Generator Arus DC

Generator DC merupakan sebuah perangkat mesin listrik yang mengubah energi mekanis menjadi energi listrik. Generator DC tidak jauh berbeda dengan Motor DC, kecuali pada arah aliran dayanya. Berdasarkan cara memberikan fluks pada kumparan medannya, generator DC dapat dikelompokkan menjadi dua, yaitu generator berpenguatan bebas dan generator berpenguatan sendiri.

Generator tipe penguat bebas dan terpisah adalah generator yang lilitan medannya dapat dihubungkan ke sumber dc yang secara listrik tidak tergantung dari mesin. Tegangan searah yang dipasangkan pada kumparan medan yang mempunyai tahanan R_f akan menghasilkan arus I_f dan menimbulkan fluks pada kedua kutub. Tegangan induksi akan dibangkitkan pada generator.
Generator berpenguatan sendiri adalah generator yang dihubungkan dengan beban, dan R_aadalah tahanan dalam generator, maka hubungan yang dapat dinyatakan adalah:V_f = I_f R_f E_a = V_t + I_a R_aBesaran yang mempengaruhi kerja dari generator :
–         Tegangan jepit (V)
–         Arus eksitasi (penguatan)
–         Arus jangkar (Ia)
–         Kecepatan putar (n)

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 dibedakan menjadi beberapa jenis berdasarkan dari rangkaian belitan magnet atau penguat eksitasinya terhadap jangkar, jenis generator DC yaitu:
1. Generator penguat terpisah
2. Generator shunt
3. Generator kompon

Komponen Generator DC

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.

Bagian-Bagian Generator DC

Generator DC terdiri dua bagian, yaitu stator (diam) dan rotor (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.

Untuk catatan komponen komutator harus dibersihkan dari kotoran sisa sikat arang yang menempel dan serbuk arang yang mengisi celah-celah komutator.

Prinsip Kerja

Prinsip kerja Generator DC berdasarkan hukum Faraday :

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.

Proses 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 (a) dan (c). Pada posisi ini terjadi perpotongan medan magnet secara maksimum oleh penghantar. Sedangkan posisi jangkar pada (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

Jika ujung belitan rotor dihubungkan dengan slip-ring berupa dua cincin (disebut juga dengan cincin seret), seperti ditunjukkan (1), maka dihasilkan listrik AC (arus bolak-balik) berbentuk sinusoidal. Bila ujung belitan rotor dihubungkan dengan komutator satu cincin (2) dengan dua belahan, maka dihasilkan listrik DC dengan dua gelombang positip.

• Rotor dari generator DC akan menghasilkan tegangan induksi bolak-balik. Sebuah komutator berfungsi sebagai penyearah tegangan AC.

• Besarnya tegangan yang dihasilkan oleh sebuah generator DC, sebanding dengan banyaknya putaran dan besarnya arus eksitasi (arus penguat medan).

Pemanfaatan Generator DC

Penggunaan Generator DC sudah sangat umum di sekitar kita, contohnya sebagai altenator mobil, dinamo sepeda, las listrik, kipas computer, vcd player dan sebagainya.

Dinamo sepeda merupakan generator kecil yang dapat menghasilkan arus listrik yang kecil pula. Prinsip kerja dinamo sepeda yaitu energi gerak di ubah menjadi energi listrik .Dinamo sepeda ini berfungsi untuk menyalakan lampu depan dan belakang. Terangnnya lampu di tentukan oleh cepatnya roda berputar yang mengakibatkan dinamo menyala . Dinamo sepeda intinya adalah sebuah magnet yang dapat berputar dan sebuah kumparan tetap, bila roda sepeda di putar dinamo akan memutar sehingga dinamo menghasilkan tegangangan 6 sampai 12 Volt. Jadi dengan adanya dinamo pada sepeda dapat memudahkan kita bila menggunakan sepeda pada malam hari.

Loss dan Efisiensi Generator DC

Dalam penggunaan Generator DC, pasti akan mengalami losses (Rugi-rugi). Rugi-Rugi yang terjadi dibagi menjadi tiga, yaitu: rugi-rugi tembaga atau listrik, rugi-rugi besi atau magnet, rugi-rugi mekanik. Karena terjadi rugi-rugi, maka efisiensi dilakukan untuk membandingkan daya masukan dan keluaran.

Rugi listrik adalah rugi daya yang hilang pada saat lilitan medan dalam kondisi panas. Rugi-rugi tembaga dibagi atas rugi tembaga jangkar dan rugi tembaga megdan.Rugi tembaga dibagi menjadi motor shunt (Ish^2.Rsh) dan motor seri (Ish^2.Rsh). Rugi kumparan medan dapat dihitung dengan rumus Ia².Rsh. (Sumardjati, 2008:404).
Rugi besi terdiri dari Rugi Histerisis dan Rugi Arus Pusar. Rugi Histerisis dapat dihitung dengan rumus sedangkan rugi arus pusar dapat dihitung dengan rumus (Rijono, 1997:143).
Rugi mekanik terdiri dari:
1. Rugi gesek yang terjadi pada pergesekan sikat dan sumbu.
2. Rugi angin (windageloss) atau disebut juga rugi buta (stray loss) akibat adanya celah udara antara bagian rotor dan bagian stator.
Besar rugi mekanik sekitar 10 sampai 20% dari rugi total pada beban penuh.
(Rijono 1997:144)

Keuntungan utama motor DC terhadap motor AC adalah bahwa kecepatan motor DC lebih mudah dikendalikan. Untuk mengatasi kerugian ini, motor AC dapat dilengkapi dengan penggerak frekuensi variabel untuk meningkatkankendali kecepatan sekaligus menurunkan dayanya. Motor Induksi AC cukup murah yaitu bisa setengah dari harga motor DC dan juga memberikan rasio daya terhadap berat yang cukup tinggi. Sehingga penggunaan motor AC lebih sering digunakaan selain itu motor AC dapat langsung terhubung dengan sumber AC.

Selain itu Penggunaan motor ini dibatasi untuk area yang bersih dan tidak berbahaya sebab resiko percikan api pada sikatnya. Sehingga tidak disarankan digunakan di area pemboran minyak dan gas. Walaupun digunakan ada peralatan pembantu untuk mencegah percikan api tersebut membesar dan menyebabkan hubungan pendek ataupun terbakar akibat ada gas hidrokarbon.

Efisiensi daya motor secara matematis adalah:

Pout = Daya yang dihasilkan

Pin = Daya yang dipakai

Penutup

Generator DC merupakan generator yang sangat umum dijumpai, dan sangat dibutuhkan untuk industri maupun rumah tangga. Generator arus searah didasarkan pada prinsip dasar yakni bila sebuah penghantar dibuat berputar melalui medan magnet, suatu gaya gerak listrik (ggl) akan diinduksi di dalam penghantar tersebut.

Rotor dan stator mempunya beberapa bagian. Bagian stator terdiri dari rangka; inti kutub magnet dan lilitan dan; sikat komutator, sedangkan bagian rotor terdiri dari komutator; jangkar; lilitan jangkar.