Generator: Pengertian, Cara Kerja, Komponen, Jenis dan Fungsinya

Daftar Isi

Kelas Teknisi | Generator adalah mesin listrik yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik melalui prinsip induksi elektromagnetik. Energi mekanik untuk memutar generator dapat berasal dari mesin diesel, mesin bensin, turbin air, turbin uap, turbin gas, turbin angin, dan berbagai penggerak utama lainnya.

Dalam kehidupan sehari-hari, generator dapat ditemukan pada genset rumah dan gedung. Dalam skala yang jauh lebih besar, generator menjadi salah satu komponen utama pembangkit listrik seperti PLTA, PLTU, PLTG, PLTB, hingga pembangkit dengan turbin lainnya.

Walaupun prinsip dasarnya sama, konstruksi generator bisa berbeda-beda. Karena itu, tidak tepat menganggap semua generator memiliki susunan rotor, stator, sikat karbon, slip ring, dan sistem eksitasi yang sama.

Jawaban singkat:

Generator bekerja dengan menciptakan perubahan fluks magnet yang terkait dengan suatu belitan. Perubahan fluks tersebut menimbulkan gaya gerak listrik atau GGL sesuai prinsip induksi elektromagnetik. Pada generator sinkron besar, medan magnet umumnya berada pada rotor sedangkan tegangan keluaran utama dihasilkan pada belitan stator.

Pengertian Generator

Generator listrik adalah mesin yang menerima energi mekanik pada porosnya kemudian mengubah sebagian energi tersebut menjadi energi listrik.

Generator tidak menciptakan energi dari keadaan kosong. Generator hanya melakukan konversi energi. Sebagai contoh, pada PLTA energi air memutar turbin, turbin memutar rotor generator, kemudian generator menghasilkan energi listrik.

Prinsip tersebut berkaitan dengan induksi elektromagnetik yang dikembangkan melalui eksperimen Michael Faraday pada abad ke-19.

Secara sederhana, jika fluks magnet yang terkait dengan suatu kumparan berubah terhadap waktu, pada kumparan tersebut dapat timbul gaya gerak listrik.

e = −N (dΦ/dt)

Keterangan:

• e = gaya gerak listrik induksi (Volt)
• N = jumlah lilitan
• Φ = fluks magnet (Weber)
• dΦ/dt = perubahan fluks terhadap waktu

Tanda negatif menunjukkan arah GGL induksi yang sesuai dengan Hukum Lenz, yaitu efek induksi menentang perubahan fluks yang menyebabkannya.

Cara Kerja Generator

Cara kerja generator paling mudah dipahami dengan melihat hubungan antara prime mover, rotor, medan magnet, stator, dan beban listrik.

1. Prime Mover Memutar Generator

Generator membutuhkan sumber energi mekanik atau prime mover. Penggeraknya dapat berupa:

• mesin diesel;
• mesin bensin;
• turbin air;
• turbin uap;
• turbin gas;
• turbin angin;
• atau mesin penggerak lainnya.

Penggerak utama menghasilkan torsi yang diteruskan melalui poros generator sehingga rotor dapat berputar.

2. Rotor Menghasilkan Medan Magnet Berputar

Pada generator sinkron yang umum digunakan pada pembangkit, rotor berfungsi sebagai bagian medan atau field system. Medan magnet rotor dapat berasal dari kumparan medan yang diberi arus DC atau dari magnet permanen pada jenis tertentu.

Ketika rotor berputar, medan magnetnya ikut berputar terhadap belitan stator.

3. Fluks Magnet Menginduksi Belitan Stator

Perubahan hubungan fluks magnet dengan belitan stator menghasilkan GGL induksi. Apabila terminal generator dihubungkan ke beban, arus dapat mengalir melalui rangkaian.

Pada generator tiga fasa, tiga kelompok belitan stator disusun secara spasial sehingga menghasilkan sistem tegangan tiga fasa.

4. Tegangan dan Putaran Dikendalikan

Pada generator sinkron dengan eksitasi elektromagnetik, Automatic Voltage Regulator (AVR) mengatur sistem eksitasi untuk membantu mempertahankan tegangan terminal pada kondisi operasi yang ditentukan.

Sementara itu, kecepatan prime mover dikendalikan oleh governor atau sistem kontrol penggerak. Dalam pengoperasian sistem tenaga, kontrol tegangan, daya reaktif, kecepatan, frekuensi, daya aktif, dan sinkronisasi saling berkaitan tetapi bukan merupakan fungsi satu perangkat saja.

Hubungan Putaran, Jumlah Kutub dan Frekuensi Generator

Pada generator sinkron, frekuensi listrik berkaitan langsung dengan kecepatan rotor dan jumlah kutub mesin.

f = (P × n) / 120

atau:

n = (120 × f) / P

Keterangan:

• f = frekuensi listrik (Hz)
• P = jumlah kutub
• n = putaran rotor (rpm)

Sebagai contoh, generator 4 kutub yang menghasilkan listrik 50 Hz mempunyai kecepatan sinkron:

n = (120 × 50) / 4 = 1.500 rpm

Sedangkan generator 2 kutub pada 50 Hz mempunyai kecepatan sinkron 3.000 rpm.

Komponen Utama Generator

Komponen generator berbeda menurut jenis, ukuran, dan sistem eksitasinya. Namun pada generator sinkron AC besar, beberapa bagian berikut merupakan komponen yang penting.

1. Stator

Stator adalah bagian mesin yang tidak berputar. Pada generator sinkron besar, stator biasanya membawa belitan armature tempat tegangan keluaran utama dihasilkan.

Bagian stator antara lain:

• stator core atau inti stator;
• stator winding atau belitan stator;
• frame/housing;
• insulasi;
• sistem pendinginan, sesuai desain mesin.

2. Stator Core

Inti stator dibuat dari susunan lembaran baja listrik berlaminasi. Laminasi digunakan untuk mengurangi rugi-rugi akibat arus pusar atau eddy current pada inti.

Pada bagian dalam inti dibuat slot untuk menempatkan belitan stator.

Ketebalan laminasi dan jenis material tidak sebaiknya digeneralisasi menjadi satu angka karena berbeda menurut desain dan produsen generator.

3. Stator Winding

Stator winding adalah belitan tempat tegangan AC utama diinduksikan pada generator sinkron konvensional dengan medan pada rotor.

Untuk generator tiga fasa, kelompok belitan ditempatkan sesuai konfigurasi elektromagnetik mesin agar menghasilkan tiga tegangan yang berbeda fasa 120° listrik.

4. Rotor

Rotor adalah bagian yang berputar. Pada generator sinkron dengan wound field, rotor membawa kumparan medan yang dialiri arus DC untuk menghasilkan medan magnet.

Secara umum rotor generator sinkron dapat menggunakan konstruksi:

• salient pole atau kutub menonjol;
• cylindrical/non-salient rotor pada mesin berkecepatan tinggi tertentu.

Generator hidro berkecepatan rendah umumnya menggunakan banyak kutub menonjol, sedangkan turbogenerator berkecepatan tinggi cenderung menggunakan rotor silindris.

5. Rotor Shaft

Poros rotor menerima energi mekanik dari prime mover dan meneruskannya ke rotor. Poros harus mampu menahan torsi, gaya mekanis, dan kondisi dinamis selama operasi.

6. Bearing

Bearing menopang bagian berputar dan membantu mempertahankan posisi rotor terhadap stator dengan gesekan yang rendah.

Konfigurasi bearing sangat bergantung pada jenis generator. Karena itu, generator tidak selalu dapat digeneralisasi mempunyai tepat dua bearing dengan posisi drive end dan non-drive end.

7. Sistem Pendingin

Generator menghasilkan panas akibat rugi-rugi listrik dan mekanik. Sistem pendinginan digunakan untuk menjaga temperatur winding, core, bearing, dan komponen lain tetap dalam batas desain.

Metodenya dapat berupa pendinginan udara atau sistem lain sesuai ukuran dan konstruksi generator. Pada generator besar, sistem pendinginan dapat jauh lebih kompleks daripada kipas sederhana pada rotor.

Sistem Eksitasi Generator

Sistem eksitasi menyediakan arus DC untuk membentuk medan magnet pada rotor generator sinkron wound-field.

Sistem eksitasi tidak hanya mempunyai satu konstruksi. Beberapa konfigurasi yang digunakan antara lain:

• sistem eksitasi statis;
• brush excitation;
• brushless excitation;
• sistem dengan Permanent Magnet Generator (PMG) sebagai sumber untuk bagian eksitasi tertentu.

Cara Kerja Brushless Excitation secara Sederhana

Pada salah satu konfigurasi brushless excitation yang umum, alurnya dapat dijelaskan secara sederhana sebagai berikut:

1. Prime mover memutar rotor generator dan sistem exciter.
2. AVR memonitor besaran yang diperlukan dari generator.
3. AVR mengatur arus pada medan exciter sesuai desain sistem.
4. Exciter menghasilkan tegangan AC pada bagian armature yang berputar.
5. Rotating rectifier menyearahkan tegangan tersebut menjadi DC.
6. Arus DC dialirkan menuju winding medan rotor generator utama.
7. Medan rotor berputar terhadap stator dan menghasilkan GGL pada stator.

Konfigurasi tersebut tidak boleh dianggap berlaku identik pada semua generator. Generator dengan static excitation, slip-ring excitation, permanent magnet, atau konstruksi lainnya mempunyai jalur eksitasi yang berbeda.

Apa Fungsi AVR pada Generator?

AVR atau Automatic Voltage Regulator merupakan bagian sistem pengaturan tegangan pada banyak generator sinkron.

Secara sederhana, ketika kondisi beban dan sistem berubah, AVR menyesuaikan eksitasi sehingga tegangan terminal dapat dikendalikan sesuai set point dan karakteristik sistem.

Namun AVR bukan satu-satunya perangkat yang mengatur seluruh daya generator. Kecepatan dan masukan mekanis prime mover ditangani oleh governor atau sistem kontrol penggerak, sedangkan pengaturan daya aktif dan reaktif pada generator yang terhubung ke jaringan mempunyai hubungan yang lebih luas dengan kondisi sistem tenaga.

Apakah Semua Generator AC Memiliki Slip Ring dan Sikat?

Tidak. Ini merupakan salah satu hal yang perlu diluruskan dari penjelasan generator yang terlalu umum.

Pada sistem eksitasi dengan sikat, slip ring dapat digunakan untuk mengalirkan arus DC menuju rotor.

Namun generator dengan brushless excitation menggunakan exciter dan rotating rectifier sehingga suplai medan rotor utama tidak membutuhkan brush dan slip ring seperti pada sistem brushed konvensional.

Karena itu, pernyataan “generator AC terdiri dari sikat dan slip ring untuk mengambil output dari rotor” tidak berlaku untuk generator sinkron besar pada umumnya, sebab output daya utamanya justru diambil dari belitan stator.

Jenis Jenis Generator

Generator dapat diklasifikasikan dengan beberapa cara. Pembagian paling sederhana adalah berdasarkan bentuk listrik keluarannya.

1. Generator AC

Generator AC menghasilkan tegangan bolak-balik. Dalam sistem tenaga listrik, generator sinkron tiga fasa merupakan jenis yang sangat umum digunakan pada pembangkit.

Generator AC sering disebut alternator, terutama dalam konteks tertentu.

2. Generator DC

Generator DC menghasilkan keluaran searah melalui konstruksi komutator mekanis. Mesin DC klasik menggunakan commutator dan brush untuk menghasilkan polaritas keluaran eksternal yang searah.

Pada sistem modern, kebutuhan DC sering diperoleh dengan menyearahkan keluaran AC menggunakan perangkat elektronika daya sehingga generator DC mekanis tidak seumum dahulu pada banyak aplikasi.

3. Generator Sinkron

Generator sinkron bekerja dengan rotor yang berputar pada hubungan sinkron dengan frekuensi medan listrik. Jenis inilah yang banyak digunakan pada pembangkit tenaga listrik.

4. Permanent Magnet Generator

Permanent Magnet Generator atau PMG menggunakan magnet permanen sebagai sumber medan magnet sehingga tidak membutuhkan arus medan rotor seperti wound-field generator untuk menghasilkan medan utamanya.

PMG juga banyak dipelajari dan digunakan pada aplikasi energi terbarukan seperti turbin angin. Perancangan generator sinkron magnet permanen untuk PLTB juga menjadi objek penelitian di Indonesia.

Generator Berdasarkan Sumber Penggeraknya

Generator Diesel

Menggunakan mesin diesel sebagai prime mover. Kombinasi mesin diesel dan alternator sering disebut genset diesel.

Generator Bensin

Umumnya ditemukan pada genset portabel berkapasitas relatif kecil.

Generator Turbin Air

Pada PLTA, energi air memutar turbin yang kemudian memutar generator. Karena putaran turbin hidro umumnya lebih rendah, generator hidro dapat mempunyai jumlah kutub yang lebih banyak.

Generator Turbin Uap

Pada pembangkit berbasis turbin uap, energi termal digunakan untuk menghasilkan uap yang memutar turbin. Turbin tersebut kemudian menggerakkan generator.

Generator Turbin Angin

Energi kinetik angin ditangkap oleh rotor turbin angin kemudian dikonversi menjadi energi mekanik untuk menggerakkan generator.

Generator pada Pembangkit Listrik

Pada pembangkit listrik, generator merupakan tahap akhir utama dari proses konversi energi mekanik menjadi energi listrik.

Urutan sederhananya dapat digambarkan:

Sumber Energi → Prime Mover/Turbin → Generator → Sistem Kelistrikan → Beban

Pada unit besar, keluaran generator kemudian melewati sistem switchgear dan transformator sebelum ditransmisikan atau didistribusikan sesuai desain pembangkit.

Kegunaan Generator

1. Sumber Listrik Darurat

Generator banyak digunakan sebagai sumber cadangan ketika suplai utama mengalami gangguan. Contohnya pada rumah sakit, pusat data, gedung komersial, industri, hotel, dan fasilitas penting lainnya.

Pada sistem otomatis, generator cadangan dapat dikombinasikan dengan panel ATS atau Automatic Transfer Switch untuk memindahkan sumber suplai sesuai konfigurasi sistem.

2. Sumber Daya di Daerah Terpencil

Generator dapat digunakan pada daerah yang belum mendapatkan jaringan listrik atau pada lokasi kerja sementara yang jauh dari jaringan utama.

3. Industri dan Konstruksi

Di lokasi konstruksi, generator dapat memasok peralatan kerja ketika jaringan listrik permanen belum tersedia.

Di industri, genset juga dapat menjadi bagian dari sistem emergency power atau standby power.

4. Pembangkit Listrik

Generator merupakan bagian utama PLTA, PLTU, PLTG, PLTB, dan berbagai sistem pembangkitan lain yang menggunakan energi mekanik sebagai masukan generator.

Perbedaan Generator dan Genset

Aspek	Generator	Genset
Pengertian	Mesin yang mengubah energi mekanik menjadi listrik	Generator set: satu paket prime mover, generator dan sistem pendukung
Penggerak	Membutuhkan prime mover	Prime mover sudah menjadi bagian paket
Contoh	Alternator pembangkit	Diesel genset 100 kVA

Perbedaan Generator dan Motor Listrik

Generator dan motor listrik sama-sama termasuk mesin listrik berputar, tetapi arah konversi energinya berbeda.

Mesin	Energi Masuk	Energi Keluar
Generator	Mekanik	Listrik
Motor	Listrik	Mekanik

Rating Generator: kW atau kVA?

Generator dan genset AC sering memiliki rating daya dalam kVA, sedangkan kemampuan daya aktif juga dapat dinyatakan dalam kW.

Hubungan sederhana pada kondisi sinusoidal adalah:

kW = kVA × power factor

Contoh, generator 100 kVA dengan faktor daya rating 0,8 mempunyai daya aktif:

100 × 0,8 = 80 kW

Namun pemilihan generator tidak cukup hanya berdasarkan satu perhitungan tersebut. Beban motor, starting current, harmonisa, karakteristik beban, temperatur, altitude, duty, step load, dan persyaratan produsen juga harus diperhitungkan.

Gangguan yang Sering Terjadi pada Generator

Jenis gangguan bergantung pada ukuran dan konstruksi mesin, tetapi beberapa masalah yang dapat dijumpai antara lain:

• overheating;
• kerusakan bearing;
• gangguan sistem eksitasi;
• tegangan tidak stabil;
• kerusakan atau degradasi isolasi winding;
• getaran berlebihan;
• ketidakseimbangan beban;
• overload;
• hubung singkat pada winding atau sistem eksternal;
• masalah sistem pendinginan.

Diagnosis harus dilakukan berdasarkan pengukuran dan prosedur pemeliharaan, bukan hanya berdasarkan satu gejala.

Standar Generator

Salah satu standar internasional utama untuk mesin listrik berputar adalah IEC 60034-1:2026, Rotating electrical machines – Part 1: Rating and performance.

Standar tersebut mencakup persyaratan umum mengenai rating dan performa mesin listrik berputar. Untuk aplikasi tertentu terdapat bagian dan standar tambahan lainnya.

Sebagai contoh, generator sinkron kutub menonjol berukuran besar pada pembangkit hidro juga memiliki persyaratan khusus dalam seri IEC 60034.

Kesimpulan

Generator adalah mesin yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik melalui induksi elektromagnetik. Pada generator sinkron besar, rotor umumnya menghasilkan medan magnet berputar sedangkan tegangan utama diinduksikan pada belitan stator.

Komponen generator dapat meliputi stator, rotor, winding, poros, bearing, sistem pendinginan, sistem eksitasi, exciter dan AVR, tergantung konstruksi mesinnya.

Tidak semua generator memiliki slip ring dan brush. Pada generator dengan brushless excitation, arus medan rotor utama dapat disuplai melalui exciter dan rotating rectifier tanpa sikat karbon pada rangkaian medan utamanya.

Generator digunakan mulai dari genset portabel dan emergency power hingga pembangkit listrik berkapasitas sangat besar. Memahami jenis, konstruksi, sistem eksitasi, rating, kecepatan, dan frekuensinya penting sebelum melakukan pengoperasian maupun pemeliharaan.

FAQ Generator

Apa yang dimaksud dengan generator?

Generator adalah mesin listrik yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik melalui prinsip induksi elektromagnetik.

Bagaimana cara kerja generator?

Prime mover memutar rotor sehingga terjadi perubahan hubungan fluks magnet terhadap winding. Perubahan fluks tersebut menghasilkan gaya gerak listrik pada belitan generator.

Apa fungsi rotor pada generator?

Pada generator sinkron wound-field yang umum, rotor membawa medan magnet yang berputar terhadap belitan stator.

Apa fungsi stator pada generator?

Pada generator sinkron besar, stator membawa belitan armature tempat tegangan keluaran utama diinduksikan.

Apa fungsi AVR pada generator?

AVR mengendalikan sistem eksitasi pada banyak generator sinkron untuk membantu mempertahankan tegangan terminal sesuai kondisi operasi dan set point.

Apa perbedaan generator dan genset?

Generator adalah mesin konversi energi mekanik menjadi listrik, sedangkan genset merupakan satu paket yang umumnya terdiri dari mesin penggerak, generator, sistem bahan bakar, kontrol, pendinginan dan komponen pendukung.

Berapa rpm generator 50 Hz?

Putaran tergantung jumlah kutub. Generator 2 kutub pada 50 Hz mempunyai kecepatan sinkron 3.000 rpm, sedangkan generator 4 kutub mempunyai kecepatan 1.500 rpm.

Sumber Referensi

IEC 60034-1:2026. Rotating electrical machines – Part 1: Rating and performance. International Electrotechnical Commission.

IEC 60034-33:2022. Rotating electrical machines – Part 33: Synchronous hydrogenerators including motor-generators – Specific requirements. International Electrotechnical Commission.

Harahap, C. R. (2024). Aplikasi Perancangan Generator Sinkron Magnet Permanen Menggunakan MATLAB Simulink. Jurnal Informatika dan Teknik Elektro Terapan, 12(1). DOI: 10.23960/jitet.v12i1.3916.

Analisis Pengaruh Arus Eksitasi pada Generator Sinkron terhadap Pembebanan di PLTA Wlingi PT PJB UP Brantas. Jurnal Qua Teknika, Vol. 9 No. 1, 2019.

Otong, M., Munarto, R., & Iskandar, D. (2018). Desain Kontrol Sistem Eksitasi Steam Turbine Generator (STG) pada Combine Cycle Power Plant 120 MW PT Krakatau Daya Listrik Menggunakan Jaringan Syaraf Tiruan Backpropagation. Setrum, 7(1), 79–90.

Peranan Automatic Voltage Regulator sebagai Pengendali Tegangan Generator Sinkron. Jurnal Ampere, Vol. 3 No. 1, 2018.