Penurunan Rating Tegangan pada Belitan Motor Induksi 3 Fasa dengan Metode Rewinding untuk Aplikasi Kendaraan Listrik Muhammad Qahhar 2209 100 104 Dosen Pembimbing: Dedet Candra Riawan, ST., M.Eng., Ph.D. Dimas Anton Asfani, ST., MT., Ph.D. 1
Latar Belakang Baterai Motor Penggerak 2
Motor Penggerak EFISIENSI PENGEMBANGAN KEANDALAN 1. PMBM 1. IM 1. IM 2. IM 2. DCM 2. DCM 3. SRM 3. PMBM 3. PMBM 4. DCM 4. SRM 4. SRM DC MOTOR (DCM) PERMANENT MAGNET KERAPATAN DAYA BRUSHLESS MOTOR (PMBM) FAKTOR BIAYA 1. PMBM 1. IM 2. IM 2. DCM 3. SRM 3. SRM 4. DCM 4. PMBM SWITCHED RELUCTANCE MOTOR (SRM) INDUCTION MOTOR (IM) 3
P U I L 4
Motor Induksi TOPIK UTAMA Perbandingan Karakteristik Penurunan Rating Tegangan 5
Batasan Masalah Pengukuran nilai parameter menggunakan peralatan laboratorium Konversi Energi Teknik Elektro ITS Rewinding dilakukan dengan bantuan teknisi ahli Simulasi dan analisis menggunakan perangkat lunak 6
Parameter Motor Induksi 3 Fasa Awal Parameter Nilai Manufacturer Alliance-Motori Rated Voltage 220/380 V Output Power 1 HP Rated Current 3.6/2.1 A Power Factor 0.76 Rated Speed 1390 rpm Rated Frequency 50 Hz Number of Poles 4 Insulation Class (Is) F Index Protection (IP) 55 Type A-Y3A-80M2-4 B3 Parameter Nilai Type A-Y3A-80M2-4 B3 Output Power 1 HP Rated Speed 1390 rpm Rated Frequency 50 Hz Efficiency 73 % Power Factor 0,76 Rotor Inertia 0,0021 kg.m 2 7
Penambahan Mounting, Terminal, dan Coupling Gear 8
Penentuan Rangkaian ekivalen Motor Induksi 3 Fasa Tes DC Tes no-load Tes blocked-rotor 9
Tes DC R 1 = V DC I DC I DC (A) V DC (V) R 1 (Ω) 0 0 0 0,15 2,8 18,666667 0,3 5,7 19 0,45 8,5 18,888889 0,6 11,5 19,166667 0,75 14,4 19,2 0,9 17,4 19,333333 1,05 20,6 19,619048 1,2 23,6 19,666667 1,35 26,7 19,777778 1,5 30,1 20,066667 1,65 34,5 20,909091 1,8 38,1 21,166667 1,95 42,6 21,846154 2,1 46,6 22,190476 nilai rata-rata R 1 sebesar 19,96415 Ω. 10
Tes no-load V LN (V) cos φ I L (A) 0 0 0 20 0,55 0,52 30 0,56 0,78 35 0,83 0,38 40 0,8 0,31 60 0,59 0,28 80 0,4 0,3 100 0,29 0,37 120 0,19 0,44 140 0,14 0,52 160 0,1 0,61 180 0,09 0,72 200 0,07 0,84 220 0,04 1,05 240 0,03 1,27 11
Tes blocked-rotor V LN 83,5 cos φ 0,59 I L 2,1 12
Penentuan Rangkaian Ekivalen Motor Induksi 3 Fasa tes DC: R 1 = 19,96415 Ω Awal (1) tes No-load: I L = 1,05 A V ϕ,nl = 220 V Z eq.nl = 209,52 Ω X 1 + X M Rugi tembaga stator yaitu P SCL = 3. I 2 1. R 1 = 3. 1,05 A 2. 19,96 Ω = 66,03 W Rugi no-load yaitu P nl = 3. V. I L. cosφ = 3. 220. 1,05. 0,07 = 48,51 W 13
Penentuan Rangkaian Ekivalen Motor Induksi 3 Fasa tes blocked-rotor: Z LR Awal (2) = V = 83,5 I L 2,1 = 39,76 Ω dan sudut impedansi (θ) yaitu θ = cos 1 PF = cos 1 0,59 = 53,84 maka, R LR = 39,76. cos (53,84 ) = 23,46 Ω = R 1 +R 2. R 1 = 19,96415 Ω R 2 = 3,49585 Ω X LR = 39,76. sin (53,84 ) = 32,104 Ω untuk motor induksi kelas A, maka reaktansinya dibagi sama rata antara rotor dan stator X M = Z nl X 1 = X 2 = 16, 052 Ω X 1 = 209,52 16,052 = 193, 472 Ω 14
Rangkaian Ekivalen Total Motor Induksi 3 Fasa Awal 15
Nilai Ekivalen Thevenin Motor V TH V X M X 1 +X M = V R TH R 1 X 2 M X 1 +X M Induksi 3 Fasa Awal X M R 1 2 +(X 1 +X M ) 2 V TH = 202,229 V R TH 17,0223 Ω X TH X 1 X TH 16,052 Ω 16
Slip dan Torsi Motor Induksi 3 S max = τ max = τ ind = R 2 Fasa R TH 2 +(X TH +X 2 ) 2 S max = 0, 108 = 10, 8% 3V TH 2 2ω sync R TH + R TH 2 + X TH +X 2 2 τ max = 7, 32 N. m 3V TH 2.R 2 ω sync R TH +R 2 s 2 + X TH +X 2 2 τ ind = 7, 13 N. m s τ start = 3V TH 2.R 2 ω sync R TH +R 2 2 + X TH +X 2 2 τ start = 1, 88 N. m 17
Konstruksi Motor Induksi 3 Fasa Awal Parameter Tegangan Fasa Rating 220 V Nilai Arus Rating Jumlah kutub (P) 4 Jumlah slot stator (G) 24 Diameter inti stator (D) Panjang inti stator (L) Diameter konduktor Jumlah belitan per kutub per fasa 2,1 A 10,64 cm 6,8 cm 0,55 mm 125 Jumlah belitan pada sebagian kutub sebesar 128 belitan 18
Penghitungan Belitan secara Teoritis τ p = π.d P π.0,1064 m = 4 = 0, 0836 m motor dengan diameter inti stator 0,15 meter digunakan B av = 0,35 Wb/m 2 ɸ = B av. L. τ p = 0,35. 0,068. 0,0836 = 1, 99 x 10 3 Wb n = q = G P.M = 24 4.3 = 2 k p = sin 180 2 = 1 γ = 360 = 360 G 24 k d = T ph = sin(2.(15 /2)) 2.sin(15 /2) = 15 radian = 0, 9914 56 4,44.50.1,99 x 10 3.0,9914.1 = 128 belitan/fasa 19
Penentuan Ukuran Konduktor (1) S A = 3V A I A = S B = 3V B I B V A = 220 V ; V B = 56 V, maka I B = 220 56 I A I B = 220 56. 2,1 = 8, 25 A α A = I A δ, α B = I B δ, maka α B = 220 56 α A A = π. r 2 = π. 0,275 2 = 0,23768 mm 2 α B = 220 56.0,23768 mm2 = 0,933743 mm 2 D B = 2. α B π D B = 2. 0,933743 π = 1,09 mm 1, 1 mm 20
Penentuan Ukuran Konduktor (2) diameter konduktor paralel 4 adalah 0,933743 mm2 α B = 4 = 0,233436 mm 2 D B = 2. 0,233436 π = 0,545 mm 0, 55 mm 21
Penentuan Jumlah Belitan 3. T A. I A = 3. T B. I B T B = 2,1 T 8,25 A T B = 2,1. 125 = 32 belitan 8,25 Z B = 2. 32 = 64 konduktor 22
Konstruksi Motor Induksi 3 Fasa Baru Parameter Tegangan Fasa Rating Arus Rating Jumlah kutub (P) 4 56 V 8,25 A Nilai Jumlah slot stator (G) 24 Diameter inti stator (D) 10,64 cm Panjang inti stator (L) 6,8 cm Diameter konduktor 4 x 0,55 mm Jumlah belitan per fasa per kutub (T B ) Jumlah Konduktor per fasa per kutub (Z B ) 32 64 23
Rangkaian Ekivalen Total Motor Induksi 3 Fasa Baru 24
Parameter Rangkaian Ekivalen Motor Induksi 3 Fasa Baru R 1 X 2 R 2 X 2 X M V TH R TH X TH Parameter Nilai 1,0297 Ω 1,02 Ω 0,4973 Ω 1,02 Ω 12,3771 Ω 51,584 V 0,879 Ω 1,02 Ω S max 22,39 % τ max 8,19 N.m τ ind τ start 5,47 N.m 4,17 N.m 25
Perbandingan Parameter Rangkaian Ekivalen Motor Sebelum dan Sesudah Rewinding Parameter Nilai Parameter Nilai R 1 19,96415 Ω X 2 16,052 Ω R 2 3,49585 Ω X 2 16,052 Ω X M 193,472 Ω V TH 202,229 V R TH 17,0223 Ω X TH 16,052 Ω S max 10,8 % 7,32 N.m τ max τ ind τ start 7,13 N.m 1,88 N.m R 1 X 2 R 2 X 2 X M V TH R TH X TH 1,0297 Ω 1,02 Ω 0,4973 Ω 1,02 Ω 12,3771 Ω 51,584 V 0,879 Ω 1,02 Ω S max 22,39 % τ max τ ind τ start 8,19 N.m 5,47 N.m 4,17 N.m 26
Perbandingan Karakteristik Torsi Induksi (motor awal dan baru) 4,17 N.m 8,19 N.m 7,32 N.m 1,88 N.m 27
Perbandingan Karakteristik Power Converted (motor awal dan baru) 28
Perbandingan Karakteristik Efisiensi (motor awal dan baru) 29
Tes Pembebanan Motor Induksi 3 Fasa Baru Cos phi meter Brake control Ampere rheostat meter 3 phase Voltage Source Magnetic powder brake Rpm meter Tacho generator Motor induksi 30
Hasil Tes Pembebanan Riil V LN P out * (V) I L cos φ n m P out dan Τ load yang tercatat disini tidak terukur secara spesifik w m P in Τ load * (N.m) (A) (rpm) (rad/s) (W) (W) 56 4,35 0,23 1440 150,72 168,08 62,43 0,414211 55 5 0,6 1400 146,53 495 389,35 3,378071 55 5,5 0,68 1375 143,92 617,1 511,45 4,287898 54 6 0,74 1360 142,35 719,28 613,63 5,053016 54 6,5 0,79 1340 140,25 831,87 726,22 5,931196 54 7 0,81 1320 138,16 918,54 812,89 6,648379 53 7,5 0,83 1300 136,07 989,77 884,12 7,274192 52 8 0,84 1280 133,97 1048,3 942,67 7,824841 31
Karakteristik Torsi Induksi vs Kecepatan (simulasi & riil) 32
Karakteristik Power Output vs Kecepatan (simulasi & riil) 33
Perbandingan karakteristik dan biaya motor induksi 3 fasa tegangan rendah Parameter Motor Induksi 3 Fasa Tegangan Rendah A B Manufacturer Alliance-Motori Electro Vehicle Europe Rated Voltage 56 V 48 V Rated battery voltage 72 VDC 48 VDC Rated power (1h) 0,75 kw 4 kw Peak Power (60 s) 1 kw 6 kw Peak torque (60 s) 8,2 N.m 30 N.m Rated current (1 h) 8,25 A 120 A Rated frequency 50 Hz 100 Hz Rated speed 1270 rpm 2900 rpm Weight 5 kg 21 kg IP protection class IP 55 IP 66 Estimated Total Cost Rp 1.300.000,- 500.00 / Rp 6.300.000,- 34
Kesimpulan Rewinding menyebabkan penambahan slip pada motor induksi 3 fasa baru tanpa mengubah karakteristik daya dan efisiensi yang dihasilkan oleh motor Torsi maksimum pada motor induksi 3 fasa sesudah rewinding lebih besar menjadi 8,2 N.m dari nilai torsi motor induksi 3 fasa awal sebesar 7,3 N.m. Motor induksi 3 fasa baru (sesudah rewinding) memiliki keuntungan biaya yang jauh lebih rendah, lebih aman terhadap bahaya tegangan tinggi serta mengurangi dimensi baterai yang digunakan pada kendaraan listrik 35
Terima kasih 36