TUGAS
ENERGI DAN LISTRIK PERTANIAN
Prinsip dan Mekanisme Kerja Generator AC
Oleh:
Kelas B
Ahmad Fahmi Nur Irfani (215100200111021) Setiawan Adib Faisol Ahmed (215100200111026)
PROGRAM STUDI TEKNIK PERTANIAN DAN BIOSISTEM DEPARTEMEN TEKNIK BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN UNIVERSITAS BRAWIJAYA
2023
1. Pengertian Generator AC
Generator adalah sebuah alat yang mampu mengubah sumber energi mekanik menjadi sumber energi listrik. Sumber energi mekanik generator didapatkan dari putaran poros generator yang bisa digerakkan oleh turbin uap (tekanan), air, angin, dan juga alat penggerak yang lain. Bahan bakar yang digunakan sebagai penggerak generator juga bermacam-macam, yaitu panas bumi, batu bara, minyak, gas, air, listrik, dan nuklir. Generator mulai bekerja ketika ada sumber energi mekanik yang masuk untuk menggerakkan poros dengan putaran tertentu sehingga poros generator berputar dan mampu menghasilkan arus listrik. Arus listrik dihasilkan dari putaran kumparan kawat penghantar pada poros generator dalam medan magnet yang diam atau sebaliknya memutar magnet di antara kumparan kawat penghantar yang diam.
Generator AC merupakan generator yang mampu mengubah sumber energi mekanik menjadi sumber energi listrik dengan arus yang dihasilkan berupa arus bolak-balik atau AC(Alternating Current).
Pada generator AC, kumparan jangkar disebut juga kumparan stator karena berbeda pada tempat yang tetap, sedangkan kumparan rotor bersama-sama dengan kutub magnet diputar oleh tenaga mekanik. Sesuai dengan hukum Faraday, tegangan akan diinduksikan pada konduktor apabila konduktor tersebut berada dalam medan magnet berubah-ubah sehingga memotong garis-garis gaya, maka di dalam konduktor tersebut akan terbentuk GGL induksi.
Generator AC adalah generator yang menghasilkan listrik arus bolak balik. Generator arus bolak balik sering disebut generator sinkron atau alternator.
2. Bagian pada Generator AC
Secara umum generator AC terdiri dari rangka stator, stator, rotor, dan slip ring :
1. Rangka Stator Rangka stator adalah salah satu bagian utama dari alternator yang terbuat dari besi tuang dan ini merupakan rumah dari semua bagian-bagian generator.
2. Stator merupakan bagian yang tidak berputar (diam) yang mempunyai bagian terdiri dari rangka stator yang merupakan salah satu bagian utama dari generator yang terbuat dari dari besi tuang dan ini merupakan rumah dari semua bagian-bagian generator. Pada stator terdapat stator core (inti) dan kumparan stator. Stator core dibuat dari bahan baja dan mempunyai alur pada bagian dalamnya untuk menempatkan kumparan stator. Pada kumparan inilah GGL induksi dibangkitkan karena adanya medan magnet dari rotor yang bergerak.
3. Rotor adalah bagian dari generator yang berputar yang didalamnya terdapat magnet. Rotor pada generator AC pada dasarnya adalah sebuah elektromagnet yang besar.
4. Slip ring atau cincin geser, cincin geser terbuat dari bahan kuningan atau tembaga yang dipasang pada poros dengan memakai bahan isolasi. Slip ring ini berputar secara bersama–sama dengan poros (as) dan rotor. Banyaknya slip ring ada 2 dan pada tiap–tiap slip ring dapat menggeser borstel positif dan borstel negatif, guna penguatan (Excitation Current) ke lilitan magnet pada rotor.
3. Prinsip dan Mekanisme Generator AC
Arus listrik bolak-balik dihasilkan dari putaran kumparan kawat penghantar (coil) dalam medan magnet atau sebaliknya, yaitu memutar medan magnet pada kumparan kawat penghantar (coil) yang diam. Pada saat coil berputar searah jarum jam, maka bagian coil yang berputar dari kutub utara menuju kutub selatan akan menghasilkan arus listrik dan keluar menuju salah satu slip ring.Pada saat bersamaan, pada saat bagian coil yang berputar dari kutub selatan menuju utara menghasilkan arus listrik yang berlawanan dan melalui slip ring yang lain. Maka dalam satu putaran generator AC akan menghasilkan arus listrik yang bolak-balik. Besarnya arus listrik yang dihasilkan bergantung pada :
1. Jumlah lilitan pada kawat penghantar (coil) 2. Kekuatan medan magnet
3. Kecepatan pada saat coil atau medan magnet berputar.
Prinsip dasar dari generator AC sendiri dibagi menjadi dua yaitu:
1. Hukum Faraday Induksi Elektromagnetik: Perubahan fluks magnetik melalui suatu kawat konduktor akan menginduksi tegangan listrik pada kawat tersebut.
2. Hukum Lenz: Arah arus yang dihasilkan selalu berlawanan dengan perubahan fluks magnetik yang menyebabkannya.
Prinsip kerja generator berdasarkan hukum Faraday yang mengandung pengertian bahwa apabila sepotong kawat penghantar listrik berada dalam medan magnet berubah-ubah, maka di dalam kawat tersebut akan terbentuk GGL induksi. Demikian pula sebaliknya bila sepotong kawat penghantar listrik digerak-gerakkan dalam medan magnet, maka kawat penghantar tersebut juga terbentuk GGL induksi.
GGL induksi pada generator AC dapat diperbesar dengan cara memperbanyak lilitan kumparan, menggunakan magnet permanen yang lebih kuat, mempercepat putaran rotor, dan menyisipkan inti besi lunak ke dalam kumparan. Frekuensi dari GGL yang dibangkitkan generator AC tergantung dari kecepatan rotor dan jumlah kutub. Kumparan tersebut diputar dalam medan magnet untuk menghasilkan medan magnet yang kuat. Saat kumparan di satu sisi bergerak naik melalui medan magnet, GGL di induksi dalam satu arah. Saat putaran
kumparan berlanjut dan sisi kumparan ini bergerak ke bawah dan sisi lain dari kumparan bergerak ke atas,GGL di induksi ke arah sebaliknya.
Aturan tangan kanan Fleming digunakan untuk menentukan arah ggl yang diinduksi.
Proses ini berulang untuk setiap siklus dan GGL yang dihasilkan memiliki tipe bolak-balik.
Berikut merupakan grafik yang dihasilkan :
● Pada titik A- Ketika kumparan berada pada 0 derajat, kumparan bergerak sejajar dengan arah medan magnet dan karenanya tidak menimbulkan ggl.
● Pada titik B - Ketika kumparan berada pada 90 derajat, kumparan bergerak pada 90˚ ke medan magnet dan karenanya menginduksi ggl maksimum.
● Pada titik C - Ketika kumparan berada pada 180 derajat, kumparan kembali bergerak sejajar dengan medan magnet dan karenanya tidak menimbulkan ggl.
● Pada titik D - Ketika kumparan berada pada 270 derajat, kumparan kembali bergerak pada 90˚ ke medan magnet dan karenanya menginduksi ggl maksimum. Di sini, ggl yang diinduksi berlawanan dengan B.
● Lali, A - Ketika kumparan berada pada 360 derajat, kumparan telah menyelesaikan satu putaran dan bergerak sejajar dengan medan magnet dan menginduksi ggl nol.
Mekanisme Generator AC:
➔ Induksi Elektromagnetik: Saat rotor berputar, kumparan yang terhubung ke dalam sirkuit listrik juga berputar dalam medan magnet.
➔ Perubahan Fluks Magnetik: Gerakan rotasi menyebabkan perubahan fluks magnetik melalui kumparan.
➔ Induksi Tegangan Listrik: Perubahan fluks magnetik menghasilkan tegangan listrik (EMF) dalam kumparan sesuai dengan hukum Faraday.
➔ Arus Bolak-Balik: Karena rotor terus berputar, arus yang dihasilkan berupa arus bolak-balik (AC).
4. Macam-macam Generator AC
Berdasarkan sistem pembangkitannya generator AC dibagi menjadi dua, yaitu :
1. Generator AC satu fasa: Generator yang dimana dalam sistem lilitannya hanya terdiri dari satu kumpulan kumparan yang hanya dilukiskan dengan satu garis dan dalam hal ini tidak diperhatikan banyaknya lilitan. Ujung kumparan atau fasa yang satu dijelaskan dengan huruf besar X dan ujung yang satu lagi dengan huruf U.
2. Generator AC tiga fasa: Generator yang dimana dalam sistem lilitannya terdiri dari tiga kumpulan kumparan yang mana kumparan tersebut masing-masing dinamakan lilitan fasa. Jadi pada statornya ada lilitan fasa yang ke satu ujungnya diberi tanda U – X; lilitan fasa yang kedua ujungnya diberi tanda dengan huruf V – Y dan akhirnya ujung lilitan fasa yang ketiga diberitanda dengan huruf W – Z.
DAFTAR PUSTAKA
Aditama PE. 2014. Analisa Modifikasi Generator AC Menjadi Listrik Overtunity Machine menggunakan Penggerak Motor Listrik DC. Skripsi. Program Studi Diploma III, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya.
Asyâ H, Ardiyatmoko A. 2012. Desain generator magnet permanen kecepatan rendah untuk pembangkit listrik tenaga angin atau bayu (PLTB). In Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Informasi (SNATI) Yogyakarta, 15-16 Juni 2012.
Budiman A, Asy’ari H, Hakim AR. 2012. Desain generator magnet permanen untuk sepeda listrik. Jurnal Emitor 12(01) : 59-67.
