BAB IV
GENERATOR DC
POKOK BAHASAN :
- Rangkaian ekivalen
- Kurva maknetisasi
- Eksitasi bebas, shunt dan seri
- Kompon komulatif dan diferensial
Generator adalah sebuah mesin listrik yang dapat mengubah daya mekanis menjadi daya listrik. Jika sepotong kawat terletak diantara kutub-kutub magnet, kemudian kawat tersebut digerakannan, maka diujung kawat itu timbul gaya gerak listrik karena induksi. Arah dari GGL ini mengikuti aturan tangan kanan.
Besar GGL induksi yang dibangkitkan oleh kumparan amartur sebanding dengan besar flux yang dihasilkan oleh kutub-kutub magnet yang diperkuat dengan kumparan medan, putaran mesin ( N) dan jumlah penghantar pada keseluruhan slot armatur, beasrnya :
Ea=∅x P x N x Za x60 =∅x P x n x Za =
Dimana :
Θ = Flux perkutub satuannya [ weber] N = Putaran Mesin ( rpm )
N = Putaran medan perdetik P = Jumlah kutub magnet
a = Jumlah kelompok kumparan armatur yang tersambung paralel. Z = Jumlah penghantar pada seluruh slot armatur
Rumus-Rumus dasar Generator DC :
Dari persamaan GGL bila untuk mencari putaran generator persamaan menjadi : N=E∅ax P x Zx a x60[rpm]
Besar daya output armatur adalah : Pa = Ea x Ia
Torque ( Kopel )
Jika jari-jari jangkar dari sebuah generator DC sebesar , mendapat gaya F, maka kerja yang dilakukan oleh Gaya F dalam satu putaran adalah :
Besar Troque :
W = F x Jarak [ Nm] W = F x 2 π r
Kerja yang dilakukan oleh Gaya F dalam putaran perdetik adalah : W = F x 2 π r x n
Hubungan torsi dan flux magnet :
Generator DC dapat diklasifikasi menurut sistem eksitasinya :
- Generator DC eksitasi bebas
Generator DC dapat diklasifikasi menurut sistem eksitasinya :
= Generator eksitasi bebas, fluks medan dihasilkan oleh sumber yang terpisah dari generator.
= Generator DC Shunt, fluks medan dihasilkan oleh belitan medan yang paralel dengan rangkaian armatur.
= Generator DC Seri, fluks medan dihasilkan oleh belitan medan yang seri dengan rangkaian armatur.
= Generator kompon komulatif.
Semua generator digerakkan oleh sumber energi mekanik yang disebut ”prime mover” (penggerak uama) berupa al: turbin uap, mesin diesel.
- Regulasi tegangan :
VR
=
V
nl−
V
flV
fl⋅
100%
- Reaksi jangkar :
ℑ=
N
f⋅
I
f−ℑ
arℑ
...(ggm penghasil fluks)Nf...(jumlah lilitan belitan medan)
If...(arus medan)
ℑ
ar ...(ggm reaksi jangkar)A.
Generator DC eksitasi bebas
- Generator eksitasi bebas :
I
a=
I
lV
t=
E
a−
I
a⋅
R
aE
a=
K
⋅
φ
⋅
ω
Il ....arus jala-jalaPada Generator eksitasi bebas, fluks medan dihasilkan oleh sumber yang terpisah dari generator.
Generator eksitasi bebas dapat dikendalikan dengan mengubah tegangan internal mesin. Menurut huku khirchoff :
Total gaya magnetomotif pada generator eksitasi bebas adalah
Perbedaan kecepatan dari kurva magnetisasi dan kecepatan generator pada nyatanya dapat dihitung menggunakan perbandingan:
B.
Generator DC shunt :I
a=
I
l+
I
fV
t=
E
a−
I
a⋅
R
aI
f=
V
R
tf
E
a=
K
⋅
φ
⋅
ω
Pada proses pembangkitan ggl : Φ0 > 0 ...(fluks remanen)
Ea0 = K.Φ0.ω …(ggl awal)
E
a=(
R
f+
R
a)⋅I
f+
L
f⋅
d
dt
(
I
f)
V
t=
R
f⋅
I
f+
L
f⋅
d
dt
(
I
f)
Lf...(induktansi belitan medan)
Generator DC Shunt, fluks medan dihasilkan oleh belitan medan yang paralel dengan rangkaian armatur.
Proses pembangkitan generator
Tegangan akan muncul pada terminal sehingga menghasilkan arus pada koil dan timbul fluks yang menguatkan generator. Kenaikan fluks akan menaikan Ea. Tegangan terminal pun naik , arus koil naik dan seterusnya sampai keadaan steady state.
E
a=(
R
f+
R
a)⋅I
f+
L
f⋅
d
dt
(
I
f)
V
t=
R
f⋅
I
f+
L
f⋅
d
dt
(
I
f)
C.
Generator DC seri :Pada generator seri besar arus dan tegangan sebagai berikut :
I
a=
I
f=
I
lV
t=
E
a−
I
a⋅(
R
a+
R
f)
fluks medan pada generator seri dihasilkan oleh belitan medan yang seri dengan rangkaian armatur.
I.
D. Generator kompon komulatif :
I
fφ=
I
sh+
I
eqI
eq=
N
s⋅I
a−ℑ
arN
shI
a=
I
sh+
I
lIfΦ ...(arus medan ekivalen penghasil fluks)
Ns...(jumlah lilitan belitan medan seri)
Nsh...(jumlah lilitan belitan medan shunt)
Ish...(arus medan shunt)
Kompon panjang :
V
t=
E
a−
I
a⋅(
R
a+
R
s)
I
sh=
V
tR
shKompon pendek :
V
t=
E
a−
I
a⋅
R
a−
I
l⋅
R
sGenerator kompon komulatif :
Generator jenis ini mempunyai penguatan ganda yaitu penguatan seri dan shunt serta efek medan keduanya terhadap jangkar saling memperkuat
Kompon panjang
Kompon pendek
V
t=
E
a−
I
a⋅
R
a−
I
l⋅
R
sGenerator kompon diferensial :
I
fφ=
I
sh−
I
eqI
eq=
N
s⋅
I
a+ℑ
arGenerator kompon diferensial
Generator jenis ini adalah generator dengan medan seri dan medan shunt, kedua medan ini saling melemahkan
SOAL
1. Sebuah Generator DC shunt mempunyai Daya output 200 K watt, tegangan terminal 200 V dan tegangan armaturnya 300 V arus shunt 10 A.
A) Gambar rangkaian ekivalennya B) Hitung arus armature ( Ia ) C) Tahanan armature ( Ra )
Jawab:
Rangkain ekivalen Generator DC shunt ( penggantinya )
Rangkaian Ekivalen Generator DC shunt dengan Beban ZL
Rangkaian Ekivalen Generator DC shuntdengan Tanpa Beban dengan Rf = 0
a). Gambar lihat pada Gambar
Po = Vt x IL --- > IL = Po / Vt = (200.000 /200) = 1000 A
2. Generator DC 4 kutub ( P)dengan belitan amatur bentuk simplex wave winding, mempunyai 792 penghantar pada seluruh slot (Z). Jika besar flux magnet per kutub 0,0121 weber dan tegangan terminal tanpa beban 240 volt (Vt), serta tegangan jatuh pada sikat diabaikan ( Vs=0) dan Ra = 2 ohm, tentukan besar kecepatan putar generator ( N ) tersebut.
Jawab :
Rumus Ea ( dari model rangakain ekivalen ) Ea = Ia. Ra + Vt + Vs
Pada generator tanpa beban berarti arus armatur Ia = 0 jadi Ea = ( 0. 2) + 240 + 0
= 240 volt
Dimana dalam bentuk fisik / fisika : Ea = ∅x P x N x Za x60
= 0,01212xx460x N x792
Jadi putaran generator N = 751, 3 rpm ( rotate per minute )
Rsh
3. Generator DC tipe kompond pendek daya output 22 Kwatt (Po), mempunyai tegangan terminal 220 volt ( Vt ), hambatan armatur 0,05 oh ( Ra), Hambatan kumparan medan seri 0,06 ohm (Rar ) dan hambatan medan shunt 110 ohm ( Rsh). Jika effisiensi ekonomis generator tersebut sebesar 88 % dan tegangan jatuh pada sikat diabaikan .
Tentukan
a). Gambarkan Rangkaian ekivalen generator tersebut b) Hitung gerak listrik kumparan amatur
c) Daya input ( Pin )
d) kopel sumbu, bila putaran generator 3000 rpm Jawab :
a) Rangkaian ekivalen Generator DC kompond pendek
b) Gaya gerak listrik kumparan amatur ( Ea) Ea = Ia. Ra x IL. Rar + Vt + Vs
Rangkaian paralel sehingga Vsh dapat dihitung dengan persamaan : Vsh = Ish. Rsh
Ea = Ia. Ra x IL. Rar + Vt + Vs
= ( 102,5 x 0,05 ) + (100 x 0,06 ) + 220 + 0 = 231,1 volt
c) Daya Input Generator : ηek = efisien ekonomis
ηek =
P0 P¿
80 % = 22000P
¿
Daya input generator : Pin = 25 Kwatt d) Kopel sumbu ( Ta )
Ta=9,55
P¿
N= 9,55 250003000 = 79,58 Nm
4. Sebuah generator kompond panjang bekerja pada putaran 3000 rpm memberikan daya keluaran 22 kwatt dan tegangan terminal 220 V
SOAL 5
a).Tentukan rangkaian ekivalen
b) Gaya gerak listrik armatur ( Ea ), jika jatuh tegangan pada sikat (Vs) diabaikan Vsh = Vt ( rangkaian Paralel)
= Ish x Rsh
Ish =
Vt
Rsh=
250
50 =5Ampere
Ia = IL + Ish
= ( 195 + 5 ) A = 200 A
Ea = Ia Ra + Vt + Vs
= ( 200 x 0,02 ) + 250 + 0 = 254 volt c) Rugi tembaga total
d). Daya input
SOAL-SOAL LATIHAN:
Sebuah generator dc, 240 V, 100 A, dengan data sebagai berikut :
Ea [V] 50 110 210 255 280 290
If [A] 0.10 0.25 0.50 0.75 1 1.40
Rs = 0.04 Ohm, Rsh = 200 Ohm, Ra = 0.14 Ohm, Ns = 12, Nsh = 1500, n = 1200 rpm
Radj = 0 – 300 Ohm.
1. Jika generator sebagai generator shunt :
a. Berapa tegangan tanpa beban untuk Radj = 120 Ohm
b. Jika generaor shunt diatas diputar dengan 1200 rpm, torka ”input” 272 N-m, menghasilkan arus armatur 100 A, hitunglah : Vt, Ea, Pkonv, Pcu
2. Bila generator dihubungkan secara kompon komulatif dengan putaran 1200 rpm dan Radj = 120 Ohm,
3. Kalau generator soal 2) dilepaskan belitan shuntnya, kemudian dibebani 50 A, berapa kecepatan putaran rotornya.
4. Dua buah generator eksitasi bebas masing-masing 20 KW, 230 V, Ra = 0.03 Ohm,
dan 15 KW, 240 V, Ra = 0.06 Ohm. Tegangan kedua nya dibangkitkan 230 V tanpa
beban.
a. Apabila keduanya dipasang paralel untuk mencatu beban 100 A, berapakah tegangan terminal sistem ini