Generator  Listrik

Generator DC

Motor listrik DC dapat juga berfungsi sebagai generator sebagaimana diperlihatkan pada animasi dibawah ini. Apabila coil yang diputar maka maka akan dihasilkan elekro magnet field.

emf = - d f /dt = - (d/dt) (NBA cos q )

= NBA sin q (d q /dt) = NBA w sin w t.

Generator Listrik AC 

Pada motor listrik dengan arus AC tidak diperlukan pembalikan arah arus oleh sebab itu tidak diperlukan adanya split ring. Sebagai gantinya digunakan slip yang yang dapat menghubungkan coil ke sumber listrik secara kontinyu sebagaimana yang diperlihatkan pada animasi berikut ini. Sama seperti halnya pada motor DC, apabila coil dari motor AC yang diputar maka akan menghasilkan arus listrik AC.

 

 

Konsep

Generator menggerakkan arus listrik, tetapi tidak menciptakan muatan listrik, yang telah ada di dalam kawat konduktif dari lilitannya. Ini kurang lebih analogi dengan pompa air, yang mencipkatan aliran air tetapi tidak mencipkatan air di dalamnya. Beberapa jenis generator listrik telah ada, tergantung pada phenomena listrik seperti piezoelectricity, dan magnet hidrodinamik. Konstruksi dari sebuah dinamo mirip dengan sebuah motor listrik, dan semua tipe dinamo dapat bekerja sebagai motor.

Dasar Elektromekanik

 

 

 


 

Dinamo

Dinamo merupakan generator pertama yang mampu menghasilkan daya untuk industri. Dinamo menggunakan prinsip-prinsip elektromagnetik untuk mengkonversi putaran mekanis ke dalam sebuah pulsa arus searah melalui penggunaan commutator. Sebuah mesindinamo terdiri dari sebuah struktur stasioner yang menyediakan medan magnet konstan, dan satu set lilitan putar yang berputar di antara medan tersebut. Pada mesin ukuran kecil medan magnet konstan dapat disediakan dengan sebuah atau beberapa magnet permanen. Motor yang berukuran lebih besar memiliki medan magnet konstan yang dihasilkan oleh sebuah atau beberapa magnet listrik, yang biasa disebut koil medan.

Hubungan antara putaran mekanis dan arus listrik dalam sebuah dynamo adalah reversible. Prinsip-prinsip dari motor listrik ditemukan ketika diketahui bahwa satu dynamo dapat menyebabkan sebuah dynamo kedua yang terinterkoneksi berputar bila arus diumpankan ke dalamnya. Kemampuan transformative dari sebua dynamo untuk mengubah bentuk energi dari daya listrik ke daya mekanis dan kembali lagi, dapa dieksploitasi sebagai sebuah kompensasi-arus dan alat penyeimbang untuk menyeragamkan daya keluaran yang didistribusikan pada rangkaian yang terinterkoneksi.

 

 

Terminologi

 

 

 


 

Memahami Alternator

Sistem pengisian pada kendaraaan mempunyai tiga komponen penting yakni: aki, alternator dan regulator. Alternator ini (Gambar 1) berfungsi bersama sama dengan aki untuk menghasilkan listrik ketika mesin dihidupkan. Hasil yang dihasilkan oleh alternator adalah tegangan AC yang kemudian dikonversi/diubah menjadi tegangan DC.

 

 

Gambar 1. Contoh sebuah alternator

 

Rangkaian Sistem Pengisian

Perhatikan Gambar 2. Ke empat kabel (soket) dihubungkan dengan alternator di sepanjang rangkaian kelistrikan. “B” adalah kabel output alternator yang mensuplai langsung ke aki. “IG” adalah indikator kontak yang ada dialternator. “S” digunakan oleh regulator untuk mengatur strum pengisian ke aki. “L” adalah kabel yang digunakan oleh regulator untuk indikator lampu (CHG ).

Gambar 2. Rangkaian sistem pengisian

Identitas terminal pada alternator adalah sebagai berikut (lihat Gambar 3).

Text Box: “S” Terminal indikator Voltase aki.
“IG” Terminal indikator strum kontak.
“L” Terminal lampu indikator.
“B” Terminal Output Alternator.
“F” Terminal tegangan langsung ( bypass ).
 

 

 

Gambar 3. Identitas terminal pada sebuah alternator

Konstruksi Alternator

Seperti terlihat pada Gambar 4 alternator terdiri dari :

1) Gabungan kutub magnet yang dinamakan Rotor.

2) Gulungan kawat magnet yang dinamakan stator.

3) Rangkaian dioda yang dinamakan rectifier.

4) Alat pengatur voltase yang dinamakan regulator.

5) Dua kipas dalam ( internal Fan) untuk menghasilkan sirkulasi udara.

Gambar 4. Konstruksi sebuah alternator

 

Kebanyakan alternator mempunyai regulator yang berada di dalamnya ( IC built In), dan tipe yang lama mempunyai regulator diluar. Tidak seperti model yang lama, tipe ini (Gambar 5) dapat dengan mudah diperbaiki dengan membuka tutup bagian atasnya.

Gambar 5. Tipe alternator dengan regulator di dalam

Poli alternator (Gambar 6) diikat/dikencangkan ke bagian sumbu rotor. Tipe poli tunggal atau poli PK dapat digunakan. Alternator tipe ini tidak mempunyai kipas luar yang menjadi bagian dari polinya. Tidak seperti jenis alternator lama yang menggunakan kipas luar untuk pendinginan, alternator ini mempunyai dua kipas dalam untuk sirkulasi udara pendingin.

Gambar 6. Poli alternator

Jika bagian atas alternator dibuka maka akan nampak bagian-bagian: 1) regulator yang mengontrol tegangan output alternator, 2) carbon brush yang menempel dengan bagian atas rotor (Slip Ring), 3) rangkaian dioda (rectifier) yang mengkonversi (mengubah)
voltase AC menjadi voltase DC, 4) s
lip ring (bagian dari rotor) dihubungkan dengan setiap dari field winding. Perhatikan Gambar 7. Rotor yang di antaranya terdiri dari kutub kutub magnet yang berputar mengelilingi di dalam stator. Putaran rotor menciptakan arus magnet di sekelilingnya. Gulungan (stator) mengembangkan tegangan yang dikarenakan magnet yang berputar maka arus akan diinduksi melalui terminal stator.

 

Gambar 7. Bagian dalam alternator

Dua slip ring yang berada di setiap bagian atas rotor (lihat Gambar 8). Slip ring dihubungkan dengan field winding dimana carbon brush (sikat karbon) dapat bergerak, dan ketika arus mengalir melalui field winding lewat slip ring, akan ada arus magnet disekitar rotor. Dua buah arang yang diposisikan sejajar yang akan menempel dengan slip ring. Carbon brush disolder atau diikat dengan baut.

Gambar 8. Sikat karbon

Regulator (Gambar 9) adalah otak dari sistem pengisian. Regulator mengatur keduanya baik itu voltase aki dan voltase stator, dan tergantung dari kecepatan putaran mesin, regulator akan mengatur kemampuan kumparan rotor untuk menghasilkan output alternator. Regulator dapat diganti baik itu internal regulator atau eksternal. Dewasa ini rata rata semuanya sudah memakai internal regulator. Regulator akan mengatur tingkat / level sistem pengisian tegangan. Ketika sistem pengisian tegangan di bawah dari yang ditentukan, regulator akan meningkatkan arus listrik tegangan, yang akan berakibat terciptanya arus magnet yang kuat,
hasilnya akan meningkatkan output alternator.
Ketika sistem pengisisan tegangan di atas yang ditentukan, regulator akan menurunkan arus listrik tegangan, dan membuat arus magnet menjadi lemah, hasilnya output alternator yang semakin kecil. Regulator mengatur tegangan aki, dan juga mengatur arus yang mengalir ke rangkaian rotor. Rangkaian rotor menghasilkan arus magnet. Tegangan yang dihasilkan diinduksi di stator. Rangkaian rectifier mengubah tegangan stator AC menjadi tegangan DC yang digerakkan oleh putaran mesin.

 

Gambar 9. IC regulator

Rangkaian dioda (Gambar 10) bertanggung jawab atas konversinya tegangan AC ke tegangan DC. Enam  atau delapan diode digunakan untuk mengubah tegangan stator AC ke tegangan DC. Setengah dari diode tersebut digunakan dalam kutub positif dan setengahnya lagi dalam kutub negatif. Diode digunakan sebagai penyearah tegangan. Diode mengubah tegangan AC menjadi tegangan DC sehingga aki menerima listrik yang benar.

 

Gambar 10. Diode rectifier

Rotor (Gambar 11) terdiri dari kutub-kutub magnet, inti field winding dan slip ring. Beberapa model/tipe termasuk mensupport bantalan dan satu atau dua kipas di dalamnya. Rotor digerakkan atau diputar di dalam alternator dengan putaran tali kipas mesin. Rotor yang terdiri kutub kutub magnet, field winding, dan slip ring, bagian bagian ini padat bersambungan pada sumbu rotor, field winding dihubungkan kepada slip ring di mana carbon brush dapat bergerak. Ada dua bantalan yang terdapat di rotor, satu di bagian bawah slip ring, dan satunya berada di bagian atas sumbu rotor. Field winding rotor menciptakan lapangan magnet yang disebabkan oleh arus yang mengalir melewati slip ring. Magnet tersebut di satu sisi menjadi kutub selatan, dan di sisi lain menjadi kutub utara.

Gambar 11. Rangkaian stator

Hubungan putaran rotor berputar di dalam stator dapat dijelaskan sebagai berikut. Arus magnet alternator yang berasal dari putaran rotor menginduksi tegangan kepada stator. Kekuatan dan kecepatan dari putaran arus magnet yang dihasilkan rotor akan berakibat terhadap tegangan induksi kepada stator. Stator mempunyai 3 fase gulungan yang diisolasi
kepada stator, gulungan tersebut terhubung antara satu dengan yang lainnya. Setiap fase ditempatkan di posisi yang berbeda dibandingkan dengan yang lain. Gulungan yang diisolasi itu menghasilkan medan magnet.

Gambar 12. Stator

Mobil mobil baru sudah menggunakan alternator DENSO SC (segment conductor). Alternator SC (Gambar 13) menggunakan konduktor persegi panjang untuk gulungannya, karena meningkatkan berat jenis dan kepadatan lilitan dari 45% menjadi 70%, jadi membuat alternator SC lebih ringan 20% dan menghasilkan 50% listrik (daya) lebih banyak dari alternator konvensional (Gambar 14) . Fitur & keunggulan dari alterntor segment conductor ini adalah :

1.   Output tinggi, efisiensi, berat lebih ringan.

2.   Suara strum/daya yang lebih halus.magnetic pulsation adalah komponen utama yang menghasilkan medan magnet di alternator, dikurangi tingkat bunyi sampai 90% dengan menerapkan pengembangan sirkuit tertutup, sirkuit ini diciptakan oleh pemisah sehingga menjadi sepasang gulungan dan menghasilkan bentuk tahapan yang berbeda.

3.   Volume dan bentuk kecil dan regulator yang multi fungsi.

 

Tipe alternator ini ada tiga, yaitu :

1. 100 Amp – 12 Volt

2. 130 Amp – 12 Volt

3. 150 Amp – 12 Volt

 

 

 

 

 

 

 

 Gambar 13. Stator untuk SC alternator

 

 

 

 

 

 

 

 

Gambar 14. Stator pada alternator konvensional

 

A typical automotive alternator mounted in a spacious pickup truck engine bay.

Gambar 15. Sebuah alternator kendaraan yang terpasang pada engine

 

Generator MHD

Sebuah generator magnetohydrodynamic (MHD) mengekstrak secara langsung daya listrik dari gerakan gas panas melalui medan magnet, tanpa menggunakan mesin elektromagnetik berputar. Generator MHD awalnya dikembangkan karena keluaran dari sebuah generator MHD plasma api, yang mampu memanaskan boiler dari sebuah steam power plant. Desain pertama adalah AVCO Mk.25, dibuat tahun 1965. Pada tahun 1987 dikembangkan menjadi sebuah percontohan 25 MW.  Generator MHD yang dioperasikan sebagai sebuah topping cycle sekarang kurang efisien dibandingkan turbin gas siklus kombinasi.

 

Generator motor set (Gen-set)

Sebuah generator-motor (gen-set) adalah kombinasi dari sebuah generator listrik dan sebuah motor yang dipasangkan bersama membentuk sebuah peralatan (lihat contoh pada Gambar 16). Kombinasi ini disebut juga generator-motor set atau disingkat gen-set.

Portable generator side view showing gasoline engine.

Gambar 16. Benerator motor (gen-set)

Gen-set pada umumnya, selain memiliki motor dan generator, juga memiliki sebuah tanki bahan bakar, sebuah reglator kecepatan motor dan regulator tegangan generator.  Banyak unit yang dilengkapi dengan sebuah batere dan starter elektrik. Unit genset stanby sering dilengkapi sebuah sistem starter otomatis dan sebuah transfer switch untuk memutus hubungan beban dari sumber daya dan menghubungkannya ke generator.

Gen-set sering digunakan untuk mensuplai daya listrik di tempat-tempat di mana sumber listrik (dari PLN) tidak tersedia dan di dalam situasi di mana daya diperlukan secara temporer. Gen-set kecil kadang-kadang digunakan untuk mensuplai daya pada peralatan-peralatan di area konstruksi.  Gen-set yang digandengkan (trailer) mensuplai daya untuk instalasi lampu temporer, sound amplification systems, dll.

Yamaha Gasoline GeneratorYamaha Gasoline Generator

Gambar 17. Beberapa bentuk generator set portable

Generator juga dapat digerakkan dengan tangan (misalnya, pada perlengkapan stasion radio lapangan, Gambar 18).

Hand-driven electric generator for a radio station (Dubendorf museum of the military aviation)

 

Gambar 18. Generator listrik yang digerakkan tangan untuk stasion radio

(Museum aviasi militer Dubendorf)

 

Tingkat tegangan (volt), frekuensi (Hz), dan daya (watt) dari generator diseleksi sesuai dengan beban yang akan dikoneksikan.

Gen-set tersedia dalam range tingkat daya yang cukup lebar. Termasuk di dalamnya, ukuran kecil, unit portable yang dapat mensuplai daya listrik beberapa ratus watt, hand-cart mounted units yang dapat mensuplai ribuan watt dan unit stasioner atau trailer-mounted yang dapat mensuplai lebih dari jutaan watt. Unit terkecil cenderung menggunakan motor bensin, dan unit yang besar menggunakan motor diesel, atau motor dengan bahan bakar gas.

Bila Anda ingin tahu yang ini, silakan diklik !

       Human powered electrical generators

       Mid-size stationary engine-generator

       Vehicle-mounted generators

       Other Rotating Electromagnetic Generators

       Brushless Alternators