IMPLEMENTASI MOTOR STEPPER PADA CRANE BERBASIS DSPIC30F6014A LAPORAN TUGAS AKHIR - IMPLEMENTASI MOTOR STEPPER PADA CRANE BERBASIS DSPIC30F6014A - Unika Repository
IMPLEMENTASI MOTOR STEPPER PADA CRANE BERBASIS DSPIC30F6014A LAPORAN TUGAS AKHIR Oleh : YOSUA IVAN PURNAMA 13.50.0010 PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS KATOLIK SOEGIJAPRANATA SEMARANG 2018
ABSTRAK
Motor listrik merupakan piranti yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanis berupa putaran. Motor listrik yang biasa digunakan untuk kontrol posisi yaitu motor servo dan motor stepper, namun motor stepper lebih banyak digunakan karena motor stepper tidak memiliki sikat (brush) pada konstruksinya, sedangkan motor servo terdapat motor DC yang terdapat sikat pada konstruksinya, sehingga membutuhkan biaya yang relatif tinggi untuk penggantiannya. Motor
stepper dapat beroperasi dengan mengendalikan pulsa-pulsa digital secara
sekuensial yang kemudian diubah menjadi gerakan mekanis. Motor ini dikendalikan dengan menggunakan metode full step hingga micro step, yang kemudian diimplementasikan pada crane. Crane yang dimaksud hanyalah sebagai pemodelan, tidak layaknya seperti peralatan berat yang digunakan di industri.
Pemodelan ini dilengkapi dengan elektromagnetik yang digunakan untuk mengangkat dan atau memindahkan suatu benda ke tempat tertentu. Untuk mengoperasikan alat ini dibutuhkan L298 Driver Motor dan rangkaian relay yang dikontrol dengan menggunakan mikrokontroler dsPIC30F6014A. Untuk melengkapi kajian ini, maka dilakukan pengujian laboratorium dan pengujian kinerja alat yang dibuat.
Kata Kunci: model crane, motor stepper, L298 driver motor, micro step,
dsPIC30F6014A .KATA PENGANTAR
Ucapan terimakasih dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus Kristus yang senantiasa menjaga dan melindungi penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dan Laporan Tugas Akhir yang berjudul “IMPLEMENTASI MOTOR STEPPER PADA CRANE BERBASIS
DSPIC30F6014A”. Melakukan tugas akhir dan pemyelesaian laporan tugas akhir
ini bertujuan untuk memenuhi syarat kelulusan di Fakultas Teknik, Program Studi Teknik Elektro Universitas Katolik Soegijapranata Semarang.
Penulis tidak dapat menyelesaikan semua ini tanpa bantuan dan dukungan dari berbagai pihak secara langsung maupun secara tidak langsung. Pada kesempatan kali ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :
1. Tuhan Yesus Kristus yang telah memberikan berkat, kemudahan, dan kelancaran dalam melakukan tugas akhir dan penyusunan laporan tugas akhir.
2. Haryanto Purnama dan Ratna Gunadi selaku orangtua penulis yang tidak pernah lelah untuk mencari nafkah dan juga selalu memberikan dukungan.
3. Vania Alvita Purnama dan Yosiana Alvina Purnama selaku adik dan kakak yang selalu menghibur dan mendukung penulis.
4. Bapak Prof. Dr. Ign. Slamet Riyadi, MT. selaku dosen pembimbing Tugas Akhir penulis yang telah membimbing dan memberi pengarahan dalam melakukan Tugas Akhir ini, juga memberikan kritik, saran, dan semangat kepada penulis.
5. Bapak Dr. Ir. Djoko Suwarno, M.Si. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Katolik Soegijapranata Semarang.
6. Bapak Ir. Dr. Florentinus Budi Setiawan, MT., IPM. selaku Ketua Program Studi Teknik Elektro, yang telah memberikan fasilitas laboratorium untuk pelaksanaan tugas akhir ini.
7. Seluruh Dosen dan Karyawan Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Katolik Soegijapranata Semarang.
8. Teman-teman angkatan 2013 telah menemani, saling membantu, saling mengajari, dan saling berdinamika bersama selama kuliah.
9. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan tugas akhir beserta laporannya yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.
Penulis menyadari bahwa laporan yang dibuat masih banyak keterbatasan, sehingga penulis membutuhkan kritik dan saran dari berbagai pihak supaya dapat dijadikan evaluasi dan dilakukan perbaikan untuk perkembangan ke depannya. Penulis juga tidak lupa untuk mengucapkan permohonan maaf apabila terjadi hal- hal yang kurang berkenan dalam melakukan dan menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir ini.
Semarang, 28 Januari 2018
Yosua Ivan Purnama
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDULi
LEMBAR PENGESAHAN
ii
PERNYATAAN KEASLIAN LAPORAN TUGAS AKHIR
iii
ABSTRAK
iv
KATA PENGANTAR
v
DAFTAR ISI
vii
DAFTAR GAMBAR
x
DAFTAR TABEL
xv
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
1
1.2. Perumusan Masalah
2
1.3. Pembatasan Masalah
3
1.4. Tujuan dan Manfaat
3
1.5. Metodologi Penelitian
4
1.6. Sistematika Penulisan
5 BAB II KAJIAN PUSTAKA
2.1. Pendahuluan
7
2.2. Motor Stepper
7
2.2.1 Motor Stepper Berdasarkan Konstruksi
8
2.2.2. Motor Stepper Berdasarkan Lilitan
1 /
3.4. Rangkaian Kontrol
26
3.4.1. Full Step 27 3.4.2.
3.4.3.
3.4.4.
3.4.5.
3.4.6. Half Step
Micro Step ¼ Micro Step
8 Micro Step
3.3. Rangkaian Driver Motor
1 /
16 Algoritma Pemrograman dsPIC30F6014A
28
29
29
31
33
3.5. Rangkaian Relay
25
24
10
2.4. Mikrokontroler dsPIC30F6014A
2.2.3. Prinsip Kerja Motor Stepper
12
2.3. L298 Driver Motor 2.3.1.
IC L298
2.3.2. Driver Motor
15
15
16
17
3.2.2. Rotor Motor Stepper
2.5. Relay
20
2.6. Optocoupler
20 BAB III DESAIN DAN IMPLEMENTASI 3. 1. Pendahuluan
22
3.2. Motor Stepper Hybrid Bipolar 2 Fasa
23
3.2.1. Stator Motor Stepper
24
34
3.6. Konstruksi Model Crane
40
53 LAMPIRAN
52 DAFTAR PUSTAKA
5.2. Saran
51
5.1. Kesimpulan
49 BAB V PENUTUP
47
44
4.5 Hasil Pengujian Pengendalian Motor Stepper Pada Model Crane Hasil Pengujian Penggunaan Elektromagnetik Pada Model Crane Pembahasan
4.4.
43 4.3.
41
39
34 BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA
37
16
1 /
8 Metode Micro Step
1 /
4.2.5. Metode Full Step Metode Half Step Metode Micro Step ¼ Metode Micro Step
4.2.4.
4.2.3.
4.2.2.
37 4.2.1.
4.2. Hasil Pengujian Labolatorium
36
4.1. Pendahuluan
55
DAFTAR GAMBAR
15 Gambar 2.10. L298 Driver Motor
24 Gambar 3.4. Rotor Motor Stepper Hybrid (a) Sisi Samping (b) Sisi Atas
23 Gambar 3.3. Stator Motor Stepper Hybrid
22 Gambar 3.2. Konstruksi Motor Stepper Hybrid
21 Gambar 3.1. Diagram Blok Hardware
20 Gambar 2.13. Optocoupler
18 Gambar 2.12 Relay
IC dsPIC30F6014A
17 Gambar 2.11.
IC L298
Gambar 2.1. Motor Stepper13 Gambar 2.9.
12 Gambar 2.8. (a) Rangkaian Ekuivalen (b) Gelombang Arus
11 Gambar 2.7. Arah Putaran Motor Stepper (a) Searah Jarum Jam (b) Berlawanan Arah Jarum Jam
11 Gambar 2.6. Unipolar
10 Gambar 2.5. Bipolar
9 Gambar 2.4. Hybrid
9 Gambar 2.3. Permanent Magnet
8 Gambar 2.2. Variable Reluctance
25
Gambar 3.5. Rangkaian L298 Driver Motor25 Gambar 3.6. Dua Rangkaian Inverter 1 Fasa
26 Gambar 3.7. Skema Sistem Minimum dsPIC30F6014A
27 Gambar 3.8. Flowchart Pemrograman
33 Gambar 3.9. Rangkaian Relay
34 Gambar 3.10. Desain Konstruksi Model Crane
35 Gambar 4.1. Hardware Pengendalian Motor Stepper
36 Gambar 4.2. Hardware Pengendalian Motor Stepper
37 pada Model Crane
Gambar 4.3. Hasil Pengujian Pensaklaran Menggunakan38 Metode Full Step (a) Fasa 1 (b) Fasa 2 (c) Fasa 3 (d) Fasa 4
Gambar 4.4. Hasil Pengujian Arus Fasa Metode Full Step38 (a) Arus Fasa 1 dan 2 (b) Arus Fasa 3 dan 4
Gambar 4.5. Hasil Pengujian Tegangan dan Arus38 Menggunakan Metode Full Step (a) Tegangan Fasa 1 dan 2 (b) Arus Fasa 1 dan 2
Gambar 4.6. Hasil Pengujian Pensaklaran Menggunakan39 Metode Half Step (a) Fasa 1 (b) Fasa 2 (c) Fasa 3 (d) Fasa 4
Gambar 4.7. Hasil Pengujian Arus Fasa Metode Half39 Step (a) Arus Fasa 1 dan 2 (b) Arus Fasa 3 dan 4
Gambar 4.8. Hasil Pengujian Tegangan dan Arus40 Menggunakan Metode Half Step (a) Tegangan Fasa 1 dan 2 (b) Arus Fasa 1 dan 2
Gambar 4.9. Hasil Pengujian Pensaklaran Menggunakan40 Metode Micro Step ¼ (a) Fasa 1 (b) Fasa 2 (c) Fasa 3 (d) Fasa 4
Gambar 4.10. Hasil Pengujian Arus Fasa Metode Micro41 Step ¼ (a) Arus Fasa 1 dan 2 (b) Arus Fasa 3 dan 4
Gambar 4.11. Hasil Pengujian Tegangan dan Arus41 Menggunakan Metode Micro Step ¼ (a) Tegangan Fasa 1 dan 2 (b) Arus Fasa 1 dan 2
Gambar 4.12. Hasil Pengujian Pensaklaran Menggunakan42
1
8 Metode Micro Step / (a) Fasa 1 (b) Fasa 2
(c) Fasa 3 (d) Fasa 4
Gambar 4.13. Hasil Pengujian Arus Fasa Metode Micro42
1
8 Step / (a) Arus Fasa 1 dan 2 (b) Arus Fasa
3 dan 4
Gambar 4.14. Hasil Pengujian Tegangan dan Arus42
1
8 Menggunakan Metode Micro Step /
(a) Tegangan Fasa 1 dan 2 (b) Arus Fasa 1 dan 2
Gambar 4.15. Hasil Pengujian Pensaklaran Menggunakan43
1 Metode Micro Step / 16 (a) Fasa 1 (b) Fasa 2
(c) Fasa 3 (d) Fasa 4
Gambar 4.16. Hasil Pengujian Arus Fasa Metode Micro43
1
16 Step / (a) Arus Fasa 1 dan 2 (b) Arus Fasa
3 dan 4
Gambar 4.17. Hasil Pengujian Tegangan dan Arus44
1
16 Menggunakan Metode Micro Step /
(a) Tegangan Fasa 1 dan 2 (b) Arus Fasa 1 dan 2
Gambar 4.18. Hasil Pengujian Pada Kondisi Awal45 Gambar 4.19. Hasil Pengujian Step 1
45 Gambar 4.20. Hasil Pengujian Step 2
46 Gambar 4.21. Hasil Pengujian Step 3
46 Gambar 4.22. Hasil Pengujian Pengambilan Benda
47 Gambar 4.23. Hasil Pengujian Mengaktifkan
48 Elektromagnet
Gambar 4.24. Hasil Pengujian Mengangkat Benda48 Gambar 4.25. Hasil Pengujian Memindahkan Benda
48
Gambar 4.26. Hasil Pengujian Menonaktifkan49 Elektromagnet
Gambar 4.27. Hasil Pengujian Meletakkan Benda49
DAFTAR TABEL
8 Pensaklaran Micro Step
30
29
28
28
16
1 /
1 /
Tabel 2.1. Spesifikasi IC L298Pensaklaran Full Step Pensaklaran Half Step Pensaklaran Micro Step ¼ Pensaklaran Micro Step
Tabel 3.3. Tabel 3.4. Tabel 3.5. Tabel 3.6.
23 Tabel 3.2.
19 Tabel 3.1. Spesifikasi Motor Stepper Hybrid
17 Tabel 2.3. Spesifikasi dsPIC30F6014A
16 Tabel 2.2. Konfigurasi Pensaklaran
31