LEMBAR LAMPIRAN A

53

PERCOBAAN I

Peragaan Pembangkit Motor Brushless

I. Tujuan

mengenal dan memahami prinsip kerja pembangkit motor dc tiga

fase(motor brushless/BLDC)

II. Dasar teori

Motor brushless atau motor dc 3 fase memiliki komponen utama rotor

sebagai permanen magnet yang berputar dan stator sebagai medan magnet yang

menyebabkan rotor berputar. Motor brushless terdiri dari 6 kaki yaitu: 3 kaki

sensor hall effect dan 3 kaki input 3 fase. Motor brushless termasuk motor sinkron

dikarenakan stator dan rotor motor ini dibangkitkan pada frekuensi yang sama.

Arus dc rangkain harus di supply pada posisi rotor yang ditentukan oleh

sensor hall effect dengan teknik komutasi 6 langkah. Sensor posisi hall efek

berupa sinyal umpan balik digital 3bit(per bit mewakili masing-masing fase).

Gambar sensor hall efect

Gambar posisi sensor hall effect

Berdasarkan arah putaran motor maka didapat tabel acuan yang akan diset

atau diinisialisasi pada saat peragaan.

6 langkah hall sensor

Aktif mosfet Phase

A B C A B C

1 1 0 0 PWM(A-high) PWM(B-low) V+ V- off

2 1 1 0 PWM(A-high) PWM(C-low) V+ off V-

3 0 1 0 PWM(B-high) PWM(C-low) off V+ V-

4 0 1 1 PWM(A-low) PWM(B-high) V- V+ off

5 0 0 1 PWM(A-low) PWM(C-high) V- off V+

6 1 0 1 PWM(B-low) PWM(C-high) off V- V+

Modul input komutasi terdapat pada driver motor dimana komutasi bertujuan

merubah polaritas arah arus pembangkit agar permanen magnet dapat berputar sesuai yang

dikehendaki.

54

Kecepatan motor BLDC di kontrol oleh pemberian tegangan motor yang

berurutan(pulsa). Dengan PWM, maka variasi tegangan motor dapat dicapai dengan

mengubah duty cycle dari modulasi lebar pulsa.

Gambar pensaklaran masukan PWM terhadap tiap fase

Gambar pemberian tegangan pulsa terhadap fase

Mosfet on/off (Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6)

Metode pengsaklaran/switching pada frekuensi tinggi dengan sinyal yang

dibangkitkan oleh mikrokontroler. Potensial rata-rata yang digunakan pada

rotor proporsional dengan rasio waktu yaitu:

Kecepatan motor dapat dikontrol dengan mengatur rasio waktu bertambah

atau berkurang sehingga kecepatan dapat bertambah atau berkurang.

III. Langkah Peragaan Modul Alat

Peragaan 1 Mencocokan posisi bandul berdasarkan sinyal kondisi(led 3 bit) dari sensor hall

efek dengan motor

55

CB

A

11

10

98

76

5

43

2 1

B+C-C+

B-A+A-

IN sensor

1K

1K

LED C

LED B

LED A

1K

+LM324/NS

+LM324/NS

+LM324/NS

200

Vcc

5V

gnd

input sensor

200

1. Set kontrol masukan power hall pada modul kontrol amati posisi

bandul pada LED hall

2. Putar manual motor dengan tangan untuk mengecek posisi sensor

3. Mencocokan posisi bandul dengan 3 led sensor yang menyala hasil

keluaran motor brushless.

Gambar posisi bandul motor

Gambar Posisi bandul konstruksi motor

Table posisi hall effect untuk 1 putaran penuh

HA HB HC

Gambar

Modul sensor

Peragaan 2

Set pembangkit PWM untuk arah putar maju dan

mundur motor dengan teknik komutasi 6 langkah kemudian diamati arah

putaran dengan mencatat status Led PWM dimana led1(AH), led3(BH),

led5(CH) mewakili mosfet atas aktif(mosfet p-chanel IRF9540) yang

menunjukan arah arus positif dan led2(AL), led4(BL), led6(CL) mewakili

mosfet bawah aktif(mosfet n-chanel IRF540). led1 dan led2 menunjukan

fase A, led3 dan led4 menujukan fase B, led5 dan led6 menujukan fase C.

56

Gambar driver motor dan sensor

Berikut dibawah ini tabel kebenaran arah putar maju motor

brushless,sebagai berikut:

6 langkah hall sensor

Aktif mosfet Phase

A B C A B C

1 0 1 1 AH CL V+ V-

2 0 0 1 AH BL V+ V-

3 1 0 1 CH BL V- V+

4 1 0 0 CH AL V- V+

5 1 1 0 BH AL V- V+

6 0 1 0 BH CL V+ V-

Pensaklaran elektronik menggunakan mosfet tipe-p(mosfet p-chanel) dan

tipe-n(mosfet n-chanel), dengan status mosfet tipe P ON(short) saat mendapatkan

input logic 0 (low) dan status mosfet tipe N on(short) saat mendapatkan input logic

1(high). Untuk mendapatkan status aktif high pada tipe p digunakan transistor

switching tipe npn untuk mengaktifkan mosfet tipe P menjadi ON. Karateristik

mosfet dengan arus yang mengalir dari drain ke source memiliki hambatan yang

disebut Rds on. Hal ini sangat berpengaruh pada saat arus mengalir pada piranti

mosfet. Rds on adalah hambatan dalam mosfet saat arus mengalir pada saat mosfet

aktif(ON) sehingga terjadi desipasi daya yang mengakibatkan panas pada mosfet.

Hal mempengaruhi kecepatan switching(pensaklaran), Ion(arus yang mengalir saat

mosfet aktif), Ton(waktu aktif/ mosdfet short), Toff(waktu tidak aktif/mosfet

open), Pon(desipasi daya), Psw(daya waktu pensaklaran), hubungannya:

Pon = Ton/Toff(Ion2

. Rds)

CBA

V+5Vin

gnd

gndgnd

V+5

WH

WL

VH

VL

UH

UL

HWHV

HU

u+u-

W-w+

v+v-

V+5

gnd

1 2 3 4 5 6

AVo

J6

+LM324/NS

CBA

R1210k 40%

+

V+12

12V+

C1

470uF/16 V

J4

J3

L324

q15q13q11

Q6 IRF540Q2 IRF540 Q4 IRF540

Q3

IRF9540

Q5

IRF9540

Q1

IRF9540

1k 1k 1k1k 1k1k

10K

10K

1K

1K

R SENSE

1

R15150

R14150

R13150

200

200

R9150

R8150

R7150

R6470

R5470

R4470

R3470

R2470R1

470

A

57

Psw = ½ Vd. Io. Fs. (Ton + Toff)

Untuk tipe P dapat dilihat persamaannya sebagai berikut:

Vth = -4volt, Vg – Vs = -4volt. Vg = Vs – 4 = 8 volt, maka mosfet tipe P

akan ON/ aktif saat Vg < 8 volt dan Off saat Vg > 8volt.

Vg = Re/(Re+470)*12volt, sehingga dapat ditentukan nilai Re. nilai Rg dan

Re akan berpengaruh pada waktu Ton dan Toff, dikarenakan di dalam mosfet

terdapat kapasitor sehingga Rg akan berpengaruh pada waktu pengisian kapasitor

dalam mosfet dan Re berpengaruh pada waktu pengosongan kapasitor, semakin

kecil hambatan semakin cepat waktu yang diperlukan dalm pengisian dan

pengosongan kapasitor.

Untuk mosfet tipe N akan aktif saat Vg > Vth dan tidak aktif saat Vg < Vth.

Berikut contoh pewaktu 6 langkah fase terhadap sensor hall effect dari

microchip dan arah arusnya

S

D

G

S

D

G

RL

+V12V

J1Rb

1k

Re470

Q32N3904

R470

R1 150

IRF540

IRF9540

Vg

+V12V

Re

470

58

Gambar arah arus

Gambar sinyal fase motor dan sensor untuk putar maju(CW)

59

1. Set input tipe komutasi pada alat untuk putar searah jarum jam(maju) atau

sebaliknya(mundur)

2. Amati putaran motor, dan led status aktif mosfet

Tabel hasil peragaan maju dan mundur untuk 1 putaran penuh

langkah Aktif mosfet

1

2

3

4

5

6

Peragaan 3

Menset pengontrolan untuk penambahan kecepatan dan mengurangi

kecepatan motor menggunakan potensio serta pengereman motor, yaitu dengan

menset lebar pulsa atau duty cycle (putar potensio ke kanan ± 300 untuk dutycycle

10%, posisikan potensio ditengah untuk mendapatka duty cycle 50% dan

maksimum putaran potensio untuk mendapatkan dutycycle 90%) dan amati dan

ukur kecepatan menggunakan stopwatch.

Duty

cycle

Kecepatan

(stopwatch)

Maju/cw(detik) Mundur/ccw(detik)

10%

50%

90%

60

MODUL PRAKTIKUM

PERCOBAAN II

Karateristik Motor Brushless

I. Tujuan

memahami karateristik motor dc tiga fase(motor brushless/BLDC)

II. Dasar teori

Motor brushless merupakan motor sinkron yang memiliki spesifikasi

penggabungan antara motor dc dan motor induksi 3 fase. Dengan persamaan

memiliki belitan stator yang menghasilkan medan putar dan perbedaannya yaitu

motor sinkron menggunakan sumber DC sebagai pembangkit, namun motor

brushless tidak dapat dibangkitkan hanya dengan pemberian sumber DC.

Disamping itu kecepatan motor brushless memiliki presisi kecepatan yang

ditentukan oleh jumlah kutub, dengan persamaan sebagai berikut:

Presisi kecepatan motor N, frekuensi sumber F, jumlah kutub P

N = 120(F/P) Adapun motor brushless memiliki 2 komponen utama yaitu

Rotor – Arus rangkaian stator harus dipasok dengan encoder komutasi pada rotor

saat merespon sinyal posisi yang ditentukan dimana Rotor memiliki magnet

permanen, yang dipaksa untuk mengunci pada posisi tertentu bila dihadapkan pada

medan magnet lainnya. Hal ini bertujuan menghilangkan kerugian gesek sikat dan

komutator.

Stator – kumparan medan stator menghasilkan medan magnet berputar dengan

pemberian tegangan berurutan yang sebanding dengan frekuensi yang dipasok.

Motor ini berputar pada kecepatan sinkron, yang diberikan oleh persamaan diatas.

BLDC(Brushless Motor) mempunyai banyak keuntungan dibandingkan

dengan tipe motor yang biasa (brushed) :

Motor dc tiga fase atau BLDC(brushless motor) mempunyai rangkaian driver

yang mengontrol perpindahan arus, maka arus tersebut akan bisa lebih akurat

(presisi). Mikrokontroler (simple computer system) juga dapat mengatur

kecepatan motor lebih baik sehingga membuat "brushless motor" lebih efisien.

Tidak adanya storing/electrical noise.

Tidak menggunakan "brushes" yang dapat rusak setelah lamanya pemakaian.

Dengan posisi "electromagnets" di bagian "stator", maka pendinginan motor

menjadi lebih mudah.

Jumlah "electromagnets" di stator dapat sebanyak mungkin untuk

mendapatkan kontrol yang lebih akurat.

Adapun pendekatan teorinya sebagai berikut:

Untuk torsi T dikaitkan dengan fluks фf kuat medan magnet dan Ia arus permanen

magnet(rotor) sesuai dengan persamaan berikut:

T=K. Ia. Фf

Hubunga antara kecepatan flux medan dan tegangan motor

Gaya electromagnet E = KФN

61

Dimana:

E = gaya electromagnet yang dikembangkan pada terminal motor(volt)

Ф = flux medan magnet yang berbanding lurus dengan arus medan

N = kecepatan sinkron dalam rpm(putaran per menit)

T= torsi

Ia = arus

K = konstanta persamaan

Va = tegangan masukan per fase

E = tegangan motor

Ra = resistansi stator

Xs = reaktansi sinkronisasi

Ia = arus permanen magnet pada rotor

Hubungan daya dengan torsi pada motor system 3 fase

P= T. 2π. Rpm

Power (kW) = torsi (Nm) x 2 phi x rotational speed (RPM) / 60000

P= daya (KW)

T= torsi

6000 dapat diartikan 1 menit= 60 detik, dan untuk mendapatkan KW = 1000 watt

Dimana efisiensi η adalah perbandingan dalam persen antara daya masukan dan

daya keluaran, serta perhitungan beban motor dengan HP adalah spesifikasi

bawaan motor, Beban = Pη/HP*0,7457

III. Langkah Percobaan

Peragaan 1

Dalam hal ini motor brushless yang digunakan adalah motor brushless CD-

ROM out runner menggunakan 3 sensor hall effect, motor ini berputar per 10°

untuk mencapai 1 putaran penuh. Motor terdiri dari permanen magnet 12 kutub

utara dan selatan. motor juga memiliki 9 stator lilitan artinya motor terdiri dari 3

lilitan per fase motor, jadi 1 revolusi(360°) = 36 siklus dan 1 siklus =6 langkah.

Untuk mencapai 1 putaran penuh (360°) dalam 6 siklus maka motor akan berputar

60° per fase setiap 6 langkah komutasi, sehingga motor memiliki 6 kombinasi

posisi sensor yang per fase. Hal ini menunjukan bahwa 6 kombinasi sensor akan

berulang sebanyak 36 derajad putar. Untuk tabel kebenarannya seperti dibawah

ini:

62

Tabel kebenaran untuk putar maju atau searah jarum jam(cw)

6 langkah hall sensor

Aktif mosfet Phase

A B C A B C

1 0 1 1 AH CL V+ V-

2 0 0 1 AH BL V+ V-

3 1 0 1 CH BL V- V+

4 1 0 0 CH AL V- V+

5 1 1 0 BH AL V- V+

6 0 1 0 BH CL V+ V-

Tabel kebenaran untuk putar mundur atau terbalik arah jarum jam(ccw)

6 langkah

hall sensor Aktif mosfet

Phase

A B C A B C

1 0 1 1 CH AL V- V+

2 0 1 0 CH BL V- V+

3 1 1 0 AH BL V+ V-

4 1 0 0 AH CL V+ V-

5 1 0 1 BH CL V+ V-

6 0 0 1 BH AL V- V+

1. Penentuan kecepatan motor paling rendah dengan menset PWM(potensio)

2. Amati jumlah derajad putar motor dalam 1 putaran penuh(revolusi)

3. Mencatat posisi led hall effect(led A, led B, led C)yang menyala untuk 1

recolusi

4. Mengukur waktu yang dibutuhkan 1 putaran penuh dengan pwm yang sama

untuk putar maju maupun mundur

Table kebenaran waktu yang dibutuhkan untuk 1 putaran penuh

Langkah

komutasi Ha Hb Hc

Waktu

maju(detik)

Waktu

mundur(detik)

Jumlah derajad

putar motor

6 langkah

18 langkah

36 langkah

Peragaan 2

1. Pengukuran keluaran motor berdasarkan hasil umpan balik motor,

kemudian menghitung nilai torsi, dan power motor. Untuk pengukuran

63

torsi dapat dilakukan dengan menggunakan prony brake dan untuk

menentukan harga torsi dari pengujian adalah

T = 9,8(W2-W1)R (Nm)

Dimana W2 dan W1 adalah skala yang dinyatakan dalam Kg, sedangkan R

adalah jari-jari perputaran motor yang dinyatakan dalam meter atau cm

.adapun kurva karateristik yang dapat dicapai yaitu:

a. Kurva karateristik arus beban(Ia) sebagai fungsi torsi(T)

b. Kurva karateristik tegangan sebagi fungsi torsi(T)

c. Kurva karateistik putaran sebagi funsi torsi(T)

Tabel pengukura hasil uji motor

Gambar pengujian pengukuran torsi

W2(gr) W1(gr) Torsi(Nm) Volt(volt) Arus(ampere)

64

LEMBAR LAMPIRAN B

DOKUMENTASI ALAT

65

Tampak atas Tampak Depan

Gambar maket Alat Peraga Elektronika Daya Motor Listrik DC Tiga Fase tahap akhir