## Efek  Duty Cycle Pwm  pada Pengendalian Kecepatan Motor BLDC 3 Phasa
Rozlinda Dewi
1 Jurusan Teknik Listrik, Fakultas Teknik, Universitas Batanghari
* Corresponding author, e-mail: rozlinda.dewi@gmail.com

## Abstrak
Dewasa ini hampir seluruh peralatan konveris listrik menjadi gerak manggunakan motor Brushless Direct Current (BLDC),  hal  tersebut  karena  motor  BLDC  memiliki  efesiensi  dan  densitas  energi  yang  tinggi dikarenakan tidak adanya sikat membuat motor BLDC cukup handal, pemeliharaan yang murah dan dapat digunakan untuk kecepatan tinggi. Penelitian ini lebih menekankan pada unit kontroller menggunakan IC DRV 11873  yang   mempunyai EVM ( Evaluation  Module) sebagai penambah kuat induksi  magnet pada belitan    motor  BLDC  ( stator )  dengan mode  duty  cycle  PWM(Pulse  Width  Modulation) ,  hasil  penelitian menunjukan  hubungan  antara  penambahan duty  cycle  PWM dan  penambahan  besar  tegangan  catu  daya (V)  yang  diberikan  pada  motor  BLDC  3  Phasa  terhadap  perubahan  kecepatan  motor  (RPM).  Melalui perhitungan  koefisien  determinasi  (R 2 )  tiap  hasil  percobaan  antara  perubahan  tegangan  catu  daya  (V) terhadap  kecepatan  (RPM)  didapat  0,998    dan  hasil  perhitungan  koefisien  determinasi  (R 2 )  perubahan duty cycle sinya l  PWM terhadap kecepatan (RPM) didapat 0,996 .
Kata Kunci : DRV 11873, Kecepatan (RPM), duty cycle PWM

## Abstract
Nowadays  almost  all  electric  convertible  equipments  are  in  motion  using  Brushless  Direct  Current (BLDC) motors, because BLDC motors have high efficiency and energy density because the lack of brush makes  BLDC  motors  reliable  enough,  maintenance  is  cheap  and  can  be  used  for  high  speed.  This research  is  more  emphasized  on  the  controller  unit  using  DRV  11873  IC  which  has  EVM  (Evaluation Module)  as  strong  magnetic  induction  enhancer  in  BLDC  motor  winding  (stator)  with  Pulse  Width Modulation (PWM) duty cycle mode, the result of research shows the relationship between the addition of duty cycle PWM and the addition of a large supply voltage V (V) given to the 3 phase Phas motor BLDC to  the  motor  speed  change  (RPM).  Through  the  calculation  of  coefficient  of  determination  (R2)  each experimental results between the change of power supply voltage (V) to the speed (RPM) obtained 0.998 and  the  calculation  of  coefficient  of  determination  (R2)  change  duty  cycle  PWM  signal  to  the  speed (RPM) 0.996.
Keywords : DRV 11873, Speed (RPM), PWM duty cycle

## 1. PENDAHULUAN
Dilihat dari aspek
teknologi, perkembangan motor listrik DC telah mengalami perkembangan sampai pada Brushless  Direct  Current (BLDC).  Sejarah perkembangan  motor  BLDC  diawali  dengan ditemukannya  magnet  permanen  pada  tahun 1980-an,  pada  akhir  tahun  1980-an  Robert  E. Lordo  dari POWERTEC Industri Corporation menciptakan motor BL DC dengan ukuran lebih besar dari sebelumnya yang telah dikembangkan,  Kekuatan  yang  dimiliki  hampir mencapai  sepuluh  kali  kekuatan brushless Direct  Current motor  yang  sebelumnya. Aplikasi motor ini diterapkan dikembangkan di industri  sebagai  motor  linear,  motor  servo
sebagai mesin servo atau penggerak pada robot, aktuator untuk robot di industri[1].
Pada  saat  ini  hampir  semua  peralatan  yang menggunakan  konversi  listrik  menjadi  gerak, telah memanfaatkan motor BLDC. Hal tersebut karena  BLDC  memiliki  efisiensi  dan  densitas energi  yang  tinggi.  Tidak  adanya  sikat  juga membuat motor BLDC cukup handal, pemeliharaan  yang  murah  dan  dapat  digunakan untuk  kecepatan  tinggi.  umumnya  pada  motor BLDC  untuk  pengaturan  kecepatan  korelasi frekuensi PWM pengaturan duty  cycle sangat berperan  pada  perubahan  kecepatan  rangkaian kontrol speed  drive ,  dimana  pada  rangkaian kontrol speed  drive dipengaruhi  oleh  besarnya catu  daya  listrik  untuk  memberikan  konsumsi pada  motor  BLDC.  Pada  penelitian  ini  sampel
yang  menjadi  objek  penelitian  adalah  seberapa besar  perubahan  duty  cycle  mempengaruhi perubahan    kecepatan  motor  BLDC  dan seberapa besar perubahan catu daya
mempengaruhi kecepatan motor BLDC, variansi dari masing-masing perubahan dilakukan dengan uji beda.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA
Motor  BLDC  memiliki  struktur  pada  rotor terdapat  magnet  permanen  dengan  kutup  yang berselang-seling  sementara  stator  tersusun  dari kumparan  yang  terbagi  dalam  tiga  bagian dengan  pola  yang  sesuai  dengan  pola  magnet permanen,  ketiga  bagian  kumparan  tersebut akan dibentuk menjadi sambungan bintang atau delta,  untuk  mendapatkan  putaran  motor  maka stator  pada  motor  BLDC  perlu  mendapatkan catu daya listrik yang sesuai untuk menimbulkan  medan  maget    sehingga  kutup magnet  permanen  pada  rotor  motor  BLDC mendapatkan  gaya  tolak  yang  diakibatkan kumparan  stator,  Pola  pengkontrolan  catu  daya pada  setiap  kumparan  motor  BLDC  adalah dengan  mengubah  sumber  daya  DC  menjadi daya dalam bentuk sinyal pulsa-pulsa.

## 2.1 Cara Kerja Motor BLDC 3 phasa
Motor  BLDC  dapat  bekerja  ketika  stator yang  terbuat  dari  kumparan  diberikan  arus  3 phasa,  akibat  arus  yang  melewati  kumparan pada stator maka timbul induksi  magnet (B) :
𝐵 = 𝜇𝑁𝐼 2𝐿 ............................................ (2.1)
dimana:
B = induksi magnet ( Tesla) µ  = permeabilitas ruang hampa (4π10 -7
Wb/A)
N = adalah jumlah lilitan
I  = adalah Arus (A) L = adalah panjang lilitan (m)
karena  arus  yang  diberikan  berupa  arus  AC 3  phasa,  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  maka  terjadi  medan  putar  dengan kecepatan (𝜇 𝑠 ) sebesar :
𝜇 𝑠 = 120 𝑓 𝑃 ......................................(2.2)
dimana : µ s = kecepatan (RPM) f   = frekuensi arus input (Hz) p  = jumlah kutup
kontruksi rotor dan stator (phasa A, Phasa B dan  Phasa  C)  motor  BLDC  diperlihatkan  pada gambar 1. dibawah.
Gambar 1. Kontruksi Motor BLDC[2]

## 2.2 Topologi Rangkaian Driver Tiga Phasa
Untuk  mendapatkan  putaran  pada  motor BLDC  maka  diperlukan  rangkaian  driver  tiga phasa  untuk  masing-  masing  kumparan  motor, topologi dari rangkaian driver seperti ditunjukan pada gambar 2. dibawah.
Gambar 2. Topologi Rangkaian Driver 3 Phasa. dari  gambar  2.  diatas,  komponen  saklar  daya membutuhkan  sinyal PWM untuk  mencacah gelombang  DC  dari  catu  daya  sehingga  akan membentuk  gelombang  AC  3  phasa  untuk
memutar  motor  BLDC.  Adapun  bentuk  dari sinyal PWM satu  phasa  ditunjukan  seperti gambar  3.  dibawah.  Sinyal  PWM  merupakan mode  pensaklaran  pada  komponen  saklar  daya untuk  membentuk  keluaran  3  phasa  yang dikonsumsi  motor  BLDC  3  phasa.  Mode pensaklaran diperlihatkan pada tabel 1 dibawah.
Gambar 3. Sinyal PWM [3]
secara  matematis  persamaan  dari  sinyal PWM dapat ditulis:
𝑇 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑇 𝑜𝑛 + 𝑇 𝑜𝑓𝑓 .......................... (2.3)
𝐷 = 𝑇 𝑜𝑛 𝑇 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 .......................................... (2.4) 𝑉 𝑜𝑢𝑡 = 𝐷 𝑥 𝑉 𝑖𝑛 .................................. (2.5)
𝑉 𝑜𝑢𝑡 = 𝑇 𝑜𝑛 𝑇 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑥𝑉 𝑖𝑛 .............................. (2.6)
Dengan : T on = waktu pulsa high T off = waktu pulsa low
D = duty cycle adalah lama nya pulsa high dalam satu priode

## 2.2.1 Mode Pensaklaran PWM
Dari gambar 2 diatas dapat terdapat 6 buah saklar  daya  masing-masing  3  batas  atas  dan  3 batang  bawah,  3  batas  atas  terdiri  dari  S1,  S3 dan  S5  sedangkan  batas  bawah  terdiri  dari  S2, S4 dan  S6. pola pensaklaran diperlihatkan pada tabel 1 dibawah .
Tabel 1. Mode Pensaklaran BLDC 3 Phasa[4]
S1 S3 S5 S2 S4 S6 ON OFF OFF OFF ON OFF ON OFF OFF OFF OFF ON OFF ON OFF ON OFF OFF OFF ON OFF OFF OFF ON OFF OFF ON ON OFF OFF OFF OFF ON OFF ON OFF

## 3. METODOLOGI
Penelitian ini dilakukan dengan uji perangkat  keras  menggunakan  motor  BLDC
kapasitas  12V/1,8A  3  phasa,  sedangkan  Driver set  menggunakan adjustable  PWM brussless (5V - 16V)/1,8A (DRV11873).

## 3.1. Perancangan dan Pengambilan Data
Pada  penelitian  ini  berdasarkan  dari  prinsip kerja  motor  BLDC,  parameter-parameter  yang mempengaruhi besar kecepatan (RPM) adalah : sinyal  Pulsa  dan  kapasitas  tegangan  Catu  daya (Volt).  sinyal  pulsa  merupakan  E valuation Module (EVM)  pada  driver  set  DRV  11873 untuk  tambahan  tenaga  pada  bilitan  motor  atau menambah  kuat  induksi  magnet  (B)  yang dibangkitkan sedangkan tegangan catu daya (V) adalah  besar  potensial  tegangan  yang  diberikan pada belitan motor BLDC 3 Phasa, diagram alur penelitian  diperlihatkan  seperti  gambar  4. dibawah.
Motor BLDC Driver Set Setting Duty Cycle PWM Setting Variasi Catu Daya Data diambil ? Mulai Data kecepatan Kecepatan (RPM) Kecepatan (RPM) Data diambil ? Data kecepatan tidak ya tidak ya Uji Beda Karakteristik Selesai PWM Catu Daya

## Gambar 4. Alur Penelitian

## 3.2. Pengolahan data
Data  yang  diolah  adalah  membandingkan antara  besar  duty cycle sinyal PWM terhadap peubahan  kecepatan  motor  BLDC  (RPM)  dan
perubahan  besar  tegangan  catu  daya  (V) terhadap  perubahan  kecepatan  motor  BLDC (RPM),  dengan  asumsi  perubahan duty  cycle sinyal  pulsa    dan  perubahan  besar  catu  daya yang  diberikan  akan  dijadikan  variabel    pada penelitian.

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Unjuk kerja perangkat keras pada penelitian ini  adalah  memaksimalkan  kecepatan  dari Motor BLDC dan seberapa besar perubahannya terhadap  input  pengerak  yang  diberikan (tegangan  dan duty  cycle ). Driver set  yang digunakan  untuk  mengerakan  motor  BLDC  3 phasa ditunjukan pada gambar 8 dibawah.
Gambar 8. Topologi Rangkaian Driver 3 Phasa[5].
Driver DRV  11873  adalah driver motor BLDC  3  phasa  tanpa  sensor,  DRV  11873 merupakan  sebuah  chip  yang  mempunyai  16 kaki  dimana  masing-masing  kaki  mempunyai fungsi dan karakteristik sesuai dengan konfigurasinya.  Untuk  mendapatkan  putaran motor, kaki 1 (FS) dihubungkan ke ground akan mendapatakan putaran rendah dan jika diberikan  tegangan  5  volt  melalui  resistor  pull up  (10  kΩ)  akan  mendapatkan  putaran  tinggi  , kaki  2  (FG)  adalah  frekuensi  generator  pada penelitian ini dihubungkan ke sumber tegangan 5 volt melalui resistor pull up (100 kΩ), kaki 3 (RD)  adalah  deteksi  putaran  pada  motor  dari driver pada  penelitian  ini  dihubungkan  ke sumber tegangan 5 volt melalui resistor pull up (100 kΩ), kaki 14 (CS) adalah sensor arus pada
penelitian  ini  dihubungkan  ke  ground  melalui resistor  (4,7  kΩ),  kaki  12  (V5)  adalah  kaki sumber  logik  dari  chip  IC  DRV  11873  pada penelitian ini dberikan sumber tegangan 5 volt, kaki 11 (VCC) adalah tegangan catu daya yang diberikan  untuk  motor  BLDC  melalui  chip DRV  11873  variasi  besar  tegangan  yang  dapat diberikan  adalah  5  Volt  sampai  16  Volt    dan kaki 16 (PWMIN) adalah masukan sinyal PWM dengan  frekuensi  25Khz  pada  penelitian  ini sinyal PWM dibangkitkan menggunakan IC TL 494 dengan duty cycle 5% - 95 %.

## 4.1. Tegangan (volt) vs Kecepatan(RPM)
Pengamatan terhadap besar kecepatan motor BLDC  3  phasa  terhadap  perubahan  kenaikan tegangan  catu  daya  (V)  adalah  dengan memberikan  variasi  tegangan  (Volt)  pada  kaki 15  (VCC)    DRV  11873  ( driver set),  hasil penelitian    diperlihatkan  pada  tabel  1  dibawah, dimana  dalam  pengambilan  data duty  cycle sinyal PWM pada unit driver set disetting 50 % konstan,  kemudian  tegangan  catu  daya  (V) yang masuk sebesar 5 volt dan dinaikan dengan variasi  penambahan  sebesar  2  Volt  setiap pengambilan data kecepatan motor BLDC. Tabel 2. Parameter Catu Daya dan Kecepatan NO Catu Daya (V) Kecepatan (RPM) 1 5 11300 2 7 14500 3 9 16400 4 11 18700 5 13 20600
dari  tabel  diatas  dibuat  grafik  lengkug kecepatan  motor  BLDC  untuk  mendapatkan koefisien  determinasi  dari  setiap  pengambilan data yang didapat, grafik lengkung  tegangan vs kecepatan diperlihatkan pada gambar 5 dibawah.

## Gambar 5. Grafik lengkung Tegangan vs Kecepatan

## 4.2.  Duty Cycle vs Kecepatan(RPM)
Pengamatan terhadap besar kecepatan motor BLDC  3  phasa  terhadap  perubahan duty  cycle sinyal PWM diperlihatkan  pada  tabel  1 dibawah, dimana dalam pengambilan data besar tegangan catu daya (V)  yang diberikan sebesar 5 Volt, sedangakan duty cycle sinyal PWM pada unit driver set disetting mulai dari 15% dengan variasi  penambahan duty  cycle sebesar  20  % tiap  pengambilan  data  kecepatan,  bentuk gelombang  sinyal PWM yang  dihasilkan  dari unit  d river set  masing-masing  ditunjukan  pada gambar 6 dibawah.
(a) Duty Cycle 15%
(b) Duty Cycle 35%
(c) Duty Cycle 55%
(d) Duty Cycle 75%
(e) Duty Cycle 95%
Gambar 6. Duty Cycle Sinyal PWM
Tabel 3. Parameter Duty Cycle dan Kecepatan
NO Duty Cycle (%)  Kecepatan (RPM) 1 15 3000 2 35 6500 3 55 11400 4 75 15700 5 95 17800
dari  tabel  diatas  dibuat  grafik  lengkug kecepatan  motor  BLDC  untuk  mendapatkan koefisien  determinasi  dari  setiap  pengambilan data yang didapat, grafik lengkung duty cycle vs kecepatan diperlihatkan pada gambar 7 dibawah.
Gambar 7. Grafik lengkung Duty Cycle vs
Kecepatan

## 5. SIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian dapat disimpulkan sebagai berikut: 1. Perubahan kecepatan (RPM) dengan penambahan besar tegangan (V) mempunyai koefisien  determinasi  (korelasi)  yang  lebih besar  dibandingkan  dengan  perubahan kecepatan  dengan  penambahan  besar duty cycle sinyal PWM.
2. Untuk  perancangan  pengaturan  kecepatan motor  BLDC  3  phasa  lebih  efektif  dengan pengaturan  besar duty  cycle sinyal  PWM pada  besar  tegangan  catu  daya  (V)  tertentu untuk  memberikan  konsumsi  daya  yang lebih kecil.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Abe Dharmawan, 2009, Pengendalian Motor Brushless DC dengan Metode PWM Sinusoidal
menggunakan  Atmega  16,  skripsi,  Fakultas Teknik Universitas Indonesia, Depok
[2] Cosmas Tatenda .K., Vlnukumar .L, &Nurul Shahrizan.S, Effect  Of  Pulse  Width  Modulation On  DC  Motor  Speed ,  International  Journal  of
Student Research In Technology &
Management., Vol 5 , no. 2, pp. 42-45, 2017.
[3] Texas Instrumen, 2013, Sensorless Trapezoidal Control of BLDC Motors. www.ti.com, (Diakses 26/01/2017 pukul 11.13WIB).
[4] mps, 2014, Brushless DC Motor Fundamental Application Note, www.MonolithicPower.com, (Diakses
23/05/2017 pukul 11.19 WIB)
[5] Texas  Instrumen,  2017,  DRV  11783 datasheet, www.ti.com/product/DRV11873, (Diakses 26/10/2017 pukul 16.10WIB).