Generator

Mesin dc dapat digunakan baik untuk mengubah energi mekanis menjadi energi listrik maupun untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanis. Jika mesin dc digerakkan secara mekamis oleh penggerak mula misalnya turbin uap, turbin hidrolik, atau mesin diesel dan menghasilkan energi listrik untuk lampu listrik atau mesin-mesin, ia disebut generator. Jika energi listrik diberikan pada mesin dan keluarannya dugunakan untuk menggerakkan alat mekanis seperti ban berjalan atau mesin perkakas, ia disebut motor. Generator dinilai dalam kilowatt yang dapat dihasilkannya tanpa terjadi pemanasan lebih pada tegangan dan kecepatan tertentu yang diijinkan.

Generator arus bolak-balik berfungsi mengubah tenaga mekanis menjadi tenaga listrik arus bolak-balik. Generator Arus Bolak-balik sering disebut juga seabagai alternator, generator AC (alternating current), atau generator sinkron. Dikatakan generator sinkron karena jumlah putaran rotornya sama dengan jumlah putaran medan magnet pada stator.

Kecepatan sinkron ini dihasilkan dari kecepatan putar rotor dengan kutub-kutub magnet yang berputar dengan kecepatan yang sama dengan medan putar pada stator. Mesin ini tidak dapat dijalankan sendiri karena kutub-kutub rotor tidak dapat tiba-tiba mengikuti kecepatan medan putar pada waktu sakelar terhubung dengan jala-jala.

Generator arus bolak-balik dibagi menjadi dua jenis, yaitu:

a. Generator arus bolak-balik 1 fasa

b. Generator arus bolak-balik 3 fasa

   

Konstruksi generator

Fluksi yang dihasilkan oleh lilitan medan generator berada dalam gandar medan (field yoke), inti kutup, celah udara, dan inti jangkar. Semuanya membentuk apa yang di kenal sebagai rangkaian megnet dari generator. Gandar medan atau bingkai dibuat dari baja – core (cast steel) atau baja canai (rolled steel) yang berfungsi sebagai penopang mekanis untuk inti kutub dan juga sebagai bagian dari rangkaian magnet. End – Bells, yang mendukung rakitan sikat dan yang dalam semua mesin – mesin besar juga mendukung bantalan jangkar, juga digabungkan pada gandar.

Inti kutub generator dibuat dari laminasi pelat – baja (sheet – steel) yang terisolasi satu sama lain dilekatkan bersama- sama, kemudian inti di baut pada gandar medan. Muka kutub yaitu permukaan inti yang berdekatan dengan celah udara, dibuat lebih besar dari badan inti. Hal ini untuk mengurangi tahanan megnetik dari celah udara dan berfungsi sebagai penopang kumparan medan.

Inti jangkar dibuat dari laminasi pelat – baja yang di pasak pada poros atau di pasak pada spider yang selanjutnya dipasakkan pada poros. Permukaan luar dari inti diberi alur untuk mengukuhkan kumparan jangkar.

Celah udara adalah ruang antara permukaan jangkar dan muka kutub dan panjangnya berbeda – beda menurut ukuran mesin tetapi berkisar sekitar ¹/₁₆sampai ¼ in.

Rangkaian listrik generator dc terdiri dari lilitan jangkar, komutator, sikat – sikat, dan lilitan medan. Kecuali pada jangkar kecil, lilitan jangkar terdiri dari kumparan yang dililitkan membentuk suatu bentuk dan ukuran tertentu, setelah itu mereka seluruhnya diisolasi. Setelah kumparan yang dibentuk diselipkan ke dalam tempat yang sesuai dalam alur jangkar, mereka dibaji agar kukuh ke dalam tempatnya dan ujung - ujung kumparan dihubungkan pada segmen – segmen komutator yang semestinya. Pada jangkat kecil, gulungan tidak berbentuk lilitan tetapi dililit dengan tangan atau mesin secara langsung ke dalam celah inti jangkar.

Komutator terdiri dari sejumlah segmen tembaga yang dirakit ke dalam silinder yang di pasang pada poros, tetapi terisolasi dari poros. Segmen – segmen terisolasi dengan baik antara stu dengan lainnya. Mika merupakan bahan isolasi yang biasa digunakan. Pada segmen – segmen komutator inilah disolderkan ujung – ujung kumparan jangkar.

Sikat – sikat yang berbeda pada permukaan komutator membentuk hubungan listrik – geser antara kumparan jangkar dan rangkaian luar. Sikat – sikat dibuat dari campuran karbon dengan tingkat kekerasan yang bermacam – macam dan dalam beberapa hal dibuat dari campuran karbon dan logam tembaga. Sikat – sikat dipegang pada tempatnya di bawah tekanan pegas oleh pemegang sikat. Hubungan listrik antara sikat – sikat dan pemegang sikat dilakukan oleh konduktor tembaga yang fleksibel yang disebut ekor babi (pig tail).

Kumparan medan ditempatkan di sebaliknya inti kutub. Kumparan setiap kutub yang dihubungkan secara seri untuk membentuk rangkaian medan. Rangkaian medan dapat di rancang untuk dihubungkan seri ataupun paralel dengan rangkaian jangkar. Kumparan medan – paralel atau kumparan medan – shunt mempunyai jumlah lilitan kawat berdiameter kecil yang banyak dan tahanannya relatif tinggi, sedangkan kumparan medan – seri jumlah lilitannya sedikit, berdiameter besar dan tahanannya relatif rendah. Agar di peroleh karakteristik kerja khusus, beberapa generator (generator kompon) diperlengkapi dengan kumparan medan shunt maupun medan – seri yang ditempatkan pada inti kutub yang sama.

Umumnya generator diperlengkapi dengan kutub kecil yang disebut dengan kutub – antara (interpole) atau kutub komutasi / kutub bantu (commutating pole) yang terletak di tengah – tengah kutub utama. Fluksi ada dalam kutub – kutub ini hanya jika arus mengalir dalam rangkaian jangkar, guna fluksi ini adalah untuk memperbaiki komutasi.

      Ggl rata-rata yang dibangkitkan(E) dari suatu generator dapat dihitung dengan rumus

                                                                 E = pZΦn / 60b

            Dimana :            p = jumlah kutub

z = total jumlah konduktuor pada jangkar

Φ = fluksi setiap kutub (webber)

n = kecepatan jangkar, putaran setiap menit

b = jumlah jalur paralel melalui jangkar, tergantung pada

tipe lilitan jangkar

Untuk generator tertentu, semua faktor pada persamaan tersebut harganya pasti kecuali fluksi setiap kutub, Φ, dan kepesatan n. Oleh sebab itu persamaan di atas dapat disederhanakan menjadi bentuk

                                            E = KΦn                                                  

Dimana K sama dengan semua harga tetap atau konstan untuk generator tertentu. Persamaan di atas semata-mata merupakan pernyataan kembali dari hukum induksi Faraday : besarnya ggl induksi dalam setiap rangkaian berbanding lurus dengan laju pemotongan fluksi oleh rangkaian. Jadi, jika fluksi setiap kutub sebuah generator di dua kalikan dengan kepesatannya tetap konstan, ggl yang dibangkitkan akan di dua kalikan ; atau jika kepesatan di dua kalikan, fluksi tetap konstan dan ggl yang dibangkitkan akan di dua kalikan.