PENGENDALI KECEPATAN MOTOR DC BRUSHLESS MENGGUNAKAN MICROCONTROLLER AVR Nama : Felix Lukman Christian NIM : 1000839895 E-Mail : cpuclear@midpear.com Nama : Muhammad Reza Nugraha NIM : 1000840114 E-Mail : m.reza.nugraha@gmail.com Nama Kode Dosen E-Mail : Wiedjaja S.Kom., M.Kom. : D1530 : steff@binus.edu Abstrak Penelitian ini bertujuan untuk menganalisa teori dan system kerja rangkaian elektronika pada pengendali brushless motor DC. Pengendali bruhless motor DC tersebut akan digunakan untuk mengendalikan sebuah motor DC brushless. Pengendali motor brushless dikendalikan oleh dua metode, yaitu metode PWM(Pulse Width Modulation) pada modul pengendali ESC (Electronic Speed Controller) dan metode pelebaran frekuensi yang dilakukan oleh Microcontroller AVR 2560 dengan menubah nilai ADC pada pengendali kecepatan motor. Sensor hall pada motor brushless digunakan sebagai pembacaan pada posisi rotor motor dan menampilkan nilai pada LCD. Pengendali motor brushless DC akan menerima input dari potensiometer sebagai perputaran motor. Metode system yang digunakan adalah linier bahwa semakin besar frekuensi yang dihasilkan maka semakin cepat motor berputar. Frekuensi berbanding lurus dengan RPM. Pengendali brushless mampu menjangkau frekuensi 150-770Hz dengan RPM minimum sebesar 3400 dan RPM maksimum motor mencapai 15400. Kata kunci: Microcontroller AVR, Brushless DC Motor, Electronic Speed Control.
Abstrac This study aims to analyze theory and system work electronic circuits in motor brushless dc driver. Driver brushless motor dc would be used to control a motor dc brushless. Motor driver brushless controlled by two methods namely PWM (Pulse Widht Modulation) on driver module ESC (Electronic Speed Controller) and methods ditation frequency done by microcontroller. Hall on brushless motor used for read rotor motor position and viewing calue on LCD. DC brushless motor controller will receive input from potentiometer as motor rotate. System method will used in linier as high as frequency value, motor will rotate more rapid. Frequency directly proportional with RPM. This controller reach frequency 150-770 Hz with minimum RPM 3400 and maximum RPM 15400. Key Word: Microcontroller AVR, Brushless DC Motor, Electronic Speed Control.
PENDAHULUAN Latar Belakang Seiring dengan meningkatnya kemajuan dan teknologi sekarang ini, seperti di bidang informasi, dunia usaha, alat transportasi dan sebagainya, maka motor listrik menjadi bagian yang tak terpisahkan dari kemajuan teknologi tersebut. Motor-motor listrik berkembang untuk diaplikasikan dalam berbagai bidang. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisa teori dan system kerja rangkain elektronika pada sebuah pengendali brushless motor DC. Pengendali brushless motor DC tersebut akan digunakan untuk mengendalikan sebuah motor Brushless. Brushless DC Motor memiliki banyak keunggulan dibandingkan dengan motor DC konvensional lainnya. Keunggulan yang paling utama dari motor jenis brushless yaitu menggunakan bahan semikonduktor untuk mengubah maupun membalik arah putaran motor, serta tingkat kebisingan motor jenis ini rendah karena putarannya yang halus. Kelemahan dari motor jenis ini yaitu harga yang relatif tinggi dibandingkan dengan motor DC konvensional pada umumnya. Kajian Pustaka Kajian pustaka yang kami gunakan untuk skripsi ini adalah: a. Study pustaka, yaitu dilakukan dengan cara membaca beberapa literature serta textbook dari website, jurnal, dan buku skripsi. b. Penelitian lab, yaitu membuat alat sederhana dari perancangan perangkat keras dan perangkat lunak. c. Experiment data, yaitu perancangan dan pembacaan sinyal data pada system secara keseluruhan. d. Analisa data, yaitu menganalisa data pada rancangan system secara keseluruhan. Rumusan Masalah Pembatasan pengendali berbasis metode PWM Perancangan pengendali motor BLDC menggunakan metode PWM dengan mikrokontroller Memprogram mikrokontroller dengan BLDC untuk melakukan putaran mundur pada motor BLDC Hubungan antara perputaran motor (RPM) dengan mikrokontroller
Tujuan dan Manfaat Tujuan dari penelitian: Tujuan dari pengendali kecepatan motor brushless ini adalah mengendalikan kecepatan motor brushless DC dengan menggunakan Microcontroller AVR Mega2560 yang terdapat pada Arduino DFRobot. Manfaat dari penelitian: Pengendali motor brushless akan diaplikasikan kedalam motor Brushless sensor. Brushless motor akan menerima input dari potensiometer sebagai pelebaran maupun dengan penyempitan gelombang dan dikirimkan ke output pada motor dan dicatat nilai presisi dari kecepatan dan frekuensi motor.
METODE PENELITIAN Pada Percobaan yang dilakukan terdapat 2 metode yang digunakan sebagai sistem pengendali kecepatan motor brushless DC, yakni metode PWM dengan duty-cycle dan metode pelebaran frekuensi. Metode PWM digunakan pada modul pengendali kecepatan (ESC) dan metode frekuensi digunakan untuk perubahan kecepatan motor. Metode PWM Metode PWM digunakan sebagai metode manipulasi pada kecepatan motor DC. Pada umumnya metode PWM sering digunakan pada pengendali kecepatan motor, karena dalam pembangkitan PWM hanya butuh 1 bit data dari mikrokontroler bila dibandingkan dengan rangkaian DAC konvensional butuh 8-10 bit data. Metode Frekuensi Metode frekuensi digunakan sebagai metode perubahan kecepatan motor, dalam metode ini, merubah sinyal frekuensi sebagai masukan dari kecepatan motor dengan cara pelebaran maupun penyempitan nilai frekuensi. Kriteria Percobaan Percobaan yang dilakukan terdapat 2 proses kriteria percobaan, yaitu: 1. Percobaan pembacaan sinyal pada modul ESC dengan modul bantuan berupa Transmitter dari remote dan Receiver yang dihungkan langsung dengan ESC. 2. Percobaan pembacaan sinyal pada sistem pengendali dengan mikrokontroler AVR2560.
HASIL dan BAHASAN Dari hasil percobaan dapat disimpulkan bahwa frekuensi berbanding lurus dengan nilai RPM, bahwa semakin cepat motor berputar, frekuensi yang dihasilkan akan semakin cepat. Pada pengukuran data percobaan yang dilakukan, penulis menggunakan rumus: RPM = f * 60 Keterangan: RPM = Medan putar magnet (RPM Revolutions per Minute) 60 second = 1 menit f = frekuensi (Hz) RPM (Revolutions per Minute) menyatakan banyaknya putaran motor dalam satuan menit, sedangkan frekuensi dalam Hz menyatakan banyaknya gelombang per satuan waktu dalam detik. Data Percobaan Data Oscilloscope RPM Frekuensi RPM Frekuensi Error Rate (Hz) (Hz) 10200 170 10032 167.2 1.64% 12600 210 12330 205.5 2.14% 18600 310 18630 310.5 0.16% 24000 400 24228 403.8 0.94% 30000 500 30000 500 0% 36000 600 36114 602.4 0.31% 42000 700 42372 706.2 0.87% 46200 770 46152 769.2 0.10% Error rate didapatkan penulis dari hasil perbandingan antara data hasil percobaan dengan data pada oscilloscope.
Keterangan: E = Error pengukuran dari motor Ns = Medan putar magnet pada data percobaan (RPM) N = Medan putar magnet pada oscilloscope (RPM).
SIMPULAN dan SARAN Berdasarkan hasil percobaan yang dilakukan, peneliti menyimpulkan bahwa: Metode yang dipakai pada ESC, yaitu dengan metode PWM dengan total periode sebesar 18.45ms, dengan frekuensi 50Hz, dan dengan duty-cycle 8%-10%. Pengendali motor brushless mampu mengendalikan motor dengan kecepatan minimum 10200 RPM dengan frekuensi 170 Hz dan kecepatan maksimum sebesar 46200 RPM dengan frekuensi 770 Hz. Frekuensi yang dihasilkan tergantung dari pengendali motor (ESC) yang digunakan. Pada pengendali motor BLDC menghasikan error pengukuran maksimal sebesar 2.14%. SARAN seperti: Adapun saran yang dapat dilakukan untuk memperbaiki dan mengembangkan sistem, Membuat pengendali kecepatan dengan metode PWM. Penggunaan metode pelebaran frekuensi yang dilakukan oleh mikrokontroler dengan pengkonversian ADC-DAC sangat memakan banyak memori pada mikrokontroler dibanding dengan metode PWM. Pemecahan masalah dengan metode PWM untuk mengetahui perputaran motor (RPM). Membuat coding (header file) tersendiri untuk brushless motor, agar dapat memutar perputaran motor forward and reverse.
REFERENSI Tri Sutrisno, Himawan; Borian, Pinto. (2012). Kursi Roda Elektrik. Skripsi S1. Fakultas Ilmu Komputer. Universitas Bina Nusantara, Jakarta. Dharmawan, Abe. (2009). Pengendali Motor DC Brushless Dengan Metode PWM Sinusoidal Menggunakan ATMega16. Skripsi S1. Universitas Indonesia, Jakarta. http://ww1.microchip.com/downloads/en/appnotes/00857a.pdf.diakses pada tanggal 13 maret 2013. M.B., Slamet. (2009). Pengembangan Perangkat Pelatihan Pembangkit Sinusoidal Metode PWM dan Modulasi 8-PSK Berbasis Mikrokontroller ATMega16 Mode Ideal (1 Sinus untuk 3 bit). Skripsi S1. Fakultas Teknik. Universitas Indonesia, Jakarta. Raditye, Bartolumeus Bregas; Kartanadi, Enrico. (2011). Pengendali Motor Servo DC Menggunakan PI Untuk Diimlementasikan Pada Mesin CNC. Skripsi S1. Fakultas Ilmu Komputer. Universitas Bina Nusantara, Jakarta. http://www.atmel.com/images/doc8012.pdf.diakses pada tanggal 13 maret 2013. http://www.atmel.com/images/doc2549.pdf.diakses pada tanggal 13 maret 2013. http://www.orientalmotor.com/technology/articles/ac-brushless-brushed-motors.html. Diakses pada tanggal 13 maret 2013. http://www.orientalmotor.com/technology/articles/ac-brushless-brushed-motors.html. Diakses pada tanggal 13 maret 2013. http://circuitelec.blogspot.com/2009/07/brushless-dc-motors-theory-and-driver.html. Diakses pada tanggal 13 maret 2013. http://lontar.ui.ac.id/file?file=digital/20248993-r030970.pdf. Diakses pada tanggal 13 maret 2013. http://ww1.microchip.com/downloads/en/appnotes/00857a.pdf. Journal of AN857 Microchip Corp. Diakses pada tanggal 13 maret 2013. http://arduino.cc/en/hacking/pinmapping2560. Diakses pada tanggal 13 maret 2013.
http://kedairobot.com/arduino/157-dfrobot-mega2560-v20-arduino-mega-2560-r2-compatible.html. Diakses pada tanggal 13 maret 2013. http://www.hype-rc.de/eng/shop/product/81060020/combo-justock-js2-10-5t.html. Diakses pada tanggal 13 maret 2013. http://kedairobot.com/arduino/157-dfrobot-mega2560-v20-arduino-mega-2560-r2 compatible.html. Diakses pada tanggal 13 maret 2013. http://www.hype-rc.de/eng/shop/product/81060020/combo-justock-js2-10-5t.html. Diakses pada tanggal 13 maret 2013.
RIWAYAT PENULIS Nama : Muhammad Reza Nugraha Tempat, Tanggal lahir : Bekasi, 12 Februari 1989 Penulis menamatkan pendidikan S1 di Bina Nusantara dalam bidang Sistem Komputer pada 2013. Nama : Felix Lukman Christian Tempat, Tanggal lahir : Jakarta, 2 Juli 1987 Penulis menamatkan pendidikan S1 di Bina Nusantara dalam bidang Sistem Komputer pada 2013. Saat ini bekerja sebagai administrasi server di midpear.com. Penulis aktif di midpear.com sebagai administrasi server.