Prinsip Cara Kerja Generator
Prinsip kerja generator sangatlah sederhana yaitu kumparan jangkar yang memotong medan pada magnet yang dihasilkan kumparan medan akan menimbulkan gerak gaya listrik terhadap kumparan jangkar. Cara kerja generator yang utama adalah adanya medan magnet dan pemotong medan magnet.
Prinsip Kerja Generator
Generator merupakan alat yang mampu menghasilkan energi listrik yang bersumber kepada energi mekanik dan umumnya menggunakan induksi elektromagnetik.Sumber energi mekanik sendiri bisa berasal dari resiprokat ataupun turbin.
Generator listrik pertama kali ditemukan pada tahun 1831 oleh seseorng yang bernama Faraday. Saat itu generator listrik mempunyai bentuk gulungan kawat yang dililitkan pada besi yang berukuran U. Generator tersebut dikenal dengan nama Generator Cakram Faraday.
Cara Kerja Generator
Cara kerja generator adalah melalui pergerakan medan magnet yang ada di rotor terhadap kumparan tetap yang terdapat di stator. Medan magnet tersebut dihasilkan dengan cara memberikan tegangan DC (Direct Current) pada kumparan penguat medan yang ada di rotor yang dapat dihasilkan melalui penguat sendiri maupun penguat terpisah. Sumber tegangan DC sendiri bisa didapat dari aki (accumulator). Setelah itu pemotong medan magnet bisa menggunakan bahan konduktor untuk memotong medan magnet yang ada, karena apabila tidak memotong maka prinsip kerja generator tidak akan timbul yang berupa gaya gerak listrik.
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. Sedangkan generator listrik DC mempunyai komulator sehingga arus listrik yang akan dihasilkan berupa arus listrik DC sekalipun sumbernya berupa arus listrik AC. Adapun alat yang mampu mengkonverter arus listrik searah (DC) menjadi arus listrik AC yaitu inverter listrik.
Manfaat Generator Listrik
Sell surya
Sel surya atau juga sering disebut fotovoltaik adalah divais yang mampu mengkonversi langsung cahaya matahari menjadi listrik. Sel surya bisa disebut sebagai pemeran utama untuk memaksimalkan potensi sangat besar energi cahaya matahari yang sampai kebumi, walaupun selain dipergunakan untuk menghasilkan listrik, energi dari matahari juga bisa dimaksimalkan energi panasnya melalui sistem solar thermal.
Struktur Sel Surya
Sesuai dengan perkembangan sains&teknologi, jenis-jenis teknologi sel surya pun
berkembang dengan berbagai inovasi. Ada yang disebut sel surya generasi satu, dua, tiga dan empat, dengan struktur atau bagian-bagian penyusun sel yang berbeda pula (Jenis-jenis teknologi surya akan dibahas di tulisan “Sel Surya : Jenis-jenis teknologi”). Dalam tulisan ini akan dibahas struktur dan cara kerja dari sel surya yang umum berada dipasaran saat ini yaitu sel surya berbasis material silikon yang juga secara umum mencakup struktur dan cara kerja sel surya generasi pertama (sel surya silikon) dan kedua (thin film/lapisan tipis).
Cara kerja sel surya
Sel surya konvensional bekerja menggunakan prinsip p-n junction, yaitu
junction antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Semikonduktor ini terdiri dari
ikatan-ikatan atom yang dimana terdapat elektron sebagai penyusun dasar.
Semikonduktor tipe-n mempunyai kelebihan elektron (muatan negatif)
sedangkan semikonduktor tipe-p mempunyai kelebihan hole (muatan positif)
dalam struktur atomnya. Kondisi kelebihan elektron dan hole tersebut bisa
terjadi dengan mendoping material dengan atom dopant. Sebagai contoh untuk
mendapatkan material silikon tipe-p, silikon didoping oleh atom boron,
sedangkan untuk mendapatkan material silikon tipe-n, silikon didoping oleh
atom fosfor.
Peran dari p-n junction ini adalah untuk membentuk medan listrik sehingga
elektron (dan hole) bisa diekstrak oleh material kontak untuk menghasilkan
listrik. Ketika semikonduktor tipe-p dan tipe-n terkontak, maka kelebihan
elektron akan bergerak dari semikonduktor tipe-n ke tipe-p sehingga
membentuk kutub positif pada semikonduktor tipe-n, dan sebaliknya kutub
negatif pada semikonduktor tipe-p. Akibat dari aliran elektron dan hole ini
maka terbentuk medan listrik yang mana ketika cahaya matahari mengenai
susuna p-n junction ini maka akan mendorong elektron bergerak dari
Generator DC
Generator DC merupakan sebuah perangkat Motor listrik yang mengubah energi mekanis
menjadi energi listrik. Generator DC menghasilkan arus DC / arus searah. Generator DC dibedakan menjadi beberapa jenis berdasarkan dari rangkaian belitan magnet atau penguat eksitasinya terhadap jangkar (anker), jenis generator DC yaitu:
a. Generator penguat terpisah b. Generator shunt
c. Generator kompon
Prinsip kerja Generator DC
Teori yang mendasari terbentuknya GGL induksi pada generator ialah Percobaan Faraday.
Percobaan Faraday membuktikan bahwa pada sebuah kumparan akan dibangkitkan GGL Induksi apabila jumlah garis gaya yang diliputi oleh kumparan berubah-ubah.
Ada 3 hal pok ok terkait dengan GGL Induksi ini, yaitu :
1. Adanya flux magnet yang dihasilkan oleh kutub-kutub magnet.
2. Adanya kawat penghantar yang merupakan tempat terbentuknya EMF. 3. Adanya perubahan flux magnet yang melewati kawat penghantar listrik.
Pada gambar tersebut, dengan memutar rotor ( penghantar ) maka pada penghantar akan
timbul EMF.
Kumparan ABCD terletak dalam medan magnet sedemikian rupa sehingga sisi A-B dan C-D
terletak tegak lurus pada arah fluks magnet.
Kumparan ABCD diputar dengan kecepatan sudut yang tetap terhadap sumbu putarnya yang
sejajar dengan sisi A-B dan C-D.
GGL induksi yang terbentuk pada sisi A-B dan sisi C-D besarnya sesuai dengan perubahan
Prinsip kerja generator (dinamo) DC sama dengan generator AC. Namun, pada generator DC arah arus induksinya tidak berubah. Hal ini disebabkan cincin yang digunakan pada generator DC berupa cincin belah (komutator).
Pembangkitan tegangan induksi oleh sebuah generator diperoleh melalui dua cara: • Dengan menggunakan cincin-seret, menghasilkan tegangan induksi bolak-balik. • Dengan menggunakan komutator, menghasilkan tegangan DC.
Proses pembangkitan tegangan tegangan induksi tersebut dapat dilihat pada Gambar 2 dan Gambar 3.
Gambar 2. Pembangkitan Tegangan Induksi.
Jika rotor diputar dalam pengaruh medan magnet, maka akan terjadi perpotongan medan magnet oleh lilitan kawat pada rotor. Hal ini akan menimbulkan tegangan induksi. Tegangan induksi terbesar terjadi saat rotor menempati posisi seperti Gambar 2 (a) dan (c). Pada posisi ini terjadi perpotongan medan magnet secara maksimum oleh penghantar. Sedangkan posisi jangkar pada Gambar 2.(b), akan menghasilkan tegangan induksi nol. Hal ini karena tidak adanya perpotongan medan magnet dengan penghantar pada jangkar atau rotor. Daerah medan ini disebut daerah netral.
Gambar 3. Tegangan Rotor yang dihasilkan melalui cincin-seret dan komutator Jika ujung belitan rotor dihubungkan dengan slip-ring berupa dua cincin (disebut juga dengan cincin seret), seperti ditunjukkan Gambar 3.(1), maka dihasilkan listrik AC (arus bolak-balik) berbentuk sinusoidal. Bila ujung belitan rotor dihubungkan dengan komutator satu cincin Gambar 3.(2) dengan dua belahan, maka dihasilkan listrik DC dengan dua gelombang positip. • Rotor dari generator DC akan menghasilkan tegangan induksi bolak-balik. Sebuah komutator berfungsi sebagai penyearah tegangan AC.
• Besarnya tegangan yang dihasilkan oleh sebuah generator DC, sebanding dengan banyaknya putaran dan besarnya arus eksitasi (arus penguat medan).
Diagram Fasor
Pada bab sebelumnya, kita telah mengetahui bahwa gelombang sinusoidal yang memiliki frekuensi yang sama bisa memiliki perbedaan fase yang menyatakan perbedaan sudut di antara keduanya. Istilah "mendahului", "tertinggal", "sefase" dan "beda fase" digunakan untuk menunjukkan hubungan antara satu gelombang dengan gelombang yang lain
berdasarkan persamaan umum gelombang: A = Am sin(ωt ± Φ) menyatakan gelombang
sebuah sinus pada satuan waktu. Namun pernyataan sebuah gelombang dalam bentuk matematika saja terkadang sulit untuk divisualisasikan, sehingga untuk menyatakan perbedaan sudut atau fase gelombang dapat dipresentasikan secara grafis
menggunakan domain ruang atau fasor yang dibentuk oleh diagram fasor yang diperoleh dari metode vektor putaran.
Pada dasarnya metode vektor putaran atau rotasi disebut fasor, metode ini merupakan sebuah garis ukur yang menyatakan nilai arus bolak-balik yang memiliki nilai maksimum dan arah (fase) pada titik waktu tertentu. Fasor adalah metode pengukuran vektor yang memiliki ujung yang lancip pada salah satu panah yang menandakan nilai maksimum sebuah vektor (V atau I) dan badan panah sebagai penanda akhir putaran dari sebuah vektor.
Dalam diagram fasor umumnya arah panah vektor diasumsikan untuk mengacu pada sebuah titik nol yang disebut titik acuan, sementara ujung panah menyatakan nilai ukuran yang berputar melalui arah yang berlawanan dengan jarum jam yang memiliki sebuah kecepatan sudut (ω). Vektor yang berputar melawan arah jarum jam dianggap sebagai putaran bernilai positif. Sebaliknya, putaran searah jarum jam adalah putaran yang bernilai negatif.
Meskipun istilah vektor dan fasor digunakan untuk menggambarkan sebuah garis yang berputar yang memiliki besaran nilai dan arah, perbedaan utama di antara keduanya adalah bahwa besaran yang digunakan untuk vektor adalah "nilai maksimum"
gelombang sinusoidal, sementara besaran untuk fasor adalah "nilai efektif" gelombang. Tetapi fase sudut dan arah pada keduanya adalah sama.
Fase sistem listrik bolak-balik pada titik waktu tertentu dapat digambarkan dengan diagram fasor, jadi diagram fasor dapat dikatakan sebagai "rumus fungsi waktu". Sebuah gelombang sinus penuh dapat dibuat dengan sebuah vektor yang berputar pada
kecepatan sudut ω = 2πƒ, dengan f sebagai frekuensi gelombang. Maka Fasor adalah nilai ukur yang memiliki "arah" dan "besaran". Umumnya ketika menggambar diagram fasor, kecepatan sudut gelombang sinus selalu diasumsikan sebagai ω dalam satuan rad/s. Kita ambil diagram fasor di bawah ini sebagai contoh.
Diagram Fasor 3 Fase
Sebelumnya kita hanya mempelajari gelombang AC satu fase yang terdiri atas sebuah kawat tunggal berupa kumparan yang berputar di dalam medan magnet. Tetapi jika tiga buah kawat yang sama dengan jumlah gulungan yang sama ditempatkan dengan jarak 120o satu sama lain pada motor listrik yang sama, maka sebuah pembangkit tegangan 3
fase akan dihasilkan. Sebuah pembangkit tegangan 3 fase yang seimbang terdiri atas tiga tegangan sinusoidal yang memiliki nilai besaran dan frekuensi yang sama tetapi saling berbeda fase 120o.
Cara yang umum biasanya adalah dengan memberikan warna ketiga fase tersebut deng warna Merah, Kuning, dan Biru untuk menentukan masing-masing fase dengan fase Merah sebagai fase acuan. Urutan putaran yang normal untuk ketiga fase pembangkit adalah Merah, diikuti oleh Kuning, kemudian diikuti oleh Biru (M,K,B).
Diagram Fasor 3 Fase
Ketiga fase tegangan memiliki nilai besaran yang sama tetapi berbeda sudut fase. Kumparan pada ketiga kawat saling terhubung pada titik a1, b1 dan c1 untuk
menghasilkan persamaan umum untuk menghubungkan ketiga fase yang berbeda. Jika fase merah adalah fase acuan maka setiap fase tegangan dapat dinyatakan ke dalam persamaan umum berikut:
Persamaan Fasor Tegangan Tiga Fase
Jika fase tegangan merah VMN sebagai tegangan acuan seperti sebelumnya maka urutan
fase adalah M - K - B sehingga tegangan pada fase kuning tertinggal 120o dari V
MN dan
tegangan pada fase biru tertinggal dari VKN 120o. Dapat pula dikatakan bahwa fase
tegangan biru VBN mendahului fase tegangan merah 120o.
Terakhir mengenai sistem tiga fase, karena ketiga tegangan pada gelombang sinusoidal memiliki hubungan yang tetap satu sama lain yakni 120o maka ketiga fase tersebut dikatakan seimbang. Dengan kata lain hasil penjumlahan fasor dari ketiganya akan selalu sama dengan 0 atau: Va + Vb + Vc = 0.
Kesimpulan
Secara singkat, diagram fasor adalah proyeksi dari vektor yang berputar ke dalam sebuah sumbu horizontal yang menyatakan nilai-nilai sesaat. Karena diagram fasor digambarkan untuk menyatakan nilai sesat berdasarkan waktu atau sudut, maka fasor yang menjadi acuan pada sistem listrik bolak-balik selalu digambarkan pada arah positif sumbu x.
Vektor, fasor, dan diagram fasor hanya digunakan pada gelombang sinusoidal AC.
Fasor acuan umumnya digambarkan pada sumbu horizontal dan fasor yang lainnya digambarkan pada titk waktu yang lain. Semua fasor digambar berdasarkan sumbu horizontal.
Diagram fasor dapat digunakan untuk menggambarkan lebih dari dua gelombang
sinusoidal. Gelombang tersebut dapat merupakan tegangan, arus dan nilai pada sistem listrik bolak-balik lainnya, tetapi frekuensinya harus sama.
Semua fasor berputar melawan arah jarum jam. Setiap fasor yang berada di depan dikatakan "mendahului" dan fasor yang berada di belakang dikatakan sebagai "tertinggal".
Pada umumnya, panjang sebuah fasor menyatakan nilai efektif dari parameter sinusoidal. Namun ada juga yang menggunakan panjang fasor sebagai nilai maksimum.
Gelombang sinusoidal yang berbeda frekuensi tidak dapat digambarkan pada diagram fasor yang sama karena perbedaan kecepatan vektor. Pada setiap titik waktu sudut fase di antara keduanya akan berbeda-beda.
Dua atau lebih vektor dapat dijumlahkan atau dikurangkan sehingga menjadi sebuah vektor tunggal yang disebut Vektor Resultan.
Sisi horizontal pada vektor sama dengan nilai real atau vektor x. Sisi vertikal vektor sama dengan nilai imajiner atau vektor y. Sisi miring yang dihasilkan sama dengan vektor resultan atau vektor r.
