Volume 06, No. 02, November 2022, page 143 - 148

## JEE
Jurnal Edukasi Elektro https://journal.uny.ac.id/index.php/jee

## PENGATURAN KECEPATAN MOTOR BRUSHLESS DIRECT

## CURRENT (BLDC) MENGGUNAKAN METODE FIELD ORIENTED CONTROL (FOC)
Nurdamayanti 1* , Linda Sartika 2 , Abdul Muis Prasetia 3 1,2,3 Teknik Elektro, Teknik,  Universitas Borneo Tarakan, Kalimantan Utara nurdamayantii29@gmail.com* *corresponding author
ABSTRACT
Article Info
Brushless  DC  motors  or  commonly  known  as  BLDC  motors  are starting to be widely used in the automotive and industrial fields compared to three-phase induction motors. This is because the advantages of BLDC motors are high efficiency, large torque, and easy maintenance. Some drive systems  that  use  BLDC  motors  require  a  constant  motor  speed.  However, when  the  drive  system  is  given  more  load,  the  speed  will  decrease. Therefore,  we  need  a  motor  speed  regulation  so  that  the  speed  becomes constant  even  though  it  is  given  an  overload.  There  are  many  ways  to adjust the speed of a BLDC motor, one of which is using the Field Oriented Control  method  because  it  can  adjust  the  field  current  and  armature current  separately.  From  the  simulation  results,  the  speed  of  the  BLDC motor  using  the  FOC  method  in  the  loaded  condition,  showed  a  better response by producing a steady state of 1494 rpm, a rise time of 0.5192 s, a settling time of 0.6362 s while not being given a load, a steady state of 1504 rpm and, a rise time of 0.533 s and a settling time of 0.64 s.
Article history Received:
September 5 th , 2022
Revised: November 28 th , 2022
Accepted: November 30 th , 2022
Keywords: field-oriented control, motor BLDC,

## ABSTRAK
Motor Brushless DC  atau  biasa  dikenal  dengan  motor  BLDC  mulai banyak digunakan pada bidang otomotif dan industri dibandingkan dengan motor  induksi  tiga  fasa.  Hal  ini  disebabkan  karena  kelebihan  dari  motor BLDC  adalah  memiliki  efisiensi  tinggi,  torsi  yang  besar,  dan  perawatan mudah.  Beberapa  sistem  penggerak  yang  menggunakan  motor  BLDC membutuhkan  kecepatan  motor  yang  konstan.  Akan  tetapi  sistem penggerak  tersebut  ketika  diberi  beban  lebih  maka  kecepatan  akan menurun.  Oleh  karena  itu  dibutuhkan  suatu  pengaturan  kecepatan  motor agar kecepatan menjadi konstan walaupun diberi beban lebih. Banyak cara untuk mengatur kecepatan motor BLDC salah satunya adalah menggunakan metode Field  Oriented  Control karena  dapat  mengatur  antara  arus  medan dan arus jangkar secara terpisah. Dari hasil simulasi didapatkan  kecepatan motor  BLDC  menggunakan  metode  FOC  pada  kondisi  berbeban, menunjukkan  respon  yang  lebih  baik  dengan  menghasilkan steady  state yaitu 1494 rpm, rise time 0.5192 s, settling time 0.6362 s sedangkan tidak diberi  beban  didapatkan steady  state sebesar  1504  rpm  dan, rise  time sebesar 0,533 s dan settling time sebesar 0,64 s.

## PENDAHULUAN
Motor Brushless Direct Current (BLDC)  merupakan  salah  satu  jenis  motor yang  biasa  diaplikasikan  di  industri  seperti permobilan,  otomasi  medis,  industri  dan peralatan  instrumentasi.  Motor  BLDC  tidak menggunakan sikat atau brush untuk komutasinya, tetapi dilakukan secara electronics commutated . Motor BLDC digunakan  karena  mempunyai  efisiensi  tinggi, torsi  tinggi  dan  volume  noise  yang  rendah. Dibandingkan  motor  DC  konvensional,  motor BLDC mempunyai beberapa kelebihan.
Kelebihan yang paling utama motor tanpa sikat atau brushless menggunakan bahan semikonduktor  untuk  mengubah  membalik arah  putaran  motor,  putaran  motor  halus sehingga  tingkat  kebisingan  motor  menjadi rendah  (Qudsi,  dkk,  2019). Motor  BLDC memiliki torsi yang lebih rendah dibandingkan dengan motor DC maupun  motor induksi (As- Salaf  &  Syahrial,  2021). Motor  BLDC  sendiri memiliki  kelebihan  efisiensi  tinggi  dan  rugi- rugi  mekanik  yang  rendah  karena  tidak menggunakan sikat seperti motor DC (Wibowo, 2019).
Motor BLDC dibedakan menjadi beberapa  jenis  seperti inner  rotor dan outer rotor .  Pada  motor inner  rotor posisi  stator yang  merupakan  slot  berisi  belitan  berada  di bagian  luar  dari  magnet  permanen  yang berputar pada bagian dalam motor. Sedangkan pada  motor  outer  rotor,  posisi  rotor  berada  di luar stator sehingga magnet permanen berputar mengelilingi  belitan  stator.  Secara  umum, motor outrunner menghasilkan torsi yang lebih besar  pada  kecepatan  lebih  rendah  karena magnet permanen yang dimiliki lebih banyak.
Beberapa sistem penggerak yang menggunakan  motor  BLDC  membutuhkan kecepatan  motor  yang  konstan.  Akan  tetapi sistem  penggerak  tersebut  ketika  diberi  beban lebih  maka  kecepatan  akan  menurun.  Oleh karena  itu  dibutuhkan  suatu  pengaturan kecepatan motor agar kecepatan motor menjadi konstan  walaupun  diberi  beban  lebih.  Banyak
cara  untuk  mengatur  kecepatan  motor  BLDC salah  satunya  adalah  menggunakan  metode field  oriented  control (FOC)  karena  dapat mengatur  arus  medan  dan  arus  jangkar  secara terpisah.  Permasalahan  di  atas  yang  menjadi latar  belakang  penulis  adalah  bagaimana mengatur  kecepatan  motor  BLDC  agar  tetap konstan walaupun diberi beban lebih.
Sistem  kerja  motor  BLDC  terdiri  dari beberapa  komponen  utama  yaitu  baterai, inverter,  controller,  dan  motor  BLDC.  Baterai berfungsi  sebagai  sumber  tegangan.  Tegangan arus searah yang bersumber dari baterai diubah menjadi  tegangan  3  fasa  arus  bolak-balik dengan menggunakan inverter. Hal ini dilakukan  karena  motor  BLDC  membutuhkan sumber  tegangan  3  fasa  arus  bolak-balik. Kemudian controller digunakan untuk menghidupkan  sakelar  pada  inverter.  Motor BLDC  ini  dapat  bekerja  ketika  stator  yang terbuat  dari  kumparan  diberikan  arus  3  fasa. Akibat  arus  yang  melewati  kumparan  pada stator maka akan timbul medan magnet (Bagia & Parsa, 2018)
Arus  yang  diberikan  berupa  arus  AC  3 fasa  sinusoidal,  nilai  medan  magnet  dan polaritas  setiap  kumparan  akan  berubah-ubah setiap  saat.  Akibat  yang  ditimbulkan  dari adanya  perubahan  polaritas  dan  besar  medan magnet  tiap  kumparan  adalah  terciptanya medan putar magnet dengan kecepatan.
Field  Oriented  Control (FOC)  adalah suatu metode pengaturan medan pada motor ac dari  sistem coupled diubah  menjadi  sistem decoupled .  Dengan  sistem  ini  arus  penguatan dan  arus  beban  motor  dapat  dikontrol  secara terpisah, dengan demikian torsi dan fluksi juga dapat  diatur  secara  terpisah,  seperti  halnya motor  dc  ( Skuric,  dkk,  2022),  (Do  &  Le, 2022) .  Prinsip  dasar  dari  motor  dc  adalah dengan  menjaga  fluks  tetap  konstan,  torsi dapat  dikontrol  dengan  mengontrol  arus jangkar  (Ferdiansah dkk., 2012)
Pada  pengaturan  ini,  kecepatan  dari motor  dimonitor  oleh  suatu  sensor,  bisa  juga menggunakan  tachometer.  Kecepatan  motor diumpanbalikkan kemudian dibandingkan
dengan kecepatan referensi oleh suatu komparator.  Bila  ada  error,  kemudian  error tersebut menjadi input dari kontroller.
Selanjutnya  kontroler  memberikan  sinyal kepada  sistem  FOC,  yang  akan  diteruskan  ke rangkaian  penyalaan  dari  inverter  untuk mengubah tegangan dan arus motor.
Transformasi  clarke  digunakan  untuk mengubah  sinyal  tiga  fase  seperti  arus, tegangan,  dan  fluks  dari  sistem  koordinat  tiga fase  (a,  b,  c)  menjadi  sistem  orthogonal koordinat dua fase ( , ) dan  Transformasi park  digunakan  untuk  mengubah  sistem ortogonal dua fase ( , )  menjadi kerangka acuan berputar ( - ).
Kontroler PI berguna menentukan presisi  suatu  sistem  instrumentasi  dengan karakteristik  adanya  umpan  balik  pada  sistem tersebut.  Kontroler  PI  adalah  kontroler konvensional  yang  banyak  dipakai  dalam dunia industri.
Komponen  kontroler  PI  terdiri  dari  dua jenis yaitu proporsional dan integratif.
Komponen  proporsional  dan  integral  dapat dipakai  bersamaan  maupun  sendiri-sendiri tergantung  dari  respon  yang  kita  inginkan terhadap  suatu  plant.  Apabila  pada  kontroler proporsional  nilai = maka berlaku sebagai gainbar (penguat) saja tanpa memberikan  efek  dinamik  kepada  kinerja kontroler.  Penggunaan  kontroler  proporsional memiliki  berbagai  keterbatasan  karena  sifat kontrol  yang  tidak  dinamik.  Walaupun demikian  dalam  aplikasi-aplikasi  dasar  yang sederhana  kontroler  proporsional  mampu memperbaiki  respon  transien  khususnya  rise time  dan  settling  time.  Kontroler  proporsional memiliki  keluaran  yang  sebanding  dengan besarnya  sinyal  kesalahan  (selisih  antara besaran  yang  diinginkan  dengan output ) (Nicola, dkk., 2020).

## METODE
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Teknik  Elektro  Universitas  Borneo  Tarakan dalam waktu ± 6 bulan. Adapun alat dan bahan
yang  digunakan  pada  penelitian  ini  adalah seperangkat laptop dengan spesifikasi Processor Intel(R)  Celeron(R)  N4000  CPU  @
1.10 GHz Memory 4.00 GB (3,83 GB usable ) . Pada  penelitian  ini  terdapat  beberapa  tahapan- tahapan seperti pada Gambar 1 di bawah.
Mulai
Studi Literatur

## Pemodelan Motor BLDC
Mendesain Field Oriented Control (FOC) Apakah Kecepatannya Konstan ? Pengambilan data Analisis dan kesimpulan selesai Tidak Iya Gambar 1. Flowchart Penelitian
Pada  Gambar  2  terdapat  4  komponen utama yaitu motor BLDC, PI controller, FOC, dan PWM inverter. Kecepatan motor diumpanbalikkan kemudian dibandingkan dengan kecepatan referensi. Apabila ada error , kemudian error tersebut  diidentifikasi  oleh controller PI,  selanjutnya controller PI memberikan  sinyal  kepada  sistem field oriented  control (FOC)  dimana  pengaturan FOC, disebut juga transformasi clark input dari transformasi clark yaitu , , dan
sudut theta sedangkan  untuk output nya  yaitu
*.  Selanjutnya  FOC  akan  diteruskan  ke rangkaian  dari  inverter  yang  mengubah tegangan  dan  arus  sehingga  diperoleh  torsi
yang  diinginkan,  perubahan  torsi  ini  akan mengubah  kecepatan  motor  sehingga  bisa mendekati kecepatan referensi. Semakin tinggi
torsi  maka  respon  motor  semakin  cepat  untuk mencapai kecepatan putar nominal (Fadli, dkk,
2019) Kecepatan referensi PI CONTROLLER
FOC INVERTER MOTOR BLDC Feedback

## Gambar 2. Diagram Blok

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Uji  Respon  Pulse  Width  Modulator  (PWM) Inverter
Pada  percobaan  ini pulse  width modulator (PWM)  diuji  dengan  diberikan tegangan  sebesar  300  volt.  Hasil  dari  PWM inverter dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3. PWM Inverter
Uji Respon PWM Inverter ( , , )
Pada  Gambar  3  didapatkan  hasil  dari va  dan  vb  memiliki duty  cycle sebesar  10%
sedangkan pada vc memiliki duty cycle sebesar 20%,  seperti  yang  kita  ketahui  semakin  tinggi duty  cycle nya  dalam  persen  maka  lebar  pulsa juga semakin besar.

## Uji Respon Open Loop Sistem Kontrol Kecepatan Motor BLDC
Pada  percobaan  ini,  pengujian open loop dilakukan  untuk  mengetahui  bagaimana respon dari sistem pengaturan kecepatan motor sebelum  diberi  kontrol.  Simulasi open  loop dilakukan  dengan  cara  diberi input tegangan pada motor BLDC.
Gambar 4. Respon Kecepatan Motor BLDC
Pada  Gambar  4  didapatkan  hasil  yaitu kecepatan steady  state dari  motor  BLDC adalah  memiliki  nilai  rata-rata  sebesar  1504 rpm, rise time sebesar 0,533 s dan settling time sebesar 0,6 s.

## Uji Respon Kecepatan Motor BLDC yang Diberi Beban
Kecepatan  diatur  sebesar  1500  rpm sedangkan torsi beban yang diberikan sebesar 20 N.m.
Gambar 5. Respon Torsi Beban
Gambar 6. Respon Kecepatan Motor BLDC
Berbeban Pada  Gambar  6  didapatkan  bahwa  pada
detik kedua respon kecepatan motor mengalami  penurun steady  state yaitu  1494 rpm, rise time 0.5192 s, settling time 0.6362 s.
Hal ini dikarenakan pada detik kedua diberikan beban sebesar 20 N.m.

## Uji Respon Kecepatan Referensi dan Kecepatan Aktual
Pada  percobaan,  kecepatan  referensi diuji  dengan  kecepatan  yang  bervariasi kecepatan referensi yang diberikan adalah 500 rpm  dari  0-1  sekon,  1000  rpm  dari  1-2  sekon, 1500  rpm  dari  2-3  sekon,  800  rpm  dari  3-4 sekon  dan  400  rpm  dari  4-5  sekon.  Hasil  dari
kecepatan  referensi  yang  bervariasi  dapat dilihat pada Gambar 7.
Gambar 7.  Respon Variasi Kecepatan
Pada  Gambar  7  didapatkan  bahwa kecepatan  aktual  dapat  mengikuti  kecepatan referensi  yang  diinginkan.  Pada  detik  nol dengan  kecepatan  referensi  500  rpm steady state nya  yaitu  509  rpm.  Pada  detik  kedua kecepatan referensi 1000 rpm steady state nya yaitu  1002  rpm.  Pada  detik  ketiga  dengan kecepatan referensi 1500 steady state nya yaitu 1502  rpm  dan  pada  detik  keempat  kecepatan referensi  800  rpm  didapatkan steady  state nya 800,5  rpm  untuk  kecepatan  referensi  400 didapatkan steady state nya 400,2.
Uji Respon Variasi Kecepatan Referensi dan Kecepatan Aktual Berbeban

## Gambar 8.  Respon Variasi Kecepatan
Berbeban
Pada  Gambar  8  didapatkan  bahwa pada  kecepatan  referensi  variasi  berbeban mengalami penurunan steady state ini
dikarenakan  adanya  beban  sebesar  20  N.m. Pada kecepatan referensi 500 rpm steady state nya yaitu 500,5 rpm, kecepatan referensi 1000 rpm steady  state nya  yaitu  1001  rpm.  Pada kecepatan  referensi  1500  rpm steady  state yaitu  1501  rpm,  kecepatan  referensi  800  rpm didapatkan steady  state nya  790,7  rpm  dan untuk kecepatan referensi 400  rpm  didapatkan steady state nya yaitu 389,7.

## KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  simulasi  yang  telah dilakukan didapatkan sebagai berikut: pertama, kecepatan  motor Brushless Direct  Current (BLDC)  menggunakan  metode Field  Oriented Control (FOC)  pada  kondisi  berbeban, menunjukkan  respon  yang  lebih  baik  dengan menghasilkan steady state yaitu 1494 rpm, rise time 0.5192 s, settling time 0.6362 s sedangkan tidak  diberi  beban  didapatkan steady  state sebesar 1504 rpm dan , rise time sebesar 0,533 s  dan settling  time sebesar  0,64  s.  Kedua, respon variasi kecepatan referensi dan kecepatan  aktual  untuk  kecepatan  400  rpm error  steady  statenya sebesar  0,04%,  500  rpm error  steady  statenya 1,76%,  800  rpm error steady statenya 0,06%, 1000 rpm error steady statenya 0,19%  dan  1500  rpm error  steady statenya 0,13%.  Sedangkan  respon  variasi kecepatan referensi dan kecepatan aktual yang diberi beban sebesar 20 N.m didapatkan untuk kecepatan  400  rpm error  steady  statenya sebesar  2,64%,  500  rpm error  steady  statenya 0,09%,  800  rpm error  steady  statenya 1,17%,
1000  rpm error  steady  statenya 0,09%  dan 1500 rpm error steady statenya 0,06%.

## DAFTAR PUSTAKA
As-Salaf,  M.  H.  A.,  &  Syahrial,  S.  (2021).
Simulasi  Pengaturan  Kecepatan  Motor BLDC Menggunakan Software PSIM. MIND (Multimedia Artificial Intelligent Networking Database) Journal , 6 (1), 103-117.
Bagia,  I  Nyoman  dkk. 2018. Motor  -  Motor Listrik. Kupang: CV Rasi Terbit.
Do,  C.  P.,  &  Le,  D.  K.  (2022).  Improved  of Dynamic  Torque  by  Field  Oriented Control  based  Fuzzy  Logic  for  BLDC Motor.  In 2022  7th  National  Scientific Conference on Applying New Technology in Green Buildings
(ATiGB) (pp. 92-97). IEEE.
Fadli,  M.  R.,  Musyasy,  M.  M.,  Furqani,  J.,  & Purwadi,  A.  (2019).  Modelling  of  field orientation control (FOC) method in 120 kW  brushless  DC  motor  (BLDC).
In 2019 6th International Conference on
Electric Vehicular Technology (ICEVT) (pp. 383-389). IEEE. Ferdiansah dkk., (2012). Pengaturan Kecepatan  Motor  Induksi  3ø  dengan Kontrol  PID  melalui  Metode  Field Oriented Control (FOC) (Rectifier,
Inverter, Sensor arus dan Sensor tegangan. Politenik  Elektronika  Negeri Surabaya - ITS , 1–5.
Nicola  dkk.,  (2020).  Sensorless  Control  of PMSM  using  FOC  Strategy  Based  on Multiple ANN and Load Torque Observer. 2020 15th International Conference on Development and
Application  Systems,  DAS  2020  - Proceedings , June , 32–37.
Skuric,  A.,  Bank,  H.  S.,  Unger,  R.,  Williams, O.,  &  González-Reyes,  D.  (2022). SimpleFOC:  A  Field  Oriented  Control (FOC) Library for Controlling Brushless Direct  Current  (BLDC)  and  Stepper Motors. Journal of Open Source Software , 7 (74), 4232.
Qudsi  dkk.,  (2019).  Desain  dan  Implementasi Pengaturan  Kecepatan  Motor  BLDC Melalui  Pengaturan  Fluks. INOVTEK  - Seri Elektro , 1 (1), 36.
Wibowo,  Y.  C.  (2019). Analisa  pembebanan pada motor brushless dc (bldc),
(Doctoral dissertation, UNIKA Soegijapranata Semarang.