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.

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,

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

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.

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

= 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

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.