Analisis Pengaruh Air Gap (Celah Udara) Terhadap Unjuk Kerja Generator Axial Flux Double Side Rotor 1 Fasa dengan Kutub Berlawanan (N-S)

Abstract

Generator adalah peralatan listrik yang banyak digunakan pada energi terbarukan untuk dapat mengkonversikan energi mekanik menjadi energi listrik berdasarkan pada hukum Faraday. Energi terbarukan seperti tenaga angin dan air sebagai sumber energi listrik alternatif skala kecil hanya mampu membangkitkan energi mekanik yang rendah, sehingga membutuhkan generator jenis axial flux permanent magnet (AFPM) yang bekerja pada putaran rendah. Beberapa studi telah dilakukan tentang generator axial flux antara lain dalam rancang bangun, pengaruh jumlah lilitan kumparan, dan jumlah magnet terhadap kinerja generator. Selain parameter tersebut, celah udara juga merupakan parameter yang dapat mempengaruhi kinerja generator. Penelitian ini dilakukan dengan memberikan variasi celah udara sebesar 8 mm, 9 mm, dan 10 mm pada generator axial flux konstruksi double side rotor sebagai pembangkit listrik bolak-balik (AC) 1 fasa menggunakan magnet permanen Neodymium Iron Boron (NdFeB) dan disusun secara kutub berlawanan (N-S). Generator ini menggunakan 9 buah coil (kumparan) dengan masing-masing terdiri dari 300 lilitan dan menggunakan jumlah pole magnet sebanyak 18 pole dengan masing-masing rotor terdiri dari 9 pole. Untuk mengetahui pengaruh celah udara terhadap unjuk kerja generator diberikan input berupa kecepatan putar rotor yang bervariasi pada kondisi tanpa beban dan dengan beban untuk masing-masing celah. Sedangkan untuk mengetahui pengaruh variasi beban dilakukan dengan memberikan beban pada generator beruba 3 buah LED yang terhubung secara seri, kemudian 2 paralel (3 LED seri) dan 3 paralel (3 LED seri). Pada pengujian celah udara 8 mm, pengujian pertama yaitu pada kondisi tanpa beban dimana saat kecepatan putar rotor 2500 rpm diperoleh nilai frekuensi gelombang output yaitu 375,3 Hz dan tegangan open circuit (Voc) sebesar 7,316 V, sedangkan saat kecepatan putar 3000 rpm diperoleh frekuensi sebesar 450,4 Hz dan Voc sebesar 8,496 V. Pada variasi beban pertama, yaitu beban 3 LED terhubung seri dimana saat kecepatan putar 3000 rpm diperoleh tegangan output sebesar 7,468 V, arus output sebesar 14,961 mA, daya output sebesar 1,117 × 10−1 W dan torsi rotor sebesar 3,558 × 10−4 Nm. Pada beban 2 paralel (3 LED seri) diperoleh tegangan dan arus output sebesar 7,245 V dan 17,142 mA. Sedangkan saat beban 3 paralel (3 LED seri) diperoleh tegangan dan arus output sebesar 7,183 V dan 17,193 mA. Pada pengujian celah udara 9 mm, pada kondisi tanpa beban saat kecepatan putar rotor 2500 rpm diperoleh nilai frekuensi sebesar 375,3 Hz dan Voc sebesar 6,480 V, sedangkan saat kecepatan putar 3000 rpm diperoleh frekuensi sebesar 450,4 Hz dan Voc sebesar 7,669 V. Pada beban 3 LED terhubung seri dimana saat kecepatan putar 3000 rpm diperoleh tegangan output sebesar 7,279 V, arus output sebesar 7,444 mA, daya output sebesar 5,418 × 10−2 W dan torsi rotor sebesar 1,726 × 10−4 Nm. Pada beban 2 paralel (3 LED seri) diperoleh tegangan dan arus output sebesar 7,153 V dan 9,006 mA. Sedangkan saat beban 3 paralel (3 LED seri) diperoleh tegangan dan arus output sebesar 7,102 V dan 9,624 mA. Pada pengujian celah udara 10 mm, pada kondisi tanpa beban saat kecepatan putar rotor 2500 rpm diperoleh nilai frekuensi yaitu 375,3 Hz dan Voc sebesar 5,843 V, sedangkan saat kecepatan 3000 rpm diperoleh frekuensi sebesar 450,4 Hz dan Voc sebesar 6,976 V. Pada beban 3 LED terhubung seri dimana saat kecepatan putar 3000 rpm diperoleh tegangan output sebesar 6,826 V, arus output sebesar 1,298 mA, daya output sebesar 8,860 × 10−3 W dan torsi rotor sebesar 2,822 × 10−5 Nm. Pada beban 2 paralel (3 LED seri) diperoleh tegangan dan arus output sebesar 6,779 V dan 1,768 mA. Sedangkan saat beban 3 paralel (3 LED seri) diperoleh tegangan dan arus output sebesar 6,774 V dan 1,931 mA. Dari penelitian ini disimpulkan bahwa tegangan dan arus output serta frekuensi semakin besar sebanding dengan semakin besarnya kecepatan putar rotor yang diberikan. Pada variasi air gap (celah udara) yang diberikan pada generator axial flux double side rotor 1 fasa diketahui bahwa jarak celah udara tidak mempengaruhi besar frekuensi luaran generator. Namun, semakin kecil jarak celah udara yang digunakan maka tegangan output tanpa beban, tegangan output dengan beban, arus output, daya output dan torsi putar rotor yang dihasilkan semakin besar pada kecepatan putar rotor yang sama.