< Previous 14 Gambar 1.10 cara kerja alternator Ketika fluks magnetik terpotong oleh konduktor listrik, maka gaya electromotive (tegangan/voltage induksi) akan terjadi di dalam konduktor, dan suatu aliran akan mengalir jika konduktor merupakan bagian dari sebuah rangkaian lengkap. Seperti diperlihatkan pada Gambar 1.10, jarum galvanometer (sebuah ammeter yang diaktifkan oleh jumlah arus yang terkecil) akan bergerak karena gaya electromotive yang tercipta ketika rotating shaft berputar serta medan magnet antara utara selatan memotong konduktor. Dari kegiatan ini maka akan terlihat bahwa: Jarum galvanometer akan bergerak jika konduktor atau magnet digerakkan. Arah ke mana jarum menyimpang akan bervariasi sesuai dengan arah ke mana konduktor atau magnet digerakkan. Jangkauan dari defleksi jarum akan lebih besar sebanding dengan kecepatan dari gerakan. Jarum tidak akan bergerak jika gerakan rotor shaft atau konduktor dihentikan. Jika karena suatu sebab, mengakibatkan konduktor melalui fluks magnetik, maka gaya elektromagnetik akan terjadi di dalam konduktor. Fenomena ini disebut sebagai “induksi elektromagnetik”. Generator menghasilkan gaya electromotive dengan cara induksi elektromagnetik, dan mengubahnya menjadi daya listrik (tegangan/voltage dan arus). 15 MENDISKUSIKAN Setelah mempelajari materi di atas diskusikan dengan teman anda 1. Perbedadan antara generator DC dan AC 2. Perbedaan antara generator AC dan Alternator 3. Buat kesimpulan dari hasil diskusi, jelaskan juga mengapa yang dipakai saat ini adalah Alternator bukan generator DC. G. Arah Gaya Elektromotive Arah dari gaya electromotive (EMF/electromotive force) yang dihasilkan pada konduktor di dalam medan magnetik akan bervariasi sesuai perubahan arah fluks magnetik dan arah ke mana konduktor bergerak. Jika konduktor digerakkan (ke arah yang diperlihatkan oleh panah besar pada Gambar 4 di antara kutub magnetik utara dan selatan, maka gaya electromotive akan mengalir dari kanan ke kiri (arah dari fluks magnetik adalah dari kutub utara ke kutub selatan). Arah dari gaya electromotive dapat dipahami dengan menggunakan Peraturan Tangan Kanan Fleming. H. Aturan Tangan Kanan Fleming 16 Gambar 1.11 Dengan ibu jari, jari telunjuk dan jari tengah dari tangan kanan seseorang yang diregangkan dengan sudut siku antara satu dengan lainnya (Gambar 1.11), maka jari telunjuk akan mengindikasikan arah dari fluks magnetik (garis gaya magnetik), ibu jari adalah arah gerakan konduktor, dan jari tengah adalah arah gaya electromotive. I. Jumlah Gaya Electromotive Gambar 1.12 Gaya elektromotif 17 Jumlah dari gaya eletromotif yang dihasilkan ketika konduktor memotong (melalui) fluks magnetik di dalam suatu medan magnetik adalah sebanding dengan jumlah garis gaya magnetik yang terpotong di dalam suatu unit waktu tertentu Gambar 1.12. Sebagai contoh, jika sejumlah garis terpotong dalam detik (t) dan gaya electromotive adalah volt (E), maka hal ini dapat dinyatakan dalam formula berikut ini: E = B.l.v dengan: l = Panjang penghantar/kawat dalam meter. B = Besar induksi magnetik dalam W/m2 atau Tesla. v = Kecepatan gerak penghantar dalam m/det. E = Gaya gerak listrik imbas (induksi) dalam volt. J. Prinsip Dasar Kerja Alternator Gambar 1.13 mennunjukan bagaimana tegangan AC dihasilkan oleh induksi elektromagnetik. Pada gambar ini medan magnet berputar dan konduktor dibentuk menjadi gulungan. Saat konduktor pada posisi parallel dengan medan magnet, konduktor tidak terpotong oleh medan magnet manapun, pada putaran 18 Gambar 1.13 Arus AC dihasilkan dari perputaran medan magnet ini tidak menghasilkan arus dan tegangan sama sekali. Pada gambar 1.13 B, kita melihat medan magnet telah diputar 90º, menempatkannya pada sisi kanan konduktor. Pada titik ini, kita melihat jumlah maksimum garis fluks memotong konduktor di kutub utara, menginduksi tegangan pada nilai positif maksimum. Saat medan magnet diputar 90º kearah lain, konduktor kembali menjadi sejajar dengan medan magnet (Gambar 1.13 C). Sekali lagi tegangan turun ke nol karena tidak ada garis fluks memotong konduktor. 90º rotasi lain dari medan magnet memposisikan medan magnet pada konduktor atas (Gambar 1.13 D). Pada titik ini dalam rotasi, itu adalah garis fluks kutub selatan yang memotong konduktor, menghasilkan tegangan pada nilai negatif maksimum. Rotasi lanjut dari 90º lain membawa ke akhir satu rotasi lengkap. Pada akhir rotasi ini, tegangan nol lagi sebagai konduktor sejajar dengan medan magnet. Mengacu kembali pada gambar 1.13 kita dapat melihat gelombang 19 tegangan dari wktu ke waktu dengan menempatkan gelombang pada perputaran 360º medan magnet (rotor). Hanya sangat sedikit tegangan/voltage dan arus diproduksi dengan sebatang magnet yang berputar di dalam simpul kawat/wire tunggal. Jika simpul kawat/wire dan magnet ditempatkan di dalam kerangka besi, maka tercipta sebuah jalur penyalur untuk garis gaya magnetik. Karena besi menyalurkan magnetisme dengan sangat mudah, maka penambahan kerangka besi akan sangat meningkatkan jumlah garis gaya antara kutub N dan kutub S (lihat Gambar 1.14). Gambar 1.14 rotor sangkar Sejumlah besar garis gaya magnet berada di pusat ujung magnet. Oleh karena itu, bidang magnet yang kuat berada di pusat magnet dan medan magnet yang lemah berada di pinggir depan dan belakang. Kondisi ini akan terjadi jika celah udara antara magnet dan kerangka bidang adalah lebih besar di tepi depan dan belakang daripada di pusat magnet Jumlah tegangan/voltage yang diinduksi di dalam konduktor sebanding dengan jumlah garis gaya yang memotong melalui konduktor dalam jangka waktu tertentu. Tegangan/voltage juga akan meningkat jika batang magnet berputar lebih cepat, karena garis gaya memotong melalui kawat/wire dalam jangka waktu yang lebih singkat. 20 Gambar 1. 15 Magnet yang berputar di dalam alternator disebut rotor dan simpul kawat/wire serta frame assembly disebut stator (Gambar 1.15). K. Macam-macam alternator Gambar 1.16 Pada Gambar 16 simpul kawat/wire tunggal yang bertindak sebagai lilitan stator dan batang magnet yang bertindak sebagai rotor menggambarkan bagaimana tegangan/voltage AC diproduksi di dalam sebuah alternator dasar. Jika dua simpul kawat/wire lagi, yang berjarak 120 derajat, ditambahkan pada alternator dasar kita, maka dua tegangan/voltage lagi yang terpisah akan diproduksi. 21 Dengan kutub S dari rotor yang berada langsung di bawah konduktor A, maka tegangan/voltage pada A akan berada pada besaran maksimum dan positif dalam polaritas. Setelah rotor berputar 120 derajat, maka kutub S akan langsung berada di bawah konduktor B dan tegangan/voltage di B akan maksimum positif. Juga 120 derajat kemudian, tegangan/voltage pada C akan maksimum positif. Tegangan/voltage positif puncak di A, B, C di dalam masing-masing simpul kawat/wire terjadi dengan jarak 120 derajat. Tegangan/voltage simpul ini juga diperlihatkan pada grafik di atas. L. Alternator belitan delta Gambar 1. 17 Jika ujung dari simpul kawat/wire, yang bertanda A1, B1 dan C1, dihubungkan pada ujung-ujung yang bertanda masing-masing B, C dan A, maka sebuah stator lilitan dasar tiga tahap “delta” akan terbentuk (Gambar 19). Ketiga 22 tegangan/voltage AC (BA, CB dan AC) yang tersedia dari lilitan stator delta adalah sama dengan ketiga tegangan/voltage yang telah dibahas sebelumnya. M. Alternator belitan star/Y Gambar 1.18 Jika ujung dari simpul kawat/wire yang bertanda A1, B1 dan C1 dihubungkan bersama, sebuah stator lilitan dasar tiga-tahap “Y” akan terbentuk (Gambar 20). Masing-masing tegangan/voltage ini terdiri dari tegangan/voltage di dalam dua simpul kawat/wire yang ditambahkan bersama. Tiga tegangan/voltage AC dengan jarak 120 derajat tersedia dari stator Y. Stator Y seringkali disebut konfigurasi bintang. Dalam lilitan delta, masing-masing lilitan individu dihubungkan pada ujung dari lilitan yang lain (Gambar 18). Hal ini menciptakan hubungan sejajar di dalam stator delta, yang umumnya memungkinkan output arus yang lebih tinggi daripada stator lilitan “Y”. Dalam stator lilitan “Y”, lilitan dihubungkan untuk membentuk pasangan hubungan seri. Hubungan seri ini ini umumnya menyediakan tegangan/voltage yang lebih tinggi tetapi output arus yang lebih rendah daripada stator lilitan delta. Pabrik-pabrik pembuat alternator masa kini menggunakan baik koil lilitan “delta” maupun “Y” di dalam stator. Untuk meningkatkan output dari alternator beberapa modifikasi pada model dasar diperlukan dengan: meningkatkan jumlah konduktor dalam masing-masing lilitan tahap 23 meningkatkan kekuatan dari medan magnetik meningkatkan kecepatan berputar. N. Alternator brushless (tanpa sikat) Alternator ini telah dikembangkan secara khusus untuk unit alat berat peralatan konstruksi dan atau truk, yang menuntut tingkat daya tahan tinggi. Dalam upaya mengurangi pemeliharaan, brush (sikat arang) dan slipring, yang aus bila dipakai dalam waktu tertentu, telah dihilangkan dari alternator brushless selain itu bearing (bantalan) jga telah diganti dengan jenis yang lebih tahan lama. Untuk menghasilkan listrik, alternator ini mengadopsi sistem dimana magnetisme sisa internal alternator digunakan untuk aktivasi awal. Setelah alternator mulai beroperasi, daya listrik yang dihasilkan alternator itu sendiri dipasok ke kumparan medan, yang digunakan untuk eksitasi diri. Alternator ini dilengkapi dengan internal regulator (pengatur tegangan). Regulator tegangan memantau tegangan yang dihasilkan selama alternator beroprasi dan mengatur arus yang disuplai ke kumparan medan, dengan demikian akan selalu mempertahankan output tetap setabil. MENANYA Stator Die Cast Aluminum Fan Heavy-Duty Ball Bearing Stationary Field Coil (Brushless) /koil pembangkit Heavy-Duty Roller Bearing Rectifier Bridge Relay Terminal Integrated Circuit Regulator Output Terminal Indicator Light Terminal Gambar 1. 19 Bagian- bagian Alternator brushless Next >