BAB I

PENDAHULUAN

I.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.

I.2 MAKSUD DAN TUJUAN

Maksud dan Tujuan dari pembuatan Makalah ini adalah :

1) Mengetahui tentang Generator AC

2) Mengetahui tentang Jenis – Jenis Generator AC

I.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,

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 disalurkan generator 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

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 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.

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

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.

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.

• 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

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.

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.

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.

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.

Perhitungan Tegangan Generator

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 = 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).

Φ = fluks (garis gaya = 108 maxwell)

W = lilitan

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.