GENERATOR AC

kali ini kita bicara serius gaeess!! langsung aja kita  terusan dari kemarin Generator AC

apa itu generator AC?

Generator merupakan sebuah alat yang mampu menghasilkan arus listrik. salah satu jenis generator adalah generator arus bolak balik yang akan dibahas saat ini. Generator arus bolak-balik berfungsi mengubah tenaga mekanis menjadi tenaga listrik arus bolak-balik. 

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.

Generator arus bolak-balik dibagi menjadi dua jenis, yaitu:

a. Generator arus bolak-balik 1 fasa

b. Generator arus bolak-balik 3 fasa

Prinsip kerjanya gimana GAN?

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.

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)

3. Konstruksi Generator

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

1. Stator, merupakan bagian diam dari generator yang mengeluarkan tegangan bolakbalik

2. 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).

Jumlah Kutub pada GeneratorAC sama gak kayak yang di DC kemarin?

Jumlah kutub generator arus bolak-balik tergantung dari kecepatan rotor dan frekuensi dari ggl yang dibangkitkan. Hubungan tersebut dapat ditentukan dengan persamaan berikut ini.

F = p.n/120

Keterangan:

f = frekuensi tegangan (Hz)

p = jumlah kutub pada rotor

n = kecepatan rotor (rpm)

apa ada Induksi elektronik ?
 

Induksi elektromagnetik dapat dikatakan sebagai proses perubahan energi mekanik (energi kinetic) menjadi energi listrik. Proses perubahan energi ini, berkaitan dengan konsep fluks magnetic

Kita mulai dengan mempelajari Fluks magnetic dan Huhum Faraday secara kuantitatif.

1. Fluks magnetik

Fluks magnetic didefinisikan sebagai hasil kali antara komponen induksi magnetic dengan luas bidang

Hukum Faraday

Perhatikan gambar berikut !

Hukum Lenz :

“ Arah arus induksi  adalah sedemikian sehingga medan magnetic yang ditimbulkannya berlawanan dengan arah medan magnetic yang menimbulkan arus induksi itu”

4. GGL induksi pada penghantar yang digerakan dalam medan magnetik

d. Penerapan Konsep Induksi Elektromagnetik

1. Dynamo/Generator AC

2. Generator DC

3. Transformatorm : Transformator adalah alat yang digunakan untuk mengubah tegangan bolak-balik (AC) dari tegangan tinggi ke tegangan rendah ( Transformator Step –Down)

Transformator Step-Up, mengubah tegangan rendah ke tegangan tinggi. Prinsip Keja : Terjadi perubahan fluks magnetik pada kumparan primer, yang menghasilkan arus induksi pada kumparan sekunder.

Rumus Transformator :  V1/ V2 = N1 / N2,    h = Ps/Pp x 100 %, P = V. I.

Sistem pengisian AC paling banyak digunakan, baik sistem pengisian dengan regulator mekanik (konvensional) maupun dengan IC regulator.

Komponen sistem pengisian regulator mekanik terdiri dari :

1.        Alternator yang berfungsi merubah energi gerak menjadi energi listrik. Listrik yang dihasilkan merupakan arus bolak-balik (AC), untuk merubah arus AC menjadi arus DC digunakan diode yang dipasang menjadi satu bagian dengan alternator.

2.        Regulator berfungsi untuk mengatur tegangan dan arus yang dihasilkan alternator dengan cara mengatur kemagnetan pada rotor altenator. Regulator juga berfungsi untuk mengatur hidup dan matinya lampu indikator pengisian.

3.        Sekering untuk memutus aliran listrik bila rangkaian dialiri arus berlebihan akibat hubungan singkat.

4.        Kunci kontak untuk menghubungkan atau memutus aliran ke lampu indicator dank e regulator. Aliran listrik ke regulator diteruskan ke altenator berfungsi untuk menghasilkan magnet pada altenator.

5.        Baterai menyimpan arus listrik dan stabilizer tegangan yang dihasilkan sistem pengisian.    

Apa itu ALTERNATOR?

Alternator yang berfungsi merubah energi gerak menjadi energi listrik. Listrik yang dihasilkan merupakan arus bolak-balik (AC), untuk merubah arus AC menjadi arus DC digunakan diode yang dipasang menjadi satu bagian dengan Alternator.

            Prinsip Kerja Alternator

Bila pada generator DC sebuah penghantar dibentuk “U”, di ujung penghantar dipasang komutator, pada komutator menempel sikat. Sikat “A”  merupakan sikat positip dan sikat “B” adalah sikat negatip, maka pada generator AC (altenator) kedua ujung penghantar dihubungkan ke slip ring dan jenis sikat sudah tidak jelas karena berubah ubah sesuai posisi penghantar.  Saat penghantar diputar maka penghantar tersebut akan memotong medan magnet sehingga menghasilkan induksi elektromagnetik. Arah arus yang dihasilkan akan berubah-ubah, pada posisi (1) arah arus menuju sikat “A”, namun pada posisi (2) arah arus berubah menuju sikat “B”. Perubahan tersebut dapat digambarkan dalam fungsi gelombang sinus.

Kontruksi Alternator

Pada altenator terdapat 4 terminal yaitu terminal B,E,F dan N. Terminal B merupakan terminal output altenator yang dihubungkan ke baterai, beban dan regulator terminal B. Terminal E berhubungan dengan sikat negatip, bodi alternator dan terminal E regulator. Terminal F berhubungan dengan sikat positip dan dihubungkan ke terminal F regulator, Terminal N berhubungan dengan neutral stator coil, saat altenator menghasilkan listrik maka terminal N juga menghasilkan listrik, listrik yang dihasilkan terminal N dialirkan ke regulator terminal N, untuk mematikan lampu indicator pengisian.

Pada regulator terdapat 6 terminal mempunyai terminal B,E,F,N, IG dan L.  Empat dari 6 terminal tersebut berhubungan dengan terminal altenator yaitu B, E,F,  N. Dua  terminal regulator yang lain yaitu terminal IG dan L, berhubungan dengan terminal IG kontak dan lampu.

KOMPONEN UTAMA ALTERNATOR

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.

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.

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.

Dioda (rectifier)

Dioda  berfungsi untuk menyearahkan arus AC yang dihasilkan oleh stator coil  menjadi arus DC, disamping itu juga berfungsi untuk menahan agar arus dari baterai tidak mengalir ke stator coil.  Sifat diode adalah meneruskan arus listrik satu arah. Gambar 4.12 a. merupakan diode positip yang dirangkai seri dengan lampu pada sebuah baterai 12 V. rangkaian tersebut merupakan rangkaian bias maju (forward direction voltage) sehingga diode dapat mengalirkan arus listrik, lampu menyala. Bila hubungan kabel ditukar yang kabel yang berhubungan dengan positip dipindah ke negatip dan sebaliknya maka diode mendapat bias mundur (reverse direction voltage) sehingga diode tidak dapat mengalirkan arus listrik, maka lampu padam.

Kontruksi dioda pada elternator

Pada altenator jumlah diode terdiri dari 6 atau 9 buah diode yang digabungkan.  Menurut pemasangannya diode ini dapat dibagi menjadai 2 bagian yaitu diode positip dan diode negatip.  Membeda diode posistip dan negatip saat terpasang pada dudukannya dengan cara  dioda negatip plat pemegang bodi diode dibautkan langsung ke bodi alternator tanpa isolator, sedangkan pada diode positip plat pemegang bodi diode dipasang ke rumah alternator dengan menggunakan isolator.  Membedahkan diode lebih akurat menggunakan Ohm meter.  

Prinsip Kerja Penyearah arus listrik pada stator coil

Prinsip kerja penyearahan arus listrik yang dihasilkan stator coil pada altenator adalah sebagai berikut:

Saat rotor altenator berputar maka terjadi induksi elektromagnetik pada stator coil, gambar 4.13 a, menunjukkan bahwa ujung stator coil “A” negatip dan ujung stator coil “C” menghasilkan arus positip,  arus yang dihasilkan stator coil “C” disearahkan oleh diode positip “C” , kemudian dialirkan ke baterai (battery). Rotor terus berputar sehingga stator coil “C” yang tadinya menghasilkan arus positip menjadi menghasilkan arus negatip, arus positip dihasilkan oleh stator coil “B”,  arus yang dihasilkan stator coil “B” disearahkan oleh diode positip “B” , kemudian dialirkan ke baterai. Demikian seterusnya sehingga secara bergantian stator coil mengasilkan gelombang listrik dan disearakan oleh diode, selisih gelombang satu dengan yang lain 120º.

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.

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.

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. Cara menentukan terminal regulator mekanik 6 terminal adalah:

1.    Tentukan mana bagian voltage regulator, mana bagian voltage relay. Voltage regulator mudah dikenali karena mempunyai ciri mempunyai  resistor.

2.    Identifikasi terminal pada voltage regulator, dimana voltage regulator mempunyai 3 terminal yaitu IG, F dan E.

Terminal	Ciri-ciri
IG	Berhubungan dengan resistor, dapat platina tepi yang saat normal/ belum bekerja posisi menempel dengan platina tengah
F	Berhubungan dengan resistor, dapat platina tengah
E	Berhubungan dengan massa/ bodi regulator, berhubungan dengan ujung kabel lilitan voltage regulator maupun voltage relay

3.    Identifikasi terminal pada voltage relay, dimana voltage relay mempunyai 3 terminal yaitu B, L dan N.

Terminal	Ciri-ciri
B	Berhubungan platina tepi yang saat normal/ belum bekerja posisi tidak menempel dengan platina tengah
L	Berhubungan dengan platina tengah
N	Berhubungan dengan kabel lilitan voltage relay

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° )
ΦC = Φm. Sin ( ωt – 240° )

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)

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

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
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 .