Gaya tarik Dengan asumsi percepatan e-scooter yang dirancang sebesar 0,2 m/s2 (5)A-4 ∑

(1)

Universitas Sultan Ageng Tirtayasa

LAMPIRAN

(2)

A-1 LAMPIRAN A. PERHITUNGAN Menentukan Daya Mekanik 1. Gaya rolling resistance

Dengan asumsi berat beban maksimal untuk e-scooter (𝑀) sebesar 100 kg dan percepatan gravitasi (𝑔) sebesar 9,8 m/s²serta koefisien rolling resistance (𝐶_𝑟𝑟) sebesar 0,008 pada Tabel A-1, maka gaya rolling resistance (𝑓_𝑟𝑜) dapat diketahui sebagai berikut,

𝑓_𝑟𝑜 = 𝐶_𝑟𝑟 𝑥 𝑀 𝑥 𝑔 𝑓_𝑟𝑜 = 0,008 𝑥 100 𝑥 9,8

𝑓_𝑟𝑜 = 7,84 𝑁

Tabel A-1 koefisien rolling resistance 0,001-0,002 Roda Kereta pada Rel Baja 0,001 Roda Sepeda pada Jalan Kayu 0,002 Roda Sepeda pada Jalan Beton 0,004 Roda Sepeda pada Jalan Aspal

0,008 Roda Sepeda pada Jalan beraspal kasar 0,006-0,01 Roda Truk pada Aspal

0,01-0,015 Roda Mobil pada Jalan Beton/Aspal baru

0,02 Roda Mobil dengan Aspal

0,02 Roda Mobil dengan Jalan penuh gundugan kerikil 0,03 Roda Mobil pada Jalan berbatu besar

0,04-0,08 Roda mobil pada Jalan berpasir padat/tanah keras 0,2-0,4 Roda Mobil pada Pasir lepas

(3)

A-2 2. Gaya daki (gradient hill climb)

Dengan asumsi besar Sudut Kemiringan Jalan (𝜃) sebesar 12% = 6,84° dengan pertimbangan pada Tabel A-2, maka gaya daki (gradient hill climb) dapat diketahui sebagai berikut,

𝑓_𝑔𝑟 = ±𝑀 𝑥 𝑔 𝑥 sin 𝜃 𝑓_𝑔𝑟 = ±100 𝑥 9,8 𝑥 sin 6,84°

𝑓_𝑔𝑟 = ±116,715 𝑁

Tabel A-2 Konversi gradien pada sudut kemiringan Degre of Incline Incline Angle

1% 0°

2% 1°

3% 1°

4% 2°

5% 2°

6% 3°

8% 4°

10% 5°

15% 8°

20% 11°

25% 14°

30% 16°

35% 19°

40% 21°

45% 24°

(4)

A-3 3. Gaya gesek udara (Aerodynamic)

Dengan asumsi Koefisien aerodynamic drag 𝐶_𝑑 sebesar 0,5 dan Koefisien Frontal area (𝐴_𝑟) sebesar 0,7 dengan pertimbangan pada tabel (A-3), serta Kerapatan udara (𝜌) sebesar 1,1644 kg/m³dan kecepatan awal (V) sebesar 55 km/jam atau 15,277 m/s, maka Gaya gesek udara (Aerodynamic) dapat diketahui sebagai berikut,

𝑓_𝑎𝑑 = 0,5 𝑥 𝐶_𝑑 𝑥 𝐴_𝑟 𝑥 𝜌 𝑥 𝑉² 𝑓_𝑎𝑑 = 0,5 𝑥 0,5 𝑥 0,7 𝑥 1,1644 𝑥 15,277²

𝑓_𝑎𝑑 = 47,557 𝑁

Tabel A-3 koefisien drag dan frontal area pada kendaraan

Kendaraan 𝐶_𝑑 𝐴_𝑟

Motor dengan Pengendara 0,5-0,7 0,7-0,9 Mobil dengan Open

Convertible

0,5-0,7 1,7-0,9

Limousine 0,22-0,4 1,7-2,0

Bus 3/4 0,4-0,8 6-10

Truk tanpa Trailer 0,45-0,8 6,0-10,0 Truk dengan Trailler 0,55-1,0 6,0-10,0

Truk Gandeng 0,5-0,9 6,0-10,0

4. Gaya beban

𝐹_𝑏 = 𝑓_𝑟𝑜+ 𝑓_𝑔𝑟+ 𝑓_𝑎𝑑

𝐹_𝑏 = 7,84 + 116,715 + 47,557 𝐹_𝑏= 172,112 𝑁

5. Gaya tarik

Dengan asumsi percepatan e-scooter yang dirancang sebesar 0,2 m/s²

(5)

A-4

∑𝐹 = 𝑚. 𝑎 𝐹_𝑡𝑎− 𝐹_𝑏 = 𝑚. 𝑎

𝐹_𝑡𝑎 = 𝐹_𝑏+ 𝑚. 𝑎 𝐹_𝑡𝑎= 172,112 + 100.0,2

𝐹_𝑡𝑎 = 192,112 𝑁

6. Daya Mekanik

𝑃 = 𝐹_𝑡𝑎. 𝑣 𝑃 = 192,112 . 15,277

𝑃 = 2934,895 𝑊𝑎𝑡𝑡 𝑃 ≈ 3000 𝑊𝑎𝑡𝑡

7. Torsi Mekanik

Dengan asumsi diameter roda (𝑑) yang digunakan adalah 14” atau 0,3556 m sehingga jari-jarinya (𝑟) sebesar 0,1778 m, maka kebutuhan torsi mekanik dapat diketahui sebagai berikut,

𝑇_𝑚 = 𝐹_𝑏 𝑥 𝑟 𝑇_𝑚 = 172,112 𝑥 0,1778

𝑇_𝑚 = 30,602 𝑁𝑚

8. Kecepatan putar motor

𝑉 = 𝑛_𝑠 𝑥2 𝜋 𝑟 60 𝑛_𝑠 = 𝑉 𝑥 60

2 𝜋 𝑟 𝑛_𝑠 = 15,277 𝑥 60

2 𝜋 0,1778 𝑛_𝑠 = 820,498 𝑟𝑝𝑚

𝑛_𝑠 ≈ 800𝑟𝑝𝑚

(6)

A-5

Menentukan parameter mikro sebelum merancang motor 9. Menentukan kombinasi slot dan pole yang sesuai

Dengan asumsi pemilihan kutub (2p) sebesar 8 dan 10, maka kombinasi slot dan pole dapat diketahui menjadi,

Ns = 2p ± 1, NS = 2p ± 2 Ns = 2(4) ± 1, NS = 2(5) ± 2

Ns = 9, NS = 12

Jumlah slot tersebut merupakan konfigurasi umum motor, terdapat 2 jenis slot yang divariasikan dengan modifikasi jumlah slot tersebut

10. Slot Pitch

Dengan asumsi pemilihan jumlah slot bervariasi dari 9 dan 12 untuk variasi umum, serta 18 dan 21 untuk variasi modifikasi, maka slot pitch dapat diiketahui sebagai berikut,

𝜃_𝑆=360 𝑁_𝑠

 Untuk kombinasi 9 slot

𝜃_𝑆=360 9 𝜃_𝑆= 40°

𝜃_𝑆=360 12 𝜃_𝑆= 30°

𝜃𝑆=360 18 𝜃_𝑆= 20°

(7)

A-6

𝜃_𝑆=360 21 𝜃_𝑆= 17,145°

11. Pole Pitch

Dengan asumsi pemilihan jumlah pasangan kutub bervariasi dari 8, dan 10, maka slot pitch dapat diiketahui sebagai berikut,

𝜃_𝑃=360 2𝑝

 Untuk jumlah kutub (2p) sebesar 8 pole 𝜃_𝑃= 360

2(4) 𝜃_𝑃=360 8 𝜃_𝑃 = 45°

 Untuk jumlah kutub (2p) sebesar 10 pole

𝜃_𝑃= 360 2(4, 5) 𝜃_𝑃= 360

(8, 10) 𝜃_𝑃 = 36°

12. Derajat Mekanik dan Derajat Elektrik 𝜃𝑚 =360

𝑝

 Untuk jumlah pasangan kutub (p) sebesar 4

(8)

A-7 𝜃_𝑚 =360

4 𝜃_𝑚= 90°

 Untuk kombinasi 12 slot 10 pole

𝜃_𝑚 =360 5 𝜃_𝑚= 72°

13. Ampere-conductors

Dengan asumsi diameter luar (𝐷_𝑎𝑔) sebesar 165 mm, jumlah fasa (𝑚) sebesar 3, jumlah lilitan yang digunakan pada kombinasi 9 slot 8 pole sebanyak 21, kombinasi 12 slot 10 pole sebanyak 13, kombinasi 18 slot 8 pole sebanyak 10 dan kombinasi 21 slot 10 pole sebanyak 8, maka besar ampere-conductors

𝐴 =2 𝑚 𝑁_𝑝ℎ 𝐼 𝜋 𝐷_𝑎𝑔

𝐴 =2 𝑥 3 𝑥 21 𝑥 20 𝜋 165 𝐴 = 4,861 𝐴/𝑚𝑚

𝐴 =2 𝑥 3 𝑥 13 𝑥 20 𝜋 165 𝐴 = 3,009 𝐴/𝑚𝑚

𝐴 =2 𝑥 3 𝑥 10 𝑥 20 𝜋 165 𝐴 = 2,315 𝐴/𝑚𝑚

(9)

A-8

𝐴 =2 𝑥 3 𝑥 8 𝑥 20 𝜋 165 𝐴 = 1,852 𝐴/𝑚𝑚 14. Kerapatan fluks per pole

Dengan asumsi kerapatan fluks magnet (𝐵) yang digunakan sebesar 1,5 T, dan panjang (tebal) inti sebesar 60 mm, maka besar kerapatan fluks per pole,

ɸ₁ = 𝐵 𝑥 𝜋 𝐷_𝑎𝑔 𝐿_𝑎𝑐𝑡 𝑝

 Untuk jumlah pasangan pole (p) sebesar 4 ɸ₁ = 1,5 𝑥 𝜋 𝑥 165 𝑥 60

4 ɸ₁ = 1,166 𝑤𝑏

 Untuk jumlah pasangan pole (p) sebesar 4 ɸ₁ = 1,5 𝑥 𝜋 𝑥 165 𝑥 60

5 ɸ₁ = 0,933 𝑤𝑏

15. Split Ratio

Dengan asumsi diameter luar sebesar 200 mm, dan panjang (tebal) inti sebesar 60 mm, maka

𝑆𝑡𝑎𝑡𝑜𝑟 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 =𝑅𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑆𝑝𝑙𝑖𝑡 𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜² 𝑆𝑝𝑙𝑖𝑡 𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜² = 𝑅𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑆𝑡𝑎𝑡𝑜𝑟 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒

 Untuk split ratio topologi inner rotor

(10)

A-9

𝑆𝑝𝑙𝑖𝑡 𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜² = 𝑅𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑆𝑡𝑎𝑡𝑜𝑟 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑆𝑝𝑙𝑖𝑡 𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜² = 𝜋𝑟² 𝑥 𝐿_𝑎𝑐𝑡

𝑆𝑡𝑎𝑡𝑜𝑟 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 (6

10)

2

= 𝜋(1)² 𝑥 0,6 𝑆𝑡𝑎𝑡𝑜𝑟 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 0,6² = 1,885

𝑆𝑡𝑎𝑡𝑜𝑟 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑆𝑡𝑎𝑡𝑜𝑟 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 =1,885

0,6²

𝑆𝑡𝑎𝑡𝑜𝑟 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 = 5,236 𝑚³ = 5236𝑥10³ 𝑚𝑚

 Untuk split ratio topologi outer rotor

𝑆𝑝𝑙𝑖𝑡 𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜² = 𝑅𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑆𝑡𝑎𝑡𝑜𝑟 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑆𝑝𝑙𝑖𝑡 𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜² = 𝑅𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒

𝜋𝑟² 𝑥 𝐿_𝑎𝑐𝑡 (8

10)

2

=𝑅𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝜋(1)² 𝑥 (0,6) 𝑅𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 = 0,8² 𝑥 1,885

𝑅𝑜𝑡𝑜𝑟 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 = 1,206 𝑚³ = 1206 𝑥 10³ 𝑚𝑚³

Penyusuan Winding

16. Menentukan jumlah kumparan tiap fasa 𝑁_𝑐𝑝ℎ =𝑁_𝑠

𝑚

 Untuk jumlah slot (𝑁_𝑠) sebesar 9 𝑁_𝑐𝑝ℎ =9

3 𝑁_𝑐𝑝ℎ = 3

 Untuk jumlah slot (𝑁_𝑠) sebesar 12

(11)

A-10 𝑁_𝑐𝑝ℎ=12

3 𝑁𝑐𝑝ℎ = 4

 Untuk jumlah slot (𝑁_𝑠) sebesar 18 𝑁_𝑐𝑝ℎ=18

3 𝑁_𝑐𝑝ℎ = 6

 Untuk jumlah slot (𝑁_𝑠) sebesar 21 𝑁𝑐𝑝ℎ=21

3 𝑁_𝑐𝑝ℎ = 7

17. Menentukan jarak angular dalam electrical degree pada semua coil 𝜃_𝑆= (2𝑝

𝑁_𝑠) . 180°𝐸

 Kombinasi 9 slot 8 pole

𝜃_𝑆 = (8

9) . 180°𝐸 𝜃_𝑆= 160°𝐸

𝜃_𝑆= (10

12) . 180°𝐸 𝜃_𝑆= 150°𝐸

𝜃_𝑆= (8

18) . 180°𝐸 𝜃_𝑆= 80°𝐸

(12)

B-1 LAMPIRAN B HASIL PERANCANGAN Parameter rancangan

Tabel B-1 Parameter Dimensi Stator PMSM

Parameter Outer Rotor Inner Rotor

9/8 12/10 18/8 21/10 9/8 12/10 18/8 21/10

Diameter

Luar (mm) 164 164 164 164 200 200 200 200

Diameter

Dalam (mm) 30 30 30 30 112 112 112 112

Kedalaman

slot (mm) 33,5 30 24 22 24,01 23,99 23,99 24,5

Lebar gigi

(mm) 15,9 15,3 9 8,75 17,12 13 8,5 7,5

Lebar slot opening

(mm)

5,5 4,5 3,5 2 7 3,5 3,5 3,5

Tebal Ujung

Gigi (mm) 5,5 4 3,5 2,2 3,054 3,5 3,5 4,5

Tabel B-2 Parameter winding stator PMSM

No Parameter

Kombinasi Slot dan Pole

9 Slot 8 Pole 12 Slot 10 pole 18 Slot 8 Pole 21 Slot 10 Pole

1 Fill factor 0,6 0,6 0,6 0,6

2 Coil Span 1 1 1 1

3 Jumlah layer 2 2 2 2

4 Jumlah lilitan 21 13 10 8

5 Jumlah kumparan

per fasa 3 4 6 7

(13)

B-2

6 Jarak angular 160° 150° 80° 85,715°

Tabel B-3 Parameter dimensi rotor PMSM

Parameter Outer Rotor Inner Rotor

9/8 12/10 18/8 21/10 9/8 12/10 18/8 21/10

Diameter

luar (mm) 200 200 200 200 109 109 109 109

Diameter

dalam (mm) 167 167 167 167 30 30 30 30

Sudut

magnet (°) 45 36 45 36 40 32 40 32

Tebal magnet

(mm)

4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5

Tebal Celah

Udara (mm) 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5

Gambar B.1 Relasi Torsi terhadap Arus

(14)

B-3

Gambar B.2 Relasi Torsi terhadap Kecepatan dan Daya terhadap kecepatan

Gambar B.3 Relasi Torsi terhadap Kecepatan dan Daya terhadap kecepatan

Tabel B.4 Ukuran dan Karakteristik American Wire Gauge (AWG)

AWG Diameter kawat (Inchi)

Diameter kawat (mm)

Area (mm²)

Resistance (Ohms/1000𝝅)

Resistance (Ohms/km)

Max Current (Ampere)

Max Frequency

(Hz)

(4/Ohm) 0,46 11,68 107 0,05 0,16072 302 125

(3/Ohm) 0,4096 10,41 85 0,062 0,20 239 160

(2/Ohm) 0,37 9,27 67,4 0,08 0,26 190 200

(1/Ohm) 0,35 0,25 55,5 0,09 0,32 150 250

1 0,29 7,35 42,4 0,12 0.41 119 325

(15)

B-4

2 0,26 6,54 33,6 0,16 0,51 94 410

3 0,23 5,83 26,7 0,197 0,65 75 500

4 0,20 5,19 21,2 0,25 0,82 60 650

5 0,18 4,62 16,8 0,31 1,03 47 810

6 0,16 4,11 13,3 0,39 1,29 37 1100

7 0,14 3,67 10,5 0,49 1,63 30 1300

8 0,13 3,26 8,37 0,63 2,01 24 1650

9 0,11 2,91 6,63 0,79 2,59 19 2050

10 0,10 2,59 5,26 0,99 3,28 15 2600

Bentuk Rancangan motor PMSM pada software

(a) (b) (c) (d) Gambar B.4 Bentuk akhir stator dan rotor dengan topologi outer rotor pada konfigurasi (a) 9 slot 8 pole (b) 12 slot 10 pole (c) 18 slot 8 pole (d) 21 slot 10 pole

(a) (b) (c) (d) Gambar B.5 Bentuk akhir stator dan rotor dengan topologi inner rotor pada konfigurasi (a) 9 slot 8 pole (b) 12 slot 10 pole (c) 8 slot 8 pole (d) 21 slot 10 pole

(16)

B-5

Tabel B.5 Variasi data pembebanan 20-60 A

Variasi pembebanan 20 A

Parameter

Outer Rotor Inner Rotor

9/8 12/10 18/8 21/10 9/8 12/10 18/8 21/10

Pin (kW) 2,69 2,64 2,73 2,89 1,44 2,44 2,77 2,71

Pout (kW) 2,54 2,52 2,56 2,73 1,24 1,90 2,30 2,28

Torsi (Nm) 32,34 32,03 32,62 34,71 17,63 29,56 32,97 32,34 Efisiensi

(%) 94,22 95,39 93,91 94,43 85,83 78,17 83,02 84,26 Variasi pembebanan 30 A

Parameter

9/8 12/10 18/8 21/10 9/8 12/10 18/8 21/10

Pin (kW) 3,37 3,31 3,43 3,63 1,81 3,05 3,47 3,38

Pout (kW) 3,17 3,15 3,19 3,41 1,56 2,45 2,82 2,79

Parameter

9/8 12/10 18/8 21/10 9/8 12/10 18/8 21/10

Pin (kW) 4,05 3,98 4,14 4,38 2,18 3,67 4,16 4,05

Pout (kW) 3,79 3,78 3,82 4,09 1,88 2,99 3,32 3,25

Parameter

9/8 12/10 18/8 21/10 9/8 12/10 18/8 21/10

Pin (kW) 4,72 4,65 4,85 5,14 2,55 4,29 4,85 4,69

(17)

B-6

Pout (kW) 4,39 4,39 4,44 4,76 2,19 3,55 3,78 3,68

Parameter

9/8 12/10 18/8 21/10 9/8 12/10 18/8 21/10

Pin (kW) 5,39 5,32 5,57 5,89 2,92 4,91 5,52 5,34

Pout (kW) 4,96 5,01 5,037 5,41 2,51 4,10 4,21 4,09

(%) 92,16 94,09 90,45 91,87 85,85 83,41 76,20 76,56