BAB II

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Generator

Generator adalah sebuah mesin yang mengubah energi mekanis ( gerak ) menjadi energi elektris ( listrik ), elektromekanis yang mengkonversikan energi mekanik menjadi energi listrik. Pada prinsipnya generator bekerja berdasarkan hukum faraday yakni apabila suatu penghantar diputarkan didalam sebuah medan magnet sehingga memotong garis garis gaya magnet maka pada ujung penghantar tersebut akan menimbulkan ggl (garis gaya listrik) yang mempunyai satuan volt. Besar tegangan generator bergantung pada :

1. Kecepatan putaran (n)

2. Jumlah kawat pada kumparan yang memotong fluk (Z)

3. Banyaknya fluk magnet yang dibangkitkan oleh medan magnet (f)

Jumlah kutub generator arus bolak – balik tergantung dari kecepatan rotor dan

frekuensi dari ggl yang dibangkitkan. Hubungan tersebut dapat ditentukan dengan

persamaan berikut ini.[2]

f = p .n / 60...........................................................(2.1)

Keterangan:

f = frekuensi tegangan (Hz)

p = jumlah kutub pada rotor

n = kecepatan rotor (rpm)

generator listrik dibedakan menjadi dua jenis yaitu berdasarkan arus yang dibangkitkan:

1.      Generator arus bolak – balik disebut dengan generator AC ( Alternating current )

2.      Generator arus searah disebut dengan generator DC ( Direct current )

2.1.1 Generator arus bolak – balik ( AC )

            Generator arus bolak balik ( AC ) dibedakan menjadi dua jenis berdasarkan fasa nya yaitu :

a.       Generator arus bolak – balik  ( AC ) 1 fasa

b.      Generator arus bolak – balik ( AC ) 3 fasa

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

a.       Stator, merupakan bagian diam dari generator yang mengeluarkan tegangan bolak – balik

b.      rotor, merupakan bagian bergerak yang menghasilkan medan magnit yang menginduksikan ke stator.

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 (rotor silinder). Konstruksi dari generator sinkron dapat dilihat pada gambar berikut ini : [15]

 Gambar 2.1 Skema generator AC sinkron

 

2.1.2 Generator arus bolak – balik ( AC ) 1 fasa

Generator arus bolak – balik ( ac ) 1 fasa terdiri atas sebuah kumparan dan sepasang kutub magnet kuat, dua buah cincin geser dan dua buah sikat penyambung arus. Perhatikan di bawah, tiap ujung kawat kumparan dihubungkan pada sebuah cincin – cincin. Pada tiap cincin geser menempel pada sebuah sikat penyambung arus. [15]

Gambar 2.2Skema generator AC 1 fasa

Bila kumparan diputar, maka dalam kumparan akan timbul gaya gerak listrik bolak – balik. Gaya gerak listrik bolak – balik ini jika dihubungkan dengan rangkaian luar, maka akan mengalir arus melalui kedua sikat secara bergantian, yaitu: mula – mula arus keluar melalui sikat pertama, sesaat kemudian melalui sikat kedua, sesaat kemudian melalui sikat pertama lagi, sesaat kemudian melalui sikat kedua lagi, demikian seterusnya sehingga dihasilkan arus induksi yang arahnya bolak – balik. Arus yang arahnya bolak – balik semacam ini disebut dengan arus bolak – balik, yang biasa disebut arus AC berasal dari bahasa Inggris Alternating Current.Arus bolak – balik ini jika digambar dengan grafik terhadap waktu adalah sebagai berikut. [15]

Gambar 2.3 grafik gelombang sinusida generator arus AC 1 fasa

Dari gambar di atas keadaan arus pada saat tertentu di atas garis mendatar dan saat berikutnya dibawah garis mendatar, demikian seterusnya. Inilah yang menunjukkan bahwa arah arus itu bolak – balik. Bagian generator yang bergerak (berputar) disebut rotor, dan bagian yang diam (tidak berputar) disebut stator. Pada gambar generator di atas, sebagai rotornya kumparan (jangkar), dan statornya sepasang magnet. Untuk generator pembangkit tenaga listrik yang besar-besar menggunakan lebih dari satu magnet sebagai rotor dan susunan kumparan-kumparan sebagai stator.

2.1.3 Generator arus bolak – balik ( AC ) 3 fasa

            Generator arus bolak – balik ( AC ) 3 fasa secara umum konstruksinya sama dengan generator arus bolak – balik ( AC ) 1 fasa, hanya saja didalam generator arus bolak – balik ( AC ) 3 fasa yang membedakannya terletak pada lilitan kumparan stator karena didalam system generator 3 fasa memiliki 3 buah lilitan kumparan stator perhatikan gambar dibawah ini : [17]

Gambar 2.4 Skema lilitan kumparan Generator 3 fasa

Akan tetapi pada umumnya system 3 fasa menggunakan system tiga tegangan seimbang yang sama besarnya, dengan berbeda fasa antara fasa yang satu dengan fasa yang lain sebesar 120⁰. Gambaran ringkasnya gelombang listrik (gelombang sinus) yang dihasilkan oleh generator listrik 3 fasa adalah sebagai berikut :

Gambar 2.5 Grafik gelombang sinusida 3 fasa

Ketiga tegangan fasa itu dibangkitkan oleh sebuah medan fluks yang berputar didalam area kumparan stator yang identik disusun terpisah sebesar 120⁰ antara yang satu dengan yang lain dalam suatu generator listrik system 3 fasa, dapat diperhatikan gambar berikut ini : [13]

Gambar 2.6 Komponen generator 3 fasa

Khusus diindonesia besar tegangan system listrik 3 fasa telah distandarkan oleh PLN sebesar 380 V ( Volt ) dengan frekuensi yang dikeluarkan sebesar 50 Hz. System 3 fasa yang dihasilkan oleh generator listrik tergantung dari system sambungan pada output kumparannya, system ini meliputi system 3 fasa dengan 4 kawat ataupun system 3 fasa dengan 3 kawat. Jika listrik 3 fasa dengan 4 kawat yang dihasilkan oleh generator maka generator tersebut umumnya kumparan stator dihubungkan secara bintang / star, sedangkan jika system kelistrikan 3 fasa dengan 3 kawat maka generator tersebut umumnya kumparan stator dihubungkan secara delta. System 4 kawat yang dimaksud adalah untuk menciptakan3 buah fasa dengan 1 titik netral, jika tegangan antar fasa yang dihasilkan oleh generator sebesar 380 V ( Volt )maka secara otomatis tegangan fasa kenetral sebesar 220 volt. Berikut ini gambaran dari output sebuah generator listrik 3 fasa : [14]

Gambar 2.7 Sistem kumparan hubungan delta dan bintang

Dari dua gambar diatas menjelaskan dua buah hubungan kumparan stator yang dihubungkan secara delta maupun dengan hubungan bintang / star. Untuk output generator listrik dengan hubungan delta seperti gambar diatas biasanya dengan daya yang besar sehingga perlu menggunakan transformator / trafo step – up  dengan hasil akhir menggunakan trafo distribusi dengan menghasilkan titik netral sehingga bisa disalurkan pada konsumen dengan kebutuhan tegangan standard Indonesia. Untuk output generator listrik 3 fasa dengan hubungan bintang / star seperti gambar diatas merupakan output yang bisa langsung digunakan oleh konsumen sebab output sudah sesuai standard tegangan yang ada di Indonesia dan sudah menghasilkan titik netral.

2.1.4 Generator arus searah ( DC )

Generator arus searah pada prinsipnya sama dengan generator arus bolak-balik. Perbedaannya hanya menggunakan satu cincin yang dibelah menjadi dua, perhatkan gambar di bawah ini.[15]

Gambar 2.8 Skema generator DC

Generator ini menghasilkan gaya gerak listrik induksi searah. Jika dihubungkan dengan rangkaian luar, maka arus akan mengalir melalui salah satu sikat.
Yaitu pada awal melalui sikat pertama, waktu berikutnya melalui sikat pertama lagi demikian seterusnya arus selalu melalui sikat pertama, sehingga arus yang dihasilkan berupa arus searah.Arus searah biasa disebut arus DC berasal dari bahasa Inggris Direct Current. Arus searah ini ditunjukkan dengan grafik seperti terlihat pada gambar di bawah. [15]

Gambar 2.9 Grafik generator arus DC

Dari gambar di atas terlihat bahwa grafik arus selalu di atas garis, tidak pernah     dibawah garis mendatar.Hal inilah yang menunjukkan bahwa arah arus itu searah. Dari kedua jenis generator yang telah dijelaskan diatas umumnya yang paling banyak digunakan dipembangkit – pembangkit listrik sekala besar adalah generator arus bolak balik ( AC ) 3fasa, untuk generator arus bolak balik ( AC ) 1fasa umumnya digunakan pada mesin pembangkit kecil atau yang disebut generator set ( genset ).Arus bolak-balik banyak sekali digunakan antara lain untuk listrik di rumah – rumah, pabrik – pabrik dan kantor – kantor Sedangkan untuk generator arus searah ( DC ) atau biasa disebut juga dengan Alternator umumnya digunakan sebagai generator exiter untuk menghasilkan induksi magnetic pada generator asinkron yang menggunakan magnet yang bukan permanent atau magnet alam jadi induksi magnet tersebut dihasilkan dari kumparan tembaga yang dilalui arus listrik searah ( DC ), kumparan tersebut biasanya terletak pada komponen generator yang biasa disebut Rotor, selain itu generator arus searah ( DC ) atau alternator juga biasa digunakan pada komponen kendaraan bermotor atau mobil.