Teknik Fisika: Teknik Tenaga Listrik

Dalam postingan ini saya berbicara mengenai Generator Arus Searah, didalamnya terdapat beberapa informasi mengenai:

Definisi Generator
Konstruksi dan Komponen
Prinsip Kerja
Efisiensi dan Kerugian
Pemanfaatan

1. Definisi

Generator adalah alat yang digunakan untuk mengubah tenaga mekanik menjadi energi listrik, generator merupakan salah satu dari jenis motor listrik.

2. Konstruksi & Komponen

Generator arus searah memiliki konstruksi yang terdiri atas dua bagian yaitu bagian yang berputar ( rotor ) dan bagian yang diam ( stator ). Stator terbagi atas tiga bagian, yaitu rangka, inti kutub magnet dan komponen sikat komutator. Sedangkan rotor terbagi atas jangkar, kumparan jangkar dan komutator.

Rangka

Merupakan bagian paling luar dari generator, berfungsi sebagai tempat mengalirnya fluks magnet yang dihasilkan dari kutub-kutub magnet. Biasanya rangka terbuat dari bahan ferromagnetik. Untuk generator ukuran kecil, rangka terbuat dari besi tuang, sedangkan untuk generator ukuran besar, rangka terbuat dari canpuran baja. Selain itu, fungsi lain dari rangka sebagai tempat menaruh alat-alat tertentu serta sebagai pelindung bagian dalam.

Inti Kutub Magnet dan Kumparan Penguat Medan

Kutub magnet berfungsi sebagai penghasil fluks listik. Kutub magnet diberi lilitan penguat magnet yang berfungsi untuk tempat aliran arus listrik supaya terjadi proses elektromagnetik listrik. Pada dasarnya kutub magnet terdiri dari dua bagian pokok, yaitu inti kutub magnet dan sepatu kutub magnet.

Inti kutub : Terbuat dari lempengan-lempengan tipis bahan ferromagetik yang disambungkan ke sepatu kutub menggunakan baut.

Sepatu kutub : Berfungsi sebagai penyebar flluks magnet serta mengurangi reluktansi jalur magnet. Selain itu fungsi sepatu kutub sebagai pendukung mekanis untuk kumparan penguat dan kumparan medan.

Sikat

Sikat berfungsi sebagai jembatan bagi aliran arus dari lilitan jangkar dengan beban. Sikat juga berguna untuk terjadinya komutasi. Biasanya sikat terbuat dari bahan karbon, grafit ataupun campuran keduanya yang dilengkapi dengan pegas penekan dan kotak sikat. Permukaan sikat ditekan ke permukaan segmen komutator untuk menyalurkan arus listrik. Karbon yang ada diusahakan memiliki konduktivitas yang tinggi untuk mengurangi rugi-rugi listrik serta gesekan.

Jangkar

Jangkar biasanya berbentuk silinder yang di beri alur-alur pada permukaannya untuk tempat melilitkan kumparan dan tempat terbentuknya ggl induksi. Jangkar di buat dari bahan campuran baja silikon yang bertujuan untuk menghasilkan ggl induksi yg besar. Alasan lain jangkar dibuat bercelah untuk mengurangi panas yang dihasilkan oleh arus eddy.

Kumparan Jangkar

Kumparan jangkar berfungsi sebagai penghasil ggl induksi, adapun jumlah konduktor dalam kumparan dapat diketahui menggunakan rumus :

Z = 2CN

Di mana :

C = jumlah segmen komutator pada rotor

N = jumlah lilitan setiap belitan segmen

Komutator

Komutator berfungsi untuk mengumpulkan arus induksi dari konduktor jangkar dan mengubahnya menjadi arus searah melalui sikat komutator, komutator dan sikat seperti satu paket yang kerjanya disebut komutasi.

3. Prinsip Kerja

Suatu generator arus searah bekerja berdasarkan prinsip induksi magnetik sesuai dengan Hukum Faraday. Apabila sebuah konduktor magnet berada dalam suatu kumparan yg berubah-ubah terhadap waktu, akan terbentuk GGL induksi begitu pula sebaliknya.

Medan magnet dihasilkan oleh kumparan medan sedangkan efek perubahan fluksi dihasilkan dari belitan penghantar yang diputar oleh prime mover.

Hukum Faraday :

GGL pada generator dapat diketahui dengan rumus

Dimana:

e = GGL Induksi

t = Waktu

p = Jumlah kutub

Φ = Fluks setiap kutub

N = Jumlah lilitan

Z = Jumlah konduktor total pada jangkar

n = Kecepatan putaran per menit

b = Jumlah jalur paralel yang melalui jangkar

Seperti yang sudah dibahas sebelumnya, penyearah arus menggunakan alat yang disebut komutator. Komutator pada prinsipnya mempunyai bentuk yang sama dengan cincin seret, hanya cincin tersebut dibelah dua kemudian disatukan kembali dengan menggunakan bahan isolator. Masing-masing bahan komutator dihubungkan dengan sisi kumparan tempat terbentuknya GGL. Komutator I dihubungkan dengan sisi AB dan komutator II dihubungkan dengan sisi CD.

Suatu penghantar yang ditembus oleh fluksi jika kumparan ABCD berputar, maka sikat-sikat akan bergesekan dengan komutator secara bergantian. Peristiwa bergesekan / perpindahan sikat-sikat dari satu komutator ke komutator berikutnya disebut komutasi. Peristiwa ini menyebabkan terjadinya penyearahan.

4. Efisiensi dan Kerugian

Efisiensi Generator arus searah dapat diketahui dengan persamaan

Dimana :

η = Efisiensi

Pout = Daya keluaran

∑R = Rugi-rugi total

Kerugian (Rugi-Rugi) terbagi atas tiga bagian yaitu:

1. Rugi tembaga :

· Rugi tembaga jangkar

· Rugi tembaga medan shunt

· Rugi tembaga medan seri

2. Rugi inti :

· Rugi hysteresis

· Rugi arus eddy

3. Rugi mekanis :

· Gesekan poros dan gesekan sikat

· Putaran jangkar

5. Pemanfaatan

Dalam kehidupan kita sehari-hari generator DC mempunyai banyak pengaplikasian, yang diantaranya sebagai altenator mobil, dynamo sepeda, las listrik, kipas computer, vcd player dan sebagainya.

Contoh sederhana yaitu dinamo sepeda, dinamo merupakan generator kecil yang dapat menghasilkan arus listrik yang kecil.Dinamo sepeda berguna untuk menyalakan lampu. Terangnnya lampu di tentukan oleh cepatnya roda berputar yang mengakibatkan dinamo juga berputar dengan cepat dan arus listrik juga akan besar. Dinamo sepeda adalah sebuah magnet yang dapat berputar dalam suatu kumparan. Biasanya dinamo dapat menghasilakan tegangangan 6 sampai 12 Volt. Jadi dengan adanya dinamo pada sepeda dapat memudahkan kita bila menggunakan sepeda bila malam hari.