SIMULASI KONTROL KECEPATAN MOTOR DC TANPA SIKAT MENGGUNAKAN PWM SINUS DAN KOTAK i. JUDUL SKRIPSI. Disusun Oleh : ALI MAHFUDZ NIM.

(1)

SIMULASI KONTROL KECEPATAN MOTOR DC TANPA SIKAT

MENGGUNAKAN PWM SINUS DAN KOTAK

i. JUDUL

SKRIPSI

Disusun Oleh : ALI MAHFUDZ NIM. 201110130311092

JURUSAN ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

2017

(2)

(3)

(4)

(5)

KATA PENGANTAR

i. KATA PENGANTAR

Puji dan syukur senantiasa kita panjatkan ke hadirat Allah SWT atas segala nikmat, kekuatan, taufik serta hidayah-Nya. Shalawat serta salam semoga tercurah kepada Rasulullah SAW, keluarga sahabat dan para pengikut setianya, Amin. Atas kehendak Allah sajalah, penulis dapat menyelesaikan proyek akhir yang berjudul :

“

SIMULASI KONTROL KECEPATAN MOTOR DC TANPA

SIKAT MENGGUNAKAN PWM SINUS DAN KOTAK

”

Pembuatan Proyek Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik (ST) di Universitas Muhammadiyah Malang. Selain itu penulis berharap agar proyek akhir ini dapat menambah literature dan dapat memberikan manfaat bagi semuanya.

Akhir kata semoga buku ini dapat bermanfaat di masa sekarang dan masa mendatang. Sebagai manusia yang tidak luput dari kesalahan, maka penulis mohon maaf apabila ada kekeliruan baik yang sengaja maupun yang tidak sengaja.

Malang, 29 Juli 2017

(6)

DAFTAR ISI

iv. DAFTAR ISI

i. JUDUL ... 1

ii. LEMBAR PERSETUJUAN ... ii

iii.LEMBAR PERSETUJUAN ... iii

iv.LEMBAR PERNYATAAN ... iv

v.ABSTRAKSI... v

i. ABSTRACT ... vi

ii. KATA PENGANTAR ... vii

iii. LEMBAR PERSEMBAHAN ...viii

iv. DAFTAR ISI ... ix

v. DAFTAR GAMBAR ...xiii

vi. DAFTAR TABEL ...xvii

1. BAB I PENDAHULUAN ... 1 1.1Latar Belakang ... 1 1.2Rumusan masalah... 2 1.3Batasan Masalah... 2 1.4Tujuan ... 3 1.5Sistematika Pembahasan ... 3

(7)

2.1.BLDC (Brushless DC) Motor ... 5

2.2.Cara Kerja Motor BLDC ... 6

2.3.Struktur Motor BLDC ... 9

2.3.1.Stator ... 11

2.3.2.Rotor ... 11

2.3.3.Sensor Posisi ... 13

2.3.3.1.Zero crossingdan Zero crossing ... 13

2.3.3.2.Encoder ... 15

2.4.Matematika model Motor BLDC ... 15

2.4.1.Persamaan diveransial ... 16

2.4.2.Efek rotor salency pada rangkaian magnetic ... 19

2.4.3.Rangkaian ekuivalen Motor BLDC ... 21

2.4.4.Transfer Functions ... 25 2.5.Kontrol motor BLDC ... 28 2.6.PWM Kotak ... 29 2.7.PWM Sinus ... 30 2.8.PID 31 2.8.1.Kontroler P (Proporsional) ... 32

2.8.2.Kontroler PI (Proporsional dan Integral) ... 32

(8)

2.8.4.Kontroler PID (Proporsional, Integral, dan Derefatif) ... 33

3. BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM... 38

3.1.Konfigurasi System ... 38

3.1.1.Perancangan Model Motor BLDC ... 38

3.1.1.1.Model Hall efect ... 39

3.1.1.2.Model Back EMF ... 40

3.1.1.3.Model Motor BLDC ... 40

3.1.2.Model inverter ... 42

3.1.3.Model keseluruhan PWM Kotak ... 42

3.1.4.Model Keseluruhan PWM Sinus ... 43

3.1.5.Kontrol Kecepatan Motor BLDC Metode PWM Kotak menggunakan PID 45 3.1.6.Kontrol Kecepatan Motor BLDC Metode PWM Sinus Menggunakan PID46 4. BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA ... 48

4.1.Pengujian Hall efect ... 48

4.1.1.Tujuan ... 48

4.1.2.Persiapan ... 48

4.1.3.Hasil Analisa ... 49

4.2.Pegujian Inverter PWM Kotak ... 50

4.2.1.Tujuan ... 50

(9)

4.3.Pengujian inverter sinusoidal PWM... 52

4.3.1.Tujuan ... 52

4.4.Pengujian rangkaian Motor BLDC dengan PWM PWM Kotak (open loop) . 55 4.4.1.Tujuan ... 55

4.4.3.Hasil analisa ... 56

4.5.Pengujian rangkaian Motor BLDC Dengan PWM Sinusoidal (Open loop) ... 63

4.5.1.Tujuan ... 63

4.6.Pengujian Rangkaian Close loop Motor BLDC dengan metode PWM Kotak Kontrol PID ... 72

4.6.1.Tujuan ... 72

4.7.Pengujian Rangkaian Close loop Motor BLDC dengan metode PWM Sinus Kontrol PID ... 74

(10)

4.7.1.Tujuan ... 74 4.7.2.Persiapan ... 74 4.7.3.Hasil Analisa ... 75 5. BAB V PENUTUP ... 77 5.1.Kesimpulan ... 77 5.2.Saran ... 77 vii.DAFTAR PUSTAKA ... 79

(11)

DAFTAR GAMBAR

i. DAFTAR GAMBAR

Gambar 2. 1 Motor BLDC ... 5 Gambar 2. 2 Step 1 ... 7 Gambar 2. 3 step 2 ... 7 Gambar 2. 4 Step 3 ... 8 Gambar 2. 5 Step 4 ... 8 Gambar 2. 6 Step 5 ... 9 Gambar 2. 7 Step 6 ... 9

Gambar 2. 8 Struktur Motor BLDC ... 10

Gambar 2. 9 Sensor Hall dan Encoder pada Motor BLDC ... 12

Gambar 2. 10. BEMF dan Zero crossing pada Fasa Floating ... 14

Gambar 2. 11.BEMF dan Zero crossing pada Fasa Floating ... 16

Gambar 2. 12. PM Flux pada fasa A ... 18

Gambar 2. 13. Fluks Pada Setiap Sudut Penyalaan ... 19

Gambar 2. 14. Hubungan antara fA dan eA Pada Phasa A ... 21

Gambar 2. 15. Rangkaian Ekuifalen Motor BLDC... 21

Gambar 2. 17 Rangkaian Ekuifalen Motor BLDC pada 1 Phasa ... 26

Gambar 2. 18. Diagram Motor BLDC Dengan Beban... 28

(12)

Gambar 2. 20.Metode PWM Kotak pembentukan PWM square ... 30

Gambar 2. 21. Pembentukan PWM Sinusoidal ... 30

Gambar 2. 22.Kendali PID ... 34

Gambar 2. 23. Respon Unit Step Pada Plant ... 34

Gambar 2. 24. Pemodelan PID ... 45

Gambar 3. 1. Bagan Sistem Motor BLDC ... 38

Gambar 3. 2. Model Hall efect ... 39

Gambar 3. 3. Model back – EMF ... 40

Gambar 3. 4. Model Motor BLDC ... 41

Gambar 3. 5. Model Inverter ... 42

Gambar 3. 6. Pemodelan Motor BLDC ... 43

Gambar 3. 7. Pemodelan Motor BLDC Dengan Metode PWM Sinus ... 44

Gambar 3. 8. Model kontrol Kecepatan Motor BLDC Dengan metode PWM Kotak ... 46

Gambar 3. 9. Rangaiakan Kontrol Kecepakatan Motor BLDC Dengan Metode PWM Sinus ... 47

Gambar 4. 1 Blok Pengujian Hall efect ... 49

Gambar 4. 2 Data hasil Uji Blok Hall efect ... 50

Gambar 4. 3 Karakteristik Tegangan Phase Metode PWM Kotak ... 50

(13)

Gambar 4. 5 Hasil Percobaan Tegangan Pada Setip Fasa Inverter ... 52

Gambar 4. 6 Proses Pembentukan PWM Sinus ... 52

Gambar 4. 7 Rangkaian Blok Pengujian Inverter Metode PWM Sinus ... 53

Gambar 4. 8 Masukkan setiap mosfet Inverter dengan Metode PWM Sinus .... 54

Gambar 4. 9 Tegangan pada setiap Output Fasa Inverter ... 54

Gambar 4. 10 Rangkaian Percobaan Motor BLDC sixstep Openloop... 55

Gambar 4. 11 Kecepatan Motor Saat Tegangan 50V ... 56

Gambar 4. 12 Arus Saat Tegangan 50V... 57

Gambar 4. 13 Karakteristik Arus Saat Tegangan 50V ... 57

Gambar 4. 14 Zero crossingSaat Tegangan 50V ... 58

Gambar 4. 15 Karakteristik Zero crossingSaat Tegangan 50V... 58

Gambar 4. 16 Torsi Saat Tegangan 50V ... 59

Gambar 4. 17 Karakteristik Tosi Saat Tegangan 50V ... 59

Gambar 4. 18 Hall efect Saat Tegangan 50V ... 60

Gambar 4. 19 Karaktristik Hall Saat Tegangan 50V ... 60

Gambar 4. 20 Triger Saat Tegangan 50V ... 61

Gambar 4. 21 Karekteristik Saat Tegangan 50V ... 61

Gambar 4. 22 Tegangan output inveter Saat Tegangan input 50V ... 62

Gambar 4. 23 Karakteristik Tegangan ouput Saat Tegangan input 50V ... 62

(14)

Gambar 4. 25 Kecepatan Saat Tegangan 50V dengan Metode PWM Sinus ... 64 Gambar 4. 26 Back-EMF Saat Tegangan 50V dengan Metode PWM Sinus ... 65 Gambar 4. 27 Respon Back-EMF Saat Tegangan 50V dengan Metode PWM Sinus

... 66 Gambar 4. 28 Torsi Saat Tegangan 50V dengan Metode PWM Sinus ... 66 Gambar 4. 29 Respon Torsi Saat Tegangan 50V dengan Metode PWM Sinus .. 67 Gambar 4. 30 Arus Saat Tegangan 50V dengan Metode PWM Sinus ... 68 Gambar 4. 31 Respon Arus Saat Tegangan 50V dengan Metode PWM Sinus . 68 Gambar 4. 32 Hall Sensor Saat Tegangan 50V dengan Metode PWM Sinus ... Gambar 4. 33 Respon Hall Saat Tegangan 50V dengan Metode PWM Sinus .. 69 Gambar 4. 34 Triger mosfet Saat Tegangan 50V dengan Metode PWM Sinus 70 Gambar 4. 35 Respon Triger Mosfet Saat Tegangan 50V dengan Metode PWM Sinus ... 70 Gambar 4. 36 Output Inverter Saat Tegangan 50V dengan Metode PWM Sinus71 Gambar 4. 37 Respon Output Inverter Saat Tegangan 50V dengan Metode PWM Sinus ... 71 Gambar 4. 38.Pengujian Rankaian Motor BLDC Metode Six Kontrol PID ... 73 Gambar 4. 39. Hasil Pengujian Rangkaian Motor BLDC Metode PWM Kotak Kontrol PID ... 73 Gambar 4. 40. Pengujian Rankaian Motor BLDC Metode PWM Sinus Kontrol PID

(15)

Gambar 4. 41. Hasil Pengujian Rankaian Motor BLDC Metode PWM Sinus Kontrol PID ... 75

(16)

DAFTAR TABEL

i. DAFTAR TABEL

Tabel 2. 1. Konfugurasi Hall efect ... 15

Tabel 2. 2. Pengaruh PID Pada Waktu Naik, Overshoot, Waktu Turun dan Kesalahan Keadaan Tunak ... 32

Tabel 3. 2. Nilai dari Motor BLDC ... 41

Tabel 3. 1. Tabel Penyulutan Transistor Inverter ... 42

Tabel 3. 3. Nilai Tuning PID ... 45

Tabel 4. 1. Kondisi Hall efect ... 49

Tabel 4. 2. Transient responseKecepatan Pada Metode PWM Kotak ... 56

Tabel 4. 3. Informasi Transien Respon pada Kecepatan Metode PWM Sinus .... 65

Tabel 4. 4. Trasnsien respon Rangkaian Close loop Motor BLDC dengan metode PWM Kotak Kontrol PID... 74

Tabel 4. 4. Trasnsien respon Rangkaian Close loop Motor BLDC dengan metode PWM Sinus Kontrol PID ... 76

(17)

DAFTAR PUSTAKA

i. DAFTAR PUSTAKA

[1] Bello Abdulaziz, Muhammad Ibrahim Kilishi, Musa Muntaka Bari, Abubakar Usman "Comparative Review Of PMSM And BLDCM Based On

Direct Torque Control Method". International Journal Of Scientific & Technology Research Volume 3, Issue 3, March 2014. Delhi. 2014

[2] Miyamasu Masataka, Akatsu Kan "Efficiency Comparison between

Brushless DC Motor and Brushless AC Motor Considering Driving Method and Machine Design". Shibaura Institute of Technology, Japan. 2011.

[3] Azzumar, Muhammad."Pemodelan Dan Simulasi Brushless Dc Motor Kecil

Untuk Aplikasi Aktuator Sirip Roket".universitas Indonesia. Depok. 2012.

[4] Xia, Chang-liang “Permanent Magnet Brushless Dc Motor Drives And

Controls” Goris. John Wiley & Sons Singapore Pte. Ltd, China. 2012.

[5] Tsai, Ming-Fa. "Model Construction and Verivication of Motor BLDC Using MTLAB/SIMULINK and FPGA control" Minghsing University of Science and Tecnology. Taiwan. 2011.

[6] Y. Liu, Z. Q. Zhu, and D. Howe, “Direct Torque Control of Brushless DC

Drives with Reduced Torque Ripple,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 41, no.

2,pp.

[7] Wang Shucheng, "BLDC Ripple Torque Reduction via Modified Sinusoidal

PWM ". Fairchild Semiconductor Power Seminar 2008-2009. China. 2008

[8] Krishnan.R.,"Permanent Magnet Synchronous and Brushless DC Motor

Drives" Taylor and Francis Group, Virginia, U.S.A. 2010.

[9] Sasi Devisree, Kuruvilla Jisha P."Modelling And Simulation Of SVPWM

Inverter Fed Permanent Magnet Brushless DC Motor Drive". International

Journal of Advanced Research in Electrical Electronics and Instrumentation Engineering. india. 2013.

[10] Tashakori A., "Modeling of Motor BLDC with Ideal Back-EMF for

Automotive Applications" Proceedings of the World Congress on

Engineering. London. 2011.

[11] Habibidin Muslim Ahzen, "Kendali Kecepatan Motor DC Menggunakan Adaptif Robust Kontrol Berbasis Disturbance Observer" Universitas Muhammadiyah Malang. Malang.2017.