Tugas Rangkaian Listrik II
"Proses Terjadinya Tegangan Bolak-balik
pada Sebuah Generator."
Oleh :
Fadhil Hawari (1501032009)
I A Teknik Listrik
Politeknik Negeri Padang
2016
Arus listrik AC (Alternating Current) merupakan arus listrik yang arahnya bolak-balik pada sebuah rangkaian listrik. Jika pada rangkaian listrik DC arus listrik mengalir dari kutub positif ke kutub negatif, lain halnya dengan rangkaian listrik AC dimana arus listrik bergerak secara periodik berbolak-balik arah dari kutub satu ke yang lainnya.
Perbedaan Arus Listrik AC dan DC
Bagian utama generator AC terdiri atas: magnet permanen (tetap), kumparan (solenoida). cincin geser, dan sikat. Pada generator. perubahan garis gaya magnet diperoleh dengan cara memutar kumparan di dalam medan magnet permanen. Karena dihubungkan dengan cincin geser, perputaran kumparan menimbulkan GGL induksi AC. OIeh karena itu, arus induksi yang ditimbulkan berupa arus AC. Adanya arus AC ini ditunjukkan oleh menyalanya lampu pijar yang disusun seri dengan kedua sikat.
Generator AC Sederhana
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).
Berbolak-baliknya arah arus listrik AC menghasilkan nilai arus yang secara periodik akan bernilai positif dan negatif. Jika digambarkan pada sebuah grafik, maka nilai arus listrik AC akan membentuk gelombang sinusoidal yang memiliki nilai frekuensi tertentu.
Diagram Arus Listrik Bolak-Balik (AC)
Bentuk arus listrik AC yang sedemikian rupa berkaitan dengan generator listrik yang membangkitkannya. Generator listrik AC memiliki prinsip kerja yang serupa dengan generator DC yakni menggunakan prinsip elektromagnetik
Prinsip Kerja Generator
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)
4. 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). Konstruksi dari generator sinkron dapat dilihat pada gambar berikut ini.
Jumlah Kutub pada Generator
Jumlah kutub generator arus bolak-balik tergantung dari kecepatan rotor dan frekuensi dari ggl yang dibangkitkan. Hubungan tersebut dapat ditentukan dengan persamaan berikut ini. Keterangan:
f = frekuensi tegangan (Hz)
p = jumlah kutub pada rotor
n = kecepatan rotor (rpm)
Bagian-bagian Terpenting dari Generator AC
1. Rangka stator, di buat dari besi tuang. Rangka stator merupakan rumah dari bagian-bagian generator yang lain
2. Stator, Bagian ini tersusun dari plat-plat (seperti yang di pergunakan juga pada jangkar dari mesin arus searah) stator ang mempunyai alur-alur sebagai tempat meletakkan lilitan stator. Lilitan stator berfungsi sebagai tempat terjadinya GGL induksi
3. Rotor, merupakan bagian yang berputar. Pada rotor terdapat kutup-kutup magnet dengan lilitan nya yang di aliri arus searah, melewati cicin geser dan sikat-sikat
4. Slip ring atau cincin geser, di buat dari bahan kuningan atau tembaga yang di pasang pada poros dengan memakai bahan isolasi. Slip ring ini berputar bersama-sama dengan poros dan rotor. Jumlah slip ring ada dua buah yang masing-masing slip ring dapat menggeser sikat arang yang masing-masing merupakan sikat positif dan sikat negatif, berguna untuk mengalirkan arus penguat magnet pada lilitan magnet pada rotor.
5. Generator penguat, adalah suatu generator arus searah yang di pakai sebagai sumber arus. Biasanya yang di pakai adalah dinamo shunt. Generator arus searah ini biasanya di kopel terhadap mesin pemutarnya bersama generator utama. Akan tetapi seekarang banyak generator yang tidak menggunakan generator arus searah sebagai sumber penguat, tetapi mengambil sebagian kecil dari balitan statornya, di transformasikan dan kemudian di salurkan dengan dioda sebagai sumber penguat magnetnya.
Prinsip Pengaturan Tegangan AC
Di dalam sebuah alternator, tegangan bolak balik diinduksikan dalam belitan armature ketika medan magnet melewati belitan ini. Besarnya tegangan yang diinduksikan ini tergantung kepada tiga hal yaitu:
(1) jumlah konduktor dengan hubungan seri pada setiap belitan,
(2) kecepatan (rpm generator) pada mana medan magnet memotong belitan, dan
(3) kekuatan medan magnet. Salah satu dari factor ini dapat digunakan untuk pengaturan tegangan yang diinduksikan dalam belitan alternator.
Jumlah belitan, tentu saja tidak berubah tetap ketika alternator diproduksi. Juga, jika frekuensi keluaran harus konstan, maka kecepatan medan putar haruslah konstan pula. Ini mengakibatkan penggunaan rpm alternator untuk pengaturan tegangan keluaran menjadi tidak diperbolehkan.
Sehingga, metode praktis untuk melakukan pengaturan tegangan adalah dengan mengatur kekuatan medan putar. Kekuatan medan elektromagnetik ini dapat berubah seiring dengan perubahan besarnya arus yang mengalir melalui kumparan medan. Ini dapat dicapai dengan mengubah-ubah besarnya tegangan yang dikenakan pada kumparan medan.
