iii. generator-arus-searah-berpenguat-terpisah
Post on 22-Jul-2015
158 Views
Preview:
TRANSCRIPT
III. GENERATOR ARUS SEARAH BERPENGUAT
TERPISAH
Generator arus searah umumnya diklasifikasikan menjadi 4 jenis menurut cara pasokan
fluks medannya (cara memberikan penguatan pada kumparan medannya):
1. Generator berpenguatan terpisah (separately excited generator). Pada jenis ini fluks
medannya dipasok dari sumber daya yang terpisah dari generator itu sendiri.
2. Generator pararel (shunt generator ). Pada generator jenis ini fluks medannya
diperoleh dari rangkaian medan yang dihubungkan paralel dengan kumparan
jangkar generator tersebut.
3. Generator seri (series generator). Pada generator jenis ini fluks medannya diperoleh
dari rangkaian medan yang dihubungkan seri dengan kumparan jangkar generator
tersebut.
4. Generator kompon:
- Generator kompon kumulatif / kompon bantu (cumulatively compounded
generator).
Generator jenis ini memiliki fluks medan seri dan paralel sekaligus yang saling
menguatkan.
- Generator kompon diferensial / kompon lawan (differentially compounded
generator).
Generator jenis ini memiliki fluks medan seri dan paralel sekaligus yang saling
melemahkan.
Masing-masing jenis generator arus searah tersebut memiliki karakteristik yang
berlainan, sehingga untuk aplikasi tertentu perlu memperhatikan karakteristik yang
dimiliki.
Parameter-parameter yang digunakan untuk suatu generator arus searah di antaranya
adalah tegangan, rating daya, efesiensi, dan pengaturan tegangan (voltage regulation,
VR)
FL
FLNL
V
VVVR
−=
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Budi Yanto Husodo, MSc MESIN ARUS SEARAH & TRANSFORMATOR 1
Kurva Magnetisasi Generator Arus Searah
Tegangan yang dibangkitkan di dalam jangkar suatu generator arus searah, Ea,
dinyatakan dengan persamaan :
Ea = kφω
Dengan demikian Ea berbanding lurus dengan fluks dan kecepatan putar rotor. Lalu
bagaimana hubungan antara tegangan dalam Ea dengan arus medan?
Arus medan If yang mengalir di dalam belitan medan akan menghasilkan gaya gerak
magnet GGM berdasarkan suatu persamaan :
F = NfIf
GGM F ini akan membangkitkan suatu fluks magnetik φ yang besarnya tergantung dari
sifat kemagnetan bahan yang dipergunakan sebagai kutub medan dari generator. Sifat
kemagnetan bahan ini dinyatakan dengan kurva magnetisasinya seperti gambar di
bawah ini.
Gambar 1 : Kurva magnetisasi
Karena Ea berbanding lurus dengan φ, biasanya kurva magnetisasi juga digambarkan
sebagai plot Ea terhadap If
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Budi Yanto Husodo, MSc MESIN ARUS SEARAH & TRANSFORMATOR 2
F, A.turn
φ, W
b
Gambar 2 : Kurva magnetisasi yang menghubungkan tegangan dalam Ea dengan arus
medan If
GENERATOR ARUS SEARAH BERPENGUATAN TERPISAH
Generator jenis ini memiliki rangkaian medan yang terpisah sama sekali dengan
rangkaian jangkarnya
RANGKAIAN EKIVALEN
Vf
If
Ea
RaIa IL
VT
Rf
Lf
Gambar 3 : Rangkaian Ekivalen GAS berpenguat terpisah
Di mana :
Ea = gaya gerak listrik generator arus searah.
Ra = tahanan jangkar arus searah.
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Budi Yanto Husodo, MSc MESIN ARUS SEARAH & TRANSFORMATOR 3
If [=V
f/R
f]
Ea
[= k
φω]
ω = ω0
n = n0
Vf = tegangan terminal kumparan medan.
VT = tegangan terminal generator arus searah.
Ia = arus jangkar generator arus searah.
Ib = arus beban generator arus searah.
If = arus kumparan medan.
Persamaan tegangan dan arus untuk suatu generator arus searah berpenguatan
terpisah dapat diturunkan dari rangkaian ekivalennya.
Dari gambar rangkaian ekivalennya dapat dilhat bahwa pada suatu generator arus
searah berpenguat terpisah rangkaian medannya mendapatkan tegangan dari suatu
sumber tegangan DC eksternal.
Ia = Ib
VT = EA – IA.RA
f
ff R
VI =
KARAKTERISTIK
Karakteristik generator arus searah jenis ini dapat dijelaskan sebagai berikut :
1. Karakteristik kejenuhan tanpa beban
Ea = k.Φ.ω
Dimana k = suatu konstanta.
Dari hubungan diatas dapat dijelaskan karakteristiknya lewat kurva pada gambar 4
berikut.
EA
b d
c
e IT
0 a
Gambar 4 : Kurva kejenuhan tanpa beban
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Budi Yanto Husodo, MSc MESIN ARUS SEARAH & TRANSFORMATOR 4
Ketika arus medan dinaikkan, fluks magnet akan meningkat, begitu pula dengan EA
yang berbanding lurus dengan arus medan tersebut pada saat kutub medannya
belum jenuh. Hal ini direpresentasikan sebagai garis lurus oc.
Namun ketika kerapatan fluks meningkat terus, kutub generator menjadi jenuh,
maka diperlukan peningkatan arus medan yang lebih tinggi untuk menaikan
tegangan yang sama (Ea) dibandingkan ketika kutubnya belum jenuh, daerah
kejenuhan ini diwakili oleh garis melengkung cd.
Untuk generator arus searah dengan penguatan sendiri (generator arus searah seri,
pararel, maupun kompon ), karakteristik beban nolnya akan meningkat sama seperti
generator berpenguatan terpisah, tetapi setelah generator sempat dioperasikan,
walaupun arus medannya disetel menjadi nol Ampere, ggl generator tetap
dibangkitkan walau nilainya kecil (oe), hal ini disebabkan oleh adanya magnet sisa
(residual magnetism).
2. Karakteristik kejenuhan berbeban.
Karakteristik ini digambarkan sebagai kurva yang menunjukkan hubungan antara
tegangan terminal VT dan arus medan If, ketika generator dibebani, dan kurva
disebut sebagai kurva kejenuhan beban.
Kurva ini sebenarnya diturunkan dari kurva kejenuhan tanpa beban yang dilengkapi
dengan nilai reaksi jangkar dan resistansi jangkarnya, karena kurva ini
memperhitungkan efek demagnetasi dari reaksi jangkar dan jatuh tegangan pada
jangkar yang secara praktis tidak terdapat pada kondisi tanpa beban.
Kurva kejenuhan tanpa beban pada gambar 4 digambarkan kembali sebagai kurva
pada gambar 5 dengan dasar Ampere-lilitan (bukan sebagai arus listrik). Dimana
terlihat pada gambar tersebut pada keadaan tanpa beban, Ampere-lilitan medan
diperlukan untuk tegangan nominal tanpa beban yang digambar sebagai berabagai
garis oa
Pada keadaan berbeban, tegangan akan berkurang akibat efek demagnetasi dari
reakis jangkar. Pengurangan ini dapat diatasi dengan peningkatan Ampere-lilitan
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Budi Yanto Husodo, MSc MESIN ARUS SEARAH & TRANSFORMATOR 5
medan yang sesuai. Garis ac mewakili demagnetasi ampere-lilitan per kutub yang
ekivalen. Kemudian berarti untuk membangkitkan ggl yang sama pada keadaan
berbeban pada saat tidak berbeban, Ampere-lilitan medan per kutub arus dinaikan
sebesar ac=bd.
Titik d terletak pada kurva LS yang menunjukkan hubungan antara ggl E yang
dibangkitkan pada keadaan berbeban dan Ampere-lilitan medan. Kurva Ls secara
praktis pararel terhadap kurva ob. Tegangan terminal VT akan lebih kecil dari pada
ggl E yang dibangkitakn sebesar IA.RA, dimana RA adalah resistansi rangkaian
jangkar. Dari titik d, sebuah garis vertikal de = IA.RA digambar.
Titik e terletak pada kurva kejenuhan beban penuh untuk generator. Dengan cara
yang sama, titik-titik lainnya dilengkapi dan kurva kejenuhan beban penuh MP di
gambar. Sudut kanan segitiga bde dikenal dsebagai segi tiga jatuh tegangan (drop
reaction triangle). Kurva kejenuhan beban untuk setengah badan penuh dapat
dilengkapi dengan menghubungkan titik tengah garis-garis mn, bd dan lain
sebagainya.
Gambar 5 : Kurva kejenuhan berbeban
3. Karakteristik internal dan eksternal
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Budi Yanto Husodo, MSc MESIN ARUS SEARAH & TRANSFORMATOR 6
P
S
caML0
t
e
db
nmTegangan
GGM
Eo
E
Vt
Adapun karakteristik internal dan eksternal dijelaskan lewat gambar berikut :
(a) (b)
Gambar 6 : Kurva karakteristik keluaran GAS berpenguat terpisah, (a) dengan
belitan kompensasi, (b) tanpa belitan kompensasi
PENGATURAN TEGANGAN TERMINAL
Untuk mengatur tegangan terminal generator, VT, dapat dilakukan 2 cara :
1. Dengan mengubah kecepatan putar generator.
bila ω↑, maka EA↑, maka VT = Ea – IaRa naik pula.
2. Dengan mengubah arus medan penguat If. Jika Rf↓, maka If↑ (If = Vf/Rf). Hal
tersebut menyebabkan Φ↑, maka EA↑, sehingga VT↑.
Dalam banyak pemakaian kecepatan penggerak mula generator sangat terbatas
sehingga cara yang lebih umum dilakukan untuk mengatur tegangan terminal GAS
berpenguatan terpisah adalah dengan mengatur arus medan penguat (cara kedua).
ANALISA GENERATOR ARUS SEARAH BERPENGUAT TERPISAH
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Budi Yanto Husodo, MSc MESIN ARUS SEARAH & TRANSFORMATOR 7
IaRa
Ib
Ea
VT
IaRa
Ib
Ea
VT
ReaksiJangkar
Mesin-mesin listrik didisain untuk beroperasi pada daerah lutut (knee area) pada kurva
magnetisasinya, yaitu bagian yang sudah mulai melengkung anara daerah linier dengan
daerah jenuh. Oleh karena itulah untuk mendapatkan analisa yang akaurat harus
menggunakan kurva magnetisasi ini, karena di luar daerah linier maka hubungan antara
tegangan (Ea) dan arus (If) tidak lagi linier. Analisa ini disebut Analisa Grafis generaor
arus searah.
Gambar 7 : kurva magnetisasi generator berpenguat terpisah
Kurva magnetisasi sebuah generator arus searah dibuat dengan memplot nilai tegangan
tanpa bebannya untuk arus medan yang berbeda-beda, sedangkan prime mocver
diputar pada kecepatan nominalnya. Kurva ini memberikan kepada kita berapa nilai
tegangan GGL yang diinduksikan pada jangkar untuk setiap arus medan yang diberikan
dan sebaliknya pada kecepatan nominal. Kurva ini tetap dapat digunakan untuk
menganalisa generator yang diputar pada kecepatan berbeda dengan kecepatan
nominalnya. Tegangan GGL yang dibangkitkan pada kecepatan berbeda dengan
kecepatan nominalnya dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Budi Yanto Husodo, MSc MESIN ARUS SEARAH & TRANSFORMATOR 8
Ea
Knee area
If
2
1
2
1
n
n
E
E
a
a =
Maka
1
212 n
nEE aa ×=
Gambar di bawah ini adalah contoh kurva magnetisasi generator arus searah
berpenguat terpisah yang memiliki kecepatan nominal 1800 RPM.
Gambar 8 : Kurva magnetisasi generator dengan kecepatan nominal 1800 RPM
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Budi Yanto Husodo, MSc MESIN ARUS SEARAH & TRANSFORMATOR 9
2
1
2
1
n
n
E
E
a
a =
Maka
1
212 n
nEE aa ×=
Gambar di bawah ini adalah contoh kurva magnetisasi generator arus searah
berpenguat terpisah yang memiliki kecepatan nominal 1800 RPM.
Gambar 8 : Kurva magnetisasi generator dengan kecepatan nominal 1800 RPM
PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. Budi Yanto Husodo, MSc MESIN ARUS SEARAH & TRANSFORMATOR 9
top related