Generator Pembangkit Listrik

Generator adalah suatu alat yang berfungsi mengubah energi gerak (Mekanik) menjadi energi listrik. generator bekerja sesuai dengan prinsip elektromagnet. Generator mendorong muatan listrik untuk bergerak melalui sirkuit listrik eksternal, Generator tidak menciptakan arus listrik yang sudah ada di dalam kabel lilitan. Sumber energi mekanik bisa berupa turbin mesin uap, mesin pembakaran dalam, turbin pada air terjun, energi surya, dan lain sebagainya.

Arus listrik AC dihasilkan dari hasil induksi elektromagnetik, sebuah lilitan kawat yang berdekatan dengan kutub magnet permanen. Kutub permanen diputar pada sumbu nya, maka di ujung-ujung lilitan timbul tegangan listrik yang ditunjukkan oleh penunjukan jarum volt meter. Jarum volt meter bergoyang kearah kanan dan kiri, ini menunjukan suatu waktu polaritasnya positif, dan di suatu waktu yang lain polaritasnya negatif.

Gambar konstruksi sederhana generator AC dengan  rotor empat kutub.

Saat rotor diputar satu putaran, ujung belitan diukur teganagan dengan voltmeter. setiap satu putaran rotor dihasilkan dua siklus tegangan sinusoida. jika frekuensi diinginkan 50 Hz, maka rotor dalam satu detik harus berputar 25 putaran/detik, atau kalau satu menit, rotor harus berputar sebanyak 1500 putaran/menit.
Kutub magnet utara dan selatan menghasilkan garis fluk magnet. lilitan kawat dengan poros yang ujung-ujungnya dihubungkan dengan dua cincin putar. Ketika poros diputar, lilitan kawat memotong garis fluk magnet, sesuai dengan hukum tangan kiri Flemming maka pada ujung  ke dua cincin akan timbul tegangan berupa gelombang sinus.

Gambar Prinsip kerja Generator

Generator diperkenalkan oleh seorang ilmuwan Inggris yang bernama Michael Faraday pada tahun 1832. Sebuah kawat penghantar digantung kedua ujungnya ditempatkan diantara kutub magnet permanen utara dan selatan. antara kutub utara dan selatan terjadi garis medan magnet (Φ).

Kawat penghantar digerakkan dengan arah panah, maka terjadi kedua ujung kawat terukur tegangan induksi oleh beberapa faktor, diantaranya adalah kecepatan menggerakkan kawat penghantar, jumlah pengantar, kerapatan medan magnet permanen (B).

Persamaan Tegangan Induksi :

V = B x L x v x z  

keterangan :
V = Tegangan induksi (Volt)
B = Kerapatan medan magnet (Telsa)
L = Panjang penghantar (meter)
v  = Kecepatan gerakan (m/s)
z  = Jumlah penghantar

Terjadinya tegangan induksi dalam kawat pengantar pada prinsip generator terjadi, disebabkan oleh beberapa komponen yaitu :
1. Adanya garis medan magnet yang memotong kawat penghantar sebesar (B).
2. Ketika kawat penghantar digerakkan dengan kecepatan v pada penghantar terjadi aliran elektron yang bergerak dan menimbukan gaya listrik (U).
3. panjang kawat penghantar (L) juga menentukan besarnya tegangan induksi karena main banyak elektron yang terpotong oleh garis medan magnet.

Gambar hukum tangan kanan Flemming

Hukum tangan kanan Flemming menjelaskan terjadinya tegangan pada generator listrik sepasang magnet permanen menghasilkan garis medan magnet Φ, memotong sepanjang kawat panghantar menembus telapak tangan.

Kawat pengantar digerakkan kearah ibu jari dengan kecepatan v. Maka pada kawat penghantar timbul arus listrik I yang mengalir searah dengan arah empat ibu jari. Apa yang akan terjadi bila posisi magnet permanen utara-sealtan dibalikkan, searah dengan arah arus yang dibangkitkan.

Gambar interaksi elektromagnetik pada hukum Lenz

Hukum Lenz, menyatakan penghantar yang dialiri arus maka sekitar penghantar akan timbul medan elektromagnetik. ketika kawat penghantar digerakkan kecepatan v dan penghantar melewatkan arus ke kanan kita (tanda titik) sekitar penghantar timbul elektromagnet kearah kiri.

Akibatnya interaksi medan magnet permanen dengan medan elektromagnet terjadi gaya lawan sebesar F yang arah nya berlawanan dengan arah kecepatan v kawat penghantar.

Contoh soal :
1. Suatu generator memiliki kerapatan fluk magnet sebesar 0,8 Telsa, panjang efektif dari penghantar 250 mm, digerakkan dengan kecepatan 6 m/s. Berapakah besar tegangan induksi yang dihasilkan?
Diketahui : B = 0,8 T
                 L = 480 mm = 480 x 10^-3m
                 v  = 6 m/s
Ditanya    : V = ?
Jawab      :