(NdFeB) BERBASIS MULTI CAKRAM Puja

RANCANG BANGUN MINI GENERATOR FLUKS AKSIAL 1 FASA
PUTARAN RENDAH MENGGUNAKAN NEODYMIUM MAGNET (NdFeB)
BERBASIS MULTI CAKRAM
Puja Setia
Mahasiswa Teknik Elektro, FT, UMRAH, [email protected]
Rozeff Pramana, S.T., MT
Dosen Pembimbing, Teknik Elektro, FT, UMRAH, [email protected]
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 prototipe atau purwarupa pada
hasil akhir dari penelitian ini adalah pada putaran 800 rpm dengan frekuensi rata-rata 80
Hz generator dapat membangkitkan tegangan 128 VAC dengan nilai arus 24,5 mA.
Kesimpulan penelitian ini adalah generator fluks aksial multi cakram 1 fasa untuk
putaran rendah dapat dirancang dengan spesifikasi 6 buah stator dan 7 keping rotor
berbahan aluminium menggunakan magnet neodymium (NdFeB) sebanyak 12 kutub.
Masing-masing stator terdapat 6 buah kumparan kawat tembaga dengan diameter 0,6
mm memiliki jumlah lilitan rata-rata sebanyak 100 lilitan. Nilai perbandingan dari hasil
perhitungan dan pengukuran pada generator tersebut adalah 5,69 % dan dikatakan telah
mendekati nilai tingkat akurasi yang baik. Pada kecepatan 250 rpm nilai tegangan ketika
sebelum diberi beban adalah 36,4 VDC dan pada saat diberi beban turun menjadi 16,46
VDC. Nilai faktor regulasi tegangan DC generator tersebut adalah 54,81 %. Drop
voltage tersebut disebabkan karena generator tidak dilengkapi perangkat stabilizer
tegangan.
Kata Kunci: Generator Fluks Aksial, 1Fasa, Multi Cakram, Neodymium Magnet
(NdFeB).
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Generator yang tersedia di pasaran
biasanya berjenis high speed induction
generator, pada generator jenis ini
membutuhkan putaran tinggi dan juga
membutuhkan energi listrik awal untuk
membuat medan magnetnya (Hasyim
Asy’ari, 2014). Seperti generator tipe
radial model torus adalah salah satu jenis
generator yang beroperasi pada kecepatan
diatas 1500 rpm yang menggunakan ICE
(internal combustion engine) seperti
tenaga diesel sebagai tenaga penggerak
utama rotor generator.
Generator low speed yang banyak
digunakan adalah generator jenis fluks
aksial. Generator jenis ini terus
dikembangkan dengan berbagai variasi
disain agar didapat tingkat efisiensi yang
Rancang Bangun Mini Generator Fluks Aksial 1 Fasa...., Puja Setia, FT UMRAH, 2017
| Page 1 of 17
tinggi untuk di implementasikan dengan
sumber daya alam yang ada. Generator
fluks aksial tipe rotor ganda stator tunggal
adalah salah satu dari pengembangan
generator fluks aksial.
Berbagai metode dilakukan oleh
peneliti dalam pengembangan generator
fluks aksial seperti Dimas Waluyo Jati
pada tahun 2012 dengan judul penelitian
Perancangan Generator Fluks Aksial
Putaran Rendah Magnet Permanen Jenis
Neodymium (Ndfeb) Dengan Variasi
Celah Udara, penelitian yang dilakukan
fokus pada generator fluks aksial keluaran
3 fasa dengan konfigurasi rotor ganda dan
stator tunggal menggunakan 6 kumparan
dan 8 kutub magnet.
Pada tahun 2014 penelitian tentang
generator fluks aksial juga telah dilakukan
oleh Frasongko Budiyanto yang berjudul
Generator Turbin Angin Putaran Rendah,
jenis generator yang dibuat yaitu
generator axial fluks magnet permanen
cakram tunggal stator tanpa inti besi,
tegangan keluaran AC 1 fasa kumparan
stator hubung seri non overlapping,
penelitian ini menganalisis tegangan
keluaran berdasarkan penggunaan variasi
kumparan dengan jumlah 5-9 buah
terhadap kecepatan rotor tetap 200 rpm.
Pada tahun 2015 Mohammad Fiky
Alqodri dalam penelitiannya yang
berjudul Rancang Bangun Generator
Fluks Aksial Putaran Rendah Magnet
Permanen Jenis Neodymium (NdFeB)
Untuk Turbin Angin Sumbu Vertikal Tipe
Double-Stage Savonius, penelitian yang
dilakukan juga fokus pada generator fluks
aksial keluaran 3 fasa dengan konfigurasi
rotor tunggal dan stator tunggal
menggunakan 6 kumparan dan 6 kutub
magnet.
Berdasarkan latar belakang dan kajian
terdahulu dalam tugas akhir ini penulis
bermaksud melakukan penelitian terkait
pengembangan generator aksial dengan
judul “Rancang Bangun Mini Generator
Fluks Aksial 1 Fasa Putaran Rendah
Menggunakan Neodymium Magnet
(NdFeB) Berbasis Multi Cakram”.
B. Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang dan kajian
terdahulu, penulis membuat rumusan
masalah yang sesuai dengan judul dalam
penyusunan skripsi ini yaitu:
1. Bagaimana
merancang
dan
membuat generator fluks aksial 1
fasa putaran rendah berbasis multi
cakram ?
2. Bagaimana
analisis
kinerja
generator dan karakteristik output
dari generator fluks aksial berbasis
multi cakram ?
C. Batasan Masalah
Berdasarkan pada identifikasi masalah,
maka penelitian ini dibatasi hanya pada :
1. Desain dan pemodelan yang dibuat
adalah sebatas generator fluks aksial
dengan rotor multi cakram dan multi
stator tanpa inti besi.
2. Pembahasan mengenai prinsip kerja
generator fluks aksial (Hukum
Faraday) dan perhitungan dari hasil
analisa pengujian,
3. Mengetahui kinerja generator fluks
aksial 1 fasa dan karakteristik dari
tegangan keluaran.
D. Tujuan Penelitian
Dari rumusan masalah yang penulis
dapatkan maka bisa di jelaskan tujuan dari
penyusunan skripsi ini adalah sebagai
berikut:
Rancang Bangun Mini Generator Fluks Aksial 1 Fasa...., Puja Setia, FT UMRAH, 2017
| Page 2 of 17
1. Merancang dan membuat generator
fluks aksial 1 fasa putaran rendah
berbasis multi cakram.
2. Menganalisis kinerja dan membuat
grafik karakteristik output generator
fluks aksial 1 fasa berbasis multi
cakram.
E. Manfaat Penelitian
Adapun kegunaan atau manfaat yang
dapat diberikan dalam jangka panjang jika
ide konsep gagasan ini bagi peneliti
selanjutnya dapat dikembangkan dan
direalisasikan ialah sebagai berikut:
1. Bagi Masyarakat
Hasil rancangan generator ini dapat
digunakan sebagai salah satu opsi
dari berbagai jenis generator fluks
aksial dalam pengaplikasiannya
pada pembangkit listrik mikro hidro
maupun wind turbine.
2. Bagi dunia pendidikan dan ilmu
pengetahuan
Ide konsep gagasan ini dapat
digunakan sebagai referensi untuk
kajian lebih lanjut khususnya di
bidang terkait.
3. Bagi Mahasiswa
Dapat
dijadikan
sebagai
pembelajaran dalam pengembangan
ilmu pengetahuan di bidangnya.
II. KAJIAN LITERATUR
1. Generator Fluks Aksial
Generator fluks aksial adalah salah
satu jenis mesin listrik yang dapat
membangkitkan energi listrik dengan
arah aliran fluks secara tegak lurus.
(Wijaya A Abdilah dkk, 2016). Bagian
stator generator fluks aksial ini dapat
dilihat dari berbagai macam variasi
diantaranya adalah stator dengan inti
besi berbentuk torus, stator tanpa inti
besi, dan jumlah gulungan. Sedangkan
rotor pada generator terdiri dari tatakan
penyanggah magnet dan juga magnet
permanen yang digunakan untuk
menghasilkan medan magnet utama,
magnet permanen direkatkan atau di
tanamkan pada piringan plat (disc) agar
kokoh dan tahan getaran pada saat
dioperasikan (Firdausi M Kahlil, 2010).
Semakin besar luas permukaan
permanen magnet yang digunakan,
semakin banyak pula fluks magnetik
yang dibangkitkan oleh magnet
permanen tersebut dan menembus
kumparan pada stator, sehingga gaya
gerak listrik (GGL) induksi yang
dibangkitkan juga semakin tinggi
(Piggott, 2009).
Gambar 1. Generator Fluks Axial
(Sumber : Steven Fahey, 2006)
2. Konstruksi Generator Aksial
a. Stator
Generator fluks aksial memiliki
beberapa macam model variasi seperti,
kombinasi pada stator dengan inti besi
berbentuk torus dan stator tanpa inti
besi. Stator dengan bentuk torus
memiliki slot kumparan dan ada juga
yang tidak memiliki slot pada inti
besinya,
stator
torus
biasanya
digunakan pada putaran kecepatan
tinggi. Inti besi pada bagian tengah
Rancang Bangun Mini Generator Fluks Aksial 1 Fasa...., Puja Setia, FT UMRAH, 2017
| Page 3 of 17
lilitannya untuk lebih membantu
mengarahkan induksi magnetik menuju
kumparan (Jarekson Ramadhan, 2011).
embedded PM. Pada tipe surfacemounted
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 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
Gambar 4. Bentuk Tipe Pemasangan
Magnet Pada Rotor
(Sumber : F.G.Rossouw, 2009)
c. Magnet Permanen
Magnet permanen ini tidak memiliki
kumparan
penguat
dan
tidak
menghasilkan desipasi daya elektrik.
Magnet
permanen
neodymium
merupakan magnet yang bermaterial
keras artinya material feromagnetik
yang memiliki hysteresis loop yang
lebar. Hysteresis loop yang lebar
menunjukkan sedikitnya pengaruh
induksi dari luar terhadap magnet
tersebut (J.F. Gieras dkk., 2004).
Gambar 5. Magnet Permanen
Neodymium
(Sumber : Waluyo Dimas, 2012)
Beberapa jenis magnet permanen yang
banyak digunakan pada mesin elektrik
atau motor listrik diantaranya yaitu:
Rancang Bangun Mini Generator Fluks Aksial 1 Fasa...., Puja Setia, FT UMRAH, 2017
| Page 4 of 17
a. Alnicos (Al, Ni, Co, Fe)
b. Ceramics (Ferrites),
contoh : Barium Ferrite
(BaOx6Fe2O3) dan Strontium
Ferrite (SrOx6Fe2O3)
c. Rare-earth materials
Contoh : Samarium-Cobalt (SmCo)
dan Neodymium-Iron-Boron
(NdFeB).
Berikut ini pada gambar 6 adalah kurva
demagnetisaisi perbedaan dari ketiga
jenis magnet permanen diatas.
Gambar 6. Kurva Demagnetisasi
Magnet Permanen
(Sumber : J.F.Gieras dkk., 2004)
3. Tipe-Tipe Generator Axial
a. Tipe Rotor dan Stator Tunggal
(Cakram Tunggal)
Generator ini terdiri dari sebuah
rotor dan sebuah stator yang
mempunyai 3 jenis stator yaitu slotted
stator, slotless stator, dan salient pole
stator. Rotornya terdiri dari sebuah
piringan besi kuat yang terdapat
magnet di permukaannya Generator ini
biasa digunakan pada torsi kecil.
Sehingga sangat efektif, bila digunakan
pada turbin angin dengan kapasitas
kecil (Yicheng C hen dkk., 2004).
Gambar 7. Generator AFPM Tipe
Rotor dan Stator Tunggal
(Sumber : A. Mahmoudi, 2011)
b. Tipe Rotor Ganda dan Stator
Tunggal
Pada mesin AFPM tanpa inti besi
(coreless) terdiri dari dua rotor
eksternal dan satu stator internal yang
terjepit di antara dua rotor (Jarekson
Ramadhan, 2011). Perekat kumparan di
bentuk seperti trapesium dirakit dengan
cetakan bahan dasar resin epoxy
nonconducting
non-magnetik.
Akibatnya, daya torsi dorong dapat
dihilangkan,
dan
meningkatkan
karakteristik dinamik dan menjadikan
generator cut in lebih cepat dalam
kecepatan rendah. (W.Z.Fei ,P.C.K.
Luk., 2009).
Gambar 8. Generator AFPM Rotor
Ganda Tipe N-N Coreless
(Sumber : B. Xia, 2010)
c. Tipe Stator Ganda Rotor Tunggal
Pada generator axial tipe ini terdapat
dua buah stator yang mengapit sebuah
Rancang Bangun Mini Generator Fluks Aksial 1 Fasa...., Puja Setia, FT UMRAH, 2017
| Page 5 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).
gaya listrik diinduksikan dalam
kumparan itu. Besarnya garis gaya
listrik yang diinduksikan berbanding
lurus dengan laju perubahan jumlah
garis gaya yang melalui kumparan
(Nurhadi A, 2012).
Sehingga didapatkan persamaan (1)
seperti berikut ini.
(1)
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
dimana:
E = tegangan induksi (v)
N = jumlah lilitan
Ư = perubahan fluks (Wb)
∆t = waktu (s)
Medan magnet [B] dari rotor tersebut
yang akan menembus bidang stator
seluas bidang magnet [A] sehingga
menghasilkan fluks magnet [Ø] sesuai
dengan persamaan (2) berikut ini
(Mustofa, 2015).
Ø = A . Br . cos Ө
Ømax = Amagn × Bmax × cos Ө
𝐴𝑚𝑎𝑔𝑛 =
π ro2 − ri2 − τf(ro − ri ) Nm
Nm
(2)
(3)
Keterangan:
Ømax = fluks – fluks magnet [Wb]
Bmax = induksi magnetik [T]
Amagn= luas bidang medan magnet [m2]
Ө = Sudut [derjat] = 0
5. Parameter Generator
a. Frekuensi
Hubungan antara kecepatan putar
dan frekuensi generator dapat
dirumuskan pada persamaan berikut
ini: (Chapman J Stephen, 2012).
Rancang Bangun Mini Generator Fluks Aksial 1 Fasa...., Puja Setia, FT UMRAH, 2017
(4)
| Page 6 of 17
δ = Lebar celah udara (m)
Bmax = Fluks magnet maksimal (T)
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)
Na = Nr x Ns / 2
(7)
E = 2 x Ømax x Na x N
(8)
Emax = Ein × Nx
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
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.
(6)
(7)
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.
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)
Gambar 12. Rancangan Diameter dan
Posisi Kumparan Stator
Rancang Bangun Mini Generator Fluks Aksial 1 Fasa...., Puja Setia, FT UMRAH, 2017
| Page 7 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
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 14. Rancangan Kerangka Sisi
Samping Kiri dan Kanan
Gambar 16. Karakteristik Magnet
Neodymium Harddisc
2) Kerangka Bagian Sisi Atas dan
Bawah
penulis
membuat
rancangan
konstruksi dan tata letak magnet
neodymium pada plat berbahan
alumunium, hal ini bertujuan agar rotor
dapat di disain dengan model
embedded sehingga kedua sisi magnet
tersebut dapat dimanfaatkan secara
sekaligus untuk dua buah stator.
Gambar 15. Rancangan Kerangka Sisi
Atas dan Bawah
Rancang Bangun Mini Generator Fluks Aksial 1 Fasa...., Puja Setia, FT UMRAH, 2017
| Page 8 of 17
Gambar 19. Alat Penggulung Kawat
Tembaga
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 :
b. Pembentukan Stator dan
Kerangka Generator
Papan kayu dengan tebal 1,2 cm di
bentuk menyerupai persegi dengan
ukuran 15 x 15 cm, sesuai dengan
perancangan stator pada sub bab
sebelumnya, kayu ini di beri lobang
dengan diameter 3,5 cm sebanyak 6
buah, dengan jarak antara lobang
tersebut adalah 1,4 cm, berikut ini
adalah hasil dari pembentukan papan
kayu stator yang terdapat pada gambar
20.
Gambar 20. Papan Kayu Stator dan
Kerangka Generator Sisi Kanan dan
Kiri
Gambar 21. Kerangka Generator Sisi
Atas dan Bawah
Rancang Bangun Mini Generator Fluks Aksial 1 Fasa...., Puja Setia, FT UMRAH, 2017
| Page 9 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.
lepas, maka magnet tersebut di lapisi
dengan lem besi pada sekeliling
magnet
Gambar 24. Magnet yang Sudah Siap
di Tempelkan pada Rotor
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.
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
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
3. Tahap Penyelsaian
a. Pemasangan Komponen
Generator Secara Keseluruhan
Memasang dan memasukkan rotor
dan stator kedalam kerangka generator
hingga rotor dapat di putar dengan
lancar dan tidak tersendak atau
bergesekan dengan stator. Dengan
jarak celah udara (air gap) selebar
4mm diantara masing – masing stator
Rancang Bangun Mini Generator Fluks Aksial 1 Fasa...., Puja Setia, FT UMRAH, 2017
| Page 10 of 17
sebagai tempat ruang gerak putar dari
rotor yang memiliki ketebalan 2mm
𝐵𝑚𝑎𝑥 = 1,3 𝑇 .
0,002 𝑚
0,002 𝑚 + 0,004 𝑚
= 1,3 𝑇 × 0,333
= 0,433 T
Gambar 26. Generator Telah Siap di
Rakit
b. Melakukan Perhitungan,
Pengujian dan Pengukuran
c. Pencatatan Hasil Dari
Pengukuran dan Pengujian
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
IV. PENGUJIAN DAN ANALISIS
A. Perhitungan Parameter
Generator Fluks Aksial
1. Kerapatan Fluks Magnet
Generator
= 6,5624 .10-3
Ømax = 0,0065624 x 0,433 × cos 0
= 0,0028415192 × 1
= 2,841 .10-3 Wb
Tabel 1 : Spesifikasi Magnet Rotor
Parameter
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),
Lambang
Nilai
Satuan
Panjang x Lebar
PxL
4,5 x 2,5
Cm
Tinggi (tebal)
T (lm)
0,2
Cm
3. Gaya Gerak Listrik (GGL)
Induksi Generator
Tabel 2 : Spesifikasi Kumparan Stator
Generator Aksial
Kerapatan induksi
Br
1,3
T
Jari-jari dalam (rotor)
ri
4,4
Cm
Parameter
Lambang
Nilai
Jari-jari luar (rotor)
ro
6,4
Cm
Jumlah kumparan(spull)
Nr
6
Jarak Antar Magnet
τf
1,1
Cm
Jumlah Kutub magnet
Nm
12
Kutub
Jumlah lilitan /spull
Ns
100
Jarak celah udara
δ
0,4
Cm
Jumlah Phasa
Nph
1
Jumlah Stage
Nx
6
Berdasarkan dari table 1 maka dapat
ditentukan nilai kerapatan fluks
maksimalnya menggunakan persamaan
(9).
Berdasarkan dari tabel 2, pada saat
rotor dengan kecepatan (N) 80rpm
maka dapat ditentukan nilai GGL
induksi dengan persamaan (6), (7) dan
(8).
Rancang Bangun Mini Generator Fluks Aksial 1 Fasa...., Puja Setia, FT UMRAH, 2017
| Page 11 of 17
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)
2. Tegangan GGL Induksi
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.
f=
80 𝑥 12
120
f = 8 Herz
B.
Gambar 29. Pengukuran Tegangan
Keluaran Generator
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
Gambar 30. Grafik Tegangan pada
Setiap Stator Berdasarkan Kecepatan
Putar
Gambar 31. Grafik Tegangan
Berdasarkan Kombinasi Stator dan
Kecepatan
Rancang Bangun Mini Generator Fluks Aksial 1 Fasa...., Puja Setia, FT UMRAH, 2017
| Page 12 of 17
4. Karakteristik Gelombang Listrik
Gambar 32. Grafik Tegangan Maksimal
Berdasarkan Kecepatan dan Beban Listrik
Gambar 36. Gelombang AC Generator
3. Arus Listrik
Tabel 3 : Data Pengukuran
Karakteristik Gelombang AC
Generator
Parameter
Lambang
Nilai
Satuan
Amplitudo
Vp-p
30,40
V
Frekuensi
F
7,99
Hz
Periode
T
125,1
mS
Gambar 33. Pengukuran Arus Listrik
Keluaran Generator
Gambar 34. Grafik Arus Keluaran
Generator Berdasarkan Kecepatan
Gambar 37. Gelombang DC Generator
Tabel 4 : Data Pengukuran
Karakteristik Gelombang DC
Generator
Gambar 35. Grafik Daya Keluaran
Generator Berdasarkan Kecepatan
Parameter
Lambang
Nilai
Satuan
Amplitudo
Vp-p
17,40
V
Frekuensi
F
12,27
Hz
Periode
T
81,48
mS
Rancang Bangun Mini Generator Fluks Aksial 1 Fasa...., Puja Setia, FT UMRAH, 2017
| Page 13 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).
% reg =
V no load × V load
V no load
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.
× 100 %
(10)
Nilai regulasi tegangan DC yang
telah dirata-ratakan ditunjukkan pada
grafik gambar 38.
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.
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
% penurunan tegangan.
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.
Rancang Bangun Mini Generator Fluks Aksial 1 Fasa...., Puja Setia, FT UMRAH, 2017
| Page 14 of 17
Tabel 5 : Spesifikasi Kinerja Generator
Fluks Aksial
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
Cosphi
2.
80 Hz
0,9
Nilai Faktor Regulasi Maksimal
54,81 %
Tingkat Error Akurasi Maksimal
5,69 %
Jumlah Fasa
1
Jumlah Kutub Magnet
12
Jumlah Rotor
7
Jumlah Stator
6
Jumlah Kumparan
36
Lebar Celah Udara
4 mm
Diameter Kawat
0,6 mm
Jumlah Lilitan
100/Ns
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
3.
4.
5.
6.
dengan air gap 4mm. Masingmasing stator terdapat 6 buah
kumparan kawat tembaga dengan
diameter 0,6mm memiliki jumlah
lilitan rata-rata sebanyak 100 lilitan.
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.
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.
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.
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.
Pada kecepatan 800 rpm hasil
perhitungan tegangan generator
adalah 136,36 VAC dan hasil
pengukuran adalah sebesar 128,6
Rancang Bangun Mini Generator Fluks Aksial 1 Fasa...., Puja Setia, FT UMRAH, 2017
| Page 15 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.
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.,
Generator
Turbin
et
Angin
al.
2014.
Putaran
Rendah, Universitas Pancasakti, Tegal.
Daftar Pustaka
Alqodri Fiky Mohammad., et al. 2015.
Rancang Bangun Generator Fluks
Aksial Putaran Rendah Magnet
Permanen Jenis Neodymium (NdFeB)
Chen Yicheng., et al. 2004. PM Wind
Generator Comparison of Different
Topologies, Shenyang University of
Technology, China.
Rancang Bangun Mini Generator Fluks Aksial 1 Fasa...., Puja Setia, FT UMRAH, 2017
| Page 16 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
Chili.
Rancang Bangun Mini Generator Fluks Aksial 1 Fasa...., Puja Setia, FT UMRAH, 2017
| Page 17 of 17