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.
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
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
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
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
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.
Hubungan antara kecepatan putar dan frekuensi generator dapat dirumuskan pada persamaan berikut ini: (Chapman J Stephen, 2012).
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
Rancang Bangun Mini Generator Fluks Aksial 1 Fasa...., Puja Setia, FT UMRAH, 2017 | Page 8 of 17
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
Rancang Bangun Mini Generator Fluks Aksial 1 Fasa...., Puja Setia, FT UMRAH, 2017 | Page 9 of 17
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
Rancang Bangun Mini Generator Fluks Aksial 1 Fasa...., Puja Setia, FT UMRAH, 2017 | Page 10 of 17
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
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
Rancang Bangun Mini Generator Fluks Aksial 1 Fasa...., Puja Setia, FT UMRAH, 2017 | Page 12 of 17
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 12
Rancang Bangun Mini Generator Fluks Aksial 1 Fasa...., Puja Setia, FT UMRAH, 2017 | Page 13 of 17
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
Rancang Bangun Mini Generator Fluks Aksial 1 Fasa...., Puja Setia, FT UMRAH, 2017 | Page 14 of 17
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
Rancang Bangun Mini Generator Fluks Aksial 1 Fasa...., Puja Setia, FT UMRAH, 2017 | Page 15 of 17
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
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
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