BAB I
PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang Masalah
Generator adalah sebuah alat yangmeggunakan prinsippercobaannya
faraday yaitu memutar magnet dalam kumparan atau sebaliknya, ketika
magnet digerakkan dalam kumparan maka terjadi perubahan fluks gaya
magnet (perubahan arah penyebaran medan magnet) di dalam kumparan
dan menembus tegak lurus terhadap kumparan sehingga menyebabkan
beda potensial antara ujung-ujung kumparan (yang menimbulkan
listrik). Generator dibedakan menjadi dua, yaitu generator arus
searah (DC) dan generator arus bolak-balik (AC). Baik generator AC
dan generator DC memutar kumparan di dalam medan magnet tetap.
Generator AC sering disebut alternator. Arus listrik yang
dihasilkan berupa arus bolak-balik. Ciri generator AC menggunakan
cincin ganda. Generator arus DC, arus yang dihasilkan berupa arus
searah.Ciri generator DC menggunakan cincin belah (komutator). Jadi
generator AC dapat diubah menjadi generator DCdengan cara mengganti
cincin ganda dengan sebuah komutator. SebuahgeneratorAC kumparan
berputar dikutub- kutubyang tak sejenis dari dua magnet yang saling
berhadapan. Kedua kutub magnet akan menimbulkan medan magnet. Kedua
ujung kumparan dihubungkan dengan sikat karbon yang terdapat pada
setiap cincin. Kumparan merupakan bagian generator yang berputar
(bergerak) disebut rotor. Magnet tetap merupakan bagian generator
yang tidak bergerak disebut stator. Bagaimanakah generator bekerja?
Ketika kumparan sejajar dengan arah medan magnet (membentuk sudut 0
derajat), belum terjadi arus listrik dan tidak terjadi GGL induksi.
Pada saat kumparan berputar perlahan-lahan, arus dan GGL beranjak
naik sampai kumparan membentuk sudut 90 derajat. Saat itu posisi
kumparan tegak lurus dengan arah medan magnet. Pada kedudukan ini
kuat arus dan GGL induksi menunjukkan nilai maksimum.Selanjutnya,
putaran kumparan terus berputar, arus dan GGL makin berkurang.
Ketika kumparan mem bentuk sudut 180 derajat kedudukan kumparan
sejajar dengan arah medan magnet, maka GGL induksi dan arus induksi
menjadi nol.
Putaran kumparan berikutnya arus dan tegangan mulai naik lagi
dengan arah yang berlawanan. Pada saat membentuk sudut 270 derajat,
terjadi lagi kumparan berarus tegak lurus dengan arah medan magnet.
Pada kedudukan kuat arus dan GGL induksi menunjukkan nilai maksimum
lagi, namun arahnya berbeda. Putaran kumparan selanjutnya, arus dan
tegangan turun perlahanlahan hingga mencapai nol dan kumparan
kembali ke posisi semula hingga memb entuk sudut 360 derajat.Dari
penjelasan singkat di atas penulis menarik satu pokok bahasan yang
sepertinya menarik untuk dikupas lebih dalam yaitu tentang
Generator AC dan DC dan didalam makalah ini penulis akan mencoba
menggambarkan dasar-dasar dari system kerja Generator tersebut dan
aplikasinya pada dinamo sepeda.1.2 Rumusan MasalahAdapun rumusan
masalah dari makalah yang kami bahas ini, rumusan masalahnya adalah
sebagai berikut:
1.2.1 Apa yang dimaksud dengan generator listrik secara
umum?
1.2.2 Apa prinsip kerja generator listrik?1.2.3 Sebutkan dan
jelaskan macam-macam generator listrik?
1.2.4 Jelaskan aplikasi generator listrik yaitu pada dinamo
sepeda?I.3 Tujuan 1.3.1 Untuk mengetahui secara umum tentang
generator listrik.1.3.2 Untuk mengetahui prinsip kerja generator
listrik.
1.3.3 Untuk mengetahui macam-macam generator listrik.
1.3.4 Untuk mengetahui aplikasi generator listrik pada dinamo
sepeda.1.4Manfaat PenulisanManfaat yang dapat diperoleh dari
penulisan makalah ini adalah sebagai berikut: a. Bagi
PenyusunPembuatan makalah ini dapat menambah pengalaman penyusun
dalam menyusun makalah beserta presentasinya, serta dapat
memperoleh pengetahuan tentang generator listrik dan dinamo sepeda.
Selain itu, pembuatan makalah yang akan dipresentasikan ini dapat
meningkatkan mental berbicara dan kepercayaan diri di depan
umum.
b. Bagi Pembaca
Pembaca dapat menambah ilmu dan wawasan mengenai generator
listrik dan dinamo sepeda, yang nantinya akan dapat berguna bagi
pembaca.BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Pengertian Genarator ListrikGenerator listrik merupakan
sebuah alat yang memproduksi energi listrik dari sumber energi
mekanik menjadi energi listrik. Energi mekanik diperoleh dari mesin
penggerak seperti mesin diesel, turbin dan lain-lain. Secara umum
fungsi generator adalah untuk mensuplai arus pada sistem
kelistrikan.
Gambar 1. Generator Listrik
Generator terdiri dari dua bagian utama yaitu Stator dan Rotor.
Stator atau bagian yang diam, yang terdiri dari kumparan-kumparan
tembaga. Kumparan ini ditanam dalam celah inti besi. Rotor terdiri
atas magnet yang mengahsilkan fluks magnetik. Rotor memiliki poros
yang berputar melalui pusat stator. Jika rotor bergerak, fluks
magnetik yang dilingkupi kumparan dalam stator berubah secara
periodik terhadap waktu. Perubahan fluks magnetik ini menimbulkan
ggl induksi balok-balik.2.2 Prinsip Kerja Generator Listrik
Gambar 2. Prinsip Kerja Generator
Prinsip kerja generator secara umum adalah menggunakan prinsip
percobaannya faraday yaitu memutar magnet dalam kumparan atau
sebaliknya, ketika magnet digerakkan dalam kumparan maka terjadi
perubahan fluks gaya magnet (peribahan arah penyebaran medan
magnet) di dalam kumparan dan menembus tegak lurus terhadap
kumparan sehingga menyebabkan beda potensial antara ujung-ujung
kumparan (yang menimbulkan listrik). Syarat utama, harus ada
perubahan fluks magnetik, jika tidak maka tidak akan timbul
listrik. cara megubah fluks magnetik adalah menggerakkan magnet
dalam kumparan atau sebaliknya dengan energi dari sumber lain,
seperti angin dan air yang memutar baling - baling turbin untuk
menggerakkan magnet tersebut.2.3 Macam-Macan Generator
ListrikBerdasarkan arus listrik yang dihasilkan generator dapat
dibedakan menjadi dua macam, yaitu generator AC dan generator
DC.
2.3.1 Generator AC
Generator AC (arus bolak-balik) berfungsi mengubah tenaga
mekanis menjadi tenaga listrik arus bolak-balik. Generator Arus
Bolak-balik sering disebut juga sebagai alternator, generator AC
(alternating current), atau generator sinkron. a. Konstruksi
Generator Arus Bolak-BalikKonstruksi generator arus bolak-balik ini
terdiri dari dua bagian utama, yaitu: (1) stator, yakni bagian diam
yang mengeluarkan tegangan bolak balik, dan (2) rotor, yakni bagian
bergerak yang menghasilkan medan magnit yang menginduksikan ke
stator. Stator terdiri dari badan generator yang terbuat dari baja
yang berfungsi melindungi bagian dalam generator, kotak terminal
dan name plate pada generator. Inti Stator yang terbuat dari bahan
ferromagnetik yang berlapis-lapis dan terdapat alur-alur tempat
meletakkan lilitan stator. Lilitan stator yang merupakan tempat
untuk menghasilkan tegangan. Sedangkan, rotor berbentuk kutub
sepatu (salient) atau kutub dengan celah udara sama rata (rotor
silinder). Konstruksi dari generator sinkron ini dapat dilihat pada
Gambar berikut :
Gambar 3. Bagian Generator AC
b. Prinsip Dasar Generator AC
Prinsip dasar generator arus bolak-balik menggunakan hukum
Faraday yang menyatakan jika sebatang penghantar berada pada medan
magnet yang berubah-ubah, maka pada penghantar tersebut akan
terbentuk gaya gerak listrik. 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).2.3.2 Generator DC
Generator DC merupakan sebuah perangkat mesin listrik dinamis
yang mengubah energi mekanis menjadi energi listrik. Generator DC
menghasilkan arus DC / arus searah (Gunawan, 2010). Generator DC
dibedakan menjadi beberapa jenis berdasarkan pada penguatan yang
diberikan pada rangkaian belitan magnet atau penguat eksitasinya
terhadap jangkar (anker), jenis generator DC yaitu:1. Generator DC
dengan penguat terpisahPada generator penguat terpisah, belitan
eksitasi (penguat eksitasi) tidak terhubung menjadi satu dengan
rotor. Dimana terdapat dua jenis generator penguat terpisah
(Maryono, 2013), yaitu:a. Penguat elektromagnetik
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.
b. Magnet permanent / magnet tetapPenguat dengan magnet permanen
menghasilkan tegangan output generator yang konstan dari terminal
rotor A1-A2. Karakteristik tegangan V relatif konstan dan tegangan
akan menurun sedikit ketika arus beban I dinaikkan mendekati harga
nominalnya.
Gambar 4. Generator DC penguat terpisah2. Generator DC 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 yang lemah, dihasilkan tegangan yang akan memperkuat
medan magnet stator, sampai dicapai tegangan nominalnya (Gunawan,
2010). 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.
Gambar 5. Generator DC ShuntJika generator shunt tidak
mendapatkan arus eksitasi, maka sisa magnetisasi 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.3. Generator DC Kompon (Campuran)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 6. Pengatur medan magnet (D1-D2) terletak
di depan belitan shunt.Gambar 6. Generator DC Kompona. Konstruksi
Generator DC
Pada umumnya generator DC dibuat dengan menggunakan magnet
permanent dengan 4-kutub rotor, regulator tegangan digital,
proteksi terhadap beban lebih, starter eksitasi, penyearah, bearing
dan rumah generator atau casis, serta bagian rotor. Gambar 7
menunjukkan gambar potongan melintang konstruksi generator
DC.Generator DC terdiri dua bagian, yaitu stator, yaitu bagian
mesin DC yang diam, 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.
Gambar 7. Konstruksi Generator DC
Bagian yang harus menjadi perhatian untuk perawatan secara rutin
adalah sikat arang yang akan memendek dan harus diganti secara
periodic / 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. Prinsip kerja Generator DCPembangkitan tegangan induksi oleh
sebuah generator diperoleh melalui dua cara:
Dengan menggunakan cincin-seret, menghasilkan tegangan induksi
bolak-balik
Dengan menggunakan komutator, menghasilkan tegangan DC.
Gambar 8. Pembangkitan tegangan induksi
Jika rotor diputar dalam pengaruh medan magnet, maka akan
terjadi perpotongan medan magnet oleh lilitan kawat pada rotor. Hal
ini akan menimbulkan tegangan induksi. Tegangan induksi terbesar
terjadi saat rotor menempati posisi seperti Gambar 8 (a) dan (c).
Pada posisi ini terjadi perpotongan medan magnet secara maksimum
oleh penghantar. Sedangkan posisi jangkar pada Gambar 8 (b), akan
menghasilkan tegangan induksi nol. Hal ini karena tidak adanya
perpotongan medan magnet dengan penghantar pada jangkar atau rotor.
Daerah medan ini disebut daerah netral.
Gambar 9. Tegangan Rotor
Jika ujung belitan rotor dihubungkan dengan slip-ring berupa dua
cincin (disebut juga dengan cincin seret), seperti ditunjukkan
Gambar 9.(1), maka dihasilkan listrik AC (arus bolak-balik)
berbentuk sinusoidal. Bila ujung belitan rotor dihubungkan dengan
komutator satu cincin Gambar 9.(2) dengan dua belahan, maka
dihasilkan listrik DC dengan dua gelombang positif.
Rotor dari generator DC akan menghasilkan tegangan induksi
bolak-balik. 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).
Untuk perolehan arus searah dari tegangan bolak-balik, meskipun
tujuan utamanya adalah pembangkitan tegangan searah, tampak bahwa
tegangan kecepatan yang dibangkitkan pada kumparan jangkar
merupakan tegangan bolak-balik. Bentuk gelombang yang berubah-ubah
tersebut karenanya harus disearahkan. Untuk mendapatkan arus searah
dari arus bolak balik dapat menggunakan:a. Sistem Saklar
b. Sistem Komutator
c. Sistem Diodaa. 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 setengah periode tegangan positif
saklar di hubungkan, maka tegangan menjadi nol. Dan bila saklar
dibuka lagi akan timbul lagi tegangan. Begitu seterusnya setiap
setengah periode tegangan saklar dihubungkan, maka akan di hasilkan
tegangan searah gelombang penuh.b. Sistem KomutatorKomutator
berfungsi sebagai saklar, yaitu untuk menghubungsingkatkan 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 tegangan 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.
Gambar 10. Efek Komutasi
c. Sistem Dioda
Dioda adalah komponen pasif yang mempunyai sifat-sifat sebagai
berikut:
1. Bila diberi prasikap maju (forward bias) bisa dialiri
arus.
2. Bila diberi prasikap balik (reverse bias) dioda tidak akan
dialiri arus.
Berdasarkan bentuk gelombang yang dihasilkan, dioda dibagi
dalam:
1. Half Wave Rectifier (penyearah setengah gelombang)2. Full
Wave Rectifier (penyearah satu gelombang penuh)2.4Aplikasi
Generator Listrik Pada Dinamo SepedaDefinisi dinamo adalah mesin
listrik atau pembangkit tenaga listrik. Alat untuk mengubah energy
kinetic menjadi tenaga listrik. Jika dynamo itu menghasilkan arus
bolak-balik (AC), maka sering disebut alternator.
Dalam dinamo, kumparan berada dalam ruangan bermedan magnet
homogeni. Jika kumparan berputar, maka fluks magnet yang menembus
kumparan itu selalu berubah-ubah setiap waktu. Dinamo terdiri dari
magnet dan kumparan. Energi mekanik yang ditimbulkan oleh dinamo
bersumber dari sumbu yang merupakan magnet, membuat saklar utara
dan kutub selatan di kumparan induksi dan menghasilkan medan
listrik dan magnetik.
Gambar 11. Dinamo
Polaritas magnet yang terbalik 180 derajat pada setiap rotasi
dinamo menghasilkan arus listrik yang kontinu atau berkelanjutan
yang tidak seperti alternator, yang dapat mengubah energi gerak
menjadi energi listrik bolak-balik, dan memiliki waktu jeda yang
begitu cepat sehingga tidak dapat terdeteksi.
Gambar 12. Generator
Di dalam generator, ada spiral kawat, dan magnet dengan
polaritas yang sama diarahkan spiral. Ketika magnet bergerak dalam
mode melingkar, medan magnet yang menarik elektron dari konduktor,
maka akan menyebabkan elektron ini keluar ke sisi lain dari kawat.
Dalam kasus adanya logam, elektron "menarik" akan menjadi perbedaan
potensial (DDP), dan dengan demikian menghasilkan tegangan
induksi.
Salah satu kegunaan utama dinamo adalah penggunaan pembangkit
listrik tenaga air, sehingga air memutar turbin dihubungkan dengan
poros generator, menghasilkan listrik dan menggunakan sumber energi
tersebut. Salah satu contoh penggunakan dinamo adalah dinamo pada
sepeda.2.4.1Dinamo Pada Sepeda
Dinamo sepeda merupakan generator kecil yang dapat menghasilkan
arus listrik yang kecil pula. Pada dinamo sepeda prinsip kerjanya
yaitu energi gerak di ubah menjadi energi listrik. Dinamo sepeda
ini hanya menyalakan lampu depan dan belakang terangnnya lampu di
tentukan oleh cepatnya roda berputar yang mengakibatkan di namo
juga cepat dan arus listrik juga akn besar pula. 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.
Gambar 13. Dinamo SepedaAkibatnya, lampu tersebut menyala. Nyala
lampu akan makin terang jika perputaran magnet tetap makin cepat
(laju sepeda makin kencang).Biasanya dinamo dapat menghasilakan
tegangan 6 sampai 12 Volt. Jadi dengan adanya dinamo pada sepeda
dapat memudahkan kita bila menggunakan sepeda bila malam hari.
2.4.2 Prinsip Kerja Dinamo
Poros atau as dinamo dihubungkan dengan roda atau ban sepeda,
sehingga ketika roda berputar, poros atau as dinamo akan ikut
berputar. Perputaran poros dinamo ini akan memutar sebuah magnet
silinder yang ada di dalam kumparan, sehingga menghasilkan sehingga
menghasilkan garis gaya magnet yang berubah-ubah di dalam kumparan
dan terjadilah gaya gerak istrik induksi pada ujung-ujung kumparan.
Apabila ujung kumparan tersebut dihubungkan dengan lampu sepeda,
maka akan mengalir arus listrik sehingga lampu akan menyala. Arus
listrik yang dihasilkan oleh dinamo sepeda adalah arus listrik
bolak balik. Lampu sepeda akan menyala semakin terang apabila poros
dinamo berputar semakin cepat. Hal ini dapat dilakukan dengan cara
mempercepat gerak sepeda atau mempercepat perputaran roda
sepeda.BAB IIIPENUTUP
3.1 Simpulan3.1.1 Generator listrik merupakan sebuah alat yang
memproduksi energi listrik dari sumber energi mekanik menjadi
energi listrik. Energi mekanik diperoleh dari mesin penggerak
seperti mesin diesel, turbin dan lain-lain. Secara umum fungsi
generator adalah untuk mensuplai arus pada sistem kelistrikan.
3.1.2 Prinsip kerja generator secara umum adalah menggunakan
prinsip percobaannya faraday.3.1.3 Berdasarkan arus listrik yang
dihasilkan generator dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu
generator AC dan generator DC. 3.1.4 Definisi dinamo adalah mesin
listrik atau pembangkit tenaga listrik atau alat untuk mengubah
energy kinetic menjadi tenaga listrik. Jika dynamo itu menghasilkan
arus bolak-balik (AC), maka sering disebut alternator.3.2 Saran
Setelah membaca makalah ini, penulis memberikan saran sebagai
berikut.3.2.1 Hendaknya pembaca mengimplementasikan generator
listrik AC dan DC tersebut dalam kehidupan sehari-hari.
3.2.2 Pembaca juga harus lebih menguasai konsep dari prinsip
kerja generator listrik AC maupun DC dan aplikasinya pada dinamo
sepeda.DAFTAR PUSTAKA
Gunawan, A., dkk. 2010. Makalah Teknik Tenaga Listrik DC
Generator. Dalam
http://staff.ui.ac.id/system/files/users/chairul.hudaya/material/presentasittlkelompok1.pdf.
Diakses tanggal 1 Mei 2014.Halliday, D. & Resnick,R. 1984.
Fisika: Jilid 2, edisi 3. Jakarta: ErlanggaMaryono. 2013. Jenis
Generator Arus Searah, Diagram Sambungan dan Persamaan Tegangannya.
Dalam
http://maryonoam.files.wordpress.com/2009/07/3_jenis-generator-dc.pdf.
Diakses tanggal 1 Mei 2014.Resnick, R. & Halliday, D. 1960.
Physics: Parts I and II. New York, London Sydney: John Wiley and
Sons,Inc
Simamora,Yogi.2010.GeneratorPembangkitListrik.Artikel.http://www.slideshare.net/YogiSimamora/analisis-generator-pembangkit-listrik
diakses pada 1 Mei 2014Lilitan stator
Lilitan Rotor
Cincin seret dan sikat
Teg. Eksitasi
AC output
Stator :
1. Rumah Stator
2. Inti satator
3. Lilitan stator
4. Alur stator
5. Kontak hubung
6. Sikat
Rotor :
1. Kutub magnet
2. Lilitan penguat magnet
3. Cincin seret (slip ring)
4. Poros
1