GENERATOR ACDisusun untuk memenuhi tugas Mata Kuliah Teknik kelistrikan dan Elektronika

Dosen pengampu Drs. Emily Dardi, M.Kes

Disusun Oleh:

Guntur Susilo (K2512037)

Hanief Iqbal S (K2512039)

Hera Kusuma W (K2512041)

Kurniawan Mukti C (K2508015)

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN TEKNIK MESI N

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2013

1

KATA PENGANTAR

Segala puji syukur hanya bagi Alloh SWT yang telah melimpahkan banyak rahmat, nikmat, hidayah, dan inayah-Nya kepada penulis sehingga pada waktu-Nya penulis dapat menyelesaikan penulisan makalah ini.

Makalah ini disusun untuk memenuhi tugas mata kuliah Teknik Listrik dan Elektronika.

Penulis menyadari bahwa dengan keterbatasan yang dimiliki tidak dapat menyelesaikan makalah ini dengan baik tanpa bantuan, saran, dorongan, dan perhatian dari berbagai pihak.

Dalam kesempatan ini dengan segenap kerendahan hati, penulis menghaturkan terima kasih kepada ayah dan ibu tercinta yang selalu mendoakan dan memotivasi penulis, kakak dan adik yang kubanggakan serta semua pihak yang telah membantu terlaksananya makalah ini.

Peribahasa menyebutkan “Tiada gading yang tak retak”, penulis menyadari akan kekurangan yang ada, untuk itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang sifatnya membangun demi kesempurnaan penulis di masa yang akan datang.

Akhirnya penulis berharap semoga karya ini bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan.

Surakarta, Desember 2013

Tim Penulis

2

Daftar Isi

Halaman judul.....................................................................................................i

Kata pengantar....................................................................................................ii

Daftar isi...............................................................................................................iii

Bab I Pendahuluan..............................................................................................1

A. Latar belakang masalah.........................................................................1

B. Rumusan masalah...................................................................................1

C.Tujuan penulisan.....................................................................................1

Bab II Pembahasan.............................................................................................3

A.Pengertian generator AC.........................................................................3

B.Prinsip kerja generator AC.....................................................................4

C.Bagian-bagian generator AC..................................................................5

D.Macam-macam pembagian generator AC.............................................11

E.Cara kerja generator AC.........................................................................16

F.Rumusan matematis generator AC........................................................17

G.Kelebihan dan kekurangan generator AC............................................25

H.Tips aman penggunaan generator..........................................................28

Bab III Penutup...................................................................................................30

A.Kesimpulan...............................................................................................30

B.Saran..........................................................................................................30

Daftar pustaka.....................................................................................................31

3

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Listrik sangatlah penting bagi kehidupan manusia, dengan adanya listrik

manusia bisa mengerjakan pekerjaan dengan efektif, kita bisa menoton TV,

menelfon, main games, memasak dan lain-lain. Di dunia ada banyak sumber

tenaga listrik, ada PLTA, ada PLTD, PLTU dan lain-lain, semua itu

membutuhkan alat untuk bisa menghasilkan listrik yaitu generator. Generator

adalah dinamo yang digunakan untuk mengubah energi mekanis menjadi energi

listrik pada dan berdasarkan arus yang dihasilkan generator dibagi menjadi dua

yaitu generator AC dan genera DC. Dan yang akan dibahas pada makalah ini lebih

spesifik pada generator AC.

Generator Arus Bolak-balik sering disebut juga sebagai alternator atau

generator AC (alternating current) atau juga generator singkron. Alat ini sering

dimanfaatkan di industri untuk mengerakkan beberapa mesin yang menggunakan

arus listrik sebagai sumber penggerak.

B. Rumusan Masalah

Apa pengertian dari generator AC?

Bagaimana prinsip kerja dari generator AC?

Apa saja bagian-bagian dari generator AC?

Bagaimana cara kerja dari generator AC?

Apa saja macam-macam pembagian generator AC?

Apa kelebihan dan kekurangan generator AC?

Bagaimana penggunaan generator yang benar?

C. Tujuan Penulisan

Mengetahui pengertian dari generator AC

Mengetahui prinsip kerja generator AC

Mengetahui bagian-bagian dari generator AC

4

Mengetahui cara kerja dari generator AC

Mengetahui macam-macam pembagian generator AC

Mengetahui kelebihan dan kekurangan generator AC

Mengetahui penggunaan generator yang benar

5

BAB II

PEMBAHASAN

A. Pengertian generator AC

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 90o pertama akan dihasilkan tegangan

maksimum positif dan pada sudut 270o kedua akan dihasilkan tegangan

maksimum negatif. Ini terjadi secara terus menerus/continue. Bentuk tegangan

seperti ini lebih dikenal sebagai fungsi tegangan bolak-balik.

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

6

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. Prinsip kerja generator AC

Generator AC bekerja berdasarkan atas prinsip dasar induksi

elektromagnetik Faraday. 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 :

1. Jumlah dari lilitan dalam kumparan.

2. Kuat medan magnetik, makin kuat medan makin besar tegangan yang

diinduksikan.

3. Kecepatan putar dari generator itu sendiri.

Prinsip dasar generator arus bolak-balik menggunakan hukum Faraday

yang menyatakan jika sebatang penghantar berada pada medan magnet yang

berubah-ubah, maka pada penghantar tersebut akan terbentuk gaya gerak listrik.

proses terjadinya tenaga mekanik ke tenaga listrik ada beberapa syarat yaitu:

1.  Adanya fluks yang ditimbukan oleh dua buah kutub magnet.

2.  Adanya kawat penghantar.

7

3.  Adanya putaran yang menyebabkan penghantar memotong fluks2 magnet

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.

C. Bagian-bagian generator AC

Pulley

Berfungsi untuk tempat V belt penggerak alternator yang memindahkan gerak

putar mesin untuk memutar alternator.

Kipas (fan)

Berfungsi untuk mendinginkan komponen altenator yaitu diode maupun

kumparan pada alternator.

8

Rotor

Fungsi rotor untuk menghasilkan medan magnet, kuat medan magnet yang

dihasilkan tergantung besar arus listrik yang mengalir ke rotor coil.  Listrik ke

rotor coil disalurkan melalui sikat yang selalu menempel pada slip ring. Terdapat

dua sikat yaitu sikat positip berhubungan dengan terminal F,  sikat negatip

berhubungan dengan massa atau terminal E.  Semakin tinggi putaran mesin,

putaran rotor altenator semakin tinggi pula, agar listrik yang dihasilkan tetap stabil

maka kuat magnet yang dihasilkan semakin berkurang sebanding dengan putaran

mesin.

Rotor alternator

Bila rotor dirangkai seperti gambar diatas, maka arus listrik akan mengalir dari

positip baterai, variable resistor, amper meter, slip ring, rotor coil, slip ring dan ke

negatip baterai. Adanya aliran listrik pada rotor menyebabkan rotor menjadi

magnet,  saat tahanan pada variable resistor kecil maka arus yang mengalir sangat

besar, magnet pada rotor sangat kuat, namun bila tahanan variable resistor besar

maka arus yang mengalir ke rotor coil menjadi kecil sehingga kemagnetan juga

menjadi kecil. Pada saat tahanan variable resistor kecil maka voltmeter  yang

dipasang pada slip ring menunjukan tegangan yang besar, sebaliknya saat tahanan

variable resistor besar maka tegangan pada slip ring menjadi kecil.

9

Stator

Stator berfungsi sebagai kumparan yang menghasilkan listrik saat terpotong

medan magnet dari rotor.Stator terdiri dari stator core (inti stator)  dan stator coil.

Disain stator coil ada 2 macam yaitu model “delta” dan model “Y”. Pada model 

“Y”, ketiga ujung kumparan tersebut disambung menjadi satu. Titik sambungan

ini disebut titik “N” (neutral point). Pada model delta ketiga ujung lilitan

dijadikan satu sehingga membentuk segi tiga (delta). Model ini tidak memiliki

terminal neutral (N). Stator coil menghasilkan arus listrik AC tiga phase. Tiap

ujung stator dihubungkan ke diode positip dan diode negatip.

10

Sikat (brush)

Sikat berfungsi untuk mengalir arus listrik dari regulator ke rotor coil. Pada

altenator terdapat dua sikat, yaitu :

1.        Sikat positip yang berhubungan dengan terminal F alternator

2.        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.

11

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.

Regulator

Regulator berfungsi untuk mengatur arus dan tegangan yang dihasilkan oleh

altenator. Arus yang dihasilkan altenator sampai putaran 2000 rpm sebesar 10 A

atau kurang, namun saat beban lampu dihidupkan maka arus yang dihasilkan pada

putaran 2000 rpm sebesar 30 A atau lebih sesuai kapasitas dari altenator dan

beban listriknya. Tegangan yang dihasilkan altenator dijaga tetap stabil pada 13,8-

14,8 Volt.  Regulator mekanik 6 terminal mempunyai terminal E, F, N, B, IG dan

L. Pada regulator ini terdiri dari dua bagian yaitu voltage regulator yang berfungsi

untuk mengatur arus dan tegangan pengisian dan voltage relay yang berfungsi

untuk mengatur hidup dan matinya lampu indicator pengisian sebagai indikasi

sistem pengisian berfungsi.

12

Pola susunan terminal pada regulator tipe A adalah IG,N,F dan E,L,B,

sedangkan pola susunan terminal pada regulator tipe B adalah B,L,E dan F,N,IG.

Meskipun terminal regulator mempunyai pola tertentu, namun kita sering

mengalami kesulitan dalam menentukan terminal regulator, sehingga kita

kesulitan menentukan apakah regulator tertentu tipa A atau tipe B.

Sistem pengoperasian Unit AVR (Automatic Voltage Regulator) berfungsi

untuk menjaga agar tegangan generator tetap konstan dengan kata lain generator

akan tetap mengeluarkan tegangan yang selalu stabil tidak terpengaruh pada

perubahan beban yang selalu berubah-ubah, dikarenakan beban sangat

mempengaruhi tegangan output generator.

Prinsip kerja dari AVR adalah mengatur arus penguatan (excitacy) pada

exciter. Apabila tegangan output generator di bawah tegangan nominal tegangan

generator, maka AVR akan memperbesar arus penguatan (excitacy) pada exciter.

Dan juga sebaliknya apabila tegangan output Generator melebihi tegangan

nominal generator maka AVR akan mengurangi arus penguatan (excitacy) pada

exciter. Dengan demikian apabila terjadi perubahan tegangan output Generator

akan dapat distabilkan oleh AVR secara otomatis dikarenakan dilengkapi dengan

peralatan seperti alat yang digunakan untuk pembatasan penguat minimum

ataupun maximum yang bekerja secara otomatis.

13

 

Gambar 1. Diagram sistem eksitasi.

AVR dioperasikan dengan mendapat satu daya dari permanen magnet generator

(PMG) sebagai contoh AVR dengan tegangan 110V, 20A, 400Hz. Serta mendapat

sensor dari potencial transformer (PT) dan current transformer (CT).

Gambar 2. Diagram AVR.

a. Sensing circuit

Tegangan tiga phasa generator diberikan pada sensing circuit melewati PT

dan 90R terlebih dahulu, dan tegangan tiga phasa keluaran dari 90R diturunkan

kemudian disearahkan dengan rangkaian dioda, dan diratakan oleh rangkaian

14

kapasitor dan resistor dan tegangan ini dapat diatur dengan VR (Variable

Resistant). Keuntungan dari sensing circuit adalah mempunyai respon yang cepat

terhadap tegangan output generator.

Output tegangan respon berbanding lurus dengan output tegangan

Generator berbanding lurus seperti ditinjukkan pada Gambar 3.

Gambar 3. Grafik hubungan sensing tegangan terhadap output of Generator

b. Comparative amplifier

Rangkaian comparative amplifier digunakan sebagai pembanding antara

sensing circuit dengan set voltage. Besar sensing voltage dengan set voltage tidak

mempunyai nilai yang sama sehingga selisih/rentang besar tegangan tersebut.

Selisih tegangan disebut dengan error voltage. Ini akan dihilangkan dengan cara

memasang VR (variable resistance) pada set voltage dan sensing voltage.

c. Amplifier circuit

Aliran arus dari D11, D12, dan R34 adalah rangkaian penguat utama atau

penguatan tingkat terendah. Keluaran dari comparative amplifier dan keluaran

dari over excitation limiter (OEL) adalah tegangan negative dan dari tegangan

negative kemudian pada masukan OP201. Ketika over excitation limiter (OEL)

atau minimum excitation limiter (MEL) tidak operasi maka keluaran dari

comparative amplifier dikuatkan oleh OP201 dan OP301 masukan dari OP301

dijumlahkan dengan keluaran dari dumping circuit. OP401 adalah Amplifier

15

untuk balance meter hubungan antara tegangan masuk dan tegangan keluaran dari

OP201 dan OP401 diperlihatkan pada bagan berikut.

Gambar 4. Rangkaian Amplifier

d. Automatic manual change over and mixer circuit

Rangkaian ini disusun secara Auto-manual pemindah hubungan dan

sebuah rangkaian untuk mengontrol tegangan penguatanmedan generator. Auto-

manual change over and mixer circuit pada operasi manual pengaturan tegangan

penguatan medan generator dilakukan oleh 70E, dan pada saat automatic manual

change over and mixer circuit beroperasi manual maka AVR (automatic voltage

Rregulator) belum dapat beroperasi. Dan apabila rangkaian ini pada kondisi auto

maka AVR sudah dapat bekerja untuk mengatur besar arus medan generator.

e. Limited circuit

Limited circuit adalah untuk penentuan pembatasan lebih dan kurang

penguatan (excitation) untuk pengaturan tegangan output pada sistem excitacy,

VR125 untuk pembatas lebih dari keluaran terminal C6 dan VR126 untuk

pembatas minimal dari keluaran terminal C6.

f. Phase syncronizing circuit

Unit tyristor digunakan untuk mengontrol tegangan output tyristor dengan

menggunakan sinyal kontrol yang diberikan pada gerbang tyristor dengan cara

mengubah besarnya sudut sinyal pada gerbang tyristor. Rangkaian phase

sinkronisasi berfungsi untuk mengubah sudut gerbang tyristor yang sesuai dengan

16

tegangan output dari batas sinkronisasi dan juga sinyal kontrol yang diberikan

pada tyristor di bawah ini terdapat gambar sinkronisasi.

g. Thyristor firing circuit

Rangkaian ini sebagai pelengkap tyristor untuk memberikan sinyal kontrol

pada gerbang tyristor.

h. Dumping circuit

Dumping circuit akan memberikan sensor besarnya penguatan tegangan

dari AC exciter dan untuk diberikan ke amplifier circuit dengan dijadikan feed

back masukan terminal OP301.

i. Unit tyristor

Merupakan susunan dari tyristor dan dioda. Dan juga menggunakan fuse

(sekring) yang digunakan sebagai pengaman lebur dan juga dilengkapi dengan

indikator untuk memantau kerja dari tyristor yang dipasang pada bagian depan

tyristor untuk tiap phase diberikan dua fuse yang disusun pararel dan ketika terjadi

kesalahan atau putus salah satunya masih dapat beroperasi.

j. MEL (minimum excitacy limiter)

MEL (minimum eksitasi limiter) yaitu untuk mencegah terjadinya output

yang berlebihan pada generator dan adanya penambahan penguatan (excitacy)

untuk meningkatkan tegangan terminal generator pada level konstan. Rangkaian

ini digunakan untuk mendeteksi operasional dari generator yaitu dengan

mendeteksi keluaran tegangan dan arus pada generator. Rangkaian inijuga

digunakan untuk membandingkan keluaran tegangan generator dengan eksitasi

minimum yang telah diseting. Rangkaian ini akan memberikan batas sinyal pada

rangkaian AVR apabila melebihi eksitasi minimum, kemudian output dari MEL

(Minimum Eksitasi Limiter) dikuatkan oleh amplifier.

17

Gambar 5. Diagram Minimum Excitasi Limiter.

k. Automatic follower

Prinsip kerja dari alat ini adalah untuk melengkapi penguatan dengan

pengaturan secara manual oleh 70E. Untuk menyesuaikan pengoperasian

generator dalam pembandingan fluktuasi dari tegangan terminal oleh sinyal error.

Hal tersebut digunakan untuk menjaga kesetabilan tegangan pada generator.

Pengoperasian ini digunakan untuk pengaturan manual (70E) untuk ketepatan

tingkatan excitacy yang telah disesuaikan. Kondisi pengoperasian generator dan

pembandingan fluktuasi dari tegangan terminal oleh sinyal tegangan error. Hal

tersebut dijadikan pegangan untuk menjaga kestabilan tegangan pada generator

dengan adanya perubahan beban.

Automatic Follower digunakan untuk mendeteksi keluaran regulator dari sinyal

tegangan error dan pengoperasian otomatis manual adjuster dengan membuat nilai

nol. Rangkaian ini untuk menaikkan sinyal dan menurunkan sinyal yang

dikendalikan oleh 70E. Dengan cara memutar 70E untuk mengendalikan sinyal

pada rangkaian ini.

Gambar 6. Blok Diagram Automatic Follower

18

D. Macam-macam pembagian generator AC

Berdasarkan sistem pembangkitannya generator AC dapat dibagi menjadi 2 yaitu :

1. Generator 1 fasa

Generator yang dimana dalam sistem melilitnya hanya terdiri dari satu kumpulan

kumparan yang hanya dilukiskan dengan satu garis dan dalam hal ini tidak

diperhatikan banyaknya lilitan. Ujung kumparan atau fasa yang satu dijelaskan

dengan huruf besar X dan ujung yang satu lagi dengan huruf U.

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.

E. Cara Kerja generator AC

Ketika kumparan diputar didalam medan magnet,satu sisi kumparan (biru)

bergerak ketas sedang lainnya(kuning)bergerak kebawah

19

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

F. Rumusan Matematis generator AC

Yang akan menjadi kerangka bahasan kali ini adalah pengoperasian

generator sinkron dalam kondisi berbeban, tanpa beban, menentukan reaktansi dan

resistansi dengan melakukan percobaan tanpa beban (beban nol), percobaan

hubung-singkat dan percobaan resistansi jangkar.

Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, bahwa kecepatan rotor dan

frekuensi dari tegangan yang dibangkitkan oleh suatu generator sinkron

berbanding lurus. Gambar 1 akan memperlihatkan prinsip kerja dari sebuah

generator AC dengan dua kutub, dan dimisalkan hanya memiliki satu lilitan yang

terbuat dari dua penghantar secara seri, yaitu penghantar a dan a’.

20

Gambar 1. Diagram Generator AC Satu Phasa Dua Kutub.

Lilitan seperti disebutkan diatas disebut “Lilitan terpusat”, dalam generator

sebenarnya terdiri dari banyak lilitan dalam masing-masing fasa yang terdistribusi

pada masing-masing alur stator dan disebut “Lilitan terdistribusi”. Diasumsikan

rotor berputar searah jarum jam, maka fluks medan rotor bergerak sesuai lilitan

jangkar. Satu putaran rotor dalam satu detik menghasilkan satu siklus per detik

atau 1 Hertz (Hz).

Bila kecepatannya 60 Revolution per menit (Rpm), frekuensi 1 Hz. Maka

untuk frekuensi f = 60 Hz, rotor harus berputar 3600 Rpm. Untuk kecepatan rotor

n rpm, rotor harus berputar pada kecepatan n/60 revolution per detik (rps). Bila

rotor mempunyai lebih dari 1 pasang kutub, misalnya P kutub maka masing-

masing revolution dari rotor menginduksikan P/2 siklus tegangan dalam lilitan

stator. Frekuensi dari tegangan induksi sebagai sebuah fungsi dari kecepatan rotor,

dan diformulasikan dengan:

Untuk generator sinkron tiga fasa, harus ada tiga belitan yang masing-

masing terpisah sebesar 120 derajat listrik dalam ruang sekitar keliling celah udara

seperti diperlihatkan pada kumparan a – a’, b – b’ dan c – c’ pada gambar 2.

Masing-masing lilitan akan menghasilkan gelombang Fluksi sinus satu dengan

lainnya berbeda 120 derajat listrik. Dalam keadaan seimbang besarnya fluksi

sesaat :

ΦA = Φm. Sin ωt

ΦB = Φm. Sin ( ωt – 120° )

21

ΦC = Φm. Sin ( ωt – 240° )

Gambar 2. Diagram Generator AC Tiga Fasa Dua Kutub

Besarnya fluks resultan adalah jumlah vektor ketiga fluks tersebut adalah:

ΦT = ΦA +ΦB + ΦC, yang merupakan fungsi tempat (Φ) dan waktu (t), maka

besar- besarnya fluks total adalah:

ΦT = Φm.Sin ωt + Φm.Sin(ωt – 120°) + Φm. Sin(ωt– 240°). Cos (φ – 240°)

Dengan memakai transformasi trigonometri dari :

Sin α . Cos β = ½.Sin (α + β) + ½ Sin (α + β ),

maka dari persamaan diatas diperoleh :

ΦT = ½.Φm. Sin (ωt +φ )+ ½.Φm. Sin (ωt – φ) + ½.Φm. Sin ( ωt + φ – 240° )+

½.Φm. Sin (ωt – φ) +½.Φm. Sin (ωt + φ – 480°)

Dari persamaan diatas, bila diuraikan maka suku kesatu, ketiga, dan kelima

akan silang menghilangkan. Dengan demikian dari persamaan akan didapat

fluksi total sebesar, ΦT = ¾ Φm. Sin ( ωt - Φ ) Weber .

Jadi medan resultan merupakan medan putar dengan modulus 3/2 Φ dengan

sudut putar sebesar ω. Maka besarnya tegangan masing-masing fasa adalah :

E maks = Bm. ℓ. ω r Volt

dimana :

Bm = Kerapatan Fluks maksimum kumparan medan rotor (Tesla)

ℓ = Panjang masing-masing lilitan dalam medan magnetik (Weber)

ω = Kecepatan sudut dari rotor (rad/s)

r = Radius dari jangkar (meter)

22

Generator Tanpa Beban

Apabila sebuah mesin sinkron difungsikan sebagai generator dengan

diputar pada kecepatan sinkron dan rotor diberi arus medan (If), maka pada

kumparan jangkar stator akan diinduksikan tegangan tanpa beban (Eo), yaitu

sebesar:

Eo = 4,44 .Kd. Kp. f. φm. T Volt

Dalam keadaan tanpa beban arus jangkar tidak mengalir pada stator,

sehingga tidak terdapat pengaruh reaksi jangkar. Fluks hanya dihasilkan oleh arus

medan (If). Bila besarnya arus medan dinaikkan, maka tegangan keluaran juga

akan naik sampai titik saturasi (jenuh), seperti diperlihatkan pada gambar 3.

Kondisi generator tanpa beban bisa digambarkan rangkaian ekuivalennya seperti

diperlihatkan pada gambar 3b.

Gambar 3a dan 3b. Kurva dan Rangkaian Ekuivalen Generator Tanpa Beban

Generator Berbeban

Bila generator diberi beban yang berubah-ubah maka besarnya tegangan

terminal V akan berubah-ubah pula, hal ini disebabkan adanya kerugian tegangan

pada:

• Resistansi jangkar Ra

• Reaktansi bocor jangkar Xl

• Reaksi Jangkar Xa

a. Resistansi Jangkar

23

Resistansi jangkar/fasa Ra menyebabkan terjadinya kerugian tegang/fasa

(tegangan jatuh/fasa) dan I.Ra yang sefasa dengan arus jangkar.

b. Reaktansi Bocor Jangkar

Saat arus mengalir melalui penghantar jangkar, sebagian fluks yang terjadi

tidak mengimbas pada jalur yang telah ditentukan, hal seperti ini disebut Fluks

Bocor.

c. Reaksi Jangkar

Adanya arus yang mengalir pada kumparan jangkar saat generator

dibebani akan menimbulkan fluksi jangkar (ΦA ) yang berintegrasi dengan fluksi

yang dihasilkan pada kumparan medan rotor(ΦF), sehingga akan dihasilkan suatu

fluksi resultan sebesar :

Interaksi antara kedua fluksi ini disebut sebagai reaksi jangkar, seperti

diperlihatkan pada Gambar 4. yang mengilustrasikan kondisi reaksi jangkar untuk

jenis beban yang berbeda-beda.

Gambar 4a, 4b, 4c dan 4d. Kondisi Reaksi Jangkar.

Gambar 4a , memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat generator dibebani

tahanan (resistif) sehingga arus jangkar Ia sefasa dengan GGL Eb dan ΦA akan

tegak lurus terhadap ΦF. Gambar 4b, memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat

generator dibebani kapasitif , sehingga arus jangkar Ia mendahului ggl Eb sebesar

θ dan ΦA terbelakang terhadap ΦF dengan sudut (90 -θ). Gambar 4c,

memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat dibebani kapasitif murni yang

mengakibatkan arus jangkar Ia mendahului GGL Eb sebesar 90° dan ΦA akan

memperkuat ΦF yang berpengaruh terhadap pemagnetan. Gambar 4d,

memperlihatkan kondisi reaksi jangkar saat arus diberi beban induktif murni

24

sehingga mengakibatkan arus jangkar Ia terbelakang dari GGL Eb sebesar 90° dan

ΦA akan memperlemah ΦF yang berpengaruh terhadap pemagnetan.

Jumlah dari reaktansi bocor XL dan reaktansi jangkar Xa biasa disebut reaktansi

Sinkron Xs.

Vektor diagram untuk beban yang bersifat Induktif, resistif murni, dan

kapasitif diperlihatkan pada Gambar 5a, 5b dan 5c.

Gambar 5a, 5b dan 5c. Vektor Diagram dari Beban Generator

Berdasarkan gambar diatas, maka bisa ditentukan besarnya tegangan jatuh

yang terjadi, yaitu :

Total Tegangan Jatuh pada Beban:

25

= I.Ra + j (I.Xa + I.XL)

= I {Ra + j (Xs + XL)}

= I {Ra + j (Xs)}

= I.Zs

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 tercapai.

Gambar 6. Rangkaian Test Generator Tanpa Beban.

Test Hubung Singkat

Untuk melakukan test ini terminal generator dihubung singkat, dan dengan

Ampermeter diletakkan diantara dua penghantar yang dihubung singkat tersebut

(Gambar 7). Arus medan dinaikkan secara bertahap sampai diperoleh arus jangkar

26

maksimum. Selama proses test arus If dan arus hubung singkat Ihs dicatat.

Gambar 7. Rangkaian Test Generator di Hubung Singkat.

Dari hasil kedua test diatas, maka dapat digambar dalam bentuk kurva

karakteristik seperti diperlihatkan pada gambar 8.

Gambar 8. Kurva Karakteristik Tanpa Beban dan Hubung Singkat sebuah

Generator.

Impedansi Sinkron dicari berdasarkan hasil test, adalah:

, If = konstatn

27

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.

Gambar 9. Pengukuran Resistansi DC.

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 .

Bila nilai Ra telah diketahui, nilai Xs bisa ditentukan berdasarkan

persamaan:

G. Kelebihan dan kekurangan generator AC

berdasarkan arah arus listrik yang dihasilkan oleh generator tersebut,

Generator Listrik dibedakan menjadi 2 jenis yaitu,

1.       Generator DC

28

Generator DC merupakan sebuah perangkat mesin listrik dinamis yang

mengubah energi mekanis menjadi energi listrik. Generator DC menghasilkan

arus DC / arus searah.

Perbedaan generator DC dengan Generator AC yang paling

menonjol  adalah generator DC menggunakan komutator sedangkan generator AC

menggunakan Slip Ring.

Komutator pada generator DC berguna untuk menjaga arah putar rotor

supaya tetap satu arah putaran. atau menyearahkan arus-tegangan dari AC menjadi

DC secara mekanis pada terminalnya untuk generator DC

Komutator berbentuk seperti silinder yang mempunyai banyak segmen-

segmen disekelilingnya. 

Setiap segmen dihubungkan oleh kawat atau kabel, karena jumlah segmen

pada komutator jumlahnya sangat banyak maka kawat atau kabel yang dibutuhkan

juga banyak sehingga ini menjadi salah satu kekurangan dari komutator yaitu

29

konstruksinya rumit. Karena konstruksinya yang rumit dan membutuhkan kawat

atau kabel yang banyak, generator DC menjadi mahal harganya. 

Selain itu, akibat komutator mempunyai segmen-segmen yang banyak

dengan jarak yang relatif dekat, ketika komutator berputar dengan kecepatan yang

tingi akan menghasilkan suara yang bising. Dan akibat jarak yang dekat antartiap

segmen, kapasitas tegangannya juga rendah (max 5MW) karena dikhawatirkan

akan terjadi peloncatan bunga api listrik. Kelemahan berikutnya pada komutator

adalah komutator yang sedang berputar harus dihubungkan dengan brush (yang

terdiri dari material Carbon) guna untuk menyalurkan arus DC ke rotor generator.

Hal ini mengakibatkan maintenance yang dilakukan harus lebih sering, karena

brush akan mengalami "Aus" yang mengakibatkan adanya serpihan-serpihan

karbon pada komutator.

Namun, salah satu keunggulan Generator DC adalah mempunyai Torsi

awal yang besar, sehingga banyak digunakan sebagai starter motor.

2.       Generator AC

Generator AC merupakan sebuah perangkat mesin listrik dinamis yang

mengubah energi mekanis menjadi energi listrik. Generator AC menghasilkan

arus AC (arus bolak balik).

30

Pada Generator AC digunakan Slip Ring yang berfungsi sebagai pengganti

dari komutator.

Bentuk fisik dari slip ring adalah seperti cincin-cincin yang dihubungkan

satu sama lain. berbeda dari bentuk komutator yang mempunyai banyak segmen.

Hal Ini memberikan banyak keuntungan pada Slip Ring. 

Slip Ring tidak membutuhkan terlalu banyak kawat atau kabel yang

dihubungkan kepadanya, sehingga konstruksinya sederhana. hal ini juga

mengakibatkan harga dari Generator AC lebih murah. Selain itu Slip ring juga

tidak mempunyai banyak segmen-segmen yang berjarak , sehingga saat Slip ring

berputar dengan kecepatan tinggi tidak mengakibatkan bising. 

Kemungkinan terjadinya peloncatan bunga api  jugasemakin sedikit karena

, jarak antar cincin lumayan jauh, hal ini mengakibatkan kapasitas tegangannya

menjadi tinggi (750MW).

Namun, generator AC juga mempunyai kekurangan yaitu Torsi Awal yang

dihasilkan lemah..

H. Tips Aman penggunaan generator

Berikut adalah tips aman penggunaan generator yang dirilis OSHA (The

Occupational Safety and Health Administration), yuk kita pelajari agar lebih

aware dalam penggunaan genset:

Jangan menghubungkan generator Anda langsung ke kabel rumah Anda .

Menghubungkan sebuah generator listrik portabel langsung ke kabel rumah

tangga Anda dapat mematikan bagi Anda dan orang lain. Sebuah generator yang

31

terhubung langsung ke kabel rumah Anda bisa "backfeed" ke saluran listrik yang

terhubung ke rumah Anda. Utilitas transformator dapat kemudian "step up" atau

meningkatkan ini "backfeed" besarnya ribuan volt! Cukup untuk membunuh

seorang atlet sekalipun.

Satu-satunya cara aman untuk menghubungkan generator listrik portabel adalah

memiliki kontraktor listrik berlisensi untuk menginstal switch transfer. Saklar

transfer akan mentransfer daya dari jalur listrik ke daya yang berasal dari

generator.Untuk mencegah sengatan listrik, pastikan generator dipasang dengan

benar. Konsultasikan masalah ini baik - baik dengan kontraktor.

Letakkan Generator diluar ruangan untuk mencegah karbon monoksida masuk ke

dalam ruangan. Melampirkan kawat tanah ke generator untuk memastikan

landasan sesuai. Tanpa landasan yang tepat, sistem ungrounded dapat

mengakibatkan Anda bisa kesetrum.

Gunakan bensin yang baik bila memungkinkan. Jika generator akan istirahat

jangka waktu yang lama sebelum berjalan lagi, gunakan stabilizer bensin.

Gunakan generator setidaknya sebulan sekali dan biarkan bekerja selama beberapa

menit. Jika Anda memiliki baterai, isi baterai dari waktu ke waktu untuk

memastikan generator siap digunakan.

32

BAB III

PENUTUP

A. Kesimpulan

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

Sebaiknya dalam penggunaan generator haruslah memperhatikan keamanan

dan keselamatan dalam pemakaian agar tidak terjadi hal-hal yang tidak

diinginkan.

Sebaiknya perawatan generator dilakukan secara berkala sehingga keawetan

dari generator itu sendiri dapat bertahan lama.

33

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

34