SISTEM BREK ELEKTROMAGNETIK BOLEH KAWAL MENGGUNAKAN ARUS PUSAR MOHAMAD ZAIRI BIN BAHAROM TESIS YANG DIKEMUKAKAN UNTUK MEMPEROLEH IJAZAH SARJANA SAINS

Transcript

1 SISTEM BREK ELEKTROMAGNETIK BOLEH KAWAL MENGGUNAKAN ARUS PUSAR MOHAMAD ZAIRI BIN BAHAROM TESIS YANG DIKEMUKAKAN UNTUK MEMPEROLEH IJAZAH SARJANA SAINS FAKULTI KEJURUTERAAN DAN ALAM BINA UNIVERSITI KEBANGSAAN MALAYSIA BANGI 2013

2 ii PENGAKUAN Saya akui karya ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali nukilan dan ringkasan yang setiap satunya telah saya jelaskan sumbernya. 21 Mei 2013 MOHAMAD ZAIRI BIN BAHAROM P 54863

3 vi KANDUNGAN PENGAKUAN PENGHARGAAN ABSTRAK ABSTRACT KANDUNGAN SENARAI JADUAL SENARAI RAJAH SENARAI SIMBOL Halaman ii iii iv v vi ix x xiv BAB I PENDAHULUAN 1.1 Pengenalan Kepentingan Kajian dan Penyataan Masalah Hipotesis Kajian Objektif Kajian Skop Kajian Struktur Tesis 7 BAB II KAJIAN PERPUSTAKAAN 2.1 Pengenalan Teori Asas Elektromagnet Aplikasi Arus Pusar Sistem Brek Kenderaan Brek mekanikal Sistem brek arus pusar Kekurangan Kehausan Pad Brek Basikal Senaman Kesimpulan 23

4 vii BAB III METODOLOGI KAJIAN 3.1 Pengenalan Rig Ujikaji Tindakbalas Cakera brek Sistem Pemerolehan Data (PULSE) Motor arus terus Elektromagnet Bekalan voltan arus terus untuk motor arus terus Bekalan kuasa arus terus untuk elektromagnet Meter pelbagai digit Takometer optik Kaedah Kajian Ujikaji Tindakbalas Parameter-parameter berubah bagi ujikaji tindakbalas Rig Ujikaji Pengesahan Pengukuran terikan (tolok terikan) Casis USB lubang alur dan peranti masukan analog Aksesori terminal-skru Blok modul Dasylab Kaedah Ujikaji Pengesahan Ujian kelelurusan untuk penskalaan Prosedur ujikaji pengesahan Kesimpulan 56 BAB IV KEPUTUSAN DAN PERBINCANGAN 4.1 Pengenalan Keputusan Ujikaji Tindakbalas Kesan bekalan arus dan jenis bahan cakera Kesan bilangan lilitan gegelung elektromagnet Kesan jarak sela udara Perbandingan Al6061 dan Al Kesan ketebalan cakera Ujian ANOVA tersarang penuh dan ujian ANOVA 77 dua hala 4.3 Keputusan Ujikaji Pengesahan Data dituras Data punca-min-kuasa dua Data puncak ke puncak Antaramuka grafik pengguna 92

5 viii 4.4 Kesimpulan 93 BAB V KESIMPULAN DAN CADANGAN 5.1 Kesimpulan Cadangan 95 RUJUKAN 97 LAMPIRAN A1 Senarai Penerbitan 102 B1 Spesifikasi Motor Arus Terus 103 B2 Spesifikasi Elektromagnet 104 C1 Langkah Konfigurasi MAX 106 C2 Langkah Konfigurasi Dasylab 109

6 ix SENARAI JADUAL No. Jadual Halaman 3.1 Spesifikasi motor arus terus Ciri-ciri elektromagnet Nilai-nilai masukan bekalan arus, i bagi 250 lilitan Nilai-nilai masukan bekalan arus, i bagi 50 lilitan Jarak sela udara (mm) Kealiran elektrikal untuk pelbagai bahan cakera pada suhu bilik 20 C 3.7 Ketebalan cakera aloi aluminium, Al Spesifikasi tolok terikan Spesifikasi peranti input analog Keberkesanan 50 lilitan pada gegelung elektromagnetik bagi cakera kuprum dan sela udara 1mm 4.2 Keberkesanan 250 lilitan pada gegelung elektromagetik bagi cakera kuprum dan sela udara 1mm 4.3 Keberkesanan jarak sela udara, a terhadap prestasi sistem brek arus pusar (cakera kuprum) 4.4 Jumlah peratusan penurunan kelajuan pada berlainan halaju awal 4.5 Pelbagai saiz ketebalan aloi aluminium,al Data ujian ANOVA tersarang penuh Data ANOVA bagi ujian ANOVA tersarang penuh Jadual ANOVA bagi ujian ANOVA dua hala

7 x SENARAI RAJAH No. Rajah Halaman 1.1 Statistik pembebasan kuprum daripada sumber haus brek 3 dan sumber lain di eropah 1.2 Perangkaan kemalangan jalan raya bagi tahun Skematik model peredam-spring arus pusar Daya-daya yang melibat dalam pembrekan geseran 14 (2 dimensi) 2.3 Reka bentuk sistem brek utama (3 dimensi) Skematik arus pusar teraruh dalam pengalir Skematik bahan beraliran melalui medan magnet dan 16 mengaruh arus pusar 2.6 Medan magnet dengan sela udara besar Medan magnet dengan sela udara kecil (a) Tatarajah untuk sistem brek arus pusar (ECB) (b) Keratan rentas teras besi dan cakera Model basikal senaman Carta alir keseleruhan projek penyelidikan Pandangan 3 dimensi untuk reka bentuk rig ujikaji Pandangan atas, depan, sisi dan trimetrik bagi rig ujikaji Tiga jenis cakera brek daripada bahan berbeza iaitu zink, 29 aluminium dan kuprum 3.5 Dua jenis cakera brek daripada siri aluminium berbeza iaitu 29 Al6061 dan Al Gambarajah PULSE-jenis 3560D Motor arus terus Elektromagnet Bekalan voltan arus terus Bekalan kuasa arus terus Meter pelbagai digit Takometer optik Carta alir ujikaji tindakbalas Pandangan penuh rig ujikaji tindakbalas Skematik rig ujikaji tindakbalas Tolok terikan jenis wayar 43

8 xi 3.17 Tolok terikan dipasang pada pedal basikal NI-cDAQ 9178 Casis USB lubang alur dan NI-9237 peranti 47 input analog 3.19 NI-9949 RJ50 aksesori terminal-skru Rajah sambungan separuh-jambatan Rajah blok modul DasyLab Carta alir ujikaji pengesahan Beban 10N diatas pedal basikal Plot kelelurusan untuk penskalaan Pandangan dekat rig ujikaji pengesahan (kawasan pembrekan elektromagnetik) 3.26 Pandangan penuh rig ujikaji pengesahan Skematik rig ujikaji pengesahan Graf halaju melawan arus bagi aluminium, kuprum dan zink pada l g (1mm), d (1mm) dan V (11V) 4.2 Graf halaju melawan arus bagi aluminium, kuprum dan zink pada l g (1mm), d (1mm) dan V (13V) 4.3 Graf halaju melawan arus bagi aluminium, kuprum dan zink pada l g (1mm), d (1mm) dan V (15V) 4.4 Graf halaju melawan arus bagi cakera aluminium pada l g (1mm), d (1mm) pada gegelung elektromagnet dengan 50 lilitan 4.5 Graf halaju melawan arus bagi cakera aluminium pada l g (1mm), d (1mm) pada gegelung elektromagnet dengan 250 lilitan 4.6 Graf halaju melawan arus bagi cakera kuprum pada l g (1mm), d (1mm) pada gegelung elektromagnet dengan 50 lilitan 4.7 Graf halaju melawan arus bagi cakera kuprum pada l g (1mm), d (1mm) pada gegelung elektromagnet dengan 250 lilitan 4.8 Graf halaju melawan arus bagi cakera kuprum pada d (1mm), gegelung elektromagnet (250 lilitan) dan V(11V) pada sela udara berbeza 4.9 Graf halaju melawan arus bagi cakera kuprum pada d (1mm), gegelung elektromagnet (250 lilitan) dan V(13V) pada sela udara berbeza

9 xii 4.10 Graf halaju melawan arus bagi cakera kuprum pada d (1mm), gegelung elektromagnet (250 lilitan) dan V(15V) pada sela udara berbeza 4.11 Graf tork brek melawan arus bagi cakera Al6061 pada d (5mm), gegelung elektromagnet (250 lilitan) pada sela udara, l g (1mm) 4.12 Graf tork brek melawan arus bagi cakera Al6061 pada d (5mm), gegelung elektromagnet (250 lilitan) pada sela udara, l g (2mm) 4.13 Graf tork brek melawan arus bagi cakera Al6061 pada d (5mm), gegelung elektromagnet (250 lilitan) pada sela udara, l g (3mm) 4.14 Graf halaju melawan arus bagi cakera Al6061 dan Al7075 pada d (4mm), gegelung elektromagnet (250 lilitan) dan l g (1mm) 4.15 Graf halaju melawan arus bagi cakera Al6061 dan Al7075 pada d (4mm), gegelung elektromagnet (250 lilitan) dan l g (3mm) 4.16 Graf tork brek melawan arus bagi cakera Al6061 pada d (4mm), gegelung elektromagnet (250 lilitan) dan l g (1mm) 4.17 Graf tork brek melawan arus bagi cakera Al7075 pada d (4mm), gegelung elektromagnet (250 lilitan) dan l g (1mm) 4.18 Graf halaju (PPM) melawan masa (s) bagi cakera Al6061 pada gegelung elektromagnet (250 lilitan) dan l g (1mm) bagi ketebalan cakera 4mm dan 5mm 4.19 Plot kesan utama untuk PPM bagi ujian ANOVA tersarang penuh 4.20 Plot interaksi untuk PPM bagi ujian ANOVA tersarang penuh 4.21 Plot kesan utama untuk PPM bagi ujian ANOVA dua hala Plot interaksi untuk PPM bagi ujian ANOVA dua hala Graf daya (N) melawan masa (s) bagi data dituras cakera Al6061 pada n (250 lilitan), l g (1mm) dan ketebalan cakera 5mm bagi arus 1A 4.24 Graf daya (N) melawan masa (s) bagi data dituras cakera Al6061 pada n (250 lilitan), l g (1mm) dan ketebalan cakera 5mm bagi arus 2A 84 85

10 xiii 4.25 Graf daya (N) melawan masa (s) bagi data dituras cakera Al6061 pada n (250 lilitan), l g (1mm) dan ketebalan cakera 5mm bagi arus 3A 4.26 Graf daya (N) melawan masa (s) bagi data dituras cakera Al6061 pada n (250 lilitan), l g (1mm) dan ketebalan cakera 5mm bagi arus 4A 4.27 Graf daya (N) melawan masa (s) bagi data punca-minkuasa-dua cakera Al6061 pada n (250 lilitan), l g (1mm), d (5mm) bagi arus 1A 4.28 Graf daya (N) melawan masa (s) bagi data punca-min-kuasa dua cakera Al6061 pada n (250 lilitan), l g (1mm), d (5mm) bagi arus 2A 4.29 Graf daya (N) melawan masa (s) bagi data punca-min-kuasa dua cakera Al6061 pada n (250 lilitan), l g (1mm), d (5mm) bagi arus 3A 4.30 Graf daya (N) melawan masa (s) bagi data punca-min-kuasa dua cakera Al6061 pada n (250 lilitan), l g (1mm), d (5mm) bagi arus 4A 4.31 Graf terikan melawan masa (s) bagi data punca-ke-puncak cakera Al6061 pada n (250 lilitan), l g (1mm), d (5mm) bagi arus 1A 4.32 Graf terikan melawan masa (s) bagi data punca-ke-puncak cakera Al6061 pada n (250 lilitan), l g (1mm), d (5mm) bagi arus 2A Graf terikan melawan masa (s) bagi data punca-ke-puncak cakera Al6061 pada n (250 lilitan), l g (1mm), d (5mm) bagi arus 3A 4.34 Graf terikan melawan masa (s) bagi data punca-ke-puncak cakera Al6061 pada n (250 lilitan), l g (1mm), d (5mm) bagi arus 3A 4.35 Paparan antaramuka grafik pengguna bagi ujikaji terhadap sistem brek elektromagnetik boleh kawal menggunakan arus pusar

11 xiv SENARAI SIMBOL a b B C d E lebar kutub teras besi ketinggian kutub teras besi ketumpatan fluks magnet jarak antara pusat cakera dan kutub ketebalan cakera keamatan medan elektrik fluks elektrik f F i l g J pusar L n N Q r R R PPM S T b μ daya magnetomotif daya elektromagnet (dalam dawai) arus jarak sela udara arus pusar jumlah panjang dawai bilangan lilitan daya tindak balas jumlah caj terkumpul jejari cakera daya geseran engganan magnetik putaran per minit luas permukaan kutub tork pembrekan pekali geseran dinamik

12 xv μ o ν V σ ø ε 0 kebolehtelapan udara relatif kelajuan sumber voltan keberaliran elektrikal jumlah fluks pekali elektrik pembezaan ANOVA DF SS MS analisis varians darjah kebebasan jumlah kuasa dua purata kuasa dua