GENERATOR AC (Alternating Current)

Generator adalah mesin yang dapat mengubah tenaga mekanis menjadi tenaga listrik melalui proses induksi elektromagnetik. Generator ini memperoleh energi mekanis dari prime mover atau penggerak mula. 

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

Gambar 1. prinsip kerja generator AC

Bilamana rotor diputar maka belitan kawatnya akan memotong gaya-gaya magnit pada kutub magnit, sehingga terjadi perbedaan tegangan, dengan dasar inilah timbullah arus listrik, arus melalui kabel/kawat yang ke dua ujungnya dihubungkan dengan cincin geser. Pada cincin-cincin tersebut menggeser sikat-sikat, sebagai terminal penghubung keluar.

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.

f = p.n/120

Ns = 120 f/P

Keterangan:

f = frekuensi tegangan (Hz)

p = jumlah kutub pada rotor

n = kecepatan rotor (rpm)

Besar tegangan yang dibangkitkan oleh generator sesuai dengan persamaan Faraday yaitu :

                    e = -N dφ/dt

atau

                   Eeff = C n φ

dimana :  Eeff = ggl induksi efektif (Volt) 

N = jumlah lilitan 

e = ggl induksi dalam keadaan transient (Volt) 

C = konstanta

n = putaran rotor (rpm) 

φ = fluks magnetik maksimum (Weber)

Bagian-bagian generator :

1. Rotor adalah bagian yang berputar yang mempunyai bagian terdiri dari poros, inti, kumparan, cincin geser, dan sikat-sikat.
2. Stator adalah bagian yang tak berputar (diam) yang mempunyai bagian terdiri dari rangka stator yang merupakan salah satu bagian utama dari generator yang terbuat dari besi tuang dan ini merupakan rumah dari semua bagian-bagian generator, kutub utama beserta belitannya, kutub-kutub pembantu beserta belitannya, bantalan-bantalan poros.

Berdasarkan sistem pembangkitannya generator AC dapat dibagi menjadi 2 yaitu :

1. Generator 1 fasa

Generator yang dimana dalam sistem melilitnya 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.

gambar 2. generator AC 1 fasa

2. Generator 3 fasa

Generator yang dimana dalam sistem melilitnya 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 ke dua ujungnya diberi tanda dengan huruf V – Y dan akhirnya ujung lilitan fasa yang ke tiga diberi tanda dengan huruf W – Z.

generator AC 3 fasa

Jika ditinjau dari perputarannya generator terbagi menjadi 2, yaitu :

• Generator sinkron
• Generator asinkron / induksi

1.GENERATOR SINKRON

Adapun prinsip kerja dari generator sinkron secara umum adalah sebagai 

berikut : 

1. Kumparan medan yang terdapat pada rotor dihubungkan dengan sumber eksitasi tertentu yang akan mensuplai arus searah terhadap kumparan medan. Dengan adanya arus searah yang mengalir melalui kumparan medan maka akan menimbulkan fluks yang besarnya terhadap waktu adalah tetap.
2. Penggerak mula (Prime Mover) yang sudah terkopel dengan rotor segera dioperasikan sehingga rotor akan berputar pada kecepatan nominalnya. 
3. Perputaran rotor tersebut sekaligus akan memutar medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan medan. Medan putar yang dihasilkan pada rotor, akan diinduksikan pada kumparan jangkar sehingga pada kumparan jangkar yang terletak di stator akan dihasilkan fluks magnetik yang berubah-ubah besarnya terhadap waktu. Adanya perubahan fluks magnetik yang melingkupi suatu kumparan akan menimbulkan ggl induksi pada ujung-ujung kumparan tersebut.

gambar 3. konstruksi generator sinkron

2. GENERATOR ASINKRON/INDUKSI

Generator induksi merupakan salah satu jenis generator AC yang menerapkan 

prinsip motor induksi untuk menghasilkan daya. Generator induksi dioperasikan 

dengan menggerakkan rotornya secara mekanis lebih cepat daripada kecepatan 

sinkron sehingga menghasilkan slip negatif. Motor induksi biasa umumnya dapat 

digunakan sebagai sebuah generator tanpa ada modifikasi internal. Generator induksi 

sangat berguna pada aplikasi-aplikasi seperti pembangkit listrik mikrohidro, turbin 

angin, atau untuk menurunkan aliran gas bertekanan tinggi ke tekanan rendah, 

karena dapat memanfaatkan energi dengan pengontrolan yang relatif sederhana 

(Wikipedia). 

Untuk mengoperasikannya, generator induksi harus dieksitasi menggunakan 

tegangan yang leading. Ini biasanya dilakukan dengan menghubungkan generator 

kepada sistem tenaga eksisting. Pada generator induksi yang beroperasi standalone, 

bank kapasitor harus digunakan untuk mensuplay daya reaktif. Daya reaktif yang 

diberikan harus sama atau lebih besar daripada daya reaktif yang diambil mesin ketika 

beroperasi sebagai motor. Tegangan terminal generator akan bertambah dengan 

pertambahan kapasitansi.

Slip pada generator induksi dirumuskan dengan :

REAKSI JANGKAR GENERATOR AC

Saat generator bekerja pada beban nol tidak ada arus yang mengalir 

melalui kumparan jangkar (stator), sehingga yang ada pada celah udara hanya fluksi 

arus medan rotor. Namun jika generator diberi beban, arus jangkar Ia akan 

mengalir dan membentuk fluksi jangkar. Fluksi jangkar ini kemudian mempengaruhi 

fluksi arus medan dan akhirnya menyebabkan berubahnya harga tegangan terminal 

generator sinkron. Reaksi ini kemudian dikenal sebagai reaksi jangkar.

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.