Generator Listrik

Materi ajar kelas X Teknik Kendaraan Ringan semester genap SMKN 1 Rembang

GENERATOR LISTRIK

Generator listrik adalah alat yang memproduksi energi listrik dari sumber mekanik dengan menggunakan induksi elektromagnetik.

Konsep generator pertama kali ditemukan oleh Michael Faraday yang berkebangsaan Inggris, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Hukum Faraday

Dari gambar di atas, bila konduktor digerakkan maju mundur antara kutub utara dan kutub selatan maka jarum galvanometer akan bergerak. Gerakan tersebut menunjukkan adanya gaya listrik yang dihasilkan.

Berikut di bawah ini animasi Faraday Law:

Dari gambar di atas dapat diamati bahwa;

*Jarum Galvanometer akan bergerak, bila konduktor/magnet yang bergerak

*Arah gerak jarum sama dengan arah gerakan konduktor arah kutub-kutubnya

*Besarnya penyimpangan jarum akan sebanding dengan kecepatan potong.

*Jarum tidak akan bergerak bila gerakan dihentikan.

TEORI PEMBANGKITAN KELISTRIKAN

1. Induksi Elektromagnetik

Generator ini menggunakan prinsip hukum Faraday yaitu bila sebuah konduktor digerakkan di dalam medan magnet, maka akan timbul  arus induksi pada konduktor tersebut.

2. Arah Gaya Listrik

Arah dari gaya gerak listrik yang dibangkitkan pada sebuah konduktor dalam medan magnet akan berubah dengan bertukarnya arah dari magnetic flux dan arah gerakan konduktor.

Hal ini dapat ditunjukkan dengan kaidah tangan kananFleming  yaitu;

“Apabila sebuah penghantar bergerak keluar memotong garis gaya magnet, maka gaya gerak listrik akan bergerak ke kiri”.

Kaidah tangan kanan Fleming

CARA MERUBAH ENERGI MEKANIK MENJADI ENERGI LISTRIK

Prinsip Generator

*Bila hanya sebuah konduktor saja yang diputar dalam sebuah medan magnet,

maka gaya listrik yang dihasilkan juga sedikit (kecil).

*Bila konduktor yang digunakan semakin banyak maka akan dihasilkan gaya

listrik semakin besar. Demikian pula bila konduktor diputar semakin cepat

di dalam medan magnet, maka bertambah besar pula gaya listriknya.

*Konduktor yang berbentuk coil (kumparan), jumlah gaya listrik yang terjadi

akan semakin besar.

Perhatikan gambar di bawah ini!Prinsip Generator

Ada 2 cara untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik, yaitu dengan:

1. Generator arus searah (DC Generator)

2. Generator arus bolak balik (AC Generator)

A. Generator arus searah (DC Generator) adalah:

alat yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik searah (DC).

Generator DC

Berikut animasi untuk generator DC:

Generator DC terdiri dua bagian, yaitu stator, yaitu bagian mesin DC yang diam/tidak bergerak, dan bagian rotor, yaitu bagian mesin DC yang berputar. Bagian stator terdiri dari: rangka motor, belitan stator, sikat arang, bearing dan terminal box. Sedangkan bagian rotor terdiri dari: komutator, belitan rotor, kipas rotor dan poros rotor.

Prinsip kerja generator DC sama dengan generator AC. Namun, pada generator DC arah arus induksinya tidak berubah. Hal ini disebabkan cincin yang digunakan pada generator DC berupa cincin belah (komutator).

Bagian yang harus menjadi perhatian untuk perawatan secara rutin adalah sikat arang yang akan memendek dan harus diganti secara periodik/berkala. 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.

B. Generator arus bolak balik (AC Generator) adalah:

alat yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik bolak balik (AC).

Generator AC
Bagian utama generator AC terdiri atas: magnet permanen (tetap), kumparan (solenoida). cincin geser, dan sikat. Pada generator. perubahan garis gaya magnet diperoleh dengan cara memutar kumparan di dalam medan magnet permanen. Karena dihubungkan dengan cincin geser, perputaran kumparan menimbulkan GGL induksi AC. OIeh karena itu, arus induksi yang ditimbulkan berupa arus AC. Adanya arus AC ini ditunjukkan oleh menyalanya lampu pijar yang disusun seri dengan kedua sikat.

Contoh generator AC yang akan sering kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari adalah dinamo sepeda. Bagian utama dinamo sepeda adalah sebuah magnet tetap dan kumparan yang disisipi besi lunak. Jika magnet tetap diputar, perputaran tersebut menimbulkan GGL induksi pada kumparan. Jika sebuah lampu pijar (lampu sepeda) dipasang pada kabel yang menghubungkan kedua ujung kumparan. lampu tersebut akan dilalui arus induksi AC. Akibatnya, lampu tersebut menyala. Nyala lampu akan makin terang jika perputaran magnet tetap makin cepat (laju sepeda makin kencang).

Generator AC

Berikut di bawah ini animasi generator AC:

SISTEM PENGISIAN

Sistem Pengisian adalah sistem yang berfungsi menyediakan atau menghasilkan arus listrik yang dimanfaatkan oleh komponen kelistrikan pada kendaraan dan sekaligus mengisi ulang arus pada baterai.

Pada sistem pengisian terdiri dari 3 komponen penting, yaitu: baterai, regulator, dan alternator.

Baterai

Baterai berfungsi untuk menyimpan arus listrik dan juga sebagai sumber arus listrik pada saat mesin kendaraan belum hidup.

Baterai pada kendaraan merupakan sumber listrik arus searah. Sifat muatannya adalah akan habis jika dipakai terus secara kontinu. Padahal keperluan arus listrik bagi perlengkapan kendaraan adalah setiap saat,utamanya akan banyak dihabiskan oleh sistem starter. Muatan listrik baterai akan berkurang bahkan habis apabila komponen kelistrikan kendaraan dihidupkan saat mesin mati.Dengan demikian agar baterai selalu siap pakai dalam arti muatannya selalu penuh, maka harus ada suatu sistem yang dapat mengisi ulang muatan. Nah sistem pengisian inilah yang mempunyai fungsi tersebut.Sistem pengisian bekerja apabila mesin dalam keadaan berputar. Selama mesin hidup sistem pengisian yang akan menyuplai arus listrik bagi semua komponen kelistrikan yang ada, namun jika pemakaian arus tidak terlalu banyak dan ada kelebihan arus, maka arus akan mengisi muatan di baterai. Dengan demikian baterai akan selalu penuh muatan listriknya. Arus yang dihasilkan oleh sistem pengisian adalah arus bolak balik. Padahal semua sistem dan komponen kelistrikan kendaraan memakai arus searah. Diodalah yang berfungsi menyearahkan arus bolak balik.

Regulator

Regulator berfungsi sebagai pengontrol arus dan pembatas tegangan pengisian.

Terdiri dari :

Voltage regulator untuk mengatur tegangan

Voltage relay  untuk mematikan lampu CHG ( charging )

Alternator

Alternator sebagai pembangkit arus dan bersama sama dengan baterai untuk menghasilkan listrik ketika mesin dihidupkan.

Tegangan yang dihasilkan oleh alternator adalah tegangan AC, kemudian dikonversi/diubah menjadi tegangan DC.

Adapun bagian-bagian dari alternator sebagai berikut:
a. Kipas, sebagi pendingin
b. Pully, sebagai tempat v-belt
c. Stator, merupakan lilitan yang diam
d. Rotor, merupakan lilitan yang bergerak
e. Sikat, sebagai penghantar arus

Prinsip kerja:

Alternator digerakkan oleh mesin melalui v-belt. Jika arus dari baterai mengalir ke rotor melalui regulator, maka akan terjadi kemagnetan pada lilitan rotor. Selanjutnya jika mesin berputar, rotor juga berputar. Hal ini menyebabkan terjadinya induksi tegangan dari rotor ke kumparan stator. Pada kumparan stator akan dibangkitkan tegangan arus bolak balik yang selanjutnya disearahkan oleh dioda. Arus yang sudah disearahkan akan disalurkan ke baterai. Adapun pengaturan besar kecilnya tegangan pengisian diatur oleh regulator.

Konstruksi Alternator

ROTOR

Rotor berfungsi untuk membangkitkan medan magnet.

Pada beberapa jenis alternator, fan dijadikan satu dengan rotor sehingga ukurannya menjadi lebih kecil dan kompak.

STATOR

Stator berfungsi ntuk membangkitkan arus listrik bolak – balik.

RECTIFIER

Rectifier berfungsi untuk merubah arus AC menjadi DC.

Dioda holder berfungsi untuk meradiasikan panas.

PULLEY

Pulley berfungsi untuk menerima tenaga mekanis dari mesin untuk memutar rotor.

END FRAME

End Frame untuk memegang bagian bagian alternator.

Sitem pengisian dengan regulator tipe kontak point

Cara kerja sistem pengisian:

A. Saat kunci “On” mesin mati.

Bila kunci kontak diputar ke posisi “On” arus dari baterai mengalir ke rotor dan mempengaruhi rotor coil. Arus baterai juga mengalir ke lampu pengisian (CHG), akibatnya lampu “On”.

Secara keseluruhan arus yang mengalir adalah sebagai berikut:

a. Arus yang ke field coil

Termial (+) baterai → fusible link → kunci kontak (IG switch) → sekering →terminal IG regulator → point PL₁ → point PL₀ → terminal F regulator → termial F alternator → brush → slip ring → rotor coil →slip ring →brush →terminal E alternator →massa → bodi.

Akibatnya rotor timbul kemgnetan yang selanjutnya arus ini disebut arus medan (field current).

b. Arus ke lampu charge

Terminal (+) baterai→fusible link→sakelar kunci kontak IG (IG switch)→sekering→lampu CHG→terminal L regulator→titik kontak P₀→titik kontak P₁→terminal E regulator→massa bodi.

B. Mesin hidup kecepatan rendah

Setelah mesin hidup dan rotor berputar tegangan/voltage dibangkitkan dalam stator coil dan tegangan netral digunakan untuk voltage relay akibatnya lampu charge mati. Pada waktu yang sama tegangan yang dikeluarkan beraksi pada voltage regulator. Arus medan (field current) yang ke rotor dikontrol dan disesuaikan dengan tegangan yang dikeluarkan terminal B yang beraksi pada voltage regulator. Demikian salah satu arus medan akan menembus atau tidak menembus resistor R, tergantung pada keadaan titik kontak PL₀.

Bila gerakan P₀ dari voltge relay berhubungan dengan  P₂, maka sirkuit sebelum dan sesudah lampu pengisian (charge) tegangannya sama besar. Sehingga arus tidak akan ke lampu dan akhirnya lampu mati.

Jadi pada saat mesin berputar antara kecepatan rendah sampai menengah terdapat 2 tegangan dan 2 arus, yaitu:

1. Tegangan Neutral

2. Tegangan output (Output Voltage)

3. Arus yang ke Field (Field Current)

4. Arus keluar (Output Current)

Untuk lebih jelasnya perhatikan aliran arus pada masing-masing peristiwa di bawah ini.

1. Tegangan Neutral (Neutral Voltage)

Terminal N alternator→terminal N regulator→magnet coil dari voltage relay→terminal E regulator→massa bodi.

Akibatnya pada magnet coil dari voltage relay akan terjadi kemagnetan dan dapat menarik titik kontak P₀ dari P₁ dan selanjutnya P₀ akan bersatu dengan P₂. Dengan demikian lampu pengisian (charge) jadi mati.

2. Tegangan Output (Output Voltage)

Terminal B alternator→terminal B regulatortitik kontak P₂→kontak P₀→magnet coil dari voltage regulator→terminal E regulator→massa bodi.

Akibatnya pada coil voltage regulator timbul kemagnetan yang dapat mempengaruhi posisi dari titik kontak (Point) PL₀. Dalam hal ini PL₀ akan tertarik dari PL₁, sehingga pada kecepata sedang PL₀ akan mengambang.

3. Arus yang ke Field (Field Current)

Terminal B alternator→IG switch→Fuse→terminal IG regulator→

point PL₁→ponit PL₀→resistor R→terminal F  regulator→terminal F alternator→rotor coil→terminal E alternator→massa bodi.

Dalam hal ini jumlah arus/tegangan yang memasuki rotor coil bisa melalui 2 saluran:

a. Bila emagnetan di voltage regulator besar dan mampu menarik PLdari PL₁ maka arus yang ke rotor coil akan melalui resistor R. Akibatnya arus akan kecil dan kemagnetan yang ditimbulkan rotor coil juga kecil/berkurang.

b. Sedangkan bila kemagnetan pada voltage regulator lemah dan PL₀ tidak tertarik  dari PL₁, maka arus yang rotor coil akan tetap melalui point PL₁→ point PL₀. Akibatnya arus tidak melalui resistor dan arus yang masuk ke rotor coil akan normal kembali.

4. Arus keluar (Output Current)

Terminal B alternator→baterai dan beban→massa bodi.

C. Mesin hidup kecepatan tinggi

Jika putaran mesin bertambah, voltage yang dihasilkan oleh kumparan stator naik dan gaya tarik dari kemgnetan kumparan voltage regulator menjadi lebih kuat.

Dengan gaya tarik yang lebih kuat, field current yang ke rotor akan mengalir terputus-putus (intermittently). Dengan kata lain, gerakan titik kontak PL₀ dari voltage regulator kadang-kadang membuat hubungan dengan PL₂.

Pergerakan titik kontak PL₀ pada regulator berhubungn dengan titik kontak PL₂, field current akan dibatasi. Bagaimanapun juga  P dari voltage relay tidak akan dari point P₂, sebab tegangan neutral terpelihara dalam sisa flux dari rotor.

Aliran arusnya adalah sebagai berikut:

a. Voltage Neutral (tegangan netral)

Terminal N alternator→terminal N regulator→magnet coil dari voltage relay→ terminal E regulator→massa bodi.

Arus ini juga sering disebut neutral voltage.

b. Output Voltage

Terminal B alternator→terminal B regulator→point P₂ →point P₀ →magnet coil dari N regulator→terminal E regulator.

Inilah yang disebut dengan Output Voltage.

c. Tidak ada arus ke Field Current

Terminal B alternator→IG switch→fuse→terminal IG regulator → resitor R→terminal F regulator→terminal F alternator→rotor coil→ atau→point PL₀→point P₂→ground (no FC)→terminal E alternator→ massa (F current).

Bila arus resistor R mengalir→terminal F regulator→terminal F alternator→rotor coil→massa, akibatnya ada arus yang ke rotor tapi kalau PL₀ menempel ke PL₂ maka arus mengalir ke massa sehingga yang ke rotor coil tidak ada arus yang mengalir.

d. Output Current

Terminal B alternator→baterai/load→massa.

 

GOOD LUCK AND DO THE BEST!

4 responses to “Generator Listrik

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s