Makalah Generator Dc Fix.docx

TUGAS TEKNIK TENAGA LISTRIK GENERATOR DC

Dosen Pengampu: Ir. Sri Agustina

Disusun Oleh: Erwin Patra Jenggi (03021381722113) Harry Sabarno (03021381722091) Monica Regina Limanto (03021381722095) Kelas A Kampus Palembang

JURUSAN TEKNIK PERTAMBANGAN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SRIWIJAYA 2018

I.

Pengertian Generator DC merupakan sebuah perangkat mesin listrik dinamis yang mengubah energi mekanis menjadi energi listrik. Generator DC menghasilkan arus DC / arus searah.

II.

Konstruksi 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 di bawah ini menunjukkan potongan melintang konstruksi generator DC.

Generator DC terdiri dari dua bagian, yaitu: 1. Strator Bagian mesin DC yang diam, Bagian stator terdiri dari: rangka motor, belitan stator, sikat arang, bearing dan terminal box. 2. Rotor Bagian mesin DC yang berputar, bagian rotor terdiri dari: komutator, belitan rotor, kipas rotor dan poros rotor. Sedangkan 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

membersihkan noda bekas sikat arang.

III.

Komponen Penyusun Generator DC 1. Piringan tutup

halus

untuk

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. 2. Pul kumparan medan/ sepatu-sepatu kutub Pul kumparan medan yang biasa disebut sepatu-sepatu kutub 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. Kutub-kutub magnet dipasangkan dengan baut pada rumah generator. 3. Kumparan medan Kumparan medan digulung dengan kawat yang berukuran kecil; dengan tahanan relatif besar. Kumparan medan digulung dengan bentuk yang sesuai, diisolasi dan dibentuk yang sesuai dengan kontur rumah dan digulung pada kutub-kutub magnet. 4. 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. 5. 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. 6. Rumah sikat dan sikat arang 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.

7. Kipas pendingin Kipas pendingin terletak di bagian depan dan menyatu dengan puli penggerak mengalirkan udara pendingin ke dalam generator. IV.

Prinsip Dasar Generator DC Generator Arus Searah berfungsi mengubah tenaga mekanik dari penggerak awalnya menjadi tenaga listrik yang diberikan ke beban. Prinsip generator yang diberikan azas kerja induksi dari percobaan Faraday yang berbunyi “ apabila sepotong penghantar listrik berada dalam medan magnet yang berubah-ubah maka dalam kawat penghantar akan terbentuk GGL induksi ” yang besarnya: E(t) = - N . dΦ / dt ( Volt ) Dimana :

e = ggl induksi yang terbentuk ( Volt ) N

= Jumlah lilitan

Φ

= Fluks magnet ( weber )

t

= waktu ( s )

Maka prinsip timbulnya GGL induksi pada generator terdapat 3 hal pokok yaitu : 1. Adanya Fluks magnet dari kutub – kutub magnet. 2. Adanya kawat penghantar listrik sebagai tempat timbulnya GGL. 3. Adanya gerakan

V.

Prinsip Kerja Generator DC E(t) = - N . dΦ / dt ( Volt ) Teori yang mendasari terbentuknya GGL induksi pada generator ialah percobaan Faraday. Sebelum lebih lanjut memahami prinsip kerja generator, terlebih dahulu harus mengenal kaidah tangan kanan Fleming. Kaidah tangan kanan fleming adalah sebuah metode mneumonik untuk memudahkan kita menentukan arah vektor dari ketiga komponen hukum Faraday, yakni arah gaya gerak kumparan kawat, arah medan magnet, serta arah arus listrik.

Generator DC memiliki komponen yang sama persis dengan motor listrik DC. Pada skema di atas, rotor generator diskemakan dengan sebuah kawat angker penghantar listrik (armature) yang membentuk persegi panjang. Pada kedua ujung kawat angker terpasang komutator berbentuk lingkaran yang terbelah menjadi dua, komponen ini sering kita dengar dengan sebutan cincin belah. Cincin belah termasuk bagian dari rotor, sehingga ia ikut berputar dengan rotor. Sedangkan stator generator tersusun atas dua magnet dengan kutub berbeda yang saling berhadapan. Pada bagian yang kontak langsung dengan cincin belah, stator dilengkapi dengan sikat karbon yang berfungsi untuk menghubungkan arus listrik yang dibangkitkan pada kawat angker ke rangkaian di luar generator.

a).

b).

c).

Gambar di atas adalah skema sederhana proses kerja generator DC. Kawat angker ABCD dapat berputar dengan sumbu a-b, dan berada di tengah-tengah medan magnet N-S. Kawat angker sedang dalam kondisi diputar oleh sumber dari luar, dengan arah yang searah putaran jarum jam sesuai pada gambar. Putaran ini memberikan gaya torsi dengan arah yang selalu tegak lurus dengan kawat angker. Kawat angker berada dalam posisi horisontal pada gambar (a). Kawat A-B mengalami gaya torsi yang mengarah ke bawah (sesuai arah putaran angker). Dengan menggunakan kaidah tangan kanan Fleming, kita akan dengan mudah menentukan arah arus listrik yang terbangkitkan adalah dari titik A ke B. Demikian pula dengan kawat C-D, melalui cara yang sama akan dengan mudah kita tentukan arah arus listrik yang terbangkitkan adalah dari C ke D. Pada gambar (b) arah torsi yang terjadi pada kawat A-B adalah mendatar ke arah kiri, sedangkan untuk kawat C-D arah torsi adalah mendatar ke kanan. Karena vektor torsi ini sejajar dengan garis gaya magnet dan tidak terjadi pemotongan garis gaya magnet, maka pada posisi ini tidak akan timbul gaya gerak listrik. Pada gambar (c) kawat angker kembali berposisi horisontal. Pada kondisi ini kembali dengan mudah kita dapat menentukan arah arus listrik yang teebangkitkan. Untuk kawat A-B arus listrik akan mengarah dari B ke A, sedangkan pada kawat C-D arus listrik akan mengarah dari D-C.

Grafik di atas menunjukkan besar voltase gaya gerak listrik yang dibangkitkan oleh sebuah generator dengan satu lilitan kawat angker pada beberapa posisi lilitan. Terlihat bahwa grafik berbentuk setengah gelombang yang selalu berulang

secara periodik. Nilai voltase pada setiap waktu adalah positif, hal ini dikarenakan arus yang dibangkitkan oleh generator DC yang selalu searah. Pada aplikasinya, generator DC selalu menggunakan lebih dari satu lilitan kawat angker. Penggunaan banyak lilitan ini akan menghasilkan voltase yang semakin stabil di setiap waktu. Celah yang ada di tiap tengah-tengah gelombang voltase akan semakin tertutup. Semakin banyak jumlah lilitan, akan semakin tertutupi celah-celah tersebut. Gambar berikut adalah generator dengan empat lilitan, tampak grafik voltasenya menjadi semakin rata dan stabil.

Skema Generator dengan empat lilitan armature

Grafik voltase generator dengan empat lilitan armature

VI.

Jangkar Generator DC Jangkar adalah tempat lilitan pada rotor yang berbentuk silinder beralur. Belitan tersebut merupakan tempat terbentuknya tegangan induksi. Pada umumnya jangkar terbuat dari bahan yang kuat mempunyai sifat feromagnetik dengan permiabilitas yang cukup besar.

Permeabilitas yang besar diperlukan agar lilitan jangkar terletak pada derah yang induksi magnetnya besar, sehingga tegangan induksi yang ditimbulkan juga besar. Belitan jangkar terdiri dari beberapa kumparan yang dipasang di dalam alur jangkar. Tiap-tiap kumparan terdiri dari lilitan kawat atau lilitan batang. Reaksi Jangkar Fluks magnet yang ditimbulkan oleh kutub-kutub utama dari sebuah generator saat tanpa beban disebut Fluks Medan Utama (seperti gambar di bawah). Fluks ini memotong lilitan jangkar sehingga timbul tegangan induksi.

Bila generator dibebani maka pada penghantar jangkar timbul arus jangkar. Arus jangkar ini menyebabkan timbulnya fluks pada penghantar jangkar tersebut dan biasa disebut FIuks Medan Jangkar (seperti pada gambar di bawah).

Munculnya medan jangkar akan memperlemah medan utama yang terletak disebelah kiri kutub utara, dan akan memperkuat medan utama yang terletak di

sebelah kanan kutub utara. Pengaruh adanya interaksi antara medan utama dan medan jangkar ini disebut reaksi jangkar. Reaksi jangkar ini mengakibatkan medan utama tidak tegak lurus pada garis netral n, tetapi bergeser sebesar sudut α. Dengan kata lain, garis netral akan bergeser. Pergeseran garis netral akan melemahkan tegangan nominal generator. Untuk mengembalikan garis netral ke posisi awal, dipasangkan medan magnet bantu (interpole atau kutub bantu), seperti ditunjukkan pada Gambar (a).

(a) (b) Lilitan magnet bantu berupa kutub magnet yang ukuran fisiknya lebih kecil dari kutub utama. Dengan bergesernya garis netral, maka sikat yang diletakkan pada permukaan komutator dan tepat terletak pada garis netral n juga akan bergeser. Jika sikat dipertahankan pada posisi semula (garis netral), maka akan timbul percikan bunga api, dan ini sangat berpotensi menimbulkan kebakaran atau bahaya lainnya. Oleh karena itu, sikat juga harus digeser sesuai dengan pergeseran garis netral. Bila sikat tidak digeser maka komutasi akan jelek, sebab sikat terhubung dengan penghantar yang mengandung tegangan. Reaksi jangkar ini dapat juga diatasi dengan kompensasi yang dipasangkan pada kaki kutub utama baik pada lilitan kutub utara maupun kutub selatan, seperti ditunjukkan pada gambar (a) dan (b), generator dengan komutator dan lilitan kompensasinya. Kini dalam rangkaian generator DC memiliki tiga lilitan magnet, yaitu: a. Lilitan magnet utama b. Lilitan magnet bantu (interpole) c. Lilitan magnet kompensasi Secara umum GGL jangkar dirumuskan: EA = K . n . Φ Dimana : 𝐾 =

𝑧. 𝑃 60𝑎

K = Konstanta z = jumlah penghantar total

P = kutub a = jumlah hubungan pararel Ea = GGL induksi jangkar (volt) ketiga hal tersebut tergantung dari spesifikasi fisik generator. N = Putaran Generator (rpm) Φ = Gaya magnet/fluks (weber)

VII.

Jenis-jenis Generator DC Generator DC dibedakan menjadi beberapa jenis berdasarkan dari rangkaian belitan magnet atau penguat eksitasinya terhadap jangkar (anker), jenis generator DC yaitu: 1. Generator Penguat Terpisah

Pada generator penguat terpisah, belitan eksitasi (penguat eksitasi) tidak terhubung menjadi satu dengan rotor. Terdapat dua jenis generator penguat terpisah, yaitu: a. Penguat elektromagnetik (Gambar a) b. Magnet permanen / magnet tetap (Gambar b)

Dimana: F : Belitan daya A: Terminal rotor I : Arus beban

Energi listrik yang dihasilkan oleh penguat elektromagnet dapat diatur melalui pengaturan tegangan eksitasi. Pengaturan dapat dilakukan secara elektronik atau magnetik. Generator ini bekerja dengan catu daya DC dari luar yang dimasukkan melalui belitan F1-F2.

Penguat dengan magnet permanen menghasilkan tegangan output generator yang konstan dari terminal rotor A1-A2. Karakteristik tegangan V relatif konstan dan tegangan akan menurun sedikit ketika arus beban I dinaikkan mendekati harga nominalnya. Karakteristik Generator Penguat Terpisah

a. Karakteristik generator penguat terpisah saat eksitasi penuh (Ie 100%) dan saat eksitasi setengah penuh (Ie 50%). Ie adalah arus eksitasi, I adalah arus beban. Tegangan output generator akan sedikit turun jika arus beban semakin besar. b. Kerugian tegangan akibat reaksi jangkar. c. Perurunan tegangan akibat resistansi jangkar dan reaksi jangkar, selanjutnya. d. Mengakibatkan turunnya pasokan arus penguat ke medan magnet, sehingga tegangan induksi menjadi kecil. Persamaan generator penguat terpisah: Ea = Vt + Ia . Ra + Δe

dimana Ia = IL

Vt = Ea – Ia . Ra – Δe Dimana:

Ea : GGL induksi jangkar (volt) Vt : tegangan terminal (volt) Ia : arus jangkar (ampere) IL : arus beban Ra : hambatan jangkar (ohm) Δe : rugi tegangan sikat (volt)

2. Generator Penguat Sendiri Disebut demikian karena sumber lilitan penguat magnetnya diambilkan dari generator itu sendiri apabila dipasang pararel disebut generator shunt, apabila dipasang seri disebut generator seri, dan apabila dihubung seri dan pararel disebut generator kompon.

a. Generator Shunt

Pada generator shunt, kumparan medan dihubungkan secara parallel terhadap kumparan jangkar. Arus medan disuplai dari tegangan jangkar mesin. Arus jangkar Ia yang dihasilkan adalah, Ia = If + IL. Oleh karena generator shunt ini termasuk generator berpenguat sendiri yang artinya bahwa arus medan disuplai dari jangkar mesin itu sendiri maka harus ada tegangan awal pada generator tersebut sebelum diputar oleh prime mover (penggerak mula). Tegangan awal ini dihasilkan akibat adanya fluks sisa (residual flux) di dalam kutub generator. Sehingga tegangan awalnya sebesar : EA = K. Фres. ω volt Dimana: Фres : fluks residu Ea : GGL induksi jangkar (volt) K : Konstanta Tegangan kecil yang dibangkitkan tersebut akan menghasilkan arus kecil di kumparan jangkar. Arus ini akan menghasilkan Magnetomotive Force kutub (MMF), yang akan terus bertambah seiring dengan berputarnya generator sehingga tegangan terminal mencapai nominalnya.

Garis lengkung pada gambar di atas menggambarkan kurva permagnetan untuk generator penguat sendiri, sedangkan garis lurus menyatakan persamaan tegangan kumparan medan (Ish . Rsh). 0a adalah fluks residu dan menimbulkan pada kumparan medan sebesar 0b. Dengan adanya arus kumparan

ini

tegangan

induksi

membesar

menjadi 0c (akibat

bertambahnya fluks). Selanjutnya tegangan 0c memperkuat arus medan menjadi sebesar 0d. Demikian proses ini berlangsung sampai generator mencapai tegangan stabil di titik X. Dari uraian di atas maka dapat disimpulkan bahwa gagalnya pembangkitan tegangan generator shunt dikarenakan: 

Tidak adanya fluks residu



Arah putaran generator terbalik



Pengaturan tahanan medan pada nilai yang lebih besar dari resistor kritisnya. Jika generator shunt tidak mendapatkan arus eksitasi, maka sisa

megnetisasi tidak akan ada, atau jika belitan eksitasi salah sambung atau jika arah putaran terbalik, atau rotor terhubung- singkat, maka tidak akan ada tegangan atau energi listrik yang dihasilkan oleh generator tersebut. Karakterstik Generator Shunt

Generator shunt mempunyai karakteristik seperti ditunjukkan pada gambar di atas. Tegangan output akan turun lebih banyak untuk kenaikan arus beban yang sama, dibandingkan dengan tegangan output pada generator penguat terpisah. Sebagai sumber tegangan, karakteristik dari generator penguat terpisah dan generator shunt tentu kurang baik, karena seharusnya sebuah generator mempunyai tegangan output yang konstan, namun hal ini dapat diperbaiki pada generator kompon. Karakteristik tegangan terminal dan pengaturan tegangan generator DC Shunt sama dengan generator eksitasi terpisah. Persamaan generator shunt: Ea = Vt + Ia . Ra + Δe Ish = Vsh / Rsh Vt = Ea – Ia . Ra + Δe

dimana, Ia = IL +Ish

Dimana: Ea : GGL induksi jangkar (volt) Vt : tegangan terminal (volt) Vsh : tegangan shunt (volt) Ia : arus jangkar (ampere) Ish : arus penguat shunt IL : arus beban Ra : hambatan jangkar (ohm) Rsh : hambatan shunt Δe : rugi tegangan sikat (volt) b. Generator Seri

Suatu generator yang lilitan kumparan medannya disambung seri dengan kumparan jangkar sehingga kumparan medannya mendapat penguatan tetapi apabila terdapat arus bebannya, itu sebabnya generator seri selalu terkopel dengan bebannya, dengan demikian maka tegangan terminal akan muncul di tiap-tiap kutubnya. Disebut generator DC seri karena rangkaian ekivalen disambung secara seri dengan jangkarnya, sehingga arus medan (Is) sama dengan arus jangkar (Ia) sama dengan arus beban (IL). Generator DC tipe seri ini jumlah lilitan penguat magnitnya lebih sedikit namun luas penampangnya besar hal ini bertujuan agar hambatan lilitan penguatnya kecil. Ia = Arus armatur Is = Arus kumparan seri Ea = GGL armatur Rs = Tahanan kumparan seri Ra = Tahanan armature IL = Arus beban

IL = Arus pada beban Vt = Tegangan beban

Kurva Magnetisasi

Pada kondisi berbeban arus medan bertambah sehingga Ea bertambah dengan cepat. Akan tetapi drop tegangan Ia . (Ra+Rs) juga bertambah dengan cepat sehingga terjadi penurunan tegangan yang cepat pula. Pada mulanya pertambahan Ea lebih cepat akan tetapi kondisinya cepat jenuh sehingga Ea hampir konstan meskipun beban masih bertambah. Akhirnya pada kondisi sudah jenuh Ea sudah tidak dapat bertambah, sementara arus beban (IL) masih terus bertambah, maka terjadilah penurunan tegangan terminal dengan tajam. Persamaan generator seri: Ea = Vt + Ia . Ra + Ise . Rse + Δe

dimana IL = Ia = Ise

Vt = Ea – Ia ( Ra + Rse ) – Δe Dimana: Ea : GGL induksi jangkar (volt) Vt : tegangan terminal (volt) Ia : arus jangkar (ampere) Ise : arus penguat seri IL : arus beban Ra : hambatan jangkar (ohm) Rse : hambatan seri Δe : rugi tegangan sikat (volt) c. Generator Kompon Generator kompon merupakan gabungan dari generator shunt dan generator seri, yang dilengkapi dengan kumparan shunt dan seri dengan sifat yang dimiliki merupakan gabungan dari keduanya. Generator kompon biasa dihubungkan sebagai kompon pendek atau dalam kompon panjang. Perbedaan dari kedua hubungan ini hampir tidak ada, karena tahanan kumparan seri kecil, sehingga tegangan drop pada kumparan ini ditinjau dari tegangan terminal kecil sekali dan terpengaruh.

Biasanya kumparan seri dihubungkan sedemikian rupa, sehingga membantu kumparan shunt, yakni MMF nya searah. Bila generator ini dihubungkan seperti itu, maka dapat dikatakan generator itu mempunyai kumparan kompon bantu. Mesin yang mempunyai kumparan seri melawan medan shunt disebut kompon lawan dan ini biasanya digunakan untuk motor atau generator-generator khusus seperti mesin las. Dalam hubungan kompon bantu yang mempunyai peranan utama ialah kumparan shunt dan kumparan seri dirancang untuk kompensasi MMF akibat reaksi jangkar dan juga tegangan drop di jangkar pada range beban tertentu. Ini mengakibatkan tegangan generator akan diatur secara otomatis pada satu range beban tertentu. Generator kompon mempunyai dua penguat eksitasi pada inti kutub utama yang sama. Satu penguat eksitasi merupakan penguat shunt, dan lainnya merupakan penguat seri. Diagram rangkaian generator kompon ditunjukkan pada gambar di bawah ini. 

Generator Kompon Panjang Generator ini penguat magnet utamanya dirangkai paralel (shunt) terhadap jangkar dan penguat magnet bantu (penguat magnet bantu dan jangkar diseri). Sehingga medan seri dan shunt saling memperkuat.



Generartor Kompon Pendek Generator ini magnet penguat magnet utamanya dirangkai paralel (shunt) terhadap jangkar, penguat magnet bantu magnet dirangkai seri terhadap keduanya. Sehingga medan seri dan shunt saling melemahkan.

Karakteristik Generator Kompon

Gambar di atas menunjukkan karakteristik generator kompon. Tegangan output generator terlihat konstan dengan pertambahan arus beban, baik pada arus eksitasi penuh maupun eksitasi 50%. Hal ini disebabkan oleh adanya penguatan lilitan seri, yang cenderung naik tegangannya jika arus beban bertambah besar. Jadi ini merupakan kompensasi dari generator shunt, yang cenderung tegangannya akan turun jika arus bebannya naik. Persamaan generator kompon: Kompon panjang: Ea = Vt + Ia . Ra + Ise . Rse + Δe

dimana Ia = Ise

Vt = Ea – Ia ( Ra + Rse ) – Δe IL = Ia + Ish Dimana: Ea : GGL induksi jangkar (volt) Vt : tegangan terminal (volt) Ia : arus jangkar (ampere) Ise : arus penguat seri Ish : arus penguat shunt IL : arus beban Ra : hambatan jangkar (ohm) Rse : hambatan seri Δe : rugi tegangan sikat (volt) Kompon pendek: Ea = Vt + Ia . Ra + Ise . Rse + Δe

dimana IL=Ise . Ia = IL + Ish

Ish = Vsh/Rsh Vt = Ea – Ia . Ra + Ise . Rse – Δe Dimana: Ea : GGL induksi jangkar (volt) Vt : tegangan terminal (volt) Ia : arus jangkar (ampere) Ise : arus penguat seri Ish : arus penguat shunt IL : arus beban Ra : hambatan jangkar (ohm) Rse : hambatan seri Δe : rugi tegangan sikat (volt)

VIII. Daya Output Generator Besarnya daya output pada generator dapat dicari dengan rumus: 𝐸𝑜 =

𝑍 .𝑛 .∅ 60

Dimana:

IX.

Eo

: Tegangan jangkar

Z

: Jumlah konduktor per jangkar

n

: Rotasi per menit (rpm)

∅

: Fluks per kutub

Efisiensi Generator DC

Dari gambar di atas dapat dilihat bahwa terdapat tiga macam efisiensi generator DC, yaitu sebagai berikut: 1. Efisiensi Mekanis η𝑚 =

𝐸𝑔 𝐼𝑎 𝐵 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑎𝑦𝑎 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙𝑘𝑎𝑛 𝑑𝑎𝑙𝑎𝑚 𝑗𝑎𝑛𝑔𝑘𝑎𝑟 = 𝑥100% = 𝑥100% 𝐴 𝑡𝑒𝑛𝑎𝑔𝑎 𝑚𝑒𝑘𝑎𝑛𝑖𝑠 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑎𝑑𝑎 𝑜𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡 𝑚𝑒𝑠𝑖𝑛 𝑝𝑒𝑛𝑔𝑔𝑒𝑟𝑎𝑘

2. Efisiensi Elektris η𝑒 =

𝐶 𝑑𝑎𝑦𝑎 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑡𝑒𝑟𝑠𝑒𝑑𝑖𝑎 𝑑𝑎𝑙𝑎𝑚 𝑟𝑎𝑛𝑔𝑘𝑎𝑖𝑎𝑛 𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛 𝑉𝑡 = 𝑥100% = 𝑥100% 𝐵 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑎𝑦𝑎 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑑𝑖ℎ𝑎𝑠𝑖𝑙𝑘𝑎𝑛 𝐸𝑔 𝐼𝑎

3. Efisiensi komersial atau efisiensi keseluruhan (Overall/ Commercial Efficiency) η𝑐 = X.

𝐶 𝑑𝑎𝑦𝑎 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑡𝑒𝑟𝑠𝑒𝑑𝑖𝑎 𝑑𝑎𝑙𝑎𝑚 𝑟𝑎𝑛𝑔𝑘𝑎𝑖𝑎𝑛 𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛 = 𝑥100% 𝐴 𝑡𝑒𝑛𝑎𝑔𝑎 𝑚𝑒𝑘𝑎𝑛𝑖𝑠 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑎𝑑𝑎

Kondisi Efisiensi Generator DC Output generator = V . I Input generator = output + rugi-rugi = V . I + Ia2Ra + Wc = V . I + (I + Ish)2Ra + Wc Dimana:

V : tegangan (volt) I : arus Ia : arus jangkar (ampere) Ish : arus penguat shunt Ra : hambatan jangkar (ohm) Wc : rugi-rugi konstan (watt)

Namun, jika Ish diabaikan dan dibandingkan dengan beban saat ini, sehingga Ia = I. η=

𝑜𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡 𝑉 .𝐼 𝑉 .𝐼 1 = = = 2 2 𝐼𝑅 𝑊 𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡 V . I + I 𝑅𝑎 + 𝑊𝑐 V . I + 𝐼𝑎 𝑅𝑎 + 𝑊𝑐 1 + ( 𝑉𝑎 + 𝑉 .𝑐𝐼 )

Dimana:

V : tegangan (volt) I : arus Ia : arus jangkar (ampere) Ra : hambatan jangkar (ohm) Wc : rugi-rugi konstan (watt)

Efisiensi menjadi maksimum apabila penyebut minimum, seperti pada: 𝑑 𝐼𝑅𝑎 𝑊𝑐 𝑅𝑎 𝑊𝑐 ( + ) = 0 𝑎𝑡𝑎𝑢 − 𝑎𝑡𝑎𝑢 𝐼 2 𝑅𝑎 = 𝑊𝑐 (𝑉 . 𝐼)2 𝑑𝑙 𝑉 𝑉 .𝐼 𝑉 Dimana:

V : tegangan (volt) I : arus Ish : arus penguat shunt Ra : hambatan jangkar (ohm) Wc : rugi-rugi konstan (watt)

Oleh karena itu, efisiensi maksimum generator pada saat: Rugi Variabel = Rugi Tetap XI.

Aplikasi Generator DC dalam Kehidupan a. 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 komponenkomponen seperti gabungan kutub magnet yang dinamakan rotor, yang didalamnya terdapat kumparan kawat magnet yang dinamakan stator.

b. Dinamo sepeda Dinamo sepeda merupakan generator kecil yang dapat menghasilkan arus listrik yang kecil pula. pada Dinamo sepeda prinsip kerjanya yaitu energi gerak di ubah menjadi energi listrik. Intinya adalah sebuah magnet yang dapat berputar dan sebuah kumparan tetap.

Contoh Soal

1. Generator DC seri mempunyai besar hambatan armatur 25 Ω, hambatan kumparan seri 100 Ω, serta rugi inti dan rugi gesek 200 watt dengan tegangan beban 250 V. Hitunglah: a. GGL armature b. Po (Daya Output) c. Rugi total d. Pin (Daya Input) e. Ηekonomis Penyelesaian :

Diketahui: Ra = 25 Ω Rs = 100 Ω Vt = 250 V Rugi-rugi = 200 watt Jawab: Rtotal = Ra + Rs = 25 + 100 = 125 Ω I = Ia = Is = IL = Vt / Rtotal = 250 / 125 = 2 A a. Ea = Ia . Ra + Is . Rs + Vt = I . Ra + I . Rs + Vt = I (Ra + Rs) + Vt = 2 (125) + 250 = 500 V

b. Po = Vt . IL = 250 . 2 = 500 watt c. Rugi total = rugi armatur + rugi kumparan seri + rugi-rugi = (Ia)2 . Ra + (Is)2 . Rs + rugi-rugi = 22 . 25 + 22 . 100 + 200 = 100 + 400 + 200 = 700 watt d. Pin = Po + rugitotal = 500 + 700 = 1200 watt e. ηekonomis = Po / Pin x 100 % = 500 / 1200 x 100 %

2. Suatu generator DC berpenguatan bebas melayani beban 450 Amper pada tegangan terminal 230 volt. Tahanan jangkar 0,03 ohm, rugi tegangan pada sikat 2 volt.Hitung tegangan yang di bangkitkan Jika arus medan untuk membangkitkan fluks di pertahankan sebesar 4 amper, tegangan sumber arus searah untuk penguatan sebesar 220 volt serta tahanan kumparan medan 50ohm, berapa besarnya tahanan pengatur arus masuk kumparan medan. Penyelesaian :

Berdasarkan rangkaian ekivalen generator DC berpenguatan bebas di ketahui datanya adalah Ia = I = 450 A Vt = 230 V Rf= 50 0hm Ra= 0,03 ohm Vf = 220 volt If = 4 A Tegangang yang dibangkitkan oleh jangkar Eg = 𝑉𝑡 + 𝐼𝑎 . 𝑅𝑎 + ∆𝑉𝑠𝑡 = 230 + (450 𝑥 0,03) + 2 = 245,55 volt

Resistansi yang dibutuhkan untuk mengatur medan : Vf = If x (Rf + R) 220 = 4 x (50 + R) 4R = 220 – 200 4 R = 20 R=

20 4

= 5 Ohm