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
