BAB I PENDAHULUAN
LATAR BELAKANG
1.2
MAKSUD DAN TUJUAN
aksud
dan Tujuan dari pembuatan
akalah
ini adalah :
1)mengetahui
tentang Generator AC2)
2)
mengetahui tentang Jenis ± Jenis Generator AC
1.3 BATASAN MASALAH
Dalam makalah ini
penulis akan membahas tentang Generator AC secara umum meliputi, pengertian
Generator,cara kerja generator,bagian - bagian generator jenis-jenis generator AC,
BAB II
PEMBAHASAN
"Generator"
beralih ke halaman ini. Untuk kegunaan lain dari Generator, lihat Generator
(disambiguasi).
Generator
listrik adalah sebuah alat yang memproduksi energi listrik dari sumber energi mekanik, biasanya
dengan menggunakan induksi elektromagnetik. Proses ini 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. Hal ini bisa
dianalogikan dengan sebuah pompa air, yang menciptakan aliran air tapi tidak
menciptakan air di dalamnya. 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 apa pun
sumber energi mekanik yang lain.
Sistem
pembangkitan listrik yang sudah umum digunakan adalah mesin
generator tegangan AC, di mana penggerak utamanya bisa berjenis mesin
turbin, mesin diesel ataumesin baling-baling. Dalam pengoperasian pembangkit
listrik dengan generator, karenafaktor keandalan dan fluktuasi jumlah beban,
maka disediakan dua atau lebih generator yang dioperasikan dengan tugas
terus-menerus, cadangan dan bergiliran untuk
generator-generator tersebut.Penyediaan generator tunggal untuk
pengoperasian terus menerus adalah suatu hal yangriskan, kecuali bila bergilir
dengan sumber PLN atau peralatan UPS.Untuk memenuhi peningkatan beban listrik
maka generator-generator tersebut dioperasikan secara paralel antar generator
atau paralel generator dengan sumber pasokanlain
yang lebih besar misalnya dari PLN.Sehingga diperlukan pula alat pembagi
beban listrik untuk mencegah adanya sumber tenaga listrik terutama
generator yang bekerja paralel mengalami beban lebih mendahuluiyang lainnya.
Berdasarkan
arus yang dihasilkan. Generator dapat dibedakan menjadi dua macam,
yaitugenerator AC dan generator DC. Generator AC menghasilkan arus bolak-balik
(AC) dan generator DCmenghasilkan arus searah (DC). Baik arus bolak-balik
maupun searah memiliki manfaat bagi manusia dalam kehidupan sehari-hari,
diantaranya untuk penerangan dan alat-alat pemanas.
PRINSIP KERJA GENERATOR ARUS SEARAH
Prinsip kerja suatu
generator arus searah berdasarkan hukum Faraday :
e = -N dΦ/dt
dimana :
N : jumlah lilitan:
fluksi magnete :
e=Tegangan imbas, ggl(gaya gerak listrik)
Dengan lain perkataan,
apabila suatu konduktor memotong garis-garis fluksi magnetic yang berubah-ubah,
maka ggl akan dibangkitkan dalam konduktor itu. Jadi syarat untuk dapat
membangkitkan ggl adalah :
-Harus ada konduktor (
hantaran kawat )
-Harus ada medan
magnetic
-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 IU ntuk
perolehan arus searah dari tegangan
bolak balik, meskipun
tujuan utamanya adalah pemabngkitan tegangan searah, tampak bahwa tegangan kecepatan
yang dibangkitkan pada kumparan jangkar merupakan tegangan bolak-balik. Bentuk
gelombang yngberubah-ubah tersebut karenanya harus disearahkan.
Untuk mendapatkan arus
searahdari arus bolak balik dengan menggunakan
-Saklar
-Komutator
-Dioda
generator
AC
Generator
adalah salah satu komponen yang dapat mengubaha energi gerak
menjadi energilistrik.Prinsip kerjanya dapat dipelajari dengan teori medan
elekronik .Poros pada generator dipasang dengan material ferromagnetic
permanen.Setelah itu disekeliling poros terdapat stator yang
bentuk fisisnya adalah kumparan-kumparan kawat yang membentuk loop.Ketika
poros generator mulai berputar maka akan terjadi perubahan fluks pada stator yang akhirnya karena
terjadi perubahan tegangan dan aruslistrik
tertentu.Tegangan dan arus listrik yang dhasilkan ini disalurkan melalui kabel
jaringan listrik.
Generator AC atau altenator
bekerja pada prinsip yang sama dari induksi
elektromagnetik sebagai generator DC.Arus bolak balik dapat
dihasilkan dari perputaran lilitan pada medan magnet atau perputaran medan
magnet pada lilitan stasioner(seimbang/tidak berubah).Nilai dari tegangan
tergantung pada:
-
∞ Jumlah perputaran pada lilitan
∞ Kekuatan medan
∞ Kecepatan rotasi lilitan/medan magnet
Cara Kerja Generator AC
-Ketika kumparan diputar didalam medan magnet,satu sisi kumparan(biru)
bergerak ketassedang lainnya(kuning)bergerak kebawah
-Kumparan mengalami perubahan garis gaya magnet yang semakin
sedikit,sehingga padakedua sisi kumparan mengalir arus listrik
mengitari kumparan mengalir arus listrik mengitari kumparan hingga kumparan
sinusoid
-Pada posisi sinusoid kumparan tidak mengalami perubahan garis gaya
magnet sehingga tidak ada listrik yang mengalir pada kumparan
-Pada posisi ini kumparan mendapat garis ± garis magnet maksimum
-Kumparan terus berputar hingga sisi biri bergerak kebawah dan sisi
kuning bergerak keatas
-Kumparan mengalami perubahan garis gaya magnet yang bertambah
banyak,sehingga padasetiap sisi kumparan mengalir arus listrik yang berlawanan
hingga posisi kumparan sinusoidal.Kumparan terus berputar hingga sisi biru
bergerak ketas dan sisi kuning bergerak kebawah
-Agar menimbulkan medan magnet yang berpotongan
dengan konduktor pada stator rator diberi
eksitasi.Karena ada dua kutub yang berbeda,utara dan selatan,maka tegangan yang
dihasilkan pada stator adalah tegangan bolak balik dengan gelombang sinusoidal
-Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan ini disalurkan melalui kabel
jaringan listrik untuk akhirnya digunakan masyarakat
Bagian -Bagian Generator AC-
Rotor adlah bagian generator yang berputar (bekerja
sebagai kumparan) yang membangkitkan medan magnet.Jenis rotor
adalan Turbene-driven dan salient-pole digunakan untuk kecepatan
tinggi dan salient-pole untuk kecepatan rendah.
Belitan pada Tyrbine-drivenrotor disusun sedemikian rupa sehingga membentuk
dua atau empat kutub yang berbeda.
Belitan-belitan tersebut
diletakan erat-erat didalam slot agar tahan terhadap gayasentrifugal pada
kecepatan tinggi. Silient-pole rotor sering kali terdiri dari beberpa kutub
yang dibelit terpisahkan,dibautkan pada kerangka rotor.Silient-pole rotor
mempunyai diameter yang lebih besar dari
turbine-driven rotor.Pada putaran permenit sama,salient-pole memilikigaya sentrifugal yang lebih besar.Untuk menjaga
keamanan dan keselatan sehingga belitannya tidak terlempar keluar
mesin,salient-pole hanya digunakan pada aplikasi kecepatan rendah
-Stator adalah bagian generator yang diam(bekerja sebagai magnet)yang membangkitkan
tegangan AC
-Brush sebagai penghubung kemotor listrik
-medan magne
Macam Generator
Berdasarkan tegangan yang dibangkitkan generator
dibagi menjadi 2 yaitu :
1. Generator Arus
Bolak-Balik (AC)Generator arus bolak-balik
yaitu generator dimana tegangan yang dihasilkan (tegangan out put ) berupa
tegangan bolak-balik.2. Generator Arus Searah (DC)Generator arus searah yaitu
generator dimana tegangan yang dihasilkan (tegangan out put) berupa
tegangan searah, karena didalamnya terdapat sistem penyearahan yang dilakukan
bisa berupa oleh komutator atau menggunakan dioda.
Berdasarkan sistem pembangkitannya generator AC
dapat dibagi menjadi 2 yaitu :
1. Generator 1 fasa
Prinsip kerja Motor AC Satu Fasa
Motor AC satu fasa berbeda cara kerjanya dengan
motor AC tiga fasa, dimana pada motor ACtiga fasa untuk belitan statornya
terdapat tiga belitan yang menghasilkan medan putar dan padarotor sangkar
terjadi induksi dan interaksi torsi yang menghasilkan putaran. Sedangkan
padamotor satu fasa memiliki dua belitan stator, yaitu belitan fasa utama
(belitan U1-U2) dan belitanfasa bantu (belitan Z1-Z2),
Gambar 1. Prinsip medanmagnet utama dan medan
magnet bantu motor Satu fasa
Belitan utama menggunakan penampang kawat tembaga
lebih besar sehingga memiliki impedansi lebih kecil. Sedangkan belitan bantu
dibuat dari tembaga berpenampang kecil dan jumlah belitannya lebih banyak,
sehingga impedansinya lebih besar dibanding impedansi belitanutama.
Grafik arus belitan
bantu Ibantu dan arus belitan utama Iutama berbeda fasa sebesar , hal ini
disebabkan karena perbedaan besarnya impedansi kedua belitan tersebut.
Perbedaan arus bedafasa ini menyebabkan arus total, merupakan penjumlahan
vektor arus utama dan arus bantu.
medan magnet utama yang dihasilkan belitan utama
juga berbeda fasa sebesar dengan medan
magnet bantu
Gambar
2. grafik Gelombang arus medan
bantu dan arus medan utama
Gambar 3.
Medan magnet pada Stator motor satu fasa
Belitan bantu Z1-Z2 pertama dialiri arus Ibantu
menghasilkan fluks magnet tegak lurus, beberapa saat kemudian belitan
utama U1-U2 dialiri arus utama Iutama. yang bernilai positip.Hasilnya adalah
medan magnet yang bergeser sebesar 45° dengan arah berlawanan jarum
jam.Kejadian ini berlangsung terus sampai satu siklus sinusoida, sehingga
menghasilkan medan magnet yang berputar pada belitan statornya.
rotor motor satu fasa sama dengan rotor motor
tiga fasa yaitu berbentuk batang-batang kawatyang ujung-ujungnya dihubung
singkatkan dan menyerupai bentuk sangkar tupai, maka sering disebut rotor
sangkar.
Gambar 4.Rotor sangkar
Belitan rotor yang dipotong oleh medan putar
stator, menghasilkan tegangan induksi, interaksiantara medan putar stator dan
medan magnet rotor akan menghasilkan torsi putar pada rotor.
Motor Kapasitor
Motor kapasitor satu phasa banyak digunakan dalam
peralatan rumah tangga seperti motor pompa air, motor mesin cuci,
motor lemari es, motor air conditioning. Konstruksinya sederhana dengan daya
kecil dan bekerja dengan tegangan suplai PLN 220 V, oleh karena itu menjadikan motor
kapasitor ini banyak dipakai pada peralatan rumah tangga.
Gambar 5.Motor kapasitor
Belitan stator terdiri atas belitan utama dengan
notasi terminal U1-U2, dan belitan bantu dengannotasi terminal Z1-Z2 Jala-jala
L1 terhubung dengan terminal U1, dan kawat netral N terhubung dengan terminal
U2. Kondensator kerja berfungsi agar perbedaan sudut phasa belitan utama dengan
belitan bantu mendekati 90°.Pengaturan arah putaran motor kapasitor dapat dilakukan
dengan terminal
Untuk menghasilkan
putaran ke kiri (berlawanan jarum jam) kondensator kerja CB
disambungkan ke
terminal U1 dan Z2 dan terminal Z1 dikopel dengan terminal
Putaran ke
kanan (searah jarum jam) kondensator kerja disambung kan ke terminal Z1 dan
U1dan terminal Z2 dikopel dengan terminal U1 (lihat gambar 6)
Gambar
6. Pengawatan motor kapasitor dengan pembalik putaran
motor kapasitor dengan
daya diatas 1 KW di lengkapi dengan dua buah kondensator dan satu buah
saklar sentrifugal.belitan utama U1-U2 dihubungkan dengan jala-jala L1
dan Netral N.
belitan bantu Z1-Z2 disambungkan seri dengan
kondensator kerja C
bdan sebuah kondensator starting CA diseri
dengan kontak normally close (NC) dari saklar sentrifugal,( lihat gambar 7).
Awalnya belitan utama
dan belitan bantu mendapatkan tegangan dari jala-jala L1 dan Netral.Kemudian
dua buah kondensator CB
dan CA, keduanya
membentuk loop tertutup sehingga rotor mulai berputar, dan ketika putaran
mendekati 70% putaran nominalnya, saklar sentrifugal akan membuka dan kontak
normally close memutuskan kondensator bantu CA
Gambar
7. Pengawatan dengan Dua Kapasitor
Fungsi dari dua kondensator yang disambungkan
parallel, CA+CB
adalah untuk
meningkatkan nilai torsi awal untuk mengangkat beban. Setelah putaran motor
mencapai 70% putaran, saklar sentrifugal terputus sehingga hanya
kondensator kerja CB
saja yang tetap bekerja.
Jika kedua kondensator rusak maka torsi motor akan menurun drastis, lihat
gambar 8.
Gambar 8. Karakteristik Torsi Motor kapasitor
MotorShaded Pole
Motor shaded pole atau motor phasa terbelah termasuk motor satu
phasa daya kecil, dan banyak digunakan untuk peralatan rumah tangga
sebagai motor penggerak kipas angin,
blender.Konstruksinya sangat sederhana, pada kedua ujung stator
ada dua kawat yang terpasang dandihubung singkatkan fungsinya sebagai pembelah
phasa.
belitan stator dibelitkan sekeliling inti
membentuk seperti belitan transfor mator.
rotornya berbentuk sangkar tupai dan
porosnya ditempatkan pada rumah stator ditopang dua buah bearing
Gambar 9. motor shaded pole,motor fasa terbelah.
Irisan penampang motor
shaded pole memperlihatkan dua bagian, yaitu bagian stator dengan belitan
stator dan dua kawat shaded pole.
Bagian rotor sangkar ditempatkan di
tengah-tengahstator, lihat gambar 10
Gambar
10. Penampang motor shaded pole.
Torsi putar
dihasilkan oleh adanya pembelahan phasa oleh kawat shaded pole. Konstruksi
yangsederhana, daya yang kecil, handal, mudah dioperasikan, bebas perawatan dan
cukup di suplaidengan Tegangan AC 220 V, jenis motor shaded pole banyak
digunakan untuk peralatan rumah tangga kecil
Motor Universal
Motor Universal termasuk motor satu phasa dengan
menggunakan belitan stator dan belitanrotor.
Motor universal dipakai pada mesin jahit, motor
bor tangan. Perawatan rutin dilakukandengan mengganti sikat arang yang memendek
atau pegas sikat arang yang lembek.Kontruksinya yang sederhana, handal, mudah
dioperasikan, daya yang kecil, torsinya yangcukup besar motor universal
dipakai untuk peralatan rumah tangga.
Gambar
11. komutator pada motor
universal
Bentuk stator dari motor universal terdiri dari
dua kutub stator.
Belitan rotor memiliki dua belasalur belitan dan
dilengkapi komutator dan sikat arang yang menghubungkan secara seri
antara belitan stator dengan belitan rotornya.
Motor universal memiliki kecepatan tinggi sekitar
3000 rpm
Gambar
12. stator dan rotor motor universal
2.Generator3fasa
Generator yang dimana dalam sistem melilitnya terdiri dari
tiga kumpulan kumparan yang manakumparan tersebut masing-masing dinamakan
lilitan fasa. Jadi pada statornya ada lilitan fasayang ke satu ujungnya diberi
tanda U ± X; lilitan fasa yang ke dua ujungnya diberi tanda denganhuruf V ± Y
dan akhirnya ujung lilitan fasa yang ke tiga diberi tanda dengan huruf W ±
Z.Jenis generator yang digunakan dalam pembuatan tugas akhir ini yaitu
generator AC 1 fasa.Lilitan stator
Lilitan stator terdiri atas beberapa kumparan, yang
dipasang dalam alur-alur inti stator. Padakumparan stator terdapat sisi
kumparan yang terletak dalam alur-alur, dan kepala-kepalakumparan yang
menghubungkan sisi-sisi kumparan diluar alur-alur satu sama lain.
Tiap-tiapkumparan terdiri atas satu atau lebih lilitan menurut besar tegangan.
Dalam gambar 2.2adilukiskan sebuah kumparan yang terdiri atas empat lilitan.
Jumlah kawat tiap sisi kumparan sama banyaknya dengan jumlah lilitan pada
tiap-tiap kumparan.
PerhitunganTeganganGenerator
Dengan diputarnya rotor generator sepanjang dua poolstek
(jarak antara pertengahan kutubmagnit dengan pertengahan kutub magnit
berikutnya yaitu diukur pada keliling besi stator),maka akan dibangkitkan suatu
tegangan induksi di dalam lilitan A yang besarnya dapat ditulis e= 4 10-8
volt. Harga ini meliputi satu periode.
Karena banyaknya periode dalam tiap detik dinyatakan dengan
huruf f singkatan dari frekuensi,maka besarnya GGL dapat dituliskan sebagai
berikut :
Erata-rata = e. f = 4. . f. 10-8 volt.
GGL diatas adalah harga rata-rata dari GGL untuk mendapatkan
harga efektifnya maka seluruhnya harus dikalikan dengan suatu angka
perbandingan :
fv = Harga efektif
Harga rata-rata = 1,111.
Angka perbandingan
(Konstanta) diatas dinamakan faktor bentuk dan dalam rumus-rumus selalu dinyatakan
dengan singkatan fv.
Jadi harga efektif dari
GGL yang dibangkitkan dalam lilitan A itu adalah :
E = 4. f. fv..
10-8 Volt.
Karena seluruh jumlah
lilitan stator terdiri atas banyak lilitan kawat sebanyak W, maka
besarnyaGGL yang dibangkitkan dalam generator adalah:E = 4. f. fv. . W.
10-8 Volt.
Ketentuan rumus diatas
ini hanya berlaku jika lilitan-lilitan kawatnya sebanyak W itu
saling berhubungan seri dan banyaknya saluran (alur) hanya satu. Tetapi
dalam kenyataannya bahwa banyaknya alur tiap kutub adalah lebih dari satu
seperti : 2 dan 3 dan sebagainya.Untuk lilitan stator yang mempunyai saluran
lebih dari pada satu, maka keadaan GGL yangdibangkitkan dalam lilitan-lilitan
kawat akan agak berkurang daripada ketentuan rumus diatas.Ini dikarenakan bahwa
kawat-kawat dalam tiap-tiap saluran itu berhadapan dengan yang
tidak sama besarnya. Oleh karena itu dalam ketentuan tersebut diatas masih
harus dikalikan lagi agar konstanta yang dinamakan : faktor lilitan dan
dinyatakan dengan suatu huruf fw.
Besarnya faktor lilitan untuk generator fasa
tunggal adalah 0,8 dan untuk generator fasa tiga (generator arus putar) adalah 0,96.Dengan
demikian maka secara lengkap rumus diatas untuk GGL dari generator dapat
dituliskan sebagai berikut :E = 4. f. fv.
fw. . W. 10-8 VoltDimana :E = Tegangan GGL generator (V)f = frekuensi
generator (Hz)fv = faktor efektif = 1,111fw= faktor lilitan (untuk generator
fasa tunggal adalah 0,8 dan untuk generator fasa tiga adalah0,96)
Dengan
demikian maka secara lengkap rumus diatas untuk GGL dari generator dapat
dituliskan sebagai berikut
E = 4. f. fv. fw. . W. 10-8 Volt
Dimana :
E = Tegangan
GGL generator (V)
f = frekuensi
generator (Hz)
fv = faktor
efektif = 1,111
fw= faktor
lilitan (untuk generator fasa tunggal adalah 0,8 dan untuk generator fasa tiga adalah0,96)
1.2.4Pemanfaatan Generator AC
Contoh
generator AC yang akan sering kita
jumpai dalam kehidupan sehari-hari adalah dinamo sepeda.
Bagian utama dinamo sepeda adalah sebuah
magnet tetap dan kumparan yang disisipi besi lunak. Jika magnet tetap diputar,
perputaran tersebut menimbulkan GGL induksi pada kumparan. Jika sebuah
lampu pijar (lampu sepeda) dipasang pada kabel yang menghubungkan kedua
ujung kumparan. lampu tersebutakan dilalui arus induksi AC. Akibatnya, lampu
tersebut menyala. Nyala lampu akan makin terang jika perputaran magnet tetap
makin cepat (laju sepeda makin kencang).
Generator
AC (alternator) bervariasi ukurannya sesuai dengan beban yang akan disuplai.
Sebagai contoh,alternator pada PLTA mempunyai ukuran yang sangat besar,
membangkitkan ribuan kilowatt padategangan yang sangat tinggi. Contoh lainnya
adalah alternator di mobil, yang sangat kecil sebagai perbandingannya.
Beratnya hanya beberapa
kilogram dan menghasilkan daya sekitar 100 hingga 200watt, biasanya pada
tegangan 12 volt.
Generator AC banyak kita
jumpai pada pusat-pusat listrik (dengan kapasitas yang relatif besar).
Misalnya pada PLTA, PLTU, PLTD, PLTN, PLTG, dan
lain lain. Disini umumnya generator ACdisebut dengan alternator atau generator
saja. Selain generator AC dengan kapasitas yang relatif besar
tersebut, kita mengenal pula generator dengan kapasitas yang relatif kecil.
Misalnyagenerator yang
dipakai untuk penerangan darurat, untuk penerangan daerah-daerah terpencil(yang
belum terjangkau PLN), dan sebagainya. Generator tersebut sering disebut home
light atau generator set.
BAB III
