BAB I

I.I Latar Belakang Masalah

 

Generator DC merupakan sebuah perangkat mesin listrik dinamis yang mengubah

energi mekanis menjadi energi listrik. Generator DC menghasilkan arus DC / arus searah.

Generator DC dibedakan menjadi beberapa jenis berdasarkan dari rangkaian belitan

magnet atau penguat eksitasinya terhadap jangkar (anker), jenis generator DC yaitu:

Energi Mekanis            GENERATOR              Energi Listrik

 

Tenaga mekanis : memutar kumparan kawat penghantar dalam medan magnet ataupun sebaliknya memutar magnet diantara kumparan kawat penghantar.

Tenaga listrik yang dihasilkan oleh generator tersebut adalah arus searah (DC) atau arus bolak-balik (AC), hal ini tergantung dari susunan atau konstruksi dari generator, serta tergantung dari system pengambilan arusnya

 

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 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. Sedangkan bagian 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

            Generator DC berpenguatan bebas merupakan generator yang mana arus medannya di suplai dari sumber DC eksternal. Tegangan searah yang dipasangkan pada kumparan medan yang mempunyai tahanan Rf akan menghasilkan arus If dan menimbulkan fluks pada kedua kutub. Tegangan induksi akan dibangkitkan pada generator.

Pada karakteristik berbeban sebuah generator DC menunjukkan bagaimana hubungan antara tegangan terminal Vt dan arus medan If ketika generator dibebani. Bila generator dibebani maka akan mengalir arus beban sebesar IL. Pada generator DC penguatan shunt penurunan tegangan terminal akan semakin besar bila terus-menerus dibebani, dan arus medan If pada mesin ikut turun. Ini menyebabkan fluks pada mesin turun sehingga nilai Ea turun yang menyebabkan penurunan tegangan terminal lebih besar. Sedangkan pada generator DC penguatan bebas Tegangan terminal Vt akan berkurang akibat

efek demagnetisasi dari reaksi jangkar. Pengurangan ini dapat di atasi dengan peningkatan arus medan yang sesuai. Tegangan terminal Vt akan lebih kecil daripada ggl E yang dibangkitkan, sebesar Ia.Ra, dimana Ra adalah resistansi rangkaian jangkar. Penurunan tegangan ini dapat dengan suatu segitiga yang disebut segitiga portier, yang sisinya sebanding Ia. karena Ia konstan maka segitiga ini konstan dalam batas-batas belum jenuh. Menurunnya tegangan terminal Vt ini akan menyebabkan arus medan If turun, dan Ea juga akan mengalami penurunan.

Dengan demikian, perlu dilakukan pengujian generator DC penguatan bebas dengan generator DC shunt berupa analisa data-data yang diambil dari laboratorium. Pengujian ini dilakukan untuk membandingkan karakteristik berbeban dari kedua jenis generator DC tersebut.

 

I.2 Tujuan Penulisan

 

                Adapun tujuan dari penulisan tugas ini adalah untuk mengetahui perbandingan karakeristik berbeban dari generator DC penguatan bebas dengan generator DC shunt. Manfaat penulisan tugas ini bagi penulis adalah mendapatkan pengertian dan penjelasan tentang karakteristik generator DC penguatan bebas dan generator DC shunt untuk keadaan beban yang berubah-ubah. Sedangkan bagi para pembaca, diharapkan semoga tugas akhir ini dapat menjadi sumbangan dalam memperkaya pengetahuan dan memberikan kesempatan untuk mempelajarinya lebih lanjut.

Medan magnet pada generator dapat dibangkitkan dengan dua cara yaitu :

• dengan magnet permanen

• dengan magnet remanen

Generator listrik dengan magnet permanen sering juga disebut magneto dynamo. Karena

banyak kekurangannya, maka sekarang jarang digunakan. Sedangkan generator dengan

magnet remanen menggunakan medan magnet listrik, mempunyai kelebihan-kelebihan

yaitu :

• Medan magnet yang dibangkitkan dapat diatur

Pada generator arus searah berlaku hubungan-hubungan sebagai berikut :

.

Dimana :          Ea = GGL yang dibangkitkan pada jangkar generator

                                    = Fluks per kutub

                                    z = Jumlah penghantar total

n = Kecepatan putar

e = Jumlah hubungan parallel

   Bila(Konstanta), maka :

Berdasarkan cara memberikan fluks pada kumparan medannya, generator arus searah dapat dikelompokkan menjadi 2 yaitu:

1. Generator berpenguatan bebas

Generator tipe penguat bebas dan terpisah adalah generator yang lilitan medannya dapat dihubungkan ke sumber dc yang secara listrik tidak tergantung dari mesin. Tegangan searah yang dipasangkan pada kumparan medan yang mempunyai tahanan Rf akan menghasilkan arus If dan meni mbulkan fluks pada kedua kutub. Tegangan induksi akan dibangkitkan pada generator

Jika generator dihubungkan dengan beban, dan Ra adalah tahanan dalam generator, maka hubungan yang dapat dinyatakan adalah:

Besaran yang mempengaruhi kerja dari generator :

• Tegangan jepit (V)

• Arus eksitasi (penguatan)

• Arus jangkar (Ia)

• Kecepatan putar (n)

2. Generator berpenguatan sendiri

a. Generator searah seri

b. Generator Shunt

Pada generator shunt, untuk mendapatkan penguatan sendiri diperlukan :

Adanya sisa magnetik pada sistem penguat Hubungan dari rangkaian medan pada jangkar harus sedemikian, hingga arah medan yang

terjadi, memperkuat medan yang sudah ada. Mesin shunt akan gagal membangkitkan tegangannya kalau:

Sisa magnetik tidak ada. Misal: Pada mesin-mesin baru. Sehingga cara memberikan sisa magnetic adalah pada generator shunt dirubah menjadi generator berpenguatan bebas atau pada generator dipasang pada sumber arus searah, dan dijalankan sebagai motor shunt dengan polaritas sikat-sikat dan perputrannominal

Hubungan medan terbalik, Karena generator diputar oleh arah yang salah dan dijalankan, sehingga arus medan tidak memperbesar nilai fluksi. Untuk memperbaikinya denganhubungan-hubungan perlu diubah dan diberi kembali sisa magnetik, seperti carauntuk memberikan sisa magnetik

Tahanan rangkaian penguat terlalu besar. Hal ini terjadi misalnya pada hubungan terbuka dalam rangkaian medan, hingga Rf tidak berhingga atau tahanan kontak sikat terlalu besar atau komutator kotor

C. Generator Kompon

Generator kompon merupakan gabungan dari generator shunt dan generator seri, yang dilengkapi dengan kumparan shunt dan seri dengan sifat yangdimiliki merupakan gabungan dari keduanya. Generator kompon bisadihubungkan sebagai kompon pendek atau dalam kompon panjang. Perbedaandari kedua hubungan ini hampir tidak ada, karena tahanan kumparan seri kecil, sehingga tegangan drop pada kumparan ini ditinjau daritegangan terminal kecil sekali dan terpengaruh.

I.3 Batasan Masalah            

            Untuk membatasi materi yang akan dibicarakan pada tugas ini, maka penulis perlu membuat batasan cakupan masalah yang akan dibahas. Hal ini diperbuat supaya isi dan pembahasan dari tugas akhir ini menjadi lebih terarah dan dapat mencapai hasil yang diharapkan. Adapun batasan masalah pada penulisan tugas akhir ini adalah :

Jenis generator yang digunakan dalam percobaan ini adalah generator DC penguatan bebas dan generator DC shunt.

Tidak membahas motor arus searah ( DC ). Beban yang digunakan hanya berupa beban resistif.  Tidak membahas karakteristik beban nol dan karakteristik luar dari generator DC.  Spesifikasi generator DC yang digunakan untuk percobaan adalah generator DC pada

Laboratorium Konversi Energi Listrik FT USU Energi Listrik FT USU

Untuk memberi tenaga pada suatu beban kadang-kadang diperlukan kerja pararel dari

dua atau lebih generator. Pada penggunaan beberapa buah mesin perlu dihindari

terjadinya beban lebih pada salah satu mesin. Kerja pararel generator juga diperlukan

untuk meningkatkan efisiensi yang besar pada perusahaan listrik umum yang senantiasa

memerlukan tegangan yang konstan. Untuk hal-hal yang khusus sering dynamo

dikerrjakan pararel dengan aki, sehingga secara teratur dapat mengisi aki tesebut.

 

BAB II

II.1 Membuat Blog Diagram Secara Keseluruhan

• Generator Penguat Terpisah

Pada generator penguat terpisah, belitan eksitasi (penguat eksitasi) tidak terhubung menjadi satu dengan rotor. Terdapat dua jenis generator penguat terpisah, yaitu:

1. Penguat elektromagnetik

2. Magnet permanent / magnet tetap

Gambar 1.1 Generator Penguat Terpisah.

Generator shunt

 Gambar 1.2 Diagram Rangkaian Generator Shunt

Generator Kompon

Gambar 1.3 Diagram Rangkaian Generator Kompon

Catu daya Adaptor adalah perangkat elektronika yang berfungsi menurunkan dan mengubah tegangan AC (Alternating Current) menjadi tegangan DC (Dirrect Current) yang dapat di gunakan sebagai sumber tenaga peralatan elektronika. Sebuah catu daya adaptor yang baik memiliki bagian-bagian seperti pada blok diagram berikut ini :

catu daya

Gambar 1.4  Diagram blog catu daya

II.2 Ceritakan Masing-Masing Komponen Setiap Blog

Catu daya

Keterangan :

1. Stepdown (Penurun Tegangan)

Bagian ini berfungsi menurunkan tegangan AC 110/220V menjadi tegangan AC yang lebih rendah yang diperlukan( 5V, 9V,12V, dll).Bagian ini terdiri dari sebuah transformer (trafo)

2. Rectifier (Penyearah)

Bagian ini merupakan bagian penyearah arus dari arus AC (bolak-balik) menjadi arus DC (searah).Bagian ini terdiri dari sebuah dioda silikon , germanium ,selenium atau Cuprox.

3. Filter (Penyaring)

Bagian ini berfungsi untuk menyaring arus DC yang masih berdenyut sehingga menjadi rata. Komponen yang digunakan yaitu gabungan dari kapasitor elektrolit dengan resistor atau induktor.

4. Stabilizer(Penstabil)

Bagian ini berfungsi menstabilkan tegangan DC agar tidak terpengaruh oleh tegangan beban.Komponen ini berupa Dioda Zener atau IC yang didalamnya berisi rangkaian penstabil.

5. Regulator(Pengatur)

Bagian ini mengatur kestabilan arus yang mengalir ke rangkaian elektronika.Komponen  yang di gunakan merupakan gabungan dari transistor, resistor dan kapasitor. Ada juga yang di paket berupa sebuah IC seperti regulator LM7805. Pada gambar 2.9 regulator bekerja dengan cara mengendalikan arus basis pada transistor melalui dioda zener 5V tipe 1N4736 dan resistor 680 ohm sehingga penguatan tegangan pada output transistor mengalami penurunan sesuai dengan pengaturan tegangan kemudi pada arus basis yaitu sebesar 5V. Pada gambar ilustrasi transistor NPN berikut ini, junction base-emiter diberi bias positif sedangkan base-colector mendapat bias negatif (reverse bias).

(KF.Ibrahim , Prinsip Dasar Elektronika , 1993, hal : 23)

 

 

III.3 Cara Kerja Masing-Masing Setiap Blok

• Generator Penguat Terpisah

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

• Generator Shunt

 

Pada generator shunt, penguat eksitasi E1-E2 terhubung paralel dengan rotor (A1-A2).

Tegangan awal generator diperoleh dari magnet sisa yang terdapat pada medan magnet stator. Rotor berputar dalam medan magnet yang lemah, dihasilkan tegangan yang akan memperkuat medan magnet stator, sampai dicapai tegangan nominalnya. Pengaturan arus eksitasi yang melewati belitan shunt E1-E2 diatur oleh tahanan geser. Makin besar arus eksitasi shunt, makin besar medan penguat shunt yang dihasilkan, dan tegangan terminal meningkat sampai mencapai tegangan nominalnya. Diagram rangkaian generator shunt dapat dilihat pada Gambar 1.2

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 terhubungsingkat, maka tidak akan ada tegangan atau energi listrik yang dihasilkan oleh generator tersebut.

• Generator Kompon

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 12. Pengatur medan magnet (D1-D2) terletak di depan belitan shunt.

III.4 Penampilan Rangkaian Skematik

           

• Generator Penguat Terpisah

 

 

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.

Kerugian tegangan akibat reaksi jangkar. Perurunan tegangan akibat resistansi jangkar dan reaksi jangkar, selanjutnya

mengakibatkan turunnya pasokan arus penguat ke medan magnet, sehingga

tegangan induksi menjadi kecil.

• Generator Shunt

 

Generator shunt mempunyai karakteristik seperti ditunjukkan pada Gambar 11. 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.

• Generator Kompon

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.

III.5 Fakta Penggunaan Implementasi Di Lapangan

Bab ini menjelaskan tentang hasil implementasi desain kontroler primemover ANFIS real-time skala laboratorium untuk simulasi kendali sistem satu mesin

Beberapa penelitian pengaturan kecepatan putaran motor arus searah (DC) yang telah dilakukan antara lain oleh Resmana, dan kawan-kawan (1999) yang mengimplementasikan fuzzy logic pada microkontroller untuk kendali putaran alat pembuat gerabah, Dwi Asta yang menerapkan fuzzy adaptif dengan penalaan fungsi keanggotaan pada pengendali kecepatan motor DC berbasis mikrokontroler 89C52, dan Josephat pramudijanto, dan kawan-kawan (2001) dengan mengimplementasikan ANFIS pada pengaturan motor servo MS 150 DC. Pada Penelitan ini motor DC befungsi sebagai primemover generator sinkron dan kontrolernya digunakan metode ANFIS untuk mengatur kecepatan putaran agar tetap stabil sesuai dengan perubahan yang terjadi pada beban. Untuk menstabilkan putaran primemover pada putaran tertentu maka digunakan

frekuensi sebagai acuan. Alasan pemilihan ANFIS sebagai kontroler yaitu karena kontroler ini dapat beradaptasi jika terjadi perubahan input sistem secara tiba-tiba [4]. Penelitan ini tidak hanya mendesain dan mensimulasikan kontroler putaran primemover dengan menggunakan software, namun juga akan mengimplementasikan ke dalam bentuk real (prototype). Keunggulan yang dimiliki penelitian ini yaitu tidak hanya melihat tingkat keandalan melalui simulasi (software), namun juga akan membuktikan dalam bentuk percobaan secara langsung, sehingga akan terlihat perbedaan kecepatan respon pada simulasi dan kecepatan respon pada saat dihubungkan pada plant yang digunakan