1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah Krisis energi yang melanda dunia khususnya di Indonesia, telah membuat berbagai pihak mencari solusi dan melakukan penelitian untuk mencari sumber energi alternatif yang dapat menghasilkan energi listrik. Telah diketahui bahwa saat ini sumber minyak bumi dan batu bara semakin menipis, untuk itu sumber energi alternatif sangat dibutuhkan dunia. Akan tetapi sumber daya manusia untuk mengolah sumber energi alternatif masih sangat sedikit, contohnya di Indonesia. Banyak sumber energi alternatif yang dapat diolah, hanya saja masyarakat Indonesia terbatas dalam hal fasilitas dan modal. Beberapa penelitian mulai memanfaatkan energi matahari, air dan angin untuk menghasilkan energi listrik baik dalam skala kecil maupun besar. Sumber energi tersebut diubah menjadi energi listrik dengan menggunakan generator magnet permanen. Energi listrik yang dapat dihasilkan oleh generator magnet permanen sangat menguntungkan. Magnet permanen dapat digunakan pada generator yang diaplikasikan pada kincir air untuk mengubah energi mekanis menjadi energi listrik. Generator listrik yang biasanya diterapkan pada pusat-pusat tenaga listrik adalah bekerja dengan putaran poros yang tinggi. Putaran poros yang tinggi hanya 1
2 bisa dicapai melalui pemanfaatan energi primer dari fosil, seperti minyak dan gas, yang dikonversi menjadi energi panas (thermal) guna menggerakkan turbin, sehingga poros turbin menghasilkan putaran yang tinggi dan dihubungkan kepada poros generator listrik. Pusat-pusat tenaga listrik yang energi primernya bukan dari fosil, seperti dari energi baru dan terbarukan, misalnya pusat listrik tenaga bayu atau angin, angin bertiup dengan kecepatan kurang dari 5 meter/detik, pusat listrik tenaga mikrohidro, air sungai mengalir yang beda ketinggian hulu dan hilir kurang dari 5 meter atau zero head, maka energi yang terkandung dalam angin dan air tersebut, diterima oleh turbin angin dan turbin air, sehingga poros turbin hanya menghasilkan putaran yang rendah. Sehingga perlu dikembangkan sebuah generator listrik yang hanya dengan putaran poros rendah, menghasilkan induksi tegangan listrik yang tunak. Caranya adalah menggantikan rotor generator listrik tersebut dengan rotor yang konstruksinya tersusun dari magnet permanen. Magnet permanen yang dipergunakan adalah memiliki kerapatan dan kekuatan fluk magnetik yang cukup kuat dan diperoleh dari magnet yang terbuat dengan bahan Neobium Ferrum Boron (Nd Fe B). (Prabowo, 2011) 1.2 Perumusan Masalah sebagai berikut : Berdasarkan latar belakang di atas maka dapat dirumuskan permasalahan
3 1. Apakah motor induksi tiga fasa rotor sangkar tupai dapat dikonversi menjadi generator listrik tiga fasa putaran rendah berbasis rotor radial magnet permanen neobium ferrum boron (Nd Fe B)? 2. Bagaimana pengaruh kecepatan putar generator terhadap frekuensi dan tegangan keluaran saat tanpa beban? 3. Bagaimana pengaruh pembebanan dan variasi nilai beban resistif terhadap tegangan, arus, faktor daya, daya aktif, daya reaktif, daya nyata, dan kecepatan putar generator saat frekuensi diatur konstan senilai 50 Hz, 75 Hz, 100 Hz, 125 Hz? 4. Bagaimana pengaruh pembebanan dan variasi nilai beban resistif terhadap tegangan, frekuensi, arus, faktor daya, daya aktif, daya reaktif, dan daya nyata saat daya penggerak mula konstan? 1.3 Manfaat dan Tujuan Penelitian Penelitian ini bermanfaat sebagai berikut : 1. Pemanfaatan generator magnet permanen untuk konversi energi terbarukan mengatasi sumber daya alam tak terbarukan yang mengalami krisis. 2. Penghematan energi yang digunakan untuk mengahasilkan putaran poros yang rendah dengan hasil lebih baik dibandingkan putaran poros yang tinggi.
4 Penelitian ini bertujuan sebagai berikut : 1. Mengetahui bagaimana kinerja rancang bangun generator listrik 3 fasa putaran rendah berbasis rotor radial magnet permanen (Nd Fe B). 2. Pencapaian penelitian ini adalah kinerja generator listrik tiga fasa putaran rendah berbasis rotor radial magnet permanen (Nd Fe B) dapat menggantikan generator yang umum digunakan. 3. Melakukan perancangan dan pengujian generator putaran rendah 3 fasa magnet permanen berbasis motor induksi. 4. Mengetahui karakteristik dari generator putaran rendah 3 fasa magnet permanen berbasis motor induksi. 5. Mengetahui kelebihan dan kekurangan mesin jenis ini berdasar hasil pengujian yang dilakukan. 1.4 Batasan Masalah 1. Mesin yang digunakan sebagai generator dalam pengujian ini adalah generator sinkron putaran rendah 3 fasa magnet permanen yang berbasis motor induksi. 2. Perancangan generator disini terbatas pada perancangan rotor, untuk stator dan konstruksi generator berasal dari stator yang ada di pasaran 3. Dalam pengujian ini menggunakan penggerak utama berupa motor DC dengan daya output 0.25 kw. 4. Pengujian ini hanya menggunakan beban resistif, yaitu berupa rheostat.
5 5. Pengujian ini hanya terbatas pada pengetahuan mengenai karakteristik secara elektris dari generator magnet permanen berbasis motor induksi ini. a. Metodologi Penelitian Metode yang digunakan dalam penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan hasil penelitian sesuai dengan yang diharapkan dan memenuhi kaidah ilmiah. Adapun metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Studi Literatur Dilakukan dengan cara mencari dan mempelajari berbagai referensi mengenai mesin putaran rendah magnet permanen dari berbagai sumber terkait. 2. Perancangan dan Pemasangan Stator Dilakukan dengan menggunakan dimensi stator motor induksi 3 fasa yang sudah ada sehingga menjadi generator yang siap diuji. 3. Pengujian dan Pengukuran Melakukan pengujian di bengkel Ristek yang berlokasi di Srandakan, Bantul, Yogyakarta, yang kemudian didapatkan berbagai data yang mendukung analisis untuk penyusunan tugas akhir ini. 4. Analisis Data Dilakukan dengan cara mencari hubungan antar variabel keluaran generator, kemudian membuat persamaan dari hubungan tersebut sehingga diketahui karakteristik dari generator tersebut yang selanjutnya dianalisis sebab-sebab munculnya bentuk karakteristik dari generator tersebut.
6 b. Sistematika penelitian Sistematika penulisan laporan dibuat untuk memberikan gambaran dari isi laporan ini, dan mempermudah dalam memahami isi laporan tugas akhir berikut. Laporan tugas akhir ini terdiri dari 5 bab yang berisi BAB I : Pendahuluan Berupa gambaran umum tentang tugas akhir yang menjelaskan tentang latar belakang masalah, rumusan masalah, batasana masalah, tujuan penulisan, metodologi penulisan dan sistematika penulisan. BAB II : Dasar Teori Berisi tentang dasar teori maupun perhitungan mengenai generator sinkron secara umum, maupun mengenai generator magnet permanen medan radial, serta rangkaian ekuivalen dari generator sinkron. BAB III : Metode Penelitian Berisi pembahasan mengenai perancangan generator magnet 3 fasa magnet permanen serta cara penelitian berikut dengan diagram alir. BAB IV : Pengujian dan Pembahasan Berisi pengujian generator sinkron magnet permanen dan kemudian menganalisis hasil yang didapat yang disusun dalam tabel dan grafik.
7 BAB V : Kesimpulan dan Saran Bagian terakhir dari tugas akhir ini yang berisi tentang kesimpulan dari pembuatan tugas akhir ini disertai saran yang membangun untuk perbaikan dan pengembangan lebih lanjut.