RANCANG BANGUN GENERATOR FLUKS AKSIAL MAGNET PERMANEN SEBAGAI SIKLUS ENERGI LISTRIK TAK TERBATAS
Anggy Pradiftha Junfithrana1 , Yusuf Hidayat2
Program Studi Teknik Elektronika, STT Nusa Putra Sukabumi, Indonesia1
(Tel : 085724069088; E-mail : mr.pradiftha@gmail.com )1
Program Studi Teknik Elektronika, STT Nusa Putra Sukabumi, Indonesia2
(Tel : 085724281231; E-mail : hidup.ini.karma@gmail.com )2
Abstrak --- Dewasa ini kebutuhan manusia terhadap energi listrik semakin besar, karena penggunaan peralatan yang tidak terlepas dari penggunaan energi listrik, padahal perusahan pembangkit energi listrik telah menghimbau untuk melakukan gerakan hemat energi, karena pasokan sumber energi sudah menipis serta penggunaan bahan bakar seperti fosil ternyata memberikan dampak pencemaran terhadap lingkungan. Manusia kini berpikir untuk mencari sumber energi aternatif yang bersifat terbarukan dan ramah terhadap lingkungan. Alternatif pembangkit energi listrik yang murah dan mudah dengan tingkat efisiensi yang tinggi merupakan sebuah jawaban yang tepat atas permasalahan akan kebutuhan sumber energi listrik.
Rancang bangun generator fluks aksial magnet permanen sebagai siklus energi listrik tak terbatas diharapkan dapat menjadi alternatif sumber energi listrik terbarukan dan ramah lingkungan. Konstruksi menggunakan rotor ganda, dengan 16 buah magnet permanen neodymium dengan ukuran diameter 15 mm dan tebal 1 mm setiap satu buah rotornya, dengan motor DC sebagai penggerak rotor. Stator menggunakan 9 kumparan kawat tembaga beremail untuk menghasilkan keluaran 3 fasa (AC), setiap kumparan terdiri atas 105 lilitan kawat tembaga beremail berukuran 0,5 inchi yang membentuk segitiga dengan alas dalam 1,5 cm dan tinggi 2 cm. Serta menggunakan dua buah baterai Li-Ion Rechargable 18650 4,2 V yang disusun seri sebagai bagian pelengkap siklus energi listrik tak terbatas. Energi listrik yang dihasilkan generator fluks aksial magnet permanen tergantung pada kecepatan putar, banyaknya kumparan, serta kekuatan (besarnya) fluks magnetik yang memungkinkan terjadinya proses induksi.
Ketika generator fluks aksial magnet permanen dinyalakan, alat pun bekerja dan menghasilkan keluaran tegangan listrik sebesar 2,46 V (AC) dari setiap fasa. Serta hasil penyearahan menggunakan AC-DC coverter menghasilkan tegangan 5,49 V (DC) dan arus 55.1 mA (DC), hasil pengujian tersebut diukur menggunakan multimeter digital. Tegangan dan arus yang dihasilkan belum sesuai spesifikasi diinginkan untuk siklus energi listrik yaitu sebesar ±7 V (DC) serta arus sebesar ±1 A.
Kata kunci - Generator, Fluks Aksial, Energi Listrik.
Abstract -- Today the human need for electrical energy even greater, because the use of equipment that can not be separated from the use of electrical energy, whereas companies generating electrical energy has been called on to perform the movement of energy saving, because the supply of energy sources is low and the use of fuels such as fossil turned out to be an impact of pollution on the environment. Humans are now thought to look for aternatif energy sources that are renewable and environmentally friendly. Alternative energy power plant that is cheap and easy with a high degree of efficiency is a right answer to the problems of the need for a source of electrical energy.
Design of axial flux permanent magnet generator as an infinite cycle of electrical energy is expected to be an alternative source of renewable electric energy and environmentally friendly. Construction using double rotor, with 16 pieces of neodymium permanent magnet with a diameter of 15 mm and a thickness of 1 mm every single piece rotor with DC motor as the rotor. Stator coil of copper wire using a 9 to email to generate 3-phase output (AC), each coil consisting of 105 copper wire windings to email measuring 0.5 inches which form a triangle with the base in 1.5 cm and 2 cm height. And use two Li-Ion Rechargable 4.2 V in series as a complementary part of an infinite cycle of electrical energy. The electrical energy produced axial flux permanent magnet generator depends on rotational speed, number of coils, and strength (magnitude) magnetic flux which allows the induction process.
When the axial flux permanent magnet generator is turned on, the tool also works and produces output power supply voltage of 2.46 V (AC) of each phase. And the results of rectification using the AC-DC coverter generate a voltage of 5.49 V (DC) and 55.1 mA current (DC), the test results were measured using a digital multimeter. Voltage and current is generated is not according to specifications desired for electrical energy cycle that is equal to ± 7 V (DC) and a current of ± 1 A.
Keywords -- Generator, Axial Flux, Electrical Energy.
i. PENDAHULUAN
Perkembangan teknologi dalam dibidang mekanika, elektronika, otomotif bahkan sampai kedokteran, menjadi penyebab penggunaan energi listrik dalam skala besar, dikarenakan semua teknologi tersebut tidak terlepas dari penggunaan energi listrik. Permintaan terhadap energi listrik terus bertambah karena konsumsi listrik semakin meningkat setiap tahunnya, apalagi dengan semakin bertambahnya jumlah penduduk sebagai sektor pengguna. Kebutuhan energi listrik yang semakin besar, tenyata bertolak belakang dengan perusahaan dibidang jasa penyedia energi listrik yang sedang mengalami krisis energi, terutama energi yang berasal dari fosil. Selain itu, kebijakan energi global juga menuntut penggunaan energi yang lebih ramah lingkungan, karena penggunaan bahan bakar fosil sebagai sumber energi utama juga menimbulkan dampak negatif terhadap lingkungan. Pada saat yang sama manusia memerlukan lingkungan hidup yang baik untuk memungkinkan hidup secara sehat, tampaknya keadaan berbanding terbalik ketika lingkungan hidup diutamakan maka energi yang diperlukan tidak diperoleh, sebaliknya jika energi yang diutamakan maka lingkungan hidup akan rusak [1].
Berbagai cara dilakukan untuk menanggulangi permasalahan krisis energi listrik, karena energi listrik menjadi salah satu kebutuhan pokok penunjang dalam segala aspek kehidupan dan memegang peranan penting dalam pengembangan ekonomi dan pembangunan suatu bangsa. Selain dengan mengoptimalkan kerja dari setiap mesin pembangkit listrik yang sudah ada, manusia berpikir dan berusaha mencari sumber alternatif yang bersifat terbarukan dan berdampak kecil terhadap lingkungan, mulai dari nuklir sampai blue energy [1]. Alternatif pembangkit energi listrik yang murah dan mudah dengan tingkat efisiensi yang tinggi merupakan sebuah jawaban yang tepat atas permasalahan akan kebutuhan sumber energi listrik. Maka dari itu, dalam tugas akhir ini penulis ingin membuat rancang bangun generator fluks aksial magnet permanen sebagai siklus energi listrik tak terbatas. Dengan pertimbangan generator fluks aksial magnet permanen memiliki konstruksi sederhana dan massanya cukup ringan, salah satu jenis generator yang seringkali digunakan untuk pembangkit listrik tenaga angin putaran rendah [2], serta siklus energi listrik tak terbatas sebagai sistem perputaran energi listrik. Cara kerja alat tersebut yaitu generator fluks aksial magnet permanen berkerja dengan energi listrik yang ada pada baterai, menghasilkan listrik AC 3 fasa yang disearahkan menggunakan rangkaian AC-DC converter, hasil penyearahan digunakan kembali untuk mengisi baterai (siklus energi listrik tak terbatas). Dengan terciptanya generator fluks aksial magnet permanen menggunakan sistem siklus energi ini diharapkan dapat menjadi alternatif sumber energi listrik terbarukan dan ramah lingkungan. Alat ini bisa juga menjadi alternatif sumber energi listrik pada daerah-daerah atau desa terpencil yang belum teraliri listrik.
II. TINJAUAN PUSTAKA
II.1. Energi Listrik
Energi listrik merupakan salah satu energi yang sangat dibutuhkan seluruh manusia di dunia. Energi listrik sudah menjadi bagian utama yang sangat berpengaruh sebagai sumber energi untuk peralatan-peralatan penunjang kehidupan manusia, terutama pada masa sekarang dan kedepan, dimana perkembangan teknologi semakin pesat.
Energi listrik merupakan energi yang berkaitan dengan akumulasi elektron yang dinyatakan dalam watt. Dalam transisinya energi listrik digambarkan sebagai aliran elektron dari atom yang satu ke yang lainnya dalam suatu jenis bahan konduktor (bahan yang bagus untuk menghantarkan aliran listrik) [3].
II.2. Generator
Generator merupakan suatu alat yang dapat menghasilkan aliran listrik (mesin listrik). Generator bekerja dengan cara mengkonversi energi mekanik menjadi energi listrik [3]. Listrik yang dihasilkan oleh generator adalah hasil dari proses induksi antara rotor dan stator pada generator [4].
II.2.1. Konversi Energi Listrik
Pada umumnya proses konversi energi listrik yaitu seperti :
Gambar 2.1 Skema Konversi Energi Listrik [5]
Menurut gambar 2.1 skema konversi energi listrik yaitu menjelaskan bahwa awalnya dari energi primer atau sumber energi utama digunakan untuk menggerakan penggerak mula, ketika penggerak mula telah berjalan, maka pada alat generator (mesin listrik) akan terjadi perubahan mekanik antara rotor dan statornya, perubahan mekanik tersebut menyebabkan terjadinya induksi sehingga menghasilkan energi listrik.
Faraday (29 Agustus 1831) mendemonstrasikan suatu percobaan yang menunjukan bahwa listrik dapat dihasilkan dari medan magnet. Faraday mengatakan bahwa “jika sebuah kawat penghantar memotong atau dipotong oleh medan magnet, gaya gerak listrik akan terinduksi pada kawat penghantar tersebut. Besarnya gaya gerak listrik yang diinduksikan adalah sebanding dengan kecepatan medan magnet memotong kawat penghantar”. Prinsip tersebut yang dijadikan sebagai dasar hukum pembangkitan listrik [1]. Ditranslasikan dalam persamaan :
Gaya gerak listrik (ggl) induksi = Blv (V) (2.1) [1]
Dimana : B = rapat fluks magnetik (Tesla)
l = panjang kawat penghantar dalam medan magnetik (m)
v = kecepatan kawat penghantar dalam memotong medan magnetik (m/s)
Besarnya tegangan yang dihasilkan, itu akan sebanding dengan besarnya perubahan fluks magnet yang berubah terhadap waktu [5]. Sehingga bisa ditulis dalam bentuk persamaan :
(2.2) [5]
Dimana : ξ = Tegangan Induksi (v)
N= Jumlah Lilitan
Φ = Perubahan Fluks (wb)
t = Waktu (s)
Hubungan antara kecepatan putar dan frekuensi generator dapat dirumuskan pada persamaan berikut :
(2.3) [5]
Dimana : n = Putaran (rpm)
F = Frekuensi (Hz)
P = Jumlah Kutub
Tegangan rms yang dibangkitkan oleh generator adalah :
(2.4) [5]
Dimana : ξrms = Tegangan Induksi (v)
Φmax = Perubahan Fluks (wb)
Ns = Jumlah Kumparan
Nph = Jumlah Phasa
II.2.2. Generator Fluks Aksial magnet Permanen
Generator fluks aksial magnet permanen adalah salah satu jenis mesin listrik yang dapat menghasilkan aliran listrik dengan arah fluks secara aksial menggunakan magnet permanen. Dengan membangkitkan medan magnet dari kutub magnet permanen yang terletak pada rotor, maka tidak diperlukan pencatuan arus searah untuk membangkitkan garis-garis medan magnet [2].
Konstruksi generator fluks aksial magnet permanen umumnya sama dengan generator lainnya, yaitu terdapat rotor yang memiliki magnet permanen sebagai sumber medan magnet, kumparan stator sebagai tempat terjadinya induksi elektromagnetik, serta celah udara antara rotor dan stator. Generator fluks aksial magnet permanen memiliki konstruksi yang berbentuk piringan yang bisa menghasilkan kerapatan daya yang besar. Dengan berbagai variasi, misalnya desain satu lapis atau dua lapis, dengan atau tanpa slot jangkar dan dengan rotor internal atau eksternal [3]. Penempatan kumparan pada stator menjadi penentu keluaran yang dihasilkan generator [2].
II.2.2.1. Rotor Generator Fluks Aksial magnet Permanen
Rotor pada generator fluks aksial magnet permanen merupakan sebuah piringan atau plat dari besi dengan tebal 1-5 mm dengan besar diameter sesuai kebutuhan, digunakan sebagai penampang untuk menyusun magnet permanen. Terdapat dua cara dalam menyusun atau menempel magnet permanen, yaitu surface-mounted permanent magnet dan embedded permanent magnet [2]. Seperti terlihat pada gambar dibawah ini :
Gambar 2.2 Tipe Penyusunan Magnet Pada Rotor [2]
Menurut gambar 2.2 tentang tipe-tipe penyusunan magnet pada rotor menjelaskan bahwa pada tipe surface-mounted permanent magnet (gambar a), magnet permanen ditempel pada permukaan rotor sehingga terdapat celah udara antar magnet permanen. Sedangkan pada tipe embedded permanent magnet (gambar b), permukaan magnet seolah-olah dimasukan kedalam plat besi (rotor) sehingga permukaan magnet dengan permukaan rotor sama rata [2].
II.2.2.2. Stator Generator Fluks Aksial magnet Permanen
Stator merupakan penampang untuk menyusun kumparan kawat tembaga atau lilitan konduktor yang berfungsi sebagai tempat terjadinya induksi elektromagnetik dalam generator fluks aksial magnet permanen.
Pada generator fluks aksial magnet permanen umumnya susunan kumparan kawat tembaga berada sejajar dan berdimpit disamping kumparan lainnya, sedangkan fasa akan saling berurutan sesuai dengan jumlah fasa pada generator fluks aksial magnet permanen tersebut. Teknik penyusunan kumparan seperti ini disebut dengan susunan kumparan secara non-overlapping [2].
Kumparan yang dihubungkan secara hubungan bintang memiliki keuntungan yaitu tersedianya dua macam tegangan, masing-masing tegangan saluran di antara dua fasa serta tegangan fasa ke netral yang dihubungkan pada titik tengah hubung bintang. Dalam setiap sistem hubungan bintang, arus akan mengalir melalui saluran (IL) ke beban dan kembali ke sumber melalui kawat netral di titik tengah hubungan bintang [8].
Diketahui persamaan untuk menghitung daya listrik fasa tunggal yaitu :
(2.5) [8]
Daya untuk hubungan bintang,
(2.6) [8]
Dengan mensubstitusi kedua persamaan diatas, untuk daya total 3 fasa :
(2.7) [8]
Kumparan stator pada generator menggunakan kaidah tangan kanan Fleming, yang menyatakan bahwa dengan mengembangkan ibu jari, telunjuk dan jari tengah tangan kanan sedemikian sehingga ketiganya relatif saling tegak lurus satu sama lain, maka jari telunjuk akan menunjukan arah medan magnetik, ibu jari akan menunjukan arah gerakan kawat penghantar relatif terhadap fluks magnetik dan jari tengah akan menunjukan arah ggl induksi dan aliran arus [7].
II.3. Rangkaian Penyearah
Di dalam suatu rangkaian penyearah dimana semua komponen aktif yang digunakan berupa dioda, maka penyearah ini digolongkan sebagai penyearah yang tidak terkontrol (uncontrolled rectifier), yang tegangan output-nya hanya ditentukan oleh amplitudo tegangan sumber AC-nya. Akan tetapi, bila sebagian atau semua dari komponen utamanya adalah thyristor, maka penyearah ini digolongkan sebagai penyearah yang dapat dikontrol (controlled rectifier), dimana tegangan output-nya akan dapat dikontrol dengan pengaturan sudut penyulutan (firing angle) dari thyristor-thyristornya [2].
II.4. Baterai
Baterai merupakan sebuah sel listrik yang memiliki sumber energi arus searah (DC). Di dalam sel baterai, terjadi proses perubahan energi kimia menjadi energi listrik dan sebaliknya energi listrik menjadi energi kimia dengan regenerasi dari elektroda yang dipakai. Saat pengisian energi listrik pada baterai, energi tersebut dirubah menjadi energi di dalam baterai dan disimpan. Sedangkan saat pengosongan, energi listrik di dalam baterai dirubah kembali menjadi energi listrik untuk pencatuan yang sesuai [10].
Baterai Li-Ion Rechargable 18650 merupakan salah satu jenis baterai yang bisa dilakukan pengisian kembali, sehingga fungsinya dapat menyimpan dan mengalirkan listrik.
III. RANCANG BANGUN GENERATOR FLUKS AKSIAL MAGNET PERMANEN SEBAGAI SIKLUS ENERGI LISTRIK TAK TERBATAS
III.1. Metodologi Penelitian
Metodologi penelitian merupakan teknik penyusunan yang dipakai pada penelitian kali ini.
III.1.1. Diagram Alur Metodologi Penelitian
Berikut merupakan diagram alur metodologi penelitian, yang merupakan gambaran secara umum dari seluruh proses (langkah-langkah) yang dilakukan dalam penyusunan tugas akhir ini :
Gambar 3.1 Diagram Alur Metodologi Penelitian
Berdasarkan gambar 3.1 diagram alur metodologi penelitan, menjelaskan bahwa langkah awal yaitu penentuan tema yang akan diambil, setelah tema ditentukan selanjutnya melakukan studi literatur untuk pemahaman awal yang berhubungan dengan tema tersebut, hasil studi literatur harus sesuai. Setelah pemahaman didapatkan, langkah selanjutnya yaitu perancangan desain alat yang disesuaikan dengan pemahaman yang telah didapatkan pada studi literatur, hasil desain tersebut selanjutnya dibuat acuan rancang bangun alat. Setelah kegiatan rancang bangun alat selesai, langkah selanjutnya melakukan pengujian pada hasil rancang bangun tersebut untuk mengetahui unjuk kerja alat, apabila masih ada kendala maka dilakukan perbaikan dan meninjau langkah sebelumnya dan terakhir menuliskan hasil kegiatan penyusunan dari awal sampai selesai.
III.1.2. Diagram Blok
Gambar 3.2 Diagram Blok
Berdasarkan gambar 3.2 diagram blok, yaitu menjelaskan secara umum cara kerja rancang bangun generator fluks aksial magnet permanen sebagai siklus energi listrik tak terbatas. Generator fluks aksial magnet permanen menghasilkan aliran listrik (AC) 3 fasa yang berkerja dengan memanfaatkan sumber energi yang ada pada baterai. Aliran listrik tersebut dirubah menjadi DC menggunakan rangkaian penyearah AC-DC converter, hasil perubahan kemudian dimanfaatkan kembali untuk pengisian baterai.
III.2. Perancangan Hardware
III.2.1. Generator Fluks Aksial Magnet Permanen
Gambar 3.3 Diagram Alur Generator Fluks Aksial Magnet Permanen
III.2.1.1. Perancangan Desain
Perancangan desain konstruksi dibuat sebagai acuan dalam kegiatan rancang bangun generator fluks aksial magnet permanen. Desain generator fluks aksial magnet permanen pada penyusunan tugas akhir ini menggunakan aplikasi-aplikasi desain grafis dan penggambaran secara manual yang disesuaikan dengan pemahaman-pemahaman hasil studi literatur.
III.2.1.2. Bahan-Bahan Pembuatan Konstruksi
Tabel 3.1 Bahan-Bahan Pembuatan Konstruksi
III.2.1.3. Pembuatan Konstruksi Rotor
Menggunakan rotor ganda yang saling berhadapan menghimpit stator yang berada ditengah. Rotor berfungsi mengalirkan fluks-fluks magnet untuk proses induksi pada generator fluks aksial magnet permanen.
Berikut langkah-langkah pembuatan rotor :
1) Plat besi dengan tebal 1 mm dibentuk menjadi lingkaran berdiameter 15 cm sebanyak dua buah.
2) Masing-masing plat besi dibagi kedalam 16 bagian.
3) Untuk plat besi yang pertama, susun magnet dengan sisi kutub selatan pada nomor ganjil 1,3, 5, 7, 9, 11, 13 dan 15. Untuk sisi kutub utara pada nomor genap 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14 dan 16 (gambar 3.4).
4) Untuk plat besi yang kedua susun magnet dengan sisi kutub selatan diletakan pada nomor genap 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14 dan 16. Untuk sisi kutub utara pada nomor ganjil 1,3, 5, 7, 9, 11, 13 dan 15 (gambar 3.4).
Gambar 3.4 Skema Pemasangan Magnet Rotor
Berdasarkan gambar 3.5 skema pemasangan magnet rotor yang dibuat menggunakan aplikasi CorelDRAW X4, menjelaskan susunan pemasangan (penempelan) magnet pada plat besi. Tipe yang digunakan yaitu surface-mounted permanent magnet dengan berlawanan arah kepinggir dan sebrangnya.
III.2.1.4. Melilit Kumparan Stator
Kumparan stator yaitu lilitan kawat tembaga beremail yang berfungsi menghasilkan aliran listrik ketika terjadinya induksi pada generator fluks aksial magnet permanen.
Berikut langkah-langkah pembuatan kumparan stator :
1) Dimensi kumparan dalam memiliki alas 1,5 cm dan tinggi 2 cm.
2) Penyesuaian mal pada alat lilit, agar ukuran sesuai yang diinginkan.
3) Lilitkan kawat tembaga beremail berukuran 0,5 mm pada mal.
4) Putar searah jarum jam. Setiap kumparan terdiri dari 105 lilitan dengan ujung kumparan dibuat panjang untuk sambungan.
5) Buat kumparan sebanyak sebanyak 9 kumparan (gambar 3.5).
Gambar 3.5 Kumparan Stator
III.2.1.5. Pembuatan Konstruksi Stator
Konstruksi stator generator fluks aksial magnet permanen ini, yaitu berupa stator tanpa inti besi. Stator jenis ini biasanya digunakan untuk putaran rendah.
Berikut langkah-langkah pembuatan konstruksi stator :
1) Penampang stator terbuat dari fiber plastik berbentuk lingkaran dengan ukuran diameter 15 cm sebanyak 2 buah, dengan sedikit variasi untuk pemasangan kaki-kaki.
2) Tempatkan motor DC 1 pada pusat penampang.
3) Bagian penampang 1, dibagi menjadi 9 bagian dengan besar sudut 400 untuk memudahkan penyusunan kumparan stator.
4) Susun setiap kumparan (9 buah kumparan) pada penampang. Variasi susunan kumparannya secara non-overlapping (gambar 3.6).
Gambar 3.6 Skema Desain Stator
5) Sambungkan ujung kumparan dalam dari tiga buah kumparan fasa (fasa 1, fasa 2 dan fasa 3).
6) Sambungkan setiap kumparan secara seri sesuai fasa.
7) Pasangkan tiga konektor pada penampang 1.
8) Sambungkan bagian ujung kumparan dari setiap fasa pada konektor.
9) Penampang 2 digunakan sebagai tempat motor DC 2.
III.2.1.6. Perangkaian Konstruksi
Setelah bagian utama selesai, selanjutnya merangkai konstruksi
Gambar 3.7 Susunan Konstruksi rancang bangun generator fluks aksial magnet permanen
Berikut merupakan langkah-langkah yang dilakukan pada proses perangkaian :
1) Siapkan semua bagian.
2) Pasangkan kabel jumper pada motor DC.
3) Pasangkan kabel jumper pada setiap konektor.
4) Pasangkan setiap rotor pada motor DC dengan sisi magnet saling berhadapan (berbeda kutub agar tarik menarik).
5) Pasangkan kaki-kaki tahanan generator.
6) Pasangkan baut pada pada kaki-kaki penampang fiber plastik untuk pengunci.
III.2.2. Rangkaian Penyearah
III.2.2.1. Bahan Pembuatan Rangkaian Penyearah
Adapun bahan-bahan yang dibutuhkan dalam pembuatan rangkaian penyearah ini yaitu sebagai berikut :
Tabel 3.2 Bahan-Bahan Rangkaian Penyearah
III.2.2.2. Skema Rangkaian Penyearah
Adapun skema rangkaian penyearah yang dipakai pada penyusunan tugas akhir ini gambar 3.8 yang dibuat menggunakan aplikasi EAGLE 4.11 dengan tambahan keterangan menggunakan aplikasi CorelDRAW X4, yaitu sebagai berikut :
Gambar 3.8 Skema dan Layout Tampak Belakang Rangkaian Penyearah
III.2.3. Perangkaian Konstruksi Alat
Setelah pembuatan bagian-bagian utama dari konstruksi generator fluks aksial magnet permanen sebagai siklus energi tak terbatas selesai, selanjutnya saling dihubungkan agar membentuk alat sesuai yang diinginkan.
Berikut merupakan langkah-langkah perangkaian dari konstruksi generator fluks aksial magnet permanen sebagai siklus energi tak terbatas :
1) Siapkan semua bagian.
2) Hubungkan ketiga fasa keluaran dari generator fluks aksial magnet permanen pada bagian yang telah ditentukan pada rangkaian penyearah, untuk penyearahan aliran listrik AC menjadi listrik DC.
3) Hubungkan keluaran rangkaian penyearah yang mengalirkan listrik DC pada baterai untuk pengisian ulang.
4) Hubungkan konektor pada keluaran rangkaian penyearah.
Setelah semua perangkaian selesai, terbentuklah konstruksi generator fluks aksial magnet permanen sebagai siklus energi tak terbatas.
IV. PENGUJIAN GENERATOR FLUKS AKSIAL MAGNET PERMANEN SEBAGAI SIKLUS ENERGI LISTRIK TAK TERBATAS
Pengujian dilakukan untuk mengetahui unjuk kerja alat. Pengujian berimplikasi terhadap penggunaan alat-alat uji untuk memperoleh hasil-hasil pengujian yang memuaskan.
IV.1. Metode Pengujian
Pengujian yang akan dilakukan pada alat yaitu :
1) Pengujian putaran rotor, dilakukan untuk mengamati gerak putaran rotor pada generator fluks aksial pembangkit energi tenaga magnet.
2) Pengujian keluaran generator fluks aksial magnet permanen.
3) Pengujian hasil penyarahan (AC-DC converter) keluaran generator fluks aksial magnet permanen.
4) Menganalisa hasil rancang bangun generator fluks aksial magnet permanen sebagai siklus energi listrik tak terbatas.
IV.2. Proses Pengujian
IV.2.1. Pengujian Putaran Rotor
Putaran rotor keluaran generator fluks aksial magnet permanen bergantung pada kecepatan putar motor DC. Kecepatan putaran tersebut tidak konstan, berubah-ubah sesuai dengan aliran arus yang diterima.
Hasil pengujian yang dilakukan pada putaran rotor generator fluks aksial magnet permanen dapat disimpulkan, bahwa spesifikasi fisik dari penampang rotor yang digunakan dan fluks magnet dari rotor 1 dengan rotor 2 berpengaruh pada gerak putar rotor. Sehingga ketika rotor bergerak secara bersamaan, terjadinya ketidakseimbangan gerak rotor. Hal tersebut berpengaruh pada keluaran yang dihasilkan, karena fluks magnet untuk induksi keluaran generator fluks aksial magnet permanen tidak bekerja secara optimal. Kendala tersebut sudah dilakukan perbaikan dengan memperbaiki spesifikasi fisik penampang rotor, hasilnya cukup memberikan kemajuan dengan meminimalisir ketidakseimbangan dari gerak rotor tersebut ketika berkerja. Ketidakseimbangan yang masih terjadi, diakibatkan fluks magnetik yang terjadi antara magnet pada rotor 1 dan magnet pada rotor 2 yang Saling tarik menarik.
IV.2.2. Pengujian Keluaran Generator Fluks Aksial Magnet Permanen
Rancang bangun generator fluks aksial magnet permanen sebagai siklus energi listrik tak terbatas, menggunakan baterai Li-Ion rechargable 4,2 V sebanyak 2 buah yang disusun seri. Ketika generator fluks aksial magnet permanen dinyalakan, alat pun bekerja dan menghasilkan keluaran tegangan listrik sebesar 2,46 V (AC) dari setiap fasa. Pengujian tersebut menggunakan multimeter digital.
Berikut gambar pengujian tegangan keluaran generator fluks aksial magnet permanen :
Gambar 4.1 Pengujian Tegangan Keluaran
Berdasarkan gambar 4.1 pengujian tegangan keluaran generator fluks aksial magnet permanen menggunakan multimeter digital, memperlihatkan hasil dari proses pengujian tegangan keluaran generator fluks aksial magnet permanen.
Tegangan keluaran yang dihasilkan dipengaruhi oleh cepat atau lambatnya putaran rotor. Sehingga keluaran bisa berubah ketika kecepatan putaran rotor juga berubah. Dimensi dari konstruksi rotor dan penggerak rotor tersebut yang menjadi penentu dari kecepatan putaran tersebut.
IV.2.3. Pengujian Hasil Penyearahan
Keluaran dari generator fluks aksial magnet permanen yang berupa aliran listrik AC 3 fasa selanjutnya dirubah menjadi aliran listrik searah (DC), disearahkan menggunakan rangkaian AC-DC converter. Penyearahan tersebut dilakukan untuk pengisian kembali baterai sebagai siklus energi listrik tak terbatas. Hasil pengujian tegangan yang dihasilkan setelah proses penyearahan yaitu sebesar 5,49 V (DC).
Berikut merupakan gambar pengujian yang dilakukan pada tegangan hasil penyearahan aliran listrik 3 fasa keluaran generator fluks aksial magnet permanen :
Gambar 4.2 Pengujian Tegangan Hasil Penyearahan
Berdasarkan gambar 4.2 pengujian tegangan hasil penyearahan menjelaskan tentang proses pengukuran tegangan hasil dari menyearahkan aliran listrik AC keluaran generator fluks aksial magnet permanen yang telah dirubah menjadi aliran listrik DC.
Pengujian dilanjutkan untuk mengetahui arus yang dihasilkan setelah proses penyearahan. Arus yang baru dihasilkan pada pengujian yaitu sebesar 55,1 mA.
Berikut merupakan gambar ketika melakukan pengujian arus hasil penyearahan :
Gambar 4.3 Pengujian Arus Hasil Penyearahan
Berdasarkan gambar 4.3 pengujian arus hasil penyearahan, memperlihatkan proses pengujian arus yang dilakukan pada arus keluaran rangkaian penyearah.
IV.2.4. Hasil Analisa
Setelah semua proses pengujian yang dilakukan pada hasil rancang bangun generator fluks aksial magnet permanen sebagai siklus energi listrik tak terbatas. Diketahui bahwa banyaknya kumparan, besarnya fluks magnet rotor dan cepatnya putaran rotor berpengaruh pada keluaran aliran listrik yang dihasilkan oleh generator fluks aksial magnet permanen.
Hasil pengujian keluaran seperti yang diperlihatkan diatas, masih belum sesuai dengan spesifikasi yang dibutuhkan untuk proses siklus energi listrik tak terbatas, yaitu ±7 V (DC) dan arus ±1 A. Sehingga akan terjadi drop pada baterai yang digunakan, dikarenakan tegangan dan arus yang keluar tidak sama dengan masuk.
V. KESIMPULAN
Dari penyusunan tugas kahir ini dapat disimpulkan sebagai berikut :
1) Generator fluks aksial magnet permanen merupakan mesin listrik yang dapat menghasilkan aliran listrik.
2) Generator fluks aksial magnet permanen berkerja menggunakan sumber energi yang ada pada baterai. Keluaran dari generator fluks aksial magnet permanen yang berupa aliran listrik AC 3 fasa disearahkan dengan rangkaian penyearah AC-DC converter, aliran listrik yang telah berubah menjadi DC digunakan sebagai pengisi kembali baterai (siklus energi listrik). Sehingga, apabila dikembangkan lebih mendalam sampai mampu menghasilkan energi listrik dengan jumlah yang besar, maka ini bisa menjadi sumber energi alternatif terbarukan dan kalau pun ada dampak lingkungannya, dapat dipastikan dampaknya tidak terlalu besar.
3) Kekuatan putaran generator fluks aksial magnet permanen sangat berpengaruh pada keluaran yang dihasilkan. Sehingga apabila semakin kencang maka induksi yang terjadi pada rotor dan stator pun akan semakin besar dalam menghasilkan energi listrik.
4) Spesifikasi fisik dari generator fluks aksial magnet permanen yang telah dibuat masih belum optimal, sehingga hasilpun belum mencapai maksimal.
5) Baterai yang digunakan yaitu baterai Li-Ion Rechargable 4,2 V sebanyak 2 buah yang disusun secara seri.
6) Tipe penyusunan magnet rotor yang digunakan yaitu surface-mounted.
7) Variasi susunan kumparan pada penampang stator yaitu secara non-overlapping.
8) Penyearah yang digunakan pada tugas akhir kali ini tergolong pada penyearah tidak terkontrol (uncontrolled rectifier).
9) Keluaran yang dihasilkan generator fluks aksial magnet permanen yaitu tegangan sebesar 2,46 V (AC) serta hasil penyearahan menggunakan rangkaian AC-DC coverter menghasilkan tegangan sebesar 5,49 V (DC) serta arus sebesar 55,1 mA. Hasil tersebut belum mencapai spesifikasi yang diinginkan untuk siklus energi listrik tak terbatas, yaitu ±7 V (DC) dan arus ±1 A.
10) Keluaran baterai belum sesuai dengan yang masuk, sehingga dapat mengakibatkan drop pada baterai yang digunakan.
Adapun saran yang dapat dikembangkan untuk peningkatan kinerja alat kedepannya, yaitu :
1) Untuk menghasilkan energi listrik yang lebih besar, maka pengembangan yang harus dilakukan yaitu memperbanyak jumlah kumparan, memperbesar fluks magnet dan mempercepat putaran rotor, sehingga induksi yang terjadi semakin kuat dan semakin besar.
2) Untuk mengantisipasi drop baterai yang dikarenakan keluaran tidak sesuai dengan masukan, bisa dengan membangkitkan aliran listrik menggunakan rangkaian stap-up yang selanjutnya disesuaikan kembali agar sama dengan kebutuhan pengisian baterai.
3) Memperdalam pengetahuan tentang generator fluks aksial magnet permanen.
4) Harus menggunakan langkah-langkah yang sesuai, seperti penggunaan alat untuk pembuatan dan spesifikasi bahan pembuatan generator yang sesuai, agar hasil cukup optimal.
5) Harus sering konsultasi pada dosen pembimbing, agar diberikan arahan dan masukan yang sifatnya membangun, untuk hasil yang lebih baik.
daftar REFERENSI
[1] Dr. Suyitno M., M.Pd. 2011. Pembangkit Energi Listrik. Jakarta : Rikena Cipta.
[2] Chatra Hagusta Prisandi, 2011. Studi Desain Kumparan Stator Pada Generator Sinkron Magnet Permanen Fluks Aksial Tampa Inti Stator. Depok : Universitas Indonesia
[3] Dimas Waluyo jati., Karnoto., dan Tejo Sukmaidi. Perancangan Generator Fluks Aksial Putaran Rendah Magnet Permanenjenis Neodymium (NdFeB) Dengan Variasi Celah Udara. Semarang : Universitas Diponegoro.
[4] Maulana Akbar. 2012. Bangun Generator Turbin Angin Axial Tiga Fasa Untuk Kecepatan Angin Rendah. Depok : Universitas Indonesia.
[5] Arif Nurhadi., Ir. Tejo Sukmadi, ST., dan Karnoto. ST.MT. Perancangan Generator Putaran Rendah Magnet Permanen Jenis Fe Fluks Aksial.Universitas Diponegoro.
[6] Agus Nurtjahjomulyo. Rancang Bangun Generator Turbin Angin Tipe Aksial Kapasitas 200 Watt. Peneliti Bidang Konversi Energi Dirgantara, LAPAN.
[7] Owen Bishop. 2004. Dasar-Dasar Elektronika. Jakarta : Erlangga.
[8] Trevor Linsley. 2004. Instalasi Listrik Tingkat Lanjut. Jakarta : Erlangga.
[9] Bagus Setiaji., dan Drs. Moediyono. Sistem peringatan menggunakan sensor sentuh pada bracket LCD proyektor otomatis berbasis mikrokontroler AT89S51. Semarang : Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Semarang.
[10] Nurul Anwar. 2011. Pembuatan Magnet Permanen Nd2Fe14b Melalui Metode Mechanical Alloying. Jakarta : Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah.
