Teknology and Sains: MAKALAH IMPLEMENTASI GENERATOR “ GENERATOR DC ”

MAKALAH IMPLEMENTASI GENERATOR “ GENERATOR DC ”

Diposting oleh Unknown Senin, 30 April 2012

“ 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.

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.

https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEg75itNzUgnTjMir_P9QBjItS0xX6r-pZQNOMVdBCkRqexvcf36Fastnj1L2oXPPc92O36464DnBrq49r8SjQ3a4SA1WukTkjxcs6YjAM4pPM2TxFIaowsDKSIOwcxBbhBJy6rHf3R-4ak/s320/Prinsip+generator+DC.PNG

Prinsip generator DC

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).

https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEivPmquvvxN5quEei5jDEsIHxf8ZbcsAFioh044uyZ71fg_tmUi5A1PvJVR6IFqWUX-4alxZTXy-n7TdQMmluOssQtgiPu58Xaf9GV8BfMK0i5Ev6klzBaBGfEUy7mddOS5fFa2xIvsGxI/s320/Gelombang+listrik+generator+DC.PNG

Gelombang Listrik Generator DC

Prinsip generator berkaitan dengan percobaan Faraday :

http://www.physics.sjsu.edu/becker/physics51/30_01_Magnet_and_coil.JPG

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 :

http://belajarfisika91.files.wordpress.com/2009/11/pers-ggl-induksi1.jpg?w=296&h=145

· Kaidah tangan kanan :

https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEjaBjln_w193UAZum4NgHCP-xE1QnoBIswLW500B5vjSEDQe6lWHrO8M6_NkW-Pk5DRFe5AfAvYNUVuK1yPTXmzXAPDxKIvILh2Bn55BNnQrEL-iwExoNMCFw2D757u1ZcRvuzNT-doHAg/s400/kaedah+tangan+kanan+fleming.PNG

· 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 :

http://unilanet.unila.ac.id/~plgsekip/tle/index_files/image029.gif

· Berikut adalah grafik putaran 360^ogenerator DC :

http://www.physics.sjsu.edu/becker/physics51/30_08_DC_generator.JPG

· Komutator : cincin berbahan konduktor yang dibelah oleh isolator menjadi dua bagian.

· Komutator berfungsi mengumpulkan arus menggantikan dua cincin geser pada generator AC.

https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEjtjLJLV7KsjxIuyQKSCtfI4vrs908Yjo6Ze3eAFBxKhDxXTCM3cforQW60S4lqPgXf2O-QF-BO0234VF9J1XUNi_nlthtrGh_yhnj_6S_wzp37Ud8P-ULWx1_2bg3dWSe7G200t3HTZQo/s320/Komutasi.bmp

· 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

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.

https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEh0NrL0tJtJt75402C6VjvF0rqvNsmmhs3Qi3Do2U4oTSXaDalQN_sm3tsnKa2XLy0HKPKn1h8pxpKSRlvNctkzTCJFLiI04zY0ZZr7rH9yqNgoPeb7WSmWwIaz3SQtTT7kG8YWsOWuDhU/s320/gb+1.+Konstruksi+generator+DC.jpg

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

https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEgcdt6Aix7LaOHQO4P0T9PpHiT8AYSPLdnUBUk23PWVVLGMQWxy9DZ8t3lO8YVnWcEmVPzck-zztLKCB8k-xR5oSCTsFIGtc35NY_HFcZ65R0gXHAwsS6t7Uqbo1jgNnY5IDPOHfP9_Z08/s320/Sistem+Pengisian+generator+DC.PNG

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.