RANCANG BANGUN MINI GENERATOR FLUKS AKSIAL 1 FASA PUTARAN RENDAH MENGGUNAKAN NEODYMIUM MAGNET (NdFeB) BERBASIS MULTI CAKRAM

(1)

Rancang Bangun Mini Generator Fluks Aksial 1 Fasa...., Puja Setia, FT UMRAH, 2017 | Page 1 of 17

RANCANG BANGUN MINI GENERATOR FLUKS AKSIAL 1 FASA PUTARAN RENDAH MENGGUNAKAN NEODYMIUM MAGNET (NdFeB)

BERBASIS MULTI CAKRAM Puja Setia

Mahasiswa Teknik Elektro, FT, UMRAH, puja.setiawan20@gmail.com

Rozeff Pramana, S.T., MT

Dosen Pembimbing, Teknik Elektro, FT, UMRAH, rozeff_p@yahoo.co.id

Abstrak

Tujuan dari penelitian ini adalah merancang dan membuat generator fluks aksial putaran rendah serta mengamati grafik kinerja karakteristik yang diperoleh dari output

generator. Penelitian ini merupakan jenis penelitian kualitatif. Penelitian yang dilakukan memiliki fokus pada disain sketsa perancangan dan pembuatan obyek komponen generator fluks aksial. Untuk mendapatkan data primer dan data sekunder, peneliti menggunakan teknik observasi, studi pustaka, serta teknik pengukuran dan pengujian. Tingkat performa generator dengan kemampuan sebagai prototipeatau purwarupa pada hasil akhir dari penelitian ini adalah pada putaran 800 rpm dengan frekuensi rata-rata 80 Hz generator dapat membangkitkan tegangan 128 VAC dengan nilai arus 24,5 mA.

Kesimpulan penelitian ini adalah generator fluks aksial multi cakram 1 fasa untuk putaran rendah dapat dirancang dengan spesifikasi 6 buah stator dan 7 keping rotor berbahan aluminium menggunakan magnet neodymium (NdFeB) sebanyak 12 kutub. Masing-masing stator terdapat 6 buah kumparan kawat tembaga dengan diameter 0,6 mm memiliki jumlah lilitan rata-rata sebanyak 100 lilitan. Nilai perbandingan dari hasil perhitungan dan pengukuran pada generator tersebut adalah 5,69 % dan dikatakan telah mendekati nilai tingkat akurasi yang baik. Pada kecepatan 250 rpm nilai tegangan ketika sebelum diberi beban adalah 36,4 VDC dan pada saat diberi beban turun menjadi 16,46 VDC. Nilai faktor regulasi tegangan DC generator tersebut adalah 54,81 %. Drop voltage tersebut disebabkan karena generator tidak dilengkapi perangkat stabilizer tegangan.

Kata Kunci: Generator Fluks Aksial, 1Fasa, Multi Cakram, Neodymium Magnet (NdFeB).

I. PENDAHULUAN A.Latar Belakang

Generator yang tersedia di pasaran biasanya berjenis high speed induction

generator, pada generator jenis ini membutuhkan putaran tinggi dan juga membutuhkan energi listrik awal untuk membuat medan magnetnya (Hasyim Asy’ari, 2014). Seperti generator tipe radial model torus adalah salah satu jenis

generator yang beroperasi pada kecepatan diatas 1500 rpm yang menggunakan ICE

(internal combustion engine) seperti

tenaga diesel sebagai tenaga penggerak utama rotor generator.

Generator low speed yang banyak digunakan adalah generator jenis fluks aksial. Generator jenis ini terus dikembangkan dengan berbagai variasi disain agar didapat tingkat efisiensi yang

(2)

Rancang Bangun Mini Generator Fluks Aksial 1 Fasa...., Puja Setia, FT UMRAH, 2017 | Page 2 of 17 tinggi untuk di implementasikan dengan

sumber daya alam yang ada. Generator fluks aksial tipe rotor ganda stator tunggal adalah salah satu dari pengembangan generator fluks aksial.

Berbagai metode dilakukan oleh peneliti dalam pengembangan generator fluks aksial seperti Dimas Waluyo Jati pada tahun 2012 dengan judul penelitian Perancangan Generator Fluks Aksial Putaran Rendah Magnet Permanen Jenis Neodymium (Ndfeb) Dengan Variasi Celah Udara, penelitian yang dilakukan fokus pada generator fluks aksial keluaran 3 fasa dengan konfigurasi rotor ganda dan stator tunggal menggunakan 6 kumparan dan 8 kutub magnet.

Pada tahun 2014 penelitian tentang generator fluks aksial juga telah dilakukan oleh Frasongko Budiyanto yang berjudul Generator Turbin Angin Putaran Rendah, jenis generator yang dibuat yaitu generator axial fluks magnet permanen cakram tunggal stator tanpa inti besi, tegangan keluaran AC 1 fasa kumparan stator hubung seri non overlapping, penelitian ini menganalisis tegangan keluaran berdasarkan penggunaan variasi kumparan dengan jumlah 5-9 buah terhadap kecepatan rotor tetap 200 rpm.

Pada tahun 2015 Mohammad Fiky Alqodri dalam penelitiannya yang berjudul Rancang Bangun Generator Fluks Aksial Putaran Rendah Magnet Permanen Jenis Neodymium (NdFeB) Untuk Turbin Angin Sumbu Vertikal Tipe Double-Stage Savonius, penelitian yang dilakukan juga fokus pada generator fluks aksial keluaran 3 fasa dengan konfigurasi rotor tunggal dan stator tunggal menggunakan 6 kumparan dan 6 kutub magnet.

Berdasarkan latar belakang dan kajian terdahulu dalam tugas akhir ini penulis bermaksud melakukan penelitian terkait pengembangan generator aksial dengan judul “Rancang Bangun Mini Generator Fluks Aksial 1 Fasa Putaran Rendah

Menggunakan Neodymium Magnet

(NdFeB) Berbasis Multi Cakram”.

B.Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang dan kajian terdahulu, penulis membuat rumusan masalah yang sesuai dengan judul dalam penyusunan skripsi ini yaitu:

1. Bagaimana merancang dan membuat generator fluks aksial 1 fasa putaran rendah berbasis multi cakram ?

2. Bagaimana analisis kinerja generator dan karakteristik output dari generator fluks aksial berbasis multi cakram ?

C.Batasan Masalah

Berdasarkan pada identifikasi masalah, maka penelitian ini dibatasi hanya pada :

1. Desain dan pemodelan yang dibuat adalah sebatas generator fluks aksial dengan rotor multi cakram dan multi stator tanpa inti besi.

2. Pembahasan mengenai prinsip kerja generator fluks aksial (Hukum Faraday) dan perhitungan dari hasil analisa pengujian,

3. Mengetahui kinerja generator fluks aksial 1 fasa dan karakteristik dari tegangan keluaran.

D.Tujuan Penelitian

Dari rumusan masalah yang penulis dapatkan maka bisa di jelaskan tujuan dari penyusunan skripsi ini adalah sebagai berikut:

(3)

Rancang Bangun Mini Generator Fluks Aksial 1 Fasa...., Puja Setia, FT UMRAH, 2017 | Page 3 of 17 1. Merancang dan membuat generator

fluks aksial 1 fasa putaran rendah berbasis multi cakram.

2. Menganalisis kinerja dan membuat grafik karakteristik output generator fluks aksial 1 fasa berbasis multi cakram.

E.Manfaat Penelitian

Adapun kegunaan atau manfaat yang dapat diberikan dalam jangka panjang jika ide konsep gagasan ini bagi peneliti selanjutnya dapat dikembangkan dan direalisasikan ialah sebagai berikut:

1. Bagi Masyarakat

Hasil rancangan generator ini dapat digunakan sebagai salah satu opsi dari berbagai jenis generator fluks aksial dalam pengaplikasiannya pada pembangkit listrik mikro hidro

maupun wind turbine.

2. Bagi dunia pendidikan dan ilmu pengetahuan

Ide konsep gagasan ini dapat digunakan sebagai referensi untuk kajian lebih lanjut khususnya di bidang terkait.

3. Bagi Mahasiswa

Dapat dijadikan sebagai pembelajaran dalam pengembangan ilmu pengetahuan di bidangnya.

II. KAJIAN LITERATUR 1. Generator Fluks Aksial

Generator fluks aksial adalah salah satu jenis mesin listrik yang dapat membangkitkan energi listrik dengan arah aliran fluks secara tegak lurus. (Wijaya A Abdilah dkk, 2016). Bagian stator generator fluks aksial ini dapat dilihat dari berbagai macam variasi diantaranya adalah stator dengan inti

besi berbentuk torus, stator tanpa inti besi, dan jumlah gulungan. Sedangkan rotor pada generator terdiri dari tatakan penyanggah magnet dan juga magnet permanen yang digunakan untuk menghasilkan medan magnet utama, magnet permanen direkatkan atau di tanamkan pada piringan plat (disc) agar kokoh dan tahan getaran pada saat dioperasikan (Firdausi M Kahlil, 2010). Semakin besar luas permukaan permanen magnet yang digunakan, semakin banyak pula fluks magnetik yang dibangkitkan oleh magnet permanen tersebut dan menembus kumparan pada stator, sehingga gaya gerak listrik (GGL) induksi yang dibangkitkan juga semakin tinggi (Piggott, 2009).

Gambar 1. Generator Fluks Axial (Sumber : Steven Fahey, 2006)

2. Konstruksi Generator Aksial a. Stator

Generator fluks aksial memiliki beberapa macam model variasi seperti, kombinasi pada stator dengan inti besi berbentuk torus dan stator tanpa inti besi. Stator dengan bentuk torus memiliki slot kumparan dan ada juga yang tidak memiliki slot pada inti besinya, stator torus biasanya digunakan pada putaran kecepatan tinggi. Inti besi pada bagian tengah

(4)

Rancang Bangun Mini Generator Fluks Aksial 1 Fasa...., Puja Setia, FT UMRAH, 2017 | Page 4 of 17 lilitannya untuk lebih membantu

mengarahkan induksi magnetik menuju kumparan (Jarekson Ramadhan, 2011).

Gambar 2. Stator Tanpa Inti Besi (Sumber : Piggott H, 2014)

b. Rotor

Rotor dari generator aksial fluks permanen magnet (AFPM) terdiri dari dua plat logam atau baja dibuat menyerupai disk yang saling berhubungan dengan magnet permanen yang melekat pada lingkar luar di permukaan atau bagian dalam yang saling berhadapan terhadap kutub yang berlawanan pada kedua magnet disk rotor tersebut (F.G.Rossouw, 2009). Disk baja rotor harus yang dapat memiliki sifat sebagai baja kaku, karena diperlukan untuk mempertahankan jarak airgap atau celah udara antara magnet dengan kumparan stator yang saling berhadapan (J.F.Gieras dkk., 2004).

Gambar 3. Rotor Generator AFPM (Sumber : Steven Fahey, 2006) Terdapat dua cara dalam menyusun magnet pada mesin AFPM, diantaranya yaitu surface-mounted PM dan

embedded PM. Pada tipe

surface-mounted PM, kutub magnet

ditempelkan di atas permukaan rotor sehingga terdapat celah udara antar PM. Sedangkan pada tipe embedded

PM, kutub magnet seolah-olah dimasukkan ke dalam rotor kemudian permukaan rotor dan magnet di buat rata (Chatra Hagusta P, 2011).

Gambar 4. Bentuk Tipe Pemasangan Magnet Pada Rotor

(Sumber : F.G.Rossouw, 2009)

c. Magnet Permanen

Magnet permanen ini tidak memiliki kumparan penguat dan tidak menghasilkan desipasi daya elektrik. Magnet permanen neodymium

merupakan magnet yang bermaterial keras artinya material feromagnetik yang memiliki hysteresis loop yang lebar. Hysteresis loop yang lebar menunjukkan sedikitnya pengaruh induksi dari luar terhadap magnet tersebut (J.F. Gieras dkk., 2004).

Gambar 5. Magnet Permanen

Neodymium

(Sumber : Waluyo Dimas, 2012) Beberapa jenis magnet permanen yang banyak digunakan pada mesin elektrik atau motor listrik diantaranya yaitu:

(5)

Rancang Bangun Mini Generator Fluks Aksial 1 Fasa...., Puja Setia, FT UMRAH, 2017 | Page 5 of 17 a. Alnicos (Al, Ni, Co, Fe)

b. Ceramics (Ferrites), contoh : Barium Ferrite

(BaOx6Fe2O3) dan Strontium

Ferrite (SrOx6Fe2O3)

c. Rare-earth materials

Contoh : Samarium-Cobalt (SmCo) dan Neodymium-Iron-Boron (NdFeB).

Berikut ini pada gambar 6 adalah kurva

demagnetisaisi perbedaan dari ketiga jenis magnet permanen diatas.

Gambar 6. Kurva Demagnetisasi Magnet Permanen

(Sumber : J.F.Gieras dkk., 2004)

3. Tipe-Tipe Generator Axial

a. Tipe Rotor dan Stator Tunggal (Cakram Tunggal)

Generator ini terdiri dari sebuah rotor dan sebuah stator yang mempunyai 3 jenis stator yaitu slotted

stator, slotless stator, dan salient pole

stator. Rotornya terdiri dari sebuah piringan besi kuat yang terdapat magnet di permukaannya Generator ini biasa digunakan pada torsi kecil. Sehingga sangat efektif, bila digunakan pada turbin angin dengan kapasitas kecil (Yicheng C hen dkk., 2004).

Gambar 7. Generator AFPM Tipe Rotor dan Stator Tunggal (Sumber : A. Mahmoudi, 2011)

b. Tipe Rotor Ganda dan Stator Tunggal

Pada mesin AFPM tanpa inti besi (coreless) terdiri dari dua rotor eksternal dan satu stator internal yang terjepit di antara dua rotor (Jarekson Ramadhan, 2011). Perekat kumparan di bentuk seperti trapesium dirakit dengan cetakan bahan dasar resin epoxy

nonconducting non-magnetik.

Akibatnya, daya torsi dorong dapat dihilangkan, dan meningkatkan karakteristik dinamik dan menjadikan generator cut in lebih cepat dalam kecepatan rendah. (W.Z.Fei ,P.C.K. Luk., 2009).

Gambar 8. Generator AFPM Rotor Ganda Tipe N-N Coreless

(Sumber : B. Xia, 2010)

c. Tipe Stator Ganda Rotor Tunggal

Pada generator axial tipe ini terdapat dua buah stator yang mengapit sebuah

(6)

Rancang Bangun Mini Generator Fluks Aksial 1 Fasa...., Puja Setia, FT UMRAH, 2017 | Page 6 of 17 rotor (stator eksternal). Pada tipe ini

tidak ada variasi tipe N-N atau N-S pada rotornya tetapi variasi terjadi pada bentuk konstruksi statornya. Tipe ini efektif jika digunakan pada mesin dengan momen inersia yang kecil yang memiliki sedikit besi pada bagaian rotornya (Andre Atmojo P, 2011).

Gambar 9. Generator AFPM Stator Ganda Rotor Tunggal

(Sumber : Yicheng Chen dkk., 2004)

d. Tipe Rotor dan Stator Banyak

Pada generator tipe ini terdapat lebih dari dua stator atau dua rotor. Generator ini juga memiliki dua tipe yaitu tipe N-N dan tipe N-S pada statornya (Maulana Akbar, 2012). Konstruksi generator multi stator ini cukup besar jika dibandingkan pada tiga tipe sebelumnya.

Gambar 10. Fisik Generator AFPM Rotor Banyak Tipe Coreless

(Sumber : Yu-Ta Tu, dkk., 2004)

4. Prinsip Kerja Generator Aksial

Hukum induksi Faraday menyatakan bahwa apabila jumlah garis gaya yang melalui kumparan diubah, maka garis

gaya listrik diinduksikan dalam kumparan itu. Besarnya garis gaya listrik yang diinduksikan berbanding lurus dengan laju perubahan jumlah garis gaya yang melalui kumparan (Nurhadi A, 2012).

Sehingga didapatkan persamaan (1) seperti berikut ini.

(1) dimana: E = tegangan induksi (v) N = jumlah lilitan ∆Ø = perubahan fluks (Wb) ∆t = waktu (s)

Medan magnet [B] dari rotor tersebut yang akan menembus bidang stator seluas bidang magnet [A] sehingga menghasilkan fluks magnet [Ø] sesuai dengan persamaan (2) berikut ini (Mustofa, 2015).

(2)

(3) Keterangan:

Ømax = fluks – fluks magnet [Wb] Bmax = induksi magnetik [T]

Amagn= luas bidang medan magnet [m2] Ө = Sudut [derjat] = 0

5. Parameter Generator a. Frekuensi

Hubungan antara kecepatan putar dan frekuensi generator dapat dirumuskan pada persamaan berikut ini: (Chapman J Stephen, 2012).

(4)

Ø = A . Br . cos Ө

Ømax = Amagn × Bmax × cos Ө

𝐴𝑚𝑎𝑔𝑛 = π ro2− ri2 − τf(ro − ri ) Nm Nm

(7)

Rancang Bangun Mini Generator Fluks Aksial 1 Fasa...., Puja Setia, FT UMRAH, 2017 | Page 7 of 17 Keterangan :

n = putaran (rpm) f = frekuensi (Hz)

p = jumlah kutub magnet

b. Tegangan pada GGL Induksi

Prinsip kerja generator dalam mengkonversi energi mekanik menjadi energi listrik adalah berdasarkan hokum Faraday. Tegangan induksi yang dihasilkan oleh generator ini dapat dihitung dengan persamaan (6) dan (7) berikut ini : (Piggott,H. 2009).

(6)

(7) (8) Keterangan :

Ein = tegangan induksi (v)

Ømax = fluks – fluks magnet [Wb] Na = Jumlah kumparan x Jumlah lilitan

N = rotasi per sekon (rpm/s) [rpm /60 sekon]

Ns = Jumlah lilitan /spull Nr = Jumlah kumparan(spull) Nph = Jumlah Phasa

Nx = Jumlah Stage

c. Kerapatan Fluks Magnet

Fluks magnet maksimal atau nilai kerapatan fluks magnet maksimum dapat di tentukan dengan dengan persamaan (9) berikut ini (Fiky Alqodri M, 2015).

(9) Keterangan :

Br = Kerapatan fluks (T) lm = Tinggi magnet (m)

δ = Lebar celah udara (m)

Bmax = Fluks magnet maksimal (T)

III. METODE PERANCANGAN A. Perancangan dan Pemodelan

1. Perancangan Stator

a. Rancangan Jumlah dan Diameter Kumparan

Rancangan ini bertujuan untuk mengetahui jumlah kumparan dan ukuran-ukuran yang akan di gunakan pada saat pembuatan kumparan seperti jarak antar kumparan, diameter, dan besar luasan kumparan pada stator.

Gambar 11. Rancangan Diameter dan Jarak Kumparan Stator

b. Disain Susunan Tata Letak Kumparan

Rancangan susunan tata letak kumparan dibuat bertujuan untuk mementukan posisi pembuatan lobang stator untuk ditempatkannya kumparan.

Gambar 12. Rancangan Diameter dan Posisi Kumparan Stator

Na = Nr x Ns / 2 (6)

E = 2 x Ømax x Na x N (7)

(8)

c. Rancangan Model Stator dan Kerangka Generator

Rancangan model stator dibuat dengan tujuan untuk mengetahui bentuk fisik kerangka generator, stator dan lobang kumparan sesuai ukuran yang telah di buat.

Gambar 13. Rancangan Model Stator Aksial

Adapun rancangan disain bagian dari kerangka generator adalah pada ilustrasi gambar 14 dan 15.

1) Kerangka Bagian Sisi Samping Kiri Dan Kanan

Gambar 14. Rancangan Kerangka Sisi Samping Kiri dan Kanan

2) Kerangka Bagian Sisi Atas dan Bawah

Gambar 15. Rancangan Kerangka Sisi Atas dan Bawah

2. Perancangan Rotor

a. Rancangan Jumlah Magnet dan Kutup Magnet

Rancangan ini bertujuan untuk mengetahui jumlah magnet berdasarkan kutubnya, jarak antar magnet, dan jari-jari rotor, serta besar luasan tata letaknya pada plat rotor. Jenis magnet neodymium yang digunakan dalam perancangan generator ini adalah magnet bekas yang di dapatkan dari hard disk rusak yang sudah tidak dipakai lagi, magnet ini tergolong magnet kuat yang ukurannya tipis, kecil, dan ringan, dengan ukurannya yang kecil panjang 4,5 cm mangnet ini mempunyai keunggulan dari magnet lainnya yaitu memiliki 1 pasang kutub magnet (N – S) pada masing-masing sisinya. Untuk lebih jelasnya dapat di lihat pada gambar 16.

Gambar 16. Karakteristik Magnet

NeodymiumHarddisc

penulis membuat rancangan konstruksi dan tata letak magnet

neodymium pada plat berbahan

alumunium, hal ini bertujuan agar rotor dapat di disain dengan model

embedded sehingga kedua sisi magnet tersebut dapat dimanfaatkan secara sekaligus untuk dua buah stator.

(9)

Gambar 17. Rancangan Tata Letak Magnet Pada Plat Rotor

b. Disain Bentuk Rotor

Rancangan ini bertujuan untuk mengetahui bentuk fisik dari plat rotor dan lobang tempat dipasangnya magnet permanen. Rotor yang akan di buat memiliki ukuran diameter 12,8 dengan lobang besi sumbu rotor sebesar 0,7 cm, ketebalan plat alumunium adalah 2 mm untuk lebih jelasnya seperti gambar 18 berikut ini.

Gambar 18. Rancangan Bentuk Plat Rotor

B. Prosedur Pembuatan Generator 1. Tahap Persiapan

a. Membuat Alat Penggulung Kumparan

Adapun gambar 19 berikut ini adalah bentuk dari alat penggulung yang penulis gunakan dalam penelitian skripsi ini :

Gambar 19. Alat Penggulung Kawat Tembaga

b. Pembentukan Stator dan Kerangka Generator

Papan kayu dengan tebal 1,2 cm di bentuk menyerupai persegi dengan ukuran 15 x 15 cm, sesuai dengan perancangan stator pada sub bab sebelumnya, kayu ini di beri lobang dengan diameter 3,5 cm sebanyak 6 buah, dengan jarak antara lobang tersebut adalah 1,4 cm, berikut ini adalah hasil dari pembentukan papan kayu stator yang terdapat pada gambar 20.

Gambar 20. Papan Kayu Stator dan Kerangka Generator Sisi Kanan dan

Kiri

Gambar 21. Kerangka Generator Sisi Atas dan Bawah

(10)

c. Pembentukan Alumunium Plat Sebagai Rotor

Pembentukan aluminium plat yang dijadikan sebagai rotor dilakukan sesuai dengan model perancangan rotor dimana diameter plat di potong dengan ukuran 12,8 cm. Hasil dari pemotongan dari aluminium plat rotor yang telah siap terdapat pada gambar 22.

Gambar 22. Pembentukan Aluminium Plat Rotor.

2. Tahap Pelaksanaan a. Penggulungan Kawat dan

Pemasangan pada Stator

Penulis menggulung kawat dengan jumlah lilitan rata-rata antara 100 sampai 120 lilitan. Dengan diameter kawat yang cukup kecil yaitu 0,6 mm.

Gambar 23. Penggulungan Kawat dan Gulungan Kumparan yang Telah Siap

b. Pemasangan Magnet dan Pembuatan Rotor

Agar magnet bisa menempel dengan kekuatan yang kokoh terhadap plat rotor aluminium dan tidak mudah

lepas, maka magnet tersebut di lapisi dengan lem besi pada sekeliling magnet

Gambar 24. Magnet yang Sudah Siap di Tempelkan pada Rotor

c. Penggabungan Komponen Rotor dan Komponen Stator

Selanjutnya menggabungkan komponen – komponen tersebut menjadi satu dengan merakit satu per satu hingga menjadi bentuk generator yang utuh dan siap di uji sesuai fungsinya.

Gambar 25. Penggabungan 7 Buah Plat Rotor dan Kerangka Generator

3. Tahap Penyelsaian a. Pemasangan Komponen

Generator Secara Keseluruhan

Memasang dan memasukkan rotor dan stator kedalam kerangka generator hingga rotor dapat di putar dengan lancar dan tidak tersendak atau bergesekan dengan stator. Dengan jarak celah udara (air gap) selebar 4mm diantara masing – masing stator

(11)

Rancang Bangun Mini Generator Fluks Aksial 1 Fasa...., Puja Setia, FT UMRAH, 2017 | Page 11 of 17 sebagai tempat ruang gerak putar dari

rotor yang memiliki ketebalan 2mm

Gambar 26. Generator Telah Siap di Rakit

b. Melakukan Perhitungan, Pengujian dan Pengukuran c. Pencatatan Hasil Dari

Pengukuran dan Pengujian

IV.PENGUJIAN DAN ANALISIS

A. Perhitungan Parameter Generator Fluks Aksial 1. Kerapatan Fluks Magnet

Generator

Tabel 1 : Spesifikasi Magnet Rotor

Berdasarkan dari table 1 maka dapat ditentukan nilai kerapatan fluks maksimalnya menggunakan persamaan (9).

2. Fluk Magnet Maksimal Generator

Kerapatan Medan magnet (B) dari rotor akan menembus bidang stator seluas bidang magnet (A) pada sudut 0° sehingga menghasilkan fluks magnet (Ø) yang dapat di tentukan dengan persamaan (2) dan (3),

3. Gaya Gerak Listrik (GGL) Induksi Generator

Tabel 2 : Spesifikasi Kumparan Stator Generator Aksial

Berdasarkan dari tabel 2, pada saat rotor dengan kecepatan (N) 80rpm maka dapat ditentukan nilai GGL induksi dengan persamaan (6), (7) dan (8).

Parameter Lambang Nilai Satuan

Panjang x Lebar P x L 4,5 x 2,5 Cm

Tinggi (tebal) T (lm) 0,2 Cm

Kerapatan induksi Br 1,3 T

Jari-jari dalam (rotor) ri 4,4 Cm

Jari-jari luar (rotor) ro 6,4 Cm

Jarak Antar Magnet τf 1,1 Cm

Jumlah Kutub magnet Nm 12 Kutub

Jarak celah udara δ 0,4 Cm

= 0,433 T 𝐵𝑚𝑎𝑥 = 1,3 𝑇 . 0,002 𝑚 0,002 𝑚 + 0,004 𝑚 = 1,3 𝑇 × 0,333 Amagn = 3,14 (0,0642 – 0,0442) – 0,011(0,064 – 0,044) 12 12 = 3,14 ( 0,00216 ) – 0,011( 0,02 ) 12 12 = 0,0067824 – 0,00022 = 6,5624 .10-3 Ømax = 0,0065624 x 0,433 × cos 0 = 0,0028415192 × 1 = 2,841 .10-3 Wb

Parameter Lambang Nilai

Jumlah kumparan(spull) Nr 6

Jumlah lilitan /spull Ns 100

Jumlah Phasa Nph 1

(12)

4. Frekuensi Generator Fluks Aksial

Frekuensi generator dapat dirumuskan dengan persamaan (4) dengan variabel yang dimiliki n = putaran (rpm) , f = frekuensi (Hz) , p = jumlah kutub magnet.

B. Pengujian dan Pengukuran Generator Fluk Aksial 1. Kecepatan Rotor

Gambar 27. Pengukuran dan Kalibrasi Kecepatan Putar Generator

Gambar 28. Grafik Frekuensi Generator Berdasarkan Kecepatan

Rotor

2. Tegangan GGL Induksi

Gambar 29. Pengukuran Tegangan Keluaran Generator

Gambar 30. Grafik Tegangan pada Setiap Stator Berdasarkan Kecepatan

Putar

Gambar 31. Grafik Tegangan Berdasarkan Kombinasi Stator dan

Kecepatan Na = 6 x 100 / 2

= 300

Ein = 2 x 0,002841 x 300 x 80 / 60

= 2,27 volt (satu stage)

Emax = 2,27 × 6

Emax = 13,62 volt (enam stage)

f =80 𝑥 12₁₂₀

(13)

Gambar 32. Grafik Tegangan Maksimal Berdasarkan Kecepatan dan Beban Listrik

3. Arus Listrik

Gambar 33. Pengukuran Arus Listrik Keluaran Generator

Gambar 34. Grafik Arus Keluaran Generator Berdasarkan Kecepatan

Gambar 35. GrafikDaya Keluaran Generator Berdasarkan Kecepatan

4. Karakteristik Gelombang Listrik

Gambar 36. Gelombang AC Generator

Tabel 3 : Data Pengukuran Karakteristik Gelombang AC

Generator

Gambar 37. Gelombang DC Generator

Tabel 4 : Data Pengukuran Karakteristik Gelombang DC

Generator

Parameter Lambang Nilai Satuan Amplitudo Vp-p 30,40 V

Frekuensi F 7,99 Hz Periode T 125,1 mS

Parameter Lambang Nilai Satuan Amplitudo Vp-p 17,40 V

Frekuensi F 12,27 Hz

(14)

C. Analisis Faktor Regulasi Tegangan

Menentukan nilai faktor regulasi tegangan bertujuan untuk mengetahui nilai perbandingan penurunan tegangan pada generator ketika sebelum dan sesudah diberi beban. Regulasi tegangan ditentukan dalam persentase menggunakan persamaan (10). (Wijaya A Abdilah dkk, 2016).

(10) Nilai regulasi tegangan DC yang telah dirata-ratakan ditunjukkan pada grafik gambar 38.

Gambar 38. Grafik Regulasi Tegangan Keluaran Generator

Pada generator aksial satu fasa yang penulis buat didapati saat kecepatan 350 rpm terjadi penurunan nilai faktor regulasi menjadi 43,94 %, hal ini terjadi karena beban yang di gunakan adalah 1 buah lampu pijar, sedangkan pada kecepatan sebelumnya 250 rpm dengan menggunakan beban listrik led 1 watt sebanyak 8 buah nilai regulasi yang didapatkan adalah lebih besar yaitu 54,81 % penurunantegangan.

D. Analisis Perbandingan Hasil Perhitungan dan Pengukuran

Perbandingan tersebut bertujuan untuk mengetahui tingkat akurasi dan perfoma dari generator. Bisa saja nilai hasil perhitungan lebih besar dari pada nilai hasil yang didapat pada saat pengukuran, maupun sebaliknya.

Gambar 39. Grafik Perandingan Hasil Pengukuran Dengan Hasil Perhitungan

Dari grafik gambar 39 dapat di jelaskan bahwa generator fluks aksial ini memiliki tingkat akurasi yang baik, karena perbandingan hasil pengukuran dan perhitungan pada parameter tegangan yang di bandingkan tidak lebih dari 6% tingkat kesalahan akurasi.

E. Kinerja Generator Fluks Aksial

Berdasarkan analisis pengukuran dan hasil perhitungan yang telah dilakukan dengan mempertimbangkan hipotesis serta tujuan awal dari penelitian sebagai acuan, selanjutnya ditentukan besaran parameter yang dijadikan sebagai tingkat kinerja generator sesuai dengan kemampuan dan keandalan generator sebagai prototipe.

% reg =V no load × V load

(15)

Tabel 5 : Spesifikasi Kinerja Generator Fluks Aksial

V. PENUTUP

A. Kesimpulan

Berdasarkan rumusan masalah dan tujuan dari penyusunan skripsi ini yang telah dijelaskan pada bab pertama, penulis memperoleh beberapa poin yang dijadikan sebagai kesimpulan adalah sebagai berikut:

1. Generator fluks aksial multi stage 1 fasa untuk putaran rendah dapat dirancang dengan spesifikasi 6 buah stator dan 7 keping rotor berbahan aluminium menggunakan magnet permanen jenis Rare-earth NdFeB sebanyak 12 kutub atau 6 keping

dengan air gap 4mm. Masing-masing stator terdapat 6 buah kumparan kawat tembaga dengan diameter 0,6mm memiliki jumlah lilitan rata-rata sebanyak 100 lilitan. 2. Generator rancangan ini mampu

dioperasikan pada kecepatan 80 hingga 800 rpm. Frekuensi maksimal yang dihasilkan sebesar 80 Hz sebelum disearahkan, dan tegangan induksi AC maksimal yang dihasilkan generator ini adalah 128 volt AC, dengan besaran arus 24,5 mA.

3. Hasil pengukuran gelombang listrik yang di bangkitkan generator ini berbentuk sinusoidal yang tidak teratur dengan Amplitudo rata-rata sebesar 30,40 Vp-p pada frekuensi 8Hz. Grafik hasil pengukuran generator dapat di lihat pada bab hasil dan pembahasan.

4. Pada kecepatan putaran 120 rpm generator mampu menyalakan lampu LED 1 watt sebanyak 8 buah, dan pada kecepatan 350 rpm generator mampu menyalakan lampu 1 pijar denga daya 5 watt. 5. Pada kecepatan 250 rpm nilai

tegangan ketika sebelum diberi beban adalah 36,4 VDC dan pada saat diberi beban turun menjadi 16,46 VDC. Nilai faktor regulasi tegangan DC generator tersebut adalah adalah 54,81 %. Drop voltage tersebut disebabkan karena generator tidak dilengkapi perangkat stabilizer tegangan.

6. Pada kecepatan 800 rpm hasil perhitungan tegangan generator adalah 136,36 VAC dan hasil pengukuran adalah sebesar 128,6 Variabel Nilai

Tegangan Keluaran AC 128 Volt Tegangan Keluaran DC 109,2 Volt Arus AC yang Dihasilkan 24,5 mA Arus DC yang Dihasilkan 22,42 mA Daya yang Dihasilkan 2,8 watt Kecepatan Rotor Maksimum 800 Rpm Frekuensi Maksimum 80 Hz

Cosphi 0,9

Nilai Faktor Regulasi Maksimal 54,81 % Tingkat Error Akurasi Maksimal 5,69 %

Jumlah Fasa 1

Jumlah Kutub Magnet 12

Jumlah Rotor 7

Jumlah Stator 6

Jumlah Kumparan 36

Lebar Celah Udara 4 mm

Diameter Kawat 0,6 mm

(16)

Rancang Bangun Mini Generator Fluks Aksial 1 Fasa...., Puja Setia, FT UMRAH, 2017 | Page 16 of 17 VAC. Nilai perbandingan dari hasil

perhitungan dan pengukuran tersebut adalah 5,69%, nilai ini dapat dikatakan telah mendekati nilai tingkat akurasi yang baik.

B. Saran

Beberapa saran yang dapat dilengkapi atau untuk ditambahkan lagi pada pengembangan konsep ini kedepannya adalah sebagai berikut;

1. Dalam proses melilit stator, sebaiknya menggunakan alat penggulung lilitan otomatis. apabila menggunakan penggulung manual dapat menyebabkan tumpukan lilitan pada stator tidak beraturan sehingga lilitan antara fasa berbeda yang dapat menyebabkan tegangan antar fasa tidak seimbang, yang dapat membuat nilai tegangan yang dihasilkan menjadi lebih kecil.

2. Untuk memperbaiki karakteristik bentuk gelombang listrik yang di bangkitkan generator pada proses perancagnan model stator kedepanya diharapkan supaya dibuat secara simetris dengan jumlah magnet rotor. 3. Untuk penerapan dan ujicoba

kelayakan di lapangan terhadap generator aksial ini peneliti selanjutnya di harapkan merancang dan membuat turbin angin atau turbin air torsi tinggi dengan menggunakan

gearbox agar efisiensi generator dapat meningkat.

Daftar Pustaka

Alqodri Fiky Mohammad., et al. 2015.

Rancang Bangun Generator Fluks

Aksial Putaran Rendah Magnet

Permanen Jenis Neodymium (NdFeB)

Untuk Turbin Angin Sumbu Vertikal

Tipe Double-Stage Savonius,

Universitas Negeri Jakarta, Jakarta. Atmojo Pasca Andre. 2011. Analisis

Unjuk Kerja Rancang Bangun

Generator Axial Cakram Tunggal Sebagai Pembangkit Listrik Turbin Angin Poros Vertikal Tipe Savonius,

Skripsi, Universitas Indonesia, Depok. Asy’ari Hasyim., et al. 2014. Desain

Generator Tipe Axial Kecepatan

Rendah Dengan Magnet Permanen,

Universitas Muhammadiyah Surakarta, Surakarta.

Aydin M. 2008. Magnet skew in cogging torque minimization of axial gap permanent magnet motors, University Kocaeli, Turkey.

Aydin M., et al. 2001. A New Axial Flux Surface Mounted Permanent Magnet Machine Capable of Field Control,

University of Wisconsin-Madison, Wisconsin.

Akbar Maulana. 2012. Rancang Bangun Generator Turbin Angin Axial Tiga Fasa Untuk Kecepatan Angin Rendah, Skripsi, Universitas Indonesia, Depok. BMKG. 2016. Prakiraan Cuaca Wilayah

Pelayanan, Badan Meteorologi

Klimatologi Dan Geofisika Stasiun Meteorologi Maritim Pontianak, Pontianak.

Budiyanto Frasongko., et al. 2014.

Generator Turbin Angin Putaran Rendah, Universitas Pancasakti, Tegal. Chen Yicheng., et al. 2004. PM Wind Generator Comparison of Different

Topologies, Shenyang University of

(17)

Rancang Bangun Mini Generator Fluks Aksial 1 Fasa...., Puja Setia, FT UMRAH, 2017 | Page 17 of 17 C.T. Pan., et all. 2012. Design and

fabrication of LTCC electro-magnetic energy harvester for low rotary speed, National Sun Yat-Sen University, Taiwan.

Chapman Stephen J. 2012. Electric

Machinery Fundamentals - 5th ed,

McGraw-Hill Companies, New York. Drzikowski Lukasz, Wlodzimierz

Koczara. 2015. Design And Analysis Of

Axial-Flux Coreless Permanent

Magnet Disk Generator, Warsaw

University Of Technology, Warsaw Polandia.

F Steven. 2006. Version 1 Basic Principles Of The Homemade Axial Flux Alternator, Kanada.

Firdausi Kahlil M. 2010. Simulasi Disain

Kutub Magnet Permanen Pada

Generator Sinkron Fluks Aksial Rotor Cakram Ganda Stator tanpa Inti,

Skripsi,Universitas Indonesia, Depok. Gieras Jacek F., et al. 2004. Axial Flux

Permanent Magnet Brushkess

Machine, Kluwer Academic Publisher, New York.

Ihsan Al Hafiz Muhammad. 2016.

Analisis Pemanfaatan Low-Wind Speed (LWS) untuk Pembangkitan Energi

Listrik, Universitas Gadjah Mada,

Yokyakarta.

Jarekson Ramadhan. 2011. Studi Jarak Antar Rotor Magnet Permanen pada Generator Sinkron Magnet Permanen Fluks Aksial Tanpa Inti Stator, Skripsi, Universitas Indonesia, Depok

Mustofa., et al. 2014. Perancangan

Pembangkit Listrik Menggunakan

Generator Magnet Permanen Dengan

Motor Dc Sebagai Prime Mover,

Universitas Pakuan, Bogor.

Mahmoudi A., et al. 2011. Axial-Flux Permanent-Magnet Machine Modeling,

Design, Simulation And Analysis,

University of Malaya, Malaysia.

Nurhadi Arif ., et al. 2012. Perancangan Generator Putaran Rendah Magnet

Permanen Jenis Fe Fluks Aksial,

Universitas Diponegoro, Semarang. Nurdin Wahid. 2016. Sungguh-sungguh

Terjadi! Hanya Berjarak 2 Km Dari Induk PLN, Desa Ini Belum Teraliri Listrik Tribunnews.com.

Piggott H. 2009. A Wind Turbine Recipe Book-The Axial Flux Windmill Plans, Scotland.

Piggott H. 2014. 2F Wind Turbine Construction Manual, Scotland.

Prisandi Hagusta Chatra. 2011. Studi

Desain Kumparan Stator pada

Generator Sinkron Magnet Permanen Fluks Aksial Tanpa Inti Stator, Skripsi, Universitas Indonesia, Depok.

Rusdianto. 2015. Natuna Krisis Listrik, Antara News.

Rossouw F G. 2009. Analysis and Design of Axial Flux Permanent Magnet Wind Generator System for Direct Battery

Charging Applications, Stellenbosch

University, South Africa.

Wijaya Ardhians A, Syahrial, Waluyo. 2016. Perancangan Generator Magnet Permanen dengan Arah Fluks Aksial

untuk Aplikasi Pembangkit Listrik,

Institut Teknologi Nasional Bandung, Bandung.

Waluyo Dimas J., et al. 2012.

Perancangan Generator Fluks Aksial Putaran Rendah Magnet Permanen Jenis Neodymium (Ndfeb) Dengan

Variasi Celah Udara, Universitas

Diponegoro, Semarang.

Xia B., et all. 2010. Design and Analysis of an Air-Cored Axial Flux Permanent Magnet Generator for Small Wind

Power Application, Zhejiang

University, China.

Yu-Ta In., et al. 2004. Flat Rotary Electric Generator, Sunyen Co,. Ltd, Taipei.

___________2008. Magnet Guide &

Tutorial. Alliance LLC, Valparaiso