RANCANG BANGUN GENERATOR SINKRON AXIAL FLUX PERMANENT MAGNET 1500 WATT. Abdul Fajar

(1)

RANCANG BANGUN GENERATOR SINKRON

AXIAL FLUX PERMANENT MAGNET 1500 WATT

Abdul Fajar

Perkembangan energi terbarukan sebagai energi alternatif untuk penggerak mula generator masih sedikit. Kebanyakan generator pada pembangkit saat ini menggunakan putaran tinggi, sedangkan energi terbarukan seperti air dan angin hanya dapat menggerakkan generator dengan putaran rendah, dikarenakan debit air yang tersedia relatif rendah dan kecepatan angin yang ada di Indonesia tidak stabil kecepatannya. Sehingga perlu dirancang bangun serta diuji generator Axial Flux Permanent Magnet (AFPM) fasa 3 dengan putaran rendah.

Perancangan AFPM ini ada 2 tahapan utama yaitu membuat kepingan rotor yang terdiri dari beberapa magnet permanen dan membuat lilitan kawat konduktor yang berfungsi sebagai stator. Setelah 2 bagian utama dari generator AFPM dibuat dan dirakit, maka generator sudah siap diuji. Pengujian AFPM dapat dilakukan dengan mengukur beberapa parameter yaitu putaran, tegangan, arus, frekuensi dan faktor daya.

Berdasarkan hasil pengujian dari generator AFPM fasa 3 dihasilkan putaran rendah sebesar 375 rpm dengan tegangan 396 volt dan frekuensi 49,8 Hz pada kondisi beban nol, serta dapat menyuplai energi listrik dengan daya pada beban hingga 809 watt dengan beban berupa lampu pijar dan motor listrik.

Kata kunci : Energi terbarukan, Axial Flux, rotor, stator, magnet permanen.

I. PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang

Perkembangan generator dalam memproduksi energi listrik saat ini sudah sangat beragam, energi terbarukan sebagai energi alternatif untuk penggerak mula generator masih sangat sedikit pemanfaatannya. Kebanyakan generator pada pembangkit saat ini menggunakan putaran tinggi, sedangkan energi terbarukan seperti air dan angin hanya dapat menggerakkan generator dengan putaran rendah karena debit air yang rendah dan kecepatan angin yang tidak stabil. Sehingga perlu dirancang bangun serta diuji generator Axial Flux Permanent Magnet (AFPM) fasa 3 dengan putaran rendah.

Generator ini menggunakan magnet permanen pada rotornya sehingga dapat menghasilkan energi listrik ketika berputar. desain AFPM lebih sederhana dan lebih mudah pembuatannya dibandingkan dengan generator konvensional. Posisi rotor dan statornya tegak lurus terhadap porosnya sehingga dinamakan generator tipe aksia.

Daerah-daerah pelosok di Indonesia memiliki banyak sumber energi terbarukan tetapi tidak dengan kapasitas yang kecil. Saat ini, banyak daerah-daerah terpencil yang kekurangan pasokan listrik. maka menjadi sebuah keharusan memenuhi kebutuhan energi listrik tersebut. Rancang bangun AFPM Fasa 3

dengan putaran rendah sebesar 375 rpm dimaksudkan agar dapat digunakan sebagai pembangkit listrik rumahan yang menggunakan energi terbarukan secara efisien dan ramah lingkungan.

Perancangan AFPM dimulai dengan mengumpulkan dasar teori yang berhubungan dengan generator AFPM putaran rensedah. Kemudian menentukan spesifikasi desainnya dan perhitungan. Setelah sudah didapatkan hasil perhitungannya, dilakukan pembuatan 2 bagian utama generator yaitu rotor dan stator. Kemudian rakit stator dan rotor sehingga generator dapat diuji dan dianalisa.

I.2 Tujuan

Tujuan tugas akhir ini dalah perancangan dan pembuatan sebuah generator sinkron axial

flux permanent magnet fasa 3 dengan putaran

rendah 375 rpm.

I.3 Batasan Masalah

Batasan masalah dalam penyusunan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :

(2)

Rancang bangun generator fluks aksial magnet permanen fasa 3 dengan tegangan sistem 380 V dan 375 rpm. Stator tanpa inti besi berada diantara dua rotor dengan magnet permanen. Percobaan di Lab CNC Teknik Mesin, ISTN tanggal 1 Juni – 17 Agustus 2014

II. DASAR TEORI 2.1 konsep umum

Prinsip kerja generator dalam mengkonversi energi mekanik menjadi energi listrik adalah berdasarkan hukum Faraday. Hasil penelitian Faraday menunjukkan bahwa seutas kawat atau kumparan konduktor berada dalam medan magnet yang berubah terhadap waktu, maka pada ujung-ujung kawat atau konduktor tersebut akan timbul tegangan atau gaya gerak listrik (ggl) induksi.

Mesin Axial Flux Permanent Magnet (AFPM), yang biasa disebut mesin disc-type, merupakan sebuah mesin alternatif atas mesin Radial Flux Permanent Magnet (RFPM) berbentuk silinder, dikarenakan bentuknya seperti kue panekuk (pancake) yang terlihat rapi dan tersusun padat, sehingga menghasilkan berat jenis daya (daya keluaran per massa/volume mesin) yang lebih besar.

Sedangkan generator fluks aksial adalah suatu mesin fluks aksial yang dapat menkonversikan energi mekanik menjadi energi listrik yang menghasilkan arus bolak – balik yang terdiri dari stator dan rotor dengan memiliki arah aliran fluks yang memotong stator secara aksial. Tentunya berbeda dengan generator-generator konvensional lainnya yang aliran fluksnya secara radial. Generator fluks aksial ini tentunya memiliki ukuran yang jauh lebih kecil dari yang biasanya, dan sering dimanfaatkan untuk pembangkit listrik tenaga angin.

Keunggulan AFPM dibandingkan dengan RFPM adalah [1]:

1. AFPM memiliki diameter rotor dan stator yang lebih besar.

2. Konstruksi AFPM lebih mudah dan sangat ideal.

3. Semakin besar diameter rotor semakin banyak jumlah kutub magnet yang ada, membuat AFPM sangat cocok untuk frekuensi tinggi pada putaran rendah.

Gambar 2.1 Topologi generator: (a) RFPM, (b) AFPM [1]

2.2 Prinsip Kerja AFPM

Prinsip kerja generator AFPM sesungguhnya tidak jauh berbeda dengan prinsip kerja generator konvensional pada umumnya. Pengunaan magnet permanen menghasilkan medan magnet yang tetap sehingga tidak memerlukan pencatuan arus searah untuk menghasilkan medan magnet. Sedangkan fluks aksial diperoleh dari magnet permanen yang telah diberikan perlakuan khusus sehingga arah garis-garis gaya magnet keluar dari kutub magnet secara aksial atau vertikal. Prinsip generator AFPM secara sederhana dapat dijelaskan bahwa tegangan akan diinduksikan pada konduktor, apabila konduktor tersebut bergerak pada medan magnet sehingga memotong garis-garis gaya magnet.

Generator ini juga memiliki konstruksi umum yang diperlihatkan pada Gambar 2.2 yaitu terdapat rotor yang memiliki magnet permanen sebagai sumber medan magnet, kumparan stator sebagai tempat terjadinya induksi elektromagnetik, dan celah udara antara rotor dan stator.

Gambar 2.2 Konstruksi Umum Generator Fluks Aksial [1]

2.3 Generator Axial Flux Permanent Magnet

Seperti pada umumnya, generator terdiri dari bagian yang berputar disebut rotor dan bagian yang diam disebut stator. Diantara rotor

(3)

dan stator terdapat celah udara. Bagian-bagian generator,yaitu :

2.3.1 Rotor Pada Generator AFPM

Rotor terbuat dari besi carbon yang ditempatkan magnet permanen pada permukaannya, seperti ditunjukan pada Gambar 2.3. Pada pembuatan tugas akhir ini, generator menggunakan 2 buah rotor yang mengapit stator, dengan polaritas magnet yang berlawanan arah N-S, sehingga fluks magnet yang melewati kumparan bisa diperkuat, antara 2 rotor tersebut disambungkan dengan poros yang kemudian poros inilah yang diputar oleh energi mekanik. Rotor berfungsi sebagai kumparan medan dan untuk menghasilkan medan magnetik digunakan magnet permanen.

Gambar 2.3 Rotor fluks aksial [1] Pada rotor terdapat jumlah kutub magnet yang akan mempengaruhi banyaknya putaran per menit yang harus bekerja untuk menimbulkan frekuensi yang diinginkan. Rotor pada generator merupakan bagian yang berputar yang terdiri dari magnet yang berputar.

2.3.2 Stator Pada Generator AFPM

Stator adalah bagian yang tak berputar (diam), didalam stator generator terdapat belitan-belitan penghantar yang disusun sedemikian rupa sesuai kaidah baik jumlah lilitan, jarak antara lilitan (pitch factor) dan beda sudut antara phasa, sehingga dapat menghasilkan tegangan fasa 3 yang mempunyai sudut 120 derajat terhadap phasa lainnya. Kemampuan dan kualitas generator ditentukan juga oleh bahan tembaga yang dipakai serta tingkat ketahanan isolasi terhadap panas yang melaluinya. Bahan inti dari stator merupakan bahan terpilih yang mempunyai tingkat permeabilitas magnetik yang tinggi, terbentuk dari lapisan-lapisan plat yang terlaminasi satu sama lain. Hal ini adalah dimaksudkan untuk mengurangi rugi besi

karena rugi arus hystrisis yang berpusar dalam inti besi. Demikian juga dengan lilitan tembaga atau kawat email mempunyai kualitas yang khusus disamping biasanya mempunyai lapisan isolasi juga mempunyai ketahahanan panas yang tinggi sampai 150 derajat celcius sehingga tahanan isolasi masih cukup kuat untuk menahan panasnya stator generator maupun arus lilitan itu sendiri.

Stator terbuat dari beberapa koil atau kumparan dari kawat tembaga yang dilapisi bahan isolator, seperti ditunjukan pada Gambar 2.4. Jumlah kumparan lilitan tembaga menentukan tegangan yang bisa dikeluarkan oleh generator tersebut.

Gambar 2.4 Stator fluks aksial [1]

Sebuah belitan stator hanyalah gulungan stasioner di sebuah generator listrik, baik untuk putar atau linier. Stator pada motor atau generator AC adalah kumparan kawat yang disebut gulungan / lilitan stator, yang terdiri dari beberapa koil atau kumparan. Ketika kumparan ini diberi energi, maka medan magnet yang berputar akan menghasilkan energi listrik.

2.3.3 Magnet Permanen Pada GeneratorAFPM

Magnet adalah suatu objek yang mempunyai medan magnet, magnet selalu mempunyai 2 kutub yaitu kutub utara dan kutub selatan dan garis-garis gaya magnet (fluks) keluar dari kutub utara dan masuk ke kutub selatan, seperti ditunjukan pada Gambar 2.5. Magnet permanen tidak memerlukan tenaga atau bantuan dari luar untuk menghasilkan medan magnet.

(4)

Jenis magnet permanen yang diketahui sampai saat ini ialah [1] :

1. Magnet Neodymium, yaitu jenis magnet tetap yang paling kuat, Magnet neodymium (juga dikenal sebagai NdFeB, NIB, atau magnet Neo), merupakan sejenis magnet tanah, terbuat dari campuran logam neodymium.

2. Magnet Samarium - cobalt salah satu dari dua jenis magnet bumi yang langka, merupakan magnet permanen yang kuat yang terbuat dari paduan samarium dan kobalt.

3. Magnet keramik, seperti barrium ferrite (BaOx6Fe2O3) dan strontium ferrite SrOx6Fe2O3

4. Magnet Alnico (Al, Ni, Co, Fe)

Magnet merupakan salah satu bagian yang sangat penting dalam suatu generator. Fungsinya adalah untuk menghasilkan fluks magnetik yang akan dipakai untuk membangkitkan ggl induksi pada kumparan yang telah dipasang, untuk membangkitkan ggl induksi maka diperlukan perubahan jumlah fluks magnet yang mengenai kumparan. Perubahan fluks magnetik tersebut dilakukan dengan proses gerakan berputar.

Kelebihan menggunakan magnet permanen pada generator fluks aksial ini adalah [10]:

1. Tidak ada energi listrik yang diserap oleh sistem medan eksitasi sehingga tidak ada kerugian eksitasi dan dapat meningkatkan efisiensi.

2. Menghasilkan torsi yang lebih besar. 3. Menyederhanakan konstruksi dan

perawatan.

2.4 Rangkaian Tiga Phasa

Mesin listrik terdiri dari dua jenis yaitu mesin arus bolak-balik (AC) dan arus searah (DC). Mesin AC terdiri dari dua jenis yaitu mesin sinkron dan induksi. Mesin sinkron berfungsi sebagai generator apabila merubah energi mekanik menjadi energi listrik.

Pada sistem tenaga listrik fasa 3, idealnya daya listrik yang dibangkitkan, disalurkan dan diserap oleh beban semuanya seimbang, daya pembangkitan = daya pemakaian, dan juga pada tegangan yang seimbang. Pada tegangan yang seimbang terdiri dari tegangan 1 phasa yang mempunyai magnitude dan frekuensi yang sama tetapi antara 1 phasa dengan yang lainnya mempunyai beda phasa sebesar 120° listrik, sedangkan secara fisik mempunyai

perbedaan sebesar 60°, dan dapat dihubungkan secara bintang (Y) atau segitiga (delta Δ).

Gambar 2.6 Gelombang fasa 3

Gambar 2.6 menunjukkan gelombang dari tegangan phasa. Bila gelombang-gelombang tegangan tersebut berputar dengan kecepatan sudut dan dengan arah berlawanan jarum jam (arah positif), maka nilai maksimum positif dari phasa terjadi berturut-turut untuk phasa V1, V2 dan V3. sistem fasa 3 ini dikenal sebagai sistem yang mempunyai urutan phasa a – b – c . sistem tegangan fasa 3 dibangkitkan oleh generator sinkron fasa 3. Rangkaian fasa 3 terhubung menjadi 2 bagian yaitu : berhubung Star dan berhubung Delta.

2.4.1 Hubungan bintang / star ( Y )

Pada hubungan bintang (Y), ujung-ujung tiap phasa dihubungkan menjadi satu dan menjadi titik netral atau titik bintang seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.9. Tegangan antara dua terminal dari tiga terminal a – b – c mempunyai besar magnitude dan beda phasa yang berbeda dengan tegangan tiap terminal terhadap titik netral. Tegangan Va,Vb dan Vc disebut tegangan phasa atau Vf.

Gambar 2.7 Hubungan bintang / star ( Y ) Dengan adanya saluran atau titik netral maka besaran tegangan phasa dihitung terhadap saluran atau titik netralnya, juga membentuk sistem tegangan fasa 3 yang seimbang dengan magnitudenya (akar 3 dikali magnitude dari tegangan phasa). Vline = √3.Vf = 1,73Vf. Sedangkan untuk arus yang mengalir pada semua phasa mempunyai nilai yang sama per line = I phasa, Ia = Ib = Ic.

2.4.2 Hubungan delta / segitiga

Pada hubungan segitiga (delta) ketiga phasa saling dihubungkan sehingga

(5)

membentuk hubungan segitiga fasa 3. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.8

Gambar 2.8 Hubungan segitiga. Dengan tidak adanya titik netral, maka besarnya tegangan saluran dihitung antar phasa, karena tegangan saluran dan tegangan phasa mempunyai besar magnitude yang sama, maka Vline = Vphasa, Tetapi arus saluran dan arus phasa tidak sama dan hubungan antara kedua arus tersebut dapat diperoleh dengan menggunakan hukum kirchoff, sehingga : Iline =If . √3

III. PERANCANGAN GENERATOR AXIAL FLUX PERMANENT MAGNET

3.1 Teori Umum

Generator umumnya terdiri dari dua bagian utama yaitu rotor dan stator. Perancangannya yaitu masing-masing bagian dirakit dan disatukan melalui poros dan rangka. Tujuan dari tugas akhir ini adalah merancang bangun generator fluks aksial yang dapat merubah energi gerak menjadi energi listrik dan menghasilkan generator arus bolak balik (AC). Pada Gambar 3.1 menunjukan skema perancangan suatu generator fluks aksial.

Gambar 3.1 Skema rancangan generator fluks aksial [10]

Pada generator ini rotor berfungsi sebagai kumparan medan yang menghasilkan fluks, digunakan dua buah rotor mengapit stator untuk menghasilkan fluks magnet. Sedangkan stator berfungsi sebagai kumparan jangkar yang menghasilkan tegangan keluaran generator.

3.2 Perancangan Stator dan Rotor 3.2.1 Putaran generator

Untuk menentukan putaran pada sebuah generator diperlukan adanya hubungan antara jumlah kutub dan frekuensi dapat dirumuskan pada persamaan berikut [1] :

𝑛 = 120 f_p (3.1)

Dengan :

n = Putaran (rpm) f = Frekuensi (Hertz) p = Jumlah kutub (pole)

Dengan demikian, maka sebuah generator dengan satu pasang kutub (p = 1), mempunyai 3.000 putaran per menit (rpm), bila frekuensi f = 50 Hz. Bila frekuensi f = 60 Hz, maka n = 3.600 putaran per menit (rpm). Untuk pasangan kutub p = 2, putaran menjadi 1.500 per menit untuk f = 50 Hz dan 1.800 per menit untuk f = 60 Hz, dan seterusnya. Dalam tabel 3.1 tercantum jumlah pasangan kutub dan putaran mesin menurut standar Hutte untuk f = 50 Hz.

Tabel 3.1 Standardisasi putaran mesin sinkron untuk frekuensi 50 Hz

Jumlah kutub (p) Jumlah putaran (n = rpm) 2 3.000 4 1.500 6 1.000 8 750 10 600 12 500 16 375 3.2.2 Perancangan stator

Untuk merancang suatu belitan stator harus menentukan jumlah belitan stator. Belitan stator terdiri dari sejumlah belitan atau kumparan, yang diletakkan dalam alur-alur inti stator. Pada stator terdapat gulungan kawat, yang akan memotong medan magnet pada saat magnet pada generator sedang berputar. Stator merupakan bagian yang tetap pada generator.

Stator berfungsi sebagai kumparan jangkar yang menghasilkan tegangan keluaran pada generator, stator tediri dari beberapa kumparan atau lilitan kawat tembaga. Diameter kawat tembaga atau kawat enamel yang digunakan pada perancangan generator fluks aksial 1500 watt adalah ukuran yang berdiameter 0.9 mm, menurut standard AWG (American Wire

(6)

Gauge), kemampuan hantar arus mencapai 14

A.

Belitan Stator fasa 3

Belitan tiga phasa pada dasarnya terdiri atas tiga kumparan serupa, yang tergeser 120° listrik. Untuk phasa R terdapat kumparan R1-R2, phasa S kumparan S1-S2 dan phasa T kumparan T1-T2. seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.2 kontruksi belitan stator satu phasa, dua phasa dan tiga phasa.

Gambar 3.2 konstruksi Belitan Stator fasa 3 hubung bintang 12 Koil

Tabel 3.2 Jumlah koil pada stator fasa 3 [6]

Jumlah koil Jumlah pasang kutub (pole) Jumlah koil per phasa (nc) 6 8 2 9 12 3 12 16 4 15 20 5 18 24 6

Tabel 3.2 dapat digunakan untuk menentukan banyaknya jumlah koil per phasa, jumlah koil pada stator dan kutub pada rotor.

Lilitan Stator

Jumlah belitan atau lilitan stator sangat menentukan besarnya daya yang dikeluarkan suatu generator, untuk menentukan banyaknya jumlah belitan / lilitan stator per phasa, maka digunakan rumus berikut [1]:

f

K

f

E

N

w

.



.

44 ,

4

₁ 1



(3.2) Dengan : N1 = Jumlah lilitan

E = Tegangan phasa (volt) f = Frekuensi (Hz)

Φf = Fluks magnet (Wb) Kw1 = Faktor belitan

Untuk menentukan nilai arus pada belitan stator per phasa dapat menggunakan rumus [1,5]:



cos

.

₁ 1

V

m

P

I

a



out (3.3) Dengan :

Ia = Arus pada tiap phasa (A) V1 = Tegangan (V)

Pout = Daya keluar (W) Cosφ = Faktor daya m1 = Jumlah phasa

Dengan Diameter luar (Dout) belitan stator dapat dihitung menggunakan rumus [1]:

Dout



_√_π₂ ε.pout kDkw1nBmgAmηcosϕ 3 (3.4) Dengan : ε = Rasio tegangan KD = Faktor Distribusi n = Putaran (rad/s) Bmg = Nilai kepadatan fluks magnet (Tesla)

Am = Nilai Kerapatan Arus (A/m) η = Efisiensi (%)

Cos φ = Faktor daya

Sedangkan dengan diameter dalam (Din) belitan stator adalah [1]:

3

out in

D

D 

(3.5)

Kerapatan arus pada konduktor stator dapat diasumsikan Ja ≈ 4,5 x 106 _A/m2 _(biasa digunakan untuk mesin AC sampai dengan kapasitas 100 kW. Sehingga untuk menghitung luas penampang konduktor / kawat tembaga stator (Sa) adalah [1] :

a w a a

J

a

I

s

.



(3.6) Dimana :

Ia = Arus stator per phasa (Ampere) T1

T2 R1 S1

S2

(7)

Ja = Kerapatan arus pada konduktor stator (A/m2₎

aw = Jumlah kawat paralel

Fluks Magnet Pada Belitan Stator

Fluks magnet (sering disimbolkan Φf) adalah ukuran atau jumlah medan magnet B yang melewati luas penampang tertentu, misalnya kumparan kawat (hal ini sering pula disebut kepekatan medan magnet). Satuan fluks magnetik dalam satuan internasial weber (Wb), weber merupakan satuan turunan dari volt-detik. Pada medan magnet yang berputar akan menghasilkan besaran fluks magnet, untuk menentukan fluks magnet dapat ditulis dengan persamaan rumus [1]:

Φf = 𝛼i Bmg 𝜋

2𝑝 [(0,5 Dout)

2_{] – [(0,5 D}

in)2] (3.7)

Tegangan EMF per phasa [1] :

Ef = 𝜋√2𝑓𝑁1 𝐾𝑤1 𝛷𝑓 (3.8) Hubungan persamaan tegangan di atas

menunjukkan bahwa besarnya fluks magnet berpengaruh dengan tegangan yang dihasilkan.

3.2.3 Perancangan rotor

Rotor merupakan bagian yang berputar pada generator pada perancangan ini menggunakan dua buah rotor yang dihubungkan oleh suatu poros. Seperti pada Gambar 3.3 kontruksi generator fluks aksial 2 rotor. Rotor berfungsi sebagai kumparan medan dan untuk menghasilkan medan magnetik maka digunakan magnet permanen.

Gambar 3.3 Topologi generator fluks aksial 2 rotor : a) pandangan samping b) ujung mesin

AFPM 6 kutub [7]

Magnet-magnet permanen disusun berlawanan arah untuk memberikan magnetisasi N-S yang bolak-balik (alternating), panah warna putih menunjukkan medan magnet yang berarah aksial.

Magnet permanen

Magnet permanen dapat menghasilkan fluks magnetik dalam celah udara tanpa disipasi daya listrik. Ada tiga kelas jenis magnet permanen saat ini yang dapat digunakan untuk motor atau generator listrik yaitu [1] :

• Alnico (Al, Ni, Co, Fe)

• Keramik (ferrites), seperti barium ferrite (BaOx6Fe2O3) dan strontium ferrite (SrOx6Fe2O3)

• Bahan langka bumi, seperti samarium-cobalt (SmCo) dan Neodymium-Besi-Boron (NdFeB)

Dari ketiga jenis magnet permanen diatas, jenis Neodymium lebih banyak dipakai karena jenis magnet ini sangat kuat. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.4, yaitu perbedaan demagnetisasi dari tiga jenis bahan magnet permanen.

Gambar 3.4 Kurva demagnetisasi dari tiga jenis bahan magnet permanen [1]

Pada rancang bangun ini, magnet permanen memakai jenis magnet Neodymium seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.4. Magnet Neodymium adalah jenis magnet yang paling kuat, jenis ini merupakan campuran dari elemen Neodynium-Besi-Boron (Nd-Fe-B) untuk membentuk struktur kristal Nd2Fe14B tetragonal.

Gambar 3.5 Magnet Neodymium sebanyak 32 buah

(8)

Magnet neodymium memiliki beberapa kelebihan dibandingkan jenis magnet yang lain, yaitu :

1. Kekuatan medan magnet yang besar 2. Resistansi terhadap kehilangan daya

magnetik

3. Kepadatan energi magnetik

4. Ketahanan terhadap suhu yang tinggi 5. Magnet neodymium tidak tahan terhadap

korosi sehingga di-coating

Kekuatan magnet ini sendiri bergantung pada massa nya, semakin besar semakin kuat. Selain itu juga terdapat nilai tingkatan (grade) yang menentukan kekuatan kemagnetan jenis ini, umumnya tedapat grade N35-N50. Magnet ini pertama kali berhasil dibuat tahun 1982 dan patennya dimiliki oleh perusahaan general motor dan Sumitomo special metal. Tetapi saat ini hampir 90 % produksi magnet dunia berasal dari Cina. Karena rentan terhadap pengkaratan, pada magnet ini dibuat lapisan pelindung di bagian luarnya . Biasanya bahan pelapis ini adalah nikel atau tembaga atau campuran keduanya (Ni-cu-Ni). Hal inilah yang menyebabkan magnet tersebut terlihat berwarna putih atau kuning keemasan ketika sudah melewati proses manufacturing.

Pada perancangan generator fluks aksial 1500 watt, memakai bentuk magnet persegi panjang dengan ukuran demensi magnet yaitu Panjang 5,6 cm, Lebar 4 cm Tinggi 0,7 cm. panjang dan lebar magnet menghadap kearah lilitan stator.

3.3 Rugi dan effisiensi 3.3.1 Rugi-rugi

Rugi-rugi timbul karena adanya rugi histerisasi dan rugi arus eddy pada stator maupun rotor. Rugi besi juga dapat timbul karena ketidak seragaman distribusi fluks yang mengalir. Hambatan stator untuk arus bolak-balik perlu ditentukan untuk nilai nominal dari frekuensi (f), dengan menggunakan alat ukur Ampere dan alat ukur watt.

Resistansi belitan stator per phasa [1]:

a w av dc

s

a

L

N

R



1 1 1



(3.9) Dengan :

L1av = Panjang kawat stator (meter) aw = Jumlah kawat paralel

σ = konduktifitas elektris (tembaga) Sa = Luas penampang konduktor (mm2₎

Dimana

L1av = 2 Li + l1in + l1out (3.10)

Untuk resistansi stator pada frekuensi 50 – 60 Hz = R1 ≈ R1dc. Kerugian pada generator terdiri dari :

1. Rugi tembaga

Rugi tembaga atau rugi belitan stator, kerugian ini merupakan kerugian ohm yang terjadi dalam belitan stator, dan dapat dihitung dengan rumus berikut [2]:

∆P1w = m1.Ia2_.R1 _(3.11)

Dengan :

∆P1w = kerugian belitan Stator (watt) Ia = Arus belitan stator (Ampere) R1 = Hambatan belitan stator (Ohm) m1 = Jumlah phasa

2. Rugi lain-lain

Rugi lain-lain adalah 20% dari total rugi tembaga [2]:

ΔPstray = 20% x ∆P1w (3.12)

3. Rugi gesekan dan angin

Rugi gesekan dan angin adalah 0.7% dari nilai KVA (daya semu) [2]:

ΔPf&w = 0,7% x S (3.13)

3.3.2 Effisiensi

Effisiensi merupakan suatu ukuran dimana suatu perbandingan rencana penggunaan keluaran dengan hasil penggunaanya. Persamaan rumus effisiensi adalah [1,5] in out

P





x 100 % (3.14)

(9)

IV. PERHITUNGAN, PENGUJIAN

DAN ANALISIS

4.1 Perhitungan

4.1.1 Perhitungan Desain Stator

Pada perancangan ini stator berfungsi sebagai kumparan jangkar yang menghasilkan tegangan keluaran generator, stator dibentuk pipih seperti lingkaran. Untuk membuat suatu stator maka harus diketahui besaran nalai-nilai sebagai berikut. Generator didesain untuk bekerja dalam frekuensi 50 Hz, dengan jumlah 16 kutub maka diperoleh putaran berdasarkan Persamaan (3.1) sebagai berikut [1,5]:

𝑛 =120. 𝑓

𝑝 =

120.50

16 = 375 𝑟𝑝𝑚 Diasumsikan ;

Din / Dout = 1/√3 , dengan KD =



1

1 /

8

1 

3

) [1 − ( 1 √3) 2_{] = 0,131} Diketahui :

• Faktor daya atau

cos



= 0.8 • Effisiensi = 80 %

• V1 = 380 / √3 = 220 V

• Ratio tegangan, 𝜀 = Ef / V1 = 2 (desain untuk motor 𝜀 < 1 dan generator 𝜀 > 1),

• Bmg = 0,65 T • Am = 32500 A/m • Kw1 = 0,96

(sumber buku Axial Flux Permanent Magnet Brushless Machines by Jacek F Gieras, Rong-Jie Wang, Maarten J. Kamper).

maka diameter luar (Dout) stator berdasarkan Persamaan (3.4) adalah [1]:

𝐷𝑂𝑢𝑡= √ εPout π2kDkw1nBmgAmηcosΦ 3 𝐷𝑂𝑢𝑡= √ 2 𝑥 1500 9,8596x 0,131 x0,96x 6,25 x 0,65 x 32500 x 0,8x0,8 3 Dout = 0,305659609 m ≈ 0,30 m

Diameter dalam (Din) stator berdasarkan Persamaan (3.5) adalah [1]:

3

out in

D

D 

3 305659609

,

0 

= 0,176681855 m ≈ 0,176 m

Fluks magnet berdasarkan Persamaan (3.7) adalah [1]: 𝛷𝑓 = 𝛼𝑖. 𝐵𝑚𝑔 . 𝜋 2𝑝[(0.5 Dout) 2_{] −} [(0.5 D_in)2_] 𝛷𝑓 = 2 𝜋𝑥0,65𝑥 𝜋 32[(0,5x0,30565909 ) 2₋ (0,5x0,176681855)2] 𝛷𝑓 = 0,000631 𝑊𝑏

Jumlah lilitan per phasa berdasarkan Persamaan (3.2) adalah [1]: f Kw f E N



. 1 . . 44 , 4 1  000631831 , 0 96 , 0 50 44 , 4 220 1 x x x N  N1 = 1633,794792

N1 ≈ 1634 lilitan per phasa

Menurut Tabel 3.2 dalam rancang bangun AFPM ini jika jumlah kutub ada 16 pasang maka menggunakan 12 koil dan jumlah koil pada stator per phasa adalah 4. Pada Gambar 4.1 menunjukkan konstruksi belitan stator 12 koil dengan fasa 3. Maka jumlah lilitan per koil per phasa adalah 𝑁1

𝑛𝑐 =

1633,794792

4 =

408,448698 ≈ 408 lilitan

Gambar 4.1 Lilitan kawat tembaga stator

Pada Gambar 4.1 menunjukkan bentuk lilitan koil pada stator, terdapat 12 buah koil. Arus per phasa untuk berhubung bintang (Y) pada single stator berdasarkan Persamaan (3.3) adalah [1,5]:



cos . ₁ 1V m P I out a  A x x I_a 2,841 8 , 0 220 3 1500  

(10)

Tegangan per phasa (phasa-netral) berdasarkan Persamaan (3.8) adalah [1]:

𝐸𝑓 = 4.44𝑓𝑁1 𝐾𝑤1 ∅𝑓 𝐸𝑓 =

4.44𝑥50𝑥1633.794𝑥0,96𝑥0,000631 = 220 𝑉𝑜𝑙𝑡

Maka tegangan line to line, berhubung bintang adalah :

Vline = √3Ef = √3X220 = 381 volt Kerapatan arus pada konduktor stator dapat di asumsikan Ja ≈ 4,5 x 106 _A/m2_{. Maka} luas penampang konduktor atau kawat tembaga pada stator berdasarkan Persamaan (3.6) adalah [1]: a w a a J a I s .  2 631 , 0 5 , 4 1 840909091 , 2 mm x  

Maka untuk menentukan diameter konduktor yang dipakai adalah

𝐴 = 𝜋𝑟2

d = √4Sa π = √

4. (0,631)

3,14 = 0,897 mm ≈ 0.9 mm

4.1.2 Perhitungan Desain Rotor

Sebuah rotor terdiri dari sebuah plat besi dan magnet permanen yang diatur dengan pola radial. Pada Gambar 4.2 rotor digambarkan dengan sejumlah magnet permanen berjenis

Neodymium, pada perancangan tugas akhir ini

rotor menggunakan magnet permanen sebanyak 16 buah per rotor, jadi total magnet yang digunakan untuk dua buah rotor adalah 32 buah.

Gambar 4.2 Konstruksi rotor dengan 16 magnet

Pada Gambar 4.2 magnet permanen pada rotor dipasang berlawanan arah yaitu arah

utara dan selatan, sesuai prinsip medan magnet dimana sebuah kutub magnet berlawanan arah akan menimbulkan gaya tarik menarik dan menimbulkan fluks magnet.

Untuk diketahui bahwa diameter dalam (Din) dan diameter luar (Dout) suatu rotor generator fluks aksial adalah sama dengan diameter dalam dan diameter luar suatu stator, dimana Din = 0,176681855 dan Dout = 0,305659609.

4.1.3 Kerugian dan Effisiensi Pada Generator

Kerugian-kerugian generator terdiri dari:

L1av = 2 Li + L1e

dimana, Li = 0,5 (Dout – Din)

Li = 0,5 (0,305659-0,176681) = 0,064 m

Panjang rata-rata dari ujung sambungan stator untuk plat rotor pada mesin a.c adalah L1e ≈ 0,154 m, maka;

L1av = 2 (0,064488877+0,154) = 0,437 m

Resistansi belitan stator per phasa, berdasarkan Persamaan (3.9) adalah [1]:

a w av

s

a

L

N

R



1 1 1







19 ,

839

631 ,

0

10

57

1

437 ,

0 794792

,

1633

6 1

x

R

Rugi tembaga stator (∆P1w ) berdasarkan Persamaan (3.11)adalah [2]:

∆P1w = m1Ia2_R1

= 3x2,8409090912_x19,83979394 = 480,367 Watt

Daya keluaran (Pout) adalah [1,5]: Pout = m1V1IaCosφ

= 3 x 220 x 2,840909091 x 0,8 = 1500 watt

Rugi daya lain-lain berdasarkan Persamaan (3.12) adalah [2]:

(11)

ΔPstray = 20% x ΔP1w = 20 % x 480,3669117 = 96,073 watt

Rugi gesekan dan angin berdasarkan Persamaan (3.13)adalah [2]:

ΔPf&w = 0.7 % x S = 0,7 % x 1500/0,8 = 13,125 watt

Maka, efisiensi dari generator berdasarkan Persamaan (3.14) adalah [1,5]: 𝜂 =𝑃𝑜𝑢𝑡 𝑃𝑖𝑛 𝑥 100% 𝜂 = 1500 𝑃𝑜𝑢𝑡+ ∆𝑃1𝑤+ ∆𝑃𝑠𝑡𝑟𝑎𝑦+ ∆𝑃𝑓&𝑤 𝑥 100% 𝜂 = 1500 1500 + 480,367 + 96,073 + 13,125 𝑥 100% 𝜂 = 71,78526578 % ≈ 72 %

Nilai efisiensi tersebut dikarenakan pembuatan belitan stator yang dikerjakan dengan gulungan manual atau tidak menggunakan mesin gulung. Sehingga tidak mendapatkan efisiensi yang maksimal.

4.2 Pengujian

Pengujian dilakukan terhadap generator fasa 3 hubung bintang, dengan tanpa beban yaitu diuji dengan beban nol sehingga dapat diukur tegangan, frekuensi dan putaran yang dihasilkan sedangkan pengujian berbeban yaitu diuji dengan variasi jumlah beban hingga mendapatkan beban maksimal sehingga dapat diukur tegangan, frekuensi, putaran, faktor daya dan arus yang dihasilkan. Dengan alat ukur yang digunakan pada pengukuran ini menggunakan alat ukur merk HIOKI 3286 – 20 Clamp – 0n Power Hitester dan Tacho Meter. Dari generator yang dibuat, diperoleh beberapa data seperti yang ditunjukkan pada Tabel 4.1.

Tabel 4.1 Data spesifikasi generator

Parameter Nilai

Putaran, rpm 375

Daya, W 1500

Arus per Phasa, A 2.84

Jumlah Phasa 3

Jumlah Coil Stator 12

Jumlah Pasang Magnet 16

Frekuensi, Hz 50

Tipe Magnet NdFeB

Dimensi Magnet P x L x T, cm 5,6 x 4 x 0,7

Diameter Kawat, mm 0,9

Jumlah Lilitan per Phasa 1634

Diameter Luar Rotor, cm 30

Diameter Dalam Rotor, cm 18

4.2.1 Pengujian fasa 3 dengan Beban Lampu Pijar

Pengujian dilakukan terhadap generator hubung bintang fasa 3 dengan variasi jumlah beban generator, dihasilkan data tegangan terminal, frekuensi, putaran, arus, faktor daya dan jumlah beban seperti ditunjukkan pada Tabel 4.2. Sedangkan rangkaian pengujian ditunjukkan pada gambar 4.3.

Gambar 4.3 Rangkaian pengujian dengan beban lampu pijar

Tabel 4.2 Pengujian Generator AFPM fasa 3 Berbeban (lampu pijar)

GENERATOR BEBAN

Tegangan Terminal

R-S-T Frekuensi Putaran Arus

Faktor

Daya Beban (Volt) (Hz) (rpm) (Ampere) Cosφ (Watt)

396 49.8 375 0 - 0 394 49.8 375 0,07 0,85 40 394 49,8 373,9 0,14 0,86 82 380 48,7 367,4 0,27 0,87 154 376 48,3 364 0,33 0,87 186 372 47,6 362,8 0,37 0,87 207 367 47 357,5 0,43 0,87 237 361 46,6 354,6 0,49 0,87 266 357 46,1 351,3 0,53 0,87 285 341 44,5 338,3 0,66 0,87 339 333 43,6 330,4 0,71 0,87 356 327 43 326,2 0,74 0,875 366 318 41,9 317,8 0,8 0,875 385

(12)

305 40,5 306,8 0,84 0,875 388

Pada tabel 4.2 terdapat beban generator yang terpasang pada terminal-terminalnya untuk mengukur frekuensi yang dihasilkan, tegangan terminal, putaran poros, arus beban dan faktor daya dengan menggunakan data yang terdapat pada tabel 4.2 yaitu tegangan terminal 305 volt, arus beban 0,84 A dan faktor daya 0,875 diperoleh daya pada beban sebesar 388 watt berdasarkan persamaan P=√3.V.I.Cos φ. Sedangkan saat pengujian beban nol, nilai tegangan terminalnya mencapai 396 volt, dikarenakan saat generator diberikan beban tegangan terminal dapat sesuai dengan nilai desain 380 volt. Karena saat generator diberikan beban, tegangan terminal akan mengalami penurunan. Pada tabel 4.3 terdapat data tegangan, frekuensi dan putaran dari data desain generator. Beban dan faktor daya hasil dari pengujian, sedangkan data arus yang ditampilkan hasil dari perhitungan.

Tabel 4.3 Perhitungan Generator AFPM fasa 3 Berbeban (lampu pijar)

GENERATOR BEBAN

Tegangan Terminal

Faktor Daya Beban (Volt) (Hz) (rpm) (Ampere) Cosφ (Watt)

380 50 375 0 - 0 380 50 375 0,07 0,85 40 380 50 375 0,14 0,86 82 380 50 375 0,27 0,87 154 380 50 375 0,32 0,87 186 380 50 375 0,36 0,87 207 380 50 375 0,41 0,87 237 380 50 375 0,46 0,87 266 380 50 375 0,49 0,87 285 380 50 375 0,59 0,87 339 380 50 375 0,62 0,87 356 380 50 375 0,63 0,875 366 380 50 375 0,67 0,875 385 380 50 375 0,68 0,875 388

Dengan diperolehnya data arus hasil dari perhitungan pada tabel 4.3 maka dapat dibandingkan antara arus perhitungan dan arus

pengujian pada tabel 4.2, sehingga dapat diketahui deviasi rata-ratanya seperti yang ditunjukkan pada tabel 4.4.

Dari tabel 4.2 dan 4.3 dapat digambarkan grafik hubungan beban terhadap arus pada gambar 4.4.

Gambar 4.4 Grafik hubungan beban terhadap arus pada beban berupa lampu pijar

Dari Gambar 4.4 menunjukkan hubungan yang berbanding lurus antara beban dan arus sesuai dengan persamaan P = √3.V.I.Cosφ. Jika P (daya pada beban) semakin besar maka I (arus) akan meningkat nilainya. Sedangkan perbandingan arus pada data pengujian dan data perhitungan terlihat lebih rendah arus perhitungan dibandingkan arus pengujian,

0 0,5 1 0 ₈₂ 186 237 285 356 385 ar u s ( amp e re ) beban (watt)

GRAFIK HUBUNGAN BEBAN TERHADAP ARUS

Pengujian Perhitungan Tabel 4.4 Perbandingan

Arus Pengujian Dengan Arus Perhitungan Pada Pengujian Dengan Beban Berupa

Lampu Pijar Arus Perhitungan/Ih (A) Arus pengujian/Ip (A) Deviasi (Δ) (%) 0,07 0,07 _0,00 0,14 0,14 _0,00 0,27 0,27 _0,00 0,32 0,33 3,03 0,36 0,37 _2,70 0,41 0,43 _4,65 0,46 0,49 _6,12 0,49 0,53 _7,55 0,59 0,66 10,61 0,62 0,71 _12,68 0,63 0,74 _14,86 0,67 0,8 _16,25 0,68 0,84 _19,05 Jumlah 97,50 Deviasi rata-rata 7,50

(13)

disebabkan karena keterbatasan peralatan saat pengujian sehingga tegangan yang seharusnya stabil menjadi turun nilainya ketika daya pada beban semakin besar, hal tersebut dikarenakan putaran generator tidak dapat dinaikkan oleh inverter (v-belt slip dan poros bergetar), sehingga arus pengujian meningkat saat tegangan yang dhasilkan menurun nilainya. Sedangkan grafik hubungan beban dengan tegangan digambarkan pada gambar 4.5.

Gambar 4.5 Grafik hubungan beban terhadap tegangan pada beban berupa lampu pijar

Dari Gambar 4.5 jika P (daya pada beban) semakin besar maka tegangan terminal semakin turun nilainya. Hal tersebut dikarenakan keterbatasan peralatan saat pengujian yaitu putaran generator tidak dapat dinaikkan oleh inverter (v-belt slip dan poros bergetar) sehingga tegangan yang seharusnya stabil menjadi turun nilainya ketika daya pada beban semakin besar. Oleh karena itu, pengatur putaran harus diatur agar V tetap stabil dan P (daya pada beban) dapat maksimal pemakaiannya. Sedangkan grafik hubungan beban terhadap frekuensi digambarkan pada gambar 4.6.

Gambar 4.6 Grafik hubungan beban terhadap frekuensi pada beban berupa lampu pijar

Dari Gambar 4.6 jika P (daya pada beban) semakin besar maka frekuensi semakin turun nilainya. Hal tersebut dikarenakan keterbatasan peralatan saat pengujian yaitu putaran generator tidak dapat dinaikkan oleh inverter (v-belt slip dan poros bergetar) sehingga frekuensi menurun nilainya saat beban dinaikkan. Oleh karena itu, pengatur putaran harus diatur agar frekuensi dan tegangan terminal tetap stabil, sehingga P (daya pada beban) dapat maksimal pemakaiannya.

4.2.2 Pengujian fasa 3 dengan Beban

Motor Listrik

Pengujian dilakukan terhadap generator hubung bintang tiga phasa dengan beban motor listrik fasa 3, dihasilkan data tegangan terminal, frekuensi, putaran, arus, faktor daya dan junlah beban, seperti ditunjukkan pada Tabel 4.3. Sedangkan rangkaian pengujian ditunjukkan pada gambar 4.7.

Gambar 4.7 Rangkaian pengujian dengan beban motor listrik

Tabel 4.5 Pengujian Generator AFPM fasa 3 Berbeban (Motor Listrik)

GENERATOR BEBAN

Tegangan Terminal

Faktor Daya Beban (Volt) (Hz) (rpm) (Ampere) Cosφ (Watt)

396 49,8 375 0 - 0

355 48,2 364 0,96 0,79 466

345 47,7 364 1,12 0,78 522

341 47,7 363 1,3 0,78 598

326 47,4 354 1,43 0,78 629

Pada tabel 4.5 terdapat beban generator yang terpasang pada terminal-terminalnya untuk mengukur frekuensi yang dihasilkan, tegangan terminal, putaran poros, arus beban

0 200 400 600 0 ₈₂ 186 237 285 356 385 te gan gan ( vo lt) beban (watt)

GRAFIK HUBUNGAN BEBAN TERHADAP TEGANGAN Pengujian Perhitungan 0 50 100 0 154237339385 fr e ku e n si ( H z) beban (watt)

HUBUNGAN GRAFIK BEBAN TERHADAP FREKUENSI

Pengujian Perhitungan

(14)

dan faktor daya dengan menggunakan data yang terdapat pada tabel 4.5 yaitu tegangan terminal 326 volt, arus beban 1,43 A dan faktor daya 0,78 diperoleh daya pada beban sebesar 629 watt berdasarkan persamaan P=√3.V.I.Cos φ. Sedangkan saat pengujian beban nol, nilai tegangan terminalnya mencapai 396 volt, dikarenakan saat generator diberikan beban tegangan terminal dapat sesuai dengan nilai desain 380 volt. Karena saat generator diberikan beban, tegangan terminal akan mengalami penurunan. Pada tabel 4.6 terdapat data tegangan, frekuensi dan putaran dari data desain generator. Beban dan faktor daya hasil dari pengujian, sedangkan data arus yang ditampilkan hasil dari perhitungan.

Tabel 4.6 Perhitungan Generator AFPM fasa 3 Berbeban (Motor Listrik)

GENERATOR BEBAN

Tegangan Terminal

Faktor Daya Beban (Volt) (Hz) (rpm) (Ampe re) Cosφ (Watt) 380 50 375 0 - 0 380 50 375 0,89 0,79 466 380 50 375 1,01 0,78 522 380 50 375 1,16 0,78 598 380 50 375 1,22 0,78 629

Dengan diperolehnya data arus hasil dari perhitungan pada tabel 4.6 maka dapat dibandingkan antara arus perhitungan dan arus pengujian pada tabel 4.5, sehingga dapat diketahui deviasi rata-ratanya seperti yang ditunjukkan pada tabel 4.7.

Dari tabel 4.5 dan 4.6 dapat digambarkan grafik hubungan beban terhadap arus pada gambar 4.8

Gambar 4.8 Grafik hubungan beban terhadap arus pada beban berupa motor listrik

Dari Gambar 4.8 menunjukkan hubungan

yang berbanding lurus antara beban dan arus sesuai dengan persamaan P = √3.V.I.Cosφ. Jika P (daya pada beban) semakin besar maka I (arus) akan meningkat nilainya. Sedangkan perbandingan arus pada data pengujian dan data perhitungan terlihat lebih rendah arus perhitungan dibandingkan arus pengujian, disebabkan karena keterbatasan peralatan saat pengujian sehingga tegangan yang seharusnya stabil menjadi turun nilainya ketika daya pada beban semakin besar, hal tersebut dikarenakan putaran generator tidak dapat dinaikkan oleh inverter (v-belt slip dan poros bergetar), sehingga arus pengujian meningkat saat tegangan yang dhasilkan menurun nilainya. Sedangkan grafik hubungan beban dengan tegangan digambarkan pada gambar 4.9.

Gambar 4.9 Grafik hubungan beban terhadap tegangan pada beban berupa motor listrik

Dari Gambar 4.9 jika P (daya pada beban) semakin besar maka tegangan terminal semakin turun nilainya. Hal tersebut dikarenakan keterbatasan peralatan saat pengujian yaitu putaran generator tidak dapat

0 1 2 466 522 598 629 ar u s ( amp e re ) beban (watt)

Pengujian Perhitungan 0 200 400 600 0 466 522 598 629 te gangan (v ol t) beban (watt)

GRAFIK HUBUNGAN BEBAN TERHADAP TEGANGAN

Arus Pengujian Dengan Arus Perhitungan Pada Pengujian Dengan Beban Berupa

Motor Listrik ArusPerhitungan/Ih (A) Arus pengujian/Ip (A) Deviasi (Δ) (%) 0,89 0,96 7,29 1,01 1,12 9,82 1,16 1,3 10,77 1,22 1,43 14,69 Jumlah 42,57 Deviasi rata-rata 3,27

(15)

dinaikkan oleh inverter (v-belt slip dan poros bergetar) sehingga tegangan yang seharusnya stabil menjadi turun nilainya ketika daya pada beban semakin besar. Oleh karena itu, pengatur putaran harus diatur agar V tetap stabil dan P (daya pada beban) dapat maksimal pemakaiannya. Sedangkan grafik hubungan beban terhadap frekuensi digambarkan pada gambar 4.10.

Gambar 4.10 Grafik hubungan beban terhadap frekuensi pada beban berupa motor listrik

4.2.3 Pengujian fasa 3 dengan Beban Motor Listrik Dan Lampu Pijar

Pengujian dilakukan terhadap generator dengan variasi jumlah beban. Generator, dihasilkan data tegangan terminal, frekuensi, putaran, arus, faktor daya dan junlah beban, seperti ditunjukkan pada Tabel 4.8. Sedangkan rangkaian pengujian ditunjukkan pada gambar 4.11.

Gambar 4.11 Rangkaian pengujian dengan beban lampu pijar dan motor listrik

Tabel 4.8 Pengujian Generator AFPM fasa 3 Berbeban (Motor Listrik & Lampu Pijar)

GENERATOR BEBAN Tegangan Terminal R-S-T Frekue nsi Putara n Arus Faktor Daya Beban (Volt) (Hz) (rpm) (Ampere ) Cosφ (Watt) 396 49,8 375 0 - 0 380 49 368 1,56 0,73 749 371 48 364 1,62 0,73 759 349 46 314 1,82 0,72 792 328 43 313 1,98 0,72 809

Pada tabel 4.8 terdapat beban generator yang terpasang pada terminal-terminalnya untuk mengukur frekuensi yang dihasilkan, tegangan terminal, putaran poros, arus beban dan faktor daya dengan menggunakan data yang terdapat pada tabel 4.8 yaitu tegangan terminal 328 volt, arus beban 1,98 A dan faktor daya 0,72 diperoleh daya pada beban sebesar 809 watt berdasarkan persamaan P=√3.V.I.Cos φ. Sedangkan saat pengujian beban nol, nilai tegangan terminalnya mencapai 396 volt, dikarenakan saat generator diberikan beban tegangan terminal dapat sesuai dengan nilai desain 380 volt. Karena saat generator diberikan beban, tegangan terminal akan mengalami penurunan..Pada tabel 4.9 terdapat data tegangan, frekuensi dan putaran dari data desain generator. Beban dan faktor daya hasil dari pengujian, sedangkan data arus yang ditampilkan hasil dari perhitungan.

45 50 55 0 466 522 598 629 fr e ku e n si ( H z) beban (watt)

GRAFIK HUBUNGAN BEBAN TERHADAP FREKUENSI

(16)

Tabel 4.9 Perhitungan Generator AFPM fasa 3 Berbeban (Motor Listrik & Lampu Pijar)

GENERATOR BEBAN

Tegangan Terminal

Faktor

Daya Beban (Volt) (Hz) (rpm) (Ampere) Cosφ (Watt)

380 50 375 0 - 0

380 50 375 1,55 0,73 749 380 50 375 1,58 0,73 759 380 50 375 1,67 0,72 792

380 50 375 1,7 0,72 809

Dengan diperolehnya data arus hasil dari perhitungan pada tabel 4.9 maka dapat dibandingkan antara arus perhitungan dan arus pengujian pada tabel 4.8, sehingga dapat diketahui deviasi rata-ratanya seperti yang ditunjukkan pada tabel 4.10.

Dari tabel 4.8 dan 4.9 dapat digambarkan grafik hubungan beban terhadap arus pada gambar 4.12.

Gambar 4.12 Grafik hubungan beban terhadap arus pada beban berupa motor listrik &

lampu pijar

Dari Gambar 4.12 menunjukkan hubungan yang berbanding lurus antara beban dan arus sesuai dengan persamaan P = √3.V.I.Cosφ. Jika P (daya pada beban) semakin besar maka I (arus) akan meningkat nilainya. Sedangkan perbandingan arus pada data pengujian dan data perhitungan terlihat lebih rendah arus perhitungan dibandingkan arus pengujian, disebabkan karena keterbatasan peralatan saat pengujian sehingga tegangan yang seharusnya stabil menjadi turun nilainya ketika daya pada beban semakin besar, hal tersebut dikarenakan putaran generator tidak dapat dinaikkan oleh inverter (v-belt slip dan poros bergetar), sehingga arus pengujian meningkat saat tegangan yang dhasilkan menurun nilainya. Sedangkan grafik hubungan beban dengan tegangan digambarkan pada gambar 4.13.

Gambar 4.13 Grafik hubungan beban terhadap tegangan pada beban berupa motor listrik &

lampu pijar

Dari Gambar 4.13 jika P (daya pada beban) semakin besar maka tegangan terminal semakin turun nilainya. Hal tersebut dikarenakan keterbatasan peralatan saat pengujian yaitu putaran generator tidak dapat dinaikkan oleh inverter (v-belt slip dan poros

0 1 2 3 749 759 792 809 ar u s ( amp e re ) beban (watt)

Pengujian Perhitungan 0 200 400 600 0 749 759 792 809 te gan gan ( vo lt) beban (watt)

GRAFIK HUBUNGAN BEBAN TERHADAP TEGANGAN

Arus Pengujian Dengan Arus Perhitungan Pada Pengujian Dengan Beban Kombinasi

Berupa Motor Listrik Dan Lampu Pijar

Arus Perhitungan/Ih (A) Arus pengujian/Ip (A) Deviasi (Δ) (%) 1,55 1,56 0,64 1,58 1,62 2,47 1,67 1,82 8,24 1,7 1,98 14,14 Jumlah 25,49 Deviasi rata-rata 1,96

(17)

bergetar) sehingga tegangan yang seharusnya stabil menjadi turun nilainya ketika daya pada beban semakin besar. Oleh karena itu, pengatur putaran harus diatur agar tegangan terminal tetap stabil dan P (daya pada beban) dapat maksimal pemakaiannya. Sedangkan grafik hubungan beban terhadap frekuensi digambarkan pada gambar 4.14.

Gambar 4.14 Grafik hubungan beban terhadap frekuensi pada beban berupa motor listrik &

lampu pijar

4.3 Analisis Perhitungan dan Pengujian

Berdasarkan perhitungan dan pengujian yang sudah dilakukan, maka dilakukan analisis sebagai berikut :

(a) Berdasarkan persamaan 3.3 hubungan antara tegangan, arus dan daya yang dihasilkan saling terkait. Menurut Tabel 4.2 pengujian fasa 3 berbeban (lampu pijar), bila daya pada beban dinaikkan maka frekuensi dan tegangan akan turun nilainya. Dikarenakan pengatur putaran yang tidak dinaikkan kecepatannya saat generator diberikan beban. Sehingga untuk mendapatkan tegangan yang stabil, harus diatur dan dipertahankan kecepataan putar dari rotor sesuai desainnya.

(b) Berdasarkan persamaan 3.3 hubungan antara tegangan, arus dan daya yang dihasilkan saling terkait. Menurut Tabel 4.5 pada pengujian fasa 3 berbeban (motor listrik), nilai tegangan dan frekuensi akan turun saat daya pada beban dinaikkan. Dikarenakan pengatur putaran yang tidak dinaikkan kecepatannya saat generator diberikan beban. Sehingga untuk mendapatkan tegangan yang stabil, harus diatur dan dipertahankan kecepataan putar dari rotor sesuai desainnya.

(c) Berdasarkan persamaan 3.3 hubungan antara tegangan, arus dan daya yang dihasilkan saling terkait. Menurut Tabel 4.8 pengujian fasa 3 berbeban (motor listrik & lampu pijar), bila daya pada beban dinaikkan maka frekuensi dan tegangan akan turun nilainya. Dikarenakan pengatur putaran yang tidak dinaikkan kecepatannya saat generator diberikan beban. Sehingga untuk mendapatkan tegangan yang stabil, harus diatur dan dipertahankan kecepataan putar dari rotor sesuai desainnya.

(d) Menurut hasil data pengujian generator AFPM beban berupa lampu pijar nilai faktor daya mencapai rata-rata 0,87. Pada pengujian beban berupa motor listrik pada beban 466-629 watt, nilai faktor daya mencapai 0,78-0,79. Sedangkan untuk pengujian dengan kombinasi beban berupa lampu pijar dan motor listrik diperoleh faktor daya mencapai rata-rata 0,73 pada interval beban 749-809 watt. Nilai faktor daya pada pengujian dengan beban berupa lampu pijar akan semakin tinggi saat daya pada beban dinaikkan sedangkan nilai faktor daya pada pengujian dengan beban berupa motor listrik akan semakin rendah saat daya pada beban dinaikkan. Dikarenakan beban lampu pijar adalah jenis beban resistif. Sehingga daya pada generator akan terpakai maksimal karena tidak ada rugi-rugi daya. Sedangkan motor listrik adalah jenis beban induktif. Sehingga daya pada generator tidak terpakai maksimal karena adanya rugi-rugi daya seperti rugi belitan stator, rugi angin dan gesekan, serta rugi-rugi lainnya.

V. KESIMPULAN

Dari pembahasan mengenai perhitungan, pengujian dan analisis yang terdapat pada Bab IV, maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut : 35 40 45 50 55 0 749759792809 fr e ku e n si ( H z) beban (watt)

GRAFIK HUBUNGAN BEBAN TERHADAP FREKUENSI

(18)

1. Pada pengujian berbeban dengan beban 385 watt (lampu pijar) diperoleh tegangan, frekuensi dan putaran masing-masing 305 volt, 40,5 Hz dan 306,8 rpm. Sedangkan pada pengujian beban 629 watt (motor listrik fasa 3) tegangan, frekuensi dan putaran masing-masing 326 volt, 47,4 Hz dan 354 rpm, dengan kondisi putaran generator tidak diatur oleh pengatur putaran (inverter).

2. Pada pengujian berbeban dengan beban kombinasi antara motor listrik fasa 3 dan lampu pijar sebesar 749 watt diperoleh tegangan, frekuensi dan putaran masing-masing 380 volt, 49 Hz dan 368 rpm. Sedangkan pada pengujian berbeban dengan beban 809 watt diperoleh tegangan, frekuensi dan putaran masing-masing 328 volt, 43 Hz dan 313 rpm, dengan kondisi putaran generator tidak dinaikkan oleh pengatur putaran (inverter).

DAFTAR PUSTAKA

1. Jacek F Gieras, Rong – Jie Wang, Marteen J Kamper ”Axial Flux Permanent Magnet

Brushless Machines”Second Edition, Penerbit

Springer, New York 2008

2. Sawhney. A.K ”Electrical Machine Design”the fifth edition, Gagan Kapur for Dhanpat Rai : Nai Sarak, Delhi 2005

3. Prof. Ir. Abdul Kadir ”Mesin Sinkron” Penerbit Djambatan, Jakarta 1999

4. Frederick J Bueche ”Fisika Buku Schaum” Penerbit Erlangga, Jakarta 1989

5. Chapman, Stephen j ”Electric Machinery Fundamental,fourth edition” McGraw-Hill, Australia 2005

6. Staven Fahay, Journal ”Basic Principles of the Homemade Axial FluxAlternator” New York 2006

7. Howey, D.A”Axial Flux Permanent Magnet Generators For Pico-Hydropower” London 2009

8. Abdul Multi dan Iwa Ganiwa, “Pemanfaatan Motor Sinkron 3 Fasa Fluks

Aksial Rotor Belitan untuk Perbaikan Faktor Daya”, Karya Unggulan ISTN, Jakarta, 2010 9. Abdul Multi, Iwa Garniwa, “Design of Twin Rotor Single Double-Sided Stator Three Phase Axial Flux Synchronous Motor”, Program Book Volume 1, The 12th International Conference On Quality in Research, ISSN 114-1284, Bali, 4-7 July 2011 10. Nurhadi, Journal “Perancangan Generator Putaran Rendah Magnet Permanen jenis Fe Fluks Aksial” Malang, 2007

11. Abdul Multi, Iwa Gumiwa & Uno Bintang Sudibyo,”Determining The Air Gap Length Of An Axial Wound Rotor Synchronous Generator” Volume 17, MAKARA UI, Depok, 2013