Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengembangkan sistem motor listrik BLDC berpendingin cairan yang digunakan untuk menggerakkan mobil listrik, sehingga menghasilkan sebuah mobil listrik yang memiliki ciri khas kendaraan listrik di Indonesia, memiliki jarak tempuh yang optimal dan efisiensi yang tinggi. Kegiatan penelitian tersebut sebagian besar dilakukan di Laboratorium Penelitian Mobil Listrik kampus ITENAS. Pelaksanaan penelitian ini didasarkan pada Rencana Kendaraan Listrik ITENAS yang dituangkan dalam Rencana Strategis Penelitian ITENAS.
Penelitian ini diawali dengan pemodelan sistem pendingin motor listrik BLDC dengan menggunakan software Solidwork. Pengujian telah dilakukan di laboratorium dengan mengadaptasi motor BLDC berpendingin udara yang saat ini banyak tersedia di pasaran menjadi berpendingin cairan. Pada tahun ke-2, fokus penelitian ini adalah menghasilkan prototipe motor BLDC berpendingin cairan.
![Gambar 1.1 Performa Motor Listrik saat Temperatur 25 oC dan 125 oC [2]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/10968587.0/6.918.257.687.123.397/gambar-performa-motor-listrik-temperatur-25-oc-125.webp)
PEMODELAN MOTOR BLDC
Deskripsi Motor
Rotor terdiri dari 2 permukaan dimana masing-masing permukaan rotor terdapat magnet permanen sehingga masing-masing stator menghadap magnet.
Analisa Numerik
Pada gambar ini, perpindahan panas dari inti dan jangkar ditransfer secara aksial ke udara atmosfer dan juga ditransfer secara radial ke cairan pendingin. Dalam kasus pertama, dimana mesin menggunakan pendingin udara, perpindahan panas aksial terjadi dari inti dan alternator ke udara luar melalui celah udara secara konveksi, ke casing secara konduksi, dan kemudian melalui konveksi dan radiasi dari permukaan casing. ke langit. . Sedangkan perpindahan panas terjadi secara radial dari inti dan dinamo melalui celah udara secara konveksi, melalui mantel secara konduksi dan berlanjut dari permukaan mantel ke udara luar secara radiasi.
Perpindahan panas radial terjadi ketika panas yang dihasilkan oleh stator dipindahkan ke udara sekitar secara konveksi (R13), kemudian secara konduksi (R12), diikuti oleh radiasi melalui resistor termal R11. Mirip dengan sisi atas, perpindahan panas radial di sisi bawah terjadi ketika panas yang dihasilkan oleh stator dipindahkan ke udara sekitar secara konveksi (R16), kemudian secara konduksi (R15), diikuti oleh radiasi melalui hambatan termal R14. R12 dan R16 menunjukkan ketahanan konduktif perpindahan panas dalam wadah, sedangkan R11 dan R15 adalah ketahanan termal radiasi dari permukaan wadah ke udara atmosfer.
Hasil Simulasi
Dalam menghitung perpindahan panas radial pada mesin berpendingin cairan, terdapat metode tambahan yaitu konveksi radial dari case ke liquid cooler. Berdasarkan gambar, terjadi konveksi dari permukaan case menuju heatsink yang dilambangkan dengan R13 di sisi atas dan R17 di sisi bawah. Berdasarkan distribusi temperatur aksial pada gambar sebelumnya, temperatur casing pada arah radial juga relatif panas, dan selisih temperatur casing dengan temperatur udara juga relatif sama yaitu sekitar 42 oC.
Hal ini diperkuat dengan Gambar 3.8 yang menunjukkan distribusi temperatur dalam arah radial (terlihat pada penampang). Dari tabel diatas terlihat bahwa temperatur cairan pendingin mempunyai pengaruh yang cukup signifikan sedangkan putaran tidak memberikan pengaruh yang besar.
RANCANG BANGUN BLDC MOTOR
Konstruksi
Diameter Luar Stator: Jarak maksimum antara pusat motor dan lingkar luar stator disebut jari-jari luar stator. Diameter Dalam Stator: Jarak maksimum antara pusat motor dan cincin bagian dalam stator disebut jari-jari dalam stator. Diameter luar rotor: Jarak maksimum antara pusat motor dan bagian luar rotor melingkar disebut jari-jari luar rotor.
Diameter dalam rotor: Jarak maksimum antara pusat motor dan bagian dalam lingkar rotor disebut jari-jari dalam rotor. Panjang besi belakang, wt: Jarak linier antara cincin luar stator dan cincin dalam stator. Kedalaman slot, d, : Jarak maksimum antara titik tengah titik awal dan titik akhir ujung gigi slot.
Prosedur Desain
Lebar celah atas, wst : Jarak antara titik awal dan titik akhir bukaan celah di bagian atas Lebar celah bawah, wsb : Jarak antara titik awal dan titik akhir bukaan celah di bawah. Motor BLOC bekerja dengan prinsip yang sama dengan motor DC, yaitu arus jangkar dan medan magnet dijaga agar tetap ortogonal satu sama lain dalam ruang (θ = 90o. Faktor pengisian celah memberikan insulasi celah masuk, serta semua perkiraan yang ada dibuat sambil memilih area celah sebagai trapesium.
Dibandingkan dengan rugi-rugi tembaga, rugi-rugi inti sangat sulit dihitung karena terdiri dari rugi-rugi histeresis dan arus eddy yang bervariasi secara non-linier terhadap frekuensi dan kerapatan fluks magnet. Untungnya, pabrikan menyediakan data kehilangan inti/kg baja pada berbagai nilai kerapatan fluks dan frekuensi, yang darinya kita dapat menghitung perkiraan kehilangan inti.
Aplikasi Pada Software
Realisasi (Pembuatan Motor)
RANCANG BANGUN SISTEM PENDINGIN MOTOR LISTRIK BLDC
Sistem pendingin
Metode Perhitungan
Untuk penukar panas yang lebih rumit seperti susunan pipa dengan beberapa lintasan pipa, LMTD yang dihitung dikalikan dengan faktor koreksi yang sesuai. NTU (Number of Transfer Unit) atau nomor unit penukar panas yang memberikan indikasi besarnya pertukaran panas yang terjadi di NTU didefinisikan sebagai berikut. Parameter lain yang diperlukan adalah rasio kapasitas perpindahan panas, yang didefinisikan sebagai Cmin/Cmax.
Untuk meningkatkan jumlah panas yang bisa dihilangkan, pendingin telah ditempatkan di kisi-kisi ini. Pada Gambar 5.7 diatas terlihat kondisi temperatur air dan udara, serta laju aliran massa yang masuk dan keluar radiator. Dengan asumsi panas yang dikeluarkan dari radiator melalui air pendingin adalah 20%, maka perpindahan panas ke radiator dapat dihitung menggunakan persamaan berikut.
Dalam hal ini parameter atau kondisi desain ditentukan, maka terlebih dahulu dilakukan beberapa analisis termal pada desain radiator, guna mengetahui perpindahan panas maksimum yang mungkin (Q) dan permukaan perpindahan panas. Harga efektivitas yang dipilih adalah 0,25 Pemilihan efektivitas didasarkan pada ukuran radiator yang akan dirancang. Perpindahan panas aktual pada radiator dihitung dari persamaan efektivitas radiator yang dipilih dan potensi perpindahan panas.
Pada tabel di atas diketahui nilai C dan C setiap rpm serta perbandingan kecepatan kapasitas (C/C. Untuk menentukan T dan T pada putaran mesin yang berbeda dan rasio C/C lainnya digunakan cara yang sama. Dalam Perhitungan di atas digunakan Dari tabel di atas, nilai NTU diperoleh dengan membaca grafik efisiensi aliran lintang dengan kedua fluida tidak tercampur.
Dari tabel data diatas, nilai koefisien perpindahan panas keseluruhan yang digunakan adalah U = 30 – 60 W/m C dan yang dipilih adalah 60 W/m C.
Udara
Untuk menentukan T, T dan T pada kecepatan mesin yang berbeda dan rasio C/C lainnya, digunakan metode yang sama yang digunakan dalam perhitungan di atas. Sedangkan T dan T pada daya maksimum (putaran 6000 rpm) ditentukan pada kondisi desain yaitu T = 90 °C dan T = 25 °C. Dari data yang diperoleh mulai dari kondisi desain energi maksimum yang diserap radiator hingga berbagai perhitungan untuk menentukan nilai perpindahan panas permukaan.
Nilai NTU dan rasio C/C dapat dilihat dari grafik efektivitas aliran penampang dengan dua fluida yang tidak bercampur. Metode NTU ini digunakan jika diperoleh nilai NTU, C dan U dengan nilai NTU yang diketahui efektifitasnya dipilih sebesar 0,25 dengan rasio C/C = 0,25.
Udara
- Realisasi
Perancangan ulang tersebut menghasilkan permukaan perpindahan panas sebesar A = 3,51 m, sehingga dari hasil tersebut ditentukan bentuk dan ukuran radiator yang diinginkan dengan hasil ukuran sebagai berikut. Dari hasil diatas terlihat bahwa desain ulang memiliki 42 tabung dan 43 kolom sirip sehingga dapat ditentukan bentuk dan ukuran radiator depan. Dimana harga konduktivitas tembaga diperoleh dari grafik proteksi konduktivitas termal padatan terpilih yang diambil pada temperatur rata-rata T dan T sebesar = 61,16 °C.
PENGUJIAN PRODUK
6.1 . Pengujian di Laboratorium
Pada uji laboratorium ini mesin diuji dengan 2 kondisi yaitu tanpa pendingin cair dan mesin dengan pendingin cair (air). Dengan pendingin cair, mesin didinginkan dengan air dengan variasi suhu 20oC hingga 70oC. Dari gambar tersebut terlihat bahwa mesin berpendingin air dapat menghasilkan tenaga maksimum yang lebih tinggi dibandingkan mesin berpendingin udara.
Performa motor BLDC pada kecepatan berbeda antara motor berpendingin udara dan motor berpendingin cairan. Terlihat dari gambar tersebut bahwa semakin rendah temperatur cairan pendingin maka semakin tinggi pula daya maksimum yang dihasilkan mesin. Hal ini sesuai dengan teori yang dijelaskan pada pendahuluan bahwa semakin tinggi suhu menyebabkan penurunan kekuatan magnet sehingga menyebabkan penurunan daya motor.
Konduktivitas termal air yang lebih tinggi menghasilkan tingkat pendinginan yang lebih tinggi, sehingga suhu stator dan rotor relatif rendah, sehingga menghasilkan daya motor yang lebih besar. Dari Gambar 6.2 dan Gambar 6.3 terlihat bahwa mesin berpendingin cairan mampu menghasilkan daya maksimum sebesar 25 kW dan efisiensi 81,0%, sedangkan mesin berpendingin udara mampu menghasilkan daya maksimum sebesar 19,1 kW dan efisiensi 65,0%. . Terlihat dari Gambar 6.5 bahwa daya mesin maksimum hasil perhitungan model sedikit lebih tinggi dibandingkan hasil pengukuran eksperimen.
Dapat dijelaskan bahwa pada pemodelan, rugi-rugi gesekan pada bantalan diabaikan, sedangkan pada percobaan, rugi-rugi gesekan tetap menjadi variabel yang mempengaruhi daya motor.
6.2 . Pengujian di Lapangan
Hasil pengujiannya adalah total kilometer yang dicapai mobil dengan kondisi baterai penuh hingga posisi baterai 50. Pengujian dilakukan dengan 2 kondisi yaitu kondisi tanpa pendingin air dan kondisi sepeda motor dengan pendingin air. Dari tabel terlihat perbedaan jarak tempuh mobil listrik yang menggunakan motor penggerak berpendingin air dan tidak berpendingin air adalah 11-15.
KESIMPULAN
Kinerja motor BLDC 20 kW berpendingin udara dan berpendingin air diselidiki secara numerik dan eksperimental. Berdasarkan analisis numerik, daya motor dihitung berdasarkan daya masukan dikurangi rugi-rugi daya, dan efisiensi dihitung berdasarkan daya masukan dan daya keluaran. Metode numerik dan eksperimental menunjukkan bahwa suhu pendinginan mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap tenaga dan efisiensi mesin.
Berdasarkan penelitian eksperimen, daya maksimum motor BLDC berpendingin air pada kondisi normal mampu menghasilkan daya sebesar 25 kW dan efisiensi sebesar 81,0%, sedangkan motor berpendingin udara mempunyai daya lebih rendah dan efisiensi lebih rendah yaitu 19,0 %.1 kW menghasilkan dan 65,0% masing-masing.%. Uji lapangan penggunaan motor untuk menggerakkan mobil listrik menunjukkan perbedaan jarak tempuh mobil listrik bermesin berpendingin air dan tidak berpendingin air adalah 11-15.
DAFTAR PUSTAKA
14] Nalakath, S., Preindl, M., Yang, Y., et al.: 'Modelling and analysis of core losses of an IPM magnet machine for online estimation purposes'. 15] Mthombeni, T.L., Pillay, P.: 'Physical basis for the variation of loss coefficients of lamination cores as a function of frequency and flux density'. 16] Takahashi, N., Morishita, M., Miyagi, D., et al.: “Investigation of Magnetic Properties of Magnetic Materials at High Temperature Using a Ring Sample,” IEEE Trans.
