Download - Makalah Motor Bldc
MOTOR BLDC
MOTOR BRUSHLESS DIRECT CURRENT
MAKALAH
Diajukan untuk memenuhi salah satu tugas Mata Kuliah Mesin Listrik 2
Dosen : Sofian Yahya, Drs., SST. MT.
Di susun oleh :
Kelompok 7
Ketua : Jamaludin Adya P (131321048)
Anggota : Halida Zahara (131321045)
Harfi Fauji Ulfah (131321046)
Irfan Razan (131321047)
Kelas : Teknik Listrik 2B
PROGRAM STUDI TEKNIK LISTRIK
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
2015
I. PENDAHULUAN
Motor dc tanpa sikat atau disebut Brushless DC Motor. Brushless DC Motor
adalah suatu jenis motor-sinkron. Artinya medan magnet yang dihasilkan oleh stator
dan medan magnet yang dihasilkan oleh rotor berputar di frekuensi yang sama. BLDC
motor tidak mengalami Slip, tidak seperti yang terjadi pada motor induksi biasa. Motor
jenis ini mempunyai permanen magnet pada bagian "rotor" sedangkan elektro-magnet
pada bagian "stator"-nya. Setelah itu, dengan menggunakan sebuah rangkaian
sederhana (simpel computer system), maka kita dapat merubah arus di eletro-magnet
ketika bagian "rotor"-nya berputar.
Motor Brushless Direct Current( BLDC) adalah salah satu jenis motor yang cepat
populer. BLDC motor digunakan di dunia industri seperti Permobilan, Atmosphere,
Konsumen, Otomasi Medis, Industri dan Peralatan Instrumentasi. Sesuai dengan
namanya, BLDC motor tidak menggunakan sikat atau Brush untuk pergantian medan
magnet(komutasi), tetapi dilakukan secara elektronis commutated. Motor BLDC
mempunyai banyak keuntungan dibandingkan dengan DC motor dan Motor induksi
biasa.
Secara umum, motor BLDC dianggap motor performa tinggi yang mampu
memberikan jumlah besar torsi pada rentang kecepatan yang luas. BLDC motor adalah
turunan dari motor DC yang paling umum digunakan, DC disikat motor, dan mereka
berbagi sama torsi dan karakteristik kinerja kecepatan kurva. Perbedaan utama antara
keduanya adalah penggunaan kuas. BLDC motor tidak memiliki sikat (maka nama
"brushless DC") dan harus secara elektronik commutated.
Keuntungan BLDC motor listrik:
Jika Anda masih tidak yakin apakah motor ini tepat untuk Anda, berikut adalah rincian
dasar beberapa keuntungan utama dari motor BLDC.
- High Speed Operasi - Sebuah motor BLDC dapat beroperasi pada kecepatan di atas
10.000 rpm dalam kondisi dimuat dan dibongkar.
- Responsif & Percepatan Cepat - batin rotor Brushless DC motor memiliki inersia
rotor rendah, yang memungkinkan mereka untuk mempercepat, mengurangi
kecepatan, dan membalik arah dengan cepat.
- High Power Density - BLDC motor memiliki torsi berjalan tertinggi per inci kubik
setiap motor DC.
- Keandalan tinggi - BLDC motor tidak memiliki sikat, yang berarti mereka lebih
handal dan memiliki harapan hidup lebih dari 10.000 jam. Hal ini menghasilkan
lebih sedikit kasus penggantian atau perbaikan secara keseluruhan dan kurang down
time untuk proyek Anda.
- Kecepatan yang lebih baik untuk melawan karakteristik tenaga putaran
- Efisiensi tinggi
- Tahan lama atau usia pakainya lebih lama
Bagian yang sering diganti pada penggunan motor DC adalah Brush dan
komutator,hal ini karena pada saat motor DC bekerja,terjadi gesekan secara terus
menerus antara komutator dan brush, permukaan brush akan menipis sedikit demi
sedikit seiring berjalannya waktu,sehingga kita harus melakukan penggantian brush
motor,tetapi jika kita menggunakan BLDC motor,dengan tidak adanya brush dan
komutator maka motor akan tahan lama..
- Nyaris tanpa suara bila dioperasikan
- Torsi lebih besar.
Motor BLDC pada umumnya mempunyai torsi yang lebih besar,hal ini disebabkan
medan tarik yang dihasilkan oleh stator sepenuhnya diterima oleh rotor karena
rotor terbuat dari medan magnet permanen.. Tidak menyebabkan kebisingan. Saat
kita menggunakan motor dc,gesekan antara komutator dan brush akan menghasilkan
suara,hal ini akan menghasilkan ketidaknyamanan,tetapi tidak sama halnya dengan
motor BLDC, dengan tidak adanya komutator, menyebabkan tidak adanya kebisingan
yang ditimbulkan..
- Tidak adanya bunga api pada komutator.
Hubungan antara brush dan komutator yang longgar menyebabkan terjadinya
percikan api diantara keduanya,hal ini akan berbahaya jika motor digunakan pada
industri yang sensitif terhadap percikan api, tetapi dengan menggunakan BLDC motor,
dengan tidak adanya komutator dan brush menyebabkan tidak adanya percikan api yang
dirimbulkan oleh motor..
- Tidak adanya belitan pada rotor.
Motor BLDC tidak mengalami gaya sentrifugal, karena gulungan didukung oleh
suatu body sehingga motor dapat didinginkan dengan mudah. Jadi, tidak membutuhkan
aliran udara untuk mendinginkan motor. Hal ini menyebabkan motor BLDC tersebut
dapat sepenuhnya tetutup dan terlindung dari kotoran atau bahan asing lainnya.. Area
pengaplikasiannya dapat diperluas, termasuk daerah-daerah ledakan berbahaya.
Selain keunggulan yang dimiliki, motor BLDC pun memiliki kelemahan.
Diantaranya adalah:
- Biaya pengadaan yang tinggi.
Hal ini disebabkan karena Hall sensor mempunyai berbgai alat pengontrol untuk
menjalankannya,sedangkan padamotor DC hanya menggunakan pengontrol berupa
variable resistor..
- Membutuhkan pengendali kecepatan elektronik untuk menjalankannya.
Namun dari kelebihan dan kelemahan yang dimiliki,Motor BLDC tetap lebih
efisien untuk mengkonversi listrik menjadi energi mekanik dari motor DC bersikat.
kelebihan ini terutama disebabkan tidak adanya kerugian listrik dan gesekan brush. Di
bawah beban mekanik tinggi, motor BLDC dan motor dengan sikat berkualitas tinggi
sebanding dalam efisiensinya.
II. KONSTRUKSI
BLDC motor memiliki banyak kesamaan dengan motor AC induksi dan disikat
motor DC dalam hal konstruksi dan prinsip kerja masing-masing. Motor BLDC ini
terdiri dari empat bagian utama, yaitu: stator, rotor, hall sensor, dan rangkaian kontrol.
1. Stator.
Stator suatu BLDC motor terdiri dari tumpukan baja laminasi dengan lilitan
ditempatkan di slot. Secara kebiasaan, stator menyerupai motor induksi; tetapi
lilitannya dibuat sedikit berbeda. Kebanyakan BLDC motor mempunyai tiga gulungan-
stator dihubungkan secara bintang. Masing-Masing ini lilitan dibangun dengan banyak
coil saling behubungan untuk membentuk suatu lilitan. Satu atau lebih coil ditempatkan
dalam slot dan mereka saling behubungan untuk membuat suatu lilitan. Masing-Masing
ini lilitan dibagi-bagikan diatas batas luar stator untuk membentuk suatu bilangan genap
kutub.Ada dua jenis gulungan-stator: bentuk trapesium dan motor sinusoidal.
Pembedaan ini dibuat atas dasar interkoneksi coil di dalam gulungan-stator untuk
memberikan tipe yang berbeda terhadap Back Electromotive Force (EMF) terdapat dua
macam pola koneksi gulungan yang digunakan pada stator motor BLDC,yaitu koneksi
bintang dan segitiga.
Perbedaan utama antara kedua pola adalah bahwa pola Y memberikan torsi
tinggi pada RPM rendah dan pola Δ memberikan torsi rendah pada RPM rendah. Hal
ini karena dalam konfigurasi Δ, setengah dari tegangan diterapkan di seluruh berliku
yang tidak didorong, sehingga meningkatkan kerugian dan, pada gilirannya, efisiensi
dan torsi.
Laminasi baja di stator atau slotless dapat ditempatkan seperti yang ditunjukkan
pada Gambar 2. Sebuah inti slotless memiliki induktansi rendah, sehingga dapat
berjalan pada kecepatan yang sangat tinggi. Karena tidak adanya gigi di laminasi stack,
persyaratan untuk torsi cogging juga turun, sehingga membuat mereka yang sesuai
untuk kecepatan rendah juga (saat magnet permanen di rotor dan gigi pada stator sejajar
satu sama lain maka, karena interaksi antara dua, torsi cogging tidak diinginkan
mengembangkan dan menyebabkan riak dalam kecepatan). Kerugian utama dari inti
slotless adalah biaya yang lebih tinggi karena memerlukan lebih berliku untuk
mengimbangi celah udara yang lebih besar.
2. rotor
Rotor dari motor BLDC khas terbuat dari magnet permanen. Tergantung pada
kebutuhan aplikasi, jumlah kutub pada rotor dapat bervariasi. Peningkatan jumlah
kutub yang memberikan torsi lebih baik tapi pada biaya mengurangi kecepatan
maksimum yang mungkin.
Parameter rotor lain yang berdampak pada torsi maksimum adalah bahan yang
digunakan untuk pembangunan magnet permanen; semakin tinggi kerapatan fluks
material, semakin tinggi torsi.
Rotor dibuat dari magnet tetap dan dapat desain dari dua sampai delapan kutub
Magnet Utara(N) atau Selatan(S). Material magnetis yang bagus sangat diperlukan
untuk mendapatkan kerapatan medan magnet yang bagus pula. Biasanya magnet ferrit
yang dipakai untuk membuat magnet tetap. Tetapi dewasa ini dengan kemajuan
teknologi, campuran logam sudah kurang populer untuk digunakan.Benar sekali magnet
Ferrit lebih murah, tetapi material ini mempunyai kekurangan yaitu flux density yang
rendah untuk ukuran volume material yang diperlukan untuk membentuk rotor.
3. Hall Sensor
Tidak sama dengan DC motor brushed, putaran suatu BLDC motor
dikendalikansecara elektronis. Dalam proses berputarnya motor BLDC, gulungan-stator
harusdiberi tenaga dengan suatu urutan. Hal ini penting untuk mengetahui posisi
rotorsehingga kontrol dapat mengetahui lilitan mana yang harus diberi
tegangan sesuaiurutan.Posisi rotor, digunakanlah Hall Sensor yang ditempelkan ke
dalam stator.Pemasangan Hall sensor ini harus benar-benar sesuai dengan posisi
magnet padarotor. Kesalahan posisi pada pemasangan akan menyebabkan kesalahan
pula padasaat pemberian tegangan pada lilitan stator. Biasanya Hall sensor ini dipasang
pada suatu board atau PCB dengan posisi yang sudah fix kira-kira selisih 60°sampai
120° antara sensor yang satu dengan yang lain.
Gambar 1. Sensor hall
(http://www.electronics-tutorials.ws/electromagnetism/hall-effect.html)
Namun sekarang hall sensor mulai ditinggalkan, dan diganti dengan resolver.
Fungsidari Resolver ini sama dengan Hall Sensor hanya bentuk dan cara menentukan
posisimagnet rotor berbeda. Resolver sebenarnya gabungan dari Rotary Encoder
danHall Sensor. Satu sisi Encoder difungsikan sebagai Speed feedback sekaligus
jugasebagai penentu posisi rotor, sedangkan hall sensor untuk melihat posisi medan
magnet rotor.
4. Rangkaian Pengendalian
Untuk menghasilkan medan putar pada motor DC,koneksi sumber ke
rotormenggunakan brush namun pada BLDC motor,pemberian sumber dilakukan
olehsebuah rangkaian pengontrol,rangkaian ini mendapat sumber dari listrik DC
yangkemudian diolah sehingga menghasilkan gelombang sinusoida atau kotak
stator,Kontrol ini mendapat masukan data dari hall sensor utuk mengatur pemberian
sumber pada stator.
Gambar 2. Rangkaian control Motor BLDC
(https://www.anaheimautomation.com/products/brushless/brushless-driver-controller-
item.php?sID=275&serID=1&pt=i&tID=999&cID=23)
III. PRINSIP KERJA
Prinsip kerja brushless DC motor adalah sebagai pengendali EMF memanfaatkan
umpan balik melalui tahap utama sambungan dari pada sensor efek Hall yang dapat
untuk menentukan posisi dan kecepatan. Dan intinya koil dari motor ini dihubungkan dengan
stator, dan komutatornya dikontrol oleh elektronik. Saat motor ini diberi tegangan, stator akan
menerima tegangan,sehingga permanen magnet pada rotor akan membentuk gaya gerak
listrik, dan rotor yang dikendalikan oleh elektronik dan sensor efek hall akan bekerja sehingga
motor pun akan berputar
IV. APLIKASI
Aplikasi Motor BLDC yang dapat kita jumpai pada kehidupan
seharihari,diantaranya adalah :
- Pada Cooling fan pada CPU computer.
- Motor penggerak pada disket. CD atau DVD player.
- Baling-baling pada helikopter mainan.
- Pada kendaraan listrik dan kendaraan hibrida
- Pada motor yang digunakan di industri, aplikasi motor BLDC semakin
meningkat.Karena daya motor BLDC lebih kecil dibandingkan dengan motor AC.
Tidak adanya kapasitor dan motor DC secara keseluruhan lebih efisisen. Daya yang
kecil, putaran yang tinggi, dan torsi yang besar, tersedianya berbagai macam
ukuran, menjadikan prodesen memilih motor BLDC dibandingkan dengan motor
DC biasa.
V. PENGOPERASIAN / PENGONTROLAN
Skema pengontrolan pada motor BLDC adalah Sumber listrik DC masuk ke
dalamrangkaian decoder. Keluaran dari decoder adalah listrik 3 fase,listrik ini
digunakan untuk memberi suplay pada stator,sehingga menghasilkan putaran medan
magnet pada stator. Mikrokontroler digunakan untuk sinkronisasi putaran medan
magnet antara stator dengan rotor
Pada saat motor dalam keadaan berputar, hanya terdapat 2 sumber arus yang
masuk kedalam stator untuk membuat medan magnet yang dapat memutarkan stator.
Dalam hal ini, untuk memberhentikan putaran rotor yang bergantung pada magnet
stator adalah dengan memberikan arus yang sama pada ketiga masukan.
Terdapat dua metode dalam pengendalian BLDC yakni metode konvensional atau
metode six-step dan metode sinusoidal.
Metode six – step merupakan metode yang paling sering digunakan dalam
pengendalian BLDC komersial. Hal ini terjadi karena metode ini sederhana sehingga
mudah diimplementasikan. Namun, metode ini memiliki kelemahan yaitu memiliki arus
rms yang tinggi, rugi – rugi daya yang tinggi, dan bising. Hal ini terjadi karena PWM
yang digunakan dalam metode ini merupakan PWM square dengan frekuensi tertentu
sehingga menciptakan gelombang AC yang berbentuk trapezoid atau square. Akibat
dari gelombang yang berbentuk square timbul gelombang harmonik. Gelombang inilah
yang menyebabkan motor bising ketika berputar.
Metode ini disebut metode six step karena mampun menciptakan gelombang
trapezoid atau square yang menyerupai gelombang sinusoidal, digunakan PWM square
yang terdiri dari 6 bagian yakni 2 bagian positif, 2 bagian negatif, dan 2 bagian floating.
Masing – masing besarnya 60 derajat gelombang sinusoidal. Kondisi pada algoritma ini
adalah kondisi ketika gelombang sinusoidal berpotongan pada titik 0.
Untuk membentuk gelombang trapezoid atau gelombang square 3 fasa, digunakan
3 buah algoritma six step yang masing – masing berbeda 1 step (60 derajat) antara satu
algoritma dengan algoritma lainnya.
Pengendalian dengan metode PWM sinusoidal bertujuan untuk menciptakan
gelombang sinusoidal sebagai masukan motor. Kelebihan dari pengendalian ini adalah
memiliki arus rms yang lebih kecil dibanding dengan metode six step, rugi – rugi yang
kecil, dan tidak bising karena dalam gelombang sinusoidal tidak terdapat harmonik.
Hanya saja metode ini jarang digunakan karena algoritma yang rumit dalam
pembangkitan sinyal PWM sinusoidal. Proses pembangkitan PWM sinusoidal
dilakukan dengan cara membandingkan sinyal sinusoidal dengan sinyal segitiga yang
memiliki frekuensi lebih tinggi. Ketika sinyal segitiga dan sinyal sinusoidal ini
berpotongan pada dua titik, sebuah sinyal PWM akan terbentuk.
Besar resolusi PWM yang dihasilkan tergantung dari frekuensi sinyal segitiga
yang digunakan. Semakin besar sinyal segitiga yang digunakan, resolusi PWM yang
dihasilkan semakin baik. Dan semakin tinggi resolusi PWM yang digunakan semakin
sempurna gelombang sinusoidal yang terbentuk. Karena rumitnya operasi yang
digunakan dan banyaknya resource mikr okontroler untuk membentuk PWM sinusoidal
maka digunakan table-lookup. Tabel ini berisi timing sinyal PWM sinusoidal yang
telah terbentuk dari perbandingan kedua sinyal tersebut sehingga kerumitan operasi
matematika dapat dihindari.
Dalam implementasi , agar dapat mengendalikan keenam transistor pada driver,
sinyal PWM sinusoidal yang didapatkan dibagi menjadi 6 bagian atau step. Masing –
masing bagian atau step besarnya 60 derajat. Hal ini terjadi karena perbedaan tiap fasa
dari sinyal 3 fasa adalah 120 derajat dan tiap 60 derajat terdapat gelombang yang
berpotongan dengan nilai 0. Oleh karena itu sinyal PWM tersebut harus dibagi menjadi
6 bagian untuk menunjang proses komutasi pada BLDC.
VI. SIMULASI
VII. PENUTUP
A. Kesimpulan
Brushless DC Motor atau lebih akrab disebut BLDC motor merupakan suatu jenis
motor sinkron. Artinya adalah medan magnet yang dihasilkan oleh stator dan juga
medan magnet rotor berputar pada frekuensi dan kecepatan yang sama . Brushless DC
Simulasi motor BLDC menggunakan proteus
Simulasi putaran motor BLDC menggunakan proteus
Motor tidak akan pernah mengalami slip, tidak seperti yang biasa terjadi pada motor
induksi biasa.
Brushless DC Motor merupakan sebuah perangkat elektromagnetis yang terdiri
atas rotor, stator, hall sensor dan rangkaian kontrol yang mampu mengubah energi
listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini pun kemudian digunakan untuk
memutar impeller pompa, blower atau fan, mengangkat bahan, menggerakkan
kompresor, dll .
Brushless DC Motor sering kali disebut “kuda kerja”nya industri, hal ini
dikarenakan motor-motor ini mampu memakai hingga 70% beban listrik total pada
kegiatan industri pabrik tersebut serta tidak memerlukan perawatan yang intens.
B. Saran
Brushless DC motor merupakan bagian penting dari industry masa kini.
Keuntungannya adalah pengunaan motor ini dapat menghemat biaya dan waktu dari
semua industry. Selain itu keunggulannya adalah efisiensinya yang unggul, umurnya
panjang, pengiriman torsi halus, dan dapat beroperasi pada kecepatan tinggi.
VIII. REFERENSI
1. https://en.wikipedia.org/wiki/Brushless_DC_electric_motor
2. http://www.academia.edu/5515443/Aplikasi_Brushless_DC_motor_pada_Industri
3. https://www.scribd.com/doc/111766793/Brushless-Dc-Motor#download
4. http://lontar.ui.ac.id/file?file=digital/20248993-R030970.pdf
5. https://www.youtube.com/watch?v=JheaVow1cjc
6. https://www.scribd.com/doc/229173193/111766793-Brushless-Dc-Motor
7. https://www.anaheimautomation.com/products/brushless/brushless-driver-controller-
item.php?sID=275&serID=1&pt=i&tID=999&cID=23
8. http://www.electronics-tutorials.ws/electromagnetism/hall-effect.html
9. https://www.scribd.com/doc/255622736/NEW-Aplikasi-Brushless-DC-Motor-Pada-
Industri#download