Mesin dc dapat digunakan baik
untuk mengubah energi mekanis menjadi energi listrik maupun untuk mengubah
energi listrik menjadi energi mekanis. Jika mesin dc digerakkan secara mekamis
oleh penggerak mula misalnya turbin uap, turbin hidrolik, atau mesin diesel dan
menghasilkan energi listrik untuk lampu listrik atau mesin-mesin, ia disebut generator.
Jika energi listrik diberikan pada mesin dan keluarannya dugunakan untuk
menggerakkan alat mekanis seperti ban berjalan atau mesin perkakas, ia disebut motor.
Generator dinilai dalam kilowatt yang dapat dihasilkannya tanpa terjadi
pemanasan lebih pada tegangan dan kecepatan tertentu yang diijinkan.
Generator arus bolak-balik
berfungsi mengubah tenaga mekanis menjadi tenaga listrik arus bolak-balik.
Generator Arus Bolak-balik 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
Fluksi
yang dihasilkan oleh lilitan medan generator berada dalam gandar medan (field
yoke), inti kutup, celah udara, dan inti jangkar. Semuanya membentuk apa yang
di kenal sebagai rangkaian megnet dari generator. Gandar medan atau bingkai
dibuat dari baja – core (cast steel) atau baja canai (rolled steel) yang
berfungsi sebagai penopang mekanis untuk inti kutub dan juga sebagai bagian
dari rangkaian magnet. End – Bells, yang mendukung rakitan sikat dan yang dalam
semua mesin – mesin besar juga mendukung bantalan jangkar, juga digabungkan
pada gandar.
Inti
kutub generator dibuat dari laminasi pelat – baja (sheet – steel) yang
terisolasi satu sama lain dilekatkan bersama- sama, kemudian inti di baut pada
gandar medan. Muka kutub yaitu permukaan inti yang berdekatan dengan celah
udara, dibuat lebih besar dari badan inti. Hal ini untuk mengurangi tahanan
megnetik dari celah udara dan berfungsi sebagai penopang kumparan medan.
Inti jangkar
dibuat dari laminasi pelat – baja yang di pasak pada poros atau di pasak pada
spider yang selanjutnya dipasakkan pada poros. Permukaan luar dari inti diberi
alur untuk mengukuhkan kumparan jangkar.
Celah
udara adalah ruang antara permukaan jangkar dan muka kutub dan panjangnya
berbeda – beda menurut ukuran mesin tetapi berkisar sekitar 1/16
sampai ¼ in.
Rangkaian
listrik generator dc terdiri dari lilitan jangkar, komutator, sikat – sikat,
dan lilitan medan. Kecuali pada jangkar kecil, lilitan jangkar terdiri dari
kumparan yang dililitkan membentuk suatu bentuk dan ukuran tertentu, setelah
itu mereka seluruhnya diisolasi. Setelah kumparan yang dibentuk diselipkan ke
dalam tempat yang sesuai dalam alur jangkar, mereka dibaji agar kukuh ke dalam
tempatnya dan ujung - ujung kumparan dihubungkan pada segmen – segmen komutator
yang semestinya. Pada jangkat kecil, gulungan tidak berbentuk lilitan tetapi
dililit dengan tangan atau mesin secara langsung ke dalam celah inti jangkar.
Komutator
terdiri dari sejumlah segmen tembaga yang dirakit ke dalam silinder yang di
pasang pada poros, tetapi terisolasi dari poros. Segmen – segmen terisolasi dengan baik antara stu dengan lainnya. Mika
merupakan bahan isolasi yang biasa digunakan. Pada segmen – segmen komutator
inilah disolderkan ujung – ujung kumparan jangkar.
Sikat
– sikat yang berbeda pada permukaan komutator membentuk hubungan listrik –
geser antara kumparan jangkar dan rangkaian luar. Sikat – sikat dibuat dari
campuran karbon dengan tingkat kekerasan yang bermacam – macam dan dalam
beberapa hal dibuat dari campuran karbon dan logam tembaga. Sikat – sikat
dipegang pada tempatnya di bawah tekanan pegas oleh pemegang sikat. Hubungan
listrik antara sikat – sikat dan pemegang sikat dilakukan oleh konduktor
tembaga yang fleksibel yang disebut ekor babi (pig tail).
Kumparan
medan ditempatkan di sebaliknya inti kutub. Kumparan setiap kutub yang
dihubungkan secara seri untuk membentuk rangkaian medan. Rangkaian medan dapat
di rancang untuk dihubungkan seri ataupun paralel dengan rangkaian jangkar.
Kumparan medan – paralel atau kumparan medan – shunt mempunyai jumlah lilitan
kawat berdiameter kecil yang banyak dan tahanannya relatif tinggi, sedangkan
kumparan medan – seri jumlah lilitannya sedikit, berdiameter besar dan
tahanannya relatif rendah. Agar di peroleh karakteristik kerja khusus, beberapa
generator (generator kompon) diperlengkapi dengan kumparan medan shunt maupun
medan – seri yang ditempatkan pada inti kutub yang sama.
Umumnya
generator diperlengkapi dengan kutub kecil yang disebut dengan kutub – antara
(interpole) atau kutub komutasi / kutub bantu (commutating pole) yang terletak
di tengah – tengah kutub utama. Fluksi ada dalam kutub – kutub ini hanya jika
arus mengalir dalam rangkaian jangkar, guna fluksi ini adalah untuk memperbaiki
komutasi.
Ggl rata-rata yang dibangkitkan(E) dari suatu
generator dapat dihitung dengan rumus
Dimana
: p = jumlah kutub
z = total jumlah konduktuor
pada jangkar
Φ = fluksi setiap kutub
(webber)
n = kecepatan jangkar, putaran
setiap menit
b = jumlah jalur paralel melalui jangkar,
tergantung pada
tipe lilitan jangkar
Untuk generator tertentu,
semua faktor pada persamaan tersebut harganya pasti kecuali fluksi setiap
kutub, Φ, dan kepesatan n. Oleh sebab itu persamaan di atas dapat
disederhanakan menjadi bentuk
E
= KΦn
Dimana K sama dengan semua harga tetap atau
konstan untuk generator tertentu. Persamaan di atas semata-mata merupakan
pernyataan kembali dari hukum induksi Faraday : besarnya ggl induksi dalam
setiap rangkaian berbanding lurus dengan laju pemotongan fluksi oleh rangkaian.
Jadi, jika fluksi setiap kutub sebuah generator di dua kalikan dengan
kepesatannya tetap konstan, ggl yang dibangkitkan akan di dua kalikan ; atau
jika kepesatan di dua kalikan, fluksi tetap konstan dan ggl yang dibangkitkan
akan di dua kalikan.