PERANCANGAN GENERATOR MAGNET PERMANEN TIGA PHASA DENGAN MODEL ROTOR IPM–ARC SHAPED
Satria Roki Putra U, Zuriman Anthony, YusreniWarmi, Andi Syofian, Anggun Anugrah
Prodi Teknik Elektro Sarjana, Fakultas Teknik, Institut Teknologi Padang Jl. Gajah Mada Jl. Kandis Raya, Kp. Olo, Kec. Nanggalo, Kota Padang, Sumatera Barat 25173
Email: 2017310013.satria@itp.ac.id
ABSTRAK
Tujuan dari penelitian perancangan Generator Magnet PermanenTiga Phasa Untuk Model Rotor IPM–ARC SHAPED adalah untuk mengetahui output Amplitude tegangan dan Frequency pada generator.Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah membuat proto type generator magnet permanent type ARC dengan menyusun magnet menjadi 8 kutub pada rotor mengikuti desain 12 kutub pada stator dengan soft iron pada rotor diganti Dengan pilot epoxy resin sebagai pengganti soft iron pada kedudukan magnet di rotor. Dari hasil pegujian diketahui tegangan keluaran generator pada kecepatan 500Rpm Amplitudonya 0,9 Volt dan Frequency nya 6,25Hz. Pada kecepatan 1000 Rpm Amplitudonya 1,8 Volt dan Frequency nya 12,5 Hz. Pada kecepatan 1500 Rpm Amplitudonya 2,7 Volt dan Frequency nya 18,75 Hz. Pada kecepatan 2000 Rpm Amplitudonya 3,6 Volt dan Frequency ny 25 Hz. Dapat dilihat dari hasil pengujian frekuensinya 48 Hz dan output dengan gelombang sinusoidal namun tapi tidak sempurna, hal ini disebabkan oleh bentuk dan ukuran magnet permanen yang digunakan terhadap toot-toot (gigi-gigi) stator.
- PENDAHULUAN
Elektromagnetik adalah sebuah kajian tentang bagaimana suatu arus listrik bias menghasilkan magnet dan juga sebaliknya, bagaimana magnet bias menghasilkan arus listrik. Dengan menggunakan prinsip elektromagnetik tersebut, maka munculah generator listrik yang pertama kali ditemukan oleh Michael Faraday pada tahun 1831(Rohmah et al.,2020) (Rohmah et al., 2020) (Fajar, 2017). Dimana suatu kumparan kawat akan teraliri listrik (terinduksi) arus listrik, ketika kumparan kawat-kawat tersebut melintasi medan magnet (Edition, 2005).
Generator saat ini dapat di kelompokkan atas 2 kelompok DC dan AC, Generator AC (Alternating Current) menghasilkan arus listrik yang mengalir secara bolak-balik (bergantian arah) dalam kumparan kawatnya dan DC (Direct Current) menghasilkan arus listrik yang mengalir dalam satu arah konstan melalui kumparan kawatnya (Indriani, 2015).
Generator AC dapat dikategorikan lagi menjadi 2 kategori; Sinkron dan Asinkron (induksi), generator merupakan generator serempak karena arus listrik yang dihasilkan oleh generator ini memiliki frekuensi dan fase yang serempak atau sesuai dengan sumber listrik yang digunakan untuk menggerakkannya sedangkan generator asinkron merupakan generator tidak serempak karena putaran rotornya tidak sama dengan putaran medan magnet pada stator(Sunarlik, 2017).
Generator sinkroon dan asinkron memiliki beberapa keunggulan, generator sinkron mampu menghasilkan arus listrik dengan frekuensi dan tegangan yang stabil dan juga dapat dijalankan secara parallel dengan generator lain atau jaringan listrik yang ada sedangkan generator asinkron pada umumnya tidak menggunakan brush karena prinsip kerja generator asinkron mengubah energi mekanik menjadi energy listrik dengan memanfaatkan interaksi antara medan magnet stator dan medan magnet yang dihasilkan oleh rotor yang berputar.
Dari uraian yang disampaikan sebelumnya, penulis akhirnya memilih judul.Perancangan generator magnet permanen tiga phasa dengan model rotor IPM-ARC shaped.
- METODE
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik kinerja generator magnet permanen tiga phasa dengan model rotor IPM ARC–SHAPED dengan adanya perubahan rotor generator magnet permanen dari bentuk magnet dan susunannya untuk meningkatkan prediksi kinerja dan efisiensi.
- HASIL DANPEMBAHASAN
3.1 Hasil pengujian pada kecepatan 500 Rpm
Dari pengujian yang telah dilakukan pada generator magnet permanent 3 phasa dengan model rotor IPM-ARC SHAPED. Pada pengujian pertama generator di putar dengan kecepatan 500 Rpm.
Gambar 3.1 Hasil Gelombang pada kecepatan 500 Rpm
Dapat dilihatdarihasilpengujianfrekuensinya 48 Hz dan output dengangelombang sinusoidal namuntapitidaksempurna, hal ini disebabkan oleh bentuk dan ukuran magnet permanen yang digunakanterhadap toot-toot (gigi-gigi) stator.
f= 6,2Hz
Amplitudo VAN=2,44V VAN=VBN=VCN Amplitudo VBN=2,44V
Amplitudo VCN=2,44V
Perhitungan;
K= 2π∙r
= 2π∙51cm
= 2π∙0,051m
= 2∙3,14∙0,051 = 0,32038m
Lebar kumaparan = 0,32028/8 kutub = 0,040035m
Tinggi kumparan = 4cm = 0,04m
A = L∙T
= 0,040035∙0,04
= 0,0016014 m2
Emf = 𝜔 ∙ 𝑁 ∙ � ∙ �
= 500∙48∙B∙0,0016014
= 38,4336∙B
= 0,1
= 25,6224∙0,1 = 2,56224V
Menentukan rpm putaran untuk menghasilkan frekuensi jala-jala 3 phasa sebesar 6,2 Hz maka dari persaman () rotor harus diputar pada kecepatan : rpm = (120∙50)/8 = 6.000 / 8 = 750 rpm. Sehingga generator harus diputar pada 500 rpm agar dihasilkan frekuensi keluaran sebesar 6,2 Hz.
3.2 Hasil pengujian pada kecepatan 1000 Rpm
Gambar 3.2 Hasil gelombang pada kecepatan 1000 Rpm
Frekuensi yang di hasilkan 12,5 Hz dan amplitude nya 1,8 Volt. f= 12,5Hz
Amplitudo VAN=5,20V VAN=VBN=VCN Amplitudo VBN=5,20V
Amplitudo VCN=5,20V
Perhitungan;
K= 2π∙r
= 2π∙51cm
= 2π∙0,051m
= 2∙3,14∙0,051 = 0,32038m
Lebar kumparan = 0,32028/12 kutub = 0,02669m
Tinggi kumparan = 4cm = 0,04m
A = L∙T
= 0,02669∙0,04
= 0,0010676 m2
Emf = 𝜔 ∙ 𝑁 ∙ � ∙ �
= 1000∙48∙B∙0,0010676
= 51,2448∙B
= 0,1
= 51,2448∙0,1 = 5,12448V
Menentukan rpm putaran untuk menghasilkan frekuensi jala-jala 3 phasa sebesar 50 Hz maka dari persaman (2.9) rotor harus diputar pada kecepatan :
rpm = (120∙100)/8 = 12.000 /8 = 1.000 rpm
Sehingga generator harus diputar pada 1.000 rpm agar dihasilkan frekuensi keluaran sebesar 100 Hz.
3.1 Hasil pengujian dengan kecepatan 1.500 Rpm
Pada pengujian ketiga generator diputar dengan kecepatan 1.500 Rpm
Gambar 3.3 Hasil gelombang pada kecepatan 1.500 Rpm
Frekuensi yang dihasilkan 18,75 Hz Tegangan yang dihasilkan dipengaruhi jumlah lilitan celah udara, frequensi, Rpm, dan kuat medan magnet pada rotor.
f= 18,75Hz
Amplitudo VAN=7,84V VAN=VBN=VCN Amplitudo VBN=7,84V
Amplitudo VCN=7,84V
Perhitungan;
K= 2π∙r
= 2π∙51cm
= 2π∙0,051m
= 2∙3,14∙0,051 = 0,32038m
Lebar kumparan = 0,32028/12 kutub = 0,02669m
Tinggi kumparan = 4cm = 0,04m
A = L∙T
= 0,02669∙0,04
= 0,0010676 m2
Emf = 𝜔 ∙ 𝑁 ∙ � ∙ �
= 1500∙48∙B∙0,0010676
= 76,8672∙B
= 0,1
= 76,86672∙0,1 = 7,68672V
Menentukan rpm putaran untuk menghasilkan frekuensi jala-jala 3 phasa sebesar 50 Hz maka dari persaman rotor harus diputar pada kecepatan :
rpm = (120∙150)/12 = 18.000 / 12 = 1.500 rpm
Sehingga generator harus diputar pada 1.500 rpm agar dihasilkan frekuensi keluaran sebesar 150 Hz.
3.2 Hasil pengujian dengan kecepatan 2.000 Rpm
Pada pengujian terakhir generator diputar dengan kecepatan 2.000 Rpm
Gambar 3.4 Hasil gelombang pada kecepatan 2.000 Rpm
Frekuensi yang dihasilkan 25 Hz f= 25Hz
Amplitudo VAN=10,4V VAN=VBN=VCN Amplitudo VBN=10,4V
Amplitudo VCN=10,4V
Perhitungan;
K= 2π∙r
= 2π∙51cm
= 2π∙0,051m
= 2∙3,14∙0,051 = 0,32038m
Lebar kumparan = 0,32028/12 kutub = 0,02669m
Tinggi kumparan = 4cm = 0,04m
A = L∙T
= 0,02669∙0,04
= 0,0010676 m2
Emf = 𝜔 ∙ 𝑁 ∙ � ∙ �
= 2000∙48∙B∙0,0010676
= 102,4896∙B
= 0,1
= 10,24896∙0,1 = 10,24896V
Menentukan rpm putaran untuk menghasilkan frekuensi jala-jala 3 phasa sebesar 50 Hz maka dari persaman () rotor harus diputar pada kecepatan :
rpm = (120∙200)/12 = 24.000 / 12 = 2.000 rpm
Sehingga generator harus diputar pada 2.000 rpm agar dihasilkan frekuensi keluaran sebesar200 Hz.
- Kesimpulan
Pada penelitian tentang studi Generator Magnet permanen Tiga phasa untuk model Rotor IPM- ARC SHAPED dengan kontruksi motor berbentuk ARC, torsi dan kecepatan motor dengan kecepatan awal pada putaran 500 RPM dan putaran 1000 Rpm, sampai keputaran maksimal 2.000 Rpm.
- Dari hasil pegujian diketahui tegangan keluaran generator pada kecepatan 500RpmnAmplitudonya 2,5 Volt dan Frequency nya 48Hz
Pada kecepatan 1000Rpm Amplitudonya 1,8 Volt dan Frequency nya 12,5Hz Pada kecepatan 1500Rpm Amplitudonya 2,7 Volt dan Frequency nya 18,75Hz Pada kecepatan 2000Rpm Amplitudonya 3,6 Volt dan Frequency ny 25Hz
- Dapatdilihatdari hasil pengujian frekuensinya 12,5 Hz dan output dengan gelombang sinusoidal namun tapi tidak dapat, hal ini disebabkan oleh magnet na 8 kutub dan stator 12 kutub.
- Kecepatanmaksimal hanya 2.000 Rpm yang mana harusnya kecepatan maksimalnya 3.000
Rpm, hal ini di karenakan untuk mengurangi resiko dalam pengujian mengingat masih ada rotor yang akan di uji untuk selanjutnya.
DAFTAR PUSTAKA
Edition, F. M. (2005). First Multicolour Edition Electrical. In System: Vol. I (Issue I).
Fajar, A. (2017). Rancang Bangun Generator Sinkron Axial Flux Permanent Magnet 1500 Watt.
Jurnal Teknik Energi, 5(33), 18–36.
Indriani, A. (2015). Analisis Pengaruh Variasi Jumlah Kutub dan Jarak Celah Magnet Rotor Terhadap Performan Generator Sinkron Fluks Radial. Electrician – Jurnal Rekayasa Dan Teknologi Elektro, 9(2), 62–71.
Manishe, M. I., Hasibuan, A., & Putri, R. (2021). Perancangan Radial Flux Permanent Magnet Synchronous Generator Sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Angin Menggunakan Finite Element Method (Fem). Jurnal Energi Elektrik, 9(2), 42. https://doi.org/10.29103/jee.v10i1.4895
Ramadhan, A., & Tamam, M. T. (2021). Perancangan Permanent Magnet Synchronous Generator Kapasitas 22 KVA Menggunakan Metode Finite Element Method. Jurnal Riset Rekayasa Elektro, 3(2), 83–90. https://doi.org/10.30595/jrre.v3i2.11516
Rohmah, A., Hadi, W., & Cahyadi, W. (2020). Rancang Bangun Generator Ac Konstruksi Axial Flux Satu Fasa Menggunakan Magnet Neodymium Silinder Dengan Kutub Berlawanan. Jurnal Arus Elektro Indonesia, 6(2), 33. https://doi.org/10.19184/jaei.v6i2.19654
Sunarlik, W. (2017). Prinsip Kerja Generator. Jurnal Pendidikan Teknik Mesin, 6.