Generator listrik
Generator listrik atau pembangkit listrik adalah mesin yang digunakan untuk menghasilkan energi listrik dari sumber energi mekanis. Prinsip kerja dari generator listrik adalah induksi elektromagnetik.[1] Berdasarkan jenis arus listriknya, generator dibagi menjadi generator arus searah dan generator arus bolak-balik. Perbedaan keduanya yaitu penggunaan komutator pada generator arus searah dan cincin selip pada generator arus bolak-balik.[2] Proses kerja generator listrik dikenal sebagai pembangkit listrik. Generator listrik memiliki banyak kesamaan dengan motor listrik, tetapi motor listrik adalah alat yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Generator mendorong muatan listrik untuk bergerak melalui sebuah sirkuit listrik eksternal, tetapi generator tidak menciptakan listrik yang sudah ada di dalam lilitan kumparannya. Hal ini bisa dianalogikan dengan sebuah pompa air, yang menciptakan aliran air tetapi tidak menciptakan air di dalamnya. Sumber enegi mekanik bisa berupa resiprokat maupun turbin mesin uap, air yang jatuh melalui sebuah turbin maupun kincir air, mesin pembakaran dalam, turbin angin, engkol tangan, energi surya atau matahari, udara yang dimampatkan, atau apa pun sumber energi mekanis yang lalu lalang.
Pengembangan
suntingSebelum hubungan antara magnet dan listrik ditemukan, generator menggunakan prinsip elektrostatik. Mesin Wimshurst menggunakan induksi elektrostatik atau "influence". Generator Van de Graaff menggunakan salah satu dari dua mekanisme:
- Penyaluran muatan dari elektrode voltase-tinggi
- Muatan yang dibuat oleh efek triboelektrisitas menggunakan pemisahan dua insulator
Faraday
sunting
ka|jmpl|100x100px|Generator 3 phase kedap suara Pada 1831-1832 Michael Faraday menemukan bahwa perbedaan potensial dihasilkan antara ujung-ujung konduktor listrik yang bergerak tegak lurus terhadap medan magnet. Dia membuat generator elektromagnetik pertama berdasarkan efek ini menggunakan cakram tembaga yang berputar antara kutub magnet tapal kuda. Proses ini menghasilkan arus searah yang kecil.
Desain alat yang dijuluki ‘cakram Faraday’ itu tidak efisien dikarenakan oleh aliran arus listrik yang arahnya berlawanan di bagian cakram yang tidak terkena pengaruh medan magnet. Arus yang diinduksi langsung di bawah magnet akan mengalir kembali ke bagian cakram di luar pengaruh medan magnet. Arus balik itu membatasi tenaga yang dialirkan ke kawat penghantar dan menginduksi panas yang dihasilkan cakram tembaga. Generator homopolar yang dikembangkan selanjutnya menyelesaikan permasalahan ini dengan menggunakan sejumlah magnet yang disusun mengelilingi tepi cakram untuk mempertahankan efek medan magnet yang stabil. Kelemahan yang lain adalah amat kecilnya tegangan listrik yang dihasilkan alat ini, dikarenakan jalur arus tunggal yang melalui fluks magnetik.
Dinamo
suntingDinamo adalah generator listrik pertama yang mampu mengantarkan tenaga untuk industri, dan masih merupakan generator terpenting yang digunakan pada abad ke-21. Dinamo menggunakan prinsip elektromagnetisme untuk mengubah putaran mekanik menjadi listrik arus bolak-balik.
Dinamo pertama berdasarkan prinsip Faraday dibuat pada 1832 oleh Hippolyte Pixii, seorang pembuat peralatan dari Prancis.[3] Alat ini menggunakan magnet permanen yang diputar oleh sebuah "crank". Magnet yang berputar diletakkan sedemikian rupa sehingga kutub utara dan selatannya melewati sebongkah besi yang dibungkus dengan kawat. Pixii menemukan bahwa magnet yang berputar memproduksi sebuah pulsa arus di kawat setiap kali sebuah kutub melewati kumparan. Lebih jauh lagi, kutub utara dan selatan magnet menginduksi arus di arah yang berlawanan. Dengan menambah sebuah komutator, Pixii dapat mengubah arus bolak-balik menjadi arus searah.
Dinamo Gramme
suntingNamun, kedua desain di atas menderita masalah yang sama: mereka menginduksi "spike" arus diikuti tanpa arus sama sekali. Antonio Pacinotti, seorang ilmuwan Italia, memperbaikinya dengan mengganti kumparan berputar dengan yang "toroidal", yang dia ciptakan dengan membungkus cincin besi. Ini berarti bahwa sebagian dari kumparan terus melewati magnet, membuat arus menjadi lancar. Zénobe Gramme menciptakan kembali desain ini beberapa tahun kemudian ketika mendesain pembangkit listrik komersial untuk pertama kalinya, di Paris pada 1870-an. Desainnya sekarang dikenal dengan nama dinamo Gramme. Beberapa versi dan peningkatan lain telah dibuat, tetapi konsep dasar dari memutar loop kawat yang tak pernah habis tetap berada di hati semua dinamo modern.
Jenis
suntingGenerator arus searah
suntingDasar kerjanya adalah terjadinya peristiwa induksi elektromagnetik. Generator arus searah dapat menghasilkan ggl induksi ke satu arah dengan mengubah bentuk cincin terminalnya, Cincin terminal dalam bentuk ini disebut cincin belah atau komutator.[4] generator adalah suatu alat yang dapat mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Energi listrik yang dihasilkan pada alat ini disebabkan oleh peristiwa induksi. Generator pada prinsipnya menghasilkan arus bolak balik. Generator arus searah hanya menggunakan komutator satu cincin yang terbelah dua sehingga menghasilkan arus searah, sedangkan generator arus bolak-balik memiliki dua cincin yang terpisah.[5] Ketika gaya gerak listrik timbul, kontak dengan rangkaian beban berganti terminal sehingga tegangan keluaran hanya mempunyai satu tanda dan menghasilkan arus searah. Penambahan jumlah kumparan yang dihubungkan ke komutator dengan cincin komutator yang terdiri dari beberapa segmen, mampu mengurangi riak pada tegangan listrik arus searah.[6]
Generator arus bolak-balik
suntingSistem arus bolak-balik pertama kali dibuat oleh William Stanley di Great Barrington, Massachusetts. Proyek pembuatan sistem arus bolak-balik ini didanai oleh Westinghouse. Di saat yang bersamaan, sistem arus bolak-balik diperjualbelikan oleh Nikola Tesla. Penggunaan arus bolak-balik meningkat setelah C.S. Bradley membuat generator bolak-balik 3 fasa pada tahun 1887. Generator arus bolak-balik tiga fasa memiliki daya guna yang tinggi sehingga digunakan sebagai pembangkit listrik secara umum di dunia sejak tahun 1900 Masehi.[7]
Generator arus bolak-balik terdiri dari suatu kumparan dan lilitan kawat yang diputar di dalam medan magnet. Bagian dalam generator arus bolak-balik disebut sebagai armatur. Isi armatur ialah silinder besi yang digunakan sebagai tempat bagi kumparan kawat untuk dililitkan. Terminal generator memiliki dua cincin putar yang dihubungkan dengan beban listrik melalui bushing yang terbuat dari tembaga lunak.[6] Medan magnet dibentuk oleh magnet permanen atau elektromagnet. Energi untuk memutar armatur dapat berupa tenaga manusia, pembakaran, atau energi potensial air[8]
Kegunaan
suntingSumber arus bolak-balik
suntingGenerator llistrik dapat menghasilkan gaya yang besar pada frekuensi rendah (± 1 kHz) sebagai pembuat arus bolak-balik. Prinsip kerja generator arus bolak-balik memanfaatkan medan magnet dengan sifat yang sejenis. Pada kumparan yang dililiti penghantar listrik diletakkan dua kutub magnet permanen dengan luas permukaan kumparan tertentu sehingga membentuk sudut tertentu yang memiliki arah normal terhadap medan magnet. Fluks magnetik dihasilkan melalui kumparan tersebut.[9]
Generator arus bolak-balik memanfaatkan arus induksi yang dibangkitkan dari elektromagnet. Pembangkit osilasi listrik digunakan pada generator dengan daya kecil yang bekerja berdasarkan prinsip hubung-balik. Generator dengan daya listrik yang sangat kecil tidak memerlukan penggerak mekanis. Frekuensi yang diperlukan untuk melakukan osilasi yaitu berkisar antara 0,1 hingga 10 Hz.[10]
Sumber tegangan listrik 3-fasa
suntingGenerator arus bolak-balik digunakan sebagai sumber tegangan listrik tiga-fasa. Rangkaian listrik di dalam generator dihubungkan secara bintang (Y). Model bintang membuat nilai nol atau netral pada percabangan ketiga sumber arus listrik sehingga memiliki keseimbangan arus listrik pada ketiga penghantar listrik yang disalurkan ke beban generator listrik 3-fasa.[11]
Generator termis
suntingGenerator termis merupakan generator yang memanfaatkan energi panas untuk menghasilan termoelemen energi listrik. Pengumpulan panas dilakukan oleh dua bagian generator termis yang terbuat dari logam dengan jenis yang berbeda. Kedua logan dihubungkan dengan jembatan yang terbuat dari bahan penghantar listnk yang baik dengan permukaan yang cukup besar. Penambahan panas pada ujung bagian bawah termoelemen terjadl temperatur tertentu. Berdasarkan hukum termodinamika, daya guna dari generator termls sangat sedikit. Peningkatan daya guna dilakuka dengan menambahkan bahan-bahan tertentu pada kedua slsi generator termis. Daya guna maksimal dari generator termis adalah 8% dari keseluruhan sumber daya yang digunakan. Generator termis digunakan pada satelit yang memanfaatkan energl surya secara langsung sebagai sumber energi.[12]
Referensi
sunting- ^ Soebyakto 2017, hlm. 48-49.
- ^ Setiyo, Muji (2017). Listrik dan Elektronika Dasar Otomotif (PDF). Magelang: Unimma Press. hlm. 106. ISBN 978-602-51079-0-0.
- ^ Ponto 2018, hlm. 51-52.
- ^ Soebyakto 2017, hlm. 49-50.
- ^ Ponto 2018, hlm. 50.
- ^ a b Soebyakto 2017, hlm. 50.
- ^ Ponto 2018, hlm. 52.
- ^ Soebyakto 2017, hlm. 51.
- ^ Gertshen, Kneser dan Vogel 1996, hlm. 176.
- ^ Gertshen, Kneser dan Vogel 1996, hlm. 177.
- ^ Safitri, N., Suryati, dan Rachmawati (2017). Analisa Rangkaian Listrik: Teori Dasar, Penyelesaian Soal dan Soal-Soal Latihan (PDF). Lhokseumawe: Penerbit Politeknik Negeri Lhokseumawe. hlm. 107. ISBN 978-602-17282-5-3.
- ^ Gertshen, Kneser dan Vogel 1996, hlm. 95.
Daftar pustaka
sunting- Gertshen, C., Kneser, H.O., dan Vogel, H. (1996). Fisika: Listrik Magnet dan Optik (PDF). Jakarta: Pusat Pembinaan dan Pengembangan Bahasa. ISBN 979-459-693-0. Diarsipkan (PDF) dari versi asli tanggal 2023-04-10. Diakses tanggal 2021-01-28.
- Ponto, Hantje (2018). Dasar Teknik Listrik (PDF). Sleman: Deepublish. ISBN 978-623-7022-93-0. Diarsipkan (PDF) dari versi asli tanggal 2021-01-29. Diakses tanggal 2021-01-28.
- Soebyakto (2017). Fisika Terapan 2 (PDF). Tegal: Badan Penerbit Universitas Pancasakti Tegal. ISBN 978-602-73169-4-2. Diarsipkan (PDF) dari versi asli tanggal 2023-03-25. Diakses tanggal 2021-01-28.