Kelompok 4 Proposal Generator DC Shunt Berbeban
Kelompok 4 Proposal Generator DC Shunt Berbeban
Kelompok 4 Proposal Generator DC Shunt Berbeban
EKSPERIMENT SHEET 2
Kelompok : 4 (Empat)
Nama Mahasiswa : 1. Sechvira Marzabella (19050514002)
2. Indri Setianingrum (19050514004)
3. M. Sholahudin Asyubi (19050514009)
4. Anisa Wahyu Rudyana (19050514018)
5. Sefia Tirania Stefani (19050514025)
6. Wisnu Deni Arif (19050514027)
7. Dinda Wahyu Lestari (19050514033)
1 Judul
Pengujian Karakteristik Generator DC Shunt Berbeban
2. Tujuan
a. Mahasiswa dapat mengoperasikan generator DC shunt
b. Mahasiswa dapat mengerti cara kerja generator DC shunt
c. Mahasiswa dapat mengetahui rangkaian generator DC shunt berbeban
d. Mahasiswa dapat mengerti tentang karakteristik generator DC shunt saat diberi beban
3. Rumusan Masalah
Bagaimana karakteristik dari generator DC shunt saat diberi beban?
4. Rumusan Hipotesis
Semakin besar arus penguatan (Ish) maka semakin besar tegangan (Ek) pada terminal
generator DC shunt berbeban pada kondisi besar beban dan kecepatan putaran konstan.
5. Dasar Teori
a. Definisi
Secara garis besar generator arus searah adalah alat konversi energi mekanis berupa
putaran menjadi energi listrik arus searah. Energi mekanik di pergunakan untuk memutar
kumparan kawat penghantar di dalam medan magnet. Berdasarkan metode eksitasi yang
diberikan, maka generator arus searah dapat diklasifikasikan dalam dua jenis, yaitu generator
arus searah berpenguatan bebas dan generator arus searah berpenguatan sendiri. Generator
1
arus searah penguatan shunt adalah jenis generator penguatan sendiri di mana kumparan
penguat magnitnya dihubungkan parallel (shunt) dengan kumparan jangkar.
b. Manfaat
Karakteristik berbeban dari sebuah generator menunjukkan hubungan antara tegangan
terminal dengan arus medan untuk putaran dan arus jangkar yang konstan. Tujuan
dilakukannya pengujian karakteristik berbeban untuk menentukan hubungan antara tegangan
terminal dengan arus penguat bila arus jangkar dan putaran konstan. Untuk mengetahui
karakteristik berbeban dari generator DC penguatan shunt, maka generator dihubungkan
dengan beban. Tujuannya adalah untuk melihat pengaruh perubahan arus medan ( If )
terhadap tegangan jepit ( Vt ) generator.
c. Prinsip Kerja
Generator arus searah memperoleh arus magnetisasi dari dalam generator itu sendiri,
oleh karena itu arus magnetisasi terpengaruh oleh nilai nilai tegangan dan arus yang terdapat
pada generator. Dalam hal ini medan magnet yang dapat menimbulkan GGL mula-mula
ditimbulkan oleh adanya remanensi magnet pada kutub-kutubnya. Pengaruh nilai-nilai
tegangan dan arus generator terhadap arus penguat tergantung bagaimana kumparan medan
dengan kumparan jangkar. Generator arus searah penguatan shunt adalah generator penguatan
sendiri dimana kumparan medannya dihubungkan pararel dengan kumparan jangkarnya.
d. Bagian-bagian Generator
1) Badan Generator
Fungsi utama dari badan generator adalah sebagai bagian dari tempat
mengalirnya flux magnet yang dihasilkan kutub-kutub magnet, karena itu badan
generator dibuat dari bahan ferromagnetic. Selain itu badan generator juga berfungsi
untuk meletakkan bagian-bagian tertentu dan melindungi bagian–bagian generator
lainnya, sehingga badan generator harus dibuat dari bahan yang kuat. Untuk
memenuhi kedua persyaratan pokok di atas, umumnya badan generator untuk
2
generator kecil dibuat dari besi tuang. Sedangkan untuk generator yang besar dibuat
dari plat-plat campuran baja.
Pada generator terdapat “papan nama” (name plate) yang berisi tulisan
spesifikasi atau data teknik dari generator. Fungsi dari papan nama tersebut adalah
untuk mengetahu beberapa hal penting dari generator tersebut. Selain papan nama,
pada badan generator juga terdapat “kotak ujung” (terminal box) sebagi tempat
ujung-ujung lilitan penguat magnet dan lilitan jangkar. Ujung-ujung lilitan jangkar
melalui komutator dan sikat arang. Kotak ujung kawat akan memudahkan dalam
melakukan penggantian sambungan lilitan penguat magnet dan lilitan jangkar. Selain
itu juga mempermudah dalam melakukan pemeriksaan awal untuk menentukan
kerusakan yang mungkin terjadi pada lilitan jangkar atau lilitan penguat medan
dengan tanpa membongkar generator.
3
Gambar 3. Kontruksi Kutub dan Penempatannya
3) Sikat
Fungsi dari sikat adalah untuk jembatan bagi aliran arus dari lilitan jangkar
dengan beban. Disamping itu sikat memegang peranan penting untuk terjadinya
komutasi. Agar gesekan antara komutator-komutator dan sikat tidak mengakibatkan
ausnya komutator, maka sikat lebih lunak daripada komutator. Sikat terbuat dari
karbo, grafit, logam grafit atau campuran karbon grafit, yang dilangkapi dengan
pegas penekan dan kotak sikat. Besarnya tekanan pegas dapat diatur sesuai
keinginan. Permukaan sikat ditekan ke permukaan segmen komutator untuk
menyalurkan arus listrik.
4
Gambar 5. Konstruksi Komutator
5) Jangkar
Jangkar yang umum digunakan dalam generator arus searah adalah yang
berbentuk silinder yang diberi alur-alur pada permukaannya untuk tempat melilitkan
kumparan-kumparan tempat terbentuknya ggl induksi. Jangkar dibuat dari bahan
ferromagnetik, dengan maksud agar lilitan jangkar terletak dalam daerah yang induksi
magnitnya besar, supaya ggl induksi yg terbentuk dapat bertambah besar.
Gambar 6.
Konstruksi jangkar
6) Belitan jangkar
Pada prinsipnya kumparan jangkar terdiri dari sebagai berikut.
a) Sisi kumparan aktif, bagian sisi kumparan yang terdapat dalam alur jangkar
bagian aktif (terjadi GGL induksi pada saat generator bekerja).
b) Kepala kumparan, bagian dari kumparan yang terletak di luar alur berfungsi
sebagai penghubung satu sisi kumparan aktif dengan sisi kumparan aktif lainnya
dari kumparan tersebut.
c) Juluran, yaitu bagian ujung kumparan yang menghubungkan sisi aktif dengan
riser lamel komutator.
Pada lilitan jangkar dibangkitkan GGL induksi pada saat lilitan jangkar tersebut
berputar diantara medan magnet. GGL induksi yang dibangkitkan pada kumparan
jangkar generator disebut GGL jangkar dan dinyatakan dengan simbol E.
Perhitungan besarnya GGL jangkar (E) diuraikan pada bagian selanjutnya. Jika
ditinjau dari tegangan output atau tegangan jepit (Ek), maka Ek lebih rendah daripada
5
GGL jangkar (E). Pada saat ada arus yang mengalir pada lilitan jangkar (Ia), maka
tahanan jangkar (Ra) akan mengakibatkan terjadinya kerugian tegangan dalam
jangkar sebesar Ia Ra, sehingga tegangan output (tegangan jepit) dapat ditulis dengan
persamaan atau rumus:
d) Ek = E - Ia Ra ............................................................. 1.4
Keterangan :
Ek = adalah tegangan output (tegangan jepit/tegangan terminal) (volt)
E = adalah GGL jangkar (volt)
Ia = arus jangkar (amper)
Ra = tahanan jangkar (Ohm)
6
Vt = Tegangan Terminal ( Volt )
Ra = Kumparan jangkar ( Ohm )
Rf = Kumparan Medan ( Ohm )
1) Karakteristik Luar
Kurva karakteristik luar merupakan kurva pada saat generator arus searah penguatan
shunt dalam keadaan berbeban. Dimana kurva ini menunjukkan hubungan antara
tegangan jepit ( Vt ) sebagai fungsi dari arus pada beban ( IL ) pada putaran dan arus
medan yang konstan.
Dimana :
K1 = Konstanta ( cnIf - If Ra )
K2 = Konstanta ( Ra )
7
Gambar 8. Kurva Karakteristik luar Generator DC Shunt
Penurunan tegangan terminal yang terjadi pada generator penguatan shunt disebabkan
antara lain:
a) Drop pada tahanan jangkar IaRa
b) Penurunan fluks utama yang terjadi akibat reaksi jangkar
c) Penurunan besar arus medan If
2) Karakteristik Berbeban
Karakteristik berbeban dapat diperoleh dengan cara yang sama seperti pada
generator penguatan bebas. Sebenarnya karakteristik berbeban yang diperoleh untuk
generator penguatan bebas dan generator shunt, adalah sama. Sedikit perbedaan
dikarenakan arus-arus jangkar yang berbeda, Ia = IL + If untuk generator shunt dan Ia=IL
untuk generator penguatan bebas. Perbedaan arus jangkar menghasilkan perbedaan reaksi
jangkar, dan memberikan sedikit perbedaan drop tegangan untuk keduanya.
8
3) Karakteristik Kurva Magnetisasi dengan Reaksi Jangkar Diabaikan
Gambar 9.Penentuan
Karakteristik dari
Kurva Magnetisasi ( Reaksi Jangkar Diabaikan)
Untuk memplot kurva karakteristik beban, potong OG sama dengan IaRa untuk
arus jangkar Ia yang diasumsikan. Gambar garis GH parallel dengan garis tahanan
medan OA yang memotong kurva magnetisasi pada titik M dan D. Dari M dan D,
gambar garis Vertikal menyentuh garis tahanan medan masing-masing pada M’ dan D’.
pada gambar sebelah kanan.
Garis vertikal pada x dan garis horizontal melewati titik-titik M’,D’ bertemu pada
titik-titik d,m. Kedua titik ini d,m berada pada karakteristik beban dari generator DC
shunt. Titik-titik lain yang sama pada karakteristik dapat di plot. Catatan bahwa arus
jangkar maksimum dapat diperoleh dengan menggambarkan garis LN menyinggung
kurva magnetisasi dan parallel dengan garis tahanan medan OA. Ketika terminal
dihubungsingkatkan, O’K adalah arus beban pada emf OF yang dibangkitkan oleh fluks
sisa.
9
6. Variabel Eksperimen
a) Variabel manipulasi
Besar arus penguatan (Ish) dalam satuan mA.
b) Definisi operasional variabel manipulasi
Besar arus penguatan (Ish) diukur menggunakan amper meter DC yang dihubungkan seri
pada tahanan shunt dalam satuan mili amper (mA).
c) Variabel respon
Besar tegangan generator berbeban (Ek) dalam satuan Volt.
d) Definisi operasional variabel respon
Besar tegangan generator shunt berbeban yang diukur menggunakan Voltmeter DC yang
dipasang paralel pada terminal output generator dalam satuan Volt.
e) Variabel control
Kecepatan putaran generator, beban generator, spesifikasi generator DC shunt, spesifikasi
alat ukur, dan cara membaca alat ukur.
7. Gambar Rangkaian
+ -
MOTOR DC GENERATOR DC
E F E F
C A B D C A D B
M L R
10
Tabel 1. Alat yang diperlukan
No Nama Alat Sepesifikasi Satuan Jumlah
1. AVO Meter SANWA SP 10D Buah 1
2. Tachometer DT – 2234A Photo Type 1rpm – 1,000rpm – Buah
1
99,999 rpm
3. Tang Kombinasi Buah 1
4. Obeng +/- Buah 1
9. Rancangan Eksperimen
a. Menyiapkan alat dan bahan yang dibutuhkan.
b. Membuat rangkaian seperti pada Gambar 4.5.
c. Merangkai motor penggerak AC dan Generator DC.
d. Memeriksa kembali rangkaian eksperimen yang sudah dibuat.
e. Memastikan terminal tidak terhubung dengan sumber tegangan.
f. Menghubungkan motor penggerak pada sumber tegangan 220/380 V.
g. Memutar generator pada kecepatan penuh.
h. Mengatur Ish sesuai yang telah ditentukan dengan memanipulasi tahanan r heostat .
i. Mengukur arus penguatan (Ish), tegangan (Ek) dan putaran (n).
j. Mengamati dan mencatatat besar tegangan pada setiap perubahan Ish pada tabel data.
11
14. Referensi
Niko, Randy. 2010. Analisis Perbandingan Karakteristik Berbeban Generator Arus
Searah Penguatan Bebas dengan Generator Arus Searah Penguatan Shunt. Skripsi.
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Medan.
12