rancang bangun generator sinkron axial flux permanent
TRANSCRIPT
See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/321489769
RANCANG BANGUN GENERATOR SINKRON AXIAL FLUX PERMANENT MAGNET
1500 WATT
Article · December 2017
CITATIONS
0READS
5,452
1 author:
Some of the authors of this publication are also working on these related projects:
Rancang Bangun Generator AFPM 1500 Watt View project
Abdul Fajar
Perusahaan Listrik Negara
1 PUBLICATION 0 CITATIONS
SEE PROFILE
All content following this page was uploaded by Abdul Fajar on 04 December 2017.
The user has requested enhancement of the downloaded file.
RANCANG BANGUN GENERATOR SINKRON
AXIAL FLUX PERMANENT MAGNET 1500 WATT
Abdul Fajar
Perkembangan energi terbarukan sebagai energi alternatif untuk penggerak mula generator masih sedikit.
Kebanyakan generator pada pembangkit saat ini menggunakan putaran tinggi, sedangkan energi terbarukan seperti air
dan angin hanya dapat menggerakkan generator dengan putaran rendah, dikarenakan debit air yang tersedia relatif
rendah dan kecepatan angin yang ada di Indonesia tidak stabil kecepatannya. Sehingga perlu dirancang bangun serta
diuji generator Axial Flux Permanent Magnet (AFPM) fasa 3 dengan putaran rendah.
Perancangan AFPM ini ada 2 tahapan utama yaitu membuat kepingan rotor yang terdiri dari beberapa
magnet permanen dan membuat lilitan kawat konduktor yang berfungsi sebagai stator. Setelah 2 bagian utama dari
generator AFPM dibuat dan dirakit, maka generator sudah siap diuji. Pengujian AFPM dapat dilakukan dengan
mengukur beberapa parameter yaitu putaran, tegangan, arus, frekuensi dan faktor daya.
Berdasarkan hasil pengujian dari generator AFPM fasa 3 dihasilkan putaran rendah sebesar 375 rpm
dengan tegangan 396 volt dan frekuensi 49,8 Hz pada kondisi beban nol, serta dapat menyuplai energi listrik dengan
daya pada beban hingga 809 watt dengan beban berupa lampu pijar dan motor listrik.
Kata kunci : Energi terbarukan, Axial Flux, rotor, stator, magnet permanen.
I. PENDAHULUAN
I.1 Latar Belakang
Perkembangan generator dalam
memproduksi energi listrik saat ini sudah sangat
beragam, energi terbarukan sebagai energi alternatif
untuk penggerak mula generator masih sangat sedikit
pemanfaatannya. Kebanyakan generator pada
pembangkit saat ini menggunakan putaran tinggi,
sedangkan energi terbarukan seperti air dan angin
hanya dapat menggerakkan generator dengan putaran
rendah karena debit air yang rendah dan kecepatan
angin yang tidak stabil. Sehingga perlu dirancang
bangun serta diuji generator Axial Flux Permanent
Magnet (AFPM) fasa 3 dengan putaran rendah.
Generator ini menggunakan magnet
permanen pada rotornya sehingga dapat
menghasilkan energi listrik ketika berputar.
desain AFPM lebih sederhana dan lebih mudah
pembuatannya dibandingkan dengan generator
konvensional. Posisi rotor dan statornya tegak
lurus terhadap porosnya sehingga dinamakan
generator tipe aksia.
Daerah-daerah pelosok di Indonesia
memiliki banyak sumber energi terbarukan
tetapi tidak dengan kapasitas yang kecil. Saat
ini, banyak daerah-daerah terpencil yang
kekurangan pasokan listrik. maka menjadi
sebuah keharusan memenuhi kebutuhan energi
listrik tersebut. Rancang bangun AFPM Fasa 3
dengan putaran rendah sebesar 375 rpm
dimaksudkan agar dapat digunakan sebagai
pembangkit listrik rumahan yang menggunakan
energi terbarukan secara efisien dan ramah
lingkungan.
Perancangan AFPM dimulai dengan
mengumpulkan dasar teori yang berhubungan
dengan generator AFPM putaran rensedah.
Kemudian menentukan spesifikasi desainnya
dan perhitungan. Setelah sudah didapatkan hasil
perhitungannya, dilakukan pembuatan 2 bagian
utama generator yaitu rotor dan stator.
Kemudian rakit stator dan rotor sehingga
generator dapat diuji dan dianalisa.
I.2 Tujuan
Tujuan tugas akhir ini dalah perancangan
dan pembuatan sebuah generator sinkron axial
flux permanent magnet fasa 3 dengan putaran
rendah 375 rpm.
I.3 Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penyusunan tugas
akhir ini adalah sebagai berikut :
Rancang bangun generator fluks aksial magnet
permanen fasa 3 dengan tegangan sistem 380
V dan 375 rpm. Stator tanpa inti besi berada
diantara dua rotor dengan magnet permanen.
Percobaan di Lab CNC Teknik Mesin, ISTN
tanggal 1 Juni – 17 Agustus 2014
II. DASAR TEORI
2.1 konsep umum
Prinsip kerja generator dalam
mengkonversi energi mekanik menjadi energi
listrik adalah berdasarkan hukum Faraday.
Hasil penelitian Faraday menunjukkan bahwa
seutas kawat atau kumparan konduktor berada
dalam medan magnet yang berubah terhadap
waktu, maka pada ujung-ujung kawat atau
konduktor tersebut akan timbul tegangan atau
gaya gerak listrik (ggl) induksi.
Mesin Axial Flux Permanent Magnet
(AFPM), yang biasa disebut mesin disc-type,
merupakan sebuah mesin alternatif atas mesin
Radial Flux Permanent Magnet (RFPM)
berbentuk silinder, dikarenakan bentuknya
seperti kue panekuk (pancake) yang terlihat
rapi dan tersusun padat, sehingga
menghasilkan berat jenis daya (daya keluaran
per massa/volume mesin) yang lebih besar.
Sedangkan generator fluks aksial
adalah suatu mesin fluks aksial yang dapat
menkonversikan energi mekanik menjadi
energi listrik yang menghasilkan arus bolak –
balik yang terdiri dari stator dan rotor dengan
memiliki arah aliran fluks yang memotong
stator secara aksial. Tentunya berbeda dengan
generator-generator konvensional lainnya yang
aliran fluksnya secara radial. Generator fluks
aksial ini tentunya memiliki ukuran yang jauh
lebih kecil dari yang biasanya, dan sering
dimanfaatkan untuk pembangkit listrik tenaga
angin.
Keunggulan AFPM dibandingkan dengan
RFPM adalah [1]:
1. AFPM memiliki diameter rotor dan stator
yang lebih besar.
2. Konstruksi AFPM lebih mudah dan sangat
ideal.
3. Semakin besar diameter rotor semakin
banyak jumlah kutub magnet yang ada,
membuat AFPM sangat cocok untuk
frekuensi tinggi pada putaran rendah.
Gambar 2.1 Topologi generator: (a) RFPM,
(b) AFPM [1]
2.2 Prinsip Kerja AFPM
Prinsip kerja generator AFPM
sesungguhnya tidak jauh berbeda dengan
prinsip kerja generator konvensional pada
umumnya. Pengunaan magnet permanen
menghasilkan medan magnet yang tetap
sehingga tidak memerlukan pencatuan arus
searah untuk menghasilkan medan magnet.
Sedangkan fluks aksial diperoleh dari magnet
permanen yang telah diberikan perlakuan
khusus sehingga arah garis-garis gaya magnet
keluar dari kutub magnet secara aksial atau
vertikal. Prinsip generator AFPM secara
sederhana dapat dijelaskan bahwa tegangan
akan diinduksikan pada konduktor, apabila
konduktor tersebut bergerak pada medan
magnet sehingga memotong garis-garis gaya
magnet.
Generator ini juga memiliki konstruksi
umum yang diperlihatkan pada Gambar 2.2
yaitu terdapat rotor yang memiliki magnet
permanen sebagai sumber medan magnet,
kumparan stator sebagai tempat terjadinya
induksi elektromagnetik, dan celah udara
antara rotor dan stator.
Gambar 2.2 Konstruksi Umum Generator
Fluks Aksial [1]
2.3 Generator Axial Flux Permanent
Magnet
Seperti pada umumnya, generator terdiri
dari bagian yang berputar disebut rotor dan
bagian yang diam disebut stator. Diantara rotor
dan stator terdapat celah udara. Bagian-bagian
generator,yaitu :
2.3.1 Rotor Pada Generator AFPM
Rotor terbuat dari besi carbon yang
ditempatkan magnet permanen pada
permukaannya, seperti ditunjukan pada
Gambar 2.3. Pada pembuatan tugas akhir ini,
generator menggunakan 2 buah rotor yang
mengapit stator, dengan polaritas magnet yang
berlawanan arah N-S, sehingga fluks magnet
yang melewati kumparan bisa diperkuat,
antara 2 rotor tersebut disambungkan dengan
poros yang kemudian poros inilah yang
diputar oleh energi mekanik. Rotor berfungsi
sebagai kumparan medan dan untuk
menghasilkan medan magnetik digunakan
magnet permanen.
Gambar 2.3 Rotor fluks aksial [1]
Pada rotor terdapat jumlah kutub magnet
yang akan mempengaruhi banyaknya putaran
per menit yang harus bekerja untuk
menimbulkan frekuensi yang diinginkan.
Rotor pada generator merupakan bagian yang
berputar yang terdiri dari magnet yang
berputar.
2.3.2 Stator Pada Generator AFPM
Stator adalah bagian yang tak berputar
(diam), didalam stator generator terdapat
belitan-belitan penghantar yang disusun
sedemikian rupa sesuai kaidah baik jumlah
lilitan, jarak antara lilitan (pitch factor) dan
beda sudut antara phasa, sehingga dapat
menghasilkan tegangan fasa 3 yang
mempunyai sudut 120 derajat terhadap phasa
lainnya. Kemampuan dan kualitas generator
ditentukan juga oleh bahan tembaga yang
dipakai serta tingkat ketahanan isolasi
terhadap panas yang melaluinya. Bahan inti
dari stator merupakan bahan terpilih yang
mempunyai tingkat permeabilitas magnetik
yang tinggi, terbentuk dari lapisan-lapisan plat
yang terlaminasi satu sama lain. Hal ini adalah
dimaksudkan untuk mengurangi rugi besi
karena rugi arus hystrisis yang berpusar dalam
inti besi. Demikian juga dengan lilitan
tembaga atau kawat email mempunyai kualitas
yang khusus disamping biasanya mempunyai
lapisan isolasi juga mempunyai ketahahanan
panas yang tinggi sampai 150 derajat celcius
sehingga tahanan isolasi masih cukup kuat
untuk menahan panasnya stator generator
maupun arus lilitan itu sendiri.
Stator terbuat dari beberapa koil atau
kumparan dari kawat tembaga yang dilapisi
bahan isolator, seperti ditunjukan pada
Gambar 2.4. Jumlah kumparan lilitan tembaga
menentukan tegangan yang bisa dikeluarkan
oleh generator tersebut.
Gambar 2.4 Stator fluks aksial [1]
Sebuah belitan stator hanyalah gulungan
stasioner di sebuah generator listrik, baik
untuk putar atau linier. Stator pada motor atau
generator AC adalah kumparan kawat yang
disebut gulungan / lilitan stator, yang terdiri
dari beberapa koil atau kumparan. Ketika
kumparan ini diberi energi, maka medan
magnet yang berputar akan menghasilkan
energi listrik.
2.3.3 Magnet Permanen Pada
GeneratorAFPM
Magnet adalah suatu objek yang
mempunyai medan magnet, magnet selalu
mempunyai 2 kutub yaitu kutub utara dan
kutub selatan dan garis-garis gaya magnet
(fluks) keluar dari kutub utara dan masuk ke
kutub selatan, seperti ditunjukan pada Gambar
2.5. Magnet permanen tidak memerlukan
tenaga atau bantuan dari luar untuk
menghasilkan medan magnet.
Gambar 2.5 Garis gaya magnet [6]
Jenis magnet permanen yang diketahui sampai
saat ini ialah [1] :
1. Magnet Neodymium, yaitu jenis magnet
tetap yang paling kuat, Magnet neodymium
(juga dikenal sebagai NdFeB, NIB, atau
magnet Neo), merupakan sejenis magnet
tanah, terbuat dari campuran logam
neodymium.
2. Magnet Samarium - cobalt salah satu dari
dua jenis magnet bumi yang langka,
merupakan magnet permanen yang kuat
yang terbuat dari paduan samarium dan
kobalt.
3. Magnet keramik, seperti barrium ferrite
(BaOx6Fe2O3) dan strontium ferrite
SrOx6Fe2O3
4. Magnet Alnico (Al, Ni, Co, Fe)
Magnet merupakan salah satu bagian yang
sangat penting dalam suatu generator.
Fungsinya adalah untuk menghasilkan fluks
magnetik yang akan dipakai untuk
membangkitkan ggl induksi pada kumparan
yang telah dipasang, untuk membangkitkan
ggl induksi maka diperlukan perubahan jumlah
fluks magnet yang mengenai kumparan.
Perubahan fluks magnetik tersebut dilakukan
dengan proses gerakan berputar.
Kelebihan menggunakan magnet permanen
pada generator fluks aksial ini adalah [10]:
1. Tidak ada energi listrik yang diserap oleh
sistem medan eksitasi sehingga tidak ada
kerugian eksitasi dan dapat meningkatkan
efisiensi.
2. Menghasilkan torsi yang lebih besar.
3. Menyederhanakan konstruksi dan
perawatan.
2.4 Rangkaian Tiga Phasa
Mesin listrik terdiri dari dua jenis yaitu
mesin arus bolak-balik (AC) dan arus searah
(DC). Mesin AC terdiri dari dua jenis yaitu
mesin sinkron dan induksi. Mesin sinkron
berfungsi sebagai generator apabila merubah
energi mekanik menjadi energi listrik.
Pada sistem tenaga listrik fasa 3, idealnya
daya listrik yang dibangkitkan, disalurkan dan
diserap oleh beban semuanya seimbang, daya
pembangkitan = daya pemakaian, dan juga
pada tegangan yang seimbang. Pada tegangan
yang seimbang terdiri dari tegangan 1 phasa
yang mempunyai magnitude dan frekuensi
yang sama tetapi antara 1 phasa dengan yang
lainnya mempunyai beda phasa sebesar 120°
listrik, sedangkan secara fisik mempunyai
perbedaan sebesar 60°, dan dapat dihubungkan
secara bintang (Y) atau segitiga (delta Δ).
Gambar 2.6 Gelombang fasa 3
Gambar 2.6 menunjukkan gelombang dari
tegangan phasa. Bila gelombang-gelombang
tegangan tersebut berputar dengan kecepatan
sudut dan dengan arah berlawanan jarum jam
(arah positif), maka nilai maksimum positif
dari phasa terjadi berturut-turut untuk phasa
V1, V2 dan V3. sistem fasa 3 ini dikenal
sebagai sistem yang mempunyai urutan phasa
a – b – c . sistem tegangan fasa 3 dibangkitkan
oleh generator sinkron fasa 3. Rangkaian fasa
3 terhubung menjadi 2 bagian yaitu :
berhubung Star dan berhubung Delta.
2.4.1 Hubungan bintang / star ( Y )
Pada hubungan bintang (Y), ujung-
ujung tiap phasa dihubungkan menjadi satu
dan menjadi titik netral atau titik bintang
seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.9.
Tegangan antara dua terminal dari tiga
terminal a – b – c mempunyai besar magnitude
dan beda phasa yang berbeda dengan tegangan
tiap terminal terhadap titik netral. Tegangan
Va,Vb dan Vc disebut tegangan phasa atau Vf.
Gambar 2.7 Hubungan bintang / star ( Y )
Dengan adanya saluran atau titik netral
maka besaran tegangan phasa dihitung
terhadap saluran atau titik netralnya, juga
membentuk sistem tegangan fasa 3 yang
seimbang dengan magnitudenya (akar 3 dikali
magnitude dari tegangan phasa).
Vline = √3.Vf = 1,73Vf. Sedangkan untuk arus
yang mengalir pada semua phasa mempunyai
nilai yang sama per line = I phasa, Ia = Ib = Ic.
2.4.2 Hubungan delta / segitiga
Pada hubungan segitiga (delta) ketiga
phasa saling dihubungkan sehingga
membentuk hubungan segitiga fasa 3. Seperti
yang ditunjukkan pada Gambar 2.8
Gambar 2.8 Hubungan segitiga.
Dengan tidak adanya titik netral, maka
besarnya tegangan saluran dihitung antar
phasa, karena tegangan saluran dan tegangan
phasa mempunyai besar magnitude yang sama,
maka Vline = Vphasa, Tetapi arus saluran dan
arus phasa tidak sama dan hubungan antara
kedua arus tersebut dapat diperoleh dengan
menggunakan hukum kirchoff, sehingga : Iline
=If . √3
III. PERANCANGAN GENERATOR
AXIAL FLUX PERMANENT
MAGNET
3.1 Teori Umum
Generator umumnya terdiri dari dua
bagian utama yaitu rotor dan stator.
Perancangannya yaitu masing-masing bagian
dirakit dan disatukan melalui poros dan
rangka. Tujuan dari tugas akhir ini adalah
merancang bangun generator fluks aksial yang
dapat merubah energi gerak menjadi energi
listrik dan menghasilkan generator arus bolak
balik (AC). Pada Gambar 3.1 menunjukan
skema perancangan suatu generator fluks
aksial.
Gambar 3.1 Skema rancangan generator fluks
aksial [10]
Pada generator ini rotor berfungsi sebagai
kumparan medan yang menghasilkan fluks,
digunakan dua buah rotor mengapit stator
untuk menghasilkan fluks magnet. Sedangkan
stator berfungsi sebagai kumparan jangkar
yang menghasilkan tegangan keluaran
generator.
3.2 Perancangan Stator dan Rotor
3.2.1 Putaran generator
Untuk menentukan putaran pada sebuah
generator diperlukan adanya hubungan antara
jumlah kutub dan frekuensi dapat dirumuskan
pada persamaan berikut [1] :
𝑛 = 120 f
p (3.1)
Dengan :
n = Putaran (rpm)
f = Frekuensi (Hertz)
p = Jumlah kutub (pole)
Dengan demikian, maka sebuah generator
dengan satu pasang kutub (p = 1), mempunyai
3.000 putaran per menit (rpm), bila frekuensi f
= 50 Hz. Bila frekuensi f = 60 Hz, maka n =
3.600 putaran per menit (rpm). Untuk
pasangan kutub p = 2, putaran menjadi 1.500
per menit untuk f = 50 Hz dan 1.800 per menit
untuk f = 60 Hz, dan seterusnya. Dalam tabel
3.1 tercantum jumlah pasangan kutub dan
putaran mesin menurut standar Hutte untuk f =
50 Hz.
Tabel 3.1 Standardisasi putaran mesin
sinkron untuk frekuensi 50 Hz
Jumlah kutub
(p)
Jumlah putaran
(n = rpm)
2 3.000
4 1.500
6 1.000
8 750
10 600
12 500
16 375
3.2.2 Perancangan stator
Untuk merancang suatu belitan stator
harus menentukan jumlah belitan stator.
Belitan stator terdiri dari sejumlah belitan atau
kumparan, yang diletakkan dalam alur-alur inti
stator. Pada stator terdapat gulungan kawat,
yang akan memotong medan magnet pada saat
magnet pada generator sedang berputar. Stator
merupakan bagian yang tetap pada generator.
Stator berfungsi sebagai kumparan jangkar
yang menghasilkan tegangan keluaran pada
generator, stator tediri dari beberapa kumparan
atau lilitan kawat tembaga. Diameter kawat
tembaga atau kawat enamel yang digunakan
pada perancangan generator fluks aksial 1500
watt adalah ukuran yang berdiameter 0.9 mm,
menurut standard AWG (American Wire
Gauge), kemampuan hantar arus mencapai 14
A.
Belitan Stator fasa 3
Belitan tiga phasa pada dasarnya terdiri
atas tiga kumparan serupa, yang tergeser 120°
listrik. Untuk phasa R terdapat kumparan R1-
R2, phasa S kumparan S1-S2 dan phasa T
kumparan T1-T2. seperti yang ditunjukkan
pada Gambar 3.2 kontruksi belitan stator satu
phasa, dua phasa dan tiga phasa.
Gambar 3.2 konstruksi Belitan Stator fasa 3
hubung bintang 12 Koil
Tabel 3.2 Jumlah koil pada stator fasa 3 [6]
Jumlah
koil
Jumlah pasang
kutub (pole)
Jumlah koil
per phasa
(nc)
6 8 2
9 12 3
12 16 4
15 20 5
18 24 6
Tabel 3.2 dapat digunakan untuk menentukan
banyaknya jumlah koil per phasa, jumlah koil
pada stator dan kutub pada rotor.
Lilitan Stator
Jumlah belitan atau lilitan stator sangat
menentukan besarnya daya yang dikeluarkan
suatu generator, untuk menentukan banyaknya
jumlah belitan / lilitan stator per phasa, maka
digunakan rumus berikut [1]:
fKf
EN
w ...44,41
1 (3.2)
Dengan :
N1 = Jumlah lilitan
E = Tegangan phasa (volt)
f = Frekuensi (Hz)
Φf = Fluks magnet (Wb)
Kw1 = Faktor belitan
Untuk menentukan nilai arus pada belitan
stator per phasa dapat menggunakan rumus
[1,5]:
cos.. 11 Vm
PI out
a (3.3)
Dengan :
Ia = Arus pada tiap phasa (A)
V1 = Tegangan (V)
Pout = Daya keluar (W)
Cosφ = Faktor daya
m1 = Jumlah phasa
Dengan Diameter luar (Dout) belitan stator
dapat dihitung menggunakan rumus [1]:
Dout √ε.pout
π2kDkw1nBmgAmηcosϕ
3 (3.4)
Dengan :
ε = Rasio tegangan
KD = Faktor Distribusi
n = Putaran (rad/s)
Bmg = Nilai kepadatan fluks
magnet (Tesla)
Am = Nilai Kerapatan Arus (A/m)
η = Efisiensi (%)
Cos φ = Faktor daya
Sedangkan dengan diameter dalam (Din)
belitan stator adalah [1]:
3
out
in
DD (3.5)
Kerapatan arus pada konduktor stator
dapat diasumsikan Ja ≈ 4,5 x 106 A/m2 (biasa
digunakan untuk mesin AC sampai dengan
kapasitas 100 kW. Sehingga untuk
menghitung luas penampang konduktor /
kawat tembaga stator (Sa) adalah [1] :
aw
aa
Ja
Is
.
(3.6)
Dimana :
Ia = Arus stator per phasa (Ampere)
T1
T2 R1
S1
S2
R2
Ja = Kerapatan arus pada konduktor stator
(A/m2)
aw = Jumlah kawat paralel
Fluks Magnet Pada Belitan Stator
Fluks magnet (sering disimbolkan Φf)
adalah ukuran atau jumlah medan magnet B
yang melewati luas penampang tertentu,
misalnya kumparan kawat (hal ini sering pula
disebut kepekatan medan magnet). Satuan
fluks magnetik dalam satuan internasial weber
(Wb), weber merupakan satuan turunan dari
volt-detik. Pada medan magnet yang berputar
akan menghasilkan besaran fluks magnet,
untuk menentukan fluks magnet dapat ditulis
dengan persamaan rumus [1]:
Φf = 𝛼i Bmg 𝜋
2𝑝 [(0,5 Dout)2] – [(0,5 Din)2] (3.7)
Tegangan EMF per phasa [1] :
Ef = 𝜋√2𝑓𝑁1 𝐾𝑤1 𝛷𝑓 (3.8)
Hubungan persamaan tegangan di atas
menunjukkan bahwa besarnya fluks magnet
berpengaruh dengan tegangan yang dihasilkan.
3.2.3 Perancangan rotor
Rotor merupakan bagian yang berputar
pada generator pada perancangan ini
menggunakan dua buah rotor yang
dihubungkan oleh suatu poros. Seperti pada
Gambar 3.3 kontruksi generator fluks aksial 2
rotor. Rotor berfungsi sebagai kumparan
medan dan untuk menghasilkan medan
magnetik maka digunakan magnet permanen.
Gambar 3.3 Topologi generator fluks aksial 2
rotor : a) pandangan samping b) ujung mesin
AFPM 6 kutub [7]
Magnet-magnet permanen disusun
berlawanan arah untuk memberikan
magnetisasi N-S yang bolak-balik
(alternating), panah warna putih menunjukkan
medan magnet yang berarah aksial.
Magnet permanen
Magnet permanen dapat menghasilkan
fluks magnetik dalam celah udara tanpa
disipasi daya listrik. Ada tiga kelas jenis
magnet permanen saat ini yang dapat
digunakan untuk motor atau generator listrik
yaitu [1] :
• Alnico (Al, Ni, Co, Fe)
• Keramik (ferrites), seperti barium ferrite
(BaOx6Fe2O3) dan strontium ferrite
(SrOx6Fe2O3)
• Bahan langka bumi, seperti samarium-
cobalt (SmCo) dan Neodymium-Besi-
Boron (NdFeB)
Dari ketiga jenis magnet permanen diatas,
jenis Neodymium lebih banyak dipakai karena
jenis magnet ini sangat kuat. Seperti yang
ditunjukkan pada Gambar 3.4, yaitu perbedaan
demagnetisasi dari tiga jenis bahan magnet
permanen.
Gambar 3.4 Kurva demagnetisasi dari tiga
jenis bahan magnet permanen [1]
Pada rancang bangun ini, magnet
permanen memakai jenis magnet Neodymium
seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.4.
Magnet Neodymium adalah jenis magnet
yang paling kuat, jenis ini merupakan
campuran dari elemen Neodynium-Besi-Boron
(Nd-Fe-B) untuk membentuk struktur kristal
Nd2Fe14B tetragonal.
Gambar 3.5 Magnet Neodymium sebanyak 32
buah
(a) (b)
Magnet neodymium memiliki beberapa
kelebihan dibandingkan jenis magnet yang
lain, yaitu :
1. Kekuatan medan magnet yang besar
2. Resistansi terhadap kehilangan daya
magnetik
3. Kepadatan energi magnetik
4. Ketahanan terhadap suhu yang tinggi
5. Magnet neodymium tidak tahan terhadap
korosi sehingga di-coating
Kekuatan magnet ini sendiri bergantung
pada massa nya, semakin besar semakin kuat.
Selain itu juga terdapat nilai tingkatan (grade)
yang menentukan kekuatan kemagnetan jenis
ini, umumnya tedapat grade N35-N50. Magnet
ini pertama kali berhasil dibuat tahun 1982 dan
patennya dimiliki oleh perusahaan general
motor dan Sumitomo special metal. Tetapi saat
ini hampir 90 % produksi magnet dunia
berasal dari Cina. Karena rentan terhadap
pengkaratan, pada magnet ini dibuat lapisan
pelindung di bagian luarnya . Biasanya bahan
pelapis ini adalah nikel atau tembaga atau
campuran keduanya (Ni-cu-Ni). Hal inilah
yang menyebabkan magnet tersebut terlihat
berwarna putih atau kuning keemasan ketika
sudah melewati proses manufacturing.
Pada perancangan generator fluks aksial
1500 watt, memakai bentuk magnet persegi
panjang dengan ukuran demensi magnet yaitu
Panjang 5,6 cm, Lebar 4 cm Tinggi 0,7 cm.
panjang dan lebar magnet menghadap kearah
lilitan stator.
3.3 Rugi dan effisiensi
3.3.1 Rugi-rugi
Rugi-rugi timbul karena adanya rugi
histerisasi dan rugi arus eddy pada stator
maupun rotor. Rugi besi juga dapat timbul
karena ketidak seragaman distribusi fluks yang
mengalir. Hambatan stator untuk arus bolak-
balik perlu ditentukan untuk nilai nominal dari
frekuensi (f), dengan menggunakan alat ukur
Ampere dan alat ukur watt.
Resistansi belitan stator per phasa [1]:
aw
av
dcsa
LNR
11
1 (3.9)
Dengan :
L1av = Panjang kawat stator (meter)
aw = Jumlah kawat paralel
σ = konduktifitas elektris (tembaga)
Sa = Luas penampang konduktor (mm2)
Dimana
L1av = 2 Li + l1in + l1out (3.10)
Untuk resistansi stator pada frekuensi 50 – 60
Hz = R1 ≈ R1dc. Kerugian pada generator terdiri
dari :
1. Rugi tembaga
Rugi tembaga atau rugi belitan stator, kerugian
ini merupakan kerugian ohm yang terjadi
dalam belitan stator, dan dapat dihitung
dengan rumus berikut [2]:
∆P1w = m1.Ia2
.R1 (3.11)
Dengan :
∆P1w = kerugian belitan Stator (watt)
Ia = Arus belitan stator (Ampere)
R1 = Hambatan belitan stator (Ohm)
m1 = Jumlah phasa
2. Rugi lain-lain
Rugi lain-lain adalah 20% dari total rugi
tembaga [2]:
ΔPstray = 20% x ∆P1w (3.12)
3. Rugi gesekan dan angin
Rugi gesekan dan angin adalah 0.7% dari
nilai KVA (daya semu) [2]:
ΔPf&w = 0,7% x S (3.13)
3.3.2 Effisiensi
Effisiensi merupakan suatu ukuran
dimana suatu perbandingan rencana
penggunaan keluaran dengan hasil
penggunaanya. Persamaan rumus effisiensi
adalah [1,5]
in
out
P
P x 100 % (3.14)
IV. PERHITUNGAN, PENGUJIAN
DAN ANALISIS
4.1 Perhitungan
4.1.1 Perhitungan Desain Stator
Pada perancangan ini stator berfungsi
sebagai kumparan jangkar yang menghasilkan
tegangan keluaran generator, stator dibentuk
pipih seperti lingkaran. Untuk membuat suatu
stator maka harus diketahui besaran nalai-nilai
sebagai berikut. Generator didesain untuk
bekerja dalam frekuensi 50 Hz, dengan jumlah
16 kutub maka diperoleh putaran berdasarkan
Persamaan (3.1) sebagai berikut [1,5]:
𝑛 =120. 𝑓
𝑝=
120.50
16= 375 𝑟𝑝𝑚
Diasumsikan ;
Din / Dout = 1/√3 , dengan
KD = /118
1 3 ) [1 − (
1
√3)2] = 0,131
Diketahui :
• Faktor daya atau cos = 0.8
• Effisiensi = 80 %
• V1 = 380 / √3 = 220 V
• Ratio tegangan, 𝜀 = Ef / V1 = 2 (desain
untuk motor 𝜀 < 1 dan generator 𝜀 >
1),
• Bmg = 0,65 T
• Am = 32500 A/m
• Kw1 = 0,96
(sumber buku Axial Flux Permanent
Magnet Brushless Machines by Jacek F
Gieras, Rong-Jie Wang, Maarten J. Kamper).
maka diameter luar (Dout) stator
berdasarkan Persamaan (3.4) adalah [1]:
𝐷𝑂𝑢𝑡 = √εPout
π2kDkw1nBmgAmηcosΦ
3
𝐷𝑂𝑢𝑡 = √2 𝑥 1500
9,8596x 0,131 x0,96x 6,25 x 0,65 x 32500 x 0,8x0,8
3
Dout = 0,305659609 m ≈ 0,30 m
Diameter dalam (Din) stator berdasarkan
Persamaan (3.5) adalah [1]:
3
outin
DD
3
305659609,0
= 0,176681855 m ≈ 0,176 m
Fluks magnet berdasarkan Persamaan
(3.7) adalah [1]:
𝛷𝑓 = 𝛼𝑖. 𝐵𝑚𝑔 .𝜋
2𝑝[(0.5 Dout)2] −
[(0.5 Din)2] 𝛷𝑓 =
2
𝜋𝑥0,65𝑥
𝜋
32[(0,5x0,30565909 )2 −
(0,5x0,176681855)2] 𝛷𝑓 = 0,000631 𝑊𝑏
Jumlah lilitan per phasa berdasarkan
Persamaan (3.2) adalah [1]:
fKwf
EN
.1..44,41
000631831,096,05044,4
2201
xxxN
N1 = 1633,794792
N1 ≈ 1634 lilitan per phasa
Menurut Tabel 3.2 dalam rancang bangun
AFPM ini jika jumlah kutub ada 16 pasang
maka menggunakan 12 koil dan jumlah koil
pada stator per phasa adalah 4. Pada Gambar
4.1 menunjukkan konstruksi belitan stator 12
koil dengan fasa 3. Maka jumlah lilitan per
koil per phasa adalah 𝑁1
𝑛𝑐=
1633,794792
4=
408,448698 ≈ 408 lilitan
Gambar 4.1 Lilitan kawat tembaga stator
Pada Gambar 4.1 menunjukkan bentuk
lilitan koil pada stator, terdapat 12 buah koil.
Arus per phasa untuk berhubung bintang (Y)
pada single stator berdasarkan Persamaan
(3.3) adalah [1,5]:
cos. 11 Vm
PI out
a
Axx
Ia 841,28,02203
1500
Tegangan per phasa (phasa-netral)
berdasarkan Persamaan (3.8) adalah [1]:
𝐸𝑓 = 4.44𝑓𝑁1 𝐾𝑤1 ∅𝑓 𝐸𝑓 =
4.44𝑥50𝑥1633.794𝑥0,96𝑥0,000631
= 220 𝑉𝑜𝑙𝑡
Maka tegangan line to line, berhubung
bintang adalah :
Vline = √3Ef = √3X220 = 381 volt
Kerapatan arus pada konduktor stator
dapat di asumsikan Ja ≈ 4,5 x 106 A/m2. Maka
luas penampang konduktor atau kawat
tembaga pada stator berdasarkan Persamaan
(3.6) adalah [1]:
aw
aa
Ja
Is
.
2631,05,41
840909091,2mm
x
Maka untuk menentukan diameter
konduktor yang dipakai adalah
𝐴 = 𝜋𝑟2
d = √4Sa
π= √
4. (0,631)
3,14 = 0,897 mm ≈ 0.9 mm
4.1.2 Perhitungan Desain Rotor
Sebuah rotor terdiri dari sebuah plat besi
dan magnet permanen yang diatur dengan pola
radial. Pada Gambar 4.2 rotor digambarkan
dengan sejumlah magnet permanen berjenis
Neodymium, pada perancangan tugas akhir ini
rotor menggunakan magnet permanen
sebanyak 16 buah per rotor, jadi total magnet
yang digunakan untuk dua buah rotor adalah
32 buah.
Gambar 4.2 Konstruksi rotor dengan 16
magnet
Pada Gambar 4.2 magnet permanen pada
rotor dipasang berlawanan arah yaitu arah
utara dan selatan, sesuai prinsip medan magnet
dimana sebuah kutub magnet berlawanan arah
akan menimbulkan gaya tarik menarik dan
menimbulkan fluks magnet.
Untuk diketahui bahwa diameter dalam
(Din) dan diameter luar (Dout) suatu rotor
generator fluks aksial adalah sama dengan
diameter dalam dan diameter luar suatu stator,
dimana Din = 0,176681855 dan Dout =
0,305659609.
4.1.3 Kerugian dan Effisiensi Pada
Generator
Kerugian-kerugian generator terdiri
dari:
L1av = 2 Li + L1e
dimana, Li = 0,5 (Dout – Din)
Li = 0,5 (0,305659-0,176681) = 0,064 m
Panjang rata-rata dari ujung sambungan
stator untuk plat rotor pada mesin a.c adalah
L1e ≈ 0,154 m, maka;
L1av = 2 (0,064488877+0,154)
= 0,437 m
Resistansi belitan stator per phasa,
berdasarkan Persamaan (3.9) adalah [1]:
aw
av
sa
LNR
11
1
839,19631,010571
437,0794792,163361xxx
xR
Rugi tembaga stator (∆P1w ) berdasarkan
Persamaan (3.11)adalah [2]:
∆P1w = m1Ia2
R1
= 3x2,8409090912x19,83979394
= 480,367 Watt
Daya keluaran (Pout) adalah [1,5]:
Pout = m1V1IaCosφ
= 3 x 220 x 2,840909091 x 0,8
= 1500 watt
Rugi daya lain-lain berdasarkan Persamaan
(3.12) adalah [2]:
ΔPstray = 20% x ΔP1w
= 20 % x 480,3669117
= 96,073 watt
Rugi gesekan dan angin berdasarkan
Persamaan (3.13)adalah [2]:
ΔPf&w = 0.7 % x S
= 0,7 % x 1500/0,8
= 13,125 watt
Maka, efisiensi dari generator berdasarkan
Persamaan (3.14) adalah [1,5]:
𝜂 =𝑃𝑜𝑢𝑡
𝑃𝑖𝑛𝑥 100%
𝜂 =1500
𝑃𝑜𝑢𝑡 + ∆𝑃1𝑤 + ∆𝑃𝑠𝑡𝑟𝑎𝑦 + ∆𝑃𝑓&𝑤 𝑥 100%
𝜂 =1500
1500 + 480,367 + 96,073 + 13,125 𝑥 100%
𝜂 = 71,78526578 % ≈ 72 %
Nilai efisiensi tersebut dikarenakan
pembuatan belitan stator yang dikerjakan
dengan gulungan manual atau tidak
menggunakan mesin gulung. Sehingga tidak
mendapatkan efisiensi yang maksimal.
4.2 Pengujian
Pengujian dilakukan terhadap generator
fasa 3 hubung bintang, dengan tanpa beban
yaitu diuji dengan beban nol sehingga dapat
diukur tegangan, frekuensi dan putaran yang
dihasilkan sedangkan pengujian berbeban
yaitu diuji dengan variasi jumlah beban hingga
mendapatkan beban maksimal sehingga dapat
diukur tegangan, frekuensi, putaran, faktor
daya dan arus yang dihasilkan. Dengan alat
ukur yang digunakan pada pengukuran ini
menggunakan alat ukur merk HIOKI 3286 –
20 Clamp – 0n Power Hitester dan Tacho
Meter. Dari generator yang dibuat, diperoleh
beberapa data seperti yang ditunjukkan pada
Tabel 4.1.
Tabel 4.1 Data spesifikasi generator
Parameter Nilai
Putaran, rpm 375
Daya, W 1500
Arus per Phasa, A 2.84
Jumlah Phasa 3
Jumlah Coil Stator 12
Jumlah Pasang Magnet 16
Frekuensi, Hz 50
Tipe Magnet NdFeB
Dimensi Magnet P x L x T, cm 5,6 x 4 x 0,7
Diameter Kawat, mm 0,9
Jumlah Lilitan per Phasa 1634
Diameter Luar Rotor, cm 30
Diameter Dalam Rotor, cm 18
4.2.1 Pengujian fasa 3 dengan Beban
Lampu Pijar
Pengujian dilakukan terhadap generator
hubung bintang fasa 3 dengan variasi jumlah
beban generator, dihasilkan data tegangan
terminal, frekuensi, putaran, arus, faktor daya
dan jumlah beban seperti ditunjukkan pada
Tabel 4.2. Sedangkan rangkaian pengujian
ditunjukkan pada gambar 4.3.
Gambar 4.3 Rangkaian pengujian dengan
beban lampu pijar
Tabel 4.2 Pengujian Generator AFPM fasa 3 Berbeban (lampu
pijar)
GENERATOR
BEBAN
Tegangan
Terminal
R-S-T Frekuensi Putaran Arus
Faktor
Daya Beban (Volt) (Hz) (rpm) (Ampere) Cosφ (Watt)
396 49.8 375 0 - 0
394 49.8 375 0,07 0,85 40
394 49,8 373,9 0,14 0,86 82
380 48,7 367,4 0,27 0,87 154
376 48,3 364 0,33 0,87 186
372 47,6 362,8 0,37 0,87 207
367 47 357,5 0,43 0,87 237
361 46,6 354,6 0,49 0,87 266
357 46,1 351,3 0,53 0,87 285
341 44,5 338,3 0,66 0,87 339
333 43,6 330,4 0,71 0,87 356
327 43 326,2 0,74 0,875 366
318 41,9 317,8 0,8 0,875 385
305 40,5 306,8 0,84 0,875 388
Pada tabel 4.2 terdapat beban generator
yang terpasang pada terminal-terminalnya
untuk mengukur frekuensi yang dihasilkan,
tegangan terminal, putaran poros, arus beban
dan faktor daya dengan menggunakan data
yang terdapat pada tabel 4.2 yaitu tegangan
terminal 305 volt, arus beban 0,84 A dan
faktor daya 0,875 diperoleh daya pada beban
sebesar 388 watt berdasarkan persamaan
P=√3.V.I.Cos φ. Sedangkan saat pengujian
beban nol, nilai tegangan terminalnya
mencapai 396 volt, dikarenakan saat generator
diberikan beban tegangan terminal dapat
sesuai dengan nilai desain 380 volt. Karena
saat generator diberikan beban, tegangan
terminal akan mengalami penurunan. Pada
tabel 4.3 terdapat data tegangan, frekuensi dan
putaran dari data desain generator. Beban dan
faktor daya hasil dari pengujian, sedangkan
data arus yang ditampilkan hasil dari
perhitungan.
Tabel 4.3 Perhitungan Generator AFPM fasa 3 Berbeban
(lampu pijar)
GENERATOR BEBAN
Tegangan Terminal
R-S-T Frekuensi Putaran Arus
Faktor
Daya Beban
(Volt) (Hz) (rpm) (Ampere) Cosφ (Watt)
380 50 375 0 - 0
380 50 375 0,07 0,85 40
380 50 375 0,14 0,86 82
380 50 375 0,27 0,87 154
380 50 375 0,32 0,87 186
380 50 375 0,36 0,87 207
380 50 375 0,41 0,87 237
380 50 375 0,46 0,87 266
380 50 375 0,49 0,87 285
380 50 375 0,59 0,87 339
380 50 375 0,62 0,87 356
380 50 375 0,63 0,875 366
380 50 375 0,67 0,875 385
380 50 375 0,68 0,875 388
Dengan diperolehnya data arus hasil dari
perhitungan pada tabel 4.3 maka dapat
dibandingkan antara arus perhitungan dan arus
pengujian pada tabel 4.2, sehingga dapat
diketahui deviasi rata-ratanya seperti yang
ditunjukkan pada tabel 4.4.
Dari tabel 4.2 dan 4.3 dapat digambarkan
grafik hubungan beban terhadap arus pada
gambar 4.4.
Gambar 4.4 Grafik hubungan beban terhadap
arus pada beban berupa lampu pijar
Dari Gambar 4.4 menunjukkan hubungan
yang berbanding lurus antara beban dan arus
sesuai dengan persamaan P = √3.V.I.Cosφ.
Jika P (daya pada beban) semakin besar maka
I (arus) akan meningkat nilainya. Sedangkan
perbandingan arus pada data pengujian dan
data perhitungan terlihat lebih rendah arus
perhitungan dibandingkan arus pengujian,
00,5
1
0
82
18
6
23
7
28
5
35
6
38
5
aru
s (a
mp
ere
)
beban (watt)
GRAFIK HUBUNGAN BEBAN TERHADAP ARUS
Pengujian
Perhitungan
Tabel 4.4 Perbandingan
Arus Pengujian Dengan Arus Perhitungan
Pada Pengujian Dengan Beban Berupa
Lampu Pijar
Arus Perhitungan/Ih
(A)
Arus pengujian/Ip
(A)
Deviasi (Δ)
(%)
0,07 0,07 0,00
0,14 0,14 0,00
0,27 0,27 0,00
0,32 0,33 3,03
0,36 0,37 2,70
0,41 0,43 4,65
0,46 0,49 6,12
0,49 0,53 7,55
0,59 0,66 10,61
0,62 0,71 12,68
0,63 0,74 14,86
0,67 0,8 16,25
0,68 0,84 19,05
Jumlah 97,50
Deviasi rata-rata 7,50
disebabkan karena keterbatasan peralatan saat
pengujian sehingga tegangan yang seharusnya
stabil menjadi turun nilainya ketika daya pada
beban semakin besar, hal tersebut dikarenakan
putaran generator tidak dapat dinaikkan oleh
inverter (v-belt slip dan poros bergetar),
sehingga arus pengujian meningkat saat
tegangan yang dhasilkan menurun nilainya.
Sedangkan grafik hubungan beban dengan
tegangan digambarkan pada gambar 4.5.
Gambar 4.5 Grafik hubungan beban terhadap
tegangan pada beban berupa lampu pijar
Dari Gambar 4.5 jika P (daya pada beban)
semakin besar maka tegangan terminal
semakin turun nilainya. Hal tersebut
dikarenakan keterbatasan peralatan saat
pengujian yaitu putaran generator tidak dapat
dinaikkan oleh inverter (v-belt slip dan poros
bergetar) sehingga tegangan yang seharusnya
stabil menjadi turun nilainya ketika daya pada
beban semakin besar. Oleh karena itu,
pengatur putaran harus diatur agar V tetap
stabil dan P (daya pada beban) dapat maksimal
pemakaiannya. Sedangkan grafik hubungan
beban terhadap frekuensi digambarkan pada
gambar 4.6.
Gambar 4.6 Grafik hubungan beban terhadap
frekuensi pada beban berupa lampu pijar
Dari Gambar 4.6 jika P (daya pada beban)
semakin besar maka frekuensi semakin turun
nilainya. Hal tersebut dikarenakan
keterbatasan peralatan saat pengujian yaitu
putaran generator tidak dapat dinaikkan oleh
inverter (v-belt slip dan poros bergetar)
sehingga frekuensi menurun nilainya saat
beban dinaikkan. Oleh karena itu, pengatur
putaran harus diatur agar frekuensi dan
tegangan terminal tetap stabil, sehingga P
(daya pada beban) dapat maksimal
pemakaiannya.
4.2.2 Pengujian fasa 3 dengan Beban
Motor Listrik
Pengujian dilakukan terhadap generator
hubung bintang tiga phasa dengan beban
motor listrik fasa 3, dihasilkan data tegangan
terminal, frekuensi, putaran, arus, faktor daya
dan junlah beban, seperti ditunjukkan pada
Tabel 4.3. Sedangkan rangkaian pengujian
ditunjukkan pada gambar 4.7.
Gambar 4.7 Rangkaian pengujian dengan
beban motor listrik
Tabel 4.5 Pengujian Generator AFPM fasa 3 Berbeban
(Motor Listrik)
GENERATOR BEBAN
Tegangan Terminal
R-S-T Frekuensi Putaran Arus
Faktor
Daya Beban
(Volt) (Hz) (rpm) (Ampere) Cosφ (Watt)
396 49,8 375 0 - 0
355 48,2 364 0,96 0,79 466
345 47,7 364 1,12 0,78 522
341 47,7 363 1,3 0,78 598
326 47,4 354 1,43 0,78 629
Pada tabel 4.5 terdapat beban generator
yang terpasang pada terminal-terminalnya
untuk mengukur frekuensi yang dihasilkan,
tegangan terminal, putaran poros, arus beban
0
200
400
600
08
21
86
23
72
85
35
63
85tega
nga
n (
volt
)
beban (watt)
GRAFIK HUBUNGAN BEBAN TERHADAP TEGANGAN
Pengujian
Perhitungan
0
50
100
0 154237339385
fre
kue
nsi
(H
z)
beban (watt)
HUBUNGAN GRAFIK BEBAN TERHADAP FREKUENSI
Pengujian
Perhitungan
dan faktor daya dengan menggunakan data
yang terdapat pada tabel 4.5 yaitu tegangan
terminal 326 volt, arus beban 1,43 A dan faktor
daya 0,78 diperoleh daya pada beban sebesar
629 watt berdasarkan persamaan P=√3.V.I.Cos
φ. Sedangkan saat pengujian beban nol, nilai
tegangan terminalnya mencapai 396 volt,
dikarenakan saat generator diberikan beban
tegangan terminal dapat sesuai dengan nilai
desain 380 volt. Karena saat generator
diberikan beban, tegangan terminal akan
mengalami penurunan. Pada tabel 4.6 terdapat
data tegangan, frekuensi dan putaran dari data
desain generator. Beban dan faktor daya hasil
dari pengujian, sedangkan data arus yang
ditampilkan hasil dari perhitungan.
Tabel 4.6 Perhitungan Generator AFPM fasa 3 Berbeban
(Motor Listrik)
GENERATOR BEBAN
Tegangan
Terminal
R-S-T Frekuensi Putaran Arus
Faktor
Daya Beban (Volt) (Hz) (rpm) (Ampe
re)
Cosφ (Watt)
380 50 375 0 - 0
380 50 375 0,89 0,79 466
380 50 375 1,01 0,78 522
380 50 375 1,16 0,78 598
380 50 375 1,22 0,78 629
Dengan diperolehnya data arus hasil dari
perhitungan pada tabel 4.6 maka dapat
dibandingkan antara arus perhitungan dan arus
pengujian pada tabel 4.5, sehingga dapat
diketahui deviasi rata-ratanya seperti yang
ditunjukkan pada tabel 4.7.
Dari tabel 4.5 dan 4.6 dapat digambarkan
grafik hubungan beban terhadap arus pada
gambar 4.8
Gambar 4.8 Grafik hubungan beban terhadap
arus pada beban berupa motor listrik
Dari Gambar 4.8 menunjukkan hubungan
yang berbanding lurus antara beban dan arus
sesuai dengan persamaan P = √3.V.I.Cosφ.
Jika P (daya pada beban) semakin besar maka
I (arus) akan meningkat nilainya. Sedangkan
perbandingan arus pada data pengujian dan
data perhitungan terlihat lebih rendah arus
perhitungan dibandingkan arus pengujian,
disebabkan karena keterbatasan peralatan saat
pengujian sehingga tegangan yang seharusnya
stabil menjadi turun nilainya ketika daya pada
beban semakin besar, hal tersebut dikarenakan
putaran generator tidak dapat dinaikkan oleh
inverter (v-belt slip dan poros bergetar),
sehingga arus pengujian meningkat saat
tegangan yang dhasilkan menurun nilainya.
Sedangkan grafik hubungan beban dengan
tegangan digambarkan pada gambar 4.9.
Gambar 4.9 Grafik hubungan beban terhadap
tegangan pada beban berupa motor listrik
Dari Gambar 4.9 jika P (daya pada beban)
semakin besar maka tegangan terminal
semakin turun nilainya. Hal tersebut
dikarenakan keterbatasan peralatan saat
pengujian yaitu putaran generator tidak dapat
0
1
2
466 522 598 629aru
s (a
mp
ere
)
beban (watt)
GRAFIK HUBUNGAN BEBAN TERHADAP ARUS
Pengujian
Perhitungan
0
200
400
600
0 466 522 598 629
tega
nga
n (
volt
)
beban (watt)
GRAFIK HUBUNGAN BEBAN TERHADAP TEGANGAN
Pengujian
Perhitungan
Tabel 4.7 Perbandingan
Arus Pengujian Dengan Arus Perhitungan
Pada Pengujian Dengan Beban Berupa
Motor Listrik
ArusPerhitungan/Ih
(A)
Arus
pengujian/Ip (A)
Deviasi (Δ)
(%)
0,89 0,96 7,29
1,01 1,12 9,82
1,16 1,3 10,77
1,22 1,43 14,69
Jumlah 42,57
Deviasi rata-rata 3,27
dinaikkan oleh inverter (v-belt slip dan poros
bergetar) sehingga tegangan yang seharusnya
stabil menjadi turun nilainya ketika daya pada
beban semakin besar. Oleh karena itu,
pengatur putaran harus diatur agar V tetap
stabil dan P (daya pada beban) dapat maksimal
pemakaiannya. Sedangkan grafik hubungan
beban terhadap frekuensi digambarkan pada
gambar 4.10.
Gambar 4.10 Grafik hubungan beban terhadap
frekuensi pada beban berupa motor listrik
Dari Gambar 4.10 jika P (daya pada
beban) semakin besar maka frekuensi semakin
turun nilainya. Hal tersebut dikarenakan
keterbatasan peralatan saat pengujian yaitu
putaran generator tidak dapat dinaikkan oleh
inverter (v-belt slip dan poros bergetar)
sehingga frekuensi menurun nilainya saat
beban dinaikkan. Oleh karena itu, pengatur
putaran harus diatur agar frekuensi dan
tegangan terminal tetap stabil, sehingga P
(daya pada beban) dapat maksimal
pemakaiannya.
4.2.3 Pengujian fasa 3 dengan Beban
Motor Listrik Dan Lampu Pijar
Pengujian dilakukan terhadap generator
dengan variasi jumlah beban. Generator,
dihasilkan data tegangan terminal, frekuensi,
putaran, arus, faktor daya dan junlah beban,
seperti ditunjukkan pada Tabel 4.8. Sedangkan
rangkaian pengujian ditunjukkan pada gambar
4.11.
Gambar 4.11 Rangkaian pengujian dengan
beban lampu pijar dan motor listrik
Tabel 4.8 Pengujian Generator AFPM fasa 3 Berbeban
(Motor Listrik & Lampu Pijar)
GENERATOR BEBAN
Tegangan Terminal
R-S-T
Frekue
nsi
Putara
n Arus
Faktor
Daya Beban
(Volt) (Hz) (rpm) (Ampere)
Cosφ (Watt)
396 49,8 375 0 - 0
380 49 368 1,56 0,73 749
371 48 364 1,62 0,73 759
349 46 314 1,82 0,72 792
328 43 313 1,98 0,72 809
Pada tabel 4.8 terdapat beban generator
yang terpasang pada terminal-terminalnya
untuk mengukur frekuensi yang dihasilkan,
tegangan terminal, putaran poros, arus beban
dan faktor daya dengan menggunakan data
yang terdapat pada tabel 4.8 yaitu tegangan
terminal 328 volt, arus beban 1,98 A dan faktor
daya 0,72 diperoleh daya pada beban sebesar
809 watt berdasarkan persamaan P=√3.V.I.Cos
φ. Sedangkan saat pengujian beban nol, nilai
tegangan terminalnya mencapai 396 volt,
dikarenakan saat generator diberikan beban
tegangan terminal dapat sesuai dengan nilai
desain 380 volt. Karena saat generator
diberikan beban, tegangan terminal akan
mengalami penurunan..Pada tabel 4.9 terdapat
data tegangan, frekuensi dan putaran dari data
desain generator. Beban dan faktor daya hasil
dari pengujian, sedangkan data arus yang
ditampilkan hasil dari perhitungan.
45
50
55
0 466 522 598 629fre
kue
nsi
(H
z)
beban (watt)
GRAFIK HUBUNGAN BEBAN TERHADAP FREKUENSI
Pengujian
Perhitungan
Tabel 4.9 Perhitungan Generator AFPM fasa 3 Berbeban
(Motor Listrik & Lampu Pijar)
GENERATOR BEBAN
Tegangan
Terminal R-S-T Frekuensi Putaran Arus
Faktor Daya Beban
(Volt) (Hz) (rpm) (Ampere) Cosφ (Watt)
380 50 375 0 - 0
380 50 375 1,55 0,73 749
380 50 375 1,58 0,73 759
380 50 375 1,67 0,72 792
380 50 375 1,7 0,72 809
Dengan diperolehnya data arus hasil dari
perhitungan pada tabel 4.9 maka dapat
dibandingkan antara arus perhitungan dan arus
pengujian pada tabel 4.8, sehingga dapat
diketahui deviasi rata-ratanya seperti yang
ditunjukkan pada tabel 4.10.
Dari tabel 4.8 dan 4.9 dapat digambarkan
grafik hubungan beban terhadap arus pada
gambar 4.12.
Gambar 4.12 Grafik hubungan beban terhadap
arus pada beban berupa motor listrik &
lampu pijar
Dari Gambar 4.12 menunjukkan
hubungan yang berbanding lurus antara beban
dan arus sesuai dengan persamaan P =
√3.V.I.Cosφ. Jika P (daya pada beban)
semakin besar maka I (arus) akan meningkat
nilainya. Sedangkan perbandingan arus pada
data pengujian dan data perhitungan terlihat
lebih rendah arus perhitungan dibandingkan
arus pengujian, disebabkan karena
keterbatasan peralatan saat pengujian sehingga
tegangan yang seharusnya stabil menjadi turun
nilainya ketika daya pada beban semakin
besar, hal tersebut dikarenakan putaran
generator tidak dapat dinaikkan oleh inverter
(v-belt slip dan poros bergetar), sehingga arus
pengujian meningkat saat tegangan yang
dhasilkan menurun nilainya. Sedangkan grafik
hubungan beban dengan tegangan
digambarkan pada gambar 4.13.
Gambar 4.13 Grafik hubungan beban terhadap
tegangan pada beban berupa motor listrik &
lampu pijar
Dari Gambar 4.13 jika P (daya pada
beban) semakin besar maka tegangan terminal
semakin turun nilainya. Hal tersebut
dikarenakan keterbatasan peralatan saat
pengujian yaitu putaran generator tidak dapat
dinaikkan oleh inverter (v-belt slip dan poros
0
1
2
3
749 759 792 809
aru
s (a
mp
ere
)
beban (watt)
GRAFIK HUBUNGAN BEBAN TERHADAP ARUS
Pengujian
Perhitungan
0
200
400
600
0 749 759 792 809
tega
nga
n (
volt
)
beban (watt)
GRAFIK HUBUNGAN BEBAN TERHADAP TEGANGAN
Pengujian
Perhitungan
Tabel 4.10 Perbandingan
Arus Pengujian Dengan Arus Perhitungan
Pada Pengujian Dengan Beban Kombinasi
Berupa Motor Listrik Dan Lampu Pijar
Arus Perhitungan/Ih
(A)
Arus pengujian/Ip
(A)
Deviasi (Δ)
(%)
1,55 1,56 0,64
1,58 1,62 2,47
1,67 1,82 8,24
1,7 1,98 14,14
Jumlah 25,49
Deviasi rata-rata 1,96
bergetar) sehingga tegangan yang seharusnya
stabil menjadi turun nilainya ketika daya pada
beban semakin besar. Oleh karena itu,
pengatur putaran harus diatur agar tegangan
terminal tetap stabil dan P (daya pada beban)
dapat maksimal pemakaiannya. Sedangkan
grafik hubungan beban terhadap frekuensi
digambarkan pada gambar 4.14.
Gambar 4.14 Grafik hubungan beban terhadap
frekuensi pada beban berupa motor listrik &
lampu pijar
Dari Gambar 4.14 jika P (daya pada
beban) semakin besar maka frekuensi semakin
turun nilainya. Hal tersebut dikarenakan
keterbatasan peralatan saat pengujian yaitu
putaran generator tidak dapat dinaikkan oleh
inverter (v-belt slip dan poros bergetar)
sehingga frekuensi menurun nilainya saat
beban dinaikkan. Oleh karena itu, pengatur
putaran harus diatur agar frekuensi dan
tegangan terminal tetap stabil, sehingga P
(daya pada beban) dapat maksimal
pemakaiannya.
4.3 Analisis Perhitungan dan Pengujian
Berdasarkan perhitungan dan pengujian
yang sudah dilakukan, maka dilakukan analisis
sebagai berikut :
(a) Berdasarkan persamaan 3.3 hubungan
antara tegangan, arus dan daya yang dihasilkan
saling terkait. Menurut Tabel 4.2 pengujian
fasa 3 berbeban (lampu pijar), bila daya pada
beban dinaikkan maka frekuensi dan tegangan
akan turun nilainya. Dikarenakan pengatur
putaran yang tidak dinaikkan kecepatannya
saat generator diberikan beban. Sehingga
untuk mendapatkan tegangan yang stabil,
harus diatur dan dipertahankan kecepataan
putar dari rotor sesuai desainnya.
(b) Berdasarkan persamaan 3.3 hubungan
antara tegangan, arus dan daya yang dihasilkan
saling terkait. Menurut Tabel 4.5 pada
pengujian fasa 3 berbeban (motor listrik), nilai
tegangan dan frekuensi akan turun saat daya
pada beban dinaikkan. Dikarenakan pengatur
putaran yang tidak dinaikkan kecepatannya
saat generator diberikan beban. Sehingga
untuk mendapatkan tegangan yang stabil,
harus diatur dan dipertahankan kecepataan
putar dari rotor sesuai desainnya.
(c) Berdasarkan persamaan 3.3 hubungan
antara tegangan, arus dan daya yang dihasilkan
saling terkait. Menurut Tabel 4.8 pengujian
fasa 3 berbeban (motor listrik & lampu pijar),
bila daya pada beban dinaikkan maka
frekuensi dan tegangan akan turun nilainya.
Dikarenakan pengatur putaran yang tidak
dinaikkan kecepatannya saat generator
diberikan beban. Sehingga untuk mendapatkan
tegangan yang stabil, harus diatur dan
dipertahankan kecepataan putar dari rotor
sesuai desainnya.
(d) Menurut hasil data pengujian generator
AFPM beban berupa lampu pijar nilai faktor
daya mencapai rata-rata 0,87. Pada pengujian
beban berupa motor listrik pada beban 466-
629 watt, nilai faktor daya mencapai 0,78-
0,79. Sedangkan untuk pengujian dengan
kombinasi beban berupa lampu pijar dan
motor listrik diperoleh faktor daya mencapai
rata-rata 0,73 pada interval beban 749-809
watt. Nilai faktor daya pada pengujian dengan
beban berupa lampu pijar akan semakin tinggi
saat daya pada beban dinaikkan sedangkan
nilai faktor daya pada pengujian dengan beban
berupa motor listrik akan semakin rendah saat
daya pada beban dinaikkan. Dikarenakan
beban lampu pijar adalah jenis beban resistif.
Sehingga daya pada generator akan terpakai
maksimal karena tidak ada rugi-rugi daya.
Sedangkan motor listrik adalah jenis beban
induktif. Sehingga daya pada generator tidak
terpakai maksimal karena adanya rugi-rugi
daya seperti rugi belitan stator, rugi angin dan
gesekan, serta rugi-rugi lainnya.
V. KESIMPULAN
Dari pembahasan mengenai perhitungan,
pengujian dan analisis yang terdapat pada Bab
IV, maka dapat ditarik kesimpulan sebagai
berikut :
3540455055
0 749759792809
fre
kue
nsi
(H
z)
beban (watt)
GRAFIK HUBUNGAN BEBAN TERHADAP FREKUENSI
Pengujian
Perhitungan
1. Pada pengujian berbeban dengan beban 385
watt (lampu pijar) diperoleh tegangan,
frekuensi dan putaran masing-masing 305 volt,
40,5 Hz dan 306,8 rpm. Sedangkan pada
pengujian beban 629 watt (motor listrik fasa 3)
tegangan, frekuensi dan putaran masing-
masing 326 volt, 47,4 Hz dan 354 rpm, dengan
kondisi putaran generator tidak diatur oleh
pengatur putaran (inverter).
2. Pada pengujian berbeban dengan beban
kombinasi antara motor listrik fasa 3 dan
lampu pijar sebesar 749 watt diperoleh
tegangan, frekuensi dan putaran masing-
masing 380 volt, 49 Hz dan 368 rpm.
Sedangkan pada pengujian berbeban dengan
beban 809 watt diperoleh tegangan, frekuensi
dan putaran masing-masing 328 volt, 43 Hz
dan 313 rpm, dengan kondisi putaran
generator tidak dinaikkan oleh pengatur
putaran (inverter).
DAFTAR PUSTAKA
1. Jacek F Gieras, Rong – Jie Wang, Marteen
J Kamper ”Axial Flux Permanent Magnet
Brushless Machines”Second Edition, Penerbit
Springer, New York 2008
2. Sawhney. A.K ”Electrical Machine
Design”the fifth edition, Gagan Kapur for
Dhanpat Rai : Nai Sarak, Delhi 2005
3. Prof. Ir. Abdul Kadir ”Mesin Sinkron”
Penerbit Djambatan, Jakarta 1999
4. Frederick J Bueche ”Fisika Buku Schaum”
Penerbit Erlangga, Jakarta 1989
5. Chapman, Stephen j ”Electric Machinery
Fundamental,fourth edition” McGraw-Hill,
Australia 2005
6. Staven Fahay, Journal ”Basic Principles of
the Homemade Axial FluxAlternator” New
York 2006
7. Howey, D.A”Axial Flux Permanent
Magnet Generators For Pico-Hydropower”
London 2009
8. Abdul Multi dan Iwa Ganiwa,
“Pemanfaatan Motor Sinkron 3 Fasa Fluks
Aksial Rotor Belitan untuk Perbaikan Faktor
Daya”, Karya Unggulan ISTN, Jakarta, 2010
9. Abdul Multi, Iwa Garniwa, “Design of
Twin Rotor Single Double-Sided Stator Three
Phase Axial Flux Synchronous Motor”,
Program Book Volume 1, The 12th
International Conference On Quality in
Research, ISSN 114-1284, Bali, 4-7 July 2011
10. Nurhadi, Journal “Perancangan Generator
Putaran Rendah Magnet Permanen jenis Fe
Fluks Aksial” Malang, 2007
11. Abdul Multi, Iwa Gumiwa & Uno Bintang
Sudibyo,”Determining The Air Gap Length Of
An Axial Wound Rotor Synchronous
Generator” Volume 17, MAKARA UI, Depok,
2013
View publication statsView publication stats