ABSTRAK

Generator arus searah (DC) adalah mesin yang mampu membangkitkan tegangan

dan arus searah (DC) dimana inputnya adalah energi mekanis dari putaran

penggerak mula (prime mover). Generator DC menghasilkan arus DC atau arus

searah. Generator DC dibedakan menjadi beberapa jenis berdasarkan dari

rangkaian belitan magnet atau penguat eksitasinya terhadap jangkar (anker), jenis

generator DC yaitu: generator penguat terpisah, generator shunt, dan generator

kompon. Komponen utama generator terdiri dari rotor ( bagian yang bergerak ),

dan stator ( bagian yang diam ). prinsip kerja dari generator sendiri merupakan

aplikasi dari hukum faraday Prinsip dasar generator DC menggunakan hukum

Faraday yang menyatakan jika sebatang penghantar berada pada medan magnet

yang berubah-ubah, maka pada penghantar tersebut akan terbentuk gaya gerak

listrik.

1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Generator DC merupakan sebuah perangkat mesin listrik dinamis yang

mengubah energi mekanis menjadi energi listrik.

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 maknit

( exiciter ) pada generator utama. Mengingat pentingnya penggunaan

generator arus searah ( DC ) dalam kehidupan sehari – hari maka dalam

makalah ini penulis mencoba untuk menggambarkan mengenai dasar-dasar

yang berhubungan mengenai generator arus searah ( DC ).

B. Manfaat

Manfaat dari penyusunan makalah ini adalah untuk memberikan pengetahuan

kepada pembaca tentang pengetahuan umum atau dasar – dasar Generator

DC.

2

BAB II

GENERATOR DC

A. Prinsip Kerja Generator DC

Prinsip kerja suatu generator arus searah berdasarkan hukum Faraday :

e = - N df/ dt

dimana :

N : jumlah lilitan

f : fluksi magnet

e : Tegangan imbas, ggl (gaya gerak listrik)

Dengan lain perkataan, apabila suau konduktor memotong garis-garis

fluksi magnetik yang berubah-ubah, maka ggl akan dibangkitkan dalam

konduktor itu.

Jadi syarat untuk dapat dibangkitkan ggl adalah :

harus ada konduktor ( hantaran kawat )

harus ada medan magnetik

harus ada gerak atau perputaran dari konduktor dalam medan, atau

ada fluksi yang berubah yang memotong konduktor itu.

Untuk menentukan arah arus pada setiap saat, berlaku pada kaidah tangan

kanan :

ibu jari : gerak perputaran

jari telunjuk : medan magnetik kutub u dan s

jari tengah : besaran galvanis tegangan U dan arus I

Untuk perolehan arus searah dari tegangan bolak balik, meskipun tujuan

utamanya adalah pemabangkitan tegangan searah, tampak bahwa

tegangan kecepatan yang dibangkitkan pada kumparan jangkar merupakan

3

tegangan bolak-balik. Bentuk gelombang yng berubah-ubah tersebut

karenanya harus disearahkan.

Untuk mendapatkan arus searah dari arus bolak balik dengan

menggunakan

- saklar

- komutator

- dioda

SISTEM SAKLAR

Saklar berfungsi untuk menghubungsingkatkan ujung-ujung kumparan.

Prinsip kerjanya adalah sebagai berikut :

Bila kumparan jangkar berputar, maka pada kedua ujung kumparan akan

timbul tegangan yang sinusoida. Bila setengan periode tegangan positif

saklar di hubungkan, maka tegangan menjadi nol. Dan bila sakalar dibuka

lagi akan timbul lagi tegangan. Begitu seterusnya setiap setenganh periode

tegangan saklar dihubungkan, maka akan di alirlkan tegangan searah

gelombang penuh.

SISTEM 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 tegangna 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.

4

Gambar 1. Efek Komutasi

SISTEM DIODA

Dioda adalah komponen pasif yang mempunyai sifat-sifat sebagai berikut:

Bila diberi prasikap maju (forward bias) bisa dialiri arus.

Bila diberi prasikap balik (reverse bias) dioda tidak akan dialiri

arus.

Berdasrakan bentuk gelombang yang dihasilkan, dioda dibagi dalam:

Half wave rectifier (penyearah setengah gelombang)

Full wave rectifier (penyearah satu gelombang penuh)

B. Konstruksi Generator 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 dibawah ini menunjukkan

gambar potongan melintang konstruksi generator DC.

5

Gambar 2. Konstruksi Generator DC

C. Bagian – bagian Generator DC

Generator DC terdiri dua bagian, yaitu

1. stator, yaitu bagian mesin DC yang diam yang terdiri dari rangka

motor, belitan stator, sikat arang, bearing dan terminal box. Rangka

stator terbuat dari besi tuang dan merupakan rumah dari semua

bagian-bagian generator. Rangka stator ini berbentuk lingkaran

dimana sambungan-sambungan pada rusuknya akan menjamin

generator terhadap getaran-getaran. Inti stator terbuat dari bahan

ferromagnetic atau besi lunak disusun berlapis-lapis disusun

berlapis-lapis tempat terbnentuknya fluks magnet. Sedangkan

belitan stator terbuat dari tembaga disusun dalam alur-alur, belitan

stator berfungsi tempat terbentuknya gaya gerak listrik

2. rotor, yaitu bagian mesin DC yang berputar, rotor terdiri dari:

komutator, belitan rotor, kipas rotor dan porosrotor. Rotor adalah

merupakan elemen yang berputar, pada rotor terdapat kutub-kutub

magnet dengan lilitan-lilitan kawatnya dialiri oleh arus searah.

Kutub magnet rotor terdiri dua jenis yaitu : Rotor kutub menonjol

(salient), adalah tipe yang dipakai untuk generator-generator

6

kecepatan rendah dan menengah . Rotor kutub tidak menonjol atau

rotor silinder digunakan untuk generator-generator turbo atau

generator kecepatan tinggi. Kumparan medan pada rotor disuplai

dengan medan arus searah untuk menghasilkan fluks dimana arus

searah tersebut dialirkan ke rotor melalui sebuah cincin. Jadi jika

rotor berputar maka fluks magnet yang timbul akibat arus searah

tersebut akan memotong konduktor dari stator yang mengakibatkan

timbulnya gaya gerak listrik. Belitan searah pada struktur medan

yang berputar dihubungkan ke sebuah sumber luar melalui slipring

atau brush. Slipring ini berputar bersama-sama dengan poros dan

rotor. Banyaknya slipring ada dua buah dan pada tiap-tiap slipring

dapat menggeser brostel yang masing-masing merupakan positip

dan negatip guna penguatan ke lilitan medan pada rotor. Slipring

terbuat dari besi baja, kuningan atau tembaga yang dipasang pada

poros dengan memakai bahan isolasi. Untuk membangkitkan arus

searah dibutuhkan sebuah system penguat atau Exiter, suplai

diperoleh dari pembangkit itu sendiri kemudian disearahkan

seterusnya dikembalikan ke rotor melalui slipring.

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.

D. Dasar Perhitungan

1. Perhitungan GGL generator DC

Berdasarkan hukum Imbas dari faraday yakni apabila lilitan

penghantar atau konduktor di putar memotong garis – garis gaya

medan magnet yang diam, atau lilitan penghantar diam di potong oleh

7

garis – garis gaya medan magnet yang berputar maka penghantar

tersebut timbul EMF (elektro motoris force) atau GGL( gaya gerak

listrik) atau tegangan industry.

EMF yang di bangkitkan pada penghantar jangkar adalah tegangan

bolak – balik.

Tegangan bolak – balik tersebut kemudian di searah oleh komutator.

Persamaan umum tegangan yang di bangkitkan oleh DC.

Tegangan yang di bangkitkan oleh generator DC akan mengikuti

persamaan umum.

Dengan,

= Tegangan yang di bangkitkan dalam volt

= fluks / kutub dalam Maxwell

P = Banyaknya kutub.

N = kecepatan putaran jangkar / menit

Z = Jumlah penghantar jangkar

8

= Jumlah hubungan parallel dalam jangkar.

2. Perhitungan Torsi Generator DC

Garis-garis gaya fluks yang diinduksikan dari kumparan stator akan

memotong kumparan rotornya sehingga timbul emf (ggl) atau

tegangan induksi dan karena penghantar (kumparan) rotor merupakan

rangkaian yang tertutup, maka akan mengalir arus pada kumparan

rotor. Penghantar (kumparan) rotor yang dialiri arus ini berada dalam

garis gaya fluks yang berasal dari kumparan stator sehingga kumparan

rotor akan mengalami gaya Lorentz yang menimbulkan torsi yang

cenderung menggerakkan rotor sesuai dengan arah pergerakan medan

induksi stator.

3. Perhitungan Kuat Medan Generator DC

Jika ada kawat yang berarus maka di sekitar kawat tersebut akan

timbul medan magnet, Medan magnet pada generator dapat di

bangkitkan dengan 2 cara yaitu

Dengan magnet permanen

Dengan magnet remanen

Generator DC dengan magnet permanen sering juga di sebut magneto

dynamo, karena memiliki banyak kekurangan maka generator dengan

magnet permanen sudah jarang digunakan.

Sedangkan generator DC menggunakan magnet remanen

menggunakan medan magnet listrik atau sering disebut elektro magnet,

penggunaan elektro magnet sekarang ini banyak di gunakan karena

mempunyai beberapa kelebihan yaitu Medan magnet yang di

bangkitkan dapat di atur sesuai dengan kebutuhan

Pada generator DC berlaku hubungan Sebagai berikut :

9

Sehingga besarnya medan magnet yang di bangkitkan dapat di ketahui

melalui persamaan :

= Eg ..60P . N .Z

Dimana :

= Tegangan yang di bangkitkan dalam volt

= fluks / kutub dalam Maxwell

P = Banyaknya kutub.

N = kecepatan putaran jangkar / menit

Z = Jumlah penghantar jangkar

= Jumlah hubungan parallel dalam jangkar

E. Jenis – jenis Generator DC

Generator arus searah (DC) adalah mesin yang mampu membangkitkan

tegangan dan arus searah (DC) dimana inputnya adalah energi mekanis

dari putaran penggerak mula (prime mover).

Proses konversi didalam mesinnya sendiri sebenarnya tegangan dan arus

bolak-balik (lihat gambar 10), akan tetapi sebelum ditransmisikan ke

output harus melewati sistim penyearahan (komutasi) yang merubah

menjadi tegangan dan arus yang searah.

Berdasarkan penguatan medannya maka generator DC terbagi menjadi :

1. Generator Penguat Terpisah (separately exited generator)

2. Generator Penguat Shunt (shunt exited generator)

3. Generator Penguat Seri (series exited generator)

4. Generator Penguat Majemuk Pendek (Short Compound exited

generator)

5. Generator Penguat Majemuk Panjang (Long Compound exited

generator)

10

Generator kompon sering juga dibagi :

1. Generator Majemuk Komulatif (Cumulatiely Compound

Generator)

2. Generator Majemuk Differensial (Differently Compound

Generator)

Generator DC Kompon

Generator generator arus searah dan motor arus searah agak sama dalam konstruksi.Jika di gerakkan dari luar sebuah motor arus searah akan memberikan arus searah sedangkan sebuah generator arus searah biasanya mampu dijalankan sebagai motor.Akan tetapi kedua-duanya akan bekerja lebih efisien jika digunakan sesuai dengan tujuan mesin tersebut tersebut dirancang.

Generator arus searah didasarkan pada prinsip dasar yakni bila sebuah penghantar dibuat berputar melalui suatu medan magnet,suatu gaya gerak listrik (ggl) akan diindusir didalam penghantar tersebut.Sebaliknya mototr arus searah mengandalkan pada kenyataan bahwa sebuah penghantar arus dan bebas bergerak dalam suatu medan magnet akan mengalami suatu gaya mekanis.

Sebuah generator gulungan kompon mengandung kedua kumparan medan seri dan shunt,maka dengan proporsi eksitasi yang tepat yang dihasilkan oleh medan-medan ini .dapat diperoleh pengontrolan tegangan terminal pada berbagai beban.Mesin dikatakan kurang kompon (under compounded) apabila tegangan terminal untuk berbagai variasi beban tersebut menurun.Mesin dikatakan kompon rata (level compounded) apabila tegangan terminal untuk berbagai variasi beban tersebut tetap sama.Mesin dikatakan kompon lebih (over compounded) apabila tegangan terminal untuk berbagai variasi beban tersebut naik.

Berikut adalah gambar generator dc kompon yang merupakan gabungan dari generator dc seri dan shunt:

11

Pada gambar diatas (gambar skema mesin DC) terlihat bahwa statornya mempunyai kutub tonjol dan diteral oleh satu atau lebih kumparan medan, pembagian fluks celah udara yang dihasilkan oleh lilitan medan secara simetris berada disekitar garis tengah kutub medan. Sumbu ini dinamakan sumbu medan atau sumbu langsung.Sikat-sikat ditempatlan sedemikian rupa sehingga sehingga komutasi terjadi pada saat sisi kumparan berada didaerah netral, yaitu ditengah-tengah antara kutub-kutub medan. Dengan demikian sumbu dari gelombang AGM-Armatur treletak 90’ listrik dari dari sumbu kutub medan, yaitu pada sumbu kuadratur. 

II. Prinsip Kerja Armatur (Kompon)Dimana tegangan AC yang dibangkitkan pada masing-masing kumparan kompon berputar diubah menjadi DC pada ujung-ujung armatur luas melalui suatu komutator berputar dan sikat diam yang menghubungkan ujung-ujung kawat armatur. Gabungan antara komutator dan sikat akan membentuk suatu penyearha mekanis, sehingga menghasilkan tegangan armatur DC disamping gelombang AGM tertentu diruang. 

12

Pada gambar diatas, sikat tampak pada sumbu kuadratur karena disitulah kedudukan dari kumparan yang dihubungkannya. Sehingga gelombang AGM armatur terletak sepanjang sumbu sikat, seperti pada gambar, gambar tersebut merupakan gambar rangkaian sederhana dari rangkaian sederhana dari mesin generator kompon.

Hubungan antara tgl keadaan ajek yang dibangkitkan Ea dan tegangan ujung Vt adalah:Vt = Ea –IaRa Ea lebih besar dari Vt 

Dimana : Vt = tegangan terminalIa = arus pada jangkar / keluaran arus pada armaturRa = hambatan pada jangkar / tahanan rangkaian armaturEa = tegangan yang dibangkitkan

III. Efek Dari AGM Armatur (Kompon)Arus gerak magnetic mempunyai efek tertentu pada pembagian ruang dari fluks celah-udara dan magnituda dari fluks keseluruhan tiap kutub. Efek pada pembagian fluks penting karena batas dari komutasi yang berhasil secara langsung terpengaruh, efek pada magnituda flukd penting karena tegangan yang dibangkitkan serta momen kakas tiap satuan arus armatur dipengaruhinya.

Generator Majemuk Komulatif

Generator jenis ini mempunyai penguatan ganda yaitu penguatan seri dan shunt serta efek medan keduanya terhadap jangkar saling memperkuat (cumulative).Sehingga total magnetomotive force keduanya adalah,Fnet = Fsh+Fse-FarDimana :

Fne = mmf efektif ke mesinFsh = mmf medan shuntFse = mmf medan serFar = mmf akibat reaksi jangkar (armature reaction)Arus medan shunt efektif mesin adalah,

13

If * = If + (Nse/Nsh)Ia – Far/NshDari segi konstruksinya generator DC majemuk kumulatif dapat diperoleh dari generator DC majemuk sambungan ‘Short Shunt’ (shunt pendek) dan generator DC majemuk ‘Long Shunt’ (shunt panjang) dengan rangkaian ekivalen seperti berikut :Kakteristik terminal generator DC majemuk kumulatif dapat diturunkan dan dianalisa. Jika beban bertambah sehingga arus beban bertambah (IL bertambah),maka: Ia (Ra + Rs) bertambah ,sehingga drop tegangan bertambah Ia bertambah .maka mmf medan seri bertambah (Fe =Nse Ia ) sehingga fluks mesin bertambah , maka Ea bertambah pula .Dari fenomena kedua hal di atas maka yang berpengaruh terhadap tegangan terminal oleh adanya jumlah medan seri.* Jika Nse sedikit ,maka drop tegangan lebih dominan terhadap pertambahan tegangan sehingga tetap terjadi penurunan tegangan terminal oleh pembebanan Kondisi ini disebut undercompound .* Jika Nse lebih banyak , maka dengan bertambahnya beban II,mula-mula tegangan terminal bertambah ,jika beban beban bertambah terus maka tegangan terminal akan mulai menurun sehingga Vnl =Vfl dan disebut flat compound.* Jika Nse banyak ,maka dengan bertambahnya beban tegangan terminal masih naik sampai beban penuh Vfl > Vnl dan kondisi ini disebut overcompound .

Karakteristik tersebut digambarkan seperti berikut dengan perbandingan generator DC shunt:

Karakteristik di atas dapat juga dibuat dengan menambahkan resistor diverter yang disambung secara paralel terhadap kumparan medan seri dimana resistor tersebut dapat diatur besar resistansinya .Gambar rangkainya seperti berikut :

rinsip pengaturan tegangan terminal pada generator Dc majemuk adalah dengan mengatur kecepatan putarnya (ω) dan mengatur arus medan (II)

14

BAB III

PENUTUP

A. Kesimpulan

Adapun kesimpulan dari makalah ini adalah :

1. Generator arus searah (DC) adalah mesin yang mampu

membangkitkan tegangan dan arus searah (DC) dimana inputnya

adalah energi mekanis dari putaran penggerak mula (prime mover).

2. Prinsip kerja suatu generator arus searah berdasarkan hukum

Faraday :

e = - N df/ dt

3. 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.

4. 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.

rotor terdiri dari: komutator, belitan rotor, kipas rotor dan

porosrotor.

5. Berdasarkan penguatan medannya maka generator DC terbagi

menjadi :

Generator Penguat Terpisah (separately exited generator)

Generator Penguat Shunt (shunt exited generator)

Generator Penguat Seri (series exited generator)

Generator Penguat Majemuk Pendek (Short Compound

exited generator)

Generator Penguat Majemuk Panjang (Long Compound

exited generator)

15

16