Jurnal Softskill Mata Kuliah Teknik Tenaga Listrik
Nama : Denny Sindi Pratama
NPM : 30408263
Kelas : 2 ID 01
Mata Kuliah : Teknik Tenaga Listrik
PENGARUH GENERATOR LISTRIK DALAM KEHIDUPAN SEHARI-HARI
Denny Sindi Pratama
Universitas Gunadarma, Jakarta
Email : densi_li@yahoo.com
Denny Sindi Pratama
Universitas Gunadarma, Jakarta
Email : densi_li@yahoo.com
Astraksi: Paper ini berkaitan dengan pengaruh generator listrik dalam kehidupan sehari-hari. Dimana generator menjadi salah satu sumber energi listrik pada semua bidang. Khususnya dibidang kelistrikan dan umumnya di semua bidang. Generator listrik adalah sebuah alat yang memproduksi energi listrik dari sumber energi mekanikal, biasanya dengan menggunakan induksi elektromagnetik. Proses ini dikenal sebagai pembangkit listrik. Prinsip kerja generator menggunakan prinsip induksi. Generator mendorong muatan listrik untuk bergerak melalui sebuah sirkuit listrik eksternal, tapi generator tidak menciptakan listrik yang sudah ada di dalam kabel lilitannya. Sumber enegi mekanik bisa berupa resiprokat maupun turbin mesin uap, air yang jatuh melakui sebuah turbin maupun kincir air, mesin pembakaran dalam, turbin angin, engkol tangan, energi surya atau matahari, udara yang dimampatkan, atau apapun sumber energi mekanik yang lain. Pada generator terdapat arus searah dan arus bolak balik.
Kata Kunci : Generator, Resistansi Dan Reaktansi., Arus Searah Dan Arus Bolak-Balik
I. Pendahuluan
Pemakaian generator pada semua bidang sangat diperlukan karena sebagai sumber energi listrik. Dimana generator menjadi salah satu pembangkit listrik yang mudah untuk digunakan. Generator dikenal sebagai pembangkit listrik walau generator dan motor punya banyak kesamaan, tapi motor adalah alat yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Generator mendorong muatan listrik untuk bergerak melalui sebuah sirkuit listrik eksternal, tapi generator tidak menciptakan listrik yang sudah ada di dalam kabel lilitannya. Intinya, Generator menghasilkan listrik dimana kita ketahui bahwa listrik merupakan bentuk energi sekunder yang paling praktis penggunaannya oleh manusia, di mana listrik dihasilkan dari proses konversi energi sumber energi primer seperti batu bara, minyak bumi, gas, panas bumi, potensial air dan energi angin. Pada generator terdapat arus bolak balik dan arus searah. Arus bolak balik terjadi karena disearahkan melalui medium komutator dan sikat-sikat., sedangkan generator a-c tidak mempunyai penyearah dan menyalurkan energi listrik bolak-balik (a-c) pada bebannya. Sedangkan, arus searah terjadi karena karena frekuensi dari pembangkitan emf tergantung dari kecepatannya. Hal ini biasanya menunjuk kepada kecepatan sinkron, untuk alasan ini mesin ini sering disebut alternator sinkron atau generator sinkron. Mengingat aksi dari generator tergantung dari gerak relative konduktor berkenaan dengan kekuatan dari saluran, ini harus jelas bahwa mungkin untuk membangun alternator dengan medan yang tetap dan menggerakkan armature atau dengan armature yang tetap dan medan medan yang bergerak.
Kata Kunci : Generator, Resistansi Dan Reaktansi., Arus Searah Dan Arus Bolak-Balik
I. Pendahuluan
Pemakaian generator pada semua bidang sangat diperlukan karena sebagai sumber energi listrik. Dimana generator menjadi salah satu pembangkit listrik yang mudah untuk digunakan. Generator dikenal sebagai pembangkit listrik walau generator dan motor punya banyak kesamaan, tapi motor adalah alat yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Generator mendorong muatan listrik untuk bergerak melalui sebuah sirkuit listrik eksternal, tapi generator tidak menciptakan listrik yang sudah ada di dalam kabel lilitannya. Intinya, Generator menghasilkan listrik dimana kita ketahui bahwa listrik merupakan bentuk energi sekunder yang paling praktis penggunaannya oleh manusia, di mana listrik dihasilkan dari proses konversi energi sumber energi primer seperti batu bara, minyak bumi, gas, panas bumi, potensial air dan energi angin. Pada generator terdapat arus bolak balik dan arus searah. Arus bolak balik terjadi karena disearahkan melalui medium komutator dan sikat-sikat., sedangkan generator a-c tidak mempunyai penyearah dan menyalurkan energi listrik bolak-balik (a-c) pada bebannya. Sedangkan, arus searah terjadi karena karena frekuensi dari pembangkitan emf tergantung dari kecepatannya. Hal ini biasanya menunjuk kepada kecepatan sinkron, untuk alasan ini mesin ini sering disebut alternator sinkron atau generator sinkron. Mengingat aksi dari generator tergantung dari gerak relative konduktor berkenaan dengan kekuatan dari saluran, ini harus jelas bahwa mungkin untuk membangun alternator dengan medan yang tetap dan menggerakkan armature atau dengan armature yang tetap dan medan medan yang bergerak.
Gambar 1. Generator Abad 20 Awal.
Pada 1831-1832 Michael Faraday menemukan bahwa perbedaan potensial dihasilkan antara ujung-ujung konduktor listrik yang bergerak tegak lurus terhadap medan magnet. Dia membuat generator elektromagnetik pertama berdasarkan efek ini, menggunakan cakram tembaga yang berputar antara kutub magnet tapal kuda. Proses ini menghasilkan arus searah yang kecil. Desain alat yang dijuluki ‘cakram Faraday’ itu tidak efisien dikarenakan oleh aliran arus listrik yang arahnya berlawanan di bagian cakram yang tidak terkena pengaruh medan magnet. Arus yang diinduksi langsung di bawah magnet akan mengalir kembali ke bagian cakram di luar pengaruh medan magnet. Arus balik itu membatasi tenaga yang dialirkan ke kawat penghantar dan menginduksi panas yang dihasilkan cakram tembaga. Generator homopolar yang dikembangkan selanjutnya menyelesaikan permasalahan ini dengan menggunakan sejumlah magnet yang disusun mengelilingi tepi cakram untuk mempertahankan efek medan magnet yang stabil. Kelemahan yang lain adalah amat kecilnya tegangan listrik yang dihasilkan alat ini, dikarenakan jalur arus tunggal yang melalui fluks magnetik.
Gambar 2. Cakram Faraday
Pada Gambar 2 mengilustrasikan sebuah cakram yang dibuat oleh faraday untuk mencoba menghasilkan sumber energi listrik. Salah satu pengembangan yang berhasil ditemukan setelah menggunakan cakram adalah dinamo. Dinamo adalah generator listrik pertama yang mampu mengantarkan tenaga untuk industri, dan masih merupakan generator terpenting yang digunakan pada abad 21. Dinamo menggunakan prinsip elektromagnetisme untuk mengubah putaran mekanik menjadi listrik arus bolak-balik.
Dinamo pertama berdasarkan prinsip Faraday dibuat pada 1832 oleh Hippolyte Pixii, seorang pembuat alat Prancis. Alat ini menggunakan magnet permanen yang diputar oleh sebuah "crank". Magnet yang berputar diletakaan sedemikian rupa sehingga kutub utara dan selatannya melewati sebongkah besi yang dibungkus dengan kawat. Pixii menemukan bahwa magnet yang berputar memproduksi sebuah pulsa arus di kawat setiap kali sebuah kutub melewati "coil". Lebih jauh lagi, kutub utara dan selatan magnet menginduksi arus di arah yang berlawanan. Dengan menambah sebuah komutator, Pixii dapat mengubah arus bolak-balik menjadi arus searah [1].
Gambar 3. Dinamo
Dinamo berfungsi sebagai sumber energi listrik dalam kehidupan sehari-hari. Misal, pada kipas angin, sepeda motor listrik, dll.
II. Generator Arus Searah
Prinsip Kerja Generator Searah
Prinsip kerja suatu generator arus searah berdasarkan hukum Faraday :
e = - N dΦ/ dt
dimana : N : jumlah lilitan
Φ : fluksi magnet
e : Tegangan imbas, ggl(gaya gerak listrik)
Dengan lain perkataan, apabila suau konduktor memotong garis-garis fluksi magnetik yang berubah-ubah, maka ggl akan dibangkitkan dalam konduktor itu.
Jadi 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.
Untuk menentukan arah arus pada setiap saat, berlaku pada kaidah tangan kanan :
- ibu jari : gerak perputaran
- jari telunjuk:medan magnetik kutub u dan s
- jari tengah : besaran galvanis tegangan U dan arus I
Untuk perolehan arus searah dari tegangan bolak balik, meskipun tujuan utamanya adalah pemabngkitan tegangan searah, tamopak bahwa tegangan kecepatan yang dibangkitkan pada kumparan jangkar merupakan tegangan bolak-balik. Bentuk gelombang yng berubah-ubah tersebut karenanya harus disearahkan.
Untuk mendapatkan arus searah dari arus bolak balik dengan menggunakan
- saklar
- komutator
- dioda
► Sistem Saklar
Saklar berfungsi untuk menghubung-singkatkan ujung-ujung kumparan. Prinsip kerjanya adalah sebagai berikut :
Bila kumparan jangkar berputar, maka pada kedua ujung kumparan akan timbul tegangan yang sinusoida. Bila setengan periode tegangan positif saklar di huybungkan, maka tegangan menjadi nol. Dan bila sakalar dibuka lagi akan timbul lagi tegangan. Begitu seterusnya setiap setenganh periode tegangan saklar dihubungkan, maka akan di hailkan tegangan searah gelombang penuh.
► Sistem Komutator
Komutator brfungsi sebagai saklar, yaitu untuk menghubung singkatkan kumparan jangkar. Komutator berupa cincin belah yang dipasang pada ujung kumparan jangkar. Bila kumparan jangkar berputar, maka cincin belah ikut berputar. Karena kumparan berada dalam medan magnet, akan timbul tegangna bolak balik sinusoidal.
Bila kumparan telah berputar setengah putaran, sikat akan menutup celah cincin sehingga tegangan menjadi nol. Karena cincin berputar terus, maka celah akan terbuka lagi dan timbul tegangan lagi. Bila perioda tegangan sama dengan perioda perputaran cincin, tegangan yang timbul adalah tegangan arus searah gelombang penuh.
Gambar 3. Efek Komutasi
► Sistem Dioda
Dioda adalah komponen pasif yang mempunyai sifat-sifat sebagai berikut:
- Bila diberi prasikap maju (forward bias) bisa dialiri arus.
- Bila diberi prasikap balik (reverse bias) dioda tidak akan dialiri arus.
Berdasrakan bentuk gelombang yang dihasilkan, dioda dibagi dalam:
- Half wave rectifier (penyearah setengah gelombang)
- Full wave rectifier (penyearah satu gelombang penuh)
KARAKTERISTIK GENERATOR ARUS SEARAH
Medan magnet pada generator dapat dibangkitkan dengan dua cara yaitu :
- dengan magnet permanen
- dengan magnet remanen
Generator listrik dengan magnet permanen sering juga disebut magneto dynamo. Karena banyak kekurangannya, maka sekarang jarang digunakan. Sedangkan generator dengan magnet remanen menggunakan medan magnet listrik, mempunyai kelebihan-kelebihan yaitu :
- Medan magnet yang dibangkitkan dapat diatur
Pada generator arus searah berlaku hubungan-hubungan sebagai berikut :
Ea = Φ z n P / 60 a Volt
Dimana:
Ea = ggl yang dibangkitkan pada jangkar generator
Φ = fluks per kutub
z = jumlah penghantar total
n = kecepatan putar
a = jumlah hubungan pararel
Bila zP/60a = c(konstanta), maka :
Ea = cnΦ Volt
Berdasarkan cara memberikan fluks pada kumparan medannya, generator arus searah dapat dikelompokkan menjadi 2 yaitu:
1. Generator berpenguatan bebas
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 Rf akan menghasilkan arus If dan menimbulkan fluks pada kedua kutub. Tegangan induksi akan dibangkitkan pada generator.
Jika generator dihubungkan dengan beban, dan Ra adalah tahanan dalam generator, maka hubungan yang dapat dinyatakan adalah:
Vf = If Rf
Ea = Vt + Ia Ra
Besaran yang mempengaruhi kerja dari generator :
- Tegangan jepit (V)
- Arus eksitasi (penguatan)
- Arus jangkar (Ia)
- Kecepatan putar (n)
2. Generator berpenguatan sendiri
(a) Generator searah seri
Vt = Ia Ra
Ea = Ia (Ra + Rf) + Vt + Vsi
(b) Generator Shunt
Vt = If Rf
Ea = Ia Ra + Vt + Vsi
Pada generator shunt, untuk mendapatkan penguatan sendiri diperlukan :
- Adanya sisa magnetik pada sistem penguat
- Hubungan dari rangkaian medan pada jangkar harus sedemikian, hingga arah medan yang terjadi, memperkuat medan yang sudah ada.
Mesin shunt akan gagal membangkitkan tegangannya kalau:
- Sisa magnetik tidak ada.Misal: pada mesin-mesin baru. Sehingga cara memberikan sisa magnetik adalah pada generator shunt dirubah menjadi generator berpenguatan bebas atau pada generator dipasang pada sumber arus searah, dan dijalankan sebagai motor shunt dengan polaritas sikat-sikat dan perputaran nominal
- Hubungan medan terbalik, karena generator diputar oleh arah yang salah dan dijalanksalahan, sehingga /’;[p-0arus medan tidak memperbesar nilai fluksi. Untuk memperbaikinya dengan hubungan-hubungan perlu diubah dan diberi kembali sisa magnetik, seperti cara untuk memberikan sisa magnetik
- Tahanan rangkaian penguat terlalu besar. Hal ini terjadi misalnya pada hubungan terbuka dalam rangkaian medan, hingga Rf tidak berhingga atau tahanan kontak sikat terlalu besar atau komutator kotor.
3. Generator kompon
Generator kompon merupakan gabungan dari generator shunt dan generator seri, yang dilengkapi dengan kumparan shunt dan seri dengan sifat yang dimiliki merupakan gabungan dari keduanya. Generator kompon bisa dihubungkan sebagai kompon pendek atau dalam kompon panjang. Perbedaan dari kedua hubungan ini hampir tidak ada, karena tahanan kumparan seri kecil, sehingga tegangan drop pada kumparan ini ditinjau dari dari tegangan terminal kecil sekali dan terpengaruh.
Biasanya kumparan seri dihubungkan sedemikian rupa, sehingga kumparan seri ini membantu kumparan shunt, yakni MMF nya searah. Bila generator ini dihubungkan seperti itu, maka dikatakan generator itu mempunyai kumparan kompon bantu.
Mesin yang mempunyai kumparan seri melawan medan shunt disebut kompon lawan dan ini biasanya digunakan untuk motor atau generator-generator khusus seperti untuk mesin las. Dalam hubungan kompon bantu yang mempunyai peranan utama ialah kumparan shunt dan kumparan seri dirancang untuk kompensasi MMF akibat reaksi jangkar dan juga tegangan drop di jangkar pada range beban tertentu. Ini mengakibatkan tegangan generator akan diatur secara otomatis pasa satu range beban tertentu [2].
(a) Kompon panjang
Pada umumnya, alternator dibuat dalam ukuran yang besar daripada generator d-c, komutator adalah faktor serius yang membatasi dalam perencanaan mesin d-c yang besar. Tiga macam tipe dari prime movers untuk alternator adalah turbin uap, mesin uap, dan water-wheel, dan seperti yang disebutkan diatas mekanik tenaga biasanya diterapkan pada rotor. Gambar 1 menunjukkan potongan sebuah water-wheel generator dengan kapasitas kurang lebih 3,000kw untuk operasi pada kecepatan sedang. Perhatian yang cermat pada gambar akan membuat jelas bagaimana armature dan medan disusun, bagaimana generator exciter d-c yang kecil diatas “feeds” arus searah pada medan yang berputar melalui cincin kolektor, dan bagaimana ukuran yang beasr dari stator dan rotor didukung dengan pondasi beton yang kuat .
Gambar 4. Generator Arus Bolak-Balik
Gambar 4 menunjukkan potongan dari turbin uap untuk operasi kecepatan tinggi. Yang terutama rotor yang panjang, beberapa belitan armature, insulator tegangan tinggi pada bagian bawah , dan dua generator d-c exciter di bagian kiri. Stator dari alternator terdiri dari laminasi, lubang, inti magnet besi yang baik dan belitan armature ditempatkan di dalam lubang seperti yang dilakukan di generator d-c.
Gambar 5. Alternator
Frekuensi generator a-c. Sebagai kutub dari dua kutub alternator yang berputar, pembangkitan emf di belitan armature berubah arah setiap setengan putaran. Oleh karena itu lengkap satu pulsa positif dan negatif, satu siklus, akan terjadi dalam satu putaran. Ini diikuti, kemudian, bahwa frekuensi dalam satu siklus per detik tergantung langsung pada jumlah dari putaran perdetik (rpm/60) yang dibuat oleh medan. Selain itu, jika generator adalah multi kutub, misal, jika generator memiliki empat, enam, delapan atau lebih banyak kutub lagi, kemudian frekuaensi perputarannya akan berturut-turut dua, tiga, empat atau lebih. Atau, menganggapnya lebih umum, frekuensi perputarannya adalah sama dengan jumlah pasangan dari kutub. Mengkombinasikan kedua kenyataan tersebut dalam sebuah pernyataan, ini harus jelas bahwa frekuensi dari emf pada alternator proportional untuk:
1. kecepatan dalam putaran per detik (rpm/60)
2. jumlah dari pasangan kutub, P/2hubungannya dapat ditulis dalam bentuk persamaan:
f = (P/2) X (rpm/60) = (P X rpm) /120
Medan yang berputar. Struktur medan pada dasarnya terdiri dari kumpulan dari inti kutub yang terlaminasi di sekelilingnya dimana diletakkan belitan eksitasi. Masing-masing laminasi mempunyai bentuk kira-kira seperti yang ditunjukkan pada gambar 6.
Gambar 6. Tipe laminasi untuk kutub dari alternator
Permukaan luar dari kutub hampir diikuti permukaan silinder bagian dalam dari inti stator, sementara bagian dalam mempunyai sambungan dari besi terdiri dari bagian-bagian yang dimasukkan ke celah-celah yang pas dimasukkan pada wedge-shaped recess in the projecting spider . Untuk kecepatan tinggi turboalternator, strukture medan tidak mempunyai kutub yang diproyeksikan. Malahan, inti berlubang dibuat dari beberapa seksi besi tempa , cakram yang kerasdipotong dari besi tempa.Tipe spiral dari belitan medan diletakkan melingkar atau paralel dengan lubang. Belitan medan biasanya dibuat untuk dihubungkan dengan sumber d-c 115 atau 230 volt, tegangan tersebut masing-masing disuplai oleh generator d-c .
Stator
Stator dari alternator terdiri dari inti besi berlubang yang berlaminasi untuk menerima belitan armature. Jumlah dari lubang biasanya adalah belitan polyphase simetrik (3 phasa) dapat digunakan. Demikian sebuah belitan adalah mungkin jika jumlah dari lubang dibagai oleh waktu phasa kutub adalah bilangan bulat. Dalam kecepatan rendah diameter mesin yang besar yang mempunyai banyak kutub, panjang aksial dari inti adalah terhitung pendek. Sejak mesin terbuka penuh, pendinginan adalah mudah dan efektif. Pada mesin kecepatan tinggi dari tipe generator turbo, yang mana dua atau empat kutub digunakan. Sejak pendinginan sendiri tidak akan memuaskan, begitu alternator sepenuhnya tertutup, agar volume yang besar dari udara dipaksa untuk melaluinya. Ini menarik untuk dicatat bahwa kecepatan udara setinggi 3,000 kaki per detik, kira-kira 35 mil per jam, digunakan untuk menjaga suhu yang dicapai oleh generator turun pada nilai yang diinginkan. Juga, untuk tujuan menyediakan secukupnya saluran udara sehingga volume yang besar siap dipaksa melaluinya
Tegangan dibangkitkan di belitan armature dari alternator biasanya lebih tinggi dari generator d-c, tegangan 2.300, 4.600, 6.600 dan 13.200 adalah cukup umum. Dengan jelas, bahan penyekat yang sama yang digunakan di belitan armature d-c tidak akan memuaskan pada belitan armature a-c tegangan tinggi. Juga, suhu yang tinggi tidak diijinkan pada mesin a-c. Sejak mica adalah bahan yang dapat diandalkan yang akan menahan tegangan tinggi dan suhu tinggi, ini umumnya digunakan. Bahan ini diberi perawatan khusus untuk mengatasi sifat mekanik yang rendah.
Pembangkitan tegangan dalam alternator. Hukum dasar dari aksi pembangkitan mungkin dapat dinyatakan sebagai berikut:”rata-rata I volt dibangkitkan dalam satu lilitan dari kawat jika fluks yang melalui lilitan berubah dalam kisaran 100,000,000 maxwells per detik. Pada gambar 4 satu lilitan penuh dari kawat ditunjukkan mengelilingi kutub utara. Diasumsikan bahwa kutub ini menghasilkan 10,000,000 maxwells. Diasumsikan lebih lanjut bahwa lilitan dari kawat digerakkan posisinya seperti gambar 4b dalam 1 detik; disini fluks bersih melalui kumparan adalah nol, karena 50% fluks dari kutub utara menetralkan 50% fluks dari kutub selatan. Oleh karena itu tegangan rata-rata yang dibangkitkan dalam kumparan pada satu lilitan akan bernilai 1 volt. Dan bentuk persamaanya adalah :
Eav = (N. Φ / t) X 10 e-8 volts
Dimana Eav = rata-rata tegangan yang dibangkitkan
N = jumlah lilitan kumparan
Φ = fluks per kutub
t = waktu, detik
Gambar 7. (a) maksimum fluks yang melalui kumparan (b) fluks nol yang melalui kumparanGambar 7
Menunjuk kembali pada Gambar 6, disana ada perubahan fluks dari maxwells yang melalui kumparan sebagaimana gerakan terakhir jaraknya sama setengah dari celah kutub atu lebih spesifik, jarak kumparan harus bergerak untuk membangkitkan seperempat dari siklus tegangan. Sejak satu siklus terjadi dalam 1/f detik, waktu yang tersisa untuk ¼ atau siklus akan menjadi 1/4f detik. Oleh karena itu, ketika 1/4f disubtitusikan untuk t pada persamaan (1), persamaan akan menjadi
Eav = (N.Φ(1/4f)) X 10 e-8 = 4fNΦ x 10 e-8 volts (2)
Persamaan (2) adalah cukup umum dan dapat diaplikasikan untuk semua alternator tanpa memperhatikan distribus kepadatan fluks di bawah kutub. Bagaimanapun, jika alternator di rancang bahwa penyebaran kepadatan fluks adalah sinusoidal . Nilai effektif dari tegangan, biasanya digunakan simbol E , demikian persamaannya
E = 4.44fNΦ x 10e-8 volts (3)
Jika distribusi kepadatan fluks bukan fungsi sinus, tegangan effektif akan berbeda sedikit dari nilai yang dihasilkan pada persamaan (3).
Belitan armature untuk alternator. Tipe dari belitan yang banyak digunakan dalam alternator adalah cukup serupa dengan d-c lap winding. Pada armature d-c , ini akan diingat lagi, kumparan dihubungkan bersama pada komutator: dalam armature a-c kumparan dihubungkan bersama dengan hanya menghubungkan ujung kumparan yang tepat pada rangkaian yang benar. Dua penyusunan umum dari kumparan yang dipakai:
1. setengah kumparan
2. seluruh kumparan
Dalam susunan setengah kumparan, ada setengah dari banyak kumparan, masing-masing dengan dua kali banyak lilitan, sebagaimana dalam susunan seluruh kumparan, untuk fasa tegangan yang sama
Kebanyakan alternator digunakan untuk operasi 3 phasa, misal:ada tiga kumparan yang berbeda dan independent dalam lubang inti stator yang dipisahkan dengan 120 electrical degrees. Dalam praktek, tiga phasa biasanya dihubungkan untuk membentuk hubungan bintang ayau hubungan delta. (Bintang Y, dan delta ▲) [3].
IV. Fungsi & Prinsip Kerja Generator
Secara umum fungsi generator adalah untuk mensuplai arus pada sistem kelistrikan. Proses pembangkitan listrik pada generator menggunakan prinsip induksi yaitu apabila terjadi perpotongan medan magnet dengan penghantar, maka pada penghantar akan timbul gaya gerak listrik.Generator AC disebut juga Alternator.Altenator dapat mensuplai arus bukan hanyapada kecepatan tinggi tetapi juga pada putaranidle. Kerja sebuah alternator persis sepertigenerator DC, yang membedakan keduany aadalah konstruksi.
Pada alternator medan magnet berputar, Penghantar diam, sedangkan padagenerator medan diam, penghantar berputar.Pada alternator, kumparan penghantar dipasangpada rangka yang disebut stator. Medan magnetdisebut rotor, bergerak ditengah stator. Statorterdiri dari konduktor yang dililitkan dengan jumlah yang lebih banyak, hal ini memungkinkan diperoleh induksi listrik yanglebih besar (dapat menghasilkan tegangan yang mencukupi pada putaran rendah). Untuk lebihlebih jelasnya, proses kerja alternator, seperti pada gambar.
Gambar 8. Proses Kerja Alternator
Sistem Starter Generator
Untuk menghidupkan mesin diperlukantenaga dari luar yang dapat memutarkan poros engkol sampai terjadi pembakaran dan mesinbekerja. Tenaga luar inilah yang harus dihasilkanmotor stater. Gambar di bawah memperlihatkan mekanisme sistem starter generator hampir sama dengan starter sebuah mobil.
Gambar 9. Sistem Starter Generator
Mekanisme sistem starter Prinsip Kerja Motor Starter adalah mengubah energi listrik dari baterai menjadienergi mekanik berupa putaran pinion gear pada motor starter. Pada saat mesin start, putaran pinion gear ini dipindahkan ke ring gear yang terpasang pada bagian luar fly wheel, sehingga fly wheel bersama poros engkol berputar. Bilamesin sudah hidup, tenaga putar motor starter tidak diperlukan lagi, perkaitan antara piniongear dan ring gear harus dilepas. Ini terjad isecara otomatis ketika switch motor starter off [4].
V. Kesimpulan
1. Kehadiran generator dalam kehidupan sehari-hari memberikan kemudahan disemua bidang untuk memperoleh sumber energi listrik.
2. Arus searah dan arus bolak-balik dapat digunakan pada generator untuk semua bidang tergantung situasi dan kondisi tertentu.
3. Banyak variasi generator yang dapat disunakan untuk memperoleh sumber energi listrik tergantung situasi dan kondisi tertentu.
4. Prinsip kerja generator menggunakan prinsip induksi yang berfungsi sebagai penyuplai arus pada sistem kelistrikan.
Daftar Pustaka
[1] http://www.wikipedia.org/. 2009. generator listrik. wikipedia: Jakarta.
[2] http://www.homepagez.com/. 2009. generator arus searah. google: Jakarta.
[3] http://www.homepagez.com/. 2009. generator ac. google:Jakarta.
Pada generator shunt, untuk mendapatkan penguatan sendiri diperlukan :
- Adanya sisa magnetik pada sistem penguat
- Hubungan dari rangkaian medan pada jangkar harus sedemikian, hingga arah medan yang terjadi, memperkuat medan yang sudah ada.
Mesin shunt akan gagal membangkitkan tegangannya kalau:
- Sisa magnetik tidak ada.Misal: pada mesin-mesin baru. Sehingga cara memberikan sisa magnetik adalah pada generator shunt dirubah menjadi generator berpenguatan bebas atau pada generator dipasang pada sumber arus searah, dan dijalankan sebagai motor shunt dengan polaritas sikat-sikat dan perputaran nominal
- Hubungan medan terbalik, karena generator diputar oleh arah yang salah dan dijalanksalahan, sehingga /’;[p-0arus medan tidak memperbesar nilai fluksi. Untuk memperbaikinya dengan hubungan-hubungan perlu diubah dan diberi kembali sisa magnetik, seperti cara untuk memberikan sisa magnetik
- Tahanan rangkaian penguat terlalu besar. Hal ini terjadi misalnya pada hubungan terbuka dalam rangkaian medan, hingga Rf tidak berhingga atau tahanan kontak sikat terlalu besar atau komutator kotor.
3. Generator kompon
Generator kompon merupakan gabungan dari generator shunt dan generator seri, yang dilengkapi dengan kumparan shunt dan seri dengan sifat yang dimiliki merupakan gabungan dari keduanya. Generator kompon bisa dihubungkan sebagai kompon pendek atau dalam kompon panjang. Perbedaan dari kedua hubungan ini hampir tidak ada, karena tahanan kumparan seri kecil, sehingga tegangan drop pada kumparan ini ditinjau dari dari tegangan terminal kecil sekali dan terpengaruh.
Biasanya kumparan seri dihubungkan sedemikian rupa, sehingga kumparan seri ini membantu kumparan shunt, yakni MMF nya searah. Bila generator ini dihubungkan seperti itu, maka dikatakan generator itu mempunyai kumparan kompon bantu.
Mesin yang mempunyai kumparan seri melawan medan shunt disebut kompon lawan dan ini biasanya digunakan untuk motor atau generator-generator khusus seperti untuk mesin las. Dalam hubungan kompon bantu yang mempunyai peranan utama ialah kumparan shunt dan kumparan seri dirancang untuk kompensasi MMF akibat reaksi jangkar dan juga tegangan drop di jangkar pada range beban tertentu. Ini mengakibatkan tegangan generator akan diatur secara otomatis pasa satu range beban tertentu [2].
(a) Kompon panjang
Ia = If1 = IL + If2
Ea = Vt + Ia(Ra + Rf1) + Vsi
(b) Kompon pendek
Ia = If1 + If2 = IL + If2
Ea = Vt + ILRf1 + IaRa + Vsi
Generator a-c dan generator d-c adalah sama dalam satu hal yang penting, kedua-duanya membangkitkan emfs. Pada generator d-c, tegangan bolak-balik disearahkan melalui medium komutator dan sikat-sikat., sedangkan generator a-c tidak mempunyai penyearah dan menyalurkan energi listrik bolak-balik (a-c) pada bebannya. Dalam kenyataan, sungguh mungkin untuk menggunakan generator d-c sebagai generator a-c dengan mengganti sepasang ring kolektor pada batang dan menghubungkan ring ini pada titik yang tepat pada belitan armature.
Generator a-c biasanya disebut alternators. Tetapi tidak seperti generator d-c, generator a-c harus dijalankan pada kecepatan yang konstan karena frekuensi dari pembangkitan emf tergantung dari kecepatannya. Hal ini biasanya menunjuk kepada kecepatan sinkron, untuk alasan ini mesin ini sering disebut alternator sinkron atau generator sinkron. Mengingat aksi dari generator tergantung dari gerak relative konduktor berkenaan dengan kekuatan dari saluran, ini harus jelas bahwa mungkin untuk membangun alternator dengan medan yang tetap dan menggerakkan armature atau dengan armature yang tetap dan medan medan yang bergerak. Dalam praktek, armature yang tetap dan medan magnet yang bergerak dipilih untuk beberapa alasan :
1. Belitan armature lebih komplek daripada medan dan disusun lebih mudah pada susunan yang tetap.
2. Belitan armature dapat dikuatkan denagn aman dalam frame yang keras.
3. Mudah untuk mengisolasi dan mengamankan belitan armature tegangan tinggi pada alternator.
4. Belitan armature didinginkan lebih cepat karena inti stator dapat dibuat lebih luas dan dengan lebih banyak aliran udara atau saluran pendinginan untuk memaksa sirkulasi udara.
5. Medan tegangan rendah dapat dibuat untuk efisiensi operasi kecepatan tinggi.
Pada umumnya, alternator dibuat dalam ukuran yang besar daripada generator d-c, komutator adalah faktor serius yang membatasi dalam perencanaan mesin d-c yang besar. Tiga macam tipe dari prime movers untuk alternator adalah turbin uap, mesin uap, dan water-wheel, dan seperti yang disebutkan diatas mekanik tenaga biasanya diterapkan pada rotor. Gambar 1 menunjukkan potongan sebuah water-wheel generator dengan kapasitas kurang lebih 3,000kw untuk operasi pada kecepatan sedang. Perhatian yang cermat pada gambar akan membuat jelas bagaimana armature dan medan disusun, bagaimana generator exciter d-c yang kecil diatas “feeds” arus searah pada medan yang berputar melalui cincin kolektor, dan bagaimana ukuran yang beasr dari stator dan rotor didukung dengan pondasi beton yang kuat .
Gambar 4. Generator Arus Bolak-Balik
Gambar 4 menunjukkan potongan dari turbin uap untuk operasi kecepatan tinggi. Yang terutama rotor yang panjang, beberapa belitan armature, insulator tegangan tinggi pada bagian bawah , dan dua generator d-c exciter di bagian kiri. Stator dari alternator terdiri dari laminasi, lubang, inti magnet besi yang baik dan belitan armature ditempatkan di dalam lubang seperti yang dilakukan di generator d-c.
Gambar 5. Alternator
Frekuensi generator a-c. Sebagai kutub dari dua kutub alternator yang berputar, pembangkitan emf di belitan armature berubah arah setiap setengan putaran. Oleh karena itu lengkap satu pulsa positif dan negatif, satu siklus, akan terjadi dalam satu putaran. Ini diikuti, kemudian, bahwa frekuensi dalam satu siklus per detik tergantung langsung pada jumlah dari putaran perdetik (rpm/60) yang dibuat oleh medan. Selain itu, jika generator adalah multi kutub, misal, jika generator memiliki empat, enam, delapan atau lebih banyak kutub lagi, kemudian frekuaensi perputarannya akan berturut-turut dua, tiga, empat atau lebih. Atau, menganggapnya lebih umum, frekuensi perputarannya adalah sama dengan jumlah pasangan dari kutub. Mengkombinasikan kedua kenyataan tersebut dalam sebuah pernyataan, ini harus jelas bahwa frekuensi dari emf pada alternator proportional untuk:
1. kecepatan dalam putaran per detik (rpm/60)
2. jumlah dari pasangan kutub, P/2hubungannya dapat ditulis dalam bentuk persamaan:
f = (P/2) X (rpm/60) = (P X rpm) /120
Medan yang berputar. Struktur medan pada dasarnya terdiri dari kumpulan dari inti kutub yang terlaminasi di sekelilingnya dimana diletakkan belitan eksitasi. Masing-masing laminasi mempunyai bentuk kira-kira seperti yang ditunjukkan pada gambar 6.
Gambar 6. Tipe laminasi untuk kutub dari alternator
Permukaan luar dari kutub hampir diikuti permukaan silinder bagian dalam dari inti stator, sementara bagian dalam mempunyai sambungan dari besi terdiri dari bagian-bagian yang dimasukkan ke celah-celah yang pas dimasukkan pada wedge-shaped recess in the projecting spider . Untuk kecepatan tinggi turboalternator, strukture medan tidak mempunyai kutub yang diproyeksikan. Malahan, inti berlubang dibuat dari beberapa seksi besi tempa , cakram yang kerasdipotong dari besi tempa.Tipe spiral dari belitan medan diletakkan melingkar atau paralel dengan lubang. Belitan medan biasanya dibuat untuk dihubungkan dengan sumber d-c 115 atau 230 volt, tegangan tersebut masing-masing disuplai oleh generator d-c .
Stator
Stator dari alternator terdiri dari inti besi berlubang yang berlaminasi untuk menerima belitan armature. Jumlah dari lubang biasanya adalah belitan polyphase simetrik (3 phasa) dapat digunakan. Demikian sebuah belitan adalah mungkin jika jumlah dari lubang dibagai oleh waktu phasa kutub adalah bilangan bulat. Dalam kecepatan rendah diameter mesin yang besar yang mempunyai banyak kutub, panjang aksial dari inti adalah terhitung pendek. Sejak mesin terbuka penuh, pendinginan adalah mudah dan efektif. Pada mesin kecepatan tinggi dari tipe generator turbo, yang mana dua atau empat kutub digunakan. Sejak pendinginan sendiri tidak akan memuaskan, begitu alternator sepenuhnya tertutup, agar volume yang besar dari udara dipaksa untuk melaluinya. Ini menarik untuk dicatat bahwa kecepatan udara setinggi 3,000 kaki per detik, kira-kira 35 mil per jam, digunakan untuk menjaga suhu yang dicapai oleh generator turun pada nilai yang diinginkan. Juga, untuk tujuan menyediakan secukupnya saluran udara sehingga volume yang besar siap dipaksa melaluinya
Tegangan dibangkitkan di belitan armature dari alternator biasanya lebih tinggi dari generator d-c, tegangan 2.300, 4.600, 6.600 dan 13.200 adalah cukup umum. Dengan jelas, bahan penyekat yang sama yang digunakan di belitan armature d-c tidak akan memuaskan pada belitan armature a-c tegangan tinggi. Juga, suhu yang tinggi tidak diijinkan pada mesin a-c. Sejak mica adalah bahan yang dapat diandalkan yang akan menahan tegangan tinggi dan suhu tinggi, ini umumnya digunakan. Bahan ini diberi perawatan khusus untuk mengatasi sifat mekanik yang rendah.
Pembangkitan tegangan dalam alternator. Hukum dasar dari aksi pembangkitan mungkin dapat dinyatakan sebagai berikut:”rata-rata I volt dibangkitkan dalam satu lilitan dari kawat jika fluks yang melalui lilitan berubah dalam kisaran 100,000,000 maxwells per detik. Pada gambar 4 satu lilitan penuh dari kawat ditunjukkan mengelilingi kutub utara. Diasumsikan bahwa kutub ini menghasilkan 10,000,000 maxwells. Diasumsikan lebih lanjut bahwa lilitan dari kawat digerakkan posisinya seperti gambar 4b dalam 1 detik; disini fluks bersih melalui kumparan adalah nol, karena 50% fluks dari kutub utara menetralkan 50% fluks dari kutub selatan. Oleh karena itu tegangan rata-rata yang dibangkitkan dalam kumparan pada satu lilitan akan bernilai 1 volt. Dan bentuk persamaanya adalah :
Eav = (N. Φ / t) X 10 e-8 volts
Dimana Eav = rata-rata tegangan yang dibangkitkan
N = jumlah lilitan kumparan
Φ = fluks per kutub
t = waktu, detik
Gambar 7. (a) maksimum fluks yang melalui kumparan (b) fluks nol yang melalui kumparanGambar 7
Menunjuk kembali pada Gambar 6, disana ada perubahan fluks dari maxwells yang melalui kumparan sebagaimana gerakan terakhir jaraknya sama setengah dari celah kutub atu lebih spesifik, jarak kumparan harus bergerak untuk membangkitkan seperempat dari siklus tegangan. Sejak satu siklus terjadi dalam 1/f detik, waktu yang tersisa untuk ¼ atau siklus akan menjadi 1/4f detik. Oleh karena itu, ketika 1/4f disubtitusikan untuk t pada persamaan (1), persamaan akan menjadi
Eav = (N.Φ(1/4f)) X 10 e-8 = 4fNΦ x 10 e-8 volts (2)
Persamaan (2) adalah cukup umum dan dapat diaplikasikan untuk semua alternator tanpa memperhatikan distribus kepadatan fluks di bawah kutub. Bagaimanapun, jika alternator di rancang bahwa penyebaran kepadatan fluks adalah sinusoidal . Nilai effektif dari tegangan, biasanya digunakan simbol E , demikian persamaannya
E = 4.44fNΦ x 10e-8 volts (3)
Jika distribusi kepadatan fluks bukan fungsi sinus, tegangan effektif akan berbeda sedikit dari nilai yang dihasilkan pada persamaan (3).
Belitan armature untuk alternator. Tipe dari belitan yang banyak digunakan dalam alternator adalah cukup serupa dengan d-c lap winding. Pada armature d-c , ini akan diingat lagi, kumparan dihubungkan bersama pada komutator: dalam armature a-c kumparan dihubungkan bersama dengan hanya menghubungkan ujung kumparan yang tepat pada rangkaian yang benar. Dua penyusunan umum dari kumparan yang dipakai:
1. setengah kumparan
2. seluruh kumparan
Dalam susunan setengah kumparan, ada setengah dari banyak kumparan, masing-masing dengan dua kali banyak lilitan, sebagaimana dalam susunan seluruh kumparan, untuk fasa tegangan yang sama
Kebanyakan alternator digunakan untuk operasi 3 phasa, misal:ada tiga kumparan yang berbeda dan independent dalam lubang inti stator yang dipisahkan dengan 120 electrical degrees. Dalam praktek, tiga phasa biasanya dihubungkan untuk membentuk hubungan bintang ayau hubungan delta. (Bintang Y, dan delta ▲) [3].
IV. Fungsi & Prinsip Kerja Generator
Secara umum fungsi generator adalah untuk mensuplai arus pada sistem kelistrikan. Proses pembangkitan listrik pada generator menggunakan prinsip induksi yaitu apabila terjadi perpotongan medan magnet dengan penghantar, maka pada penghantar akan timbul gaya gerak listrik.Generator AC disebut juga Alternator.Altenator dapat mensuplai arus bukan hanyapada kecepatan tinggi tetapi juga pada putaranidle. Kerja sebuah alternator persis sepertigenerator DC, yang membedakan keduany aadalah konstruksi.
Pada alternator medan magnet berputar, Penghantar diam, sedangkan padagenerator medan diam, penghantar berputar.Pada alternator, kumparan penghantar dipasangpada rangka yang disebut stator. Medan magnetdisebut rotor, bergerak ditengah stator. Statorterdiri dari konduktor yang dililitkan dengan jumlah yang lebih banyak, hal ini memungkinkan diperoleh induksi listrik yanglebih besar (dapat menghasilkan tegangan yang mencukupi pada putaran rendah). Untuk lebihlebih jelasnya, proses kerja alternator, seperti pada gambar.
Gambar 8. Proses Kerja Alternator
Sistem Starter Generator
Untuk menghidupkan mesin diperlukantenaga dari luar yang dapat memutarkan poros engkol sampai terjadi pembakaran dan mesinbekerja. Tenaga luar inilah yang harus dihasilkanmotor stater. Gambar di bawah memperlihatkan mekanisme sistem starter generator hampir sama dengan starter sebuah mobil.
Gambar 9. Sistem Starter Generator
Mekanisme sistem starter Prinsip Kerja Motor Starter adalah mengubah energi listrik dari baterai menjadienergi mekanik berupa putaran pinion gear pada motor starter. Pada saat mesin start, putaran pinion gear ini dipindahkan ke ring gear yang terpasang pada bagian luar fly wheel, sehingga fly wheel bersama poros engkol berputar. Bilamesin sudah hidup, tenaga putar motor starter tidak diperlukan lagi, perkaitan antara piniongear dan ring gear harus dilepas. Ini terjad isecara otomatis ketika switch motor starter off [4].
V. Kesimpulan
1. Kehadiran generator dalam kehidupan sehari-hari memberikan kemudahan disemua bidang untuk memperoleh sumber energi listrik.
2. Arus searah dan arus bolak-balik dapat digunakan pada generator untuk semua bidang tergantung situasi dan kondisi tertentu.
3. Banyak variasi generator yang dapat disunakan untuk memperoleh sumber energi listrik tergantung situasi dan kondisi tertentu.
4. Prinsip kerja generator menggunakan prinsip induksi yang berfungsi sebagai penyuplai arus pada sistem kelistrikan.
Daftar Pustaka
[1] http://www.wikipedia.org/. 2009. generator listrik. wikipedia: Jakarta.
[2] http://www.homepagez.com/. 2009. generator arus searah. google: Jakarta.
[3] http://www.homepagez.com/. 2009. generator ac. google:Jakarta.
[4] http://www.ittelkom.ac.id/. 2009. catu daya dan generator. google:Jakarta.
