6 Karakteristik Generator Arus Searah PDF [PDF]

Citation preview

Karateristik Generator Arus Searah Karateristik suatu mesin merupakan gambaran secara grafik, yang memperlihatkan hubungan antara dua besaran listrik yang merupakan sifat suatu mesin. Pada pembahasan karakteristik-karakteristik generator arus searah akan ditinjau antara lain: a. Karakteristik tanpa beban, menggambarkan tegangan jepit tanpa beban sebagai fungsi arus penguat magnet pada generator tanpa beban pada (n) putaran yang tetap. Karakteristik ini dapat dinyatakan dengan: E = f (Im), pada I = 0 dan n = tetap b. Karakteristik beban, menggambarkan tagangan jepit berbeban V sebagai fungsi arus penguat magnet. V = f (Im), pada I = tetap dan n = tetap c. Karakteristik luar, menggambarkan tegangan jepit sebagai fungsi dari arus beban, sebagai berikut: V = f (Il), pada Im = tetap dan n = tetap A. Karakteristik Generator Arus Searah Penguat Sendiri 1. Karateristik Tanpa Beban E = f (Im) Menurut persamaan E = c. n . Φ, maka pada beban E merupakan fungsi arus gaya Φ. Karena Φ tergantung pada Im, maka karakteristik tanpa beban mempunyai bentuk seperti lengkung kemagnetan. Berdasarkan gambar 4.1 yang merupakan lengkung E = f (Im) meskipun Im = Φ, E telah mempunyai harga sebesar Op. GGL induksi ini disebabkan oleh adanya magnet sisa yang tinggal didalam kutub magnetnya, sedangkan GGL nominal Oq dapat dicapai dengan Im = Oa. Berdasarkan persamaan E = c . n . Φ, untuk harga n yang berada akan diperoleh grafik E = f(Im) yang berbeda pula. E q



p 0



a



Im



Gambar 4. 1: Grafik Karateristik Tanpa Beban



2. Karateristik Beban



Gambar 4. 2: Grafik Karateristik Beban



Arus beban untuk mendapatkan grafik ini dapat ditentukan berdasarkan penentuan besarnya beban. Untuk membangkitkan GGL Oq pada tanpa beban diperlukan arus medan Oa. Dengan beban, lilitan ampere lawan menimbulkan perlemahan medan utama. Untuk menghilangkan perlemahan ini, arus medan harus dinaikkan sebesar ab. Pada daerah jenuh, lilitan ampere lintang juga memperlemah medan utama. Untuk mengatasinya, sekali lagi arus penguat medan dinaikkan sebesar bc. Sehingga pada beban tersebut untuk membuat agar GGL sama dengan GGL tanpa beban, arus penguat magnet harus diperkuat dengan ac = rs. Tegangan jepit generator adalah: V  E  I a .Ra  2.e Dalam gambar 4.2, Ia.Ra + 2.Δe, dilukiskan sebagai st, sehingga t merupakan suatu titik pada karakteristik beban, berarti pada arus penguat magnet 0c diperoleh tegangan jepit ct. Diluar daerah jenuh pengaruh lilitan ampere lintang dapat diabaikan. Untuk E = 0p arus penguat medan magnetnya Im = 0a, dan karena pengaruh lilitan ampere lintang = 0, maka menghilangkan pengaruh reaksi jangkar diperlukan arus penguat sebesar a1b1 = ab = r1s1. Karena arus beban telah ditetapkan, maka kerugian tegangan akibat tahanan yang ada pada generator juga tetap. Sehingga jika s1t1 = st, maka t1 merupakan titik kedua dari karakteristik bebannya. Garis yang melalui s dan s1 melukiskan GGL sebagai fungsi arus penguat medan magnet pada sebuah generator yang berbeban. 3. Karateristik Luar V = f (Il) Biasanya beban dari generator selalu berubah-ubah, sehingga sangat penting untuk diketahui perubahan tegangan jepit, karena pengaruh perubahan tegangan yang terbangkit. Jika generator penguat terpisah saat dibebani tidak terdapat reaksi jangkar dan kerugian tegangannya, maka harga V = E akan tetap. Tetapi jika pengaruh reaksi jangkar diperhatikan, maka terjadi kenaikkan beban, reaksi jangkar jangankan akan semakin besar dan hal ini akan menyebabkan penurunan tegangan hingga Eb. Kerugian tegangan akan naik secara linier. (lihat gambar 4.3)



Gambar 4. 3 : Karateristik Luar



Jika arus beban Il, kerugian tegangan ap, maka Eb harus dikurangi lagi dengan a1p1 = ap dan a1 merupakan suatu titik dari karateristik luar. Dengan cara yang sama dapat diperoleh a2 dan seterusnya sehingga diperoleh karateritik luar V = f (Il).



B. Karateristik Generator Shunt



1. Karateristik Tanpa Beban Karateristik tanpa beban generator shunt dapat diperoleh dengan penguat terpisah atau penguat sendiri. Dalam penguat sendiri ganerator memberikan arus penguat sehingga dikatakan bahwa lilitan penguat magnet merupakan beban dari generator tersebut. Pada gambar 4.4 digambarkan karateristik tanpa beban generator shunt, dengan karateristik ini dapat diperhatikan bagaimana sebuah generator mencapai tegangan nominalnya.



Gambar 4. 4: Karakteristik Tanpa Beban Generator Shunt



Berdasarkan hukum ohm bahwa Rm = E/Im, jika harga Rm konstan, maka Rm dapat dillukiskan oleh suatu garis lurus melalui 0. untuk suatu harga Rm tertentu garis 0m melukiskan Rm. Kemagnetan tinggal sudah membangkitkan GGL induksi sebesar 0p. GGL ini membangkitakan arus penguat magnet 0a, GGL induksi menjadi lebih besar (= 0q). Kenaikkan GGL ini mengakibatkan kenaikkan arus penguat magnet dan mengakibatkan kenaikkan GGL induksi yang terbentuk dalam kumparan, begitu seterusnya sampai titik m pada karateristik tanpa beban. Pada titik ini untik membangkitkan GGL 0t tepat diperlukan arus penguat 0b. sehingga dapat dikatakan bahwa generatornya memperkuat dirinya sendiri mencapai tegangan nominal.



2. Karateristik Beban



Karateristika beban generator shunt sangat menyerupai karakteristik beban generator penguat terpisah. Skema rangkaian untuk memperoleh karakteritik iniini dapat dilihat pada gambar 4.5.



Gambar 4. 5: Rangkaian karateristik beban generator shunt



3. Karateristik Luar Gambar 4.6 melukiskan karakteristik luar generator shunt tanpa kutub bantu. Lengkungan I diperoleh dengan penguat terpisah sedangkan lengkungan II diperoleh dengan penguatan sendiri. Karena pada penguat terpisah Im tetap maka walaupun arus beban dinaikkan,, tegangan jepitnya tidak begitu cepat turunnya. Sedangkan dengan penguat sendiri arus medan turun sebanding dengan turunnya tegangan jepit karena dinaikkan beban. Turunnya arus penguat magnet akan menambah turunnya tegangan jepit, tegangan jepit menurun arus penguat turun lagi dan begitu seterusnya. Sehingga lengkung II jauh lebih cepat turunnya daripada lengkung I. Jika tahanan luar Rl terus diperkecil, maka pada suatu saat tegangan jepit V akan lebih cepat turun dari pada turunnya Rl, sehingga arus beban menjadi: Il 



Yang semestinya naik, tetapi Il turun.



V R



Gambar 4. 6: Karateristik Generator Shunt



Sehingga lengkung V = f (Il) berbalik sampai pada saat hubung singkat, harga V = 0 dan Im = 0 melewati titik L keadaan goyah, dengan arti bahwa LK dapat dikerjakan dengan tidak usah merubah harga tahanan Rl. Arus 0K disebut arus hubung singkat, arus ini diberikan oleh GGL yang dibangkitkan oleh kemagnetan tinggalnya. Pada mesin tanpa kutub bantu arus hubung singkat tersebut tidak berbahaya, karena arus penguat medan turun bersama-sama dengan tegangan jepit. Kalau mesinnya mempunyai kutub bantu, maka pada generator terdapat lilitan ampere lawan sehingga turunnya tegangan oleh suatu beban tertentu lebih kecil daripada untuk mesin tanpa kutunb bantu. Mesin kutub bantu, akan memperoleh arus hubung singkat yang sangat besar dan dapat membahayakan. Arus kritis ini jauh lebih besar daripada nilai nominalnya.



C. Karateristik Generator Seri



1. Karakteristik Tanpa Beban E = f (Im) Pada generator seri arus jangkar, arus beban dan arus penguat magnet merupakan arus yang sama besarnya. Jadi untuk mengambil karakteristik tanpa beban E = f ( Im ) tidak bisa diperoleh dengan penguatan sendiri, tetapi hanya dengan penguat terpisah, sehingga dapat diperoleh lengkung seperti gambar 4.1.



2. Karateristik Berbeban V = f ( Im ) Karateristik ini dapat diperoleh dengan cara mengubah generator seri tersebut menjadi generator penguat terpisah dan akan diperoleh lengkung seperti gambar 4.2.



3. Karateristik Luar V = f ( Il ) Satu –satunya karakteristik yang dapat dibuat untuk generator penguat seri adalah karakteristik luar. Karena arus beban Il juga merupakan arus penguat magnet maka bentuk karakteristik ini seperti karakteristik tanpa beban. Gambar 4.7 melukiskan bentuk karakteristik tanpa beban yang diambil dengan panguat terpisah beserta karateritik luar. Karakteristik luar letaknya lebih rendah dari karakteristik tanpa beban. Hal ini disebabkan oleh adanya reaksi jangkar dan rugi tegangan pada lilitan jangkar dan lilitan penguat magnet.



Gambar 4. 7: Karateristik Luar Generator Seri



4. Karateristik Pengatur Sifat pengatur ini dipergunakan untuk mengetahui berapa lusanya pengaturan suatu generator pada arus beban yang berubah-ubah dimana takanan klem generator tetap dan putaran generator tetap.



a. Kelompok Generator Shunt dan Penguat Terpisah Pelaksanaan pengambilan grafik pada generator shunt dan penguat terpisah dilakukan sebagai berikut:



Mula-mula generator diatur pada tegangan jepit (Ek) tertentu, arus beban (Ib) tertentu dan arus penguat (Im) akan menunjukkan harga tertentu. Kemudian arus beban (Ib) diubah-



ubah dengan mengatur tahanan (Rl), maka tagangan klem (Ek) akan berubah dan biasanya lebih kecil dari semula. Ini dapat diatasi dengan mengatur arus penguat Im sampai tegangan klem menunjukkan pada harga semula. Pada saat itulah dicatat harga-harga arus beban (Ib) dan arus penguat medan (Im). Gambar 4. 8



a. Gambar grafik karakteristik pengatur generator shunt dan penguat terpisah b. Gambar rangkaian pengambilan grafik karakteristik pengatur generator shunt c. Gambar rangkaian pengambilan grafik karakteristik pengatur generator penguat terpisah. Hasil dari generator shunt dan generator penguat terpisah sedikit lain walaupun pelaksanaan pengambilan grafiknya sama. Karena pada generator shunt pada beban yang besar akan menurunkan tegangan klem yang besar pula, maka arus penguat pun akan lebih menurun.



b. Kelompok Generator Seri Karena pada generator seri arus beban juga arus penguat kutubnya, maka sifat pengatur generator seri praktis tidak dapat diambil grafik pengaturnya.



c. Kelompok Generator Kompon Untuk generator kompon dengan adanya belitan kutub seri yang berfungsi dan bekerja karena arus beban, maka sifat pengatur dari generator kompon tidak dapat diambil grafik pengaturnya.



5. Karateristik Hubung Singkat Karakteristik hubung singkat dilakukan untuk mengetahui berapa kemampuan tegangan induksi yang dapat dihasilkan oleh magnet tinggal pada kutub utama generator. Pada karateristik hubung singkat ini praktis tegangan klem (Ek) menajadi nol, sehingga tegangan yang dapat membangkitkan arus hanya tegangan induksi dimana besarnya kecil sekali. Untuk generator shunt dan penguat terpisah cara pembuatan grafiknya hampir sama dengan pelaksanaan pada karakteristik pengatur (Gbr b dan c). Pada generator shunt pelaksanaan pengambilan karakteristik hubung singkat sedikit sulit, karena tegangan klem menjadi nol sehingga arus yang mengalir pada rangkaian sangat kecil demikian juga untuk generator penguat terpisah. Untuk mengatasinya maka harus digunakan amperemerter yang mempunyai ketelitian yang tinggi. Hasil grafik karakteristik hubung singkat adalah sebagai berikut: Ia Generator shunt dan generatot penguat terpisah r 0



Im



Gambar 4. 9: Karakteristik Hubung Singkat



Arus jangkar (Ia) pada generator shunt harus dihitung sedemikian rupa bila arus beban dan arus penguat magnet dapat dibaca pada amperemeter yang bersangkutan. Lain halnya dengan generator penguat terpisah, arus jangkar (Ia) juga arus beban (Ib) yang penunjukkannya dapat dibaca oleh ampere meter. Untuk generator seri dan generator kompon tidak dapat diambil karakteristik hubung singkatnya karena belitan kutub seri yang sifatnya mencegah turunnya tegangan karena beban. Dengan adanya belitan kutub seri tersebut tegangan dalam hubung singkat masih cukup besar, maka arus pun akan besar pula sehingga akan membahayakan.



D. Karakteristik Generator Komphon



1. Karateristik Tanpa Beban Karateristik tanpa beban generator komphon serupa dengan karateristik tanpa beban generator shunt, sebab lilitan seri pada beban kosong tak berarus. 2. Karatersitik Berbeban Karateristik ini mempunyai bentuk seperti karateristik generator shunt, tetapi letaknya lebih



tinggi



karena



pengaruh lilitan serinya.



Gambar 4. 10: Karateristik Generator Komphon Berbeban



Berdasarkan Gambar 4.10 untuk GGL Op pada karateristik tanpa beban diperlukan arus Im = 0a. untuk mengimbangi adanya reaksi jangkar, arus penguat magnetnya dinaikkan sebesar ab. Karena adanya lilitan seri, arus penguat medan magnet dapat dikurangi debgan qr. Misalnya kerugian tegangan akibat tahanan sama dengan rs. Maka s merupakan suatu titik dari karateristik bebannya. Jika dianggap rs tidak berubah, maka dapat ditentukan titik-titik lainnya dari karateristik dengan memindahkan garis ts sejajar dengan dirinya dimana t selalu tetap pada karateristik tanpa beban.



3. Karateristik Luar Lilitan seri generator komphon memperkuat mesinnya dengan arus beban, maka pemilihan jumlah lilitan seri yang tepat, dapat mengimbangi pengaruh reaksi jangkar dan memperbesar GGL induksi. Maka tegangan generator komphon dalam batas-batas yang luar mempunyai harga tetap (lengkung I gambar 4.11). Generator yang demikian disebut generator komphon datar dan banyak digunakan perusahaan-perusahaan koil dengan sedikit pengawasan. Dari gambar 4.11 lengkung II menunjukkan lengkung dari V = f(IL) generator komphon pendek. Generator komphon pendek mempunyai jumlah lilitan banyak daripada generator komphon panjang. Generator komphon pendek banyak digunakan pada traksitraksi.



Gambar 4. 11



Jika lilitan seri dihubungkan berlawanan dengan lilitan shunt, maka dengan kenaikkan beban, tegangan jepit akan turun. Generator yang demikian disebut generator komphon lawan. Grafik V = f(IL) dilukiskan pada gambar 4.11 dengan lengkung III. Generator jenis ini banyak digunakan untuk suatu pakerjaan yang sering terjadi hubung singkat misalnya untuk mesin-mesin las listrik.