Sistem Kendali Kecepatan Motor DC Dengan Menggunakan Mikrokontroler

SISTEM KENDALI KECEPATAN MOTOR DC DENGAN MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER

Tugas Akhir Ini Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Menjadi Sarjana Pada Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

Disusun Oleh

NAMA : CHANDRA PUTRA O.SUNGGU

NIM : 070422015

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSION

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

2012

KATA PENGANTAR

Ucapan syukur yang sebesar-besarnya penulis panjatkan ke Hadirat Tuhan yang Maha Esa atas berkat, karunia dan rahmatNya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.

Tugas Akhir ini merupakan suatu syarat bagi penulis untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik dari Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, Medan

Penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada kedua orang tua penulis Bapak R.Ompusunggu dan Ibu R.Simanjuntak yang selalu bersedia member banyak dukungan moril maupun spiritual kepada penulis dari kecil hingga saat ini.

Dengan selesainya Tugas Akhir ini, penulis juga hendak mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu penulis dalam penyelesaian Tugas Akhir ini, antara lain :

1. Bapak Ir.Surya Tarmizi Kasim, MSi selaku Ketua Departemen Teknik Elektro FT-USU dan Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro FT-USU.

2. Bapak Ir. A. Rachman Hasibuan, selaku dosen pembimbing penulis yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

3. Bapak Ir. M. Zulfin, MT yang telah membimbing penulis selama menjalani masa perkuliahan.

5. Saudara – saudaraku Yetti, Tommy dan Orlando yang selalu memberi dukungan.

6. Andika, Willy dan Ricky Soaloon yang selalu bersedia membantu penulis 7. Semua rekan-rekan penulis di Elektro-ext 07 dan para kantiners, yang selalu

mendukung dan mendoakan penulis.

8. Dan semua yang telah membantu penulis baik moril maupun materil yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

Penulis menyadari bahwa tulisan ini masih jauh dari sempurna serta banyak terdapat kekurangan. Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun demi penyempurnaan Tugas Akhir ini.

Akhirnya penulis berharap Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua

Medan,

ABSTRAK

Motor DC merupakan alat pengubah energi listrik menjadi energi gerak yang dicatu oleh tegangan DC. Kecepatan putaran dapat diatur dengan mengubah nilai tegangan atau arus yang masuk ke motor. Salah satu cara pengaturan kecepatan pada motor DC yaitu dengan menggunakan DC-DC konverter atau sering disebut dengan chopper. Chopper adalah suatu alat yang berfungsi untuk mengubah tegangan DC tetap menjadi tegangan DC yang bervariasi. Tegangan keluaran chopper dapat lebih besar atau lebih kecil dari tegangan inputnya.

Chopper yang dibuat dalam tugas akhir ini menggunakan mikrokontroler jenis ATMega8535 sebagai pengendali utama yang berfungsi menghasilkan PWM (Pulse Width Modulation) yang kemudian digunakan untuk mengendalikan pensaklaran pada transistor. Untuk pensaklarannya digunakan transistor MOSFET ( Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor ). Percobaan ini dilakukan dengan mengubah nilai duty cycle.

Pada tugas akhir ini, pensaklaran yang baik dihasilkan oleh MOSFET terhadap motor DC dengan spesifikasi 220 V 7.1 A.

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ... i

ABSTRAK ... iii

DAFTAR ISI ... iv

BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang ... 1

I.2. Tujuan Penulisan ... 1

I.3. Batasan Masalah ... 2

I.4. Metode Penulisan ... 2

I.5. Sistematika Penulisan ... 2

BAB II MOTOR ARUS SEARAH II.1 Umum ... 4

II.2 Konstruksi Motor Arus Searah ... 5

II.3 Prinsip Kerja Motor Arus Searah………10

II.4 Jenis-jenis Motor Arus Searah………15

II.4.1 Motor Arus Searah Penguatan Bebas………15

II.4.2 Motor Arus Searah Penguatan Shunt………16

II.4.3 Motor Arus Searah Penguatan Seri………...17

II.4.4 Motor Arus Searah Penguatan Kompon………17

BAB III JENIS-JENIS PENGATURAN KECEPATAN MOTOR DC III.1 Umum………19

III.2 Pengaturan Medan……….19

III.3 Pengaturan Tegangan………..21

III.3.1 Kontrol Phasa………..………22

III.3.3 Kontrol Chopper……….26

III..4 Pengaturan Tahanan Jangkar……….34

BAB IV PENGATURAN KECEPATAN MOTOR DC DENGAN MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER IV.1 Umum………35

IV.2 Perangkat Keras……….36

IV.3 Rangkaian Pengujian……….45

IV.3.1 Rangkaian Kendali Kecepatan Motor DC Penguatan Bebas………45

IV.3.1.1 Prosedur Pengujian………..45

IV.3.2. Rangkaian Kendali Kecepatan Motor DC Penguatan Bebas dengan menggunakan Mikrokontroler……….46

IV.3.2.1 Prosedur Pengujian………..47

IV.4. Data Hasil Pengujian………47

IV.4.1 Data Hasil Pengujian Penguatan Bebas……….47

IV.4.2 Data Hasil Pengujian Penguatan Bebas Dengan Menggunakan Mikrokontroler………..48

IV.5. Analisa Data Hasil Pengujian………...48

BAB V KESIMPULAN………..50 DAFTAR PUSTAKA

ABSTRAK

Motor DC merupakan alat pengubah energi listrik menjadi energi gerak yang dicatu oleh tegangan DC. Kecepatan putaran dapat diatur dengan mengubah nilai tegangan atau arus yang masuk ke motor. Salah satu cara pengaturan kecepatan pada motor DC yaitu dengan menggunakan DC-DC konverter atau sering disebut dengan chopper. Chopper adalah suatu alat yang berfungsi untuk mengubah tegangan DC tetap menjadi tegangan DC yang bervariasi. Tegangan keluaran chopper dapat lebih besar atau lebih kecil dari tegangan inputnya.

Chopper yang dibuat dalam tugas akhir ini menggunakan mikrokontroler jenis ATMega8535 sebagai pengendali utama yang berfungsi menghasilkan PWM (Pulse Width Modulation) yang kemudian digunakan untuk mengendalikan pensaklaran pada transistor. Untuk pensaklarannya digunakan transistor MOSFET ( Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor ). Percobaan ini dilakukan dengan mengubah nilai duty cycle.

Pada tugas akhir ini, pensaklaran yang baik dihasilkan oleh MOSFET terhadap motor DC dengan spesifikasi 220 V 7.1 A.

BAB I PENDAHULUAN I.1. Umum

Pada motor arus searah (DC) energi listrik dirubah menjadi energi mekanik. Dalam dunia industri motor arus searah banyak digunakan sebagai motor penggerak. Pemilihan motor arus searah sebagai motor penggerak dibandingkan motor induksi maupun motor sinkron karena motor arus searah memiliki rentang pengaturan kecepatan yang lebar ataupun pengaturan yang teliti pada keluaran rotornya. Pengaturan kecepatan motor arus searah juga sangat mudah dilakukan dalam berbagai kecepatan dan beban variasi,

Secara umum metode pengaturan yang sering digunakan untuk mengatur kecepatan motor arus searah adalah dengan mengatur arus medan yang sering diaplikasikan pada motor-motor shunt, kemudian dengan mengatur tahanan

rangkaian jangkar pada motor-motor seri. Cara yang paling umum dilakukan adalah mengatur tegangan terminal jangkar (armature terminal voltage control), yaitu dengan mengubah-ubah besar tegangan yang diberikan pada terminal jangkar untuk menghasilkan putaran yang diinginkan dengan menggunakan sistem PWM untuk mengubah frekuensi sumber tegangan dimana mempunyai kelebihan yaitu mampu menggerakkan motor arus searah dengan putaran halus dan rentang yang lebar dan menghasilkan kendali kecepatan lebih baik dari metode lainnya

I.2. Tujuan Penulisan

Mengimplementasikan rancangan pembangkit sinyal PWM dengan menggunakan mikrokontroler AT8535 untuk sistem kendali kecepatan motor DC.

I.3 Batasan Masalah

1. Perancangan perangkat keras untuk sistem minimum mikrokontroler AT8535 2. Sensor penghitung kecepatan motor adalah optocoupler

3. Perancangan pembangkit sinyal PWM yang diimpelementasikan dengan mikrokontroler sebagai teknik pengubah tegangan untuk mengendalikan kecepatan motor DC.

I.4 Metode Penulisan

Dalam pengerjaan penelitian ini, diperlukan langkah-langkah yang baik untuk mendapatkan hasil yang maksimal. Untuk itu penulis telah merencanakan langkah – langkah yang akan dilakukan, yaitu sebagai berikut:

2. Perancangan perangkat keras.

3. Perancangan sistem pengaturan dan program mikrokontroler. 4. Pengujian

I.5. Sistematika Penulisan.

Untuk mempermudah pembahasan dan pemahaman, maka penulis membuat sistematika penulisan Tugas Akhir ini sebagai berikut:

BAB 1.Pendahuluan

Meliputi latar belakang masalah, rumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, manfaat penulisan, metodologi penulisan dan sistematika penulisan.

BAB 2.Landasan Teori

Dalam bab ini akan dijelaskan tentang motor arus searah secara teoritis , jenis- jenis motor arus searah.

BAB 3 .Jenis-jenis Pengendalian Motor Arus Searah

Dalam Bab ini meliputi tentang tinjauan mengenai jenis-jenis pengontorolan kecepatan motor arus searah .

BAB 4.Pengaturan Kecepatan Motor Arus Searah dengan Mikrokontroler Bab ini akan menunjukkan hasil-hasil studi laboratorium mengenai kecepatan motor arus searah dengan mikrokontroler berikut rangkaian percobaan, prosedur pengujian, data hasil-hasil pengujian dan penganalisaannya

BAB 5 .Kesimpulan Dan Saran

Mengenai kesimpulan yang didapat setelah membuat proyek ini dan saran yang diberikan demi pengembangan proyek ini di masa mendatang.

BAB II

MOTOR ARUS SEARAH II.1. Umum(8,9)

Motor arus searah adalah suatu mesin yang berfungsi mengubah energi listrik menjadi energi mekanik, dimana energi gerak tersebut berupa putaran dari motor.

Ditinjau dari segi sumber arus penguat magnetnya, motor arus searah dapat dibedakan atas :

1. Motor arus searah penguatan terpisah, bila arus penguat medan rotor dan medan stator diperoleh dari luar motor.

2. Motor arus searah penguatan sendiri, bila arus penguat magnet berasal dari motor itu sendiri.

Motor arus searah dapat diklasifikasi sebagai berikut : 1. Motor arus searah penguatan shunt

2. Motor arus searah penguatan seri. 3. Motor arus searah kompon panjang.

• Motor arus searah kompon panjang kumulatif. • Motor arus searah kompon panjang differensial. 4. Motor arus searah kompon pendek

• Motor arus searah kompon pendek kumulatif. • Motor arus searah kompon pendek diferensial.

II.2. Kontruksi Motor Arus Searah (8,9)

Secara umum motor arus searah memiliki konstruksi yang sama, terbagi atas dua bagian yaitu bagian yang diam disebut stator dan bagian yang bergerak/berputar disebut rotor. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1. Konstruksi Motor Arus Searah.

Dari Gambar 2.1 dapat dilihat konstruksi dari motor arus searah. Keterangan Gambar 2.1. sebagai berikut :

1. Badan motor ( rangka ).

Rangka ( frame atau yoke ) mesin arus searah seperti juga mesin-mesin listrik lainnya secara umum memiliki dua fungsi, yaitu :

1. Merupakan sarana pendukung mekanik untuk mesin secara keseluruhan. 2. Untuk membawa fluks magnetik yang dihasilkan oleh kutub-kutub mesin. Untuk mesin kecil, dipertimbangan harga lebih dominan daripada beratnya, biasanya rangkanya terbuat dari besi tuang ( cast iron ), tetapi untuk mesin-mesin besar umumnya terbuat dari baja tuang ( cast steel ) atau lembaran baja ( rolled steel ). Rangka ini pada bagian dalam dilaminasi untuk mengurangi rugi-rugi inti, selain

itu rangka ini juga harus memiliki permeabilitas yang tinggi disamping kuat secara mekanik .

Biasanya pada motor terdapat papan nama ( name plate ) yang bertuliskan spesifikasi umum atau data-data teknik dari mesin, juga terdapat kotak ujung yang merupakan tempat-tempat ujung-ujung belitan penguat medan dan lilitan jangkar. 2. Kutub

Medan penguat atau magnet medan terdiri atas inti kutub dan sepatu kutub ( Gambar 2.2 ).

(a) (b) Gambar 2.2 Konstruksi Kutub dan Penempatannya.

a. Konstruksi Inti Kutub b. Penempatan Inti Kutub Adapun fungsi dari sepatu kutub adalah :

1. Menyebarkan fluks pada celah udara dan juga karena merupakan bidang lebar maka akan mengurangi reluktansi jalur magnet.

2. Sebagai pendukung secara mekanik untuk kumparan penguat atau kumparan medan.

Inti kutub terbuat lembaran-lembaran besi tuang atau baja tuang. Sepatu kutub dilaminasi dan dibaut atau dikeling ( rivet ) ke rangka mesin. Sebagaimana diketahui bahwa fluks magnet yang terdapat pada motor arus searah dihasilkan oleh kutub-kutub magnet buatan dengan prinsip elektromagnetik.

3. Inti jangkar.

Inti jangkar yang umum digunakan dalam motor arus searah adalah berbentuk silinder yang diberi alur-alur pada permukaannya untuk tempat melilitkan kumparan-kumparan tempat terbentuknya ggl induksi. Inti jangkar yang terbuat dari bahan ferromanetik, dengan maksud agar komponen-komponen ( lilitan jangkar ) terletak dalam daerah yang induksi magnetnya besar, supaya ggl induksi dapat bertambah besar. Seperti halnya inti kutub magnet maka jangkar dibuat dari bahan-bahan berlapis-lapis tipis untuk mengurangi panas yang terbentuk karena adanya arus linier ( Gambar 2.3 ).

Gambar 2.3. Inti jangkar yang terlapis-lapis.

Bahan yang digunakan untuk jangkar ini sejenis campuran baja silikon. Pada umumnya alur tidak hanya diisi satu kumparan yang tersusun secara berlapis.

4. Kumparan jangkar

Kumparan jangkar pada motor arus searah berfungsi tempat terbentuknya ggl induksi. kumparan jangkar terdiri dari :

1. Kumparan gelung

Gambar 2.4a. Kumparan gelombang 2. Kumparan gelombang.

Gambar 2.4b. Kumparan Gelombang

5. Kumparan medan

Fungsi kumparan medan ini adalah untuk membangkitkan fluksi yang akan dipotong oleh konduktor jangkar.

6. Komutator

Fungsi komutator untuk fasilitas penghubung arus dari konduktor jangkar ,sebagai penyearah mekanik, yang bersama-sama dengan sikat membuat sesuatu kerjasama yang disebut komutasi. Agar menghasilkan penyearah yang lebih baik, maka komutator yang digunakan hendaknya dalam jumlah yang besar. Dalam hal ini setiap belahan ( segmen ) komutator tidak lagi merupakan bentuk separoh cincin, tetapi sudah berbentuk lempengan-lempengan ( segmen komutator ) terdapat bahan isolasi ( Gambar 2.5 ) .

Gambar 2.5 Komutator 7. Sikat-sikat

Sikat-sikat ini ( Gambar 2.6 ) berfungsi sebagai jembatan bagi aliran arus ke kumparan jangkar. Dimana permukaan sikat ditekan ke permukaan segmen komutator untuk menyalurkan arus listrik. Besarnya tekanan pegas dapat diatur sesuai dengan keinginan.

Gambar 2.6 Sikat-sikat

Disamping itu sikat memegang peranan penting untuk terjadinya komutasi. Karbon yang ada diusahakan memiliki konduktivitas yang tinggi untuk mengurangi rugi-rugi listrik. Agar gesekan antara komutator-komutator dan sikat tidak mengakibatkan ausnya komutator, maka sikat harus lebih lunak daripada komutator.

II.3. Prinsip Kerja Motor Arus Searah (1,3,5,6)

Sebuah konduktor yang dialiri arus mempunyai medan magnet di sekelilingnya. Pada saat konduktor yang dialiri arus listrik ditempatkan pada suatu medan magnet, maka konduktor akan mengalami gaya mekanik, seperti diperlihatkan pada Gambar 2.7.

Pada Gambar 2.7.a menggambarkan sebuah konduktor yang dialiri arus listrik menghasilkan medan magnet disekelilingnya. Arah medan magnet yang dihasilkan oleh konduktor dapat diperoleh dengan menggunakan kaidah tangan kanan.

Kuat medan tergantung pada besarnya arus yang mengalir pada konduktor.

Sedangkan Gambar 2.7.b menunjukkan sebuah medan magnet yang diakibatkan oleh kutub-kutub magnet utara dan selatan. Arah medan magnet adalah dari kutub utara menuju kutub selatan.

Pada saat konduktor dengan arah arus menjauhi pembaca ditempatkan di dalam medan magnet seragam, maka medan gabungannya akan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.7.c. Daerah di atas konduktor, medan yang ditimbulkan konduktor adalah dari kiri ke kanan, atau pada arah yang sama dengan medan utama. Sementara di bawahnya, garis-garis magnet dari konduktor arahnya berlawanan dengan dengan medan utama. Hasilnya adalah memperkuat medan atau menambah kerapatan fluksi di atas konduktor dan melemahkan medan atau mengurangi kerapatan fluksi di bawah konduktor.

Dalam keadaan ini, fluksi di daerah di atas konduktor yang kerapatannya bertambah akan mengusahakan gaya ke bawah kepada konduktor, untuk mengurangi kerapatannya. Hal ini menyebabkan konduktor mengalami gaya berupa dorongan ke arah bawah. Begitu juga halnya bila arah arus dalam konduktor dibalik. Kerapatan fluksi yang berada di bawah konduktor akan

bertambah sedangkan kerapatan fluksi di atas konduktor berkurang. Sehingga konduktor akan mendapatkan gaya tolak ke arah atas.

Konduktor yang mengalirkan arus dalam medan magnet cenderung bergerak tegak lurus terhadap medan.

Prinsip kerja sebuah motor arus searah dapat dijelaskan dengan gambar berikut ini:

Gambar 2.8. Prinsip perputaran motor dc

Pada saat kumparan medan dihubungkan dengan sumber tegangan, mengalir arus medan If pada kumparan medan karena rangkaian tertutup sehingga

menghasilkan fluksi magnet yang arahnya dari kutub utara menuju kutub selatan. Selanjutnya ketika kumparan jangkar dihubungkan ke sumber tegangan, pada kumparan jangkar mengalir arus jangkar Ia. Arus yang mengalir pada

konduktorkonduktor kumparan jangkar menimbulkan fluksi magnet yang melingkar. Fluksi jangkar ini memotong fluksi dari kedua kutub medan, sehingga menyebabkan perubahan kerapatan fluksi dari medan utama. Hal ini menyebabkan jangkar mengalami gaya sehingga menimbulkan torsi.

Gaya yang dihasilkan pada setiap konduktor dari sebuah jangkar, merupakan akibat aksi gabungan medan utama dan medan di sekeliling konduktor. Gaya yang dihasilkan berbanding lurus dengan besar fluksi medan utama dan kuat medan di sekeliling konduktor. Medan di sekeliling masing masing konduktor jangkar tergantung pada besarnya arus jangkar yang mengalir pada konduktor tersebut. Arah gaya ini dapat ditentukan dengan kaidah tangan kiri.

Gaya Lorentz adalah gaya yang ditimbulkan oleh muatan listrik yang bergerak atau oleh arus listrik yang berada dalam suatu medan magnet (B). Arah gaya ini akan mengikuti arah maju skrup yang diputar dari vektor arah gerak muatan listrik (v) ke arah medan magnet (B), seperti yang terlihat dalam rumus berikut:

F = q( v x B)

Sebuah partikel bermuatan listrik yang bergerak dalam daerah medan magnet homogen akan mendapatkan gaya. Gaya ini juga dinamakan gaya Lorentz. Gerak partikel akan menyimpang searah dengan gaya lorentz yang mempengaruhi. Arah gaya Lorentz pada muatan yang bergerak dapat juga ditentukan dengan kaidah tangan kanan dari gaya Lorentz (F) akibat dari arus listrik, I dalam suatu medan magnet B. Ibu jari, menunjukan arah gaya Lorentz . Jari telunjuk, menunjukkan arah medan magnet ( B ). Jari tengah, menunjukkan arah arus listrik ( I ). Untuk muatan positif arah gerak searah dengan arah arus, sedang untuk muatan negatif arah gerak berlawanan dengan arah arus.

Besarnya gaya Lorentz (F) dapat ditulis:

F = B.I.ℓ ... (2.1) Jika besar muatan q bergerak dengan kecepatan v, dan I = q/t maka persamaan gaya adalah:

F = I . ℓ . B sin θ = q/t . ℓ . B sin θ = q . ℓ/t. B sin θ = q . v . B sin θ

Sehingga besarnya gaya Lorentz yang dialami oleh sebuah muatan yang bergerak dalam daerah medan magnet dapat dicari dengan menggunakan rumus :

Sedangkan Torsi yang dihasilkan motor dapat ditentukan dengan:

T = F . r ... (2.2)

Bila torsi yang dihasilkan motor lebih besar daripada torsi beban maka motor akan berputar. Besarnya torsi beban dapat dituliskan dengan:

T = K Φ Ia ... (2.3)

a Z P K

. 2

.

π

= ... (2.4)

Dimana :

T = Torsi [ N-m ]

r = Jari-jari rotor [ Meter ]

K = Konstanta ( bergantung pada ukuran fisik motor ) Φ = Fluksi setiap kutub

Ia = Arus jangkar [ Ampere ]

P = Jumlah kutub pada motor Z = Jumlah konduktor pada motor a = Cabang parallel

V

t

+

-E

a

I

a

R

a

R

f

V

f

I

f

+

-II.4. Jenis-jenis Motor Arus Searah (1,5,8,9) II.4.1 Motor Arus Searah Penguatan Bebas

1. Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan bebas Gambar 2.16 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan bebas

Gambar 2.16 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan bebas 2. Persamaan umum motor arus searah penguatan bebas

Vt = Ea + Ia.Ra ... (2.17)

Vf = If . Rf ... (2.18)

dimana :

Vt = Tegangan terminal jangkar motor arus searah [ Volt ].

Ia = Arus jangkar [ Amp].

Ra = Tahanan jangkar [ Ohm ].

If = Arus medan penguatan bebas [ Ohm ].

Vf = Tegangan terminal medan penguatan bebas [ Volt ].

Rf = Tahanan medan penguatan bebas [ Ohm ].

V

t

+

-E

a

I

L

I

a

I

sh

R

sh

R

_a

+

-II.4.2 Motor Arus Searah Penguatan Shunt

1. Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan shunt

Gambar 2.10 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan shunt Persamaan umum motor arus searah penguatan shunt

Vt = Ea + Ia.Ra ... (2.19)

Vsh = Vt = Ish . Rsh ... (2.20)

IL = Ia + Ish………(2.21)

dimana :

Ish = Arus kumparan medan shunt [ Ohm ].

Vsh = Tegangan terminal medan motor arus searah [ Volt ].

Rsh = Tahanan medan shunt [ Ohm ].

I

_a

+

-R

_s

I

L

E

_a

V

_t

+

II.4.3 Motor Arus Searah Penguatan Seri

1. Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan seri

Gambar 2.18 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan seri 2. Persamaan umum motor arus searah seri.

Vt = Ea + Ia (Ra + Rs)………...(2.22)

Ia = (

Rs Ra

Ea Vt

+

− _{) ………..……….(2.23)}

Ia = IL ……….(2.24)

dimana :

Is = Arus kumparan medan seri [ Amp ].

II.4.4 Motor Arus Searah Penguatan Kompon

Gambar 2.19 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan kompon (a) Rangkaian ekivalen motor arus searah kompon panjang lawan. (b) Rangkaian ekivalen motor arus searah kompon panjang Bantu. Vt = Ea + Ia.(Rs+ Ra)………...(2.25)

Vt = Ish . Rs………..………..………..(2.26)

IL = Ish + Ia………..………...………….(2.27)

Gambar 2.20 (a) Rangkaian ekivalen motor arus searah kompon pendek lawan (b) Rangkaian ekivalen motor arus searah kompon pendek Bantu. Vt = Ea + IL . Rsh + Ia . Ra………....….(2.28)

Vt = Ish . Rsh………..………..(2.29)

BAB I PENDAHULUAN I.1. Umum

Pada motor arus searah (DC) energi listrik dirubah menjadi energi mekanik. Dalam dunia industri motor arus searah banyak digunakan sebagai motor penggerak. Pemilihan motor arus searah sebagai motor penggerak dibandingkan motor induksi maupun motor sinkron karena motor arus searah memiliki rentang pengaturan kecepatan yang lebar ataupun pengaturan yang teliti pada keluaran rotornya. Pengaturan kecepatan motor arus searah juga sangat mudah dilakukan dalam berbagai kecepatan dan beban variasi,

Secara umum metode pengaturan yang sering digunakan untuk mengatur kecepatan motor arus searah adalah dengan mengatur arus medan yang sering diaplikasikan pada motor-motor shunt, kemudian dengan mengatur tahanan

rangkaian jangkar pada motor-motor seri. Cara yang paling umum dilakukan adalah mengatur tegangan terminal jangkar (armature terminal voltage control), yaitu dengan mengubah-ubah besar tegangan yang diberikan pada terminal jangkar untuk menghasilkan putaran yang diinginkan dengan menggunakan sistem PWM untuk mengubah frekuensi sumber tegangan dimana mempunyai kelebihan yaitu mampu menggerakkan motor arus searah dengan putaran halus dan rentang yang lebar dan menghasilkan kendali kecepatan lebih baik dari metode lainnya

I.2. Tujuan Penulisan

Mengimplementasikan rancangan pembangkit sinyal PWM dengan menggunakan mikrokontroler AT8535 untuk sistem kendali kecepatan motor DC.

I.3 Batasan Masalah

1. Perancangan perangkat keras untuk sistem minimum mikrokontroler AT8535 2. Sensor penghitung kecepatan motor adalah optocoupler

3. Perancangan pembangkit sinyal PWM yang diimpelementasikan dengan mikrokontroler sebagai teknik pengubah tegangan untuk mengendalikan kecepatan motor DC.

I.4 Metode Penulisan

Dalam pengerjaan penelitian ini, diperlukan langkah-langkah yang baik untuk mendapatkan hasil yang maksimal. Untuk itu penulis telah merencanakan langkah – langkah yang akan dilakukan, yaitu sebagai berikut:

2. Perancangan perangkat keras.

3. Perancangan sistem pengaturan dan program mikrokontroler. 4. Pengujian

I.5. Sistematika Penulisan.

Untuk mempermudah pembahasan dan pemahaman, maka penulis membuat sistematika penulisan Tugas Akhir ini sebagai berikut:

BAB 1.Pendahuluan

Meliputi latar belakang masalah, rumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, manfaat penulisan, metodologi penulisan dan sistematika penulisan.

BAB 2.Landasan Teori

Dalam bab ini akan dijelaskan tentang motor arus searah secara teoritis , jenis- jenis motor arus searah.

BAB 3 .Jenis-jenis Pengendalian Motor Arus Searah

Dalam Bab ini meliputi tentang tinjauan mengenai jenis-jenis pengontorolan kecepatan motor arus searah .

BAB 4.Pengaturan Kecepatan Motor Arus Searah dengan Mikrokontroler Bab ini akan menunjukkan hasil-hasil studi laboratorium mengenai kecepatan motor arus searah dengan mikrokontroler berikut rangkaian percobaan, prosedur pengujian, data hasil-hasil pengujian dan penganalisaannya

BAB 5 .Kesimpulan Dan Saran

Mengenai kesimpulan yang didapat setelah membuat proyek ini dan saran yang diberikan demi pengembangan proyek ini di masa mendatang.

BAB II

MOTOR ARUS SEARAH II.1. Umum(8,9)

Motor arus searah adalah suatu mesin yang berfungsi mengubah energi listrik menjadi energi mekanik, dimana energi gerak tersebut berupa putaran dari motor.

Ditinjau dari segi sumber arus penguat magnetnya, motor arus searah dapat dibedakan atas :

1. Motor arus searah penguatan terpisah, bila arus penguat medan rotor dan medan stator diperoleh dari luar motor.

2. Motor arus searah penguatan sendiri, bila arus penguat magnet berasal dari motor itu sendiri.

Motor arus searah dapat diklasifikasi sebagai berikut : 1. Motor arus searah penguatan shunt

2. Motor arus searah penguatan seri. 3. Motor arus searah kompon panjang.

• Motor arus searah kompon panjang kumulatif. • Motor arus searah kompon panjang differensial. 4. Motor arus searah kompon pendek

• Motor arus searah kompon pendek kumulatif. • Motor arus searah kompon pendek diferensial.

II.2. Kontruksi Motor Arus Searah (8,9)

Secara umum motor arus searah memiliki konstruksi yang sama, terbagi atas dua bagian yaitu bagian yang diam disebut stator dan bagian yang bergerak/berputar disebut rotor. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1. Konstruksi Motor Arus Searah.

Dari Gambar 2.1 dapat dilihat konstruksi dari motor arus searah. Keterangan Gambar 2.1. sebagai berikut :

1. Badan motor ( rangka ).

Rangka ( frame atau yoke ) mesin arus searah seperti juga mesin-mesin listrik lainnya secara umum memiliki dua fungsi, yaitu :

1. Merupakan sarana pendukung mekanik untuk mesin secara keseluruhan. 2. Untuk membawa fluks magnetik yang dihasilkan oleh kutub-kutub mesin. Untuk mesin kecil, dipertimbangan harga lebih dominan daripada beratnya, biasanya rangkanya terbuat dari besi tuang ( cast iron ), tetapi untuk mesin-mesin besar umumnya terbuat dari baja tuang ( cast steel ) atau lembaran baja ( rolled steel ). Rangka ini pada bagian dalam dilaminasi untuk mengurangi rugi-rugi inti, selain

itu rangka ini juga harus memiliki permeabilitas yang tinggi disamping kuat secara mekanik .

Biasanya pada motor terdapat papan nama ( name plate ) yang bertuliskan spesifikasi umum atau data-data teknik dari mesin, juga terdapat kotak ujung yang merupakan tempat-tempat ujung-ujung belitan penguat medan dan lilitan jangkar. 2. Kutub

Medan penguat atau magnet medan terdiri atas inti kutub dan sepatu kutub ( Gambar 2.2 ).

(a) (b) Gambar 2.2 Konstruksi Kutub dan Penempatannya.

a. Konstruksi Inti Kutub b. Penempatan Inti Kutub Adapun fungsi dari sepatu kutub adalah :

1. Menyebarkan fluks pada celah udara dan juga karena merupakan bidang lebar maka akan mengurangi reluktansi jalur magnet.

2. Sebagai pendukung secara mekanik untuk kumparan penguat atau kumparan medan.

Inti kutub terbuat lembaran-lembaran besi tuang atau baja tuang. Sepatu kutub dilaminasi dan dibaut atau dikeling ( rivet ) ke rangka mesin. Sebagaimana diketahui bahwa fluks magnet yang terdapat pada motor arus searah dihasilkan oleh kutub-kutub magnet buatan dengan prinsip elektromagnetik.

3. Inti jangkar.

Inti jangkar yang umum digunakan dalam motor arus searah adalah berbentuk silinder yang diberi alur-alur pada permukaannya untuk tempat melilitkan kumparan-kumparan tempat terbentuknya ggl induksi. Inti jangkar yang terbuat dari bahan ferromanetik, dengan maksud agar komponen-komponen ( lilitan jangkar ) terletak dalam daerah yang induksi magnetnya besar, supaya ggl induksi dapat bertambah besar. Seperti halnya inti kutub magnet maka jangkar dibuat dari bahan-bahan berlapis-lapis tipis untuk mengurangi panas yang terbentuk karena adanya arus linier ( Gambar 2.3 ).

Gambar 2.3. Inti jangkar yang terlapis-lapis.

Bahan yang digunakan untuk jangkar ini sejenis campuran baja silikon. Pada umumnya alur tidak hanya diisi satu kumparan yang tersusun secara berlapis.

4. Kumparan jangkar

Kumparan jangkar pada motor arus searah berfungsi tempat terbentuknya ggl induksi. kumparan jangkar terdiri dari :

1. Kumparan gelung

Gambar 2.4a. Kumparan gelombang 2. Kumparan gelombang.

Gambar 2.4b. Kumparan Gelombang

5. Kumparan medan

Fungsi kumparan medan ini adalah untuk membangkitkan fluksi yang akan dipotong oleh konduktor jangkar.

6. Komutator

Fungsi komutator untuk fasilitas penghubung arus dari konduktor jangkar ,sebagai penyearah mekanik, yang bersama-sama dengan sikat membuat sesuatu kerjasama yang disebut komutasi. Agar menghasilkan penyearah yang lebih baik, maka komutator yang digunakan hendaknya dalam jumlah yang besar. Dalam hal ini setiap belahan ( segmen ) komutator tidak lagi merupakan bentuk separoh cincin, tetapi sudah berbentuk lempengan-lempengan ( segmen komutator ) terdapat bahan isolasi ( Gambar 2.5 ) .

Gambar 2.5 Komutator 7. Sikat-sikat

Sikat-sikat ini ( Gambar 2.6 ) berfungsi sebagai jembatan bagi aliran arus ke kumparan jangkar. Dimana permukaan sikat ditekan ke permukaan segmen komutator untuk menyalurkan arus listrik. Besarnya tekanan pegas dapat diatur sesuai dengan keinginan.

Gambar 2.6 Sikat-sikat

Disamping itu sikat memegang peranan penting untuk terjadinya komutasi. Karbon yang ada diusahakan memiliki konduktivitas yang tinggi untuk mengurangi rugi-rugi listrik. Agar gesekan antara komutator-komutator dan sikat tidak mengakibatkan ausnya komutator, maka sikat harus lebih lunak daripada komutator.

II.3. Prinsip Kerja Motor Arus Searah (1,3,5,6)

Sebuah konduktor yang dialiri arus mempunyai medan magnet di sekelilingnya. Pada saat konduktor yang dialiri arus listrik ditempatkan pada suatu medan magnet, maka konduktor akan mengalami gaya mekanik, seperti diperlihatkan pada Gambar 2.7.

Pada Gambar 2.7.a menggambarkan sebuah konduktor yang dialiri arus listrik menghasilkan medan magnet disekelilingnya. Arah medan magnet yang dihasilkan oleh konduktor dapat diperoleh dengan menggunakan kaidah tangan kanan.

Kuat medan tergantung pada besarnya arus yang mengalir pada konduktor.

Sedangkan Gambar 2.7.b menunjukkan sebuah medan magnet yang diakibatkan oleh kutub-kutub magnet utara dan selatan. Arah medan magnet adalah dari kutub utara menuju kutub selatan.

Pada saat konduktor dengan arah arus menjauhi pembaca ditempatkan di dalam medan magnet seragam, maka medan gabungannya akan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.7.c. Daerah di atas konduktor, medan yang ditimbulkan konduktor adalah dari kiri ke kanan, atau pada arah yang sama dengan medan utama. Sementara di bawahnya, garis-garis magnet dari konduktor arahnya berlawanan dengan dengan medan utama. Hasilnya adalah memperkuat medan atau menambah kerapatan fluksi di atas konduktor dan melemahkan medan atau mengurangi kerapatan fluksi di bawah konduktor.

Dalam keadaan ini, fluksi di daerah di atas konduktor yang kerapatannya bertambah akan mengusahakan gaya ke bawah kepada konduktor, untuk mengurangi kerapatannya. Hal ini menyebabkan konduktor mengalami gaya berupa dorongan ke arah bawah. Begitu juga halnya bila arah arus dalam konduktor dibalik. Kerapatan fluksi yang berada di bawah konduktor akan

bertambah sedangkan kerapatan fluksi di atas konduktor berkurang. Sehingga konduktor akan mendapatkan gaya tolak ke arah atas.

Konduktor yang mengalirkan arus dalam medan magnet cenderung bergerak tegak lurus terhadap medan.

Prinsip kerja sebuah motor arus searah dapat dijelaskan dengan gambar berikut ini:

Gambar 2.8. Prinsip perputaran motor dc

Pada saat kumparan medan dihubungkan dengan sumber tegangan, mengalir arus medan If pada kumparan medan karena rangkaian tertutup sehingga

menghasilkan fluksi magnet yang arahnya dari kutub utara menuju kutub selatan. Selanjutnya ketika kumparan jangkar dihubungkan ke sumber tegangan, pada kumparan jangkar mengalir arus jangkar Ia. Arus yang mengalir pada

konduktorkonduktor kumparan jangkar menimbulkan fluksi magnet yang melingkar. Fluksi jangkar ini memotong fluksi dari kedua kutub medan, sehingga menyebabkan perubahan kerapatan fluksi dari medan utama. Hal ini menyebabkan jangkar mengalami gaya sehingga menimbulkan torsi.

Gaya yang dihasilkan pada setiap konduktor dari sebuah jangkar, merupakan akibat aksi gabungan medan utama dan medan di sekeliling konduktor. Gaya yang dihasilkan berbanding lurus dengan besar fluksi medan utama dan kuat medan di sekeliling konduktor. Medan di sekeliling masing masing konduktor jangkar tergantung pada besarnya arus jangkar yang mengalir pada konduktor tersebut. Arah gaya ini dapat ditentukan dengan kaidah tangan kiri.

Gaya Lorentz adalah gaya yang ditimbulkan oleh muatan listrik yang bergerak atau oleh arus listrik yang berada dalam suatu medan magnet (B). Arah gaya ini akan mengikuti arah maju skrup yang diputar dari vektor arah gerak muatan listrik (v) ke arah medan magnet (B), seperti yang terlihat dalam rumus berikut:

F = q( v x B)

Sebuah partikel bermuatan listrik yang bergerak dalam daerah medan magnet homogen akan mendapatkan gaya. Gaya ini juga dinamakan gaya Lorentz. Gerak partikel akan menyimpang searah dengan gaya lorentz yang mempengaruhi. Arah gaya Lorentz pada muatan yang bergerak dapat juga ditentukan dengan kaidah tangan kanan dari gaya Lorentz (F) akibat dari arus listrik, I dalam suatu medan magnet B. Ibu jari, menunjukan arah gaya Lorentz . Jari telunjuk, menunjukkan arah medan magnet ( B ). Jari tengah, menunjukkan arah arus listrik ( I ). Untuk muatan positif arah gerak searah dengan arah arus, sedang untuk muatan negatif arah gerak berlawanan dengan arah arus.

Besarnya gaya Lorentz (F) dapat ditulis:

F = B.I.ℓ ... (2.1) Jika besar muatan q bergerak dengan kecepatan v, dan I = q/t maka persamaan gaya adalah:

F = I . ℓ . B sin θ = q/t . ℓ . B sin θ = q . ℓ/t. B sin θ = q . v . B sin θ

Sehingga besarnya gaya Lorentz yang dialami oleh sebuah muatan yang bergerak dalam daerah medan magnet dapat dicari dengan menggunakan rumus :

Sedangkan Torsi yang dihasilkan motor dapat ditentukan dengan:

T = F . r ... (2.2)

Bila torsi yang dihasilkan motor lebih besar daripada torsi beban maka motor akan berputar. Besarnya torsi beban dapat dituliskan dengan:

T = K Φ Ia ... (2.3)

a Z P K

. 2

.

π

= ... (2.4)

Dimana :

T = Torsi [ N-m ]

r = Jari-jari rotor [ Meter ]

K = Konstanta ( bergantung pada ukuran fisik motor ) Φ = Fluksi setiap kutub

Ia = Arus jangkar [ Ampere ]

P = Jumlah kutub pada motor Z = Jumlah konduktor pada motor a = Cabang parallel

V

t

+

-E

a

I

a

R

a

R

f

V

f

I

f

+

-II.4. Jenis-jenis Motor Arus Searah (1,5,8,9) II.4.1 Motor Arus Searah Penguatan Bebas

1. Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan bebas Gambar 2.16 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan bebas

Gambar 2.16 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan bebas 2. Persamaan umum motor arus searah penguatan bebas

Vt = Ea + Ia.Ra ... (2.17)

Vf = If . Rf ... (2.18)

dimana :

Vt = Tegangan terminal jangkar motor arus searah [ Volt ].

Ia = Arus jangkar [ Amp].

Ra = Tahanan jangkar [ Ohm ].

If = Arus medan penguatan bebas [ Ohm ].

Vf = Tegangan terminal medan penguatan bebas [ Volt ].

Rf = Tahanan medan penguatan bebas [ Ohm ].

V

t

+

-E

a

I

L

I

a

I

sh

R

sh

R

_a

+

-II.4.2 Motor Arus Searah Penguatan Shunt

1. Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan shunt

Gambar 2.10 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan shunt Persamaan umum motor arus searah penguatan shunt

Vt = Ea + Ia.Ra ... (2.19)

Vsh = Vt = Ish . Rsh ... (2.20)

IL = Ia + Ish………(2.21)

dimana :

Ish = Arus kumparan medan shunt [ Ohm ].

Vsh = Tegangan terminal medan motor arus searah [ Volt ].

Rsh = Tahanan medan shunt [ Ohm ].

I

_a

+

-R

_s

I

L

E

_a

V

_t

+

II.4.3 Motor Arus Searah Penguatan Seri

1. Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan seri

Gambar 2.18 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan seri 2. Persamaan umum motor arus searah seri.

Vt = Ea + Ia (Ra + Rs)………...(2.22)

Ia = (

Rs Ra

Ea Vt

+

− _{) ………..……….(2.23)}

Ia = IL ……….(2.24)

dimana :

Is = Arus kumparan medan seri [ Amp ].

II.4.4 Motor Arus Searah Penguatan Kompon

Gambar 2.19 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan kompon (a) Rangkaian ekivalen motor arus searah kompon panjang lawan. (b) Rangkaian ekivalen motor arus searah kompon panjang Bantu. Vt = Ea + Ia.(Rs+ Ra)………...(2.25)

Vt = Ish . Rs………..………..………..(2.26)

IL = Ish + Ia………..………...………….(2.27)

Gambar 2.20 (a) Rangkaian ekivalen motor arus searah kompon pendek lawan (b) Rangkaian ekivalen motor arus searah kompon pendek Bantu. Vt = Ea + IL . Rsh + Ia . Ra………....….(2.28)

Vt = Ish . Rsh………..………..(2.29)

BAB III

JENIS-JENIS PENGATURAN KECEPATAN MOTOR DC III.1. Umum(2,3)

Motor DC pada saat sekarang ini banyak digunakan untuk aplikasi yang membutuhkan pengaturan kecepatan, sesuai dengan fakta bahwa keecpatan motor DC dapat divariasikan melalui berbagai metode. Sumber DC yang didalam aplikasinya banyak juga yang mengantikan dioda dengan thyristor yang digunakan dalam berbagai kombinasi kontrol kecepatan melalui penyesuaian tegangan ke motor.

Pengaturan Kecepatan motor DC dapat dilakukan melalui 3 cara, yaitu : 1. Pengaturan medan.

2. Pengaturan tegangan. 3. Pengaturan tahanan jangkar. III.2. Pengaturan Medan(2,3)

Pengaturan ini dapat dilakukan dengan mengatur arus dalam kumparan medan yang dikontrol langsung dengan menghubungkan sebuah resistor variable secara seri dengan kumparan dengan cara melemahkan dan menaikkan melalui pengaturan tahanan variabel seperti pada Gambar 3.1.

Berdasarkan Persamaan 2.19 dan 2.20 didapatkan : Vt = Ea + Ia.Ra

Ea = Vt - Ia.Ra

Ea = c . n Φsh...(3.1)

Sehingga didapatkan berdasarkan subsitusi Persamaan 2.20 dan 3.1 : n =

sh a a t c R I V φ . − ... (3.2) Φsh ≈ Ish

dimana :

n = Putaran kecepatan motor [ rpm ]. Vt = Tegangan terminal [ Volt ].

Ia = Arus jangkar [ Ampere ].

c = Konstanta. ) 120 44 , 4

( Np

φsh = Fluks medan shunt [ Wb ]

Ish = Arus shunt [ Ampere ]

Berdasarkan Persamaan 2.20 : Vsh = Vt = Ish . Rsh

sehingga : Ish =

iabel sh t R R V var + ...(3.3) Dimana :

Ish = Arus medan shunt [ Ampere ].

Rsh = Tahanan shunt [ Ohm ].

Vt = Tegangan terminal [ Volt ].

III. 3. Pengaturan Tegangan(2,3,7)

Pengaturan ini dilakukan dengan mengatur tegangan yang disuplai ke motor seperti Gambar 3.2.

Gambar 3.2. Pengaturan tegangan pada motor DC penguatan shunt. Berdasarkan Persamaan 2.19, 2.20 dan 3.1 didapatkan :

Vt = Ea + Ia.Ra

Ea = Vt – Ia.Ra.

Ea= c. n Φsh

n =

sh a a t

c R I V

φ

.

− _...(3.4)

dimana :

n = Putaran kecepatan motor [ rpm ]. Vt = Tegangan terminal [ Volt ].

Ia = Arus jangkar [ Ampere ].

c = Konstanta.

Φsh = Fluks medan shunt [ Wb ]

Motor DC pada saat sekarang ini diberi sumber AC yang lalu disearahkan dengan dioda dan bila dibandingkan langsung dengan sumber DC yang didalam aplikasinya banyak juga yang mengantikan dioda dengan thyristor yang digunakan dalam berbagai kombinasi kontrol kecepatan melalui penyesuaian tegangan ke motor.

Berdasarkan pengaturan tegangan mengunakan thyristor terbagi atas 3 bagian sebagai berikut:

a. Kontrol phasa.

Dimana sumber AC dipotong gelombang negatifnya sehingga yang terhubung ke motor adalah gelombang positifnya dan pengontrolan ini dapat digunakan untuk semua daya motor.

b. Integral siklus kontrol

Dengan memotong gelombang AC sehingga merubah nilai tegangan AC atau disebut juga AC Kontroler, yang dihubungkan dengan jembatan dioda. Metode ini hanya bermanfaat untuk ukuran motor mempunyai daya yang kecil.

c. Kontrol chopper.

Proses dan pengendalian metode ini mengambil daya dari sumber tegangan DC. Kontrol kecepatannya menggunakan sumber tegangan DC yang divariasikan sebagai input.

III.3.1. Kontrol Fasa(7)

Prinsip dari kontrol fasa dapat dijelaskan berdasarkan pada Gambar 3.3a. Energi mengalir ke beban dikontrol dengan menunda sudut tembak thyristor T1.

Gambar 3.3b mengilustrasikan pulsa-pulsa gerbang thyristor T1 dan bentuk

gelombang tegangan masukan dan keluaran. Dengan adanya diode D1, daerah

bervariasi antara 70.7 dan 100%. Tegangan keluaran dan arus masuk tidak simetris dan mengandung komponen DC. Rangkaian ini adalah pengontrolan setengah gelombang satu fasa dan cocok hanya untuk beban resistif berdaya rendah, seperti pemanasan dan pencahayaan. Karena aliran daya dikontrol oleh setengah gelombang positif tegangan masukan, jenis pengontrol tipe ini disebut juga dengan Pengontrol banyak arah (uninderectional).

(a)

(b)

Gambar 3.3 Kontrol Sudut Satu Fasa (a).Rangkaian

Jika vs = Vm sin ωt = 2 Vssin ωt adalah tegangan masukan dan sudut tunda

thyristor T1adalah ωt = α, tegangan keluaran rms ditentukan melalui :

[

]

2 / 1 2 / 1 2 2 2 / 1 2 2 2 2 2 0 2 2 sin 2 2 1 ) ( ) 2 cos 1 ( ) ( ) 2 cos 1 ( 4 2 ) ( sin 2 ) ( sin 2 1     _      _{− +} =       _{∫ − +∫ −} =          _{∫ +∫} = α α π π ω ω ω ω π ω ω ω ω π π π π α π π π s s s s o V t d t t d t V t d t V t d t V V

Nilai tegangan keluaran rata-rata adalah

) 1 (cos 2 2 ) ( sin 2 ) ( sin 2 2 1 2 − =    _{∫ +∫} − = α π ω ω ω ω

π πα ππ

s s s dc V t d t V d d t V V

Jika α bervariasi dari 0 sampai π, Vo bervariasi dari Vs ke Vs / 2 dan Vdc bervariasi

dari 0 sampai - 2 Vs/π .

III.3. 2. Integral Siklus Kontrol (ON-OFF)(7)

Prinsip dari kontrol on-off dapat dijelaskan dengan sebuah pengontrol gelombang penuh satu fasa seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.4a. Saklar thyristor menghubungkan sumber ac dengan beban untuk waktu tn ; saklar ditutup

dengan sebuah gerbang penghambat pulsa untuk waktu t0. Waktu on, tn, biasanya

terdiri dari sejumlah integral siklus. Thyristor akan on pada tegangan nol melalui tegangan masukan ac. Pulsa-pulsa gerbang untuk tyhristor T1 dan T2 dan bentuk

gelombang untuk masukan dan keluaran ditunjukkan pada gambar 3.4b.

Jenis kontrol ini diterapkan pada aplikasi yang memiliki inersia mekanis yang tinggi dan konstanta waktu termal yang tinggi, contohnya industri pemanas dan

kontrol kecepatan motor. Karena tegangan nol dan arus nol, harmonik yang ditimbulkan oleh saklar dikurangi.

(a)

(c)

(b)

Gambar 3.4 Gambar Kontrol ON-OFF (a). Rangkaian

(b). Bentuk gelombang (c). Faktor Daya

Untuk sebuah tegangan masukan sinusoidal, vs = Vmsin ωt 2 Vs sin Vs

ωt. Jika tegangan masukan dihubungkan pada beban untuk siklus n dan diputus untuk siklus m, tegangan keluaran rms (atau beban) dapat ditemukan melalui

V0 =

2 / 1 0 2 ) ( ) sin . 2 ( ) ( _     +

∫

π ω ω

π n m V t d t n

V0 = V

m n

n

+ = V k ...(3.5)

Dengan k = n / (m+n) dan k disebut duty cycle. Vs adalah tegangan fasa rms.

Konfigurasi rangkaian untuk control on-off mirip dengan yang ada pada kontrol fasa dan demikian pula dengan analisi kinerjanya.

III.3.3. Kontrol Chopper.(7)

Pada banyak aplikasi industri, diperlukan untuk mengubah sumber tegangan dc tetap menjadi sumber tegangan dc yang bersifat variabel. DC Chopper di kenal dengan pengubah daya DC-DC atau DC Konverter yang dimanfaatkan terutama untuk penyediaan tegangan keluaran DC yang bervariasi besarannya sesuai dengan permintaan pada beban. Daya masukan dari proses DC-DC tersebut adalah berasal dari sumber daya DC yang biasanya memiliki tegangan masukan yang tetap. Pada dasarnya, penghasilan tegangan keluaran DC yang ingin dicapai adalah dengan cara pengaturan lamanya waktu penghubungan antara sisi keluaran dan sisi masukan pada rangkaian yang sama. Komponen yang digunakan untuk menjalankan fungsi penghubung tersebut tidak lain adalah switch (solid state electronic switch) seperti misalnya Thyristor, MOSFET, IGBT, GTO. Secara umum ada dua fungsi pengoperasian dari DC Chopper yaitu penaikan tegangan dimana tegangan keluaran

yang dihasilkan lebih tinggi dari tegangan masukan, dan penurunan tegangan dimana tegangan keluaran lebih rendah dari tegangan masukan.

DC Chopper mempunyai 2 prinsip kerja, yaitu : a. Prinsip Kerja Step-Down

Prinsip kerja step down dapat dijelaskan melalui Gambar . Ketika saklar SW ditutup selama waktu t1, tegangan masukan Vs muncul melalui beban. Bila saklar

tetap off selama waktu t2, tegangan melalui beban adalah nol. Bentuk gelombang

untuk tegangan keluaran dan arus beban juga menunjukkan pada Gambar 3.5

(a)

(b)

Gambar 3.5 Chopper step-down dengan beban resistif (a).rangkaian

Tegangan keluaran rata-rata diberikan oleh :

V0 = s s s s

t kV V ft V T dt V T

t

_{= =}

=

∫

1 1 1 0 1 ...(3.6)

dan arus beban rata-rata, Ia = Va / R = k Vs/R, dengan T adalah periode chopping, k =

t1/T adalah duty cycle chopper, dan f adalah frekuensi chopping. Nilai rms tegangan

keluaran ditentukan dari :

Vo =

2 / 1 0 2 1      

∫

kT o dt V

T = kVs...(3.7) Dengan mengasumsikan bahwa tidak ada rugi-rugi pada chopper maka daya masukan pada chopper sama dengan daya yang diberikan dengan,

Pi =

R V k dt R V T idt v T s kT o kT o 2 0 2 0 1 1 = =

∫

∫

...(3.8) Resistansi masukan efektif yang dilihat dari sumber adalah ;

Ri =

k R R kV V I V s s a

s = =

/ ...(3.9) Duty cycle k dapat divariasikan dari 0 sampai 1 dengan bervariasi menurut t1, T dan

f.

Maka tegangan keluran V0 dapat divariasikan dari 0 sampai Vs dengan mengatur k,

dan aliran daya dapat diatur melalui : 1. Operasi pada frekuensi konstan.

Frekuensi chopping f ( atau periode chopping T ) dijaga tetap dan waktu on t1

divariasikan. Lebar pulsa bervariasi dan kontrol jenis ini dikenal dengan nama kontrol pulse-widht-modulation ( PWM ).

2. Operasi pada frekuensi yang variabel

Frekuensi chopping f bervariasi. Pada waktu on t1 atau pada waktu off t2 dijaga tetap.

Ini disebut modulasi frekuensi. Frekuensi divariasikan untuk batasan yang lebar untuk mendapatkan batasan tegangan keluaran yang penuh. Kontrol jenis ini membangkitkan harmonisa pada frekuensi yang tidak bisa ditentukan sehingga akan sangat sulit untuk merancang filter.

b. Prinsip Kerja Step-Up

Chopper dapat digunakan untuk menaikkan tegangan dc. Susunan kerja untuk operasi step-up ditunjukkan pada Gambar 3.6a. Bila saklar SW ditutup selama waktu t1, arus induktor menjadi naik dan energi akan disimpan pada induktor L. Bila saklar

dibuka selama waktu t2, energi yang tersimpan pada induktor akan dipindahkan ke

beban melalui diode D1 dan arus induktor menjadi jatuh. Dengan asumsi bahwa arus

yang mengalir adalah tetap,bentuk gelombang untuk induktor ditunjukkan pada Gambar 3.6b

Bila chopper di-on-kan , tegangan yang melalui induktor adalah; VL = L

dt di

0

I

t

1

t

2

I

1

_I

2

I

1

I

2

(b)

(c)

Gambar 3.6 Susunan Kerja Untuk Operasi Step-Up. (a).Susunan Step-Up

(b). Bentuk gelombang arus (c).Tegangan Keluaran

dan ini memberikan arus ripple puncak ke puncak pada induktor,

ΔI = t1

L V_s

Tegangan keluaran instantaneous adalah

V0 = Vs + L

k V t t V t I s s − =     + = ∆ 1 1 1 2 1 2 ...(3.10)

Bila sebuah kapasitor CL dihubungkan dengan beban seperti terlihat pada garis putus-putus pada Gambar. Tegangan keluaran akan tetap dan V0 akan menjadi

nilai rata-rata Va. Bila kita perhatikan dari Persamaan ( 3.10 ) bahwa tegangan yang

melalui beban dapat dinaikkan dengan memvariasikan duty cycle, k dan tegangan keluaran minimum adalah Vs bila k = 0. Namun demikian, chopper tidak dapat on

terus-menerus sehingga k =1. Untuk nilai k yang cenderung menuju satu, tegangan keluaran menjadi sangat besar dan sangat sensitif untuk mengubah nilai k, seperti terlihat pada Gambar 3.6c.

Prinsip ini dapat diaplikasikan untuk memindahkan energi dari satu sumber tegangan ke lainnya seperti terlihat pada Gambar 3.7a. Rangkaian ekivalen untuk mode-mode operasi ditunjukkan pada Gambar.3.7.b dan bentuk gelombang arus ditunjukkan pada gambar 3.7c. Arus induktor untuk mode I diberikan sebagai berikut.

Vs = L

dt di1

Mode 1

V

_s

+

-V

s

I

2

+

-Mode 2

+

-(a)

(b)

(c)

Gambar 3.7 Susunan Gelombang Arus a. Diagram rangkaian b.Rangkaian ekivalen c. Bentuk gelombang arus

dan dinyatakan sebagai i1 (t) = t I1

L V_s

+

Dimana il adalah arus mula untuk mode 1. Selama mode 1, arus harus meningkat dan

kondisi yang penting adalah, 0

1₁ >

dt d

untuk Vs > 0

Arus untuk mode 2 diberikan sebagai berikut, Vs = L E

dt d

+ 2 1

dan penyelesaiannya adalah ; i2(t) = t I2

L E V_s

+ −

dengan I2 adalah arus mula untuk mode 2. Untuk sistem yang stabil, arus harus turun

dan kondisi yang memenuhi adalah; 0

12 <

dt d

dan Vs < E

Bila kondisi ini tidak memenuhi,arus induktor akan tetap naik dan akan terjadi tidak stabil. Maka, kondisi untuk pemindahan daya yang terkontrol adalah :

0 < Vs <E

Persamaan (3.15) menyatakan bahwa sumber tegangan Vs, harus lebih kecil dari

tegangan E agar transfer daya dari sumber yang tetap ( atau variabel ) ke tegangan dc tetap bisa dilakukan. Pada pengereman elektris motor-motor dc, dengan motor-motor bekerja sebagai generator dc, tegangan terminalnya akan jatuh bila kecepatan mesin berkurang. Chopper dapat memindahkan daya ke sumber dc tetap atau rheostat.

Bila chopper di-on-kan, energi akan dipindahkan dari sumber Vs ke inductor L. Dan

bila chopper di-off-kan sejumlah energi yang tersimpan pada induktor akan dipindahkan ke baterai E.

III. 4. Pengaturan Tahanan Jangkar

Pengaturan ini dapat dilakukan dengan mengatur sebuah resistor variabel yang dihubungkan secara seri dengan jangkar seperti pada gambar dibawah ini

Gambar 3.8. Pengaturan tahanan jangkar pada motor DC penguatan shunt Berdasarkan Persamaan 3.2 didapatkan :

n = sh a a t c R I V φ . . − n = sh a a a t c R R R I V φ . ) (

. + _var −

dimana :

n = Putaran kecepatan motor [ rpm ]. Vt = Tegangan terminal [ Volt ].

Ia = Arus jangkar [ Ampere ].

c = Konstanta.

φsh = Fluks medan shunt [ Wb ]

Metode ini jarang digunakan karena menyebabkan rugi-rugi cukup besar dan sangat mempengaruhi efisiensi motor.

BAB IV

PENGATURAN KECEPATAN MOTOR DC DENGAN MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER

IV.1 Pengaturan Kecepatan Motor DC Dengan Menggunakan Mikrokontroler Dalam mengatur kecepatan putaran dari motor DC dapat digunakan teknik Pulse Width Modulation (PWM) untuk mengatur catu daya yang diberikan ke motor dalam domain waktu. Konverter DC-DC atau DC chopper berfungsi untuk mengkonversi tegangan masukan searah konstan menjadi tegangan keluaran searah yang dapat divariasikan berdasarkan perubahan duty cycle rangkaian kontrol chopper nya. Pengaturan tersebut didapat dari rangkaian pengaturan kecepatan Motor DC yang berbasis miktrokontroler Atmega8535 dan menggunakan metoda DC chopper tanpa filter melalui rangkaian kontrol PWM

.

Komponen switching yang digunakan berupa MOSFET. DC Chopper yang digunakan pada pengujian ini adalah Buck converter. .Konverter jenis ini akan menghasilkan tegangan output yang lebih rendah atau maksimal sama dengan tegangan input. Keuntungan converter jenis ini adalah memiliki efisiensi yang tinggi dan rangkaiannya pun relatif sederhana.

IV.2 Perangkat Keras

Dari sisi perangkat keras, alat yang dibuat terdiri dari 6 bagian besar, yaitu : 1. Catu daya

2. Keypad

3. Mikrokontroler 4. Driver Motor DC 5. Motor DC

6. LCD karakter 2x16 7. Alat pada Laboratorium

Mikrokontroler

Keypad Driver Motor DC Motor DC

LCD Karakter 2x16

Catu Daya

Gambar 4.2. Blok Rancangan Diagram Sistem yang Digunakan

Catu daya memiliki fungsi sebagai penyuplai daya ke semua rangkaian dari alat ini. Keypad merupakan saluran input untuk menentukan nilai dari kecepatan putaran motor yang dikehendaki. Mikrokontroler memiliki peranan sebagai otak dari pemrosesan data. Mikrokontroler lah yang akan menentukan seberapa cepat

pulsa-pulsa yang dikeluarkan yang nantinya akan diumpankan ke driver motor DC untuk menentukan gerakan dari motor DC. Output dari mikrokontroler tidak dapat secara langsung digunakan untuk menggerakkan motor DC. Untuk itu, dibuatlah sebuah rangkaian Drvier motor DC yang berfungsi sebagai penghubung antara mikrokontroler dengan motor DC tadi. LCD karakter 2x16 mempunyai peranan dalam menampilkan data input dan output dalam bentuk karakter.

1. Rangkaian Catu Daya

Rangkaian skematik power supply dapat dilihat pada gambar di bawah ini:

Gambar 4.3 Rangkaian Skematik Power Supply

Rangkaian power supply berfungsi untuk mensupplay arus dan tegangan ke seluruh rangkaian yang ada. Rangkaian power supply ini terdiri dari dua keluaran, yaitu 5 volt dan 12 volt, keluaran 5 volt digunakan untuk menghidupkan seluruh rangkaian, yaitu rangkaian pada unit pemancar dan unit penerima.

Trafo stepdown yang berfungsi untuk menurunkan tegangan dari 220 volt AC menjadi 12 volt AC. Kemudian 12 volt AC akan disearahkan dengan menggunakan dua buah dioda, selanjutnya 12 volt DC akan diratakan oleh kapasitor 2200 μF.

Regulator tegangan 5 Volt (LM7805CT) digunakan agar keluaran yang dihasilkan tetap 5 volt walaupun terjadi perubahan pada tegangan masukannya. LED hanya sebagai indikator apabila PSA dinyalakan. Transistor PNP TIP 42 disini berfungsi sebagai penguat arus apabila terjadi kekurangan arus pada rangkaian, sehingga regulator tegangan (LM7805CT) tidak akan panas ketika rangkaian butuh arus yang cukup besar. Tegangan 12 volt DC langsung diambil dari keluaran jembatan dioda.

2. Rangkaian Mikrokontroler

Rangkaian ini berfungsi sebagai pusat kendali dari seluruh sistem yang ada. Kompoen utama dari rangkaian ini adalah IC mikrokontroler ATMega8535. Pada IC inilah semua program diisikan, sehingga rangkaian dapat berjalan sesuai dengan yang dikehendaki. Mikrokontroler memiliki saluran 32 port I/O, yaitu port A (pin 33–40), port B (pin 1–8), port C (pin 22–29) dan port D (pin14–21). Dimana pin 10 dan 31 dihubungkan ke Ground dan pin 10, 30 dan 32 di hubungkan ke sumber tegangan 5 Volt. Rangkaian mikrokontroler ini menggunakan komponen kristal 4 MHz sebagai sumber clocknya. Nilai kristal ini akan mempengaruhi kecepatan mikrokontroler dalam mengeksekusi suatu perintah tertentu. Rangkaian mikrokontroler dapat dilihat pada gambar 4.4

Gambar 4.4 Rangkaian Skematik ATMega8535

Pada pin 9 dihubungkan dengan sebuah kapasitor 10 uF yang dihubungkan ke positip dan sebuah resistor 10 Kohm yang dihubungkan ke ground. Kedua komponen ini berfungsi agar program pada mikrokontroler dijalankan beberapa saat setelah power aktif. Lamanya waktu antara aktifnya power pada mikrokontroler dan aktifnya program adalah sebesar perkalian antara kapasitor dan resistor tersebut. Jika dihitung maka lama waktunya adalah :

10 10 1 det

t= =ΩR x C K =x µF m ik

3. Rangkaian Keypad

Rangkaian ini merupakan sarana input untuk melakukan penyetelan terhadap nilai kecepatan motor. Berikut ini merupakan gambar rangkaian keypad yang digunakan pada rangkaian ini :

Gambar 4.5 Rangkaian Keypad

Dari gambar terlihat bahwa, ketika salah satu sakelar ditekan, maka sakelar tersebut akan mengirimkan logika 0 ke mikrokontroler. Namun jika dalam keadaan tidak ditekan, sakelar tersebut akan mengirimkan logika 1 ke mikrokontroler. Karakteristik inilah yang digunakan dalam rangkaian sehingga mikrokontroler dapat mengetahui adanya perubahan pada inputnya.

4. Rangkaian Driver Motor DC

DC Chopper dirancang dari rangkaian dasar pada Gambar 4.1 tanpa menggunakan LPF (low pass filter). Hal ini karena DC gearhead motor yang digunakan sekaligus dianggap menjadi filter-nya atau simplikasi motor sebagai LPF orde 1. Rangkaian DC Chopper menggunakan MOSFET jenis BUZ11 (Q1) sebagai

komponen switchingnya, Rds (on) dari transistor ini cukup rendah sehingga disipasi daya yang dibangkitkan relatif rendah untuk rendah untuk arus maksimum yang diinginkan ( ± 5A).

Tegangan output yang dihasilkan akan berbentuk pulse (pulsa). BUZ11 (Q1) adalah

MOSFET jenis N Channel yang mampu melewatkan arus hingga 30 A. Transistor tersebut harus dilindungi dengan heatsink (pendingin) untuk menghindari panas berlebih akibat besarnya arus yang melewatinya.

5. Rangkaian LCD Karakter 2x16

Rangkaian skematik LCD ini digunakan untuk menampilkan data kecepatan motor DC. Rangkaian skematik LCD dapat dilihat pada gambar di bawah ini:

Pada gambar rangkaian konektor LCD yang terdiri dari konektor Gnd (Ground), Vcc (5V), VEE, Reset, R/W (Read/Write), Enable, DB4-DB7 dihubungkan langsung ke konektor Mikrokontroler ATMega8535. Adapun potensiometer pada rangkaian diatas berfungsi untuk mengatur cahaya karakter yang ditampilkan pada LCD.

Pin 1 (Gnd) dan pin 2 (Vcc) pada LCD dihubungkan dengan sumber tegangan 5 Volt, dan VEE (pin 3) LCD dihubungkan dengan Gnd dan Vcc. Ini berfungsi untuk mengatur kontras pada LCD, dimana kontras mencapai nilai maksimum pada saat kondisi pin ini pada tegangan tegangan 0 Volt. Pin 4 (Reset) LCD terhubung ke pin mikrokontroler yang berfungsi untuk pengaksesan register data pada logika 1 dan untuk mengakses register perintah pada logika 0. Pin 5 (R/W) pada LCD terhubung dengan mikrokontroler berfungsi untuk mengetahui bahwa LCD sedang pada mode pembacaan (logika 1) dan pada mode penulisan (logika 0). Pin ini dihubungkan langsung ke Gnd untuk aplikasi yang tidak memerlukan pembacaan. Pin 6 (Enable) LCD berfungsi untuk mengaktifkan clock LCD. Pin 11-14 (D4-D7) LCD merupakan data bus yang berfungsi akan menulis dan membaca data. Pin-pin ini dihubungkan ke mikrokontroler. Pin-pin pada LCD dihubungkan ke PA.0 - PA.5 pada mikrokontroler. Diagram alir dari program yang dibuat adalah sebagai berikut:

Mulai

Inisialisasi Pin dan Variabel yang

digunakan

Keypad up = 0?

A=A+1 Keypad down = 0?

A=A-1

Keypad enter = 0?

Nilai PWM = A

Putar motor sesuai nilai PWM

Keypad enter = 0? YA

Tidak

YA

Tidak

Tidak

Tidak

YA YA

Gambar 4.8 Diagram Alir

Pada awal alat ini dinyalakan, alat ini akan menginisialisasi semua pin I/O dari mikrokontroler yang akan digunakan. Selain itu, program juga akan mennginisialisasi variable-variabel yang digunakan dalam program nantinya.

Kemudian, mikrokontroler akan memeriksa keadaan logika pada keypad. Ketika keypad up ditekan, maka nilai dari variable A akan bertambah 1, namun jika keypad

down ditekan, maka nilai varibel A akan dikurangi dengan 1. Variabel A ini lah yang nantinya akan digunakan penentu besar kecepatan motor.

Setelah itu, mikrokontroler akan menunggu keypad Enter ditekan. Ketika keypad enter ditekan, maka nilai A tadi dimasukkan ke dalam nilai PWM. Kemudian motor akan berputar sesuai dengan nilai PWM yang diberikan tadi. Motor akan tetap berputar sampai keypad Enter kembali ditekan. Ketika keypad Enter ditekan, program akan kembali mendeteksi adanya penekanan pada keypad Up atau down.

6. Spesifikasi Alat pada Laboratorium

Penelitian mengenai kendali kecepatan motor DC dilakukan pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU

1. Motor DC

2. Power Suply AC dan DC 3. Voltmeter DC

4. Amperemeter DC

Spesifikasi motor dc yang digunakan AEG Type GF 110/140 dengan data-data sebagai berikut :

Type : GF 110/140 Ia : 9.1 Ampere

Pout : 2KW Im : 0.64 Ampere

IV.3. Rangkaian Pengujian

IV.3.1 Rangkaian Kendali Kecepatan Motor DC Penguatan Bebas

Gambar 4.9 Rangkaian pengujian kecepatan motor DC Penguatan Bebas

IV.3.1.1 Prosedur Pengujian Kecepatan Motor DC Penguatan Bebas

1. Rangkaian pengujian dibuat seperti gambar , dimana semua switch dansemua PT DC dalam posisi minimum.

2. Tutup S1, naikkan PT DC II sampai A2 nominal

3. Tutup S1, naikkan PT DC I sampai putaran mencapai nominal, lalu catat n

dan V1 pada saat ini.

4. Turunkan putaran secara bertahap hingga nol dengan mengatur PT DC I dan setiap penurunan catat n dan V1

IV.3.2 Rangkaian kendali kecepatan Motor DC Penguatan Bebas dengan menggunakan Mikrokontroler

Gambar 4.10 Rangkaian kendali kecepatan motor DC Penguatan Bebas dengan Mikrokontroler

IV.3.2.1 Prosedur Pengujian Kecepatan Motor DC Penguatan Bebas dengan menggunakan Mikrokontroler

1. Rangkaian percobaan dibuat sesuai gambar.

2. On kan Power supply pada rangkaian, pada saat awal dinyalakan set point PWM pada LCD rangkaian dalam keadaan 0.

3. Naikkan PTDC sampai 200V, besaran maksimal ini didapatkan sesuai dari percobaan kendali kecepatan motor DC tanpa mikrokontroler.

4. Berikan input secara bertahap pada PWM dan catat putaran(n) dan tegangan yang di dapat.

IV.4. Data Hasil Pengujian

IV.4.1 Data Hasil Pengujian Kecepatan Motor DC Penguatan Bebas If = 0.57A

V RPM

40 150

60 200

80 300

100 400

120 450

140 550

160 650

180 700

IV.4.2 Data Hasil Pengujian Kecepatan Motor DC Penguatan Bebas dengan menggunakan Mikrokontroler

If = 0,57 A

PWM V RPM

50 39,21 148

75 58,82 197

100 78,43 298

125 98,03 397

150 117,64 448

175 156,86 549

200 176,46 645

225 176,46 699

250 196,07 747

255 197,20 748

IV.5. Analisa Data Pengujian

Dari data ujicoba kecepatan motor DC tanpa menggunakan mikrokontroler dan dengan menggunakan mikrokontroler di dapat :

% Ralat tegangan :

% 100 % x V V V ralat teori alat teori − = Maka : % 975 , 1 % 100 40 21 , 39 40

%ralat= − x =

% Ralat RPM :

% 100 % x Rpm Rpm Rpm ralat teori alat teori − =

Maka :

% 33 , 1 % 100 150

148 150

%ralat = − x =

Cara perhitungan yang sama dilakukan untuk data yang lain, sehingga di dapatkan seperti tabel

Data Persen Ralat Dengan Menggunakan Mikrokontroler

PWM % Ralat Tegangan % Ralat RPM

50 1,9750 % 1,3333 %

75 1,9667 % 1,5 %

100 1,9625 % 0,6666 %

125 1,9700 % 0,75 %

150 1,9667 % 0,4444 %

175 1,9643 % 0,1818 %

200 1,9625 % 0,7692 %

225 1,9667 % 0,1428 %

Dari data pengujian akan diperoleh grafik sebagai berikut

Putaran VS Tegangan

Pada pengujian ini diperoleh bahwa dengan tegangan yang semakin naik maka putaran juga semakin naik, dan rangkaian alat yang dibuat dengan driver menggunakan Mosfet berhasil mengendalikan kecepatan putaran motor dengan memberikan input PWM, input ini juga bisa dilakukan secara acak tanpa melakukan input secara bertahap dalam rentang nilai 0 sampai 255, atau 8 bit biner.

BAB V KESIMPULAN 6.1 Kesimpulan

Dari hasil kendali kecepatan motor DC dengan menggunakan mikrokontroler maka diperoleh kesimpulan bahwa :

1. Jika nilai PWM yang diprogram pada mikrokontroler semakin besar, maka tegangan yang dihasilkan pada motor semakin besar, sehingga putaran motor pun meningkat. Dan sebaliknya, apabila nilai PWM diperkecil, besar tegangan pada motor akan berkurang, sehingga putaran motor pun melambat.

2. Kecepatan motor DC dapat dikendalikan oleh mikrokontroler dan konverter arus searah.

3. Siklus kerja MOSFET mempengaruhi tegangan yang masuk ke motor, Sehingga semakin besar siklus kerja MOSFET semakin besar tegangan yang masuk ke motor, begitu juga sebaliknya.

4. Konverter arus searah dapat diaplikasikan dengan menggunakan MOSFET.

6.2Saran

1. Hendaknya alat dilengkapi lagi dengan sistem kontrol PID sehingga kecepatan putar dapat diatur dengan lebih baik lagi.

DAFTAR PUSTAKA

1. Chapman Stephen J., “Electric Machinery Fundamentals, Mc Graw-Hill International Edition, 1999.

2. Desphande MV, “Electric Motors Application and Control”,A.H Wheeler & C.O. Privated Limited,Bombay,1985.

3. Dubey Gopal K, “Power Semiconductor Controlled Driver”, Prentice Hall,Engle Wood Cliffs,New Jersey,1989.

4. Eugene C Lister,”Mesin dan Rangkaian Listrik”,Edisi keenam,Erlangga, Jakarta.

5. Kadir Abdul, “Mesin Arus Searah”,Djambatan,Jakarta,1980.

6. Mehta V K dan Rohit,”Principles of Electrical Machines”,S.Chand dan Company LTD, Ram Nagar New Delhi,2002.

7. Rashid M.H,”Elektronika Daya : Rangkaian, Devais dan Aplikasinya”, Prenhallindo,Jakarta.1999

8. Theraja B.L., “A Text Book of Electrical Technology”, Nurja Construction & Development,New Delhi, 1980.

9. Wijaya, Mochtar, Dasar-dasar Mesin Listrik, Penerbit Djambatan, 2001. 10.Wardhana, Lingga. 2006. Belajar Sendiri Mikrokontroler AVR seri

ATMega8535. Yogyakarta: Penerbit ANDI.

11.Winoto, Ardi. 2008. Mikrokontroler AVR ATMega8/32/16/8535 dan Pemrogramannya. Bandung: Penerbit Informatika.

12.W Soebhakti, Hendawan. 2007. Basic AVR Microcontroller Tutorial ATMega8535L. Batam:Politeknik Batam

DATA SHEET ATMEGA8535

Konfigurasi pin ATmega8535 dengan kemasan 40 pin DIP (Dual Inline Package) dapat dilihat pada gambar. Dari gambar di atas dapat dijelaskan fungsi dari masing-masing pin Atmega8535 sebagai berikut:

1. VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai masukan catu daya. 2. GND merukan pin Ground.

3. Port A (PortA0…PortA7) merupakan pin input/output dua arah dan pin masukan ADC.

4. Port B (PortB0…PortB7) merupakan pin input/output dua arah dan dan pin fungsi khusus, seperti dapat dilihat pada tabel di bawah ini.

Tabel Fungsi Khusus Port B

PIN FUNGSI KHUSUS

PB7 SCK (SPI Bus Serial Clock)

PB6 MISO (SPI Bus Master Input/ Slave Output) PB5 MOSI (SPI Bus Master Output/ Slave Input) PB4 SS (SPI Slave Select Input)

PB3 AIN1 (Analog Comparator Negative Input) OC0 (Timer/Counter0 Output Compare Match Output) PB2 AIN0 (Analog Comparator Positive Input)

INT2 (External Interrupt 2 Input) PB1 T1 (Timer/ Counter1 External Counter Input) PB0 T0 T1 (Timer/Counter External Counter Input)

XCK (USART External Clock Input/Output)

4. Port C (PortC0…PortC7) merupakan pin input/output dua arah dan pin fungsi khusus, seperti dapat dilihat pada tabel dibawah ini.

Tabel Fungsi Khusus Port C

PIN FUNGSI KHUSUS

PC7 TOSC2 ( Timer Oscillator Pin2) PC6 TOSC1 ( Timer Oscillator Pin1)

PC5 Input/Output

PC4 Input/Output

PC3 Input/Output

PC2 Input/Output

PC1 SDA ( Two-wire Serial Buas Data Input/Output Line) PC0 SCL ( Two-wire Serial Buas Clock Line)

5. Port D (PortD0…PortD7) merupakan pin input/output dua arah dan pin fungsi khusus, seperti yang terlihat pada tabel dibawah ini.

Tabel 2.3 Fungsi Khusus Port D

PIN FUNGSI KHUSUS

PD7 OC2 (Timer/Counter Output Compare Match Output) PD6 ICP (Timer/Counter1 Input Capture Pin)

PD5 OC1A (Timer/Counter1 Output Compare A Match Output) PD4 OC1B (Timer/Counter1 Output Compare B Match Output) PD3 INT1 (External Interrupt 1 Input)

PD2 INT0 (External Interrupt 0 Input)

PD1 TXD (USART Output Pin)

PD0 RXD (USART Input Pin)

6. RESET merupakan pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroler. 7. XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal.

8. AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC. 9. AREFF merupakan pin masukan tegangan referensi ADC.

Dari data pengujian akan diperoleh grafik sebagai berikut

Putaran VS Tegangan

Pada pengujian ini diperoleh bahwa dengan tegangan yang semakin naik maka putaran juga semakin naik, dan rangkaian alat yang dibuat dengan driver menggunakan Mosfet berhasil mengendalikan kecepatan putaran motor dengan memberikan input PWM, input ini juga bisa dilakukan secara acak tanpa melakukan input secara bertahap dalam rentang nilai 0 sampai 255, atau 8 bit biner.

BAB V

KESIMPULAN

6.1 Kesimpulan

Dari hasil kendali kecepatan motor DC dengan menggunakan mikrokontroler maka diperoleh kesimpulan bahwa :

1. Jika nilai PWM yang diprogram pada mikrokontroler semakin besar, maka tegangan yang dihasilkan pada motor semakin besar, sehingga putaran motor pun meningkat. Dan sebaliknya, apabila nilai PWM diperkecil, besar tegangan pada motor akan berkurang, sehingga putaran motor pun melambat.

2. Kecepatan motor DC dapat dikendalikan oleh mikrokontroler dan konverter arus searah.

3. Siklus kerja MOSFET mempengaruhi tegangan yang masuk ke motor, Sehingga semakin besar siklus kerja MOSFET semakin besar tegangan yang masuk ke motor, begitu juga sebaliknya.

4. Konverter arus searah dapat diaplikasikan dengan menggunakan MOSFET.

6.2Saran

1. Hendaknya alat dilengkapi lagi dengan sistem kontrol PID sehingga kecepatan putar dapat diatur dengan lebih baik lagi.

DAFTAR PUSTAKA

1. Chapman Stephen J., “Electric Machinery Fundamentals, Mc Graw-Hill International Edition, 1999.

2. Desphande MV, “Electric Motors Application and Control”,A.H Wheeler & C.O. Privated Limited,Bombay,1985.

3. Dubey Gopal K, “Power Semiconductor Controlled Driver”, Prentice Hall,Engle Wood Cliffs,New Jersey,1989.

4. Eugene C Lister,”Mesin dan Rangkaian Listrik”,Edisi keenam,Erlangga, Jakarta.

5. Kadir Abdul, “Mesin Arus Searah”,Djambatan,Jakarta,1980.

6. Mehta V K dan Rohit,”Principles of Electrical Machines”,S.Chand dan Company LTD, Ram Nagar New Delhi,2002.

7. Rashid M.H,”Elektronika Daya : Rangkaian, Devais dan Aplikasinya”, Prenhallindo,Jakarta.1999

8. Theraja B.L., “A Text Book of Electrical Technology”, Nurja Construction & Development,New Delhi, 1980.

9. Wijaya, Mochtar, Dasar-dasar Mesin Listrik, Penerbit Djambatan, 2001. 10.Wardhana, Lingga. 2006. Belajar Sendiri Mikrokontroler AVR seri

ATMega8535. Yogyakarta: Penerbit ANDI.

11.Winoto, Ardi. 2008. Mikrokontroler AVR ATMega8/32/16/8535 dan Pemrogramannya. Bandung: Penerbit Informatika.

12.W Soebhakti, Hendawan. 2007. Basic AVR Microcontroller Tutorial ATMega8535L. Batam:Politeknik Batam

DATA SHEET ATMEGA8535

Konfigurasi pin ATmega8535 dengan kemasan 40 pin DIP (Dual Inline Package) dapat dilihat pada gambar. Dari gambar di atas dapat dijelaskan fungsi dari masing-masing pin Atmega8535 sebagai berikut:

1. VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai masukan catu daya. 2. GND merukan pin Ground.

3. Port A (PortA0…PortA7) merupakan pin input/output dua arah dan pin masukan ADC.

Tabel Fungsi Khusus Port B

PIN FUNGSI KHUSUS

PB7 SCK (SPI Bus Serial Clock)

PB6 MISO (SPI Bus Master Input/ Slave Output) PB5 MOSI (SPI Bus Master Output/ Slave Input) PB4 SS (SPI Slave Select Input)

PB3 AIN1 (Analog Comparator Negative Input) OC0 (Timer/Counter0 Output Compare Match Output) PB2 AIN0 (Analog Comparator Positive Input)

INT2 (External Interrupt 2 Input) PB1 T1 (Timer/ Counter1 External Counter Input) PB0 T0 T1 (Timer/Counter External Counter Input)

XCK (USART External Clock Input/Output)

4. Port C (PortC0…PortC7) merupakan pin input/output dua arah dan pin fungsi khusus, seperti dapat dilihat pada tabel dibawah ini.

Tabel Fungsi Khusus Port C

PIN FUNGSI KHUSUS

PC7 TOSC2 ( Timer Oscillator Pin2)

PC6 TOSC1 ( Timer Oscillator Pin1)

PC5 Input/Output

PC4 Input/Output

PC3 Input/Output

PC2 Input/Output

PC1 SDA ( Two-wire Serial Buas Data Input/Output Line)

PC0 SCL ( Two-wire Serial Buas Clock Line)

5. Port D (PortD0…PortD7) merupakan pin input/output dua arah dan pin fungsi khusus, seperti yang terlihat pada tabel dibawah ini.

Tabel 2.3 Fungsi Khusus Port D

PIN FUNGSI KHUSUS

PD7 OC2 (Timer/Counter Output Compare Match Output)

PD6 ICP (Timer/Counter1 Input Capture Pin)

PD5 OC1A (Timer/Counter1 Output Compare A Match Output)

PD4 OC1B (Timer/Counter1 Output Compare B Match Output)

PD3 INT1 (External Interrupt 1 Input)

PD2 INT0 (External Interrupt 0 Input)

PD1 TXD (USART Output Pin)

PD0 RXD (USART Input Pin)

6. RESET merupakan pin yang digunakan untuk me-reset mikrokontroler. 7. XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal.

8. AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC. 9. AREFF merupakan pin masukan tegangan referensi ADC.