Bab II Landasan Teori
2.5. Generator
Generator listrik adalah sebuah alat yang memproduksi energi listrik dari sumber energi mekanik, biasanya dengan menggunakan induksi elektromagnetik. Proses ini dikenal sebagai pembangkit listrik. Ini adalah salah satu komponen terpenting dalam pembuatan sistem turbin angin. Generator ini dapat mengubah energi gerak menjadi energi listrik. Prinsip kerjanya dapat dipelajari dengan menggunakan teori medan elektromagnetik. Singkatnya, (mengacu pada salah satu cara kerja generator) poros pada generator dipasang dengan material ferromagnetik 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 fluks ini akan dihasilkan tegangan dan arus listrik tertentu. Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan ini disalurkan melalui kabel jaringan listrik untuk akhirnya digunakan oleh masyarakat. Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan oleh generator ini berupa AC(alternating current) yang memiliki bentuk gelombang kurang lebih sinusoidal.Walau generator dan motor punya banyak kesamaan, tapi motor adalah alat yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik.
Generator mendorong muatan listrik untuk bergerak melalui sebuah sirkuit listrikeksternal, tapi generator tidak menciptakan listrik yang sudah ada di dalam kabel lilitannya. Hal ini bisa dianalogikan dengan sebuah pompa air, yang menciptakan aliran air tapi tidak menciptakan air di dalamnya. Sumber enegi mekanik bisa berupa resiprokat maupun turbin mesin uap, air yang jatuh melakui sebuah turbin maupun kincir air, mesin pembakaran dalam, turbin
angin, engkol tangan, energi surya ataumatahari, udara yang dimampatkan, atau apa pun sumber energi mekanik yang lain.
Prinsip Generator :
1. Bila hanya sebuah konduktor saja yang diputar dalam sebuah medan magnet, maka gaya yang dihasilkan juga sedikit (kecil)
2. Bila konduktor yang digunakan semakin banyak maka akan dihasilkan gaya listrik semakin besar, Demikian pula bila konduktor diputar semakin cepat didalam medan magnet, maka bertambah besar pula gaya listriknya. 3. Konduktor yang berbentuk coil (kumparan), jumlah gaya listrik yang
terjadi akan semakin besar.
Cara kerja generator adalah melalui pergerakan medan magnet yang ada di rotor terhadapkumparan tetap yang terdapat di stator. Medan magnet tersebut dihasilkan dengan caramemberikan tegangan DC (Direct Current) pada kumparan penguat medan yang ada di rotoryang dapat dihasilkan melalui penguat sendiri maupun penguat terpisah. Sumber teganganDC sendiri bisa didapat dari aki (accumulator). Setelah itu pemotong medan magnet bisamenggunakan bahan konduktor untuk memotong medan magnet yang ada, karena apabilatidak memotong maka prinsip kerja generator tidak akan timbul yang berupa gaya geraklistrik.Generator listrik mempunyai 2 macam jenis yaitu generator listrik AC dan generator listrik DC. Generator listrik AC mempunyai dua kutub stator sehingga apabila kutub-kutub magnet yang berlawanan dihadapkan maka akan menimbulkan sebuah medan magnet. Sedangkangenerator listrik DC mempunyai komulator sehingga arus listrik yang akan dihasilkan berupaarus listrik DC sekalipun sumbernya berupa arus listrik AC. Adapun alat yang
mampumengkonverter arus listrik searah (DC) menjadi arus listrik AC yaitu inverter listrik.
Manfaat generator listrik adalah sebagai salah satu elemen mesin pembangkit listrik yang mana berasal dari energi mekanik dan semua pembangkit listrik menggunakan komponen generator di dalamnya. Manfaat generator listrik pun sangat banyak baik itu untuk kalangan pribadi atau pun industri. Untuk industri prinsip kerja generator sangat terasa pada pusat listrik tenaga uap yang berjenis medan tutup dan menggunakan system udara yang terbuka. Disini putaran turbin yang berasal dari air yang dibendung dalam waduk mampu menghasilkan lisrtik.
Merancang Generator Angin Skala Kecil dengan menggunakan prinsip magnetic induction dan bekerja dengan prinsip left-hand rule ,yaitu:
1. Thumb Finger determine the direction of motion of inductor 2. Fore Finger determine the direction of flux
3. Other Finger determine the direction of current flow
Untuk membuat generator dengan tenaga angin sebagai sumber energinya. Prinsipnya sederhana, 3 bilah kincir angin dibuat dengan sudut 120 derajat satu sama lain dan kemiringan kurang lebih 12.75 derajat. Di titik pangkalnya, dipasang poros generator yang kemudian terhubung dengan slip rings, stator, sikat, komutator, dan armature. Angin yang berhembus akan memutar kincir sehingga poros akan ikut berputar dan menyebabkan garis-garis fluks terpotong dan menimbulkan tegangan induksi. Tegangan ini menyebabkan arus mengalir. Namun,tegangan yang dihasilkan adalah tegangan AC, sehingga dibutuhkan komutator untuk membuat arus yang mengalir adalah arus searah. Besarnya daya
yang dihasilkan sangat tergantung dari kecepatan putaran kincir, yang artinya sangat tergantung dari kecepatan hembusan angin.
Cara kerjanya cukup sederhana, energi angin yang memutar turbin angin, diteruskan untuk memutar rotor pada generator dibagian belakang turbin angin, sehingga akan menghasilkan energi listrik. Energi Listrik ini biasanya akan disimpan kedalam baterai sebelum dapat dimanfaatkan. Angin kelas 3 adalah batas minimum dan angin kelas 8 adalah batas maksimum energi angin yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik.
Pemanfaatan energi angin merupakan pemanfaatan energi terbarukan yang paling berkembang saat ini. Berdasarkan data dari WWEA (World Wind Energy Association), sampai dengan tahun 2007 perkiraan energi listrik yang dihasilkan oleh turbin angin mencapai 93.85 GigaWatts, menghasilkan lebih dari 1% dari total kelistrikan secara global. Amerika, Spanyol dan China merupakan negara terdepan dalam pemanfaatan energi angin. Diharapkan pada tahun 2010 total kapasitas pembangkit listrik tenaga angin secara glogal mencapai 170 GigaWatt. Di tengah potensi angin melimpah di kawasan pesisir Indonesia, total kapasitas terpasang dalam sistem konversi energi angin saat ini kurang dari 800 kilowatt.
Di seluruh Indonesia, lima unit kincir angin pembangkit berkapasitas masing-masing 80 kilowatt (kW) sudah dibangun. Tahun 2007, tujuh unit dengan kapasitas sama menyusul dibangun di empat lokasi, masing-masing di Pulau Selayar tiga unit, Sulawesi Utara dua unit, dan Nusa Penida, Bali, serta Bangka Belitung, masing-masing satu unit. Mengacu pada kebijakan energi nasional, maka pembangkit listrik tenaga bayu (PLTB) ditargetkan mencapai 250 megawatt (MW) pada tahun 2025. Tenaga angin telah lama dimanfaatkan di tanah air kita
sejak ratusan mungkin ribuan tahun yang lalu, khususnya untuk menggerakkan kapal layar sampai sekarang, dan yang banyak kita lihat sekarang digunakan dalam tambak-tambak ikan di tepi pantai untuk menggerakkan baling-baling (atau turbin angin) untuk menjalankan memompaan air. Namun baiklah kalau kita di Indonesia mulai mempopulerkan PLT Angin, khususnya ukuran kecil. PLT Angin ukuran kecil adalah istilah yang biasanya diberikan kepada unit 50 KW atau lebih kecil. Tempat-tempat terpencil yang biasanya menggunakan diesel-generator dapat menggantikannya atau menambahkannya dengan PLT Angin ukuran kecil ini.
Prinsip kerja generator listrik sekarang ini dan umumnya, merupakan pergerakan medan magnet pada rotor terhadap kumparan tetap pada stator. Medan magnet yang dihasilkan adalah dengan cara memberikan tegangan DC (Direct Current) pada kumparan penguat medan pada rotor, yang bisa dihasilkan dari penguat sendiri maupun penguat terpisah. Untuk penguat sendiri dapat dihasilkan oleh tegangan dan arus sendiri yang dihasilkan oleh kumparan stator. Untuk kumparan stator generator listrik ini tergantung dari pabrik pembuatnya bisa saja dirancang dengan sistem 3 fasa maupun sistem 1 fasa dengan sifat tegangan bolak balik (AC = Alternating Current), sehingga tegangan AC yang dihasilkan harus di Jadikan tegangan DC oleh rangkaian Penyearah Dioda maupun slip-ring dialirkan pada kumparan penguat medan magnet.
Generator Listrik dengan penguat sendiri selalu dirancang dengan AVR ( Automatic Voltage Regulator ) yang berfungsi pengontrol tegangan output stator. Jika tengangan yang diharapkan adalah 220 Volt atau 380 Volt maka AVR akan mengotrol besar kecilnya arus dan tegangan yang masuk pada kumparan pada
penguat utama (Main Exciter), dan akan di lanjutkan dengan menyalurkan tegangan DC pada pada lilitan penguat medan melalui slip ring maupun penyearah Dioda. Untuk generator listrik dengan penguat terpisah yaitu dengan memberikan suplay tegangan DC dari luar generator tersebut misalnya dari sistem penyearah dari luar yang di alirkan ke kumparan penguat medan magnet. Namun jenis generator dengan penguat terpisah mungkin tidak ada di pasaran disebabkan tidak efektif kali.
Ada 2 cara untuk mengubah energy mekanik menjadi energy listrik, yaitu dengan: 1. Generator arus searah (DC Generator)
Generator arus searah (DC Generator) ialah alat yang mengubah energy mekanik menjadi energy listrik searah (DC). Generator DC terdiri dua bagian, yaitu stator, yaitu bagian mesin DC yang diam/tidak bergerak, dan bagian rotor, yaitu bagian mesin DC yang berputar. Bagian stator terdiri dari: rangka motor, belitan stator, sikat arang, bearing dan terminal
box. Sedangkan bagian rotor terdiri dari:komutator, belitan rotor, kipas rotor dan poros rotor.
Prinsip kerja generator DC sama dengan generator AC. Namun, pada generator DC arah arus induksinya tidak berubah. Hal ini disebabkan cincin yang digunakan pada generator DC berupacincin belah (komutator). Bagian yang harus menjadi perhatian untuk perawatan secara rutin adalah sikat arang yang akan memendek dan harus diganti secara periodik/berkala. Komutator harus dibersihkan dari kotoran sisa sikat arang yang menempel dan serbuk arang yang mengisi celah-celah komutator.
2. Generator arus bolak-balik (AC Generator)
Generator arus searah (AC Generator) ialah alat yang mengubah energy mekanik menjadi energy listrik bolak-balik (AC). 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. Contoh generator AC yang sering kita numpain 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)
