generator-ac-dc
- 1. BAB I PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG 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 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 mendahului yang lainnya. Berdasarkan arus yang dihasilkan. Generator dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu generator AC dan generator DC. Generator AC menghasilkan arus bolak-balik (AC) dan generator DC menghasilkan arus searah (DC). Baik arus bolak-balik maupun searah memiliki manfaat bagi manusia dalam kehidupan sehari-hari, diantaranya untuk penerangan dan alat-alat pemanas.
- 2. 1.2 MAKSUD DAN TUJUAN Maksud dan Tujuan dari pembuatan Makalah ini adalah : 1) Mengetahui tentang Generator AC 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 generatorjenis-jenis generator AC,
- 3. BAB II PEMBAHASAN Generator AC Generator adalah salah satu komponen yang dapat mengubaha energi gerak menjadi energi listrik.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 arus listrik tertentu.Tegangan dan arus listrik yang dhasilkan ini disalurkan melalui kabel jaringan listrik. Berdasarkan arus yang disalurkangenerator menjadi 2 jenis yaitu generator AC (bolak balik) dan generator DC(searah).Generator AC merupakan komponen yang dapat mengubah energy gerak menjadi energi listrik.Penggunaan generator saat ini dapat dimanfaakan sebagai pembangkit listrik
- 4. 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 ketas sedang lainnya(kuning)bergerak kebawah - 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 - 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 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 - 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-driven rotor disusun sedemikian rupa sehingga membentuk dua atau empat kutub yang
- 5. berbeda.Belitan-belitan tersebut diletakan erat-erat didalam slot agar tahan terhadap gaya sentrifugal 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 memiliki gaya 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 membangkitkantegangan AC - Brush sebagai penghubung kemotor listrik - Medan magnet 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 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), lihat gambar1.
- 6. Gambar 1. Prinsip Medan Magnet 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 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. Gambar 2. grafik Gelombang arus medan bantu dan arus medan utama
- 7. Gambar 3. Medan magnet pada Stator Motor satu fasa 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.
- 8. Gambar 4. 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. 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 dengan notasi 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 (lihat gambar6): • Untuk menghasilkan putaran ke kiri (berlawanan jarum jam) kondensator kerja CB disambungkan ke terminal U1 dan Z2 dan terminal Z1 dikopel dengan terminal.
- 9. • Putaran ke kanan (searah jarum jam) kondensator kerja disambung kan ke terminal Z1 dan U1 dan terminal Z2 dikopel dengan terminal U1. 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 CB, dan 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
- 10. 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 dan dihubung 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.
- 11. 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-tengah stator, lihat gambar 10. Gambar 10. Penampang motor shaded pole. Torsi putar dihasilkan oleh adanya pembelahan phasa oleh kawat shaded pole. Konstruksi yang sederhana, daya yang kecil, handal, mudah dioperasikan, bebas perawatan dan cukup di suplai dengan Tegangan AC 220 V, jenis motor shaded pole banyak digunakan untuk peralatan rumah tangga kecil.
- 12. Motor Universal Motor Universal termasuk motor satu phasa dengan menggunakan belitan stator dan belitan rotor. Motor universal dipakai pada mesin jahit, motor bor tangan. Perawatan rutin dilakukan dengan mengganti sikat arang yang memendek atau pegas sikat arang yang lembek. Kontruksinya yang sederhana, handal, mudah dioperasikan, daya yang kecil, torsinya yang cukup 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 belas alur 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.
- 13. Gambar 12. stator dan rotor motor universal 2.Generator3fasa 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 Lilitan stator terdiri atas beberapa kumparan, yang dipasang dalam alur-alur inti stator. Pada 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. PerhitunganTeganganGenerator Dengan 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 : Erata-rata = e. f = 4. Φ. 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
- 14. = 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.Φ. 10-8 Volt. Karena seluruh jumlah lilitan stator terdiri atas banyak lilitan kawat sebanyak W, maka besarnya GGL yang dibangkitkan dalam generator adalah: E = 4. f. fv. Φ. 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 yang dibangkitkan dalam lilitan-lilitan kawat akan agak berkurang daripada ketentuan rumus diatas. Ini dikarenakan bahwa kawat-kawat dalam tiap-tiap saluran itu berhadapan dengan Φ 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. 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).
- 15. Φ = fluks (garis gaya = 108 maxwell) W = lilitan 1.2.4 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.