PERANCANGAN GENERATOR FLUKS AKSIAL PUTARAN

PERANCANGAN GENERATOR FLUKS AKSIAL PUTARAN RENDAH MAGNET
PERMANENJENIS NEODYMIUM (NdFeB)
DENGAN VARIASI CELAH UDARA
Dimas Waluyo Jati1 , Tejo Sukmadi2 , Karnoto2
Jurusan Teknik Elektro , Fakultas Teknik – Universitas Diponegoro
Jl. Prof Soedarto SH Tembalang, Semarang 50275
email : dimas.waluyojati@ gmail.com
ABSTRACT - Energy crisis derived from fossil fuels also
affected the field of electric power. This makes many
people look for alternative energy sources. Among them
is the utilization of wind power and water. Wind and
water potential in Indonesia is quite large, especially in
rural areas that had not even electricity. That potential
energy can be harnessed for power generation, so can
answer the challenge of electrical energy crisis.
In this final project designed a generator can be
coupled with a windmill or water, with a low speed. The
generator uses a permanent magnet so it does not require
initial excitation in generating a voltage. The designs of
generator are axial flux type, uses ceramic type
permanent magnet (NdFeB), uses two flanking rotor
stator. For the use of electricity, AC voltage transform
into DC voltage using a rectifier for charging
accumulators.
Based on the results of testing, on 150 rpm to
750 rpm the generator produces single phase AC voltage
4,9 v to 24,93 v at 0,002 m air gap setting. The faster the
rotation, the greater the voltage generated. On
comparison with the generator performance NdFeB
permanent magnet type has the ability to produce power,
voltage and current is greater than in the same rotation
speed of a permanent magnet type generator with Fe. In
the delta three-phase circuit is overloaded power
generator that can produce NdFeB can reach 2.515 times
greater than the Fe generator.
Keyword: energy, low speed generator,
permanent magnet, axial flux, rectifier
I.
1.1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perkembangan teknologi yang pesat mendorong
penggunaan energi dalam jumlah yang besar. Dan seiring
berjalannya waktu, dunia pada umumnya dan Indonesia
pada khususnya mengalami krisis energi, terutama energi
yang berasal dari fosil . Hal ini karena menipisnya
cadangan minyak bumi dan bahan bakar fosil lainnya
akibat pemakaian terus-menerus. Penggunaan bahan bakar
fosil
tersebut
juga
mengakibatkan
pencemaran
lingkungkan, dimana dewasa ini kecenderungan kebijakan
energi global menuntut penggunaan energi yang lebih
ramah lingkungan
Pada penelitian oleh Margana untuk pengisian
akumulator 12 volt, generator pada putaran 375 rpm
menghasilkan arus 0.11 A dan tegangan 11.45 volt [4].Hasil
keluaran generator disearahkan untuk dapat digunakan
mengisi akumulator 12 volt.Sedangkan pada penelitian
yang dilakukan oleh Arif Nurhadi,ST. mengenai generator
magnet permanen putaran rendah 3 fasa tipe aksial dengan
menggunakan magnet permanen jenis Fe pada putaran 100
[1]
Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Undip
[2]
rpm sampai 700 rpm dihasilkan tegangan AC 2.7 v sampai
33.33 v. Semakin cepat putaran, semakin besar tegangan
yang dihasilkan. Pada pengisian akumulator, pada putaran
300 rpm generator sistem 3 fasa hubung bintang
menghasilkan tegangan 12.91 Vdc dan arus 0.16 A. Pada
putaran 500 rpm, sistem 3 fasa hubung bintang
menghasilkan tegangan 13.73 Vdc, dan arus 2.9 A, dan
sistem tiga fasa hubung delta menghasilkan tegangan 12.9
Vdc, dan arus 1.1 A[16]. Pada Tugas Akhir ini dirancang
sebuah generator magnet permanen, dengan desain
generator berupa generator 3 fasa tipe aksial fluks dengan
menggunakan magnet permanen jenis NdFeB 8 pasang dan
akan dilakukan perbandingan hasil dan performa generator
1.2 Tujuan
Tujuan dari Tugas Akhir ini antara lain
1. Merancang dan membuat generator putaran
rendah magnet permanen dengan kecepatan putar
750 rpm.
2. Mengamati karakteristik generator, antara lain:
tegangan, arus, dan daya yang dihasilkan.
3. Membandingkan performa generator magnet
permanen berjenis magnet Neodymium NdFeB
dengan generator magnet permanen berjenis
magnet Fe
1.3 Batasan Masalah
Dalam tugas akhir ini dibuat beberapa batasan –
batasan masalah antara lain :
1. Generator menggunakan magnet permanen jenis
NdFeB fluks aksial.
2. Pada tiap rotor mengunakan 8 buah magnet.
3. Stator terdiri atas 6 kumparan yang masingmasing terdiri atas 45 lilitan.
4. Pengujian menggunakan motor DC sebagai
penggerak mula.
5. Pengujian berbeban menggunakan beban resistif
lampu pijar.
6. Putaran generator dibatasi sampai dengan 750
rpm.
7. Penyearah menggunakan penyearah 3 fasa tak
terkontrol tipe jembatan penuh dan setengah
jembatan
II. DASAR TEORI
2.1 Energi Listrik [7][10]
Energi adalah kemampuan untuk melakukan kerja.
Salah satu bentuk energi adalah energi listrik. Energi listrik
adalah energi yang berkaitan dengan akumulasi arus
elektron, dinyatakan dalam Watt-jam. Bentuk transisinya
adalah aliran elektron melalui konduktor jenis tertentu.
Energi medan listrik ekivalen dengan energi medan
elektromagnetik yang sama dengan energi yang berkaitan
Dosen Jurusan Teknik Elektro Undip
1
dengan medan magnet yang timbil akibat aliran elektron
melalui kumparan induksi.
2.2 Generator [6][11]
Generator merupakan salah satu mesin listrik, yang
mengubah energi gerak atau mekanik menjadi energi
listrik. Generator yang menghasilkan lisrik bolak balik
(AC) disebut juga alternator. Secara umum generator yang
digunakan untuk menghasilkan listrik berjenis generator
sinkron.
2.3 Mesin Fluks Aksial [2]
Mesin fluks aksial merupakan salah satu tipe alternatif
selain mesin silinder fluks radial. Mesin jenis ini memiliki
konstruksi yang kompak, berbentuk piringan, dan
kerapatan daya yang besar. Mesin jenis ini cocok untuk
berbagai keperluan, seperti : pompa, kontrol katup, kipas,
peralatan mesin, robot, dan peralatan industri. Mesinmesin jenis ini banyak digunakan untuk penggunaan servo
torsi rendah dan aplikasi pengaturan kecepatan. Mesin ini
disibut juga mesin tipe piringan, dengan desain satu lapis
atau dua lapis, dengan atau tanpa slot jangkar, dengan rotor
internal atau eksternal. Untuk mesin dengan daya rendah
biasanya diberi slot kumparan dan permukaan magnet
permanen.
Saat daya keluaran dari mesin fluks aksial ini
meningkat, maka kontak permukaan antara rotor dengan
poros akan semakin dekat. Hal ini mengakibatkan
pentingnya dalam hal desain dan menyatukan rotor dengan
poros agar menghindari kerusakan. Dalam beberapa hal,
rotor diberi tambahan komponen transmisi daya untuk
mengoptimalkan volume, massa, transfer daya dan waktu
perakitan. Untuk penggunaan mesin listrik hal ini
mengakibatkan peningkatan efisiensi dan pengurangan
biaya. Kebanyakan aplikasi dari mesin fluks aksial ini
adalah untuk motor DC tanpa sikat.
Penyearah [8]
Sistem penyearah merupakan salah satu jenis dari
konverter, yang akan mengubah arus bolak-balik menjadi
arus searah (AC-DC converter).
Di dalam suatu sistem penyearah di mana semua
komponen aktif yang digunakan berupa dioda, maka
penyearah ini digolongkan sebagai penyearah yang tak
terkontrol (uncontrolled rectifier), yang tegangan
outputnya hanya ditentukan oleh amplitudo tegangan
sumber ac-nya. Akan tetapi, bila sebagian atau semua dari
komponen utamanya adalah thyristor, maka penyearah ini
digolongkan sebagai penyearah yang dapat dikontrol
(controlled rectifier), dimana tegangan outputnya akan
dapat dikontrol dengan pengaturan sudut penyulutan
(firing angle) dari thyristor-thyristornya.
2.4
maka dibuat penyearah untuk mengubah tegangan AC
menjadi DC yang digunakan untuk mengisi akumulator.
Penyearah yang dibuat adalah penyearah 3 fasa tak
terkontrol tipe jembatan penuh dan . Blok diagram
ditunjukkan pada gambar 3.1 dibawah ini.
Penggerak
Mula
Generator
Penyearah
Gambar 1 Blok diagram alat
3.2 Generator
Generator terdiri dari dua bagian utama yaitu rotor dan
stator. Pada pembuatan tugas ini dilakukan perancangan
masing-masing bagian generator. Kemudian masingmasing bagian generator dirakit dan disatukan melalui
poros dan rangka.
Gambar 2 Skema rancangan generator
putaran rendah [15]
Pada generator ini rotor berfungsi sebagai kumparan
medan untuk menghasilkan fluks. Digunakan dua buah
rotor mengapit stator untuk menghasilkan fluks magnet.
3.3 Perancangan Tegangan Keluaran
Generator ini dirancang untuk bekerja pada frekuensi
50 Hz dan berputar pada kecepatan 750 rpm. Tegangan
keluaran dirancang
volt pada kondisi tanpa
beban, untuk kemudian disearahkan untuk mengisi
akumulator. Tegangan induksi generator dapat dihitung
melalui persamaan berikut :
Erms = 4.44. N. f. Ømax .
= 4.44.45.50. 1,554407428. 10-3.
=
volt
(3.1)
dimana :
III. PERANCANGAN ALAT
3.1 Perancangan Perangkat Keras [2]
Secara umum perancangan tugas akhir ini dibagi
menjadi dua bagian, yaitu generator dan penyearah.
Generator berfungsi mengubah energi mekanik baik dari
turbin angin maupun air menjadi energi listrik, tegangan
yang dihasilkan berupa tegangan AC 3 fasa. Karena energi
angin dan air bersifat fluktuatif dan tidak terlalu besar
N
: jumlah lilitan
f
: frekuensi (Hz)
Ømax: fluks maksimal (Wb)
Ns
: jumlah kumparan
Nph : jumlah fasa
2
3.4 Magnet Permanen
Magnet permanen digunakan untuk menghasilkan fluks
magnet. Magnet permanen yang digunakan adalah magnet
batang Material rare-eatrh, bertipe neodymium-iron-boron
NdFeB
dimana:
Amagn : luasan magnet (m2)
ro
: radius luar magnet (m)
ri
: radius dalam megnet (m)
Nm : jumlah magnet
Ʈf
: jarak antar magnet (m)
3.6 Perancangan Stator
Stator terdiri dari kumparan lilitan tembaga, tiap
kumparan terdiri dari 170 lilitan. Pada stator digunakan 6
buah kumparan yang disusun secara simetris seperti
ditunjukkan pada gambar 5.
Gambar 3 Magnet NdFeB
Magnet NdFeB yang digunakan berdimensi
p = 5,08 cm
l = 2,54 cm
t = 1.27 cm
Nilai besaran fluks yang dihasilkan saat celah udara
minimal (0,002 m) adalah
Bmax =
= 1,28.
= 1,10585034 T
(3.1)
dimana :
Br : Residual Induction (T)
Lm : tinggi magnet (m)
: lebar celah udara (m)
Bmax : fluks maksimal (T)
3.5 Perancangan Rotor
Untuk generator 3 fasa, jumlah magnet yang
digunakan berjumlah 1.33 dari jumlah kumparan yang
akan digunakan.Jumlah magnet yang digunakan 8 buah
untuk tiap rotor.
Gambar 5 Susunan kumparan[15]
Tiap 2 kumparan dihubung secara seri. Penyambungan
dilakukan secara selang-seling. Dimana 3 kumparan yang
terhubung seri adalah : 1-4, 2-5, 3-6. Dengan demikian
akan diperoleh hubungan 3 fasa dengan kumparan fasa A,
fasa B, dan fasa C yang bergantian. Stator terdiri dari 6
kumparan lilitan tembaga. Kawat tembaga yang digunakan
berdiameter Kawat digulung membentuk kumparan
lingkaran dengan jumlah lilitan adalah 45 tiap kumparan.
Kemudian ditentukan jumlah kumparan adalah 6 karena
menyesuaikan dari jumlah magnet yang berjumlah 1,33
dari jumlah kumparan
Dari susunan kumparan 3 fasa tersebut maka saat
generator bekerja akan dihasilkan tegangan AC 3 fasa
dengan beda fasa 120o.
3.7 Penyearah
Penyerah yang digunakan pada tugas akhir ini adalah
rangkaian penyearah 3 fasa tak terkontrol gelombang
penuh dan setengah gelombang.
Gambar 4 Komposisi magnet [5]
Dengan jarak ro = 8.8 cm dan ri = 3.55 cm, maka
luasan magnet adalah:
Amagn =
=
=1,405621875 .10-3 m2
(3.2)
Gambar 6 Rangkaian penyearah 3 fasa
tak terkontrol setengah gelombang
3
ro
ri
τf
Nm
= 0.088 m
= 0.0355 m
= 0.0217 m
=8
Maka diperoleh luasan magnet sebagai berikut:
Amagn =
Gambar 7 Rangkaian penyearah 3 fasa tak terkontrol
gelombang penuh
Komponen yang digunakan adalah:
 PCB
 6 buah dioda 6A
 1 buah kapasitor 470µF 50V
=
= 1,405621875 .10-3 m2
(4.2)
Fluks maksimum yang dihasilkan adalah:
Ømax = Amagn . Bmax
= 1,405621875 .10-3 . 1,10585034
= 1,554407428 . 10-3 Wb
(4.3)
IV. PENGUJIAN DAN ANALISIS
4.1.
Perbandingan Hasil Perhitungan dengan
Pengukuran
Dari generator yang dibuat diperoleh data spesifikasi
teknis seperti ditunjukkan pada tabel 1 sebagai berikut.
Generator didesain untuk bekerja dalam frekuensi 50
Hz, dengan jumlah kutub 12 buah maka diperoleh putaran
sebagai berikut:
n=
Tabel 1 Data spesifikasi generator
=
Parameter
Lambang
Nilai
Kerapatan fluks
magnet
Br
1280 mT
Dimensi magnet
p
5,08 cm
l
2.54 cm
t
1.27 cm
Jumlah magnet
Nm
8
Radius dalam
magnet
ri
3.55 cm
didapat hasil keluaran tegangan generator pada putaran
750 rpm adalah
volt.
Tabel 2 Hasil perbandingan perhitungan dan pengukuran
dengan variasi celah udara
Radius luar magnet
ro
8.8 cm
Jarak antar magnet
τf
2.17 cm
Celah udara
δ
2 – 3,8 mm
Jumlah kumparan
Ns
6
= 750 rpm
(4.4)
Tegangan induksi yang dihasilkan generator dapat
dihitung melalui persamaan berikut :
Erms = 4.44. N. f. Ømax .
= 4.44.45.50. 1,554407428 . 10-3.
=
Lebar
celah
udara
volt
(4.5)
Tegangan hasil
Tegangan hasil
perhitungan (v)
pengukuran (v)
(m)
Jumlah fasa
Nph
3
0,002
31,05706042
24,93
Jumlah lilitan
N
45
0,014
17,09883102
9,64
0,026
11,79686791
4,27
0,038
9,004709827
1,733
Kerapatan fluks
magnet relatif
Br = 1280 mT
Jarak tinggi magnet lm = 0.0127 m
Jarak celah udara
δ = 0.002-0,038 m
Maka diperoleh nilai kerapatan fluks magnet
maksimum (Bmax ) dengan celah udara minimum 0,002 m
yaitu:
Dari hasil tabel 2 di atas terdapat perbedaan antara hasil
perhitungan dan hasil pengukuran dapat dilihat dalam
gambar 8
Bmax =
=1,28 .
= 1,10585034 T
(4.1)
4
udara maka tegangan semakin kecil dalam kecepatan
putaran yang sama dapat dilihat pada gambar 10
Gambar 8 Grafik hubungan pengaruh lebar celah udara
terhadap tegangan satu fasa tanpa beban
perbandingan teori dan hasil pengukuran
Dari gambar 8 dapat dilihat hasil perhitungan dan
pengukuran dalah hubungan lebar celah udara dengan
tegangan menunjukan hasil yang pola eksponensial yang
sama,perbedaan nilai keduanya dikarenakan pengaruh
faktor akurasi perakitan, pengukuran, kondisi tidak ideal
serta rugi-rugi
4.2 Pengujian Tegangan Tanpa Beban
Pada pengujian ini dilakukan pengujian tegangan
keluaran generator tanpa beban dengan variasi putaran
generator. Variasi putaran generator ini didapat dengan
pengaturan tegangan masukan pada kumparan jangkar
motor DC sebagai penggerak mula. Pada pengujian tanpa
beban ini dilakukan terhadap 3 hubungan generator, yaitu :
hubung 1 fasa, 3 fasa hubung bintang, dan 3 fasa hubung
delta
Gambar 10 Grafik hubungan pengaruh lebar celah udara
terhadap tegangan satu fasa tanpa beban
dengan variasi putaran
4.2.2
Pengujian Tiga Fasa Hubung Bintang
Pengujian dilakukan terhadap generator 3 fasa hubung
bintang. Dengan variasi putaran generator dihasilkan data
tegangan keluaran fasa ke fasa seperti ditunjukkan pada
gambar grafik hubungan antara putaran terhadap tegangan
pada gambar 11
4.2.1
Pengujian Satu Fasa
Pengujian dilakukan terhadap generator dengan
hubungan 1 fasa. Dengan variasi putaran generator
dihasilkangrafik hubungan antara putaran terhadap
tegangan pada gambar 9
Gambar 11
Gambar 9 Grafik hubungan pengaruh putaran terhadap
tegangan satu fasa tanpa beban dengan
variasi celah udara
Semakin cepat putaran generator maka semakin besar
tegangan generator yang dihasilkan. Pertambahan tegangan
diperoleh sekitar 88,77 % sampai 115,31% setiap
penambahan putaran 150 rpm. Dan semakin besar celah
Grafik hubungan pengaruh putaran
terhadap tegangan tiga fasa hubung bintang
tanpa beban dengan variasi celah udara.
Dari gambar 11 menunjukkan hubungan yang
berbanding lurus antara putaran generator dengan tegangan
keluaran generator. Semakin cepat putaran generator maka
semakin besar tegangan generator yang dihasilkan.
Pertambahan tegangan diperoleh sekitar 88,11% hingga
110,6% setiap penambahan putaran 150 rpm.
4.2.3
Pengujian Tiga Fasa Hubung Delta
Pengujian dilakukan terhadap generator 3 fasa hubung
delta. Dengan variasi putaran generator dihasilkan data
tegangan keluaran fasa ke fasa dapat digambarkan grafik
5
hubungan antara putaran terhadap tegangan pada gambar
12
Dari gambar 13 menunjukkan hubungan yang
berbanding lurus antara putaran generator dengan tegangan
keluaran generator. Semakin cepat putaran generator maka
semakin besar tegangan generator yang dihasilkan.
Pertambahan tegangan diperoleh sekitar 89,85% sampai
106,13% setiap penambahan putaran 150 rpm.
Gambar 14 Grafik hubungan pengaruh putaran terhadap
arus satu fasa berbeban dengan variasi lebar
celah udara
Gambar 12
Grafik hubungan pengaruh putaran terhadap
tegangan tiga fasa hubung delta tanpa beban
dengan variasi celah udara.
Dari gambar 12 menunjukkan hubungan yang
berbanding lurus antara putaran generator dengan tegangan
keluaran generator. Semakin cepat putaran generator maka
semakin besar tegangan generator yang dihasilkan.
Pertambahan tegangan diperoleh sekitar 90,75% sampai
112,32% setiap penambahan putaran 150 rpm.
4.3 Pengujian Tegangan Berbeban
Pada pengujian ini dilakukan pengujian tegangan
keluaran generator berbeban dengan variasi putaran
generator. Beban yang diberikan adalah beban resistif
berupa lampu pijar. Variasi putaran generator ini didapat
dengan pengaturan tegangan masukan pada kumparan
jangkar motor DC.
4.3.1
Pengujian Satu Fasa
Pengujian dilakukan terhadap generator dengan
hubungan 1 fasa. Beban yang diberikan adalah lampu pijar
60 watt 220 volt. Dengan variasi putaran generator
dihasilkan data seperti ditunjukkan pada digambarkan
grafik hubungan antara putaran terhadap tegangan dan arus
pada gambar 4.12.
Gambar 13 Grafik hubungan pengaruh putaran terhadap
tegangan satu fasa berbeban pada variasi
lebar celah udara
Dari gambar 14 menunjukkan hubungan yang
berbanding lurus antara putaran generator dengan arus.
Semakin cepat putaran generator maka semakin besar arus
yang dihasilkan generator..Daya yang dihasilkan generator
bisa diperoleh melalui perhitungan.
P = V.I. cosφ
= 23,11 . 0,09 . 0,999
= 2,0778201 watt
(4.6)
Daya yang dihasilkan generator berdasar variasi
putaran generator ditunjukkan pada tabel 3 berikut.
Tabel 3 Data daya satu fasa berbeban
Putaran
Lebar Celah Udara
Daya
(rpm)
(m)
(W)
0,002
0,2320065
0,014
0,0494424
150
0,026
0,0160704
0,038
0,00012698
0,002
0,6235047
0,014
0,187753
300
0,026
0,0329992
0,038
0,010714
0,002
1,1169616
0,014
0,328272
450
0,026
0,0746856
0,038
0,01638
0,002
1,5072912
0,014
0,4764528
600
0,026
0,0987972
0,038
0,021723
0,002
2,0778201
0,014
0,645372
750
0,026
0,1631304
0,038
0,02677942
Dari tabel 3 dapat digambarkan grafik hubungan antara
putaran dengan daya pada gambar 15
6
Gambar 15 Grafik hubungan pengaruh putaran terhadap
daya satu fasa berbeban dengan variasi celah
udara
Pertambahan daya diperoleh sekitar 168,53% hingga
252,5% setiap penambahan putaran 150 rpm.Semakin
lebar celah udara pada putaran yang sama maka semakin
kecil tegangan keluaran dari generator.
4.3.2 Pengujian Tiga Fasa Hubung Bintang
Pengujian dilakukan terhadap generator dengan
hubungan 3 fasa hubung bintang. Beban yang diberikan
adalah 3 buah lampu pijar 60 watt 220 volt. Dengan variasi
putaran generator dihasilkan data seperti ditunjukkan pada
grafik hubungan antara putaran terhadap tegangan dan arus
pada gambar 16
Gambar 17 Grafik hubungan pengaruh putaran terhadap
arus tiga fasa hubung bintang berbeban
dengan variasi lebar celah udara
Semakin cepat putaran generator maka semakin besar
arus yang dihasilkan generator. Nilai arus pada masingmasing fasa, R, S, T sama besar.
4.4 Perhitungan Nilai Regulasi Tegangan
Dari data pengujian generator dapat dihitung besarnya
faktor regulasi tegangan, Persamaan yang digunakan
adalah:
% reg =
X 100% (4.7)
Dengan rumus diatas didapat nilai regulasi untuk
sistem satu fasa pada variasi kecepatan putar 150 sampai
750 rpm adalah berkisar antara 0,523560209 % sampai
7,142857143 %, nilai regulasi untuk sistem tiga fasa
hubung bintang pada variasi kecepatan putar 150 sampai
750 rpm adalah berkisar antara 0,058617 % sampai
3,825503%, nilai regulasi untuk sistem tiga fasa hubung
delta pada variasi kecepatan putar 150 sampai 750 rpm
adalah berkisar antara 0,74184 % sampai 7,142857
%.Dari ketiga sistem ini celah udara tidak mempengaruhi
besar persentase regu lasi tegangan ,dan putaran juga tidak
memiliki hubungan yang berbanding lurus dengan
persentase regulasi tegangan.
4.5
Gambar 16 Grafik hubungan pengaruh putaran terhadap
tegangan tiga fasa hubung bintang
berbeban dengan variasi celah udara
Pertambahan tegangan diperoleh sekitar 87,61%
sampai 123,84% setiap penambahan putaran 150 rpm,dan
semakin lebar celah udara tegangan keluaran semakin
kecil.Hubungan putaran dan arus dapat dilihat pada
gambar 17.
Perbandingan Performa Generator
Dari generator yang dibuat sebelumnya dengan
menggunakan 12 pasang kutub magnet permanen berjenis
Fe dibandingkan dengan generator 8 pasang kutub magnet
permanen berjenis NdFeB. Pada penelitian sebelumnya
celah udara didesain tetap sebesar 0,002 m sehingga
parameter variasi celah udara pada perbandingan ini
ditetapkan hanya menggunakan 0,002 m ,dan hanya
dilakukan pengujian dengan putaran yang divariasikan
besarnya..Dari generator 12 pasang kutub berjenis magnet
Fe dan generator 8 pasang kutub jenis magnet NdFeB yang
dibuat diperoleh data spesifikasi teknis seperti ditunjukkan
pada tabel 4 sebagai berikut.
7
Tabel 4 Data spesifikasi generator
Parameter
Kerapatan
fluks magnet
Lambang
Generator
magnet
NdFeB
Generator
magnet Fe
Br
450 mT
1280 mT
p
6 cm
5,08 cm
l
2,5 cm
2,54 cm
t
1,2 cm
1,27 cm
Jumlah magnet
Nm
12
8
Radius dalam
magnet
ri
5,5 cm
3,55 cm
Radius
magnet
luar
ro
11,5 cm
8,8 cm
Jarak
magnet
antar
τf
3,5 cm
2,17 cm
Celah udara
δ
2 mm
2 mm
Jumlah
kumparan
Ns
9
6
Jumlah fasa
Nph
3
3
Jumlah lilitan
N
125
45
Dimensi
magnet
Dari parameter perhitungan yang sama seperti
seblumnya maka didapatkan hasilperbandingan putaran
dan daya total pada hubung bintang berbeban,hubung delta
berbeban dan hubung satu fasa berbeban seperti berikut
Gambar 18 Grafik hubungan pengaruh putaran terhadap
daya total hubung delta berbeban generator
Fe dan NdFeB.
Dari gambar 18 menunjukkan hubungan yang berbanding
lurus antara putaran generator dengan daya. Semakin cepat
putaran generator maka semakin besar daya generator yang
dihasilkan.Dari
keseluruhan
perbandingan
dapat
disimpulkan bahwa generator dengan magnet permanen
berjenis NdFeB memiliki kemampuan menghasilkan daya
,tegangan dan arus lebih besar dalam putaran yang sama
dibandingkan generator dengan magnet permanen berjenis
Fe.Hal ini dikarenakan besarnya kerapatan fluks magnet
pada neodymium (NdFeB) adalah sebesar 2,84 kali lebih
besar dibandingkan kerapatn fluks magnet Fe,walaupun
secara lilitan generator Neodymium (NdFeB) memiliki
jumlah lilitan per kumparannya hanya 0,36 dari generator
Fe.Secara dimensi ,generator NdFeB memiliki dimensi
yang lebih kecil karena rotor generator hanya tersusun dari
8 buah magnet tiap 1 sisi rotornya,sedangkan generator Fe
tersusun atas 12 buah magnet tiap 1 sisi Rotornya.
Pada hubung delta 3 fasa berbeban daya yang
dapat diproduksi generator NdFeB dapat mencapai 2,515
kali lebih besar daripada generator Fe.
Gambar 19 Grafik hubungan pengaruh putaran terhadap
daya total
hubung bintang berbeban
generator Fe dan NdFeB.
Dari gambar 19 menunjukkan hubungan yang berbanding
lurus antara putaran generator dengan daya. Semakin cepat
putaran generator maka semakin besar daya generator yang
dihasilkan.
Gambar 20 Grafik hubungan pengaruh putaran terhadap
daya satu fasa berbeban generator Fe dan
NdFeB.
Dari gambar 20 menunjukkan hubungan yang berbanding
lurus antara putaran generator dengan daya. Semakin cepat
putaran generator maka semakin besar daya generator yang
dihasilkan.Pada putaran yang sama generator bermagnet
NdFeB mampu menghasilkan daya lebih besar
dibandingkan generator bermagnet Fe karena besar
tegangan serta arusnya pada putaran yang sama mampu
dihasilkan lebih besar daripada generator bermagnet Fe
8
V. PENUTUP
5.1
[6]
Kesimpulan
[7]
1.
2.
3.
4.
5.
5.2
1.
2.
Pengaruh Lebar celah udara generator berbanding
terbalik terhadap tegangan, arus, dan daya. Semakin
lebar celah udara generator akan semakin kecil
tegangan, arus, dan daya yang dihasilkan.
Pada pengujian tanpa beban dengan putaran 150
sampai 750 rpm dan lebar celah udara diatur minimal
0,002 m. Generator sistem 3 fasa hubung delta
menghasilkan pertambahan tegangan tertinggi sampai
112,32% dan tiap penambahan putaran sebesar 150
rpm.
Pada pengujian beban lampu pijar dengan putaran
150 sampai 750 rpm dan lebar celah udara diatur
minimal 0,002 m. Generator sistem 3 fasa hubung
bintang menghasilkan pertambahan tegangan
tertinggi sampai 123,84% tiap penambahan putaran
sebesar 150 rpm.
Pada pengujian beban lampu pijar dan lebar celah
udara diatur minimal sebesar 0,002 m ,nilai regulasi
tegangan terendah 0,06 % untuk sistem tiga fasa
hubung bintang,dan nilai regulasi tegangan tertinggi
sistem satu fasa dan sistem tiga fasa hubung delta
sebesar 4,02 %.
Pada pengujian perbandingan performa generator
hubung delta 3 fasa berbeban daya yang dapat
diproduksi generator NdFeB dapat mencapai 2,515
kali lebih besar daripada generator Fe.
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
Saran
Untuk dapat ditentukan tegangan keluaran generator
tetap,maka harus dirancang otomatisasi untuk lebar
celah udara.
Penelitian mengenai perancangan generator putaran
rendah magnet permanen ini dapat dikembangkan
lebih lanjut dengan mengubah parameter jumlah
lilitan, jenis dan jumlah magnet, serta kumparan yang
digunakan.
Puchstein, A.F., Lloyd,T.C., Conrad, A.G., 1960.
Alternating Current Machines. New York : John
Willey and Sons Inc
Pudjanarsa, Astu dan Djati Nursuhud. 2006.
Mesin Konversi Energi. Yogyakarta: Penerbit
Andi
Rashid, M. H. 1993. Power Electronics : Circuit,
Devices, and Application. New Jersey : PrentinceHall International Inc
Ridwan, Abrar., Hariyotejo Pujowidodo, Jefri
Helian,
Gatot
Eka
Pramono.
2008.
Pengembangan
Generator
Mini
Dengan
Menggunakan Magnet Permanen. Universitas
Indonesia
Sulasno, 2003. Dasar Konversi Energi.
Semarang:
Badan
Penerbit
Universitas
Diponegoro
Upadhyay, K.G. 2004. Conventional and
Computer
Aided
Design
of
Electrical
Engineering. New Delhi: Galgotia Publications
Pvt. Ltd
Wildi, Theodore. 1993. Electrical Machines,
Drives, And Power Systems. New Jersey: Prentice
Hall Inc
-----,
Generator
Listrik
Sederhana.
http://tonytaufik.wordpress.com/generator-listriksederhana/ [Mei 2011]
-----,Magnet
Datasheet,
http://www.properfect.com
-----,PMG
construction
manual,
http://www.itdg.org.pe
Nurhadi, Arif , skripsi : Perancangan Generator
Putaran Rendah Magnet Permanen,Tenik Elektro,
Universitas Diponegoro, Semarang.
DAFTAR PUSTAKA
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
Fahey, Steven. 2006. Basic Principle Of The
Homemade Axial Flux Alternator.
Gieras, J.F., and Mitchell King. 2002. Permanent
Magnet Motor Technology. New York: Marcel
Dekker Inc.
Lister. 1993. Mesin dan Rangkaian Listrik.
Jakarta: Erlangga.
Margana, Oong Iban S. 2009. Perancangan dan
Pembuatan Generator Aksial Putaran Rendah
dengan Kontrol Switch Proses Charging.
Universitas Muhammadiyah Malang
Price, Garrison F., Todd D. Batzel, Mihai
Comanescu, and Bruce A. Muller. Design and
Testing of a Permanent Magnet Axial Flux Wind
Power Generator. Pennsylvania State University,
Altoona College. 190, ENT 202, IAJC-IJME
2008, ISBN 978-1-60643-379-9.
9
BIODATA
Dimas Waluyo Jati (L2F008112).
Lahir di Semarang pada tanggal 22
Maret 1991. Riwayat pendidikan
SD Lamper Kidul 02 Semarang,
SMP Negeri 2 Semarang , SMA
Negeri 1 Semarang, dan sekarang
sedang menjalankan studi strata
satu di Jurusan Teknik Elektro
Fakultas
Teknik
Universitas
Diponegoro dengaan konsentrasi
Ketenagaan
Menyetujui dan Mengesahkan
Pembimbing I
Ir. Tejo Sukmadi, M.T.
NIP. 196111171988031001
Tanggal :
Pembimbing II
Karnoto, S.T, M.T.
NIP 196907091997021001
Tanggal :
10