SISTEM ALTERNATOR VOLTAN RENAH

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

NOTA ALTERNATOR INI ADALAH UNTUK RUJUKAN PELAJAR-
PELAJAR SEPENUH MASA DAN SEPARUH MASA A4 DAN KURSUS
MODULAR PENYEGERAKKAN JANAKUASA VOLTAN RENDAH (80
JAM). PARA PELAJAR DIGALAKKAN UNTUK MENAMBAHKAN LAGI
(ADD VALUE) PENGETAHUAN DENGAN MENCARI SUMBER-SUMBER

YANG LAIN.

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

2

ASAS JANAKUASA

Janakuasa ialah sebuah mesin yang boleh menukarkan tenaga mekanik kepada
tenaga elektrik. Sebaliknya mesin yang boleh menukarkan tenaga elektrik kepada
mekanik dipanggil motor. Janakuasa terdiri dari Pengulangalik (Alternator) dan
Pengerak Utama (Prime mover) serta alat–alat sampingannya.

Asas janakuasa ialah apabila seutas pengalir yang boleh membawa arus
digerakkan ke arah memotong medan magnet, arus akan wujud di dalam
pengalir tersebut. Di samping itu sebaliknya medan magnet boleh juga
digerakkan ke arah kabel tadi yang dalam kedudukan tidak bergerak
(stationary), arus juga akan wujud di dalam pengalir tersebut. Proses ini
dipanggil atau dikenali sebagai arohan electromagnet (electromagnetic
induction).

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

3

Medan magnet boleh diperolehi dari satu magnet kekal, tetapi medan magnet
kekal tidak boleh dikawal kekuatan magnetnya (jumlah uratdayanya). Satu
cara lain untuk mendapatkan medan magnet yang boleh dikawal kekuatan
uratdayanya ialah dengan melilit pengalir di sekeliling sekeping besi lembut
(soft iron) dan mengalirkan arus terus ke pengalir tersebut seperti di
gambarajah. Satu medium magnet yang boleh dikawal kekuatan magnetnya
dapat dihasilkan, iaitu dengan mengawal arus terus yang dialirkan kepada
gelong tersebut.

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

4

BINAAN ASAS JANAKUASA

Sebuah janakuasa mengandungi dua bahagian asas, iaitu Pemutar (rotor) dan
Pemegun (stator). Pemegun atau bahagian yang tidak bergerak sesebuah penjana
biasanya menempatkan lilitan utama tiga fasa kuasa ulangalik. Pemutar utama
mengandungi kutub medan magnet arus terus (DC magnetic fields poles). Sebaik
sahaja uratdaya (fluks) magnet diwujudkan oleh kutub medan arus terus
merentasi ruang udara ke lilitan pemegun (static coil), satu voltan dan arus tiga
fasa terhasil (developed) di terminal keluaran penjana (generator output
terminals). Voltan yang terjana ditunjukkan sebagai satu gelombang sinus (sine
wave). Proses ini dipanggil arohan electromagnet (electromagnetic induction).

Berus–berus karbon (karbon brush) yang dipasang di atas gelang gelangsar (slip
ring) adalah berfungsi untuk memungut arus elektrik yang dijana di dalam gelong
angker dan membawanya ke litar luaran untuk dibekalkan ke beban elektrik.
Gelang gelangsar arus dan berus karbon terpaksa digunakan disebabkan satu
bahagian berputar dan satu lagi tidak berputar. Namun begitu janakuasa jenis
gelung berputar ini sudah tidak banyak dikeluarkan dan digunakan sebab
memerlukan senggaraan yang lebih. Jenis yang banyak digunakan sekarang ialah
jenis tanpa berus karbon (brushless).

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

5

ASAS KELUARAN JANAKUASA

Voltan yang dijana oleh janakuasa ialah voltan ulang–alik, oleh kerana ianya
berubah–ubah mengikut masa dan kedudukan dari positif ke negatif. Oleh kerana
voltannya berubah–ubah atau berulang-alik maka arus sentiasa dikaitkan dengan
voltan ulang–alik. Voltan ulang–alik akan menghasilkan arus ulang-alik.

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

6

FREKUENSI ARUS ULANG–ALIK

Seperti mana yang kita lihat apabila angker telah berputar melalui 360 darjah iaitu
satu pusingan yang lengkap, daya gerak elektrik yang terjana telah lengkap
melalui satu frekuensi. Jika angker berputar di satu kelajuan 50 pusingan dalam
satu saat, maka daya gerak elektrik yang terjana akan lengkap 50 kitaran dalam
satu saat. Ini dikatakan frekuensi 50 kitaran dalam sesaat atau 50 Hertz (Hz).
Frekuensi satu daya gerak elektrik yang terjana biasanya adalah bilangan kitaran
lengkap tiap–tiap satu saat.

Frekuensi arus ulang–alik sangat penting untuk difahami, oleh kerana kebanyakan
peralatan arus ulang–alik berkehendakkan satu frekuensi yang tertentu. Sila lihat
gambarajah yang menunjukkan pusingan sebanyak 25 kitaran dalam masa ½ saat.

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

7

PENGULANGALIK/PENJANA/GENERATOR ( ALTERNATOR )

Pengulang–alik ialah satu bahagian utama dari janakuasa yang boleh menjana
arus ulang–alik. Terdapat berbagai–bagai saiz pengulangalik bergantung kepada
kuasa yang boleh dikeluarkan olehnya. Walau apa pun saiznya, semua
pengulangalik elektrik sama ada DC atau AC operasinya bergantung kepada
tindakan sesuatu lilitan memotong satu medan magnet atau satu medan magnet
memotong satu lilitan pengalir. Selagi ada gerak bandingan (relatif motion) di
antara pengalir dan medan magnet, voltan akan terjana. Untuk mewujudkan
gerak bandingan di antara medan magnet dan pengalir, semua janakuasa
mengandungi dua bahagian mekanikal, iaitu pemutar (rotor) dan pemegun
(stator).

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

8

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

9

All electrical generators whether ac or dc, depend upon principle of magnetic
induction regardless of their size. In a dc generator, the armature is always the
rotor. In alternators, the armature may be either the rotor or stator.

AC Generator

It is a machine which converts mechanical energy into AC electrical energy. It is
known as AC generator.
It works on the principle of electromagnetic induction: "Whenever a conductor
cuts the magnetic lines of force, an e.m.f. is induced in it. "
As shown in the figure-1 there are two types of AC generators viz. rotating
armature alternator and rotating field alternator. Here e.m.f. or generated AC
voltage by alternator is supplied to the external circuit using two slip rings and
two brushes.

The machine which converts mechanical energy into DC electrical energy is known
as AC Dynamo. EMF generated by dynamo is supplied to external circuit in the
form of DC voltage using commutator and two brushes.
Dynamo efficiency is expressed as follows:
Dynamo efficiency = (Output electrical power/Input mechanical power) x 100 %

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

10

DC Generator

As we know elementary generator consists of a single coil rotating in magnetic
field. It produces AC voltage. A basic DC generator is constructed when slip rings
of elementary generator is replaced with two piece commutator. This changes
output voltage to pulsating DC voltage. This is depicted in the figure-2.

A Multiple coil armature decreases ripple and increases output voltage of the DC
generator.

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

11

Following table mentions comparison between these generator types with
respect to various features.

Features AC Generator DC Generator

Function Generates AC output. Generates DC output.

Output In the alternator used In the dc generator, the emf
connections in ac generator, the generated in the armature
generated ac is windings is converted from ac to
brought to the load dc by means of the commutator.
unchanged by means
of slip rings.

Types or Types of AC They are classified into excitation
classifications generators are of their fields viz. permanent
rotating armature magnet type, separately excited
alternator and type, self excited type,
rotating field shunt/series type, compound type
alternator. Single
phase AC generator
produces 25 KW or
less. Single phase
generates power at
specific voltage.
Polyphase generates
two or more AC
voltages usually two,
three or six phases.

Advantages • It is simple in • Lots of devices depend on DC

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

12

construction. current for their operation.
• More powerful • At given voltage, DC current is
three phase powerful compare to equivalent
generators can be AC current.
constructed.
• It is very easy to
distribute AC voltage
with the help of
transformers.

Disadvantages • The electricity Grid • It will have more complex
requires fine co- construction with split ring
ordination to ensure commutator.
that all the • Sparking occurs in gap of
generators are in commutator which wastes
phase with each energy.
other. • It is more difficult to distribute
• AC current is more DC in efficient manner.
dangerous compare
to equivalent DC
current due to
electric shock.

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

13

PENJANA ARUS TERUS (AT)

Penjana ialah satu mesin yang menukarkan tenaga mekanikal kepada tenaga
elektrik. Penjana terdiri daripada dua jenis iaitu penjana Dc dan penjana AC.
Kegunaan asas penjana DC adalah untuk membekalkan tenaga elektrik kepada
perlatan mudah alih.

Gelung pengalir

Magnet kekal

Magnet kekal

Prinsip Penjana DC adalah berasaskan HUKUM FARADAY, gambarajah 1 di bawah
menunjukkan satu kendalian penjana DC secara asas. Semasa gegelung pengalir
berputar, pemotongan medan magnet akan berlaku.

HUKUM FARADAY

Apabila pengalir memotong medan magnet atau sebaliknya, d.g.e akan terjana
dalam pengalir tersebut, nilai d.g.e yang terhasil bergantung kepada :

 Kekuatan medan magnet
 Panjang pengalir
 Kelajuan pemotongan
 Sudut pemotongan

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

14

A BCD E

Gambarajah 1

Kedudukan Angker (Armature) pada kedudukan A.
o Tiada d.g.e terjana
o Ruas penukartertib (commutator) x dan y berlitar pintas.

Kedudukan Angker (Armature) pada kedudukan B.
o D.g.e sebelah positif terjana sepenuhnya

Kedudukan Angker (Armature) pada kedudukan C.
o Tiada d.g.e terjana
o Ruas penukartertib (commutator) x dan y berlitar pintas.

Kedudukan Angker (Armature) pada kedudukan D.
o D.g.e sebelah positif terjana sepenuhnya

Kedudukan Angker (Armature) pada kedudukan E.
o Tiada d.g.e terjana
o Ruas penukartertib (commutator) x dan y berlitar pintas.

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

PENJANA ARUS ULANG ALIK (AC) 15

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

16

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

17

JENIS–JENIS PENGULANGALIK (PENJANA)
Penjana atau generator ialah satu mesin yang menukarkan tenaga mekanikal
kepada tenaga elektrik. Penjana terdiri daripada dua (2) jenis iaitu penjana
DC dan penjana AC. Kegunaan asas penjana DC adalah untuk membekalkan
tenaga elektrik kepada peralatan elektrik.

Terdapat dua jenis penjanaan iaitu:
i. Penjanaan Ujaan asing (Separately excited)
ii. Penjanaan Ujaan diri (Self excited)
a. Penjanaan siri (Series wound)
b. Penjanaan pirau (Shunt wound)
c. Penjanaan majmuk (Compund wound)

PENJANAAN UJAAN ASING (Separetaly Excited)
Bagi generator yang besar @ lama kebiasannya generator tersebut
menggunakan arus ujaan luar yang berasingan. Penjanaan ujaan asing ialah
sejenis penjana yang memerlukan arus ujaan DC luar untuk menghasilkan
medan magnet kutub.

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

18

Gambarajah blok bahagian penjanaan ujaan asing

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

19

Kendalian litar bagi penjanaan ujaan asing (Separately excited)

Bekalan Gegelung Carbon brush Voltan
Voltan medan keluaran
(bateri) (Field Angker
winding) (Armature)

Litar setara penjanaan ujaan asing

Kendalian Litar

Penjanaan ujaan asing ialah sejenis penjana yang memerlukan arus ujaan
DC (exciter current) luar atau bekalan elektrik daripada luar untuk
menghasilkan fluks magnet pada gegelung medan (field winding). Bateri/sel
bateri digunakan untuk membekalkan arus ujaan DC (exciter current)
kepada gegelung medan (field winding).
Apabila arus ujaan DC (exciter current) melalui gegelung medan (field
winding), maka kesan daripada pengaliran arus ujaan DC (exciter current)
tersebut akan menyebabkan wujudnya fluks magnet di sekitar gegelung
medan (field winding).
Angker (Armature) akan berputar dan memotong fluks magnet (hasil
daripada medan magnet pada gegelung medan (field winding). Hasil
daripada pemotongan fluks magnet tersebut maka akan terhasil voltan
aruhan.
Voltan tersebut akan disalurkan melalui brush karbon (carbon brush) maka
terhasilah voltan keluaran (output voltage).

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

20

PENJANAAN UJAAN DIRI (Self Excited)

Penjanaan ujaan diri (self excited) ialah penjana yang menghasilkan medan
utama dari kesan kemagnetan baki (residual magnetizing) yang terdapat di
dalam teras medan.
Penjanaan ujaan terdiri daripada tiga (3) jenis iaitu:-

a. Penjanaan siri (Series wound)
b. Penjanaan pirau (Shunt wound)
c. Penjanaan majmuk (Compund wound)

Gambarajah blok bahagian penjanaan ujaan diri

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

21

Kendalian litar bagi penjanaan Ujaan Diri (Self excited)

Kendalian Litar
Penjanaan ujaan diri (self excited) tidak memerlukan bekalan elektrik dari
luar tidak seperti penjanaan ujaan asing (separately excited).

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

22

Ini kerana masih terdapat kesan kemagnetan baki (residual magnetizing)
atau arus baki (residual current) yang terdapat di dalam teras medan, di
dalam exciter stator walaupun generator atau penjana dimatikan (off).
Kebanyakan generator atau penjana moden dan terkini banyak
menggunakan penjanaan jenis ujaan diri (self exited).
Ini kerana penjanaan jenis ini mudah untuk diselenggara dan dapat
mengurangkan kos penyelenggaraan.

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

23

Kendalian litar bagi Penjanaan Siri (Series-Wound)

Arus baki (residual current) @ kesan
kemagnetan baki (residual
magnetizing) yang terdapat di dalam
gegelung

Litar skematik Penjana Siri (Series – Wound)

Gegelung medan (field winding @ Series field) penjana siri disambungkan secara
siri dengan gegelung angker (armature winding) yang menerima arus ujaan (hasil
daripada arus baki @ kesan kemagnetan baki) daripada gegelung medan (field
winding @ Series field).

Kendalian Litar

Voltan keluaran terhasil (output generator) apabila masih terdapat kesan
kemagnetan baki @ arus baki di dalam gegelung medan (field winding @
Series field).
Baki daripada kesan kemagnetan baki @ arus baki ini digunakan sebagai
arus ujaan permulaan untuk menghasilkan fluks magnet di gegelung
angker.
Peningkatan voltan keluaran bergantung kepada nilai arus ujaan yang
dihasilkan.

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

24

Kendalian litar bagi Penjanaan Pirau (Shunt-Wound)

Arus baki (residual current) @ kesan
Aruskebmakaig(rneestiadnuablackui r(rreensitd)ual magnetizing)
@ keyasanng kteermdaapgnaet tdaindbalaakmi gegelung
(residual magnetizing) yang
terdapat di dalam gegelung

Litar skematik Penjana Pirau (Shunt – Wound)

Gegelung medan (Shunt field @ field winding) penjana Pirau disambungkan
secara selari dengan gegelung angker (armature winding) yang menerima arus
ujaan (hasil daripada arus baki @ kesan kemagnetan baki) daripada gegelung
medan (Shunt field @ field winding).

Kendalian Litar
Voltan keluaran terhasil (output generator) apabila masih terdapat kesan
kemagnetan baki @ arus baki di dalam gegelung medan (Shunt field @ field
winding)
Baki daripada kesan kemagnetan baki @ arus baki ini digunakan sebagai
arus ujaan permulaan untuk menghasilkan fluks magnet di gegelung
angker.
Peningkatan voltan keluaran bergantung kepada nilai arus ujaan yang
dihasilkan.

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

25

Kendalian litar bagi Penjanaan Majmuk (Compound-Wound)

Litar skematik Penjana Majmuk (Compound – Wound)

Penjana jenis ini mempunyai gegelung medan siri (Series field) dan gegelung
medan pirau (Shunt field). Kedua-dua jenis penjana majumuk ini menghasilkan
voltan keluaran yang sama, sebagaimana yang ditunjukkan dalam rajah di atas.

Kendalian Litar

Voltan keluaran terhasil (output generator) apabila masih terdapat kesan
kemagnetan baki @ arus baki di dalam gegelung medan (Shunt field @ field
winding).
Baki daripada kesan kemagnetan baki @ arus baki ini digunakan sebagai
arus ujaan permulaan untuk menghasilkan fluks magnet di gegelung
angker.
Peningkatan voltan keluaran bergantung kepada nilai arus ujaan yang
dihasilkan.
Gegelung ini biasanya disambungkan untuk membolehkan menyalurkan
ampere/pusingan antara satu sama lain. Kesannya, beban yang lebih besar,
fluks dan EMF yang terjana adalah lebih besar.

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

26

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

27

 PMG berfungsi untuk mengaruhkan/induce AC Voltage untuk diberikan kepada AVR.
 Nilai AC Voltage dalam PMG bergantung kepada bilangan lilitan, kelajuan rpm, bilangan

pole dan kekuatan medan magnet.

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

28

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

29

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

30

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

31

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

32

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

33

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

34

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

35

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

36

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

37

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

38

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

39

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

40

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

41

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

42

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

43

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

44

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

45

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

46

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

47

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

48

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

49

MODUL ALTERNATOR AHMAD NADZRI BIN CHE ZAN

50