mesin listrik arus searah

KATA PENGANTAR

Puji syukur kita panjatkan atas kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas limpahan rahmat dan karunianyalah sehingga kami dapat menyelesaikan penyusunan makalah ini dalam bentuk maupun isinya.

Harapan kami semoga makalah berjudul “PRINSIP KERJA GENERATOR ARUS SEARAH” ini membantu menambah pengetahuan dan pengalaman bagi pembaca, sehingga apabila terdapat hal yang tak sempurna di makalah ini pembaca dapat menyampaikan sarannya kepada kami.

Makalah ini kami akui masih banyak kekurangan karena pengalaman kami yamg masih kurang. Oleh karena itu kami harapkan kepada para pembaca untuk memberikan masukkan yang bersifat membangun untuk kesempurnaan makalah ini.

Kendari, Maret 2017

Penyusun

  

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR……………………………………………………………….............

DAFTAR ISI………………………………………………………….……………..............

BAB I      PENDAHULUAN…………………………………………...……………………

1. Latar Belakang……………………………………………………………….............
2. Rumusan Masalah…………………………………………………………...............
3. Tujuan Penulisan……………………………………………………………..............

BAB II    PEMBAHASAN…………………………………………………………………....

1. Terbentuknya GGL pada Kumparan Berputar……………………...........................
2. Prinsip Penyearahan………………………………………………………….............
3. Bagian-Bagian Terpenting dari Generator Arus Searah…………............................

BAB III   PENUTUP……………………………………………………………………… 

1. Kesimpulan…………………………………………………………………….       
2. Saran……………………………………………………………………………..     

DAFTAR PUSTAKA………………………………………………………………………

BAB I

PENDAHULUAN

1.1    LATAR BELAKANG

Telah dijelaskan dimuka bahwa terbentuknya GGL pada generator berdasar percobaan Faraday, yang mengatakan bahwa kumparan yang digerakkan dalam medan magnit, didalam kawat kumparan tersebut akan terbentuk GGL.

Dalam makalah ini akan dijelaskan bagaimana prinsip kerja generator arus searah.

1.2    RUMUSAN MASALAH

Adapun rumusan masalah dalam makalah ini yaitu :

1. Bagaimanakah terbentuknya GGL pada kumparan berputar ?
2. Bagaimanakah prinsip penyearahan ?
3. Apakah bagian-bagian terpenting dari generator arus searah ?

1.3    TUJUAN

Adapun tujuan dari penulisan makalah ini yaitu ;

1. Untuk mengetahui bagaimana terbentuknya GGL pada kumparan berputar.
2. Untuk mengetahui bagaiman prinsip penyearahan.
3. Untuk mengetahui bagian-bagian terpenting dari generator arus searah.

BAB II

PRINSIP KERJA GENERATOR ARUS SEARAH

2.1  TERBENTUKNYA GGL PADA KUMPARAN BERPUTAR

Telah di jelaskan di muka bahwa teerbentuknya GGL pada generator berdasar pada percobaan faraday, yang mengatakan bahwa kumparan yang digerakkan dalam medan magnit, di dalam kumparan tersebut akan terbentuk GGL.

Gambar II-I, menggambarkan prinsip terbentuknya GGL pada kumparan yang berputar. Kumparan ABCD dalam medan magnit yang sama,sedemikian rupa sehingga sisi AB dan CD terletak tegak lurus pada arah flux magnit.

Gambar II-1.

Kumparan berputar dalam medan magnit

Kumparan ABCD di putar dengan kecepatan sudut yang tetap terhadap sumbu putarnya yang sejajar dengan sisi  AB dan CD. Sesuai dengan hukum Faraday GGL induksi yang terbentuk pada AB dan CD besarnya sesuai dengan perubahan flux magnit yang di potong kumparan ABCD tiap detik yakni:

Dimana:

            e (t)      : GGL induksi sesaat yang terbentuk

                    : perubahan flux magnit yang dipotong – weber

            Dt        : perubahan waktu- dalam satuan detik.

            Bila kumparan berputar dengan kecepatan sudut yang tetap dalam medan magnit serba sama, maka besarnya flux magnit yang dipotong setiap saat adalah :

            Bila persaman II-2 dimasukkan persamaan II-1 maka diperoleh besarnya GGL induksi sesaat.

Dimana:

            e (t)      : GGL induksi sesaat terbentuk                                                          : volt.

            Emax   : GGL induksi maksimum terbentuk                                                  : volt.

             (t)     : flux magnit yang dipotong pada saat tertentu                                  : Weber.

             max : flux magnit maksimum yang akan dipotong                                     : Weber.

                     : kecepatan sudut berputarnya kumparan                                           : rad/detik

            t           : waktu tertentu                                                                                   : detik.

            Sesuai dengan hukum tangan kanan, maka GGL induksi yang terbentuk pada sisi kumparan  di daerah utara dan selatan arahnya tegak lurus flux magnit, GGL induksi yang terbentuk pada masing-masing sisi kumparan adalah nol.

            Dari persamaan II-2 dan II-3 maka penggambaran GGL induksi yang terbentuk pada setiap sisi kumparan akan terlihat seperti pada gambar II-2.

GAMBAR II-2

Bentuk flux magnit dan GGL terbentuk pada sisi kumparan

2.2  PRINSIP PENYEARAHAN

Pada generator arus searah, penyearahan dilakukan ssecara mekanis dengan menggunakan alat yang disebut komulator atau lamel. Komulator pada prinsipnya mempunyai bentuk yang sama dengan cincin seret, hanya cincin tersebut dibelah dua kemudian di satukan kembali dengan menggunakan bahan isolator.

Massing-masing belahan komulator dihubungkan dengan sisi kumparan tempat terbentuknya GGL. Komulator 1 di hubungkan dengan sisi AB dan komulator II dihubungkan dengan sisi CD.

Perhatiakan gambar II-3.

Jadi kalau kumparan ABCD berputar, maka sikat-sikat akan bergesekan dengan komulator-komulator secara bergantian. Peristiwa bergesekan/perpindahan sikat-sikat dari satu komulator ke komulator berikutnya disebut dengan istilah komutasi.

Peristiwa komputasi inilah yang menyebabkan terjadinya penyearahan yang prinsipnya adalah sebagai berikut:

GAMBAR II-3

Prinsip penyearahan

a.       Mula-mula sisi AB berada pada kedudukan 0 dan sisi CD berada pada kedudukan yang berlawanan yaitu 6. Pada saat ini tentu saja pada sisi AB dan CD tidak terbentuk GGL. Pada saat ini bulu sikat-sikat berubungan dengan bagian kedua komulator. Ini berarti sikat-sikat berpotensial nol.

b.      Kumparan berputar terus yang dalam ini sisi AB bergerak didaerah utara ( dari kedudukan 0 menuju 3 ) dan isi CD bergerak di daerah selatan.

GAMBAR II-4

            Sesuai dengan hukum tangan kanan maka GGL yang terbentuk pada sisi AB arahnya menjauhi kita ( ), sedangkan pada sisi CD terbentuk GGL yang arahnya mendekati kita ( ). Kalau dijanjikan bahwa arus listrik di dalam sumber mengalir dari negatif (-) ke positif (+), maka pada saat itu komulator I dan sikat E berpotensial negatif. Sedangkan komulator II dan sikat F berpotensial positif.

c.       Saat berikut sisi kumparan AB sampaai pada kedudukan 6 dan CD pada kedudukan 12, maka pada saat ini sikat-sikat berpotensial nol karena GGL induksi yang terbentuk pada masing-masing sisi kumparan adalah nol, sikat-sikatnya hanya berhubungan dengan isolator.

d.      Kumparan ABCD bergerak terus, sisi AB bergerak didaerah selatan ( dari kedudukan 6 menuju 12 ) sehingga GGL yang terbentuk pada sisi kumparan AB arahnya mendekati kita ( ). Sebaliknya pada sis CD yang bergerak di daerah utara terbentuk GGL yang arahnya menjauhi kita ( ). Pada saat itu komutator I dan sikat F berpotensial positif sedangkan komutator II dan sikat E berpotensial negatif.

Dari keterangan-keterangan diatas yang diambil kesimpulan bahwa walaupun GGL yang terbentuk pada sisi-sisi kumparan merupakan listrik arus bolak-balik, namun potensial sikat-sikat senantiasa tetap. Kedudukan dimana GGL yang terbentuk sama dengan nol merupakan garis tegak lurus medan magnit dan melalui sumbu perputaran  disebut garis netral.

            Untuk prinsip generator arus bolak-balik, pengertiannya lebih sederhana, karena disini tidak terjadi penyearahan.

Perhatikan gambar II-1.

Sisi-sisi kumparan di hubungkan dengan masing-masing cincin seretnya. Jadi setiap cincin seret senantiasa berhubungan dengan sisi kumparan dan sikat yaang sudah tertentu, maka polaritas sikat/cincin seret akan mengikuti arah GGL induksi yang terbentuk. Jika kumparan berputar searah dengan arah putaran jarum jam ( lihat gambar ), sisi kumparan AB berada di daerah utara ( U ), maka GGL induksi yang terbentuk.

            Pada sisi AB arahnya menjauhi kita ( )

            Pada sisi CD arahnya mendekati kita ( ).

Berarti pada saat itu sikat E berpotensial negatif, sikat F berpotensial positif.

Sebaliknya bila sisi AB berada di daerah selatan (S), maka sikat E berpotensial positif, sikat F berpotensial negatif. Ini semua berarti generator menghasilkan arus bolak balik.

Untuk lebih menyederhanakan pengertian perhatikan gambar-gambar berikut:

GAMBAR II-5. Prinsip terjadinya listrik arus bolak-balik

Apabila rotor berputar, GGL yang timbul berbentuk gelombang sinus.

GAMBAR II-6. GGL yang timbul pada gambar II-5

Untuk prinsip terjadinya arus searah perhatikan gambar II-7.

GAMBAR II-7. Prinsip terjadinya listrik arus searah dengan penyearah mekanik KOMUTATOR

GGL yang timbul adalah seperti terlihat pada gambar II-8.

GAMBAR II-8. GGL yang timbul akibat adanya penyearah mekanik GGL yang timbul meskipun sudah searah, tetapi masih berpulsa.

GAMBAR II-9. Belitan dihubungkan paralel

Pada gambar 11—9. Belitan dihubungkan paralel, hal ini tidak akan dapat merubah bentuk ge1ombang dari GGL yang terjadi. Bentuk gelombang dari GGL yang terjadi tetap sama dengan gambar 11—8. Dalam hal ini perbedaannya hahwa belitan yang dihubung paralel kemampuan arusnya lebih besar walau tegangan yang terjadi sama.

Untuk memperhalus pulsa dari GGL yang timbul, komutatornya diperbanyak. Gambar 11—10 adalah mesin sederhana dan generator arus searah yang komutatornya 4, belitan disambung seri.

2.3  BAGIAN-BAGIAN TERPENTING DARI GENERATOR ARUS SEARAH

Pada mesin listrik ada bagian yang diam (stator) dan ada bagian yang berputar (rotor). Untuk generator arus searah yang termasuk stator adalah badan (body), magnit, sikat-sikat. Sedangkan rotornya jangkar & lilitannya.

GAMBAR YA IRAWAN

(1)   Badan Generator

Fungsi utama dari badan generator adalah sebagai bagian dan tempat mengalirnya flux magnit yang dihasilkan kutub-kutub magnit, karena itu badan generator dibuat dari bahan ferromagnetik. Disamping itu badan generator ini berfungsi untuk meletakkan alat-alat tertentu dan melindungi bagan-bagian mesin lainnya. Oleh karena itu badan generator harus dibuat dari bahan yang kuat. Untuk memenuhi kedua persyaratan - pokok di atas, maka umumnya badan generator untuk mesin-mesin kecil dibuat dari besi tuang. Sedangkan generator yang besar umumnya dibuat dari plat-plat campuran baja. Biasanya pada generator terdapat “papan nama” (name plate) yang bertuliskan spesifikasi umum atau data-data teknik dari generator. Dengan adanya papan nama tersebut dapat di ketahui beberapa hal pokok yang perlu diketahui dari generator tersebut. Selain papan nama tersebut pada badan generator juga terdapat “kotak ujung” (terminal box) yang merupakan tempat-tempat ujung-ujung lilitan penguat magnit dan lilitan jangkar.  Ujung-ujung lilitan jangkar ini sebenarnya tidak langsung dari lilitan jangkar tetapi merupakan ujung kawat penghubung lilitan jangkar dengan melalui komutator dan sikat-sikat. Dengan adanya kotak ujung ini maka akan memudahkan dalam pergantian susunan lilitan penguat magnit dan memudahkan pemeriksaan kerusakan yang mungkin terjadi pada lilitan jangkar maupun liitan penguat tanpa membongkar mesin.

Tanda-tanda dan ujung lilitan tersebut setiap pabrik atau negara mempunyai normalisasi huruf tertentu. Huruf-huruf pada terminal menurut sistem VEMET & VDE:

Bagian mesim/lilitan	VEMET	VDE
Lilitan jangkar Lilitan shunt Lilitan deret Lilitan Penguat Asing	B – b F – f S – s E – e	A – B C – D E – F I – K

(2)   Inti kutub magnit dan lilitan penguat magnit

Sebagaimana diketahuI bahwa flux magnit yang terdapat pada generator arus searah dihasilkan oleh kutub-kutub magnit buatan yang dibuat dengan prinsip elektromagnetisme. Lilitan penguat magnit berfungsi untuk mengalirkan arus listrik untuk terjadinya proses elektromagnetisme. Untuk jelasnya perhatikan gambar IL-13.
Adapun aliran flux magnit seperti ditunjukkan pada gambar II-12. Dan kutub Utara melalui celah udara, terus mengalir ke jangkar, ke kutub Selatan (setelah lebih dahulu melalui cetah udara), kemudian kembah ke kutub Utara melewati badan generator.

(3)   Sikat-sikat

Fungsi dart sikat-sikat adalah untuk jembatan bagi aliran arus dan lilitan jangkar dengan beban. Disamping itu sikat-sikat memeg ang peranan pen ting untuk teijadinya komuasj. Agar gesekan antara komutator-komutator dan sikat tidak mengakibatkan ausnya komut ator, maka sikat harus lebih lunak daripada komutator. Biasanya dibuat dan bahan arang (coal).

(4)   Komutator

Sebagaimana diketahui komutator berfungsi sebagai penyearah mekanik, yang bersama-sama dengan sikat-sikat membuat suatu kerjasama yang disebut komutasi. Supaya menghasilkan penyearahan yang lebih baik (lebih rata) maka komutator yang digunakan hendaknya dalam jumlah yang besar. Dalam hal ini setiap belahan (segmen) komutator tidak lagi merupakan bentuk separo dari cincin. tetapi sudah berbentuk lempeng-lempeng. Diantara setiap lempeng (segmen komutator) terdapat bahan isolator.
Komutator terdiri dari:

a.       Komutator bar, merupakan (tempat) terjadinya pergesekan antara komutator dengan sikat-sikat.

b.      Riser, merupakan bagian yang menjadi tempat hubungan komutator dengan ujung dan juluran lilitan jangkar.  Perhatikan Gambar 11— 15.

 
            Telah dijelaskan bahwa disamping sebagai penyearah mekanik maka komutator juga berfungsi untuk mengumpulkan GGL induksi yang terbentuk pada sisi-sisi kumparan. Oleh karena itu komutator dibuat dan bahan konduktor, dalam hal ini digunakan dari campuran tembaga. Isolator yang digunakan yang terletak antara komutator-komutator dan komutator-komutator dengan as (poros) menentukan kelas dan generator berdasarkan kemampuan terhadap suhu yang timbul dalam mesin tersebut. Jadi disamping sebagai isolator terhadap listrik, maka isolator yang digunakan harus mampu terhadap panas tertentu. Berdasarkan jenis isolator yang digunakan, dan kemampuan panas mi dikenal kelas-kelas sebagai berikut :

Kelas A           : katun, sutera alam, sutera buatan, kertas.

Kelas B           : serat asbes, serat gelas.

Kelas C           : mika, gelas, kwarsa, porselin, keramik.

(5)   Jangkar

Jangkar yang umum digunakan dalam generator arus searah adalah yang berbentuk silinder yang di beri alur-alur pada permukaannya untuk tempat melilitkan kumparan-kumparan tempat terbentukn ya GGL induksi. Jangkar dibuat dan bahan ferromagnetik, dengan maksud agar kumparan-kumparan  (lilitan jangkar) terletak dalam daerah yang induksi magnitnya besar, supaya GGL induksi yang terbentuk dapat bertambah besar. Seperti halnya inti kutub magnit, maka jangkar dibuat dari bahan berlapis-lapis tipis untuk mengurangi panas yang terbentuk karena adanya arus liar. Bahan yang digunakan untuk jangkar ini sejenis campuran baja silikon. Pada umumnya alur tidak hanya diisi satu sisi kumparan. tetapi diisi lebih dari satu sisi kumparan yang disusun secara berlapis.

a. Jangkar berahir.

b. Lempeng plat jangkar.

(6)   Lillian jangkar

Di muka telah di jelaskan bahwa lilitan jangkar pada generator arus searah berfungsi sebagai tempat terbentuknya GGL induksi.

Pada prinsipnya kumparan terdiri dari :

a.     Sisi kumparan aktif, yaitu bagian sisi kumparan yang terdapat dalam alur jangkar yang merupakan bagian yang aktif ( terjadi GGL induksi sewaktu generator bekerja ). Setiap sisi kumparan biasanya terdiri dari beberapa buah kawat.

b.     Kepala kumparan, yaitu bagian dari kumparan yang terletak di luar alur yang berfungsi sebagai penghubung satu sisi kumparan aktif dengan sisi kumparan aktif yang lain dari kumparan tersebut.

c.     Jaluran, yaitu bagian ujung kumparan yang menghubungkan sisi aktif dengan komutator.

Perhatikan Gambar II-8

            Sisi kumparan pada prinsipnya berhubungan dengan sebuah komutator pada bagian risernya.

            Bahan yang digunakan sebagai kumparan adalah kawat email yaitu kawat yang berisolasi sejenis zat kimia.

GAMBAR II-8. Komparan jangkar

Sebagaimana telah dijelaskan dalam bab 1-3, maka pada lilitan jangkar akan terbentuk GGL induksi. Hal ini disebabkan lilitan jangkar tersebut nantinya akan berputar dalam medan magnit apabila generator bekerja.

            GGL induksi yang terbentuk pada kumparan-kumparan jangkar dari suatu generator, biasa di sebut dengan GGL jangkar dan dinyatakan dengan simbol E. Perhitungan besarnya GGL jangkar ( E ) akan di uraikan pada bab II-6

            Apabila kita tinjau tegangan output (tegangan jepit), maka akan lebih rendah daripada GGL jangkar (E). Waktu ada arus yang mengalir pada belitan jangkar (Ia) maka tahanan jangkar (Ra) akan mengakibatkan terjadinya kerugian tegangan dalam jangkar sebesar IaRa sehingga tegangan output ( tegangan jepit ) dapat di tulis :

Dimana           

            = adalah tegangan output ( tegangan jepit, tegangan teminal )

            E  = adalah GGL jangkar

             = arus jangkar

            = tahanan jangkar

BAB III

PENUTUP

3.1  KESIMPULAN

Terbentuknya GGL pada generator berdasar percobaan Faraday, yang mengatakan bahwa kumparan yang digerakkan dalam medan magnit, diddalam kawat kumparan tersebut akan terbentuk GGL.

Pada generator arus searah, penyearahan dilakukan secara mekanis dengan menggunakan alat yang disebut komutator atau lamel. Komutator pada prinsipnya mempunyai bentuk yang sama dengan cicncin seret,hanya cincin tersebut dibelah dua kemudian disatukan kembali dengan menggunakan bahan isolator.

Bagian-bagian terpenting dari generator arus searah yaitu badan generator , inti kutub magnit dan lilitan penguat magnit, sikat-sikat, komutator (komutator bar dan riser), dan jangkar.

3.2  SARAN