BLDC Motor (Brushless Direct Current Motor)
Pada kesempatan ini saya akan membahas BLDC Motor(Brushless Direct Current Motor) karena jenis motor listrik yang paling banyak digunakan akhir-akhir ini adalah Bushless DC (BLDC) Motor dimana motor DC ini tidak menggunakan Brush (sikat) untuk proses komutasi.
Perkembangan BLDC motor dimulai sejak tahun 1962 oleh T.G. Wilson dan P.H. Trickey. Perkembangan selanjutnya pada kisaran 1980-an, yaitu ketika magnet permanen mampu diproduksi secara massal. Pada masa itu, Robert E. Lordo mampu membuat BLDC motor yang mempunyai daya sepuluh kali lebih besar daripada sebelumnya. BLDC motor sangat cocok untuk diaplikasikan pada produk yang menuntut reliabilitas dan efisiensi yang tinggi. Secara umum, dapat dikatakan bahwa BLDC motor dapat menghasilkan torsi yang besar dan mempunyai range RPM yang tinggi. BLDC motor merupakan salah satu jenis motor sinkron dimana medan magnet yang dihasilkan oleh stator dan medan magnet yang dihasilkan oleh rotor berputar pada frekuensi yang sama.
Keuntungan motor ini di banding motor DC yang menggunakan brush adalah sebagai berikut:
Ø Efisiensi Tinggi.
Ø Tidak ada kehilangan tegangan oleh cincin komutator dan brushes.
Ø Hemat Biaya Perawatan.
Ø Perbandingan Torsi-Ukuran Lebih Besar.
Ø Polusi Suara yang Lebih Rendah.
Ø Pendinginan yang Lebih Mudah.
Ø Tidak Terjadi Bunga Api.
Oleh karena itu BLDC motor banyak digunakan pada teknologi otomasi mutakhir, seperti: otomasi industri manufaktur maupun otomasi non-manufaktur (Robot, UAV, ROV, aeromodeling, hingga RC cars). Konstruksi yang sangat simpel menjadi pertimbangan pemakaian BLDC motor pada pengembangan bidang otomasi tersebut. Selain itu, mobil listrik maupun mobil hybrid yang menjadi trend akhir-akhir ini, juga menggunakan BLDC motor sebagai tenaga penggerak karena mempunyai efisiensi yang sangat besar hingga mencapai 95%. BLDC motor juga digunakan pada motor penggerak hardisk yang membutuhkan kecepatan serta ketahanan yang tinggi dan juga sebagai motor penggerak sepeda elektrik.
Dengan artikel ini penulis berharap pembaca bisa memahami apa itu BLDC motor dan cara kerjanya sehingga jika mempunyai sepeda elektrik atau lainnya yang menggunakan BLDC motor pembaca bisa memperbaiki sendiri sehingga bisa menghemat biaya perbaikan.
Berikut ini adalah bagian bagian itama BLDC motor
komponen utamanya adalah:
Stator
Stator adalah bagian motor yang diam/statis dimana fungsinya sebagai medan putar motor untuk memberikan gaya elektromagnetik pada rotor sehingga motor dapat berputar. Stator pada BLDC motor hampir sama dengan stator motor listrik konvensional, hanya berbeda pada lilitannya. Stator terbuat dari tumpukan baja yang dilaminasi dan berfungsi sebagai tempat lilitan kawat. Lilitan kawat pada BLDC motor biasanya dihubungkan dengan konfigurasi bintang atau Y.
Rotor
Rotor adalah bagian motor yang berputar karena adanya gaya elektromagnetik dari stator. Rotor pada motor BLDC berbeda dengan rotor pada motor DC konvensional yang hanya tersusun dari satu buah elektromagnet yang berada di antara brushes (sikat). Rotor terdiri dari beberapa magnet permanen yang saling direkatkan dengan epoxy, serta jumlahnya dapat di-variasikan sesuai dengan desain. Jumlah kutub magnet berbanding lurus dengan torsi motor, namun berbanding terbalik dengan RPM. Semakin banyak jumlah kutub magnet pada rotor, semakin tinggi pula torsi yang akan dihasilkan, namun konsekuensinya RPM motor akan turun
Selain itu, torsi juga dipengaruhi oleh besar kecilnya dari “densitas fluks magnet”. Semakin besar densitas fluks magnet, semakin besar pula torsinya. Oleh karena itu, diperlukan material yang mempunyai sifat magnetis yang bagus untuk membuat magnet permanen dapat menghasilkan fluks magnet dengan kerapatan yang tinggi. Sebelumnya, logam ferrit dipilih karena mempunyai sifat magnetis yang cukup bagus dan juga harganya murah. Namun seiring kemajuan teknologi material, didapatkan material yang memiliki sifat magnetis yang sangat bagus seperti “Neodymium (Nd)”. Logam ferrit mulai ditinggalkan karena mempunyai densitas fluks yang lebih rendah daripada Neodymium, sehingga untuk mendapatkan perbandingan “Size to Weight” yang besar, para engineer motor listrik menggunakan logam seperti Neodymium, sehingga bobot motor dapat berkurang secara drastis.
Sensor Hall
Berbeda dengan motor listrik DC konvensional, sistem komutasi dari motor BLDC harus diatur secara elektronik karena lilitan kawat pada stator harus dinyalakan-dimatikan (on-off) atau di-energize secara berurutan dan teratur. Oleh karena itu, dibutuhkan sensor yang dapat memberikan informasi secara presisi kepada kontroler untuk mengatur lilitan mana yang harus dialiri listrik.
Motor BLDC menggunakan tiga sensor Hall yang dipasang dengan jarak 120o pada stator untuk mendeteksi bagian rotor yang mana akan terimbas oleh fluks magnet. Sensor Hall adalah suatu transduser yang menghasilkan tegangan bervariasi ketika terjadi perbedaan medan magnet. Ketika rotor berputar, perubahan besar medan magnet antara magnet permanen dan gaya elektromagnetik dari lilitan kawat akan dideteksi oleh sensor Hall sebagai input kontroler. Sehingga proses komutasi dapat berjalan secara simultan dan kontinyu.
Rangkaian Kontroler Dan Driver
Kontroler pada motor BLDC ibarat otak pada manusia. Tugas kontroler antara lain mengatur proses komutasi. Setelah mendapat input dari sensor, kontroler dapat menentukan lilitan mana yang harus dialiri listrik agar motor dapat berputar. Selain itu, kontroler juga berfungsi sebagai pengatur tegangan input pada motor, sehingga kecepatan putar motor dapat berubah-ubah sesuai keinginan pengguna. Sedangkan driver merupakan rangkaian yang berada dalam kendali kontroler yang berfungsi sebagai pembantu kontroler dalam proses komutasi.
CARA KERJA BRUSHLESS MOTOR DC
Cara kerja pada motor BLDC cukup sederhana, yaitu magnet yang berada pada poros motor akan tertarik dan terdorong oleh gaya elektromagnetik yang diatur oleh driver pada motor BLDC. Hal ini membedakakn motor BLDC dengan motor DC yang menggunakan sikat mekanis yang berada pada komutator untuk mengatur waktu dan memberikan medan magnet pada lilitan. Motor BLDC ini juga berbeda dengan motor AC yang pada umumnya menggunakan siklus tenaga sendiri untuk mengatur waktu dan memberi daya pada lilitan. BLDC dapat memberikan rasio daya dan beban yang lebih tinggi secara signifikan dan memberikan efisiensi yang lebih baik dibandingkan motor tanpa sikat tradisional.
Pada prinsip dasar medan magnet adalah kutub yang sama akan saling tolak menolak sedangkan apabila berlainan kutub maka akan tarik menarik. Jadi jika kita mempunyai dua buah magnet dan menandai satu sisi magnet tersebut dengan north (utara) dan yang lainnya south (selatan), maka bagian sisi north akan coba menarik south, sebaliknya jika sisi north magnet pertama akan menolak sisi north yang kedua dan seterusnya apabila kedua sisi magnet mempunyai kutub yang sama .
Prinsip mengenai kutub magnet tersebut dapat diterapkan dalam prinsip kerja motor BLDC. Secara umum motor BLDC memiliki medan magnet permanen pada rotor dan magnet yang berasal dari gaya elektromagnet (magnet yang ditimbulkan dari pemberian input arus listrik) pada bagian kumparan stator.
Pada motor BLDC, kontroler berfungsi untuk mengatur arus masukan yang harus dialirkan ke kumparan stator untuk dapat menimbulkan medan elektromagnet yang sesuai untuk memutar rotor. Hal inilah yang menjadi pembeda dengan motor DC konvensional, dan menggantikan kerja komutasi mekanisnya.
Magnet permanen pada motor BLDC dilengkapi dengan kumparan tiga fase. Kumparan-kumparan tersebut terletak di bagian stator. Magnet bergerak terletak di stator. Fase kumparan diaktifkan dengan penyesuain gerakan rotor. Rotasi berbasis rotasi medan magnet diilustrasikan pada Gambar dibawah, bagian kiri adalah fase pergerakan dan bagian kanan adalah fase eksitasi. Fluks stator dihasilkan pada saat fase eksitasi, dan fluks rotor dihasilkan oleh magnet permanen.
Demikan cara kerja motor BLDC semoga bermanfaat.
Khoirul Aminin, ST
