MAKALAH TEKNIK LISTRIK DAN ELEKTRONIKA “GENERATOR LISTRIK AC

MAKALAH TEKNIK LISTRIK DAN ELEKTRONIKA “GENERATOR LISTRIK AC”

Disusun Oleh :

Nita Murtia Handayani                                                     (K2513048)

Program Studi Pendidikan Teknik Mesin

Jurusan Pendidikan Teknik dan Kejuruan

Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan

Universitas Sebelas Maret

Surakarta

2014

HALAMAN PENGESAHAN

Makalah yang berjudul “Generator Listrik AC” diajukan untuk memenuhi tugas mata kuliah Teknik Listrik dan Elektronika.

Ditetapkan pada:

                                    Hari                 : ……………………………………..

                                    Tanggal           : ……………………………………..

Mengetahui,

Dosen Pembimbing Mata Kuliah Teknik Listrik dan Elektronika

Drs. Emilly Dardi M.Kes.

NIP 195012311985031003

HALAMAN PERSEMBAHAN

Kami sampaikan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam pelaksanaan dan penyusunan laporan ini, dan kami persembahkan kepada :

1.      Dosen Pembimbing mata kuliah Teknik Listrik dan Elektronika Bp. Drs. Emilly Dardi M.Kes.

2.      Teman – teman Program Studi Pendidikan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan laporan ini.

3.      Ayah dan Ibu tercinta yang selalu memberikan doa dan motivasi.

4.      Pihak - pihak lain yang telah membantu yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu.

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa  yang telah melimpahkan rohmad dan karunia - Nya sehingga kami dapat menyelesaikan laporan ini tepat waktu. Penulisan laporan ini kami laksanakan guna memenuhi tugas mata kuliah Teknik Listrik dan Elektronika, yang pembelajarannya sudah kami terima sejak awal semester tiga hingga tercapainya laporan ini.

Kami sampaikan terima kasih kepada orang tua kami yang telah membantu secara material dan doa, agar kami dapat menyelesaikan tugas dengan sebaik–baiknya, hingga akhirnya terwujudlah laporan ini. Selain itu tidak lupa kami sampaikan rasa terima kasih yang kepada semua pihak yang telah membantu dan mendukung kami demi tercapainya penyusunan laporan ini kepada Bp. Drs. Emilly Dardi M .Kes. selaku dosen mata kuliah Teknik Listrik dan Elektronika.

Pembuatan laporan ini bertujuan menambah pengetahuan kita tentang Generator Listrik AC, semoga dengan pembuatan laporan ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Kritik dan saran kami harapkan untuk memperbaiki segala kekurangan dalam penyusunan laporan ini.

Surakarta, 29 November 2014

Penulis

DAFTAR  ISI

Halaman Judul..........................................................................................................i

Halaman Pengesahan...............................................................................................ii

Halaman Persembahan............................................................................................iii

Kata Pengantar………............................................................................................iv

Daftar Isi…..............................................................................................................v

BAB I PENDAHULUAN......................................................................................1

A.    Latar Belakang Masalah..................................................................................1

B.     Rumusan Masalah………................................................................................2

C.     Tujuan…..........................................................................................................2

D.    Manfaat...........................................................................................................2

BAB II LANDASAN TEORI................................................................................3

BAB III PEMBAHASAN......................................................................................6

A.    Hukum Tangan Kanan dan Aplikasinya Pada Generator AC.........................6

B.     Teori Timbulnya GGL Listrik .......................................................................7

C.     Teori Generator AC dan Jenis-jenisnya........................................................13

D.    Pemanfaatan Generator AC..........................................................................26

E.     Teori Altenator..............................................................................................27

BAB IV PENUTUP..............................................................................................31

A.    Kesimpulan…............................................................................................31

B.     Saran…......................................................................................................31

DAFTAR PUSTAKA...........................................................................................32

                                                               
                                                                BAB I

PENDAHULUAN

A.    LATAR BELAKANG MASALAH

   Dunia kelistrikan kita mengenal suatu alat yang di sebut motor listrik dan generator listrik. Secara sederhana, generator listrik berfungsi untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik sedangkan motor listrik berfungsi untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Kedua fungsi dari masing-masing alat tersebut terdapat hubungan. Sebuah generator akan bekerja dengan di bantu motor listrik untuk menggerakkan generator tersebut.

Fungsi generator tersebut menjadikan alat ini sangat diperlukan dalam kehidupan sehari-hari. Generator sendiri ada dua macam yaitu generator arus searah (DC) dan generator arus bolak-balik (AC). Pembahasan kali ini, kami akan mencoba menjelaskan tentang generator yaitu generator listrik arus bolak-balik, untuk mendapatkan daya pada generator listrik arus bolak-balik (AC). Sistem pembangkitan listrik yang sudah umum digunakan adalah mesin generator tegangan AC, di mana penggerak utamanya bisa berjenis mesin turbin, mesin diesel atau mesin baling-baling, dalam pengoperasian pembangkit listrik dengan generator, karena faktor 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 yang riskan, 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 pasokan lain yang lebih .

B.     RUMUSAN MASALAH

Rumusan masalah dalam laporan ini yaitu :

1.      Apa pengertian dari Generator Listrik Arus bolak – balik ( AC ) ?

2.      Bagaimana Hukum Tangan Kanan dan Aplikasinya Pada Generator AC ?

3.      Bagaimana Teori Timbulnya GGL Listrik ?

4.      Bagaimana Teori Generator AC dan Jenis-jenisnya ?

5.      Apa saja Pemanfaatan Generator AC?

6.      Bagaimana Teori Altenator ?

C.     TUJUAN

Tujuan penulisan makalah ini yaitu    :

1.      Mengetahui pengertian dari Generator Listrik Arus bolak – balik (AC).

2.      Mengetahui Hukum Tangan Kanan dan Aplikasinya Pada Generator AC.

3.      Mengetahui Teori Timbulnya GGL Listrik.

4.      Mengetahui Generator AC dan Jenis-jenisnya.

5.      Mengetahui Pemanfaatan Generator AC.

6.      Mengetahui Teori Altenator ?

D.    MANFAAT

Manfaat yang diperoleh dari penulisan laporan ini adalah sebagai berikut:

1.      Menambah pengetahuan kita tentang Generator Listrik Arus bolak–balik (AC).

2.      Menambah wawasan kita tentang Hukum Tangan Kanan dan Aplikasinya Pada Generator AC.

3.      Menambah wawasan tentang Teori Timbulnya GGL Listrik.

4.      Menambah wawasan tentang Generator AC dan Jenis-jenisnya.

5.      Menambah wawasan Pemanfaatan Generator AC.

6.      Menambah pengetahuan tentang Teori Altenator.

BAB II

LANDASAN TEORI

Generator adalah mesin yang dapat mengubah tenaga mekanis menjadi tenaga listrik melalui proses induksi elektromagnetik. Generator ini memperoleh energi mekanis dari prime mover atau penggerak mula. Prinsip kerja dari generator sesuai dengan hukum Lens, yaitu arus listrik yang diberikan pada stator akan menimbulkan momen elektromagnetik yang bersifat melawan putaran rotor sehingga menimbulkan EMF pada kumparan rotor.

Tegangan EMF ini akan menghasilkan suatu arus jangkar, jadi diesel sebagai prime mover akan memutar rotor generator, kemudian rotor diberi eksitasi agar menimbulkan medan magnit yang berpotongan dengan konduktor pada stator dan menghasilkan tegangan pada stator, karena terdapat dua kutub yang berbeda yaitu utara dan selatan, maka pada 90^o pertama akan dihasilkan tegangan maksimum positif dan pada sudut 270^o kedua akan dihasilkan tegangan maksimum negatif, ini terjadi secara terus menerus/continue.

Generator arus bolak-balik sering disebut sebagai generator sinkron atau alternator. Generator arus bolak-balik memberikan hubungan yang sangat penting dalam proses perubahan energi dari batu bara, minyak, gas, atau uranium ke dalam bentuk yang bermanfaat untuk digunakan dalam industri atau rumah tangga. Generator arus bolak-balik bertegangan rendah yang kecil, medan diletakan pada bagian yang berputar atau rotor dan lilitan jangkar pada bagian yang diam atau stator dari mesin.

Eksitasi Generator AC

Sistem eksitasi secara konvensional dari sebuah generator arus bolak-balik terdiri atas sumber arus searah yang dihubungkan ke medan generator ac melalui cincin-slip dan sikat-sikat. Sumber dc biasanya diperoleh dari generator arus searah yang digerakkan dengan motor atau penggerak mula yang sama dengan penggerak mula generator bolak-balik, setelah datangnya zat padat, beberapa sistem eksitasi yang berbeda telah dikembangkan dan digunakan. Salah satunya adalah daya diambil dari terminal generator ac, diubah ke daya dc oleh penyearah zat padat dan kemudian dicatu ke medan generator ac dengan menggunakan cincin-slip konvensional dan sikat-sikat.

Sistem serupa yang digunakan oleh generator dengan kapasitas daya yang lebih besar, daya dicatukan ke penyearah zat padat dari lilitan tiga fase terpisah yang terletak diatas alur stator generator. Satu-satunya fungsi dari lilitan ini adalah menyediakan daya eksitasi untuk generator. Sistem pembangkitan lain yang masih digunakan baik dengan generator sinkron tipe kutub-sepatu maupun tipe rotor-silinder adalah sistem tanpa sikat-sikat, yang mana generator ac kecil dipasang pada poros yang sama sebagai generator utama yang digunakan untuk pengeksitasi. Pengeksitasi ac mempunyai jangkar yang berputar, keluarannya kemudian disearahkan oleh penyearah dioda silikon yang juga dipasang pada poros utama.

Keluaran yang telah disearahkan dari pengeksitasi ac, diberikan langsung dengan hubungan yang diisolasi sepanjang poros ke medan generator sinkron yang berputar. Medan dari pengeksitasi ac adalah stasioner dan dicatu dari sumber dc terpisah, berarti tegangan yang dibangkitkan oleh generator sinkron dapat dikendalikan dengan mengubah kekuatan medan pengeksitasi ac, jadi sistem pengeksitasi tanpa sikat tidak menggunakan komutator yang akan memperbaiki keandalan dan menyederhanakan pemeliharaan umum.

Sistem Start

Ada tiga macam jenis start yang dapat dilakukan pada generator yaitu :

1.      Start Dengan Penggerak Mula

Sistem start dengan penggerak mula biasanya berupa mesin diesel untuk kapasitas daya yang kecil, turbin air atau turbin uap untuk kapasitas daya menengah dan turbin uap untuk kapasitas daya yang sangat besar.

2.      Pengubah Frekuensi

Motor sinkron mendapat pengisian dari sebuah generator sinkron khusus. Pengisian dilakukan dengan arus tukar berfrekuensi variabel dari hampir nol hingga mencapai frekuensi nominal, dengan demikian motor sinkron mengalami start mulai putaran hampir nol hingga mencapai putaran nominal.

3.      Sebagai Generator Rotor Sangkar/Start Asinkron

Rotor mesin dilengkapi suatu belitan yang bekerja sebagai sangkar asinkron, dengan demikian selama start mesin bekerja sebagai motor tak serempak, dengan start asinkron pada kumparan medan dapat dihasilkan gaya-gaya gerak listrik yang tinggi, disebabkan jumlah lilitan magnet yang biasanya besar. Gaya gerak listrik yang tinggi ini bukan saja dapat merusak mesin, melainkan dapat juga menimbulkan bahaya bagi personil yang melayani mesin sinkron itu, untuk menghindari bahaya ini kumparan magnet selama start dapat dibagi dalam beberapa belitan, yang masing-masing dihubungsingkatkan. Setelah mencapai putaran sinkron, hubungan ini dilepaskan. Sistem start yang digunakan pada generator set GSC 05 adalah dengan penggerak mula.

BAB III

PEMBAHASAN

1.      Hukum Tangan Kanan dan Aplikasinya Pada Generator AC

Generator adalah suatu mesin yang menggunakan magnet untuk mengubah energi mekanis menjadi energi listrik. Prinsip generator secara sederhana dapat dikatakan bahwa tegangan diinduksikan pada konduktor apabila konduktor tersebut bergerak pada medan magnet sehingga memotong garis-garis gaya. Hukum tangan kanan Fleming (Gambar 2.11) berlaku pada generator dimana menyebutkan bahwa terdapat hubungan antara penghantar bergerak, arah medan magnet dan arah resultan dari aliran arus yang terinduksi. Apabila ibu jari menunjukkan arah gerakan penghantar, telunjuk menunjukkan arah fluks, jari tengah menunjukkan arah aliran elektron yang terinduksi

Untuk menentukan arah arus pada setiap saat, berlaku pada kaidah tangan kanan :

1.      Ibu jari                   : gerak perputaran

2.      Jari telunjuk           : medan magnetik kutub u dan s

3.      Jari tengah             : besaran galvanis tegangan U dan arus I

Hukum ini juga berlaku apabila magnet sebagai pengganti penghantar yang digerakkan. Jumlah tegangan yang diinduksikan pada penghantar saat penghantar bergerak pada medan magnet tergantung pada :

1.      Kekuatan medan magnet, makin kuat medan magnet makin besar tegangan yang diinduksikan.

2.      Kecepatan penghantar dalam memotong fluks, makin cepat maka semakin besar tegangan yang diinduksikan.

3.      Sudut perpotongan, pada sudut 90 derajat tegangan induksi maksimum dan tegangan kurang bila kurang dari 90 derajat.

4.      Panjang penghantar pada medan magnet.

2.      Teori Timbulnya GGL Listrik Karena Lilitan Memotong Fluksi

Induksi elektromagnetik dapat dikatakan sebagai proses perubahan energi mekanik (energi kinetic) menjadi energi listrik. Proses perubahan energi ini, berkaitan dengan konsep fluks magnetik. Kita mulai dengan mempelajari Fluks magnetik dan Huhum Faraday secara kuantitatif.

a.       Fluks magnetik

Fluks magnetik didefinisikan sebagai hasil kali antara komponen induksi magnetik dengan luas bidang. Hukum Lenz : “ Arah arus induksi  adalah sedemikian sehingga medan magnetik yang ditimbulkannya berlawanan dengan arah medan magnetik yang menimbulkan arus induksi itu”.

b.      Penerapan Konsep Induksi Elektromagnetik

1.      Dynamo/Generator AC

2.      Generator DC

3.      Transformator : Transformator adalah alat yang digunakan untuk mengubah tegangan bolak-balik (AC) dari tegangan tinggi ke tegangan rendah (Transformator Step –Down).

Rumus Transformator :  V1/ V2 = N1 / N2,    h = Ps/Pp x 100 %, P = V. I.

Sistem pengisian AC paling banyak digunakan, baik sistem pengisian dengan regulator mekanik (konvensional) maupun dengan IC regulator. Komponen sistem pengisian regulator mekanik terdiri dari :

a.       Alternator yang berfungsi merubah energi gerak menjadi energi listrik. Listrik yang dihasilkan merupakan arus bolak-balik (AC), untuk merubah arus AC menjadi arus DC digunakan diode yang dipasang menjadi satu bagian dengan alternator.

b.      Regulator berfungsi untuk mengatur tegangan dan arus yang dihasilkan alternator dengan cara mengatur kemagnetan pada rotor altenator. Regulator juga berfungsi untuk mengatur hidup dan matinya lampu indikator pengisian.

c.       Sekering untuk memutus aliran listrik bila rangkaian dialiri arus berlebihan akibat hubungan singkat.

d.      Kunci kontak untuk menghubungkan atau memutus aliran ke lampu indicator dank e regulator. Aliran listrik ke regulator diteruskan ke altenator berfungsi untuk menghasilkan magnet pada altenator.

Jika tidak ada beban yang dipasang, maka tidak ada arus pada lilitan sekunder.  Tetapi kalau ada beban (resistansi) dihubungkan pada lilitan sekunder maka arus akan timbul dengan fase yang sama dengan tegangan terinduksi karena reaktannya bukan merupakan induktor tetapi merupakan resistor.       

       Arus pada lilitan sekunder tidak menghasilkan perubahan fluks magnetik (jika ya akan meningkatkan tegangan), akan tetapi menghasilkan gaya gerak magnetik. 

Perubahan gaya gerak magnetik tanpa perubahan fluks magnetik hanya dimungkinkan bila gaya gerak magnetik yang dihasilkan adalah sama dan berlawanan fase dari gaya gerak magnetik primer, ini berarti bahwa arus pada lilitan sekunder terlambat 180^o dari arus pada lilitan primer.  Gaya gerak magnetik sekunder ini akan menginduksi tegangan yang menghasilkan arus yang berlawanan. Dengan demikian koil primer merupakan beban bagi sumber tegangan AC dan koil sekunder merupakan sumber tegangan bagi resistor. 

Pertanyaan bahwa medan magnetik dapat menimbulkan arus dijawab oleh Faraday dan Henry melalui percobaan pada tahun 1830-an setelah percobaan pada tahun 1820 dianggap gagal. Jika terdapat sebuah skema, maka menunjukkan sebuah magnet batang yang dililit oleh sebuah kawat penghantar diharapkan menimbulkan arus yang nantinya dapat diukur oleh sebuah alat ukur listrik,  tetapi Faraday dan Henry mengamati hal lain bahwa ketika magnet batang mulai dimasukkan ke dalam lilitan kawat terjadi arus yang terukur, namun arus tersebut beberapa saat kemudian menghilang saat magnet batang dikeluarkan dari lilitan. Hal ini menimbulkan pertanyaan bagi Faraday dan Henry yang mengambil keputusan bahwa perubahan medan magnetiklah yang menimbulkan arus, bukan hanya medan magnet yang konstan. Fenomena perubahan medan magnet yang menimbulkan arus listrik ini dinamakan induksi magnetik atau induksi elektromagnetik.

Induktansi didefinisikan sebagai timbulnya arus dan tegangan pada suatu konduktor karena perubahan arus pada konduktor lain terhadap waktu, sehingga secara umum setiap kawat berarus dan rangkaian memiliki suatu induktansi sendiri yang berpengaruh pada perilaku rangkaian yang sering kali diabaikan. Menurut hukum Faraday, perubahan medan magnetik akan menghasilkan ggl menurut persamaan :

Hukum induksi Faraday menyatakan bahwa sebuah tegangan gerak elektrik di dalam sebuah rangkaian adalah sama dengan kecepatan perubahan fluks yang melalui rangkaian tersebut. Jika kecepatan perubahan fluks tersebut dinyatakan dalam weber/sekon, maka tegangan gerak elektrik dinyatakan dalam volt.

ε= -  dϕB/ dt

Jika sebuah koil terdiri dari lilitan maka sebuah tegangan gerak elektrik muncul di dalam setiap lilitan dan semua tegangan gerak elektrik dijumlahkan. Apabila koil tersebut dililitkan dengan begitu erat, lilitan dapat dikatakan menempati daerah yang sama dengan ruang maka fluks yang melewati setiap lilitan akan sama besarnya. Fluks yang melewati setiap lilitan hanya untuk toroida dan solenoida.

Untuk menghasilkan elektromagnetik yang lebih kuat dapat dilakukan dengan cara :

1.      Memperbesar kemagnetan inti electromagnet

2.      Memperbesar jumlah lilitan kumparan

3.      Memperbesar jumlah arus yang mengalir.

Medan magnet yang bergerak-gerak tersebut menginduksi beda potensial pada kumparan. Beda potensial menyebabkan arus listrik mengalir sehingga ggl yang di induksi pada kumparan disebut gaya gerak listrik induksi. Menurut hukum Faraday, ggl induksi dapat diperbesar jika :

a.       Gerak magnet dipercepat

b.      Daya tarik atau tolak magnet lebih kuat.

c.       Panjang kumparan lebih panjang dan jumlah lilitan lebih banyak (rapat).

Banyak sedikitnya lilitan pada kumparan dapat mempengaruhi besar- kecilnya garis gaya magnetik. Secara umum, arus listrik dapat berubah menjadi magnet karena kekuatan medan magnet bergantung pada kuat arus yang mengalir. Apabila kuat arus berubah-ubah, maka kuat medan magnet juga dapat berubah-ubah. Gejala induksi electromagnet dapat dijelaskan :ketika magnet digerakkan menjauhi dan mendekati kumparan, jumlah garis gaya magnet terkurung dalam kumparan yang mengalami perubahan. Arus listrik yang timbul akibat perubahan garis gaya magnet disebut arus induksi.

Jenis – jenis induktansi

Terdapat 4 jenis induktansi ,yaitu :

1.      Induktansi Diri

Merupakan induktansi dimana GGL induksi diri yang terjadi di dalam suatu penghantar bila kuat arusnya berubah-ubah dengan satuan kuat arus tiap detik. Arus induktansi diri yang timbul pada sebuah trafo atau kumparan yang dapat menimbulkan GGL induksi yang besarnya berbanding lurus dengan cepat perubahan kuat arusnya. Hubungan dengan GGL induksi diri dengan laju perubahan kuat arus dirumuskan Joseph Henry sebagai berikut:

Gaya Gerak Listrik ialah energy permuatan yang dibutuhkan untuk mengalirkan arus dalam loop kawat, dari rumus diatas dapat didefinisikan sebagai berikut: suatu kumparan mempunyai induktansi diri sebesar 1 H bila perubahan arus listrik sebesar 1 A dalam 1 detik pada kumparan tersebut menimbulkan GGL induksi sendiri sebesar 1 volt.

2.      Induksi Diri Sebuah Kumparan

Perubahan arus dalam kumparan ditentukan oleh perubahan fluks magnetik 0 dalam kumparan. Besarnya induksi diri dari suatu kumparan ialah:

3.      Induktansi diri Solenoida dan Toroida

Besarnya induktansi solenoid dan toroida dapat kita ketahui dengan menggunakan persamaan berikut:

4.      Induktansi Bersama

Satuan SI dari induktansi bersama dapat dinamakan henry (H), untuk menghormati fisikawan Amerika Joseph Henry (1797-1878), salah seorang dari penemu induksi elektromagnetik. Satu henry (1 H) sama dengan satu weber per ampere (1 Wb/A). Induktansi bersama dapat merupakan sebuah gangguan dalam rangkaian listrik karena perubahan arus dalam satu rangkaian dapat menginduksi tegangan yang tidak diingikan oleh rangkaian lainnya yang berada didekatnya, untuk meminimalkan efek ini, maka system rangkaian ganda harus dirancang dengan M adalah sekecil-kecilnya; misalnya, dua koil akan ditempatkan jauh terpisah terhadap satu sama lain atau dengan menempatkan bidang-bidang kedua koil itu tegak lurus satu sama lain.

Induktansi bersama juga mempunyai banyak pemakaian, contohnya transformator, yang dapat digunakan dalam rangkaian arus bolak-balik untuk menaikan atau menurunkan tegangan. Sebuah arus bolak-balik yang berubah terhadap waktu dalam satu koil pada transformator itu menghasilkan arus bolak-balik dalam koil lainnya; nilai M, yang tergantung pada geometri koil-koil, menentukan amplitude dari tge induksi dalam koil ke dua dan karena itu maka akan menginduksi amplitude tegangan keluaran tersebut. Definisi induktansi bersama dapat dilihat dari persamaan berikut:

N²ϕ²

Ialah banyaknya tautan fluksi dengan kumparan 2. Jika bahan feromagnetik tidak ada, maka fluks ϕ² berbanding langsung dengan arus I dan induktansi mutualnya konstan.

3.                  Teori Generator AC dan Jenis-jenisnya

Generator arus bolak-balik berfungsi mengubah tenaga mekanis menjadi tenaga listrik arus bolak-balik. Generator Arus Bolak-balik sering disebut juga seabagai alternator, generator AC (alternating current), atau generator sinkron. Dikatakan generator sinkron karena jumlah putaran rotornya sama dengan jumlah putaran medan magnet pada stator. Kecepatan sinkron ini dihasilkan dari kecepatan putar rotor dengan kutub-kutub magnet yang berputar dengan kecepatan yang sama dengan medan putar pada stator. Mesin ini tidak dapat dijalankan sendiri karena kutub-kutub rotor tidak dapat tibatiba mengikuti kecepatan medan putar pada waktu sakelar terhubung dengan jala-jala. Prinsip kerjanya dapat dipelajari dengan teori medan elekronik. Poros pada generator dipasang dengan material ferromagnetik 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 dihasilkan ini disalurkan melalui kabel jaringan listrik.

Generator AC merupakan komponen yang dapat mengubah energi gerak menjadi energi listrik. Penggunaan generator saat ini dapat dimanfaakan sebagai pembangkit 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:

a.       Jumlah perputaran pada lilitan

b.      Kekuatan medan

c.        Kecepatan rotasi lilitan / medan magnet

d.       Generator arus bolak-balik sering disebut sebagai generator sinkron atau alternator.

Generator arus bolak-balik memberikan hubungan yang sangat penting dalam proses perubahan energi dari batu bara, minyak, gas, atau uranium ke dalam bentuk yang bermanfaat untuk digunakan dalam industri atau rumah tangga, dalam generator arus bolak-balik bertegangan rendah yang kecil, medan diletakan pada bagian yang berputar atau rotor dan lilitan jangkar pada bagian yang diam atau stator dari mesin Konstruksi Generator AC.  

Generator arus bolak-balik ini terdiri dari dua bagian utama, yaitu:

a)      Stator

Stator merupakan bagian diam dari generator yang mengeluarkan tegangan bolak-balik, antara lain: 

a.       Inti stator.

Bentuk dari inti stator ini berupa cincin laminasi-laminasi yang diikat serapat mungkin untuk menghindari rugi-rugi arus eddy (eddy current losses). Pada inti ini terdapat slot-slot untuk menempatkan konduktor dan untuk mengatur arah medan magnetnya. 

b.      Belitan stator.

Bagian stator yang terdiri dari beberapa batang konduktor yang terdapat di dalam slot-slot dan ujung-ujung kumparan. Masing-masing slot dihubungkan untuk mendapatkan tegangan induksi. 

c.       Alur stator.

Merupakan bagian stator yang berperan sebagai tempat belitan stator ditempatkan. 

d.      Rumah stator.

Bagian dari stator yang umumnya terbuat dari besi tuang yang berbentuk silinder. Bagian belakang dari rumah stator ini biasanya memiliki sirip-sirip sebagai alat bantu dalam proses pendinginan.

Stator terdiri dari badan generator yang terbuat dari baja yang berfungsi melindungi bagian dalam generator, kotak terminal dan name plate pada generator. Inti Stator yang terbuat dari bahan ferromagnetik yang berlapis-lapis dan terdapat alur-alur tempat meletakkan lilitan stator. Lilitan stator yang merupakan tempat untuk menghasilkan tegangan. Sedangkan, rotor berbentuk kutub sepatu (salient) atau kutub dengan celah udara sama rata.

b)      Rotor

Rotor merupakan bagian bergerak yang menghasilkan medan magnit yang menginduksikan ke stator. Stator dipisahkan oleh celah udara (air gap). Rotor terdiri dari dua bagian umum, yaitu Inti kutub  dan Kumparan medan. Pada bagian inti kutub terdapat poros dan inti rotor yang memiliki fungsi sebagai jalan atau jalur fluks magnet yang dibangkitkan oleh kumparan medan. Pada kumparan medan ini juga terdapat dua bagian, yaitu bagian penghantar sebagai jalur untuk arus pemacuan dan bagian yang diisolasi. Isolasi pada bagian ini harus benar-benar baik dalam hal kekuatan mekanisnya, ketahanannya akan suhu yang tinggi dan ketahanannya terhadap gaya sentrifugal yang besar. Konstruksi rotor untuk generator yang memiliki nilai putaran relatif tinggi biasanya menggunakan konstruksi rotor dengan kutub silindris atau ”cylinderica poles” dan jumlah kutubnya relatif sedikit (2, 4, 6). Konstruksi ini dirancang tahan terhadap gaya-gaya yang lebih besar akibat putaran yang tinggi, untuk putaran generator yang relatif rendah atau sedang (kurang dari 1000 rpm), dipakai konstruksi rotor dengan kutub menonjol atau ”salient pole” dengan jumlah kutub-kutub yang relatif banyak. Pada prinsipnya, salah satu dari penghantar atau kutub-kutub ini dibuat sebagai bagian yang tetap sedangkan bagian-bagian yang lainnya dibuat sebagai bagian yang berputar.

c)      Brush sebagai penghubung kemotor listrik

            Sikat atau Brush berfungsi untuk mengalir arus listrik dari regulator ke rotor coil. Pada altenator terdapat dua sikat, yaitu :

a.       Sikat positip yang berhubungan dengan terminal F alternator

b.      Sikat negatip berhubungan dengan bodi altenator dan terminal E

            Sikat selalu menempel dengan slip ring, saat rotor berputar maka akan terjadi gesekan antara slip ring dengan sikat, sehingga sikat menjadi cepat aus.  Kontak sikat dengan slip ring harus baik agar listrik dapat mengalir dengan baik,  agar kontak sikat dengan slip ring baik maka sikat ditekan oleh pegas.

           Sikat merupakan bagian yang sering menjadi penyebab gangguan pada altenator, karena cepat aus. Sikat yang sudah pendek dapat menyebabkan aliran listrik ke rotor coil berkurang, akibat tekanan pegas yang melemah. Berkurangnya aliran listrik ke rotor coil menyebabkan  kemagnetan rotor berkurang dan listrik yang dihasilkan altenator  menurun.  Bila sikat suda pendek harus segera diganti, sebab kalau sampai sikat habis maka slip ring akan bergesekan dengan pegas sikat sehingga menjadi aus. Sikat yang sudah habis dapat menyebabkan liran listrik ke rotor coil terputus, kemgnetan rotor hilang, altenator tidak dapat menghasilkan listrik, tidak terjadi proses pengisian.

Sikat patah  dan pecahnya rumah sikat sering dijumpai akibat kesalahan saat merakit altenator. Saat  rotor dilepas sikat akan keluar akibat tekanan pegas, pada kondisi tersebut bila seseorang merakit rotor, maka bearing rotor akan menekan sikat sehingga sikat patah dan hal ini dapat pula menyebabkan rumah sikat pecah, untuk menghindari hal tersebut maka sikat harus dimasukkan ke rumahnya dan ditahan menggunakan kawat yang dimasukan melaui lubang kecil yang sedah tersedia, bila sikat sudah tertahan oleh kawat maka rotor dapat dimasukkan dengan aman.

Jumlah Kutub pada Generator

Jumlah kutub generator arus bolak-balik tergantung dari kecepatan rotor dan frekuensi dari ggl yang dibangkitkan.

Prinsip kerja Motor AC Satu Fasa

Motor AC satu fasa berbeda cara kerjanya dengan motor AC tiga fasa, dimana pada motor AC tiga fasa untuk belitan statornya terdapat tiga belitan yang menghasilkan medan putar dan pada rotor sangkar terjadi induksi dan interaksi torsi yang menghasilkan putaran. Sedangkan pada motor satu fasa memiliki dua belitan stator, yaitu belitan fasa utama (belitan U1-U2) dan belitan fasa bantu (belitan Z1-Z2).

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 belitan utama.

Grafik arus belitan bantu Ibantu dan arus belitan utama Iutama berbeda fasa sebesar φ, hal ini disebabkan karena perbedaan besarnya impedansi kedua belitan tersebut. Perbedaan arus beda fasa ini menyebabkan arus total, merupakan penjumlahan vektor arus utama dan arus bantu. Medan magnet utama yang dihasilkan belitan utama juga berbeda fasa sebesar φ dengan medan magnet bantu.

Belitan bantu Z1-Z2 pertama dialiri arus Ibantu menghasilkan fluks magnet Φ 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 kawat yang ujung-ujungnya dihubung singkatkan dan menyerupai bentuk sangkar tupai, maka sering disebut rotor sangkar.

Belitan rotor yang dipotong oleh medan putar stator, menghasilkan tegangan induksi, interaksi antara medan putar stator dan medan magnet rotor akan menghasilkan torsi putar pada rotor.

2)      Generator 3 fasa

Generator yang dimana dalam sistem melilitnya terdiri dari tiga kumpulan kumparan yang mana kumparan tersebut masing-masing dinamakan lilitan fasa. Jadi pada statornya ada lilitan fasa yang ke satu ujungnya diberi tanda U – X; lilitan fasa yang ke dua ujungnya diberi tanda dengan huruf 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 terdiri atas beberapa kumparan, yang dipasang dalam alur-alur inti stator. Kumparan stator terdapat sisi kumparan yang terletak dalam alur-alur, dan kepala-kepala kumparan yang menghubungkan sisi-sisi kumparan diluar alur-alur satu sama lain. Tiap-tiap kumparan terdiri atas satu atau lebih lilitan menurut besar tegangan. Dalam gambar 2.2a dilukiskan sebuah kumparan yang terdiri atas empat lilitan. Jumlah kawat tiap sisi kumparan sama banyaknya dengan jumlah lilitan pada tiap-tiap kumparan.

Perhitungan Tegangan Generator

Diputarnya rotor generator sepanjang dua poolstek (jarak antara pertengahan kutub magnit 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 Φ 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 :
E rata-rata = e. f = 4. Φ. f. 10-8 volt.

Dengan demikian maka secara lengkap rumus untuk GGL dari generator dapat dituliskan sebagai berikut :

E = 4. f. fv. fw. Φ. 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 adalah 0,96).

Φ = fluks (garis gaya = 108 maxwell)

W = lilitan

Prinsip Kerja Generator AC

Gambar : Prinsip Kerja Generator AC

a)   Ketika kumparan diputar didalam medan magnet,satu sisi kumparan(biru) bergerak ketas sedang lainnya(kuning)bergerak kebawah

b)   Kumparan mengalami perubahan garis gaya magnet yang semakin sedikit, sehingga pada kedua sisi kumparan mengalir  arus listrik mengitari kumparan mengalir arus listrik mengitari  kumparan hingga kumparan sinusoid.

c)   Pada posisi sinusoid kumparan tidak mengalami perubahan garis gaya magnet sehingga tidak ada listrik yang mengalir pada kumparan.

d)  Pada posisi ini kumparan mendapat garis – garis magnet maksimum.

e)   Kumparan terus berputar hingga sisi biri bergerak kebawah dan sisi kuning bergerak keatas.

f)    Kumparan mengalami perubahan garis gaya magnet yang bertambah banyak, sehingga pada setiap sisi kumparan mengalir arus listrik yang berlawanan hingga posisi kumparan sinusoidal. Kumparan terus berputar hingga sisi biru bergerak ketas dan sisi kuning bergerak kebawah.

g)   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.

h)   Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan ini disalurkan melalui kabel jaringan listrik untuk akhirnya digunakan masyarakat

Generator AC bekerja berdasarkan atas prinsip dasar induksi elektromagnetik. Tegangan bolak-balik akan dibangkitkan oleh putaran medan magnetik dalam kumparan jangkar yang diam, dalam hal ini kumparan medan terletak pada bagian yang sama dengan rotor dari generator. Nilai dari tegangan yang dibangkitkan bergantung pada :

a.       Jumlah dari lilitan dalam kumparan.

b.      Kuat medan magnetik, makin kuat medan makin besar tegangan yang
diinduksikan.

c.       Kecepatan putar dari generator itu sendiri.

Prinsip generator ini secara sederhana dapat dijelaskan bahwa tegangan akan diinduksikan pada konduktor apabila konduktor tersebut bergerak pada medan magnet sehingga memotong garis-garis gaya. Hukum tangan kanan berlaku pada generator dimana menyebutkan bahwa terdapat hubungan antara penghantar bergerak, arah medan magnet, dan arah resultan dari aliran arus yang terinduksi. Apabila ibu jari menunjukkan arah gerakan penghantar, telunjuk menunjukkan arah fluks, jari tengah menunjukkan arah aliran elektron yang terinduksi. Hukum ini juga berlaku apabila magnet sebagai pengganti penghantar yang digerakkan.  Terdapat dua jenis konstruksi dari generator ac, jenis medan diam atau medan magnet dibuat diam dan medan magnet berputar.

Menentukan Resistansi dan Reaktansi

Untuk bisa menentukan nilai reaktansi dan impedansi dari sebuah generator, harus dilakukan percobaan (test). Ada tiga jenis test yang biasa dilakukan, yaitu:
• Test Tanpa beban ( Beban Nol )

• Test Hubung Singkat.

• Test Resistansi Jangkar.

Test Tanpa Beban

Test Tanpa Beban dilakukan pada kecepatan Sinkron dengan rangkaian jangkar terbuka (tanpa beban) seperti diperlihatkan pada Gambar 6. Percobaan dilakukan dengan cara mengatur arus medan (If) dari nol sampai rating tegangan output terminal

Test Hubung Singkat

Untuk melakukan test ini terminal generator dihubung singkat, dan dengan Ampermeter diletakkan diantara dua penghantar yang dihubung singkat tersebut. Arus medan dinaikkan secara bertahap sampai diperoleh arus jangkar maksimum.

Test Resistansi Jangkar

Dengan rangkaian medan terbuka, resistansi DC diukur antara dua terminal output sehingga dua fasa terhubung secara seri, Gambar 9. Resistansi per fasa adalah setengahnya dari yang diukur.

Dalam kenyataannya nilai resistansi dikalikan dengan suatu faktor untuk menentukan nilai resistansi AC efektif , eff R . Faktor ini tergantung pada bentuk dan ukuran alur, ukuran penghantar jangkar, dan konstruksi kumparan. Nilainya berkisar antara 1,2 s/d 1,6 .

4.      Pemanfaatan 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 tersebut akan 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 pada tegangan yang sangat tinggi. Contoh lainnya adalah alternator di mobil, yang sangat kecil sebagai perbandingannya. Beratnya hanya beberapa kilogram dan menghasilkan daya sekitar 100 hingga 200 watt, 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 AC disebut dengan alternator atau generator saja. Selain generator AC dengan kapasitas yang relatif besar tersebut, kita mengenal pula generator dengan kapasitas yang relatif kecil, misalnya generator 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.

5.      Altenator

Alternator adalah peralatan elektromekanis yang mengkonversikan energi mekanik menjadi energi listrik arus bolak-balik. Pada prinsipnya, generator listrik arus bolak-balik disebut dengan alternator, tetapi pengertian yang berlaku umum adalah generator listrik pada mesin kendaraan. Alternator pada pembangkit listrik yang digerakan dengan turbin uap disebut turbo alternator.

Fungsi alternator adalah untuk mengubah energi mekanis yang didapatkan dari mesin tenaga listrik . Energi mekanik dari mesin disalurkan sebuah puli, yang
memutarkan roda dan menghasilkan arus listrik bolak-balik pada stator. Arus listrik bolak-balik ini kemudian dirubah menjadi arus searah oleh diode-diode.
Komponen utama alternator adalah : rotor yang menghasilkan medan magnet
listrik, stator yang menghasilkan arus listrik bolak-balik, dan beberapa diode yang
menyearahkan arus.

Komponen tambahan lain adalah : sikat-sikat yang mensuplai arus listrik ke rotor untuk menghasilkan kemagnetan (medan magnet), bearing-bearing yang
memungkinkan rotor dapat berputar lembut dan sebuah kipas untuk mendinginkan
rotor, stator dan diode.

Konstruksi alternator bagian-bagiannya terdiri dari :

1.      Pull (pully)

Puli berfungsi untuk tempat tali kipas penggerak rotor.

2.      Kipas (fan)

Fungsi kipas adalah untuk mendinginkan diode dan kumparan-kumparan pada
alternator.

3.      Rotor 

Rotor merupakan bagian yang berputar di dalam alternator, pada rotor terdapat kumparan rotor (rotor coil) yang berfungsi untuk membangkitkan kemagnetan.  Kuku-kuku yang terdapat pada rotor berfungsi sebagai kutub-kutub magnet, dua slip ring yang terdapat pada alternator berfungsi sebagai penyalur listrik kekumparan rotor.

Rotor ditumpu oleh dua buah bearing, pada bagian depannya terdapat puli dan kipas, sedangkan di bagian belakang terdapat slip ring.

4.      Stator

Pada ganbar diatas terlihat ganbar konstruksi dan stator coil.Kumparan stator adalah bagian yang diam dan terdiri dari tiga kumparan yang pada salah satu ujung-ujungnya dijadikan satu. Pada gambar sebelah kanannya terlihat teori
gambar konstruksi ini disebut hubungan “Y” atau bintang tiga fhase. Bgian tengah
yang menjadi satu adalah pusat gulungan.Dan bagian ini disebut terminal “N”.
Pada bagian ujung kabel lainnya akan menghasilkan arus bolak-balik (AC) tiga
phase.

5.      Rectifier (Diode)

Pada gambar diatas memperlihatkan konstruksi dan hubungan antara stator coil dengan diode. Ketiga ujung dari stator dihubingkan dengan kedua macam diode.  Pada model yang lama terdapat dua bagian yang terpisah antara diode positif (+) dan diode negatif (-). Bagian positif (+) mempunyai rumah yang lebih besar daripada yang negatif (-). Selain perbedaan tersebut ada lagi perbedaan lainnya yaitu strip merah pada diode positif dan strip hitam pada diode negatif.

Fungsi dari diode adalah menyearahkan arus bolak-balik (AC) yang dihasilkan oleh stator coil menjadi arus searah (DC). Diode juga berfungsi mencegah arus balik dari baterai ke alternator.

BAB IV

PENUTUP

A.    Kesimpulan

            Berdasarkan uraian diatas maka dapat disimpulkan bahwa Generator listrik bolak balik (AC) adalah alat yang digunakan untuk memproduksi listrik bolak balik (AC). Generator ini terdiri dari dua bagian, yaitu rotor dan stator. Rotor adalah bagian genertor yang bergerak, seperti kumparan, sedangkan Stator adalah bagian generator yang diam, seperti magnet permenen, cincin, dan sikat/terminal.

Generator arus bolak-balik sering disebut sebagai generator sinkron atau alternator. Generator arus bolak-balik memberikan hubungan yang sangat penting dalam proses perubahan energi dari batu bara, minyak, gas, atau uranium ke dalam bentuk yang bermanfaat untuk digunakan dalam industri atau rumah tangga, dalam generator arus bolak-balik bertegangan rendah yang kecil, medan diletakan pada bagian yang berputar atau rotor dan lilitan jangkar pada bagian yang diam atau stator dari mesin.

B.     Saran

1.      Sebaiknya dalam penggunaan generator haruslah memperhatikan keamanan dan keselamatan dalam pemakaian agar tidak terjadi hal-hal yang tidak diinginkan.

2.      Sebaiknya perawatan generator dilakukan secara berkala sehingga keawetan dari generator itu sendiri dapat bertahan lama.

DAFTAR PUSTAKA

Drs. Daryanto. 1995. Pengetahuan Teknik Listrik . Jakarta: PT Bumi aksara

http://fisika79.wordpress.com/2011/04/10/arus-listrik-ac-2/

http://www.mediabali.net/listrik_dinamis/sifatsifat_listrik_ac.html

http://kanagaartikeldanmakalah.blogspot.com/2011/02/generator-ac.html

http://ianhanes.blogspot.com/2012/06/searah-generator-adalah-mesin-yang.html

http://rendemen.wordpress.com/2011/11/24/generator/

http://oktanggrainitu.blogspot.com/2013/02/generator-ac-dc.html

http://elektroclan.blogspot.com/2013/05/generator.html

https://www.academia.edu/5791272/Induksi_Elektromagnetik_inilah_yang_mendasari_konsep