7 Sebelum membahas tentang generator sinkron, terlebih dahulu kita mengetahui
tentang generator listrik. Generator listrik adalah suatu mesin listrik dimana dalam proses kerjanya melakukan pengkonversian energi dari energi mekanik ke energi
listrik. Generator listrik dan motor listrik mempunyai kesamaan, yaitu sama-sama memanfaatkan induksi listrik yang terjadi di dalam kedua perangkatsistem. Akan
tetapi fungsi dari kedua sistem tersebut berbeda, dimana motor listrik melakukan konversi energi listrik menjadi mekanik.
2.2 Defenisi Generator Sinkron
Generator sinkron merupakan salah satu jenis generator listrik dimana terjadi proses pengkonversian energi dari energi mekanik ke energi listrik, sama seperti
generator listrik yang dihasilkan oleh putaran kumparan rotor yang memotong suatu medan elektromagnetik yang dihasilkan di stator sehingga kemudian
menyebabkan timbulnya energi listrik. Induksi elektromagnetik yang terjadi dalam
generator merupakan bentuk aplikasi nyata dari Hukum Faraday yang
menyatakan: 1.
“Jika sebuah penghantar memotong garis-garis gaya dari sebuah medan magnetik flux yang konstan, maka pada penghantar tersebut akan timbul
tegangan induksi”. 2.
“Perubahan flux magnetik didalam suatu rangkaian bahan penghantar, akan menimbulkan tegangan induksi pada rangkaian tersebut”.
Universitas Sumatera Utara
8 Sedangkan jika dijabarkan dengan persamaan matematisnya, persamaannya
adalah sebagai berikut:
dt d
N e
induksi
2.1
dimana,
induksi
e : tegangan induksi elektromagnetik GGL induksi
N : jumlah lilitan
dt d
: laju perubahan fluks magnetik wbs
Keterangan : Nilai atau tanda minus - pada lilitan merupakan bentuk penerapan dari
Hukum Lenz yang mengatakan:
“Ggl Induksi selalu membangkitkan arus yang medan magnetiknya berlawanan dengan sumber perubahan fluks magnetik“.
2.3 Konstruksi Generator Sinkron
Secara umum, konstruksi generator sinkron terdiri dari dua bagian yang diam stator dan bagian yang bergerak rotor. Keduanya merupakan rangkaian
magnetik yang berbentuk simetris dan silindris. Selain itu pada generator sinkron terdapat bagian yang memisahkan antara rotor dan stator yang biasa disebut dengan
celah udara yang berfungsi sebagai tempat terjadinya fluksi atau induksi energi listrik dari rotor ke stator.
Universitas Sumatera Utara
9
Stator
Stator armature adalah bagian yang berfungsi sebagai tempat untuk menerima induksi magnet dari rotor. Arus AC yang menuju ke beban disalurkan
melalui stator. Komponen ini berbentuk sebuah rangka silinder dengan lilitan kawat konduktor yang sangat banyak.
Stator terdiri dari beberapa komponen utama yaitu : 1.
Rangka Stator Rangka stator merupakan rumah kerangka yang merupakan inti jangkar
generator sinkron. 2.
Inti Stator Inti stator terbuat dari laminasi
– laminasi baja campuran atau besi magnetik khusus yang terpasang kerangka stator.
Gambar 2.1 Konstruksi Generator Sinkron secara umum
Universitas Sumatera Utara
10 3.
Alur slot dan Gigi Alur dan gigi merupakan tempat meletakkan kumparan jangkar. Ada 3 tiga
bentuk alur stator yaitu, terbuka, setengah terbuka, dan tertutup. Ketiga bentuk alur slot tersebut tampak seperti
4. Kumparan Stator Kumparan Jangkar
Kumparan jangkar biasanya terbuat dari tembaga. Kumparan ini merupakan bagian dimana timbulnya ggl induksi.
Rotor
Rotor terdiri dari tiga komponen utama yaitu: a. Slip Ring
Slip ring merupakan cincin logam yang melingkari poros rotor tetapi dipisahkan oleh isolasi tertentu. Terminal kumparan rotor dipasang ke slip
ring ini kemudian dihubungkan ke sumber arus searah melalui sikat brush yang letaknya menempel pada slip ring.
Gambar 2.2 Bentuk - bentuk alur slot
Universitas Sumatera Utara
11 b. Kumparan Rotor Kumparan Medan
Kumparan medan merupakan unsur yang memegang peranan utama dalam menghasilkan medan magnet. Kumparan ini mendapat arus searah dari
sumber eksitasi tertentu. c. Poros Rotor
Poros rotor merupakan tempat meletakkan kumparan medan, dimana pada poros rotor tersebut telah dibentuk slot-slot secara parallel terhadap
poros rotor. Pada generator sinkron terdapat 2 dua jenis tipe rotor yaitu : rotor kutub
menonjol dan rotor kutub tak menonjol cylindrical rotors. Rotor kutub menonjol biasanya dihubungkan dengan turbin hydrolic putaran rendah sedangkan rotor
kutub tak menonjol biasanya dihubungkan pada turbin putaran tinggi. 1.
Rotor kutub menonjol Salient pole rotors Rotor tipe ini mempunyai kutub yang jumlahnya banyak. Kumparan
dibelitkan pada tangkai kutub, dimana kutub-kutub diberi laminasi untuk mengurangi panas yang ditimbulkan oleh arus Eddy, kumparan-kumparan
medannya terdiri dari bilah tembaga persegi. Kutub menonjol ditandai dengan rotor berdiameter besar dan panjang sumbunya pendek. Selain itu jenis kutub salient
pole, kutub magnetnya menonjol keluar dari permukaan rotor. Belitan-belitan medan dihubung seri. Ketika belitan medan ini disuplai oleh eksiter, maka kutub
yang berdekatan akan membentuk kutub yang berlawanan. Bentuk kutub menonjol generator sinkron tampak seperti Gambar 2.3 berikut :
Universitas Sumatera Utara
12 Gambar 2.3 Rotor kutub menonjol sileant poles
Rotor kutub menonjol pada umumnya digunakan pada generator sinkron dengan kecepatan putaran rendah dan sedang 120
– 400 rpm. Generator seperti ini biasanya dikopel dengan mesin diesel atau turbin air pada sistem pembangkit
listrik. Rotor kutub menonjol baik digunakan pada putaran rendah dan sedang karena :
• Konstruksi kutub menonjol tidak terlalu kuat untuk menahan tekanan
mekanis apabila diputar dengan kecepatan tinggi. •
Konstruksi rotor kutub menonjol akan mengalami rugi – rugi yang besar
dan menimbulkan polusi suara jika diputar dengan kecepatan tinggi. 2.
Rotor kutub tak menonjol cylindrical rotors Rotor tipe ini dibuat dari plat baja berbentuk silinder yang mempunyai
sejumlah slot sebagai tempat kumparan. Karena adanya slot-slot dan juga kumparan medan yang terletak pada rotor maka jumlah kutub pun sedikit yang dapat dibuat.
Belitan-belitan medan dipasang pada alur-alur di sisi luarnya dan terhubung seri yang di enerjais oleh eksiter.
Universitas Sumatera Utara
13 Gambar 2.4 Rotor kutub tak menonjol cylindrical rotors
Rotor ini biasanya berdiameter kecil dan sumbunya sangat panjang. Konstruksi ini memberikan keseimbangan mekanis yang lebih baik karena rugi-
rugi anginnya lebih kecil dibandingkan rotor kutub menonjol salient pole rotor. Gambar bentuk kutub silinder generator sinkron tampak seperti pada Gambar 2.4
berikut :
Rotor silinder umumnya digunakan pada generator sinkron dengan kecepatan putaran tinggi 1500 atau 3000 rpm biasanya digunakan untuk pembangkit listrik
berkapasitas besar misalnya pembangkit listrik tenaga uap dan gas. Rotor silinder baik digunakan pada kecepatan tinggi karena:
• Distribusi di sekeliling rotor mendekati bentuk gelombang sinus sehingga
lebih baik rotor kutub menonjol. •
Konstruksinya memiliki kekuatan mekanik pada kecepatan putar tinggi.
Universitas Sumatera Utara
14
2.4 Reaksi Jangkar Generator Sinkron
