasilkan sirkulasi udara.
Model
Alternator
Model alternator untuk setiap jenis mobil itu berbeda-beda,
tapi kebanyakan alternator mempunyai regulator yang berada didalamnya ( IC
built In), namun untuk tipe yang lama mempunyai regulator diluar. Tidak seperti
model yang lama, tipe yang punya IC bulit in ini dapat dengan mudah diperbaiki
dengan membuka tutup bagian atasnya.
Tipe lainnya adalah model pulley alternator yang
diikat/dikencangkan ke bagian sumbu rotor.Alternator dengan tipe ini tidak
mempunyai kipas luar yang menjadi bagian dari pulley-nya namun sudah mempunyai
2 kipas dalam untuk sirkulasi udara pendingin, tidak seperti jenis alternator
lama yang menggunakan kipas luar untuk pendinginan.
Antara Aki dengan
Alternator
Besaran daya yang terdapat alternator beragam, mulai dari
yang paling kecil yang mempunyai daya 35 A hingga yang terbesar yang beredar
dipasaran yaitu 220 A. Karena berfungsi sebagai pembangkit daya listrik ke aki,
apabila ada penambahan perangkat atau aksesoris mobil yang membutuhkan beban
listrik yang besar / banyak, cukup dengan mengganti alternatornya bukan aki.
Karena bila memperbesar daya listrik di aki tapi penyaluran tenaganya lebih
kecil, maka aki akan tetap tekor. Jadi makin besar beban listrik yang dipakai,
makin besar juga daya dari alternator yang harus dipergunakan.
DAFTAR
PUSTAKA
http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/19982/4/Chapter.htmhttp://faculty.petra.ac.id/thiang/download/paper/paperplc.htmlhttp://carakerja-pengertian.blogspot.com/2011/03/cara-kerja-pengertian-generator.htmlhttp://myvstain.blogspot.com/2011/06/penerapan-i/nduksi-elektromagnetik-pada.htmlhttp://www.scribd.com/doc/89718136/Sistem-Pengisian