1
Pengaruh Konfigurasi Pemasangan magnet permanen
terhadap Nilai Torsi Cogging pada Generator magnet
permanent sinkron 18 Slot 8 Pole Menggunakan Sofware
Design Electromagnetic berbasis Finite Element
Method(FEM)
Adnan Nugraha
Universitas pendidikan indonesia, Bandung, Indonesia
e-mail : adnannugraha@upi.edu
Abstrak :
torsi
cogging merupakan
hentakan atau hambatan ketika
generator akan berputar di awal.
Karena rata rata kecepatan angin di
indonesia tidak terlalu besar torsi
cogging
sangat
mempengaruhi
kinerja generator pada turbin untuk
berputar akan berat jika torsi cogging
besar,
salah
satu
cara
untuk
meminimalisir torsi cogging yaitu
dengan cara konfigurasi pemasangan
magnet permanen secara simulasi
menggunakan
sofware
design
electromagnetic
berbasis
finite
element methode.
Dalam artikel ini
simulasi Generator magnet permanen
sinkron di buat 3 variasi model
konfigurasi untuk mencari yang
terbaik dalam meminimalisir torsi
cogging.Hasil Torsi cogging dari
simulasi
ketiga
model
variasi
kofigurasi pemasangan magnet yaitu
SPM , IPM , IPM-V, Dengan nilai
model IPM-V 0,030 Nm, dan untuk
model SPM 0,0.35 Nm , model IPM
0.073 Nm.
Kata kunci: Torsi cogging, Generator,
Design Electromagnetic , Finite
Element
Method,
Konfigurasi
pemasangan magnet permanen
1
Pedahuluan
Perkembangan teknologi akhir akhir ini mengalami peningkatan terutama dalam bidang energi terbarukan salah satunya energi listrik yang memanfaatkan energi angin. Dalam konversi energi angin, membutuhkan generator yang dapat memutar di kecepatan angin yang kecil sekalipun. Meskipun pontensi angin di inonesia rata rata tidak besar, namun banyak daerah yang cukup berpotensi untuk pengembangan pembangkit listrik dengan tenaga energi angin ini dan rata rata keecepatan angin skla komersial yaitu diatas 3 m /detik. Oleh karena itu untuk memaksimalkan hal tersebut maka perlu dilakukan perancangan generator dengan Torsi Cogging yang kecil sebagai start awal untuk menggerakkan generator dengan kecepatan angin yang kecil sekalipun, Jika torsi cogging pada Generator permanen magnet sikron besar maka generator tersebut tidak akan bisa memutar pada di kecepatan angin yang rendah, Artinya semakin berat turbin untuk memutar pada rotor generator.Dalam perancangan generator Permanen Magnet Sinkron
2 selalu di inginkan torsi cogging yang seminnimum mungkin agar bilah-bilah di turbin tetap dapat berputar pada kecepatan angin yang kecil sekalipun.
Torsi yang di hasilkan oleh generator dengan magnet permanen dapat di kategorikan menjadi dua yaitu torsi cogging dan torsi pensejajaran. torsi pensejajaran ini disebabkan adanya daya tarik menarik dari manget permanen dengan inti besi stator dan torsi cogging disebabkan oleh energi magnet yang tersimpah di celah udara yang di hasilkan dari fluk permanen magnet terhadap posisi rotor.Banyak metode yang di ajukan untuk mengurangi torsi cogging. Metode tersbut mencakup desian , bentuk dan ukuran dimensi dari generator itu sendiri. Beberapa metode diantaranya dengan skewing, penggunaan umbrela pada stator , bentuk geometri rotor , melebarkan airgap , mengatur pemasangan posisi dan bentuk magnet pada rotor.
2
Tujuan
a. Mengetahui cara mereduksi torsi cogging menggunakan sofware berbasi FEM?
b. Mengetahui pengaruh Torsi cogging pada generator magnet permanen sinkron?
c. Mengetahui hasil perbandingan dari variasi konfigurasi pemasangan magnet tersebut ?
3
Metode
Metode yang dipakai adalah
merancang
generator
dengan
menggunakan magnet permanen yang
nantinya mampu mereduksi torsi
cogging. Generator yang di rancang
merupaka generator tipe radial Fluk
menggunakan menggunakan 18 slot 8
pole, pada perancangan generator ini
dengan
menggunakan
sofware
MagNet.
4
Pembahasan dan Hasil
4.1
Penentuan dimensi
Menentukan dimensi generator
di utamakan dalam perancangan
generator.
Karena
sangat
mempengaruhi kepada hasil simulasi
generator
adalah
dimensi
stator,rotor,serta
dimensi
magnet
yang akan digunakan. Dimensi dari
stator, rotor dan magnet akan
mempengaruhi hasil nilai besar kecil
torsi cogging.
Tabel 1 Parameter generator 18s8p
4.2
Gambar Desain
Gambar
desain
merupakan
tahapan untuk menggambar bentuk
geometri dari stator,Rotor, Slot,
Lebar celah udara, serta menentukan
tata letak magnet. Menggambar
desain
menggunakan
sofware
Solidworks.
No
Keterangan
Ukuran
1
Tebal Stator
8 mm
2
Tebal
Gigi
Stator
7mm
3
Tinggi
Gigi
Stator
17 mm
4
Diameter Rotor
98 mm
6
Panjang Magnet 25 mm
7
Tebal Magnet
3 mm
9
Air Gap
1 mm
10
Tebal Generator 40 mm
11
Jumlah Slot
18 slot
12
Sudut Slot
20°
13
Sudut
kutub
magnet
45°
14
Diameter Stator
150 mm
3 Gambar 1. Desain menggunakan sofware
Solidwork
4.3
Inisialisasi dan desain geometri
Inisialisasi dan desain geometri
merupakan langkah untuk penentuan
material
yang
akan
digunakan
terhadap komponen komponen yang
ada pada generator serta membelikan
ukuran
ketebalan
pada
setiap
komponen komponen.jikan ada yang
belum
terinisialisasi, maka desain tidak dapat di simulasikan.Gambar 2. Hasil dari Inisialiasi model Generator Magnet Permanen.
4.4
Pengaturan Meshing
Pengaturan
mesh
dilakukan
untukk mendapatkan hasil simulasi
yang lebih baik. setiap bagian
komponen
generator
magnet
permanen sinkron memiliki nilai
mesh yang berbeda beda , untuk
bagian stator menggunakan 2 mm,
sedangkan bagian rotor, celah udara
dan magnet menggunakan ukuran 0.5
mm karena ketika simulasi yang
sangat berpengaruh bagian rotor,
magnet, celah udara agar ketika
simulasi lebih akurat dan error yang
kecil. persamaan 1 dan persamaan 2
θmek =
𝟑𝟔𝟎𝒌𝒑𝒌
(derajat/ms)
(1)
θmesh =
𝜽𝒎𝒆𝒌𝜮 𝑺𝒂𝒎𝒑𝒍𝒊𝒏𝒈 𝒅𝒂𝒕𝒂
(2)
Gambar 3. Hasil dari pengaturan meshing
4.5
Simulasi
Torsi
Cogging
Generator Magnet Permanen
generator sinkron magnet permanen. Pada penelitian ini yang menggunakan 18 slot dan 8 pole, menghasilkan KPK sebesar 72. Sehingga besar dari sudut satu gelombang penuh simulasi coggingadalah :
θmek =
360(𝑑𝑒𝑔)72 = 5 (deg)
Sedangkan untuk mendapatkan nilai sudut satu step putaran mekanikal dari permanent magnet synchronous generator didapatkan dengan cara :
θmek
= 5 (𝑑𝑒𝑔)20 (𝑠𝑡𝑒𝑝)= 0.25 (𝑑𝑒𝑔)
4 Pembagian titik di fungsikan agar nilai perhitungan akurat dan ketika di putar akan ketemu tiap titik lagi.Dan waktu yang dibutuhkan mendapatkan sudut satu step putaran mekanikal cogging, dicari dengan cara :
= 𝑠𝑢𝑑𝑢𝑡 𝑝𝑒𝑟𝑠𝑡𝑒𝑝 𝑝𝑢𝑡𝑎𝑟𝑎𝑛 𝑐𝑜𝑔𝑔𝑖𝑛𝑔 (𝑑𝑒𝑔) 𝑛[𝑑𝑒𝑔 𝑠𝑒𝑐⁄ ]
waktu satu step putaran cogging =
= 0.25 (𝑑𝑒𝑔) 3000[𝑑𝑒𝑔 𝑠𝑒𝑐⁄ ]
= 0.000083(𝑆𝑒𝑐) = 0,083 (𝑚𝑠) Dari perhitungan tersebut dapat diketahui bahwa setiap step putaran mekanikal
membutuhakan waktu sebesar 0.083(ms) . Maka untuk mendapatkan satu gelombang penuh dengan 20 step putaran cogging membutuhkan waktu sebanyak :
Waktu untuk 20 step putaran cogging = 20 x 083(ms) = 1.66(ms)
Gambar 5. contour plot fluk & shade plot
Pada
simulasi
torsi
cogging
menggunakan
sofware
design
electromagnetic, Model generator
magnet permanen sinkron tidak
menggunakan
kumparan
stator,
karena
kumparan
tidak
mempengaruhi besar nilai dari torsi
cogging, dan hasil dari simulasi
terlihat seperti gambar 5 jika berhasil
maka shade plot & countour plot fluk
magnetik akan seperti itu hasilnya.
4.6
Variasi Konfigurasi
pemasangan magnet permanen
a.
Surface Permanent Magnet
(SPM)
Gambar 6. Desain Generator SPM dan field
b. Interior Permanent Magnet (IPM)
Gambar 7. Desain Generator IPM dan field
c. Interior Permanen Magnet–V
(IPM-V)
Gambar 8. Desain Generator IPM-V dan
field
4.7
Hasil
hasil simulasi untuk ketiga variasi di peroleh nilai peak positif dan peak negatif masing masing
5 Gambar 9. Hasil simulasi torsi cogging
Gambar 10. Hasil simulasi torsi cogging model IPM
Gambar 11. Hasil simulasi torsi cogging model IPM-V
Tabel 2 hasil nilai rata rata torsi cogging
Peak.positif (Nm)
IPM V
IPM
SPM
0.016
0.035
0.12
Peak.negatif(Nm)
IPM V
IPM
SPM
-
0.015
-0.038
-0.24
Average Torsi Cogging(Nm)
IPM V
IPM
SPM
0.030
0.073
0.35
Gambar 9. Hasil simulasi torsi cogging
Pada gambar 9 dapat di lihat hasil
dari simulasi torsi cogging yang
paling besar yaitu model SPM 0.35
Nmdan yang paling kecil IPM dan
IPM-V yaitu 0.073 Nm dan 0.030 N.
Terlihat dari hasil gelombang torsi
cogging, model SPM nilainya lebih
besar di bandingkan IPM dan IPM-V.
pengaruh dari nilai yang besar itu
akan mengakibatkan kerja turbin
pada generator di kecepatan angin
yang rendah putarannya harus di
putar dengan nilai torsi cogging
tersebut.
5
Kesimpulan
1) Salah satu cara meminimalisir torsi cogging yaitu dengan konfigurasi pemasangan magnet permanen, untuk mengetahui cara meminimalisir torsi cogging di buat 3 model yaitu SPM, IPM, dan IPM-V.
2) Pengaruh Torsi congging pada generator sangat besar karena jika torsi cogging besar turbin pada generator akan susan berputar pada start awal ketika angin angin yang rendah akan sulit memutar turbin pada generator.
3) Hasil dari simulasi generator, torsi cogging dengan konfigurasi pemasangan magnet permanen dari ketiga model yaitu SPM, IPM, IPM-V memiliki nilai torsi
6 cogging masing-masing adalah SPM yaitu 0.35 Nm, IPM yaitu 0.030 Nm, dan IPM-V yaitu 0.073 Nm. Dari hasil perbandingan ketiga model konfigurasi pemasangan magnet permanen pada simulasi generator, torsi cogging yang baik adalah model IPM-V yaitu 0.030 Nm.
6
Referensi
[1] Hendershot, J.R and Miller. 1994. “Design of Brushless Permanent – Magnet Motor”. Oxford : Clarendon Press.
[2] Chapman, Stephen J. 2012.
“ELECTRIC MACHINERY
FUNDAMENTALS”. Australia : BAE
[3] Strous, I.T.D. 2010. ”Design of a Permanent Magnet Radial Flux Concentrated Coil Generator for a Range Extender Application”
[4] L. A. Nusantara, “Simulasi
Cogging”, PT. Lentera Angin Nusantara, 2018.
[5] Kenjo, T and Nagamori. 1985. “PERMANENT – MAGNET AND BRUSHLESS MOTOR”. OXFORD : CLARENDON PRESS’
[6] Febri Nuryanto, Acuk. 2012.
“Membuat Generator Permanen Kecepatan Rendah”. Universitas
Muhammadiyah Surakarta :
