Analisa modifikasi motor induksi menjadi Permanent Magnet Synchronous Generator tiga fasa dengan Menggunakan Finite Element Method (FEM)

Permanent Magnet Synchronous Generator (PMSG) merupakan peralatan listrik yang berfungsi mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Komponen terpenting untuk memodifikasi PMSG motor induksi adalah magnet permanen yang berfungsi menghasilkan medan magnet. Tujuan dari penelitian ini adalah merancang motor induksi yang dimodifikasi pada generator sinkron magnet permanen tiga fasa dengan menggunakan fluks radial dan memperoleh daya dari generator yang dimodifikasi tersebut.

Penulis panjatkan puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang selalu melimpahkan rahmat, taufik dan hidayah-Nya kepada penulis, sehingga penulis dapat melaksanakan penulisan disertasinya yang berjudul “Analisis Modifikasi Motor Induksi Tiga Motor” -generator magnet permanen sinkron fasa menggunakan metode elemen hingga (FEM).Perkembangan teknologi industri dan peralatan rumah tangga semakin pesat, sehingga banyak bermunculan industri motor listrik khususnya motor induksi satu fasa.Penggunaan motor induksi satu fasa banyak dijumpai di lingkungan rumah tangga, misalnya mesin pompa air.

Seringkali motor pompa air mengalami kerusakan karena faktor usia sehingga menyebabkan motor pompa air menjadi bahan daur ulang. Pengubahan motor induksi menjadi generator magnet permanen memerlukan medan magnet untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik dan sebaliknya. Ketika eksitasi dipisahkan dari generator sinkron dan dilakukan oleh magnet permanen sebagai pengganti kumparan, generator tersebut disebut Generator Sinkron Magnet Permanen (PMSG). Berdasarkan permasalahan diatas, penulis berencana untuk memanfaatkan motor pompa air yang sudah tidak terpakai lagi (digunakan kembali) untuk dijadikan generator sinkron magnet permanen.

PENDAHULUAN

Latar Belakang Masalah

Perumusan masalah

Batasan Masalah

Tujuan Penelitian

Manfaat Penelitian

Sistematika Penulisan

TINJAUAN PUSTAKA

Motor Induksi

Motor Indusi Satu Fasa
Motor Induksi Tiga Fasa

Generator
Perhitungan Perancangan PMSG

Perhitungan Dimensi Rotor Pada PMSG
Menghitung Magnet Pada PMSG
Perhitungan Pole, Derajat Slot,Dan Derajat Pole
Menghitung Lilitan PMSG
Menghitung arus PMSG
Menghitung Tegangan Induksi PMSG
Menghitung Daya Dan Torsi Pada PMSG
Menghitung Back-EMF (Electromotive Force)

Lilitan (Winding) Pada PMSG

Motor listrik merupakan motor yang sangat sering digunakan dalam banyak aplikasi, salah satunya motor induksi. Motor ini bekerja berdasarkan induksi medan magnet stator pada rotornya, sehingga motor ini disebut motor induksi. Arus yang dihasilkan diperoleh dari arus induksi akibat adanya perbedaan relatif antara putaran rotor dengan medan magnet putar yang dihasilkan arus stator.

Berdasarkan suplai masukan yang digunakan, motor induksi dibedakan menjadi dua jenis, yaitu motor induksi satu fasa dan motor induksi tiga fasa. Motor induksi satu fasa merupakan suatu alat untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik secara induksi. Motor induksi satu fasa tidak mempunyai medan magnet yang berputar seperti motor induksi tiga fasa, sehingga diperlukan kumparan bantu untuk memulai putarannya.

Motor induksi satu fasa mempunyai dua belitan stator, yaitu belitan fasa primer (belitan U1-U2) dan belitan fasa bantu (belitan Z1-Z2). Prinsip. Motor induksi tiga fasa merupakan suatu alat listrik yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik, dimana energi listrik yang diubah tersebut merupakan energi listrik tiga fasa. Hal ini dikarenakan motor induksi tiga fasa mempunyai konstruksi yang sederhana, harga yang lebih murah dan perawatan yang mudah.

Pada hakikatnya motor induksi tiga fasa mempunyai kecepatan yang konstan pada saat tanpa beban (zero/no load) maupun pada beban penuh (full load). Dalam percobaan Faraday memutar magnet dalam kumparan. Akibat perputaran magnet, medan magnet akan menembus kumparan dan menimbulkan arus yang berbeda sehingga menimbulkan beda potensial pada ujung-ujung kumparan (S.J. Chapman, 2012). ). PMSG merupakan salah satu jenis generator sinkron yang medan utamanya dihasilkan oleh magnet permanen dan bukan kumparan, sehingga fluks magnet tersebut menghasilkan medan magnet permanen.

Penggulungan suatu generator memerlukan perhitungan dan teknik penggulungan yang benar agar tegangan yang dihasilkan paling tinggi. Faktor-faktor yang dapat meningkatkan tegangan yang diakibatkan oleh fluks medan magnet yang dapat meningkatkan EMF yang dihasilkan melalui induksi magnet adalah: Penggulungan suatu generator memerlukan perhitungan dan teknik penggulungan yang benar agar tegangan yang dihasilkan memperoleh hasil yang terbaik.

Ada dua teknik belitan yang digunakan untuk memutar generator yaitu belitan terkonsentrasi dan belitan terdistribusi.

Gambar 2. 1 prinsip medan magnet utama dan bantu pada motor induksi 1 fasa

METODE PENELITIAN

Tempat Dan Waktu Penelitian

Tempat Penelitian
Waktu Penelitian

Kerangka Berpikir

Proses pengerjaan analisis penulisan ini dimulai ketika data-data yang dibutuhkan untuk menunjang proses kerja sudah lengkap, data tersebut merupakan data motor induksi satu fasa. Tahap selanjutnya adalah perancangan dan perancangan konstruksi rotor, stator, celah udara dan material magnet yang akan digunakan untuk mengubah motor induksi menjadi PMSG yang dilakukan secara software. Setelah menentukan konstruksi rotor, stator, celah udara dan material magnet, dilanjutkan dengan inisialisasi desain PMSG dengan memberi label pada bagian-bagian yang dibuat pada perangkat lunak magnet. Hal ini bertujuan untuk mengetahui material yang digunakan pada setiap bagian PMSG.

Penciptaan rangkaian belitan stator bertujuan untuk menentukan jenis belitan yang digunakan dalam PMSG dalam bentuk belitan agihan atau belitan konsentrasi. Pada masa yang sama, bagaimana untuk menyambungkan setiap gegelung dengan sambungan bintang atau sambungan delta dan menentukan arah belitan, mengikut arah jam atau lawan jam. Dalam langkah ini, ia juga ditentukan berapa banyak lilitan dan saiz kawasan penampan dalam wayar belitan yang digunakan dalam setiap gegelung.

Selain menentukan kumparan, langkah ini juga menentukan arah kutub utara dan selatan pada magnet permanen serta menentukan jumlah kutub magnet yang digunakan pada PMSG. Tempatkan mesh pada model PMSG yang dibuat untuk rotor, stator, magnet permanen, dan celah udara. Dengan mendefinisikan mesh pada bagian PMSG akan menentukan keakuratan dalam memperoleh hasil simulasi dari software magnetik.

Semakin kecil grid yang kita masukkan maka hasil simulasi akan semakin akurat, namun proses simulasi memerlukan waktu yang lebih lama dan memerlukan peralatan yang canggih. Parameter yang akan diatur adalah waktu per langkah putaran mekanik dan kecepatan putaran PMSG, sehingga menghasilkan gelombang penuh data tegangan, arus, daya torsi dan efisiensi pada PMSG. Jika semua parameter diatas sudah dimasukkan maka langkah selanjutnya adalah menjalankan rangkaian simulasi yang dibuat, diantaranya rangkaian tanpa beban yaitu rangkaian beban (R).

Kemudian menganalisis data simulasi berupa pengaruh variasi beban dan variasi kecepatan (rpm) terhadap tegangan keluaran, arus, torsi, daya keluaran dan efisiensi PMSG. Setelah semua langkah di atas telah selesai, langkah selanjutnya adalah menarik kesimpulan berdasarkan analisis yang telah dilakukan.

Masukkan data yang diperoleh pada gambar pemodelan motor induksi menjadi PMSG 3 fasa. Pada software magnet akan dimasukkan data tentang kecepatan, material, beban dan juga penentuan jumlah putaran. Apabila data sudah dapat dimasukkan dengan benar maka dapat melanjutkan ke langkah berikutnya, dan apabila tidak mendapatkan hasil yang baik maka akan mengulangi ke langkah ke 3 dengan melakukan pengecekan ulang terhadap pemodelan.

Menarik kesimpulan dari seluruh hasil perhitungan dan simulasi serta perbandingan kecepatan dan beban yang diperoleh.

Metode Pengumpulan Data

Observasi Langsung
Wawancara
Studi Literatur

Melalui teknik ini, data-data yang diperlukan terutama menyangkut gambaran umum objek yang diamati, dan tujuannya adalah untuk memperoleh informasi tentang perubahan motor induksi pada generator magnet permanen sinkron, sehingga dapat dilakukan analisis perubahan fasa tunggal. adalah mungkin. motor induksi dapat diimplementasikan. Awalnya, wawancara terbuka dilakukan berdasarkan data motor induksi satu fasa dan, jika perlu, wawancara metodologis "Analisis adaptasi motor induksi ke generator sinkron magnet permanen tiga fasa menggunakan metode elemen hingga ( FEM)” berlangsung bersama pembimbing skripsi, baik dalam percakapan individu maupun kelompok. Kajian ini melibatkan pemahaman teori dan konsep, serta metode yang tepat untuk membentuk kerangka berpikir agar penelitian ini logis dan terarah.

Metode Analisis

Langkah-langkah simulasi modifikasi PMSG pada software Maget. Langkah-langkah yang dilakukan untuk melakukan simulasi adalah:

Langkah-Langkah Simulasi Modifikasi PMSG pada Software

Mendesain Geometri PMSG
Menginisialisasi Desain PMSG
Mengatur Parameter kumparan pada PMSG
Mengatur Mesh Pada PMSG
Mengatur Parameter Motion pada Rotor
Pengaturan Parameter kecepatan sudut rotor
Solved pada simulasi software magnet
Data Motor Induksi

Untuk memastikan nilai keluaran simulasi sesuai dengan yang diharapkan maka harus ditentukan parameter-parameter pada kumparan yang dimulai dari jumlah lilitan, luas penampang tembaga dan arah lilitan. Metode mesh merupakan metode yang membagi setiap penampang menjadi area-area kecil dalam analisis 2D. Metode ini disebut metode elemen hingga. Bagian-bagian yang berputar pada gerak ini adalah rotor (inti rotor, celah udara dengan magnet permanen pada rotor dan poros).

Kecepatan putarannya dalam satuan rpm (rotasi per menit), artinya dalam satu menit rotor akan berputar satu kali, kemudian diubah menjadi satuan derajat per detik, dimana dalam satu detik rotor akan berputar sebesar 360˚, dengan persamaan 2.15 sebagai berikut. Setelah menerima data waktu putaran, masukkan nilai tersebut pada tab Pengaturan Gerak pada Gambar 3.8 dan menu Pengaturan Transien pada Gambar 3.9. Akhir dari proses simulasi yang selesai adalah ketika seluruh waktu untuk melakukan putaran telah disimulasikan, yaitu pada simulasi ini ketika waktu 0,15 detik untuk melakukan 60 langkah putaran telah disimulasikan, maka hasil simulasi berupa data pada generator sinkron magnet permanen.

Data-data yang dibutuhkan untuk menunjang penelitian ini agar dapat melanjutkan proses perancangan dan modifikasi motor induksi pada PMSG memerlukan spesifikasi yang jelas dan dimensi geometrik dari motor induksi yang akan dimodifikasi. Berdasarkan perancangan, hasil pengukuran dan analisis yang dilakukan pada penelitian desain modifikasi generator sinkron magnet permanen ini, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut. Yang dihubungkan secara seri per fasa dan menggunakan sambungan delta dengan arah lilitan pada slotnya searah jarum jam.

Perubahan beban dan kecepatan mempengaruhi tegangan, arus, torsi, daya masukan, daya keluaran dan efisiensi yang dihasilkan oleh generator sinkron magnet permanen. Menggunakan rangka stator/rangka jangkar dan inti rotor yang lebih besar dapat menentukan jumlah belitan yang lebih besar dan ukuran kawat tembaga yang cukup untuk memperoleh nilai arus yang lebih besar dan menghindari kesalahan pengukuran dan desain. Agar lebih hati-hati, inisialisasi setiap bagian PMSG, dan periksa juga mash spot pada inti stator dan rotor.

Pada penelitian selanjutnya dapat dilakukan perbandingan bentuk fisik PMSG pada penelitian ini, sehingga simulasi dan pengujian PMSG ini dapat dibandingkan. Hanselmen, D.C., 2006, Desain Motor Magnet Permanen Tanpa Sikat, Edisi Kedua, Penerbitan Fisika Magna, Divisi Motorsoft Teknologi Listrik Fisher. Analisis pemodelan modifikasi motor induksi 3 fasa 0,75 kW menjadi generator sinkron magnet permanen (Pmsg) 24 slot 16 kutub.

Perancangan Generator Sinkron Magnet Permanen Tipe Bor Besi Neodymium untuk Pembangkit Listrik 500 Watt Menggunakan Software MagNet Infolytica.7.