## Analisis Generator Sinkron Permanen Magnet (PMSG) Tipe Radial 3 Fasa dengan Hubungan Kumparan Delta

## Rohana Ayu Mustikasari
rohanaayuu@gmail.com
Universitas Jember Triwahju Hardianto Triwahju.teknik@unej.ac.id Universitas Jember Widyono Hadi widyono@unej.ac.id Universitas Jember Abstrak
Generator  merupakan  mesin  listrik  yang  dapat  menghasilkan energi  listrik  dengan  cara  mengubah  energi  mekanik  menjadi energi  listrik.  Generator  permanen  magnet  tipe  radial  sendiri mampu  menghasilkan  energi  listrik  pada  putaran  rendah, generator  permanen  magnet  (PMSG)  merupakan  generator sinkron  yang  menggunakan  magnet  permanen.  Magnet  yang digunakan  adalah Neodymium  iron  boron . Hubungan kumparan  yang  digunakan  ketika  pengambilan  data  dengan menggunakan  hubungan  kumparan  delta.  Hubung  kumparan ini  memiliki  kelebihan  dapat  digunakan  pada  generator kapasitas rendah sehingga dapat diketahui tegangan keluarannya. Hasil yang didapatkan dari analisis data ini yaitu, daya  dan  efisiensi  generator  menunjukkan  bahwa  semakin besar  beban  yang  di  berikan  maka  dayanya  semakin  besar, sedangkan  efisiensinya  semakin  kecil.  Kecepatan  putar  yang didapatkan  generator  berpengaruh  pada  gelombangkeluaran pada osiloskop. Semakin besar rpm maka gelombang osiloskop semakin besar.
Kata  Kunci — Generator,  Fluks  Radial,  Hubung  Kumparan Delta.

## Abstract
Generator  is  an  electrical  machine  that  can  produce  electrical energy by converting mechanical energy into electrical energy. The radial type permanent magnet generator itself is capable of producing  electrical  energy  at  low  rotations,  the  permanent magnet  generator  (PMSG)  is  a  syncrhronous  generator  that uses  permanent  magnets.  The  magnet  used  is neodymium  iron boron. The  coil  connection  used  when  data  collection  has  the advantage that is can be used in low capacity generators so that the  output  voltage  can  be  known.  The  results  obtainer  from this  data  analysis,  namely,  the  power  and  efficiency  of  the generator  indicate  that  the  greater  the  load  given,  the  greater the power, while the efficiency is getting smaller. The rotational speed obtained by the generator affects the output wave on the oscilloscope.  The  higher  the  rpm,  the  bigger  the  oscilloscope waveform.
Keywords — Generator, Radial Fluks, Delta Coil Connection.

## I. PENDAHULUAN
Generator merupakan komponen penting dalam pembangkit  energi  listrik.  Generator  berfungsi  untuk menghasilkan  energi  listrik  dari  energi  mekanik  yang memutarnya.  Generator  permanen  magnet  merupakan  salah satu  pengembangan  dalam  teknologi  kelistrikan  yang diciptakan  guna  meningkatkan  efisiensi  penggunaan  serta fungsinya. Generator jenis ini menggunakan magnet permanen pada  rotor  untuk  menghasilkan  medan  magnet  utama. Terdapat  dua  jenis  generator dalam arah fluks medan  magnet yaitu  radial  dan  axsial[1].  Jenis  radial  biasanya  digunakan pada  generator  konvensional.  Sedangkan  axsial  digunakan pada jenis generator magnet permanen.
Generator gerak linier merupakan mesin listrik yang dapat menghasilkan  energi  listrik  dengan  mengkonversikannya  dari generator  linier.  Keunggulan  generator  linier  adalah pemanfaatan  gerakan  yang  dapat  langsung  menggunakan gerakan  kinetik  yang  bergerak  secara  linier  tanpa  melalui energi  mekaniknya.  Generator  jenis  ini  terus  dikembangkan dengan  berbagai  variasi  agar  didapat  tingkat  efisiensi  yang baik sesuai dengan sumber penggeraknya.
Penelitian  ini  difokuskan  untuk  menganalisis  generator permanen  magnet  permanen  (PMSG)  dengan  menggunakan hubungan kumparan delta untuk mendapatkan hasil tegangan, daya  dan  efisiensi  yang  baik.  Dalam  menyelesaiakan penelitian  ini  maka  dibuat  rancangan  generator  tipe radial , menggunakan  8  magnet  permanen Neodymium dengan  tebal magnet 3 mm, menggunakan 12 coil.

## II. M ETODE P ENELITIAN
Pada  penelitian  ini  dilakukan  pembahasan  tentang  analisis generator  permanen  magnet  fluks  radial  dengan  hubungan kumparan  delta.  Hasil  yang  akan  didapatkan  berupa  arus, tegangan,  daya  serta  efisiensi  dari  generator  yang  diberikan beban resistor sebesar 2200, 1100,733.33, 550dan 440 Ohm.

## A. Generator Sinkron Permanen Magnet
Pada  prinsipnya  generator  sinkron  merupakan  mesin sinkron  yang  digunakan  sebagai  generator  arus  bolak  balik ( alternating  current  generators) .  Tipe  dari  generator  sinkron
yaitu rotating-armature  type  dan  rotating  field  type. Dalam penelitian  ini  generator  yang  digunakan  tipe  kedua  atau rotating-field type  yang  dimana  pada  tipe  ini  kumparan  atau belitan armatur atau terminal ada di stator dan medan gaya ada di rotor.
Dalam  generator  dua  komponen  penting  yaitu    stator (bagian  yang  diam)  dan  rotor  (bagian  yang  bergerak).  Pada generator  permanen  magnet,  stator  merupakan  kumparan medan,  yang  tersusun  dari  beberapa  kumparan  kawat  (coil) email[1].
Hubungan  kumparan  untuk    mendapatkan    tegangan keluaran  generator  3  fasa  dibedakan  menjadi  dua  yaitu, hubungan  kumparan  bintang  dan  hubungan  kumparan delta[2].  Pada  jenis  hubungan  kumparan  delta,  pangkal  dan ujung  masing-masing  kumparan  fasa  saling  berhubungan. Ujung  kumparan  fasa  U  dengan  pangkal  kumparan  fasa  V, ujung  kumparan  fasa  V  dengan  pangkal  kumparan  fasa  W, ujung  kumparan  W  dengan  pangkal  kmparan  fasa  U.  seperti pada  Gambar  1,  yaitu  rangkaian  hubungan  hubungan kumparan  delta  yang  digunakan  untuk  menganalisis  output generator.
Gbr.1 Hubungan kumparan delta

## B. Prinsip Kerja Generator
Generator  sinkron  bekerja  berdasarkan  prinsip  kumparan medan  dan  penggerak  ( prime  over) yang  terkopel  ke  rotor sehingga  rotor  berputar  pada  kecepatan  nominalnya[3]. Kecepatan putar dan beberapa parameter lain dapat cari sesuai dengan persamaan 1 dan persamaan berikut ini.
1. Kecepatan putar (rpm)
Untuk  mencari  kecepatanputar  generator  yang  berputar maka dapat dirumuskan
Dimana :
:Kecepatan putar (rpm)
:Frekuensi (Hz) :Jumlah kutub
2. Tegangan yang Dibangkitkan
= 4.44 ×   ×   × (2)
Dimana :
=Tegangan yang dibangkitkan(V) =Jumlah lilitan (M)
=Frekuensi(Hz) =Fluks maksimum (Wb) =Jumlah kumparan

## 3. Fluks maksimum
= (3) Dimana : =Luas magnet(m2) =Fluks magnet maksimum(T)
=Fluks maksimum (Wb)
4. Luas area magnet
Dimana : =Radius luar magnet(m)
=Radius dalam magnet(m) =Jarak antar magnet(m) =Jumlah magnet
5. Kuat magnet
Dimana : =Kerapatan fluks (T)
=Tinggi magnet (m)
=Lebar celah udara (m)
= Fluks magnet maksimum (T)
6. Daya output =   × (6) Dimana : =Daya aktif (watt) =Tegangan (V) =Arus (A) 7. Daya input
= (7)
Dimana :
= Daya masukan
= Arus masukan
= Tegangan masukan
8. Efisiensi
Dimana : = Efisiensi = Daya  keluaran = Daya masukan

## C. Diagram Blok dan Desain Alat
Berikut  ini  merupakan  diagram  alir  pelaksanaan  penelitian serta  blog  diagram  perancangan  sistem  untuk  melakukan analisis.
(a) III. S TYLE H ALAMAN
(b)
Gbr.2 (a)Diagram Alir Kegiatan (b) Blog Diagram Sistem
(a) (b) (c)
Gbr.3 (a) Penggabungan Generator (b) Stator (c) Rotor [1]
Gambar  2(a)  merupakan  diagram  alir  analisis  generator sinkron  dengan  menggunakan  hubungan  kumparan  delta, sedangkan gambar 2(b) merupakan blog diagram system yang dimana  dynamo  motor  berperan  sebagai  penggerak  alat  atau prime over untuk melakukan analisis generator.
Pada  generator  AC  sinkron  permanen  ini  menggunakan delapan  magnet  permanen.  Generator  ini  dirancang  dapat bergerak  dengan  cara  dikopel  oleh  dynamo  motor  merk national. Berikut ini merupakan gambar desain generator.
Keterangan :
1. Kumparan
2. Magnet kutub U
3. Magnet kutub S
4. Poros
Gambar 3(a) adalah gambar generator full generator dengan stator  dan  rotor.  Gambar  3(b)  adalah  gambar  stator  sebelum digabungkan  dengan  rotor  generator.  Gambar  3(c)  adalah rotor  generator  yang  belum  digabungkan  dengan  stator generator

## III. H ASIL DAN P EMBAHASAN
Pada  penelitian  ini  akan  membahas  mengenai  percobaan yang telah dilakukan serta pengujian keseluruhan system yang dilanjutkan dengan analisis hasil data sesuai hubung kumparan delta yang didapat pada Generator Permanen Magnet (PMSG) tipe radila 3 dengan membuat generatornya terlebih dahulu.

## A. Perancangan Generator Sinkron Permanen Magnet Tiga Fasa
Perancangan  alat  ini  dilakukan  untuk  mengetahui  output dari  generator  yang  akan  di  analisis.  Dalam  penelitian  ini generator  yang  dibuat  menggunakan  kawat  email  0.3  mm. jumlah  kumparan  yang  dibuat  yaitu  12  buah  dengan  masing- masing  kumparan  terdiri  dari  840  lilitan.  Sedangkan  rotonya menggunakan 8 buah magnet. Dari rancangan generator yang telah dibuat didapatkan spesifikasi generator seperti pada table 1.  Dimensi  generator  sinkron  permanen  yang  telah  dibuat dapat dilihat pada tabel 2.
TABEL I DATA SPESIFIKASI GENERATOR Parameter Lambang Nilai Kerapatan Fluks Magnet Br 1.4T Diameter Magnet D 18 mm Tinggi Magnet T 3 mm Jumlah Magnet Nm 8 Jumlah Kumparan Ns 8 Jumlah Fasa Nph 3 Jumlaha Lilitan N 840 TABEL II DATA DIMENSI Dimensi Nilai Radius Stator Inner(SRi) 106 mm Radius Stator Outer (SRo) 220 mm Radius Rotor Inner (RRi) 10 mm Radius Rotor Outer (RRo) 103 mm Tebal Generator (L_stk) 18 mm Lebar Coil (Coil Span) 15 Derajat Jarak Antar Slot(Slot Pitch) 30 Derajat

## B. Pengujian Arus
Pengujian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui  seberapa  besar arus keluaran generator dengan tegangan konstan 4,8 dan 12V serta menggunakan beban resistor sebesar 2200, 1100, 733.33, 550 dan 440 Ohm.
Dari data yang telah didapatkan dapat diketahui bahwa arus mengikuti  besar  resitansi  beban  seperti  yang  terdapat  pada gambar 4.
TABEL III DATA PENGUJIAN ARUS Beban Tegangan Keluaran Arus 2200 Ω 4.009 0.01839 1100 Ω 4.009 0.03594 733.33 4.051 0.05329 550 4.053 0.07128 440 4.079 0.09114
Gbr.4 Grafik Nilai Resistansi Beban Terhadap Arus pada Tegangan Tetap
4V TABEL IV DATA PENGUJIAN ARUS Beban Tegangan Keluaran Arus 2200 Ω 8.038 0.003651 1100 Ω 8.029 0.00729 733.33 8.06 0.010885 550 8.046 0.014331 440 8.055 0.017909
Dari data yang telah didapatkan dapat diketahui bahwa arus mengikuti besar resitansi beban seperti pada gambar 5.
Gbr.5 Grafik Nilai Resistansi Beban Terhadap Arus pada Tegangan Tetap

## 8V
Dari data yang telah didapatkan dapat diketahui bahwa arus mengikuti besar resitansi beban seperti pada gambar 6.
TABEL V DATA PENGUJIAN ARUS Beban Tegangan Keluaran Arus 2200 Ω 12.06 0.005481 1100 Ω 12.561 0.010959 733.33 12.041 0.016297 550 12.039 0.02192 440 12.013 0.02729

## Gbr.6 Grafik Nilai Resistansi Beban Terhadap Arus pada Tegangan Tetap
12V

## C. Hasil Daya Keluaran dan Efisiensi
Dari  data  table  4  yang  didapatkan  dengan  perhitungan menggunakan rumus seperti pada persamaan (6) dan (7) maka hasilnya seperti table 4. Daya dan efisiesnsi yang dikeluarkan kecil  karena  pengaruh  dari  bahan  rotor  serta  pengaruh  dari ukuran  kawat  email.  Table  6  merupakan  hasil  daya  dan efisiensi  pada  tegangan  tetap  4V  dengan  menggunakan hubungan delta.

## TABEL VI DATA NILAI DAYA DAN EFISIENSI YANG DIHASILKAN
GENERATOR Beban Daya Keluaran Efisiensi 2200 Ω 3.973 0.412 1100 Ω 0.135 0.494 733.33 0.201 1.146 550 0.262 1.46 440 0.318 1.756 Beban Gelombang padaTegangan Konstan 4V 8V 12V
2200 1100 733.33
550 440
Nilai  frekuensi  didapatkan  dari  hasil  putaran  generator, semakin  tinggi  rpm  maka  nilai  frekuensinya  juga  akan semakin  besar,  sehingga  hal  ini  berbanding  lurus  antar  rpm dan frekuensi.
Pada gambar table 7 didapatkan gelombang pada osiloskop volt/div  yang  diatur  sebesar  5-6  kotak  ini  berbeda  karena semakin  besar  nilai  rpm  yang  diuji  maka  bentuk gelombangnya  juga  lebih  besar,  nilai  ini  juga  mempengaruhi dari  nilai  perhitungan  frekuensi  yang  dihasilkan  oleh gelombang dengan perbedaan rpm.
IV. KESIMPULAN (PENUTUP)
Dari  hasil  pengujian  yang  telah  dilakukan  pada  analisis generator tersebut maka dapat diambil kesimpulan bahwa:
1. Penelitian  ini  berjudul  analisis  generator  permanen magnet (PMSG) tipe radial tiga fasa dengan hubungan kumparan  delta,  dengan  beban  resistor  sebesar  2200, 1100, 733.33, 550 dan 440 Ohm.
2. Pada  pengujian  generator  dengan  hubungan  kumparan delta  didapatkan  arus  keluaran  dengan  tegangan konstan 4V lebih besar dibandingkan dengan tegangan konstan  8V  atau  12  V.  Hasil  daya  dan  efisiensi generator  menunjukkan  bahwa  semakin  besar  beban yang  di  berikan  maka  dayanya  semakin  besar, sedangkan  efisiensinya  semakin  kecil.  Daya  terbesar yaitu sebesar 3.973 W sedangkan efisiensi tertingginya
1.756 %.
3. Kecepatan putar yang didapatkan generator
berpengaruh  pada  gelombangkeluaran  pada  osiloskop. Semakin  besar  rpm  maka  gelombang  osiloskop semakin besar.
R EFERENSI
[1] Elbi,  Fitra,  2019,  Rancang  Bangun  Generator  Sinkron  Permanen Magnet (PMSG) Tipe Radial 3 Fasa, Universitas Jember.
[2] Prasetijo,  H.,  Ropiudin  dan  Darmawan,  B.,  2012,  “Generator  Magnet Permanen Sebagai Pembangkit Listrik Putaran Rendah,” ISSN., vol.8.2, 1858-3075, Agt. 2012.
[3] Perawati,  2017,  “Karakteristik  Generator  Sinkron  yang  Berbeban  dan Tidak Konstan,” Jurnal .vol.2.no.2, Des. 2017
[4] Khennas, Smail 2001. PMG Contruction Manual. England
[5] Rizky,  H.,  2018,  “Desain  Generator  Permanen  Magnet  500  watt sebagai Pembangkit Listrik Tenaga Angin”,Skripsi,UNILA.
[6] Chapman,  S.J.,  2002,  Electric  Machinery  and  Power  system Fundamentals international edition, McGraw-Hill Companies, Amerika.
[7] Hari.  Dkk.  2012. Generator  Magnet  Permanen  Sebagai  Pembangkit Listrik Putaran Rendah. Purwokerto.