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