MAKALAH GENERATOR LISTRIK DC TEKNIK TENAGA LISTRIK PDF

Preview

Summary

MAKALAH GENERATOR LISTRIK DC TEKNIK TENAGA LISTRIK Dosen Pengampu: Aris Ansori S.Pd., M.T. Disusun Oleh: Kelompok 6 1. Achmad Harish Aviansyah (17050754001) 2. Syahrul Gunawan (17050754002) 3. Aribati Fabi Insani (17050754003) 4. Ilham Lantip Permadi (17050754004) 5. Lely Farima (17050754005) 6. Jer...

Description

MAKALAH GENERATOR LISTRIK DC TEKNIK TENAGA LISTRIK

Dosen Pengampu: Aris Ansori S.Pd., M.T. Disusun Oleh: Kelompok 6 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Achmad Harish Aviansyah Syahrul Gunawan Aribati Fabi Insani Ilham Lantip Permadi Lely Farima Jery Tony Taklal

(17050754001) (17050754002) (17050754003) (17050754004) (17050754005) (17050754052)

UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK MESIN TAHUN AJARAN 2019/2020

1

DAFTAR ISI DAFTAR ISI................................................................................................................................i DAFTAR GAMBAR ................................................................................................................. ii BAB I. PENDAHULUAN ..........................................................................................................1 1.1 Latar Belakang .................................................................................................................1 1.2 Rumusan Masalah ...........................................................................................................1 1.3 Tujuan Pembahasan........................................................................................................2 1.4 Batasan Masalah .............................................................................................................2 BAB II. PEMBAHASAN ...........................................................................................................3 2.1 Pengertian Generator DC (Arus Searah) .......................................................................3 2.2 Prinsip kerja Generator DC ............................................................................................4 a. Prinsip Dasar Generator Arus Searah .....................................................................4 b. Prinsip Penyearahan Generator...............................................................................4 2.3 Cara kerja Generator DC ................................................................................................4 2.4 Macam-Macam Generator DC (Arus Searah) ...............................................................5 2.4.1 Generator Berpenguatan Bebas ............................................................................5 2.5 Komponen-komponen Generator DC .............................................................................6 2.5.1 Rangka generator ......................................................................................................7 2.5.2 Inti kutub magnet dan lilitan penguatan magnet ....................................................7 2.5.3 Piringan tutup ............................................................................................................8 2.5.4 Pul kumparan medan / sepatu-sepatu kutub...........................................................8 2.5.5 Kumparan medan......................................................................................................8 2.5.6 Armatur/Anker ..........................................................................................................8 2.5.7 Sikat komutator .........................................................................................................9 2.5.8 Komutator ..................................................................................................................9 2.5.9 Jangkar.....................................................................................................................10 2.5.10 Rumah sikat dan arang sikat ................................................................................10 2.5.11 Kipas pendingin .....................................................................................................10 2.6 Perhitungan Efisiensi Generator DC ............................................................................10 2.7 Contoh Soal Perhitungan Generator Listrik DC .........................................................13 BAB III. PENUTUP .................................................................................................................18 3.1 Kesimpulan .....................................................................................................................18 3.2 Saran ...............................................................................................................................18 Daftar Pustaka..........................................................................................................................19

i

DAFTAR GAMBAR 2.1 Penentuan Arah GGL........................................................................................... 3 2.2 Penyearah dengan cincin...................................................................................... 5 2.3 Generator Shunt.................................................................................................... 5 2.4 Generator Seri....................................................................................................... 6 2.5 Generator Kompon............................................................................................... 6 2.6 Rangka Generator................................................................................................. 7 2.7 Inti Stator.............................................................................................................. 7 2.8 Anker.................................................................................................................... 8 2.9 Sikat Komutator.................................................................................................... 8 2.10 Komutator........................................................................................................... 9 2.11 Jangkar Generator............................................................................................... 9

ii

BAB I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Saat ini listrik merupakan kebutuhan yang sangat pokok bagi kehidupan umat manusia. Tanpa adanya listrik, manusia akan sulit beraktifitas dan menyelesaikan pekerjaannya dengan baik. Penggunaan generator merupakan salah satu upaya mengoptimalkan penggunaan energi listrik dengan memanfaatkannya sebagai pengubah daya mekanis menjadi daya listrik.Rijono (1997:107) menuliskan,”Generator adalah sebuah mesin listrik yang dapat mengubah daya mekanis menjadi daya listrik. Jika sepotong kawat terletak diantara kutub-kutub magnet, kemudian kawat tersebut kita gerakkan, maka di ujung kawat itu muncul gaya gerak listrik karena induksi” Generator ada dua jenis, yaitu generator AC (arus bolak balik) dan generator DC (searah). Generator DC ada dua macam, yaitu generator DC tanpa penguatan medan dan generator DC dengan penguatan medan. Dalam penggunaan Generator DC, pasti akan mengalami losses (Rugi-rugi). Rugi-Rugi yang terjadi dibagi menjadi tiga, yaitu: rugirugi tembaga atau listrik, rugi-rugi besi atau magnet, rugi-rugi mekanik. Karena terjadi rugi-rugi, maka efisiensi dilakukan untuk membandingkan daya masukan dan keluaran. Ketika sudah mengenal tentang generator, maka user dapat secara bertahap mampu menggunakannya dengan optimal, baik bagi masyarakat pribadi maupun dalam sektor industri. Selama ini terjadi lonjakan permintaan generator listrik karena kemudahan dan ragam fungsinya. Dalam kehidupan kita sehari – hari Generator DC dapat berfungsi sebagai salah satu pembangkit arus searah di bengkel – bengkel atau pabrik, sebagai pengisi accu pada perusahaan pengisi accu, sebagai pengisi accu mobil, bahkan dipusat – pusat tenaga listrik berfungsi sebagai penguat magnet (exiciter ) pada generator utama. Mengingat pengtingnya manfaat dari generator DC (arus searah) dalam kehidupan sehari-hari, maka dalam makalah ini penulisakan membahas mengenai pengetahuan dasar dari generator listrik. . 1.2 Rumusan Masalah Penulisan makalah ini mempunyai rumusan masalah sebagai berikut. 1. Apakah yang dimaksud dengan Generator DC? 2. Bagaimana prinsip kerja generator DC? 3. Bagaimana Cara kerja generator DC? 4. Apa saja Macam-macam generator DC? 5. Apa saja Komponen-komponen generator DC? 6. Bagaimana Perhitungan Efisiensi generator DC? 7. Bagaimana Contoh Perhitungan Soal generator DC? 8. Apa saja rugi-rugi daya yang terjadi pada mesin DC?

1

1.3 Tujuan Pembahasan Penulisan makalah ini bertujuan sebagai berikut. 1. Mengetahui konsep dasar generator DC. 2. Mengetahui prinsip kerja generator DC. 3. Mengetahui Cara kerja generator DC. 4. Mengetahui Macam-macam generator DC. 5. Mengetahui Komponen-komponen generator DC. 6. Mengetahui Perhitungan Efisiensi generator DC. 7. Mengetahui Contoh Perhitungan Soal generator DC. 8. Mengetahui rugi-rugi daya yang terjadi pada mesin DC. 1.4 Batasan Masalah Penulisan makalah ini terdapat batasan sebagai berikut. 1. Jenis generator yang dibahas adalah generator DC. 2. Tidak membahas motor arus searah ( AC ) 3. Memaparkan prinsip kerja dari generator DC. 4. Memaparkan komponen-komponen dalam generator DC.

2

BAB II. PEMBAHASAN 2.1 Pengertian Generator DC (Arus Searah) 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 dari bentuk listrik ke mekanik. Nurhadi (2012) mengemukakan bahwa “generator merupakan salah satu mesin listrik, yang mengubah energy gerak atau mekanik menjadi energy listrik”.Rijono (1997:107) menuliskan,”Generator adalah sebuah mesin listrik yang dapat mengubah daya mekanis menjadi daya listrik.Jika sepotong kawat terletak diantara kutub-kutub magnet, kemudian kawat tersebut kita gerakkan, maka di ujung kawat itu muncul gaya gerak listrik karena induksi”. Needle (1991:151) mengemukakan, “generator arus searah didasarkan pada prinsip dasar yakni bila sebuah penghantar dibuat berputar melalui medan magnet, suatu gaya gerak listrik (ggl) akan diindusir di dalam penghantar tersebut”. GGL tersebut dapat ditentukan menggunakan kaidah tangan kanan seperti dibawah ini.

Gambar 2.1 Penentuan Arah GGL (Sumber: https://upload.wikimedia.org)

Ramlawati, Yunus (2016:34) menuliskan, “jika telapak tangan dibuka sedemikian sehingga keempat jari yang dirapatkan menunjuk arah medan magnetic B dan ibu jari menunjuk kea rah arus listrik, arah dorong telapak tangan menunjukkan arah gaya magnetic F yang dialami kawat berarus. Generator merupakan salah satu mesin listrik.Sumardjati (2008:384) menuliskan sebagai berikut. Ada tiga hal pokok yang menjadi dasar kerja sebuah mesin listrik, yaitu: Adanya fluks magnet yang dihasilkan oleh kutub-kutub magnet. Adanya kawat penghantar listrik, yang merupakan tempat terbentuknya gaya gerak listrik (ggl) atau aliran arus listrik. Gerakan relative antara fluk magnet dengan kawat penghantar listrik. Dalam hal ini boleh magnetnya tetap, sedangkan kawat penghantarnya yang bergerak atau sebaliknya.

3

2.2 Prinsip kerja Generator DC a. Prinsip Dasar Generator Arus Searah Generator Arus Searah berfungsi mengubah tenaga mekanik dari penggerak awalnya menjadi tenaga listrik yang diberikan ke beban. Prinsip generator yang diberikan azas kerja induksi dari percobaan Faraday yang berbunyi “ apabila sepotong penghantar listrik berada dalam medan magnet yang berubah – ubah maka sdalam kawat penghantar akan terbentuk GGL induksi ” yang besarnya : e(t) = - N . dΦ / dt ( Volt ) Dimana : e = ggl induksi yang terbentuk ( Volt ) N = Jumlah lilitan Φ = Fluks magnet ( weber ) t = waktu ( s ) Maka prinsip timbulnya GGL induksi pada generator terdapat 3 hal pokok yaitu : i. Adanya Fluks magnet dari kutub – kutub magnet. ii. Adanya kawat penghantar listrik sebagai tempat timbulnya GGL. iii. Adanya gerakan b.

Prinsip Penyearahan Generator Pada dasarnya generator DC merupakan generator AC akan tetapi Berbeda pada Komutatornya. Pada generator AC berbentuk cincin lingkaran penuh, sementara generator DC berbentuk cincin belah.

gambar sistem penyearahan dengan cincin belah pada generator

dengan menggunakan cincin belah gelombang AC-nya disearahkan menjadi gelombang penuh (seperti hasil penyearahan dioda jembatan), jadi semakin banyak belahan cincin semakin baik tegangan DC-nya ( riak semakin sedikit ). 2.3 Cara kerja Generator DC Pembangkitan tegangan induksi oleh sebuah generator diperoleh melalui dua cara: • Dengan menggunakan cincin-seret, menghasilkan tegangan induksi bolak-balik.

4

• Dengan menggunakan komutator, menghasilkan tegangan DC. 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. Pada posisi ini terjadi perpotongan medan magnet secara maksimum oleh penghantar. Sedangkan posisi jangkar pada, 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. Jika ujung belitan rotor dihubungkan dengan slip-ring berupa dua cincin (disebut juga dengan cincin seret), maka dihasilkan listrik AC (arus bolak-balik) berbentuk sinusoidal. Bila ujung belitan rotor dihubungkan dengan komutator satu cincin dua belahan, maka dihasilkan listrik DC dengan dua gelombang positip. • 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). 2.4 Macam-Macam Generator DC (Arus Searah) Berdasarkan penggunaan penguat medan, generator DC ada dua macam, yaitu generator DC tanpa penguatan medan dan generator DC dengan penguatan medan. Generator DC dengan penguatan medan terbagi menjadi dua, yaitu generator DC dengan penguat bebas dan generator DC dengan penguat sendiri. 2.4.1 Generator Berpenguatan Bebas Generator tipe penguat bebas dan terpisaha dalah generator yang lilitan medannya dapat dihubungkan ke sumber dc yang secara listrik tidak tergantung darimesin. 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. 2.4.1.1 Generator penguat sendiri Yang dimaksut dengan generator penguat sendiri adalah arus listrik yang dialirkan melalui kumparan penguat medan (Rf) diambilkan dari output generator tersebut. Ada tiga jenis generator penguat sendiri, yaitu: 2.4.1.2 Generator Shunt Generator shunt adalah kumparan penguat medan dipasang parallel terhadap kumparan armatur (Rijono, 1997:132).

5

Gambar 2.7 Generator shunt (Sumber: https://1.bp.blogspot.com)

2.4.1.3 Generator seri Generator seri merupakan generator yang yang kumparan medan disambung seri dengan hambatan armature. Kelemahan dari generator seri adalah tegangan output tidak stabil karena arus beban berubah-ubah sesuai denganbeban yang dipikul (Rijono, 1997:134).

Gambar 2.8 Generator Seri (Sumber: https://ntrux.files.wordpress.com/2011/04/untitled.jpg)

2.4.1.4 Generator kompon Generator kompon dibuat untuk mengurangi kelemahan generator shunt maupun generator seri karena generator jenis ini mengandung kedua kumparan tersebut.

Gambar 2.9 Generator Kompon (Sumber: http://docplayer.info/docs-images/17/73470/images/45-0.png)

2.5 Komponen-komponen Generator DC Pada dasarnya Generator terdiri dari dua bagian utama yaitu rotor dan stator.Rotor merupakan bagian dari generator yang berputar, berfungsi sebagai kumparan medan, dan

6

untuk menghasilkan medan magnetik yang menggunakan magnet permanen (Nurhadi, 2012)”.“Stator merupakan bagian generator yang tidak bergerak dan berfungsi sebagai kumparan jangkar yang menghasilkan tegangan keluaran (Nurhadi, 2012)”. Rotor dan stator mempunya beberapa bagian.“Bagian stator terdiri dari rangka; inti kutub magnet dan lilitan dan; sikat komutator, sedangkan bagian rotor terdiri dari komutator; jangkar; lilitan jangkar (Sumardjati, 2008:384)”. 2.5.1 Rangka generator Sumardjati, (2008:385) menuliskan, “fungsi utama dari rangka mesin adalah sebagai bagian dari tempat mengalirnya fluks magnet. Selain itu rangkapun berfungsi untuk meletakkan alat-alat tertentu dan melindungi bagian-bagian mesin lainnya”.

Gambar 2.2 Rangka Generator (Sumber: http://puballattack.blogspot.co.id/2013/07/generator.html

Hampir sama dengan pendapat diatas, Sianturi, (2009) memberikan penjelasannya tentang rangka stator seperti berikut ini. Rangka stator merupakan rumah (kerangka) yang menyangga jangkar generator, yang terbuat dari besi tuang dan dilengkapi dengan slotslot (parit) sebagai tempat melekatnya kumparan jangkar.Rangkaian stator meliliki celah yang berfungsi sebagai ventilasi udara, sehingga udara dapat keluar masuk dalam inti stator sebagai pendingin. Dari kedua pernyataan diatas, dapat disimpulkan bahwa rangka stator didesain sedemikian rupa untuk melindungi bagian-bagian mesin lainnya agar tidak mudah terjadi kerusakan. 2.5.2 Inti kutub magnet dan lilitan penguatan magnet Inti stator terbuat dari laminasi-laminasi baja campuran atau besi magnetic khusus yang terpasang ke rangka stator. Laminasi-laminasi diisolasi satu sama lain dan mempunyai jarak antara laminasi yang memungkinkan udara pendingin lewat. Di sekeliling inti terdapat slot-slot tempat melekatkan konduktor/belitan jangkar. Kumparan yang berisi kutub-kutub magnet diberi lilitan penguat untuk menghasilkan aliran arus listrik agar terjadi proses elektromagnetis (Sumardjati, 2008:385).

7

Gambar 2.3 Inti Kutub (Sumber: http://green-elektronik.blogspot.co.id/2014/07/mesin-listrik.html)

2.5.3 Piringan tutup Piringan tutup pada ujung-ujung rumah sebagai dudukan bantalan-bantalan sebagai tempat berputarnya armatur. Bantalan yang terpasang pada plat penutup untuk menahan beban torsi dari sabuk penggerak. Tutup bagian belakang mempunyai lubang pelumasan untuk memasukan oli pelumas.Sikat arang dipasang pada tutup bagian belakang. 2.5.4 Pul kumparan medan / sepatu-sepatu kutub Pul kumparan medan yang biasa disebut sepatu-sepatu kutub dikonstruksi dari besituang. Pada bagian dalam dibentuk cekung untuk menyesuaikan bentuk kontur bulat dari armatur dan mengurangi haambatan magnetik dari jarak udara. Ujung-ujungnya diperpanjang sebagai dudukan kumparan medan. Kutub-kutub magnet dipasangkan dengan baut pada rumah generator. 2.5.5 Kumparan medan Kumparan medan digulung dengan kawat yang berukuran kecil; dengan tahanan relatif besar. Kumparan medan digulung dengan bentuk yang sesuai, diisolasi dan dibentuk yang sesuai dengan kontur rumah dan digulung pada kutub-kutub magnet. 2.5.6 Armatur/Anker Armatur/Anker dinamo dikonstruksi dari plat-plat yang disusun berlapis-lapis yang disatukan dalam satu poros dan mempunyai alur-alur sebagai tempat kumparan. Kumparan dapat digulung langsung pada alur-alur membentuk gulungan/kumparan armatur/anker.

8

2.5.7 Sikat komutator Sumardjati, (2008:385) menuliskan, “Fungsi utama sikat adalah penghubung untuk aliran arus dari lilitan jangkar ke terminal luar (generator) atu terminal luar kelilitan jangkar (motor)”.Di dalam generator, sikat melakukan kontak sehingga dapat mengalirkan arus. Needle (1991:154) menyatakan, “tanpa sikat-sikat yang melakukan kontak dengan komutator, arus tidak dapat dikumpulkan dari generator ataupun disalurkan ke sebuah motor”.

Gambar 2.4 Sikat Komutator Sumber: (http://2.bp.blogspot.com)

2.5.8 Komutator Tegangan yang dibangkitkan pada generator searah merupakan berbentuk gelombang sinus. Sinyal sinus merupakan bentuk dari gelombang arus bolak-balik. Untuk menyearakhan arus tersebut, maka pada generator DC(arus searah) digunakanlah komutator. Ketika kumparan berputar, maka akan terjadi komutasi. Dari peristiwa komutasi inilah terjadi proses penyearahan arus (Sumardjati, 2008:385). Dari uraian diatas, dapat disimpulkan, bahwa komutator adalah sebuah alat mekanik yang dapat digunakan untuk menyearahkan arus A...