BAB II DASAR TEORI
2.7 Rugi-Rugi Daya dan Efisiensi Generator
Suhu kerja dari suatu generator sangat erat hubungannya dengan usia, karena keausan dari isolasinya merupakan fungsi waktu dan suhu. Keausan merupakan gejala kimiawi yang melibatkan adanya oksidasi lambat dan pengerapuhan yang menyebabkan terjadinya penyusutan mekanis dan kekuatan listrik.
Pertimbangan terhadap rugi – rugi mesin merupakan hal yang sangat penting, karena rugi – rugi dapat menentukan :
a) Rugi – rugi dapat menentukan efisiensi mesin dan cukup berpengaruh terhadap biaya pemakaiannya.
b) Rugi – rugi menentukan pemanasan mesin sehingga menentukan keluaran daya atau ukuran yang dapat diperoleh tanpa mempercepat keausan isolasi.
c) Jatuhnya tegangan atau komponen arus yang bersangkutan dengan rugi- rugi yang dihasilkan harus diperhitungkan dengan semetinya dalam penampilan mesin.
Rugi-rugi yangterdapat pada generator sinkron dibagi menjadi beberapa bagian diantaranya:
1. Rugi-rugi tembaga
Rugi listrik dikenal juga dengan rugi tembaga. Rugi – rugi tembaga ditemukan pada semua belitan pada mesin, dihitung berdasarkan pada tahanan dari lilitan pada suhu 750 C. Rugi-rugi tembaga pada stator dihitung berdasarkan Persamaan (2.5) empiris yang besarnya adalah :
……..………(2.6) Dengan :
= Rugi hysteresis (Watt)
h = Koefisien steinmetz histerisis (Joule/ ), perhatikan Tabel 2.2 tentang nilai h dari bermacam-macam bahan
= Kerapatan flux (Wb/ ) V = Volume inti ( )
f = Frekuensi
Tabel 2.2 Nilai Koefisien Steinmentz Histerisis [15]
Bahan h (Joule/ ),
3. Rugi-rugi gesek dan angin (Mekanik)
Rugi gesek yang terjadi pada pergesekan sikat dan sumbu. Rugi ini dapat diukur dengan menentukan masukan pada mesin yang bekerja pada kecepatan yang semestinya tetapi tidak diberi beban. Rugi angin (windageloss) atau disebut juga rugi buta (stray loss) akibat adanya celah udara antara bagian rotor dan bagian stator. Besar rugi gesek dan angin sangat kecil dan sering diabaikan. Rugi-rugi gesek dan angin sekitar 10%-20% dari Rugi-rugi total pada beban penuh.
Pmekanik = 10% x Pt………. (2.7)
4. Rugi-rugi Nyasar
Rugi-rugi nyasar (stray losses) adalah rugi-rugi akibat pembagian arus yang tidak seragam pada tembaga dan rugi-rugi inti tambahan dan bernilai kecil, sehingga tidak terlalu mempengaruhi effisiensi.
Pada umumnya yang disebut efisiensi adalah perbandingan antara daya output dengan daya input seperti Persamaan 2.8
...(2.8) Dengan:
Pin = Po +
Ploss = + + Pmekanik
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Tempat Penelitian
Penelitian akan dilaksanakan di Laboratorium Konversi Energi Listrik, Departemen Teknik Elektro, Universitas Sumatera Utara.
3.2 Prosedur Penelitian
Adapun prosedur yang dilakukan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Studi Literatur
Studi literatur dilakukan dengan mempelajari teori-teori yang berkaitan dengan topik penelitian yang terdiri dari buku referensi, jurnal penelitian, layanan internet, dan diskusi dengan dosen pembimbing.
2. Perancangan Alat
Melakukan perancangan alat seperti pemilihan komponen yang digunakan.
3. Perancangan Generator
Tahap pertama yaitu merancang generator dengan konfigurasi belitan Concentrated pada stator. Metode yang digunakan pada penelitian adalah perhitungan dengan memperhatikan keluaran generator sebagai konstanta pada kisaran daya:
- Daya 100 watt
- Tegangan 3 phasa 110 volt - Frekuensi 50 Hz
Tahapan yang dilakukan:
a. Menentukan dimensi dan struktur rotor, jumlah kutub, kerapatan fluks magnet, dan fluks maksimum.
b. Menentukan dimensi dan struktur stator, jumlah lilitan per phasa, dan ukuran konduktor.
c. Membuat stator dengan bentuk belitan Concentrated Winding.
d. Membuat stator dengan bentuk belitan Toroidal Winding.
e. Mengatur airgap antara stator dan rotor.
f. Pengujian generator.
4. Pengambilan dan Analisis Data
Melakukan pengambilan data dan analisis data yang telah didapat pada pengujian alat kemudian diambil kesimpulan dari penelitian.
3.3 Flowchart
Diagram alir penelitian adalah suatu alur dalam bentuk gambar dimana diagram alir ini akan dijelaskan tahapan-tahapan proses penelitian yang akan digunakan. Diagram alir pada penelitian ini ditunjukkan pada Gambar 3.1
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian
3.4 Perancangan Generator
Sebelum membandingkan dua bentuk belitan, langkah pertama yang dilakukan adalah merancang generator dengan konfigurasi Concentrated Winding sebagai acuan untuk membandingkan dengan konfigurasi Toroidal Winding. Pada Tabel 3.1 ditunjukkan parameter umum generator sebagai refrensi pembanding.
Tabel 3.1 Parameter Umum Generator
Parameter Nilai
Daya 100 watt
Tegangan 3 phasa 110 volt
Jumlah phasa 3
Frekuensi 50 Hz
Kecepatan putar 500 rpm
3.4.1 Perancangan Rotor
Rotor merupakan bagian yang berputar pada generator. Pada perancangan ini menggunakan double side internal stator atau dua buah rotor yang terhubung oleh satu poros. Rotor yang akan dirancang berbentuk silinder. Pada Gambar 3.2 ditampilkan desain rotor yang akan dirancang dengan polaritas antar magnet N-S.
Gambar 3.2 Desain Rotor dan Penempatan Magnet
Rotor berfungsi sebagai kumparan medan dan untuk menghasilkan medan magnetik digunakan magnet permanen. Pada perancangan ini, magnet permanen yang digunakan yaitu jenis magnet Neodymium N52. Magnet Neodymium merupakan jenis magnet yang paling banyak digunakan karena sangat kuat.
Gambar 3.3 menunjukkan jenis magnet yang digunakan.
Gambar 3.3 Magnet Neodymium N52
Densitas fluks magnet (Br) jenis Neodymium N52 berdasarkan hasil pengukuran menggunakan alat ukur gauss meter ditunjukkan pada Gambar 3.4
Gambar 3.4 Hasil Pengukuran Densitas Fluks Magnet
Spesifikasi magnet permanent jenis Neodymium yang digunakan
Jumlah kutub per rotor 12 buah Densitas fluks (Br) 0,54 T
Dikarenakan magnet yang digunakan berbentuk lingkaran maka untuk menentukan luasan area magnet digunakan Persamaan (3.1)
………(3.1)
Dengan:
= Luas magnet ( ) = Diameter magnet (m)
Untuk menentukan densitas fluks magnet maksimum digunakan Persamaan (3.2)
= Celah udara (mm)
Sehingga fluks magnetik maksimum yang dihasilkan rotor dapat menggunakan Persamaan (3.3)
………..(3.3) Dimana:
= Fluks magnetic (Wb) = Luas magnet ( )
= Densitas fluks magnet maksimum (T)
3.4.2 Perancangan Stator
Stator merupakan bagian yang diam pada generator. Pada perancangan ini stator berfungsi sebagai kumparan jangkar yang menghasilkan tegangan keluaran generator. Stator yang dirancang berbentuk bulat. Gambar 3.5 memperlihatkan desain stator yang akan dirancang.
Gambar 3.5 Rancangan Desain Stator
Stator yang digunakan pada Concentrated Winding dan Toroidal Winding adalah sama. Pada Concentrated Winding terdapat dua sisi slot kumparan agar dapat memanfaatkan fluks magnetik dari kedua rotor. Namun kumparan pada sisi yang satu dengan sisi yang lain akan diserikan sehingga kedua sisi tersebut akan tetap menghasilkan 9 buah kumparan. Gambar 3.6 memperlihatkan desain stator dengan konfigurasi Concentrated Winding.
Gambar 3.6 Desain Konfigurasi Concentrated Winding
Sementara pada Toroidal Winding lebih sederhana dimana tiap kumparan sudah tersedia slot kumparan sebanyak 9 buah yang langsung dapat memanfaatkan fluks magnetik dari kedua rotor. Gambar 3.7 memperlihatkan desain stator dengan konfigurasi Toroidal Winding.
Gambar 3.7 Desain Konfigurasi Toroidal Winding
Untuk menentukan jumlah koil pada stator tiga phasa ditunjukkan pada Tabel 3.3
Tabel 3.3 Jumlah Koil Pada Stator 3 Phasa[3]
Jumlah Koil
Jumlah Pasang Kutub
Jumlah Koil per Phasa
6 8 2
9 12 3
12 16 4
15 20 5
18 24 6
Untuk menentukan banyaknya jumlah lilitan per phasa, maka digunakan
Untuk menentukan nilai arus pada belitan stator tiap phasa dapat digunakan Persamaan (3.5)
Untuk menghitung luas penampang konduktor/kawat tembaga pada stator dapat digunakan Persamaan (3.6)
………(3.6)
Dengan:
S = Luas penampang kawat tembaga ( ) I = Arus tiap phasa (A)
= Jumlah kawat parallel
= Kerapatan arus pada konduktor stator (A/ )
Maka, untuk menentukan diameter konduktor dapat menggunakan Persamaan (3.7)
√
……….(3.7)Dengan:
d = Diameter konduktor (mm)
S = Luas penampang kawat tembaga ( )
3.5 Tahapan Pengerjaan 3.5.1 Bahan dan Peralatan
Adapun bahan yang digunakan dalam perancangan alat ini adalah sebagai berikut:
1. Resin dan katalis 2. Fiber glass
3. Magnet Neodymium 20x10 mm 4. Besi untuk bahan stator
5. Kayu sebagai dudukan stator 6. Kawat tembaga diameter 0,45 mm
Adapun alat yang digunakan dalam perancangan adalah sebagai berikut:
1. Mesin bor 2. Mesin gerinda 3. Solder
4. Baut
5. Pulley diameter 6 inch as 12 mm 6. Karet belting
Adapun peralatan yang digunakan saat pengujian adalah sebagai berikut:
1. Motor DC shunt, digunakan sebagai prime mover generator yang dirancang
Gambar 3.8 Motor DC Shunt
2. Multimeter digital type Cd800a, digunakan untuk mengukur tegangan dan frekuensi generator yang dirancang
Gambar 3.9 Multimeter Digital Type Cd800a
3. Clamp multimeter digital UNI-T type UT201, digunakan untuk mengukur arus tiap phasa pada generator yang dirancang
Gambar 3.10 Clamp Multimeter Digital UNI-T Type UT201
4. Kabel jumper, digunakan sebagai penghubung antara generator yang dirancang dengan beban.
3.5.2 Proses Pengerjaan
Proses yang dilakukan dalam pengerjaan alat adalah:
1. Membuat rotor
Proses pembuatan rotor dilakukan dengan tahapan-tahapan sebagai berikut:
- Mencetak desain rotor berdasarkan dimensi dan ukuran-ukurannya
Gambar 3.11 Desain Rotor
- Meletakkan magnet sesuai desain dengan polaritas utara-selatan
- Mengecor magnet menggunakan campuran resin, katalis, dan fiber glass sesuai kebutuhan. Kemudian ditunggu sampai kering.
Gambar 3.12 Pengecoran Magnet
2. Membuat stator
Proses pembuatan stator dilakukan dengan tahapan-tahapan sebagai berikut:
- Mencetak desain stator berdasarkan dimensi dan ukuran-ukurannya
Gambar 3.13 Desain Dua Dimensi Stator
Gambar 3.14 Desain Tiga Dimensi Stator
- Membubut besi sesuai dengan desain stator
- Melilit kawat tembaga yang sudah ditentukan pada slot koil yang disediakan - Merapikan dan kemudian merangkai koil menjadi hubungan wye 3 phasa
3.6 Rangkaian Pengujian
Pengujian generator dilakukan menggunakan motor DC tipe shunt sebagai penggerak mula generator aksial yang dirancang. Pengujian terhadap generator menggunakan hubungan bintang, dengan tanpa beban yaitu diuji dengan beban nol sehingga dapat diukur tegangan yang dihasilkan sedangkan pengujian berbeban yaitu diuji dengan variasi besar tahanan hingga mendapatkan beban maksimal sehingga dapat diukur tegangan, arus, dan daya yang dihasilkan.
3.6.1 Pengujian Generator Tanpa Beban
Pengujian ini bertujuan untuk mengenal struktur umum dan cara kerja generator saat tanpa beban. Pada pengujian ini, dikarenakan fluks yang dihasilkan
oleh magnet permanent adalah konstan (tidak menggunakan eksitasi), generator pengujian tanpa beban dapat mengetahui hubungan tegangan terinduksi terhadap perubahan frekuensi. Berikut langkah-langkah pengujian generator tanpa beban:
1. Rangkai alat-alat seperti gambar rangkaian percobaan tanpa beban pada Gambar 3.15
Gambar 3.15 Rangkaian Percobaan Tanpa Beban
2. Saklar S1 dalam keadaan terbuka.
3. Tutup saklar S1, kemudian prime mover dihidupkan.
4. Atur kecepatan prime mover di kecepatan 500 rpm.
5. Catat tegangan keluaran phasa ke phasa dan per phasa R, S, dan T.
6. Kemudian kecepatan prime mover diturunkan sampai nol.
7. Pengujian selesai.
3.6.2 Pengujian Generator dengan Beban Resistif
Karakteristik kerja suatu generator dalam keadaan normal yang utama ialah merupakan hubungan antara tegangan terminal, arus beban serta putaran nya.
Pada pengujian generator pengaturan berbeban, generator diberi beban variable resistif dengan Rmaks = 60 ohm. Berikut langkah-langkah pengujian generator beban resistif:
1. Rangkai alat-alat seperti gambar rangkaian percobaan dengan beban variable (diubah-ubah) seperti pada Gambar 3.16
Gambar 3.16 Rangkaian Percobaan dengan Pengaturan Berbeban
2. Saklar S1 dalam keadaan terbuka.
3. Tutup saklar S1 dan saklar beban, kemudian prime mover dihidupkan.
4. Atur kecepatan prime mover di kecepatan 500 rpm dan dijaga konstan.
5. Kemudian tiap phasa diberi beban variable resistif mulai 60 ohm.
6. Catat keluaran tegangan tiap phasa R, S, dan T dan arus Ir, Is, dan It dengan kenaikan daya beban.
7. Kemudian kecepatan prime mover diturunkan sampai nol.
8. Pengujian selesai.
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Perancangan Generator
Generator terdiri dari dua bagian utama yaitu rotor dan stator. Pada Gambar 4.1 dan 4.2 ditampilkan hasil perancangan generator.
Gambar 4.1 Rancangan Generator Double Side Internal Stator
Gambar 4.2 Generator Tampak Samping
4.2 Perhitungan
4.2.1 Perhitungan Desain Rotor
Rotor yang dirancang menggunakan bahan kimia campuran antara resin dan katalis sebagai tempat dudukan magnet. Jumlah magnet yang digunakan sebanyak 12 buah per rotor. Gambar 4.3 memperlihatkan bentuk rotor yang sudah dibuat.
Gambar 4.3 Rotor
Pada Tabel 4.1 ditunjukkan spesifikasi rotor yang telah dikerjakan.
Tabel 4.1 Spesifikasi Rotor
Spesifikasi Keterangan
Jumlah kutub per rotor (p) 12
Diameter magnet 2 cm
Tebal magnet ( ) 1 cm
Jarak antar magnet (τƒ) 1 cm Radius luar magnet (Ro) 6,73 cm Radius dalam magnet (Rin) 4,73 cm Densitas fluks magnet (Br) 0,54 T
Jarak air gap ( ) 1 mm
Spesifikasi rotor tersebut dapat dihitung menggunakan persamaan sebagai berikut:
1. Menghitung jumlah kutub pada rotor.
Untuk menentukan jumlah kutub pada rotor maka dapat digunakan Persamaan (2.3)
Dengan:
Kecepatan putar (
n
)= 500 rpm Frekuensi (ƒ
) = 50 HzMaka, jumlah kutub pada rotor adalah:
n
=p
=p
= 122. Menentukan ukuran rotor.
Jarak antar magnet ditentukan 1 cm, maka ketika disimulasikan pada software AutoCAD 2017 diperoleh diameter luar rotor (Dout) sebesar 13,46 cm atau radius luar magnet (Ro) sebesar 6,73 cm dan diameter dalam rotor (Din) sebesar 9,46 cm atau radius dalam magnet (Rin) sebesar 4,73 cm. Untuk diketahui bahwa diameter luar dan diameter dalam suatu rotor sama dengan diameter luar dan diameter dalam stator.
3. Menghitung luasan area magnet.
Untuk menghitung luas area permukaan magnet maka dapat menggunakan Persamaan (3.1)
Dengan:
Diameter magnet ( = 2 cm (pada Tabel 3.2) Maka, luas area permukaan magnet adalah:
4. Menghitung densitas fluks magnet maksimum.
Nilai kerapatan fluks maksimum yang dihasilkan magnet dapat menggunakan Persamaan (3.2)
Dengan:
Tebal magnet ( ) = 1 cm (pada Tabel 3.2) Jarak air gap ( ) = 0,1 cm
Maka, nilai kerapatan fluks maksimum yang dihasilkan magnet adalah:
( ) (
)
5. Menghitung fluks maksimum yang dihasilkan rotor.
Jumlah medan magnet maksimum yang melewati suatu kumparan dapat menggunakan Persamaan (3.3)
.0,49 = Wb
4.2.2 Perhitungan Desain Stator
Stator yang dirancang menggunakan inti besi sebagai tempat dudukan kumparan. Pada stator ini terdapat 9 buah slot koil atau per phasanya 3 buah slot koil. Jumlah lilitan pada stator adalah 1860 lilit per phasa. Gambar 4.4, 4.5, dan 4.6 memperlihatkan stator yang sudah dikerjakan.
Gambar 4.4 Stator Sebelum Dililit Kawat Tembaga
Gambar 4.5 Stator Concentrated Gambar 4.6 Stator Toroidal Winding Winding
Pada Tabel 4.2 ditunjukkan spesifikasi stator yang telah dikerjakan.
Tabel 4.2 Spesifikasi Stator
Spesifikasi Keterangan
Jumlah lilitan per phasa 1860
Jumlah koil 9
Jumlah phasa 3
Diameter kawat 0,45 mm
Diameter luar stator (Do) 13,46 cm Diameter dalam stator (Din) 9,46 cm
Spesifikasi stator tersebut dapat dihitung menggunakan persamaan sebagai berikut:
1. Menentukan jumlah koil.
Berdasarkan Tabel 3.3, jika jumlah kutub ada 12 pasang maka jumlah koil pada stator adalah 9 atau tiap phasa terdapat 3 koil.
2. Menghitung jumlah lilitan.
Jumlah lilitan stator sangat menentukan besarnya tegangan yang akan dibangkitkan suatu generator, untuk menentukan banyaknya jumlah lilitan stator per phasa dapat menggunakan Persamaan (3.4)
Dengan:
Sehingga banyaknya jumlah lilitan stator tiap phasa adalah:
3. Menentukan diameter konduktor/kawat tembaga.
Besarnya arus tiap phasa pada stator ditentukan pada Persamaan (3.5) Dengan:
Daya keluaran (Pout) = 100 watt Jumlah phasa (m) = 3
Tegangan phasa ke netral = 63,508 volt Faktor daya ( ) = 0,8 [3]
Maka, arus tiap phasa pada stator adalah:
Kerapatan arus pada kawat tembaga di stator dapat diasumsikan A/ (biasa digunakan untuk mesin AC sampai dengan kapasitas 100 kW). Untuk menghitung luas penampang ditentukan oleh Persamaan (3.6) Dengan:
Jumlah kawat parallel ( ) = 1 Maka luas penampang kawat tembaga adalah:
Sehingga untuk mendapatkan diameter konduktor yang diinginkan digunakan Persamaan (3.7)
√
√
= 0,45 mm (dipilih)
Maka diameter yang dipilih adalah 0,45 mm.
4.3 Spesifikasi Generator Tipe Concentrated Winding dan Toroidal Winding Dari perhitungan di atas diperoleh spesifikasi generator axial flux permanent magnet (AFPM) yang akan digunakan pada konfigurasi Concentrated Winding dan Toroidal Winding. Spesifikasi generator ditunjukkan pada Tabel 4.3
Tabel 4.3 Spesifikasi Concentrated Winding dan Toroidal Winding
Item Concentrated
Winding
Toroidal Winding
Jumlah kutub 12 12
Jumlah koil stator 9 9
Jumlah lilitan/phasa 1860 1860
Diameter luar rotor 13,46 cm 13,46 cm
Diameter dalam rotor 9,46 cm 9,46 cm
Jarak antar magnet 1 cm 1 cm
Densitas fluks magnet 0,54 T 0,54 T
Ketebalan magnet 1 cm 1 cm
Lebar airgap 1 mm 1 mm
Material magnet Neodymium Neodymium
Material inti Besi Besi
4.4 Pengujian
4.4.1 Pengujian Generator Konfigurasi Concentrated Winding 1. Pengujian Tanpa Beban Konfigurasi Concentrated Winding
Pada generator AFPM konfigurasi concentrated winding pengujian dilakukan terhadap generator 3 phasa hubung bintang tanpa beban sehingga dapat diukur tegangan, frekuensi dan putaran yang dihasilkan. Kenaikan dari tegangan terinduksi dan frekuensi generator dipengaruhi oleh besar kenaikan kecepatan putar generator seperti ditunjukkan pada Tabel 4.4 dan Tabel 4.5 dihasilkan hubungan kecepatan putar generator terhadap tegangan keluaran phasa ke netral dan phasa ke phasa serta frekuensi yang dihasilkan generator.
Tabel 4.4 Data Tegangan Phasa ke Netral Tanpa Beban Konfigurasi Concentrated Winding
Tabel 4.5 Data Tegangan Phasa ke Phasa Tanpa Beban Konfigurasi Concentrated Winding
Rpm
f (Hz)
Tegangan (V) R-S S-T T-R 100 10 21,1 20,7 21,4 200 20 38,6 38,2 38,6 300 30 63,6 60,9 63,6 400 40 92,0 91,1 92,1 500 50 106,7 107 105,8
Pada Tabel 4.4 dan Tabel 4.5 dapat dilihat nilai tegangan yang terinduksi phasa ke netral dan phasa ke phasa mengalami kenaikan terhadap besar kecepatan putar generator dengan kenaikan frekuensi 10-50 Hz. Hal tersebut ditunjukkan pada Persamaan (2.3) dan Persamaan (2.4) dimana besarnya tegangan terinduksi berbanding lurus terhadap kecepatan putar generator.
Dari Tabel 4.4 dapat digambarkan grafik hubungan antara kenaikan kecepatan putaran terhadap tegangan phasa ke netral seperti pada Gambar 4.7
Gambar 4.7 Grafik Hubungan Pengaruh Putaran Terhadap Tegangan Phasa ke Netral Tanpa Beban Konfigurasi Concentrated Winding
Pada Gambar 4.7 dapat dilihat grafik hubungan tegangan yang terinduksi oleh kenaikan kecepatan putar generator. Dari kecepatan putar 100-500 rpm, tegangan yang terinduksi pada tegangan saluran sebesar 11,9-61,3 volt. Hal ini sudah sesuai teori yang menyatakan bahwa besarnya tegangan berbanding lurus dengan kecepatan putar generator.
Dari Tabel 4.5 dapat digambarkan grafik hubungan antara putaran terhadap tegangan phasa ke phasa seperti pada Gambar 4.8
0
Gambar 4.8 Grafik Hubungan Pengaruh Putaran Terhadap Tegangan Phasa ke Phasa Tanpa Beban Konfigurasi Concentrated Winding
Pada Gambar 4.8 menunjukkan hubungan yang berbanding lurus antara kecepatan putar generator dengan tegangan keluaran generator. Semakin cepat generator maka semakin besar tegangan keluaran yang dihasilkan. Besar tegangan phasa ke phasa √ dihasilkan tegangan 20,7-107 volt dengan perubahan kecepatan putar 100-500 rpm.
Perbandingan nilai tegangan pada teori dan pengujian memiliki perbedaan dikarenakan berbagai faktor yang mempengaruhi dan terdapat kesalahan-kesalahan yang membuat hasil perhitungan berbeda pada saat melakukan pengujian. Perbandingan tersebut bertujuan untuk mengetahui tingkat akurasi dan performa generator. Bisa saja nilai hasil perhitungan yang didapat lebih besar daripada nilai hasil yang didapat pada saat pengukuran, maupun sebaliknya.
0
Untuk mengetahui nilai perbandingan tegangan perhitungan dan tegangan pengujian dapat dilihat pada persamaan berikut:
Maka untuk kecepatan putar 500 rpm frekuensi 50 Hz dengan tegangan phasa ke phasa diperoleh perbandingan tegangan perhitungan dan tegangan pengujian yaitu:
Perbandingan dari tegangan perhitungan dan tegangan pengujian pada kecepatan 500 rpm frekuensi 50 Hz sekitar 3,18%. Hal ini disebabkan adanya rugi-rugi pada bagian stator dan rotor dimana fluks magnetic yang dihasilkan tidak semua diserap oleh koil dan juga proses melilit kumparan yang dilakukan secara manual sehingga kumparan tidak sempurna sehingga hasil pengujian lebih kecil dari perhitungan teoritis.
2. Pengujian Berbeban Resistif Konfigurasi Concentrated Winding
Pengujian berbeban dilakukan untuk mendapatkan nilai arus dan tegangan.
Beban yang digunakan pada pengujian ini yaitu beban resistif. Pengujian berbeban resistif dilakukan dengan variasi jumlah tahanan beban hingga mendapatkan daya keluaran maksimum generator. Pembebanan menggunakan tahanan geser dengan rentang 10 – 80 ohm. Gambar 4.9 menunjukkan rangkaian pengujian berbeban tahanan geser.
Gambar 4.9 Rangkaian Pengujian Berbeban Tahanan Geser Konfigurasi Concentrated Winding
Dengan variasi tahanan beban diperoleh data seperti Tabel 4.6 berikut.
Tabel 4.6 Data Pengujian Generator AFPM Konfigurasi Concentrated Winding Berbeban (Tahanan Geser)
Rpm f (Hz)
Tahanan Beban (Ω)
Tegangan (V) Arus (A)
R-N S-N T-N R S T
500 50 80 47,6 47,3 47,4 0,59 0,58 0,58 500 50 70 46,0 45,5 45,4 0,63 0,64 0,64 500 50 60 42,7 42,5 41,2 0,69 0,70 0,72 500 50 50 41,6 41,4 40,8 0,77 0,78 0,78 500 50 40 36,8 35,8 35,7 0,89 0,90 0,91 500 50 30 33,2 32,6 32,4 1,02 1,05 1,01 500 50 20 25,7 25,8 25,5 1,26 1,28 1,26
Pada Tabel 4.6 terdapat beban generator yang terpasang pada terminal-terminalnya untuk mengukur kecepatan putar, frekuensi, tegangan terminal, dan arus beban yang dihasilkan. Dengan menjaga frekuensi dan kecepatan putar konstan pada saat beban 30 ohm dihasilkan tegangan dan arus pembebanan phasa R, S, T sebesar 33,2 volt; 32,6 volt; 32,4 volt dan 1,02 A; 1,05 A; 1,01 A. Daya yang dihasilkan sebesar 100,81 watt.
Dari Tabel 4.6 dapat digambarkan grafik hubungan antara tahanan beban dengan tegangan seperti pada Gambar 4.10
Gambar 4.10 Grafik Hubungan Pengaruh Variasi Tahanan Beban Terhadap Tegangan Pada Kondisi Berbeban Konfigurasi Concentrated Winding
Pada Gambar 4.10 diketahui kenaikan tegangan beban tiap phasa yang dihasilkan dipengaruhi kenaikan tahanan beban yang diberikan. Pada saat tahanan beban sebesar 20 ohm dihasilkan tegangan terminal R, S, T yaitu 25,7 volt; 25,8 volt; 25,5 volt dan pada saat tahanan beban sebesar 80 ohm dihasilkan tegangan
0
terminal R, S, T yaitu 47,6 volt; 47,3 volt; 47,4 volt. Hal ini sesuai dengan Persamaan V = IR yang menyatakan bahwa kenaikan tahanan beban berbanding lurus dengan kenaikan tegangan.
Dari Tabel 4.6 dapat digambarkan grafik hubungan antara tahanan beban dengan arus seperti pada Gambar 4.11
Gambar 4.11 Grafik Hubungan Pengaruh Variasi Tahanan Beban Terhadap Arus Pada Kondisi Berbeban Konfigurasi Concentrated Winding
Pada Gambar 4.11 dapat dilihat bahwa hubungan arus terhadap kenaikan tahanan beban berbanding terbalik. Hal ini sesuai dengan Persamaan V = IR dimana semakin besar nilai tahanan maka semakin kecil nilai arus yang dihasilkan. Pada saat tahanan beban 80 ohm dihasilkan arus beban phasa R, S, T sebesar 0,59 A; 0,58 A; 58 A dan pada saat tahanan beban 20 ohm dihasilkan arus beban phasa R, S, T sebesar 1,26 A; 1,28 A: 1,26 A. Kenaikan nilai arus berpengaruh terhadap kenaikan daya yang dihasilkan.
0
Besar daya yang dihasilkan generator AFPM konfigurasi concentrated winding untuk tiap phasa ditunjukkan pada Tabel 4.7
Tabel 4.7 Daya Keluaran Generator AFPM Konfigurasi Concentrated Winding Tahanan dengan daya seperti pada Gambar 4.12
Gambar 4.12 Grafik Hubungan Pengaruh Variasi Tahanan Beban Terhadap Daya Keluaran Pada Kondisi Berbeban Konfigurasi Concentrated Winding
97,53
Pada Gambar 4.12 dengan menjaga konstan frekuensi dan kecepatan putar dapat dilihat hubungan antara perubahan nilai tahanan beban dengan daya yang dihasilkan generator. Ketika tahanan divariasikan mulai dari 80 ohm-20 ohm nilai daya yang dihasilkan generator perlahan naik hingga mencapai daya maksimum pada saat tahanan beban sebesar 30 ohm yaitu 100,81 watt. Sementara daya terendah dihasilkan pada saat tahanan beban sebesar 80 ohm yaitu 83 watt.
Kenaikan daya yang dihasilkan berhubungan dengan pengaruh nilai arus dan tegangan generator terhadap perubahan nilai tahanan beban.
Regulasi tegangan saat tanpa beban dan kemudian diberi beban maka akan terjadi penurunan tegangan (drop voltage). Perhitungan drop voltage dilakukan untuk mengetahui pengaruh pembebanan terhadap nilai tegangan keluaran generator. Perhitungan regulasi tegangan didaptkan dari persamaan berikut:
Untuk tahanan beban 80 ohm dengan kecepatan 500 rpm mengalami
Untuk tahanan beban 80 ohm dengan kecepatan 500 rpm mengalami