Generator AC

Kebanyakan sumber tenaga elektris yang digunakan dalam keseharian masyarakat adalah listrik AC. Sebagai pembangkit utama yang menghasilkan daya elektris tersebut adalah generator, atau biasa disebut alternator. Dari segi bentuk, generator memiliki berbagai variasi ukuran tergantung dari beban yang akan disuplaynya. Contoh saja, alternator dalam PLTA berbeda dengan alternator mobil. Dalam PLTA, generator menghasilkan suplay daya hingga puluhan ribu Watt, sedangkan dalam mobil, generator Cuma menghasilkan daya sampai 200 Watt dengan tegangan sebesar 12 Volt.

Beberapa prinsip dan hukum mengenai generator AC akan disajikan kepada pembaca. Pada dasarnya, generator AC serupa dengan generator DC (lihat penjelasan Generator DC). Pembaca bisa mereview kembali pengetahuan tentang generator DC terlebih dahulu untuk lebih memudahkan dalam pemahaman nantinya.

Generator AC mengubah energi mekanis menjadi elektris (sama seperti Generator DC) melalui induksi elektromagnetik. Bagian-bagiannya serupa dengan Generator DC, yaitu: kawat medean, armatur, slip rings, dan Brush seperti pada gambar berikut.

Gambar 1. Bagian Generator AC

Gulungan Medan (field winding), yaitu magnet-magnet penghasil medan magnet pada generator. Medan magnet bisa diperoleh dari permanent magnet ataupun electromagnet. Kebanayakan generator AC membangkitkan medan dari elektromagnet.

Armatur : Merupakan kawat yang bisa bergerak memutar sepanjang medan magnet.  Armatur pada generator AC memiliki slip ring yang melekat pada ujung-ujung kumparannya. Ini yang mengubah fungsi commutator pada armatur generator DC.

Slip Rings ialah cincin logam yang menghubungkan ujung kumparan armatur dan digunakan untuk menghubungkan tegangan induksi menuju brush dari generator. Saat armatur berotasi di dalam medan magnet, tegangan dibangkitkan pada separuh dari kumparan armatur. Voltase digambarkan dengan gelombang Sinus tiap sekali siklusnya.

Gambar 2. Gelombang Sinus dari output tegangan AC

Dengan adanya Slip Ring pada AC Generator, memungkinkan arus dan voltase keluarannya untuk berosilasi dengan nilai positif dan negatif. Arus dan voltase osilasi tersebut membentuk gelombang Sinus. Inilah bentuk tegangan listrik yang sehari-hari kita gunakan.

Brush pada generator AC merupakan kontak geser yang menumpang pada slip ring dan digunakan untuk menghubungkan armatur ke  Sirkuit AC eksternal. Saat armatur berotasi, tiap setengahnya memotong garis gaya magnet dengan kecepatan yang sama. Kekuatan dari tegangan induksi pada 1 sisi dari armatur selalu sama dengan kekuatan voltase induksi sisi lainnya.  Tiap separuh bagian armatur memotong garis gaya magnet dalam arah yang berbeda. Saat armatur berotasi Searah jarum jam, Separuh kumparan yang bawah memotong garis gaya magnet dari bawah menuju kek sebelah kiri, sementara separuh kawat yang berada di atas memotong garis gaya magnet dari atas berputar menuju samping kanan. Tegangan induksi pada 1 sisi kumparan berlawanan dengan tegangan induksi di sisi lainnya. Tegangan pada kumparan bagian bawah kiri, memungkinkan arus mengalir pada satu arah dan tegangan pada kumparan atas menyebabkan arus mengalir pada arah sebaliknya. Teganan dan arus pada 2 arah yang berbeda inilah yang disebut Tegangan AC.

Karena kedua bagian kumparan terhubung dalam loop tertutup, maka tegangan menambahkan satu sama lain. Hasilnya adalah total dari rotasi penuh armatur berupa dua kali teganan. Total tegangan ini diperoleh pada brush yang terhubung dengan slip ring dan diterapkan ke sirkuit eksternal.

Generator AC 1-Fasa

Generator AC 1 Fase merupakan generator yang memiliki 2 pasang kumparan yang diletakkan secara simetris diantar magnet-magnetnya dan dihubungkan secara seri. Generator tersebut menyuplay daya sepanjang 1 kali putaran armatur dalam kumparan medan magnet dan menghasikan 1 siklus AC.

Berikut ini adalah ilustrasi bagaimana sebuah generator 1 fase menghasilkan gelombang AC berbentuk sinus dalam 1 kali putaran (360°).

Gambar 3. Prinsip Generator 1 Fasa menghasilkan tegangan AC

Generator 2-Fasa

Generator 2 fasa didesain dengan 2 pasang kumparan kawat yang dipasang pada tiap posisi 90 º antar kawat satu dengan lainnya.

Gambar 4. Konstruksi Generator 2 Fasa

Generator 3 Fasa

Prinsip generator 3 Fasa sama dengan 1 Fasa, tetapi terdapat 3 pasang posisi kumparan armaturnya dengan jarak 120 º antara posisi satu dengan lainnya.

Berikut adalah ilustrasi dari generator 3 fasa yang menunjukkan bagimana ketiga armaturnya memiliki jarak antar fasa sebesar 120 º sehingga akan menghasilkan 3 output tegangan pada fasa tersebut.

Gambar 5. Generator 3 Fasa

Generator 1 Fasa memiliki 2 kawat yang menyediakan Daya untuk pembebanan yang dimaksudkan.  Arus AC yang mengalir pada hubungan positif negatifnya bertitik referensi pada 0 Volt. Karena Generator memiliki 3 pasang armatur, jadi ada 6 kawat penyedia daya.

Ketika keenam kawat diambil dari konstruksi rangkaian generator, keenamnya dihubungkan sehingga hanya 3 kawat yang tampak untuk disambungkan ke tiga sirkuit armatur yang berbeda. 2 cara penyambungan yang muncul yaitu, Delta dan Wye. Cara penyambungan ini menentukan karakteristik elektris dari keluaran yang dihasilkan generator.

Gambar 6. Sambungan dalam Generator 3 Fasa