iii. generator-arus-searah-berpenguat-terpisah

III. GENERATOR ARUS SEARAH BERPENGUAT

TERPISAH

Generator arus searah umumnya diklasifikasikan menjadi 4 jenis menurut cara pasokan

fluks medannya (cara memberikan penguatan pada kumparan medannya):

1. Generator berpenguatan terpisah (separately excited generator). Pada jenis ini fluks

medannya dipasok dari sumber daya yang terpisah dari generator itu sendiri.

2. Generator pararel (shunt generator ). Pada generator jenis ini fluks medannya

diperoleh dari rangkaian medan yang dihubungkan paralel dengan kumparan

jangkar generator tersebut.

3. Generator seri (series generator). Pada generator jenis ini fluks medannya diperoleh

dari rangkaian medan yang dihubungkan seri dengan kumparan jangkar generator

tersebut.

4. Generator kompon:

- Generator kompon kumulatif / kompon bantu (cumulatively compounded

generator).

Generator jenis ini memiliki fluks medan seri dan paralel sekaligus yang saling

menguatkan.

- Generator kompon diferensial / kompon lawan (differentially compounded

generator).

Generator jenis ini memiliki fluks medan seri dan paralel sekaligus yang saling

melemahkan.

Masing-masing jenis generator arus searah tersebut memiliki karakteristik yang

berlainan, sehingga untuk aplikasi tertentu perlu memperhatikan karakteristik yang

dimiliki.

Parameter-parameter yang digunakan untuk suatu generator arus searah di antaranya

adalah tegangan, rating daya, efesiensi, dan pengaturan tegangan (voltage regulation,

VR)

FL

FLNL

V

VVVR

−=

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Budi Yanto Husodo, MSc MESIN ARUS SEARAH & TRANSFORMATOR 1

Kurva Magnetisasi Generator Arus Searah

Tegangan yang dibangkitkan di dalam jangkar suatu generator arus searah, Ea,

dinyatakan dengan persamaan :

Ea = kφω

Dengan demikian Ea berbanding lurus dengan fluks dan kecepatan putar rotor. Lalu

bagaimana hubungan antara tegangan dalam Ea dengan arus medan?

Arus medan If yang mengalir di dalam belitan medan akan menghasilkan gaya gerak

magnet GGM berdasarkan suatu persamaan :

F = NfIf

GGM F ini akan membangkitkan suatu fluks magnetik φ yang besarnya tergantung dari

sifat kemagnetan bahan yang dipergunakan sebagai kutub medan dari generator. Sifat

kemagnetan bahan ini dinyatakan dengan kurva magnetisasinya seperti gambar di

bawah ini.

Gambar 1 : Kurva magnetisasi

Karena Ea berbanding lurus dengan φ, biasanya kurva magnetisasi juga digambarkan

sebagai plot Ea terhadap If


F, A.turn

φ, W

b

Gambar 2 : Kurva magnetisasi yang menghubungkan tegangan dalam Ea dengan arus

medan If

GENERATOR ARUS SEARAH BERPENGUATAN TERPISAH

Generator jenis ini memiliki rangkaian medan yang terpisah sama sekali dengan

rangkaian jangkarnya

RANGKAIAN EKIVALEN

Vf

If

Ea

RaIa IL

VT

Rf

Lf

Gambar 3 : Rangkaian Ekivalen GAS berpenguat terpisah

Di mana :

Ea = gaya gerak listrik generator arus searah.

Ra = tahanan jangkar arus searah.


If [=V

f/R

f]

Ea

[= k

φω]

ω = ω0

n = n0

Vf = tegangan terminal kumparan medan.

VT = tegangan terminal generator arus searah.

Ia = arus jangkar generator arus searah.

Ib = arus beban generator arus searah.

If = arus kumparan medan.

Persamaan tegangan dan arus untuk suatu generator arus searah berpenguatan

terpisah dapat diturunkan dari rangkaian ekivalennya.

Dari gambar rangkaian ekivalennya dapat dilhat bahwa pada suatu generator arus

searah berpenguat terpisah rangkaian medannya mendapatkan tegangan dari suatu

sumber tegangan DC eksternal.

Ia = Ib

VT = EA – IA.RA

f

ff R

VI =

KARAKTERISTIK

Karakteristik generator arus searah jenis ini dapat dijelaskan sebagai berikut :

1. Karakteristik kejenuhan tanpa beban

Ea = k.Φ.ω

Dimana k = suatu konstanta.

Dari hubungan diatas dapat dijelaskan karakteristiknya lewat kurva pada gambar 4

berikut.

EA

b d

c

e IT

0 a

Gambar 4 : Kurva kejenuhan tanpa beban


Ketika arus medan dinaikkan, fluks magnet akan meningkat, begitu pula dengan EA

yang berbanding lurus dengan arus medan tersebut pada saat kutub medannya

belum jenuh. Hal ini direpresentasikan sebagai garis lurus oc.

Namun ketika kerapatan fluks meningkat terus, kutub generator menjadi jenuh,

maka diperlukan peningkatan arus medan yang lebih tinggi untuk menaikan

tegangan yang sama (Ea) dibandingkan ketika kutubnya belum jenuh, daerah

kejenuhan ini diwakili oleh garis melengkung cd.

Untuk generator arus searah dengan penguatan sendiri (generator arus searah seri,

pararel, maupun kompon ), karakteristik beban nolnya akan meningkat sama seperti

generator berpenguatan terpisah, tetapi setelah generator sempat dioperasikan,

walaupun arus medannya disetel menjadi nol Ampere, ggl generator tetap

dibangkitkan walau nilainya kecil (oe), hal ini disebabkan oleh adanya magnet sisa

(residual magnetism).

2. Karakteristik kejenuhan berbeban.

Karakteristik ini digambarkan sebagai kurva yang menunjukkan hubungan antara

tegangan terminal VT dan arus medan If, ketika generator dibebani, dan kurva

disebut sebagai kurva kejenuhan beban.

Kurva ini sebenarnya diturunkan dari kurva kejenuhan tanpa beban yang dilengkapi

dengan nilai reaksi jangkar dan resistansi jangkarnya, karena kurva ini

memperhitungkan efek demagnetasi dari reaksi jangkar dan jatuh tegangan pada

jangkar yang secara praktis tidak terdapat pada kondisi tanpa beban.

Kurva kejenuhan tanpa beban pada gambar 4 digambarkan kembali sebagai kurva

pada gambar 5 dengan dasar Ampere-lilitan (bukan sebagai arus listrik). Dimana

terlihat pada gambar tersebut pada keadaan tanpa beban, Ampere-lilitan medan

diperlukan untuk tegangan nominal tanpa beban yang digambar sebagai berabagai

garis oa

Pada keadaan berbeban, tegangan akan berkurang akibat efek demagnetasi dari

reakis jangkar. Pengurangan ini dapat diatasi dengan peningkatan Ampere-lilitan


medan yang sesuai. Garis ac mewakili demagnetasi ampere-lilitan per kutub yang

ekivalen. Kemudian berarti untuk membangkitkan ggl yang sama pada keadaan

berbeban pada saat tidak berbeban, Ampere-lilitan medan per kutub arus dinaikan

sebesar ac=bd.

Titik d terletak pada kurva LS yang menunjukkan hubungan antara ggl E yang

dibangkitkan pada keadaan berbeban dan Ampere-lilitan medan. Kurva Ls secara

praktis pararel terhadap kurva ob. Tegangan terminal VT akan lebih kecil dari pada

ggl E yang dibangkitakn sebesar IA.RA, dimana RA adalah resistansi rangkaian

jangkar. Dari titik d, sebuah garis vertikal de = IA.RA digambar.

Titik e terletak pada kurva kejenuhan beban penuh untuk generator. Dengan cara

yang sama, titik-titik lainnya dilengkapi dan kurva kejenuhan beban penuh MP di

gambar. Sudut kanan segitiga bde dikenal dsebagai segi tiga jatuh tegangan (drop

reaction triangle). Kurva kejenuhan beban untuk setengah badan penuh dapat

dilengkapi dengan menghubungkan titik tengah garis-garis mn, bd dan lain

sebagainya.

Gambar 5 : Kurva kejenuhan berbeban

3. Karakteristik internal dan eksternal


P

S

caML0

t

e

db

nmTegangan

GGM

Eo

E

Vt

Adapun karakteristik internal dan eksternal dijelaskan lewat gambar berikut :

(a) (b)

Gambar 6 : Kurva karakteristik keluaran GAS berpenguat terpisah, (a) dengan

belitan kompensasi, (b) tanpa belitan kompensasi

PENGATURAN TEGANGAN TERMINAL

Untuk mengatur tegangan terminal generator, VT, dapat dilakukan 2 cara :

1. Dengan mengubah kecepatan putar generator.

bila ω↑, maka EA↑, maka VT = Ea – IaRa naik pula.

2. Dengan mengubah arus medan penguat If. Jika Rf↓, maka If↑ (If = Vf/Rf). Hal

tersebut menyebabkan Φ↑, maka EA↑, sehingga VT↑.

Dalam banyak pemakaian kecepatan penggerak mula generator sangat terbatas

sehingga cara yang lebih umum dilakukan untuk mengatur tegangan terminal GAS

berpenguatan terpisah adalah dengan mengatur arus medan penguat (cara kedua).

ANALISA GENERATOR ARUS SEARAH BERPENGUAT TERPISAH


IaRa

Ib

Ea

VT

IaRa

Ib

Ea

VT

ReaksiJangkar

Mesin-mesin listrik didisain untuk beroperasi pada daerah lutut (knee area) pada kurva

magnetisasinya, yaitu bagian yang sudah mulai melengkung anara daerah linier dengan

daerah jenuh. Oleh karena itulah untuk mendapatkan analisa yang akaurat harus

menggunakan kurva magnetisasi ini, karena di luar daerah linier maka hubungan antara

tegangan (Ea) dan arus (If) tidak lagi linier. Analisa ini disebut Analisa Grafis generaor

arus searah.

Gambar 7 : kurva magnetisasi generator berpenguat terpisah

Kurva magnetisasi sebuah generator arus searah dibuat dengan memplot nilai tegangan

tanpa bebannya untuk arus medan yang berbeda-beda, sedangkan prime mocver

diputar pada kecepatan nominalnya. Kurva ini memberikan kepada kita berapa nilai

tegangan GGL yang diinduksikan pada jangkar untuk setiap arus medan yang diberikan

dan sebaliknya pada kecepatan nominal. Kurva ini tetap dapat digunakan untuk

menganalisa generator yang diputar pada kecepatan berbeda dengan kecepatan

nominalnya. Tegangan GGL yang dibangkitkan pada kecepatan berbeda dengan

kecepatan nominalnya dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :


Ea

Knee area

If

2

1

2

1

n

n

E

E

a

a =

Maka

1

212 n

nEE aa ×=

Gambar di bawah ini adalah contoh kurva magnetisasi generator arus searah

berpenguat terpisah yang memiliki kecepatan nominal 1800 RPM.

Gambar 8 : Kurva magnetisasi generator dengan kecepatan nominal 1800 RPM


iii. generator-arus-searah-berpenguat-terpisah

Documents