Prinsip Kerja Generator

PAPER  DASAR TENAGA LITRIK

Prinsip Kerja Generator

Nama              : Clara Inggreastuti

NIM                : D411 15 19

Kelas               : A

TEKNIK ELEKTRO

UNIVERSITAS HASANUDDIN

2015

a.      Pengertian Generator listrik

Generator Listrik adalah sebuah mesin yang mengubah energi gerak (mekanik) menjadi energi listrik (elektik).

Prinsip Kerja Generator Listrik

b.      Prinsip Kerja Generator Listrik AC

Arus listrik AC (Alternating Current) merupakan arus listrik yang arahnya bolak-balik pada sebuah rangkaian listrik. Jika pada rangkaian listrik DC arus listrik mengalir dari kutub positif ke kutub negatif, lain halnya dengan rangkaian listrik AC dimana arus listrik bergerak secara periodik berbolak-balik arah dari kutub satu ke yang lainnya.

Perbedaan arus listrik AC dan DC

Berbolak-baliknya arah arus listrik AC menghasilkan nilai arus yang secara periodik akan bernilai positif dan negatif. Jika digambarkan pada sebuah grafik, maka nilai arus listrik AC akan membentuk gelombang sinusoidal yang memiliki nilai frekuensi tertentu.

Diagram Arus Listrik Bolak-Balik (AC)

Bentuk arus listrik AC yang sedemikian rupa berkaitan dengan generator listrik yang membangkitkannya. Generator listrik AC memiliki prinsip kerja yang serupa dengan generator DC yakni menggunakan prinsip elektromagnetik, hanya saja ada satu komponen yang membuat arus listrik yang terbangkitkan berupa arus bolak-balik. Komponen tersebut adalah slip ring. Generator AC menggunakan slip ring dengan bentuk lingkaran penuh yang berbeda dengan slip ring pada generator DC yang berupa cincin belah. Untuk lebih jelasnya mari kita perhatikan komponen-komponen utama generator listrik AC berikut ini.

Komponen-Komponen Generator Listrik AC

Sebelum lebih dalam membahas generator AC, ada baiknya kita mengenal hukum Faraday mengenai induksi elektromagnetik sebagai fenomena dasar yang diterapkan pada generator. Hukum Faraday menyebutkan jika terjadi perubahan garis gaya magnet pada sebuah kumparan kawat, maka akan timbul gaya gerak listrik (ggl) pada kawat tersebut. Jika kumparan kawat dihubungkan dengan rangkaian listrik tertutup, maka akan timbul pula arus listrik yang mengalir pada rangkaian.

Kaidah Tangan Kanan Fleming

Memahami hukum Faraday, kita tidak dapat lepas dengan kaidah tangan kanan yang diperkenalkan oleh John Ambrose Fleming. Kaidah tangan kanan fleming adalah sebuah metode mneumonik untuk memudahkan kita menentukan arah vektor dari ketiga komponen hukum Faraday, yakni arah gaya gerak kumparan kawat, arah medan magnet, serta arah arus listrik. Jika Anda menirukan posisi jari tangan kanan Anda seperti pada gambar di atas, maka ibu jari akan menunjukkan arah gaya (torsi), jari telunjuk menunjukkan arah medan magnet, dan jari tengah menunjukkan arah arus listrik.
Kembali pada skema komponen-komponen generator AC di atas, rotor generator diskemakan dengan sebuah kawat angker penghantar listrik (armature) yang membentuk persegi panjang. Masing-masing ujung kawat angker terhubung dengan cincin logam yang biasa kita kenal dengan sebutan slip ring. Slip ring ini termasuk bagian dari rotor, sehingga ia ikut berputar dengan rotor. Komponen slip ring inilah yang membedakan antara generator AC dengan DC. Jika pada generator DC digunakan cincin belah sebagai penyearah arus, pada generator AC slip ring berbentuk lingkaran penuh dan terhubung dengan masing-masing ujung armature.

Add caption

Untuk sisi stator generator tersusun atas dua magnet dengan kutub berbeda yang saling berhadapan. Pada bagian yang kontak langsung dengan slip ring, stator dilengkapi dengan sikat karbon yang berfungsi untuk menghubungkan arus listrik yang dibangkitkan pada kawat angker ke rangkaian listrik di luar generator.

Skema Prinsip Kerja Generator AC

Gambar di atas adalah skema sederhana proses kerja generator AC. Kawat angker ABCD dapat berputar terhadap sumbu a-b, dan berada di tengah-tengah medan magnet N-S. Kawat angker sedang dalam kondisi diputar oleh sumber dari luar, dengan arah yang berlawanan arah putaran jarum jam sesuai pada gambar. Putaran ini memberikan gaya torsi dengan arah yang selalu tegak lurus dengan kawat angker.
Sekarang mari kita perhatikan bagian kawat angker sisi C-D pada gambar sebelah kiri. Kawat tersebut bergerak ke atas (keluar bidang gambar) sesuai dengan torsi arah putaran gaya luar. Gerakan kawat angker ini memotong garis gaya magnet sehingga akan timbul gaya gerak listrik di kawat angker tersebut. Dengan menggunakan kaidah tangan kanan Fleming, maka dengan mudah dapat kita tentukan arah arus listrik yang terbangkitkan yakni ke bawah dari titik C ke D. Sehingga arah arus pada tahanan R adalah dari kanan ke kiri. Begitu pula pada kawat angker sisi A-B yang mengalami gaya torsi ke bawah (masuk bidsng gambar), sehingga jika kita menggunakan kaidah tangan kanan Fleming maka akan kita dapatkan arah arus listrik dari titik A ke B.
Seiring dengan berputarnya poros generator, maka kawat angker generator akan berpindah posisi sesuai dengan gambar sebelah kanan. Pada kondisi ini, dengan menggunakan cara yang sama seperti sebelumnya, akan dapat dengan mudah kita simpulkan bahwa aliran arus listrik di sisi kawat angker A-B adalah dari titik B ke A. Sedangkan pada sisi kawat C-D arah arus listrik yakni dari titik D ke C. Dengan masing-masing sisi kawat angker yang selalu bersentuhan dengan slip ring tersendiri, maka arah arus listrik yang dibangkitkan pada konfigurasi kawat angker gambar kanan adalah kebalikan dari gambar kiri. Disinilah arus bolak-balik listrik AC berasal.

Gelombang Sinusoidal Arus AC

Dengan penjelasan di atas maka arus listrik AC memiliki karakter unik yakni nilai arus yang fluktuatif dari positif hingga negatif. Tiap-tiap posisi kawat angker memiliki nilai arus yang berbeda-beda, dan akan kembali bernilai sama jika kawat angker rotor kembali ke posisi nol nya (telah berputar 360^o). Gambar di atas adalah gelombang sinusoidal arus listrik yang dibangkitkan oleh generator AC. Gambar sebelah kiri adalah ilustrasi penampang generator AC dengan berbagai posisi kawat angker rotor. Sedangkan gambar yang sisi kanan adalah grafik sinusoidal arus listrik AC dengan sumbu X adalah waktu, dan sumbu Y adalah nilai arus listrik. Grafik arus listrik AC disebut dengan grafik sinusoidal karena nilai arus listrik sesuai dengan prinsip trigonometri fungsi sinus (x(t) = Amax.sinθ).

c.       Prinsip Kerja generator Listrik DC

Skema Bagian-bagian Generator DC
(Sumber)

Generator DC memiliki komponen yang sama persis dengan motor listrik DC. Pada skema di atas, rotor generator diskemakan dengan sebuah kawat angker penghantar listrik (armature) yang membentuk persegi panjang. Pada kedua ujung kawat angker terpasang komutator berbentuk lingkaran yang terbelah menjadi dua, komponen ini sering kita dengar dengan sebutan cincin belah. Cincin belah termasuk bagian dari rotor, sehingga ia ikut berputar dengan rotor. Sedangkan stator generator tersusun atas dua magnet dengan kutub berbeda yang saling berhadapan. Pada bagian yang kontak langsung dengan cincin belah, stator dilengkapi dengan sikat karbon yang berfungsi untuk menghubungkan arus listrik yang dibangkitkan pada kawat angker ke rangkaian di luar generator.

(a)

(b)

(c)
Prinsip Kerja Generator DC

Gambar di atas adalah skema sederhana proses kerja generator DC. Kawat angker ABCD dapat berputar dengan sumbu a-b, dan berada di tengah-tengah medan magnet N-S. Kawat angker sedang dalam kondisi diputar oleh sumber dari luar, dengan arah yang searah putaran jarum jam sesuai pada gambar. Putaran ini memberikan gaya torsi dengan arah yang selalu tegak lurus dengan kawat angker.

Kawat angker berada dalam posisi horisontal pada gambar (a). Kawat A-B mengalami gaya torsi yang mengarah ke bawah (sesuai arah putaran angker). Dengan menggunakan kaidah tangan kanan Fleming, kita akan dengan mudah menentukan arah arus listrik yang terbangkitkan adalah dari titik A ke B. Demikian pula dengan kawat C-D, melalui cara yang sama akan dengan mudah kita tentukan arah arus listrik yang terbangkitkan adalah dari C ke D.

Pada gambar (b) arah torsi yang terjadi pada kawat A-B adalah mendatar ke arah kiri, sedangkan untuk kawat C-D arah torsi adalah mendatar ke kanan. Karena vektor torsi ini sejajar dengan garis gaya magnet dan tidak terjadi pemotongan garis gaya magnet, maka pada posisi ini tidak akan timbul gaya gerak listrik.

Pada gambar (c) kawat angker kembali berposisi horisontal. Pada kondisi ini kembali dengan mudah kita dapat menentukan arah arus listrik yang teebangkitkan. Untuk kawat A-B arus listrik akan mengarah dari B ke A, sedangkan pada kawat C-D arus listrik akan mengarah dari D-C.

Grafik Voltase yang Dibangkitkan Generator DC

Grafik di atas menunjukkan besar voltase gaya gerak listrik yang dibangkitkan oleh sebuah generator dengan satu lilitan kawat angker pada beberapa posisi lilitan. Terlihat bahwa grafik berbentuk setengah gelombang yang selalu berulang secara periodik. Nilai voltase pada setiap waktu adalah positif, hal ini dikarenakan arus yang dibangkitkan oleh generator DC yang selalu searah.

Pada aplikasinya, generator DC selalu menggunakan lebih dari satu lilitan kawat angker. Penggunaan banyak lilitan ini akan menghasilkan voltase yang semakin stabil di setiap waktu. Celah yang ada di tiap tengah-tengah gelombang voltase akan semakin tertutup. Semakin banyak jumlah lilitan, akan semakin tertutupi celah-celah tersebut. Gambar berikut adalah generator dengan empat lilitan, tampak grafik voltasenya menjadi semakin rata dan stabil.

Skema Generator dengan Empat Lilitan Armature

Grafik Voltase Generator dengan Empat Lilitan Armature

d.      Jenis Jenis Generator listrik :

Jenis generator berdasarkan letak kutubnya dibagi menjadi : 

generator kutub dalam : generator kutub dalam mempunyai medan magnet yang terletak pada bagian yang berputar (rotor).

generator kutub luar : generator kutub luar mempunyai medan magnet yang terletak pada bagian yang diam (stator)

2. Jenis generator berdasarkan putaran medan dibagi menjadi :

a. generator sinkron 

b. generator asinkron

3. Jenis generator berdasarkan jenis arus yang dibangkitkan

a. generator arus searah (DC)

b. generator arus bolak balik (AC)

4. Jenis generator dilihat dari fasanya

a. generator satu fasa

b. generator tiga fasa

5. Jenis generator berdasarkan bentuk rotornya :

a. generator rotor kutub menonjol biasa digunakan pada generator dengan rpm rendah seperti PLTA dan PLTD

b. generator rotor kutub rata (silindris)  biasa digunakan pada pembangkit listrik / generator dengan putaran rpm tinggi seperti PLTG dan PLTU 

e.       Fungsu Generator Listrik

Generator berfungsi untuk menghasilkan listrik dengan cara mengubah gerak menjadi energi listriksehingga bisa digunakan untuk berbagai keperluan.

Daftar Pustaka

http://artikel-teknologi.com/prinsip-kerja-generator-dc/
http://artikel-teknologi.com/prinsip-kerja-generator-ac/2/
http://www.masuklis.com/2014/05/pengertian-generator-prinsip-kerja.html