6

## Rancang Bangun Generator Permanen Magnet Satu Fasa dengan Daya 50 Watt Tipe Fluks Aksial Dual Rotor

## Garindra Abdu 'Alimil Haqq

## Garindra97@gmail.com
Universitas Jember Triwahju Hardianto

## Triwahju.teknik@unej.ac.id
Universitas Jember Bambang Sujanarko

## sujanarko.teknik@unej.ac.id
Universitas Jember Abstrak
Generator  permanen  magnet  tipe  fluks  aksial  (GMPFA) mempunyai  manufaktur  sederhana  karena  hanya  rotor  dan stator  yang  sejajar  satu  sama  lain.  GMPFA  cocok  untuk penghasil  listrik  tenaga  angin  dikarenakan  memiliki  efisiensi yang  bagus  dalam  menghasilkan  energi  listrik  dan  juga  dapat mengurangi  kebisingan.  Magnet  permanen  yang  digunakan adalah  magnet Neodymium  Iron  Boron .  Jumlah slot dan pole untuk  desain  yang  dibuat  adalah  12 slot dan  24 pole generator menggunakan  kumparan  berukuran  0,15  mm  dan  0,4  mm dimana setiap  kumparan  pada  masing-  masing slot terdiri  dari 2000  lilitan  untuk  ukuran  0,15  mm  dan  untuk  ukuran  0.4  mm berjumlah  350.  Pengujian  pertama  untuk  mengukur  tahanan lampu  bohlam.  Variasi  beban  digunakan  pada  masing  masing kumparan adalah lampu bohlam sebesar 15, 25, 40, dan 75 Watt dengan penyetelan sekitar 1000 rpm pada setiap kumparan. Nilai yang  dihasilkan  pada  generator  saat  kondisi  0,15  mm  tanpa beban  mulai  dari  27,43  sampai  220  Volt  dengan  kondisi  lampu semakin  besar  lampu  akan  redup  dikarekan  berpacu  pada  rpm 1000. Saat kondisi 0,4 mm maka nilai yang didapat tanpa beban adalah  6  sampai  60  Volt  dengan  kondisi  berbeban  lampu  yang dihasilkan tidak terang hanya redup bahkan mati saat kondisi 40 watt dikarekan berpacu pada rpm 1000.
Kata Kunci —  Energi terbarukan, Generator, Fluk aksial, Dual rotor

## Abstract
The  axial  flux  type  permanent  magnet  (GMPFA)  generator  has simple  and  compact  manufacturing  as  only  the  rotor  and  stator are parallel to each other. GMPFA is very suitable for producing wind power because this type of generator has good efficiency in producing  electrical  energy  and  can  also  reduce  noise  in  the generator  itself.  The  permanent  magnets  used  are  Neodymium Iron  Boron  magnets.  The  number  of  slots  and  poles  for  the design  made  is  12  slots  and  24  pole  generators  use  a  coil measuring  0.15  mm  and  0.4  mm  where  each  coil  in  each  slot consists of 2000 turns for a size of 0.15 mm and for a size of 0.4 mm. totaling 350 turns. The first test is to measure the resistance of a bulb lamp. Variations in the load used on each coil are light bulbs  of  15  watts,  25  watts,  40  watts  and  75  watts  with  rpm settings  in  the  range  of  1000  rpm  on  each  coil.  The  resulting value in the generator at 0.15 mm at no load starts from 27.43 to 220 volts with the condition of the lamp the bigger the lamp will be  dim  because  it  is  racing  at  1000  rpm.  When  the  condition  is 0.4 mm, the value obtained without load is 6 volts. up to 60 volts
with  the  resulting  light  load  conditions  are  not  bright,  only  dim and even die when the 40 Watt condition is due to racing at 1000 rpm.
Keywords — Renewable  Energy,  Generators,  Axial  Flux,  Dual Rotors.

## I. PENDAHULUAN
Kebutuhan  energi  telah  menjadi  salah  satu  kebutuhan primer  atau  pokok  pada  hampir  seluruh  masyarakat  dunia. Tren  pertumbuhan  dan  kebutuhan  energi  juga  semakin meningkat setiap tahunnya. Ketergantungan terhadap kebutuhan energi juga tidak dapat terlepas dari peran serta alat elektronik  yang  digunakan  hampir  pada  seluruh  bidang  yang ada. Semakin banyaknya peralatan elektronik yang digunakan, maka  kebutuhan  untuk  menunjang  fungsi  pemakaian  alat elektronik juga semakin meningkat, yang dalam hal ini adalah kebutuhan energi.
Penggantian  energi  fosil  ke  energi  terbarukan  perlu dilakukan  karena  untuk  mengurangi  kerusakan  alam  yang serius. Energi terbarukan banyak macam nya mulai dari energi air  laut,  panas  bumi,  perubahan  konversi  suhu  ke  listrik,  air dan  angin.  Indonesia  memiliki  potensi  yang  baik  pada  energi angin  untuk  menghasilkan  energi  listrik  karena  memiliki kecepatan  yang  tidak  begitu  besar  (membahayakan),  namun ini  tidak di imbangi oleh tingginya efisiensi yang bagus pada generator untuk menghasilkan listrik tersebut. Sebagai sumber energi  listrik  alternatif  perlunya  pengembangan  terhadap generator, dimulai dari mendapatkan listrik dengan kecepatan rendah.  Oleh  karena  itu  perlu  pengembangan  generator  yang mampu menghasilkan tegangan dan frekuensi yang diperlukan pada putaran yang relatif rendah.
Generator  permanen  magnet  tipe  fluks  aksial  (GMPFA) mempunyai  manufaktur  sederhana  dan  ringkas  karena  hanya rotor dan stator yang sejajar satu sama lain dengan pengaturan airgap yang lebih  mudah untuk dapat menghasilakn tegangan pada  keluaran  generator,  karena  besaran  fluk  yang  melewati kumparan  akan  semakin  besar.  GMPFA  ini  sangat  cocok untuk  penghasil  listrik  tenaga  angin  dikarenakan  generator tipe  ini  memiliki  efisiensi  yang  bagus  dalam  menghasilkan energi  listrik  tersebut  dan  juga  dapat  mengurangi  kebisingan pada generator itu sendiri. Perancangan generator
menggunakan  magnet  permanen Neodymium  Iron  Boron karena  memiliki  kualitas  magnet  terbaik  diantara  magnet permanen lainnya.

## II. M ETODE P ENELITIAN
Pada  penelitian  ini  dilakukan  pembahasan  tentang perancangan  generator  permanen  magnet  fluk  aksial  dengan daya 50 Watt dua rotor.

## A. Perencanaan Rotor
Dalam  perancangan  generator  perlunya  ada  dimensi  dari keliling  rotor  yang  dihutuhkan  untuk  menunjang  dari pencapaian yang diinginkan seperti berikut
1. Perhitungan Jarak Antar Magnet T f = sin 25 0 . b Keterangan: T f = jarak antar magnet (cm) B   = panjang magnet (cm)
2. Perhitungan Keliling Rotor Kr = (T f . p) + (a.p) Keterangan: Kr  = keliling rotor (cm) T f = jarak antara magnet (cm)
a    = lebar magnet (cm)
p    = pole (jumlah magnet/ kutub rotor)
Setelah  didapatkan  nilai  dari  keliling  rotor  dengan perhitungan  di  atas  lalu  dapat  di  hitung  berapa  banyak  lilitan yang akan digunakan dengan rumus di bawah ini:
1. Kuat Magnet
B max = B r
Keterangan : B r = Kerapatan fluks (T) l m = Tinggi magnet (m) δ       = Lebar celah udara (m) B max = Fluks magnet maksimal (T)
2. Luas Magnet
A magn = P . l Keterangan A magn =  luasan magnet (m2)
P =  Panjang (Cm)
l =  Lebar (Cm)
3. Fluk Maksimum
Ø max = A magn × B max Keterangan : A magn = luasan magnet (m2) B max = Fluks magnet maksimal (T) Ø max = Fluks maksimum (Wb)
4. Tegangan Yang Dibangkitkan
E rms =4,44 . N. f . Ø max .
Keterangan. E rms = Tegangan Yang Di Bangkitkan (V) N      = Jumlah Lilitan (M) f = Frekuensi (Hz) Ø max = Fluks Maksimum (Wb)
N s = Jumlah Kumparan N ph = Jumlah Fasa
5. Daya Keluaran
P=V. I Keterangan : P  = Daya Yang Dihasilkan (Watt) V = Tegangan Yang Dikeluarkan (Volt)
TABEL I P ARAMETER S PESIFIKASI G ENERATOR Parameter Nilai Daya 50 watt Tegangan induksi 220 volt Fasa 1 Frekuensi 100 Hz Kecepatan 1000 rpm

## B. Diagram Blok Sistem Keseluruhan dan Desain Alat
Pada  Gambar  1  menunjukkan  perancangan  alat  yang  akan digunakan dan Gambar 2 merupakan blok diagram penelitian. Dari  Gambar  1  diketahui  bahwa  generator  mengunakan  dua rotor dan satu kumparan dengan penggerak oleh motor ac.
Gbr. 1 Desain Alat yang akan Diteliti
Gbr. 2 Blok Diagram Penelitian (1) (2) (3)
(4) (5)
Seperti yang dilihat pada Gambar 1, motor AC digunakan untuk memutar Generator Permanen Magnet berdisain Fluk
Aksial (GPMFA) 1 fasa untuk menghasilkan listrik. Pada Generator Permanen Magnet berdisain Fluk Aksial (GPMFA) 1 fasa menggunakan magnet Neodymium Iron Boron (NdFeB) berjumlah  2 buah pada rotor  dengan  28 buah magnet dan  12 buah kumparan pada stator . Pada Generator Magnet Permanen berdisain Fluk Aksial (GPMFA) 1 fasa ini menggunakan stator tunggal dan rotor ganda untuk menghasilkan listrik. Diharapkan listrik yang dihasilkan memiliki gelombang sinus yang baik.  Kemudian pada sistem akan dilakukan pengujian dengan beberapa variasi beban dengan parameter pengukuran berupa arus, tegangan dan kecepatan rotasi permenit (rpm) serta menampilkan bentuk gelombang sinus menggunakan osiloskop. Pada pengukuran arus dan tegangan menggunakan AVO meter serta kecepatan menggunakan Tachometer.

## III. H ASIL DAN PE MBAHASAN
Pada penelitian ini akan membahas mengenai percobaan yang telah dilakukan serta pengujian keseluruhan sistem yang dilanjutkan dengan menganalisa hasil data yang telah didapatkan pada perancangan Generator Permanent Magnet 1 Fasa tipe fluks aksial terlebih dahulu mendisain bentuk dari generator tersebut dengan dua rotor.
A. Perancangan Generator Permanen Magnet 1 Fasa Tipe Fluks Aksial
Pada perancangan ini dilakukan untuk mengetahui nilai jumlah lilitan yang akan digunakan pada generator tersebut. Fluk maksimum pada ukuran 0.15 mm A mag = 3 . 1 = 0,03 m 2
B mag = 0,01393 .
= 0,006965 T Ø max = A magn × B max = 0,03 x 0,006965 T = 0,000020895 T Fluk maksimum pada ukuran 0.4 mm
B mag = 0,01884 .
= 0,010467 T Ø max = A magn × B max = 0,03 x 0,010467 T = 0,0000314 T Lalu  mencari  nilai  lilitan  yang  digunkan  Saat  mengunakan kawat email 0.15 mm 220 =4,44.100. Nr .0,000020895.12 220  = 0,11132856.Nr Nr    = 220/0,11132856 Nr   = 1976,13 lilitan Saat mengunakan kawat email 0.4 mm 60 = 4,44 . 100 .Nr. 0,0000314.12 60   = 0,1672992.Nr Nr   = 60/0,1672992
Nr   = 358,6 lilitan
Dari  data  yang  didapat  maka  spesifikasi  generator  dapat diketahui berdasarkan Tabel 2 dan 3
TABEL II D ATA S PESIFIKASI G ENERATOR Parameter Lambang Nilai Kerapatan Fluks Magnet Br 0,01393 T 0,01884 T Dimensi Magnet: a. Panjang Magnet P 3 Cm b.  Tinggi Magnet T 0.5 Cm c. Lebar Magnet L 1 Cm Jumlah Magnet Nm 24 Jumlah Kumparan Ns 12 Jumlah Fasa Nph 1 Jumlah Lilitan N 2000 350
TABEL III D ATA D IMENSI
Dimensi generator Nilai pengukuran Radius Inner (SR i ) 50 mm Radius Outer (SR o ) 80 mm Radius Inner (SR i ) Stator 30 mm Radius Outer (SR o ) Stator 80 mm Radius Keseluruhan Rotor 90 mm Celah Udara ( air gap ) 5 mm Tebal Rotor (dc) 5 mm

## B. Pengujian Nilai Tahan Lampu Bohlam
Pengujian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui  nilai  tahanan yang di gunakan pada setiap lampu yang digunakan (Tabel 4).
TABEL IV D ATA P ENGUJIAN N ILAI T AHAN L AMPU B OHLAM Nilai Daya Lampu Bohlam Nilai Resistansi Lampu 15 watt 274,5 Ω 25 watt 152,3 Ω 40 watt 98,5 Ω
Dari data yang ada diketahui bahwa semkin besar nilai daya lampu  maka  sekamin  besar  nilai  tahanan  yang  didapatkan (Gambar 3).
Gbr. 3 Grafik Resistansi Lampu

## C. Pengujian Generator tanpa Beban Kawat Email 0.15 mm
Data ini didapatkan dengan pengunaan tanpa beban dengan variasi rpm yang ditunjukkan pada Tabel 5.
TABEL V D ATA P ENGUJIAN N ILAI T EGANGAN KA WAT 0.15 MM Kecepatan (RPM) Tegangan (Volt) 100 27.43 250 53.5 500 108.3 750 161,2 1000 220
Dari  data  yang  ada  di  ketahui  bahwa  nilai  tegangan megikuti nilai RPM yang semakin meningkat (Gambar 4).
Gbr. 4 Grafik Nilai Tegangan dengan Variasi RPM

## D. Pengujian Keluaran Tegangan dengan Kawat 0.15 mm
TABEL VI D ATA P ENGUJIAN N ILAI T EGANGAN KA WAT 0.15 MM Kecepatan (RPM) lampu (Watt) Tegangan (Volt) Arus (Ampere) Daya (watt) 1000 15 116.4 0.08 9.31 1000 25 61.16 0.08 4.89 1000 40 32.08 0.08 2.57
Dari data yang didapat dengan RPM yang sama didapatkan nyala  lampu  yang  semakin  redup  dikarenakan  tegangan  yang di hasilkan tidak sampai 220 volt (Tabel 6).

## E. Pengujian Generator tanpa Beban Kawat Email 0.4 mm
TABEL VII D ATA P ENGUJIAN T ANPA B EBAN DENGAN K ABEL 0,4 MM Kecepatan (RPM) Tegangan (Volt) 100 6 250 15 500 31 750 46 1000 60
Dari  data  Tabel  7  memiliki  perbandingan  yang  sama dengan  kawat  email  0,4  mm  yaitu  saat  RPM  naik  maka  nilai tegengan juga naik (Gambar 5).
Gbr. 5 Pengujian Tanpa Beban dengan Kabel 0,4 mm
F. Pengujian Keluaran Tegangan dan Arus Kawat Email 0,4 mm
TABEL VIII
D ATA N ILAI YANG D IHASILKAN OLEH G ENERATOR DENGAN B EBAN Kecepatan (RPM) lampu (Watt) Tegangan (Volt) Arus (Ampere) Daya (watt) 1000 15 60 0,03 1,8 1000 25 62 0,04 2,48 1000 40 58 0,06 3,48
Dari data (Tabel 8) yang didapat dengan RPM yang sama didapatkan  nyala  lampu  yang  semakin  tidak  menyala dikarenakan tegangan yang di hasilkan tidak sampai 220 Volt yaitu hanya sampai 60 Volt dengan RPM yang sama.

## G. Hasil  Osiloskop  yang  Didapat  tanpa  Beban  Kawat  Email 0,15 mm
TABEL IX D ATA N ILAI YANG D IHASILKAN OLEH G ENERATOR DENGAN B EBAN Kecepatan (RPM)
Bentuk gelombang 100 250
750
1000
Seperti  yang  sudah  dijelaskan  sebelumnya  bahwa  nilai frekuensi  didapat  dari  hasil  putar  generator  samakin  tinggi RPM yang di hasilkan maka nilai frekuensi juga akan semakin besar  sehingga  ini  berbanding  lurus  antara  RPM  dan frekuensi.
Pada  gambar  keluaran  tanpa  beban  dengan  kawat  email 0.15  (Tabel  9)  didapatkan  bahwa  bentuk  gelombang  pada osiloskop  dengan  volt/div  yang  di  atur  sebesar  4-6  kotak  ini berbeda dikarenakan semakin besar nilai rpm yang di uji maka bentuk gelombang juga besar dan nilai ini juga mempengaruhi dari  nilai  perhitungan  frekuensi  yang  dihasilkan  oleh gelombang dengan perbedaan rpm.

## H. Hasil Pengujian Berbeban dengan Kabel o.15 mm
TABEL X D ATA H ASIL O SILOSKOP PADA K AWAT 0,15 MM DENGAN M ENGGUNAKAN
B EBAN Rating baban lampu watt
Bentuk gelombang
15 25 40
Pada  gambar keluaran  berbeban  dengan  kawat  email  0.15 (Tabel  10)  didapatkan  bahwa  bentuk  gelombang  pada osiloskop  dengan  volt/div  yang  di  atur  sebesar  3-4  kotak,  ini berbeda  dikarenakan  semakin  besar  nilai  beban  yang digunakan  diperlukan  perubahan  rpm  yang  mana  untuk menghasilkan pada kondisi rpm 1000.
I. Hasil  Pengujian  Keluaran  Tanpa  Beban  denga  Kabel Email 0,4 mm
TABEL XI D ATA H ASIL O SILOSKOP PADA K AWAT 0,15 MM DENGAN M ENGGUNAKAN B EBAN Kecepatan (RPM) Bentuk gelombang 100 250 500 750 1000
Pada gambar keluaran tanpa beban dengan kawat email 0.4 (Tabel  11)  didapatkan  bahwa  bentuk  gelombang  pada osiloskop  dengan  volt/div  yang  di  atur  sebesar  3-4  kotak  ini berbeda dikarenakan semakin besar nilai rpm yang di uji maka bentuk gelombang juga besar dan nilai ini juga mempengaruhi dari  nilai  perhitungan  frekuensi  yang  dihasilkan  oleh gelombang  dengan  perbedaan  rpm  namun  nilai  ini  berbeda saat kondisi kawat email 0,15 dikarenakan dari perhitungan ini juga  dapat  menghitung  tegangan  yang  dihasilkan  oleh generator tersebut.
J. Hasil Pengujian Keluaran Berbeban dengan Kabel Email 0,4 mm

## TABEL XII
D ATA K ELUARAN B ERBEBAN DENGAN K ABEL E MAIL 0,4 MM
baban lampu watt
Bentuk gelombang 15
25 40
Pada  gambar  keluaran  berbeban  dengan  kawat  email  0.15 (Tabel  12)  didapatkan  bahwa  bentuk  gelombang  pada osiloskop  dengan  volt/div  yang  di  atur  sebesar  4  kotak,  ini berbeda  dikarenakan  semakin  besar  nilai  beban  yang digunakan  diperlukan  perubahan  rpm  yang  mana  untuk menghasilkan  pada  kondisi  rpm  1000  dan  bentuk  gelombang ini  dihasilkan  dengan  kotak  yang  lebih  kecil  dikarenakan tegangan yang di hasilkan oleh kawat email ini adalah sebasar 60  volt  sehingga  gelombang  yang  di  hasilkan  oleh  osiloskop kecil.

## IV. KESIMPULAN (PENUTUP)
Dari  hasil  pengujian  yang  telah  dilakukan  pada  rancang bangun  generator  tersebut  maka  dapat  di  ambil  kesimpulan bahwa:
1. Penelitian ini berjudul tentang rancang bangun generator permanen  magnet  1  fasa  tipe  fluk  aksial  dua  rotor keluaran  hasil  tegangan  sebesar  220  Volt  tanpa  beban. Jumlah slot dan pole untuk desain yang dibuat adalah 12 slot dan 24 pole. Setiap kumparan pada masing- masing slot terdiri dari 2000 lilitan dengan diameter kawat  0,15 mm  dan  untuk  kumparan  yang  satunya  mengunkan masing-  masing slot terdiri  dari  300  lilitan  dengan diameter kawat 0,4 mm.
2. Penggunaan  lilitan  yang  semakin  banyak  dapat mempengaruhi  nilai  besaran  tegangan  yang  keluar  pada generator  dengan  kondisi  tanpa  beban,  namun  semakin
besar  diameter  kawat  email  yang  digunakan  maka  akan semakin  besar  pula  nilai  arus  yang  dihasilkan  ini dibuktikan  dari  perhitungan  nilai  E rms sehingga  nilai tegangan  ditentukan  dari  semakin  banyak  lilitan  yang digunakan.
3. Pada  pengujian  generator  permanen  mangnet  dengan tanpa  beban  menghasilkan  tegangan  semakin  besar seiring  semakin  besar  nilai  kecepatan  generator.  Pada saat  penambahan  variasi  beban  didapatkan  hasil pengujian  semakin  besar  nilai  kecepatan  putaran generator maka tegangan, arus dan daya yang dihasilkan semakin besar.

## R EFERENSI
[1] Abdillah  Wijaya, ardhians. dkk.,2016. Perancangan  Generator Magnet Permanen  dengan  Arah  Fluks  Aksial  untuk  Aplikasi  Pembangkit Listrik. Bandung: Institut Teknologi Nasional Bandung
[2] Budiman  A.  dkk.  2012.  Desain  generator  magnet  permanen  untuk sepeda listrik. Surakarta: Universitas Surakarta.
[3] Chapman,  S.J.,  2002,  Electric  Machinery  and  power  system Fundamentals international edition, McGraw-Hill Companies, Amerika
[4] Hendershoot,  J.R & Miller, T., 1994,  Design  of  Brushless  Permanent- Magnet  Motor,  Magna  Physics  Publishing  and  Clarendon  Press, Oxford.
[5] Pasca  Atmojo,  Andre.  2011.  Analisis  unjuk  kerja  rancang  bangun generator axial cakram tunggal sebagai pembangkit turbin angina poros vertical tipe savonius. Jakarta Universitas Indonesia
[6] Pradipta  dkk.  2015.  Pengereman  Dinamis  Konvensional  Pada  Motor Induksi Tiga Fasa. Semarang: Universitas Dipenogoro.
[7] Prasetijo,  Hari.dkk.  2012.  Generator  Magnet  Permanen  Sebagai Pembangkit  Listrik  Putaran  Rendah.  Purwokerto  Universitas  Jenderal Soedirman
[8] Soehada  S,  Ach Maulana.  2017.  Efek  air gap  rancang  bangun  dan  uji performa  generator  listrik  fluks  aksial  berbasis  magnet  permanen NdFeB, Tanggerang Selatan: Universitas Pamulang.
[9] Sofian, Edy. 2011. Studi bentuk rotor magnet permanen pada generator sinkron  magnet  permanen  fluks  aksial  inti  stator.  Jakarta:  Universitas Indonesia
[10] Umami M. I. dkk,. 2017. Desain Generator Sinkron Magnet Permanen Jenis  Neodymium  Iron  Boron  Untuk  PLTB  Daya  500  Watt Menggunakan  Perangkat  Lunak  MagNet  Infolytica.  Mataram: Universitas Mataram.
[11] Gieras J.F.2002. Axial flux permanent magnet brushless machines, 2nd edition, Springer-Verlag.
[12] Wijaya,  F.  Danang.  2014.  Perancangan  Generator  Magnet  Permanen Fluks Aksial Putaran Rendah. Yogyakarta. Universitas Gajah Mada.
[13] Rambey, M. Faiz. 2017. Deskripsi Singkat Kurva Histerisis. [online]. https://medium.com/@m.faizrambey/deskripsi-singkat-kurva-histerisis- 4543360d287c (diakses 27 desember 2017)