Hai, pada pagi ini, saya akan membahas tentang generator DC mulai dari definisinya, lalu konversi energinya, kemudian prinsip kerjanya, pengaplikasiannya di kehidupan kita, dan efisiensinya. Semuanya akan saya bahas berdasarkan e-Book dari “Fundamental of Electric Power Engineering” oleh Massimo Ceraolo dan Davide Poli, dan beberapa sumber dari catatan kuliah saya.
Dari namanya, generator dikenal sebagai alat yang mengkonversi dari energi gerak menjadi energi listrik. Energi gerak bisa berupa mekanika rotasi, yaitu mulai dari torsi, inersia, dan kecepatan sudut. DC merupakan singkatan dari Direct Current yaitu arus searah. Sehingga pengertian dari Generator DC adalah alat pengkonversi energi dari energi gerak menjadi energi listrik berupa arus searah.
Nah, dari definisi tersebut sudah jelas bahwa terjadi pengkonversian atau perubahan bentuk energi dalam sebuah generator DC. Dari adanya torsi dan kecepatan sudut bisa menghasilkan arus listrik dan tegangan. Bagaimana caranya? Sebuah generator terdiri dari beberapa komponen, yaitu:
- Komponen diam atau stator yang berfungsi sebagai tempat dari densitas magnet (B) yang tersambung dengan komponen penunjang agar tetap diam atau berdiri.
- Komponen yang berputar atau rotor yang berfungsi untuk menghasilkan fluks dari densitas magnet (B) yang dikenainya.
- Ruang kosong sebagai jarak antara rotor dan stator agar rotor bisa berputar tanpa bergesekan dengan stator.
Rotor bisa berupa magnet maupun besi biasa. Jika rotor berupa magnet, maka stator harus berupa besi, sementara jika rotor merupakan besi, maka stator harus berupa magnet. Jika rotor berputar, maka akan ada kecepatan sudut, sehingga ada frekuensi. Frekuensi ini merupakan faktor pengali pada amplitudo sehingga akan menghasilkan tegangan. Lalu dari persamaan batang yang bergerak disekitar medan magnet, dimana e=vBl, dan F=iBl, jika kita kalikan P=F.v=iBl.(e/Bl), sehingga F.v=i.e.
F adalah gaya (dalam generator yaitu torsi karena geraknya memutar) dan v adalah kecepatan (yaitu kecepatan putar atau sudut yaitu omega), dan i adalah arus yang dihasilkan, sementara e adalah tegangan.
Prinsip kerja sebuah generator adalah hasil cross product dari kecepatan (v) dan densitas magnet (B) yang nilainya akan besar jika saling tegak lurus, yang di dot kan dengan panjang besi (l) yang akan besar nilainya jika saling sejajar. Karena hasil dari cross product hanya akan ke depan atau ke belakang, dan arah dari besi hanya akan bisa searah atau berlawanan arah dengan hasil dari cross product terebut.
Untuk pengaplikasiannya di kehidupan, yang saya pahami dari blog seseorang, ada 2 yaitu pada alternator mobil dan dinamo sepeda. Pada alternator mobil, prinsip generator DC digunakan untuk mengubah arus AC menjadi DC yang dihasilkan dari alternator ketika mobil baru dinyalakan dan menyalurkan arus tersebut ke aki mobil. Untuk dinamo sepeda, prinsip ini terapkan oleh roda sepeda yang berputar yang akan memutar dinamo yang terdapat magnet sehingga menghasilkan fluks magnet lalu menghasilkan arus listrik untuk menyalakan lampu depan dan belakang sepeda.
Hal terakhir yang akan saya bahas yaitu efisiensi. Efisiensi dari generator, berdasarkan persamaan F.v=e.i pada batang yang bergerak disekitar medan magnet, jika pada generator menjadi T.ω=e.i, bermakna bahwa energi masukan dari torsi dan kecepatan sudut akan menghasilkan energi keluaran berupa arus dan tegangan, akan bernilai sama jika efisiensinya 1 atau 100%. Namun pada riilnya, tidak ada energi yang 100% terkonversi denga baik, sehingga perumusan efisiensi pada generator DC adalah:
η=Pm/Pel=(T.ω)/(e.i)
Suatu benda yang berputar terus menerus akan menghasilkan panas yang merupakan pelepasan energi atau energy loss, lalu lebih banyak terjadi saturasi dibandingkan linearnya jika dilihat dari grafik energi (E) terhadap arus (If) sehingga sulit untuk membuat efisiensi yang sempurna.
Sekian, terimakasih.
referensi:
- e-Book “Fundamental of Electric Power Engineering” oleh Massimo Ceraolo dan Davide Poli
- catatan kuliah
- blog, http://denydestian.blogspot.co.id/2011/11/v-behaviorurldefaultvml-o.html