Studi Desain Rotor/Stator Generator Sinkron Magnet Permanen Fluks Aksial Jenis Cakram

Studi Desain Rotor/Stator Generator Sinkron Magnet Permanen Fluks Aksial Jenis CakramEdo Adhi Fitradhana (Rotor)0906603285SkripsiPendahuluan (1/4)Latar BelakangMemanfaatkan sumber-sumber energi terbarukan untuk membangkitkan energi listrikMengembangkan desain generator untuk aplikasi konversi sumber-sumber energi alternatif (terbarukan)Mengembangkan desain generator sinkron magnet permanenPendahuluan (2/4)TujuanMengembangkan desain Generator Sinkron Magnet Permanen Fluks Aksial (GSMP FA) tipe cakramStudi desain rekayasa rotor/stator magnet permanenStudi optimasi desain dimensi generatorPendahuluan (3/4)Batasan Masalah :

Tipe generator yang menjadi studi desain adalah generator sinkron magnet permanen fluks aksial satu sisi dengan stator tanpa inti berjenis cakram

Analisis dalam studi ini dibantu dengan perangkat lunak FEMM versi 4.2Pendahuluan (4/4)Metodologi PenelitianStudi LiteraturPembuatan PrototypePengujian PrototypeSimulasi berbasis komputer dengan bantuan perangkat lunak FEMM 4.2Mesin Sinkron (1/3)Disebut mesin sinkron karena frekuensi elektrik yang dihasilkan sama dengan frekuensi putaran mekanik rotorHubungan kecepatan mekanik rotor (n) dengan frekuensi elektrik pada stator (f)

p = jumlah kutub magnet permanen

Mesin Sinkron (2/3)Kontruksi mesin sinkron1. Stator2. Rotor3. Arus Penguat (Eksitasi)

Mesin Sinkron (3/3)Prinsip KerjaTegangan induksi efektif pada generator sinkron tanpa beban :

N= Jumlah lilitan statorn= Putaran sinkron (rpm)p = jumlah kutub magnet permanen= Fluks magnetik (Weber)

GSMP FA Jenis Cakram (1/5)GSMP FA adalah generator sinkron yang menggunakan rotor berupa magnet permanen, yang penguatnya adalah magnet permanen itu sendiri sehingga tidak membutuhkan penguat eksternalKarena menggunakan magnet permanen, maka tidak ada cincin geser dan sikat sehingga generator mampu berputar dengan kecepatan tinggiGSMP FA Jenis Cakram (2/5)Karena tidak menggukan cincin slip dan sikat, maka tidak membutuhkan perawatan khusus Fluksnya berarah aksial (searah poros) tidak seperti generator sinkron konvensional (berbentuk silinder/tabung) yang berarah radialGSMP FA Jenis Cakram (3/5)

Sumber : Design of the axial-flux permanent magnet coreless generator for the multi-megawatts wind turbine; Hideki Kobayashi, Yuhito Doi, Koji Miyata, Takehisa MinowaGSMP FA Jenis Cakram (4/5)Bentuk - bentuk rotor

Rotor dengan magnet permanen bentuk rektangularRotor dengan magnet permanen bentuk trapesiumRotor dengan magnet permanen bentuk angular

Rotor dengan magnet permanen bentuk lingkaranGSMP FA Jenis Cakram (5/5)Bentuk - bentuk statorStator dengan kumparan bentuk angular

Stator dengan kumparan bentuk lingkaranPrototype GSMP FA Jenis Cakram

No.Kecepatan (rpm)Tegangan (Volt)Frekuensi (Hertz)Arus Hubung Singkat (Ampere)1500,384,64-21000,6910,460,02131500,9713,80,03942001,2617,840,04852501,6323,120,0663001,9627,830,07173502,3032,670,08284002,6437,460,09494502,9842,240,105103,2053,290,120113,2345,870,113123,5950,80,125134,1258,110,143144,7667,80,16Hasil Pengukuran dengan Jarak Rotor-Stator 2,5 mmNo.Kecepatan (rpm)Tegangan (Volt)Frekuensi (Hertz)Arus Hubung Singkat (Ampere)1500,354,760,02521000,67,410,0331500,7511,860,03342001,0315,80,04152501,3319,60,05163001,5322,120,05773501,7224,40,06484002,0228,160,07494502,2130,60,08105002,534,160,09115502,7633,60,1126002,9535,830,105136503,2239,130,115147003,4842,150,123Hasil Pengukuran dengan Jarak Rotor-Stator 1,5 mmHasil Perhitungan dengan Jarak Rotor-Stator 2,5 mmNo.Tegangan (Volt)Frekuensi (Hertz)Arus Hubung Singkat (Ampere)Kecepatan (rpm)Reaktansi Sinkron(Ohm)10,384,64-92,8-20,6910,460,021209,23330,9713,80,03927624,9041,2617,840,048356,826,1951,6323,120,06462,427,1561,9627,830,071556,627,5872,3032,670,082653,428,0482,6437,460,094749,228,1392,9842,240,105844,828,42103,2053,290,1201065,826,67113,2345,870,113917,428,58123,5950,80,125101628,72134,1258,110,1431162,228,81144,7667,80,16135629,75Hasil Perhitungan dengan Jarak Rotor-Stator 1,5 mmNo.Tegangan (Volt)Frekuensi (Hertz)Kecepatan (rpm)Arus Hubung Singkat (Ampere)Reaktansi Sinkron(Ohm)10,354,7695,20,0251420,67,41148,20,032030,7511,86237,20,03322,7341,0315,83160,04125,1251,3319,63920,05126,0861,5322,12442,40,05726,8471,7224,44880,06426,8882,0228,16563,20,07427,3092,2130,66120,0827,63102,534,16683,20,0927,78112,7633,66720,127,60122,9535,83716,60,10528,10133,2239,13782,60,11528143,4842,158430,12328,29Studi Desain Rotor GSMP FA Jenis Cakram (1/12)

80 mm25 mm

3 mm2,5mmStudi Desain Rotor GSMP FA Jenis Cakram (2/12)Prototype GSMP FA Jenis Cakram- Diameter yoke 80 mm - Diameter magnet permanen 25 mm- Jumlah magnet permanen 6 buah- Jarak antar magnet permanen 2,5 mm

Pengaruh Sudut Elevasi Jalur Gaya Fluks (Fluks Line) Terhadap Kerapatan Fluks (B)

Studi Desain Rotor GSMP FA Jenis Cakram (3/12)

Studi Desain Rotor GSMP FA Jenis Cakram (4/12)Pengaruh jarak kutub antar magnet permanen terhadap jalur gaya fluks

Studi Desain Rotor GSMP FA Jenis Cakram (5/12)Pengaruh sudut elevasi fluks terhadap jarak antar kutub magnet permanenxtMPMPjarak antar kutub magnet permanen (x)15o3,73t30o1,73t45ot60o0,58t75o0,27tStudi Desain Rotor GSMP FA Jenis Cakram (6/12)Pengaruh Jarak Antar Kutub Magnet Permanen Terhadap Diameter Penampang (Yoke) RotorAdapun yang mempengaruhi dimensi rotor :Diameter magnet permanenTebal magnet permanenJarak antar kutub magnet permanenDiameter penampang (yoke) rotor

Studi Desain Rotor GSMP FA Jenis Cakram (7/12)Pengukuran Diameter (Yoke) Rotor, Magnet Permanen Bentuk Lingkaran (1/3)

Studi Desain Rotor GSMP FA Jenis Cakram (8/12)Pengukuran Diameter (Yoke) Rotor, Magnet Permanen Bentuk Lingkaran (2/3)

Studi Desain Rotor GSMP FA Jenis Cakram (9/12)Pengukuran Diameter (Yoke) Rotor, Magnet Permanen Bentuk Lingkaran (3/3)Contoh : radius magnet = 10mm; jarak antar magnet = 2mmmaka diameter yoke = 91.2mm

Studi Desain Rotor GSMP FA Jenis Cakram (10/12)Pengukuran Diameter (Yoke) Rotor, Magnet Permanen Bentuk Persegi (1/3)

Studi Desain Rotor GSMP FA Jenis Cakram (11/12)Pengukuran Diameter (Yoke) Rotor, Magnet Permanen Bentuk Persegi (2/3)

Studi Desain Rotor GSMP FA Jenis Cakram (12/12)Pengukuran Diameter (Yoke) Rotor, Magnet Permanen Bentuk Persegi (3/3)Contoh : Panjang x lebar magnet = 30 x 10mm;jarak antar magnet = 2mmmaka diameter yoke = 52.76

Kesimpulan (1/2)Jarak optimum antar kutub magnet permanen, berdasarkan simulasi, adalah sama dengan masing-masing tebal kutub magnet permanen (x = t), karena pada keadaan ini sudut elevasi garis gaya fluks = 45o. Jarak antar rotor (kutub magnet permanen) sangat berpengaruh pada diameter rotor dan mesin secara keseluruhan.Semakin dekat jarak magnet permanen (daerah sekitar jarak antar kutub magnet permanen), maka kerapatan fluksnya semakin besar. Sebaliknya semakin lebar jarak magnet permanen kerapatan fluksnya semakin kecil.

Kesimpulan (2/2)Semakin dekat jarak antar kutub magnet permanen, maka luas daerah dengan kerapatan fluks tinggi (disekitar pinggir magnet dan jarak antar kutub magnet permanen), akan makin kecil, Sebaliknya semakin jauh jarak antar kutub magnet permanen maka luas daerah dengan kerapatan fluks tinggi makin besar tetapi nilai kerapatan fluksnya akan lebih kecil.Semakin dekat jarak antar kutub magnet permanen, amplitudo fluks gaya magnetnya semakin tinggi. Sebaliknya semakin jauh jarak antar kutub magnet, amplitudo fluks gaya magnetnya makin rendah.Jarak antar kutub magnen permanen juga sangat berpengaruh terhadap desain stator.