Pembuatan dan Uji Kelistrikan Generator Magnet Permanen Fluks Aksial
PEMBUATAN DAN UJI KELISTRIKAN GENERATOR
MAGNET PERMANEN FLUKS AKSIAL
SKRIPSI
KARYAMAN HARTO ZEBUA
120801038
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
PEMBUATAN DAN UJI KELISTRIKAN GENERATOR
MAGNET PERMANEN FLUKS AKSIAL
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar
Sarjana Sains
KARYAMAN HARTO ZEBUA
120801038
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
PERSETUJUAN
Judul
: Pembuatan dan Uji Kelistrikan Generator
Magnet Permanen Fluks Aksial
Kategori
: Skripsi
Nama
: Karyaman Harto Zebua
Nomor Induk Mahasiswa
: 120801038
Program studi
: Sarjana (S1) Fisika
Departemen
: Fisika
Fakultas
: Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Disetujui di
Medan, Mei 2016
Disetujui Oleh :
Pembimbing 1 :
Pembimbing 2:
Dr. Marhaposan Situmorang
Dr. Ing. Priyo Sardjono, M.Sc.
NIP : 195510301980031003
NIP : 195312301979031003
Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua,
Dr. Marhaposan Situmorang
NIP : 195510301980031003
i
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN
PEMBUATAN DAN UJI KELISTRIKAN GENERATOR MAGNET
PERMANEN FLUKS AKSIAL
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa
kutipan dan ringkasan yang masing – masing disebutkan sumbernya.
Medan, Mei 2016
KARYAMAN HARTO ZEBUA
120801038
ii
Universitas Sumatera Utara
PEMBUATAN DAN UJI KELISTRIKAN GENERATOR MAGNET
PERMANEN FLUKS AKSIAL
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian pembuatan dan uji kelistrikan generator magnet
permanen fluks aksial AC 1 fasa menggunakan magnet NdFeB. Generator
dirancang bertipe stator dan rotor tunggal. Pengujian dilakuan dengan cara
membandingan tiga jenis rotor dengan dimensi dan jumlah magnet yang berbeda.
Pengujian dilakukan dalam dua tahap yaitu pengujian tanpa beban dan penggujian
berbeban lampu AC 5W/220V pada kecepatan 200 rpm – 320 rpm dengan interval
10 rpm. Hasil pengujian tegangan keluaran tertinggi pada kecepatan 320 rpm
adalah 142.6 Volt tanpa beban dengan frekuensi 32.08 Hz dan 124.0 Volt
menggunakan beban dengan frekuensi 32.04 Hz.
Kata kunci : generator MPFA, jarak celah , distribusi fluks magnet, dan
keluaran generator
iii
Universitas Sumatera Utara
MANUFACTUR AND ELECTRICAL TEST OF AXIAL FLUXS
PERMANENT MAGNETIC GENERATOR
ABSTRACT
Had made reseach manufactur and electrical test of axial fluxs permanent
magnetic generator 1 phase using NdFeB (Neodymiun-Iron-Boron) magnetic.
Types of generator designed is single stator and single rotor. The testing do with
method compared to three type of rotor with dimensions and sum of rotor which
different. The testing do in two phase that is testing no load and testing load lamp
AC 5W/220V at rotation 200 rpm – 320 rpm with interval 10 rpm. The result
maximum output voltage at rotation 320 rpm is 142,6 Volt without load with
output frequency 32,08 Hz and 124.0 Volt using load lamp AC 5W/220V with
output frequency 32.04 Hz.
Key word : generator of AFPM, air gap, the distribustion of magnetic flux, and
output of generator
iv
Universitas Sumatera Utara
PENGHARGAAN
Puji dan syukur saya panjatkan kepada Yesus Kristus atas berkat dan kasih
setianya yang selalu menyertai dan memberi kemudahan sehingga saya dapat
menyelesaikan skripsi ini.
Tugas akhir ini merupakan salah satu proses untuk memperoleh gelar
sarjana pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas
Sumatera Utara Medan. Untuk memenuhi persyaratan tersebut diatas saya
mengerjakan tugas akhir dengan judul : “PEMBUATAN DAN UJI
KELISTRIKAN GENERATOR MAGNET PERMANEN FLUKS AKSIAL”,
yang dilaksanakan di laboratorium Magnet P2F LIPI Serpong Tangerang Selatan
sesuai dengan waktu yang ditetapkan.
Penulis menyadari bahwa selama proses sampai terselesaikannya
penyusunan skripsi ini banyak sekali bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak.
Dengan segala kerendahan hati, penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih
dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Dr. Kerista Sebayang, MS. sebagai Dekan, dan Pembantu Dekan
FMIPA USU.
2. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku Ketua Departemen Fisika, dan
Drs.Syahrul Humaidi, M.Sc selaku Sekretaris Departemen Fisika FMIPA USU,
Kak Tini, Bang Jo dan Kak Yuspa selaku staf Departemen Fisika, seluruh
dosen, staf dan pegawai Departemen Fisika FMIPA USU yang telah membantu
dan membimbing dalam menimba ilmu dan menyelesaikan skripsi ini.
3. Bapak Dr. Marhaphosan Situmorang, Bapak Dr. Ing. Priyo Sardjono M.Sc. dan
Bapak Ir. Muljadi, M.Si. selaku Dosen pembimbing penulis yang telah
meluangkan waktu untuk membimbing, mengarahkan dalam melaksanakan
penelitian hingga penyelesaian penulisan skripsi ini, serta kepada Ibu Dr.
Nenen Rusneni, M.T, Bapak Prof. Dr. Masno Ginting M.Sc dan Bapak Prof.
Drs. Pardamean Sebayang M.Sc, yang telah banyak memberikan banyak
masukan dan saran.
v
Universitas Sumatera Utara
4. Bapak Ahmad yang telah membantu saya membuat kerangka desain generator
hingga selesai dan kepada Bang Anggi yang selalu memberi masukan dan
saran serta dorongan motivasi selama saya berada di ruangan Workshop.
5. Keluarga Besar P2F LIPI: Bapak Dr.Bambang Widyatmoko, M.Eng, selaku
kepala Laboratorium Pusat Penelitian Fisika P2F-LIPI Serpong. Ibu Ani,
Bapak Lukman Faris, Bapak satpam dan seluruh staff LIPI yang telah
membantu selama melakukan penelitian di P2F LIPI.
6. Yang terkhusus kepada saudara – saudara saya yang ada di kampung maupun
yang lagi kuliah, yang selalu mendoakan saya dan yang selalu memberikan
dukungan dana, sehingga saya bisa menyelesaikan Skripsi saya.
7. Terkhususnya buat teman saya Tania, Melpa, dan Elisabet yang selalu
membantu kami memasak makan dan teman yang selalu ada waktu di ajak
bercanda selama melakukan penelitian di Fisika LIPI.
8. Kepada teman – teman seperjuangan di ruangan magnetizer (Mareanus, Taufik,
Firman, Indah, Hanifah, dan Devi) yang selalu memberikan saya dorongan
motivasi.
9. Kepada teman – teman saya Fisika 2012 yang selalu memberikan dukungan
dan memdoakan saya sehingga saya bisa menyelesaikan skripsi ini tepat waktu.
Penulis menyadari bahwa penulisan ini masih jauh dari kesempurnaan.
Maka dari itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun
untuk memyempurnakan skripsi ini. Semoga dapat bermanfaat bagi penulis dan
pembaca.
Medan, Mei 2016
Penulis
vi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
Persetujuan
i
Pernyataan
ii
Penghargaan
iii
Abstrak
iv
Abstract
v
Daftar Isi
vii
Daftar Tabel
x
Daftar Gambar
xi
Daftar Lampiran
xv
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 latar Belakang
1
1.2 Rumusan Masalah
2
1.3 Tujuan Penelitian
2
1.4 Manfaat Penelitian
2
1.5 Batasan Masalah
2
1.6 Sistematika Penulisan
2
BAB 2 TINJAUAN TEORI
2.1 Prinsip Dasar Induksi Magnet
5
2.1.1 Medan Magnet
5
2.1.2 Fluks Magnet
5
2.1.3 Hukum Faraday pada Induksi Magnet
6
2.2 Kemagnetan
7
2.2.1 Macam – Macam Magnet Permanen
8
2.2.2 Karakteristik Magnet Permanen
11
2.2.3 Perbandingan Magnet Permanen
12
2.3 Generator Magnet
13
vii
Universitas Sumatera Utara
2.3.1 Generator Magnet Permanen Fluks Radial
14
2.3.2 Generator Magnet Permanen Fluks Aksial
14
2.4 Rotor Generator MPFA
15
2.4.1 Magnet Permanen Surface Mounted
16
2.4.2 Magnet Permanen Embedded
17
2.4.3 Kombinasi Magnet Permanen
17
2.5 Stator Generator MPFA
18
2.5.1 Stator Bentuk Torus
18
2.5.2 Stator Tanpa Inti
19
2.5.3 Celah Udara (Air Gap)
19
2.6 Prinsip Kerja Generator MPFA
20
2.7 Persamaan yang Digunakan pada Generator MPFA
21
2.7.1 Persamaan Fluks pada Permukaan Stator
21
2.7.2 Persamaan Tegangan Induksi pada Generator MPFA
23
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
25
3.2 Bahan dan Peralatan Penelitian
25
3.2.1 Bahan
25
3.2.2 Peralatan
25
3.3 Diagram Alir Penelitian
27
3.4 Desain Model Generator MPFA
28
3.4.1 Perancangan Stator Generator MPFA
29
3.4.2 Perancangan Rotor Generator MPFA
30
3.4.3 Celah Udara (Air Gap)
32
3.5 Pengujian Generator MPFA
32
3.5.1 Pengujian Generator MPFA Tanpa Beban
33
3.5.2 Pengujian Generator MPFA Berbeban
33
3.5.3 Rangkaian Listrik Pengujian Generator MPFA
34
3.5.4 Pengujian Generator MPFA Menggunakan Simulasi
35
viii
Universitas Sumatera Utara
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Spesifikasi Generator MPFA
36
4.1.1 Hasil Spesifikasi Stator Generator MPFA
36
4.1.2 Hasil Spesifikasi Rotor Generator MPFA
37
4.2 Data Hasil Pengukuran kerapatan Fluks Magnet yang Digunakan
41
4.3 Data Hasil Pengujian Generator MPFA
43
4.3.1 Data Hasil Pengujian Rotor Magnet Berukuran 3 cm x 6.5 cm 44
4.3.2 Data Hasil Pengujian Rotor Magnet Berukuran 4 cm x 5 cm
48
4.3.3 Data Hasil Pengujian Rotor Magnet Berukuran 5 cm x 12 cm
52
4.4 Analisa Gelombang Sinusoidal Tegangan Keluaran Generator
MPFA pada Osiloskop
56
4.4.1 Gelombang Sinusoidal Tegangan Keluaran Magnet Berukuran
3 cm x 6.5 cm
56
4.4.2 Gelombang Sinusoidal Tegangan Keluaran Magnet Berukuran
4 cm x 5 cm
57
4.4.3 Gelombang Sinusoidal Tegangan Keluaran Magnet Berukuran
5 cm x 12 cm
58
4.5 Analisa Perbandingan Hasil Pengujian Keluaran Generator MPFA
59
4.6 Analisa Perbandingan Hasil Pengujian dengan Hasil Simulasi
63
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
65
5.2 Saran
65
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
ix
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 3.1 Spesifikasi desain stator generator MPFA
29
Tabel 3.2 Spesifikasi desain rotor generator MPFA
30
Tabel 4.1 Data distribusi kerapatan fluks magnet NdFeB
42
Tabel 4.2 Data hasil pengujian rotor magnet berukuran 3 cm x 6.5 cm
44
Tabel 4.3 Data hasil pengujian rotor magnet berukuran 4 cm x 5 cm
48
Tabel 4.4 Data hasil pengujian rotor magnet berukuran 5 cm x 12 cm
52
x
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Pola garis – garis gaya magnet
5
Gambar 2.2 Arah garis medan magnet; (a) arah tegak lurus dan (b) arah yang
membentuk sudut θ terhadap permukaan bidang
6
Gambar 2.3 Neodymun magnets
8
Gambar 2.4 Samarium- Cobalt magnets
9
Gambar 2.5 Ceramic magnets
9
Gambar 2.6 Plastic magnets
10
Gambar 2.7 Alnico magnets
10
Gambar 2.8 Karakteristik magnet permanen
11
Gambar 2.9 Kurva perbandingan karakteristik material magnet permanen
12
Gambar 2.10 Arah fluks magnet pada generator; (a) Aagnet fluks radial dan
(b) Magnet permanen fluks aksial
13
Gambar 2.11 Rotor generator MPFA
16
Gambar 2.12 Magnet permanen Surface Mounted
16
Gambar 2.13 Magnet permanen Embedded
17
Gambar 2.14 Magnet permanen; (a) Tipe N-N dan (b) Tipe N-S
17
Gambar 2.15 Generator fluks aksial tipe slot dan aliran fluks tipe slot
18
Gambar 2.16 Generator aksial tipe tanpa slot dan aliran fluks tipe tanpa slot
19
Gambar 2.17 Celah udara (air gap) pada generator MPFA
20
Gambar 2.18 Luas bidang magnet pada rotor
22
Gambar 3.1 Model generator magnet permanen
28
Gambar 3.2 Bentuk stator generator MPFA
30
Gambar 3.3 Letak magnet ukuran 3 cm x 6.5 cm pada rotor generator MPFA 31
Gambar 3.4 Letak magnet ukuran 4 cm x 5 cm pada rotor generator MPFA
31
Gambar 3.5 Letak magnet ukuran 5 cm x 12 cm pada rotor generator MPFA
32
Gambar 3.6 Pengujian generator MPFA
34
Gambar 3.7 Rangkaian pengujian generator MPFA
34
Gambar 3.8 Software simulasi generator MPFA
35
xi
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.1 Spesifikasi kumparangenerator MPFA
36
Gambar 4.2
Spesifikasi rotor generator MPFA
37
Gambar 4.3 Spesifikasi rotor magnet berukuran 3 cm x 6.5 cm
37
Gambar 4.4 Spesifikasi rotor magnet berukuran 4 cm x 5 cm
39
Gambar 4.5 Spesifikasi rotor magnet berukuran 5 cm x 12 cm
40
Gambar 4.6 Grafik distribusi kerapatan fluks magnet NdFeB
43
Gambar 4.7 Grafik hubungan kecepatan putaran rotor terhadap frekuensi
keluaran generator MPFA saat tanpa beban dengan berbeban
menggunakan magnet NdFeB berukuran 3 cm x 6.5 cm
45
Gambar 4.8 Grafik hubungan kecepatan putaran rotor terhadap tegangan
keluaran generator MPFA saat tanpa beban dengan
berbeban menggunakan magnet NdFeB berukuran 3 cm x 6.5 cm 45
Gambar 4.9 Grafik hubungan kecepatan putaran rotor terhadap arus
Keluaran Generator MPFA dengan beban lampu AC
5W/220V mengunakan magnet NdFeB berukuran 3 cm x 6.5 cm 46
Gambar 4.10 Grafik hubungan kecepatan putaran rotor terhadap daya
keluaran generator MPFA dengan beban lampu AC
5W/220V mengunakan magnet NdFeB berukuran 3 cm x 6.5 cm 46
Gambar 4.11 Grafik hubungan kecepatan putaran rotor terhadap frekuensi
keluaran generator MPFA saat tanpa beban dengan
berbeban menggunakan magnet NdFeB berukuran 4 cm x 5 cm
49
Gambar 4.12 Grafik hubungan kecepatan putaran rotor terhadap tegangan
keluaran generator MPFA saat tanpa beban dengan
berbeban menggunakan magnet NdFeB berukuran 4 cm x 5 cm
49
Gambar 4.13 Grafik hubungan kecepatan putaran rotor terhadap arus
keluaran Generator MPFA dengan beban lampu AC
5W/220V mengunakan magnet NdFeB berukuran 4 cm x 5 cm
50
Gambar 4.14 Grafik hubungan kecepatan putaran rotor terhadap daya
Keluaran generator MPFA dengan beban lampu AC
5W/220V mengunakan magnet NdFeB berukuran 4 cm x 5 cm
50
Gambar 4.15 Grafik hubungan kecepatan putaran rotor terhadap frekuensi
keluaran generator MPFA saat tanpa beban dengan
xii
Universitas Sumatera Utara
berbeban menggunakan magnet NdFeB berukuran 5 cm x 12 cm 53
Gambar 4.16 Grafik hubungan kecepatan putaran rotor terhadap tegangan
keluaran generator MPFA saat tanpa beban dengan
berbeban menggunakan magnet NdFeB berukuran 5 cm x 12 cm 53
Gambar 4.17 Grafik hubungan kecepatan putaran rotor terhadap arus
Keluaran Generator MPFA dengan beban lampu AC
5W/220V mengunakan magnet NdFeB berukuran 5 cm x 12 cm 54
Gambar 4.18 Grafik hubungan kecepatan putaran rotor terhadap daya
Keluaran generator MPFA dengan beban lampu AC
5W/220V mengunakan magnet NdFeB berukuran 5 cm x 12 cm 54
Gambar 4.19 Gelombang sinusoidal pengukuran tegangan keluaran pada
kecepatan putaran rotor 320 rpm menggunakan magnet
NdFeB berukuran 3 cm x 6.5 cm dengan pengaturan Volt/Div
20.0 V dan Time/Div 10.0 ms
56
Gambar 4.20 Gelombang sinusoidal pengukuran tegangan keluaran pada
kecepatan putaran rotor 320 rpm menggunakan magnet
NdFeB berukuran 4 cm x 5 cm dengan pengaturan Volt/Div
20.0 V dan Time/Div 10.0 ms
57
Gambar 4.21 Gelombang sinusoidal pengukuran tegangan keluaran pada
kecepatan putaran rotor 320 rpm menggunakan magnet
NdFeB berukuran 5 cm x 12 cm dengan pengaturan Volt/Div
20.0 V dan Time/Div 10.0 ms
58
Gambar 4.22 Grafik perbandingan kecepatan putaran rotor dengan tegangan
keluaran generator MPFA tanpa beban menggunakan magnet
berukuran 3 cm x 6.5 cm, 4 cm x 5 cm, dan 5 cm x 12 cm
59
Gambar 4.23 Grafik perbandingan kecepatan putaran rotor dengan tegangan
keluaran generator MPFA berbeban lampu AC
5W/220V menggunakan magnet berukuran 3 cm x 6.5 cm, 4 cm
x 5 cm, dan 5 cm x 12 cm
60
Gambar 4.24 Grafik perbandingan kecepatan putaran rotor dengan arus
keluaran generator MPFA berbeban lampu AC 5W/220V
menggunakan magnet berukuran 3 cm x 6.5 cm, 4 cm x 5 cm,
xiii
Universitas Sumatera Utara
dan 5 cm x 12 cm
60
Gambar 4.25 Grafik perbandingan kecepatan putaran rotor dengan daya
keluaran generator MPFA berbeban lampu AC 5W/220V
menggunakan magnet berukuran 3 cm x 6.5 cm, 4 cm x 5 cm,
dan 5 cm x 12 cm
61
Gambar 4.26 Grafik perbandingan Tegangan Output Generator MPFA
terhadap kecepatan putaran rotor dengan hasil simulasi dan
hasil pengujian magnet berukuran 3 cm x 6.5 cm
63
xiv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1
Gambar Tabel Hasil Simulasi
Lampiran 2
Gambar Gelombang Sinusoidal Pada Kecepatan Putaran
320 rpm
Lampiran 3
Bahan dan Peralatan Penelitian
xv
Universitas Sumatera Utara
MAGNET PERMANEN FLUKS AKSIAL
SKRIPSI
KARYAMAN HARTO ZEBUA
120801038
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
PEMBUATAN DAN UJI KELISTRIKAN GENERATOR
MAGNET PERMANEN FLUKS AKSIAL
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar
Sarjana Sains
KARYAMAN HARTO ZEBUA
120801038
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
PERSETUJUAN
Judul
: Pembuatan dan Uji Kelistrikan Generator
Magnet Permanen Fluks Aksial
Kategori
: Skripsi
Nama
: Karyaman Harto Zebua
Nomor Induk Mahasiswa
: 120801038
Program studi
: Sarjana (S1) Fisika
Departemen
: Fisika
Fakultas
: Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Disetujui di
Medan, Mei 2016
Disetujui Oleh :
Pembimbing 1 :
Pembimbing 2:
Dr. Marhaposan Situmorang
Dr. Ing. Priyo Sardjono, M.Sc.
NIP : 195510301980031003
NIP : 195312301979031003
Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua,
Dr. Marhaposan Situmorang
NIP : 195510301980031003
i
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN
PEMBUATAN DAN UJI KELISTRIKAN GENERATOR MAGNET
PERMANEN FLUKS AKSIAL
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa
kutipan dan ringkasan yang masing – masing disebutkan sumbernya.
Medan, Mei 2016
KARYAMAN HARTO ZEBUA
120801038
ii
Universitas Sumatera Utara
PEMBUATAN DAN UJI KELISTRIKAN GENERATOR MAGNET
PERMANEN FLUKS AKSIAL
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian pembuatan dan uji kelistrikan generator magnet
permanen fluks aksial AC 1 fasa menggunakan magnet NdFeB. Generator
dirancang bertipe stator dan rotor tunggal. Pengujian dilakuan dengan cara
membandingan tiga jenis rotor dengan dimensi dan jumlah magnet yang berbeda.
Pengujian dilakukan dalam dua tahap yaitu pengujian tanpa beban dan penggujian
berbeban lampu AC 5W/220V pada kecepatan 200 rpm – 320 rpm dengan interval
10 rpm. Hasil pengujian tegangan keluaran tertinggi pada kecepatan 320 rpm
adalah 142.6 Volt tanpa beban dengan frekuensi 32.08 Hz dan 124.0 Volt
menggunakan beban dengan frekuensi 32.04 Hz.
Kata kunci : generator MPFA, jarak celah , distribusi fluks magnet, dan
keluaran generator
iii
Universitas Sumatera Utara
MANUFACTUR AND ELECTRICAL TEST OF AXIAL FLUXS
PERMANENT MAGNETIC GENERATOR
ABSTRACT
Had made reseach manufactur and electrical test of axial fluxs permanent
magnetic generator 1 phase using NdFeB (Neodymiun-Iron-Boron) magnetic.
Types of generator designed is single stator and single rotor. The testing do with
method compared to three type of rotor with dimensions and sum of rotor which
different. The testing do in two phase that is testing no load and testing load lamp
AC 5W/220V at rotation 200 rpm – 320 rpm with interval 10 rpm. The result
maximum output voltage at rotation 320 rpm is 142,6 Volt without load with
output frequency 32,08 Hz and 124.0 Volt using load lamp AC 5W/220V with
output frequency 32.04 Hz.
Key word : generator of AFPM, air gap, the distribustion of magnetic flux, and
output of generator
iv
Universitas Sumatera Utara
PENGHARGAAN
Puji dan syukur saya panjatkan kepada Yesus Kristus atas berkat dan kasih
setianya yang selalu menyertai dan memberi kemudahan sehingga saya dapat
menyelesaikan skripsi ini.
Tugas akhir ini merupakan salah satu proses untuk memperoleh gelar
sarjana pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas
Sumatera Utara Medan. Untuk memenuhi persyaratan tersebut diatas saya
mengerjakan tugas akhir dengan judul : “PEMBUATAN DAN UJI
KELISTRIKAN GENERATOR MAGNET PERMANEN FLUKS AKSIAL”,
yang dilaksanakan di laboratorium Magnet P2F LIPI Serpong Tangerang Selatan
sesuai dengan waktu yang ditetapkan.
Penulis menyadari bahwa selama proses sampai terselesaikannya
penyusunan skripsi ini banyak sekali bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak.
Dengan segala kerendahan hati, penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih
dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Dr. Kerista Sebayang, MS. sebagai Dekan, dan Pembantu Dekan
FMIPA USU.
2. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku Ketua Departemen Fisika, dan
Drs.Syahrul Humaidi, M.Sc selaku Sekretaris Departemen Fisika FMIPA USU,
Kak Tini, Bang Jo dan Kak Yuspa selaku staf Departemen Fisika, seluruh
dosen, staf dan pegawai Departemen Fisika FMIPA USU yang telah membantu
dan membimbing dalam menimba ilmu dan menyelesaikan skripsi ini.
3. Bapak Dr. Marhaphosan Situmorang, Bapak Dr. Ing. Priyo Sardjono M.Sc. dan
Bapak Ir. Muljadi, M.Si. selaku Dosen pembimbing penulis yang telah
meluangkan waktu untuk membimbing, mengarahkan dalam melaksanakan
penelitian hingga penyelesaian penulisan skripsi ini, serta kepada Ibu Dr.
Nenen Rusneni, M.T, Bapak Prof. Dr. Masno Ginting M.Sc dan Bapak Prof.
Drs. Pardamean Sebayang M.Sc, yang telah banyak memberikan banyak
masukan dan saran.
v
Universitas Sumatera Utara
4. Bapak Ahmad yang telah membantu saya membuat kerangka desain generator
hingga selesai dan kepada Bang Anggi yang selalu memberi masukan dan
saran serta dorongan motivasi selama saya berada di ruangan Workshop.
5. Keluarga Besar P2F LIPI: Bapak Dr.Bambang Widyatmoko, M.Eng, selaku
kepala Laboratorium Pusat Penelitian Fisika P2F-LIPI Serpong. Ibu Ani,
Bapak Lukman Faris, Bapak satpam dan seluruh staff LIPI yang telah
membantu selama melakukan penelitian di P2F LIPI.
6. Yang terkhusus kepada saudara – saudara saya yang ada di kampung maupun
yang lagi kuliah, yang selalu mendoakan saya dan yang selalu memberikan
dukungan dana, sehingga saya bisa menyelesaikan Skripsi saya.
7. Terkhususnya buat teman saya Tania, Melpa, dan Elisabet yang selalu
membantu kami memasak makan dan teman yang selalu ada waktu di ajak
bercanda selama melakukan penelitian di Fisika LIPI.
8. Kepada teman – teman seperjuangan di ruangan magnetizer (Mareanus, Taufik,
Firman, Indah, Hanifah, dan Devi) yang selalu memberikan saya dorongan
motivasi.
9. Kepada teman – teman saya Fisika 2012 yang selalu memberikan dukungan
dan memdoakan saya sehingga saya bisa menyelesaikan skripsi ini tepat waktu.
Penulis menyadari bahwa penulisan ini masih jauh dari kesempurnaan.
Maka dari itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun
untuk memyempurnakan skripsi ini. Semoga dapat bermanfaat bagi penulis dan
pembaca.
Medan, Mei 2016
Penulis
vi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
Persetujuan
i
Pernyataan
ii
Penghargaan
iii
Abstrak
iv
Abstract
v
Daftar Isi
vii
Daftar Tabel
x
Daftar Gambar
xi
Daftar Lampiran
xv
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 latar Belakang
1
1.2 Rumusan Masalah
2
1.3 Tujuan Penelitian
2
1.4 Manfaat Penelitian
2
1.5 Batasan Masalah
2
1.6 Sistematika Penulisan
2
BAB 2 TINJAUAN TEORI
2.1 Prinsip Dasar Induksi Magnet
5
2.1.1 Medan Magnet
5
2.1.2 Fluks Magnet
5
2.1.3 Hukum Faraday pada Induksi Magnet
6
2.2 Kemagnetan
7
2.2.1 Macam – Macam Magnet Permanen
8
2.2.2 Karakteristik Magnet Permanen
11
2.2.3 Perbandingan Magnet Permanen
12
2.3 Generator Magnet
13
vii
Universitas Sumatera Utara
2.3.1 Generator Magnet Permanen Fluks Radial
14
2.3.2 Generator Magnet Permanen Fluks Aksial
14
2.4 Rotor Generator MPFA
15
2.4.1 Magnet Permanen Surface Mounted
16
2.4.2 Magnet Permanen Embedded
17
2.4.3 Kombinasi Magnet Permanen
17
2.5 Stator Generator MPFA
18
2.5.1 Stator Bentuk Torus
18
2.5.2 Stator Tanpa Inti
19
2.5.3 Celah Udara (Air Gap)
19
2.6 Prinsip Kerja Generator MPFA
20
2.7 Persamaan yang Digunakan pada Generator MPFA
21
2.7.1 Persamaan Fluks pada Permukaan Stator
21
2.7.2 Persamaan Tegangan Induksi pada Generator MPFA
23
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
25
3.2 Bahan dan Peralatan Penelitian
25
3.2.1 Bahan
25
3.2.2 Peralatan
25
3.3 Diagram Alir Penelitian
27
3.4 Desain Model Generator MPFA
28
3.4.1 Perancangan Stator Generator MPFA
29
3.4.2 Perancangan Rotor Generator MPFA
30
3.4.3 Celah Udara (Air Gap)
32
3.5 Pengujian Generator MPFA
32
3.5.1 Pengujian Generator MPFA Tanpa Beban
33
3.5.2 Pengujian Generator MPFA Berbeban
33
3.5.3 Rangkaian Listrik Pengujian Generator MPFA
34
3.5.4 Pengujian Generator MPFA Menggunakan Simulasi
35
viii
Universitas Sumatera Utara
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Spesifikasi Generator MPFA
36
4.1.1 Hasil Spesifikasi Stator Generator MPFA
36
4.1.2 Hasil Spesifikasi Rotor Generator MPFA
37
4.2 Data Hasil Pengukuran kerapatan Fluks Magnet yang Digunakan
41
4.3 Data Hasil Pengujian Generator MPFA
43
4.3.1 Data Hasil Pengujian Rotor Magnet Berukuran 3 cm x 6.5 cm 44
4.3.2 Data Hasil Pengujian Rotor Magnet Berukuran 4 cm x 5 cm
48
4.3.3 Data Hasil Pengujian Rotor Magnet Berukuran 5 cm x 12 cm
52
4.4 Analisa Gelombang Sinusoidal Tegangan Keluaran Generator
MPFA pada Osiloskop
56
4.4.1 Gelombang Sinusoidal Tegangan Keluaran Magnet Berukuran
3 cm x 6.5 cm
56
4.4.2 Gelombang Sinusoidal Tegangan Keluaran Magnet Berukuran
4 cm x 5 cm
57
4.4.3 Gelombang Sinusoidal Tegangan Keluaran Magnet Berukuran
5 cm x 12 cm
58
4.5 Analisa Perbandingan Hasil Pengujian Keluaran Generator MPFA
59
4.6 Analisa Perbandingan Hasil Pengujian dengan Hasil Simulasi
63
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
65
5.2 Saran
65
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
ix
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 3.1 Spesifikasi desain stator generator MPFA
29
Tabel 3.2 Spesifikasi desain rotor generator MPFA
30
Tabel 4.1 Data distribusi kerapatan fluks magnet NdFeB
42
Tabel 4.2 Data hasil pengujian rotor magnet berukuran 3 cm x 6.5 cm
44
Tabel 4.3 Data hasil pengujian rotor magnet berukuran 4 cm x 5 cm
48
Tabel 4.4 Data hasil pengujian rotor magnet berukuran 5 cm x 12 cm
52
x
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Pola garis – garis gaya magnet
5
Gambar 2.2 Arah garis medan magnet; (a) arah tegak lurus dan (b) arah yang
membentuk sudut θ terhadap permukaan bidang
6
Gambar 2.3 Neodymun magnets
8
Gambar 2.4 Samarium- Cobalt magnets
9
Gambar 2.5 Ceramic magnets
9
Gambar 2.6 Plastic magnets
10
Gambar 2.7 Alnico magnets
10
Gambar 2.8 Karakteristik magnet permanen
11
Gambar 2.9 Kurva perbandingan karakteristik material magnet permanen
12
Gambar 2.10 Arah fluks magnet pada generator; (a) Aagnet fluks radial dan
(b) Magnet permanen fluks aksial
13
Gambar 2.11 Rotor generator MPFA
16
Gambar 2.12 Magnet permanen Surface Mounted
16
Gambar 2.13 Magnet permanen Embedded
17
Gambar 2.14 Magnet permanen; (a) Tipe N-N dan (b) Tipe N-S
17
Gambar 2.15 Generator fluks aksial tipe slot dan aliran fluks tipe slot
18
Gambar 2.16 Generator aksial tipe tanpa slot dan aliran fluks tipe tanpa slot
19
Gambar 2.17 Celah udara (air gap) pada generator MPFA
20
Gambar 2.18 Luas bidang magnet pada rotor
22
Gambar 3.1 Model generator magnet permanen
28
Gambar 3.2 Bentuk stator generator MPFA
30
Gambar 3.3 Letak magnet ukuran 3 cm x 6.5 cm pada rotor generator MPFA 31
Gambar 3.4 Letak magnet ukuran 4 cm x 5 cm pada rotor generator MPFA
31
Gambar 3.5 Letak magnet ukuran 5 cm x 12 cm pada rotor generator MPFA
32
Gambar 3.6 Pengujian generator MPFA
34
Gambar 3.7 Rangkaian pengujian generator MPFA
34
Gambar 3.8 Software simulasi generator MPFA
35
xi
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.1 Spesifikasi kumparangenerator MPFA
36
Gambar 4.2
Spesifikasi rotor generator MPFA
37
Gambar 4.3 Spesifikasi rotor magnet berukuran 3 cm x 6.5 cm
37
Gambar 4.4 Spesifikasi rotor magnet berukuran 4 cm x 5 cm
39
Gambar 4.5 Spesifikasi rotor magnet berukuran 5 cm x 12 cm
40
Gambar 4.6 Grafik distribusi kerapatan fluks magnet NdFeB
43
Gambar 4.7 Grafik hubungan kecepatan putaran rotor terhadap frekuensi
keluaran generator MPFA saat tanpa beban dengan berbeban
menggunakan magnet NdFeB berukuran 3 cm x 6.5 cm
45
Gambar 4.8 Grafik hubungan kecepatan putaran rotor terhadap tegangan
keluaran generator MPFA saat tanpa beban dengan
berbeban menggunakan magnet NdFeB berukuran 3 cm x 6.5 cm 45
Gambar 4.9 Grafik hubungan kecepatan putaran rotor terhadap arus
Keluaran Generator MPFA dengan beban lampu AC
5W/220V mengunakan magnet NdFeB berukuran 3 cm x 6.5 cm 46
Gambar 4.10 Grafik hubungan kecepatan putaran rotor terhadap daya
keluaran generator MPFA dengan beban lampu AC
5W/220V mengunakan magnet NdFeB berukuran 3 cm x 6.5 cm 46
Gambar 4.11 Grafik hubungan kecepatan putaran rotor terhadap frekuensi
keluaran generator MPFA saat tanpa beban dengan
berbeban menggunakan magnet NdFeB berukuran 4 cm x 5 cm
49
Gambar 4.12 Grafik hubungan kecepatan putaran rotor terhadap tegangan
keluaran generator MPFA saat tanpa beban dengan
berbeban menggunakan magnet NdFeB berukuran 4 cm x 5 cm
49
Gambar 4.13 Grafik hubungan kecepatan putaran rotor terhadap arus
keluaran Generator MPFA dengan beban lampu AC
5W/220V mengunakan magnet NdFeB berukuran 4 cm x 5 cm
50
Gambar 4.14 Grafik hubungan kecepatan putaran rotor terhadap daya
Keluaran generator MPFA dengan beban lampu AC
5W/220V mengunakan magnet NdFeB berukuran 4 cm x 5 cm
50
Gambar 4.15 Grafik hubungan kecepatan putaran rotor terhadap frekuensi
keluaran generator MPFA saat tanpa beban dengan
xii
Universitas Sumatera Utara
berbeban menggunakan magnet NdFeB berukuran 5 cm x 12 cm 53
Gambar 4.16 Grafik hubungan kecepatan putaran rotor terhadap tegangan
keluaran generator MPFA saat tanpa beban dengan
berbeban menggunakan magnet NdFeB berukuran 5 cm x 12 cm 53
Gambar 4.17 Grafik hubungan kecepatan putaran rotor terhadap arus
Keluaran Generator MPFA dengan beban lampu AC
5W/220V mengunakan magnet NdFeB berukuran 5 cm x 12 cm 54
Gambar 4.18 Grafik hubungan kecepatan putaran rotor terhadap daya
Keluaran generator MPFA dengan beban lampu AC
5W/220V mengunakan magnet NdFeB berukuran 5 cm x 12 cm 54
Gambar 4.19 Gelombang sinusoidal pengukuran tegangan keluaran pada
kecepatan putaran rotor 320 rpm menggunakan magnet
NdFeB berukuran 3 cm x 6.5 cm dengan pengaturan Volt/Div
20.0 V dan Time/Div 10.0 ms
56
Gambar 4.20 Gelombang sinusoidal pengukuran tegangan keluaran pada
kecepatan putaran rotor 320 rpm menggunakan magnet
NdFeB berukuran 4 cm x 5 cm dengan pengaturan Volt/Div
20.0 V dan Time/Div 10.0 ms
57
Gambar 4.21 Gelombang sinusoidal pengukuran tegangan keluaran pada
kecepatan putaran rotor 320 rpm menggunakan magnet
NdFeB berukuran 5 cm x 12 cm dengan pengaturan Volt/Div
20.0 V dan Time/Div 10.0 ms
58
Gambar 4.22 Grafik perbandingan kecepatan putaran rotor dengan tegangan
keluaran generator MPFA tanpa beban menggunakan magnet
berukuran 3 cm x 6.5 cm, 4 cm x 5 cm, dan 5 cm x 12 cm
59
Gambar 4.23 Grafik perbandingan kecepatan putaran rotor dengan tegangan
keluaran generator MPFA berbeban lampu AC
5W/220V menggunakan magnet berukuran 3 cm x 6.5 cm, 4 cm
x 5 cm, dan 5 cm x 12 cm
60
Gambar 4.24 Grafik perbandingan kecepatan putaran rotor dengan arus
keluaran generator MPFA berbeban lampu AC 5W/220V
menggunakan magnet berukuran 3 cm x 6.5 cm, 4 cm x 5 cm,
xiii
Universitas Sumatera Utara
dan 5 cm x 12 cm
60
Gambar 4.25 Grafik perbandingan kecepatan putaran rotor dengan daya
keluaran generator MPFA berbeban lampu AC 5W/220V
menggunakan magnet berukuran 3 cm x 6.5 cm, 4 cm x 5 cm,
dan 5 cm x 12 cm
61
Gambar 4.26 Grafik perbandingan Tegangan Output Generator MPFA
terhadap kecepatan putaran rotor dengan hasil simulasi dan
hasil pengujian magnet berukuran 3 cm x 6.5 cm
63
xiv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1
Gambar Tabel Hasil Simulasi
Lampiran 2
Gambar Gelombang Sinusoidal Pada Kecepatan Putaran
320 rpm
Lampiran 3
Bahan dan Peralatan Penelitian
xv
Universitas Sumatera Utara