ISSN(p): 2338-8323  | ISSN(e): 2459-9638

## Perbandingan Torka
Cogging Generator Integral dan Fractional untuk Pembangkit Listrik Tenaga Tenaga Angin
TAJUDDIN NUR 1 * GUSTIESAR ALBARRY YANASTANTO 2 , MARCHELL MORDEKHAI HALIM 3 , MELISA MULYADI 4 , DUMA KRISTINA  YANTI HUTAPEA 5 , ANTHON DE FRETES 6
1,5 Magister Teknik Elektro, Universitas Katolik Indonesia Atma Jaya 2,3,4 Program Studi Teknik Elektro, Universitas Katolik Indonesia Atma Jaya 6 Program Profesi Insinyur, Universitas Katolik Indonesia Atma Jaya Email: tans@atmajaya.ac.id
Received 4 Mei 2023 | Revised 29 Mei 2023 | Accepted  5 Juni 2023

## ABSTRAK
Penelitian ini membahas penurunan torka cogging pada generator sinkron magnet permanen  untuk  untuk  aplikasi  pada  pembangkit  listrik  tenaga  angin.  Untuk meminimalkan nilai torka cogging, dapat dilakukan berbagai teknik, salah satunya adalah    kombinasi  teknik  pangkasan  magnet  dan  alur  tiruan  pada  inti  jangkar. Teknik  ini  diterapkan  terhadap  generator  sinkron  magnet  permanen  tipe  integral slot dengan jumlah gigi alur 30 dan kutub 10 dan tipe fractional slot number dengan jumlah gigi alur 24 dan kutub 10. Berdasarkan hasil analisis menggunakan metode elemen hingga, didapatkan bahwa tipe fractional slot number memiliki penurunan torka cogging sebesar 98.51 % dari torka berbebannya, sedangkan penurunan torka cogging pada generator tipe integral slot number sebesar 75 % dari torka berbeban.
Kata kunci :  Generator  sinkron  magnet  permanen,  torka  cogging,  fractional  slot number, integral slot number, pangkasan magnet, alur tiruan

## ABSTRACT
This research discusses the reduction of cogging torque on a permanent magnet synchronous generator for applications in wind power plants. To minimize the value of  the  cogging  torque,  various  techniques  can  be  carried  out,  one  of  which  is  a combination  of  magnet  trimming techniques  and  artificial grooves  on  the  anchor core.  This  technique  is  applied  to  an  integral  slot  type  permanent  magnet synchronous  generator  with  30 grooved teeth  and  10  poles  and  a  fractional  slot number type with 24 grooved teeth and 10 poles. Based on the results of analysis using the finite element method, it was found that the fractional slot number type has  a  torque  reduction. cogging  of  98.51%  of  the  loaded  torque  meanwhile  the decrease in cogging torque on the integral slot number type generator is 75% of the loaded torque.
Keywords : Permanent Magnet Synchronous Generator, cogging torque, fractional slot number, integral slot number, magnet shaping, artificial groove

## 1. PENDAHULUAN
Salah satu permasalahan penting di Indonesia dan juga negara lain di dunia dewasa ini adalah energi  listrik.  Seperti  halnya  dengan  negara  lain,  kebutuhan  energi  listrik  sudah  menjadi kebutuhan  primer  sama  seperti  halnya  makanan,  pakaian  listrik  maupun  perumahan. Kebutuhan  akan  energi  listrik  semakin  meningkat  dari  waktu  ke  waktu  seiring  dengan pertumbuhan penduduk dan perluasan daerah-daerah pemukiman. Oleh sebab itu, diperlukan ketersediaan sumber energi listrik yang cukup untuk menunjang keperluan penduduk secara merata dalam jangka panjang.
Usaha pemenuhan kebutuhan energi listrik dilakukan pada sistem pembangkitan tenaga listrik yang mana hingga saat masih mengandalkan energi yang habis terpakai seperti batu bara, minyak  dan  lain-lain.  Meskipun  ada  kecenderungan  penurunan  pemanfaatan  energi  fosil, namun penggunaan energi masih tetap mewarnai pembangkitan tenaga listrik kita hingga saat ini. Di satu sisi, energi yang berasal dari fosil akan mengalami kelangkaan dalam waktu dekat. Untuk  itu  perlu  alternatif  untuk  mengganti  energi  fosil  menjadi  energi  terbarukan.    Perlu diketahui bahwa Indonesia memiliki banyak sumber energi alternatif atau energi terbarukan yang  potensial  yang  dapat  di  manfaatkan  untuk  dikonversi  menjadi  energi  listrik.  Energi alternatif tersebut berupa energi angin cukup melimpah di tanah air kita. Energi angin yang memiliki keuntungan seperti bersih, tersedia banyak melimpah di alam. Selain energi angin, juga terdapat energi terbarukan jenis lain seperti tenaga air,ombak, biomassa, gas alam dan lain-lain.  Energi  mekanik  yang  dihasilkan  oleh  energi  terbarukan  dapat  dikonversi  menjadi energi listrik menggunakan media mesin listrik.
Mesin listrik merupakan peralatan utama yang digunakan untuk mengkonversi energi mekanik angin menjadi energi listrik. Salah satu mesin listrik yang sudah popular digunakan pada sistem PLTB dewasa ini adalah Generator Sinkron Magnet Permanen atau disingkat GSMP. Kelebihan dari  GSMP  adalah  memiliki  suatu  mekanisme  khusus  dalam  hal  pembangkitan  fluks magnetnya. Pada GSMP tidak memiliki belitan rotor untuk memberikan arus searah sebagai pemagnetan. Dengan mekanisme tersebut, maka GSMP menjadi lebih ringan bobotnya serta juga  memiliki konstruksi yang sangat  kokoh. Keunggulan lain GSMP  adalah   menggunakan magnet permanen sebagai sumber untuk menghasilkan fluks, sehingga fluks magnet GSMP pada sistem mesin  tersebut lebih tinggi.  Dengan  demikian  maka  dapat menghasilkan daya yang lebih besar dibanding mesin listrik konvensional pada dimensi yang sama.
Meskipun demikian,  telah diketahui bahwa  GSMP memiliki  kekurangan yakni  tingginya nilai torka cogging.  Torka  cogging  dapat  menyebabkan  ketidakstabilan  pada  sistem  dan  juga menghambat  putaran  rotor  ketika  sedang  diputar  oleh  penggerak  mula.  Pada  sistem pembangkit  tenaga  angin  dimana  kecepatan  angin  sangat  fluktuatif,  dapat  mengakibatkan rotor generator atau GSMP tidak dapat diputar oleh penggerak mula. Oleh sebab itu, maka masalah  torka cogging  harus  diatasi  agar  dapat  digunakan  secara  efektif  pada  sistem pembangkit listrik tenaga angin.
Dalam  kurun  waktu  kurang  10  tahun  terakhir,  terdapat  banyak  penelitian  tentang  cara mengatasi torka cogging pada mesin magnet permanen serta GSMP (Ling, dkk, 2016) (Nur, dkk,  2020) (Nur,  dkk,  2020) (Joe,  dkk, 2020)  (Leithner,  dkk, 2019) (Zhou,  dkk, 2019)  (Caruso,  dkk,  2022)  (Wu,  dkk,  2021)  (Liu,  dkk,  2016)  (Jiang,  dkk,  2016) (Wanjiku, dkk, 2015) .  Sedangkan pada referensi (Di, dkk, 2018) (Jose, dkk., 2018) (Chuan,  dkk,  2018) membahas  masalah  pergeseran  poros  mesin  listrik  ketika  sedang berputar. Pergeseran poros mesin ketika sedang berputar dikenal dengan istilah unbalanced magnetic pull (UMP). Sesuai perbandingan jumlah gigi jangkar dan kutub magnet pada rotor, GSMP dibedakan atas integral slot number (ISN) dan fractional slot number (FSN). ISN adalah
jenis  GSMP  dimana  nilai  perbandingan  antara  jumlah  gigi  jangkar  terhadap  jumlah  kutub merupakan suatu bilangan genap. Sebaliknya apabila nilai perbandingan antara jumlah gigi jangkar dan jumlah kutub magnet pada rotor bilangan pecahan, maka disebut GSMP tersebut termasuk tipe FSN.
Tujuan dari penelitian ini adalah mempelajari dan menganalisis perbandingan kinerja GSMP tipe ISN dan FSN dalam sebagai mesin yang digunakan untuk konversi energi angin menjadi energi listrik. Untuk tujuan penelitian, penulis menggunakan GSMP alur 24 / kutub 10 sebagai tipe  FSN (Nur, dkk,2020) dan  alur  30  /  kutub  10  sebagai  tipe  ISN (Ling,  dkk,  2016) . Konstruksi  dengan  perbandingan  jumlah  alur  jangkar  dan  jumlah  kutub  pada  GSMP  yang lainnya diperlihatkan pada Tabel 1 dan Tabel 2 dalam penelitian ini. Hasil pengukuran dalam penelitian ini menunjukkan bahwa GSMP tipe FSN memiliki nilai penurunan torka cogging yang drastis dibandingkan dengan tipe ISN dengan menggunakan teknik penurunan torka cogging yang  sama.  Penurunan  torka cogging  pada  GSMP  tipe  FSN  sebesar  98.51  %  dari  torka berbeban. Penurunan torka cogging sebesar 98.51 % pada GSMP tipe FSN  tersebut sangat signifikan, sehingga dapat direkomendasikan untuk diterapkan pada sistem pembangkit listrik tenaga angin (PLTB).

## 2. METODE

## 2.1. Generator Sinkron Magnet Permanen (GSMP)
Generator sinkron magnet permanen (GSMP) adalah salah satu mesin listrik yang digunakan untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik melalui proses induksi elektromagnetik. Terdapat beberapa jenis GSMP yang telah dipabrikasi dewasa ini. Berdasarkan perbandingan jumlah alur jangkar terhadap jumlah kutub pada inti rotor, GSMP dapat dibedakan atas  tipe integral slot number (ISN) (Ling, dkk, 2016) dan fractional slot number (FSN) (Nur, dkk, 2020) . Adapun yang dimaksud dengan ISN adalah sebuah konstruksi GSMP yang memiliki perbandingan  jumlah alur  jangkar  (A) terhadap jumlah kutub magnet  (P) yang  merupakan bilangan bulat. Alur jangkar adalah inti GSMP yang merupakan tempat pemasangan belitan konduktor.  Apabila  perbandingan  jumlah  alur  jangkar  terhadap  jumlah  kutub  rotor  adalah bilangan pecahan, maka GSMP tersebut dinamakan FSN.
Tabel 1 dan Tabel 2 menunjukkan beberapa contoh perbandingan jumlah alur dan kutub yang berlaku pada GSMP tipe ISN maupun FSN pada umumnya. Terlihat pada Tabel 1 bahwa nilai perbandingan jumlah alur jangkar dan jumlah kutub rotor merupakan bilangan bulat.
Tabel.1 Perbandingan Jumlah Alur (A) dan Jumlah Kutub (P) Tipe ISN
Integral slot number (ISN) Jumlah alur jangkar 1 Jumlah kutub magnet 2 Nilai perbandingan A/P 3 48 16 3,0 (bilangan bulat) 48 8 6,0 (bilangan bulat) 48 6 8,0 (bilangan bulat) 36 12 3,0 (bilangan bulat) 36 6 6,0 (bilangan bulat) 30 10 3,0 (bilangan bulat) 24 8 3,0 (bilangan bulat) 24 6 4,0 (bilangan bulat)
Sedangkan pada Tabel 2, contoh nilai perbandingan jumlah alur jangkar dan jumlah kutub
adalah bilangan pecahan. Selain itu GSMP juga dapat dibedakan atas tata letak magnetnya. Apabila peletakan magnet berada pada bagian luar dari GSMP tersebut maka diebut rotor luar ( outer rotor), sedangkan bilamana magnet rotor berada pada bagian dalam dari GSMP tersebut maka disebut rotor kutub dalam (inner rotor).
Tabel 2. Perbandingan Jumlah Alur (A) dan Jumlah Kutub (P) Tipe FSN
Fractional slot number (FSN) Jumlah alur jangkar Jumlah kutub magnet Nilai perbandingan A/P 48 20 2,4 (pecahan) 48 18 2,67 (pecahan) 48 14 3,428 (pecahan) 36 14 2,571(pecahan) 36 10 3,6 (pecahan) 24 16 1,5 (pecahan) 24 14 1,714 (pecahan) 24 10 2,4 (pecahan)
Pada penelitian ini, penulis menggunakan GSMP sistem rotor kutub dalam. Pada saat sekarang ini,  aplikasi  GSMP  rotor  kutub  dalm  pada  sistem  pembangkit  listrik  tenaga  angin  menjadi meningkat.  Pada GSMP kutub dalam, kutub-kutub magnet dipasang pada inti rotor dibagian dalam mesin dan dikelilingi oleh inti jangkar yang berada pada bagian luar. Sebaliknya, pada GSMP jenis rotor luar, posisi rotor berada pada inti yang dipasang mengelilingi inti jangkar dan berada pada bagian dalam mesin. Sesuai namanya, maka fluks untuk pemagnetan pada GSMP diperoleh dari kutub-kutub magnet yang dipasang pada inti rotor. Fluks magnet yang berasal dari kutub utara (U) menyebar atau terdistribusi kedalam celah udara kemudian menuju inti jangkar kemudian kembali ke kutub selatan (S) pada magnet pasangannya dan seterusnya menuju  inti  rotor.  Pada  keadaan  tertentu  misalnya  konstruksi  magnet  yang  berpasangan berbeda volumenya, maka fluks magnet dapat memasuki poros secara signifikan. Hal ini dapat mengakibatkan  terjadi  arus  pada  bearing  mesin  dalam  jumlah  besar  dan  mengakibatkan dampak yang berbahaya bagi mesin. Dalam paper ini diasumsikan magnet berbentuk sama serta  ideal  dan  tidak  terjadi  pangaliran  fluks  magnet  yang  berlebihan  pada  poros  mesin. Ilustrasi dari sebuah konstruksi GSMP dapat ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Jangkar dan Rotor pada GSMP Rotor Kutub Dalam
Pada Gambar 1 memperlihatkan ilustrasi 2 dimensi (2-D) dari sebuah GSMP. Perlu diketahui bahwa tipikal GSMP sebagaimana diperlihatkan pada Gambar 1 terebut adalah tipikal GSMP rotor  kutub  dalam.  Selanjutnya,  distribusi  fluks  magnet  pada  GSMP  yang  ditinjau  dalam penelitian  adalah  fluks  magnet  radial  saja.  Pada  GSMP  jenis  magnet  radial,  fluks  yang menembus permukaan magnet tersebar merata diseluruh permukaan magnet. Fluks magnet tersebut akan terdistribusi pada seluruh inti mesin melalui reluktansi material,baik reluktansi inti  jangkar,  reluktansi  inti  rotor  maupun  reluktansi  udara. Meski  demikian, reluktansi yang sangat mempengaruhi kinerja GSMP adalah reluktansi celah udara.
Besarnya reluktansi celah udara ( R g ) pada sebuah GSMP dapat dinyatakan sebagai berikut:
𝑅   = (1)
R g adalah reluktansi celah udara, (Ampere tern/Weber). l g adalah panjang celah udara (mm). μ 0 adalah 4π x10 -7 (Henry.meter). A g adalah luas celah udara (m 2 ).
Reluktansi pada celah udara GSMP beserta fluks magnet yang masuk kedalam celah udara berpengaruh langsung nilai puncak torka cogging. Setiap terjadi perputaran pada rotor, maka dengan sendirinya akan terjadi torka cogging. Nilai torka cogging akan tinggi bila bilamana reluktansi pada celah udara tinggi. Selanjutnya dapat ditegaskan,  bahwa nilai reluktansi celah udara merupakan suatu parameter mempengaruhi torka cogging pada GSMP tipe manapun juga. Oleh sebab itu dalam disain mesin magnet permanen ataupun GSMP harus dilakukan sedemikian rupa sehingga pengaruh reluktansi celah udah tidak siginifikan.
Hubungan antara reluktansi celah udara dengan torka cogging  (T c ) dalam sebuah GSMP dapat dirumuskan sebagai berikut (Nur, dkk, 2020) (Di, dkk, 2018) :
𝑇 = − ∅ (2)
T c adalah torka cogging (N.m). ∅ g adalah fluks magnet pada celah udara (Weber). R g adalah reluktansi celah udara (Mho). θ adalah derajat mekanik perputaran atau posisi rotor.
Penelitian dan investigasi terdahulu (Nur, dkk,2020) (Suherman, dkk, 2020) (Di, dkk, 2018) telah  mengemukakan  bahwa  secara  spesifik  torka cogging  juga  dipengaruhi  oleh kerapatan fluks magnet celah udara, baik kerapatan fluks normal (B n ) maupun tangensial ( B t ) yang dihasilkan oleh suatu magnet permanen. Kerapatan fluks normal ( B n ) menghasilkan gaya normal  yang  mana  posisinya  tegak  lurus  terhadap  permukaan  gigi  jangkar,  sedangkan kerapatan fluks tangensial ( B t ) menghasilkan suatu gaya tangensial yang parallel terhadap inti jangkar dan tegak lurus terhadap pintu alur jangkar. Perlu pula dijelaskan bahwa, walaupun kedua  fluks  magnet  memperuhi  torka cogging,  namun  yang  paling  dominan  berpengaruh langsung adalah B t .
Pada GSMP tipe ISN, kerapatan fluks tangensial jauh lebih tinggi dari tipe FSN (Ling, dkk, 2016) (Nur, dkk, 2020) . Hal ini disebabkan karena akumulasi fluks magnet yang masuk celah udara lebih besar pada GSMP tipe ISN. Pada saat yang sama, nilai reluktansi celah udara secara alamiah menjadi sangat fluktuatif pada saat roror bergerak.  Hal ini terjadi karena pada saat fluks magnet memasuki atau terdistribusi ke dalam celah udara lalu masuk gigi jangkar, terjadi secara  bersamaan tanpa pengalihan ke area lainnya. Berbeda halnya dengan GSMP tipe ISN, pada tipe FSN nilai fluks magnet yang terdistribusi pada celah udara dan memasuki inti jangkar menjadi tidak sama besar pada setiap grup belitan atau grup fasa. Hal ini dapat dilihat dari kerapatan fluks magnet pada inti (Nur, dkk, 2020) .
Kelebihan  dari sebuah GSMP tipe  FSN  adalah bahwa  fluks magnet  yang terdistribusi  dapat melingkupi atau menjangkau kumparan pada inti jangkar menjadi lebih panjang. Lintasan fluks magnet tidak hanya mencakup pada konduktor yang berada pada alur jangkar saja, tetapi juga dapat mencapai kumparan yang berada pada sisi kiri dan kanan inti jangkar menjadi lebih panjang. Dengan demikian, maka panjang efektif konduktor yang mendapatkan fluks magnet menjadi lebih besar bila dibandingkan dengan GSMP tipe ISN. Demikian juga, torka cogging dari  suatu  GSMP  tipe  FSN  pada  umumnya  lebih  rendah  atau  jauh  lebih  rendah  dibanding dengan torka cogging pada GSM tipe ISN.
Meski demikian, akibat distribusi fluks magnet yang tidak seimbang kedalam inti jangkar dapat memperburuk performansi GSMP dan dapat mengakibatkan terjadinya pergeseran pada poros ketika  sebuah  GSMP  sedang  beroperasi.  Fenomena  ini  dikenal  dengan  istilah ketidakseimbangan tarikan gaya ( Unbalance Magnetic Pull). Hal ini juga terjadi pada mesin induksi yang merupakan salah satu jenis mesin listrik. Seperti telah disinggung sebelumnya Unbalance Magnetic Pull (UMP) merupakan suatu fenomena yang harus diminimalkan pada sebuah  konstruksi  GSMP,  motor listrik  magnet permanen  atau  bahkan  pada mesin  induksi. Riset tentang  UMP pada mesin-mesin listrik magnet permanen (Jose, dkk, 2018) dan mesin induksi pada referensi (Di, dkk, 2018) (Chiuan, dkk, 2018) . Masalah UMP tidak dibahas detail dalam penelitian ini, namun demikian, dapat dinyatakan bahwa nilai torka cogging dari sebuah GSMP atau mesin magnet permanen dapat mempengaruhi UMP.

## 2.2. Teknik untuk menurunkan torka cogging dan konstruksi GSMP
Torka cogging yang terjadi GSMP atau mesin magnet permanen (MMP) diakibatkan oleh gaya negatif  yang  terjadi  pada  celah  udara  mesin.  Torka cogging  terjadi  pada  sebuah  GSMP meskipun  tidak  ada  arus  listrik  yang  mengalir  pada  konduktor  jangkarnya.  Hal  itu  terjadi sebagai akibat dari interaksi fluks pada permukaan magnet rotor, khususnya pada ujuang kiri dan  kanan  magnet  dengan  inti  jangkar  atau  alur  jangkar.  Untuk  mengetahui  lebih  lanjut terjadinya torka cogging pada GSMP, dapat dilihat pada struktur magnet dan inti jangkar dari sebuah GSMP seperti ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Integral Slot Number (kiri) dan Fractional Slot Number (kanan)
Perbandingan Nilai Torka Cogging Antara Tipe Generator Integral Slot Number dan Fractional Slot Number untuk Pembangkit Listrik Tenaga Angin
Pada  Gambar  2  diperlihatkan  struktur  magnet  dan  inti  jangkar  dalam  dia  dimensi  (2-D). Permanen magnet menghasilkan dua macam kerapatan fluks, yaitu normal B n dan kerapatan fluks  tangensial  B t .  Kedua  kerapatan  fluks  magnet  tersebut  terjadi  pada  magnet,  tetapi memiliki  posisi  atau  tempat  serta  arah  distribusi  yang  berbeda.  Kerapatan  fluks  normal  B n berada  pada  pusat  atau  tengah  magnet  dan  distribusinya  langsung  menuju  kearah  gigi jangkar. Kerapatan fluks normal menghasilkan gaya normal pada celah udara. Meski demikian, kerapatan  fluks  normal  tidak  mempengaruhi  atau  tidak  mengakibatkan  gaya  tarik  menarik antara rotor dan inti jangkar pada ketika rotor mesin mulai berputar.
Sebaliknya, kerapatan fluks tangensial menghasilkan gaya magnet tangensial pada celah yang menyebabkan terjadinya gaya tarik antara permukaan magnet dengan inti jangkar menjadi sangat dominan. Akibatnya terjadi gaya tarik menarik yang sangat kuat antara magnet dengan inti jangkar dan berpengaruh langsung kepada nilai torka cogging. Pengaruh kerapatan fluks tangensial terhadap inti jangkar hanya dapat dihilangkan atau dibuat sekecil mungkin pada GSMP  yang  dikonstruksi  dengan  sistem  tanpa  inti  jangkar  ( coreless).  Demikian  pula  GSMP yang  tidak  memiliki  pintu  alur  jangkar  ( slotless).Hal  ini  karena  fluks  magnet  tidak  dapat menembus langusng kedalam alur jangkar. Kerapatan fluks tangensial yang terjadi pada mesin magnet permanen atau GSMP pada prinsipnya dihasilkan oleh fluks magnet yang berbalik arah atau  peralihan  fluks  magnet  dari  kutub  utara  (U)  menuju  magnet  kutub  selatan  (S). Sebagaimana kita ketahui, jalur perpindahan fluks magnet selalu memiliki karakter trajektori orthogonal. Pada mesin magnet permanen yang tidak dioptimasi sama sekali baik pada inti jangkar maupun magnet rotornya, maka jalur fluks magnet yang menghasilkan kerapatan fluks tangensial menjadi sangat panjang pada celah udara.
Pada GSMP dengan teknik pangkas magnet, kerapatan fluks tangensial yang dapat mencapai alur jangkar menjadi menurun, sehingga kekuatan Tarik menarik antara permukaan magnet rotor dengan alur jangkar menjadi menurun. Selain itu, beberapa teknik yang dilakukan yang dapat dilakukan untuk menurunkan torka cogging yang lain. Teknik penurunan torka cogging dapat dilakukan optimasi baik pada inti jangkar maupun pada magnet.
Untuk perbandingan jumlah alur dan kutub tertentu misalnya alur 24 dan kutub 8 dan alur 24 dan kutub 20, optimasi dapat dilakukan dengan teknik coakan bertingkat pada ujung magnet (Ling,  dkk,  2016)  (Nur,  dkk,  2020) sedangkan  pada  GSMP  tipe  FSN  penurunan  torka cogging juga dapat dilakukan sistem kombinasi optimasi pada alur tiruan pada jangkar dan coakan magnet rotor [3]. Penurunan torka cogging (Ling, dkk, 2016) (Nur, dkk, 2020) pada  dasarnya  dilakukan  dengan  meminimalkan  fluks  pada  permukaan  atau  ujung-ujung magnet rotor yang berinteraksi dengan inti jangkar.
Selanjutnya pada penurunan torka cogging dapat dilakukan dengan langkah-langkah antara lain :(1) Memperkecil tinggi ujung magnet (Ling, dkk, 2016) (2). Memperbesar jarak antara permukaan magnet dengan inti jangkar (Nur, dkk, 2020) . (3) Membuat alur tiruan pada inti jangkar (Nur,  dkk,  2020) .  (4)  Memperkecil  pintu  pembukaan  pada  alur  jangkar,  (5). Memperbesar ketinggian kutub sepatu jangkar. (6) Menggunakan gigi tiruan pada jangkar. Demikian pula teknik penurunan torka cogging dapat dikembangkan dengan cara kombinasi dari teknik yang sudah ada.
Penurunan torka cogging dari sebuah GSMP atau mesin magnet permanen dapat dianggap baik  dan  dapat  diimplementasikan  pada  aplikasi  khusus  seperti  sistem  pembangkit  listrik tenaga  angin,  apabila  menghasilkan  suatu  penurunan  minimal  98  %  dari  torka  berbeban. Dengan  kata  lain, sebuah GSMP  dapat dikatakan berkualitas baik  apabila kandungan torka cogging yang dimiliki oleh mesin tersebut maksimal 2% dari torka berbeban.
Dalam  penelitian  ini,  penurunan  torka cogging  dilakukan  dengan  kombinasi  optimasi  gigi jangkar dan magnet rotor. Optimasi jangkar dilakukan dengan menerapkan teknik alur tiruan, sedangkan pada magnet rotor adalah dengan teknik pangkasan magnet. Berdasarkan hasil riset sebelumnya telah banyak diusulkan teknik untuk menurunkan torka cogging pada mesin magnet  permanen  serta  GSMP.  Secara  umum,  teknik  penurunan  torka cogging  dapat dijabarkan secara sederhana pada Gambar 3.
Gambar 3. Klasifikasi Teknik Penurunan Torka Cogging pada GSMP
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1. Perhitungan Torka Cogging pada GSMP yang Ditinjau
Torka cogging  (T c )  dalam  penelitian  ini  dihitung  berdasarkan  Persamaan  3  dan  dilakukan menggunakan Metode Stress Tensor (MST) (Ling, dkk, 2016) (Nur, dkk, 2020) dengan menggunakan Persamaan (3) (Nur, dkk, 2020) :
𝑇 = ∫ 𝑟 𝐵 𝐵 𝑑𝜃 (3)
T c adalah torka cogging (N.m). L stk adalah  panjang mesin (m).  μ 0 sebesar 4πx10 -7 H/m,  r adalah  jari-jari  pada  celah  udara  tempat  Tc  diukur  (m).  B n adalah  kerapatan  fluks  normal (Tesla). B t adalah kerapatan fluks tangensial (Tesla). θ adalah derajat mekanik posisi rotor GSMP.
Penurunan torka cogging dilakukan dengan melakukan 3 kombinasi teknik untuk menurunkan torka cogging yaitu: (1) fractional slot number, (2) alur tiruan pada gigi jangkar, (3) pangkasan magnet rotor.

## Gambar 4. Optimasi gigi jangkar dan magnet rotor
Pada tahap selanjutnya dari penelitian ini, penulis melakukan penurunan torka cogging dengan teknik  pangkasan  magnet  rotor,  sedangkan  inti  jangkar  tidak  mengalami  perubahan.  Pada GSMP  dengan  tipe integral  slot  number    (ISN)  penurunan  torka  cogging  dilakukan sebagaimana diperlihat pada Gambar 5.
Gambar 5. Penurunan Torka Cogging dengan Teknik Pangkasan Magnet
Penerapan  teknik  pangkasan  magnet  rotor  menghasilkan  suatu  penurunan  torka cogging sebagaimana  diperlihatkan  pada  Gambar  6.  Pada  Gambar  6,  dengan  penggunaan  teknik pangkasan magnet dapat  menurunkan  torka cogging  kurang lebih  0.0125  N.m.  Persentase penurunan torka cogging sebesar 75 % dari torka beban nol.

## Gambar 6. Grafik Torka Cogging Menggunakan Pangkasan Magnet
Setelah itu dilanjutkan kombinasi teknik pangkasan magnet rotor dan alur tiruan pada GSMP tipe ISN seperti ditunjukkan pada Gambar 7.

## Gambar 7. Kombinasi Pangkasan Magnet Rotor dan Alur Tiruan pada Inti Jangkar
Dengan  kombinasi  pangkasan  magnet  dan  alur  tiruan  pada  inti  jangkar,  penurunan  torka cogging  menjadi  0.0007  N.m.  sebagaimana  diperlihatkan  pada  Gambar  8.  Terlihat  bahwa dengan  Teknik  kombinasi  pangkasan  magnet  rotor  dan  alur  tiruan  pada  jangkar  dapat menghasilkan  penurunan  nilai  puncak  torka cogging  yang  sangat  signifikan  dibandingkan dengan GSMP sebelumnya yakni sebesar 98.51%. -0.03 -0.025 -0.02 -0.015 -0.01 -0.005 0 0.005 0.01 0.015 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73 Torka cogging GSMP tipe fractional slot number dengan sistem pangkas magnet
Gambar 8. Grafik Torka Cogging dengan Kombinasi Pangkasan Magnet dan Alur Tiruan
Gambar 9. Perbandingan Torka Cogging pada GSMP Tipe ISN dan FSN Menggunakan Teknik Pangkasan Magnet
Gambar  9  adalah  perbandingan  nilai  torka cogging  antara  GSMP  tipe  ISN  dan  FSN. Berdasarkan Gambar 9 tersebut dapat dilihat bahwa penurunan torka cogging pada GSMP tipe fractional  Slot  number  (FSN  )  sangat  signifikan  dan  jauh  lebih  besar  dibanding  penurunan torka cogging pada GSMP tipe integral slot number (ISN). Hal ini karena reluktansi celah udara pada tipe FSN lebih rendah dibandingkan dengan tipe ISN. Hal ini disebakan karena dengan penerapan teknik pangkas dan alur tiruan pada inti jangkar atau inti stator dari GSMP tipe FSN mengakibatkan peningkatan interaksi antara ujung magnet dengan inti jangkar semakin sering terjadi.  Akibat  peningkatan  interkasi  yang  semakin  tinggi  mengakibatkan  frekuensi  torka cogging semakain tinggi, tetapi sebaliknya nilai puncak torka cogging menjadi semakin kecil. Sebaliknya,  pada  GSMP tipe  ISN,  interaksi  antara  ujung  magent  dengan  alur  jangkar  lebih jarang terjadi.  Hal itulah yang mengakibatkan frekuensi torka cogging menjadi rendah dan nilai puncak torka cogging jauh lebih tinggi.
-0.0006 -0.0004 -0.0002 0 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73 Torka cogging GSMP tipe FSN dengan sistem kombinasi alur tiruan dan pangkas magnet
-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 3 5 7 9 1113151719212325272931333537394143454749515355575961636567697173 Perbandingan nilai puncak torka cogging pada GSMP tipe ISN dan FSN menggunakan teknik pangkasan magnet Integral slot number
Fractional slot number

## 4. KESIMPULAN
Berdasarkan  perancangan,  pengujian  menggunakan  metode  numerik,  serta  pengolahan terhadap data yang telah dilakukan, maka dapat ditarik beberapa kesimpulan. Di antaranya, tinggi amplitudo torka cogging untuk GSMP tipe ISN pada umumnya lebih tinggi dibandingkan dengan GSMP  tipe FSN untuk jumlah kutub yang  sama.  Berdasarkan  penelitian  yang  telah kami lakukan, penerapan teknik pangkasan magnet rotor dapat mengurangi nilai torka cogging baik pada GSMP tipe ISN maupun tipe FSN. Meski demikian, nilai penurunan torka cogging tersebut tidak  signifikan  untuk  aplikasi pada pembangkit listrik tenaga angin  karena  belum mencapai 98.0 % dari nilai torka beban nol generator. Dengan menggunakan kombinasi teknik pangkasan magnet dan alur tiruan pada jangkar, maka penurunan torka cogging mencapai 98,51 % dari torka berbeban. Penurunan torka cogging sebesar 98.51 % tersebut diperoleh dari GSMP tipe FSN yang diteliti dalam riset ini. Pda GSMP tipe ISN, penggunaan kombinasi teknik pangkasan magnet dan alur tiruan pada inti jangkar dapat menurunkan torka cogging sebesar 75 % dari torka beban nol. Berdasarkan hasil penurunan torka cogging dari GSMP tipe FSN  menggunakan  kombinasi  teknik  pangkasan  magnet  dan  alur  tiruan,  maka  dapat direkomendasikan untuk menindaklanjuti dengan manufaktur GSMP untuk diaplikasikan pada sistem pembangkit listrik tenaga angin

## DAFTAR RUJUKAN
Di, C., Petrov, I., Pyrhonen, J. J. & Bao, S. (2018). Unbalance magnetic pull compensation with  active  magnetic  bearings  in  a  2  MW  high  speed  induction  machine. IEEE Transaction on Magnetics, 54 (8), 1-13.
Chuan,  H.,  &  Shek,  J.  K.  H.  (2018).  Calculation  of  unbalanced  magnetic  pull  in  induction machines trough empirical method. IET Electric Power Applications, 12 (9), 1233-1239.
Ling, J. M. & Nur, T. (2016). Influence of edge slotting of magnet pole with fixed slot opening width  on  the  cogging  torque  in  Inset  Permanent  Magnet  Synchronous  Machine.
Advance Mechanical Engineering, 8 (8).
Perez-Loya,  J.  J.,  Abrahamsson,  C.  J.  D.  &  Lundin,  U.  (2018).  Electromagnetic  losses  in synchronous machine during during  active compensation of unbalanced magnetic pull.
IEEE Transaction on Industrial Electronics, 66 (1), 124-131.
Joe, L. E. & Nur, T. (2020). Study the Effect of Slot in Stator and Rotor on the Cogging  Torque Reduction  in  Permanent  Magnet Machine. IOP  Conference  Series:  Materials  Science and Engineering, 012025.
Zhou,  M.,  Zhang,  X., Zhao,  W.,  Ji,  J., &  Hu,  J. (2019).  Influence  of  Magnet  Shape  on  the Cogging  Torque  of  Surface  Mounted  Permanent  Magnet  Motor. Chinese  Journal  of Electrical Engineering, 5 (4), 40-50.
Leitner, S., Gruebler, H., & Muetze, A. (2019). Cogging Torque Minimization and Performance of  the  sub-Fractional  HP  BLDC  Claw  Pole  Motor. IEEE  Transaction  on  Industry Application, 55 (5), 4653-4664.
Nur, T. & Ling, J. M. (2020). Development of Magnet Structure Optimization on Achieving the Cogging  Torque  Reduction  in  Permanent  Magnet  Machine.  23rd International
Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS), (pp. 504-508)
Nur, T., Joe, L. E. & Siregar, M. (2020). Novel of Cogging Torque Reduction Technique for Permanent Magnet Generator by Compounding of Magnet Edge Shaping and Dummy Slot in Stator Core. International Journal on Advance Science Engineering Information Technology (IJASEIT), 10 (3), 1191-1199.
Suherman, Y. & Nur, T. (2020). Pengaruh Kombinasi Pemangkasan Ujung Magnet Permanen dan Axial Channel pada Inti Rotor terhadap Torka Cogging tipe Fractional Slot Number.
Jurnal Elektro, 13 (2), 67-80.
Caruso, M., Di Tommaso, A. O., Miceli, R. & Viola, F. (2022). A Cogging Torque Minimization
Procedure for Interior Permanent Magnet Synchronous Motors Based on a Progressive
Modification of the Rotor Lamination Geometry. Energies 15 (14), 4956.
Wu,  L.,  Ming,  G.,  Zhang,  L.  &  Fang,  Y.  (2021).  Improved  Stator/Rotor-Pole  Number
Combinations  for  Torque  Ripple  Reduction  in  Doubly  Salient  PM  Machines. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 68 (11), 10601-10611.
Liu, C., Zhu, J., Wang, Y., Lei, G. & Guo, Y. (2016). Cogging torque minimization of smc pm transverse  flux  machines  using  shifted  and  unequal-width  stator  teeth. IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 26 (4), 1-4.
Jiang, J. W., Bilgin, B., Yang, Y., Sathyan, A., Dadkhah, H. & Emadi, A. (2016). Rotor skew pattern design and optimisation for cogging torque reduction. IET Electrical Systems in Transportation, 6 (2), 126 – 135.
Wanjiku, J., Khan, M. A., Barendse, P. & Pillay, P. (2015). Influence of slot openings and tooth profile on cogging torque in axial-flux pm machines. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 62 (12), 7578-7589.