Infotekmesin Vol.
No.
Januari 2025 p-ISSN: 2087-1627, e-ISSN: 2685-9858 DOI: 10.
35970/infotekmesin.
2417, pp.
Kendali Kecepatan Motor BLDC dengan metode Mesin Sinkron dan Variasi PWM berbasis IoT Asep Andang1.
Andri Ulus Rahayu2*.
Imam Taufiqurrahman3.
Ervan Paryono4 1, 2,3,4 Jurusan Teknik Elektro.
Universitas Siliwangi Tasikmalaya 1,2,3,4 Jln.
Siliwangi No.
Kota Tasikmalaya, 46115.
Indonesia E-mail: andhangs@unsil.
id1, andriulusr@unsil.
id2, imamtaufiqurrahman@unsil.
paryonoervan@gmail.
Abstrak Info Naskah:
Naskah masuk: 6 Agustus 2024 Direvisi: 29 November 2024 Diterima: 24 Desember 2024 Penelitian ini mengkaji pengendalian kecepatan motor Brushless dc (BLDC) menggunakan metode mesin sinkron dan variasi Pulse Width Modulation (PWM) berbasis Internet of Things (IoT).
Motor BLDC dikendalikan oleh inverter tiga fasa yang diatur melalui mikrokontroler STM32.
Pengendalian kecepatan dilakukan dengan menyesuaikan frekuensi inverter berdasarkan prinsip kerja mesin sinkron, sementara siklus kerja PWM divariasikan untuk mengatur tegangan masukan.
Sistem berbasis IoT yang terhubung dengan aplikasi ponsel pintar memungkinkan pengaturan kecepatan secara jarak jauh.
Hasil eksperimen menunjukkan bahwa metode mesin sinkron dapat mengontrol kecepatan motor BLDC secara efektif, dengan perubahan frekuensi yang secara linear memengaruhi tegangan keluaran Variasi siklus kerja PWM mempengaruhi tegangan yang diperlukan untuk mencapai kecepatan target, di mana siklus kerja lebih tinggi membutuhkan tegangan yang lebih rendah.
Sistem kontrol ini mampu mencapai akurasi kecepatan dalam batas A3% dari setpoint pada berbagai siklus kerja.
Pendekatan ini menunjukkan potensi penerapan prinsip mesin sinkron untuk pengendalian motor BLDC dengan integrasi IoT Abstract Keywords:
speed control.
synchronous machine method.
brushless DC.
pulse width modulation.
This study investigates speed control of brushless DC (BLDC) motors using a synchronous machine method and Pulse Width Modulation (PWM) variations based on IoT.
A three-phase inverter controlled by an STM32 microcontroller was used to drive the BLDC motor.
Speed control was implemented by adjusting the inverter frequency based on the synchronous machine principle, while PWM duty cycle was varied to regulate the input voltage.
An IoT-based system using a smartphone app allowed remote speed settings.
Experimental results showed that the synchronous machine method could effectively control BLDC motor speed, with frequency changes linearly affecting inverter output voltage.
Varying PWM duty cycles impacted the voltage required to achieve target speeds, with higher duty cycles requiring lower voltages.
The control system achieved speed accuracies within 3% of setpoints across different duty cycles.
This approach demonstrates the feasibility of applying synchronous machine principles for BLDC motor control with IoT *Penulis korespondensi:
Andri Ulus Rahayu E-mail: andriulusr@unsil.
p-ISSN: 2087-1627, e-ISSN: 2685-9858 Pendahuluan Motor BLDC merupakan motor yang saat ini menjadi trend dan menjadi pilihan utama dalam proses mekanika.
Motor ini menjadi pilihan karena berbagai kelebihannya, diantaranya motor BLDC ini mempunyai struktur ringan, respon waktu lebih cepat, umur pakai lebih lama, dan mempunyai rentang kecepatan yang lebar.
, disamping itu motor BLDC ini mempunyai efisiensi tinggi dan kebisingan yang rendah karena putarannya halus.
serta torsi yang besar.
Motor BLDC ini juga mempunyai kelebihan mampu ditempatkan pada area berbahaya karena tidak adanya komutator sehingga tidak menimbulkan percikan api antara komutator dan sikat karbon.
Berbagai pengendalian telah dikembangkan untuk mengatur kecepatan motor BLDC ini diantaranya Proportional Integral Derivative PID.
Ae.
yaitu persamaan sistem motor BLDC diterapkan konstanta PID untuk mengatur respon kecepatan terhadap waktu dan kestabilannya, pengaturan lain dilakukan dengan turunannya seperti Fuzzy seperti Fuzzy PID.
, .
, hal ini dilakukan untuk memperbaiki error akibat PID dengan membagi kecepatan menjadi beberapa bagian keanggotaan Adaptive Fuzzy PID.
dilakukan proses perbaikan error menggunakan proses loop tertutup dengan memperhatikan masukan feedback kecepatan dan Artificial Intelligent AI-PID.
yaitu melakukan proses tuning PID dengan menggunakan AI.
Meski demikian pengendalian dengan PWM masih menjadi pilihan karena kemudahan dan kesederhanaannya masih mampu mengendalikan motor BLDC.
, .
Pengendalian kecepatan motor BPDC dengan kendali PWM membutuhkan hanya sinyal PWM dengan duty cycle yang dapat diatur secara langsung, pembangkitan PWM ini bisa dilakukan secara konvensional maupun digital.
Ae .
Pengendalian kecepatan motor BLDC dilakukan dengan pendekatan lain yaitu dengan menganggap Motor BLDC sebagai Permanent magnet Synchronous Motor (PMSM).
Hal ini dikarenakan kesamaan konstruksi menggunakan magnet permanen, kemudian belitan jangkar menggunakan tegangan ac berupa catu daya tiga fasa .
Pada penelitian ini dilakukan pembangunan sistem pengendalian kecepatan motor BLDC menggunakan inverter tiga fasa tiga kawat dengan pengaturan frekuensi catu daya tegangan dengan menganalogikan motor BLDC sama dengan motor sinkron, sehingga pengendalian yang dilakukan menjadi lebih sederhana.
Penelitian ini juga akan meneliti pengaruh frekuensi pengsaklaran tegangan masukan PWM dengan menggunakan varian nilai duty cycle terhadap kecepatan motor BLDC, sehingga didapatkan optimasi pengendalian kecepatan motor BLDC berdasarkan variabel frekuensi dan PWM.
Adapun sistematika artikel ini terdiri dari bagian metode yang menerangkan metode pembangunan sistem kendali kecepatan motor BLDC, sistem pengendalian kecepatan berbasis IoT, konversi kecepatan ke frekuensi, pengaruh frekuensi terhadap tegangan catu daya, pengaruh duty cycle PWM terhadap kecepatan, pengaturan pembangkitan saklar PWM, pengaturan duty cycle dan pengaturan frekuensi pengsaklaran, kemudian bagian hasil dan pembahasan berisi hasil pengujian serta analisa pengaruh frekuensi pada PWM terhadap kecepatan motor BLDC dan konklusi berisi kesimpulan serta penelitian yang akan dikembangkan.
Metode Blok diagram pengendalian kecepatan motor BLDC dengan menggunakan IoT dapat dilihat pada gambar 1.
Catu daya dc
Inverter 3 fasa
Motor
BLDC
Driver Kendali Inverter Gateway Internet Smartphone Gambar 1.
Blok diagram pengendalian kecepatan motor BLDC Inverter dicatu dengan menggunakan sumber dc terkendali sehingga parameter tegangan masuk dan arus masuk dapat dikendalikan untuk melakukan pengujian dengan parameter yang sama.
Sumber daya dc ini masuk ke inverter tiga fasa yang akan mengubah tegangan dc menjadi tegangan ac, dengan menggunakan STM32 sebagai kendali Kendali inverter ini mendapat masukan berupa kecepatan motor melalui smartphone yang terhubung dengan gateway melalui internet.
Masukan kecepatan ini akan diubah oleh kendali inverter berupa kondisi pengsaklaran yang kemudian diteruskan menuju driver inverter.
Inverter akan mengubah tegangan sehingga kecepatan motor BLDC akan sesuai dengan kecepatan yang diinputkan pada Prinsip pengendalian dengan metode mesin sinkron mengacu bahwa kecepatan putaran motor BLDC akan dipengaruhi oleh frekuensi kerja inverter serta banyak kutub magnet dari motor BLDC hal ini dapat dinyatakan dalam persamaan .
ycu= 120 ycu yce ycy .
Dengan n adalah kecepatan putaran motor dalam satuan rpm kemudian f adalah frekuensi inverter dalam Hz dan p adalah jumlah kutub magnet dari motor BLDC.
Adapun flowchart dari program pengendalian motor BLDC dapat dilihat dari gambar 2.
untuk program utama dan gambar 2.
untuk interupt p-ISSN: 2087-1627, e-ISSN: 2685-9858 Fungsi f = i * p / 120.
digunakan untuk melakukan perhitungan untuk menghasilkan nilai frekuensi, dengan f adalah frekuensi dan p adalah jumlah kutub.
Program interrupt 1 berfungsi untuk melakukan update kecepatan yang berasal dari handphone sedangkan interrupt 2 berfungsi untuk melakukan update duty cycle PWM.
Dengan menggunakan motor BLDC tiga fasa terhubung Y maka setiap siklus yang terhubung hanya 2 Dengan rangkaian inverter seperti pada gambar 3.
BLDC
Motor Pengendali Gambar 3 inverter pengendali motor BLDC Terdapat 6 buah MOSFET pada inverter pengendali motor BLDC yaitu Q1 berpasangan dengan Q4.
Q3 berpasangan dengan Q6 dan Q5 berpasangan dengan Q2.
Setiap MOSFET akan terkonduksi masing-masing selama 120 derajat dengan pola pengsaklaran inverter akan seperti pada tabel 1 Tabel 1.
Pola Pengsaklaran Mosfet
MOSFET
Step .
Gambar 2.
Flowchart Sistem .
program utama .
program Program diawali dengan adanya penerimaan data dari smartphone lewat internet.
Data ini kemudian disimpan dalam buffer1 dan dibuat delay selama 5 detik.
Variabel ns akan menerima data dari variabel buffer1.
ns ini merupakan pengaturan kecepatan motor.
Fungsi i<=ns digunakan untuk memulai loop for yang akan dijalankan berulang-ulang selama nilai i berada di antara 100 dan ns.
Perulangan akan terus berjalan selama i lebih kecil atau sama dengan ns.
Fungsi dari i : adalah setelah setiap iterasi loop, nilai i akan Hal ini digunakan agar motor dapat menaikan kecepatannya sedikit demi sedikit, jiga tidak maka rotor motor tidak akan berputar .
lip = .
Frekuensi pengsaklaran berpengaruh pada satu siklus yang terdiri dari enam langkah kendali motor BLDC, tetapi masing-masing MOSFET tetap terkonduksi 120O.
Pengaturan duty cycle PWM dilakukan dengan mengatur penyalaan MOSFET Q1.
Q3 dan Q5.
sedangkan untuk Q4.
Q6 dan Q2 dibiarkan.
Adapun bentuk gelombang PWM untuk duty cycle 100% dapat dilihat pada gambar 4.
sedangkan contoh PWM 50% pada gambar 4.
Gambar 4.
PWM Pengendali Inverter .
100% .
50% p-ISSN: 2087-1627, e-ISSN: 2685-9858 Hasil dan Pembahasan Pengujian metode dilakukan dengan mengunakan kendali STM32 Nucleo yang terhubung dengan driver IR2101.
Sedangkan untuk MOSFET nya menggunakan IRF 450N, dengan menggunakan motor BLDC A2212 1000KV dengan jumlah kutub 14, tegangan maksimum 12,6 V dan arus maksimum 13A.
Untuk menghubungkan rangkaian dengan Internet digunakan gateway berupa ESP01 yang terhubung dengan STM32.
ESP01 ini menjadi jembatan antara kendali dengan internet.
Pengendalian secara jarak jauh menggunakan Blynk yang terinstal di smartphone.
Adapun rangkaian yang dibangun seperti pada gambar 5.
Gambar 6.
Pengujian PWM dengan variasi dutycycle .
100% .
50% .
Gambar 5.
Model pengujian .
Rangkaian Pengujian .
tampilan Blynk pada smartphone 1 Pengujian Beban Resistor Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui proses pengaruh perubahan frekuensi terhadap tegangan terminal dan melihat bentuk gelombang PWM.
Hal ini dilakukan sebelum terhubung dengan motor BLDC yang mempunyai impedansi sehingga bisa mengganggu tampilan bentuk Pengujian menghubungkan inverter dengan Tahanan 15 ohm 20 watt yang terhubung secara Y Dari gambar 6 terlihat perbedaan bentuk gelombang tegangan keluaran untuk dutycycle yang berbeda.
Nilai tegangan keluaran rms akan dipengaruhi oleh besarnya nilai dutycycle dan akan mempunyai nilai maksimal ketika dutycycle berharga 100%.
Gambar 7.
Pengaruh perubahan kecepatan terhadap frekuensi dan tegangan keluaran Pengujian dengan beban resistor pada gambar 7, memperlihatkan kesesuaian dengan persamaan .
bahwa perubahan kecepatan motor yang dimasukan handphone mempunyai pengaruh terhadap tegangan keluaran pada inverter, pengaturan kecepatan ini sesuai dengan flowchart gambar 2.
Laju perubahan nilai frekuensi pengsaklaran inverter berpengaruh secara linier terhadap tegangan inverter.
2 Pengujian dengan menggunakan Motor BLDC Pengujian dengan menggunakan motor BLDC dilakukan dengan memberikan variasi nilai dutycycle PWM p-ISSN: 2087-1627, e-ISSN: 2685-9858 secara berurutan mulai dari 25%, 50%, 75% sampai dengan Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh nilai dutycycle terhadap kecepatan motor BLDC.
kecepatan putaran motor pada set point pada Blynk smartphone dan yang terukur.
Penelitian ini memperlihatkan pengendalian kecepatan motor BLDC dapat dilakukan dengan memperlakukan motor BLDC sebagai motor sinkron.
Pengendalian motor BLDC dapat dilakukan dengan mengatur besar frekuensi tegangan terminal motor BLDC dan mengakibatkan perubahan Gabungan pengaturan frekuensi dan PWM memperlihatkan adanya dampak berkebalikan antara duty cycle dan kecepatan motor BLDC.
Gambar 8.
Pengaruh duty cyle terhadap pengaturan kecepatan motor BLDC Gambar 8 dapat dilihat bawah untuk menghasilkan kecepatan motor tinggi maka tegangan yang dibutuhkan Tegangan yang diukur adalah tegangann rms yang merupakan integrasi panjangnya gelombang tegangan yang terukur.
Dapat dilihat bahwa semakin rendah dutycycle semakin tinggi tegangan yang dibutuhkan untuk mencapai rpm yang sama.
Sehingga bila dutycle 100% maka tegangan mempunyai nilai paling rendah dibandingkan dengan nilai dutycycle yang lain.
Akurasi nilai kecepatan motor antara nilau yang diinput dengan menggunakan aplikasi Blynk di smartphone dengan kecepatan putaran motor BLDC dapat diketahui dengan pengukuran secara langsung.
Hal ini dapat dilihat pada Gambar 9.
Kesimpulan Dari hasil pengujian dapat dilihat bahwa pengaturan kecepatan motor menggunakan metode mesin sinkron dapat dilakukan pada motor BDC.
Pengaturan kecepatan motor BLDC dengan metode mesin sinkron ternyata menurunkan tegangan keluaran sehingga kecepatan motor BLDC dapat Pengaturan mempengaruhi tegangan masukan motor BLDC.
Semakin tinggi dutycycle semakin tinggi pula tegangan yang dibutuhkan untuk menghasilkan kecepatan yang sama.
Dutycycle tidak mempengaruhi akurasi pengendalian kecepatan putaran motor BLDC dengan metode mesin dapat dilihat pula error yang terjadi tidak signifikan karena berada pada 0,5% s.
Penelitian pengendalian motor BLDC metode motor sinkron dengan sistem closed loop dengan memperhatikan feedback luaran baik berupa kecepatan tetap atau torka yang di jaga tetap.
Juga akan diteliti pengaruh pembebanan terhadap kestabilan kecepatan motor BLDC dengan varian PWM serta kombinasi frekuensi tegangan terminal motor BLDC.
Ucapan Terimakasih Terima kasih kepada LPPMP Universitas Siliwangi yang telah membiayai penelitian ini dengan skema PPKom pada tahun anggaran 2023.
Daftar Pustaka