1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Peningkatan
permintaan
konsumsi
energi
tidak
diimbangi
dengan
tersedianya energi primer yang dapat dikonversi langsung menjadi energi listrik seperti batu bara, minyak bumi dan gas alam. Berbagai macam bentuk energi yang ada di alam masih terlalu sulit untuk dikonversi langsung menjadi energi listrik sehingga diperlukan alat yang bisa mengoptimalkan pembangkitan listrik dari energi yang tersedia di alam ini. Energi terbarukan seperti angin, arus sungai, biomassa, sinar matahari atau bahkan pada proses pengereman kendaraan dapat dimanfaatkan untuk pembangkitan listrik. Akan tetapi energi tersebut memiliki kelemahan diantaranya hanya mampu menghasilkan putaran yang rendah seperti angin, air sungai sehingga dibutuhkan mesin yang dapat menyesuaikan kondisi ini sehingga dapat menghasilkan frekuensi listrik lebih tinggi pada putaran yang rendah. Potensi energi baru dan terbarukan di alam tersebut dapat dimanfaatkan sebagai pembangkitan listrik terdistribusi yang biasa disebut Distributed Generation (DG). DG adalah teknologi pembangkitan energi listrik berskala kecil yang menghasilkan daya listrik di suatu tempat yang lebih dekat dengan konsumen dibandingkan dengan pembangkit listrik terpusat. Pembangkit ini dapat dihubungkan secara langsung ke konsumen, sistem distribusi, atau transmisi milik utility. Salah satu keuntungan dari skema DG adalah mengurangi pengeluaran
1
2
untuk pembangunan jalur transmisi dan distribusi (T&D), mengurangi emisi, dan meningkatkan keandalan (Daly P. A.,2001). Mesin aksial adalah salah satu mesin yang mempunyai arah fluks searah dengan arah poros putaranya sehingga rotor dan statornya terletak berada pada bidang poros. Mesin aksial memiliki konstruksi yang kompak karena berbentuk cakram rotor dan stator yang saling dipasangkan pada poros yang sama. Konstruksi cakram pada rotor ini memungkinkan mesin aksial memiliki jumlah kutub yang banyak sehingga dapat beroperasi pada putaran rendah. Pemakaian magnet permanen rare-earth seperti NdFeB, SmCo, dan lain sebagainya memiliki kurva B-H yang lebar sehingga coercivity dan remanent yang besar sehingga dapat menggantikan belitan eksitasi pada rotor. Ketiadaan belitan eksitasi menyebabkan mesin ini bersifat tanpa sikat, hal tersebut meminimalkan rugi-rugi sikat dan menurunkan biaya perawatan. Mesin aksial magnet permanen (AFPM) menjadi populer karena memiliki kerapatan daya tinggi dan torsi denyut (cooging torque) yang lebih kecil daripada mesin magnet permanen fluks radial (RFPM). Mesin ini dimiliki celah udara yang dapat diatur, memiliki noise dan vibrasi yang lebih sedikit dari mesin konvensional. Mesin aksial memiliki berbagai macam topologi dengan memvariasikan arah dari celah udara fluks utama. Selain itu, topologinya sangat ideal untuk desain modular. Penambahan kapasitas daya mesin dapat dilakukan dengan cara penambahan modul stator dan atau modul rotor untuk memenuhi kebutuhan listrik.( J.G. Wanjiku, H. Jagau, Student Member, IEEE, M.A. Khan, Member, IEEE and P. Barendse, Member, IEEE .2011)
3
Ada beberapa topologi dasar pada mesin aksial yaitu : (a) single-sided slotted machine, (b) doublesided slotless machines with internal stator and twin PM rotor, (c) double sided machine with slotted stator and internal PM rotor, (d) double-sided coreless motor with intemal stator ( Gieras. Jacek F dkk 2004 ). Studi tentang distribusi fluks magnet dapat mengetahui informasi mengenai: fluks gandeng, besarnya pasangan energi dalam celah udara, torsi elektromagnetik, arus eddy yang timbul, cogging torque akibat interaksi magnet pada rotor dan inti stator dan besar gaya gerak listrik yang dibangkitkan dan fluks bocor yang muncul. Permasalahan yang diangkat dalam penelitian ini adalah mengenai pengaruh konfigurasi stator-rotor dengan topologi rotor stator rotor (RSR) dan stator rotor stator (SRS) mesin aksial magnet permanen terhadap distribusi fluks magnet dengan menggunakan perangkat lunak finite element method FEMM 4.2. Finite element method dapat memberikan data yang terperinci pada setiap bagian mesin.
1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang telah disebutkan di atas, maka perumusan masalah pada penelitian ini adalah: 1. Bagaimana perbedaan pola distribusi fluks magnet pada kedua topologi SRS dan RSR mesin aksial ini? 2. Berapa gaya gerak listrik yang dibangkitkan pada kedua topologi ini?
4
3. Berapa nilai induktansi pada sumbu direct dan sumbu quadratur sebagai efek reaksi jangkar yang muncul dari kedua topologi ini ? 4. Berapa torsi elektromagnetik dan cooging torque yang muncul pada topologi ini ?
1.3 Batasan Masalah Untuk memfokuskan penelitian pada bagian yang dianggap paling penting, maka dilakukan pembatasan masalah sebagai berikut : 1. Desain dan percobaan yang dibuat adalah sebatas dua konfigurasi mesin fluks aksial dengan inti stator ferrite yaitu : rotor – stator – rotor dengan stator – rotor - stator 2. Pada bahan magnet di mesin aksial diabaikan efek kejenuhan fluks magnetiknya. 3. Bentuk dan ukuran pada mesin aksial yang disimulasikan adalah tertentu dengan stator tonjol berinti ferrite dan sesuai spesifikasi. 4. Membahas hanya pada ranah magnetik saja dan gejala yang ditimbulkan pada ranah magnetik.
1.4 Tujuan Penelitian Manfaat dan tujuan dari penulisan tugas akhir ini yaitu : 1. Mengetahui perbedaan karakteristik kopling magnetik yang ditinjau dari pola-pola distribusi fluks pada kedua topologi mesin aksial rotor-statorrotor dan stator-rotor-stator .
5
2. Mengetahui perbandingan gaya gerak listrik (ggl) yang ditimbulkan akibat perubahan fluks. 3. Mencari nilai torsi elektromagnetik dan cooging torque yang ditimbulkan dari kedua topologi ini. 4. Mencari tahu efek reaksi jangkar yang dapat ditinjau dari induktansi pada sumbu – direct dan pada sumbu – quadrature.
1.5 Metode Penulisan Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah : 1. Melakukan studi pustakan yang mengenai analisa distribusi fluks magnet pada perbedaan topologi mesin aksial yang menggunakan metode finite element analysis yang bersumber pada literatur pendukung maupun hasil pencarian di internet. 2. Merancang bangun geometri secara dua dimensi mesin aksial pada software FEMM 4.2 sesuai topologi yang akan dianalisa yaitu rotorstator-rotor dan stator-rotor-stator 3. Mengendalikan gerakan mesin aksial dengan menggunakan bahasa pemrograman Lua Script dengan memodelkan pada berbagai kondisi. 4.
Melakukan analisa dan evaluasi terhadap hasil pengkajian.
6
1.6 Sistematika Penulisan Penulisan tugas akghir ini dilakukan secara sistematis agar dapat memberikan gambaran dan penjelasan yang lebih jelas dan mudah. Penulisan terdiri atas beberapa bagian yaitu: BAB I
PENDAHULUAN Menjelaskan secara singkat latar belakang masalah, perumusan
masalah,
batasan
masalah,
metodologi
penulisan, serta sistematika penulisan. BAB II
DASAR TEORI Bab ini menjelaskan mengenai teori-teori yang berkaitan dengan pembuatan skripsi ini. Antara lain teori mengenai gejala elektromagnet yang terjadi pada mesin listrik yang dapat direpresentasikan oleh rapat fluks magnet dan gejala yang ditimbulkan seperti gaya dan gaya gerak listrik.
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN Bab ini membahas tentang proses cara menggunakan software FEMM 4.2 yang diterapkan untuk mencari distribusi fluks magnet pada mesin aksial. Simulasi dengan FEMM 4.2 ini dijalankan dengan metode simetri yaitu menganggap bagian pada mesin aksial ini sama secara
7
geometris. BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN Memberikan penjelasan atas hasil keluaran yang telah disimulasikan oleh FEMM 4.2 yang kemudian disajikan dalam bentuk kurva hubungan , intepretasi grafis dari distribusi fluks magnetik pada beberapa posisi rotor terhadap statornya.
BAB V
PENUTUP Bab ini berisi kesimpulan dari hasil penelitian dan saran untuk penelitian selanjutnya.
