Generator Listrik : Pengertian, Prinsip Kerja, Komponen, Jenis, Sejarah

Pada generator listrik, kumparan tersebut terdiri dari kumparan tembaga yang dikelilingi oleh medan magnet. Ketika kumparan tembaga diputar dengan bantuan sumber energi mekanik, seperti mesin atau turbin, maka akan terjadi perubahan medan magnet yang ada di sekitar kumparan. Perubahan medan magnet tersebut akan menyebabkan terjadinya arus listrik pada kumparan tembaga.

Arus listrik yang dihasilkan oleh generator listrik tergantung pada beberapa faktor, diantaranya adalah:

Setelah dihasilkan, arus listrik yang dihasilkan oleh generator dapat dikirimkan ke beban atau peralatan listrik yang akan digunakan. Dengan demikian, generator listrik merupakan alat yang sangat penting bagi kelangsungan sistem kelistrikan di suatu tempat.

Selain menggunakan prinsip induksi elektromagnetik, generator listrik juga menggunakan prinsip kelistrikan yang dikenal dengan prinsip Faraday. Prinsip Faraday menyatakan bahwa jika sebuah medan magnet berubah yang melintasi sebuah kawat, maka akan terjadi arus listrik pada kawat tersebut.

Prinsip Faraday diterapkan pada generator listrik dengan cara memutar medan magnet yang terletak di sekitar kumparan tembaga. Ketika medan magnet diputar, maka akan terjadi perubahan medan magnet yang melintasi kumparan tembaga. Perubahan medan magnet tersebut akan menyebabkan terjadinya arus listrik pada kumparan tembaga.

Dengan mengetahui prinsip kerja dan jenis-jenis generator listrik, kita dapat lebih memahami bagaimana generator listrik dapat menghasilkan listrik yang dibutuhkan oleh peralatan listrik di sekitar kita.

Komponen generator

Komponen utama generator listrik secara garis besar dapat diklasifikasikan sebagai berikut:

• Mesin
• Alternator
• Sistem bahan bakar
• Regulator tegangan
• Sistem Pendingin dan Pembuangan
• Sistem pelumasan
• Pengisi baterai
• Panel kendali
• Rakitan / Bingkai Utama

Penjelasan tentang komponen utama generator diberikan di bawah ini.

Mesin

Mesin adalah sumber energi mekanik input ke generator. Ukuran mesin berbanding lurus dengan output daya maksimum yang dapat disuplai oleh generator. Ada beberapa faktor yang perlu Anda ingat saat menilai mesin generator Anda. Pabrikan mesin harus dikonsultasikan untuk mendapatkan spesifikasi pengoperasian mesin lengkap dan jadwal perawatan.

(a) Jenis Bahan Bakar yang Digunakan – Mesin generator beroperasi dengan berbagai bahan bakar seperti solar, bensin, propana (dalam bentuk cair atau gas), atau gas alam. Mesin yang lebih kecil biasanya beroperasi dengan bensin sementara mesin yang lebih besar menggunakan diesel, propana cair, gas propana, atau gas alam. Mesin tertentu juga dapat beroperasi dengan umpan ganda diesel dan gas dalam mode operasi bi-bahan bakar.

(b) Mesin Overhead Valve (OHV) versus Mesin non-OHV – Mesin OHV berbeda dari mesin lain dalam hal katup masuk dan keluar mesin terletak di kepala silinder mesin dan bukan dipasang di blok mesin. Mesin OHV memiliki beberapa keunggulan dibandingkan mesin lainnya seperti:

• Desainringkas 
• Mekanisme pengoperasian lebih sederhana
• Daya tahan 
• Mudah digunakan dalam pengoperasian
• Kebisingan rendah selama pengoperasian
• Tingkat emisi rendah

Namun, mesin OHV juga lebih mahal daripada mesin lainnya.

(c) Selongsong Besi Cor (CIS) di Silinder Mesin – CIS adalah lapisan dalam silinder mesin. Ini mengurangi keausan, dan memastikan daya tahan mesin. Sebagian besar mesin OHV dilengkapi dengan CIS tetapi penting untuk memeriksa fitur ini di mesin generator. CIS bukanlah fitur yang mahal tetapi memainkan peran penting dalam ketahanan mesin terutama jika Anda perlu sering menggunakan generator atau untuk jangka waktu yang lama.

Alternator

Alternator, juga dikenal sebagai 'genhead', adalah bagian dari generator yang menghasilkan output listrik dari input mekanis yang dipasok oleh mesin. Ini berisi perakitan bagian stasioner dan bergerak terbungkus dalam perumahan. Komponen bekerja sama untuk menyebabkan gerakan relatif antara medan magnet dan listrik, yang pada gilirannya menghasilkan listrik.

(a) Stator – Ini adalah komponen stasioner. Ini berisi satu set konduktor listrik luka dalam gulungan di atas inti besi.

(b) Rotor / Armature – Ini adalah komponen bergerak yang menghasilkan medan magnet berputar dengan salah satu dari tiga cara berikut:

(i) Dengan induksi – Ini dikenal sebagai alternator tanpa sikat dan biasanya digunakan pada generator besar.

(ii) Dengan magnet permanen – Ini biasa terjadi pada unit alternator kecil.

(iii) Dengan menggunakan exciter – Exciter adalah sumber arus searah (DC) kecil yang memberi energi pada rotor melalui perakitan slip ring dan sikat konduktor.

Rotor menghasilkan medan magnet yang bergerak di sekitar stator, yang menginduksi perbedaan tegangan antara belitan stator. Ini menghasilkan arus bolak-balik (AC) output generator.

Berikut ini adalah faktor-faktor yang perlu Anda ingat saat menilai alternator generator:

(a) Rumah Logam versus Plastik – Desain semua logam memastikan daya tahan alternator. Rumah plastik berubah bentuk seiring waktu dan menyebabkan bagian alternator yang bergerak terbuka. Ini meningkatkan keausan dan yang lebih penting, berbahaya bagi pengguna.

(b) Bantalan Bola versus Bantalan Jarum – Bantalan bola lebih disukai dan bertahan lebih lama.

(c) Desain Tanpa Kuas – Alternator yang tidak menggunakan sikat membutuhkan lebih sedikit perawatan dan juga menghasilkan tenaga yang lebih bersih.

Sistem bahan bakar

Tangki bahan bakar biasanya memiliki kapasitas yang cukup untuk menjaga generator tetap beroperasi rata-rata selama 6 sampai 8 jam. Dalam hal unit generator kecil, tangki bahan bakar merupakan bagian dari skid base generator atau dipasang di atas rangka generator. 

Untuk aplikasi komersial, mungkin perlu untuk mendirikan dan memasang tangki bahan bakar eksternal. Semua instalasi tersebut harus mendapat persetujuan dari Divisi Perencanaan Kota. Klik link berikut untuk informasi lebih lanjut mengenai tangki bahan bakar untuk genset .

Fitur umum dari sistem bahan bakar meliputi:

(a) Sambungan pipa dari tangki bahan bakar ke mesin – Jalur suplai mengarahkan bahan bakar dari tangki ke mesin dan jalur balik mengarahkan bahan bakar dari mesin ke tangki.

(b) Pipa ventilasi untuk tangki bahan bakar – Tangki bahan bakar memiliki pipa ventilasi untuk mencegah peningkatan tekanan atau vakum selama pengisian dan pembuangan tangki. Saat Anda mengisi ulang tangki bahan bakar, pastikan kontak logam-ke-logam antara nosel pengisi dan tangki bahan bakar untuk menghindari percikan api.

(c) Sambungan luapan dari tangki bahan bakar ke pipa pembuangan – Hal ini diperlukan agar luapan apa pun selama pengisian ulang tangki tidak menyebabkan tumpahan cairan pada genset.

(d) Pompa bahan bakar – Ini memindahkan bahan bakar dari tangki penyimpanan utama ke tangki harian. Pompa bahan bakar biasanya dioperasikan secara elektrik.

(e) Pemisah Air Bahan Bakar / Filter Bahan Bakar – Ini memisahkan air dan benda asing dari bahan bakar cair untuk melindungi komponen lain dari generator dari korosi dan kontaminasi.

(f) Fuel Injector – Ini mengatomisasi bahan bakar cair dan menyemprotkan jumlah bahan bakar yang dibutuhkan ke dalam ruang bakar mesin.

Voltage Regulator

Sesuai dengan namanya, komponen ini mengatur tegangan output dari generator. Mekanisme dijelaskan di bawah ini terhadap setiap komponen yang berperan dalam proses siklus pengaturan tegangan.

(1) Pengatur Tegangan: Konversi Tegangan AC ke Arus DC – Pengatur tegangan mengambil sebagian kecil dari output tegangan AC generator dan mengubahnya menjadi arus DC. Regulator tegangan kemudian mengumpankan arus DC ini ke satu set gulungan sekunder di stator, yang dikenal sebagai gulungan exciter.

(2) Gulungan Exciter: Konversi Arus DC ke Arus AC – Gulungan exciter sekarang berfungsi mirip dengan belitan stator primer dan menghasilkan arus AC yang kecil. Gulungan exciter terhubung ke unit yang dikenal sebagai penyearah berputar.

(3) Penyearah Berputar: Konversi Arus AC ke Arus DC - Ini memperbaiki arus AC yang dihasilkan oleh gulungan exciter dan mengubahnya menjadi arus DC. Arus DC ini diumpankan ke rotor / armature untuk menciptakan medan elektromagnetik selain medan magnet berputar dari rotor / armature.

(4) Rotor / Armature: Konversi Arus DC ke Tegangan AC – Rotor / armature sekarang menginduksi tegangan AC yang lebih besar melintasi belitan stator, yang sekarang dihasilkan generator sebagai tegangan AC keluaran yang lebih besar.

Siklus ini berlanjut sampai generator mulai menghasilkan tegangan keluaran yang setara dengan kapasitas operasi penuhnya. Ketika output generator meningkat, regulator tegangan menghasilkan arus DC yang lebih sedikit. Setelah generator mencapai kapasitas operasi penuh, pengatur tegangan mencapai keadaan keseimbangan dan menghasilkan arus DC yang cukup untuk mempertahankan output generator pada tingkat operasi penuh.

Saat Anda menambahkan beban ke generator, tegangan outputnya sedikit turun. Ini mendorong regulator tegangan ke dalam tindakan dan siklus di atas dimulai. Siklus berlanjut sampai output generator naik ke kapasitas operasi penuh aslinya.

Sistem Pendingin & Pembuangan

(a) Sistem Pendingin

Penggunaan genset yang terus menerus menyebabkan berbagai komponennya menjadi panas. Sangat penting untuk memiliki sistem pendingin dan ventilasi untuk menarik panas yang dihasilkan dalam proses.

Air mentah/segar kadang-kadang digunakan sebagai pendingin untuk generator, tetapi ini sebagian besar terbatas pada situasi tertentu seperti generator kecil di aplikasi kota atau unit yang sangat besar di atas 2250 kW ke atas. Hidrogen kadang-kadang digunakan sebagai pendingin untuk belitan stator unit generator besar karena lebih efisien dalam menyerap panas daripada pendingin lainnya. 

Hidrogen menghilangkan panas dari generator dan mentransfernya melalui penukar panas ke sirkuit pendingin sekunder yang berisi air de-mineral sebagai pendingin. Inilah sebabnya mengapa generator yang sangat besar dan pembangkit listrik kecil sering kali memiliki menara pendingin besar di sebelahnya. Untuk semua aplikasi umum lainnya, baik perumahan maupun industri, radiator dan kipas standar dipasang pada generator dan berfungsi sebagai sistem pendingin utama.

Sangat penting untuk memeriksa tingkat cairan pendingin generator setiap hari. Sistem pendingin dan pompa air baku harus dibilas setelah setiap 600 jam dan penukar panas harus dibersihkan setelah setiap 2.400 jam pengoperasian generator. 

Generator harus ditempatkan di tempat terbuka dan berventilasi yang memiliki pasokan udara segar yang memadai. National Electric Code (NEC) mengamanatkan bahwa ruang minimal 3 kaki harus diizinkan di semua sisi generator untuk memastikan aliran udara pendingin yang bebas.

(b) Sistem Pembuangan

Pembuangan Asap knalpot yang dikeluarkan oleh generator sama seperti gas buang dari mesin diesel atau bensin lainnya dan mengandung bahan kimia yang sangat beracun yang perlu dikelola dengan baik. Oleh karena itu, penting untuk memasang sistem pembuangan yang memadai untuk membuang gas buang. 

Poin ini tidak dapat cukup ditekankan karena keracunan karbon monoksida tetap menjadi salah satu penyebab kematian paling umum di daerah yang terkena dampak badai karena orang cenderung tidak memikirkannya sampai terlambat. 

Pipa knalpot biasanya terbuat dari besi cor, besi tempa, atau baja. Ini harus berdiri bebas dan tidak harus didukung oleh mesin generator. Pipa knalpot biasanya dipasang pada mesin menggunakan konektor fleksibel untuk meminimalkan getaran dan mencegah kerusakan pada sistem pembuangan generator. Pipa knalpot berakhir di luar ruangan dan mengarah menjauh dari pintu, jendela dan bukaan lainnya ke rumah atau bangunan. 

Anda harus memastikan bahwa sistem pembuangan generator Anda tidak terhubung dengan peralatan lain. Anda juga harus berkonsultasi dengan peraturan kota setempat untuk menentukan apakah operasi generator Anda perlu mendapatkan persetujuan dari otoritas setempat untuk memastikan Anda mematuhi undang-undang setempat, melindungi dari denda dan hukuman lainnya.

Sistem Pelumasan

Karena generator terdiri dari bagian-bagian yang bergerak di dalam mesinnya, maka diperlukan pelumasan untuk memastikan daya tahan dan pengoperasian yang lancar untuk jangka waktu yang lama. 

Mesin generator dilumasi oleh minyak yang disimpan dalam pompa. Anda harus memeriksa level minyak pelumas setiap 8 jam pengoperasian generator. Anda juga harus memeriksa kebocoran pelumas dan mengganti oli pelumas setiap 500 jam pengoperasian generator.

Pengisi Daya Baterai

Fungsi utama generator adalah dioperasikan dengan baterai. Pengisi daya baterai membuat baterai generator tetap terisi dengan memasoknya dengan tegangan 'mengambang' yang tepat. Jika tegangan float sangat rendah, baterai akan tetap terisi daya rendah. Jika tegangan float sangat tinggi, itu akan memperpendek umur baterai. 

Pengisi baterai biasanya terbuat dari stainless steel untuk mencegah korosi. Mereka juga sepenuhnya otomatis dan tidak memerlukan penyesuaian apa pun untuk dilakukan atau pengaturan apa pun untuk diubah. 

Tegangan keluaran DC pengisi daya baterai diatur pada 2,33 Volt per sel, yang merupakan tegangan float yang tepat untuk baterai asam timbal. Pengisi daya baterai memiliki keluaran tegangan DC terisolasi yang mengganggu fungsi normal generator.

Control Panel

Ini adalah antarmuka pengguna generator dan berisi ketentuan untuk outlet listrik dan kontrol. Artikel berikut memberikan rincian lebih lanjut mengenaipanel kontrol generator. Pabrikan yang berbeda memiliki beragam fitur untuk ditawarkan di panel kontrol unit mereka. Beberapa di antaranya disebutkan di bawah ini.

(a) Menghidupkan dan mematikan listrik – Panel kontrol mulai otomatis secara otomatis menghidupkan generator Anda selama pemadaman listrik, memantau generator saat beroperasi, dan secara otomatis mematikan unit saat tidak lagi diperlukan.

(b) Pengukur mesin – Pengukur yang berbeda menunjukkan parameter penting seperti tekanan oli, suhu cairan pendingin, tegangan baterai, kecepatan putaran mesin, dan durasi operasi. Pengukuran dan pemantauan yang konstan dari parameter-parameter ini memungkinkan pemutusan generator secara built-in ketika salah satu dari parameter ini melewati tingkat ambang batas masing-masing.

(c) Pengukur generator – Panel kontrol juga memiliki meteran untuk pengukuran arus dan tegangan keluaran, dan frekuensi operasi.

(d) Kontrol lain – Sakelar pemilih fase, sakelar frekuensi, dan sakelar kontrol engine (mode manual, mode otomatis) antara lain.

Jenis Jenis Generator Listrik

1. Generator AC 

Generator Alternating Current (AC menghasilkan arus listrik AC yang berubah-ubah secara berkala. Ini adalah jenis generator paling umum digunakan, karena arus listrik AC lebih mudah didistribusikan dan dikonversikan menjadi tegangan dan frekuensi yang berbeda.

2. Generator DC

Generator Direct Current atau DC menghasilkan arus listrik DC yang tetap. Ini sering digunakan untuk aplikasi industri dan pembangkit listrik.

3. Generator AC/DC

Generator AC/DC adalah gabungan antara generator AC dan DC, dan dapat menghasilkan kedua jenis arus listrik.

4. Generator Brushless

Generator Brushless menggunakan teknologi elektronik untuk membuat rotor berputar dan menghasilkan arus listrik. Ini lebih efisien daripada generator brush dan memerlukan perawatan yang lebih sedikit.

5. Generator Sinkron

Generator Sinkron adalah jenis generator AC yang menghasilkan frekuensi dan tegangan konsisten. Ini digunakan untuk aplikasi industri dan pembangkit listrik besar.

Sejarah Generator

Jenis-jenis generator listrik mulai dari generator siaga, genset, generator surya, generator angin, generator hidro, generator sel bahan bakar, dan transformator generator adalah beberapa jenis generator yang dapat digunakan sebagai alternatif sumber energi dan cadangan listrik. Masing-masing memiliki kegunaan dan keuntungan tersendiri, seperti ramah lingkungan, efisiensi tinggi, dan mudah diterapkan di berbagai daerah.

Generator adalah suatu perangkat yang digunakan untuk menghasilkan energi listrik. Sejarah penemuan generator berawal pada tahun 1831, ketika Michael Faraday melakukan eksperimen dengan menghubungkan sebuah dinamo dengan sebuah mesin putar. Hasil dari eksperimen tersebut menunjukkan bahwa ketika mesin putar berputar, dinamo menghasilkan arus listrik.

Pada tahun 1866, Sir William Thomson, juga dikenal sebagai Lord Kelvin, mengembangkan generator listrik yang lebih canggih yang dikenal sebagai generator Thomson. Generator ini menggunakan prinsip yang sama dengan Faraday, namun dengan desain yang lebih baik sehingga mampu menghasilkan arus listrik yang lebih stabil.

Setelah itu, pada tahun 1876, George Westinghouse dan Nikola Tesla mengembangkan generator AC (Arus Bolak-balik) yang lebih efisien dibandingkan dengan generator DC (Arus searah) yang digunakan pada saat itu. Generator AC dapat menghasilkan arus listrik yang lebih stabil dan dapat di transmisi lebih jauh dibandingkan dengan arus DC.

Selanjutnya, pada tahun 1882, Charles Brush mengembangkan generator brushless yang tidak memerlukan perawatan yang kerap. Generator ini menggunakan kumparan yang terbuat dari besi dan karbon sebagai elemen penghantar listrik.

Generator saat ini telah mengalami banyak perkembangan dari segi teknologi. Generator modern saat ini dapat menghasilkan energi listrik dari berbagai sumber energi seperti solar, air, panas bumi, dll. Generator juga dapat digunakan untuk menghasilkan energi listrik pada skala besar pada pembangkit listrik tenaga nuklir, hidroelektrik, dan pembangkit listrik tenaga angin.