APLIKASI GENERATOR DALAM KEHIDUPAN SEHARI-HARI

DISUSUN OLEH :

IGA PUSPITASARI (103224002)

IKHLASUL AMALIA (103224019)

AINIYATUL M. (103224202)

NOR HIDAYA R (103224203)

FISIKA REGULER 2010

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA

TAHUN AJARAN 2012

Generator listrikGenerator listrik adalah sebuah alat yang memproduksi energi listrik dari sumber

energi mekanik, biasanya dengan menggunakan induksi elektromagnetik. Proses ini dikenal sebagai pembangkit listrik. Walau generator dan motor punya banyak kesamaan, tapi motor adalah alat yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Generator mendorong muatan listrik untuk bergerak melalui sebuah sirkuit listrik eksternal, tapi generator tidak menciptakan listrik yang sudah ada di dalam kabel lilitannya. Hal ini bisa dianalogikan dengan sebuah pompa air, yang menciptakan aliran air tapi tidak menciptakan air di dalamnya. Sumber enegi mekanik bisa berupa resiprokat maupun turbin mesin uap, air yang jatuh melakui sebuah turbin maupun kincir air, mesin pembakaran dalam, turbin angin, engkol tangan, energi surya atau matahari, udara yang dimampatkan, atau apa pun sumber energi mekanik yang lain.

MANFAAT

Generator ialah mesin pembangkit tenaga listrik, pembangkitan diperoleh dengan menerima tenaga mekanis dan diubahnya menjadi tenaga listrik. Dewasa ini manfaat generator sangat berarti bagi masyarakat, baik yang bergelut di industri maupun untuk Pribadi, Untuk Industri dapat kita ambil contoh Generator yang dipakai pada pusat listrik tenaga uap biasanya berjenis medan putus dan merupakan system udara tertutup. Lain hal nya dengan Generator pusat listrik tenaga air,yang mneggunakan system udara terbuka, dimana ketika air yang dibendung didalam waduk dilepaskan kedalam jalur yang didalamnya ada turbin yang terhubung ke poros generator, sehingga menyebabkan generator tersebut berputar. manfaat generator disini ialah putarannya yang menghasilkan listrik,              Pemanfaatan generator untuk sumberdaya listrik merupakan pilihan utama dalam penggunaan generator, karena seperti ketahui bersama bahwa listrik merupakan kebutuhan yang penting bagi masyarakat. Pada tiap – tiap pembangkit listrik tentunya menggunakan generator sebagai pengubah daya dari mekanis ke listrik.              Generator juga bermanfaat untuk mendapatkan tenaga utama bagi pabrik – pabrik yang bergerak di dunia industri, seperti pada pabrik semen, tekstil, perbengkelan, dan sebagainya. Jadi pada intinya manfaat generator sangat berarti bagi masyarakat terlebih jika generator tersebut menghasilkan listrik.

Generator portabel (pandangan samping)

Generator portabel (pandangan sudut)

Pada 1831-1832 Michael Faraday menemukan bahwa perbedaan potensial dihasilkan antara ujung-ujung konduktor listrik yang bergerak tegak lurus terhadap medan magnet. Dia membuat generator elektromagnetik pertama berdasarkan efek ini menggunakan cakram tembaga yang berputar antara kutub magnet tapal kuda. Proses ini menghasilkan arus searah yang kecil.

Desain alat yang dijuluki ‘cakram Faraday’ itu tidak efisien dikarenakan oleh aliran arus listrik yang arahnya berlawanan di bagian cakram yang tidak terkena pengaruh medan magnet. Arus yang diinduksi langsung di bawah magnet akan mengalir kembali ke bagian cakram di luar pengaruh medan magnet. Arus balik itu membatasi tenaga yang dialirkan ke kawat penghantar dan menginduksi panas yang dihasilkan cakram tembaga. Generator homopolar yang dikembangkan selanjutnya menyelesaikan permasalahan ini dengan menggunakan sejumlah magnet yang disusun mengelilingi tepi cakram untuk mempertahankan efek medan magnet yang stabil. Kelemahan yang lain adalah amat kecilnya tegangan listrik yang dihasilkan alat ini, dikarenakan jalur arus tunggal yang melalui fluks magnetik.

PENGARUH GENERATOR LISTRIK DALAM KEHIDUPAN SEHARI-HARI

Astraksi: Paper ini berkaitan dengan pengaruh generator listrik dalam kehidupan sehari-hari. Dimana generator menjadi salah satu sumber energi listrik pada semua bidang. Khususnya dibidang kelistrikan dan umumnya di semua bidang. Generator listrik adalah sebuah alat yang memproduksi energi listrik dari sumber energi mekanikal, biasanya dengan menggunakan induksi elektromagnetik. Proses ini dikenal sebagai pembangkit listrik. Prinsip kerja generator menggunakan prinsip induksi. Generator mendorong muatan listrik untuk bergerak melalui sebuah sirkuit listrik eksternal, tapi generator tidak menciptakan listrik yang sudah ada di dalam kabel lilitannya. Sumber enegi mekanik bisa berupa resiprokat maupun turbin mesin uap, air yang jatuh melakui sebuah turbin maupun kincir air, mesin pembakaran dalam, turbin angin, engkol tangan, energi surya atau matahari, udara yang dimampatkan, atau apapun sumber energi mekanik yang lain. Pada generator terdapat arus searah dan arus bolak-balik.

Pemakaian generator pada semua bidang sangat diperlukan karena sebagai sumber energi listrik. Dimana generator menjadi salah satu pembangkit listrik yang mudah untuk digunakan. Generator dikenal sebagai pembangkit listrik walau generator dan motor punya banyak kesamaan, tapi motor adalah alat yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Generator mendorong muatan listrik untuk bergerak melalui sebuah sirkuit listrik eksternal, tapi generator tidak menciptakan listrik yang sudah ada di dalam kabel lilitannya. Intinya, Generator menghasilkan listrik dimana kita ketahui bahwa listrik merupakan bentuk energi sekunder yang paling praktis penggunaannya oleh manusia, di mana listrik dihasilkan dari proses konversi energi sumber energi primer seperti batu bara, minyak bumi, gas, panas bumi, potensial air dan energi angin. Pada generator terdapat arus bolak balik dan arus searah. Arus bolak balik terjadi karena disearahkan melalui medium komutator dan sikat-sikat., sedangkan generator a-c tidak mempunyai penyearah dan menyalurkan energi listrik bolak-balik (a-c) pada bebannya. Sedangkan, arus searah terjadi karena karena frekuensi dari pembangkitan emf tergantung dari kecepatannya. Hal ini biasanya menunjuk kepada kecepatan sinkron, untuk alasan ini mesin ini sering disebut alternator sinkron atau generator sinkron. Mengingat aksi dari generator tergantung dari gerak relative konduktor berkenaan dengan kekuatan dari saluran, ini harus jelas bahwa mungkin untuk membangun alternator dengan medan yang tetap dan menggerakkan armature atau dengan armature yang tetap dan medan medan yang bergerak.

Pada 1831-1832 Michael Faraday menemukan bahwa perbedaan potensial dihasilkan antara ujung-ujung konduktor listrik yang bergerak tegak lurus terhadap medan magnet. Dia membuat generator elektromagnetik pertama berdasarkan efek ini, menggunakan cakram tembaga yang berputar antara kutub magnet tapal kuda. Proses ini menghasilkan arus searah yang kecil. Desain alat yang dijuluki ‘cakram Faraday’ itu tidak efisien dikarenakan oleh aliran arus listrik yang arahnya berlawanan di bagian cakram yang tidak terkena pengaruh medan magnet. Arus yang diinduksi langsung di bawah magnet akan mengalir kembali ke bagian cakram di luar pengaruh medan magnet. Arus balik itu membatasi tenaga yang dialirkan ke kawat penghantar dan menginduksi panas yang dihasilkan cakram tembaga. Generator homopolar yang dikembangkan selanjutnya menyelesaikan permasalahan ini dengan menggunakan sejumlah magnet yang disusun mengelilingi tepi cakram untuk mempertahankan efek medan magnet yang stabil. Kelemahan yang lain adalah amat kecilnya tegangan listrik yang dihasilkan alat ini, dikarenakan jalur arus tunggal yang melalui fluks magnetik.

Cakram Faraday

Pada Gambar diatas mengilustrasikan sebuah cakram yang dibuat oleh faraday untuk mencoba menghasilkan sumber energi listrik. Salah satu pengembangan yang berhasil ditemukan setelah menggunakan cakram adalah dinamo. Dinamo adalah generator listrik pertama yang mampu mengantarkan tenaga untuk industri, dan masih merupakan generator terpenting yang digunakan pada abad 21. Dinamo menggunakan prinsip elektromagnetisme untuk mengubah putaran mekanik menjadi listrik arus bolak-balik. Dinamo pertama berdasarkan prinsip Faraday dibuat pada 1832 oleh Hippolyte Pixii, seorang pembuat alat Prancis. Alat ini menggunakan magnet permanen yang diputar oleh sebuah "crank". Magnet yang berputar diletakaan sedemikian rupa sehingga kutub utara dan selatannya melewati sebongkah besi yang dibungkus dengan kawat. Pixii menemukan bahwa magnet yang berputar memproduksi sebuah pulsa arus di kawat setiap kali sebuah kutub melewati "coil". Lebih jauh lagi, kutub utara dan selatan magnet menginduksi arus di arah yang berlawanan. Dengan menambah sebuah komutator, Pixii dapat mengubah arus bolak-balik menjadi arus searah [1].

Prinsip Kerja Generator Searah Prinsip kerja suatu generator arus searah berdasarkan hukum Faraday :

e = - N dΦ/ dt

dimana : N : jumlah lilitan Φ : fluksi magnet e : Tegangan imbas, ggl(gaya gerak listrik) Dengan lain perkataan, apabila suau konduktor memotong garis-garis fluksi magnetik yang berubah-ubah, maka ggl akan dibangkitkan dalam konduktor itu. Jadi syarat untuk dapat dibangkitkan ggl adalah : - harus ada konduktor ( hantaran kawat ) - harus ada medan magnetik - harus ada gerak atau perputaran dari konduktor dalam medan, atau ada fluksi yang berubah yang memotong konduktor itu.

Untuk menentukan arah arus pada setiap saat, berlaku pada kaidah tangan kanan : - ibu jari : gerak perputaran - jari telunjuk:medan magnetik kutub u dan s - jari tengah : besaran galvanis tegangan U dan arus I

Untuk perolehan arus searah dari tegangan bolak balik, meskipun tujuan utamanya adalah pemabngkitan tegangan searah, tamopak bahwa tegangan kecepatan yang dibangkitkan pada kumparan jangkar merupakan tegangan bolak-balik. Bentuk gelombang yng berubah-ubah tersebut karenanya harus disearahkan. Untuk mendapatkan arus searah dari arus bolak balik dengan menggunakan -saklar -komutator -dioda

►Sistem Saklar

Saklar berfungsi untuk menghubung-singkatkan ujung-ujung kumparan. Prinsip kerjanya adalah sebagai berikut :

Bila kumparan jangkar berputar, maka pada kedua ujung kumparan akan timbul tegangan yang sinusoida. Bila setengan periode tegangan positif saklar di huybungkan, maka tegangan menjadi nol. Dan bila sakalar dibuka lagi akan timbul lagi tegangan. Begitu seterusnya setiap setenganh periode tegangan saklar dihubungkan, maka akan di hailkan tegangan searah gelombang penuh.

►Sistem Komutator

Komutator brfungsi sebagai saklar, yaitu untuk menghubung singkatkan kumparan jangkar. Komutator berupa cincin belah yang dipasang pada ujung kumparan jangkar. Bila kumparan jangkar berputar, maka cincin belah ikut berputar. Karena kumparan berada dalam medan magnet, akan timbul tegangna bolak balik sinusoidal. Bila kumparan telah berputar setengah putaran, sikat akan menutup celah cincin sehingga tegangan menjadi nol. Karena cincin berputar terus, maka celah akan terbuka lagi dan timbul tegangan lagi. Bila perioda tegangan sama dengan perioda perputaran cincin, tegangan yang timbul adalah tegangan arus searah gelombang penuh.

► Sistem Dioda

Dioda adalah komponen pasif yang mempunyai sifat-sifat sebagai berikut: - Bila diberi prasikap maju (forward bias) bisa dialiri arus. - Bila diberi prasikap balik (reverse bias) dioda tidak akan dialiri arus. Berdasrakan bentuk gelombang yang dihasilkan, dioda dibagi dalam: - Half wave rectifier (penyearah setengah gelombang) - Full wave rectifier (penyearah satu gelombang penuh)

KARAKTERISTIK GENERATOR ARUS SEARAH Medan magnet pada generator dapat dibangkitkan dengan dua cara yaitu : - dengan magnet permanen - dengan magnet remanen

Generator listrik dengan magnet permanen sering juga disebut magneto dynamo. Karena banyak kekurangannya, maka sekarang jarang digunakan. Sedangkan generator dengan magnet remanen menggunakan medan magnet listrik, mempunyai kelebihan-kelebihan yaitu :

- Medan magnet yang dibangkitkan dapat diatur

Pada generator arus searah berlaku hubungan-hubungan sebagai berikut : Ea = Φ z n P / 60 a Volt Dimana: Ea = ggl yang dibangkitkan pada jangkar generator Φ = fluks per kutub z = jumlah penghantar total n = kecepatan putar a = jumlah hubungan pararel

Bila zP/60a = c(konstanta), maka :

Ea = cnΦ Volt

Berdasarkan cara memberikan fluks pada kumparan medannya, generator arus searah dapat dikelompokkan menjadi 2 yaitu:

1.Generator Berpenguatan Bebas

Generator tipe penguat bebas dan terpisah adalah generator yang lilitan medannya dapat dihubungkan ke sumber dc yang secara listrik tidak tergantung dari mesin. Tegangan searah yang dipasangkan pada kumparan medan yang mempunyai tahanan Rf akan menghasilkan arus If dan menimbulkan fluks pada kedua kutub. Tegangan induksi akan dibangkitkan pada generator.

2.Generator Arus Bolak-Balik

Generator a-c dan generator d-c adalah sama dalam satu hal yang penting, kedua-duanya membangkitkan emfs. Pada generator d-c, tegangan bolak-balik disearahkan melalui medium komutator dan sikat-sikat., sedangkan generator a-c tidak mempunyai penyearah dan menyalurkan energi listrik bolak-balik (a-c) pada bebannya. Dalam kenyataan, sungguh mungkin untuk menggunakan generator d-c sebagai generator a-c dengan mengganti sepasang ring kolektor pada batang dan menghubungkan ring ini pada titik yang tepat pada belitanar mature.

Generator a-c biasanya disebut alternators. Tetapi tidak seperti generator d-c, generator a-c harus dijalankan pada kecepatan yang konstan karena frekuensi dari pembangkitan emf tergantung dari kecepatannya. Hal ini biasanya menunjuk kepada kecepatan sinkron, untuk alasan ini mesin ini sering disebut alternator sinkron atau generator sinkron. Mengingat aksi dari generator tergantung dari gerak relative konduktor berkenaan dengan kekuatan dari saluran, ini harus jelas bahwa mungkin untuk membangun alternator dengan medan yang tetap dan menggerakkan armature atau dengan armature yang tetap dan medan medan yang bergerak. Dalam praktek, armature yang tetap dan medan magnet yang bergerak dipilih untuk beberapa alasan :

1. Belitan armature lebih komplek daripada medan dan disusun lebih mudah pada susunan yang tetap. 2. Belitan armature dapat dikuatkan denagn aman dalam frame yang keras. 3. Mudah untuk mengisolasi dan mengamankan belitan armature tegangan tinggi pada

alternator. 4. Belitan armature didinginkan lebih cepat karena inti stator dapat dibuat lebih luas dan dengan lebih banyak aliran udara atau saluran pendinginan untuk memaksa sirkulasi udara. 5. Medan tegangan rendah dapat dibuat untuk efisiensi operasi kecepatan tinggi.

Pada umumnya, alternator dibuat dalam ukuran yang besar daripada generator d-c, komutator adalah faktor serius yang membatasi dalam perencanaan mesin d-c yang besar. Tiga macam tipe dari prime movers untuk alternator adalah turbin uap, mesin uap, dan water-wheel, dan seperti yang disebutkan diatas mekanik tenaga biasanya diterapkan pada rotor. Gambar 1 menunjukkan potongan sebuah water-wheel generator dengan kapasitas kurang lebih 3,000kw untuk operasi pada kecepatan sedang. Perhatian yang cermat pada gambar akan membuat jelas bagaimana armature dan medan disusun, bagaimana generator exciter d-c yang kecil diatas “feeds” arus searah pada medan yang berputar melalui cincin kolektor, dan bagaimana ukuran yang beasr dari stator dan rotor didukung dengan pondasi beton yang kuat . menunjukkan potongan dari turbin uap untuk operasi kecepatan tinggi. Yang terutama rotor yang panjang, beberapa belitan armature, insulator tegangan tinggi pada bagian bawah , dan dua generator d-c exciter di bagian kiri. Stator dari alternator terdiri dari laminasi, lubang, inti magnet besi yang baik dan belitan armature ditempatkan di dalam lubang seperti yang dilakukan di generator d-c.

Frekuensi generator a-c. Sebagai kutub dari dua kutub alternator yang berputar, pembangkitan emf di belitan armature berubah arah setiap setengan putaran. Oleh karena itu lengkap satu pulsa positif dan negatif, satu siklus, akan terjadi dalam satu putaran. Ini diikuti, kemudian, bahwa frekuensi dalam satu siklus per detik tergantung langsung pada jumlah dari putaran perdetik (rpm/60) yang dibuat oleh medan. Selain itu, jika generator adalah multi kutub, misal, jika generator memiliki empat, enam, delapan atau lebih banyak kutub lagi, kemudian frekuaensi perputarannya akan berturut-turut dua, tiga, empat atau lebih. Atau, menganggapnya lebih umum, frekuensi perputarannya adalah sama dengan jumlah pasangan dari kutub. Mengkombinasikan kedua kenyataan tersebut dalam sebuah pernyataan, ini harus jelas bahwa frekuensi dari emf pada alternator proportional untuk:

1.kecepatan dalam putaran per detik (rpm/60) 2. jumlah dari pasangan kutub, P/2hubungannya dapat ditulis dalam bentuk persamaan:

f = (P/2) X (rpm/60) = (P X rpm) /120

Permukaan luar dari kutub hampir diikuti permukaan silinder bagian dalam dari inti stator, sementara bagian dalam mempunyai sambungan dari besi terdiri dari bagian-bagian yang dimasukkan ke celah-celah yang pas dimasukkan pada wedge-shaped recess in the projecting spider . Untuk kecepatan tinggi turboalternator, strukture medan tidak mempunyai kutub yang diproyeksikan. Malahan, inti berlubang dibuat dari beberapa seksi besi tempa , cakram yang kerasdipotong dari besi tempa.Tipe spiral dari belitan medan diletakkan melingkar atau paralel dengan lubang. Belitan medan biasanya dibuat untuk dihubungkan dengan sumber d-c 115 atau 230 volt, tegangan tersebut masing-masing disuplai oleh generator d-c .

Stator Stator dari alternator terdiri dari inti besi berlubang yang berlaminasi untuk menerima belitan armature. Jumlah dari lubang biasanya adalah belitan polyphase simetrik (3 phasa) dapat digunakan. Demikian sebuah belitan adalah mungkin jika jumlah dari lubang dibagai oleh

waktu phasa kutub adalah bilangan bulat. Dalam kecepatan rendah diameter mesin yang besar yang mempunyai banyak kutub, panjang aksial dari inti adalah terhitung pendek. Sejak mesin terbuka penuh, pendinginan adalah mudah dan efektif. Pada mesin kecepatan tinggi dari tipe generator turbo, yang mana dua atau empat kutub digunakan. Sejak pendinginan sendiri tidak akan memuaskan, begitu alternator sepenuhnya tertutup, agar volume yang besar dari udara dipaksa untuk melaluinya. Ini menarik untuk dicatat bahwa kecepatan udara setinggi 3,000 kaki per detik, kira-kira 35 mil per jam, digunakan untuk menjaga suhu yang dicapai oleh generator turun pada nilai yang diinginkan. Juga, untuk tujuan menyediakan secukupnya saluran udara sehingga volume yang besar siap dipaksa melaluinya Tegangan dibangkitkan di belitan armature dari alternator biasanya lebih tinggi dari generator d-c, tegangan 2.300, 4.600, 6.600 dan 13.200 adalah cukup umum. Dengan jelas, bahan penyekat yang sama yang digunakan di belitan armature d-c tidak akan memuaskan pada belitan armature a-c tegangan tinggi. Juga, suhu yang tinggi tidak diijinkan pada mesin a-c. Sejak mica adalah bahan yang dapat diandalkan yang akan menahan tegangan tinggi dan suhu tinggi, ini umumnya digunakan. Bahan ini diberi perawatan khusus untuk mengatasi sifat mekanik yang rendah. Pembangkitan tegangan dalam alternator. Hukum dasar dari aksi pembangkitan mungkin dapat dinyatakan sebagai berikut:”rata-rata I volt dibangkitkan dalam satu lilitan dari kawat jika fluks yang melalui lilitan berubah dalam kisaran 100,000,000 maxwells per detik. Pada gambar 4 satu lilitan penuh dari kawat ditunjukkan mengelilingi kutub utara. Diasumsikan bahwa kutub ini menghasilkan 10,000,000 maxwells. Diasumsikan lebih lanjut bahwa lilitan dari kawat digerakkan posisinya seperti gambar 4b dalam 1 detik; disini fluks bersih melalui kumparan adalah nol, karena 50% fluks dari kutub utara menetralkan 50% fluks dari kutub selatan. Oleh karena itu tegangan rata-rata yang dibangkitkan dalam kumparan pada satu lilitan akan bernilai 1 volt. Dan bentuk persamaanya adalah :

Eav = (N. Φ / t) X 10 e-8 volts

Dimana Eav = rata-rata tegangan yang dibangkitkan N = jumlah lilitan kumparan Φ = fluks per kutub t = waktu, detik