Prinsip Kerja Generator Kerja Generator

PT PLN (PERSERO)
UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PADANG
Prinsip Kerja Generator
Setelah Menyelesaikan mata pelajaran ini, siswa dapat :
-

Menjelaskan prosedur pemeriksaan generator

-

Menentukan kondisi generator

Operasi dan Pemeliharaan PLTMH

1

PT PLN (PERSERO)
UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PADANG
Prinsip Kerja Generator
Setelah menyelesaikan pokok bahsan ini, siswa dapat :
-

Menjelaskan prinsip kerja generator

-

Menguraikan bagian-bagian generator

-

Menjelaskan fungsi bagian-bagian generator

Operasi dan Pemeliharaan PLTMH

2

PT PLN (PERSERO)
UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PADANG
Prinsip Kerja Generator
1.

UMUM.
Prinsip kerja generator adalah berdasarkan hukum Faraday, yaitu bila
suatu konduktor memotong garis gaya magnet, maka pada konduktor
tersebut akan timbul gaya gerak listrik (g.g.l.) induksi. Dalam bentuk
sederhana hal ini dapat dilakukan dengan menggerakkan sepotong kawat
dalam suatu medan magnet.
Gaya gerak listrik atau tegangan listrik yang dihasilkan akan berlangsung
selama ada gerakan antara konduktor dan medan magnet dan tegangan
ini akan menimbulkan arus listrik apabila ujung – ujung konduktor/kawat
dihubungkan pada suatu rangkaian listrik tertutup, misalnya lampu atau
beban tahanan.

2.

KONSTRUKSI DASAR GENERATOR.
Suatu generator pada dasarnya terdiri dari lilitan kawat (konduktor) yang
dapat

diputar

didalam

suatu

medan

maknit

statis,

sehingga

mengakibatkan di induksikannya arus didalam lilitan kawat tersebut.
Kontak-kontak luncur menghubungkan lilitan kawat tersebut dengan
suatu sirkit luar untuk memanfaatkan gaya gerak liatrik (ggl) yang
dihasilkan. Bagian-bagian kutub yaitu kutub utara dan kutub selatan
maknit, mensuplai medan maknit tersebut. Ujung-ujung kawat jangkar
dihubungkan dengan cincin slip (alip ring), dan berputar bersama-sama
jangkar, membawa arus yang dihasilkan tersebut ke sirkit luar
Sebagai mesin berputar (rotating machine), generator terbagi delam dua

bagian besar yaitu rotor dan stator.
Rotor adalah bagian mesin yang berputar dan stato adalah bagian mesin
yang diam.
Kumparan medan atau kumparan jangkar dapat diguhakan sebagai stator
maupun rotor. Biasanya untuk generator besar dan berkeja kecepatan
tinggi (turbo-alternator), kumparan medan pada rotor dan kumparan
jangkarnya pada stator, sedang pada generator arus searah yang
menggunakan

komutator, biasanya kumparan medannya pada stator

dan kumparan jangkar pada rotor.
Mengenai konstruksi generator lebih lanjutkan diuraikan kemudian.
Operasi dan Pemeliharaan PLTMH

3

PT PLN (PERSERO)
UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PADANG
Prinsip Kerja Generator

3.

PRINSIP KERJA GENERATOR.
Untuk menjelaskan prinsip dasar kerja generator, pada Gambar 1 kita
anggap bahwa kawat jangkar berputar searah jarum jam dengan posisi
awal pada 0 derajat (titik A). Pada titik A. kawat ,jangkar tegak lurus
terhadap medan maknit, dan. konduktor dari kawat jangkar yang
berwarna hitam dan putih bergerak paralel terhadap medan maknit.
Karena konduktor tidak memotong garis gaya, maka tidak ada ggl yang
dibangkitkan. Dengan tidak adanya yang diinduksikan berarti tidak ada
arus yang mengalir melewati sirkit.

Gambar 2 memperlihatkan konduktor yang telah diputar dari titik A ke titik
B, jumlah garis-garis gaya yang terpotong adalah maksimum. Ggl yang
diinduksikan pada konduktor timbul dari nol pada 0 derajat menjadi suatu
nilai maksimum pada 90 derajat. konduktor yang berwarna hitam
bergerak kebawah memotong medan maknit dan pada saat bersamaan
konduktor warna putih bergerak keatas memotong medan maknit. Ggl
Operasi dan Pemeliharaan PLTMH

4

PT PLN (PERSERO)
UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PADANG
Prinsip Kerja Generator
yang di induksikan pada kedua konduktor berada dalam hubungan seri,
dan

tegangan

yang

dihasilkan

sikat

(brush)

adalah

merupakan

penjumlahan dari kedua ggl yang diinduksikan tersebut.

Gambar 5. Konstruksi Dasar Generator.
Gerakan antara titik A ke B ditunjukkan oleh amper meter yang semakin
bergerak kearah kanan.

Pada saat jangkar terus berputar dari titik B (90 derajat) menuju titik C
(180 derajat), konduktor tersebut memotong garis-garis gaya lebih sedikit dari
pada ketika berada di titik B yang memotong pada jumlah maksimum. Pada
titik C, konduktor bergerak paralel dengan medan maknit dan tidak banyak
Operasi dan Pemeliharaan PLTMH

5

PT PLN (PERSERO)
UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PADANG
Prinsip Kerja Generator
garis-garis gaya yang terpotong. Dengan demikian ggl yang diinduksikan

akan berkurang pada saat konduktor bergerak dari 90 derajat ke 180 derajat
seperti diperlihatkan pada amper meter Gambar 3.
Kembali pada Gambar 1, 2 dan 3, jelas terlihat bahwa dari 0 derajat ke
180 derajat kawat konduktor telah berputar pada arah yang sama melewati
medan maknit. Polari tas ggl yang diinduksikan adalah tetap sama. Ketika
kawat jangkar mulai berputar melampaui 180 derajat menuju titik A (0
derajat), arah pemotongan konduktor tersebut yang berwarna hitam
memotong medan maknit menjadi terbalik. Sekarang konduktor yang
berwarna hitam memotong medan maknit ke atas dan konduktor yang warna
putih memotong medan maknit dengan arah kebawah. Polaritas ggl yang
diinduksikan dan aliran arusnya menjadi terbalik. Seperti terlihat pada
Gambar 9, dari titik C (180 derajat) menuju ketitik D (270 derajat) kembali ke
titik A (0 derajat), aliran arus akan mempunyai arah berlawanan dengan aliran
dari titik A menuju titik C. Tegangan terminal generator akan tetap sama sejak
dari titik A sampai ketitik C kecuali kalau polaritasnya dibalik.
Gambar 4 memperlihatkan bentuk gelombang tegangan output untuk
keseluruhan

gerakan

kawat

konduktor.

Bentuk

gelombang

tersebut

menunjukkan tegangan maksimum dan tegangan minimum pada waktu
konduktor bergerak dari 0 darajat pada titik A menuju 360 derajat berakhir
pada titik A lagi.
3.1.

GENERATOR ARUS BOLAK BALIK (ALTENATOR)
Alternator dibedakan menjadi dua macam, yaitu jangkar putar dan jenis
medan putar. Dalam penjelasan prinsip kerja generator, digunakan
jangkar putar, sedang dalam prakteknya, dilapang terdapat adalab
jenis medan putar.

Operasi dan Pemeliharaan PLTMH

6

PT PLN (PERSERO)
UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PADANG
Prinsip Kerja Generator
Gambar 6 memperlihatan bagan suatu alternator medan putar, dimana
pada alternator jenis ini kumparan jangkar yang diam (pada stator) dan

kumparan medan yang berputar (pada rotor).
Kumparan jangkar pada stator memberi keuntungan tegangan yang
dibangkitkan dapat dihubungkan langsung dengan beban. Jika
digunakan jangkar putar, untuk mengalirkan arus dari jangkar ke beban
diperlukan cincin seret (slip ring) dan karena kontak yang tidak
sempurna antara dengan cincin seret, akan timbul bunga api pada
terutama bila dibangkitkan tegangan tinggi. Kerugian lain dari jenis
jangkar berputar adalah pada beban arus yang besar,terdapat jatuh
tegangan yang cukup besar pula pada sikat – sikat (brush).

Pada medan berputar baisanya digunakan tegangan searah dan
berdaya rendah, sehingga bunga api yang timbul pada cincin seret
tidak menimbulkan masalah besar.
Arus maksimum yang dapat dibangkitkan oleh suatu generator
bergantung kepada suhu maksimum yang dapat ditahan oleh
konduktor dan isolasi jangkarnya. Suhu ini terjadi karena adanya rugi rugi panas dalam konduktor jangkar karena adanya arus listrik yang
mengalir dalam konduktor tersebut.
Kapasitas

generator

ditentukan

oleh

pada

adanya

besar-kecil

tegangan dan arus maksimum yang dapat dihasilkan generator
tersebmut. Kapasitas ini dinyatakan dalam Ampere atau dalam satuan
yang lebih Volt-Ampere (KVA).

Operasi dan Pemeliharaan PLTMH

7

PT PLN (PERSERO)
UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PADANG
Prinsip Kerja Generator
3.1.1.

Konstruksi Altenator
Seperti umumnya mesin-mesin listrik, terdiri atas stator dan
rotor, altenatorpun terdiri atas dua bagian utama yaitu rotor

dan stator. Menurut bentuk rotornya terdapat dua macam
altenator, yaitu jenis rotor silinder dan jenis rotor kutub
menonjol (salient pole)
Gambar 7 dan 8 memperlihatkan kedua macam rotor tersebut
Rotor jenis silinder digunakan pada altenator yang berputar
dengan kecepatan tinggi (lebih dari 1200 rpm), seperti pada
PLTU, PLTG dan PLTD.
Ujung-ujung kumparan medan dengan sumber arus searah
melalui cincin seret. Sumber arus searah ini biasanya berupa
generator arus searah yang dikenal dengan penguat exciter.
3.1.2.

Alternator Satu Fasa.
Uraian dalam penjelasan mengenai cara kerja generator
menggambarkan alternator 1 fasa. Untuk mendayagunakan
medan magnet seefesien mungkin di sekeliling stator dapat
ditempatkan kumparan-kumparan angkar yang paralel.
Gambar 9 memperlihatkan suatu, alternator satu fasa dengan
2kutub.

Statornya

mempunyai

dua

kutub,

karena

kumparannya dililitkan pada dua kutub dengan arah yang
sama. Rotor juga terdiri atas dua kutub.
Operasi dan Pemeliharaan PLTMH

8

PT PLN (PERSERO)
UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PADANG
Prinsip Kerja Generator
Ketika rotor berputar, medan magnet akan menginduksikan
tegangan pada kumparan stator. Karena posisi kutub rotor
setiap satat relatif sama pada kedua kutub stator, maka kedua
kutub stator setiap saat dipotong oleh sejumlah garis gaya
magnet yang sama. Tegangan yang diinduksikan pada kedua
kumparan stator mempunyai besaran atau amplitudo sesaat
yang sama dam oleh karena kedua it utub stator dihubungkan
seri, maka tegangan pada masingmasing kutub akan saling
menjumlahkan untuk menghasilkan tegangan total yang
besarnya dua kali tegangan pada setiap satu kutub.
3.1.3.

Alternator Tiga Fasa.
Alternator tiga fasa mempunyai tiga buah pasangan kumparan
jangkar/stator satu fasa yang diletakkan sedemikian rupa
sehingga tegangan yang diinduksikan pada setiap kumparan
yang saling berbeda 120 derajat listrik terhadap dua kumparan
yang lain.
Gambai- 10 memperlihatkan diagram suatu alternator tigafasa
sederhana dengan tiga buah pasangan kumparan stator yang
saling terpisah.
Ketiga kumparan tersebut dapat saling dihubungkan dengan
hubungan bintang (Y) atau segitiga (delta), sebagaimana
ditunjukkan pada gambar-gambar 11 dan 12.

Operasi dan Pemeliharaan PLTMH

9

PT PLN (PERSERO)
UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PADANG
Prinsip Kerja Generator

3.1.4.

Frekuensi.
Pada gambar 5 terIihat pada kumparan periodik, yaitu bahwa
tegangan

yang

dihasilkan

jangkar

mempunyai

bentuk

gelombang sinusoida. Berdasarkan hal ini nyatalah bahwa
untuk setiap satu kali. putaran rotor, diperoleh satu perioda
tegangan.atau dengan kata lain frekuensi tegangansebanding
dengan

kecepatan

perhatikangambar

perputaran
13a

yang

rotor.

Sekarang

menggambarkan

kita

sebuah

alternator dengan empat kutub (dua pasangan akan berbentuk
seperti pada gambar 13b.

Operasi dan Pemeliharaan PLTMH

10

PT PLN (PERSERO)
UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PADANG
Prinsip Kerja Generator

Operasi dan Pemeliharaan PLTMH

11

PT PLN (PERSERO)
UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PADANG
Prinsip Kerja Generator

Dari gambar ini terlihat bahwa untuk satu kali putaran rotor,
diperoleh tegangan induksi dengan 2 perioda, sehingga dapat
dikatakan bahwa frekuensi tegangan induksi sebanding
dengan banyaknya pasangan kutub.
Dengan memperhatikan faktor-faktor tersebut di atas, maka
besarnya frekuensi tegangan yang dihasilkan oleh suatu
alternator dinyatakan dalam persamaan:
f 

p N

2 60

dimana,
f = Frekuensi dalam Hertz
P/2 = jumlah pasangan kutub
N/60 = Kecepatan putaran per detik
3.2.

GENERATOR ARUS SEARAH
Prinsip kerja generator arus searah sama dengan generator anus
bolak balik, hanya pada generator arus as earah ditambahkan suatu
cistern penyearah arus yang dinamakan komutator.
Komutator ini berupa cincin slip yang dibelah dan tiap belahan
dihubungkan dengan ujung-ujung konduktor

kumparan

jangkar.

Bagian-bagian cincin yang terbelah itu satu sama lain diisolasi untuk
mencegah timbulnya kontak listrik antara cincin, poros at tau bagianbagian lain pada jangkar.

Operasi dan Pemeliharaan PLTMH

12

PT PLN (PERSERO)
UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PADANG
Prinsip Kerja Generator

Pada gambar 14 nampak konstruksi suatu generator arus searah
dengan komutatornya. Terlihat bahwa disini posisi sikat saling
berhadapan

/

berlawanan.

Bagian-bagian

komutator

dipasang

sedemikian rupa sehingga pada saat konduktor jangkar melewati titik
dimana tegangan = nol, antar bagian tersebut akan dihubung sinkat
oleh sikat-sikat itu.
Saat jangkar berputar, setiap saat sebuah sikat terhubung dengan
konduktor yang positip dan sikat yang lain terhubung ke konduktor
negatip, berarti setiap saat tegangan pada terminal sikat-sikat adalah
searah.
Mari kita perhatikan gambar-gambar berikut untuk menjelaskan proses
perubahan arus bolak balik yang dibangkitkan dalam konduktor jangkar
pada terminal sikat-sikat.
Pada titik A, gambar 15, konduktor jangkar dalam posisi tegak lurus
medan magnet, sehingga tidak ada ggl induksi dalam jangkar. Karena
tidak ada ggl, maka tidak ada arus mengalir pada rangkaian beban dan
pada keadaan ini kedua belahan komutator terhubung singkat oleh
sikat-sikat.
Ketika jangkar bergerak melampaui titik A, sikat berwarna hitam
berhubungan dengan bagian komutator yang berwarna hitam dan sikat
yang berwarna putih terhubung ke bagian komutator yang berwarna
putih pula.
Saat konduktor jangkar bergerak dari titik A ke titik B, ggl yang
dibangkitkan naik dari nol sampai maksimum di titik B, seperti terlihat
pada gambar 16.
Gamabr 17 memperlihatkan ketika konduktor terus berputar searah
Operasi dan Pemeliharaan PLTMH

13

PT PLN (PERSERO)
UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PADANG
Prinsip Kerja Generator
jarum jam dari ti-ti; B ke titik C, ggl yang diinduksikan turun dari
maksimum menjadi nol ketitik C. Setelah melalui titik , sikat hitam
sekarang

terhubung

kebagian

komutator

berwarna

putih

dan

sebaliknya sikat putih terhubung kebagian komutator berwarna hitam
(lihat gambar 18).
Pada gambar 19, konduktor jangkar terus berputar ketitik C ke titik D
dan kembali ketitik A (posisi awal) dan sikat hitam terhubung dengan
konduktor putih yang bergerak kebawah serta sikat putih terhubung
dengan konduktor putih yang bergerak ke atas.
Ternyata bahwa sikat hitam selalu berhubungan dengan konduktor
yang bergerak kebawah, sedang sikat

putih selalu berhubungan

dengan konduktor yang bergerak ke atas.

Operasi dan Pemeliharaan PLTMH

14

PT PLN (PERSERO)
UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PADANG
Prinsip Kerja Generator

Karena gerakan konduktor mengalir menuju sikat, terminal negatip dan
sikat dari generator arus searah ke atas menimbulkan arus yang maka
sikat putih merupakan hitam adalah terminal positip dari generator arus
searah ini.
Dengan demikian gerakan dari 180 derajat (titik C) menuju 360 derajat
(titik A), pada terminal sikat-sikat menimbulkan bentuk gelombang
Operasi dan Pemeliharaan PLTMH

15

PT PLN (PERSERO)
UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PADANG
Prinsip Kerja Generator
tegangan dengan polaritas sama seperti yang dibangkitkan ketika
jangkar hitam bergerak dari 0 derajat menuju 180 derajat.
Gambar 20 memperlihatkan bentuk gelombang tegangan pada
terminal jangkar untuk satu perioda penuh.
3.2.1.

Memperbaiki Tegangan Generator Arus Searah
Seperti terlihat dari gambar 20, tegangan seargh yang
dihasilkan oleh generator sederhana ini tidak merupakan
tegangan searah yang rata, karena berbentuk pulsa-pulsa,
sehingga tidak konstan untuk pengoperasian peralatan ayng
menggunakan teganmgan searah.
Untuk

itu perlu

dilakukan suatu cara

memperbaiki

tegangan searah yang dihasilkan oleh generator searah agar
dapat diperoleh tegangan yang rata..
Gambar 21 memperlihatkan suatu generator arus searah
dengan dua buah kumparan jangkar yang saling tegak lurus.
Komutatornya dibagi menjadi empat bagian, sehingga masingmasing kumparan dihubungkan dengan sepasang bagian
komutator.
Terlihat pada gambar bahwa sikat-sikat terhubung ke
kumparan putih dan dibangkitkan tegangan maksimum,
karena kumparan tersebut bergerak tegak lurus terhadap
medan magnet.
Ketika jangkar berputar, tegangan induksi pada kumparan
putih mulai menurun dan setelah 45 derajat (1/8 putaran),
sikat-sikat tersebut terhubung ke kumparan hitam yang baru
mulai bergerak memotong in edan magnet, sehingga tegangan
induksi mulai naik kembali.
Pada 135 derajat terjadi komukasi lagi dan terjadi proses
seperti di atas, demikian seterusnya, sehingga tegangan
induksi yang dihasilkan oleh generator searah ini mempunyai
bentuk seperti pada gambar 22.

Operasi dan Pemeliharaan PLTMH

16

PT PLN (PERSERO)
UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PADANG
Prinsip Kerja Generator

Terlihat jelas bahwa tegangan yang dihasilkan oleh generator dengan dua
kumparan jangkar lebih rata daripada tegangan dari generator dengan satu
kumparan jangkar
Jadi

dengan memperbanyak jumlah kumparan jangkar, akan diperoleh

tegangan yang makin rata.
Konstruksi Generator Arus Searah.
Generator arus searah terdiri atas stator dan rotor, kumparan jangkar terletak
di rotor dam kumparan medannya di stator.
Gambar23 memperlihatkan bagian-bagian utama suatu generator arus
searah.

Operasi dan Pemeliharaan PLTMH

17

PT PLN (PERSERO)
UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PADANG
Prinsip Kerja Generator

3.2.2.

Jenis-jenis Generator Arus Searah.
Seperti kita ketahui bahwa generator arus searah mempunyai
kumparan medan dan kumparan jangkar. Bermacam-macam
cara untuk memberi catu daya searah kepada kumparan
medan dan berdasarkan ini, dikenal jenis

3.2.3.

jenis generator arus searah.
Ada dua macam cara memberi catu daya pada kumparan
medan, yaitu dengan sumber arus searab dari luar (terpisah)
dan dengan sumber arus searah dari kumparan jangkar
generator itu sendiri,
Catu daya menggunakan sumber terpisah dinamakan sistem
eksitasi terpisah dan yang menggunakan sumber dari
generator itu sendiri dinamakan sistem eksitasi sendiri.
Generator arus searah dengan sistem eksitasi terpisah
mempunyai kumparan medan yang terpisah dari kumparan
jangkarnya dan kumparan medan ini dihubungkan dengan
suatu sumber daya arus searah dari luar.
Generator arus searah dendan sistem eksitasi send iri
mempunyai kumparan medan yang terhubung ke kumparan
jangkarnya.

Operasi dan Pemeliharaan PLTMH

18

PT PLN (PERSERO)
UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PADANG
Prinsip Kerja Generator

Berdasarkan cara menghubungkan kumparan medan dengan
kumparan jangkarnya ada 3 jenis generator ini, yaitu :
1. Generator seri, kumparan medan dihubungkan seri
dengan kumparan jangkar
2. Generator

shunt,

kumparan

medan

dihubungkan,

paralel dengan kumparan jangkar.
3. Generator kornpon (compound), merupakan- gabungan
antara 1 dan 2. Generator jenis ini terbagi lagi menjadi
dua jenis yaitugenerator kompon pendek dan generator
kompan panjang.
Gambar-gambar 24 sampai 7 -memperIihatkan diagram tiap
jenis generator arus searah.

Operasi dan Pemeliharaan PLTMH

19

PT PLN (PERSERO)
UNIT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PADANG
Prinsip Kerja Generator

Operasi dan Pemeliharaan PLTMH

20