GENERATOR ARUS BOLAK BALIK

DAFTAR ISI

Kata Pengantar

Daftar isi

A . Prinsip generator arus bolak balik………..1

B. Konstruksi generator……………………………..2

a. Stator

b. Rotor

C. . Jenis-jenis Generator AC……………………….7

D. Flux Magnit yang dihasilkan oleh Kutub Maknit………………………………………..16

E.LilitanStator…….……………………….19

KATA PENGANTAR

Puji syukur dan terima kasih saya ucapkan kehadirat tuhan yang maha esa atas bimbingannya, sehingga dapat menyelesaikan penyusunan buku generator arus bolak balik (Gabb), dengan harapan dapat membantu para mahasiswa jurusan Pendidikan Teknik Elektro.

Buku ini, merupakan salah satu buku pegangan untuk mata kuliah generator arus bolak balik (Gabb), buku ini tida dapat disusun lancer dengan tanpa bantuan dari berbagai pihak.

Isi buku ini masih banyak kekurangan , oleh karena itu kritik dan saran membangun dari pembaca akan kami terima dengan senang hati. Atas perhatian penyusun mengucapkan banyak terima kasih. Akhir kata semoga buku ini dapat bermanfaat bagi kita smua

GENERATOR ARUS BOLAK BALIK

A. Prinsip Kerja Generator Arus Bolak Balik

Generator Arus Bolak Balik ( Generator AC ), yang juga disebut alternator adalah mesin listrik yang berfungsi mengubah energi gerak menjadi energi listrik berdasarkan induksi kemagnitan.

Prinsip kerja generator AC sesuai dengan percobaan Faraday: Jika suatu kumparan digerakkan atau diputar pada flux magnit yang serba sama, maka pada kumparan akan timbul ggl induksi, atau Jika suatu kumparan berada pada flux magnit yang berubah arah dan besarnya, maka pada kumparan akan timbul ggl induksi.

1

GGl induksi yang timbul dalam kumparan mempunyai arah yang telah ditentukan berdasarkan kaidah tangan kanan dari Ian Fleming yang menyatakan: Jika jari-jari tangan kanan disusun sedemikian rupa sehingga kedudukan ibu jari, jari telunjuk dan telapak tangan saling tegak lurus (lihat gambar) maka ibu jari akan menunjukkan arah putara atau arah gerakan kumparan, jari telunjuk menunjukkan arah arah ggl induksi yang timbul pada kumparan dan telapak tangan menunjukkan flux magnit.

	2

B. Konstruksi Generator

Gambar berikut melukiskan konstruksi dasar satu generator arus bolak balik berkutub dalam beserta bagian-bagiannya.

a. Stator

Stator adalah bagian yang diam (tidak bergerak) dari satu generator, bagian bagian dari stator pada generator terdiri dari:

1. Rumah Stator: merupakan tempat kedudukan inti stator sekaligus sebagai pelindung inti stator, maka rumah stator harus mempunyai konstruksi yang kuat dan harus dibuat dari bahan-bahan yang kuat. Misalnya: Baja, Besi tuang atau plat baja.

2.

3

Inti Stator : tempat mengalirnya flux magnit, maka inti stator harus di-buat dari bahan-bahan ferro magnetik. Terdiri dari plat-plat baja dinamo yang merupakan campuran silikon, baja dan nikel, agar mengurangi efek eddi current (arus pusar) yang timbul pada inti stator akibat perubahan besar dan arah flux magnit dari rotor. Pada inti stator dibuat alur alur stator.

3.

4

Alur-alur Stator : Sebagai tempat kedudukan kumparan pembangkit ggl induksi. Ada beberapa macam bentuk alur stator secara umum, yaitu:

4. Terminal Hubung: Tempat kedudukan terminal ujung-ujung kumparan, dan pada terminal mapun ujung kumparan diberi notasi (label) menurut ketentuan tertentu, yaitu:

KETENTUAN MENURUT	PHASA	UJUNG KUMPARAN
		AWAL	AKHIR
AMERIKA	I	a	a’
	II	b	b’
	III	c	c’
	I	a1	a2
	II	b1	b2
	III	c1	c2
RUSIA	I	e1	e4
	II	e2	e5
	III	e3	e6
	I	A	X
	II	B	Y
	III	C	Z
VEMET	I	U	X
	II	V	Y
	III	W	Z

b. Rotor

Rotor adalah bagian yang bergerak (berputar) dari generator, bagian-bagian rotor terdiri dari:

1. Kutub-kutub magnit sebagai penyalur flux magnit dari inti rotor

2.

5

Lilitan penguat magnit untuk menghasilkan flux magnit listrik

3. Slip ring untuk terminal pemasukan arus searah ke lilitan penguat magnit

Rotor generator arus bolak balik berkutub dalam dikenal ada dua macam bentuknya, yaitu :

1. Non Salient Pole atau Kutub bukab silendris disebut juga kutub menonjol

2. Salient pole atau kutub silendris

	6

Karakteristik masing-masing kutub dan penggunaannya adalah:

1. Non Salient Pole:

Diameter : 2 – 3 meter

Panjang : 10 – 12 meter

Penggunaan pada : PLTG; PLTU dan sebagainya yang bekerja pada putaran tinggi, biasanya berporos datar.

2. Salient Pole :
3. Diameter : 10 – 15 meter

Panjang : 1 – 2 meter

Penggunaan pada :

PLTA; PLTD dan sebagainya yang bekerja pada putaran rendah, biasanya berporos tegak.

C. Jenis-jenis Generator AC

7

8

Generator AC dapat dibedakan atas beberapa jenis, jika generator tersebut ditinjau dari segi:

a. Hubungan antara Putaran (n) dengan Frekwensi (f):

Ditinjau dari hubungan antara putaran dengan frkwensi yang dihasilkan, generator AC dapat dibedakan atas:

1). Generator Serempak.

Disebut generator serempak karena frekwensi yang dihasilkan merupakan kelipatan antara jumlah kutub dengan jumlah putaran sesuai dengan persamaan:

-------------------------------------------- (1)

f = frekwensi yang dihasilkan (Hz)

P= Jumlah kutub

N= Jumlah putaran permenit (Rpm)

2). Generator tidak Serempat

Disebut generator tidak serempak karena frekwensi yang dihasilkan bukan merupakan kelipatan antara jumlah kutub dengan jumlah putaran atau :

------------------------------------------ (2)

Generator jenis ini tidak pernah dijumpai dalam praktek sehari-hari.

b. Kedudukan Kutub

Ditinjau dari kedudukan kutub magnitnya serta kumparan tempat terbentuknya ggl induksi, maka generator AC dapat dibedakan atas:

1). Generator dengan Kutub Luar

Disebut generator kutub luar karena kutub-kutub magnitnya diam (berada pada stator), sedangkan kumparan pembangkit ggl induksi berada pada rotor (berputar)

2). Generator dengan Kutub Dalam

Disebut generator kutub dalam karena kutub-kutub magnitnya berputar (berada pada rotor), sedangkan kumpatan pembangkit ggl induksi berada pada stator (diam).

c. Jumlah Putaran

Sesuai dengan persamaan …(1), untuk memperoleh frekwensi yang telah ditentukan (Indonesia f = 50 Hz), berdasarkan jumlah putaran maka generator dapat dibedakan atas:

9

10

1). Generator Putaran Tinggi

Disebut generator putaran tinggi, karena untuk mencapai frekwensi yang telah ditentukan seperti tersebut di atas, diperlukan jumlah putaran generator yang tinggi, dalam hal ini adalah 3000 putaran permenit. Menurut persamaan …(1), jumlah kutub generator tersebut adalah dua buah.

2) Generator Putaran Sedang

Disebut generator putaran sedang karena untuk mencapai frekwensi yang telah ditentukan seperti di atas, diperlukan jumlah putaran generator yang sedang, dalam hal ini antara 1500 – 600 Rpm, yang menurut persamaan ….(1) diperlukan jumlah kutub magnitnya 4 – 10 buah.

3). Generator Putaran Rendah

Disebut generator putaran rendah karena untuk mencapai frekwensi yang telah ditentukan seperti di atas, diperlukan jumlah putaran generator yang rendah, dalam hal ini antara 500 – 75 Rpm, yang menurut persamaan ….(1) diperlukan jumlah kutub magnitnya 12 - 80 buah

Tabel berikut ini merupakan daftar untuk membandingkan antara jumlah putara tiap menit dengan frekwensi dan jumlah kutu yang berbeda.

P	Putaran Permenit pada Frekwensi				P	Putaran Permenit pada Frekwensi
	25 Hz	50 Hz	11 60 Hz			25 Hz	50 Hz	60 Hz
2	1500	3000	3600		28	112	214	257
4	750	1500	1800		32	94	118	225
6	500	1000	1200		36	83,5	167	200
8	375	750	900		40	75	150	180
10	300	600	720		48	62,5	125	150
12	250	500	600		56	53,5	107	125
16	187,5	375	450		64	47	94	112,5
20	150	300	360		72	41,5	83	100
24	125	250	300		80	37,5	75	90

d. Phasa Tegangan

Ditinjau dari segi tegangan yang dihasilkan, maka jenis generator dapat dibedakan atas:

1). Generator satu phasa

12

Disebut generator satu phasa karena generator tersebut hanya menghasilkan tegangan satu phasa saja. Untuk menghasilkan tegangan satu phasa tersebut pada dasarnya kumparan stator hanya terdiri dari sebuah kumparan saja. Konstruksi dasar dan bentuk gelombang tegangan yang dihasilkan dapat dilukiskan berikut ini.

Persamaan tegangannya adalah:

-------------------------------------- (3)

2). Generator dua Phasa

Disebut generator dua phasa karena tegangan yang dihasilkan merupakan tegangan dua phasa. Tegangan yang terbentuk antara phasa pertama dengan phasa kedua berjarak 90 ⁰ listrik. Untuk menghasilkan tegangan dua phasa tersebut, pada dasarnya kumparan stator terdiri atas dua buah kumparan yang konstruksi dasarnya dapat dilukiskan berikut ini.

Persamaan masing-masing tegangan adalah sebagai berikut:

Tegangan phasa I =

Tegangan phasa II = --------- (4)

3). Generator 3 phasa

13

14

Disebut generator 3 phasa karena generator tersebut menghasilkan tegangan 3 phasa. Tegangan yang terbentuk antara phasa I, phasa II, dan phasa III masing-masing berjarak 120² listrik. Untuk memperoleh ketiga tegangan tersebut pada dasarnya kumparan stator terdiri atas 3 buah kumparan yang masing-masing berjarak 120⁰ listrik. Konstruksi dasar dan bentuk gelombang tegangan generator tiga phasa tersebut dapat dilukiskan berikut ini.

Persamaan tegangan masing-masing phasa adalah sebagai berikut:

Tegangan phasa I =

Tegangan phasa II = ---------(5)

Tegangan phasa III = --------(6)

D. Flux Magnit yang dihasilkan oleh Kutub Magnit

Sikap saat satu lilitan terhadap garis lengkung medan

	15			16

BESARNYA GAYA GERAK LISTRIK INDUKSI

Gambar induksi dilukiskan secara grafik sebagai fungsi jarak titik medan sampai pada garis sumbu kutub. Dinamakan Garis Lengkung Medan dalam hal ini berbentuk Garis Lengkung Cosinus.

Dengan besarnya B = Bm . Cos a, maka a dikatakan merupakan fugsi jarak di maksud, jika mesin memiliki 2p kutub (p = pasang kutub), maka garis lengkung medan pada seluruh keliling jangkar berubah dengan jumlah 2pp radial (radial listrik = yaitu sudut tempuh antara dua titik keliling jangkar)

Perhatikan segi empat abcd berada pada a0 radial listrik dari garis sumbu kutub, maka sudut pusat diantara titik a dan b sama dengan 2 a1 radial listrik, hingga dapat dihitung fluksi maknit yang dikurung oleh segi empat siku-siku abcd yaitu:

Induksi rata-rata dalam segi empat adalah:

	17

------------------ (7)

atau

----------------- (8)

Fluksi = F

Diameter stator D dan panjangnya l ----(9)

Garis lengkung medan pada keliling jangkar

Sudut pusat titik a dan b

Substitusikan nilai Brata-rata, maka ---- (10)

18

Jika a0 = 0 dan a1 =p/2 maka segi empat abcd mengurung fluksi maknit F0 yang mengalir sari satu kutub kedalam stator, yang berarti: Sin a1 = 1 dan Cos a0 = 1, hingga :

Untuk sembarang tempat segi empat abcd atau a0 dimana saja pada keliling jangkar yang mengurung fluksi F, maka besarnya adalah : F = F0 Sin a1 Cos a0

Simbol F dapat disetarakan dengan j --------- (11)

E. Lilitan Stator

1. Prinsip dan Sifat-sifat Lilitan

20

19

Lilitan stator yang digunakan pada generator AC merupakan lilitan stator yang terbuka. Disebut demikian karena pada tiap-tiap lilitan phasa mempunyai dua buah ujung lilitan yang dikeluarkan.

Terdapat beberapa hal penting yang ada kaitannya dengan prinsip lilitan stator antara lain:

a). Jumlah Alur

Jumlah alur apada generator AC biasanya merupakan kalipatan tiga, dalam hal ini dimaksudkan kemungkinan besar diadakannya perubahan lilitan misalnya dari lilitan satu phasa menjadi lilitan tiga phasa atau sebaliknya.

Secara umum jumlah alur dapat dituliskan dengan suatu persamaan:

--------------------------- (12)

G = Jumlah alur stator

P = Jumlah Kutub Magnit

q = jumlah alur/kutub/phasa

m = Jumlah phasa

b). Langkah Lilitan: Dalam teori melilit, langkah lilitan (Yg) adalah :

--------------------(13) ------------- disebut langkah penuh (full pitch)

---------disebutlangkah diperpendek(fracionalpitch)

Kedua macam langkah lilitan tersebut dapat dilukiskan seperti:

c) Bentuk Kumparan

Dikenal dua macam bentuk kumparan stator generator arus bolak balik, yaitu:

1). Bentuk Kumparan Penuh (Hole Coil)

22

21

Disebut kumparan penuh karena didalam pelaksanaan melilit dijumpai dua arah putaran lilitan dalam satu lilitan phasa. Misalnya pada lilitan yang pertama mempunyai arah searah dengan putaran jarum jam, maka pada lilitan berikutnya merupakan kebalikan dari arah lilitan pertama. Bentuk kumparan ini dilukiskan berikut ini.Sisi kumparan 1, 4, 5, dan 8 mempunyai arah putaran lilitan searah dengan putaran jarum jam, sedangkan sisi kumparan lainnya mempunyai arah sebaliknya.

2). Bentuk kumparan setengah penuh (half coil)

Disebut bentuk kumparan setengah penuh karena lilitannya hanya mempunyai satu arah saja. Berikut bentangan dari kumparan setengah penuh.

d). Bentuk Kumparan-kumparan Grup.

Pada kumparan stator generator arus bolak balik dikenal tiga macam bentuk kumparan grup, yaitu:

1). Bentuk Kumparan dengan Lilitan Bergeser atau Dapat juga disebut dengan Lilitan Gelung.

Disebut lilitan bergeser atau lilitan gelung karena langkah lilitannya tetap. Ada pun bentangan dari lilitan bergeser atau lilitan gelung dilukiskan sebagai berikut.

	23

	24

2). Bentuk kumparan dengan Lilitan Memusat (Centrated Winding)

Disebut memusat karena langkah lilitannya menuju ke dalam (memusat). Bentuk kumparan dengan lilitan memusat dapat dilukiskan berikut ini.

3). Bentuk kumparan dengan Lilitan Bergelombang (Wave Winding) Disebut lilitan bergelombang karena langkah lilitannya menyerupai bentuk gelombang. Bentuk kumparan bergelombang dapat dilukiskan berikut ini.

2. Lilitan Stator Generator 1 Phasa

Pada stator generator, jumlah alur seluruhnya biasanya merupakan kelipatan tiga. Untuk stator generator 1 phasa jumlah alur yang dililit hanya 2/3 dari jumlah alur seluruhnya. Ujung mula dari kumparan adalah U dan ujung akhir adalah Y.

Contoh:

Generator 1 phasa, jumlah kutub = 4; Alur/kutub = 6; Langkah penuh; Bentuk kumparan setengah penuh.

Penyelesaian:

Menurut persamaan …. (12)

G = P. q. m

G = 4. 6. 1

G = 24 alur

Langkah Alur Yg = g/p = 24/4 = 6 alur

Daftar Lilit

Sisi Kumparan Awal	Sisi Kumparan Akhir
U= 1 + Yg	7
2	8
3	26 25 9
4	10
13	19
14	20
15	21
16	22 = X

Bentangan Lilitan

3. Lilitan Stator Generator 3 phasa

Telah dibahas bahwa pada generator 3 phasa kumparan-kumparan phasa satu dengan lainnya masing-masing berjarak 120⁰ Listrik. Jadi ujung-ujung mula atau ujung-ujung akhir dari kumparan phasa I, II dan III masing-masing berjarak 120⁰ listrik. Pada lilitan stator generator 3 phasa akan dijumpai 6 ujung kumparan yaitu:

Ujung kumparan phasa I : U - X

Ujung kumparan phasa II : V - Y

ARAH PUTAR	SISI KUMPARAN			ARAH PUTAR	SISI KUMPARAN
	AWAL	AKHIR			AWAL	AKHIR
Kanan	U = 1a +Yg	13b		Kanan	V = 9a +Yg	21b
	2a	14b			10a	22b
	3a	15b			11a	23b
	4a	16b			12a	24b
Kiri	4b - Yg	16a		Kiri	12b - Yg	24a
	3b	15a			11b	23a
	2b	14a			10b	22a
	1b	13a = X			9b	21a = Y

Ujung kumparan phasa III : W - Z

Contoh:

(1). Generator 3 phasa, jumlah kutub = 2; Bentuk kumparan penuh; Langkah penuh; pergeseran jumlah alur/kutub/phasa = 4.

Penyelesaian:

P = 2; q = 4; m = 3 maka G = P. q. m = 2. 4. 3 = 24

Langkah alur:

--------- Langkah Penuh

28

27

alur Jarak antar masing-masing kumparan phasa 120⁰ listri atau

alur

Lankah-langkah melilit:

Jika ujung mula kumparan phasa pertama terletak pada alur 1, maka ujung mula untuk kumparan phasa II akan terletak pada alur 1+8 = alur ke 9, sedangkan ujung mula kumparan phasa ke III akan terletak pada alur 9+8 = alur ke 17.

Karena bentuk kumparannya penuh, maka diperoleh dua macam arah putaran lilitan.

DAFTAR LILITANNYA ADALAH SEBAGAI BERIKU PHASA I PHASA II

PHASA III

ARAH PUTAR	SISI KUMPARAN
	AWAL	AKHIR
Kanan	W = 17a + Yg	5b
	18a	6b
	19a	7b
	20a	8b
Akhir	20b - Yg	8a
	19b	7a
	18b	6a
	17b	5a = Z

			30

(2). Generator 3 phasa, Jumlah kutub = 2; langkah = 5/6; bentuk kumparan penuh; alur/kutub/phasa = 4.

Penyelesaian:

P = 2; q = 4; dan m = 3

Jumlah alur G = P. q. m = 2 . 4 . 3 = 24 alur

Langkah alur Yg = 5/6 x jumlah alur/kutub

Yg = 5/6 x 24/2 Yg = 5/6 x 12 = 10 aluUjung-ujung awal untuk masing-masing lilitan terletak pada alur-alur seperti berikut:

DAFTA LILIT

PHASA I PHASA II

ARAH PUTAR	SISI KUMPARAN			ARAH PUTAR	SISI KUMPARAN
	AWAL	AKHIR			AWAL	AKHIR
Kanan	U = 1a +Yg	11b		Kanan	V = 9a +Yg	19b
	2a	12b			10a	20b
	3a	13b			11a	21b
	4a	14b			12a	22b
Kiri	2b - Yg	16a		Kiri	10b - Yg	24a
	1b	15a			9b	23a
	24b	14a			8b	22a
	23b	13a = X			7b	21a = Y

ARAH PUTAR	SISI KUMPARAN
	AWAL	AKHIR
Kanan	W = 17a + Yg	3b
	18a	4b
	19a	5b
	20a	6b
Akhir	18b - Yg	8a
	17b	7a
	16b	6a
	15b	5a = Z

33

Contoh Lilitan untuk kumparan phasa Sdr lanjutkan untuk phasa II dan II