RANCANG BANGUN MINI GENERATOR FLUKS AKSIAL 1 …jurnal.umrah.ac.id/.../2017/02/3a.Puja-Setia_-Jurnal-Skripsi.pdf · Pada tahun 2014 penelitian tentang generator fluks aksial juga

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, [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

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]


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:


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


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

(Sumber : Waluyo Dimas, 2012)

Beberapa jenis magnet permanen yang

banyak digunakan pada mesin elektrik

atau motor listrik diantaranya yaitu:


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


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.

(1)

dimana:

E = tegangan induksi (v)

N = jumlah lilitan

∆Ø = 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).

(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).

(4)

Ø = A . Br . cos Ө

Ømax = Amagn × Bmax × cos Ө

𝐴𝑚𝑎𝑔𝑛 = π ro2 − ri2 − τf(ro − ri ) Nm

Nm


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

Na = Nr x Ns / 2 (6)

E = 2 x Ømax x Na x N (7)

Emax = Ein × Nx


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


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

Neodymium Harddisc

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 17. Rancangan Tata Letak

Magnet Pada Plat Rotor

b. Disain Bentuk Rotor


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

Gambar 21. Kerangka Generator Sisi

Atas dan Bawah


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

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


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 – 0,044

2) – 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

Jumlah Stage Nx 6


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

120

f = 8 Herz


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


Gambar 35. Grafik Daya Keluaran


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


Amplitudo Vp-p 30,40 V

Frekuensi F 7,99 Hz

Periode T 125,1 mS


Amplitudo Vp-p 17,40 V

Frekuensi F 12,27 Hz

Periode T 81,48 mS


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

% penurunan tegangan.

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

V no load × 100 %


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

Lebar Celah Udara 4 mm

Diameter Kawat 0,6 mm

Jumlah Lilitan 100/Ns


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,


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

Technology, China.


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,


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.

Documents

RANCANG BANGUN MINI GENERATOR FLUKS AKSIAL 1 …jurnal.umrah.ac.id/.../2017/02/3a.Puja-Setia_-Jurnal-Skripsi.pdf · Pada tahun 2014 penelitian tentang generator fluks aksial juga