untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik - digilib.uns.ac.id · 2.4. Riak Torsi (Torque Ripple) ... =...

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

Reduksi Cogging Torque Pada Motor Brushless DC Inner Rotor

Buried Permanent Magnet

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat

untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik

Oleh :

ADITYA MUHAMMAD NUR

NIM. I 0408022

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2014


commit to user


commit to user

iii


commit to user

iv

PERSEMBAHAN

Dengan segala kerendahan hati seraya mengucapkan syukur kehadirat

Illahi, kupersembahkan tulisan ini kepada :

1. Allah SWT, pemilik segala keagungan, kemuliaan, kekuatan dan

keperkasaan. Segala yang kualami adalah kehendak-Mu, semua yang

kuhadapi adalah kemauan-Mu, segala puji hanya bagi-Mu, ya Allah,

pengatur alam semesta, tempat bergantung segala sesuatu, tempatku

memohon pertolongan.

2. Junjungan Nabi besar Muhammad SAW, Manusia terbaik di muka bumi,

uswatunhasanah, penyempurna akhlak, shollawat serta salam semoga

selalu tercurah padanya, keluarga, sahabat dan pengikutnya yang

istiqomah sampai akhir zaman.

3. Kasih sayang dan cinta yang tak pernah putus dari Bapak, Ibu, dan semua

keluarga tercinta. Kasih sayang kalian tak akan pernah kulupakan

sepanjang hidupku.

4. Profesor Muhammad Nizam dan Bapak Sukmaji Indro Cahyono ST,

M.Eng yang bersedia membimbing saya dalam menyelesaikan tugas akhir.

5. Seluruh dosen, karyawan, dan mahasiswa Teknik Mesin UNS.


commit to user

v

Reduksi Cogging torque Pada Motor Brushless DC Inner Rotor Buried Permanent

Magnet

Aditya Muhammad Nur Jurusan Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta, Indonesia

E-mail : [email protected]

ABSTRAK

Penelitian ini menyelidiki reduksi cogging torque pada motor BLDC dengan rotor

dalam dan permanen magnet dalam menggunakan metode yang digunakan pada motor BLDC

dengan rotor luar dan permanen magnet luar. Metode reduksi berupa puntiran (skewing),

bukaan slot (slot opening), dan rasio busur kutub (pole arc coefficient) diterapkan pada motor.

Motor yang dianalisa memiliki spesifikasi 36 slot dan 12 kutub. Pembuatan model elemen

hingga, karakteristik elektromagnetik dan efek cogging torque dibuat dan dianalisa

menggunakan program ANSYS MAXWELL. Grafik cogging torque akan digunakan untuk

mengukur perubahan cogging torque pada setiap variasi. Hasil simulasi menunjukkan, ketiga

metode diatas berhasil menurunkan efek cogging torque pada motor BLDC dengan rotor

dalam dan permanen magnet dalam hingga mencapai 100% pada variasi puntiran. Optimasi

diperoleh dengan mengkombinsaikan puntiran sebesar 0.3 stator pitch dan bukaan slot 2mm.

Kata Kunci : Motor brushless DC permanent magnet, cogging torque, puntiran, bukaan mulut

slot, koefisien busur kutub

mailto:[email protected]


commit to user

vi

Cogging Torque Reduction on Inner Rotor Buried Permanent Magnet Brushless DC

Motor

Aditya Muhammad Nur

Departement of Mechanical Engineering

Engineering Faculty of Sebelas Maret University

Surakarta, Indonesia

E-mail : [email protected]

ABSTRACT

This study investigated the reduction of cogging torque in a inner rotor buried

permanent magnet BLDC motor with method used in the BLDC motor with outer rotor

surface permanent magnet. Reduction methods such as skewing, slot opening, and pole arc

coefficient was applied to the motor. specifications of analyzed motor are 36 slots and 12

poles. Finite element modeling, electromagnetic characteristics and effects of cogging torque

was created and analyzed using program ANSYS MAXWELL. Cogging torque curves was

used to measure changes in each variation of the cogging torque. Simulation results show

that the above three methods succeeded in reducing the effects of cogging torque on the inner

rotor buried permanent magnet BLDC motor to 100% with skewing. Optimization was

obtained by combining skewing of 0.3 stator slot pitch and 2mm slot opening.

Keywords-Brushless DC permanent magnet motors, cogging torque, skewing, slot mouth

opening

mailto:[email protected]


commit to user

vii

KATA PENGANTAR

Puji syukur alhamdulillah penulis haturkan kehadirat Allah SWT yang telah

memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat melaksanakan dan

menyelesaikan Skripsi “Reduksi Cogging Torque Pada Motor Permanent Magnet

Brushless DC Dengan Rotor Dalam dan Magnet Dalam” ini dengan baik.

Skripsi ini disusun guna memenuhi persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana

Teknik di Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Dalam Penyelesaian Skripsi ini tidaklah mungkin dapat terselesaikan tanpa

bantuan dari berbagai pihak, baik secara langsung ataupun tidak langsung. Oleh

karena itu pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terimakasih yang

sebesar besarnya kepada semua pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan

Skripsi ini, terutama kepada :

1. Profesor Muhammad Nizam, selaku Pembimbing I atas bimbingannya hingga

penulis dapat menyelesaikan Skripsi ini.

2. Bapak Sukmaji Indro Cahyono, ST, M.Eng, selaku Pembimbing II yang telah turut

serta memberikan bimbingan yang berharga bagi penulis.

3. Bapak Didik Djoko Susilo, ST, MT, dan Bapak Purwadi Joko Widodo, ST, M.Kom

selaku dosen penguji tugas akhir saya yang telah memberi saran yang membangun.

4. Dr. Triyono, ST, MT, selaku Pembimbing Akademis yang telah menggantikan

sebagai orang tua penulis dalam menyelesaikan studi di Universitas Sebelas Maret

ini.

5. Bapak Wahyu Purwo Raharjo, ST. MT, selaku koordinator Tugas Akhir

6. Seluruh Dosen serta Staf di Jurusan Teknik Mesin UNS, yang telah turut mendidik

dan membantu penulis hingga menyelesaikan studi S1.

7. Ayah, Ibu, dan seluruh keluarga yang telah memberikan do’a restu, motivasi, dan

dukungan material maupun spiritual selama penyelesaian Tugas Akhir.

8. Teman-teman teknik mesin angkatan 2008 beserta kakak dan adik angkatan di

teknik mesin UNS.


commit to user

viii

9. Semua pihak yang telah membantu dalam melaksanakan dan menyusun laporan

Tugas Akhir ini yang tidak dapat saya sebutkan satu per satu.

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini masih jauh dari

sempurna. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat

membangun dari semua pihak untuk memperbaiki dan menyempurnakan skripsi ini.

Akhir kata, penulis berharap, semoga skripsi ini dapat berguna dan bermanfaat

bagi kita semua dan bagi penulis pada khususnya.

Surakarta, April 2014

Penulis


commit to user

ix

DAFTAR ISI

Halaman

Halaman Judul ................................................................................................ i

Halaman Surat Penugasan .............................................................................. ii

Halaman Pengesahan ...................................................................................... iii

Halaman Persembahan ................................................................................... iv

Abstrak ........................................................................................................... v

Kata Pengantar ……………………………………………………... ........... vii

Daftar Isi ......................................................................................................... ix

Daftar Gambar ................................................................................................ xi

Daftar Tabel .................................................................................................... xiii

Daftar Notasi .................................................................................................. xiv

BAB I PENDAHULUAN ............................................................................. 1

1.1. Latar Belakang Masalah ............................................................ 1

1.2. Perumusan Masalah ..................................................................... 2

1.3. Tujuan Penelitian ......................................................................... 2

1.4. Batasan Masalah ......................................................................... 2

1.5. Manfaat Penelitian……………………………………. .............. 3

BAB II DASAR TEORI ................................................................................ 4

2.1.Penelitian Terdahulu .................................................................... 4

2.2.Motor Brushless DC Magnet Permanen (BLDC-PM) ................. 5

2.3. Desain Motor ............................................................................... 7

2.4. Riak Torsi (Torque Ripple) ......................................................... 9

2.5. Cogging Torque ........................................................................... 10

2.6. Analisa Cogging torque .............................................................. 11

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ....................................................... 14

3.1. Lokasi Penelitian ........................................................................ 15

3.2. Alat Penelitian ............................................................................. 14

3.3.Prosedur Penelitian ....................................................................... 14

3.4. Metode Analisa Data ................................................................... 19


commit to user

x

3.5. Diagram Alir Penelitian ............................................................. 20

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN…………….. ................................. 21

4.1. Pembuatan Model Elemen Hingga ............................................... 21

4.2. Operasi Mesh ............................................................................... 22

4.3. Karakteristik Elektromagnetik .................................................... 23

4.4. Reduksi Cogging Torque ............................................................ 25

4.4.1 Penerapan Puntiran (Skewing) ........................................... 25

4.4.2 Penerapan Variasi Bukaan Slot (Slot Opening Width) ...... 28

4.4.3 Penerapan Koefisien Busur Kutub (Pole Arc Coefficient) 30

4.4.4 Metode Optimasi................................................................ 33

BAB V PENUTUP ........................................................................................ 37

5.1. Kesimpulan ................................................................................. 37

5.2. Saran ........................................................................................... 38

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................... 39

LAMPIRAN……………………………………………………………….. . 40


commit to user

xi

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Tipe motor berdasarkan posisi rotor ...................................... 6

Gambar 2.2 Geometri stator secara umum ................................................ 6

Gambar 2.3 Perbedaan antara sudut mekanis dan sudut elektris .............. 7

Gambar 2.4 Contoh bentuk stator dan properti geometri .......................... 8

Gambar 2.5 Core tanpa puntiran dan core dengan puntiran ..................... 9

Gambar 2.6 Contoh geometri kutub stator …………….. ......................... 9

Gambar 2.7 Grafik fenomena torque ripple ............................................... 10

Gambar 3.1 Visualisasi properti rotor ....................................................... 16

Gambar 3.2 Visualisasi properti slot ......................................................... 16

Gambar 3.3 Visualisasi properti rotor ...................................................... 17

Gambar 3.4 Visualisasi properti kutub ………………………….. ........... 17

Gambar 3.5 Diagram alir penelitian …………….. ................................... 19

Gambar 4.1 Validasi properti .................................................................... 21

Gambar 4.2a Model visualisasi properti ..................................................... 21

Gambar 4.2b Model 2-D elemen hingga ……………………………… .... 21

Gambar 4.3 Set up pembuatan model elemen hingga ............................... 22

Gambar 4.4 Model dengan operasi mesh .................................................. 22

Gambar 4.5a Set up Length_Coil ............................................................... 23

Gambar 4.5b Set up Length_Mag ............................................................... 23

Gambar 4.5c Set up Length_Main .............................................................. 23

Gambar 4.6 Set up boundary .................................................................... 24

Gambar 4.7 Distribusi garis magnetik ...................................................... 24

Gambar 4.8 Set up simulasi cogging torque ............................................ 25

Gambar 4.9 Efek cogging torque pada berbagai kondisi puntiran .......... 26

Gambar 4.10 Grafik cogging torque variasi puntiran (skew) penelitian Chen et al

.............................................................................................. 28

Gambar 4.11 Efek cogging torque pada berbagai kondisi SOW ............... 29


commit to user

xii

Gambar 4.12 Grafik cogging torque variasi bukaan slot penelitian Chen et al

.............................................................................................. 30

Gambar 4.13 Efek cogging torque pada berbagai koefisien busur kutub .... 31

Gambar 4.14 Grafik cogging torque variasi koefisien busur kutub penelitian Chen et

al ........................................................................................... 32

Gambar 4.15 Grafik optimasi metode reduksi 1 ......................................... 33




commit to user

xiii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 3.1 Properti umum motor (Gundugdu & Kumorgoz) ........................ 15

Tabel 3.2 Properti stator (Gundugdu & Kumorgoz) .................................... 16

Tabel 3.3 Properti slot (Gundugdu & Kumorgoz) ....................................... 17

Tabel 3.4 Properti rotor (Gundugdu & Kumorgoz) ..................................... 18

Tabel 3.5 Properti kutub (Gundugdu & Kumorgoz) .................................... 17

Tabel 3.6 Jenis variasi (Chen et al) .............................................................. 18

Tabel 4.1 Penurunan cogging torque variasi puntiran .................................. 27

Tabel 4.2 Penurunan cogging torque variasi puntiran

penelitian Chen et al ..................................................................... 27

Tabel 4.3 Penurunan cogging torque variasi Slot Opening Width……. ...... 29

Tabel 4.4 Penurunan cogging torque variasi bukaan slot

penelitian Chen et al .................................................................... 30

Tabel 4.5 Penurunan cogging torque variasi Pole Arc Coefficient .............. 31

Tabel 4.6 Efektifitas metode optimasi 1 ....................................................... 34




commit to user

xiv

DAFTAR NOTASI

Trip = Riak torsi (N.m)

Tmin = Torsi Minimum (N.m)

Tmax = Torsi Maksimum (N.m)

W = Energi dalam magnetik (J/m3)

α = Sudut putar ( °)

Wgap = Energi magnetik jeda udara (J/m3)

Wpm = Energi magnetik permanen magnet (J/m3)

B = Kepadatan fluks magnetik (Wb/m2)

Br = Fluks magnetik residu (Wb/m2)

h(θ) = Panjang magnetisasi arah radial (A/mf)

g(θ,α) = Distribusi jeda udara efektif arah radial -

rm = Diameter dalam stator (mm)

rout = Diameter luar armature (mm)

m = Jumlah slot -

Nl = Angka puntiran (stator pitch)

P = Jumlah pasangan kutub -

n = Bilangan integer -

λ = Koefisien busur kutub -

untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik - digilib.uns.ac.id · 2.4. Riak Torsi (Torque Ripple) ... =...

Documents

Transcript of untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik - digilib.uns.ac.id · 2.4. Riak Torsi (Torque Ripple) ... =...