Electro Paper Edisi 3 bulan MEI "GENERATOR"

Assalamualaikum war. wab
Edisi kali ini adalah edisi terakhir untuk bulan Mei. 
Selamat membaca, semoga dapat dipahami dan bermanfaat bagi teman-teman.. :D

GENERATOR

Contoh Gambar Generator

Prinsip 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 akan lebih mudah dimengerti apabila kita mengetahui terlebih dahulu apa itu generator. Generator merupakan alat yang mampu menghasilkan energi listrik yang bersumber kepada energi mekanik dan umumnya menggunakan induksi elektromagnetik. Proses tersebut dikenal dengan nama pembangkit listrik. 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. 

Generator listrik AC memiliki prinsip kerja yang serupa dengan generator DC yakni menggunakan prinsip elektromagnetik, hanya saja ada satu komponen yang membuat arus listrik yang terbangkitkan berupa arus bolak-balik. Komponen tersebut adalah slip ring. Generator AC menggunakan slip ring dengan bentuk lingkaran penuh yang berbeda dengan slip ring pada generator DC yang berupa cincin belah. Untuk lebih jelasnya mari kita perhatikan komponen-komponen utama generator listrik AC berikut ini.

Sebelum lebih dalam membahas generator AC, ada baiknya kita mengenal hukum Faraday mengenai induksi elektromagnetik sebagai fenomena dasar yang diterapkan pada generator. Hukum Faraday menyebutkan jika terjadi perubahan garis gaya magnet pada sebuah kumparan kawat, maka akan timbul gaya gerak listrik (ggl) pada kawat tersebut. Jika kumparan kawat dihubungkan dengan rangkaian listrik tertutup, maka akan timbul pula arus listrik yang mengalir pada rangkaian.

Memahami hukum Faraday, kita tidak dapat lepas dengan kaidah tangan kanan yang diperkenalkan oleh John Ambrose Fleming. Kaidah tangan kanan fleming adalah sebuah metode mneumonik untuk memudahkan kita menentukan arah vektor dari ketiga komponen hukum Faraday, yakni arah gaya gerak kumparan kawat, arah medan magnet, serta arah arus listrik. Jika Anda menirukan posisi jari tangan kanan Anda seperti pada gambar di atas, maka ibu jari akan menunjukkan arah gaya (torsi), jari telunjuk menunjukkan arah medan magnet, dan jari tengah menunjukkan arah arus listrik.

Kembali pada skema komponen-komponen generator AC di atas, rotor generator diskemakan dengan sebuah kawat angker penghantar listrik (armature) yang membentuk persegi panjang. Masing-masing ujung kawat angker terhubung dengan cincin logam yang biasa kita kenal dengan sebutan slip ring. Slip ring ini termasuk bagian dari rotor, sehingga ia ikut berputar dengan rotor. Komponen slip ring inilah yang membedakan antara generator AC dengan DC. Jika pada generator DC digunakan cincin belah sebagai penyearah arus, pada generator AC slip ring berbentuk lingkaran penuh dan terhubung dengan masing-masing ujung armature.

Untuk sisi stator generator tersusun atas dua magnet dengan kutub berbeda yang saling berhadapan. Pada bagian yang kontak langsung dengan slip ring, stator dilengkapi dengan sikat karbon yang berfungsi untuk menghubungkan arus listrik yang dibangkitkan pada kawat angker ke rangkaian listrik di luar generator.

Gambar di atas adalah skema sederhana proses kerja generator AC. Kawat angker ABCD dapat berputar terhadap sumbu a-b, dan berada di tengah-tengah medan magnet N-S. Kawat angker sedang dalam kondisi diputar oleh sumber dari luar, dengan arah yang berlawanan arah putaran jarum jam sesuai pada gambar. Putaran ini memberikan gaya torsi dengan arah yang selalu tegak lurus dengan kawat angker.

Sekarang mari kita perhatikan bagian kawat angker sisi C-D pada gambar sebelah kiri. Kawat tersebut bergerak ke atas (keluar bidang gambar) sesuai dengan torsi arah putaran gaya luar. Gerakan kawat angker ini memotong garis gaya magnet sehingga akan timbul gaya gerak listrik di kawat angker tersebut. Dengan menggunakan kaidah tangan kanan Fleming, maka dengan mudah dapat kita tentukan arah arus listrik yang terbangkitkan yakni ke bawah dari titik C ke D. Sehingga arah arus pada tahanan R adalah dari kanan ke kiri. Begitu pula pada kawat angker sisi A-B yang mengalami gaya torsi ke bawah (masuk bidsng gambar), sehingga jika kita menggunakan kaidah tangan kanan Fleming maka akan kita dapatkan arah arus listrik dari titik A ke B.

Seiring dengan berputarnya poros generator, maka kawat angker generator akan berpindah posisi sesuai dengan gambar sebelah kanan. Pada kondisi ini, dengan menggunakan cara yang sama seperti sebelumnya, akan dapat dengan mudah kita simpulkan bahwa aliran arus listrik di sisi kawat angker A-B adalah dari titik B ke A. Sedangkan pada sisi kawat C-D arah arus listrik yakni dari titik D ke C. Dengan masing-masing sisi kawat angker yang selalu bersentuhan dengan slip ring tersendiri, maka arah arus listrik yang dibangkitkan pada konfigurasi kawat angker gambar kanan adalah kebalikan dari gambar kiri. Disinilah arus bolak-balik listrik AC berasal.

Dengan penjelasan di atas maka arus listrik AC memiliki karakter unik yakni nilai arus yang fluktuatif dari positif hingga negatif. Tiap-tiap posisi kawat angker memiliki nilai arus yang berbeda-beda, dan akan kembali bernilai sama jika kawat angker rotor kembali ke posisi nol nya (telah berputar 360o). Gambar di atas adalah gelombang sinusoidal arus listrik yang dibangkitkan oleh generator AC. Gambar sebelah kiri adalah ilustrasi penampang generator AC dengan berbagai posisi kawat angker rotor. Sedangkan gambar yang sisi kanan adalah grafik sinusoidal arus listrik AC dengan sumbu X adalah waktu, dan sumbu Y adalah nilai arus listrik. Grafik arus listrik AC disebut dengan grafik sinusoidal karena nilai arus listrik sesuai dengan prinsip trigonometri fungsi sinus (x(t) = Amax.sinθ).

FREKUENSI LISTRIK AC
Nilai frekuensi listrik AC adalah berbanding lurus dengan kecepatan rotasi rotor ( ƒ ∝ Ν ), denganN = rpm. Pada gambar sederhana di atas kita juga hanya menggunakan kutub tunggal untuk masing-masing kutub utara dan selatan, sehingga hanya terdapat satu arah garis gaya magnet. Misalkan saja kita menambah satu pasang lagi kutub magnet sehingga terdapat dua kutub utara dan dua kutub selatan, maka untuk satu saja putaran kumparan rotor akan menghasilkan dua gelombang sinusoidal listrik AC. Dapat disimpulkan disini bahwa nilai frekuensi listrik AC juga berbanding lurus dengan jumlah pasangan kutub magnet ( ƒ ∝ P ), dimana P = jumlah pasangan kutub magnet stator generator.

Dengan ini dapat kita simpulkan bahwa nilai frekuensi listrik AC sebuah generator AC dapat kita hitung menggunakan rumus sederhana berikut :

dengan f = gelombang / menit

atau,



Dimana N adalah kecepatan rotor dalam rpm, P adalah jumlah pasang kutub magnet rotor, sedangkan 60 adalah konversi ke detik.