Perpustakaan Unika
PENGENDALIAN KECEPATAN MOTOR BRUSHLESS DIRECT CURRENT (MOTOR BLDC)
LAPORAN TUGAS AKHIR
OLEH : VINCENTIUS ANDHIKA P. R 03.50.0016
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO UNIVERSITAS KATOLIK SOEGIJAPRANATA SEMARANG 2011
Perpustakaan Unika
LEMBAR PENGESAHAN
Laporan Tugas Akhir dengan judul : “ PENGENDALIAN KECEPATAN MOTOR BRUSHLESS DIRECT CURRENT (MOTOR BLDC ” diajukan untuk memenuhi sebagian dari persyaratan dalam memperoleh gelar sarjana Teknik Elektro pada program studi Teknik Elektro di Fakultas Teknologi Industri Universitas Katolik Soegijapranata Semarang. Laporan Tugas Akhir ini disetujui pada tanggal …. Juli 2011. Semarang, Menyetujui, Dosen Pembimbing
Dr. Ir. Ign. Slamet Riyadi, MT. NPP: 058.1.1992.110
Mengetahui, Dekan Fakultas Teknologi Industri
Dr. Florentinus Budi Setiawan, MT 058.1.1994.150
ii
Juli 2011
Perpustakaan Unika
ABSTRAK
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.
iii
Perpustakaan Unika
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat-Nya sehingga penyusunan laporan Tugas Akhir dengan judul “PENGENDALIAN
KECEPATAN
MOTOR
BRUSHLESS
DIRECT
CURRENT (MOTOR BLDC)” dapat terselesaikan dengan baik. Laporan Tugas Akhir ini disusun dan diajukan untuk memenuhi sebagian dari persyaratan dalam memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro pada Program Studi Teknik Elektro di Fakultas Teknologi Industri Universitas Katolik Soegijapranata Semarang. Dalam pelaksanaan Tugas Akhir sampai tersusunnya laporan ini, penulis telah mendapat banyak bantuan dan dukungan baik moril maupun materiil dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan sebesar – besarnya kepada : 1. Tuhan Yesus Kristus yang selalu setia menjaga serta selalu memberi jalan keluar ketika anak-Mu ini mengalami kesusahan, karena ku tahu kasihMu selalu ada buatku, thnx GOD. 2. Mami dan papi ku yang tersayang serta adik – adikku tersayang.yang telah mendukungku dan mendoakanku setiap saat. I Luv U all. 3. Dr. Florentinus Budi Setiawan, MT selaku Dekan Fakultas Teknologi Industri Universitas Katolik Soegijapranata Semarang. 4. Dr. Ir. Ign. Slamet Riyadi, MT, selaku Dosen Pembimbing mata kuliah Tugas Akhir, sekaligus koordinator Tugas Akhir.
iv
Perpustakaan Unika
5. Buat dosen-dosen Elektro yang turut serta membantu, terutama pak Leo, buat semangat dalam mengerjakan TA ini sehingga bisa mengejar wisuda dibulan Agustus. 6. Mas Agung yang selalu mengajari dan membimbing dalam pembuatan Tugas Akhir ini. 7. Mas Achmad yang juga dísela-sela kesibukannya turut mengajari tentang dasar-dasar kadang aku lupa, thnx ya mas. 8. Buat pacarku tersayang Ina, akhirnya sesuai target kita berdua bahwa tahun ini kita bisa menyelesaikan studi bersama-sama, trimakasih buat rasa sayang mu yang tak pernah surut buatku, serta trimakasih buat doa serta semangat yang selalu ada buatku dalam pembuatan Tugas Akhir ini, thnx ya sayang. I Luv U always….. 9. Buat cik Ika (mueng & meme) dan tante, makasih buat semua bantuannya, support serta doa-doanya, makasih juga buat rumah terindah yang boleh aku tempati selama ini. 10. Buat Catur, Albert yang sudah membantu melilit motor, thnx buat bantuannya, buat Galang yang selalu mengajari diriku dalam mengerjakan TA ini, buat temen seangkatan Avid, Hohok, Yongsenk, Wisnu, akhirnya kita bisa wisuda bersama, akan ku nantikan waktu-waktu berkumpul bersama, buat Tedy thnx buat supportnya. Tak lupa juga buat Aji, Aswin, Ucup yang capek-capek juga mengerjakan TA, akhirnya kita bisa wisuda juga. Buat Robert yang akhirnya juga bisa mengejar wisuda bareng-bareng di bulan Agustus.
v
Perpustakaan Unika
11. Buat teman - teman yang seneng main di Lab Ryan, Afif, Cisu, Mbahe, Andika “The Rock”, Nying2, serta teman - teman dan semua pihak yang tidak bisa disebutin satu persatu TERIMA KASIH smuanya. 12. Buat CV 3 Sahabat, semoga sukses dalam perjuangan dikemudian hari ya, selalu lah ingat jaman-jaman deposit mepet kita selalu berbagi jualan pulsa, perjuangan ini tak akan aku lupakan.
Laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun. Akhir kata, penulis berharap semoga Laporan Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi rekan – rekan mahasiwa dan semua orang.
Semarang,
Penulis
vi
Juli 2011
Perpustakaan Unika
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................... ii ABSTRAK ............................................................................................................. iii KATA PENGANTAR ........................................................................................... iv DAFTAR ISI ......................................................................................................... vii DAFTAR GAMBAR .............................................................................................. x BAB I ...................................................................................................................... 1 PENDAHULUAN .................................................................................................. 1 1.1.
Latar Belakang ......................................................................................... 1
1.2.
Perumusan masalah .................................................................................. 1
1.3.
Pembatasan Masalah ................................................................................ 2
1.4.
Tujuan dan Manfaat .................................................................................. 2
1.5.
Metodologi Penelitian .............................................................................. 2
1.6.
Sistematika Penulisan ............................................................................... 3
BAB II ..................................................................................................................... 5 DASAR TEORI ...................................................................................................... 5 2.1.
Buck Konverter ........................................................................................ 5
2.2.
MOSFET ( Metal Oxide Semiconductor FET ) ....................................... 6
2.3.
Pembentuk Gelombang Segitiga .............................................................. 9
2.4.
Opto Coupler TLP 250 ........................................................................... 10
2.5.
Penguat Operasi (Op- Amp) ................................................................... 11
2.5.1.
Op Amp sebagai Penguat Membalik ( Inverting ) .......................... 11
2.5.2.
Op Amp sebagai komparator .......................................................... 13
vii
Perpustakaan Unika
BAB III ................................................................................................................. 15 PERANCANGAN DC – DC KONVERTER SEBAGAI SUMBER TEGANGAN MOTOR BLDC ..................................................................................................... 15 3.1.
Chopper Step Down atau DC-DC Converter tipe buck.......................... 19
3.1.1.
Chopper Step Down dengan Beban RL .......................................... 21
3.2.
PWM ( Pulse Width Modulation ) ......................................................... 25
3.3.
Pembangkit Gelombang Segitiga ........................................................... 27
3.4.
Rangkaian dc offset ................................................................................ 28
3.5.
Rangkaian Penguat Segitiga ................................................................... 28
3.6.
Rangkaian driver .................................................................................... 29
3.7.
Hall Effect Sensor .................................................................................. 31
BAB IV ................................................................................................................. 35 ANALISA ............................................................................................................. 35 4.1.
Realisasi Motor BLDC ........................................................................... 35
4.1.1. 4.2.
Blok diagram Pengendalian Kecepatan Motor BLDC .................... 36
Hasil pengukuran .................................................................................... 36
4.2.1.
Pengujian pembangkit gelombang segitiga ..................................... 36
4.2.2.
Pengujian rangkaian dc offset gelombang segitiga ......................... 38
4.2.3.
Pengujian rangkaian penguat gelombang segitiga .......................... 39
4.2.4.
Pengujian PWM .............................................................................. 40
4.2.5.
Hasil Analisa PWM dengan R dan L tetap ..................................... 41
4.2.6.
Kontruksi Motor BLDC .................................................................. 46
BAB V................................................................................................................... 49
viii
Perpustakaan Unika
KESIMPULAN dan SARAN................................................................................ 49 5.1.
Kesimpulan ............................................................................................. 49
5.2.
Saran ....................................................................................................... 49
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 50 LAMPIRAN .......................................................................................................... 51
ix
Perpustakaan Unika
DAFTAR GAMBAR
Gb-2.1. Rangkaian Buck converter ............................................................................5 Gb-2.2 Rangkaian Ekivalen untuk Transfer Energi Buck Konverter ........................6 Gb-2.3 MOSFET tipe deplesi kanal n .......................................................................8 Gb-2.4 MOSFET tipe deplesi kanal p ........................................................................8 Gb-2.5 MOSFET tipe enhancement kanal n ..............................................................9 Gb-2.6 MOSFET tipe enhancement kanal p ..............................................................9 Gb-2.7 Rangkaian pembangkit Gelombang segitiga. ................................................10 Gb-2.8. Kontruksi Opto Coupler TLP 250 ...............................................................11 Gb-2.9 Penguat Membalik (Inverting) ......................................................................12 Gb-2.10 Op Amp sebagai Komparator ......................................................................13 Gb-3.1 Topologi Dc – Dc converter tipe buck .........................................................16 Gb-3.2 Diagram blok DC - DC converter tipe buck .................................................17 Gb-3.3 Hasil simulasi tegangan keluaran dc-dc converter tipe buck .........................17 Gb-3.4 Chopper step down dengan beban resitif ......................................................20 Gb-3.5 Chopper dengan beban RL (a) rangkaian ekivalen ....................................................................................23 (b) bentuk gelombang ....................................................................................23 Gb-3.6 Rangkaian Penghasil Pulsa PWM .................................................................25 Gb-3.7 Pulse Width Modulation ...............................................................................26 Gb-3.8 Pembangkit gelombang segitiga ...................................................................27 Gb-3.9. Gelombang segitiga dari XR-2206 ..............................................................28
x
Perpustakaan Unika
Gb-3.10. Rangkaian dc offset ...................................................................................28 Gb-3.11. Penguat Gelombang Segitiga .....................................................................29 Gb-3.12. Optocoupler TLP 250 .................................................................................29 Gb-3.13. Rangkaian driver ........................................................................................30 Gb-3.14. Hall Effect Sensor ......................................................................................31 Gb-3.15. Hall Effect Sensor AH276Q ......................................................................33 Gb-3.16. Diagram block AH276Q ............................................................................34 Gb-3.17. Aplikasi AH276Q dalam rangkaian fan BLDC .........................................34 Gb-4.1 Realisasi Motor BLDC Tampak Depan ........................................................35 Gb-4.2 Realisasi Motor BLDC Tampak Samping ....................................................36 Gb-4.3. Diagram Blok Rangkaian Motor BLDC ......................................................36 Gb-4.4. Pengukuran gelombang segitiga XR-2206 ..................................................37 Gb-4.5. dc offset gelombang segitiga .......................................................................39 Gb-4.6. Penguatan gelombang segitiga ......................................................................40 Gb-4.7. Sinyal PWM ..................................................................................................41 Gb-4.8. keluaran gelombang PWM dengan Duty Cycle 93,5% ................................42 Gb-4.9. keluaran gelombang PWM dengan Duty Cycle 89,75% .............................43 Gb-4.10 keluaran gelombang PWM dengan Duty Cycle 84,83% .............................43 Gb-4.11. keluaran gelombang PWM dengan Duty Cycle 71,78% ............................44 Gb-4.12. keluaran gelombang PWM dengan Duty Cycle 63,67% ...........................45 Gb-4.13. keluaran gelombang PWM dengan Duty Cycle 55,73 % ..........................46 Gb-4.14 keluaran gelombang PWM dengan Duty Cycle 46,34 % ...........................46 Gb-4.15 keluaran gelombang PWM dengan Duty Cycle 24,59 % ............................47
xi
Perpustakaan Unika
Gb-4.16 keluaran gelombang PWM dengan Duty Cycle 15,32 % ...........................48 Gb-4.17 Kontruksi Motor BLDC yang ada dipasaran ..............................................49 Gb-4.18 Kontruksi Motor BLDC yang sudah dililit ulang .......................................49
xii
