RANCANG BANGUN GENERATOR SINKRON AXIAL FLUX PERMANENT ...

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.

https://www.researchgate.net/publication/321489769_RANCANG_BANGUN_GENERATOR_SINKRON_AXIAL_FLUX_PERMANENT_MAGNET_1500_WATT?enrichId=rgreq-91d58bf0b1575db9015fa15f84af0c55-XXX&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzMyMTQ4OTc2OTtBUzo1Njc3OTgwNzk4NjQ4MzhAMTUxMjM4NTAxOTc1Mg%3D%3D&el=1_x_2&_esc=publicationCoverPdf

https://www.researchgate.net/publication/321489769_RANCANG_BANGUN_GENERATOR_SINKRON_AXIAL_FLUX_PERMANENT_MAGNET_1500_WATT?enrichId=rgreq-91d58bf0b1575db9015fa15f84af0c55-XXX&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzMyMTQ4OTc2OTtBUzo1Njc3OTgwNzk4NjQ4MzhAMTUxMjM4NTAxOTc1Mg%3D%3D&el=1_x_3&_esc=publicationCoverPdf

https://www.researchgate.net/project/Rancang-Bangun-Generator-AFPM-1500-Watt?enrichId=rgreq-91d58bf0b1575db9015fa15f84af0c55-XXX&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzMyMTQ4OTc2OTtBUzo1Njc3OTgwNzk4NjQ4MzhAMTUxMjM4NTAxOTc1Mg%3D%3D&el=1_x_9&_esc=publicationCoverPdf

https://www.researchgate.net/?enrichId=rgreq-91d58bf0b1575db9015fa15f84af0c55-XXX&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzMyMTQ4OTc2OTtBUzo1Njc3OTgwNzk4NjQ4MzhAMTUxMjM4NTAxOTc1Mg%3D%3D&el=1_x_1&_esc=publicationCoverPdf

https://www.researchgate.net/profile/Abdul-Fajar?enrichId=rgreq-91d58bf0b1575db9015fa15f84af0c55-XXX&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzMyMTQ4OTc2OTtBUzo1Njc3OTgwNzk4NjQ4MzhAMTUxMjM4NTAxOTc1Mg%3D%3D&el=1_x_4&_esc=publicationCoverPdf


https://www.researchgate.net/institution/Perusahaan-Listrik-Negara?enrichId=rgreq-91d58bf0b1575db9015fa15f84af0c55-XXX&enrichSource=Y292ZXJQYWdlOzMyMTQ4OTc2OTtBUzo1Njc3OTgwNzk4NjQ4MzhAMTUxMjM4NTAxOTc1Mg%3D%3D&el=1_x_6&_esc=publicationCoverPdf



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

http://3.bp.blogspot.com/_jqFxKzwEbD8/SXsaJEBVhyI/AAAAAAAAAqE/dPi9lT7xHAo/s1600-h/hubung+bintang.png

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

http://1.bp.blogspot.com/_jqFxKzwEbD8/SXsaJJMz7yI/AAAAAAAAAqM/XOncd6yP1jM/s1600-h/hubung+segitiga.png

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)


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,


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


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


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.


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


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.


frekuensi pada beban berupa lampu pijar


semakin besar maka frekuensi semakin turun

nilainya. Hal tersebut dikarenakan

keterbatasan peralatan saat pengujian yaitu


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.


Motor Listrik


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.


beban motor listrik

Tabel 4.5 Pengujian Generator AFPM fasa 3 Berbeban

(Motor Listrik)

GENERATOR BEBAN

Tegangan Terminal


Faktor

Daya Beban


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





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



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.


(Motor Listrik)

GENERATOR BEBAN

Tegangan

Terminal


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









gambar 4.8


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


beban semakin besar, hal tersebut dikarenakan


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.


tegangan pada beban berupa motor listrik


semakin besar maka tegangan terminal




0

1

2

466 522 598 629aru

s (a

mp

ere

)

beban (watt)


Pengujian

Perhitungan

0

200

400

600

0 466 522 598 629

tega

nga

n (

volt

)

beban (watt)


Pengujian

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






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.


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









pemakaiannya.


Motor Listrik Dan Lampu Pijar


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.


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







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


(Motor Listrik & Lampu Pijar)

GENERATOR BEBAN

Tegangan

Terminal R-S-T Frekuensi Putaran Arus

Faktor Daya Beban


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









gambar 4.12.


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.


tegangan pada beban berupa motor listrik &

lampu pijar


beban) semakin besar maka tegangan terminal





0

1

2

3

749 759 792 809

aru

s (a

mp

ere

)

beban (watt)


Pengujian

Perhitungan

0

200

400

600

0 749 759 792 809

tega

nga

n (

volt

)

beban (watt)


Pengujian

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





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.


frekuensi pada beban berupa motor listrik &

lampu pijar


beban) semakin besar maka frekuensi semakin

turun nilainya. Hal tersebut dikarenakan









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


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


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

https://www.researchgate.net/publication/321489769

RANCANG BANGUN GENERATOR SINKRON AXIAL FLUX PERMANENT ...

Documents