Generator

PEMELIHARAAN MOTOR dan GENERATOR LISTRIK
1. Mesin Listrik 2. Mesin-mesin DC 3. Generator	4. Motor DC 5. Generator AC-Sinkron 6. Pemeliharaan Motor dan Geneator

Tipe genetaor
Generator merupakan sebuah perangkat yang mengubah energi mkanis menjadi energi listrik. Generator digunakan di bidang yang sangat luas, misalnya: di bandar udara, di rumah sakit, di transportasi, komputer, di bidang konstruksi, proses industri, dan lain-nya.

Pada dasarnya terdapat dua macam generator, yaitu generator AC dan generator DC. Karena generator AC menghasilkan arus AC, maka sering disebut sebagai alternator. Dan generator DC akan menghasilkan arus DC.

Generator dc

Generator DC dibedakan menjadi beberapa tipe berdasarkan dari rangkaian belitan magnet, atau penguat eksitasinya terhadap jangkar (anker).

Tipe generator DC:

1. Generator penguat terpisah
2. Generator shunt
3. Generator kompon

1). Konstruksi generator DC
Pada umumnya generator dibuat dengan menggunakan magnet permanen dengan: 4-kutub rotor, regulator tegangan digital, proteksi terhadap beban lebih, startor eksitasi, penyearah, bearing dan rumah generator atau casis, serta bagian rotor. Gambar 4.7 menunjukkan gambar potongan melintang konstruksi generator DC.
Generator DC terdiri dari dua bagian, yaitu:

1. Stator, ialah bagian: mesin DC yang diam (terdiri atas: rangka motor, belitan stator, sikat arang, beraing, terminal box).
2. Rotor, ialah bagian: mesin DC yang berputar (terdiri atas: komutator, belitan rotor, kipas rotor, poros rotor).

Bagian yang harus menjadi perhatian untuk perawatan secara rutin adalah sikat arang yang akan memendek, dan harus diganti secara periodik. Komutator harus dibersihkan dari kotoran sisa sikat arang yang menempel dan serbuk arang yang mengisi celah-celah komutator (gunakan amplas halus untuk membersihkan noda bekas sikat arang).

2). Prinsip kerja generator DC
Pembangkitan tegangan induksi oleh sebuah generator diperoleh melalui dua cara:

1. dengan menggunakan cincin-seret
2. dengan menggunakan komutator.

Cara 1 menghasilkan tegangan induksi bolak-balik, sedangkan cara 2 menghasilkan tegangan DC. Proses pembangkitan tegangan-tegangan induksi tersebut dapat dilihat pada Gambar 4.8 dan Gambar 4.9.

Jika rotor diputar dalam pengaruh medan magnet, maka akan terjadi perpotongan medan magnet oleh lilitan kawat pada rotor, dan hal ini akan menimbulkan tegangan induksi. Tegangan induksi terbesar terjadi saat rotor menempati posisi seperti pada Gambar 4.8 (a) dan (c). Pada posisi ini terjadi perpotongan medan magnet (oleh penghantar) maksimum. Sedangkan posisi jangkar pada Gambar 4.8.(b), akan menghasilkan tegangan induksi nol, dan hal ini karena tidak adanya perpotongan medan magnet dengan penghantar pada jangkar atau rotor. Daerah medan ini disebut daerah netral.

Jika ujung belitan rotor dihubungkan dengan slipring berupa dua cincin (ini disebut cincin seret (seperti ditunjukkan Gambar 4.9)), maka akan dihasilkan listrik AC berbentuk sinusoida. Dan bila ujung belitan rotor dihubungkan dengan komutator satu cincin (Gambar 4.9) dengan dua belahan, maka akan dihasilkan listrik DC dengan dua gelombang positip.

• Rotor dari generator DC akan menghasilkan tegangan induksi bolak-balik, dan sebuah komutator berfungsi sebagai penyearah tegangan AC.
• Besarnya tegangan yang dihasilkan oleh sebuah generator DC sebanding dengan banyaknya putaran dan besarnya arus eksitasi (arus penguat medan).

Generator penguat terpisah

Pada generator terpisah, belitan eksitasi (penguat eksitasi) tidak terhubung menjadi satu dengan rotor. Dan terdapat dua jenis generator penguat terpisah, yaitu:

1. Penguat elektromagnetik (Gambar 4.10.a)
2. Magnet permanen (Gambar 4.10.b).

Energi listrik yang dihasilkan oleh penguat elektromagnet dapat diatur melalui pengaturan tegangan eksitasi. Pengaturan dapat dilakukan secara elektronik atau magnetik. Generator ini bekerja dengan catu daya DC dari luar yang dimasukkan melalui belitan F1-F2.

Penguat dengan magnet permanen menghasilkan tegangan output generator yang konstan dari terminal rotor A1-A2. Karakteritik tegangan V relatif konstan dan tegangan akan menurun sedikit, ketika arus beban I dinaikkan mendekati harga nominalnya.

Gambar 4.11 menunjukkan karakteristik generator penguat terpisah saat eksitasi penuh (Ie 100%) dan saat eksitasi setengah penuh (Ie 50%). Ie adalah arus eksitasi, dan I adalah arus beban. Tegangan output generator akan sedikit turun jika arus beban semakin besar.

Generator shunt

Pada generator shunt, penguat eksitasi E1-E2 terhubung paralel dengan rotor (A1-A2). Tegangan awal generator diperoleh dari magnet sisa yang terdapat pada medan-magnet stator. Rotor berputar dalam medan-magnet lemah yang dihasilkan oleh tegangan yang akan memperkuat medan-magnet stator sampai dicapai tegangan nominalnya. Pengaturan arus eksitasi yang melewati belitan shunt E1-E2 diatur oleh tahanan geser. Makin besar arus eksitasi shunt, makin besar medan penguat shunt yang dihasilkan, dan tegangan terminal meningkat sampai mencapai tegangan nominalnya. Diagram rangkaian generator shunt dapat dilihat pada Gambar 4.12.

Karakteristik Generator Shunt
Generator shunt mempunyai karakteristik seperti ditunjukkan pada Gambar 4.12. Tegangan output akan turun lebih banyak dibandingkan output generator terpisah untuk kenaikan arus beban yang sama. Sebagai sumber tegangan, karakteristik ini tentu kurang baik. Seharusnya generator-generator tersebut diatas mempunyai tegangan output konstan.

Jika generator shunt tidak mendapatkan arus eksitasi, maka: sisa megnetisasi tidak akan ada. Atau jika belitan eksitasi salah sambung, atau jika arah putaran terbalik, atau rotor terhubung-singkat, maka: tidak akan ada tegangan atau energi listrik yang dihasilkan oleh generator tersebut.

Generator kompon

Kelemahan dari kedua tipe generator diatas (tegangan output akan turun jika arus beban naik), dapat diperbaiki dengan menggunakan generator kompon.
Generator kompon mempunyai dua penguat eksitasi pada inti kutub utama yang sama. Satu penguat eksitasi merupakan penguat shunt, dan lainnya merupakan penguat seri. Diagram rangkaian generator kompon ditunjukkan pada Gambar 4.14. Pengatur medan magnet (D1-D2) terletak di depan belitan shunt.

Karakteristik Generator Kompon
Gambar 4.15 menunjukkan karakteristik generator kompon. Tegangan output generator terlihat konstan dengan pertambahan arus beban, baik pada arus eksitasi penuh maupun eksitasi 50%. Hal ini disebabkan oleh adanya penguatan lilitan seri, yang cenderung naik tegangannya jika arus beban bertambah besar. Jadi, ini merupakan kompensasi dari generator shunt, yang cenderung turun tegangannya jika arus bebannya naik.

Jangkar Generator DC

Jangkar adalah tempat lilitan pada rotor yang berbentuk silinder beralur. Belitan tersebut merupakan tempat terbentuknya tegangan induksi. Pada umumnya jangkar terbuat dari bahan yang kuat dan mempunyai sifat feromagnetik dengan permiabilitas yang cukup besar.

Permiabilitas yang besar diperlukan agar lilitan jangkar terletak pada daerah yang induksi magnetnya besar, sehingga tegangan induksi yang ditimbulkan juga besar. Belitan jangkar terdiri dari beberapa kumparan yang dipasang di dalam alur jangkar. Tiap-tiap kumparan terdiri dari lilitan kawat atau lilitan batang.

Reaksi Jangkar

Fluks magnet yang ditimbulkan oleh kutub-kutub utama dari sebuah generator saat tanpa beban, disebut Fluks Medan Utama (Gambar 4.17).

Fluks ini memotong lilitan jangkar, sehingga timbul tegangan induksi. Bila generator dibebani, maka pada penghantar jangkar timbul arus jangkar. Arus jangkar ini menyebabkan timbulnya fluks pada penghantar jangkar tersebut dan biasa disebut Fluks Medan Jangkar (Gambar 4.18).
Munculnya medan jangkar akan memperlemah medan utama yang terletak disebelah kiri kutub utara, dan akan memperkuat medan utama yang terletak di sebelah kanan kutub utara. Pengaruh adanya interaksi antara medan utama dan medan jangkar ini disebut reaksi jangkar. Reaksi jangkar ini mengakibatkan medan utama tidak tegak lurus pada garis netral n, tetapi bergeser sebesar sudut α. Dengan kata lain, garis netral akan bergeser. Pergeseran garis netral akan melemahkan tegangan nominal generator. Untuk mengembalikan garis netral ke posisi awal, dipasangkan medan-magnet bantu (interpole atau kutub bantu), atau seperti ditunjukkan pada Gambar 4.20(a). Lilitan magnet bantu berupa kutub magnet yang ukuran fisiknya lebih kecil dari kutub utama. Dengan bergesernya garis netral, maka sikat yang diletakkan pada permukaan komutator dan tepat terletak pada garis netral n juga akan bergeser. Jika sikat dipertahankan pada posisi semula (garis netral), maka akan timbul percikan bunga api, dan ini sangat berpotensi menimbulkan kebakaran atau bahaya lainnya. Oleh karena itu, sikat juga harus digeser sesuai dengan pergeseran garis netral. Bila sikat tidak digeser, maka komutasi akan jelek, sebab sikat terhubung dengan penghantar yang mengandung tegangan.

Reaksi jangkar ini dapat juga diatasi dengan kompensasi yang dipasangkan pada kaki kutub utama, baik pada lilitan kutub utara maupun kutub selatan. Kini, dalam rangkaian generator DC memiliki tiga lilitan magnet, yaitu: lilitan magnet utama, lilitan magnet bantu (interpole), dan lilitan magnet kompensasi.
Gambar 4.20 (a) dan (b) menunjukkan generator dengan komutator dan lilitan kompensasinya.