STUDI PEMANFAATAN GENERATOR MAGNET PERMANEN UNTUK PENGISIAN AKI

Reza Alfauzi1, Bambang Sugiyantoro2, Avrin Nur Widiastuti2

1Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro dan Teknologi Informasi, FT UGM 2Dosen Jurusan Teknik Elektrodan Teknologi Informasi, FT UGM

Abstrak

Pembangkitan energi listrik saat ini menghadapi sebuah problematika yaitu menipisnya ketersediaan energi primer dari fosil . Penelitian akan pembangkit dengan menggunakan energi terbarukan menjadi salah satu solusinya. Generator magnet permanen adalah teknologi pendukung pembangkit dengan menggunakan energi terbarukan. Permasalahan yang sering muncul pada generator jenis ini adalah nilai tegangan keluaran yang rendah. Pemanfaatan aki dapat dijadikan pemecahan untuk masalah tersebut. Pada penelitian ini akan diuji generator magnet permanen yang merupakan generator yang digunakan dalam pembangkit mikrohidro maupun pembangkit angin. Masalah utama dari generator jenis ini adalah tegangan keluaran yang rendah. Pemanfaatan aki merupakan salah satu cara mengatasi hal tersebut. Beberapa variasi pengujian yang dilakukan pada penelitian ini adalah pengujian tanpa beban, pengujian berbeban aki dengan daya penggerak mula konstan, pengujian berbeban aki dengan arus pengisian konstan, dan pengujian aki dengan arus pengosongan konstan. Dari pengujian yang dilakukan, didapatkan hasil bahwa generator ini telah mampu menghasilkan tegangan keluaran 27,98 V pada frekuensi 50 Hz dengan kecepatan putaran rotor 330 rpm. Generator jenis ini ternyata dapat digunakan untuk mengisi aki. Efisiensi yang didapatkan dari penggunaaan aki adalah sebesar 70% - 85% untuk Efisiensi Wh dan 80 – 95% untuk efisiensi Ah.

Kata Kunci : Aki, Generator , Magnet Permanen, Efisiensi Ah, Efisiensi Wh

1. Pendahuluan

Seiring dengan semakin langkanya sumber energi fosil, penggunaan renewable energy sebagai sumber energi alternatif pengganti sumber energi dari fosil semakin marak. Salah satu yang sedang populaer adalah pemanfaatan energi angin dan air (berskala mikro). Kebanyakan generator yang digunakan dalam kedua pembangkit renewable energi tersebut berjenis mesin induksi yang memiliki karakteristik putaran tinggi. Sedangkan kecepatan angin di Indonesia tergolong rendah. Untuk pembangkit tenaga mikrohidropun juga sebenarnya membutuhkan putaran yang rendah pula.

Untuk itu kini mulai dikembangkannya generator magnet permanen. Adanya magnet permanen dalam generator jenis ini tidak memerlukan eksitasi awal. Akan tetapi, penelitian sebelumnya menyatakan bahwa generator jenis ini hanya menghasilkan tegangan 27,96 V pada frekuensi 50 Hz. Oleh karena itu, pemanfaatan yang paling cocok adalah untuk pengisian aki.

Aki yang digunakan pada pengujian ini adalah aki yang berkapasitas 5 Ah denga

tegangan nominal 12 V. Karakterisitik dari pembebanan aki pada generator magnet permanen akan diuji dengan daya penggerak mula konstan, arus pengisian konstan. Dengan pengujian tersebut akan didapatkan efisiensi dari pembebanan aki sehingga dapat diketahui karaterisitik generator jenis ini jika dibebani aki.

2. Dasar Teori

Generator listrik merupakan mesin berputar yang dapat mengubah energi mekanis menjadi energi listrik.

Frekuensi listrik yang dihasilkan generator:

120

n.pf ………………….......................(1)

dengan f : frekuensi listrik yang dihasilkan, Hz. p : jumlah kutub generator. n : putaran generator, rpm.[1]

2.1. Rangkaian Ekivalen Tegangan induksi Ea (kadang ditulis Eo)

dibangkitkan pada fasa generator sinkron. Tegangan ini biasanya tidak sama dengan

_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________17Jurnal Penelitian Teknik Elektro Vol. 4 No. 2, Juni 2011

Bidang Sistem Tenaga Listrik

tegaTegtermyang

H

termE

XdeEaV=RaXmXa

Sdan

2.2.

Gepepetammesemesefrekitdipmepekudiape 2.3

memabayamamede

angan yang mgangan induksminal hanya kg mengalir pa

Gbr.1. R

Hubungan yminal dengan tEa = V + I.RaXs = Xm + Xengan a=Tegangan k=Tegangan Tea=Resistansi jm=Reaksi maa=Reaktansi f

Sehingga saaEa=V. [1]

Generator menerator magembangkit listermanen sehmbahan eksitedan magnetderhana menentukan juhingga generekuensi tinggta merancangpakai. Genererupakan alt

embangkit listutub yang baplikasikan pa

engangkat, mik

3. Rotor Rotor adala

esin listrik, diagnet-magnet

ahan teflon yaang digunakanagnet permanemungkinkan

engan jumlah k

muncul pada tei sama denganketika tidak

ada mesin.

Rangk.ekivalen

ang terjadi tegangan Eo aa.jI.Xs………

Xa……………

keluaran tanpaerminal angkar

agnetisasi/reakfluks bocor

at tanpa beba

magnet Permagnet permantrik yang menhingga tidatasi dari luartnya. Desainnmemudahkan umlah kutub rator ini bisa gi maupun reg banyaknya rator Magneernatif menatrik skala mikranyak sangatada putaran rekrohidro, dan

ah bagian yaisini rotor terbt yang ditanang berbentukn untuk gennen.Dengan p

n untuk menkutub tertentu

erminal generan tegangan ouada arus jan

n gen.sinkron

antara teganadalah: …………….(………….....

a beban

ksi jangkar

an, besarnya

anen nen adalah jnggunakan maak memerlur untuk memnya yang cu

kita dayang diingindigunakan un

endah, tergantkutub yang a

et Permanen arik untuk sro dimana jumtlah ideal unendah, sepertiturbin angin.

ang berputar buat dari susunamkan kedak silinder. Maerator ini adposisi seperti ndesain generu.

ator. utput gkar

ngan

(2) (3)

I=0,

jenis agnet ukan

mbuat ukup alam nkan ntuk tung akan

ini suatu mlah ntuk i alat

dari unan alam agnet dalah

ini, rator

2.

“chdaripermkap12 Akitega340Sehpaliaki.

2.Dgeke

2.4. Stator

Stator memesin. Disikeluarnya tbeberapa kotembaga yanJumlah kumpbisa dikeluaKumparan-kuseri. Stator yaadalah stator

Gb

.5 Aki

Pada penelithampion” dimai energi yanmanen.Aki

pasitas 5 Ah dvolt. Hal inii digunakan angan keluara0 rpm hanya mhingga untuk ing mungkin d.

.6. KelebihanDibandingkan d

enerator magnelebihan:

Gbr 3. Ro

erupakan bagiini stator mtegangan. Stoil atau kumng dilapisi olparan menentuarkan oleh gumparan terseang digunakandari motor ind

br.4. Stator A

tian ini digana aki digun

ng dihasilkan yang digunan mempunyai dapat diliha

pada pengan pada kecemempunyai te

tegangan kedilakukan ada

Gbr5. Aki

n Generator Mdengan mesinnet permanen

otor

ian yang diammerupakan ttator terdiri

mparan dari leh bahan isukan tegangangenerator terbut digabung n pada generaduksi EMT 18

AFPM

gunakan aki nakan sebagai

generator mnakan mempai tegangan noat pada gambagujian ini kepatan rendahegangan 27,9eluaran sebesalah untuk pen

Magnet Permn konvensionamemiliki bebe

m dari tempat

dari kawat

solator. n yang rsebut. secara

ator ini 80.

merk beban

magnet punyai ominal ar 3.6. karena

h yaitu 3 volt. sar itu ngisian

manen l, erapa

Artikel Reguler_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________18 Jurnal Penelitian Teknik Elektro Vol. 4 No. 2, Juni 2011

Mampu bekerja di putaran rendah tanpa gearbox.[2]

Biaya perawatan cenderung lebih rendah.[2]

Tidak memerlukan tegangan eksitasi dari luar. [3]

3. Metode Penelitian Pada penelitian ini, akan diuji generator

magnet permanen dalam berbagai jenis beban. Beban yang akan diuji berupa beban resistif dan induktif. Jenis pengujiannya pun berupa pengujian tanpa beban, pengujian berbeban frekuensi konstan dan pengujian berbeban dengan daya penggerak mula konstan. Sebelum dilakukan pengujian akan ditentukan dulu berbagai spesifikasi dari generator ini, yakni mesin bekerja pada putaran 333 rpm, 50 Hz. Jumlah kumparan/slot ada 12 kumparan/fasa, dengan rangkaian 1 fasa.

3.1 Pengujian Beban nol (0)

Pada pengujian beban nol (0) dalam pengujiannya tidak ada beban terpasang, sehingga pengujian ini akan membandingkan perubahan kecepatan putar rotor dengan perubahan frekuensi serta perubahan keluaran generator.Data yang ada kemudian dicatat dan ditampilkan dalam bentuk grafik.

3.2 Pengujian Berbeban Aki

Pengujian ini dimaksudkan untuk melihat karakteristik dari generator ini saat digunakan untuk mengisi aki. .Dengan variasi jenis pengisian, yakni daya penggerak mula konstan dan arus pengisian konstan diharapkan didapat karakteristik yang mendekati empiris. Selain itu, juga akan diuji aki hasil pengisian dengan beban resistif pada arus konstan agar efisiensi dari penggunaan aki dapat dihitung.

3.2.1. Beban Aki Saat Daya Penggerak Mula Konstan

Digunakan beban aki pada keluaran generator magnet permanen yang sudah disearahkan. Pada pengujian ini akan dilihat perubahan waktu pengisian terhadap tegangan aki, arus pengisian aki, daya aktif generator, dan frekuensi generator.

3.2.2. Beban Aki Saat Arus Pengisian Konstan

Pada pembebanan aki saat arus pengisian konstan ini akan dilihat pengaruh perubahan waktu terhadap tegangan aki, daya aktif generator , frekuensi generator. Arus pengisian dapat diatur konstan dengan menambah daya penggerak mulanya.

Gbr.6. flowchart pengujian secara umum.

4. Hasil dan Pembahasan Dari pengujian yang dilakukan didapatkan

data-data hasil percobaan.Data-data itu kemudian diolah dalam bentuk grafik.Grafik itu merupakan grafik karakteristik generator.

4.1. Pengujian Tanpa Beban

Pada pengujian ini akan ditampilkan dalam bentuk grafik hasil dari pengujian generator saat generator tanpa beban.

Dari pengujian tanpa beban tersebut didapatkan grafik sebagai berikut:

Gbr.7. Hubungan Frekuensi dan tegangan

pada pengujian tanpa beban.

Dari gambar 7 tersebut terjadi linearitas antara besarnya frekuensi dengan tegangan keluaran sebagaimana yang telah ditampilkan pada

0

50

100

150

200

250

0 500 1000 1500

tegangan(volt)

Kecepatan putar rotor (rpm)

_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________19Jurnal Penelitian Teknik Elektro Vol. 4 No. 2, Juni 2011

Bidang Sistem Tenaga Listrik

teori bahwa besarnya tegangan adalah sebanding dengan frekuensi.

4.2. Pengujian berbeban aki daya penggerak mula konstan

Pada pengujian daya penggerak mula generator diatur konstan.Dari hasil pengujian didapatkan grafik dibawah ini:

:

Gbr 8. Waktu pengisian-tegangan balik aki

saat daya penggerak mula konstan

Gbr 9. Waktu pengisian-arus pengisian aki saat daya penggerak mula konstan

Dari gambar 8 dan 9 diatas didapatkan

perbandingan antara waktu pengisian dan tegangan aki dimana saat diiisi maka tegangan aki akan meningkat seiring bertambahnya waktu pengisian. Dipihak lain, saat tegangan aki naik arus pengisian akan berkurang. Hal ini akibat dari daya penggerak mula yang diatur konstan sehingga tegangan yang dihasilkan generator tetap sama. Di pihak lain, tegangan aki meningkat dan menyebabkan arus pengisian turun. Persamaan yang digunakan adalah persamaan dibawah ini :

R

Vb)-(Vdc=Ipengisian

4.3.Pengujian berbeban aki arus pengisian konstan. Pada pengujian ini hampir sama dengan pengujian sebelumnya hanya saja pada pengujian ini arus pengisian diatur konstan. Hasil pengujian yang didapat dapat dilihat pada grafik dbawah ini :

Gbr 10. Waktu pengisian-tegangan aki saat

arus pengisian konstan Dari gambar 10 diatas terlihat bahwa

tegangan aki akan naik seiring dengan bertambahnya waktu pengisian aki.

4.4.Pengujian aki sebagai sumber tegangan saat arus pengosongan konstan

Pada pengujian ini aki yang tadinya diisi

oleh generator magnet permanen di beri beban reosthat. Dari hasil pengujian didapatkan grafik sebagai berikut :

Gbr 11 Waktu pengosongan-tegangan aki saat arus pengosongan konstan

Dari gambar 11 terlihat bahwa dengan semakin bertambahnya waktu pengosongan aki maka tegangan aki nilainya semakin turun.

4.4.Perhitungan Efisiensi Aki

11.50

12.00

12.50

13.00

13.50

0 500 1000

tegangan  aki (vo

lt)

waktu (menit)

0.440

0.445

0.450

0.455

0.460

0.465

0 200 400 600waktu ( menit )

aruspengisian

 (ampere)

11.5

12

12.5

13

13.5

0 500 1000 1500

teganganbalik aki (volt)

waktu (menit)

10.50

11.00

11.50

12.00

12.50

0 1000 2000

tegangan aki (volt)

waktu  (menit)

Artikel Reguler_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________20 Jurnal Penelitian Teknik Elektro Vol. 4 No. 2, Juni 2011

Data hasil pengujian kemudian dihitung efisiensi yang didapat dari penggunaan aki. Efisiensi merupakan perbandingan antara pengisian dan pengosongan. Pada aki terdapat dua jenis efisiensi yang dapat digunakan yaitu : Ah efisiensi dan Wh efisiensi. Dari hasil pengujian didapatkan grafik sebagai berikut :

Gbr 12 Ah efisiensi – 4 variasi Arus konstan

Gbr 13 Wh efisiensi – 4 variasi Arus konstan

Dari gambar 12 dan 13 dapat kita ketahui bahwa nilai efisiensi akan berbanding terbalik dengan arus pengisian konstan aki. Saat nilai arus pengisian konstan lebih besar maka efisiensi yang didapat akan lebih kecil. 5.Kesimpulan

1. Generator magnet permanen 1 fase

putaran rendah dapat digunakan untuk mengisi aki.

2. Pada pengujian tanpa beban, kecepatan putar rotor berbanding lurus dengan frekuensi generator dan tegangan keluaran generator baik tegangan AC maupun tegangan DC.

3. Pada pengujian berbeban aki dengan daya penggerak mula konstan, tegangan balik aki berbanding terbalik dengan arus pengisian dan frekuensi generator sedangkan daya aktif generator relatif konstan.

4. Pada pengujian berbeban aki dengan arus pengisian konstan maka tegangan balik aki akan berbanding lurus dengan daya aktif generator sedangkan frekuensi generator akan relatif konstan.

5. Pada pengujian berbeban aki dengan arus pengisian konstan, lamanya tegangan balik aki mencapai kondisi penuh akan berbanding terbalik dengan besar arus pengisian konstannya.

6. Efisiensi yang didapat pada pengujian dengan daya penggerak mula konstan terhadap arus pengosongan konstan 0,46 A adalah 81,7 % untuk efisiensi Ah dan 73,9 % untuk efisiensi Wh.

7. Pada pengujian arus pengisian dan pengosongan konstan efisiensi berbanding terbalik dengan arusnya.

6. Daftar Pustaka 1) Anih, L.U. dan L.U. Agu, 2006. A Novel

Configuration of Feedback’s Electric Machine Tutor (EMT) Model 180 as an Asynchronous Multiphase Reluctance Machine Without Rotor Conductors. University of Nigeria. Nsukka

2) Berahim, Hamzah., 1991. Pengantar Teknik Tenaga Listrik Teori Ringkas dan Penyelesaian Soal. Yogyakarta. Indonesia.

3) B.L Theraja, 1980. E Text Book Of Electrical Technology. Ram Nagar. NewDelhi.

4) Chalmers, B.J., W.Wu., 2009, An Axial-Flux Permanent-Magnet Generator for A Gearless Wind Energy System. University of Manchester Institute Of Science and Technology. Manchester.

5) Harry W. Morse and Ledyard W. Sargent, 1911, The Internal Resistance of The Lead Accumulator.www.jstor.org

89.5

90

90.5

91

91.5

92

0.175 0.31 0.4 0.46

Ah efisiensi( % )

Arus konstan (Ampere)

81.5

82

82.5

83

83.5

84

0 0.5

Wh efisiensi( % )

Arus konstan (Ampere)

_________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________21Jurnal Penelitian Teknik Elektro Vol. 4 No. 2, Juni 2011

Bidang Sistem Tenaga Listrik