ANALISIS PENGARUH VARIASI LEBAR AIR GAP PADA
MOTOR BRUSHLESS DC RADIAL FLUKS
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Guna Meraih Gelar Strata 1 Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun oleh : Rengga Kurniawan
201510130311171
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2020
ii
LEMBAR PENGESAHAN
Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Guna Meraih Gelar Sarjana (S1) Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh: RENGGA KURNIAWAN
201510130311171
Tanggal Ujian : 9 Maret 2020
Periode Wisuda : 6 Juni 2020
1. Dr. Ir. Ermanu A. Hakim., MT (Pembimbing I)
NIDN : 0705056501
2. Ir. M. Irfan, MT (Pembimbing II)
NIDN : 0705106601
3. Machmud Effendy, ST., M.Eng (Penguji I)
NIDN : 0715067402
4. Khusnul Hidayat, ST., MT (Penguji II)
NIDN : 0723108202
Mengetahui, Ketua Jurusan Teknik Elektro
Ir. Nur Alif Mardiyah, MT. NIDN : 0718036502
iii
LEMBAR PERSETUJUAN
ANALISIS PENGARUH VARIASI LEBAR AIR GAP PADA
MOTOR BRUSHLESS DC RADIAL FLUKS
Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Guna Meraih Gelar Sarjana (S1) Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh: RENGGA KURNIAWAN
NIM : 201510130311171
Diperiksa dan disetujui oleh:
Pembimbing I Pembimbing II
Dr. Ir. Ermanu A. Hakim., MT Ir. M. Irfan, MT.
iv
LEMBAR PERNYATAAN
Yang bertanda tangan dibawah ini:
Nama : RENGGA KURNIAWAN
Tempat/Tanggal Lahir : MUARA BADAK, 05 JUNI 1995
NIM : 201510130311171
Fakultas/Jurusan : TEKNIK/ELEKTRO
Dengan ini saya menyatakan bahwa Tugas Akhir ini dengan judul: “
ANALISIS
PENGARUH VARIASI LEBAR AIR GAP PADA MOTOR
BRUSHLESS DC RADIAL FLUKS
”, dan beserta seluruh isinya adalah karya saya sendiri dan bukan merupakan karya tulis orang lain, baik sebagian maupun seluruhnya, kecuali dalam bentuk kutipan yang telah disebutkan sumbernya.Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya. Apabila kemudian ditemukan adanya pelanggaran terhadap etika keilmuan dalam karya saya ini, atau ada klaim dari pihak lain terhadap keaslian karya saya ini maka saya siap menanggung segala bentuk resiko/sanksi yang berlaku.
Malang, Maret 2020
Rengga Kurniawan Mengetahui,
Pembimbing I Pembimbing II
Dr. Ir. Ermanu A. Hakim., MT. Ir. M. Irfan, MT. NIDN : 0705056501 NIDN : 0705106601
v
ABSTRAK
Motor Brushless DC merupakan Motor DC tanpa sikat yang mempunyai efisiensi lebih baik. Motor brushless DC magnet permanen sebagai teknologi utama untuk aplikasi seperti penggerak, kompresor, pompa, generator mikro turbin gas, dan sistem kendaraan hibrida listrik. Dibutuhkan pengembangan motor BLDC yang sangat efisien dan spesifik aplikasi membantu meningkatkan motor BLDC dalam industri untuk memperoleh hasil yang optimal, dengan memvariasi lebar air gap pada desain motor. Lebar air gap divariasikan menjadi 0.3 mm, 0.5 mm, 1 mm, dan 1.5 mm. Pengujian variasi lebar air gap menggunakan kecepatan putar 1000 rpm. Hasil pengujian nilai fluks linkage maksimum pada variasi lebar air gap 0.3 mm sebesar 0.0684 Wb. Hasil pengujian nilai torsi tertinggi sebesar 24.57 Nm pada lebar air gap 0.3 mm. Nilai efisiensi tertinggi diperoleh pada variasi lebar air gap 0.3 mm sebesar 83, %. Dari pengujian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa variasi lebar celah udara berpengaruh pada hasil keluaran nilai torsi dan efisiensi jika lebar air gap diperkecil.
vi
ABSTRACT
Brushless DC Motor is a DC motor without brushes that has better efficiency. Permanent magnet brushless DC motors as the main technology for applications such as drives, compressors, pumps, gas turbine micro generators, and hybrid electric vehicle systems. It takes the development of BLDC motors that are very efficient and application specific to help improve BLDC motors in the industry to obtain optimal results, by varying the width of the air gap on the motor design. The width of the air gap is varied to 0.3 mm, 0.5 mm, 1 mm and 1.5 mm. Testing variations in the width of the air gap using a rotational speed of 1000 rpm. The results of testing the value of the maximum linkage flux in the variation of the width of the air gap 0.3 mm of 0.0684 Wb. The results of testing the highest torque value of 24.57 Nm at a width of 0.3 mm air gap. The highest efficiency value obtained in the width variation of air gap 0.3 mm by 83%. From the tests that have been carried out it can be concluded that the variation in air gap width affects the output of the torque value and efficiency if the width of the air gap is reduced.
vii
LEMBAR PERSEMBAHAN
Puji Syukur atas kehadirat Allah ﷻ untuk segala nikmat hidup dan nikmat dalam kesempatan menuntut ilmu, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas
akhir ini yang berjudul
“ANALISIS PENGARUH VARIASI LEBAR
AIR GAP PADA MOTOR BRUSHLESS DC RADIAL FLUKS “.
Dimana tugas akhir ini disusun sebagai salah satu persyaratan untuk mencapai Strata 1 (S1) Sarjana Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang. Dalam penelitian dan penyusunan tugas akhir ini, penulis banyak dibantu, dibimbing dan didukung oleh berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan kali ini penulis sangat ingin mengucapkan banyak – banyak terima kasih kepada :1. Orang tua yang senantiasa mendo’akan dan memberi dukungan, baik materil maupun moril selama menempuh pendidikan dan penulisan tugas akhir ini. Semoga Allah membalas kebaikan mereka berdua.
2. Bang Ricky Elson, dan Tim Lentera Bumi Nusantara lainnya yang telah membimbing dan memberikan untuk pengerjaan tugas akhir ini.
3. Bapak Dr. Ir. Ermanu A. Hakim., MT. selaku Dosen Pembimbing I yang senantiasa membantu dan memberi pengarahan dalam pembuatan laporan ini. 4. Bapak Ir. M. Irfan, MT. selaku Dosen Pembimbing II yang juga senantiasa
membantu dan memberi pengarahan dalam pembuatan laporan ini.
5. Ibu Ir. Nur Alif Mardiyah, MT. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang.
6. Seluruh Dosen Pengajar dan Staff Pengajar Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang yang sudah berjasa dalam memberi ilmu selama pendidikan.
7. Tim Lentera Projek Skripsi, Asmawan, Arya, Bagas, Fikri, Rebryan dan Robi yang menjadi teman diskusi dan belajar bersama.
8. Grup Gubuk Kecil, Tafil, Andika, Febriantoro, Furqon, Rizal, Rahman, dan Arif teman disaat suka maupun duka dan motivasi saya.
9. Tim Generator UMM, Kak Rozzaq, Kak Fahmi, Kak Rizky, Kak Yufi, Kak Jawahir, dan Kak Ihsan, yang selama ini telah membantu dalam proses belajar generator dan pengerjaan tugas akhir ini.
viii 10. Teman-teman kelas saya “Elektro 2015” yang selama ini merasakan kerasnya
dalam berproses di fakultas teknik.
Akhirnya penulis berharap, semoga laporan ini dapat berguna dan bermanfaat dalam pengembangan ilmu jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang, khususnya bagi penulis dan pembaca sekalian.
ix
KATA PENGANTAR
Puji Syukur penulis panjatkan kepada Allah ﷻ atas berkat dan hikmat yang diberikan, sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir dengan judul :
“ANALISIS PENGARUH VARIASI LEBAR AIR GAP
PADA MOTOR BRUSHLESS DC RADIAL FLUKS”
Dalam mewujudkan semua yang lebih baik, kami selalu berhadapan dengan segala macam hambatan. Tidak lain halnya dalam pembuatan Laporan Tugas Akhir ini, banyak hambatan yang harus penulis dapat lewati, tetapi berkat bantuan dari beberapa pihak akhirnya penulis dapat melampauinya dengan baik dan benar.
Penulis menyadari bahwa laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari kata sempurna, dikarenakan terbatasnya pengetahuan dan ketrampilan yang penulis miliki. Oleh karena itu kritik dan saran yang membangung dari seluruh pihak sangat diharapkan untuk perbaikan Tugas Akhir ini. Semoga laporan Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi semua pihak. Amin.
Malang, Maret 2020
x
DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL ... i
LEMBAR PENGESAHAN ... ii
LEMBAR PERSETUJUAN ... iii
LEMBAR PERNYATAAN ... iv
ABSTRAK ... v
ABSTRACT ... vi
LEMBAR PERSEMBAHAN ... vii
KATA PENGANTAR ... ix
DAFTAR ISI ... x
DAFTAR GAMBAR ... xii
DAFTAR TABEL ... xiii
DAFTAR GRAFIK ... xiv
BAB I PENDAHULUAN ... 1 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Rumusan Masalah ... 2 1.3 Batasan Masalah ... 3 1.4 Tujuan ... 3 1.5 Manfaat Penelitian ... 3 1.6 Sistematika Penulisan ... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 5
2.1 Motor BLDC ... 5
2.2 Motor Radial Fluks ... 5
2.3 Bagian-Bagian Motor Radial Fluks ... 6
2.3.1 Rotor ... 7
2.3.2 Stator ... 7
2.4 Air Gap... 8
2.5 Lilitan ... 9
2.6 Permanen Magnet ... 9
2.7 Ukuran Rotor dan Stator ... 9
xi
2.9 Finite Elemen Method ... 12
BAB III METODELOGI ... 13
3.1 Flowchart Penelitian ... 13
3.2 Gambaran Model Motor ... 14
3.3 Material Stator dan Rotor... 15
3.4 Pemilihan Material Magnet... 16
3.5 Material Lilitan ... 16
3.6 Perhitungan Desain Hubungan Stator dengan Rotor ... 17
3.7 Simulasi Pemodelan ... 19
3.7.1 Desain Motor Dengan Variasi Lebar Air Gap ... 19
3.7.2 Setting Motion ... 21
BAB IV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN ... 23
4.1 Pengaruh Lebar Air Gap Pada Fluk Linkage ... 23
4.2 Pengaruh Lebar Air Gap Pada Torsi ... 26
4.3 Nilai Efisiensi Variasi Air Gap ... 28
BAB V PENUTUP ... 29
5.1 Kesimpulan ... 29
5.2 Saran ... 29
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Motor BLDC Radial Fluks ... 6
Gambar 2.2 Bagian-bagian Motor Radial Fluks ... 6
Gambar 2.3 (a) Inner Rotor, (b) Outer Rotor ... 7
Gambar 2.4 Komponen-komponen Stator ... 8
Gambar 2.5 Air Gap ... 8
Gambar 3.1 Flowchart Penelitian ... 13
Gambar 3.2 Tampilan 2D Desain Motor Radial Fluks 12 Slot 8 Pole ... 15
Gambar 3.3 Tampilan 3D Desain Motor Radial Fluks 12 Slot 8 Pole ... 15
Gambar 3.4 Diagram Skematik Karakteristik B-H Material Magnet NdFeb 48/11 ... 16
Gambar 3.5 Variasi lebar air gap (a) 0,3 mm, (b) 0,5 mm, (c) 1 mm, (d) 1,5 mm ... 21
Gambar 3.6 Tampilan Pengaturan Kecepatan ... 22
Gambar 4.1 Fluks Linkage Air Gap (a) 0.3mm (b) 0.5 mm (c) 1 mm (d) 1.5 mm ... 25
Gambar 4.2 Hasil Torsi Variasi Air Gap (a) 0.3 mm, (b) 0.5 mm, (c) 1 mm, dan (d) 1.5 mm ... 27
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Karakteristik Material Magnet Tipe NdFeb 48/11 ... 16
Tabel 3.2 Karakteristik Material Copper: 5.77e7 Siemens/Meter ... 17
Tabel 3.3 Parameter Awal Stator dan Rotor ... 17
xiv
DAFTAR GRAFIK
Grafik 4.1 Perbandingan Nilai Torsi Dengan Variasi Lebar Air Gap ... 28 Grafik 4.2 Hasil Nilai Efisiensi Variasi Lebar Air Gap... 28
30
DAFTAR PUSTAKA
[1] S. Ganesh, Sarah Sankar.S, N.Selvagenesan, ”Design an analysis of BLDC motor for aerospace application using FEM”, in International Conference on Intelligent Computing, Instrumentation and Control Technologies (ICICICT), 2017.
[2] Gd. Bayu A. Janardana, “Desain Dan Analisis Motor Axial Flux Brushless DC Berbasis 3D Finite Element Method Untuk Aplikasi Kendaraan Listrik,” Institut Teknologi Sepuluh Nopember, 2015.
[3] Amit N. Patel, Jekisan R. Patel. “Effect of Skewing on Performance of Radial Flux
Permanent Magnet Brushless DC Motor”, IEEE Department of Electrical
Engineering, Institute of Technology, Nirma University, Ahmedabad, India. ISSN 0974-2174 Volume 7, Number 10 (2014).
[4] Acmad Abdul Ghoni, Heri Suryoatmojo, Moch. Ashari, “Desain dan Analisis Variabel Air Gap pada Motor Axial Flux Brushless DC Berbasis 3D Finite Element Method Untuk Aplikasi Kendaraan Listrik”, Institut Teknologi Sepuluh November, 2015.
[5] Ichsan Indiarbi. M, “Analisa Desain Airgap (Celah Udara) Pada Axial Flux Permanent Magnet Generator Untuk Aplikasi Turbin Angin”, Universitas Muhammadiyah Malang, Juni 2019.
[6] Indriani Anizar, “Analisis Pengaruh Variasi Jumlah Kutub dan Jarak Celah Magnet Rotor Terhadap Performan Generator Sinkron Fluks Radial”, Universitas Bengkulu. Volume 9 No 2, Mei 2015.
[7] T. Kenjo and S. Hagmori, “Permanent-Magnet and Brushless DC Motors”. Oxford, 1985.
[8] Pinaki Mukherjee1, Mainak Sengupta2, “Design, Analysis and Fabrication of a Brush-less DC Motor”, IEEE International Conference on Power Electronics, Drives and Energy Systems (PEDES), 2014.
31 [9] Andreas Echle, Andreas Neubauer, and Nejila, “Design and Comparison of Radial Flux and Axial Flux Brushless DC Motors for Tool Aplications”. Institute of Electrical Energy Conversion. Germany, 2018.
[10] Julian Putri.Nadia, “Analisis Pemodelan Motor Brushless DC 1500 RPM Untuk Aplikasi UAV (Unmanned Aerial Vehicle)”, Universitas Lampung, Bandar Lampung, 2018.
[11] W.Q. Chu, Z.Q. Zhu “Otimal Split Ratio and Torque Comparison of
Surface-Mounted Permanent Magnet Machines Having Inner or Outer Rotor”,Department
of Electronic and Electrical Engineering, University of Sheffield, Bristol (UK), March 2012.
[12] Abdi Diliyanggara. Yufi, “Desain Concentrated Dan Distributed Winding Pada Surface Permanent Magnet Generator (SPMG) Untuk Turbin Angin”, Universitas Muhammadiyah Malang, Juni 2019.
[13] Sobhi-Najafabadi, B., “An Enhanced Methodology for Permanent Magnet Design”, MSc. Thesis Report, University of South Australia, Australia 1997. [14] Azis H. Fahmi, “Desain Stator Teeth Terhadap Surface Permanent Magnet
Generator Pada Turbin Angin Berskala Kecil Untuk mengurangi Cogging Torque”, Universitas Muhammadiyah Malang, 2019.
