TEKNIK TENAGA LISTRIK

GENERATOR DC

 

Ini adalah gambaran contoh generator DC,

     Generator digunakan pertama kalinya sebagai alat alat elektronik dalam dunia militer berperan sangatlah besar, mulai dari rangkaian sederhana sampai yang sangat rumit sekali contohnya peluru kendali. Ada dua jenis generator yaitu AC dan DC. Untuk memahami cara kerja generator DC dan mekanisme adalah pembangkit sederhana dari gaya perpindahan elektron atau Eletron Mobile Force (EMF), mekanisme kerja dari kawat atau konduktor yang menggeserkan kawat pada satu arah akan menghasil EMF menuju arah tertentu, dan menggerakkan kawat kearah harizontal tidak akan menimbulkan EMF karena tidak ada garis gaya medan magnet yang terputus.
     Dengan arus yang bergerak menjauhi kita dapat dilambangkan dengan x (cross) dan arus yang bergerak mendekati kita dapat dilambangkan dengan  titik. 

EMF yang dihasilkan tersebut dipengaruhi oleh 3 faktor yaitu:

1.   kuat medan magnet atau yang ekuivalen dengan jumlah garis gaya medan magnet yang  
     terbentuk (B).
2.  Panjang konduktut yang memutus medan magnet (l) 
3.   Kecepatan gerak dari konduktor (v)

bisa dirumuskan sebagai berikut :    e = B x l x v

kesimpulan :
Menambah kuat medan magnet atau menambah panjang dari konduktor atau mempercepat gerak konduktor memotong medan magnet akan dapat meningkatkan EMF yang terbentuk, perumusan ini hanya berlaku jika kawat konduktor bergerak dalam garis lurus.
Tetapi pada mesin yang sebenarnya konduktor tidak bergerak dalam garis lurus melainkan bergerak secara rotasi.

Jika konduktor berputar melingkar jumlah garis magnet yang terputus adalah bervariasi tergantung pada posisi konduktor, bila saat konduktor berada diatas dan dibawah tidak akan terjadi EMF, karena tidak ada garis magnet yang terpotong. Ketika konduktor berputar 360^o secara mekanik akan menghasilkan 360^o EMF secara elektrik, dan dapat dirumuskan :

e = B.l.v.sin θ

Gamabr arus AC menjadi DC

sehingga arus yang di hasilkan secara internal oleh semua generator adalah dalam bentuk gelombang sinus atau arus bolak-balik (AC), dan untuk mendapatkan keluaran arus searah (DC) kita perlu menambahkan komutataor, sehingga EMF yang digunakan hanya satu arah saja.

  

Putaran medan magnet dijelaskan pada gambar di bawah dengan “menghentikan” medan tersebut pada enam posisi. Tiga posisi ditandai dengan interval 60o pada gelombang sinus yang mewakili arus yang mengalir pada tiga fasa A,B, dan C. Jika arus mengalir dalam suatu fasa adalah positif, medan magnet akan menimbulkan kutub utara pada kutub stator yang ditandai dengan A’, B’, dan C’.

Gambar putaran motor induksi dan medan putar.

Pada posisi T1, arus pada fasa C berada pada harga positif maksimumnya. Pada saat yang sama, arus pada fasa A dan B berada pada separuh harga negative maksimumnya. Medan magnet yang dihasilkan terbentuk secara vertical dengan arah ke bawah, dengan kekuatan medan maksimum terjadi sepanjang fasa C, antara kutub C (utara) dengan C’ (selatan). Medan magnet ini dibantu oleh medan-medan yang lebih lemah yang dihasilkan sepanjang fasa A dan B, dengan kutub-kutub A’ dan B’ menjadi kutub-kutub utara dan kutub-kutub A dan B menjadi kutub-kutub selatan.

Pada posisi T2, gelombang sinus arus telah berotasi sebanyak 60 derajat listrik. Pada posisi ini, arus dalam fasa A telah naik hingga harga negative maksimumnya. Arus pada fasa B mempunya arah yang berlawanan dan berada pada separuh harga maksimum positifnya. Begitu pula arus pada fasa C telah turun hingga separuh dari harga maksimum positifnya. Medan magnet yang dihasilkan terbentuk ke kiri arah bawah, dengan kekuatan medan maksimum sepanjang fasa A, antara kutub-kutub A’ (utara) dan A (selatan). Medan magnet ini dibantu oleh medan-medan yang lebih lemah yang timbul sepanjang fasa B dan C, dengan kutub-kutub B dan C menjadi kutub-kutub utara dan kutub-kutub B’ dan C’ menjadi kutub-kutub selatan. Di sini terlihat bahwa medan magnet pada stator motor secara fisik telah berputar sebanyak 60^o.

Pada posisi T3, gelombang sinus arus berputar lagi 60 derajat listrik dari posisi sebelumnya hingga total rotasi pada posisi ini sebesar 120 derajat listrik. Pada posisi ini, arus dalam fasa B telah naik hingga mencapai harga positif maksimumnya. Arus pada fasa A telah turun hingga separuh dari harga negative maksimumnya, sementara arus pada fasa C telah berbalik arah dan berada pada separuh harga negative maksimumnya pula. Medan magnet yang dihasilkan mengarah ke atas kiri, dengan kekuatan medan maksimum sepanjang fasa B, antara kutub B (utara) dan B’ (selatan). Medan magnet ini dibantu oleh medan-medan yang lebih lemah sepanjang fasa A dan C, dengan kutub-kutub A’ dan C’ menjadi kutub-kutub utara dan kutub-kutub A dan C menjadi kutub-kutub selatan. Sehingga terlihat di sini bahwa medan magnet pada stator telah berputar 60^o lagi dengan total putaran sebesar 120^o.

Pada posisi T4, gelombang sinus arus telah berotasi sebanyak 180 derajat listrik dari titik T1 sehingga hubungan antara arus-arus fasa adalah indentik dengan posisi T1 kecuali bahwa polaritasnya telah berbalik. Karena fasa C kembali pada harga maksimum, medan magnet yang dihasilkan sepanjang fasa C kembali berada pada harga maksimum, medan magnet yang dihasilkan sepanjang fasa C akan memiliki kekuatan medan maksimum. Meskipun demikian, dengan arus yang mengalir dalam arah yang berlawanan pada fasa C, medan magnet yang timbul mempunyai arah ke atas antara kutub C’ (utara) dan C (selatan). Terlihat bahwa medan magnet sekarang telah berotasi secara fisik sebanyak 180o dari posisi awalnya.

Pada posisi T5, fasa A berada pada harga positif maksimumnya, yang menghasilkan medan magnet ke arah atas sebelah kanan. Kembali, medan magnet secara fisik telah berputar 60^o dari titik sebelumnya sehingga total rotasi sebanyak 240^o. Pada titik T6, fasa B berada pada harga maksimum negative yang menghasilkan medan magnet ke arah bawah sebelah kanan. Medan magnet pun telah berotasi sebesar 60^o dari titik T5 sehingga total rotas adalah 300^o.

Akhirnya, pada titik T7, arus kembali ke polaritas dan nilai yang sama seperti pada Posisi T1. Karenanya, medan magnet yang dihasilkan pada posisi ini akan identik dengan pada posisi T1. Dari pembahasan ini, terlihat bahwa untuk satu putaran penuh gelombang sinus listrik (360^o), medan magnet yang timbul pada stator sebuah motor juga berotasi satu putaran penuh (360^o). Sehingga, dengan menerapkan tiga-fasa AC kepada tigfa belitan yang terpisah secara simetris sekitar stator, medan putar (rotating magnetic field) juga timbul.

•    SLIP

Jika arus bolak balik dikenakan pada belitan stator dari sebuah motor induksi, sebuah medan putar timbul. Medan putar ini memotong batang rotor dan menginduksikan arus kepada rotor. Arah aliran arus ini dapat ditentukan dengan menggunakan aturan tangan kiri untuk generator.

Arus yang diinduksikan ini akan menghasilkan medan magnet di sekitar penghantar rotor, berlawanan polaritas dari medan stator, yang akan mengejar medan magnet pada stator. Karena medan pada stator terus menerus berputar, rotor tidak pernah dapat menyamakan posisi dengannya alias selalu tertinggal dan karenanya akan terus mengikuti putaran medan pada stator sebagaimana ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Gambar  Induction Motor

Dari penjelasan di atas, terlihat bahwa rotor pada motor induksi tidak pernah dapat berputar dengan kecepatan yang sama dengan kecepatan medan putar. Jika kecepatan rotor sama dengan keceparan medan putar stator, maka tidak ada gerak relatif antara keduanya, dan tidak akan ada induksi EMF kepada rotor. Tanpa induksi EMF ini, tidak akan ada interaksi medan yang diperlukan untuk menimbulkan gerak. Rotor, karenanya ahrus berputar dengan kecepatan yang lebih rendah dari kecepatan medan putar stator jika gerak relatif tersebut harus ada antara keduanya.

• Pengaruh CEMF terhadap kinerja dari motor DC pada praktiknya adalah sebagi merikut:

1)      Motor yang dirangkai secara seri akan memiliki kecepatan (gaya) putar awal (starting) yang baik, kecepatan rotasi akan terus meningkat hingga dapat menyebabkan kerusakan pada motor. Hal ini dapat diatasi dengan menambahkan beban pada motor yang berfungsi sebagai kontrol putar.

2)      Motor yang dirangkai secara paralel meliki kecepatan awal yang kurang baik akan tetapi putaran motor akan tetap stabil, penambahan beban yang di berikan tidak akan mempengaruhi kecepatan putar motor tetapi akan berpengaruh pada arus in put yang dibutuhkan.

3)      Motor yang dirangkai secara ganda (gabungan seri dan paralel), akan memiliki kecepatan awal yang baik dan stabilitas putaran yang baik. Dengan syarat untuk start awal menggunakan rangkaian seri, dan selanjutnya menggunakan rangkaian paralel.