PRAKTIKUM III

GGL PADA GENERATOR1. TUJUAN

Untuk mempelajari cara kerja dan faktor-faktor yang mempengaruhi hasil tegangan keluaran suatu generator 2. ALAT DAN BAHAN

Electromagnetism Trainer 12-100

Osiloskop 2 cahannel

Voltmeter dc, 0-15 V

Unit Power Supply, denagn keluaran 0-15 V

3. DASAR TEORI

Generator Arus Searah menghasilkan arus liatrik DC karena pada kontruksi dilengkapi dengan komutator, biasanya berfungsi sebagai penguat pada generator utama dibengkel atau industry. Sedangkan Generator Arus Bolak Balik menghasilkan arus listrik AC, hal ini disebabkan karena kontruksi pada generator menyebabkan arah arus akan berbalik pada setiap setengah putran. Untuk praktikum kali ini kita akan praktik menggunakan generator DC.

Generator DC memiliki konstruksi yang sama pada motor dc yang telah dipelajari pada praktikum sebelumnya dan keduanya saling berkaitan walaupun perlengkapannya adalah mesin yang diputar dan terminalnya digunakan untuk menghubungkan keluaran generator ( yang tidak memberikan masukan seperti halnya untuk motor dc). Dengan cara ini, generator menggunakan prinsip keelektromagnetan untuk mengkonversi / mengubah energy mekanik menjadi energi listrik.1. Bagian-Bagian Generator Arus Searah (DC)

a. Rotor, bagian yang berputar terdiri atas :

- Poros Jangkar (Armatur)

- Inti Jangkar

- Komutator

- Kumparan Jangkar

b.Stator, bagian yang tak berputar terdiri atas :

- Kerangka Generator

- Kutub utama bersama belitannya

- Bantalan-bantalan poros

- Sikat arang (pull Brush)

Generator DC dapat dibagi :

1. Generator Penguat Terpisah

2. Generator Penguar Sendiri :

Hubungan Seri

Hubungan pararel

Hubungan Kompound

Generator DC akan menghasilkan keluaran listrik dengan arus dan tegangan searah. Tegangan di dalam kumparan dengan tingkat perubahan dari medan magnet melalui kumparannya ketika mesin berputar. Karena perubahan terus-menerus kumparan meningkat dan kemudian berkurang, pada umumnya dengan nilai rata-rata nol. Medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan arus searah atau oleh magnet permanen pada stator. Pada praktikum ini, generator dengan magnet permanen yang digunakan.

Keluaran atau armature, lilitan diletakkan di dalam slot pada besi silinder rotor. Sebuah mesin disederhanakan dengan hanya satu kumparan, rotor diuji dengan suatu mesin yang mempunyai tombol putar, atau komutator, yang menghubungkan kumparan rotor pada terminal keluaran. Komutator membalikkan hubungan keduanya pada saat tertentu pada setiap perputaran ketika tingkat perubahan dari flux kumparan adalah nol : dengan kata lain,ketika flux maksimum(positif) atau minimum(negative). Keluaran tegangan kemudian searah tetapi pulsating.

Dalam mesin praktis, rotor berisi banyak kumparan secara simetris mengatur slot disekitar periphery dan semua dihubungkan secara urut. Masing-masing kumparan dihubungkan untuk suatu segmen pada komutator multi-bar. Dengan cara ini, tegangan keluaran berisi penjumlahan dari tegangan balik pada sejumlah kumparan individu yang diletakan di sekitar periphery. Magnet dari tegangan keluaran adalah konstan, hanya berisi suatu ripple kecil dalam kaitannya dengan jumlah kumparan yang terbatas.

4. PROSEDUR PERCOBAAN

Pengujian Tegangan Keluaran

1. Hubungkan bagian atas rangkaian seperti yang ditunjukkan dalam diagram pada gambar 4-1 yang sesuai dengan diagram rangkaian dari gambar 4-2.

2. Set power supply pada 15 V untuk keluaran dan amati tegangan keluaran pada osiloskop.

Pertanyaan 1. Mengapa tegangan keluaran memiliki ripple pada bagian atasnya?

Pengujian Hubungan Tegangan Keluaran-Kecepatan Motor

1. Hubungkan rangkaian diatas seperti yang ditunjukkan dalam gambar 4-1 yang sesuai pada diagram rangkaian dari gambar 4-4.

2. Set power supply pada 4 V dan amati tegangan keluaran pada generator seperti yang ditunjukkan pada osiloskop. Tegangan keluaran harus dicatat dalam table 4-1.

3. Ulangi pengujian ini untuk tegangan 6V, 8V dan 15V dan catat hasilnya dalam table 4-1.

Tabel 4-1

Tegangan MasukanTegangan Keluaran

4. Pada kertas grafik, gambar grafik yang menunjukkan hubungan tegangan masukan ( sumbu x) dan tegangan keluaran (sumbu y).Pertanyaan 2. Apa yang bias disimpulkan dari grafik tersebut?

Pertanyaan 3. Dari grafik, dapat dilihat bahwa tegangan keluaran selalu lebih kecil dari tegangan masukan, mengapa demikian?

Pertanyaan 4. Apa yang dimaksud dengan efisiensi dari kombinasi generator motor DC?

Generator DC

Generator DCadalah alat atu mesin yang mengubah tenaga mekanis menjadi tenaga listrik. bila suatu penghantar di letakan diantara kutub kutub magnit maka pada magnit tersebut akan timbul ggl(garis gaya listrik). Arah arus ggl tersebut di tentukan dengan kaidah tangan kanan.

Bila tangan kanan di pampakan sedemikian rupa maka garis fluksi fluksi magnet jatuh pada telapak tangan dan ibu jari sebagai gerakan (penyebab) dan jari jari yang lain menunjukan arah GEM dengan demikian arah induksi magnetik.

DalamGenerator DCbesaran ggl selalu berubah ubah .tegangan yang berubah ubah dinamakan tegangan bolak balik dan arusnya dinamakan arus bolak balik. Satu putaran kumparan dinamakan atu peiode dan satu periode tiap detiknya dinamakan dengan frekuensi. Untuk mendapatkan aliran arus dariGenerator DCmaka di beri sebuag cincin yang terbuat dari tembaga yang tersekat satu sama lain yang telah dihubungkan dengan bagian luar. untuk mendapatkan arus searah maka cincin tersebut diganti dengan belahan cincin dengan demikian tegangan akan di putar pada saat kumparan pada saat mendatar yaitu pada saat kumparan posisi nol.dengan demikian arus searah akan mengalir keluar dan dalam kumparan tetap mengalir arus bolak balik. Pembalik arus ini dinamakan komutator.komutator dalam bentukGenerator DC ini terdiri dari 2 buah gelang yang telah tersekat satu sama lain yang telah di hubungkan dengan ujung ujung kumpara.

Dikutip dari : http://seputar-listrik.blogspot.com/2011/01/generator-dc.htmlKonstruksi Generator DCPada 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.

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.

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.

Prinsip kerja Generator DCPembangkitan tegangan induksi oleh sebuah generator diperoleh melalui dua cara: Dengan menggunakan cincin-seret, menghasilkan tegangan induksi AC Dengan menggunakan komutator, menghasilkan tegangan DC

Proses pembangkitan tegangan tegangan induksi tersebut dapat dilihat pada Gambar 2 dan Gambar 3.

Gambar 2. Pembangkitan Tegangan Induksi.

Jika rotor diputar dalam pengaruh medan magnet, maka akan terjadi perpotongan medan magnet oleh lilitan kawat pada rotor. Hal ini akan menimbulkan tegangan induksi. Tegangan induksi terbesar terjadi saat rotor menempati posisi seperti Gambar 2 (a) dan (c). Pada posisi ini terjadi perpotongan medan magnet secara maksimum oleh penghantar. Sedangkan posisi jangkar pada Gambar 2.(b), akan menghasilkan tegangan induksi nol. Hal ini karena tidak adanya perpotongan medan magnet dengan penghantar pada jangkar atau rotor. Daerah medan ini disebut daerah netral.

Gambar 3. Tegangan Rotor yang dihasilkan melalui cincin-seret dan komutator.Jika ujung belitan rotor dihubungkan dengan slip-ring berupa dua cincin (disebut juga dengan cincin seret), seperti ditunjukkan Gambar 3.(1), maka dihasilkan listrik AC (arus bolak-balik) berbentuk sinusoidal. Bila ujung belitan rotor dihubungkan dengan komutator satu cincin Gambar 3.(2) dengan dua belahan, maka dihasilkan listrik DC dengan dua gelombang positif.

Rotor dari generator DC akan menghasilkan tegangan induksi bolak-balik. Sebuah komutator berfungsi sebagai penyearah tegangan AC.

Besarnya tegangan yang dihasilkan oleh sebuah generator DC, sebanding dengan banyaknya putaran dan besarnya arus eksitasi (arus penguat medan).

Dikutip dari : http://ekofitriyanto.wordpress.com/2012/05/02/generator-dc/Gaya Gerak Listrik Induksi GGL, Medan Magnet menimbulkan Arus ListrikMichael Faraday (1791-1867), seorang ilmuwan berkebangsaan Inggris, membuat hipotesis (dugaan) bahwa medan magnet seharusnya dapat menimbulkan arus listrik. Untuk membuktikan kebenaran hipotesis Faraday.Berdasarkan percobaan, ditunjukkan bahwa gerakan magnet di dalam kumparan menyebabkan jarum galvanometer menyimpang. Jika kutub utara magnet digerakkan mendekati kumparan, jarum galvanometer menyimpang ke kanan. Jika magnet diam dalam kumparan, jarum galvanometer tidak menyimpang. Jika kutub utara magnet digerakkan menjauhi kumparan, jarum galvanometer menyimpang ke kiri. Penyimpangan jarum galvanometer tersebut menunjukkan bahwa pada kedua ujung kumparan terdapat arus listrik. Peristiwa timbulnya arus listrik seperti itulah yang disebut induksi elektromagnetik. Adapun beda potensial yang timbul pada ujung kumparan disebut gaya gerak listrik (GGL) induksi.Terjadinya GGL induksi dapat dijelaskan seperti berikut. Jika kutub utara magnet didekatkan ke kumparan. Jumlah garis gaya yang masuk kumparan makin banyak. Perubahan jumlah garis gaya itulah yang menyebabkan terjadinya penyimpangan jarum galvanometer. Hal yang sama juga akan terjadi jika magnet digerakkan keluar dari kumparan. Akan tetapi, arah simpangan jarum galvanometer berlawanan dengan penyimpangan semula. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa penyebab timbulnya GGL induksi adalah perubahan garis gaya magnet yang dilingkupi oleh kumparan.Menurut Faraday, besar GGL induksi pada kedua ujung kumparan sebanding dengan laju perubahan fluks magnetik yang dilingkupi kumparan. Artinya, makin cepat terjadinya perubahan fluks magnetik, makin besar GGL induksi yang timbul. Adapun yang dimaksud fluks nmgnetik adalah banyaknya garis gaya magnet yang menembus suatu bidang.Dikutip dari : http://rosalinapuspita.blogspot.com/2010/12/ggl-induksi.htmlPrinsip Terbentuknya Gaya Gerak Listrik (GGL) InduksiPrinsip terbentuknya gaya gerak listrik (GGL) dalam sebuah penghantar merupakan peristiwa induksi seperti gambar di samping.

Apabila sebatang penghantar digerak-gerakkan sedemikian rupa dalam medan magnet sehingga memotong garis-garis gaya magnet, maka pada penghantar tersebut akan terbentuk GGL induksi.

Arah gerak GGL induksi yang terjadi ditunjukkan dengan aturan tangan kanan sebagai berikut (perhatikan gambar) :

Bila telapak tangan kanan dibuka sedemikian rupa sehingga ibu jari dan keempat jari lainnya saling tegak lurus (900), maka ibu jari menunjukkan arah gerak penghantar (F) sedangkan garis yang menembus telapak tangan kanan adalah garis gaya (medan) magnit () dan empat jari lainnya menunjukkan arah GGL induksi yang terjadi (e), perhatikan gambar di samping.Untuk lebih memahami prinsip terbentuknya GGL induksi perhatikan percobaan Faraday seperti pada gambar di sampingJika batang magnet didorong masuk, jarum galvanometer G akan bergerak dan jika mendorongnya dihentikan, jarum galvanometer akan diam.

Demikian pula sebaliknya, jika batang magnet diubah arah gerakannya (ditarik), jarum galvanometer akan bergerak sesaat dan kembali diam jika gerakan batang magnet dihentikan dan gerakan jarum galvanometer mempunyai arah yang berlawanan dengan arah gerakan semula.

Bergeraknya jarum galvanometer tersebut disebabkan oleh adanya GGL induksi pada kumparan dan besar GGL induksi yang terjadi sesuai dengan hukum Faraday II adalah :

Besarnya GGL induksi yang terjadi dalam suatu penghantar atau rangkaian berbanding lurus dengan kecepatan perubahan flux magnet yang dilingkupinya.Secara matematis dituliskan :Jika penghantar tersebut merupakan sebuah kumparan dengan N lilitan, maka besar GGL induksi yang terjadi adalah :

Tanda negatif pada persamaan di atas menunjukkan persesuaian dengan hukum Lenz sebagai berikut :

Arah arus induksi dalam penghantar sedemikian rupa sehingga medan magnet yang dihasilkan melawan perubahan garis-garis gaya maget yang menimbulkannya.Gambar di samping adalah sebuah kumparan dengan N lilitan yang diputar pada suatu sumbu dalam medan magnet homogen.Saat kumparan pada posisi A B (lihat gambar A dan gambar B), fluks magnet () yang berhasil dilingkupi adalah maksimum (m).

Tetapi saat kumparan diputar berlawanan arah jarum jam sejauh dan berada posisi A B maka fluks magnet yang berhasil dilingkupi hanya sebesar :

= m cos . . . . . (1)

Bila kumparan kumparan tersebut diputar dengan kecepatan dan perubahan dari posisi AB ke posisi A B ditempuh dalam waktu t detik, maka besar sudut yang ditempuh adalah = . t.

Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa besar flux magnet yang dapat dilingkupi oleh kumparan setiap saatnya adalah :

= m cos . t . . . . (2)

Sehingga besar GGL induksi yang terjadi setiap saatnya dapat dihitung sbb :

e = N.m sin t. . . . . (3)

e = .N.m sin t . . . . (4)

Dari persamaan di atas terlihat bahwa GGL induksi (tegangan) e merupakanfungsi sinus.

Hal ini berarti bahwategangane akan mencapai harga maksimum pada saat sint = 1.

Dengan demikian besarnya tegangan maksimum dapat dihitung sebagai berikut :

Em = .N.m . . . . (5)

Sehingga persamaan (4) berubah menjadi :

e = Em sint. . . . (6)

Bila tegangan ini dihubungkan dengan beban resistif, maka arus akan mengalir dan persamaan arusnya dapat ditulis sebagai berikut :

i = Im sint. . . . (7)

Berdasarkan uraian di atas dapat dipahami, bahwa jika kumparan di atas diputar sejauh 2 radian (3600), maka tegangan yang terjadi akan berbentuk gelombang sinus seperti pada gambar di samping dan dari gambar tersebut terlihat bahwa tegangan akan mencapai harga maksimumnya pada saat :

karena pada saat tersebut nilai sinusnya sama dengan satu dan minus satu.

Harga maksimumdisebut juga denganharga puncak(peak value)atauamplitudo.

Sedangkanharga maksimum positif ke maksimum negatifdisebut denganharga puncak ke puncak (peak to peak value).Dikutip dari :http://avinurfitasari-avi.blogspot.com/2010/12/gaya-gerak-listrik-induksi-ggl-medan.html

1. Penyebab Terjadinya GGL InduksiKetika kutub utara magnet batang digerakkan masuk ke dalam kumparan, jumlah garis gaya-gaya magnet yang terdapat di dalam kumparan bertambah banyak. Bertambahnya jumlah garisgaris gaya ini menimbulkan GGL induksi pada ujung-ujung kumparan. GGL induksi yang ditimbulkan menyebabkan arus listrik mengalir menggerakkan jarum galvanometer. Arah arus induksi dapat ditentukan dengan cara memerhatikan arah medan magnet yang ditimbulkannya. Pada saat magnet masuk, garis gaya dalam kumparan bertambah. Akibatnya medan magnet hasil arus induksi bersifat mengurangi garis gaya itu. Dengan demikian, ujung kumparan itu merupakan kutub utara sehingga arah arus induksi seperti yang ditunjukkan Gambar 12.1.a (ingat kembali cara menentukan kutub-kutub solenoida).Ketika kutub utara magnet batang digerakkan keluar dari dalam kumparan, jumlah garis-garis gaya magnet yang terdapat di dalam kumparan berkurang. Berkurangnya jumlah garis-garis gaya ini juga menimbulkan GGL induksi pada ujung-ujung kumparan. GGL induksi yang ditimbulkan menyebabkan arus listrik mengalir dan menggerakkan jarum galvanometer. Sama halnya ketika magnet batang masuk ke kumparan. pada saat magnet keluar garis gaya dalam kumparan berkurang. Akibatnya medan magnet hasil arus induksi bersifat menambah garis gaya itu. Dengan demikian, ujung, kumparan itu merupakan kutub selatan, sehingga arah arus induksi seperti yang ditunjukkan Gambar 12.1.b.Ketika kutub utara magnet batang diam di dalam kumparan, jumlah garis-garis gaya magnet di dalam kumparan tidak terjadi perubahan (tetap). Karena jumlah garis-garis gaya tetap, maka pada ujung-ujung kumparan tidak terjadi GGL induksi. Akibatnya, tidak terjadi arus listrik dan jarum galvanometer tidak bergerak.

Jadi, GGL induksi dapat terjadi pada kedua ujung kumparan jika di dalam kumparan terjadi perubahan jumlah garis-garis gaya magnet (fluks magnetik). GGL yang timbul akibat adanya perubahan jumlah garis-garis gaya magnet dalam kumparan disebut GGL induksi. Arus listrik yang ditimbulkan GGL induksi disebut arus induksi. Peristiwa timbulnya GGL induksi dan arus induksi akibat adanya perubahan jumlah garis-garis gaya magnet disebut induksi elektromagnetik. Coba sebutkan bagaimana cara memperlakukan magnet dan kumparan agar timbul GGL induksi?2. Faktor yang Memengaruhi Besar GGL InduksiSebenarnya besar kecil GGL induksi dapat dilihat pada besar kecilnya penyimpangan sudut jarum galvanometer. Jika sudut penyimpangan jarum galvanometer besar, GGL induksi dan arus induksi yang dihasilkan besar. Bagaimanakah cara memperbesar GGL induksi? Untuk memahami hal ini, cobalah kamu melakukan Kegiatan 12.2. Sebelumnya, bentuklah satu kelompok yang terdiri 4 siswa; 2 laki-laki dan 2 perempuan. Apabila dilakukan dengan cermat, percobaan di atas akan menunjukkan bahwa penyimpangan jarum galvanometer makin besar ketika gerakan magnet dipercepat, jumlah lilitan diperbanyak, atau magnet diperbanyak. Jadi, ada tiga faktor yang memengaruhi GGL induksi, yaitu1. kecepatan gerakan magnet atau kecepatan perubahan jumlah garis-garis gaya magnet (fluks magnetik),2. jumlah lilitan,3. medan magnet.PENERAPAN INDUKSI ELEKTROMAGNETIKPada induksi elektromagnetik terjadi perubahan bentuk energi gerak menjadi energi listrik. Induksi elektromagnetik digunakan pada pembangkit energi listrik. Pembangkit energi listrik yang menerapkan induksi elektromagnetik adalah generator dan dinamo. Di dalam generator dan dinamo terdapat kumparan dan magnet.Kumparan atau magnet yang berputar menyebabkan terjadinya perubahan jumlah garis-garis gaya magnet dalam kumparan. Perubahan tersebut menyebabkan terjadinya GGL induksi pada kumparan. Energi mekanik yang diberikan generator dan dinamo diubah ke dalam bentuk energi gerak rotasi. Hal itu menyebabkan GGL induksi dihasilkan secara terus-menerus dengan pola yang berulang secara periodik.1. GeneratorGenerator 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 kutubkutub 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 00), belum terjadi arus listrik dan tidak terjadi GGL induksi (perhatikan Gambar 12.2). Pada saat kumparan berputar perlahan-lahan, arus dan GGL beranjak naik sampai kumparan membentuk sudut 900. 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 membentuk sudut 1800 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 270o, 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 perlahan-lahan hingga mencapai nol dan kumparan kembali ke posisi semula hingga membentuk sudut 360o.Dikutip dari :http://karismadarmaputra.blogspot.com/2012/03/ggl-induksi-fisika-sma.html