Generator arus searah

Generator arus searah adalah generator listrik yang menghasilkan arus searah. Ditemukannya fenomena induksi elektromagnetik merupakan awal sejarah perancangan generator arus searah. Generator arus searah bekerja dengan cara menghasikan gaya gerak listrik induksi yang hanya bergerak ke satu arah. Komponen utama dari generator arus searah adalah komutator atau cincin belah.

Bahan penyusun

Kutub-kutub magnet 
Generator arus searah memerlukan kutub-kutub magnet untuk menghasilkan fluks magnetik yang cukup besar. Jenis kutub magnet yang digunakan dapat berupa magnet permanen atau magnet buatan. Umumnya, generator arus searah menggunakan magnet buatan yang diperoleh melalui elektromagetisme. Induksi elektromagnetik dihasilkan melalui lilitan kawat email yang ditempatkan pada bahan-bahan feromagnetik. Medan magnet yang dihasilkan kemudian menimbulkan arus listrik yang kemudian dialirkan secara searah.

Cara kerja 
Pada generator arus searah berlaku hukum induksi Faraday. Bagian generator arus searah memiliki lilitan penghantar pada rotor yang berputar. Kutub magnet yang ada pada statir menimbulkan  garis-garis gaya medan magnet di sekitarnya. Perputaran rotor terjadi di dalam medan magnet yang muncul dari kumparan penghantar listrik. Gaya gerak listrik dan tegangan listrik induksi timbul ketika kumparan diputar hingga memotong garis-garis gaya medan magnet. Kondisi yang sama berlaku pada garis-garis medan magnet yang diputar pada kumparan yang diam. Arah arus listrik yang dihasilkan mengikuti kaidah tangan kanan yang dikemukakan oleh John Ambrose Fleming. 

Semua jenis generator listrik pada awalnya hanya menghasilkan arus bolak-balik. Keberadaan arus bolak-balik ini merupakan hasil transformasi energi dari energi mekanis menjadi energi listrik. Timbulnya arus bolak-balik merupakan akibat dari adanya induksi elektromagnetik di dalam generator listrik. Sementara itu, arus searah merupakan hasil rekayasa dari arus bolak-balik. Alat perekayasanya disebut sebagai komutator yang berbentuk cincin belah. Bagian cincin terbelah menjadi dua bagian.

Arus searah diperoleh dengan cara mengganti kontak beban terminal pada cincin ketika gaya gerak listrik timbul. Selama pergantian ini, tegangan listrik yang dihasilkan hanya akan mempunyai satu tanda arah sehingga arus listrik menjadi searah. Generator arus searah menghasilkan tegangan listrik arus searah yang tidak sempurna sehingga memiliki riak. Besarnya nilai riak dipengaruhi oleh jumlah segmen pada komutator. Komutator yang mempunyai banyak segmen akan menghasilkan riak yang lebih kecil dibandingkan dengan komutator dengan jumlah segmen yang sedikit. Besarnya riak juga dipengaruhi oleh banyaknya kumparan yang digunakan di dalam generator. Nilai riak berbanding terbalik dengan jumlah kumparan. Semakin banyak jumlah kumparan maka riak semakin kecil dan sebaliknya.

Penggerak mula 
Energi mekanik yang diperoleh oleh generator arus searah diperoleh dari turbin. Keadaan turbin terhubung dengan poros engkol pada rotor generator sehingga rotor bergerak saat turbin bergerak. Turbin digerakkan oleh penggerak mula yang umumnya berbentuk tenaga uap panas, energi potensial air, atau motor bakar diesel. Pada bagian rotor generator arus searah terdapat kumparan jangkar yang menjadi tempat pengaliran energi listrik dari generator menuju ke saluran penghantar listrik yang menuju ke beban listrik.

Jenis

Generator arus searah berpenguatan bebas 
Generator arus searah berpenguatan bebas atau berpenguatan terpisah merupakan jenis generator arus searah yang sumber penguatan arus searahnya bersifat terpisah atau bebas dari generator tersebut.

Generator arus searah berpenguatan sendiri 
Generator arus searah berpenguatan sendiri memperoleh penguatan dari terminal generatornya sendiri. Bentuk penguatannya ialah penguatan medan magnet. Sumber penguatannya adalah medan magnet sisa yang dihasilkan dari fluks magnetik ketika generator listrik pertama kali membangkitkan arus listrik. Penguatan medan magnet terjadik ketika rotor berputar sehingga akan menambahkan tegangan terminal. Penambahan ini kemudian akan membuat tegangan nominal dari generator arus searah tercapai.

Generator arus searah dengan penguatan sendiri terbagi menjadi tiga jenis. Jenis yang pertama ialah generator arus searah paralel. Generator ini memiliki bagian kumparan medan yang terhubung paralel dengan kumparan jangkar. Generator berikutnya ialah generator arus searah seri. Generator ini memiliki kumparan medan yang terhubung secara seri dengan kumparan jangkarnya. Penguatan medan magnet hanya terjadi ketika terdapat arus listrik pada beban listrik. Tegangan listrik tidak akan muncuk tanpa adanya beban listrik, sehingga beban listrik wajib terhubung ke generator ini. 

Generator jenis terakhir ialah generator arus searah kompon. Kumparan medan pada jenis generator ini ada dua, sedangkan kumparan jangkarnya hanya satu, Kumparan medan yang pertama dhubungkan secara seri dengan kumparan jangkar, sedangkan kumparan medan yang kedua dihubungkan secara paralel dengan kumparan jangkar. Generator arus searah kompon terbagi lagi menjadi dua jenis, yaitu berdasarkan posisi kumparan medan pada rangkaian listrik, dan berdasarkan arah arus searah yang mengalir pada kumparan medan. Berdasarkan posisi kumparan medan pada rangkaian listrik, generator arus searah kompon dibedakan menjadi generator arus searah kompon panjang dan generator arus searah kompon pendek. Sedangkan berdasarkan arah arus searah yang mengalir pada kumparan medan, generator arus searah kompon dibedakan menjadi generator arus searah kompon kumulatif dan generator arus searah kompon diferensial.

Karakteristik

Karakteristik beban nol 
Karakteristik beban nol berlaku pada generator arus searah yang terhubung secara paralel dan kompon, serta generator arus searah berpenguatan bebas yang diputar oleh penggerak mula. Beberapa jenis generator arus searah ini akan menghasilkan tegangan listrik jika diberi penguatan arus listrik. Besarnya tegangan listrik yang dihasilkan ditentukan oleh jumlah fluks magnetik atau arus medan, dan kecepatan putaran pada rotornya. Tegangan listrik pada terminal akan sebanding dengan kecepatan putaran rotor jika fluks magnetik bernilai konstan. Pada kondisi sebaliknya, nilai tegangan listrik akan sebanding dengan jumlah fluks magnetik jika kecepatan putaran rotor bernilai konstan. 

Pengujian karakteristik beban nol sebagai fungsi dari arus medan diawali dengan putaran konstan diawali dengan pemutaran rotor generator arus searah menggunakan penggerak mula hingga mencapai kecepatan putaran nominal. Arus medan di dalam generator harus sama dengan nol. Perolehan nilai ini dilakukan dengan memasangkan reostat pada rangkaian medan dengan nilai hambatan listrik yang maksimum. Pengukuran tegangan listrik menggunakan voltmeter akan menghasilkan nilai tegangan meskipun nilai arus medannya sama dengan nol. Pengujian dilakukan secara bertahap dari nilai hambatan listrik maksimum hingga minimum. Sementara itu, pengujian karakteristik beban nol sebagai fungsi dari putaran dengan arus medan konstan diawali dengan putaran konstan diawali dengan pemutaran rotor generator arus searah menggunakan penggerak mula hingga mencapai kecepatan putaran nominal. Selanjutnya, arus medan diatur hingga mencapai nilai tegangan nominal. Arus medan dipertahankan tetap konstan sambil menurunkan kecepatan putaran. Selama pengujian ini, nilai tegangan listrik pada terminalnya diukur setiap kali penurunan kecepatan dilakukan.

Penempatan 
Penempatan generator arus searah terbagi menjadi dua sesuai kegunaannya, yaitu ditempatkan secara tetap atau dalam keadaan bergerak bersama dengan bebannya. Generator arus searah ditempatkan secara tetap untuk keperluan pengisian energi listrik. Contohnya adalah pengisian akumulator pada perusahaan pengisi akumulator. Sementara generator arus searah yang bergerak dengan beban dimanfaatkan pada generator listrik arus bolak-balik. Kegunaan generator arus searah pada generator arus bolak-balik sebagai sumber penguat magnet. Dalam pembangkit listrik arus bolak-balik, generator arus searah menjadi generator pendukung bagi generator arus bolak-balik yang menjadi generator listrik yang utama.

Kegunaan

Motor arus searah 
Generator arus searah dapat digunakan sebagai motor arus searah dengan membalikkan posisi kumparan utama dan kumparan bantunya. Pembalikan kumparan menghasilkan fungsi terbalik pada generator listrik menjadi motor listrik. Hal ini merupakan akibat dari adanya gaya gerak listrik yang berlawanan.

Referensi

Catatan kaki

Daftar pustaka 

 
 

 

Mesin listrik
Generator listrik