Brushless Motor dan Spesifikasinya


Sebelum lebih jauh membicarakan mengenai “brushless-motor”, mungkin ada rekan2 yang bertanya bagaimana sebenarnya electrik-motor bisa berputar/bekerja? Untuk itu saya akan coba memberikan contoh mengenai prinisip dari motor listrik sederhana yang menggunakan dua kutub (two pole) dan dialiri arus searah (DC).

 Pada motor ini terdapat enam bagian penting yang bisa kita ingat : Rotor, Commutator,  Brushes,  Axle (sumbu), Field Magnet (medan magnet) dan DC power supply (arus DC). Motor  menggunakan magnet untuk menghasilkan gerakan (putaran). Mungkin jika kita ingat dulu pernah  bermain dengan magnet maka masih ingat hal mendasar dari sifat magnet itu sendiri :  kutub yang  sama akan saling tolak menolak dan yang berlainan akan tarik-menarik. Jadi jika  kita punya dua  buah magnet dan menandai satu sisi magnet tersebut dengan “north” (utara) dan  yang lainnya dengan  “south” (selatan), maka bagian sisi “noth” akan coba menarik “south”,  sebaliknya sisi “north” magnet  yang pertama akan melawan/menolak sisi “north” magnet kedua  dan seterusnya. Di dalam sebuah  elektrik motor kondisi saling “tarik-menarik” dan  “tolak-menolak” ini akan menghasilkan gerakan  berputar atau sering disebut sebagai rotational  motion. Pada gambar ini kita dapat melihat dua  buah magnet pada motor. Rotor adalah sebuah  elektro magnet (magnet yang dihasilkan dari arus  listrik) sedangkan sebagai medan magnet  digunakan magnet yang permanen.

 
 Jika arus DC mengalir, maka rotor akan berputar 180 derajat karena perbedaan kutub antara “electro-magnet”  dan “permanent-magnet”. Untuk membuat agar “rotor”  tetap berputar maka kutub di elektro-magnet perlu diubah, hal ini akan dilakukan oleh “brushes”.  Bagian “brushes” ini  menempel pada dua buah elektroda yang berputar pada “rotor” dan mengubah   polaritas magnet pada elektro magnet pada saat berputar. Permanen magnet pada dasarnya tetap pada posisinya dan tidak berubah,  oleh karena itu  disebut sebagai “Stator“, sedangkan elektro-magnet berputar, maka disebut “Rotor“.

Memang “brushed” motor pada prinsipnya sangat sederhana dan mudah untuk dibuat/diproduksi, tapi mempunyai beberapa kelemahan :

  • “Brushes” lama kelamaan akan menjadi rusak.
  • Karena “brushes” memutus dan menghubungkan koneksi, maka akan menimbulkan “storing/electrical noise“.
  • Brushes membatasi kecepatan maximum dari motor.
  • Karena posisi “electromagnet” ada di tengah2 (rotor), maka pendinginan motor menjadi lebih sulit.
  • Penggunaa “brushes” juga berarti membatasi jumlah kutub magnet yang dapat diinstalasi.

Dengan majunya teknologi dan harga barang-barang elektronik yang turun, terutama transistor, maka menjadi mungkin untuk “memindahkan putaran motor
keluar” dan menghilangkan penggunaan “brushes” dan kita menyebutnya dengan “brushless motor“. Motor jenis ini mempunyai permanen magnet pada bagian “rotor” sedangkan elektro-magnet pada bagian “stator”-nya. Setelah itu, dengan menggunakan sebuah rangkaian sederhana (simpel computer system), maka kita dapat merubah arus di eletro-magnet ketika bagian “rotor”-nya berputar.

    

Untuk lebih memperjelas, dapat dilihat dari sebuah “brushless motor” berikut ini yang dibongkar bagian dalamnya. Gambar kanan memperlihatkan bagian “rotor” yang dilengkapi dengan 14 kutub susunan magnet yang berbentuk persegi panjang. Kalau diperhatikan lebih teliti terlihat bahwa potongan2 magnet tersebut dilem menggunakan semacam “epoxy” berwarna abu2 tua.

   

Sekarang kita dapat melihat bagian “stator”-nya. “Stator” ini mempunyai model 12 “gigi” (dapat dihitung pada jumlah paket gulungannya) diatas semacam “coating” (lapisan) warna hijau dimana gulungan ini dipasang.

“Brushless Motor” mempunyai banyak keuntungan dibandingkan dengan tipe motor yang biasa (brushed) :

  • Karena bukan “brushs” tetapi rangkaian komputer kecil yang mengontrol perpindahan arus, maka arus tersebut akan bisa lebih akurat (presisi). Komputer juga dapat mengatur kecepatan motor lebih baik sehingga membuat “brushless motor” lebih efisien.
  • Tidak adanya storing/electrical noise.
  • Tidak menggunakan “brushes” yang dapat rusak setelah lamanya pemakaian.
  • Dengan posisi “electromagnets” di bagian “stator”, maka pendinginan motor menjadi lebih mudah..
  • Jumlah “electromagnets” di stator dapat sebanyak mungkin untuk mendapatkan kontrol yang lebih akurat..

Satu kerugian dari “brushless motor” adalah harganya yang relatif masih agak tinggi dibandingkan dengan “brush motor”, namun ini bisa terbayarkan nantinya karena “brushless motor” mempunyai tingkat efisiensi yang tinggi dan lebih tahan lama.   Lalu bagaimana cara kita memilih “brushless motor”, ESC dan LiPo baterai yang tepat untuk model RC? Berikut dibawah ini adalah penjelasan dasar  mengenai pengertian elektronik dan cara penyesuaiannya di pesawat model/glider :

Apakah “Watt”?

Para aeromodeller pemula (kebanyakan) ingin langsung menerbangkan pesawat model tanpa perlu tahu mengenai segala sesuatu yang berhubungan dengan sistem elektronik pesawat. Ini memang bisa saja dilakukan, terutama jika kita membeli pesawat2 rc kecil (contoh : sekarang banyak dipasaran, model heli dengan baling2 ganda yang mudah diterbangkan), tapi kalau kita ingin suatu saat menerbangkan jenis yang lebih “serius” dengan kemampuan terbang yang jauh lebih baik, seperti elektrik glider, rc flight dengan 2m rentang sayap, heli elektrik dengan system 6 channel…dll, maka cepat atau lambat kita harus mulai “berkonfrontasi” dengan sistem elektroniknya. Sebenarnya hanya dengan sedikit tahu mengenai “ampere”, “volt” dan “watt” akan membuat hobby ini lebih menarik, dimana kita dapat memilih motor yang sesuai, baterai yang cocok untuk “set-up” pesawat yang sudah ditentukan sebelumnya, ataupun berapa lama pesawat tersebut dapat terbang. Analogi mengenai arus listrik secara sederhana dapat digambarkan demikian; bayangkan jika air mengalir dari dataran tinggi ke sungai melalui sebuah pipa besar. Kekuatan dari mengalirnya air adalah tekanan
air itu sendiri. Pipa yang besar dapat mengalirkan air lebih banyak ke sungai dengan tekanan air yang rendah, sedangkan pipa kecil akan mengalirkan air dengan tekanan yang lebih besar (seperti bermain pistol air). Lalu apa hubungannya semua ini dengan arus listrik? Untuk membuatnya lebih mudah kita bisa dapat membayangkan “Volt” sebagai tekanan listrik dan “Ampere” sebagai arusnya. 

Voltage (V) = (tekanan)/tegangan listrik, Ampere (A) = arus listrik.

Untuk mendapatkan total “daya (Power)” yang dihasilkan, maka kita hanya perlu mengalikan kedua satuan tersebut :  W = V x A (Watt = Volt x Ampere). Jadi sebenarnya “Watt” tersebut adalah daya (power) yang dihasilkan oleh “tegangan” dan “arus” listrik untuk menggerakkan baling2 (propeller) pesawat, serta memberikan tenaga sehingga pesawat dapat terbang ke udara.

W = V x A (Watt = Volt x Ampere)

Peraturan “450 grams per Watt”

Rekan2 tidak tahu cara memilih motor yang sesuai untuk pesawat model? Hal mendasar yang boleh kita ingat adalah peraturan “watts per pound”. Namun menurut saya, melakukan kalkulasi menggunakan peraturan “watts per pound” ini tidak terlalu membawa hasil, karena satuan “pound” sendiri agak jarang terdengar di Indonesia, jadi sebaiknya kita gunakan istilah “watts per 450 grams”. Anda sekarang harus mengira berapa berat total pesawat pada saat “ready to fly”, artinya disini sudah termasuk motor dan baterai pesawat. 50 watts per 450 grams berat pesawat sudah dapat membuat pesawat terbang. Ini adalah “power” yang digunakan untuk model “Slow-Fly”. Dengan 100 watts per 450 grams, pesawat sudah mempunyai kemampuan terbang yang baik (sport performance). Jika 150 watts (atau lebih) per 450 grams berat pesawat, ini sudah memberikan kemampuan pesawat untuk dapat terbang “vertikal”!! Ini semua adalah pandangan secara garis besar saja dan berlaku untuk model pesawat yang umum. Sebagai contoh : Jika berat total pesawat adalah 712.5gr, maka 712.5/450 = 1.583, dan kita ingin membuat pesawat mampu untuk melakukan “sport performance”, karena kita tahu bahwa diperlukan 100W per 450gr-nya, maka 1.583 x 100 = 158.3W, berarti kita memerlukan motor yang paling tidak dapat menghasilkan daya sebesar 158.3 Watt.

The Thrust to Weight Ratio

Kadang2 kita tidak mendapatkan informasi mengenai berapa “watt” dapat dihasilkan oleh motor tersebut tapi dinyatakan dalam “500 grams of thrust” atau lebih umum sering dikatakan “”18 ounches of thrust”. Sekarang mungkin kita masih ingat bahwa satu ounce adalah 28 grams, maka 18 x 28 = “504 grams of thrust”. Secara umum untuk “thrust” kita memerlukan sekitar 30% atau lebih baik 50% dari total berat pesawat untuk membuatnya dapat terbang. Jadi jika sebuah motor dapat memberikan 500 grams off “thrust”, maka motor ini dapat digunakan pada pesawat model berbobot sekitar 1 kg. Paling baik adalah mempunyai motor yang dapat memberikan sekitar 80% of “thrust” atau bahkan 100%. Jika kita ingin menerbangkan pesawat secara “vertikal” (jangan coba2 kalau masih pemula ya..), maka diperlukan sekitar 120% of “thrust” (1200 grams of “thrust” untuk 1 kg berat pesawat).

Apa arti nilai KV? 

Nilai KV (Kilovolt) menjelaskan berapa kali motor berputar dalam satu menit dengan tegangan yang diberikan, tanpa motor tersebut diberi beban (contohnya, tanpa baling-baling pesawat). Misalkan jika kita mempunyai 11.1V baterai dan nilai KV dari motornya 1600, maka motor dapat berputar 1600 x 11.1 = 17760 kali per menit. Nilai KV pada motor yang tinggi biasanya cocok untuk pesawat yang lebih kecil dgn baling2 standar dan KV yang rendah untuk  baling2 besar dengan model pesawat yang lebih besar. Jadi apakah nilai dari KV yang tinggi dapat menjamin kemampuan terbang pesawat? tidak…. melainkan “thrust” dari motor itu sendiri yang sangat dipengaruhi oleh design dan besarnya baling2.

 


 

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s