Pengaturan Kecepatan Motor BLDC Dengan Metode PWM Six PWM Six Step Sebagai Step Sebagai Penggerak Sepeda Listrik Mokhammad Wildan Dahlan1, Haris ltamira!, "ini #ur Hasanah $ Mahasiswa Teknik Elektro, 3Dosen Teknik Elektro, Universitas Brawijaya Jalan MT. Haryono Haryono 167, Malan 6!1"!, #n$onesia
12
Abstrak— %u&uan dari dari pen pengat gatura uran n kec kecepa epatan tan pada pada Dina Dina&a &aka kan n &oto &otorr ar(s ar(s sear searah ah tan' tan'aa sika sikatt kare karena na motor motor BLDC BLDC 'ang 'ang diguna digunakan kan pada pada ken kendar daraan aan listri listrik k karakt karakter erist istik ik &otor &otor ini &iri' &iri' $ena $enan n &otor &otor ar(s ar(s searah searah adalah untuk mendapatkan kecepatan 'ang sesuai dengan 'en(at ter'isah. Teta'i Teta'i 'roses ko&(tasi 'a$a &otor ini keinginan pengguna( Salah satu cara mengatur kecepatan $iantikan oleh 'erankat elektronik $enan )ant(an sensor dari motor BLDC adalah dengan menggunakan metode e*ek &e$an. leh karena karena it(, 'enat(ran 'enat(ran kee'atan kee'atan &otor Six Step( Step( Six Step adalah Step adalah suatu metode dimana komutasi B/D- $a'at $ilak(kan $enan &e&variasikan teanan yan pada satu putaran listrik dilakukan secara ) tahap( *ntuk $i) $i)erik erikaan 'a$a 'a$a jan janka karrnya. nya. 8ar 8arena &otor otor B/D B/Dmelaluk melalukan an hal terseb tersebut, ut, in+ert in+erter er tiga tiga asa asa diguna digunakan kan &en( &en(nak nakan an tean teanan an D- 'a$a 'a$a sisi sisi janka jankarny rnya, a, &aka &aka untuk melakukan proses komutasi dan tiga buah sensor &eto$e M &er('akan &eto$e yan (k(' e*isien (nt(k eek medan digunakan digunakan sebagai sebagai kombinasi kombinasi masukan pada &enat(r teanan kel(aran. kontro kontroler ler(( Posisi Posisi sensor sensor eek eek medan medan diatur diatur sedemi sedemikia kian n rupa sehingga han'a mendapatkan enam buah kombinasi keluaran( keluaran( Dengan meningkatka meningkatkan n Duty Cycle Cycle saklar akti pada in+erter, maka tegangan 'ang dirasakan motor &uga akan akan meni mening ngka katt dan dan men'e men'eba babk bkan an puta putara ran n moto motorr meningkat( Metode PWM 'ang digunakan kali ini adalah PWM unipolar unipolar,, karena metode metode PWM bipolar bipolar memiliki memiliki eisie eisiensi nsi 'ang 'ang lebih lebih renda rendah h karena karena terdapa terdapatt dua rugi rugi pensaklaran pada setiap -aktu( Kata kunci— motor BLDC, Six BLDC, Six Step, Step, PWM I.
PENDAHULUAN
%iste& trans'ortasi &er('akan s(at( hal yan har(s a$a. Mayor Mayoritas itas oran oran $i #n$on #n$onesi esia, a, )erse' )erse'e$a e$a hanya hanya akti*i akti*itas tas sa&'inan yan $ilak(kan 'a$a hari li)(r (nt(k )ersenan+ senan $an )erolahraa. a&(n $i )e)era'a neara se'erti -ina, Je'an $an Belan$a se'e$a &enja$i alat trans'ortasi alternati* alternati* (nt(k )ekerja )ekerja ata( k(liah sa&)il sa&)il )er'akaian )er'akaian jas. %aat ini, Je'an &er('akan neara 'en(na se'e$a ter)esar $i $(nia $enan rasio sat( se'e$a (nt(k tia' e&'at oran. %e'e$a %e'e$a listrik listrik &er('aka &er('akan n salah salah sat( alternati* alternati* karena karena ti$a ti$ak k &en &enha hasi silk lkan an e&is e&isii as as )(an )(an. . %e'e %e'e$a $a list listri rik k &en(naka &en(nakan n &otor &otor ar(s searah tan'a sikat B/D-0 karena karena &otor &otor B/DB/D- &enha &enhasil silkan kan e*isie e*isiensi nsi tini, tini, torsi torsi tini tini,, kee kee'a 'ata tan n tin tini i $an $an )iay )iayaa 'era 'erawa wata tan n yan an ren$ ren$ah ah.. Ber$asarkan )ent(k elo&)an a 3 *asa yan $ihasilkan oleh inver inverter ter ter$a' ter$a'at at $(a &eto$e &eto$e 'ene 'enen$a n$alia lian n yakni yakni $enan $enan &en(naka &en(nakan n &eto$e &eto$e M sin(soi$al sin(soi$al $an &eto$e &eto$e six step. Meto$e M sin(soi$al $i(nakan 'a$a &otor B/D- ti'e sin(so sin(soi$a i$al, l, sehin sehina a (nt(k (nt(k &elak &elak(ka (kanny nnyaa &e&)(t &e&)(t(hk (hkan an sensor e*ek &e$an )eresol(si tini, se$ankan &eto$e M six step $a'at $i(nakan 'a$a &otor B/D- ti'e tra'e4oi$al $an hanya &e&)(t(hkan sensor e*ek &e$an )eresol(si ren$ah 51.
9a&)ar 1 Pulse 1 Pulse Width Modulation %(&)er: Hart 2;11: 3;<0
M &er('akan &er('akan s(at( teknik &o$(lasi $i&ana le)ar '(lsa akti* $iat(r $enan 'erio$a 'ensaklaran yan teta'. Teanan kel(aran a$alah 'er)an$inan antara wakt( akti* $enan $enan 'erio$a 'erio$a 'ensak 'ensaklar laran. an. Dena Denan n &elak( &elak(kan kan &eto$ &eto$ee M M 'a$a 'a$a salah salah sat( sat( ata( ata( ke$(a ke$(a saklar saklar yan akti* akti* 'a$a 'a$a inverter tia *asa, &aka teanan yan $irasakan &otor j(a akan )er()ah. II. PEMBAHASAN
a$a &akalah ini $i(nakan inverter tia *asa se)aai rankaian rankaian ko&(tasi ko&(tasi (ta&a. (ta&a. Denan Denan &en(nak &en(nakan an inverter inverter tia *asa, s(&)er ar(s searah $a'at $ir()ah &enja$i s(&)er ar(s )olak )alik tia *asa yan $a'at &enerakkan &otor B/DB/D-.. Tia ia )(ah )(ah sens sensor or e*ek e*ek &e$a &e$an n $i( $i(na naka kan n (nt( (nt(k k &e&)ant( kontroler aar $a'at &enent(kan saklar &ana yan har(s akti* 'a$a wakt( tertent(. =ankaian $river &os*et j(a $i)(t(hkan aar sinyal 'i( 'a$a &os*et ti$ak &e&)e)ani kontroler kontroler.. Jenis $river yan $i(nakan $i(nakan a$alah high-side and low-side driver . %iste& 'enat(ran kee'atan &otor B/D- 'a$a &akalah ini $i*ok(skan $i*ok(skan 'a$a 'rinsi' kerja &eto$e six step $an pulse
width modulation M0. Blok $iara& siste& 'enen$alian ini $it(nj(kkan $ala& a&)ar 2.
Motor B/D- ter$iri $ari $(a jenis konstr(ksi yait( inrunner $an outrunner . a$a konstr(ksi inrunner , rotor?&anet 'er&anen terletak $i sisi $ala& se$ankan stator terletak $i sisi )aian l(ar. Motor B/D- inrunner &e&iliki karateristik kee'atan yan tini, torsi ren$ah, e*isiensi le)ih tini $ari outrunner , le)ih rentan r(sak, $an &eni&)(lkan s(ara )isin. %e$ankan (nt(k konstr(ksi outrunner , )aian rotor?&aet 'er&anen terletak $i sisi l(ar $an stator terletak $i )aian $ala&. Motor B/D- outrunner &e&iliki karateristik kee'atan yan ren$ah, torsi tini, &($ah $i(nakan, $an &otor le)ih tenan.
9a&)ar 2 Blok $iara& siste&
A. Motor BLDC Motor B/D-, j(a $ise)(t Permanent Magnet Synchronous motor DC , a$alah jenis &otor yan &e&iliki karakteristik $an kinerja yan le)ih )aik $ari &otor D- sikat. Motor B/D- &en(nakan s(&)er ar(s searah se)aai s(&)er eneri (ta&a yan ke&($ian $i()ah &enja$i teanan ar(s )olak )alik $enan &en(nakan inverter tia *asa. e&)erian teanan ar(s )olak )alik tia *asa 'a$a stator &otor B/D- aar &enhasilkan &e$an &anet '(tar stator (nt(k &enarik &anet rotor 52. Motor B/D- &e&iliki ke(n(lan $i)an$inkan &otor ar(s searah sikat $an &otor in$(ksi, se'erti karakteristik torsi terha$a' kee'atan yan le)ih )aik, res'on $ina&ik tini, e*isiensi $an kehan$alan tini, &asa o'erasi la&a ti$ak a$a erosi sikat0, o'erasi tak )ers(ara, rentan kee'atan yan le)ih tini, $an 'en(ranan inter*erensi elektro&anetik EM#0 52. %elain it(, rasio torsi terha$a' (k(ran &otor le)ih tini, sehina )er&an*aat $ala& a'likasi $i &ana r(an $an )erat &er('akan *aktor 'entin, ter(ta&a a'likasi r(an ankasa. a$a &otor D- sikat, jankar a$alah )aian $ari rotor $an &e$an &anet $iletakkan 'a$a stator. 8onstr(ksi &otor B/D- sanat &iri' $enan a &otor sinkron &anet 'er&anen. Belitan jankar &er('akan )aian stator $an rotor ter$iri $ari )e)era'a &anet. er)e$aan &otor B/D- $an a &otor sinkron terletak 'a$a a$anya sensor 'osisi (nt(k &en$eteksi 'osisi rotor aar )isa &enhasilkan '(lsa kontrol &otor B/D-.
9a&) ar 3 8onstr(ksi &otor B/D%(&)er: T. 8enjo 1>
9a&)ar " Bent(k rotor $an stator &otor B/D-
%tator tia *asa &otor B/D- &e&iliki tia (l(nan. Unt(k konstr(ksi k(&'aran stator $a'at $ikon*i(rasikan h()(nan Wye – Delta . 8e(nt(nan (ta&a (nt(k kon*i(rasi Wye &e&)erikan torsi yan )esar 'a$a '(taran ren$ah. %e$ankan kon*i(rasi delta ter)ent(k se'erti seitia. %iste& delta &e&)erikan torsi ren$ah 'a$a '(taran ren$ah. Belitan stator &otor B/D- tra'e4oi$a &enhasilkan )ak+EM@ $enan )ent(k elo&)an tra'e4oi$. Torsi yan $ihasilkan &e&iliki ripple torsi yan (k(' )esar yan terja$i 'a$a setia' lankah ko&(tasi. Meto$e six-step &e&)erikan at( 'a$a $(a *asa )elitan &otor 'a$a tia' (r(tan lankah. %e)aliknya, &otor B/D- sin(soi$a &enhasilkan )ak+EM@ $ala& )ent(k elo&)an sin(soi$al. Torsi $ihasilkan $ari M%M hal(s $enan le)ih se$ikit ripple torsi $i)an$in &otor B/D- tra'e4oi$a. Teta'i torsi '(nak &otor jenis ini le)ih ren$ah. 8o&(tasi sin(soi$al &enen$alikan &otor sin(soi$al $enan &enat( ketia )elitan &otor.
B. Sensor Efek Medan Unt(k &e&'erkirakan 'osisi rotor, &otor B/D$ilenka'i $enan tia )(ah sensor e*ek &e$an. 8etia sensor e*ek &e$an $iletakkan salin )er)e$a 12;A. Denan sensor ini, ena& &aa& ko&(tasi yan )er)e$a $a'at $ilak(kan. 8o&(tasi *asa terant(n $ari nilai sensor. %(&)er yan $i)erikan 'a$a k(&'aran akan )er()ah ketika nilai $ari sensor j(a )er()ah. Denan sinkronisasi ko&(tasi yan )enar, torsi yan $i$a'at &en$ekati konstan $an tini. 9a&)ar ! &en(nj(kkan sinyal sensor 'a$a '(taran searah jar(& ja&.
9a&)ar ! %inyal sensor e*ek &e$an (nt(k '(taran searah jar(& ja&
8etika sensor &erasakan k(t() selatan &aka sensor akan &enhasilkan loika / $an ketika sensor &erasakan k(t() (tara &aka sensor akan &enhasilkan loika H#9H. 8o&)inasi loika / $an H#9H $ari ketia sensor e*ek &e$an ini lah yan akan &enent(kan k(&(tasi yan te'at 'a$a wakt( terse)(t.
)0
C. Inverter Tiga Fasa Baian yan &e&)e$akan $ari &otor ar(s searah sikat $an &otor B/D- a$alah siste& ken$ali ko&(tasi. a$a &otor ar(s searah sikat, 'en(naan siste& ko&(tasi &otor ar(s searah $enan &en(nakan sikat ata( seara &ekanik. %e$ankan (nt(k &otor B/D-, siste& ko&(tasi yan $i(nakan $enan rankaian kontrol elektronik. #nverter tia *asa &er('akan rankaian elektronik (nt(k &er()ah s(&)er teanan $ &enja$i a tia *asa. =anakain inverter &en(nakan ko&'onen yan ter$iri $ari )e)era'a transistor (nt(k &enhasilkan ar(s )olak )alik. Transistor $i(nakan sa)aai saklar )(ka ata( t(t(' ses(ai (r(tan 'a$a a&)ar 6 )0 53. ensaklaran 'a$a %1 $an %" selal( )erlawanan. Jika %1 $it(t(' &aka %" $i)(ka. Hal ini j(a )erlak( )erlawanan (nt(k %2 $enan %! $an %3 $enan %6. Ur(tan 'esaklaran yan salah )isa &enye)a)kan rankaian inverter terja$i h()(n sinkat. Ur(tan 'ensaklaran &enhasilkan teanan kel(aran tia *asa se'erti 'a$a a&)ar 6 0 53.
0
$0
a0 e0 9a&)ar 6 a0rankaian inverter tia *asa )0(r(tan 'ensaklaran (nt(k kel(aran six-step 0teanan kel(aran line to line $0teanan line to netral 'a$a )e)an e0ar(s *asa )e)an =/ %(&)er: Hart 2;11:37"0
Deret *o(rier (nt(k teanan kel(ran &e&'(nyai *rek(ensi $asar terha$a' *rek(ensi 'ensaklaran. @rek(ensi
har&onik terja$i $ari (r(tan 6k ± 1 $enan kC1, 2, n C !, $ari 'eralatan yan akan $ikontrol. M &er('akan s(at( 7, 11, 13 0. Har&onik ke 3 $an keli'atannya ti$ak a$a $an &eto$e (nt(k &enat(r kee'atan 'er'(taran &otor $enan har&onik ena' j(a ti$ak a$a 53. ara &enat(r 'rosentase le)ar '(lsa wakt( tini terha$a' Dari in'(t teanan $, kel(aran (nt(k )e)an h()(nan 'erio$a $ari s(at( '(lsa 'ersei $ala& )ent(k teanan $ir(&(skan $ari koe*isien *o(rier )erik(t: 'erio$ik yan $i)erikan ke &otor se)aai s(&)er $aya. %e&akin )esar 'er)an$inan wakt( tini $enan 'erio$a 4 V dc π '(lsa &aka se&akin e'at &otor )er'(tar. Denan ara V n , L L = cos n nπ 6 &enat(r le)ar '(lsa FonG $an Fo**G $ala& sat( 'erio$a elo&)an &elal(i 'e&)erian )esar '(lsa re*erensi kel(aran $ari s(at( M akan $i$a'at dutycycle yan $iininkan. erhit(nan enontrolan teanan kel(aran &otor $enan 2 V dc π 2 π −cos n V n , L− N = 2 + cos n &eto$e M (k(' se$erhana. −
|
( )|
| [ ( ) ( )]| 3 nπ
3
3
n =1,5,7,11,13, … ersa&aan se$erhana teanan line to line inverter:
√ 3 4 V dc √ 6 = V dc ≈ 0,78 V dc V AB( rms )= π √ 2 π 2 2+2;0 I n, L
L
−
=
V n , L
L
−
Z n 2+210
I n, L
N
−
=
THD =
V n , L
√
N
−
Z n ∞
(V ∑ =
n,rms
n
2
V 1, rms
)2
Teganganrata −rata =
a a+ b
x V masukan
Denan &enhit(n dutycycle yan $i)erikan, akan $i$a'at teanan kel(aran yan $ihasilkan. Teanan rata rata &er('akan teanan kel(aran 'a$a &otor yan $ikontrol oleh '(lsa M, a a$alah nilai $(ty yle saat kon$isi '(lsa FonG $an ) a$alah nilai $(ty yle saat kon$isi '(lsa Fo**G. I&as(kan a$alah teanan &aksi&(& 'a$a &otor. Denan &en(nakan r(&(s $iatas, &aka akan $i$a'atkan teanan kel(aran ses(ai $enan '(lsa kontrol M yan $i)ankitkan. Meto$e 'ensaklaran M $iklasi*ikasi &enja$i 'ensaklaran )i'olar $an (ni'olar ses(ai 'ola kon$(ksi 'a$a a&)ar 7. ola 'ensaklaran (ni'olar $a'at &en(rani r(i 'ensaklaran. leh karena it(, 'ola 'ensaklaran (ni'olar )iasanya $i(nakan $ala& kontrol &otor B/D-.
√ V −V = rms 1,rms 2
2
V 1,rms
2+220 otal harmonic distortion THD0 ar(s $a'at $ihit(n $enan &ens()tit(sikan ar(s $enan teanan $ari 'ersa&aan $iatas. THD ar(s 'a$a *asa (nt(k kon*i(rasi wye )e)an =/ $a'at $ilihat 'a$a a&)ar 6 e0. @rek(ensi kel(aran $a'at $iat(r $enan &en()ah *rek(ensi 'ensaklaran. Besar teanan kel(aran )erant(n $ari nilai s(&)er teanan $ 53.
D. Pulse Width Modulation PWM! 8ontrol '(taran &otor B/D- $itera'kan $enan &en()ah teanan *asa &otor. Hal ini $a'at $ilak(kan M, ata( kontrol hysteresis. lorit&a kontrol seara (&(& (nt(k &otor B/D- &en(nakan M kontrol. Hal ini $i$asarkan 'a$a as(&si h()(nan linear antara ar(s *asa $an torsi, &iri' $enan &otor $ sikat. leh karena it(, 9a&)ar 7 ola ensaklaran M $enan &enat(r ar(s *asa, torsi elektro&anetik $a'at E. Metode Si" Ste# $iken$alikan ses(ai ke)(t(han. M &er('akan s(at( teknik yan $i'akai (nt(k roses ko&(tasi 'a$a &otor B/D- $i)ai &enja$i ena& &enat(r kerja 'eralatan yan &e&erl(kan ar(s pull in yan )aian. =asio setia' )aian &e&iliki duty cycle !; , $an )esar $an (nt(k &enhin$ari $isi'asi $aya yan )erle)ihan interval 'ensaklaran 1?6 T ata( interval s($(t 6;o $erajat.
%etia' )aian ko&(tasi &e&iliki ko&)inasi kel(aran sensor yan )er)e$a, se'erti yan $it(nj(kkan 'a$a Ta)el 1 $an Ta)el 2. Ta)el 1. H()(nan !all Sensor $enan ensaklaran (nt(k (taran %earah Jar(& Ja&
Hall %ensor
Transistor
H1
H2
H3
1
1 1 1 ; ; ;
; ; 1 1 1 ;
1 ; ; ; 1 1
K
K
2
K K
3
K K
"
K K
! K K
6 K K
B. Saran
Ta)el 2. H()(nan !all Sensor $enan ensaklaran (nt(k (taran Berlawanan rah Jar(& Ja&
Hall %ensor
Transistor
H1
H2
H3
1 1 1 ; ; ;
; ; 1 1 1 ;
1 ; ; ; 1 1
1
K K
2 K K
3
"
K K
K
K
!
K K
Motor B/D- ti'e tra'e4oi$al $a'at $io'erasikan &en(nakan &eto$e M six step. Meto$e six step a$alah &eto$e ko&(tasi 'a$a &otor B/D- $enan &e&)ai 'roses ko&(tasi &enja$i ena& )aian (nt(k sat( sikl(k listrik. %etia' )aian ko&(tasi &e&iliki ko&)inasi sensor e*ek &e$an yan )er)e$a. %aklar 'a$a sat( )aian yan sa&a ti$ak )oleh akti* seara )ersa&aan 'a$a sat( wakt( karena akan &enye)a)kan h()(n sinkat 'a$a inverter. 8ee'atan &otor B/D- terant(n teanan yan $i)erikan 'a$a &otor, 'rinsi' terse)(t &ena( 'a$a as(&si kelinieran antara teanan $enan torsi 'a$a &otor B/D-. %(&)er D- $a'at $iat(r $enan &en(nakan &eto$e M. Meto$e M a$alah &eto$e 'ensaklaran $enan &enat(r le)ar wakt( '(lsa $enan 'erio$a yan teta'. ola 'ensaklaran (ni'olar le)ih serin $i(nakan karena r(i 'ensaklaran le)ih ren$ah $i)an$inkan $enan 'ola )i'olar.
6
Ter$a'at saran 'a$a &akalah ini, yait( 'en(naan &eto$e 'enere&an elektrik. enere&an &otor B/Dseara elektrik $a'at &eninkatkan e*isiensi at( $aya, $an &ene&'atkan eneri &ekanik &otor 'a$a te&'at yan le)ih te'at. DAFTAR PUSTAKA
K K
Ur(tan sensor $an (r(tan *asa har(s ter'asan $enan te'at aar 'roses ko&(tasi $a'at )erjalan $enan se&estinya. Bila ter$a'at kesalahan 'a$a (r(tan sensor ata( *asa $a'at &enye)a)kan &otor aal )er'(tar.
51
52
53 III. K ESIMPULAN DAN SARAN
A. $esi%#ulan
.-. %en, rini'le o* Eletri Mahines an$ ower Eletronis, %eon$ E$ition, ew ork: John iley L %ons, #n., 1>>7. %te'hen J. -ha'&an, Eletri Mahinery @(n$a&entals, @o(rth E$ition, ew ork: The M9raw+Hill -o&'anies, #n., 2;;!. D. . Hart, ower Eletronis, ew ork: M9raw+Hill, #n., 2;11.
