hendrickson: MAKALAH PEMANFAATAN GENERATOR

Tugas Dasar Konversi Energi Elektrik
Nama : HENDRICKSON
NPM : 13410221
Kelas : 2IB02

MAKALAH
PEMANFAATAN GENERATOR
Dibuat untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Dasar Konversi Energi Elektrik

Disusun Oleh :
Nama : Hendrickson
NPM : 13410221
Kelas : 2IB02

Program Sarjana Teknik Elektro
Fakultas Teknologi Industri
Tahun 2012

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur, kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa. Oleh karena rahmat-Nya, kami dapat menyelesaikan makalah Dasar Konversi Energi Elektrik ini.

Selain sebagai tugas, makalah yang kami buat ini bertujuan memberi informasi kepada para pembaca tentang “Pemanfaatan Generator”.

Pembuatan penyusunan makalah dengan materi “Pemanfaatan Generator” diharapkan dapat memberikan manfaat & wawasan pengetahuan bagi rekan-rekan mahasiswa juga para pembaca untuk lebih memahami pemanfaatan dan pengimplementasian generator.

Kami menyadari banyak hambatan dalam penyusunan makalah ini, baik itu masalah waktu, sarana, dan lain sebagainya. Selesainya makalah ini semata-mata bukan hanya atas kemampuan kami sendiri, tetapi banyak pihak yang mendukung dan membantu kami dalam penyusunan makalah ini. Dalam kesempatan ini pula, kami mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah membantu kami dalam penyusunan makalah ini.

Kami berharap agar makalah ini berguna bagi para pembaca, agar dapat memahami dan mengimplementasikan pemahaman yang didapat, mengenai generator. Kami menyadari bahwa dalam penyusunan makalah ini terdapat banyak kesalahan. Oleh sebab itu, kritik dan saran yang membangun sangat kami butuhkan agar di masa yang akan datang, kami mampu lebih baik lagi.

Bekasi, 28 April 2012

Penyusun

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR………………………………………………………........i
DAFTAR ISI ……………………………………………………………..........ii

BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang……………………………………………………………....1
1.2 Rumusan Masalah…………………………………………………………..2
1.3 Tujuan Penulisan…………………………………………………………....2

BAB II PEMBAHASAN
2.1 Pengertian Generator ……………………………………………………....4
2.2 Prinsip Kerja Generator……………………………………………………..5
2.3 Macam-Macam Generator……………………………………………….....7
        2.3.1 Generator Arus Searah……………………………………………....7
        2.3.2 Generator Arus Bolak-Balik……………………………………….....7
2.4 Jenis-Jenis Generator Arus Searah………………………………………....13
        2.4.1 Generator DC Tanpa Penguat Medan………………………............14
        2.4.2 Generator DC dengan Penguat Medan……………………………....14
2.5 Karakteristik Generator Arus Searah……………………………………......18
2.6 Pembangkitan Tegangan Induksi Pada Generator Berpenguatan Sendiri......19
2.7 Reaksi Jangkar……………………………………………………………....19
2.8 Cara Pengukuran Pendemagnetan…………………………………………..20
2.9   Kerja Paralel Generator Arus Searah…………………………………….....21
2.10 Hubungan Paralel Generator……………………………………………......22
2.11 Prinsip Alat Pembagi Beban Generator………………………………….. ...23
2.12 Pemanfaatan Generator…………………………………………………......24

BAB III PENUTUP
3.1 Kesimpulan……………………………………………………………….......25
3.2 Saran……………………………………………………………………….....26

DAFTAR PUSTAKA

BAB I
PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Seiring dengan perkembangan dunia industri, fabrikasi pengolahan dan perkembangan teknologi lainnya maka akan meningkat pula kebutuhan akan tenaga listrik karena energi listrik dapat dengan mudah dibangkitkan, ditransmisikan, lalu didistribusikan dengan melalui bentuk konversi energi dari energi yang satu menjadi bentuk energi yang lainnya.

Suatu sistem tenaga listrik tidak hanya didukung oleh sistem operasi yang optimal maupun pelayanan yang efisien, tetapi juga tergantung pada sistem pengontrolan dan sistem proteksi itu sendiri. Tujuan sistem pengontrolan dalamsistem tenaga listrik adalah mengontrol agar segala peralatan listrik yang membangunsistem kelistrikan dapat bekerja secara maksimal mulai dari pengontrolan sistem pembangkitan ke beban sampai pada pengontrolan terhadap gangguan yang mungkinterjadi selama pengoperasian sistem itu sendiri.

Salah satu sistem pengontrolan dari peralatan-peralatan kelistrikan adalah pengontrolan dari kerja generator, dimana tujuannya adalah mempertahankan kondisikerja dari generator itu sendiri dengan mengatur parameter-parameter yang ada didalamnya seperti frekuensi dan tegangan. Hal ini sebenarnya dilakukan untuk mempertahankan kesinambungan pelayanan kepada konsumen.

Generator adalah alat untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Generator menghasilkan energi listrik dengan digerakkan atau diputar oleh suatu penggerak mula (prime mover). Penggerak mula dari pada generator dapat berupa turbin air (PLTA), turbin gas (PLTG), turbin uap (PLTU), mesin diesel (PLTD), dan lain-lain.

Generator akan mengkonversi energi mekanik tersebut menjadi energi listrik yang kemudian dapat dipergunakan untuk melayani kebutuhan rumah tangga, industri dan lain-lain. Atas dasar itulah, materi mengenai generator diangkat dalam makalah ini.

1.2 Rumusan Permasalahan
            Adapun rumusan permasalahan yang didapat dari latar belakang permasalahan di atas, yaitu sebagai berikut :
1.    Apa yang dimaksud dengan generator ?
2.    Bagaimana prinsip kerja generator ?
3.    Apa saja macam-macam generator ?
4.    Apa saja jenis-jenis generator arus searah ?
5.    Bagaimana karakteristik generator arus searah ?
6.    Bagaimana pembangkitan tegangan induksi pada generator berpenguatan sendiri ?
7.    Apa yang dimaksud dengan reaksi jangkar ?
8.    Bagaimana cara pengukuran pendemagnetan ?
9.    Bagaimana kerja paralel generator arus searah ?
10. Bagaimana hubungan paralel generator ?
11. Bagaimana prinsip alat pembagi beban generator ?

1.3 Tujuan Penulisan
Tujuan penulisan makalah ini di antaranya, yaitu:
1.    Untuk memenuhi tugas mata kuliah Dasar Konversi Energi Elektrik.
2.    Untuk mengetahui apa yang dimaksud dengan generator.
3.    Untuk mengetahui prinsip kerja generator.
4.    Untuk mengetahui macam-macam generator.
5.    Untuk mengetahui apa saja jenis-jenis generator arus searah.
6.    Untuk mengetahui karakteristik generator arus searah.
7.    Untuk mengetahui informasi mengenai pembangkitan tegangan induksi pada generator berpenguatan sendiri.
8.    Untuk mengetahui apa yang dimaksud dengan reaksi jangkar.
9.    Untuk mengetahui cara pengukuran pendemagnetan.
10. Untuk mengetahui kerja paralel generator arus searah.
11. Untuk mengetahui hubungan paralel generator.
12. Untuk mengetahui prinsip alat pembagi beban generator.

BAB II
PEMBAHASAN

          Generator merupakan salah satu aspek pendukung dalam sistem tenaga dan merupakan salah satu aspek penting di dalam pengkonversian energi elektromekanik; yaitu konversi energi dari bentuk mekanik ke listrik dan daribentuk listrik ke mekanik. Generator dapat digolongkan ke dalam sistem pembangkit dimana sistem ini berperan untuk mengubah bentuk energi mekanik menjadi energi listrik. Suatu mesin listrik (baik generator ataupun motor) akan berfungsi bila memiliki, yaitu:
-    Kumparan medan, untuk menghasilkan medan magnet.
-    Kumparan jangkar, untuk mengimbaskan ggl pada konduktor – konduktor yang terletak pada alur – alur jangkar.
-    Celah udara, yang memungkinkan berputarnya jangkar dalam medan magnet.

          Pada mesin arus searah, kumparan medan yang berbentuk kutub sepatumerupakan stator (bagian yang tidak berputar), dan kumparan jangkar merupakanrotor (bagian yang berputar). Bila kumparan jangkar berputar dalam medanmagnet akan dibangkitkan tegangan (ggl) yang berubah – ubah arah setiapsetengah putaran, sehingga merupakan tegangan bolak – balik.
e = Emaks sin ωt

          Untuk memperoleh tegangan searah diperlukan alat penyearah yang disebut komutator dan sikat.

2.1 Pengertian Generator
          Generator adalah mesin listrik yang mengubah daya mekanis menjadi daya listrik. Mesin listrik dapat berupa generator dan motor dan berdasarkan arah arusnya mesin listrik terbagi atas mesin listrik arus searah dan mesin listrik arus bolak-balik.

2.2 Prinsip Kerja Generator
          Prinsip dari Generator Arus Searah berdasarkan Hukum Induksi Farraday. Jika sepotong kawat terletak di antara kutub-kutub magnet kemudian kawat tersebut digerakkan maka di ujung kawat ini timbul gaya gerak listrik (GGL) karena induksi.
e = B.L.V

          Jadi dasarnya adalah harus ada konduktor (penghantar), harus ada medan magnet, dan harus ada gerak atau perputaran dari konduktor pada medan magnetik. Arah GGL sesuai dengan kaidah tangan kanan, dimana:
    Jempol  gerak  putaran (v)
    Jari telunjuk  medan magnetik  U – S (kutub) (B)
    Jari tengah  besarnya galvanis  (L)
    Ketiga arah ini saling tegak lurus.

        Jika kumparan yang terletak di antara kutub-kutub magnet diputar dengan kecepatan putar (ω) yang tetap maka pada tiap-tiap perubahan kedudukan dari kumparan ini untuk besaran GGL induksinya berbeda-beda. Dengan berputarnya kumparan pada kecepatan tetap, maka besar GGL induksi setiap saat di ujung-ujung kumparan adalah :

          Untuk mengalirkan GGL induksi bolak-balik di ujung-ujung kumparan jangkar ke beban generator, dipakai dua cincin yang ikut berputar dengan kumparan dan pada cincin dipasang sikat arang yang tidak ikut berputar dengan kumparan tersebut. Untuk memperbesar GGl induksi yang terjadi pada ujung-ujung kumparan jangkar dapat dilakukan dengan membelitkan beberapa kumparan yang dialiri arus listrik pada kutub-kutub magnet generator. Untuk mendapatkan tegangan atau arus yang dialirkan ke beban generator, maka kedua cincin itu diganti dengan satu cincin belah. Cincin belah ini sering disebut Komutator dan masing - masing belahannya disebut Lamel.

Untuk perolehan arus searah dari tegangan bolak balik, meskipun tujuan utamanya adalah pembangkitan tegangan searah, tampak bahwa tegangan kecepatan yang dibangkitkan pada kumparan jangkar merupakan tegangan bolak-balik. Bentuk gelombang yang berubah-ubah tersebut karenanya harus disearahkan. Untuk mendapatkan arus searah dari arus bolak balik dengan menggunakan:

a. Saklar
Saklar berfungsi untuk menghubung singkatkan ujung-ujung kumparan. Prinsip kerjanya adalah sebagai berikut :
Bila kumparan jangkar berputar, maka pada kedua ujung kumparan akan timbul tegangan yang sinusoida. Bila setengah periode tegangan positif saklar dihubungkan, maka tegangan menjadi nol. Dan bila saklar dibuka lagi akan timbul lagi tegangan. Begitu seterusnya setiap setengah periode tegangan saklar dihubungkan, maka akan dihasilkan tegangan searah gelombang penuh.

b. Komutator
Komutator berfungsi sebagai saklar, yaitu untuk menghubung singkatkan kumparan jangkar. Komutator berupa cincin belah yang dipasang pada ujung kumparan jangkar. Bila kumparan jangkar berputar, maka cincin belah ikut berputar. Karena kumparan berada dalam medan magnet, akan timbul tegangan bolak-balik sinusoidal.

Bila kumparan telah berputar setengah putaran, sikat akan menutup celah cincin sehingga tegangan menjadi nol. Karena cincin berputar terus, maka celah akan terbuka lagi dan timbul tegangan lagi. Bila perioda tegangan sama dengan perioda perputaran cincin, tegangan yang timbul adalah tegangan arus searah gelombang penuh.

c. Dioda
Dioda adalah komponen pasif yang mempunyai sifat-sifat sebagai berikut:
- Bila diberi prasikap maju (forward bias) bisa dialiri arus.
- Bila diberi pra sikap balik (reverse bias) dioda tidak akan dialiri arus.
Berdasarakan bentuk gelombang yang dihasilkan, dioda dibagi menjadi:
- Half wave rectifier (penyearah setengah gelombang)
- Full wave rectifier (penyearah satu gelombang penuh)

2.3 Macam-Macam Generator
2.3.1 Generator Arus Searah
          Pada dasarnya, prinsip kerja generator arus searah sama dengan prinsip generator arus bolak-balik. Perbedaannya, pada generator arus searah dipasang komutator berupa sebuah cincin belah. Fungsi komutator ini mengatur agar setiap sikat karbon selalu mendapatkan polaritas ggl induksi yang tetap (sikat pertama positif dan sikat lainnya negatif).

2.3.2 Generator Arus Bolak – Balik
          Cara kerja generator arus bolak-balik adalah sebagai berikut :
1) Kumparan yang diletakkan dalam medan magnetik diputar sehingga mengalami perubahan jumlah garis gaya magnetik. Akibatnya, terjadi ggl induksi yang mampu menghasilkan arus listrik. Arus listrik yang dihasilkannya berupa arus bolak-balik (AC atau Alternating Current) karena setiap karbon akan mendapatkan polaritas ggl induksi yang berubah-ubah (kutub positif dan kutub negatif secara bergantian).
2) Untuk menyalurkan arus listrik yang diperoleh, kedua ujung kumparan dipasangi cincin yang terpisah dan ditempelkan pada sikat karbon yang dihubungkan dengan kabel penyalur.

          Perlu diingat bahwa generator adalah mesin yang menggunakan magnet untuk mengubah energi mekanis mejadi energi listrik. Prinsip generator dengan sederhana dapat dikatakan bahwa tegangan diinduksikan pada konduktor apabila konduktor digerakan pada medan magnet sehingga memotong garis gaya. Generator digerakan oleh beberapa mesin mekanis (uap atau turbin air, mesin bensin, atau motor listrik). Generator ac memerlukan energi mekanis untuk operasinya.

Jumlah tegangan yang diinduksikan pada penghantar pada saat panghantar bergerak pada medan magnet bergantung pada :
1. Kekuatan medan magnet. Makin kuat medan makin besar tegangan yang diinduksikan.
2. Kecepatan pada pengantar yang memotong fluks. Bertambahnya kecepatan penghantar menambah besarnya tegangan yang diinduksikan.
3. Sudut pada penghantar memotong fluks. Tegangan maksimum diinduksikan apabila konduktor memotong pada sudut 90˚, dan tegangan yang lebih rendah diinduksikan apabila sudut itu kurang dari 90˚.
4. Panjang penghantar pada medan magnet. Jika penghantar digulung menjadi kumparan yang terdiri dari beberapa lilitan, panjang efektif bertambah dan tegangan yang diinduksikan akan bertambah.

Generator ac dibuat dengan medan magnet diam atau berputar. Jenis medan diam biasanya kapasitas kilo Volt Ampere-nya relatif lebih kecil dan ukuran kerja tegangan – rendah. Jenis ini mirip dengan generator dc kecuali jenis ini mempunyai slip ring sebagai pengganti komutator. Kutub menonjol (salient pole) membangkitkan medan dc, yang dipotong oleh jangkar yang berputar. Jangkar memiliki lilitan yang mmpunyai terminal yang dihubungkan dengan slip ring yang dipasang pada poros. Seperangkat sikat bergeser pada slip ring sehingga kita dapat menghubungkan jangkar dengan beban luar. Generator ac tidak dapat mensuplai arus medan sendiri. Penguat medan harus arus searah, dan karena itu harus disuplai dari sumber luar. Jangkar diputar oleh sumber daya mekanis, misalnya mesin diesel.

Jenis generator ac medan – berputar menyederhanakan masalah pengisolasian tegangan yang dibangkitkan, yang umumnya sebesar 18.000 sampai 24.000 V. Generator ac medan – berputar mempunyai jangkar yang disebut stator. Lilitan stator tiga – fase langsung dihubungkan dengan beban tanpa melalui slipring dan sikat. Hal ini memudahkan isolasi kumparan karena kumparan tidak dikenai gaya sentrifugal. Metode yang berbeda dari penguatan medan telah dibuat dan digunakan. Generator ac berputar seperti yang diperlihatkan pada gambar… menggunakan sistem penguatan tanpa sikat pada generator ac kecil yang dipasangkan pada poros yang sama seperti generator utama, digunakan sebagai penguat. Penguat ac mempunyai jangkar putar. Output jangkar disearahkan dengan diode solid state yang juga dipasang pada poros utama. Output yang disearahkan dari penguat ac dimasukkan langsung dengan menggunakan hubungan yang diisolasi sepanjang poros pada medan generator sinkron yangberputar. Medan penguat ac adalah tetap dan disuplai dari sumber dc yangterpisah. Akibatnya, output penguat ac dan tegangan yang dibangkitkan dari generator sinkron yang dikontrol dengan mengubah kekuatan medan dari penguat ac melalui pengaturan rheostat medan.

Pada saat jangkar dari alternator sederhana dua kutub diputar pada satu putaran penuh, tegangan gelembung sinus dihasilkan pada terminal output. Tegangan generator gelombang sinus bervariasi baik pada nilai tegangan dan polaritasnya. Gelombang sinus adalah bentuk gelombang ac yang paling penting dan yang paling banyak digunakan. Frekuensi gelombang sinius ac (dalam Hertz) adalah banyaknya siklus yang dihasilkan per detik. Satu siklus adalah satu gelombang penuh dari tegangan atau arus bolak – balik.
Harga efektif atau harga rms dari gelombang sinus adalah yang paling banyak digunakan sehubungan dengan tegangan atau arus ac. Dalam praktek dianggap bahwa semua pembacaan tegangan atau arus ac adalah harga efektif, kecuali ada penjelasannya.

         Apabila kumparan berputar satu kali pada generator dengan dua kutub, dibangkitkan satu siklus tegangan. Apabila lumparan berputar satu kali pada generator empat kutub, dibangkitkan dua siklus tegangan, karena itu ada perbedaan antara derajat mekanis dan derajat listrik.
1. Derajat mekanis apabila kumparan atau penghantar jangkar berputar satu kali penuh, kumparan telah melewati 360˚ mekanis. Derajat mekanis sama dengan derajat listrik.
2. Derajat listrik jika GGL atau arus bolak – balik melewati satu siklus, berarti telah melewati 360˚ listrik waktu. jumlah derajat listrik pada satu putaran penuh sama dengan 720.

        Kecepatan dan jumlah kutub derajat ac menentukan frekuensi tegangan yang dibangkitkan. Jika generator mempunyai dua kutub (utara dan selatan) dan kumparan berputar pada kecepatan satu putaran per detik, maka frekuensi akan berubah manjadi siklus per detik. Rumus untuk mementukan frekuensi generator ac adalah :
f =    pn
        120
Dimana:
f = Frekuensi tegangan yang diinduksikan ( Hz )
p = jumlah kutub pada rotor
n = kecepatan rotor per menit ( r / menit )

          Besarnya tegangan yang dibangkitkan tergantung pada kecepatan pada garis medan magnet yang dipotong atau dalam hal generator ac, besarnya tegangan tergantung pada kuat medan dan kecepatan rotor. Karena sebagian besar dioperasikan pada kecepatan konstan, jumlah gaya elektromotif ( GGL ) yang dibangkitkan menjadi tergantung pada penguatan medan.

Kalau beban pada pengoperasian generator ac dengan kecepatan konstan dan penguatan medan konstan, tegangan terminal berubah. Besarnya perubahan tergantung pada desain mesin dan faktor pada daya beban. Rumus untuk menentukan persentase regulasi tegangan adalah:
% regulasi ( pada factor daya tertentu )
= tegangan tanpa beban – tegangan beban – penuh
tegangan beban – penuh

Tegangan terminal dari generator ac berubah dengan perubahan beban, karena itu biasanya ada beberapa cara untuk mempertahankan tegangan konstan yang diperlukan untuk operasi sebagian besar peralatan listrik. Cara umum untuk melakukannya adalah dengan menggunakan pengatur tegangan untuk mengontrol besarnya penguat medan dc yang diberikan pada generator. Apabila tegangan terminal pada generator turun karena perubahan beban, regulator tegangan secara otomatis menambah penguatan medan, yang memulihkan tegangan normal. Demikian juga, apabila tegangan terminal naik karena perubahan beban, regulator memulihkannya menjadi tegangan kerja normal dengan menurunkankan penguatan medan.

Gambar 6-6 menunjukan penyusunan dasar yang digunakan untuk membangkitkan tegangan ac satu fase dan tiga fase. Sistem satu fase digunakan untuk tuntutan daya kecil hampir semua sistem pembangkitan dan distribusi yang digunakan oleh utility daya adalah tiga fase.

Tiga perangkat kumparan stator dari alternator tiga fase dapat dihubungkan dalam wye (disebut juga bintang) atau bentuk delta. Gambar 6-7 menunjukan altenator hubungan wye. Sistem bintang tiga fase empat kawat adalah sangat umum dan merupakan sistem standar yang diberikan oleh utility daya pada pelanggan komersial dan industri. Sistem ini sangat ideal karena utility daya dapat memberikan daya satu fase atau tiga fase pada sistem empat kawat itu.

Pada altenator tiga fase yang dihubungkan bintang, tegangan fase ke netral sama dengan tegangan yang dibangkitkan pada tiap kumparan. Tegangan fase kefase diperoleh dengan mengalihkan tegangan fase ke netral dengan 1,73 karena kumparan – kumparan disusun letaknya 120˚ listrik satu sama lain.

Dengan beban tiga fase yang dihubungkan pada alternator, arus pada linsama dengan arus pada lilitan kumparan (fase).

Gambar 6-8 menggambarkan hubungan alternator delta. Pada system tigafase hubungan delta, tegangan yang diukur antara setiap dual in sama dengantegangan yang dibangkitkan pada lilitan kumparan.
V lin ke lin = V kumparan (fase)

Hal ini karena tegangan sedang diukur langsung antara lilitan kumparan. Meskipun demikian, kumparan terletak 120 derajat listrik satu sama lain seperti pada sistem hubungan bintang. Oleh karena itu, arus lin akan merupakan jumlah vector antara dua arus kumparan. Dengan beban tiga fase yang dihubungkan pada alternator, arus lin sama dengan 1,73 kali arus kumparan.
I lin = 1,73 X I kumparan (fase)

Energi mekanis harus diberikan pada poros jangkar generator untuk memutar dan menghasilkan listrik. Sumber energi mekanis ini disebut penggerak utama (prime mover). Alternator yang digerakan mesin umumnya digunakan untuk menyediakan daya darurat pada waktu ada kegagalan daya.

          Penggerak utama pada alternator on-site dapat digerakan dengan bensin, diesel, atau mesin dengan bahan bakar gas. Kadang – kadang perlu untuk menambah generator lain secara paralel untuk menambah total daya yang ada. Sebelum dua generator tiga fase kondisi berikut harus dipenuhi:
-    Urutan fase harus sama
-    Tegangan terminal harus sama
-    Tegangan harus sefase
-    Frekuensi harus sama

Apabila dua generator berfungsi sehingga syarat – syarat itu terpenuhi, maka kedua generator itu dikatakan dalam keadaan sinkron. Operasi membuat untuk mesin menjadi sinkron disebut penyinkronan. Ini umumnya dicapai dengan pengaturan kontrol dan memonitor perlengkapan.
Kogenerasi (gambar) adalah produksi simultan dari listrik dan energi panas dari bahan bakar tunggal.

Listrik dan panas yang dihasilkan oleh sistem digunakan untuk menaikan efisiensi keseluruhan menjadi 80% atau lebih tinggi, ini jauh berbeda dengan efisiensi dari station pembangkit dengan bahan bakar arang, yang hanya sekitar 30% dimana banyak energi panas yang hilang. Pada aplikasi dimana ada kebutuhan listrik dan air panas yang konstan, harga daya yang dihasilkan dapat jauh lebih rendah dibandingkan yang dijual oleh utility.

2.4 Jenis-Jenis Generator Arus Searah

Gambar 4.1 Diagram Jenis-Jenis Generator Arus Searah

2.4.1 Generator DC Tanpa Penguat Medan
2.4.2 Generator DC dengan Penguat Medan
2.4.2.1 Generator Penguatan Terpisah (Bebas)
Yaitu generator yang penguatannya berasal dari sumber arus searah luar. Misalnya baterai. Jika generator dihubungkan dengan beban, maka hubungan yang didapat adalah:
Vf = If Rf
Ea = Vt + IaRa
Tenaga keluar P = VtIL
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 menimbulkan 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:
Vf = If Rf
Ea = Vt + IaRa
Besaran yang mempengaruhi kerja dari generator, yaitu :
a. Tegangan jepit (V)
b. Arus eksitasi (penguatan)
c. Arus jangkar (Ia)
d. Kecepatan putar (n)
2.4.2.2 Generator Penguatan Sendiri
Generator pengautan sendiri adalah arus listrik yang dialirkan melalui kumparan penguat medan Rf yang diambil dari output generator tersebut. Biasanya generator ini dibuat sedemikian rupa sehingga dapat memberikan penguatan sendiri.
Sebelum dapat bekerja dengan penguatan sendiri, biasanya kutub-kutub magnet harus diberi penguat untuk mendapatkan remenensi magnet (magnet sisa) dari suatu sumber lain. Sisa magnet kecil ini membangkitkan tegangan pada jangkar yang selanjutnya dikembalikan lagi ke dalam belitan medan untuk memperkuat medan magnetnya, sehingga dengan demikian tegangan yang dibangkitkan dalam jangar akan lebih besar. Demikian seterusnya hingga didapat tegangan yang cukup.

Ditinjau dari cara-cara menghubungkan lilitan-lilitan medan dengan jangkar dan rangkaian luar atau jala-jala generator, penguatan sendiri ini dibagi menjadi:
1). Generator Shunt
Ciri utama generator shunt adalah kumparan pengaut medan dipasang parallel terhadap kumparan jangkar. Untuk generator shunt berlaku hubungan:
Vt = IshRsh = IlZl
Ea = IaRa + Vt
Pa = EaIa
Pout= VtIL

Vt = IfRf
Ea = IaRa + Vt + <Vsi
Pada generator shunt, untuk mendapatkan penguatan sendiri diperlukan:
a. Adanya sisa magnetik pada sistem penguat.
b. Hubungan dari rangkaian medan pada jangkar harus sedemikian, hingga arah medan yang terjadi, memperkuat medan yang sudah ada.

Mesin shunt akan gagal membangkitkan tegangannya apabila:
a. Sisa magnetik tidak ada
Misal: pada mesin-mesin baru. Sehingga cara memberikan sisa magnetik adalah pada generator shunt diubah menjadi generator berpenguatan bebas atau pada generator dipasang pada sumber arus searah, dan dijalankan sebagai motor shunt dengan polaritas sikat-sikat dan perputaran nominal.
b. Hubungan medan terbalik
Karena generator diputar oleh arah yang salah dan dijalankan, sehingga arus medan tidak memperbesar nilai fluksi. Untuk memperbaikinya dengan hubungan-hubungan perlu diubah dan diberi kembali sisa magnetik, seperti cara untuk memberikan sisa magnetik.
c. 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.

2). Generator Seri
Pada generator ini kumparan medan diseri dengan kumparan jangkarnya, sehingga medannya mendapat pengautan jika arus bebannya ada, itu sebabnya generator seri selalau terkopel dengan bebannya, kalau tidak demikian maka tegangan terminal tidak akan muncul. Untuk generator seri berlaku hubungan:
Vt = IaRa
Ea = Ia (Ra + Rf) + Vf

Kelemahan generator seri adalah tegangan output (terminal) tidak stabil, karena arus beban IL berubah-ubah sesuai dengan beban yang dipikul. Hal ini menyebabkan fluks magnet yang dihasilkan oleh kumparan medan seri tidak stabil. Keuntungan generator seri adalah daya output menjadi besar.

3). 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 bisa 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 kumparan seri ini membantu kumparan shunt, yakni MMF-nya searah. Bila generator ini dihubungkan seperti itu, maka 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 untuk 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 pasa satu range beban tertentu.
(a) Kompon panjang
Ia = If1 = IL + If2

Ea = Vt + Ia(Ra+ Rf1) + <Vsi

(b) Kompon pendek
Ia = If1 + If2 = IL + If2
Ea = Vt + ILRf1+ IaRa + <Vsi

2.5 Karakteristik Generator Arus Searah
Karakteristik adalah sebuah gambar grafik yang menyatakan hubungan antara dua nilai listrik yang menentukan sifat sebuah mesin. Karakteristik-karakteristik generator searah yang penting seperti dijelaskan di bawah ini:

a. Karaktreistik Beban Nol
Yang menyatakan tegangan jepit sebagai fungsi arus medan pada mesin tak berbeban dan jumlah putaran tetap. Pada beban nol, tegangan jeputan sama dengan GGL. Apabila dinyatakan dalam fungsi, maka karakteristik beban nol adalah:
V0 = f (Tm)

b. Karakteristik Berbeban
Yang menyatakan tegangan jepitan sebagai arus medan pada pembebanan yang tetap dan jumlah putaran yang tetap.
VT = f (Im)

c. Karakteristik Luar
Yang menuliskan tegangan jepitan sebagai fungsi arus sebab pada arus medan tetap dan jumlah putaran tetap.
VT = f (Ia)

d. Karakteristik Pengatur
Yang melukiskan arus medan sebagai fungsi arus beban pada tegangan jepitan dan putaran tetap.
Im = f (Ia)

e. Karakteristik Hubung Singkat
Yang menggambarkan arus jangkar sebagai fungsi arus medan pada mesin yang dihubungkan singkat dan putaran yang tetap.
Ia = f (Im)

2.6 Pembangkitan Tegangan Induksi Pada Generator Berpenguatan Sendiri
Di sini akan diterangkan pembangkitan tegangan induksi generator shunt dalam keadaan tanpa beban. Pada saat mesin dihidupkan (S tutup), timbul suatu fluks residu yang memang sudah terdapat pada kutub. Dengan memutarkan rotor, akan dibangkitkan tegangan induksi yang kecil pada sikat. Akibat adanya tegangan induksi ini mengalirlah arus pada kumparan medan. Arus ini akan menimbulkan fluks yang memperkuat fluks yang telah ada sebelumnya. Proses terus berlangsung hingga dicapai tegangan yang stabil. Jika tahanan medan diperbesar, tegangan induksi yang dibangkitkan menjadi lebih kecil. Berarti makin besar tahanan kumparan medan, makin buruk generator tersebut.

2.7 Reaksi Jangkar
Fluks yang menembus konduktor jangkar pada keadaan generator tak berbeban merupakan fluks utama. Jika generator dibebani, timbullah arus jangkar. Adanya arus jangkar ini menyebabkan timbulnya fluks pada konduktor tersebut. Dengan menganggap tidak ada arus medan yang mengalir dalam kumparan medan, fluks ini seperti digambarkan pada gambar di bawah ini.
Perhatikan pada konduktor yang terletak pada daerah ac, ternyata fluks yang ditimbulkan arus jangkar dengan fluks utamanya saling memperkecil, sehingga fluks yang terjadi disini menjadi berkurang. Perhatikanlah kemudian konduktor pada daerah bd, ternyata fluks yang ditimbulkan oleh arus jangkar dengan fluks utamanya saling memperkuat, sehingga fluks yang terjadi di sini bertambah. Fluks total saat generator dalam keadaan berbeban adalah penjumlahan vector kedua fluks. Pengaruh adanya interaksi ini disebut reaksi jangkar. Interaksi kedua fluks tersebut dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Karena operasi suatu generator arus searah selalu pada daerah jenuh, pengurangan suatu fluks pada konduktor dibandingkan dengan pertambahan fluks pada konduktor lain lebih besar. Hal tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut: Misalnya fluks sebesar Ox adalah fluks yang dihasilkan tanpa dipengaruhi oleh reaksi jangkar. Misalkan pula dengan adanya pengaruh reaksi jangkar pertambahan dan pengurangan kuat medan magnet (ggm) yang terjadi pada konduktor jangkar ac dan bd masing-masing sebesar B ampere-turn. Dengan demikian seperti terlihat pada gambar di bawah ini, pertambahan fluks pada konduktor bd hanyalah sebesar xy, sedangkan berkurangnya fluks pada konduktor jangkar ac sebesar xz, dimana harga xz lebih besar daripada xy. Oleh karena itu, fluks keseluruhan yang dihasilkan oleh konduktor jangkar akibat adanya reaktansi jangkar akan selalu berkurang harganya. Berkurangnya fluks ini dinamakan pendemagnetan.

Bentuk resultan gaya gerak magnet (ggm) akibat mengalirnya arus pada kumparan jangkar (NCIC) dapat dilihat pada gambar di bawah ini. Tampak ggmarus jangkar mengubah bentuk ggm medan utama pada kumparan stator.

Akibat-akibat buruk dari adanya Reaksi Jangkar, yaitu:
1) Terjadi distorsi medan
2) Terjadi loncatan bunga api karena bertambah besarnya tegangan
3) Pada tiap perubahan beban daerah netral magnetik bergeser
4) Terjadi demagnetisasi

          Cara-cara untuk membatasi reaksi jangkar, yaitu:
1. Kutub Antara ( Kutub Komutasi)
Bentuknya    : Lebih kecil dari kutub-kutub utama
Tujuan    : Menempatkan daerah netral magnetic pada tempatnya, sehingga tidak dipengaruhi keadaan beban dan menentang efek induksi sendiri.
2. Kumparan Kompensasi
Bentuknya     : Konsentrasi, ditempatkan pada kutub-kutub utama
Tujuan     : Untuk mencegah distorsi (perubahan bentuk) medan karena reaksi jangkar

2.8 Pengukuran Pendemagnetan
          Pendemagnetan terjadi akibat adanya reaksi jangkar menyebabkan turunnya fluks. Sedangkan fluks merupakan fungsi arus medan. Dan reaksi jangkar timbul akibat adanya arus yang mengalir dalam konduktor jangkar. Jadi, besarnya pendemagnetan bergantung pada besarnya arus jangkar dan pengaruhnya terlihat pada arus medannya. Penentuan pendemagnetan dapat dilakukan dengan membaut grafik If sebagai fungsi Ia pada tegangan hasil pengukuran atau perhitungan.

Grafik yang didapatkan dari perhitungan merupakan grafik dengan pengaruh pendemagnetan diabaikan. Untuk mendapatkannya, harga Ia dihitung harga Ea. Dari harga Ea yang didapat ini dan dengan menggunakan kurva pendemagnetan didapatkan harga If. Perhitungan dilakukan untuk beberapa harga Ia. Dari Ia dan If yang berpasangan ini dihasilkan suatu grafik seperti terlihat pada gambar di bawah ini yang bertuliskan tanda ’hit’.

Grafik yang didapatkan dari pengukuran grafik dengan pengaruh pendemagnetan diikutsertakan. Caranya adalah dengan memasangkan amperemeter pada kumparan medan dan kumparan jangkarnya. Dengan membaca kedua amperemeter ini diperoleh suatu grafik seperti terlihat pada gambar di atas yang bertuliskan tanda ’test’.

        Harga arus If dihasilkan dari pengukuran lebih besar daripada yang didapatkan dengan perhitungan untuk Ia yang sama. Selisih antara kedua grafik di atas menunjukkan besarnya pemagnetan = Fa (dalam ampere). Untuk menyatakan ggm-nya, tinggal mengalikannya dengan jumlah belitan jangkar. Harga efektif arus medan didefinisikan sebagai If – Fa. Kemudian jika pendemagnetan dan tahanan jangkar diabaikan didapat grafik yang merupakan garis mendatar (garisputus-putus).

2.9 Kerja Paralel Generator Arus Searah
         Untuk memberi tenaga pada suatu beban kadang-kadang diperlukan kerja paralel dari dua atau lebih generator. Pada penggunaan beberapa buah mesin perlu dihindari terjadinya beban lebih pada salah satu mesin. Kerja paralel generator juga diperlukan untuk meningkatkan efisiensi yang besar pada perusahaan listrik umum yang senantiasa memerlukan tegangan yang konstan. Untuk hal-hal yang khusus sering dinamo dikerjakan paralel dengan aki, sehingga secara teratur dapat mengisi aki tersebut.

         Tujuan kerja paralel dari generator adalah :
- Untuk membantu mengatasi beban untuk menjaga jangan sampai mesin dibebani lebih.
- Jika satu mesin dihentikan akan diperbaiki karena ada kerusakan, maka harus ada mesin lain yang meneruskan pekerjaan. Jadi untuk menjamin kontinuitas dari penyediaan tenaga listrik.

2.10 Hubungan Paralel Generator
          Pembagian beban antara generator-generator yang dihubungkan paralel tergantung pada tegangan sumber masing-masing generator.

       Gambar di atas memperlihatkan dua generator shunt yang dihubungkan paralel. Tegangan jaringnya ditentukan oleh:
U = E1 – I1Ra1= E2 – I2Ra2

          Kalau pada suatu saat arus jaringnya (I1 - I2) sangat kecil, tegangan terminalnya akan hampir sama dengan tegangan sumbernya. Situasi ini menimbulkan keadaan yang sangat labil. Kalau tegangan sumber salah satu generator berubah sedikit, ada kemungkinan generator yang tegangan sumbernya lebih rendah akan bekerja sebagai motor. Mesin shunt sebagai motor maupun generator memiliki arah putar yang sama. Supaya generator ini tidak bekerja sebagai motor, biasanya digunakan saklar dengan otomat arus balik. Otomat ini memiliki sebuah kumparan tegangan dan sebuah kumparan arus. Medan kedua kumparan ini saling berlawanan. Kalau kumparan-kumparannya dipilih secara tepat, otomatnya bisa berfungsi sebagai pengaman arus maksimum maupun pengaman arus balik. Menambahkan sebuah generator pada jaringan harus dilakukan sebagai berikut:
a. Generator yang akan ditambahkan dijalankan hingga mencapai kecepatan putar nominalnya.
b. Tahanan pengatur medannya diatur sedemikian hingga tegangan generatornya menjadi sedikit lebih tinggi daripada tegangan jaring. Tegangannya dapat diperiksa dengan menggunakan saklar pilih voltmeter.
c. Generator tadi kemudian dihubungkan dengan jaringan. Karena tegangannya sedikit lebih tinggi daripada tegangan jaring, generator ini tidak akan bekerja sebagai motor.
d. Selanjutnya tahanan pengatur medannya diatur sedemikian hingga generator tersebut memikul sebagian dari beban jaring. Besar beban generator ini dapat dilihat dari penunjukan amperemeternya.

2.11 Prinsip Alat Pembagi Beban Generator
          Governor beroperasi pada mesin penggerak sehingga generator menghasilkan keluaran arus yang dapat diatur dari 0% sampai dengan 100% kemampuannya. Jadi masukan ke mesin penggerak sebanding dengan keluaran arus generatornya atau dengan kata lain pengaturan governor 0% sampai dengan 100% sebanding dengan arus generator 0% sampai dengan 100% pada tegangan dan frekuensi yang konstan.

Governor bekerja secara hidrolik/mekanis, sedangkan sinyal masukan dari keluaran arus generator berupa elektris, sehingga masukan ini perlu diubah ke mekanis dengan menggunakan elektric actuator untuk menggerakkan motor listrik yang menghasilkan gerakan mekanis yang diperlukan oleh governor.

Pada beberapa generator yang beroperasi paralel, setelah sebelumnya disamakan tegangan, frekuensi, beda phasa dan urutan phasanya, perubahan beban listrik tidak akan dirasakan oleh masing-masing generator pada besaran tegangan dan frekuensinya selama beban masih di bawah kapasitas total paralelnya, sehingga tegangan dan frekuensi ini tidak digunakan sebagai sumber sinyal bagi governor.

Untuk itu digunakan arus keluaran dari masing-masing generator sebagai sumber sinyal pembagian beban sistem paralel generator-generator tersebut. Saat diparalelkan pembagian beban generator belum seimbang/sebanding dengan kemampuan masing-masing generator. Alat pembagi beban generator dipasangkan pada masing-masing rangkaian keluaran generator, dan masing-masing alat pembagi beban tersebut dihubungkan secara paralel satu dengan berikutnya dengan kabel untuk menjumlahkan sinyal arus keluaran masing-masing generator dan menjumlahkan sinyal kemampuan arus masing-masing generator. Arus keluaran generator yang dideteksi oleh alat pembagi beban akan merupakan petunjuk posisi governor berapa persen, atau arus yang lewat berapa persen dari kemampuan generator. Hasil bagi dari penjumlahan arus yang dideteksi alat-alat pembagi beban dengan jumlah arus kemampuan generator-generator yang beroperasi paralel dikalikan 100 (persen) merupakan nilai posisi governor yang harus dicapai oleh setiap mesin penggerak utama sehingga menghasilkan keluaran arus yang proprosional dan sesuai dengan kemampuan masing-masing generator.

2.12 Pemanfaatan Generator
Saat ini, manfaat generator sangat berarti bagi masyarakat, baik yang bergelut di industri maupun untuk pribadi. Untuk industri, dapat kita ambil contoh generator yang dipakai pada pusat listrik tenaga uap biasanya berjenis medan putus dan merupakan sistem udara tertutup. Lain halnya dengan generator pusat listrik tenaga air, yang mneggunakan sistem udara terbuka, dimana ketika air yang dibendung di dalam waduk dilepaskan ke dalam jalur yang di dalamnya ada turbin yang terhubung ke poros generator, sehingga menyebabkan generator tersebut berputar. manfaat generator di sini ialah putarannya yang menghasilkan listrik.

Pemanfaatan generator untuk sumber daya listrik merupakan pilihan utama dalam penggunaan generator, karena seperti ketahui bersama bahwa listrik merupakan kebutuhan yang penting bagi masyarakat. Pada tiap – tiap pembangkit listrik tentunya menggunakan generator sebagai pengubah daya dari mekanis ke listrik.

BAB III
PENUTUP

3.1 Kesimpulan
Generator adalah mesin listrik yang mengubah daya mekanis menjadi daya listrik. Mesin listrik dapat berupa generator dan motor. Berdasarkan arah arusnya, generator terbagi atas generator arus searah dan generator arus bolak-balik.

Prinsip kerja dari generator arus searah berdasarkan hukum Induksi Farraday adalah “jika sepotong kawat terletak di antara kutub-kutub magnet, kemudian kawat tersebut digerakkan, maka di ujung kawat ini timbul gaya gerak listrik (GGL) karena induksi.

Generator arus searah terbagi menjadi 2 jenis, yaitu:
1. Generator DC tanpa penguat medan.
2. Generator DC dengan penguat medan.

Untuk memberi tenaga pada suatu beban kadang-kadang diperlukan kerja paralel dari dua atau lebih generator. Pada penggunaan beberapa buah mesin perlu dihindari terjadinya beban lebih pada salah satu mesin. Kerja paralel generator juga diperlukan untuk meningkatkan efisiensi yang besar pada perusahaan listrik umum yang senantiasa memerlukan tegangan yang konstan.

Governor beroperasi pada mesin penggerak sehingga generator menghasilkan keluaran arus yang dapat diatur dari 0% sampai dengan 100% kemampuannya. Jadi masukan ke mesin penggerak sebanding dengan keluaran arus generatornya atau dengan kata lain pengaturan governor 0% sampai dengan 100% sebanding dengan arus generator 0% sampai dengan 100% pada tegangan dan frekuensi yang konstan.

Saat ini, manfaat generator sangat berarti bagi masyarakat, baik yang bergelut di industri maupun untuk pribadi. Untuk industri, dapat kita ambil contoh generator yang dipakai pada pusat listrik tenaga uap biasanya berjenis medan putus dan merupakan sistem udara tertutup. Lain halnya dengan generator pusat listrik tenaga air, yang mneggunakan sistem udara terbuka, dimana ketika air yang dibendung di dalam waduk dilepaskan ke dalam jalur yang di dalamnya ada turbin yang terhubung ke poros generator, sehingga menyebabkan generator tersebut berputar. manfaat generator di sini ialah putarannya yang menghasilkan listrik.

         Generator juga bermanfaat untuk mendapatkan tenaga utama bagi pabrik–pabrik yang bergerak di dunia industri, seperti pada pabrik semen, tekstil, perbengkelan, dan sebagainya. Jadi, pada intinya manfaat generator sangat berarti bagi masyarakat terlebih jika generator tersebut menghasilkan listrik.

3.2 Saran
          Berdasarkan prinsip generator arus searah dalam hukum Induksi Farraday. Bahwa “jika sepotong kawat terletak di antara kutub-kutub magnet kemudian kawat tersebut digerakkan, maka di ujung kawat ini timbul gaya gerak listrik (GGL) karena induksi”. Jadi, untuk dapat mengimplementasikan prinsip kerja tersebut, pada syaratnya adalah :
    Harus ada konduktor (penghantar).
    Harus ada medan magnet.
    Harus ada gerak atau perputaran dari konduktor pada medan magnetik.

           Untuk memperoleh arus searah dari tegangan bolak balik, meskipun tujuan utamanya adalah pembangkitan tegangan searah, tampak bahwa tegangan kecepatan yang dibangkitkan pada kumparan jangkar merupakan tegangan bolak-balik. Bentuk gelombang yang berubah-ubah tersebut karenanya harus disearahkan. Untuk mendapatkan arus searah dari arus bolak balik, sebaiknya kita menggunakan alat-alat berikut :
    Saklar
    Komutator
    Dioda

DAFTAR PUSTAKA

http://kuliahitukeren.blogspot.com/2011/08/prinsip-dan-manfaat-generator-listrik.html

http://sumberkita.com/generator/#more-1973

http://www.sisilain.net/2011/07/jenis-jenis-generator-fungsi-generator.html

http://www.scribd.com/doc/52743269/Jenis-generator-induksi

http://www.scribd.com/doc/33689894/Generator

http://books.google.co.id/books?id=8MloI7tNXGoC&pg=PA22&dq=jenis-jenis+generator&hl=id&sa=X&ei=EOObT7SbIsKtrAfWuax-&ved=0CC8Q6AEwAA#v=onepage&q=jenis-jenis%20generator&f=true

http://books.google.co.id/books?id=6BWqzho9GiEC&pg=PA142&dq=jenis-jenis+generator&hl=id&sa=X&ei=EOObT7SbIsKtrAfWuax-&ved=0CEcQ6AEwBQ#v=onepage&q=jenis-jenis%20generator&f=false

hendrickson

Minggu, 29 April 2012

MAKALAH PEMANFAATAN GENERATOR

1 komentar: