## Jurnal Asiimetrik: Jurnal Ilmiah Rekayasa Dan Inovasi
Terakreditasi “ Peringkat 4” oleh Kemenristek/BRIN, Nomor SK: 200/M/KPT/2020 Volume 3 Nomor 2 Tahun 2021, Juli 2021, Halaman 131-142.
Website : http://journal.univpancasila.ac.id/index.php/asiimetrik/
Perancangan Permanent Magnet Synchronous Generator Sultan

## Wind Turbine V-5

## Sultan Wind Turbine V-5 Permanent Magnet Synchronous Generator Design
Muhammad Irfan, Erwin Erwin * dan Slamet Wiyono
Laboratorium Rekayasa Energi Baru Terbarukan, Fakultas Teknik, Universitas Sultan Ageng Tirtayasa, Cilegon, Indonesia

## Informasi artikel
Diterima:
06/04/2021 Direvisi: 17/06/2021 Disetujui: 28/06/2021

## Abstract
Wind is an inexhaustible source of energy so that the use of wind energy change systems will have  a  positive  impact  on  the  environment.  Sultan  Wind  Turbine  is  a  vertical  axis  wind turbine called the Vertical Axis Wind Turbine (VAWT). Synchronous generator is a machine that  converts  mechanical  energy  into  electrical  energy.  Permanent  magnet  synchronous generator (PMSG) is a generator that uses permanent magnets to generate an air gap field instead  of  using  an  electromagnet.  The  purpose  of  this  study  is  to  design  a  100  W  PMSG generator for Sultan Wind Turbine using the MagNet infolytica software, then the results of looking  for  simulations  at  various  speeds  and  various  loads,  after  that  to  determine  the value  of  the  output  power  and  efficiency  at  each  loading  and  RPM.  The  design  of  this generator  is  the  first  design  that  is  adapted  to  previous  research  where  this  design  will optimize the simulation of previous designs that were applied to the Sultan Wind Turbine v-5. A method for designing a permanent magnet synchronous generator simulation of the sultan  wind  turbine  which  will  be  tested  in  developing  its  performance  using  the  J.R. Handershot. In this design using MagNet Infolytica software to find the values of Voltage and Current along with Torque obtained from simulations with the finite element method, then data processing is carried out in Excel to find the value of output power and efficiency. The results obtained in this study are by changing the geometric shape. able to produce with a rotating speed of about 100 rpm to 150 rpm at a load of 5 ohms, namely 125, 86 Watt to 231.59 Watt. The average DC voltage is 33.5 volts, the average DC current is 6.65 Ampere, the torque is 23. 24 Nm, the input power is 365.14 Watts, the output power is 231.59 Watts and the efficiency ranges from 58% to 79%.
Keywords: Sultan wind turbine , PMSG, J.R. Handershot, MagNet Infolytica.

## Abstrak
Angin  merupakan  sumber  energi  yang  tidak  ada  habisnya  sehingga  pemanfaatan  sistem perubahan energi angin akan berdampak positif terhadap lingkungan. Sultan Wind Turbine merupakan  turbin  angin  sumbu  vertical  biasa  disebut Vertical  Axis  Wind  Turbine (VAWT). Generator  sinkron  suatu  mesin    yang  mengkonversikan  energi  mekanik  menjadi  energi elektrik. Permanent  magnet  synchronous generator  (PMSG)  adalah  generator  yang menggunakan  magnet  permanen  untuk  menghasilkan  medan  celah  udara  daripada menggunakan  elektromagnet.  Adapun  tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  untuk  merancang generator PMSG 100 W untuk Sultan Wind Turbine menggunakan software infolytica MagNet , kemudian hasil mencari simulasi diberbagai kecepatan dan berbagai beban, setelah itu untuk Mengetahui  nilai  daya  output  dan  effisiensi  pada  masing  masing  pembebanan  dan  RPM. Perancangan  generator  ini  merupakan  desain  pertama  yang  disesuaikan  dengan  penelitian sebelumnya dimana peracangan ini akan mengoptimalkan simulasi perancangan-perancangan sebelumnya  yang  di  aplikasikan  pada  Sultan  Wind  Turbine  v-5.  Suatu  metode  untuk merancang simulasi generator sinkron magnet permanen terhadap sultan wind turbin yang akan di uji dalam pengembangan peformanya menggunakan metode J.R. Handershot. Dalam perancangan ini menggunakan software MagNet infolytica untuk mencari nilai Voltase dan Arus  beserta  Torsi  yang  didapatkan  dari  simulasi  dengan  metode finite  element  method , kemudian  dilakukan  pengolahan  data  dalam  excel  untuk  mencari  nilai  daya  output  dan efisiensi, Adapun hasil yang didapat pada penelitian ini dengan merubah bentuk geometrinya mampu menghasilkan dengan kecepatan putar sekitar 100 rpm sampai 150 rpm pada beban 5 ohm yaitu  125,86 Watt sampai 231,59 Watt. Tegangan DC rata-rata sebesar 33,5 volt , arus DC rata-rata sebesar 6,65 Ampere , Torsi sebesar 23,24 Nm, Daya input sebesar 365,14 Watt , Daya output sebesar 231,59 Watt dan efisiensi rentang 58% sampai 79%.
Kata Kunci: turbin angin Sultan , PMSG, J.R. Handershot, MagNet Infolytica .
* Penulis Korespondensi. Tel: -; Handphone: +62 821 8253 5758 email : erwin@untirta.ac.id

## 1. PENDAHULUAN
Penelitian simulasi pada PMSG ini telah banyak  dikembangkan  oleh  pengembang turbin  angin  skala  mikro  salah  satu  adalah penelitian  yang  sudah  dilakukan  oleh  Tim Lentera  Bumi  Nusantara  (Nusantara,  2017) sebagai  bahan  ajar  generator  sinkron,  pada bahan  ajar  tesebut  mensimulasi  pada software  MagNet  dengan  kecepatan  putar 1000 rpm dan didapati hasil 500 watt dengan 12  slot  8  pole  dan  metode  yang  dilakukan berupa  kuantitatif.  Penelitian  ini  banyak dijadikan  acuan  refrensi  lainnya  sebagai perancangan lainnya,
Seperti pada perancangan yang ada pada refrensi refrensi penulis ambil.
Penelitian  lain  dengan  judul  Analisa Efisiensi  dan  Rancang  Generator  Permanent Magnet 12 Slot 8 Pole Menggunakan Software Magnet  7.5  (Arfianto,  2018)  yang  bertujuan mencari  tegangan  AC  reverse  engineering dari bahan ajar lentera Bumi Nusantara tanpa mengubah  bentuk  geometrinya,  namun merubah  jenis  material  magnetnya  berupa NDFeB,  yaitu:  Neodymium  Iron-Boron  pada variasi  kecepata  putar  300,  400,  500,  600 RPM tanpa beban yatu tgangan AC rata rata didapatkan hasil 89,46 volt.
Pada  penelitian  lainnya  dengan  topik Desain  Generator  Sinkron  Magnet  Permanen jenis Neoymium Iron Boron Untuk PLTB Daya 500  Watt  Menggunakan  Perangkat  Lunak MagNet Infolytica (Umami, 2018). bertujuan membandingkan  pengaruh  material  yang berbeda  terhadap  hasil  simulasi  dengan software MagNet Infolytica dengan jumlah 24 slot  dan  8  pole  terhadap  kecepatan  1000 rpm,  hasil  yang  didapat  pada  material Magnet  Neodynium  iron  Boron    pada  beban resitor 100 Ω didapat 507,8 Watt, sedangkan pada  material  Ceramic  pada  beban  resistor 22 Ω menghasilkan 112,90 Watt.
Dan  yang  ada  pula  dipenelitian  lain dengan judul Desain Dan Simulasi Generator Magnet  Permanen  3  Phasa  Menggunakan Softwawre Magnet Untuk Pembangkit Listrik Tenaga  Angin  Kecepatan  Rendah  (Hamzah, dkk., 2020). Menggunakan metode penelitian metode  kuantitatif.  Dalam  penelitian  ini perancang  mendesain  PMSG  menggunakan
perangkat  lunak  MagNet  Infolytica  untuk kapasitas  500  Watt,  dengan  memanfaatkan potensi  angin  6.17  m/s,  perancangan geometri  terdapat  lubang  poros  dan  lubang kotak kecil kecil pada keliling lubang poros. Menggunakan jumlah slot 18, jumlah pole 12, diameter  luar  stator  175  mm,  tebal  inti stator/rotor 45 mm, kecepatan putar dengan 100,  200,  300,  400,  500  rpm  dengan rangkaian  simulasi  3  phasa,  simulasi dilakukan  dengan  variasi  kecepatan  angin didapatkan  hasil  Tegangan  keluaran  antar fasa  dari  simulasi  generator  adalah  39,88  V AC, dengan nilai tegangan efektif 56,40 V AC. Jika  dibandingkan  dengan  perhitungan diperoleh selisih ( error ) sebesar 1,62% untuk nilai  tegangan  antar  fasa  dan  1,65%  untuk tegangan efektif.
Pada penelitian ini dilakukan pengembangan  penelitian  dalam  perbedaan bentuk geometri, baik bentuk diameter 150 mm  dengan  tebal  60  mm,  jumlah  slot  12  , jumlah pole 8 , jumlah lilitan , dan terdapat 5 variasi kecepeatan angin rendah dari 50 , 75, 100, 125, 150 RPM , dan dengan  5 variasi beban  resistor 5 , 7.5, 10, 15 , 20 ohm.
Sultan  Wind  Turbine  merupakan  turbin angin  sumbu  vertical  biasa  disebut Vertical Axis  Wind  Turbine (VAWT).  Adapun  alasan mengapa  jenis  vertikal  dikarenakan  angin yang dihasilkan rata-rata di Indonesia sekitar 3  m/s  –  5  m/s,  jadi  sangat  lah  cocok  pada pengembangan turbin ini.
Namun  pada  turbin  angin  berporos vertikal  atau Vertical  Axis  Wind  Turbine (VAWT)  yaitu  tidak  menghasilkan  efisiensi lebih  besar  daripada  turbin  angin  berporos horizontal (HAWT). Ini disebabkan dipengaruhi  oleh  beberapa  faktor  berupa hambatan  pada  pisau  pemutar  angin,  dan kecepatan  angin  yang  rendah.  Untuk  itu dibutuhkan  inovasi  dan  penelitian  lebih lanjut  agar  efisiensi  yang  diharapkan  pada sutan wind turbine menjadi lebih maksimal. Dilihat  dari  perkembangan sultan  wind turbine v-4.5  menuju  kepada sultan  wind turbine v-5,  maka  dari  itu  perlu  adalanya pengambangan  terhadap    Sultan  Wind Turbine  bagian  generator,  lebih  spesifikasi pengembangan yang dilakukan menggunakan simulasi generator    listrik   dengan   sebuah
software  design  electromagnetic berbasis Finite  element  methode dimana  nama software tersebut Infolytica Magnet , dengan software tersebut dapat dicari nilai efisiensi dan juga daya output pada pembebanan yang bervariasi untuk kondisi angin yang ada pada Sultan  Wind  Turbine .  Hal  ini  bermanfaat melihat  rumusan  masalah  pada  rancangan adalah generator seperti apa yang sekiranya berfungsi dengan baik terhadap Sultan Wind Turbin ,  dengan  menggunakan  simulasi software  infolytica  magnet untuk  mencari nilai  daya output dan  effisiensi,  sehingga mampu memaksimalkan kualitas listrik yang didapat dari turbin angin tersebut.
Generator sinkron (disebut juga alternator) merupakan mesin konversi energi terbesar.  Lebih  dari  90%  energi  listrik  di dunia  dihasilkan  oleh  alternator.  Generator sinkron  bekerja  berdasarkan  prinsip  induksi elektromagnetik  yang  terdiri  dari  stator (bagian  yang  diam)  dan  rotor  (bagian  yang bergerak  atau  berputar).  Energi  mekanis diperoleh dari penggerak mula yang memutar rotor, sedangkan energi listrik diperoleh dari proses  induksi  elektromagnetik  yang  terjadi pada kumparan-kumparan stator.
Generator  sinkron  magnet  permanen (PMSG) adalah generator yang menggunakan magnet  permanen  untuk  menghasilkan medan  celah  udara  daripada  menggunakan elektromagnet. Motor ini memiliki keunggulan  yang  signifikan.  Menarik  minat para peneliti dan biasanya digunakan dalam aplikasi wind turbine.
Generator  sinkron  magnet  permanen merupakan mesin listrik berputar dengan 3- fase  stator  klasik  yang  seperti  generator inuksi  pada  umumnya  (Handershot,  1994). Rotornya mempunyai magnet permanen yang terpasang  pada  permukaan.  Dalam  hal  ini, PMSG hampir sama dengan motor induksi, di mana  medan  magnet  celah  udara  yang dihasilkan  oleh  magnet  permanen,  sehingga medan magnet pada rotor konstan konstruksi generator  sinkron  secara  garis  besar  terdiri dari beberapa bagian komponen dapat dilihat pada gambar 1 berikut.
Gambar 1. Komponen-komponen permanent magnet generator sinkron
Metode  elemen  hinggga  merupakan salah satu metode numerik untuk memperoleh penyelesaian pendekatan suatu persamaan  differensial  parsial  dan  masalah nilai  batasnya  (Jin,  1993) . Secara  umum, persamaan  differensial  dan  rnasalah  nilai batas  dapat  diselesaikan  dengan  metode Galerkin atau metode Ritz. Secara matematis,  metode  Galerkin  lebih  mudah dari  metode  Ritz.  Metode  Ritz  memerlukan pengetahuan  tentang variational  calculus untuk memperoleh penyelesaian pendekatan. Secara umum, metode Galerkin banyak  digunakan  untuk  menyelesaikan sistem  persamaan  differensial,  khususnya persamaan yang mempunyai turunan pertama. Metode elemen hingga menerapkan metode  Galerkin  untuk  menyelesaikan persamaan differensial pada suatu subdomain  atau  elemen.  Sebuah  domain komputasi  tiga  dimensi  tersusun  dari sekumpulan  subdomain  atau  elemen  tiga dimensi,  sehingga  pendekatan  metode elemen  hingga  Galerkin  dapat  digunakan untuk menyelesaikan persamaan differensial di seluruh domain komputasi tersebut.
Perambatan  gelombang  elektromagnet melalui suatu medium merupakan salah satu fenomena  fisis  yang  mempunyai  bentuk persamaan  differensial,  sehingga  metode elemen  hingga  dapat  digunakan  untuk memodelkan  persamaan  differensal  ini. Pemodelan dapat dilakukan dengan menggunakan  elemen  skalar  atau  elemen vektor.
Gambar 2. Meshing pada plate (Fish, dkk., 2007)
Elemen skalar digunakan jika gelombang elektromagnet  merambat  pada  medium homogen,  sedangkan  elemen  vektor  dapat diterapkan  baik  pada  medium  homogen maupun non-homogen (Mur, 1994).
Meskipun    konsep    matematis  metode elemen hingga lebih kompleks dibandingkan metode  lain  misalnya  metode  beda  hingga, tetapi metode ini berkembang pesat karena kemampuannya untuk menganalisis persoalan yang mempunyai bentuk geometri rumit (Akin, 1994).
Perkembangan  teknologi  komputer, metode komputasi numerik dan sistem desain berbantuan  komputer  atau  CAD  sangat menunjang  perkembangan  metode  elemen hingga.  Sejalan  dengan  perkembangan teknologi komputer, maka pada saat ini kode perhitungan elemen hingga telah dikembangkan untuk sistem komputer mikro.
Adapun  salah  satu  penggunaan  metode elemen hingga atau metode elemen analysis pada  sistem  komputer  mikro  terdapat  pada salah  satu  software  dimana  pengguna gunakan  pada  peneitian  kali  ini,  yaitu Software MagNet Infolytica, dimana metode elemen hingga membaca metode elektromagnetisme kompleks pada simulasi.
Magnet  adalah  paket  paling  canggih pada  saat  ini  tersedia  untuk  memodelkan perangkat  elektromagnetik  di  komputer pribadi. Aplikasi ini menyediakan “laboratorium  virtual”  dimana  pengguna dapat membuat model dari bahan magnetik dan  gulungan,  tampilan-tampilan  dalam bentuk  plot  lapangan  dan  grafik,  dan
mendapatkan  nilai  numerik  untuk  jumlah seperti  hubungan  fluks  dan  gaya.  Seorang pengguna  MagNet  hanya  membutuhkan pengetahuan dasar tentang konsep magnetik untuk  memodelkan  perangkat  yang  ada, memodifikasi  desain,  dan  menguji  gagasan baru.
Gambar 3. Tampilan user interface dari software MagNet 7.5 infolytica
Gambar  3  merupakan  tampilan  dari Software
MagNet Infolytica . MagNet dirancang sebagai alat pemodelan 3D lengkap untuk memecahkan masalah elektromagnetik yang dapat melibatkan medan magnet statik, medan  varising  dan  arus  eddy,  dan  kondisi sementara dengan bagian perangkat. Banyak perangkat dapat diwakili dengansangat baik oleh  model  2D,  jadi  MagNet  menawarkan pilihan pemodelan 2D, dengan penghematan besar  dalam  sumber  daya  komputasi  dan waktu penyelesaian.
Berdasakan kajian literatur sebelumnya, bahwa  perlu  adanya  pengembangan  desain dari Permanent Magnet Synchronous
Generator  Sultan  Wind  Turbine  yang  sudah ada  untuk  menghasilkan  listrik  yang  lebih banyak dengan kecepatan angin rendah.

## 2. METODOLOGI
Langkah-langkah  mendesain  generator sinkron  magnet  pemanen  antara  lain, Mengumpulkan  katalog  generator  berupa data  generator  dan  Membuat  desain generator  sinkron  permanen  magnet. kemudian  Melakukan  inisialisasi  desain generator  sinkron  magnet  permanen  pada perangkat  lunak MagNet  Infolytica dan Membuat  rangkaian  kumparan  stator  serta Mengatur mesh , Langkah selanjutnya Membuat motion bagian rotor dan mengatur
parameter simulasi serta membuat rangkaian simulasi.
Gambar  4,  menampilkan  diagram  alir penelitian yang dilakukan untk mendapatkan parameter  perancangan  permanent  magnet synchronous  generator  Sultan  Wind  Turbine V-5.
Gambar 4. Diagram alir penelitian

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Sebelum  dianalisa  dan  disimulasikan untuk  menghasilkan  data  output,  tahap sebelumnya  adalah  membuat  perancangan
geometri pada generator. Berikut ini adalah desain  permanent  magnet synchronous generator  yang  dianalisa,  pertama-tama generator dirancang dalam solidworks untuk ditentukan  dimensinya.  Pada  gambar  5  bisa lihat  dari  depan  kebelakang  yaitu  magnet, rotor, motor.
Gambar 5. Perancangan awal dengan solidworks
Setelah  dimensi  dan  geometri  telah  di tentukan,  percancangan  tersebut  dibuat Kembali  pada  MagNet  Infolytica,  berikut desain  2D permanent  magnet synchronous generator pada pada software MagNet (lihat gambar 6).
Gambar 6. Desain 2D permanent magnet synchronous generator
Gambar 7. Model geometri permanent magnet synchronous generator setelah pemberian material
Setelah  desain  2  dimensi  telah  selesai, maka  model  tersebut  diberikan  material, mesh, pemasukan parameter
serta melakukan solving sebagai simulasi.
Pada  gambar  7,  memiliki  spesifikasi dimensi dan spesifikasi input adapun berikut spesifikasi  rancangan permanent  magnet generator sinkron sultan wind tubine v-5.
Gambar 8. Model geometri permanent magnet synchronous generator setelah pemberian material
Tabel 1. Spesifikasi dimensi generator sultan wind turbine v-5
Table  1  merupakan  data  dimensi permanent  magnet  generator  sinkron  untuk sultan wind turbine v-5. Generator tersebut didesain  dengan  12 slot dan  8 pole .  Pada table  2,  merupakan  data  parameter  input
untuk  mencari  hasil  simulasi  pada  variasi motion dan resistor.
Tabel 2. Parameter input PMSG Sultan Wind Turbine v-5
Gambar  9  merupakan  gambaran  aliran fluks menunjukan bahwa semangkin bewarna merah,  maka  semakin  besar  kerapatan fluksnya  dan  diperoleh  nilai flux  linkage . Nilai flux linkage juga bisa menghasilkan nilai tegangan antar fasa (lihat gambar 10).
Gambar 9. hasil distribusi medan magnet PMSG sultan wind turbine v-5
Gambar  10. Grafik Flux linkage dari 3 coil
Gambar 11. Penyearah diode 3 phasa terhadap resistor
Gambar  11.  merupakan  rangkaian penyearah simulasi dengan pemberian beban pada simulasi permanent magnet Sychronous generator  sultan  wind  turbine,  listrik  yang keluar  pada  generator  sinkron  yaitu  AC, namun diubah menjadi DC dengan penyearah dioda,  dikarenakan  sumber  listrik  lebih mudah  dibuat  yaitu  tegangan  AC,  seperti generator sinkron yang menghasilkan AC, jika rotor berputar karena digerakan oleh angin, walaupun  AC  mudah  didapat  dan  banyak sekali komponen yang dapat dihidupkan oleh AC,  AC  memiliki  kekurangan,  yaitu  tidak dapat  disimpan  hanya  bisa  langsung  di manfaatlan secara langsung atau disalurkan, penelitian  ini  menggunakan  sumber  tenaga Angin,  dan  pada  angin  sewaktu-waktu kencang dan lambat, bahkan terkadang tidak ada.  Jadi perlu adanya Arus yang disimpan, sehingga  perlu  dirubah  ke  dalam  bentung tegangan DC.
Gambar 12. Grafik gelombang tegangan AC 3 fasa terhadap waktu
Gambar 12 adalah grafik yang diperoleh dari  simulasi  sebelum  disearahkan  dengan penyearah dioda, terdapat 3 gelombang yang ada  pada  grafik,  berikut  merupakan gelombang-gelombang  ketiga  fasa.  Dilihat pada grafik terdapat pada garis kontinu tebal merupakan gelombang tegangan pada fasa 1,
untuk  garis  putus  putus  ialah  gelombang tegangan  pada  fasa  2,  untuk  garis  kontinu tipis ialah gelombang tegangan fasa 3. Pada grafik gambar 12, bisa perhatikan gelombang tidak  begitu  landai,  karna  pengaruh  nilai cogging  yang  tidak  baik,  namun  besar tegangan maksimum AC sekitar 80 volt  pada kecepatan putar 150 rpm.
Gambar 13. Grafik gelombang tegangan DC terhadap waktu
Pada  gambar  13,  merupakan  grafik tegangan  dc  terhadap  waktu  yang  telah  di searahkan  dengan  rangkaian  penyerarah dioda,  dengan  memberikan  beban  5  ohm pada kecepatan 150 rpm , gelombang dc yang didapat lebih landai dan terlihat stabil  rata, dikarenakan  pemberian  beban  yang  optimal sesuai dengan rancangan geometrinya. Besar nilai rata rata tegangan pada grafik gambar 13,  berkisar  33,5  volt  DC  dengan  tegangan maksimum  berkisar  kurang  lebih  38  volt  DC sangat  optimal  untuk  medekati  tegangan baterai  24  VDC,  dengan  nilai  sedikit diatasnya masuk tegangan lebih ideal.
Gambar 14 . Grafik hubungan tegangan dan arus pada beban 5 ohm
Gambar  14,  merupakan  hubungan Tegangan dan arus terhadap waktu, tegangan ada  pada  garis  tebal  kontinu  berupa  grafik gelombang DC yang ada pada posisi atas pada gambar  besar  rata-rata  tegangan  yang didapat pad 150 rpm terhadap 5 ohm didapat sebesar  33.5  volt,  dan  arus  dengan  satuan Ampere ada pada garis tipis kontinu berupa grafik  dc  yang  ada  pada  posisi  bawah  pada gambar  besar  rata  rata  arus  yang  didapat pada 150 rpm terhadap beban 5 ohm sbesar 6.65  Ampere  dengan  mengambil  1  simulasi 180 derajat penuh dalam waktu 0,2 second.

## Gambar 15 . Grafik torsi 150 rpm pada beban 5 ohm
Grafik  pada  gambar  15,  merupakan hubungan  torsi  terhadap  waktu  (s),  torsi yang  didapat  sebesar  23.24  Nm  dari kecepatan putar 150 rpm untuk pembebanan 5 ohm yang diberikan.
Setelah  semua  data  hasil  simulasi didapatkan  beserta  grafiknya,  selanjutnya mencari  besar  daya  dan  efisiensi  untuk dianalisis  lebih  lanjut  dan  diolah  melalui software  Microsoft  excel.  Perhitungan  akan membuat  semua  hasil  menjadi  lebih  jelas, perhitungan menggunakan persamaan berikut:
a) Perhitungan daya input:
W in =  2 𝜋 ! "# ×  𝜏 (1)
W in =  2 𝜋 $%# '() "# ×  23.24 𝑁𝑚
W in = 365.1 watt
b) Perhitungan daya output:
W out = 𝑉 × 𝐼 (2)
W out = 33.25 𝑣𝑜𝑙𝑡  × 6.65 𝐴𝑚𝑝𝑒𝑟𝑒
W out = 221.6 watt
c) Perhitungan efisiensi
𝜂 = * +,-(,- * ./(,- (3)
𝜂 = 00$." 2344 5"%.$ 2344

## 𝜂 = 0.60
Perhitungan tersebut, diambil dari nilai simulasi  paling  optimum  dari  semua percobaan variasi motion dan beban resistor.
Tabel 3 . Rata-rata data 150 rpm pada 5 ohm
Dari tabel 3, diketahui bahwa nilai rata rata tegangan sebesar 33,25 , arus 6,65 maka daya output nya  sebesar  231,59  Watt.  Dan untuk  daya input di  hasilkan  dari  arus  dan torsi sebesar 23,25 Nm dengan kecepatan 150 rpm yaitu 365,14 Watt. Efisiensi di hasilkan dari  perbandingan  anatara  daya  output  dan daya input yaitu sebesar 0,62 atau 62%.
Kecepatan  diambil  dari  data generator sultan  wind  turbine pada  eksperimen sebelumnya v- 4.5 (Erwin, dkk., 2019) dengan RPM  rotor B pada tanggal 21 bulan 7 tahun 2018  saat  pengambilan  data  turbin  tanpa sirip ekor pengarah yaitu dengan kecepatan 50 rpm, 75 rpm, 100 rpm, 125 rpm, 150 rpm sebagai  sampel,  dengan  beban  sebesar  5 ohm, 7.5 ohm, 10 ohm, 15 ohm dan 20 ohm. Gambar  16  memperlihatkan  nilai  rata- rata  dari  percobaan  dengan  variasi kecepatan  dan  beban  yang  berbeda.  Pada acuan  refrensi  (Nusantara,  2017)  terdapat hasil  yang  berbeda  pada  perancangan  yang telah  disimulasi  Kembali,  baik  geometri, spesifikasi  dimensi,  maupun  parameter input,  hanya  saja  variable  simulasi  yang dimasukan,  yaitu  kecepatan  putar  pada putaran  angin  rendah  3  m/s  –  5  m/s  sama diberikannya  pada  putaran  sekitar  150  rpm dan beban 5 ohm.
Rata- rata Current (A) Voltage (V) Torque (Nm) Pout (W) Pin (W) Efficiency 5 ohm 6.65 33.25 23.25 231.59  365.14 0.62
(a) (b)
Gambar 16 . Data kecepatan RPM pada penelitian sebelumnya; (a) Baris awal, (b) Baris akhir
Gambar 17 merupakan gambaran aliran fluks  hasil  simulasi  pada  PMSG  bahan  ajar lentera  bumi  nusantara  ,  terlihat  pada gambar  di  atas  terdapat  perbedaan penyebaran  flux  yang  kurang  merata  pada bagian  area  slot  Stator,  seperti  adanya kebocoran flux yang besar, sehingga banyak fluks  yang  tidak  ditangkap.  Karena  tidak adanya pemberian umbrella pada area stator sebagai penyangga coil (lilitan). Dan terlihat pula perbedaan geomteri stator dan magnet pada penelitian yang dikembangkan, dimana geometrinya  berbentuk  solid  dan  tidak  ada lubang  poros,  dan  magnet  terletak  pada suface  rotor  berbentuk arc (lengkungan), maka dari itu menyebabkan generator tidak ekonomis.
Gambar 17. Contoh hasil distribusi medan magnet PMSG
Dari data tersebut diketahui bahwa nilai rata rata tegangan sebesar 33,25 , arus 6,65 maka daya output nya sebesar 231,59 Watt. Dan  untuk  daya  input  di  hasilkan  dari  arus dan  torsi  sebesar  23,25  Nm  dengan kecepatan  150  rpm  yaitu  365,14  Watt. Efisiensi  di  hasilkan  dari  perbandingan anatara  daya  output  dan  daya  input  yaitu sebesar 0,62 atau 62% (lihat tabel 4).
Tabel 4. Rata-rata data 150 rpm terhadap 5 ohm PMSG (Nusantara, 2017)
Gambar  18  adalah  hasil  dan  simulasi dengan perubahan variasi parameter kecepatan  putar  terhadap  nilai  beban resistor.
Gambar 18 . Kurva karakteristik arus terhadap kecepatan putar.
Rata- rata Current (A) Voltage (V) Torque (Nm) P out (Watt) P in (Watt)  Efficiency 5 Ohm 3.48178 17.40889 -6.93494 63.65926  108.93376 0.66514
Dari  grafik  pada  gambar  18,  dapat dilihat bahwa semakin besar nilai putar maka semakin tinggi juga nilai Arus dan jika dilihat dari  beban  yaitu  semakin  besar  nilai  beban maka nilai aruspun semakin besar pula. Pada grafik gambar 18, bisa perhatikan perbedaan garis  garis  yang  menjelaskan  nilai  beban resistornya,  contohnya  ada  garis  5  ohm berbebntuk  garis  tebal  kontinu  terbentang dari  50  rpm  sampai  150  rpm  terhadap  garis horizontal,  nilai  arus  pada  garis  vertikalnya meningkat sekitar 2,5 Ampere (A) sampai 6,6 Ampere (A).
Gambar 19. Kurva karakteristik tegangan terhadap kecepatan putar
Dari  gambar  19,  dapat  dilihat  bahwa semakin  besar  nilai  putar  maka  semakin tinggi  juga  nilai  Tegangan  dan  jika  dilihat dari  beban  yaitu  semakin  besar  nilai  beban maka  nilai  Inputan  semakin  Tinggi.  Pada grafik gambar 19, bisa perhatikan perbedaan garis  garis  yang  menjelaskan  nilai  beban resistornya,  contohnya  ada  garis  5  ohm berbentuk  garis  tebal  kontinu  posisi  paling bawah  dari  semua  garis  terbentang  dari  50 rpm  sampai  150  rpm  terhadap  garis horizontal,  nilai  tegangan  pada  garis vertikalnya  meningkat  sekitar  12,6  Volt  (v) sampai 30,25 Volt (v).
Pada  grafik  gambar  20  terlihat  bahwa, semakin  besar  nilai  putar  maka  semakin tinggi  juga  nilai  torsi  dan  jika  dilihat  dari beban yaitu semakin besar nilai beban maka nilai torsi semakin tinggi. Pada grafik gambar 20,  bisa  perhatikan  perbedaan  garis  garis yang  menjelaskan  nilai  beban  resistornya,
contohnya ada garis 10 ohm berbentuk garis gores tebal putus putus posisi paling bawah dari  semua  garis  terbentang  dari  50  rpm sampai  150  rpm  terhadap  garis  horizontal, nilai  torsi  pada  garis  vertikalnya  meningkat sekitar  7,473  Newton  meter  (N.m)  sampai 17,180 Newton meter (N.m).
Gambar 20. Kurva karakteristik torsi terhadap kecepatan putar
Gambar 21. Kurva karakteristik daya input terhadap kecepatan putar
Dari  grafik  pada  gambar  21,  dapat dilihat bahwa semakin besar nilai putar maka semakin  tinggi  juga  nilai  daya  inputan  dan jika  dilihat  dari  beban  yaitu  semakin  besar nilai  beban  maka  daya  Inputan  semakin rendah.  Pada  grafik  gambar  21,  bisa perhatikan  perbedaan  garis  garis  yang menjelaskan nilai beban resistornya, contohnya ada garis 7,5 ohm berbentuk garis putus putus posisi kedua dari atas dari semua garis terbentang dari 50 rpm sampai 150 rpm
terhadap  garis  horizontal,  nilai  daya  input pada  garis  vertikalnya  meningkat  sekitar 46.295 Watt (W) sampai 303.333 Watt (W).
Gambar 22 . Kurva karakteristik daya output terhadap kecepatan putar
Pada  grafik  gambar  22,  dapat  dilihat bahwa  semakin  besar  nilai  putar  maka semakin tinggi juga nilai daya keluaran dan jika  dilihat  dari  beban  yaitu  semakin  besar nilai  beban  maka  daya  Inputan  semakin rendah.  Pada  grafik  gambar  22  bisa perhatikan  perbedaan  garis  garis  yang menjelaskan nilai beban resistornya, contohnya  ada  garis  5  ohm  berbentuk  garis lurus  kontinu  posisi  pertama  dari  atas  dari semua  garis  terbentang  dari  50  rpm  sampai 150 rpm terhadap garis horizontal, nilai daya output  pada  garis  vertikalnya  meningkat sekitar 33.140 Watt (W) sampai 231.593 Watt (W).
Gambar 23. Kurva karakteristik efisiensi terhadap kecepatan putar.
Dari  grafik  gambar  23  dapat  dilihat bahwa untuk nilai efisiensi tertinggi ada pada putaran  150  rpm  dan  dari  grafik  tersebut bahwa besaran nilai efisiensi dari generator di atas 0,58 atau 58%  dan pada grafik gambar 23,  bisa  perhatikan  perbedaan  garis  garis yang  menjelaskan  nilai  beban  resistornya, contohnya ada garis 7,5 ohm berbentuk garis titik    posisi  ke  empat  dari  atas  dari  semua garis terbentang dari 50 rpm sampai 150 rpm terhadap garis horizontal, nilai efisiensi pada garis  vertikalnya  meningkat  sekitar  0.635 (63,5%) sampai 0.676 (67,6%).

## 4. SIMPULAN
Berdasarkan  tujuan  dari  penelitian, kesimpulan yang didapat pada penelitian ini, bahwa  desain  perancangan permanent magnet synchronous generator yang memiliki jumlah  slot  12  dan  pole  8  dari reverse engineering perancangan pada 12 slot 8 pole, dengan merubah bentuk geometrinya mampu menghasilkan  lebih  dari  100  Watt  dengan kecepatan putar sekitar 100 rpm sampai 150 rpm pada beban 5 ohm yaitu  125 ,86 Watt sampai  231,59  Watt.  Dibandingkan  dengan acuan refrensi pada bahan ajar PT. Lentera Bumi      Nusantara  nilai  daya  output  pada variable  optimum  150  rpm  pada  5  ohm didapatkan sekitar 63,6 Watt. Ini menandakan  hasil  yang  diperoleh  dari peneliti lebih baik.
Hasil  simulasi permanent  magnet synchronous  generator dengan  kecepatan 150 rpm dan beban 5 Ω didapatkan tegangan DC rata-rata sebesar 33.5 volt , arus DC rata- rata sebesar 6.65 Ampere , Torsi sebesar  23. 24 Nm, Daya input sebesar 365.14 Watt , Daya output sebesar 231.59 Watt .
Sedangkan  Besar  daya output dan efisiensi  pada  masing  masing  variasi kecepatan  dan  beban  mulai  dari  50  rpm sampai 150 rpm rentang daya output didapat sekitar 17,215 sampai 231, 593 dan efisiensi rentang 58% sampai 79% .

## DAFTAR PUSTAKA
Afirianto,  I.,  dan  Rangga,  Muhamad.      2018. Analisa  Efisiensi          dan          Rancang Generator Permanent   Magnet   12   Slot   8 Pole Menggunakan   Software   Magnet   7.5. Seminar   Nasional   Microwave,  Antena dan Propagasi (SMAP) , hal. 43-47. Akin,  E.,  1994. Finite  Elements  for  analysis  And Design . London : Academic Press, inc. Chapman,  S.J.,  2012. Electric  Machinery Fundamentals  5th  Edition .,  New  York: Mcgraw-Hill.
Erwin, E. dkk., 2018. The Effect of Hybrid Savonius And  Darrieus  Turbine  On  The  Change  Of Wake  Recovery  And  Improvement  Of  Wind Energy  Harvesting. Journal  of  Applied Engineering Science . 16(3), hal. 416–423.
Erwin, E. dkk., 2019. Performance Investigation of Dual  Shaft  Hybrid  Vertical  Turbines  Using Directional  Fins. Eastern-European  Journal of  Enterprise  Technologies  ISSN .  5(8), hal.53–58.
Fish, Jacob dan belytschko., 2007. A First Course in Finite Elements. , USA: Willey. Fitzgerald. A. E, Kingsley Jr. Charles, dan Usmans Stephen.,  2003. Electric  Machinery  (sixth Editions . New York: McGraw-Hill.
Gerrit    Mur.,  1994.  Edge  element,  their advantages  and  their  disanvatages. IEEE trans, On magnetics. 30 (5). hal. 3552-3557. Gieras.  F.  J.,  2017. Electrical  machines: Fundamentals  of  electromechanical  Energi Conversion . Florida, US: CRC Press.
Gieras.  F.  J.,  2010. Permanent  Magnet  Motor Technology  :  Design  And  Aplication  (Third Edition). Florida: CRC Press.
Guo,  Z.,  Chang,  L.,  2005.  Fem  Study  On
Permanent  Magnet  Synchronous  Generators For Small Wind Turbines. IEEE
CCECE/CCGEI ., 05, hal. 641-644.
Hamzah, A., Suwitno, S., Irfan, I., Kurniawan, I., gussyafri.  H.,  Susanto,  H.,  dan  Tsitsino,  T. 2020.  Design  and  Simulation  of  Permanent Magnet  Synchronous  Generators  for  Small Scale  Wind  Power  Plants. International Conference  on  Renewable  Energy  Research and  Challenge:  E3S  Web  of  Conferences ,
120, 1-8.
Hendershot, J.R., dan Miller, T., 1994. Design Of Brushless  Permanent  Magnet  Motors .  New York,  USA  :  Magna  Physics  Publishing  And Oxford University.
Hanselman,  Duane.,  2006. Brushless  Permanent Magnet Motor Design (Second edition). Ohio, US: Magna Physics Publishing. Jin,  J.,  1993. The  finite  element  method  in Elektromagnetics . John., New York :  Willey and sons.
Kenjo, T., dan Nagamori, S., 1985. Permanent – Magnet And Brushless DC Motors , New York:
Oxford University Press. Krishnan, R., 2017. Permanent Magnet Synchronous and brushless DC motor drives . Florida, US: CRC Press.
Madani,  N.  dkk.,  2015.  A  Permanent  Magnet Synchronous  Generator  For  Small  Scale Vertical Axis Wind Turbine. IEEE . 15, hal.48–
52.
Moaveni,  Saeed.,  1999. Finite  Element  Analysis. Theory  and  Apllication  with  ANSYS ’.,  New Jersey : Prentice-Hall, Inc.
Sadarangani,  C.,  2006. Electrical  Machines: Design  And  Analysis  of  Induction  And Permanent  Magnet  Motors .  Stocholm,
Sweden: Royal ins, of tech. Simanjuntak, P.A., 2014. Perancangan Motor/Generator Dengan Software Magnet, Modul Pembelajaran . Lentera Bumi Nusantara, Cuheras, Jawa Barat.
Sutrasno,  2004.  Aplikasi  Metode  Elemen  Hingga Pad  Masalah  Gelombang  Elektromagnetik. Widyanuklida . 5(2),  hal. 34-38 Tim Penulis Lentera Bumi Nusantara., 2017. Profil Lentera Bumi Nusantara .  Tasikmalaya, Jawa Barat.
Umami, M. 2018. Desain    Generator    Sinkron Magnet  Permanen  Jenis  Neodymium  Iron Boron  Untuk  PLTB  Daya  500  watt Menggunakan  Perangkat  Lunak  MagNet Infolytica. Skripsi ,  Fakultas  Teknik,  Teknik Elektro, Universitas Mataram, NTB.