PERANCANGAN GENERATOR INDUKSI MAGNET PERMANEN …eprints.ums.ac.id/47681/4/NASKAH PUBLIKASI...

19
PERANCANGAN GENERATOR INDUKSI MAGNET PERMANEN KECEPATAN RENDAH 12 KUTUB UNTUK APLIKASI PEMBANGKIT LISTRIK TERBARUKAN PUBLIKASI ILMIAH Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata I pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Oleh: SAHID SHOLIHIN D 400 120 031 PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2016

Transcript of PERANCANGAN GENERATOR INDUKSI MAGNET PERMANEN …eprints.ums.ac.id/47681/4/NASKAH PUBLIKASI...

PERANCANGAN GENERATOR INDUKSI MAGNET PERMANEN

KECEPATAN RENDAH 12 KUTUB UNTUK APLIKASI PEMBANGKIT

LISTRIK TERBARUKAN

PUBLIKASI ILMIAH

Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata I pada Jurusan Teknik

Elektro Fakultas Teknik

Oleh:

SAHID SHOLIHIN

D 400 120 031

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2016

i

HALAMAN PERSETUJUAN

PERANCANGAN GENERATOR INDUKSI MAGNET PERMANEN

KECEPATAN RENDAH 12 KUTUB UNTUK APLIKASI PEMBANGKIT

LISTRIK TERBARUKAN

PUBLIKASI ILMIAH

oleh:

SAHID SHOLIHIN

D 400 120 031

Telah diperiksa dan disetujui untuk diuji oleh:

Dosen Pembimbing

Agus Supardi, S.T, M.T

NIK.883

ii

HALAMAN PENGESAHAN

PERANCANGAN GENERATOR INDUKSI MAGNET PERMANEN

KECEPATAN RENDAH 12 KUTUB UNTUK APLIKASI PEMBANGKIT

LISTRIK TERBARUKAN

OLEH

SAHID SHOLIHIN

D 400 120 031

Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji

Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Pada hari ……., ………. 2016

dan dinyatakan telah memenuhi syarat

Dewan Penguji:

1. Agus Supardi, S.T., M.T (……..……..)

(Ketua Dewan Penguji)

2. Ir. Jatmiko, M.T. (…………….)

(Anggota I Dewan Penguji)

3. Umar, S.T., M.T. (…………….)

(Anggota II Dewan Penguji)

Dekan,

Ir. Sri Sunarjono, M.T., Ph.D

NIK. 682

 

1

PERANCANGAN GENERATOR INDUKSI MAGNET PERMANEN

KECEPATAN RENDAH 12 KUTUB UNTUK APLIKASI PEMBANGKIT

LISTRIK TERBARUKAN

Abstrak

Krisis energi listrik yang terjadi di Indonesia menjadi persoalan yang belum

terselesaikan. Dari permasalahan tersebut dilakukan penelitian terkait energi listrik yang

nantinya dapat diaplikasikan di daerah terpencil dengan memanfaatkan sumber energi

terbarukan sebagai penggerak mulanya. Penelitian ini membahas tentang perancangan

generator induksi magnet permanen dengan memanfaatkan motor induksi. Perancangan

rotor generator dilakukan dengan menanam 12 pasang magnet permanen jenis

neodymium dimensi 35 x 15 x 7 mm. Perancangan stator generator dengan mengubah

frame stator yang berjumlah 48 slot menjadi 12 kutub dengan belitan berjumlah 4080.

Dalam penelitian ini dilakukan pengujian generator dengan kondisi tanpa beban dan

berbeban. Pengujian tanpa beban dilakukan dengan kondisi generator tanpa kapasitor,

menggunakan ukuran kapasitor tetap dan mengubah ukuran kapasitor. Pengujian

berbeban dilakukan dengan melakukan variasi berupa beban resistif dan beban induktif.

Generator induksi magnet permanen tak berbeban mampu menghasilkan tegangan 75

sampai 130,7 volt dan frekuensi 31,3 sampai 53,8 Hz ketika diputar dengan kecepatan

300 sampai 500 rpm tanpa menggunakan kapasitor. Saat duji ulang dengan mengubah

ukuran kapasitor dari 4 µF sampai 12 µF diperoleh tegangan 151,1 sampai 237,1 volt dan

frekuensi 50,3 sampai 50,9 Hz dengan kecepatan putar tetap 500 rpm. Pengujian tanpa

beban selanjutnya dengan kapasitor tetap 10 µF menghasilkan tegangan 88 sampai 221

volt dan frekuensi 30,3 sampai 50,8 Hz dengan kecepatan putar dari 300 sampai 500 rpm.

Berdasarkan hasil pengujian terbukti bahwa kapasitor berperan sebagai eksitasi dalam

proses pembangkitan tegangan. Pada saat pembebanan resistif antara 10 sampai 50 watt

mengakibatkan generator mengalami penurunan tegangan dari 202 sampai 141 volt dan

kenaikan arus 0,06 sampai 0,22 ampere, sedangkan pembebanan induktif berupa lampu

TL 10 sampai 40 watt mengakibatkan generator mengalami penurunan tegangan dari 208

sampai 159,7 volt dan kenaikan arus 0,20 sampai 0,34 ampere. Peningkatan daya beban

menyebabkan penurunan tegangan dan kenaikan arus.

Kata kunci: energi listrik, generator induksi magnet permanen, kapasitor, tegangan

Abstract

Electrical energy crisis that occurred in Indonesia is still an unresolved issues. From the

problems related to research conducted electrical energy that can later be applied in

remote areas by utilizing renewable energy sources as a driving source. This study

discusses the design of a permanent magnet induction generator by utilizing an induction

motor. Generator rotor design is done by implanting 12 pairs of permanent magnet type

neodymium with dimensions of 35 x 15 x 7 mm. The design of the generator stator by

changing the stator frame of 48 slots to 12 poles with winding numbered 4080. In this

research, the testing generator with no load and load conditions. Testing without a load

carried by the condition of the generator without the capacitor, the capacitor using a fixed

size and change the size of the capacitor. Load testing is done by the variation in the form

of a resistive load and inductive load. Permanent magnet induction generator with no-

loads is able to generate voltages up to 75 to 130,7 volts and frequency 31.3 up to 53.8

2

Hz when rotated at speeds of 300 to 500 rpm without using capacitors. When retested by

changing capacitor size from 4 μF to 12 μF is resulted 151.1 to 237.1 volts voltage and

frequency 50.3 to 50.9 Hz with fixed rotational speed of 500 rpm. Furthermore, next

experiment in no-loads condition with 10 μF Capacitors still generate a voltage 88 to 221

volts and frequency 30.3 to 50.8 Hz with a rotational speed of 300 to 500 rpm. Based on

the test results proved that the capacitor acts as the excitation of voltage generation

process. When the resistive load between 10 to 50 watts resulting voltage generator

decreased from 202 to 141 volts and the current rise of 0.06 to 0.22 amperes, whereas the

inductive load in the form of fluorescent lamp 10 to 40 watts resulting voltage generator

decreased from 208 to 159.7 volts and current rise 0.20 to 0.34 amperes . The

improvement of power load causes a decrease in the voltage and currrent rise.

Keywords: electrical energy, permanent magnet generator induction, capacitors, voltage

1. PENDAHULUAN

Listrik menjadi salah satu aspek penting dalam kehidupan, sehingga di era modern ini banyak

penelitian yang dilakukan terkait energi listrik. Mengingat pentingnya listrik bagi kehidupan

manusia, maka aspek-aspek yang terkait pada dunia kelistrikan memerlukan perhatian yang lebih,

mulai dari bagaimana listrik tersebut dapat dihasilkan kemudian sampai tersalurkan ke beban. Akan

tetapi masalah krisis energi listrik masih menjadi salah satu persoalan yang belum bisa diatasi oleh

Negara Indonesia dikarenakan tidak seimbangnya antara peningkatan kebutuhan daya listrik

terhadap kapasitas pembangkit yang tersedia.

Banyak teknologi baru ditemukan dalam waktu tertentu yang mengakibatkan perbedaan

sudut pandang mengenai energi listrik. Sehubungan dengan hal tersebut, ada kesalahpahaman

mengenai free energy. Tidak ada energi yang bernilai gratis. Tenaga surya, angin, ombak, panas

bumi dan air dapat diperoleh secara gratis setelah kita mulai menggunakan metode dalam

menghasilkan listrik yang juga membutuhkan biaya modal dalam pembuatannya. Energi dapat

dikatakan gratis jika kita tidak harus membayar sejumlah biaya untuk daya listrik yang telah

dibangkitkan dengan metode non konvensional dalam pembangkitan daya listrik (Grover et al,

2014).

Permintaan akan sumber energi hijau telah menyebabkan pembangunan dibidang tenaga

surya dan tenaga angin tapi karena keduanya tergantung pada faktor-faktor eksternal seperti cuaca,

kondisi ini menjadi masalah tetap yang menyebabkan pasokan energi yang kurang stabil ( Ahuja dan

Singh, 2014). Melihat negara Indonesia merupakan negara kepulauan, dimana banyak sekali sumber

daya alam (SDA) yang dapat dimanfaatkan seperti air, angin dan cahaya matahari, memungkinkan

sekali untuk memanfaatkan SDA tersebut dalam pembangkitan listrik supaya persebaran listrik dapat

merata terutama daerah terpencil.

3

Pada umumnya, suatu daerah terpencil akan membutuhkan suatu pembangkit yang

mempunyai sistem sederhana, mudah perawatannya dan dapat dioperasikan oleh masyarakat

disekitarnya. Salah satu komponen utama yang menjadi pertimbangan dalam perencanaan sistem

pembangkit adalah jenis generator yang digunakan untuk mengubah energi mekanis menjadi energi

listrik. Dalam penelitiannya mengenai SEIG (Self Excitation Induction Generator), Gupta dan

Wadhwani (2012) menjelaskan secara umum generator induksi tereksitasi diri digunakan dalam

sistem energi non konvensional seperti angin, air dan lain lain. Generator jenis ini secara umum

sangat cocok digunakan di daerah pedesaan terpencil karena dapat dioperasikan pada kondisi dan

variasi beban yang berbeda.

Generator induksi merupakan salah satu alternatif diantara beberapa jenis generator lainnya.

Generator induksi merupakan salah satu jenis generator AC yang menerapkan prinsip motor induksi

untuk menghasilkan daya. Generator induksi dioperasikan dengan menggerakkan rotornya secara

mekanis lebih cepat daripada kecepatan sinkron sehingga menghasilkan slip negatif. Motor induksi

biasa umumnya dapat digunakan sebagai sebuah generator tanpa ada modifikasi internal. Generator

induksi sangat berguna pada aplikasi-aplikasi seperti pembangkit listrik mikrohidro, turbin angin,

atau untuk menurunkan aliran gas bertekanan tinggi ke tekanan rendah, karena dapat memanfaatkan

energi dengan pengontrolan yang relatif sederhana (Priandika, 2013). Akan tetapi, Sharma et al.

(2011) dalam penelitinnya menjelaskan bahwa generator induksi memiliki kelemahan terhadap

regulasi tegangan karena memerlukan arus magnetisasi sebagai eksitasi. Faktor daya, regulasi

tegangan dan efisiensi dalam menghasilkan energi listrik dapat ditingkatkan menggunakan magnet

permanen.

Tegangan induksi generator dapat dihitung melalui persamaan berikut:

(1)

dimana:

Erms : Tegangan efektif induksi generator (V)

N : jumlah lilitan

f : frekuensi (Hz)

: fluks maksimum (Wb)

Ns : jumlah kumparan/slot

Nph : jumlah fasa

4

Frekuensi ditentukan dengan persamaan berikut:

(2)

dimana:

f : frekuensi (Hz)

nr : Kecepatan rotor (rpm)

P : Jumlah kutub

Magnet permanen digunakan untuk menghasilkan fluks magnet. Fluks maksimum magnet

( max) dapat ditentukan dengan persamaan :

(3)

dengan :

(4)

dan

(5)

dimana:

Amagn : luasan medan magnet(m2)

Bmax : kerapatan fluks magnet maksimum (T)

ro : radius luar magnet (m)

ri : radius dalam magnet (m)

Nm : Jumlah magnet

: jarak antar magnet (m)

Br : kerapatan fluks magnet (T)

lm : tinggi magnet (m)

: lebar celah udara (m)

Tugas akhir ini akan merancang sebuah generator induksi magnet permanen dengan

memanfaatkan motor induksi. Perancangan yang dilakukan adalah dengan mengubah jumlah kutub

stator menjadi 12 kutub dan melakukan modifikasi pada rotor dengan cara memasang magnet

5

neodymium yang berjumlah 12 dengan dimensi 35 x 15 x 7 mm berbentuk persegi panjang dengan

cara menanamkan magnet kedalam rotor motor induksi. Magnet deodymium yang juga dikenal

sebagai NdFeB merupakan jenis magnet permanen yang paling kuat, dan juga memiliki karakteristik

magnet yang lebih baik bila dibandingkan dengan magnet lainnya seperti Ferit, Alnico dan

Samarium cobalt (Irasari dan Idayanti, 2007). Pengujian generator ini akan dilakukan dengan cara

dikopel secara langsung dengan penggerak mula, lalu dihubungkan ke beban resisitif, beban induktif

maupun tanpa beban. Harapannya penelitian ini bisa menjadi salah satu cara yang efektif dalam

menangani masalah krisis energi listrik di Indonesia.

2. METODE

Dalam penelitian ini, langkah yang pertama dilakukan adalah dengan melakukan studi literatur. Hal

ini dilakukan untuk mengumpulkan data terkait penelitian yang akan dilakukan guna pematangan

konsep. Pengumpulan data berupa jurnal publikasi ilmiah, artikel ilmiah, buku-buku, media online

(internet), dimana data tersebut digunakan sebagai acuan dalam mengerjakan penelitian ini.

Perancangan alat diawali dengan merancang stator. Langkah selanjutnya yaitu melakukan

modifikasi rotor generator dengan menanamkan magnet permanen yang berfungsi untuk

menghasilkan induksi. Pembuatan alat diawali dengan mengumpulkan bahan-bahan yang dibutuhkan

dalam pembuatan generator induksi magnet permanen. Pada prosesnya, pembuatan dilakukan

dengan bantuan bengkel bubut, sehingga diperoleh hasil yang presisi sesuai yang direncanakan.

Pengujian alat dilakukan dengan tanpa beban dan berbeban. Pengujian tanpa beban dilakukan

dengan beberapa cara yaitu ketika generator tanpa menggunakan kapasitor dalam pengoperasiannya.

Selanjutnya pengujian tanpa beban dengan cara memvariasi ukuran kapasitor dan terakhir dengan

cara mengubah kecepatan putar dengan kapasitor tetap. Pengujian berbeban menggunakan beban

resisitif berupa lampu pijar dan menggunakan beban induktif berupa lampu TL dengan

menggunakan kapasitor tetap. Pengujian dilakukan dalam skala laboratorium yaitu di Laboratorium

Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Analisa dilakukan dengan membandingkan data hasil pengujian ketika generator beroperasi

tanpa beban maupun menggunakan beban. Data yang diperoleh dari pengujian tanpa beban berupa

kecepatan putar (rpm), frekwensi (Hz), dan tegangan (V), sedangkan data hasil pengujian berbeban

berupa kecepatan putar awal (rpm), jenis beban yang digunakan, daya (Watt), tegangan (V), arus (A)

dan intensitas cahaya. Tahapan yang dilakukan dalam penelitian dapat dilihat pada flowchart

penelitian berikut:

6

ya

tidak

tidak

ya

Gambar 1. Flowchart Penelitian

Mulai

Studi Literatur

Membuat generator induksi magnet permanen

Apakah

generator

bekerja dengan

baik ?

perbaikan

Apakah data

pengujian

sudah sesuai ?

Analisa Hasil

Pembuatan Laporan

Selesai

Merancang generator induksi magnet permanen

Pengujian

Tanpa Beban ( tanpa kapasitor,

variasi ukuran kapasitor, kapasitor

tetap)

Variasi Beban ( Resistif dan

Induktif)

7

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1 Bentuk dan desain alur belitan stator

Stator memiliki jumlah slot sebanyak 48 yang dibagi menjadi 12 kutub. Kawat tembaga (email) yang

digunakan untuk melilit adalah kawat berjenis jerman ukuran 0.45 mm. Jumlah alur perkutub yang

digunakan yaitu 4 alur.

Gambar 2. Alur perancangan lilitan stator generator

Gambar 2 menunjukkan alur perancangan lilitan pada stator generator induksi magnet

permanen. Langkah pertama menggulung kawat tembaga sebanyak 170 belitan lalu dipasang pada

slot nomor 2 (masukan) dan slot nomor 3 (keluaran), kemudian keluaran slot nomor 3 digulung

sebanyak 170 belitan pada slot nomor 1 (masukan) da slot nomor 4 (keluaran). Langkah yang

berikutnya keluaran slot nomor 4 dibuat gulungan sebanyak 170 belitan yang dipasang pada slot

nomor 7 (masukan) dan slot nomor 6 (keluaran). Keluaran dari slot nomor 6 dibuat lagi sebanyak

170 belitan yang dipasang pada slot nomor 8 (masukan) dan slot nomor 5 (keluaran). Langkah ini

dilakukan seterusnya sampai dengan slot terakhir, sehingga diperoleh total jumlah belitan

perkutubnya adalah 340 belitan. Bentuk stator pada generator yang digunakan dapat dilihat pada

gambar 3.

Gambar 3. Bentuk stator

8

3.2 Bentuk dan desain rotor yang digunakan

Dilakukan modifikasi pada rotor generator dengan menanamkan 12 buah magnet permanen jenis

neodymium berdimensi 35 x 15 x 7 mm berbentuk persegi panjang disusun melingkari rotor. Rotor

dibor menggunakan mesin EDM menyesuaikan dimensinya dengan kedalaman 7.1 mm. Bentuk

desain pemasangan magnet ke dalam rotor dapat dilihat pada gambar 4 dan bentuk magnet

neodymium yang digunakan dapat dilihat pada gambar 5.

Gambar 4. Desain pemasangan magnet pada rotor generator

Gambar 5. Bentuk magnet permanen neodymium

3.3 Pengujian generator tanpa beban

Pengujian tanpa beban generator induksi magnet permanen menggunakan sebuah motor induksi

sebagai penggerak mulanya (prime mover). Motor induksi dikopel dengan generator menggunakan

puli dan v-belt. Putaran motor induksi akan diatur menggunakan Voltage Regulator (VR) sehingga

diperoleh data yang bervariasi.

Pengujian generator tanpa beban dilakukan dengan 3 cara. Pengujian pertama dengan

melakukan pengaturan variasi kecepatan putar generator dari 300 sampai 500 rpm tanpa

menggunakan kapasitor yang terhubung pada terminal jangkar dan hasil pengujian ditunjukkan pada

tabel 1.

9

Pengujian kedua dengan mempertahankan kecepatan putar generator pada 500 rpm dengan

melakukan variasi kapasitor dari ukuran 4 uF sampai 12 uF dan hasilnya ditunjukkan pada tabel 2.

Terakhir pengujian generator tanpa beban dilakukan dengan melakukan variasi kecepatan putar dari

300 sampai 500 rpm dengan menggunakan kapasitor berukuran 10 uF terhubung pada terminal

jangkar. Hasil pengujian ketiga ditunjukkan pada tabel 3.

Tabel 1. Hasil pengujian tanpa kapasitor

No. Kecepatan putar (rpm) Tegangan (V) Frekuensi (Hz)

1 300 75,0 31,3

2 350 84,9 35,3

3 400 100,3 41,7

4 450 108,6 44,8

5 500 130,7 53,8

Gambar 6. Hubungan kecepatan putar terhadap frekuensi dan tegangan dalam kondisi tanpa

kapasitor

Tabel 1 dan gambar 6 menunjukkan bahwa generator dapat membangkitkan tegangan tanpa

adanya bantuan kapasitor. Hal ini menjelaskan bahwa generator beroperasi sebagai generator magnet

permanen, dimana medan magnet pada rotor akan ikut berputar menginduksi lilitan pada stator

sehingga timbul gaya gerak listrik berupa tegangan. Dari gambar 6 dapat disimpulkan bahwa

kecepatan putar generator berbanding lurus terhadap frekuensi dan tegangan. Ketika kecepatan putar

dinaikkan, maka frekuensi dan tegangan akan mengalami kenaikan. Tegangan terendah diperoleh

pada kecepatan 300 rpm dengan nilai tegangan 75 Volt pada frekuensi 31,3 hz. Kecepatan putar

diubah pada setiap kenaikan 50 rpm. Tegangan tertinggi pengujian generator tanpa menggunakan

kapasitor diperoleh pada kecepatan putar maksimal 500 rpm dengan nilai 130,7 Volt pada frekuensi

53,8 Hz.

31,3 35,3 41,7 44,8 53,8 75 84,9

100,3 108,6 130,7

0

50

100

150

300 350 400 450 500

Fre

kue

nsi

(H

z) &

Te

gan

gan

(V

)

Kecepatan putar (rpm)

Frekuensi

Tegangan

10

Tabel 2. Hasil pengujian dengan kec. putar tetap 500 rpm

No. Ukuran Kapasitor (µF) Tegangan (V) Frekuensi (Hz)

1 4 151,1 50,3

2 6 169,6 50,5

3 8 194,3 50,5

4 10 218,6 50,7

5 12 237,1 50,9

Gambar 7. Hubungan ukuran kapasitor terhadap frekuensi dan tegangan

Tabel 2 dan gambar 7 menunjukkan bahwa semakin besar ukuran kapasitor semakin besar

pula tegangan generator induksinya. Hal ini sesuai dengan penelitian yang pernah dilakukan oleh

Supardi et al. (2014) bahwa kapasitor berfungsi sebagai eksitasi generator induksi pada saat proses

pembangkitan tegangan pada belitan stator generator induksi. Semakin besar kapasitansi kapasitor,

nilai impedansi semakin kecil dan arus eksitasi yang dialirkan oleh kapasitor semakin besar.

Semakin besar arus eksitasi, tegangan induksi akan semakin besar.

Ukuran kapasitor juga akan berpengaruh terhadap frekuensi generator walaupun tidak terlalu

signifikan perubahannya. Pengambilan data sebanyak 5 kali pengujian, dengan mengubah ukuran

kapasitor agar diketahui hasil data yang sesuai standar PLN. Saat generator diputar pada kecepatan

500 rpm, diperoleh nilai tegangan sebesar 218,6 Volt pada frekwensi 50,7 Hz dan kapasitor yang

terpasang pada terminal keluaran generator adalah 10 µF.

50,3 50,5 50,5 50,7 50,9

151,1 169,6

194,3

218,6 237,1

0

50

100

150

200

250

4 6 8 10 12

Fre

kue

nsi

(H

z) &

Te

gan

gan

(V

)

Kapasitor (µF)

Frekuensi

Tegangan

11

Tabel 3. Hasil pengujian dengan kapasitor tetap 10 µF

No. Kecepatan putar (rpm) Tegangan (V) Frekuensi (Hz)

1 300 88,0 30,3

2 350 114,4 35,8

3 400 140,3 40,2

4 450 176,4 45,6

5 504 221,0 50,8

Gambar 8. Hubungan kecepatan putar terhadap frekuensi dan tegangan dengan kapasitor tetap

Tabel 3 dan gambar 8 menunjukkan adanya hubungan antara kecepatan putar terhadap

frekuensi dan tegangan keluaran generator. Semakin tinggi kecepatan putar generator maka frekuensi

dan tegangan keluaran akan semakin tinggi. Terbukti dari data yang diperoleh pada saat generator

berputar pada kecepatan 300 rpm diperoleh nilai tegangan 88,0 Volt pada frekuensi 30,3 Hz, dan

pada saat generator diputar pada kecepatan 504 rpm menghasilkan tegangan keluaran sebesar 221

Volt pada frekuensi 50,8 Hz. Terbangkitnya tegangan ini juga dikarenakan adanya bantuan eksitasi

dari kapasitor 10 µF yang terpasang pada terminal keluaran generator.

Berdasarkan pengujian yang telah dilakukan, penambahan kapasitor sangat berpengaruh

terhadap tegangan keluaran dan frekuensi generator dibandingkan saat generator dioperasikan tanpa

kapasitor. Hal ini dibuktikan dari data yang terdapat pada tabel 1 dan tabel 3. Dapat dilihat ketika

pengujian generator tanpa kapasitor pada kecepatan putar 500 rpm hanya mampu menghasilkan

tegangan keluaran sebesar 130,7 volt pada frekuensi 53,8 Hz, sedangkan pengujian menggunakan

kapasitor 10 µF pada kecepatan putar 504 rpm dapat membangkitkan tegangan keluaran generator

221,0 volt pada frekuensi 50,8 Hz.

30,3 35,8 40,2 45,6 50,8

88

114,4

140,3

176,4

221

0

50

100

150

200

250

300 350 400 450 500

Fre

kue

nsi

(H

z) &

Te

gan

gan

(V

)

Kecepatan putar (rpm)

Frekuensi

Tegangan

12

3.4 Pengujian generator dengan beban resistif

Pengujian berbeban dilakukan dengan cara yang sama seperti pengujian tanpa beban, dimana motor

penggerak dikopel dengan generator menggunakan puli dan v-belt. Kecepatan putar generator

dipertahankan pada 520 rpm, 222 volt, frekuensi 52 Hz menggunakan kapasitor 10 µF. Hasil

pengujian generator menggunakan beban resistif ditunjukkan pada tabel 4.

Tabel 4. Hasil pengujian beban resistif

Kec. Putar

(rpm)

Jenis beban Beban

(W)

Tegangan

(V)

Arus

(A)

Intensitas Cahaya

500

Lampu pijar

10 202 0,06 Terang

20 184 0,11 Terang

30 168 0,15 Terang

40 154 0,19 Terang

50 141 0,22 Redup

Gambar 9. Hubungan beban terhadap tegangan Gambar 10. Hubungan beban terhadap arus

Berdasarkan hasil pengujian diatas, diketahui bahwa kapasitas beban penuh yang dapat

disuplai oleh generator dalam keadaan normal adalah sebesar 40 watt. Pada saat pengujian

menggunakan beban resistif berupa lampu pijar 50 watt yang dipasang paralel, intensitas cahaya dari

lampu redup dikarenakan adanya jatuh tegangan yang disebabkan oleh beban. Data menunjukkan

bahwa semakin bertambah kapasitas beban yang digunakan akan menyebabkan tegangan keluaran

generator induksi mengalami penurunan, dan sebaliknya ketika dilakukan penambahan beban secara

bertahap maka semakin besar arus yang diserap dari generator.

202 184

168 154

141

0

50

100

150

200

250

10 20 30 40 50

Tega

nga

n (

V)

Beban (Watt)

0,06

0,11

0,15

0,19

0,22

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

10 20 30 40 50

Aru

s (A

)

Beban (Watt)

13

3.5 Pengujian generator dengan beban induktif

Pada pengujian beban induktif, motor penggerak dikopel dengan generator menggunakan puli dan v-

belt. Generator diputar pada kecepatan putar 510 rpm frekuensi 52 Hz menggunakan kapasitor

berukuran 11 µF dengan tegangan awal 221 volt. Selanjutnya data hasil pengujian generator dengan

beban induktif berupa lampu TL akan ditunjukkan pada tabel 5.

Tabel 5. Hasil pengujian beban induktif

Kec. Putar

(rpm)

Jenis beban Beban

(W)

Tegangan

(V)

Arus

(A)

Intensitas Cahaya

500

Lampu TL

10 208 0,20 Terang

20 189,1 0,26 Terang

30 164 0,31 Sedikit redup

40 159,7 0,34 Redup

Gambar 11. Hubungan beban terhadap tegangan Gambar 12. Hubungan beban terhadap arus

Gambar 13. Pengujian generator beban induktif

Gambar 11 dan gambar 12 menjelaskan bahwa semakin besar daya beban induktif maka

tegangan keluaran dari generator semakin kecil, dan semakin besar daya beban induktif maka arus

yang diserap generator semakin besar. Besarnya arus yang mengalir pada generator menyebabkan

208 189,1

164,6 159,7

0

50

100

150

200

250

10 20 30 40

Tega

nga

n (

V)

Beban (Watt)

0,2

0,26

0,31 0,34

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

10 20 30 40

Aru

s (A

)

Beban (Watt)

14

terjadinya drop tegangan pada belitan stator sehingga tegangan diterminal keluaran generator

menjadi semakin kecil. Hal ini terjadi karena beban induktif menyerap daya reaktif (VAr). Daya

reaktif yang dibangkitkan oleh kapasitor tidak sepenuhnya digunakan untuk mengeksitasi generator,

tetapi sebagian daya reaktif dari kapasitor digunakan untuk menyuplai beban induktif yang berupa

lampu TL. Data diatas menunjukkan bahwa suplai generator dapat beroperasi normal pada kondisi

beban penuh 20 watt. Ketika beban dinaikkan menjadi 30 watt intensitas dari cahaya lampu TL

sedikit redup, dan ketika beban dinaikkan lagi menjadi 40 watt kondisi lampu TL redup dikarenakan

adanya drop tegangan.

4. PENUTUP

Perancangan generator induksi magnet permanen yang memanfaatkan motor induksi dilakukan

dengan merancang stator generator menjadi 12 kutub dengan jumlah belitan perkutub 340 belitan.

Rotor generator dirancang dengan cara memodifikasi yaitu dilakukan penanaman 12 pasang magnet

jenis neodymium berdimensi 35 x 15 x 7 mm berbentuk persegi panjang disusun melingkari rotor

dengan kedalaman 7,2 mm. Keluaran yang dihasilkan oleh generator induksi magnet permanen

dipengaruhi beberapa variabel diantaranya jumlah dan jenis magnet yang digunakan, jumlah belitan

stator, jumlah kutub, serta ukuran kapasitor yang digunakan.

Jumlah belitan stator berpengaruh terhadap tegangan keluaran generator, semakin banyak

jumlah slot stator maka akan semkin banyak juga jumlah lilitan yang digunakan dan ini

menyebabkan tegangan keluaran generator semakin besar. Akan tetapi, jika ingin memperbesar arus

keluaran generator maka ukuran kawat email yang digunakan harus lebih besar. Penggunaan

kapasitorpun akan berpengaruh terhadap tegangan keluaran generator dikarenakan kapasitor

berfungsi sebagai eksitasi pada saat proses pembangkitan tegangan. Hubungan antara beban yang

digunakan terhadap arus dan tegangan pada saat pengujian generator menggunakan beban resistif

dan induktif menghasilkan arus yang semakin besar dan tegangan yang semakin kecil ketika

kapasitas beban bertambah. Penulis berharap pada penelitian selanjutnya supaya dilakukan

pengembangan terhadap generator induksi magnet permanen dimana genrator dapat menyuplai

beban yang lebih besar.

PERSANTUNAN

Selama penyusunan tugas akhir ini penulis mendapat bantuan, dukungan serta saran dari berbagai

pihak, oleh karena itu dengan tulus ikhlas penulis mengucapkan terima kasih kepada:

15

1. Allah SWT yang telah memberikan kesempatan kepada penulis dalam menyelesaikan tugas

akhir ini, serta Rasul Muhammad SAW yang memperjuangkan kita hambanya dari jaman

kebodohan.

2. Bapak Samino dan Ibu Ginem serta keluarga tercinta terima kasih atas do’a disetiap

sholatnya, nasihat dan semangatnya selama ini.

3. Bapak Ir. Sri Sunarjono, M.T., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas

Muhammadiyah Surakarta.

4. Bapak Umar, S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah

Surakarta.

5. Bapak Agus Supardi, S.T., M.T. selaku Pembimbing yang selama ini mengarahkan dan

memberi dukungan kepada penulis dalam proses pengerjaan sampai terselesaikannya Tugas

Akhir ini.

6. Keluarga Mahasiswa Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta (KMTE UMS)

terimakasih atas kehangatannya selama ini.

7. ELEKTRO BERSATU 2012 Universitas Muhammadiyah Surakarta semoga sampai

kapanpun kekeluargaan ini tetap terjaga.

8. Seluruh pihak yang telah banyak memberikan bantuan kepada penulis dalam proses

pengerjaan dan penyelesaian Tugas Akhir ini.

DAFTAR PUSTAKA

Ahuja, R.K., dan A. Singh. 2014. Three Phase Self Excited Induction Generator Electronic Load

Controller Using Pi Controller. International Journal of Advanced Research in IT and

Engineering 3(3).

Grover, M., B.L. Kumar, dan I. Ramalla. 2014. The Free Energy Generator. International Journal

of Scientific and Research Publications 4(12).

Gupta, Ashish., dan S. Wadhwani. 2012. Analysis of Self-Excited Induction Generator for Isolated

System. International Journal Of Computational Engineering Research 2(2):353 – 358.

Irasari, P., dan N. Idayanti. 2009. Aplikasi Magnet Permanen BaFe12O19 dan NdFeB pada Generator

Magnet Permanen Kecepatan Rendah Skala Kecil. Jurnal Sains Materi Indonesia 11(1): 38-41.

Priandika. 2013. Energi dan Dasar Konversi Energi Elektrik.

http://backupkuliah.blogspot.co.id/2013/06/generator-induksi_2765.html. 03 Maret 2016

(8:29).

Sharma, P., T.S. Batthi, dan K.S.S. Ramakrishnan. 2011. Permanent Magnet Induction Generators:

An Overview. Journal of Engineering Science and Technology 6(3): 332-338.

Supardi, A., D.A. Prasetya, dan J. Susilo. 2014. Pengaruh Ukuran Kapasitor terhadap Karakteristik

Keluaran Generator Induksi 1 Fase. Prosiding Seminar Nasional Aplikasi Sains & Teknologi

(SNAST) Yogyakarta. 15 November 2014:C71-78.