## ALAT KENDALI KECEPATAN MOTOR PADA PENGGERAK DEPAN SEPEDA LISTRIK DI POLITEKNIK NEGERI BATAM
Qoriatul Fitriyah, S.T., M.Sc. 1 , Renaldy Aritha 1 , Handri Toar 1 , Muhammad Prihadi Eko Wahyudi, S.T., M.T. 1
 Politeknik Negeri Batam
Electrical Engineering Department Program Jalan Ahmad Yani, Batam Centre, Batam 29461, Indonesia E-mail: fitriyah@polibatam.ac.id.ac.id

## Abstrak
Motor Brushless DC  (Motor  BLDC)  sudah  banyak  diaplikasikan  diberbagai  bidang  industri,  salah  satunya  di bidang  transportasi.  Pengoperasian  motor  BLDC  memerlukan  sistem  kontrol  kecepatan  sebagai  proses komutasinya dikarenakan motor ini tidak menggunakan sikat ( brush ). Penulis membuat kendali kecepatan motor brushless ini menggunakan arduino nano sebagai mikrokontroller untuk mengatur switching driver mosfet dengan tipe IR2103. Mosfet driver ini yang digunakan untuk mentrigger pensaklaran mosfet pada rangkaian inverter 3 fasa agar daya dari baterai dapat mengalir ke motor BLDC.  Mosfet yang digunakan dalam inverter 3 fasa dengan tipe STP75NF75 dengan Vds 75 Volt dan Ids 80 Ampere dan jenis motor yang digunakan BLDC 350 Watt 36 Volt. Motor BLDC ini memiliki hall effect sensor sebagai pendeteksi posisi rotor. Untuk proses komutasi digunakan PWM sebagai nilai pulsa yang direpresentasikan untuk mengatur kecepatan motor dan frekuensi yang digunakan masih default dari pin Arduino. Kecepatan yang dihasilkan dari 224 – 340 rpm dengan konsumsi daya 20 Watt – 21 Watt.
Kata kunci: Sepeda Listrik, Alat Kendali Kecepatan, PWM ( Pulse Width Modulation ), BLDC

## Abstract
Brushless DC motor is applied in many field of industries, one of which transportation sector. The operation of BLDC  motor  need  a  speed  control  system  as  commutation  process  since  it  does  not  applied  any  brush.  This research using an Arduino nano as its microcontroller to regulate the switching driver mosfet with IR2103 type. This mosfet driver is used to trigger mosfet switching at iverter 3 phase circuit so that power from battery can flow to  BLDC  motor.  Mosfet  type  is  STP75NF75  with  Vds  75  Volt  and  Ids  80  Amps,  while  type  of  motor  used  is BLDC 350 watt and 36 Volt. The BLDC motor has Hall Effect sensor as rotor positioning detection. As for the commutation process, PWM is used as pulse modulation which is represented the motor speed and frequency of PIN default of Arduino. Speed earned is 224-340 rpm with power consumption of 20-21 Watts.
Keywords: Electric Bicycle, Speed Controller, PWM (Pulse Width Modulation), BLDC

## PENDAHULUAN
Pada  era  sekarang  teknologi  sudah  banyak berkembang  untuk  memenuhi  kebutuhan  manusia diberbagai bidang seperti transportasi, informasi dan komunikasi  serta  bidang  lainnya.  Pengembangan teknologi salah satunya ditujukan untuk mengoptimalkan  penggunaan  energi  bahan  bakar minyak (BBM) yang semakin menipis. Menurut BPS
tahun  2015  penggunaan  BBM  jenis  Premium mencapai 71733 barel [1]. Oleh karena itu dibutuhkan sumber  energi  alternatif  untuk  membantu  mengatasi krisis energi.
Salah  satu  bentuk  energi  adalah  energi  listrik. Energi  listrik  adalah  energi  pembawa  yang penggunaannya  saat  luas.  Energi  ini  hampir digunakan  pada  setiap  kegiatan  manusia,  mulai  dari pemakaian  industri,  rumah  tangga,  pertanian,  dan
Vol. 12 No. 2, October 2020, 116-121
e-ISSN: 2548-9228
komersial  untuk  menggerakkan  peralatan  mesin, penerangan,  dan  pemanasan  [2].  Oleh  karena  itu  di bidang  transportasi  dilakukan  pembuatan  sepeda listrik.  Sepeda  listrik  ialah  transportasi  darat  yang ramah  lingkungan  tanpa  polusi  udara.  Sepeda  listrik didesain  menggunakan  motor  DC  tanpa  sikat ( brushless ),  pengendali  kecepatan  motor  dengan mengatur  sinyal  PWM  ( Pulse  Width  Modulation ) sehingga  sepeda  listrik  mampu  dikendarai  secara lambat  maupun  cepat,  serta  menggunakan  baterai sebagai  penyimpanan  daya  untuk  menggerakkan motor.  Di  Politeknik  Negeri  Batam,  sepeda  listrik berfungsi  sebagai  bahan  penelitian  serta  mampu menjadi transportasi yang santai.

## DASAR TEORI
2.1 Motor Brushless DC Motor Brushless DC merupakan mesin penggerak  bertenaga  listrik  yang  populer  karena memiliki  kelebihan  dibanding  dengan  jenis  mesin penggerak bertenaga listrik lainnya. Kelebihan motor BLDC  adalah  dimensi  motor  lebih  kecil  daripada motor DC konvensional, efisiensi lebih besar daripada motor induksi.  Dengan tidak adanya sikat, perawatan menjadi  ringan  hampir  tidak  ada  noise.  Tanggapan motor BLDC lebih cepat, umur pemakaian lebih lama dan mempunyai rentang kecepatan yang lebar [3].
Motor  BLDC  perlu  diatur  kecepatannya  sesuai dengan  tanggapan  yang  diharapkan  berdasarkan kegunaanya  diberbagai  bidang  seperti  industri otomotif,  kesehatan,  transportasi,  otomasi  industri dan  instrumentasi  [3].  Bagian  -  bagian  dari  motor brushless DC, antara lain:
2.1.1 Stator
Stator  dari  motor  BLDC  menyerupai dengan  motor  induksi.  Tetapi  lilitannya  dibuat berbeda.  Motor  BLDC  mempunyai  tiga  gulungan stator dihubungkan secara bintang [4].

## Gambar 1. Stator [5]

## 2.1.2 Rotor
Rotor adalah bagian dari motor yang berputar  karena  adanya  gaya  elektromagnetik  dari stator.  Rotor  pada  motor  BLDC  hanya  tersusun  dari satu  buah  elektromagnet  yang  berada  diantara brushless (sikat) [4].

## Gambar 2. Rotor [5]

## 2.1.3 Hall Sensor
Komutasi  motor  brushless  DC  ini  diatur secara  elektronik  agar  motor  dapat  berputar.  Hall sensor ini sebagai pendeteksi pada bagian rotor yang ter- energize oleh  fluks  magnet  sehingga  proses komutasi  yang  berbeda  (enam  step)  dapat  dilakukan oleh  stator  dengan  tepat  karna  hall  sensor  ini menempel pada bagian stator motor [5].
Gambar 3. Hall Sensor [5] 2.1.4 Prinsip Kerja Motor Brushless DC
Prinsip kerja
motor BLDC sebenarnya  sama  dengan  motor  DC  konvensional namun  berbeda  pada  proses  komutasinya.  Motor BLDC  menggunakan  teknologi  elektronik  dalam proses  komutasinya,  yaitu  sensor  Hall  dan  kontroler [7].
Untuk lebih jelasnya dapat dilihat dari Gambar 4.

## Gambar 4. Skema Kerja Motor BLDC[7]
Pertama, hall sensor H1 dan H3 bernilai 1 karena mengalami  perubahan  medan  magnet.  Sehingga kontroler  mengalirkan  arus  pada  lilitan  B  dan  C. Lilitan  B  menjadi  kutub  utara  dan  lilitan  C  menjadi kutub selatan. Kutub utara oleh lilitan B memberikan tolakan  pada  kutub  utara  magnet  rotor,  sedangkan kutub  selatan  lilitan  C  menarik  kutub  utara  magnet rotor.
Langkah kedua, hanya sensor H1  yang bernilai “ high ”,  sehingga  kontroler  akan  menginstruksikan agar  lilitan  A  dan  B  harus  dialiri  arus.  Lilitan  A menghasilkan  kutub  selatan  dan  lilitan  B  tetap menghasilkan  kutub  utara.  Kutub  selatan  lilitan  A akan  menolak  kutub  selatan  pada  magnet  rotor. Sedangkan kutub utara lilitan B menolak kutub utara dari magnet rotor.
Langkah  ketiga,  sensor  H1  dan  H2  bernilai  1. Sehingga  kontroler  menginstruksikan  agar  lilitan  A dan C dialiri arus. Lilitan A tetap menghasilkan kutub selatan dan lilitan C menghasilkan kutub utara. Kutub selatan  lilitan  A  akan  menolak  kutub  selatan  dan menarik  kutub  utara  pada  magnet  rotor.  Sedangkan kutub  utara  lilitan  C  menarik  kutub  selatan  dari magnet rotor.
Langkah  keempat,  hanya  sensor  H2  yang bernilai 1. Sehingga kontroler menginstruksikan agar lilitan  B  dan  C  dialiri  arus.  Lilitan  B  menghasilkan kutub selatan dan lilitan C tetap menghasilkan kutub utara.  Kutub  selatan  lilitan  B  menolak  kutub  selatan pada  magnet  rotor.  Sedangkan  kutub  utara  lilitan  C menarik kutub selatan dari magnet rotor.
Langkah  kelima,  sensor  H2  dan  H3  bernilai  1.
Sehingga  kontroler  menginstruksikan  agar  lilitan  A dan B dialiri arus. Lilitan A menghasilkan kutub utara dan lilitan B tetap menghasilkan kutub selatan. Kutub utara lilitan A akan menolak kutub utara dan menarik kutub  selatan  pada  magnet  rotor.  Sedangkan  kutub selatan  lilitan  B  menolak  kutub  selatan  dari  magnet rotor.
Langkah  keenam  atau  terakhir  pada  siklus komutasi, hanya sensor H3 yang bernilai 1. Sehingga kontroler menginstruksikan agar lilitan A dan C dialiri arus.  Lilitan  A  tetap  menghasilkan  kutub  utara  dan lilitan  C  menghasilkan  kutub  selatan.  Kutub  utara lilitan  A  akan  menarik  kutub  selatan  dan  menolak kutub  utara  pada  magnet  rotor.  Sedangkan  kutub selatan  lilitan  C  menarik  kutub  utara  dari  magnet rotor.
Keenam proses di atas mengalami pengulangan hingga  membentuk  suatu  siklus.  Hal  inilah  yang menyebabkan  motor  terus  berputar  secara  kontinyu selama sumber arus DC masih ada [7].

## RANCANGAN SISTEM

## 3.1 Rancangan Penelitian
Rancangan  atau  tahapan  penelitian  untuk menjawab  perumusan  masalah  dari  tugas  akhir  ini adalah sebagai berikut:
1. Studi Literatur.
2. Penentuan spesifikasi komponen.
3. Perancangan kontroler dan inverter.
4. Pengujian kontroller dan inverter.
5. Analisis data dari hasil pengujian sistem.
6. Evaluasi  hasil  pengujian  serta  perbaikan sistem.
7. Penulisan  laporan  hasil  analisa  dan pembahasan.
Tahapan penelitian ini ditunjukkan dalam Gambar 5.
Study Literature / Pencarian bahan sesuai kebutuhan
Penentuan Spesifikasi Komponen
Desain/Perancangan Kontroller dan Inventer Pengujian Kontroller dan Inverter
Analisis Hasil Pengujian
Evaluasi Hasil Pengujian serta Perbaikan Desain Pembuatan Laporan Hasil Analisis dan Pembahasan
Gambar 5. Rancangan Penelitian

## HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Spesifikasi Motor yang Digunakan
Motor  listrik  yang  digunakan  adalah  motor brushless sensored dengan spesifikasi:
- Tegangan  : 36 Volt
- Daya
: 350 Watt
Gambar 6. Motor Brushless DC 36V/350W 4.2 Rancangan Perangkat Keras
Perangkat keras yang digunakan pada penelitian ini dapat ditunjukkan, sebagai berikut:
4.2.1 Sistem Kerja Perangkat Keras Dari  komponen  yang  sudah  dijabarkan  berikut perangkat  keras  yang  digunakan  pada  penelitian  ini dapat ditunjukkan pada Gambar 7, sebagai berikut:
Gambar 7. Sistem Kerja Perangkat Keras Throttle gas bekerja sebagai input arduino untuk selanjutnya dikirim ke mosfet driver yang menggerakkan inverter 3 fasa dengan bantuan baterai dan  menjalankan  motor  BLDC.  BLDC  akan mengirimkan sinyal melalui hall sensor yang diterima kembali oleh arduino.

## 4.2.2 Perancangan Mosfet Driver
Untuk  membantu  proses  pensaklaran  mosfet yang  ditrigger  dari  pin  PWM  arduino  dibutuhkan rangkaian  kendali  mosfet.  Penulis  menggunakan  IC tipe IR2103 sebagai pengendali pensaklaran dua buah mosfet  yang  dibutuhkan  inverter  3  fasa.  Spesifikasi dari IR2103, sebagai berikut:

## Gambar 8. Spesifikasi IR2103

## Gambar 9. Skematik Mosfet Driver
Pada  Gambar  9  dapat  dilihat  perancangan mosfet driver sebagai trigger mosfet yang on dan off. VCC  digunakan  12  volt  dan  ditambahkan  dioda  fast switching  tipe  IN4002  ke  pin  VB.  Pin  HIN dihubungkan ke pin PWM arduino untuk mengaktifkan  mosfet  high  side.  Sedangkan  pin  LIN dihubungkan ke pin digital arduino untuk mengaktifkan  mosfet  low  side.  C2  digunakan  untuk
filter  12  volt  dan  C5  digunakan  sebagai  bootstrap untuk pin HO.
4.2.3 Inverter 3 Fasa
Untuk  membangkitkan  daya  yang  mengalir  ke motor BLDC dapat dilihat pada Gambar 14.
Gambar 9. Skematik Inverter 3 Fasa
Agar motor brushless berputar dibutuhkan 6 kondisi pensaklaran dari inverter. Proses pensaklaran, sebagai berikut:

## Gambar 10. Pensaklaran Step 1
Pada step 1, saat kondisi hall sensor bernilai 100 maka S1 dan S6 akan aktif. Arus positif mengalir melalui S1 menuju  koil  U  dan  keluar  dari  koil  W  melalui  S6 menuju arus  negatif. Motor akan berputar 60 derajat searah jarum jam.
4.2.4  Pengujian  Kecepatan  Motor  dan Konsumsi Daya
Gambar 11. Komponen yang Digunakan
Gambar 12. Pengukuran Kecepatan

## Menggunakan Tachometer
Dalam  pengujian  kecepatan  yang  dilakukan penulis  mengatur  kecepatan  menggunakan throttle gas dan  didapatkan  beberapa data  kecepatan  dengan kondisi motor tanpa beban. Berikut hasil pengujian:
Tabel 1. Hasil Pengujian Kecepatan Motor
No.  Throttle Gas % Kecepatan (rpm) 1. 0 0 2. 25 234.6 3. 50 256.7 4. 75 281.3 5. 95 303.2
Dari  data  yang  ditampilkan  dapat  terlihat kenaikan kecepatan dari motor dengan kondisi trottler gas  berbanding  lurus.  Apabila throttle di  gas  25  % maka kecepatan motor 234.6 rpm, gas 50 % kecepatan motor 256.7, gas 75 % kecepatan motor 281.3 dan gas 95 % maka kecepatan motor 303.2 rpm.

## KESIMPULAN
Dari  hasil  pengujian,  didapatkan  kenaikan kecepatan  dari  motor  yang  berbanding  lurus  dengan kondisi throttle gas.  Apabila throttle di  gas  25  % maka kecepatan motor 234,6 rpm. Sedangkan saat di gas 95% maka kecepatan motor 303,2 rpm

## REFERENCES
[1] Badan Pusat
Statistik.
Internet:
https://www.bps.go.id/dynamictable/2016/0 1/28/1125/produksi-bahan-bakar-minyak-bb m-1996-2015.html [14 Feb 2019].
[2] International  Energy  Agency.  Internet: https://www.iea.org/publications/freepublic ations/pu
[3] blication/statistics_manual_indonesian.pdf
[14 Feb 2019].
[4] Agung  Dwi  Yulianta,  Sasongko  Pramono
Hadi, Suharyanto, “Pengendalian Kecepatan
Motor Brushless DC (BLDC)  menggunakan
Metode  Logika  Fuzzy”,  Jurnal  Sains, Teknologi dan Industri, Vol. 12, No. 2, Juni 2015, pp.248 – 254.
[5] Fauzan Rahman, “PENINGKATAN
KINERJA PENGEREMAN MOTOR BLDC PADA SEPEDA LISTRIK
BERBASIS  LOGIKA  FUZZY”.  Internet:
http://ejurnal.bunghatta.ac.id/index.php?jour nal=JFTI&page=article&op=view&path%5 B%5D=10352&path%5B%5D=8648,  2017 [10 Februari 2019].
[6] Nanang Masudi. “DESAIN CONTROLLER
MOTOR BLDC UNTUK MENINGKATKAN  PERFORMA  (DAYA OUTPUT)  SEPEDA  MOTOR  LISTRIK”.
Institut  Teknologi  Sepuluh  Nopember,
Surabaya, 2014.
[7] Benhur  Nainggolan,  Fadhilla  Inaswara,
Gilang  Pratiwi  dan  Hirzan  Ramadhan. “RANCANG BANGUN SEPEDA LISTRIK MENGGUNAKAN PANEL
SURYA  SEBAGAI  PENGISI  BATERAI”. POLITEKNOLOGI  VOL.  15  No.  3 SEPTEMBER 2016, pp.263-272.