Teknik tenaga listrik

 

Genarator DC

          Sejak pertengahan abad yang lalu sudah dikenal adanya elektronika pada system militer, mulai dari alat elektronika yang sederhana sampai alat elektronika yang rumit. Kita bisa ambil salah satunya adalah generator. Generator adalah pemanfaatan perubahan energy dari energy listrik ke energy gerak. Generator sendiri terdiri dari dua jenis motor generator yang pada umumnya digunakan  yaitu generator AC dan generator DC, pada artikel kali ini kita akan mempelajari  tentang prinsip kerja dari generator DC dan mekanisme pembangkitannya. Sebelum kita mempelajari tentang apa itu generator DC dan bagaimana mekanisme pembangkitannya? kita harus mempelajari tentang  EMF (Eletron Mobile Force) atau kalo di indonesiakan maksudnya adalah  bangkitan sederhana dari gaya perpindahan elektron ,  energi mekanik  pada kawat atau konduktor yang bergerak memutus garis-garis gaya medan magnet akan menghasilkan EMF pada konduktor, menggerakan kawat pada satu arah akan menghasil EMF menuju arah tertentu, dan menggerakkan kawat kearah yang berlawanan akan menghasilkan EMF menujun arah yang sebaliknya, dan menggerakkan kawat kearah harizontal tidak akan menimbulkan EMF karena tidak ada garis gaya medan magnet yang terputus.

            Untuk mengilustrasikan aliran arus yang terjadi kita dapat menggunakan cara konvensional, dengan arus yang bergerak menjauhi kita dapat dilambangkan dengan x (cross) dan arus yang bergerak mendekati kita dapat dilambangkan dengan  titik. Pembangkitan EMF juga dapat dilakukan dengan memutar armatur pada medan magnet statis diantara dua mgnet dengan kutub nagnet yang berlawan, hal ini akan mengkasilkan dua arah EMF yang yang berlawanan secara bergantian, karena sisi armatur akan memutus medan magnet dari bawah dan atas secara bergantian.

            EMF yang dihasilkan tersebut dipengaruhi oleh 3 faktor yaitu:

1.   kuat medan magnet atau yang ekuivalen dengan jumlah garis gaya medan magnet yang         terbentuk (B).

2.    Panjang konduktut yang memutus medan magnet (l)

3.    Kecepatan gerak dari konduktor (v)

Sehingga dapat dirumuskam sebagai berikut:

e = B x l x v

dan dapat disimpulkan, menambah kuat medan magnet atau menambah panjang dari konduktor atau mempercepat gerak konduktor memotong medan magnet akan dapat meningkatkan EMF yang terbentuk.perumusan ini hanya berlaku jika kawat konduktor bergerak dalam garis lurus, atau dengan kata lain pemutusan garis dengan magnet dengan jumlah yang sama pada setiap gerakannya. Tetapi pada mesin yang sebenarnya konduktor tidak bergerak dalam garis lurus melainkan bergerak secara rotasi.

            Ketika konduktor bergerak sera melingkar, jumlah garis medan magnet yang terputus adalah bervariasi tergantung pada posisi dari konduktor. Pada saat kondutor derada diatas atau di bawah dari medan magnet, maka tidak ada garis gaya magnet yang terpotong sehingga tidak ada EMF yang timbul. Tetapi pada saat konduktor berputar jumlah garis gaya medan magnet yang terpotong akan bertambah dan EMF maksimum yang ditimbulkan adalah pada jumlah pemotongan gaya medan magnet maksimum yaitu pada sudut 90^o dan 270^o . artinya ketika konduktor berputar 360^o secara mekanik akan menghasilkan 360^o EMF secara elektrik. Sehingga besar EMF yang terbentuk bergantung pada posisi sudut dari konduktor, dan dapat diformulasikan menjadi:

e = B.l.v.sin θ

sehingga arus yang di hasilkan secara internal oleh semua generator adalah dalam bentuk gelombang sinus atau arus bolak-balik (AC), dan untuk mendapatkan keluaran arus searah (DC) kita perlu menambahkan komutataor, sehingga EMF yang digunakan hanya satu arah saja.

Gelombang DC yang terbentuk masih sangat kasar karena hanya menggunakan satu armatur saja. Dan untuk memperlahus gelombang yang dihasilkan oleh genarator, bisa dilakukan dengan menambah jumlah armatur atau dengan menambah jumlah magnet sehingga medan magnet yang akan terpotong akan semakin banyak.

            Permasalahan yang selalu muncul pada setiap generator adalah berpindahnya garis netral (EMF=0), hal ini terjadi karena ketika armatur berputar memotong medan magnet, ia akan bergesekan dengan medan magnet dan akan menimbulkan medan magnet baru yang dapat merusak medan magnet yang sebenarnya. Ada dua cara untuk mengatasi masalah ini yaitu dengan mengatur ulang posisi sumbu putar armatur atau dengan menambah magnet baru diantara kedua magnet yang ada sebelunya, sehing medan magnet baru akan memperbaiki medan magnet yang awal.

            Generator DC bisa dibuat dengan menggunakan medan elektro magnetik atau dengan menggunakan magnet permanen, magnet permanen biasanya digunakan untuk alat-alat yang kecil misalnya generator pada telephone, untuk keperluan yang lebih besar bisa menggunakan generator dengan elektro magnet.

            DC generator dapat disimbolkan dengan lambang induktor, generator dengan menggunakan medan elektro magnet dapat diklasifikasikan berdasar posisi induktor menjadi:

a)       Bangkitan secara terpisah, ketika induktor berada diluar sistem generator.

b)       Bangkitan secara mandiri, ketika induktor berhubungan langsung dengan generator.

Dan dapat pula diklasifikasikan berdasarkan jenis rangkaian:

a)       Rangkaian seri (series wound), pengaturan tegangannya sangat buruk.

b)       Rangkaian paralel (shunt wound), pengaturan tegangan sangat baik tetapi pengaturan arusnya sangat buruk.

c)       Rangkaian gabungan seri dan paralel (compound wound), mengkombinasikan antara rangkaian seri dan paralel, sehingga arus dan voltasenya menjadi stabil terhadap perubahan beban.

Generator DC adalah pemanfaatan perubahan energi mekanik menjadi energi listrik, jika kita menggunakan out put dari generator sebagi in put dan dialirkan listrik, maka generator tersebut akan beralih fungsi menjadi motor DC. Fenomena ini dapat di ilustrasikan sebagai berikut, apabila konduktor yang berada dalam medan magnet dialiri arus listrik, maka akan terjadi polaritas pada konduktor, kutub utara magnet akan menarik kutub selatan kawat dan menolak kutub utaranya. Hal ini akan menciptakan pergerakan yang arahnya tergantung pada arah medan magnet, dengan merubah polaritas dari baterai maka kawat akan bergerak kearah yang berlawanan. Konduktor bergerak kerah medan magnet yang lemah, ketika medan dibawah konduktor lebih kuat dari pada medan diatas konduktor, maka konduktor akan bergerak keatas, tetapi ketika polaritas baterai dirubah maka kondisi yang terjadi akan berlawanan. Hal ini yang menjadi dasar armatur dapat bergerak, tetapi ketika armatur yang digunakan hanya satu maka posisi armatur akan berada sejajar dengan garis netral medan magnet, maka diperlukan armatur tambahan untuk membuat komutator berputar secara kontinyu.

Ketika suatu konduktor bergerak dengan energi mekanik dalam medan magnet maka akan ada EMF yang muncul, inilah yang dimaksud dengan EMF generator. Selanjutnya EMF akan mengalir pada konduktor yang disebut dengan CEMF (Conductor Electro Mobile Force), peningkatan CEMF akan meningkatkan kecepatan perputaran motor. Pengaruh CEMF terhadap kerja motor DC pada kenyataanya adalah sebagi merikut:

1.  Motor yang menggunakan rangkaian pararel pada perputaran awalnya memiliki kecepatan yang kurang akan tetapi pada perputaran motornya mempunyai kestabilan, apabila di lakukan pembebanan maka pembebanan tersebut tidak akan mempengaruhi kecepatan putar motor akan tetapi sangat berpengaruh pada konsumsi arus listrik yang masuk.
2. Motor yang dirangkai secara seri akan memiliki kecepatan (gaya) putar awal (starting) yang baik, kecepatan rotasi akan terus meningkat hingga dapat menyebabkan kerusakan pada motor. Hal ini dapat diatasi dengan menambahkan beban pada motor yang berfungsi sebagai kontrol putar.
3. Motor yang dirangkai secara ganda adalah motor gabungan antara rangkaian seri dan pararel, motor ini memiliki kecepatan awal yang amat baik dan kestabilan putaran motor yang baik pula. Dengan pengawalan atau pada waktu starter menggunakan rangkaian  seri bertujuan untuk pengawalan motor yang baik dan pada saat motor hidup menggunakan rangkaian pararel agar motor berputar secara stabil.