Generator listrik , juga disebut dinamo , mesin apa pun yang mengubah energi mekanik menjadi listrik untuk transmisi dan distribusi melalui saluran listrik ke pelanggan domestik, komersial, dan industri. Generator juga menghasilkan tenaga listrik yang dibutuhkan untuk mobil, pesawat terbang, kapal, dan kereta api.

Tenaga mekanik untuk generator listrik biasanya diperoleh dari poros yang berputar dan sama dengan torsi poros dikalikan dengan kecepatan putaran, atau sudut. Tenaga mekanik dapat berasal dari beberapa sumber: hidrolikturbin di bendungan atau air terjun; turbin angin; turbin uap menggunakan uap yang dihasilkan dengan panas dari pembakaran bahan bakar fosil atau dari fisi nuklir; turbin gas membakar gas langsung di turbin; atau mesin bensin dan diesel. Konstruksi dan kecepatan generator dapat sangat bervariasi tergantung pada karakteristik penggerak utama mekanis.

Hampir semua genset digunakan untuk menyuplai pembangkit jaringan tenaga listrikarus bolak-balik , yang membalik polaritas pada frekuensi tetap (biasanya 50 atau 60 siklus, atau pembalikan ganda, per detik). Karena sejumlah generator terhubung ke jaringan listrik, mereka harus beroperasi pada frekuensi yang sama untuk pembangkitan simultan. Oleh karena itu, mereka dikenal sebagaigenerator sinkron atau, dalam beberapa konteks , alternator.

Generator sinkron

Alasan utama memilih arus bolak-balik untuk jaringan listrik adalah variasi yang terus-menerus dengan waktu memungkinkan penggunaan transformator. Perangkat ini mengubah daya listrik pada tegangan dan arus apa pun yang dibangkitkan menjadi tegangan tinggi dan arus rendah untuk transmisi jarak jauh dan kemudian mengubahnya menjadi tegangan rendah yang sesuai untuk setiap konsumen (biasanya 120 atau 240 volt untuk layanan rumah tangga). Bentuk khusus arus bolak-balik yang digunakan adalah agelombang sinus , yang memiliki bentuk yang ditunjukkan pada Gambar 1 . Ini dipilih karena ini adalah satu-satunya bentuk berulang dimana dua gelombang yang bergeser satu sama lain dalam waktu dapat ditambahkan atau dikurangi dan menghasilkan bentuk yang sama sebagai hasilnya. Idealnya kemudian memiliki semua tegangan dan arus dalam bentuk sinus. Generator sinkron dirancang untuk menghasilkan bentuk ini seakurat dan praktis. Ini akan menjadi jelas karena komponen utama dan karakteristik generator dijelaskan di bawah ini.

Gelombang sinus.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Dapatkan akses eksklusif ke konten dari Edisi Pertama 1768 dengan langganan Anda. Berlangganan hari ini

Rotor

Generator sinkron dasar ditunjukkan pada penampang pada Gambar 2 . Poros pusat rotor digabungkan ke penggerak utama mekanis. Itumedan magnet diproduksi olehkonduktor, atau kumparan, digulung menjadi slot yang dipotong di permukaan rotor besi silinder. Kumpulan kumparan ini, dihubungkan secara seri, dengan demikian dikenal sebagaimedan berliku. Posisi kumparan medan sedemikian rupa sehingga komponen medan magnet yang diarahkan ke luar atau radial yang dihasilkan di celah udara ke stator kira-kira didistribusikan secara sinusoidal di sekitar pinggiran rotor. Pada Gambar 2 , kerapatan medan di celah udara maksimum ke luar di bagian atas, maksimum ke dalam di bagian bawah, dan nol di kedua sisi, mendekati distribusi sinusoidal.

Generator sinkron dasar.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Stator

Stator generator elementer pada Gambar 2 terdiri dari cincin silinder yang terbuat dari besi untuk memudahkan jalur fluks magnet. Dalam hal ini, stator hanya berisi satu kumparan, kedua sisinya ditampung dalam slot di besi dan ujungnya dihubungkan bersama oleh konduktor melengkung di sekitar pinggiran stator. Kumparan biasanya terdiri dari sejumlah putaran.

Ketika rotor diputar, tegangan diinduksi di kumparan stator. Setiap saat, besarnya tegangan sebanding dengan kecepatan medan magnet yang dikelilingi oleh kumparan berubah seiring waktu — yaitu, laju medan magnet melewati kedua sisi kumparan. Oleh karena itu, tegangan akan menjadi maksimum dalam satu arah ketika rotor telah berputar 90 ° dari posisi yang ditunjukkan pada Gambar 2 dan akan menjadi maksimum dalam arah yang berlawanan 180 ° kemudian. Bentuk gelombang tegangan akan mendekati bentuk sinus yang ditunjukkan pada Gambar 1 .

Frekuensi

Struktur rotor generator pada Gambar 2 memiliki dua kutub, satu kutubmagnetic flux directed outward and a corresponding one for flux directed inward. One complete sine wave is induced in the stator coil for each revolution of the rotor. The frequency of the electrical output, measured in hertz (cycles per second) is therefore equal to the rotor speed in revolutions per second. To provide a supply of electricity at 60 hertz, for example, the prime mover and rotor speed must be 60 revolutions per second, or 3,600 revolutions per minute. This is a convenient speed for many steam and gas turbines. For very large turbines, such a speed may be excessive for reasons of mechanical stress. In this case, the generator rotor is designed with four poles spaced at intervals of 90°. The voltage induced in a stator coil, which spans a similar angle of 90°, will consist of two complete sine waves per revolution. The required rotor speed for a frequency of 60 hertz is then 1,800 revolutions per minute. For lower speeds, such as are employed by most water turbines, a larger number of pole pairs can be used. The possible values of rotor speed, in revolutions per minute, are equal to 120 f / p , dengan f adalah frekuensi dan p jumlah kutub.