Programmable Logic Controller (PLC) adalah sebuah rangkaian
elektronik yang dapat mengerjakan berbagai fungsi-fungsi kontrol pada
level-level yang kompleks. PLC dapat diprogram, dikontrol, dan
dioperasikan oleh operator yang tidak berpengalaman dalam mengoperasikan
komputer. PLC umumnya digambarkan dengan garis dan peralatan pada suatu
diagram ladder. Hasil gambar tersebut pada komputer menggambarkan
hubungan yang diperlukan untuk suatu proses. PLC akan mengoperasikan
semua siatem yang mempunyai output apakah harus ON atau OFF. Dapat juga
dioperasikan suatu sistem dengan output yang bervariasi.
PLC pada awalnya sebagai alat elektronik untuk mengganti panel relay.
Pada saat itu PLC hanya bekerja untuk kondisi ON-OFF untuk pengendalian
motor, solenoid, dan actuator. Alat ini mampu mengambil keputusan yang
lebih baik dibandingkan relay biasa. PLC pertama-tama banyak digunakan
pada bagian otomotif. Sebelum adanya PLC, sudah banyak peralatan kontrol
sequence, ketika relay muncul, panel kontrol dengan relay menjadi
kontrol sequence yang utama. Ketika transistor muncul, solid state relay
yang diterapkan seperti untuk kontrol dengan kecepatan tinggi.
Pada tahun 1978, penemuan chip mikroprosessor menaikkan kemampuan
komputer untuk segala jenis sistem otomatisasi dengan harga yang
terjangkau. Robotika, peralatan otomatis dan komputer dari berbagai
tipe, termasuk PLC berkembang dengan pesat. Program PLC makin mudah
untuk dimengerti oleh banyak orang.
Pada awal tahun 1980 PLC makin banyak digunakan. Beberapa perusahaan
elektronik dan komputer membuat PLC dalam volume yang besar. Meskipun
industri peralatan mesin CNC telah digunakan beberapa waktu yang lalu,
PLC tetap digunakan. PLC juga digunakan untuk sistem otomatisasi
building dan juga security control system.
Sekarang sistem kontrol sudah meluas hingga keseluruh pabrik dan sistem
kontrol total dikombinasikan dengan kontrol feedback, pemrosesan data,
dan sistem monitor terpusat. Saat ini PLC sudah menjadi alat yang
cerdas, yang merupakan kebutuhan utama di industri modern. PLC modern
juga sebagai alat yang dapat mengakuasi data dan menyimpannya.
PLC sebenarnya adalah suatu sistem elektronika digital yang dirancang
agar dapat mengendalikan mesin dengan proses mengimplementasikan fungsi
nalar kendali sekuensial, operasi pewaktuan (timing), pencacahan
(counting), dan aritmatika.
PLC tidak lain adalah komputer digital sehingga mempunyai processor,
unit memori, unit kontrol, dan unit I/O, PLC berbeda dengan komputer
dalam beberapa hal, yaitu :
• PLC dirancang untuk berada di lingkungan industri yang mungkin banyak debu, panas, guncangan, dan sebagainya.
• PLC harus dapat dioperasikan serta dirawat dengan mudah oleh teknisi pabrik.
• PLC sebagian besar tidak dilengkapi dengan monitor, tetapi dilengkapi
dengan peripheral port yang berfungsi untuk memasukkan program sekaligus
memonitor data atau program.
Sebagian besar PLC dapat melakukan operasi sebagai berikut :
1. Relay Logic
2. Penguncian ( Locking )
3. Pencacahan ( Counting )
4. Penambahan
5. Pengurangan
6. Pewaktuan ( Timing )
7. Kendali PID
8. Operasi BCD
9. Manipulasi Data
10. Pembandingan
11. Pergeseran
Kehandalan PLC (Programmable Logic Controller)
- Flexibility
Pada awalnya, setiap mesin produksi yang dikendalikan secara elektronik
memerlukan masing-masing kendali, misalnya 12 mesin memerlukan 12
kontroler. Sekarang dengan menggunakan satu model dari PLC dapat
mengendalikan salah satu dari 12 mesin tersebut. Tiap mesin dikendalikan
dengan masing-masing program sendiri.
- Perubahan implementasi dan koreksi error
Dengan menggunakan tipe relay yang terhubung pada panel, perubahan
program akan memerlukan waktu untuk menghubungkan kembali panel dan
peralatan. Sedangkan dengan menggunakan PLC untuk melakukan perubahan
program, tidak memerlukan waktu yang lama yaitu dengan cara merubahnya
pada sebuah software. Dan jika kesalahan program terjadi, maka kesalahan
dapat langsung dideteksi keberadaannya dengan memonitor secara
langsung. Perubahannya sangat mudah, hanya mengubah diagram laddernya.
- Harga yang rendah
PLC lebih sederhana dalam bentuk, ukuran dan peralatan lain yang
mendukungnya, sehingga harga dapat dijangkau. Saat ini dapat dibeli PLC
berikut timer, counter, dan input analog dalam satu kemasan CPU. PLC
mudah di dapat dan kini sudah banyak beredar di pasaran dengan
bermacam-macam merk dan tipe.
- Jumlah kontak yang banyak
PLC memiliki jumlah kontak yang banyak untuk tiap koil yang tersedia.
Misal panel yang menghubungkan relay mempunyai 5 kontak dan semua
digunakan sementara pada perubahan desain diperlukan 4 kontak lagi yang
berarti diperlukan penambahan satu buah relay lagi. Ini berarti
diperlukan waktu untuk melakukan instalasinya. Dengan menggunakan PLC,
hanya diperlukan pengetikan untuk membuat 4 buah kontak lagi. Ratusan
kontak dapat digunakan dari satu buah relay, jika memori pada komputer
masih memungkinkan.
- Memonitor hasil
Rangkaian program PLC dapat dicoba dahulu, ditest, diteliti dan
dimodifikasi pada kantor atau laboratorium, sehingga efisiensi waktu
dapat dicapai. Untuk menguji program PLC tidak harus diinstalasikan
dahulu ke alat yang hendak dijalankan, tetapi dapat dilihat langsung
pada CPU PLC atau dilihat pada software pendukungnya.
- Observasi visual
Operasi dari rangkaian PLC dapat dilihat selama dioperasikan secara
langsung melalui layar CRT. Jika ada kesalahan operasi maupun kesalahan
yang lain dapat langsung diketahui. Jalur logika akan menyala pada layar
sehingga perbaikan dapat lebih cepat dilakukan melalui observasi
visual. Bahkan beberapa PLC dapat memberikan pesan jika terjadi
kesalahan.
- Kecepatan operasi
Kecepatan operasi dari PLC melebihi kecepatan operasi daripada relay
pada saat bekerja yaitu dalam beberapa mikro detik. Sehingga dapat
menentukan kecepatan output dari alat yang digunakan.
- Metode bolean atau ladder
Program PLC dapat dilakukan dengan diagram ladder oleh para teknisi atau
juga menggunakan sistem bolean atau digital bagi para pemrogram PLC
yang lebih mudah dan dapat disimulasikan pada software pendukungnya.
- Reliability
Peralatan solid state umumnya lebih tahan dibandingkan dengan relay atau
timer mekanik. PLC mampu bekerja pada kondisi lingkungan yang berat,
misalnya goncangan, debu, suhu yang tinggi, dan sebagainya.
- Penyederhanaan pemesanan komponen
PLC adalah satu peralatan dengan satu waktu pengiriman. Jika satu PLC
tiba, maka semua relay, counter, dan komponen lainnya juga tiba. Jika
mendesain panel relay sebanyak 10 relay, maka diperlukan 10 penyalur
yang berbeda pula waktu pengirimannya, sehingga jika lupa memesan satu
relay akan berakibat tertundanya pengerjaan suatu panel.
- Dokumentasi
Mencetak rangkaian PLC dapat dilakukan segera secara nyata sebagian atau
keseluruhan rangkaian tanpa perlu melihat pada blueprint yang belum
tentu up to date, dan juga tidak perlu memeriksa jalur kabel dengan
rangkaian.
-nKeamanan
Program PLC tidak dapat diubah oleh sembarang orang dan dapat dibuatkan
password. Sedangkan panel relay biasa memungkinkan terjadinya perubahan
yang sulit untuk dideteksi.
- Memudahkan perubahan dengan pemrograman ulang.
PLC dapat dengan cepat diprogram ulang, hal ini memungkinkan untuk
mencampur proses produksi, sementara produksi lainnya sedang berjalan.
Disamping beberapa kehandalan di atas, tidak bisa dipungkiri bahwa PLC juga mempunyai beberapa kelemahan antara lain :
- Teknologi baru
Sulit untuk mengubah pola pikir beberapa personil yang telah lama menggunakan konsep relay untuk berubah kekonsep PLC komputer.
- Aplikasi program yang tetap
Beberapa aplikasi dari proses produksi merupakan aplikasi yang tidak
akan berubah selamanya sehingga keunggulan dari pada PLC untuk mengubah
program menjadi tidak berguna.
- Kondisi lingkungan
Lingkungan proses tertentu seperti panas yang tinggi dan getaran
,interferensi dengan peralatan listrik lain membuat keterbatasan
pemakaian PLC.
- Pengoperasian yang aman
Pada penggunaan sistem relay, jika sumber daya padam akan langsung
mematikan seluruh rangkaian dan tidak secara otomatis bekerja kembali
PLC akan langsung menjalankan proses yang di program, namun hal ini
tergantung dari program yang dibuat.
- Operasi pada rangkaian yang tetap
Jika suatu rangkaian operasi tidak pernah diubah, seperti misalnya drum
mekanik , lebih murah jika tetap menggunakan konsep relay dari pada
menggunakan PLC.
Keunggulan PLC dibanding Sistem Konvensional
Salah satu keunggulan PLC dibanding sistem konvensional kontrol panel adalah sebagai berikut :
• Pada Progammable Logic Controller :
1. Pengawatan lebih sedikit.
2. Perawatan relatif mudah .
3. Pelacakan sistem lebih sedarhana.
4. Konsumsi daya relatif rendah.
5. Dokumentasi gambar lebih sederhana dan lebih mudah dimengerti.
6. Modifikasi sistem lebih sederhana dan cepat.
• Pada Sistem Konvensional Kontrol Panel:
1. Pengawatan lebih kompleks.
2. Perawatan membutuhkan waktu yang lama.
3. Pelacakan kesalahan membutuhkan waktu yang lama.
4. Konsumsi daya yang relatif tinggi.
5. Dokumentasi gambar lebih banyak.
6. Modifikasi sistem membutuhkan waktu yang lama.
Hal-hal yang dapat dikerjakan oleh PLC
Sebagai kontrol urutan mempunyai fungsi:
1. Pengganti relay kontrol logika konvensional.
2. Pewaktu/pencacah (Timer / counter).
3. Pengganti pengontrol PCB card.
4. Mesin kontrol ( auto / semi auto/manual ).
Sebagai kontrol yang canggih mempunyai fungsi:
1. Operasi aritmatika.
2. Penanganan informasi.
3. Kontrol analog ( suhu, tekanan, dan lain-lain ).
4. PID ( Proporsional-Integral-Diferensial).
5. Kontrol motor servo.
6. Kontrol motor stepper.
Sebagai kontrol pengawasan mempunyai fungsi:
1. Proses monitor dan alarm.
2. Monitor dan diagnosa kesalahan.
3. Antarmuka dengan komputer (RS- 23C/ RS-422).
4. Antarmuka printer / ASCII.
5. Jaringan kerja otomatisasi pabrik.
6. Local Area Network.
7. Wibe Area Network.
8. FMS (Flexible Manufacturing System), CIM ( Computer Integrated Manufacturing ), FA ( factory automation ).
Konfigurasi Programmable Logic Controller
PLC mempunyai konfigurasi yang terdiri dari 6 bagian utama yaitu:
- Unit Power Supply
Unit ini berfungsi untuk memberikan tegangan pada blok CPU PLC, biasanya berupa switching power supply.
- CPU (Central Processing Unit) PLC
Unit merupakan otak dari PLC, disinilah program akan diolah sehingga
sistem kontrol yang telah kita desain bekerja seperti yang kita
inginkan. CPU PLC sangat bervariasi macamnya tergantung pada
masing-masing merk dan tipe PLC-nya.
- Memori unit
RAM : Random Acces Memory
EPROM : Eraseable Progammable Read Only Memory
EEPROM : Electrical Eraseable Programmable Read Only Memory.
- Input unit ( sebagai contoh PLC Omron )
Input digital: Input Point Digital
o DC 24 V input
o DC 5 V input / TTL (Transistor Transistor Logic)
o AC/DC 24 V input
o AC 110 V input
o AC 220 V input
Input analog : Input Point Linear
• 0 – 10 V DC
• -10 V DC – 10 V DC
• 4 – 20 mA DC
- Output unit
Output digital : Output Point Digital 1.
o Relay Output
o AC 110 V output
o AC 220 V output
o DC 24 V output,tipe PNP dan tipe NPN.
Output analog : Output Point Linier
• 0 – 1 V DC
• -10 V DC – 10 V DC
• 4 – 20 mA DC
- Peripheral
Yang termasuk dalam peripheral adalah :
1. SSS (Sysmac Support Software)
2. PROM writer
3. GPC (Graphic Programming Console)
4. FIT (Factory Intelegent Terminal)
Perangkat Keras Programmable Logic Controller
Programmable Logic Controller dapat berarti sebagai alat pengendali
logika yang dapat diprogram. PLC ini merupakan perangkat kontrol yang
menerima data input dari luar yang ditransfer dalam bentuk keputusan
yang bersifat logika dan disimpan dalam memori. PLC mempunyai perangkat
keras yang berupa CPU (Central Processing Unit), modul input dan output,
memori serta piranti program.
Ketika PLC bekerja , saat itu juga PLC mengakses data input dan output,
menjalankan program instruksi, serta menjalankan peralatan eksternal.
Central Processing Unit
Central Processing Unit (CPU) merupakan pusat pengolah dan pengontrol
data dari seluruh sistem kerja PLC. Proses yang dilakukan oleh CPU ini
antara lain adalah mengontrol semua operasi, mengolah program yang ada
dalam memori, serta mengatur komunikasi antara input-output, memori dan
CPU melalui sistem BUS. CPU juga berfungsi menjalankan dan mengolah
fungsi-fungsi yang diinginkan berdasarkan program yang telah ditentukan.
Memori
Agar PLC dapat bekerja sesuai harapan maka dibutuhkan suatu program
untuk menjalankannya. Program tersebut harus disimpan dengan cara
tertentu agar PLC dapat mengakses perintah-perintah sesuai yang
diinstruksikan. Disamping itu juga diperlukan untuk menyimpan data
sementara selama pelaksanaan program.
Model Input Output
Model input output merupakan piranti yang menghubungkan antara PLC
dengan peralatan yang dikendalikannya. Sebagai contoh pada PLC OMRON
rata-rata mempunyai 16 built-in input yang terpasang pada unit 0 CH (
zero channel ). Namun demikian jumlah ini dapat ditambah dengan memasang
unit ekspansi I/O. Model input atau output tambahan ini dapat dipasang
secara bebas sesuai dengan kebutuhan.
Programming Console
Perangkat ini merupakan panel pemrograman yang didalamnya terdapat RAM
(Random Access Memory) yang berfungsi sebagai tempat penyimpanan semi
permanen pada sebuah program yang sedang dibuat atau dimodifikasi.
Program yang dituliskan ke dalam console harus dalam bentuk mnemonic.
Perangkat ini dapat dihubungkan langsung ke CPU dengan menggunakan kabel
ekstention yang dapat dipasang dan dilepas setiap saat. Apabila proses
eksekusi program telah melewati satu putaran maka panel (Programming
Console) ini dapat dicabut dan dipindahkan ke CPU lain, sedangkan CPU
yang pertama tadi masih tetap bisa untuk menjalankan programnya, tetapi
harus pada posisi RUN atau MONITOR
semoga bermanfaat, http://dunia-listrik.blogspot.com
TUTORIAL OMRON SOFTWARE PLC
Omron adalah produk dari jepang, omron sudah terkenal di kalangan
industri dengan PLC yang murah dan handal. Bagi pemula yang ingin
mempelajari program PLC, sofware CX-Programmer bisa menjadi referensi
yang tepat untuk memulainya.
Program CX-Programmer merupakan program yang tidak gratis, untuk
membelinya kawan dapat merogoh kocek sekitar 3-9 juta, tapi jangan takut
rata-rata setiap perguruan tinggi mempunyai sofware ini untuk di
pelajari oleh kalangan pelajar dan mahasiswa
INSTALISASI PROGRAM CX-PROGRAMMER V8.1
Pilih Semua fasilitas lalu Klik NEXT
Klik Finish, Program CX Programmer telah terinstal.
dalam preview instalasi program ini diperingkat karena sobat pasti sudah terbiasa dalam instal menginstal program.
Running Program
Menjalankan program CX-Programmer
klik Icon CX Programmer.
Tampilan awal program
Klik new program
Buat program dengan nama latihan atau apa saja, Lalu pilih device
type CS1G-H dengan CPU 24, saya memilih type ini karena type PLC ini
dapat kita simulasikan dan akan di bahas pada bab berikutnya, untuk type
network pilih eternet dikarenakan kecepatan data yang cepat, bila sudah
selesai klik ok untuk memulai program.
Title Bar : Menunjukan nama file yang akan di save i CX-Programmer
Menu : Untuk memilih menu item
Tolbar : Berisi tools untuk mengedit ladder, View dan menu standar lainnya.
Project Tree : Mengatur program dan data, dapat mencopy program atau
dapat drag dan drop untuk di copy antara project yang berbeda atau yang
sama
Ladder Windows : Layar untuk menulis dan mengedit prgram ladder
Status Bar : Menunjukan Status PLC Online/Ofllene, nama PLC dan lokasi active sel
Output windows : Menampilkan Error compilling , menapilkan pencarian
contact dan menapilkan error ketika program sedang berjalan.
Informasion Windows : Menampilkan shortcut program, informasi ini dapat di hide atau unhide
symbol Bar : Menampilkan nama address atau nilai suatu contact atau coil dari penunjukan kursor…
CX SIMULATOR
Program CX-Simulator merupakan program untuk simulasi CX-Programmer,
instalasi program CX-Simulator sering mengalami kegagalan karena program
sering bentrok dengan program CX Server yang merupakan program yang
harus di instal dahulu sebelum CX-Simulator.
Untuk bisa menjalankan program CX-Simulator harus menginstal program
CX-Server terlebih dahulu, program CX-Server terdapat pada program waktu
instal program
CX-Programmer
Klik pada setup.exe program CX-Simulator.
Klik Next untuk Instal program CX-Simulator
Masukan serial number yang benar.
Klik Next
Klik Finish, maka program CX-Simulator.
KONFIGURASI CX SIMULATOR DENGAN CX PROGRAMMER
Sebelum kita membuat program kita terlebih dahulu mengkonfigurasi
sofware untuk dapat disimulasikan pada CX-Simulator, karena CX-simulator
ini ada beberapa konfigurasi yang tidak boleh berbeda dengan
konfigurasi CX Programmer.
Langkah-langkah konfigurasi
1. Jalankan program CX-Simulator untuk menjalankan program yang akan di simulator
Klik Ok untuk membuat Create new PLC
Klik Next
Pilih type CPU CS1G-CPU42, Klik Next
klik Next dengan configurasi tertulis
Klik Next untuk virtuall communication
Klik Next
Klik Finish untuk mengakihiri configurasi
Setelah konfigurasi selesai klik connect untuk mendapatkan network address dan node address
2. Jalankan program CX-Programmer dan buka new project dengan dengan
konfigurasi sebagai berikut, kita pilh type CPU CS1G karena CX Simulator
hanya support CS1GH
3. Setelah konfigurasi CX-simulator kemudian setting address network
untuk dapat komunikasi antara simulator dengan PLC di CX-Programmer
Apabila telah settting PLC kita akan coba membuat sebuah program
sederhana untuk mencoba menjalankan apakah simulator telah berkerja
Setelah sobat membaca postingan sebelumnya tentang bagaimana mengiinstal
dan konfigurasi simulator kita akan mencoba membuat rangkaian sederhana
mengunakan
Program Ladder
Program ladder merupakan program yang implementasi dari wiring
kontrol konvensional, apabila anda terbiasa merancang kontrol
konvensional, maka untuk memahami program ladder tidak akan mengalami
kesulitan, malah bisa dikatakan program ladder lebih gampang karena kita
tidak memikirkan jumlah kontak dan jumlah relai untuk mengkontrol.
Langkah-langkah pembuatan program
1. Jalankan program CX-Programmer dan CX-Simulator yang telah terkonfigurasi seperi postingan sebelumnya.
Tampilan dasar program.
Klik Connect untuk menccoba konfigurasi sesuai dengan simulator.
Layar berubah berwarna abu-abu bila konfigurasi sesuai.
Apabila tampil pesan berikut perlu di teliti apakah type PLC sudah
sesuai dengan CX-Simuator dan program CX-Simulator sudah di jalankan
atau network address CX-Programmer tidak sesuai dengan CX-Simulator
Pesan berikut terjadi apabila Network type tidak sesuai dengan CX-Programmer.
Pesan Berikut apabila type CPU PLC tidah sesuai dengan CPU CX-Simulator.
Setelah anda berhasil komunikasikan PLC dengan Simulator, kita akan mencoba membuat program sederhana.
Buat sebuah kontak NO (Normaly Open) dan beri nama Start dengan alamat input PLC yaitu 0.00
Buat kontak NC sebagai Stop dengan alamat input 0.01
Buat sebuah Output pada akhir ladder, beri alamat pada 10.00
Beri alamat 10.00 untuk membuat rangkaian interlocking.
Apabila rangkaian sudah terbuat kita akan mencoba simulasi program
Klik OK untuk mendownlod Program, Symbol danComment
Klik Yes
Klik Ok
Untuk mengetahui sesuai atau tidaknya program kita force input dengan nilai 1
Rangkaian Terkunci untuk mematikan force stop dengan nilai 1
Dengan Dasar rangkaian diatas anda dapat berimprovisasi membuat
rangkaian yang lebih komplex dan mencoba intruksi-intruksi lainnya.
Sudah tau khan cara-cara bikin program terus simulasi, sekarang kita
akan belajar intruksi dasar CX-Programmer dari Timer dan Counter disini
saya ajarkan step-by step bagi pemula bagaimana caranya cara cepet
mempelajari sofware PLC yang pada dasarnya semua sama aja, cuma
bagaimana trik kita supaya cepet ngerti.
Perlu diperhatikan untuk menulis program tiap-tiap PLC mempunyai
standard masing-masing untuk mengetahui lihat di HELP, seperti cara
berikut
Ketika mo mencari intruksi timer saya mengalami kesulitan standarnya penulisan, untuk itu klik detail
Dari Instruction Help kita tau bagaimana cara penulisan yang benar, pada
layar Edit Instruction terdapat 2 operand untuk timer number dan nilai
waktu timer, untuk timer no masukan angka 1 dan nilai timer #100
Apabila output 10.00 berkerja set value dari timer mnghitung mundur, kontak T000 berkerja apabila nilai timer mencapai angka 0.
Berikutnya buat intruksi counter dengan nilai hitungan 10
Input 0.02 untuk menghitung mundur nilai dari set value, input 0.03
untuk mereset set value counter C000 adalah output counter apabila
bernilai 0 maka 10.02 ON
Setelah selsai membuat program maka download program dan simulasikan.
Untuk merubah alamat secara cepat kita dapat merubah address selagi kita online, seperti dibawah ini.
Sumber :
http://dunia-listrik.blogspot.com
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
1. Konstruksi Generator DC
Pada umumnya 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. Gambar 1 menunjukkan gambar potongan
melintang konstruksi generator DC.
Gambar 1. Konstruksi Generator DC
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 periodic /
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.
2. Prinsip kerja Generator DC
Pembangkitan tegangan induksi oleh sebuah generator diperoleh melalui dua cara:
• dengan menggunakan cincin-seret, menghasilkan tegangan induksi bolak-balik.
• dengan menggunakan komutator, menghasilkan tegangan DC.
Proses pembangkitan tegangan tegangan induksi tersebut dapat dilihat pada Gambar 2 dan Gambar 3.
Gambar 2. 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.
Gambar 3. 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 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).
3. 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.
Gambar 4. Jangkar Generator DC.
4. Reaksi Jangkar
Fluks magnet yang ditimbulkan oleh kutub-kutub utama dari sebuah
generator saat tanpa beban disebut Fluks Medan Utama (Gambar 5). Fluks
ini memotong lilitan jangkar sehingga timbul tegangan induksi.
Gambar 5. Medan Eksitasi Generator DC
Bila generator dibebani maka pada penghantar jangkar timbul arus
jangkar. Arus jangkar ini menyebabkan timbulnya fluks pada penghantar
jangkar tersebut dan biasa disebut FIuks Medan Jangkar (Gambar 6).
Gambar 6. Medan Jangkar dari Generator DC (a) dan Reaksi Jangkar (b).
Munculnya medan jangkar akan memperlemah medan utama yang terletak
disebelah kiri kutub utara, dan akan memperkuat medan utama yang
terletak di sebelah kanan kutub utara. Pengaruh adanya interaksi antara
medan utama dan medan jangkar ini disebut reaksi jangkar. Reaksi jangkar
ini mengakibatkan medan utama tidak tegak lurus pada garis netral n,
tetapi bergeser sebesar sudut α. Dengan kata lain, garis netral akan
bergeser. Pergeseran garis netral akan melemahkan tegangan nominal
generator.
Untuk mengembalikan garis netral ke posisi awal, dipasangkan medan
magnet bantu (interpole atau kutub bantu), seperti ditunjukkan pada
Gambar 7.(a).
Gambar 7. Generator dengan Kutub Bantu (a) dan Generator Kutub Utama, Kutub Bantu, Belitan Kompensasi (b).
Lilitan magnet bantu berupa kutub magnet yang ukuran fisiknya lebih
kecil dari kutub utama. Dengan bergesernya garis netral, maka sikat yang
diletakkan pada permukaan komutator dan tepat terletak pada garis
netral n juga akan bergeser. Jika sikat dipertahankan pada posisi semula
(garis netral), maka akan timbul percikan bunga api, dan ini sangat
berpotensi menimbulkan kebakaran atau bahaya lainnya. Oleh karena itu,
sikat juga harus digeser sesuai dengan pergeseran garis netral. Bila
sikat tidak digeser maka komutasi akan jelek, sebab sikat terhubung
dengan penghantar yang mengandung tegangan. Reaksi jangkar ini dapat
juga diatasi dengan kompensasi yang dipasangkan pada kaki kutub utama
baik pada lilitan kutub utara maupun kutub selatan, seperti ditunjukkan
pada gambar 7 (a) dan (b), generator dengan komutator dan lilitan
kompensasinya.
Kini dalam rangkaian generator DC memiliki tiga lilitan magnet, yaitu:
• lilitan magnet utama
• lilitan magnet bantu (interpole)
• lilitan magnet kompensasi
5. Jenis-Jenis Generator DC
Seperti telah disebutkan diawal, bahwa generator DC berdasarkan dari
rangkaian belitan magnet atau penguat eksitasinya terhadap jangkar
(anker) dibagi menjadi 3 jenis, yaitu:
1. Generator penguat terpisah
2. Generator shunt
3. Generator kompon
• Generator Penguat Terpisah
Pada generator penguat terpisah, belitan eksitasi (penguat eksitasi)
tidak terhubung menjadi satu dengan rotor. Terdapat dua jenis generator
penguat terpisah, yaitu:
1. Penguat elektromagnetik (Gambar 8.a)
2. Magnet permanent / magnet tetap (Gambar 8.b)
Gambar 8. Generator Penguat Terpisah.
Energi listrik yang dihasilkan oleh penguat elektromagnet dapat
diatur melalui pengaturan tegangan eksitasi. Pengaturan dapat dilakukan
secara elektronik atau magnetik. Generator ini bekerja dengan catu daya
DC dari luar yang dimasukkan melalui belitan F1-F2.
Penguat dengan magnet permanen menghasilkan tegangan output generator
yang konstan dari terminal rotor A1-A2. Karakteristik tegangan V
relatif konstan dan tegangan akan menurun sedikit ketika arus beban I
dinaikkan mendekati harga nominalnya.
Karakteristik Generator Penguat Terpisah
Gambar 9. Karakteristik Generator Penguat Terpisah
Gambar 9 menunjukkan:
a. karakteristik generator penguat terpisah saat eksitasi penuh (Ie
100%) dan saat eksitasi setengah penuh (Ie 50%). Ie adalah arus
eksitasi, I adalah arus beban.Tegangan output generator akan sedikit
turun jika arus beban semakin besar.
b. Kerugian tegangan akibat reaksi jangkar.
c. Perurunan tegangan akibat resistansi jangkar dan reaksi jangkar,
selanjutnya mengakibatkan turunnya pasokan arus penguat ke medan magnet,
sehingga tegangan induksi menjadi kecil.
• Generator Shunt
Pada generator shunt, penguat eksitasi E1-E2 terhubung paralel dengan
rotor (A1-A2). Tegangan awal generator diperoleh dari magnet sisa yang
terdapat pada medan magnet
stator. Rotor berputar dalam medan magnet yang lemah, dihasilkan
tegangan yang akan memperkuat medan magnet stator, sampai dicapai
tegangan nominalnya. Pengaturan arus eksitasi yang melewati belitan
shunt E1-E2 diatur oleh tahanan geser. Makin besar arus eksitasi shunt,
makin besar medan penguat shunt yang dihasilkan, dan tegangan terminal
meningkat sampai mencapai tegangan nominalnya. Diagram rangkaian
generator shunt dapat dilihat pada Gambar 10.
Gambar 10. Diagram Rangkaian Generator Shunt
Jika generator shunt tidak mendapatkan arus eksitasi, maka sisa
megnetisasi tidak akan ada, atau jika belitan eksitasi salah sambung
atau jika arah putaran terbalik, atau rotor terhubung-singkat, maka
tidak akan ada tegangan atau energi listrik yang dihasilkan oleh
generator tersebut.
Karakteristik Generator Shunt
Gambar 11. Karakteristik Generator Shunt.
Generator shunt mempunyai karakteristik seperti ditunjukkan pada
Gambar 11. Tegangan output akan turun lebih banyak untuk kenaikan arus
beban yang sama, dibandingkan dengan tegangan output pada generator
penguat terpisah.
Sebagai sumber tegangan, karakteristik dari generator penguat
terpisah dan generator shunt tentu kurang baik, karena seharusnya sebuah
generator mempunyai tegangan output yang konstan, namun hal ini dapat
diperbaiki pada generator kompon.
• Generator Kompon
Generator kompon mempunyai dua penguat eksitasi pada inti kutub utama
yang sama. Satu penguat eksitasi merupakan penguat shunt, dan lainnya
merupakan penguat seri. Diagram rangkaian generator kompon ditunjukkan
pada Gambar 12. Pengatur medan magnet (D1-D2) terletak di depan belitan
shunt.
Gambar 12. Diagram Rangkaian Generator Kompon
Karakteristik Generator Kompon
Gambar 13. Karakteristik Generator Kompon
Gambar 13 menunjukkan karakteristik generator kompon. Tegangan output
generator terlihat konstan dengan pertambahan arus beban, baik pada
arus eksitasi penuh maupun eksitasi 50%. Hal ini disebabkan oleh adanya
penguatan lilitan seri, yang cenderung naik tegangannya jika arus beban
bertambah besar. Jadi ini merupakan kompensasi dari generator shunt,
yang cenderung tegangannya akan turun jika arus bebannya naik.
Konstruksi Generator Sinkron
Pada dasarnya konstruksi dari generator sinkron adalah sama dengan
konstruksi motor sinkron, dan secara umum biasa disebut mesin sinkron
(seperti telah dibahas di
sini).
Ada dua struktur kumparan pada mesin sinkron yang merupakan dasar kerja
dari mesin tersebut, yaitu kumparan yang mengalirkan penguatan DC
(membangkitkan medan magnet, biasa disebut sistem eksitasi) dan sebuah
kumparan (biasa disebut jangkar) tempat dibangkitkannya GGL arus
bola-balik.
Hampir semua mesin sinkron mempunyai belitan GGL berupa stator yang
diam dan struktur medan magnit berputar sebagai rotor. Kumparan DC pada
struktur medan yang berputar dihubungkan pada sumber DC luar melaui
slipring dan sikat arang, tetapi ada juga yang tidak mempergunakan sikat
arang yaitu sistem “brushless excitation”.
Bentuk Penguatan
Seperti telah diuraikan diatas, bahwa untuk membangkitkan fluks
magnetik diperlukan penguatan DC. Penguatan DC ini bisa diperoleh dari
generator DC penguatan sendiri yang seporos dengan rotor mesin sinkron.
Pada mesin sinkron dengan kecepatan rendah, tetapi rating daya yang
besar, seperti generator Hydroelectric (Pembangkit listrik tenaga air),
maka generator DC yang digunakan tidak dengan penguatan sendiri tetapi
dengan “Pilot Exciter” sebagai penguatan atau menggunakan magnet
permanent (magnet tetap).
Gambar 1. Generator Sinkron Tiga fasa dengan Penguatan Generator DC “Pilot Exciter”.
Gambar 2. Generator Sinkron Tiga fasa dengan Sistem Penguatan “Brushless Exciter System”.
Alternatif lainnya untuk penguatan eksitasi adalah menggunakan Diode silikon dan Thyristor.
Ada dua tipe sistem penguatan “Solid state”, yaitu:
• Sistem statis yang menggunakan Diode atau Thyristor statis, dan arus dialirkan ke rotor melalui Slipring.
• “Brushless System”, pada sistem ini penyearah dipasangkan diporos yang
berputar dengan rotor, sehingga tidak dibutuhkan sikat arang dan
slip-ring.
Bentuk Rotor
Untuk medan rotor yang digunakan tergantung pada kecepatan mesin,
mesin dengan kecepatan tinggi seperti turbo generator mempunyai bentuk
silinder gambar 3a, sedangkan mesin dengan kecepatan rendah seperti
Hydroelectric atau Generator Listrik Diesel mempunyai rotor kutub
menonjol gambar 3b.
Gambar 3a. Bentuk Rotor kutub silinder.
Gambar 3b. Bentuk Rotor kutub menonjol.
Bentuk Stator
Stator dari Mesin Sinkron terbuat dari bahan ferromagnetik , seperti
telah dibahas di sini, yang berbentuk laminasi untuk mengurangi
rugi-rugi arus pusar. Dengan inti ferromagnetik yang bagus berarti
permebilitas dan resistivitas dari bahan tinggi.
Gambar 4. Inti Stator dan Alur pada Stator
Gambar 4 memperlihatkan alur stator tempat kumparan jangkar. Belitan
jangkar (stator) yang umum digunakan oleh mesin sinkron tiga fasa, ada
dua tipe yaitu :
a. Belitan satu lapis (Single Layer Winding).
b. Belitan berlapis ganda (Double Layer Winding).
Bentuk Stator Satu Lapis
Gambar 5 memperlihatkan belitan satu lapis, karena hanya ada satu
sisi lilitan didalam masing-masing alur. Bila kumparan tiga fasa dimulai
pada Sa, Sb, dan Sc dan berakhir di Fa, Fb, dan Fc bisa disatukan dalam
dua cara, yaitu hubungan bintang dan segitiga. Antar kumparan fasa
dipisahkan sebesar 120 derajat listrik atau 60 derajat mekanik, satu
siklus GGL penuh akan dihasilkan bila rotor dengan 4 kutub berputar 180
derajat mekanis. Satu siklus GGL penuh menunjukkan 360 derajat listrik,
adapun hubungan antara sudut rotor mekanis α_mek dan sudut listrik
α_lis, adalah :
Gambar 5. Belitan Satu Lapis Generator Sinkron Tiga Fasa.
Contoh:
Sebuah generator Sinkron mempunyai 12 kutub. Berapa sudut mekanis ditunjukkan dengan 180 derajat listrik.
Jawaban:
Sudut mekanis antara kutub utara dan kutub selatan adalah:
Ini menunjukkan 180 derajat listrik
atau bisa juga secara langsung, yaitu:
Gambar 6. Urutan fasa ABC.
Untuk menunjukkan arah dari putaran rotor gambar 6. (searah jarum
jam), urutan fasa yang dihasilkan oleh suplai tiga fasa adalah ABC,
dengan demikian tegangan maksimum pertama terjadi dalam fasa A, diikuti
fasa B, dan kemudian fasa C.
Kebalikan arah putaran dihasilkan dalam urutan ACB, atau urutan fasa
negatif, sedangkan urutan fasa ABC disebut urutan fasa positif. Jadi ggl
yang dibangkitkan sistem tiga fasa secara simetris adalah:
EA = EA ∟ 0° volt
EB = EB ∟ -120° volt
EC = EC ∟ -240° volt
Belitan Berlapis Ganda
Kumparan jangkar yang diperlihatkan pada gambar 5 hanya mempunyai
satu lilitan per kutub per fasa, akibatnya masing-masing kumparan hanya
dua lilitan secara seri. Bila alur-alur tidak terlalu lebar,
masing-masing penghantar yang berada dalam alur akan membangkitkan
tegangan yang sama. Masing-masing tegangan fasa akan sama untuk
menghasilkan tegangan per penghantar dan jumlah total dari penghantar
per fasa.
Dalam kenyataannya cara seperti ini tidak menghasilkan cara yang
efektif dalam penggunaan inti stator, karena variasi kerapatan fluks
dalam inti dan juga melokalisir pengaruh panas dalam daerah alur dan
menimbulkan harmonik. Untuk mengatasi masalah ini, generator praktisnya
mempunyai kumparan terdistribusi dalam beberapa alur per kutub per fasa.
Gambar 7 memperlihatkan bagian dari sebuah kumparan jangkar yang secara
umum banyak digunakan. Pada masing-masing alur ada dua sisi lilitan dan
masing-masing lilitan memiliki lebih dari satu putaran. Bagian dari
lilitan yang tidak terletak kedalam alur biasanya disebut “ Winding
Overhang”, sehingga tidak ada tegangan dalam winding overhang.
Gambar 7. Belitan Berlapis Ganda Generator Sinkron Tiga Fasa.
Faktor Distribusi
Seperti telah dijelaskan diatas bahwa sebuah kumparan terdiri dari
sejumlah lilitan yang ditempatkan dalam alur secara terpisah. Sehingga,
GGLl pada terminal menjadi lebih kecil bila dibandingkan dengan kumparan
yang telah dipusatkan. Suatu faktor yang harus dikalikan dengan GGL
dari sebuah kumparan distribusi untuk menghasilkan total GGL yang
dibangkitkan disebut faktor distribusi Kd untuk kumparan. Faktor ini
selalu lebih kecil dari satu (Kd < 1). Diasumsikan ada n alur per
fasa per kutub, maka jarak antara alur dalam derajat listrik, adalah :
dimana m menyatakan jumlah fasa.
Gambar 8. Diagram Phasor dari Tegangan Induksi Lilitan.
Perhatikan gambar 8, disini diperlihatkan GGL yang dinduksikan dalam
alur 2 akan tertinggal (lagging) dari GGL yang dibangkitkan dalam alur 1
sebesar ψ =15 derajat listrik, demikian pula GGL yang dinduksikan dalam
alur 3 akan tertinggal 2ψ derajat, dan seterusnya. Semua GGL ini
ditunjukkan masing-masing oleh phasor E1, E2, E3 dan E4. Total GGL
stator per fasa E adalah jumlah dari seluruh vektor.
E = E1 + E2 + E3 + E4
Total GGLl stator E lebih kecil dibandingkan jumlah aljabar dari GGL lilitan oleh faktor.
Kd adalah faktor distribusi, dan bisa dinyatakan dengan persamaan:
Keuntungan dari kumparan distribusi, adalah memperbaiki bentuk
gelombang tegangan yang dibangkitkan, seperti terlihat pada gambar 9.
Gambar 9. Total GGL Et dari Tiga GGL Sinusoidal.
Faktor Kisar
Gambar 10, memperlihatkan bentuk kisar dari sebuah kumparan, bila
sisi lilitan diletakkan dalam alur 1 dan 7 disebut kisar penuh,
sedangkan bila diletakkan dalam alur 1 dan 6 disebut kisar pendek,
karena ini sama dengan 5/6 kisar kutub.
Gambar 10. Kisar Kumparan
Kisar :
5/6 = 5/6 x 180 derajat = 150 derajat
1/6 = 1/6 x 180 derajat = 30 derajat.
Kisar pendek sering digunakan, karena mempunyai beberapa keuntungan, diantaranya:
• Menghemat tembaga yang digunakan.
• Memperbaiki bentuk gelombang dari tegangan yang dibangkitkan.
• Kerugian arus pusar dan Hysterisis dapat dikurangi.
EL GGL yang diinduksikan pada masing-masing lilitan, bila lilitan merupakan kisar penuh, maka total induksi = 2 EL (gambar 11).
Gambar 11. Vektor Tegangan Lilitan.
Sedangkan kisar pendek dengan sudut 30 derajat listrik, seperti diperlihatkan pada gambar 8b, maka tegangan resultannya adalah:
E = 2 EL. Cos 30/2
atau,
dimana P° adalah kisar kumparan dalam derajat listrik.
Gaya Gerak Listrik Kumparan
Sebelumnya telah dibahas mengenai frekuensi dan besarnya tegangan
masing-masing fasa secara umum. Untuk lebih mendekati nilai GGL
sebenarnya yang terjadi maka harus diperhatikan faktor distribusi dan
faktor kisar.
Apabila
Z = Jumlah penghantar atau sisi lilitan dalam seri/fasa = 2 T
T = Jumlah lilitan per fasa
dφ = φP dan dt = 60/N detik
maka GGL induksi rata-rata per penghantar:
sedangkan jika,
atau,
Sehingga GGL induksi rata-rata per penghantar menjadi:
bila ada Z penghantar dalam seri/fasa, maka : GGL rata-rata/
fasa
= 2.f.φ.Z Volt
= 2.f.φ.(2T) = 4.f.φ.T volt
GGL efektif/fasa = 1,11x 4.f.φ.T = 4,44 x f .φ.T Volt
bila faktor distribusi dan faktor kisar dimasukkan, maka GGL efektif/fasa
E = 4,44 . Kd. Kp .f .φ . T (Vol
Dimmer
di atas adalah dimmer jenis konvensional. Untuk dimmer yang di kontrol
secara otomatis biasanya menggunakan dimmer digital misalnya menggunakan
DALI system. Sedangkan untuk mengatur dimmer pada sebuah tata panggung
(misal di diskotek atau pub) biasanya dimmernya menggunakan DMX system.
