PERANCANGAN GENERATOR INDUKSI MAGNET PERMANEN
KECEPATAN RENDAH 12 KUTUB UNTUK APLIKASI PEMBANGKIT
LISTRIK TERBARUKAN
PUBLIKASI ILMIAH
Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata I pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik
Oleh:
SAHID SHOLIHIN
D 400 120 031
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2016
HALAMAN PERSETUJUAN
PERANCANGAN GENERATOR INDUKSI MAGNET PERMANEN
KECEPATAN RENDAH 12 KUTUB UNTUK APLIKASI PEMBANGKIT
LISTRIK TERBARUKAN
PUBLIKASI ILMIAH
oleh: SAHID SHOLIHIN D 400 120 031Telah diperiksa dan disetujui untuk diuji oleh:
Dosen Pembimbing
Agus Supardi, S.T, M.T NIK.883
HALAMAN PENGESAHAN
PERANCANGAN GENERATOR INDUKSI MAGNET PERMANEN
KECEPATAN RENDAH 12 KUTUB UNTUK APLIKASI PEMBANGKIT
LISTRIK TERBARUKAN
OLEH SAHID SHOLIHIN
D 400 120 031
Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta Pada hari ……., ………. 2016 dan dinyatakan telah memenuhi syarat
Dewan Penguji:
1. Agus Supardi, S.T., M.T (……..……..)
(Ketua Dewan Penguji)
2. Ir. Jatmiko, M.T. (……….)
(Anggota I Dewan Penguji)
3. Umar, S.T., M.T. (……….)
(Anggota II Dewan Penguji)
Dekan,
Ir. Sri Sunarjono, M.T., Ph.D NIK. 682
PERANCANGAN GENERATOR INDUKSI MAGNET PERMANEN
KECEPATAN RENDAH 12 KUTUB UNTUK APLIKASI PEMBANGKIT
LISTRIK TERBARUKAN
Abstrak
Krisis energi listrik yang terjadi di Indonesia menjadi persoalan yang belum terselesaikan. Dari permasalahan tersebut dilakukan penelitian terkait energi listrik yang nantinya dapat diaplikasikan di daerah terpencil dengan memanfaatkan sumber energi terbarukan sebagai penggerak mulanya. Penelitian ini membahas tentang perancangan generator induksi magnet permanen dengan memanfaatkan motor induksi. Perancangan rotor generator dilakukan dengan menanam 12 pasang magnet permanen jenis neodymium dimensi 35 x 15 x 7 mm. Perancangan stator generator dengan mengubah frame stator yang berjumlah 48 slot menjadi 12 kutub dengan belitan berjumlah 4080. Dalam penelitian ini dilakukan pengujian generator dengan kondisi tanpa beban dan berbeban. Pengujian tanpa beban dilakukan dengan kondisi generator tanpa kapasitor, menggunakan ukuran kapasitor tetap dan mengubah ukuran kapasitor. Pengujian berbeban dilakukan dengan melakukan variasi berupa beban resistif dan beban induktif. Generator induksi magnet permanen tak berbeban mampu menghasilkan tegangan 75 sampai 130,7 volt dan frekuensi 31,3 sampai 53,8 Hz ketika diputar dengan kecepatan 300 sampai 500 rpm tanpa menggunakan kapasitor. Saat duji ulang dengan mengubah ukuran kapasitor dari 4 µF sampai 12 µF diperoleh tegangan 151,1 sampai 237,1 volt dan frekuensi 50,3 sampai 50,9 Hz dengan kecepatan putar tetap 500 rpm. Pengujian tanpa beban selanjutnya dengan kapasitor tetap 10 µF menghasilkan tegangan 88 sampai 221 volt dan frekuensi 30,3 sampai 50,8 Hz dengan kecepatan putar dari 300 sampai 500 rpm. Berdasarkan hasil pengujian terbukti bahwa kapasitor berperan sebagai eksitasi dalam proses pembangkitan tegangan. Pada saat pembebanan resistif antara 10 sampai 50 watt mengakibatkan generator mengalami penurunan tegangan dari 202 sampai 141 volt dan kenaikan arus 0,06 sampai 0,22 ampere, sedangkan pembebanan induktif berupa lampu TL 10 sampai 40 watt mengakibatkan generator mengalami penurunan tegangan dari 208 sampai 159,7 volt dan kenaikan arus 0,20 sampai 0,34 ampere. Peningkatan daya beban menyebabkan penurunan tegangan dan kenaikan arus.
Kata kunci: energi listrik, generator induksi magnet permanen, kapasitor, tegangan
Abstract
Electrical energy crisis that occurred in Indonesia is still an unresolved issues. From the problems related to research conducted electrical energy that can later be applied in remote areas by utilizing renewable energy sources as a driving source. This study discusses the design of a permanent magnet induction generator by utilizing an induction motor. Generator rotor design is done by implanting 12 pairs of permanent magnet type
neodymium with dimensions of 35 x 15 x 7 mm. The design of the generator stator by
changing the stator frame of 48 slots to 12 poles with winding numbered 4080. In this research, the testing generator with no load and load conditions. Testing without a load carried by the condition of the generator without the capacitor, the capacitor using a fixed size and change the size of the capacitor. Load testing is done by the variation in the form of a resistive load and inductive load. Permanent magnet induction generator with no-loads is able to generate voltages up to 75 to 130,7 volts and frequency 31.3 up to 53.8
Hz when rotated at speeds of 300 to 500 rpm without using capacitors. When retested by changing capacitor size from 4 μF to 12 μF is resulted 151.1 to 237.1 volts voltage and frequency 50.3 to 50.9 Hz with fixed rotational speed of 500 rpm. Furthermore, next experiment in no-loads condition with 10 μF Capacitors still generate a voltage 88 to 221 volts and frequency 30.3 to 50.8 Hz with a rotational speed of 300 to 500 rpm. Based on the test results proved that the capacitor acts as the excitation of voltage generation
process. When the resistive load between 10 to 50 watts resulting voltage generator
decreased from 202 to 141 volts and the current rise of 0.06 to 0.22 amperes, whereas the inductive load in the form of fluorescent lamp 10 to 40 watts resulting voltage generator decreased from 208 to 159.7 volts and current rise 0.20 to 0.34 amperes . The improvement of power load causes a decrease in the voltage and currrent rise.
Keywords: electrical energy, permanent magnet generator induction, capacitors, voltage
1. PENDAHULUAN
Listrik menjadi salah satu aspek penting dalam kehidupan, sehingga di era modern ini banyak penelitian yang dilakukan terkait energi listrik. Mengingat pentingnya listrik bagi kehidupan manusia, maka aspek-aspek yang terkait pada dunia kelistrikan memerlukan perhatian yang lebih, mulai dari bagaimana listrik tersebut dapat dihasilkan kemudian sampai tersalurkan ke beban. Akan tetapi masalah krisis energi listrik masih menjadi salah satu persoalan yang belum bisa diatasi oleh Negara Indonesia dikarenakan tidak seimbangnya antara peningkatan kebutuhan daya listrik terhadap kapasitas pembangkit yang tersedia.
Banyak teknologi baru ditemukan dalam waktu tertentu yang mengakibatkan perbedaan sudut pandang mengenai energi listrik. Sehubungan dengan hal tersebut, ada kesalahpahaman mengenai free energy. Tidak ada energi yang bernilai gratis. Tenaga surya, angin, ombak, panas bumi dan air dapat diperoleh secara gratis setelah kita mulai menggunakan metode dalam menghasilkan listrik yang juga membutuhkan biaya modal dalam pembuatannya. Energi dapat dikatakan gratis jika kita tidak harus membayar sejumlah biaya untuk daya listrik yang telah dibangkitkan dengan metode non konvensional dalam pembangkitan daya listrik (Grover et al, 2014).
Permintaan akan sumber energi hijau telah menyebabkan pembangunan dibidang tenaga surya dan tenaga angin tapi karena keduanya tergantung pada faktor-faktor eksternal seperti cuaca, kondisi ini menjadi masalah tetap yang menyebabkan pasokan energi yang kurang stabil ( Ahuja dan Singh, 2014). Melihat negara Indonesia merupakan negara kepulauan, dimana banyak sekali sumber daya alam (SDA) yang dapat dimanfaatkan seperti air, angin dan cahaya matahari, memungkinkan sekali untuk memanfaatkan SDA tersebut dalam pembangkitan listrik supaya persebaran listrik dapat merata terutama daerah terpencil.
Pada umumnya, suatu daerah terpencil akan membutuhkan suatu pembangkit yang mempunyai sistem sederhana, mudah perawatannya dan dapat dioperasikan oleh masyarakat disekitarnya. Salah satu komponen utama yang menjadi pertimbangan dalam perencanaan sistem pembangkit adalah jenis generator yang digunakan untuk mengubah energi mekanis menjadi energi listrik. Dalam penelitiannya mengenai SEIG (Self Excitation Induction Generator), Gupta dan Wadhwani (2012) menjelaskan secara umum generator induksi tereksitasi diri digunakan dalam sistem energi non konvensional seperti angin, air dan lain lain. Generator jenis ini secara umum sangat cocok digunakan di daerah pedesaan terpencil karena dapat dioperasikan pada kondisi dan variasi beban yang berbeda.
Generator induksi merupakan salah satu alternatif diantara beberapa jenis generator lainnya. Generator induksi merupakan salah satu jenis generator AC yang menerapkan prinsip motor induksi untuk menghasilkan daya. Generator induksi dioperasikan dengan menggerakkan rotornya secara mekanis lebih cepat daripada kecepatan sinkron sehingga menghasilkan slip negatif. Motor induksi biasa umumnya dapat digunakan sebagai sebuah generator tanpa ada modifikasi internal. Generator induksi sangat berguna pada aplikasi-aplikasi seperti pembangkit listrik mikrohidro, turbin angin, atau untuk menurunkan aliran gas bertekanan tinggi ke tekanan rendah, karena dapat memanfaatkan energi dengan pengontrolan yang relatif sederhana (Priandika, 2013). Akan tetapi, Sharma et al. (2011) dalam penelitinnya menjelaskan bahwa generator induksi memiliki kelemahan terhadap regulasi tegangan karena memerlukan arus magnetisasi sebagai eksitasi. Faktor daya, regulasi tegangan dan efisiensi dalam menghasilkan energi listrik dapat ditingkatkan menggunakan magnet permanen.
Tegangan induksi generator dapat dihitung melalui persamaan berikut:
(1)
dimana:
Erms : Tegangan efektif induksi generator (V)
N : jumlah lilitan
f : frekuensi (Hz)
: fluks maksimum (Wb)
Ns : jumlah kumparan/slot
Frekuensi ditentukan dengan persamaan berikut: (2) dimana: f : frekuensi (Hz) nr : Kecepatan rotor (rpm) P : Jumlah kutub
Magnet permanen digunakan untuk menghasilkan fluks magnet. Fluks maksimum magnet
( max) dapat ditentukan dengan persamaan :
(3) dengan : (4) dan (5) dimana:
Amagn : luasan medan magnet(m2)
Bmax : kerapatan fluks magnet maksimum (T)
ro : radius luar magnet (m)
ri : radius dalam magnet (m)
Nm : Jumlah magnet
: jarak antar magnet (m)
Br : kerapatan fluks magnet (T)
lm : tinggi magnet (m)
: lebar celah udara (m)
Tugas akhir ini akan merancang sebuah generator induksi magnet permanen dengan memanfaatkan motor induksi. Perancangan yang dilakukan adalah dengan mengubah jumlah kutub stator menjadi 12 kutub dan melakukan modifikasi pada rotor dengan cara memasang magnet
neodymium yang berjumlah 12 dengan dimensi 35 x 15 x 7 mm berbentuk persegi panjang dengan cara menanamkan magnet kedalam rotor motor induksi. Magnet deodymium yang juga dikenal sebagai NdFeB merupakan jenis magnet permanen yang paling kuat, dan juga memiliki karakteristik magnet yang lebih baik bila dibandingkan dengan magnet lainnya seperti Ferit, Alnico dan Samarium cobalt (Irasari dan Idayanti, 2007). Pengujian generator ini akan dilakukan dengan cara dikopel secara langsung dengan penggerak mula, lalu dihubungkan ke beban resisitif, beban induktif maupun tanpa beban. Harapannya penelitian ini bisa menjadi salah satu cara yang efektif dalam menangani masalah krisis energi listrik di Indonesia.
2. METODE
Dalam penelitian ini, langkah yang pertama dilakukan adalah dengan melakukan studi literatur. Hal ini dilakukan untuk mengumpulkan data terkait penelitian yang akan dilakukan guna pematangan konsep. Pengumpulan data berupa jurnal publikasi ilmiah, artikel ilmiah, buku-buku, media online (internet), dimana data tersebut digunakan sebagai acuan dalam mengerjakan penelitian ini.
Perancangan alat diawali dengan merancang stator. Langkah selanjutnya yaitu melakukan modifikasi rotor generator dengan menanamkan magnet permanen yang berfungsi untuk menghasilkan induksi. Pembuatan alat diawali dengan mengumpulkan bahan-bahan yang dibutuhkan dalam pembuatan generator induksi magnet permanen. Pada prosesnya, pembuatan dilakukan dengan bantuan bengkel bubut, sehingga diperoleh hasil yang presisi sesuai yang direncanakan.
Pengujian alat dilakukan dengan tanpa beban dan berbeban. Pengujian tanpa beban dilakukan dengan beberapa cara yaitu ketika generator tanpa menggunakan kapasitor dalam pengoperasiannya. Selanjutnya pengujian tanpa beban dengan cara memvariasi ukuran kapasitor dan terakhir dengan cara mengubah kecepatan putar dengan kapasitor tetap. Pengujian berbeban menggunakan beban resisitif berupa lampu pijar dan menggunakan beban induktif berupa lampu TL dengan menggunakan kapasitor tetap. Pengujian dilakukan dalam skala laboratorium yaitu di Laboratorium Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Analisa dilakukan dengan membandingkan data hasil pengujian ketika generator beroperasi tanpa beban maupun menggunakan beban. Data yang diperoleh dari pengujian tanpa beban berupa kecepatan putar (rpm), frekwensi (Hz), dan tegangan (V), sedangkan data hasil pengujian berbeban berupa kecepatan putar awal (rpm), jenis beban yang digunakan, daya (Watt), tegangan (V), arus (A) dan intensitas cahaya. Tahapan yang dilakukan dalam penelitian dapat dilihat pada flowchart penelitian berikut:
ya
tidak
tidak ya
Gambar 1. Flowchart Penelitian
Mulai
Studi Literatur
Membuat generator induksi magnet permanen
Apakah generator bekerja dengan baik ? perbaikan Apakah data pengujian sudah sesuai ? Analisa Hasil Pembuatan Laporan Selesai
Merancang generator induksi magnet permanen
Pengujian
Tanpa Beban ( tanpa kapasitor, variasi ukuran kapasitor, kapasitor
tetap)
Variasi Beban ( Resistif dan Induktif)
3. HASILDANPEMBAHASAN
3.1 Bentuk dan desain alur belitan stator
Stator memiliki jumlah slot sebanyak 48 yang dibagi menjadi 12 kutub. Kawat tembaga (email) yang digunakan untuk melilit adalah kawat berjenis jerman ukuran 0.45 mm. Jumlah alur perkutub yang digunakan yaitu 4 alur.
Gambar 2. Alur perancangan lilitan stator generator
Gambar 2 menunjukkan alur perancangan lilitan pada stator generator induksi magnet permanen. Langkah pertama menggulung kawat tembaga sebanyak 170 belitan lalu dipasang pada slot nomor 2 (masukan) dan slot nomor 3 (keluaran), kemudian keluaran slot nomor 3 digulung sebanyak 170 belitan pada slot nomor 1 (masukan) da slot nomor 4 (keluaran). Langkah yang berikutnya keluaran slot nomor 4 dibuat gulungan sebanyak 170 belitan yang dipasang pada slot nomor 7 (masukan) dan slot nomor 6 (keluaran). Keluaran dari slot nomor 6 dibuat lagi sebanyak 170 belitan yang dipasang pada slot nomor 8 (masukan) dan slot nomor 5 (keluaran). Langkah ini dilakukan seterusnya sampai dengan slot terakhir, sehingga diperoleh total jumlah belitan perkutubnya adalah 340 belitan. Bentuk stator pada generator yang digunakan dapat dilihat pada gambar 3.
3.2 Bentuk dan desain rotor yang digunakan
Dilakukan modifikasi pada rotor generator dengan menanamkan 12 buah magnet permanen jenis neodymium berdimensi 35 x 15 x 7 mm berbentuk persegi panjang disusun melingkari rotor. Rotor dibor menggunakan mesin EDM menyesuaikan dimensinya dengan kedalaman 7.1 mm. Bentuk desain pemasangan magnet ke dalam rotor dapat dilihat pada gambar 4 dan bentuk magnet neodymium yang digunakan dapat dilihat pada gambar 5.
Gambar 4. Desain pemasangan magnet pada rotor generator
Gambar 5. Bentuk magnet permanen neodymium
3.3 Pengujian generator tanpa beban
Pengujian tanpa beban generator induksi magnet permanen menggunakan sebuah motor induksi sebagai penggerak mulanya (prime mover). Motor induksi dikopel dengan generator menggunakan puli dan v-belt. Putaran motor induksi akan diatur menggunakan Voltage Regulator (VR) sehingga diperoleh data yang bervariasi.
Pengujian generator tanpa beban dilakukan dengan 3 cara. Pengujian pertama dengan melakukan pengaturan variasi kecepatan putar generator dari 300 sampai 500 rpm tanpa menggunakan kapasitor yang terhubung pada terminal jangkar dan hasil pengujian ditunjukkan pada tabel 1.
Pengujian kedua dengan mempertahankan kecepatan putar generator pada 500 rpm dengan melakukan variasi kapasitor dari ukuran 4 uF sampai 12 uF dan hasilnya ditunjukkan pada tabel 2. Terakhir pengujian generator tanpa beban dilakukan dengan melakukan variasi kecepatan putar dari 300 sampai 500 rpm dengan menggunakan kapasitor berukuran 10 uF terhubung pada terminal jangkar. Hasil pengujian ketiga ditunjukkan pada tabel 3.
Tabel 1. Hasil pengujian tanpa kapasitor
No. Kecepatan putar (rpm) Tegangan (V) Frekuensi (Hz)
1 300 75,0 31,3 2 350 84,9 35,3 3 400 100,3 41,7 4 450 108,6 44,8 5 500 130,7 53,8
Gambar 6. Hubungan kecepatan putar terhadap frekuensi dan tegangan dalam kondisi tanpa kapasitor
Tabel 1 dan gambar 6 menunjukkan bahwa generator dapat membangkitkan tegangan tanpa adanya bantuan kapasitor. Hal ini menjelaskan bahwa generator beroperasi sebagai generator magnet permanen, dimana medan magnet pada rotor akan ikut berputar menginduksi lilitan pada stator sehingga timbul gaya gerak listrik berupa tegangan. Dari gambar 6 dapat disimpulkan bahwa kecepatan putar generator berbanding lurus terhadap frekuensi dan tegangan. Ketika kecepatan putar dinaikkan, maka frekuensi dan tegangan akan mengalami kenaikan. Tegangan terendah diperoleh pada kecepatan 300 rpm dengan nilai tegangan 75 Volt pada frekuensi 31,3 hz. Kecepatan putar diubah pada setiap kenaikan 50 rpm. Tegangan tertinggi pengujian generator tanpa menggunakan kapasitor diperoleh pada kecepatan putar maksimal 500 rpm dengan nilai 130,7 Volt pada frekuensi 53,8 Hz. 31,3 35,3 41,7 44,8 53,8 75 84,9 100,3 108,6 130,7 0 50 100 150 300 350 400 450 500 Fr e ku e n si (H z) & Teg anga n (V) Kecepatan putar (rpm) Frekuensi Tegangan
Tabel 2. Hasil pengujian dengan kec. putar tetap 500 rpm
No. Ukuran Kapasitor (µF) Tegangan (V) Frekuensi (Hz)
1 4 151,1 50,3
2 6 169,6 50,5
3 8 194,3 50,5
4 10 218,6 50,7
5 12 237,1 50,9
Gambar 7. Hubungan ukuran kapasitor terhadap frekuensi dan tegangan
Tabel 2 dan gambar 7 menunjukkan bahwa semakin besar ukuran kapasitor semakin besar pula tegangan generator induksinya. Hal ini sesuai dengan penelitian yang pernah dilakukan oleh Supardi et al. (2014) bahwa kapasitor berfungsi sebagai eksitasi generator induksi pada saat proses pembangkitan tegangan pada belitan stator generator induksi. Semakin besar kapasitansi kapasitor, nilai impedansi semakin kecil dan arus eksitasi yang dialirkan oleh kapasitor semakin besar. Semakin besar arus eksitasi, tegangan induksi akan semakin besar.
Ukuran kapasitor juga akan berpengaruh terhadap frekuensi generator walaupun tidak terlalu signifikan perubahannya. Pengambilan data sebanyak 5 kali pengujian, dengan mengubah ukuran kapasitor agar diketahui hasil data yang sesuai standar PLN. Saat generator diputar pada kecepatan 500 rpm, diperoleh nilai tegangan sebesar 218,6 Volt pada frekwensi 50,7 Hz dan kapasitor yang terpasang pada terminal keluaran generator adalah 10 µF.
50,3 50,5 50,5 50,7 50,9 151,1 169,6 194,3 218,6 237,1 0 50 100 150 200 250 4 6 8 10 12 Fr e ku e n si (H z) & Tegan gan ( V) Kapasitor (µF) Frekuensi Tegangan
Tabel 3. Hasil pengujian dengan kapasitor tetap 10 µF
No. Kecepatan putar (rpm) Tegangan (V) Frekuensi (Hz)
1 300 88,0 30,3
2 350 114,4 35,8
3 400 140,3 40,2
4 450 176,4 45,6
5 504 221,0 50,8
Gambar 8. Hubungan kecepatan putar terhadap frekuensi dan tegangan dengan kapasitor tetap
Tabel 3 dan gambar 8 menunjukkan adanya hubungan antara kecepatan putar terhadap frekuensi dan tegangan keluaran generator. Semakin tinggi kecepatan putar generator maka frekuensi dan tegangan keluaran akan semakin tinggi. Terbukti dari data yang diperoleh pada saat generator berputar pada kecepatan 300 rpm diperoleh nilai tegangan 88,0 Volt pada frekuensi 30,3 Hz, dan pada saat generator diputar pada kecepatan 504 rpm menghasilkan tegangan keluaran sebesar 221 Volt pada frekuensi 50,8 Hz. Terbangkitnya tegangan ini juga dikarenakan adanya bantuan eksitasi dari kapasitor 10 µF yang terpasang pada terminal keluaran generator.
Berdasarkan pengujian yang telah dilakukan, penambahan kapasitor sangat berpengaruh terhadap tegangan keluaran dan frekuensi generator dibandingkan saat generator dioperasikan tanpa kapasitor. Hal ini dibuktikan dari data yang terdapat pada tabel 1 dan tabel 3. Dapat dilihat ketika pengujian generator tanpa kapasitor pada kecepatan putar 500 rpm hanya mampu menghasilkan tegangan keluaran sebesar 130,7 volt pada frekuensi 53,8 Hz, sedangkan pengujian menggunakan kapasitor 10 µF pada kecepatan putar 504 rpm dapat membangkitkan tegangan keluaran generator 221,0 volt pada frekuensi 50,8 Hz.
30,3 35,8 40,2 45,6 50,8 88 114,4 140,3 176,4 221 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Fr e ku e n si (H z) & Tegan gan ( V) Kecepatan putar (rpm) Frekuensi Tegangan
3.4 Pengujian generator dengan beban resistif
Pengujian berbeban dilakukan dengan cara yang sama seperti pengujian tanpa beban, dimana motor penggerak dikopel dengan generator menggunakan puli dan v-belt. Kecepatan putar generator dipertahankan pada 520 rpm, 222 volt, frekuensi 52 Hz menggunakan kapasitor 10 µF. Hasil pengujian generator menggunakan beban resistif ditunjukkan pada tabel 4.
Tabel 4. Hasil pengujian beban resistif Kec. Putar
(rpm)
Jenis beban Beban
(W) Tegangan (V) Arus (A) Intensitas Cahaya 500 Lampu pijar 10 202 0,06 Terang 20 184 0,11 Terang 30 168 0,15 Terang 40 154 0,19 Terang 50 141 0,22 Redup
Gambar 9. Hubungan beban terhadap tegangan Gambar 10. Hubungan beban terhadap arus
Berdasarkan hasil pengujian diatas, diketahui bahwa kapasitas beban penuh yang dapat disuplai oleh generator dalam keadaan normal adalah sebesar 40 watt. Pada saat pengujian menggunakan beban resistif berupa lampu pijar 50 watt yang dipasang paralel, intensitas cahaya dari lampu redup dikarenakan adanya jatuh tegangan yang disebabkan oleh beban. Data menunjukkan bahwa semakin bertambah kapasitas beban yang digunakan akan menyebabkan tegangan keluaran generator induksi mengalami penurunan, dan sebaliknya ketika dilakukan penambahan beban secara bertahap maka semakin besar arus yang diserap dari generator.
202 184 168 154 141 0 50 100 150 200 250 10 20 30 40 50 Tegan gan ( V) Beban (Watt) 0,06 0,11 0,15 0,19 0,22 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 10 20 30 40 50 A ru s (A) Beban (Watt)
3.5 Pengujian generator dengan beban induktif
Pada pengujian beban induktif, motor penggerak dikopel dengan generator menggunakan puli dan v-belt. Generator diputar pada kecepatan putar 510 rpm frekuensi 52 Hz menggunakan kapasitor berukuran 11 µF dengan tegangan awal 221 volt. Selanjutnya data hasil pengujian generator dengan beban induktif berupa lampu TL akan ditunjukkan pada tabel 5.
Tabel 5. Hasil pengujian beban induktif Kec. Putar
(rpm)
Jenis beban Beban
(W) Tegangan (V) Arus (A) Intensitas Cahaya 500 Lampu TL 10 208 0,20 Terang 20 189,1 0,26 Terang 30 164 0,31 Sedikit redup 40 159,7 0,34 Redup
Gambar 11. Hubungan beban terhadap tegangan Gambar 12. Hubungan beban terhadap arus
Gambar 13. Pengujian generator beban induktif
Gambar 11 dan gambar 12 menjelaskan bahwa semakin besar daya beban induktif maka tegangan keluaran dari generator semakin kecil, dan semakin besar daya beban induktif maka arus yang diserap generator semakin besar. Besarnya arus yang mengalir pada generator menyebabkan
208 189,1 164,6 159,7 0 50 100 150 200 250 10 20 30 40 Tegan gan ( V) Beban (Watt) 0,2 0,26 0,31 0,34 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 10 20 30 40 A ru s (A) Beban (Watt)
terjadinya drop tegangan pada belitan stator sehingga tegangan diterminal keluaran generator menjadi semakin kecil. Hal ini terjadi karena beban induktif menyerap daya reaktif (VAr). Daya reaktif yang dibangkitkan oleh kapasitor tidak sepenuhnya digunakan untuk mengeksitasi generator, tetapi sebagian daya reaktif dari kapasitor digunakan untuk menyuplai beban induktif yang berupa lampu TL. Data diatas menunjukkan bahwa suplai generator dapat beroperasi normal pada kondisi beban penuh 20 watt. Ketika beban dinaikkan menjadi 30 watt intensitas dari cahaya lampu TL sedikit redup, dan ketika beban dinaikkan lagi menjadi 40 watt kondisi lampu TL redup dikarenakan adanya drop tegangan.
4. PENUTUP
Perancangan generator induksi magnet permanen yang memanfaatkan motor induksi dilakukan dengan merancang stator generator menjadi 12 kutub dengan jumlah belitan perkutub 340 belitan. Rotor generator dirancang dengan cara memodifikasi yaitu dilakukan penanaman 12 pasang magnet jenis neodymium berdimensi 35 x 15 x 7 mm berbentuk persegi panjang disusun melingkari rotor dengan kedalaman 7,2 mm. Keluaran yang dihasilkan oleh generator induksi magnet permanen dipengaruhi beberapa variabel diantaranya jumlah dan jenis magnet yang digunakan, jumlah belitan stator, jumlah kutub, serta ukuran kapasitor yang digunakan.
Jumlah belitan stator berpengaruh terhadap tegangan keluaran generator, semakin banyak jumlah slot stator maka akan semkin banyak juga jumlah lilitan yang digunakan dan ini menyebabkan tegangan keluaran generator semakin besar. Akan tetapi, jika ingin memperbesar arus keluaran generator maka ukuran kawat email yang digunakan harus lebih besar. Penggunaan kapasitorpun akan berpengaruh terhadap tegangan keluaran generator dikarenakan kapasitor berfungsi sebagai eksitasi pada saat proses pembangkitan tegangan. Hubungan antara beban yang digunakan terhadap arus dan tegangan pada saat pengujian generator menggunakan beban resistif dan induktif menghasilkan arus yang semakin besar dan tegangan yang semakin kecil ketika kapasitas beban bertambah. Penulis berharap pada penelitian selanjutnya supaya dilakukan pengembangan terhadap generator induksi magnet permanen dimana genrator dapat menyuplai beban yang lebih besar.
PERSANTUNAN
Selama penyusunan tugas akhir ini penulis mendapat bantuan, dukungan serta saran dari berbagai pihak, oleh karena itu dengan tulus ikhlas penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Allah SWT yang telah memberikan kesempatan kepada penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini, serta Rasul Muhammad SAW yang memperjuangkan kita hambanya dari jaman kebodohan.
2. Bapak Samino dan Ibu Ginem serta keluarga tercinta terima kasih atas do’a disetiap sholatnya, nasihat dan semangatnya selama ini.
3. Bapak Ir. Sri Sunarjono, M.T., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
4. Bapak Umar, S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta.
5. Bapak Agus Supardi, S.T., M.T. selaku Pembimbing yang selama ini mengarahkan dan memberi dukungan kepada penulis dalam proses pengerjaan sampai terselesaikannya Tugas Akhir ini.
6. Keluarga Mahasiswa Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta (KMTE UMS) terimakasih atas kehangatannya selama ini.
7. ELEKTRO BERSATU 2012 Universitas Muhammadiyah Surakarta semoga sampai kapanpun kekeluargaan ini tetap terjaga.
8. Seluruh pihak yang telah banyak memberikan bantuan kepada penulis dalam proses pengerjaan dan penyelesaian Tugas Akhir ini.
DAFTAR PUSTAKA
Ahuja, R.K., dan A. Singh. 2014. Three Phase Self Excited Induction Generator Electronic Load Controller Using Pi Controller. International Journal of Advanced Research in IT and Engineering 3(3).
Grover, M., B.L. Kumar, dan I. Ramalla. 2014. The Free Energy Generator. International Journal of Scientific and Research Publications 4(12).
Gupta, Ashish., dan S. Wadhwani. 2012. Analysis of Self-Excited Induction Generator for Isolated System. International Journal Of Computational Engineering Research 2(2):353 – 358.
Irasari, P., dan N. Idayanti. 2009. Aplikasi Magnet Permanen BaFe12O19 dan NdFeB pada Generator
Magnet Permanen Kecepatan Rendah Skala Kecil. Jurnal Sains Materi Indonesia 11(1): 38-41.
Priandika. 2013. Energi dan Dasar Konversi Energi Elektrik.
http://backupkuliah.blogspot.co.id/2013/06/generator-induksi_2765.html. 03 Maret 2016 (8:29).
Sharma, P., T.S. Batthi, dan K.S.S. Ramakrishnan. 2011. Permanent Magnet Induction Generators: An Overview. Journal of Engineering Science and Technology 6(3): 332-338.
Supardi, A., D.A. Prasetya, dan J. Susilo. 2014. Pengaruh Ukuran Kapasitor terhadap Karakteristik Keluaran Generator Induksi 1 Fase. Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi (SNAST) Yogyakarta. 15 November 2014:C71-78.
