1. 1
TUGAS MAKALAH
GENERATOR
Di Susun Oleh :
Kelompok 04
` M. Rizky Ardiansyah.S 3.31.13.0.13
Nur Rochmad Fachrur R.F 3.31.13.0.14
Rafli Dwi Cahyo 3.31.13.0.15
Ria Siskawati 3.31.13.0.16
JURURSAN TEKNIK ELEKTRO
PROGRAM STUDI TEKNIK LISTRIK
POLITEKNIK NEGERI SEMARANG
2014/2015
2. 2
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Allah SWT karena atas berkat dan rahmatNya karya tulis ini dapat
terselesaikan dengan tepat waktu. Adapun judul dari karya tulis ini adalah Generator.
Dengan terselesaikannya karya tulis ini, tak lupa penulis menyampaikan ucapan terima
kasih kepada:
Bapak dosen Achmad Hardito, B.Tech.,M.Kom. selaku dosen mata kuliah Alat Ukur atas
bimbingannya dalam menyelesaikan karya tulis ini.
Penulis mengakui bahwa karya tulis ini masih banyak kekurangan dan jauh dari
kesempurnaan karena keterbatasan kemampuan. Untuk itu diharapkan kritik dan saran yang
sifatnya membangun demi kesinambungan karya tulis ini.
Akhir kata, semoga karya tulis ini dapat bermanfaat bagi segala pihak dalam kehidupan
masyarakat.
Semarang, 20 Januari 2015
3. 3
DAFTAR ISI
Halaman judul........................................................................................................................1
Kata Pengantar .......................................................................................................................2
Daftar isi ................................................................................................................................3
BAB I PENDAHULUAN ................................................................................................... 4
1.1.Latar belakang .................................................................................................................4
1.2.Tujuan penulisan makalah ..............................................................................................5
1.3.Sistematika Penulisan .....................................................................................................5
BAB II PEMBAHASAN .....................................................................................................6
2.1. Bagian-Bagian Generator ...............................................................................................6
2.2. Teori Dasar ...................................................................................................................11
2.3. Prinsip Kerja Generator ...............................................................................................18
BAB III PENUTUP ...........................................................................................................19
3.1 Kesimpulan ....................................................................................................................19
DAFTAR PUSTAKA .........................................................................................................20
4. 4
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Generator AC berfungsi utnuk merubah tenaga mekanis menjadi tenaga listrik
arus bolak-balik. Generator ini sering disebut juga seabagai alternator, generator AC
(alternating current), atau generator sinkron. Dikatakan generator sinkron karena jumlah
putaran rotornya sama dengan jumlah putaran medan magnet pada stator. Kecepatan
sinkron ini dihasilkan dari kecepatan putar rotor dengan kutub-kutub magnet yang
berputar dengan kecepatan yang sama dengan medan putar pada stator. Mesin ini tidak
dapat dijalankan sendiri karena kutub-kutub rotor tidak dapat tiba-tiba mengikuti
kecepatan medan putar pada waktu sakelar terhubung dengan jala-jala.
Generator arus bolak-balik dibagi menjadi dua jenis, yaitu:
a. Generator arus bolak balik 1 fasa.
b. Generator arus bolak-balik 3 fasa.
Konstruksi Generator Arus Bolak-balik. Konstruksi generator arus bolak-balik ini
terdiri dari dua bagian utama, yaitu : (1) stator, yakni bagian diam yang mengeluarkan
tegangan bolakbalik, dan (2) rotor, yakni bagian bergerak yang menghasilkan medan
magnit yang menginduksikan ke stator. Stator terdiri dari badan generator yang terbuat
dari baja yang berfungsi melindungi bagian dalam generator, kotak terminal dan name
plate pada generator. Inti Stator yang terbuat dari bahan ferromagnetik yang berlapis-
lapis dan terdapat alur-alur tempat meletakkan lilitan stator. Lilitan stator yang
merupakan tempat untuk menghasilkan tegangan. Sedangkan, rotor berbentuk kutub
sepatu (salient) atau kutub dengan celah udara sama rata (rotor silinder).
5. 5
1.2 TUJUAN
Tujuan dari penulisan makalah ini adalah agar dapat mengetahui Generator
berdasarkan prinsip kerjanya dan jenis-jenis dari Generator 3 fasa itu sendiri, dimana
jenis-jenis itu akan dijelaskan berdasarkan prinsip kerja masing generator. Didalam
makalah ini pun juga akan dijelaskan secara detail awal mula generator itu bekerja
sampai dengan generator ini dapat menyalurkan energi listrik dan menjadi sumber
tegangan pada akhirnya.
1.3 SISTEMATIKA PENULISAN
Didalam penulisan makalah ini, kami menggunakan sistematika penulisan dimana
sistematika penulisan tersebut seperti dibawah ini :
BAB I PENDAHULUAN
Dalam bab ini terdapat penjelasan mengenai latar belakang penulisan
makalah,tujuan dari makalah, dan sistematika penulisan makalah itu sendiri.
BAB II PEMBAHASAN
Pada bab ini akan di bahas mengenai prinsip kerja generator 3 fasa itu sendiri
secara details dan penjelasan mengenai komponen beserta penjelasan cara kerjanya.
BAB III PENUTUP
Dalam bab terakhir ini akan dijelaskan kesimpulan dari bab-bab sebelumnya
mengenai generator 3 fasa.
6. 6
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 BAGIAN-BAGIAN GENERATOR
Gambar 2.1 Konstruksi Generator Arus Bolak-balik
Stator :
1. Rumah Stator
2. Inti satator
3. Lilitan stator
4. Alur stator
5. Kontak hubung
6. Sikat
Rotor :
1. Kutub magnet
2. Lilitan penguat magnet
3. Cincin seret (slip ring)
4. Poros
7. 7
Generator sinkron mengkonversi energi mekanik menjadi energi listrik bolak-balik secara
elektromagnetik. Energi mekanik berasal dari penggerak mula yang memutar rotor, sedangkan
energi listrik dihasilkan dari proses induksi elektromagnetik yang terjadi pada kumparan-
kumparan stator.
Pada Gambar 2.2 dapat dilihat bentuk penampang sederhana dari sebuah generator sinkron.
Gambar 2.2 Konstruksi Generator Sinkron
Secara umum generator sinkron terdiri atas stator, rotor, dan celah udara. Stator
merupakan bagian dari generator sinkron yang diam sedangkan rotor adalah bagian yang
berputar dimana diletakkan kumparan medan yang disuplai oleh arus searah dari Eksiter. Celah
udara adalah ruang antara stator dan rotor.
8. 8
1. Stator
Stator terdiri dari beberapa komponen utama, yaitu :
a. Rangka Stator
stator merupakan rumah (kerangka) yang menyangga inti jangkar generator.
b. Inti Stator
Inti stator terbuat dari laminasi-laminasi baja campuran atau besi magnetik khusus yang
terpasang ke rangka stator.
c. Alur (slot) dan Gigi
Alur dan gigi merupakan tempat meletakkan kumparan stator. Ada 3 (tiga) bentuk alur
stator yaitu terbuka, setengah terbuka, dan tertutup.
d. Kumparan Stator (Kumparan Jangkar)
Kumparan jangkar biasanya terbuat dari tembaga. Kumparan ini merupakan tempat
timbulnya ggl induksi.
2. 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 dipasangkan ke slip ring ini kemudian dihubungkan ke
sumber arus searah melalui sikat (brush) yang letaknya menempel pada slip ring.
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 terbentuk slot-slot secara paralel terhadap poros rotor.
Rotor pada generator sinkron pada dasarnya adalah sebuah elektromagnet yang besar. Kutub
medan magnet rotor dapat berupa salient pole (kutub menonjol) dan non salient pole (kutub
silinder).
9. 9
a. Jenis Kutub Menonjol (Salient Pole)
Pada jenis salient pole, kutub magnet menonjol keluar dari permukaan rotor. Belitan-
belitan medannya dihubung seri. Ketika belitan medan ini disuplai oleh Eksiter, maka kutub
yang berdekatan akan membentuk kutub berlawanan. Bentuk kutub menonjol generator sinkron
tampak seperti pada Gambar 2.3 berikut :
Gambar 2.3. Rotor Kutub Menonjol
Rotor kutub menonjol umumnya digunakan pada generator sinkron dengan kecepatan
putar rendah dan sedang (120-400 rpm). Generator sinkron tipe seperti ini biasanya dikopel oleh
mesin diesel atau turbin air pada sistem pembangkit listrik. Rotor kutub menonjol baik
digunakan untuk putaran rendah dan sedang karena:
• Kutub menonjol akan mengalami rugi-rugi angin yang besar dan bersuara bising jika diputar
dengan kecepatan tinggi.
• Konstruksi kutub menonjol tidak cukup kuat untuk menahan tekanan mekanis apabila diputar
dengan kecepatan tinggi.
b. Jenis Kutub Silinder (Non Salient Pole)
Pada jenis non salient pole, konstruksi kutub magnet rata dengan permukaan rotor. Jenis
rotor ini terbuat dari baja tempa halus yang berbentuk silinder yang mempunyai alur-alur terbuat
10. 10
di sisi luarnya. Belitan-belitan medan dipasang pada alur-alur di sisi luarnya dan terhubung seri
yang dienerjais oleh Eksiter. Gambaran bentuk kutub silinder generator sinkron tampak seperti
pada Gambar 2.4 berikut :
Gambar 2.4 Rotor Kutub Silinder
Rotor silinder umumnya digunakan pada generator sinkron dengan kecepatan putar tinggi
(1500 atau 3000 rpm) seperti yang terdapat pada pembangkit listrik tenaga uap. Rotor silinder
baik digunakan pada kecepatan putar tinggi karena :
Konstruksinya memiliki kekuatan mekanik yang baik pada kecepatan putar tinggi
Distribusi di sekeliling rotor mendekati bentuk gelombang sinus sehingga lebih baik dari kutub
menonjol.
11. 11
2.2 TEORI DASAR
Berapapun ukurannya, semua generator listrik, baik ac maupun dc, bergantung kepada
prinsip induksi magnet. EMF diinduksikan dalam sebuah kumparan sebagai hasil dari
kumparan yang memotong medan magnet, atau
medan magnet yang memotong sebuah kumparan.
Sepanjang ada gerak relative antara sebuah konduktor dan medan magnet, tegangan akan
diinduksikan dalam konduktor. Bagian generator yang mendapat induksi tegangan adalah
armature. Agar gerak relative terjadi antara konduktor dan medan magnet, semua generator
haruslah mempunyai dua bagian mekanis yaitu rotor dan stator.
2.2.1 KARAKTERISTIK BEBAN
1. Generator Tanpa Beban (Beban Nol)
Jika poros generator diputar dengan kecepatan sinkron dan rotor diberi arus medan
If, maka tegangan E0 akan terinduksi pada kumparan jangkar stator sebesar :
E0 = cnf
dimana :
c = konstanta mesin
n = putaran sinkron
f= fluks yang dihasilkan oleh If
Generator arus bolak-balik yang dioperasikan tanpa beban, arus jangkarnya akan
nol (Ia = 0) sehingga tegangan terminal Vt = Va = Vo. Karena besar ggl induksi
merupakan fungsi dari flux magnet, maka ggl induksi dapat dirumuskan: Ea = f (�),
yang berarti pengaturan arus medan sampai kondisi tertentu akan mengakibatkan ggl
induksi tanpa beban dalam keadaan saturasi.
12. 12
Gambar 2.5 Karakteristik generator tanpa beban
Gambar 2.6 Generator beroperasi tanpa beban
Gambar di atas adalah generator sinkron 2 kutub, tanpa beban digerakkan oleh turbin dengan
kecepatan konstan. Terminal outputnya A, B, C & N dengan variabel exciting current Ix.
Rangkaian pengganti generator tersebut dapat dilihat pada gambar berikut ini.
Gambar 2.7 Rangkaian representsi generator tanpa beban
13. 13
Eo adalah tegangan terminal dan netral. Semakin besar Ix, semakin besar Eo dengan proporsi
yang sama. Ketika terjadi saturasi kenaikan tegangan Eo semakin kecil dengan penambahan nilai
Ix yang sama. Karakteristik ini hampir sama dengan generator DC. Kurva saturasi dapat dilihat
pada gambar di bawah ini.
Gambar 2.8 Kurva saturasi generator tanpa beban
2. Generator Berbeban
Tiga macam sifat beban jika dihubungkan dengan generator, yaitu : beban resistif, beban
induktif, dan beban kapasitif. Akibat pembeban ini akan berpengaruh terhadap tegangan beban
dan faktor dayanya. Gambar 4 menunjukkan jika beban generator bersifat resistif mengakibatkan
penurunan tegangan relatif kecil dengan faktor daya sama dengan satu. Jika beban generator
bersifat induktif terjadi penurunan tegangan yang cukup besar dengan faktor daya terbelakang
(lagging). Sebaliknya, Jika beban generator bersifat kapasitif akan terjadi kenaikan tegangan
yang cukup besar dengan faktor daya mendahului (leading).
14. 14
2.2.2 SISTEM PENGUAT ( EXCITER )
Saat generator dihubungkan dengan beban akan menyebabkan tegangan keluaran
generator akan turun, karena medan magnet yang dihasilkan dari arus penguat relatif konstan.
Agar tegangan generator konstan, maka harus ada peningkatan arus penguatan sebanding dengan
kenaikan beban. Gambar 2.9 menunjukkan sistem arus penguatan pada generator dan
karakteristik tegangan keluarannya.
Gambar 2.9 Prinsip Kerja Exciter Generator
Keterangan :
Garis lengkung 1 : Karakteristik tegangan keluar tanpa beban yang
diperoleh dari medan magnet minimum.
Garis lengkung 2 : Karakteristik tegangan dengan penambahan arus
penguatan maksimum.
Garis lengkung 3 : Karakteristik yang bervariasi dengan mengatur arus
penguatan sesuai kebutuhan beban.
15. 15
2.2.3 OPERASI PARALEL ALTERNATOR
Alternator dapat dihubungkan secara parallel untuk :
(1) meningkatkan kapasitas keluaran dari suatu system melebihi apa yang didapat dari satu unit,
(2) berfungsi sebagai daya cadangan tambahan untuk permintaan yang suatu ketika bertambah,
atau
(3) untuk pemadaman satu mesin dan penyalaan mesin standby tanpa adanya pemutusan aliran
daya.
Ketika alternator-alternator yang sedang beroperasi pada frekuensi dan tegangan terminal
yang berbeda, kerusakan parah dapat terjadi jika alternator-alternator tersebut secara mendadak
dihubungkan satu sama lain pada satu bus yang sama (satu titik hubung). Untuk menghindari ini,
mesin-mesin tersebut harus disinkronkan dahulu sebelum disambungkan bersama-sama. Ini
dapat dicapai dengan menghubungkan satu generator ke bus (bus generator), dan mensinkronkan
generator lainnya sebelum keduanya disambungkan. Generator dikatakan sinkron jika memenuhi
kondisi berikut:
(1) Tegangan terminal yang sama. Diperoleh dengan menyetel kekuatan medan bagi generator
yang hendak masuk ke dalam rangkaian (disambungkan).
(2) Frekuensi yang sama. Diperoleh dengan menyetel kecepatan prime mover dari generator
yang hendak disambungkan.
(3) Urutan fasa tegangan yang sama
2.2.4 RELAY PROTEKSI GENERATOR
Gambar Relay proteksi generator
16. 16
Relay proteksi pada generator memiliki fungsi antara lain:
1. Loss excitation.
2. Over excitation.
3. Current unbalance.
4. Under and over voltage
2.2.5 SINKRONISASI GENERATOR
Generator yang dikoneksikan ke bus sistem atau generator lain harus disinkronisasi
dahulu. Disinkronisasi berarti:
1. Frekuensi generator sama dengan frekuensi sistem.
2. Tegangan generator sama dengan tegangan sistem.
3. Tegangan generator se-fase dengan tegangan sistem.
4. Urutan fase generator sama dengan urutan fase sistem.
Proses umum sinkronisasi:
1. Mengatur kecepatan regulator turbin sehingga frekuensi generator mendekati frekuensi sistem.
2. Mengatur eksitasi sehingga tegangan generator (Eo) sama dengan tegangan sistem (E)
3. Mengamati sudut fase antara Eo dan E melalui Synchroscope .
Gambar Synchroscope
Cek tegangan alternator, harus sama dengan tegangan sistem. Tunggu sampai saat jarum
penunjuk menyentuh 0, berarti kedua generator sefase.
17. 17
4. Menutup line circuit breaker, menghubungkan generator ke sistem.
Umumnya sinkronisasi generator dilakukan oleh sistem secara otomatis.
Metode paralel generator sinkron:
1. Polaritas dari generator harus sama.
2. Nilai efektif tegangan harus sama (Vrms).
3. Tegangan Generator yang diparalelkan mempunyai bentuk gelombang
yang sama.
4. Frekuensi kedua generator dan frekuensi generator dengan jala-jala harus
sama.
5. Urutan fasa dari kedua generator harus sama.
Kerja Paralel Generator:
1. Lampu Cahaya berputar dan Volt-meter.
2. Voltmeter, Frekuensi Meter, dan Synchroscope.
3. Cara Otomatis (Memakai Modul Sinkronisasi Genset ).
Menggunakan alat yang secara otomatis memonitor perbedaan fasa, tegangan, frekuensi,
dan urutan fasa. Apabila semua kondisi telah tercapai alat memberi suatu sinyal bahwa saklar
untuk paralel dapat dimasukkan.
18. 18
2.3 PRINSIP KERJA GENERATOR
Generator 3 fasa memiliki 3 lilitan yang sama dan tiga tegangan outputnya
berbeda 1200 pada masing-masing fasa. Prinsip kerja generator tiga fasa menggunakan
hukum Faraday yang menyatakan jika sebatang penghantar berada pada medan magnet
yang berubah-ubah, maka pada penghantar tersebut akan terbentuk gaya gerak listrik.
Besar tegangan generator bergantung pada :
1. Kecepatan putaran (N)
2. Jumlah kawat pada kumparan yang memotong fluk (Z)
3. Banyaknya fluk magnet yang dibangkitkan oleh medan magnet (f)
4. Konstruksi Generator
Generator tiga fasa terdiri dari dua bagian utama, yaitu
1. Stator, merupakan bagian diam dari generator yang mengeluarkan tegangan bolak-balik
2. Rotor, merupakan bagian bergerak yang menghasilkan medan magnit yang
menginduksikan ke stator.
Stator terdiri dari badan generator yang terbuat dari baja yang berfungsi
melindungi bagian dalam generator, kotak terminal dan name plate pada generator. Inti
Stator yang terbuat dari bahan ferromagnetik yang berlapis-lapis dan terdapat alur-alur
tempat meletakkan lilitan stator.
Lilitan stator yang merupakan tempat untuk menghasilkan tegangan. Sedangkan,
rotor berbentuk kutub sepatu (salient) atau kutub dengan celah udara sama rata (rotor
silinder).
19. 19
BAB III
PENUTUP
3.1 KESIMPULAN
Dari makalah di atas dapat disimpulkan bahwa dalam kehidupan sehari-hari kita pernah
menjumpai Generator tiga fasa,terutama di lingkup pembangkitan. Generator adalah suatu alat
yang berfungsi untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Adapun beberapa
komponen utama dari generator, yaitu rotor, stator,cincin geser,generator penguat dan pre mover.
Contoh pre mover,bisa dari air,angin, uap, disel, gas, ataupun nuklir.
