MOTOR LISTRIK

1 Prinsip Medan Magnet Permanen

Apabila sepotong bahan magnetik keras mengalami suatu gaya pemagnetan yang kuat, domain-domainnya akan tersusun secara teratur pada arah yang sama. Jika gaya pemagnetan dihilangkan, maka sebagian besar domain tetap dalam kedudukan yang teratur dan dihasilkan suatu magnet permanen. Kutub utara merupakan tempat keluarnya garis gaya magnetik dari magnet dan kutub selatan merupakan tempat garis masuk ke magnet.

Telah diterangkan bahwa garis gaya yang mengelilingi kawat pembawa arus akan saling tolak menolak jika garis-garis tersebut mempunyai arah yang sama. Magnet tersebut akan saling tarik menarik jika mempunyai arah yang berlawanan. Hal tersebut berlaku pula pada medan magnet permanen.  

                               Gambar 1. Kutub-kutub pada medan  magnet permanen

Pada gambar 1 ditentukan dari arah garisgaris gaya keluar melalui utara, masuk ke selatan. Jika kutub yang sama didekatkan satu sama lain, maka garis-garis yang sama arah akan saling berlawanan, sehingga cenderung untuk saling memisahkan kedua magnet secara fisik.

Kutub-kutub yang berlainan jika didekatkan satu sama lain akan menghasilkan suatu efek tarik-menarik secara fisik karena garis-garis gaya dari kedua magnet akan bergabung menjadi simpul (loop) panjang yang menyatu. Medan dengan garis-garis yang sama mendorong dan memisahkan kedua magnet. Garis-garis yang tidak sama akan tarik-menarik, bergabung dan menarik magnet secara bersamasama.

Gambar 2. Kutub magnet yang sama akan  tolak menolak

Medan dengan garis-garis yang sama mendorong dan memisahkan kedua magnet.

Garis-garis yang tidak sama akan tarikmenarik, bergabung dan menarik magnet secara bersama-sama.

2 Generator

Berdasarkan arus yang dihasilkan. Generator dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu generator AC dan generator DC. Generator AC menghasilkan arus bolak-balik (AC) dan generator DC menghasilkan arus searah (DC). Generator AC dan generator DC memiliki perbedaan prinsip. Generator DC kumparan jangkar ada pada bagian rotor dan terletak diantara kutub-kutub magnet yang tetap ditempat, diputar oleh tenaga mekanik.  Pada generator AC, konstruksinya sebaliknya yaitu, kumparan jangkar disebut juga kumparan stator karena berbeda pada tempat yang tetap, sedangkan kumparan rotor bersama-sama dengan kutub magnet diputar oleh tenaga mekanik.

Gambar 4. Kontruksi generator sinkron

Jika kumparan rotor yang berfungsi sebagai pembangkit kumparan medan magnet yang terletak di antara kutub magnet utara dan selatan diputar oleh tenaga air atau tenaga lainnya, maka pada kumparan rotor akan timbul medan magnet atau fluks yang bersifat bolakbalik atau fluks putar. Flux putar ini akan memotong-motong kumparan stator, sehingga  pada ujung-ujung kumparan stator timbul gaya gerak listrik karena pengaruh induksi dan flux putar tersebut. Gaya gerak listrik (ggl) yang timbul pada kumparan stator juga bersifat bolakbalik, atau berputar dengan kecepatan sinkron terhadap kecepatan putar rotor.

3 Generator AC  

Pada generator AC dipakai sebuah medan magnetik yang berputar sehingga energi listrik dan lilitan stator dapat dikeluarkan. Arus penguatan untuk rotor dihasilkan oleh satu atau lebih lilitan generator yang dipasang pada poros dimana juga rotor terpasang. Listrik yang dihasilkan disearahkan dengan bantuan dioda. Dioda adalah elemen pengantar tanggung yang meneruskan arus listrik hanya pada satu arah.

Bagian utama generator AC terdiri atas magnet permanen (tetap), kumparan (solenoida). cincin geser, dan sikat. Pada generator. Perubahan garis gaya magnet diperoleh dengan cara memutar kumparan di dalam medan magnet permanen. Karena dihubungkan dengan cincin geser, perputaran kumparan menimbulkan GGL induksi AC. OIeh karena itu, arus induksi yang ditimbulkan berupa arus AC. Adanya arus AC ini ditunjukkan oleh menyalanya lampu pijar yang disusun seri dengan kedua sikat. Sebagaimana percobaan Faraday,  GGL induksi yang ditimbulkan oleh generator AC dapat diperbesar dengan cara memperbanyak lilitan kumparan, menggunakan magnet permanen yang lebih kuat, mempercepat perputaran kumparan, dan menyisipkan inti besi lunak ke dalam kumparan.

Prinsip dasar generator arus bolak-balik 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 : 

a.      Kecepatan putaran  

b.      Jumlah kawat pada kumparan yang memotong fluk   

c.      Banyaknya fluk magnet yang dibangkitkan oleh medan magnet.

Jumlah kutub generator arus bolak-balik tergantung dari kecepatan rotor dan frekuensi dari ggl yang dibangkitkan. Hubungan tersebut dapat ditentukan dengan persamaan berikut ini.

120 . f

 ns =  …………… (1)         p dengan : 

ns = medan putar lilitan (rpm) f     = frekuensi (Hz)  p  = jumlah kutub pada rotor 

4 Generator DC   

Prinsip kerja generator (dinamo) DC sama dengan generator AC. Namun, pada generator DC arah arus induksinya tidak berubah. Hal ini disebabkan cincin yang digunakan pada generator DC berupa cincin belah (komutator).

Komutator menyebabkan terjadinya komutasi, peristiwa komutasi merubah arus yang dihasilkan generator menjadi searah.  Berdasarkan sumber arus kemagnetan bagi kutub magnet buatan tersebut generator arus searah dapat dibedakan menjadi: 

1.      Generator dengan penguat terpisah, bila arus kemagnetan diperoleh dari sumber tenaga listrik arus searah di luar generator.

2.      Generator dengan penguat sendiri, bila arus kemagnetan bagi      kutub-kutub     magnet berasal dari generator itu sendiri. 

Berdasarkan hubungan lilitan penguat magnet dengan lilitan jangkar generator penguat sendiri dibedakan atas :

1.      Generator shunt 

Generator shunt yaitu generator penguat sendiri dimana lilitan penguat magnetnya dihubungkan shunt atau parallel dengan lilitan jangkar.

2.      Generator seri

Generator seri yaitu generator penguat sendiri dimana lilitan magnetnya dihubungkan seri dengan lilitan jangkar.

3.      Generator kompon

Generator kompon yaitu generator arus searah yang lilitan penguat magnetnya terdiri dari lilitan penguat terdiri dari dua macam yaitu:

a.      Generator kompon panjang, merupakan generator kompon yang lilitan penguat serinya terletak pada rangkaian jangkar.

b.      Generator kompon pendek, merupakan generator kompon yang lilitan penguat serinya terletak pada rangkaian beban.  

5 Bagian Generator Sinkron

Secara umum generator sinkron terdiri dari stator, rotor, dan celah udara. Stator merupakan bagian dari generator 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.

(a) Stator 

Secara prinsip stator motor induksi adalah sama dengan stater motor sinkron maupun generator. Pada stator terdapat susunan kawat yang dimasukkan kedalam alur untuk menerima belitan stator dari motor akan membawa belitan menurut jenis motornya misalkan motor satu fasa, maka statornya akan membawa belitan satu fasa, dimana diumpan dari penyedia tegangan satu fasa sedangkan untuk motor jenis tiga fasa, maka statornya akan membawa belitan tiga fasa yang diumpan dengan penyedia tegangan tiga fasa. Jumlah kutub dari suatu motor akan menentukan lambat cepatnya putaran suatu motor. Makin banyak jumlah kutub yang terpasang maka makin lambat putaran yang dihasilkan sedangkan apabila jumlah kutubnya makin sedikit maka putaran yang dihasilkan makin cepat. Hal semacam ini dapat dihitung dari: 

F .60

Ns =

^p    ……………(2)       

dengan :

Ns        = Putaran sinkron (Rpm)

F          = Frekuensi jala–jala (Hz) 

P           = Jumlah pasang kutub

(b) 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) rotor sangkar.  Jenis Kutub Menonjol (Salient Pole)

Pada jenis  salient pole,   kutub magnet menonjol keluar dari permukaan rotor. Belitanbelitan 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  2.5  berikut :

 

Gambar 5. Rotor Jenis Kutub Menonjol (Salient

Pole)

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:

a.      Kutub menonjol akan mengalami rugirugi angin yang besar dan bersuara bising jika diputar dengan kecepatan tinggi.

b.      Konstruksi kutub menonjol tidak cukup

kuat untuk menahan tekanan mekanis apabila diputar dengan kecepatan tinggi.

1. 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 di sisi luarnya. Belitan-belitan medan dipasang pada alur-alur di sisi  luarnya  dan  terhubung seri  yang disuplai oleh Eksiter. Gambaran bentuk kutub  silinder generator sinkron  tampak  seperti pada gambar 2.6 berikut:  

 

Gambar 6. Rotor Jenis Kutub Silinder (Non

Salient Pole)

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 :

a.      Konstruksinya memiliki kekuatan mekanik yang baik pada kecepatan putar tinggi. 

b.      Distribusi di sekeliling rotor mendekati bentuk gelombang sinus sehingga lebih baik dari kutub menonjol.

6 Prinsip Generator

(a) Magnet berputar di dalam kumparan 

Arus listrik dibangkitkan dalam kumparan pada saat kumparan diputarkan dalam medan magnet. Jenis arus listrik yang dibangkitkan adalah arus bolak-balik yang arah alirannya cara konstan berubah-ubah dan untuk merubahnya menjadi arus searah, diperlukan sebuah komutator dan brush (sikat-sikat). ini adalah untuk menarik arus searah yang dibangkitkan pada setiap stator coil.

 Armatur dengan komutator dapat diputarkan di dalam kumparan. Akan tetapi, konstruksi armatur akan menjadi rumit dan tidak dapat diputarkan pada kecepatan tinggi. Kerugian yang lainnya adalah bahwa arus mengalir melalui komutator dan sikat (brush), maka keausan akan cepat terjadi karena adanya lompatan api.

Mendapatkan arus searah dapat dilakukan dengan menyearahkan arus bolak-balik yang dihasilkan oleh stator coil tetap sebelum dijadikan output dengan menggunakan rectifier, atau dengan cara mengganti putaran stator coil dengan memutarkan magnet dalam kumparan. Semakin besar volume listrik yang dibangkitkan di dalam kumparan, maka kumparan semakin panas dikarenakan aliran arus. Oleh karena itu, pendinginan akan menjadi lebih baik kalau stator coil ditempatkan di luar dengan rotor coil

                                                           

                                                               Seperti terlihat pada gambar 2.7 

pada saat magnet digerakan dekat kumparan akan timbul gaya elektromagnet pada kumparan. Arah tegangan yang dibangkitkan pada saat magnet bergerak mendekat atau menjauhi kumparan juga berlawanan. Besarnya tegangan yang akan dibangkitkan akan meningkat sesuai dengan meningkatnya gaya magnet dan kecepatan gerak magnet. Selain itu, tegangan yang dibangkitkan juga bertambah besar bila jumlah kumparannya ditambah. Arah arus listrik pada kumparan dan arah gaya magnet yang dihasilkan dapat dilihat pada gambar 2.8.

pada kumparan dan medan magnet

Gaya gerak listrik yang dibangkitkan dalam kumparan akan bertambah dengan besar bila perubahan medan magnetnya berjalan dengan cepat. Dengan kata lain, bertambah banyak dan cepatnya flux magnet yang mengalir melalui kumparan,maka gaya gerak listrik yang dibangkitkan juga bertambah besar.

Hubungan tersebut dapat dinyatakan dengan:

∆Φ e =−N   volt …………….. (3)

         ∆t dengan :

N      : banyak lilitan dari kumparan 

∆Φ   : perubahan flukx magnit dalam satuan (webber)

            ∆ t    : perubahan waktu dalam satuan detik 

                       (dt)

E      : Tegangan (V)

DAFTAR PUSTAKA

Abrar Ridwan dkk. 2005. Pengembangan

Generator Mini Dengan Menggunakan Magnet Permanen. Program Pasca

Sarjana, Universitas Indonesia. 

Bekti Nurwanto dkk. 2009. Pembuatan

Generator Listrik Free Energi Dengan Magnet Permanen Untuk Skala Rumah Tangga “Program Kreatifitas

Mahasiswa”. Universitas Teknologi Yogyakarta (UTY)

Brian Yulianto, 2006. Mewujudkan teknologi baru bagi sumber energi yang terbarukan.

Djiteng Marsudi. 2005. Pembangkitan Energi

Listrik. Jakarta: Erlangga

Muhammad Hasan Ashari Widodo. 2011. Modifikasi Generator Sebagai Penghasil Listrik Untuk PLTB Tipe Vertikal Axis. Universitas Muhammadiyah Surakarta. 

Pudji Irasari, Nurafni Dwi Hidayati. 2005. Analisis Prototipe Generator Kecepatan

Rendah Untuk Pembangkit Listrik Skala Kecil. Lembaga Ilmu Pengetahuan

Indonesia (LIPI).

Sumanto.         (1996).             Mesin   Sinkron.           Andi Yogyakarta. Yogyakarta

Tony Taufik. 2009. Beberapa Cara Membuat Generator.

www.tonytaufik.blogspot.com 

Zuhal. 1995. Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya. Jakarta: PT Gramedia Pustaka Utama.