Nama : Andika Pradnya S
NIM : 1614122045
Tugas MK : Teknik Tegangan Tinggi
Pembangkit tegangan tinggi DC umumnya banyak digunakan dalam fisika terapan seperti instrumen dalam bidang nuklir (akselerator, mikroskop elektron), peralatan elektromedik (x-ray), peralatan industri (presipitat dan penyaringan gas buang di pembangkit listrik, industri semen, pengecatan elektrostatik dan pelapisan serbuk) atau eletronika komunikasi (televisi). Kebutuhan bentuk tegangan, tingkat tegangan dan besar arus serta kestabilan dari pembangkit tegangan tinggi tersebut akan berbeda satu aplikasi dengan lainnya.
Tegangan tinggi DC banyak digunakan untuk pengujian dan penelitian susunan isolator dengan kapasitansi fungsi seperti kabel dan kapasitor. Pemanfaatan tegangan tinggi DC banyak dijumpai pada instalasi elektrostatik (penyaring gas buang, peralatan pengecatan), peralatan kedokteran (alat rontgen) dan pada fisika inti (pemercepat muatan). Pada umumnya pembangkitan tegangan tinggi searah dilakukan dengan penyearahan tegangan tinggi bolak-balik melalui dioda Selenium, Germanium dan Silizium. Dioda Selenium memiliki volume yang lebih besar, efisiensi yang rendah dan kapasitas penyaluran arus yang rendah.
Tegangan tinggi searah banyak digunakan untuk pengujian dan penelitian susunan isolator dengan kapasitansi fungsi seperti pada kabel atau kondensator.Pemanfaatan tegangan tinggi searah dapat dijumpai pada instalasi elektrostatik, pada peralatan kedokteran dan pada fisika inti.
Pada umumnya pembangkitan tegangan tinggi searah dilakukan dengan penyearahan tegangan tinggi bolak balik melalui dioda, kemudian dapat dilipat gandakan tingginya. Sedangkan generator elektrostatis sangan jarang digunakan. sebagai dioda penyearah biasa digunakan bahan selenium, germanium dan silizium. Dioda selenium memiliki volume yang lebih besar, efisiensi yang redah dan kapaita penyaluran arus yang rendah. Akan tetapi dioda sedemikian ini dapat menahan tegangan bolak balik sampai 600 kV tanpa kondensator pengarah tegangan, karena kapasitansi lapisan dioda yang tinggi. Ada beberapa macam rangakaian pelipat ganda tegangan antara lain Vilard, Greincher, Kaskade Greincher.
GENERATOR DC
Generator DC merupakan sebuah perangkat mesin listrik dinamis yang mengubah energi mekanis menjadi energi listrik. Secara umum generator DC tidak berbeda dengan motor DC kecuali pada arah aliran daya. Berdasarkan cara memberikan fluks pada kumparan medannya, generator arus searah DC dapat dikelompokkan menjadi dua, yaitu: generator berpenguatan bebas dan generator berpenguatan sendiri.
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.
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 danterminal box. Sedangkan bagian rotor terdiri dari: komutator, belitan rotor, kipas rotor dan poros rotor.
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
Pembahasan
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. Generator dapat digolongkan ke dalam sistem pembangkit dimana sistem ini berperan untuk mengubah bentuk energi mekanik menjadi energi listrik. Suatu mesin listrik (baik generator ataupun motor) akan berfungsi bila memiliki, yaitu:
a. Kumparan medan, untuk menghasilkan medan magnet.
b. Kumparan jangkar, untuk mengimbaskan ggl pada konduktor – konduktor yang terletak pada alur – alur jangkar.
c. Celah udara, yang memungkinkan berputarnya jangkar dalam medan magnet.
Pada mesin arus searah, kumparan medan yang berbentuk kutub sepatu merupakan stator (bagian yang tidak berputar), dan kumparan jangkar merupakan rotor (bagian yang berputar). Bila kumparan jangkar berputar dalam medan magnet akan dibangkitkan tegangan (ggl) yang berubah – ubah arah setiap setengah putaran, sehingga merupakan tegangan bolak – balik.
e = Emax sin ωt
Untuk memperoleh tegangan searah diperlukan alat penyearah yang disebut komutator dan sikat.
Pengertian Generator DC
Generator adalah mesin listrik yang mengubah daya mekanis menjadi daya listrik. Mesin listrik dapat berupa generator dan motor dan berdasarkan arah arusnya mesin listrik terbagi atas mesin listrik arus searah dan mesin listrik arus bolak-balik.
Generator DC merupakan sebuah perangkat mesin listrik dinamis yang mengubah energi mekanis menjadi energi listrik. Generator DC menghasilkan arus DC / arus searah. Generator DC dibedakan menjadi beberapa jenis berdasarkan dari rangkaian belitan magnet atau penguat eksitasinya terhadap jangkar (anker), jenis generator DC yaitu:
1. Generator penguat terpisah
2. Generator shunt
3. Generator kompon
Konstruksi Generator DC
Pada umumnya generator DC dibuat dengan menggunakan magnet permanen dengan 4-kutub rotor, regulator tegangan digital, proteksi terhadap beban lebih, starter eksitasi, penyearah, bearing dan rumah generator atau casis, serta bagian rotor.
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. Sedangkan bagian rotor terdiri dari: komutator, belitan rotor, kipas rotor dan poros rotor.
Bagian yang harus menjadi perhatian untuk perawatan secara rutin adalah sikat arang yang akan memendek dan harus diganti secara periodik / 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.
Komponen-komponen Penyusun Generator DC
a. 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.
b. 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.
d. 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.
e. 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.
f. Komutator
Komutator terdiri dari segmen-segmen dari tembaga, dibentuk irisan memanjang searah dengan poros, masing-masing diisolasi satu dengan yang lainnya dan dengan poros diisolasi oleh mika atau phenolic resin. Komutator dipres pada poros anker. Kumparan anker dihubungkan ke komutator untuk membentuk hubungan/rangkaian kontinyu. Komutator berfungsi untuk menyearahkan arus induksi bolak-balik dalam kumparan anker menjadi arus searah untuk digunakan ke beban kelistrikan kendaraan.
g. Rumah sikat dan arang sikat
Sikat arang digunakan untuk menghubungkan hubungan antara armatur/anker dengan rangkaian luar. Sikat arang dapat bergesek dengan baik dengan komutator dengan bantuan pegas dan rumah sikat. Hubungan antara sikat-sikat arang dan rangkaian luar adalah dengan kabel tembaga fleksibel.
h. Kipas pendingin
Kipas pendingin terletak di bagian depan dan menyatu dengan puli penggerak mengalirkan udara pendingin ke dalam generator.
Prinsip kerja Generator DC
Pembangkitan tegangan induksi oleh sebuah generator diperoleh melalui dua cara:
a. Dengan menggunakan cincin-seret, menghasilkan tegangan induksi bolak-balik.
b. Dengan menggunakan komutator, menghasilkan tegangan DC.
Pembangkitan Tegangan Induksi.
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 menempati posisi seperti Gambar 2 (a) dan (c). Pada posisi ini terjadi perpotongan medan magnet secara maksimum oleh penghantar. Sedangkan posisi jangkar pada Gambar 2.(b), 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.
Tegangan Rotor yang dihasilkan melalui cincin-seret dan komutator.
Jika ujung belitan rotor dihubungkan dengan slip-ring berupa dua cincin (disebut juga dengan cincin seret), seperti ditunjukkan Gambar 3.(1), maka dihasilkan listrik AC (arus bolak-balik) berbentuk sinusoidal. Bila ujung belitan rotor dihubungkan dengan komutator satu cincin. Gambar 3.(2) dengan dua belahan, maka dihasilkan listrik DC dengan dua gelombang positif.
Jangkar Generator DC
Jangkar adalah tempat lilitan pada rotor yang berbentuk silinder beralur. Belitan tersebut merupakan tempat terbentuknya tegangan induksi. Pada umumnya jangkar terbuat dari bahan yang kuat mempunyai sifat feromagnetik dengan permiabilitas yang cukup besar.
Permiabilitas yang besar diperlukan agar lilitan jangkar terletak pada derah yang induksi magnetnya besar, sehingga tegangan induksi yang ditimbulkan juga besar. Belitan jangkar terdiri dari beberapa kumparan yang dipasang di dalam alur jangkar. Tiap-tiap kumparan terdiri dari lilitan kawat atau lilitan batang.
Jangkar Generator DC.
Reaksi Jangkar
Fluks yang menembus konduktor jangkar pada keadaan generator tak berbeban merupakan fluks utama. Jika generator dibebani, timbullah arus jangkar. Adanya arus jangkar ini menyebabkan timbulnya fluks pada konduktor tersebut. Dengan menganggap tidak ada arus medan yang mengalir dalam kumparan medan, fluks ini seperti digambarkan pada gambar di bawah ini.
Perhatikan pada konduktor yang terletak pada daerah ac, ternyata fluks yang ditimbulkan arus jangkar dengan fluks utamanya saling memperkecil, sehingga fluks yang terjadi disini menjadi berkurang. Perhatikanlah kemudian konduktor pada daerah bd, ternyata fluks yang ditimbulkan oleh arus jangkar dengan fluks utamanya saling memperkuat, sehingga fluks yang terjadi di sini bertambah. Fluks total saat generator dalam keadaan berbeban adalah penjumlahan vector kedua fluks. Pengaruh adanya interaksi ini disebut reaksi jangkar. Interaksi kedua fluks tersebut dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
Medan Jangkar dari Generator DC dan Reaksi Jangkar
Karena operasi suatu generator arus searah selalu pada daerah jenuh, pengurangan suatu fluks pada konduktor dibandingkan dengan pertambahan fluks pada konduktor lain lebih besar. Hal tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut: Misalnya fluks sebesar Ox adalah fluks yang dihasilkan tanpa dipengaruhi oleh reaksi jangkar. Misalkan pula dengan adanya pengaruh reaksi jangkar pertambahan dan pengurangan kuat medan magnet (ggm) yang terjadi pada konduktor jangkar ac dan bd masing-masing sebesar B ampere-turn. Dengan demikian seperti terlihat pada gambar di bawah ini, pertambahan fluks pada konduktor bd hanyalah sebesar xy, sedangkan berkurangnya fluks pada konduktor jangkar ac sebesar xz, dimana harga xz lebih besar daripada xy. Oleh karena itu, fluks keseluruhan yang dihasilkan oleh konduktor jangkar akibat adanya reaktansi jangkar akan selalu berkurang harganya. Berkurangnya fluks ini dinamakan pendemagnetan.
Akibat-akibat buruk dari adanya Reaksi Jangkar, yaitu:
a. Terjadi distorsi medan
b. Terjadi loncatan bunga api karena bertambah besarnya tegangan
c. Pada tiap perubahan beban daerah netral magnetik bergeser
d. Terjadi demagnetisasi.
Cara-cara untuk membatasi reaksi jangkar, yaitu:
a. Kutub Antara ( Kutub Komutasi)
Bentuknya : Lebih kecil dari kutub-kutub utama
Tujuan : Menempatkan daerah netral magnetic pada tempatnya, sehingga tidak dipengaruhi keadaan beban dan menentang efek induksi sendiri.
b. Kumparan Kompensasi
Bentuknya : Konsentrasi, ditempatkan pada kutub-kutub utama.
Tujuan : Untuk mencegah distorsi (perubahan bentuk) medan karena reaksi jangkar.
Pengukuran Pendemagnetan
Pendemagnetan terjadi akibat adanya reaksi jangkar menyebabkan turunnya fluks. Sedangkan fluks merupakan fungsi arus medan. Dan reaksi jangkar timbul akibat adanya arus yang mengalir dalam konduktor jangkar. Jadi, besarnya pendemagnetan bergantung pada besarnya arus jangkar dan pengaruhnya terlihat pada arus medannya. Penentuan pendemagnetan dapat dilakukan dengan membuat grafik If sebagai fungsi Ia pada tegangan hasil pengukuran atau perhitungan.
Grafik yang didapatkan dari perhitungan merupakan grafik dengan pengaruh pendemagnetan diabaikan. Untuk mendapatkannya, harga Ia dihitung harga Ea. Dari harga Ea yang didapat ini dan dengan menggunakan kurva pendemagnetan didapatkan harga If. Perhitungan dilakukan untuk beberapa harga Ia. Dari Ia dan If yang berpasangan ini dihasilkan suatu grafik seperti terlihat pada gambar di bawah ini yang bertuliskan tanda ’hit’.
Grafik yang didapatkan dari pengukuran grafik dengan pengaruh pendemagnetan diikutsertakan. Caranya adalah dengan memasangkan amperemeter pada kumparan medan dan kumparan jangkarnya. Dengan membaca kedua amperemeter ini diperoleh suatu grafik seperti terlihat pada gambar di atas yang bertuliskan tanda ’test’.
Harga arus If dihasilkan dari pengukuran lebih besar daripada yang didapatkan dengan perhitungan untuk Ia yang sama. Selisih antara kedua grafik di atas menunjukkan besarnya pemagnetan = Fa (dalam ampere). Untuk menyatakan ggm-nya, tinggal mengalikannya dengan jumlah belitan jangkar. Harga efektif arus medan didefinisikan sebagai If – Fa. Kemudian jika pendemagnetan dan tahanan jangkar diabaikan didapat grafik yang merupakan garis mendatar (garis putus-putus).
Bersambung...
Tidak ada komentar:
Posting Komentar