Generator Listrik

 

Pengertian Generator

pixabay.com

Generator listrik merupakan mesin yang digunakan untuk menghasilkan energi listrik dari sumber energi mekanis. Prinsip kerja dari generator listrik diantaranya sebagai induksi elektromagnetik. Berdasarkan jenis arus listriknya, generator kemudian dibagi menjadi generator arus searah serta generator arus bolak-balik.

Perbedaan keduanya ada pada penggunaan komutator pada generator arus searah beserta cincin selip pada generator arus bolak-balik. Proses kerja generator listrik dikenal juga sebagai pembangkit listrik. Generator listrik juga memiliki banyak kesamaan dengan motor listrik, namun motor listrik adalah alat yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik.

Selain itu, generator juga mendorong muatan listrik untuk dapat bergerak melalui sebuah sirkuit listrik eksternal, namun generator tidak menciptakan listrik yang sudah ada di dalam lilitan kumparannya. Hal ini dapat dianalogikan dengan sebuah pompa air, yang kemudian menciptakan aliran air tetapi tidak menciptakan air di dalamnya.

Sumber energi mekanik kemudian dapat berupa resiprokal maupun turbin mesin uap, air yang jatuh melalui sebuah turbin atau kincir air, mesin pembakaran dalam, turbin angin, engkol tangan, energi surya juga matahari, udara yang dimampatkan, atau apa pun sumber energi mekanis yang lalu lalang.

Jenis Generator

1. Generator Arus Searah

Dasar kerja dari generator arus searah adalah terjadinya peristiwa induksi elektromagnetik. Generator arus searah juga dapat menghasilkan kegagalan induksi ke satu arah dengan mengubah bentuk cincin terminalnya. Cincin terminal dalam bentuk ini disebut juga sebagai cincin belah atau komutator.

Generator arus searah hanya akan menggunakan komutator satu cincin yang terbelah dua, sehingga kemudian menghasilkan arus searah, sedangkan generator arus bolak-balik memiliki dua cincin yang terpisah.

Ketika gaya gerak listrik timbul, maka kontak dengan rangkaian beban kemudian berganti terminal, sehingga tegangan keluaran hanya memiliki satu tanda serta menghasilkan arus searah. Penambahan jumlah kumparan yang kemudian dihubungkan ke komutator dengan cincin komutator yang terdiri dari beberapa segmen, serta mampu mengurangi riak pada tegangan listrik arus searah.

2. Generator Arus Bolak-balik

Sistem arus bolak-balik pertama kali dibuat oleh William Stanley di Great Barrington, Massachusetts. Proyek pembuatan sistem ini sendiri didanai oleh Westinghouse. Di saat yang bersamaan, sistem arus bolak-balik kemudian diperjualbelikan oleh Nikola Tesla.

Penggunaan arus bolak-balik tersebut terus meningkat setelah C.S. Bradley membuat generator bolak-balik 3 fasa pada tahun 1887. Generator arus bolak-balik tiga fasa ini memiliki daya guna yang tinggi, sehingga digunakan sebagai pembangkit listrik secara umum di dunia sejak tahun 1900 Masehi.

Generator arus bolak-balik ini terdiri dari suatu kumparan serta lilitan kawat yang diputar di dalam medan magnet. Bagian dalam generator arus bolak-balik ini disebut juga sebagai armatur. Isi armature adalah silinder besi yang digunakan sebagai tempat bagi kumparan kawat untuk dililitkan.

Selain itu, terminal generator juga memiliki dua cincin putar yang dihubungkan dengan beban listrik melalui bushing yang terbuat dari tembaga lunak. Medan magnet kemudian dibentuk oleh magnet permanen atau elektromagnet. Energi untuk memutar armatur dapat berupa tenaga manusia, pembakaran, ataupun pada energi potensial air

Prinsip Kerja Generator

Dalam jurnal yang diterbitkan oleh Politeknik Negeri Sriwijaya, dijelaskan bahwa prinsip dasar generator ialah arus bolak-balik. Prinsip generator juga menggunakan hukum Faraday yang menyatakan bahawa jika sebatang penghantar berada pada medan magnet yang berubah-ubah, maka pada penghantar ini akan terbentuk gaya gerak listrik. Besar tegangan generator kemudian akan sangat bergantung pada:

• Kecepatan putaran (N)
• Jumlah kawat di kumparan yang memotong fluks (Z)
• Banyaknya fluks magnet yang kemudian dibangkitkan oleh medan magnet (f)
• Konstruksi Generator

Dijelaskan pula jumlah kutub generator arus bolak-balik ini tergantung dari kecepatan rotor serta frekuensi dari GGL yang dibangkitkan. Hubungan tersebut ini dapat ditentukan dengan persamaan berikut: F = p.n/120 Keterangan: f = frekuensi tegangan (Hz) p = jumlah kutub pada rotor n = kecepatan rotor (rpm).

Sebagaimana kita ketahui bahwa generator listrik adalah perangkat yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik, maka generator tidak menciptakan energi listrik, melainkan hanya menggunakan energi mekanis yang dipasok untuk dapat menggerakkan muatan listrik.

Selain itu, prinsip kerja generator sinkron juga berdasarkan kepada induksi elektromagnetik, setelah rotor diputarkan oleh penggerak mula (prime mover), maka kutub-kutub pada rotor ini akan berputar secara otomatis. Apabila kumparan kutubnya disuplai oleh tegangan searah, maka pada permukaan kutub akan timbul medan magnet yang berputar.

Sementara itu, generator modern bekerja berdasarkan pada prinsip induksi elektromagnetik yang pertama kali ditemukan oleh Michael Faraday pada tahun 1831. Faraday juga menemukan bahwa aliran listrik ternyata dapat diinduksi dengan cara menggerakkan konduktor listrik, seperti pada kawat yang mengandung muatan listrik, ke dalam medan magnet.

Oleh sebab itu, gerakan ini dapat menciptakan perbedaan tegangan di antara kedua ujung kabel ataupun pada penghantar listrik, yang nantinya terjadi muatan listrik mengalir dan menghasilkan arus listrik.

Fungsi Generator

pixabay.com

Fungsi generator yang paling utama ialah menghasilkan energi elektrik dengan cara mengubah gaya gerak di dalamnya. Selain itu, banyaknya peralatan elektronik saat ini juga membuat generator memiliki banyak sekali fungsi. Adapun fungsi generator dalam kehidupan sehari-hari diantaranya adalah sebagai berikut:

1. Pembangkit Tenaga Listrik

Generator merupakan komponen utama yang mampu membangkitkan tenaga listrik. Adapun sumber energi yang digunakan bermacam-macam, seperti diantaranya air, matahari, gas alam, gelombang laut, angin, dan lain sebagainya. Dengan demikian, fungsi generator adalah membuat kita tidak mudah kehabisan energi listrik.

2. Sebagai Cadangan Listrik

Sebagaimana kita tahu, banyak sekali tempat-tempat umum yang kemudian menggunakan generator. Tentu saja, hal ini digunakan sebagai cadangan pasokan listrik. Beberapa tempat seperti diantaranya supermarket, hotel, hingga rumah sakit, menggunakan generator berupa genset untuk dapat menyimpan aliran listrik di dalamnya.

Dengan adanya generator, maka cadangan aliran listrik ini kemudian dapat membantu aktivitas sehari-sehari. Dengan begitu,, tak perlu khawatir lagi jika terjadi pemadaman listrik.

Pengembangan Generator

Sebelum hubungan di antara magnet dan listrik ditemukan, generator kemudian menggunakan prinsip elektrostatik. Mesin Wimshurst juga menggunakan induksi elektrostatik atau “influence”. Generator Van de Graaff yang menggunakan salah satu dari dua mekanisme:

• Penyaluran muatan dari elektrode voltase-tinggi
• Muatan yang dibuat oleh efek triboelektrisitas dengan menggunakan pemisahan dua insulator

1. Faraday

Generator 3 phase kedap suara terbuat sekitar 1831-1832 Michael Faraday kemudian menemukan bahwa perbedaan potensial ini dihasilkan antara ujung-ujung konduktor listrik yang bergerak dengan tegak lurus terhadap medan magnet. Dia juga membuat generator elektromagnetik pertama berdasarkan kepada efek ini dengan menggunakan cakram tembaga yang berputar di antara kutub magnet tapal kuda.

Proses ini juga menghasilkan arus searah yang kecil. Selain itu, desain alat yang dijuluki ‘cakram Faraday’ itu tak efisien dikarenakan oleh aliran arus listrik yang arahnya berlawanan pada bagian cakram yang tidak terkena pengaruh medan magnet. Arus yang diinduksi secara langsung di bawah magnet akan mengalir kembali ke bagian cakram di luar pengaruh medan magnet.

Arus balik itu juga membatasi tenaga yang dialirkan ke kawat penghantar serta menginduksi panas yang dihasilkan oleh cakram tembaga. Generator homopolar yang kemudian dikembangkan selanjutnya dapat menyelesaikan permasalahan ini dengan cara menggunakan sejumlah magnet yang disusun mengelilingi tepi cakram untuk dapat mempertahankan efek medan magnet yang stabil.

Kelemahan yang lain dari pengembangan generator ini adalah kecilnya tegangan listrik yang dihasilkan alat ini. Hal ini dapat terjadi karena jalur arus tunggal yang melalui fluks magnetik.

2. Dinamo

Dinamo sebagai generator listrik pertama yang mampu mengantarkan tenaga untuk industri, dan masih merupakan generator terpenting yang kemudian digunakan pada abad ke-21. Dinamo juga menggunakan prinsip elektromagnetisme untuk dapat mengubah putaran mekanik menjadi listrik arus bolak-balik.

Dinamo pertama ini berdasarkan prinsip Faraday dibuat pada 1832 oleh Hippolyte Pixii, seorang pembuat peralatan dari Prancis. Alat ini juga menggunakan magnet permanen yang diputar oleh sebuah “crank”.

Magnet yang berputar ini diletakkan sedemikian rupa sehingga kutub utara serta selatannya melewati sebongkah besi yang dibungkus dengan kawat. Pixii juga menemukan bahwa magnet yang berputar dengan memproduksi sebuah pulsa arus di kawat setiap kali sebuah kutub melewati kumparan.

Lebih jauh lagi, kutub utara serta selatan magnet menginduksi arus di arah yang berlawanan. Dengan menambah sebuah komutator, Pixii akan mengubah arus bolak-balik menjadi arus searah.