28 January 2020 20935
Engineering

Mekanisme Pembangkitan Listrik Pada Generator

Mesin listrik (electrical machine) merupakan suatu alat yang dapat mengkonversi energi mekanis menjadi energi listrik maupun sebaliknya, energi listrik menjadi energi mekanis. Suatu mesin listrik yang menghasilkan energi listrik dari energi mekanis dikenal dengan nama generator. Proses pembangkitan listrik pada generator hampir dipastikan memanfaatkan medan magnet. Dengan kata lain, medan magnet menjadi suatu mekanisme fundamental yang berperan penting dalam proses konversi energi listrik.
 
Keberadaan medan magnet di suatu tempat akan mempengaruhi lingkungan sekitarnya. Salah satu pengaruh medan magnet yang dijadikan sebagai prinsip dasar kerja generator adalah: Apabila ada suatu material konduktor, contoh: kawat, bergerak dengan kecepatan tertentu dan melewati suatu medan magnet, maka pada wire yang bergerak tersebut akan terinduksi tegangan listrik sebagi akibat dari adanya medan magnet tersebut. Hal ini dapat digambarkan melalui formula berikut:
 
eind = (v x B).L
dengan:
eind = Tegangan yang dihasilkan sebagai efek dari medan magnet pada konduktor yang bergerak melewatinya
v = Kecepatan gerak relatif konduktor
B = Fluks magnet
L = Panjang konduktor yang terkena medan magnet
 
Dapat dilihat pada formula di atas, tegangan yang terinduksi dipengaruhi oleh tiga parameter yaitu kecepatan pergerakan konduktor, medan magnet dan ukuran panjang dari konduktor. Formula ini juga menggambarkan perubahan bentuk energi dari energi mekanis berupa energi kinetic (direpresentasikan oleh kecepatan, v) menjadi energi listrik (direpresentasikan oleh tegangan, eind).
 
Formula di atas lah yang menjadi induk dari formula-formula turunan yang lebih kompleks yang diterapkan pada mekanisme kerja generator. Perlu diingat bahwa kecepatan yang dimaksud pada formula di atas merupakan kecepatan relative antara konduktor dan medan magnet. Artinya, formula di atas tetap berlaku jika konduktor dalam keadaan diam namun medan magnet yang bergerak, yang pasti selama ada gerak relatif antara keduanya, maka tegangan akan terinduksi pada konduktor.
 
Dua komponen utama pada generator adalah komponen yang berputar yang dikenal dengan nama rotor dan komponen yang diam yang dikenal sebagai stator. Rotor didesain agar memiliki medan magnet dengan cara menanamkan magnet pada rotor atau dengan cara memberikan arus DC pada rotor. Baik dengan menggunakan permanen magnet maupun memberikan arus DC, keduanya sama-sama menghasilkan medan magnet pada rotor yang akan mempengaruhi lingkungan sekitarnya.
 
Bagian utama pada stator merupakan tiga kumpulan-lilitan (koil) material konduktor yang biasanya terbuat dari besi atau aluminium. Ketiga koil tersebut masing-masing terpisah dengan sudut 120o seperti yang ditunjukan pada Gambar 1. Koil pertama adalah a’-a, kedua adalah b’-b dan ketiga adalah c’-c. Tujuan dari adanya tiga koil dengan sudut relatif 120o tersebut adalah untuk menghasilkan listrik tiga fasa. Ketika rotor berputar, maka medan magnet pada rotor ikut berputar. Dengan adanya gerak relatif antara medan magnet dan koil-koil pada stator, maka tegangan pada masing-masing koil akan terinduksi dengan besaran yang sama namun fasanya berbeda sebesar 120o. Apabila sebuah beban dihubungkan dengan stator yang kini sudah memiliki tegangan listrik, maka arus akan mengalir ke beban.
 
Gambar 1. Stator Pada Generator Listrik
 
 
Suatu mekanisme sistem yang terintegrasi diperlukan untuk menghasilkan rotor yang berputar. Prinsip kerja mekanisme tersebut adalah menggabungkan kerja rotor/stator dengan suatu sistem penghasil putaran yang kontinyu. Atau dengan kata lain, rotor yang berputar merupakan perpanjangan dari perputaran shaft (poros) dari mekanisme sistem perputaran kontinyu seperti yang ditunjukan pada gambar di bawah ini.
 
Gambar 2. Transmisi putaran pada turbin dan generator
 
***

Penulis

Maesha Gusti Rianta ST., M.Sc

Email: maesha@indonesiare.co.id