PENGENDALIAN KECEPATAN PUTARAN MOTOR DC 100 VOLT DENGAN METODE PULSE WIDTH MODULATION (PWM)

  

PENGENDALIAN KECEPATAN PUTARAN MOTOR

DC 100 VOLT DENGAN METODE PULSE WIDTH

MODULATION (PWM) TUGAS AKHIR Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat

  

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Elektro Disusun Oleh: NICODEMUS CAHYO TRIATMONO NIM : 005114062

  

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2007

THE ROTATION SPEED CONTROL EQUIPMENT OF 100

  

VOLT DC MOTOR USING PULSE WIDTH MODULATION

(PWM) METHOD

FINAL PROJECT

  

Presented as Partial Fulfillment of Requirements

To Obtain the Sarjana Teknik Degree

In Electrical Engineering

  

By

NICODEMUS CAHYO TRIATMONO NIM :005114062

  

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT

ENGINEERING FALCUTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2007

HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN

  

“Apa yang kita peroleh sampai dengan hari ini adalah suatu hal yang

berharga tapi bagaimana cara kita memperolehnya

adalah sesuatu yang lebih berharga”

  

Kupersembahkan tugas akhir ini :

  Pada Tuhan Yesus Kristus atas hidup, rahmat, penyertaan, mukjizat dan penebusan-Nya untukku dan Bunda Maria atas doa dan bimbingan yang selama ini menyertai langkahku.

  Untuk Bapak “Pancratius krismandoko” dan Ibu “Pancratia Murpudjanti” atas dukungan dana, doa, dan bimbingan yang tiada henti, pembelajaran atas hidup dan kasih yang selama ini aku terima.

  Untuk Kakakku dan keponakanku tersayang : Mas Budi, Mbak Retno, Mbak Sari, Mas jimmy, steven, Krisna, Lintang. Yang kita perlukan hanyalah kebersamaan kita, dengan itu kita bisa melalui segalanya.

  

Intisari

  Pengendalian Kecepatan putaran motor DC banyak dijumpai di dalam suatu industri. Hal ini disebabkan banyak industri – industri yang menggunakan motor dalam proses produksinya, di mana peralatan-peralatan tersebut memerlukan kecepatan motor tertentu sehingga alat dapat bekerja dengan baik tanpa adanya gangguan. Oleh karena itu di perlukan adanya pengendalian motor, baik yang sederhana maupun kompleks.

  Pada penelitian ini, dirancang suatu alat pengendali kecepatan putar motor DC dengan menggunakan metode Pulse width modulation (PWM). Alat ini menggunakan dua buah sumber tegangan yang digunakan sebagai sumber catu daya PWM dan motor DC tersebut. Pengendalian kecepatan putaran motor dc ini dilakukan dengan mengatur lebar pulsa dari gelombang kotak, dimana semakin besar lebar pulsa maka semakin besar pula tegangan keluaran motor dan putaran motor semakin cepat.

  Hasil dari perancangan ini adalah alat pengendali kecepatan putar motor dc 100 volt yang bekerja pada level tegangan antara 2,4 volt sampai dengan 12 volt dengan lebar pulsa dari 0 % sampai dengan 100 % dan kecepatan motor maksimum sebesar 10000 rpm.

  Kata kunci : Pengendalian kecepatan putar, lebar pulsa, PWM

  

Abstract

The rotation speed control system of dc motor is commonly found in industry.

  This cause many industries use motor in their production process. Those equipment need a certain motor speed in order to work well without any possible problems occurance. Therefore, it is important to operate motor controller either the simple one or the complex one.

  In this study, the researches designs a circle speed equipment of dc motor by using pulse width modulation (PWM) method. This equipment uses two energy sources that tend to be power source of PWM and dc motor. The circle speed control of dc motor is conducted by setting up the pulse width of the square wave which shows that the wider the pulse, the bigger the output of motor energy also faster the motor circle.

  The result of the design is the circle speed control equipment of 100 volt dc motor are work in voltage from 2,4 volt to 12 volt with the pulse width from 0 % to 100 % and the maximum rotation speed is 10000 rpm.

  Definition of terms / Key word : rotation speed control, pulse width, PWM.

KATA PENGANTAR

  Syukur kami ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan rahmatnya dari awal hingga akhir penulisan ini. Tugas akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus ditempuh untuk memperoleh gelar sarjana teknikdi jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  Persoalan Tugas Akhir ini adalah pengendalian kecepatan putar motor dc 100 volt dengan menggunakan metode Pulse Width Modulation (PWM). Tugas akhir ini bertujuan untuk mengetahui bentuk variasi kecepatan motor terhadap duty cycle.

  Banyak bantuan yang penulis dapatkan dalam penyusunan tugas akhir ini, maka boleh kiranya dengan rendah hati penulis menghaturkan banyak terimakasih kepada :

  1. Allah Bapa di Surga, atas kehendak-Mu penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.

  2. Bapak Martanto, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing I yang telah meluangkan waktunya untuk memberikan bimbingan, masukan, dan bantuan, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.

  3. Bapak Ir.,Tjendro selaku dosen pembimbing II atas bimbingan dan bantuannya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.

  4. Bapak Pancratius Krismandoko dan Ibunda Pancratia Murpudjanti yang telah memberikan kasih dan sayangnya, doa, dorongan, semangat, biaya yang tiada henti hingga terselesaikan studi dan penyusunan tugas akhir ini.

  5. Kakak-kakakku, Mas Budi dan Mbak sari, Mas Jimmy dan Mbak Retno atas segala kasih sayang, perhatian, nasehat dan dorongannya.

  6. Semua keponakanku, Steven, Krisna, Lintang, jangan nakal.

  7. Semua sahabat2ku, Wahyu ”Dukomp”, Aas “Ganyong”, Santi (PBI), Leo, Ikun, Agus BBC, Andre, Marcel “Boli”, Suryo, K-cap, Sigit, Koko, Cah Kontrakan, dll, terima kasih atas bantuan dan dukungannya.

  8. Segenap dosen-dosen Teknik Elektro atas segala bantuan yang telah diberikan selama penulis menimba ilmu di bangku kuliah.

  9. Segenap Karyawan, Sekretariat Teknik, Laboran Teknik Elektro mas Suryo, mas Mardi dan mas Hardi atas bantuan yang telah diberikan.

  10. Dan semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu, karena keterbatasan tempat, atas saran, ide dan dukungan yang diberikan hingga tugas akhir ini dapat terselesaikan. Dengan segala kerendahan hati juga, penyusun menyadari bahwa tugas akhir ini masih sangat jauh dari sempurna. Oleh karena itu, segala kritik dan saran yang membangun akan penyusun terima dengan senang hati.

  Akhir kata penyusun mengharapkan semoga tugas akhir ini dapat berguna bagi semua pihak dan dapat dijadikan bahan kajian lebih lanjut.

  Yogyakarta, Juli 2007 \

  Penulis

  

DAFTAR ISI

Halaman

  HALAMAN JUDUL ……………………………………………………………………. i HALAMAN JUDUL BAHASA INGGRIS …………………………………………….. ii HALAMAN PERSETUJUAN …………………………………………………………. iii HALAMAN PENGESAHAN ………………………………………………………….. iv PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ……………………………………................... v HALAMAN PERSEMBAHAN ………………………………………………………... vi

  INTISARI ……………………………………………………………………………… vii ABSTRACT …………………………………………………………………………... viii KATA PENGANTAR …………………………………………………………………. ix DAFTAR ISI ………………………………………………………………………...…. xi DAFTAR GAMBAR ………………………………………………………………….. xiv DAFTAR TABEL ….……………………………………………………………...…... xvi DAFTAR LAMPIRAN ………………………………………………………...…….. xvii

  BAB I PENDAHULUAN …………………………………………………………….. 1

  1.1 Judul ……………………………………………………………………. 1

  1.2 Latar Belakang …………………………………………………………. 1

  1.3 Perumusan Masalah ……………………………………………………. 2

  1.4 Batasan Masalah ……………………………………………………….. 3

  1.5 Tujuan ……………………………………………………….................. 3

  1.6 Manfaat ……………………………………………………………….... 3

  1.7 Sistematika Penulisan ………………………………………………….. 4

  BAB II Dasar Teori …………………………………………………………………….. 5

  2.1. Pengertian Kecepatan dan percepatan …………………………………. 5

  2.1.A. Pengertian Kecepatan ……………………………………….... 5

  2.1.B. Jenis-jenis Kecepatan ………………………………………… 5

  2.1.C. Pengertian Percepatan ………………………………………... 5

  2.1.D. Jenis-jenis Percepatan ………………………………………... 6

  2.1.E. Percepatan Dalam Gerak Melingkar …………………………. 6

  2.2. Pengatur Kecepatan Putar Motor DC …………………………………... 7

  2.3. Catu daya ……………………………………………………………….. 8

  2.3.1. Catu Daya 15 Volt …………………………………………….. 9

  2.3.2. Catu Daya 100 Volt ………………………………………….. 10

  2.4. Pulse Width Modulation (PWM) ……………………………………… 12

  2.4.1. Penguat Operasional (op-Amp) ……………………………… 14

  2.4.2. Rangkaian Pembagi Tegangan ……………………………….. 18

  2.4.3. Rangkaian Pensaklaran ………………………………………. 19

  2.4.4. Rangkaian Pengatur Lebar Pulsa …………………………….. 21

  2.5. M0tor AC / DC Universal ……………………………………………... 22

  2.6. Alat Pengukur Kecepatan Putar Motor DC …………………………… 25

  BAB III PERANCANGAN PERANGKAT KERAS …………………………………. 26

  3.1 Diagram Blok Dasar Pengendalian Kecepatan Putaran Motor DC ……………………………………………………… 26

  3.2 Perancangan Perangkat Keras ………………………………………….. 27

3.2.1 Catu Daya ………………………………………………………. 27

  3.2.1.1 Catu Daya 15 Volt …………………………………….. 27

  3.2.1.2 Catu Daya 100 Volt …………………………………… 28

3.2.2 Pulse Width Modulation ……………………………………….. 31

  3.2.2.1 Pembangkit Gelombang Segitiga ………………………. 31

  3.2.2.2 Rangkaian Pembagi Tegangan …………………………. 33

  3.2.2.3 Rangkaian Pengatur Lebar Pulsa ………………………. 34

  3.2.2.4 Rangkaian Pensaklaran ……………………………….... 36

BAB IV DATA dan PEMBAHASAN ………………………………………………… 38

  4.1 Hasil Akhir Perancangan ………………………………………………. 38

  4.2 Data Pengamatan ……………………………………………………...…

  39

  4.3 Pembahasan …………………………………………………………….. 42

  4.3.1 Frekuensi 1 KHz ………………………………………….. 45

  4.3.2 Frekuensi 2 KHz ………………………………………….. 53

  BAB V KESIMPULAN dan SARAN ………………………………………………... 56

  5.1 Kesimpulan …………………………………………………………….. 61

  5.2 Saran …………………………………………………………………… 61 DAFTAR PUSTAKA ………………………………………………………………….. 63

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Skema pengendalian kecepatan putar motor dc………………….………. 7Gambar 2.2 Penyearah dengan trafo tap tengah……………………………….…….... 8Gambar 2.3 Jembatan penyearah tegangan.…………………………………………… 9Gambar 2.4 Rangkaian catu daya 15 volt………..…………………...……………… 10Gambar 2.5 Rangkaian regulator seri .......................................................................... 10Gambar 2.6 Rangkaian catu daya 100 Volt …………………………………………. 11Gambar 2.7 Bentuk pulsa PWM dengan masukan Vdc1 dan Vdc2……...………….. 13Gambar 2.8 Bentuk gelombang segitiga dengan tegangan referensi ………..….…… 13Gambar 2.9 Batas praktis lebar pulsa PWM ………………………………………… 14Gambar 2.10 Pembangkit gelombang segitiga menggunakan saklar …………………. 15Gambar 2.11 Rangkaian Pembangkit Gelombang Segitiga ........................................... 16Gambar 2.12 Skema Pembanding dalam Tegangan Nol ............................................... 17Gambar 2.13 Rangkaian pembagi tegangan .................................................................. 18Gambar 2.14 Rangkaian Pensaklaran ............................................................................ 20Gambar 2.15 Rangkaian Pengatur Lebar Pulsa ............................................................. 21Gambar 2.16 Konstruksi Motor Universal .................................................................... 22Gambar 2.17 Karakteristik kecepatan terhadap beban .................................................. 23Gambar 3.1 Diagram Blok Pengendalian Motor DC …………………….….……… 26Gambar 3.2 Rangkaian Catu Daya 15 Volt DC …………………………..…………. 27Gambar 3.3 Rangkaian Catu Daya 100 Volt DC ……………………………………. 29Gambar 3.4 Rangkaian Pembentuk Gelombang Segitiga...………….………………. 33Gambar 3.5 Rangkaian Pembagi Tegangan …………………………………………. 34Gambar 3.6 Rangkaian Pengatur Lebar Pulsa.......……………………………………... 35Gambar 3.7 Rangkaian Pensaklaran...... …………………………………….............. 36Gambar 4.1 Alat pengendali kecepatan putar motor dc ………................................... 38Gambar 4.2 Pengamatan Duty cycle dengan Vref =12 V (f =1 KHz)………...…....... 40Gambar 4.3 Pengamatan Duty cycle dengan Vref=11 V (f=1 KHz)………………… 40Gambar 4.4 Pengamatan Duty cycle dengan Vref=11 (f=1 KHz).…………………... 41Gambar 4.5 Grafik Perbandingan Duty Cycle ………………………………………. 47Gambar 4.6 Grafik Perbandingan Tegangan Motor ………………………………… 49Gambar 4.7 Grafik Pengaruh Duty Cycle Terhadap

  Kecepatan Motor ………………..………….………………………….. 52

Gambar 4.8 Grafik Perbandingan Duty Cycle …….………………………………… 55Gambar 4.9 Grafik Perbandingan Tegangan Motor .…….………………………….. 58Gambar 4.10 Grafik Pengaruh Duty Cycle Terhadap

  Kecepatan Motor …………………… ………………………………… 60

  DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Perbandingan duty cycle hasil pengamatan dengan perhitungan untuk frekunsi 1 KHz.

  Tabel

  4.2. Perbandingan data Tegangan motor hasil pengamatan dengan perhitungan untuk frekunsi 1 KHz.

Tabel 4.3 Pengaruh Duty Cycle terhadap kecepatan putaran Motor DC untuk Frekuensi 1 KHz.Tabel 4.4 Perbandingan duty cycle hasil pengamatan dengan perhitungan untuk frekunsi 1 KHz.

  Tabel

  4.5. Perbandingan Tegangan Motor hasil pengamatan dengan perhitungan untuk frekunsi 2 KHz.

Tabel 4.6 Pengaruh Duty Cycle terhadap kecepatan putaran Motor DC untuk Frekuensi 2 KHz.

DAFTAR LAMPIRAN

  LAMPIRAN I : Gambar rangkaian

  LAMPIRAN II : Tabel Data Pengamatan LAMPIRAN III : Data Sheet

BAB I PENDAHULUAN

  1.1. Judul

Pengendalian Kecepatan Putaran Motor DC 100 volt dengan menggunakan

metode Pulse Width Modulation (PWM) Analog.

  1.2. Latar Belakang

  Motor di dalam suatu industri memiliki fungsi yang sangat penting, di karenakan hampir sebagian besar industri semuanya menggunakan motor dalam salah satu bagian prosesnya. Hal ini disebabkan mekanik-mekanik yang tersusun dari gear-

  

gear mesin digerakkan dengan menggunakan motor listrik. Begitu juga dengan

conveyor belt yang menggerakkan berbagai peralatan mesin juga digerakkan dengan

  menggunakan motor listrik. Sistem pengendalian pada peralatan-peralatan elektronik yang menggunakan sistem robotik juga banyak menggunakan motor listrik sebagai penggeraknya. Peralatan-peralatan tersebut memerlukan kecepatan motor tertentu sehingga alat dapat bekerja dengan baik tanpa adanya gangguan. Oleh karena itu di perlukan adanya pengendalian motor, baik yang sederhana maupun kompleks.

  Secara garis besar ada dua macam motor menurut catu dayanya yaitu motor AC dan motor DC, di mana masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangan.

  Motor DC mudah cara pengendaliannya, namun dalam hal perawatan agak rumit. Sedangkan motor AC mudah perawatannya dan biasanya dayanya besar, namun pengendalian dengan ketelitian yang tinggi lebih sulit.

  Berdasarkan kelebihan dan kekurangan masing-masing motor tersebut, baik motor AC maupun motor DC maka penulis lebih tertarik untuk membahas mengenai pengendalian motor DC. Hal ini dikarenakan karena keterbatasan biaya, juga dikarenakan kita lebih sering menjumpai pembahasan mengenai pengendalian kecepatan motor AC daripada motor DC.

  Untuk mengendalikan kecepatan motor DC cara yang paling mudah adalah dengan mengatur besarnya nilai tegangan jangkar, yaitu dengan menggunakan metode rangkaian Pulse Width Modulation (PWM). Rangkaian Pulse Width

  

Modulation ini dapat mengubah-ubah besarnya tegangan jangkar, dimana Semakin

  tinggi nilai tegangan jangkar maka semakin cepat putaran yang dihasilkan oleh motor DC.

1.3. Perumusan Masalah

  Sistem pengendalian kecepatan putaran motor DC dengan menggunakan metode Pulse Width Modulation (PWM ) adalah sistem pengaturan tegangan dan arus yang masuk ke motor DC, yaitu dengan memberi masukan tegangan ke motor DC berupa pulsa yang memiliki karakteristik lebar denyut (duty cycle) tertentu. Lebar denyut akan berpengaruh pada nilai arus yang masuk ke motor DC, yang berarti mempengaruhi kecepatan putaran motor DC. Oleh karena itu di dalam penulisan perumusan masalah ini akan membahas tentang :

  1. Bagaimana membuat suatu peralatan yang dapat menghasilkan tegangan yang digunakan sebagai sumber tegangan motor DC sebesar 100 Volt.

  2. Bagaimana membuat suatu rangkaian Pulse Width Modulation (PWM) yang

1.4. Batasan Masalah

  Agar tidak melebarnya pembahasan pada penulisan laporan tugas akhir, maka masalah akan diberikan batasan-batasan yaitu :

  1. Motor DC yang digunakan memiliki tegangan maksimum 100 volt.

  2. Penggunaan prinsip dasar Pulse Width Modulation (PWM).

  3. Putaran motor DC diukur dengan menggunakan Tachometer.

  4. Menggunakan 2 buah sumber tegangan untuk motor DC dan rangkaian PWM.

1.5. Tujuan

  Tujuan dilakukannya penelitian / TA ini adalah : 1. Untuk merancang dan membuat alat pengatur kecepatan motor DC dengan menggunakan penyulutan Pulse Width Modulation (PWM).

2. Untuk mengetahui bentuk variasi kecepatan motor terhadap duty cycle.

1.6. Manfaat

  Manfaat yang diperoleh dan diharapkan dengan adanya alat ini adalah :

1. Sebagai alat pengendalian motor listrik terutama motor listrik DC yang banyak sekali dipakai dalam industri.

  2. Alat ini bisa digunakan sebagai alat bantu pada proses belajar mengajar khususnya alat bantu praktek di laboratorium, maupun penerapannya pada pengaturan motor peralatan rumah tangga.

1.6. Sistematika Penulisan

  Pada penulisan tugas akhir ini penulis membuat sistematika penulisan sebagai berikut :

BAB I : PENDAHULUAN Bab ini berisi tentang latar belakang, perumusan masalah, pembatasan masalah, tujuan penulisan, manfaat penelitian dan sistematika penulisan. BAB II : DASAR TEORI Bab ini berisi dasar teori yang berkaitan dengan bagian dari rangkaian pengendali kecepatan putar motor dc 100 Volt. BAB III : PERANCANGAN ALAT PENGENDALI KECEPATAN PUTAR MOTOR DC 100 VOLT Bab ini membahas penentuan nilai-nilai komponen yang digunakan dalam sistem pengendali kecepatan putar motor dc beserta cara kerjanya. BAB IV : HASIL PENGUKURAN DAN PEMBAHASAN. Bab ini membahas data hasil pengamatan yang dihasilkan oleh rangkaian PWM yang ditampilkan dengan menggunakan osiloskop. BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini berisi kesimpulan dan saran dari perancangan dan pembuatan alat pengendali kecepatan putar motor dc 100 Volt.

BAB II DASAR TEORI

  2.1. Pengertian Kecepatan dan Percepatan

   2.1.A. Pengertian Kecepatan

  Kecepatan adalah perpindahan yang dialami oleh suatu obyek tiap satu satuan waktu. Misalkan suatu obyek memiliki kecepatan 5 m/s, artinya tiap satu

  second obyek mengalami perpindahan sebesar 5 m.

2.1.B. Jenis-jenis Kecepatan

1. Kecepatan Linier (Kecepatan Tangensial) Obyek Berputar

  Kecepatan linier obyek yang berputar didefinisikan sebagai panjang lintasan yang ditempuh oleh suatu obyek tiap satu satuan waktu, dimana untuk satu putaran, lintasan obyek yang berputar sama dengan keliling lingkaran itu sendiri.

2. Kecepatan Sudut Objek Berputar

  Kecepatan sudut objek berputar atau disebut juga kecepatan anguler objek berputar, didefinisikan sebagai besar perubahan sudut yang terjadi tiap satu satuan waktu.

2.1.C. Pengertian Percepatan

  Percepatan (acceleration) adalah perubahan kecepatan yang dialami suatu objek tiap satu satuan waktu. Misalkan suatu objek mempunyai percepatan sebesar 3 m/s² artinya, tiap 1 second kecepatan objek itu bertambah 3 m/s.

  2.1.D. Jenis – jenis Percepatan

  1. Percepatan Objek Berdasarkan Nilainya a. Nilai percepatan lebih besar dari nol, maka gerak dipercepat.

  b. Nilai percepatan sama dengan nol, maka kecepatan tetap.

  c. Nilai percepatan kurang dari nol, maka gerak diperlambat.

  2. Percepatan Objek Berdasarkan Lintasannya

  a. Gerak lurus berubah beraturan (Glbb) Mempunyai ciri-ciri :

  1. Lintasannya lurus 2. Kecepatannya berubah secara beraturan.

  3. Percepatannya tetap.

  b. Gerak melingkar berubah beraturan (gmbb) Mempunyai ciri-ciri : 1. Lintasannya berupa lingkaran.

  2. Kecepatannya berubah secara beraturan.

  3. Percepatannya tetap

  2.1.E. Percepatan Dalam Gerak Melingkar

  Beberapa jenis percepatan di dalam gerak melingkar adalah sebagai berikut:

   1. Percepatan Sentripetal

  Percepatan ini terdapat pada semua jenis gerak melingkar. Percepatan sentripetal bukan berfungsi mengubah kecepatan sudut namun berfungsi mengubah arah kecepatan. Dinamakan percepatan sentripetal karena arahnya menuju ke pusat, atau dinamakan percepatan radial karena arahnya berhimpit dengan jari-jari (radius).

2. Percepatan Sudut (Percepatan Anguler)

  Percepatan ini terdapat dalam gerak melingkar selain gerak melingkar berubah beraturan. Percepatan sudut berhubungan dengan perubahan kecepatan sudut.

3. Percepatan Linier (Pecepatan Tangensial)

  Di dalam gerak melingkar selalu terdapat hubungan antara besaran anguler dengan besaran linier yang nilainya sebanding. Jika dalam gerak melingkar terdapat percepatan sudut, maka percepatan sudut tersebut mengakibatkan percepatan liniernya.

2.2. Pengatur Kecepatan Putaran Motor DC

   Pengatur kecepatan dilakukan dengan memberikan tegangan yang variabel

  pada motor DC. Pengaturan lebar pulsa akan memberikan efek seperti pengaturan tegangan variabel. Diagram Blok dari pengaturan kecepatan putaran motor DC tampak pada gambar 2.1.

  Sumber AC Catu Daya Rangkaian Motor Pensaklaran

  Catu Daya

  PWM

2.3. Catu daya

  Agar rangkaian elektronika bekerja dengan baik maka diperlukan catu daya, tetapi catu daya memiliki keterbatasan mengenai berapa besar daya yang dapat dihasilkannya untuk membuat rangkaian elektronika dapat bekerja dengan baik. Hal ini menyangkut tahanan dalam catu daya. Rangkaian penyearah gelombang penuh dengan transformator pada dasarnya dapat dianggap sebagai suatu rangkaian penyearah yang terdiri dari dua rangkaian penyearah setengah gelombang yang bekerja secara bergantian. Tegangan DC yang diperoleh dari penyearah gelombang penuh masih belum rata, akan tetapi berbentuk gelombang sinus yang selalu positif (Searah). Untuk mendapat tegangan yang lebih rata, maka setelah keluar dari penyearah, tegangan tersebut akan dilewatkan melalui suatu filter. Filter yang paling sederhana adalah filter kapasitor. Rangkaian penyearah dengan filter kapasitor terdapat dalam gambar 2.2.

  J1 D8 DIODE J2 ⁺ R C _-

  J3 D9 DIODE

Gambar 2.2. Penyearah dengan Trafo Tap Tengah

  Selain menggunakan trafo tap tengah, dapat pula menggunakan empat buah diode seperti gambar 2.3.

Gambar 2.3. Jembatan Penyearah Tegangan

  Untuk memperoleh tegangan penyearah yang cukup konstan pada suatu harga, dapat di buat suatu penyearah tegangan dengan menggunakan dioda. Kita dapat membuat berbagai macam rangkaian penyearah, misalnya rangkaian penyearah dengan tapis yang berfungsi untuk meratakan tegangan keluaran.

  Adanya hambatan keluaran transformator yang menyebabkan hilangnya atau turunnya tegangan keluaran dapat kita hindari dalam batas-batas arus beban tertentu.

  Untuk tujuan tersebut kita dapat memasang dioda zener dalam rangkaian catu daya. Jadi kita dapat membuat penyearah gelombang dengan menggunakan, dioda, kapasitor, dan dioda zener dengan berbagai macam desain.

2.3.1. Catu Daya 15 Volt

   Di dalam pengendalian kecepatan putaran Motor DC, rangkaian Catu

  Daya 15 volt menggunakan metode penyearah gelombang penuh model jembatan. Dua diode akan berkondusi (berpanjar mundur) saat isyarat positif dan dua diode akan berkonduksi (berpanjar maju) saat isyarat negatif. Mekanisme terjadinya konduksi pada masing –masing diode tergantung pada polaritas tegangan yang terjadi pada masukan. Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar 2.4.

  J1

  3 U1 J3 LM7815/TO

  4 _{- +}

  2

  1

  2 VIN

  VOUT D J2 GN LED

  1 C1 C2 C3

  3 R J4 GND

Gambar 2.4. Rangkaian Catu Daya 15 Volt

2.3.2. Catu Daya 100 Volt

  Di dalam rangkaian catu daya untuk tegangan keluaran maksimal

  ±

15 V dc, maka kita dapat menggunakan rangkaian regulator dalam bentuk

  kemasan IC. Namun, apabila kita ingin merancang sebuah catu daya dengan tegangan keluaran tinggi, maka kita dapat menggunakan rangkaian regulator seri. Sebuah rangkaian regulator seri sederhana yang terdiri atas komponen dioda zener, hambatan dan sebuah transistor dapat di lihat pada gambar 2.5.

  2

  3 IN OUT Q1 R1 R2

  1 D1 Untuk mencari besarnya tegangan antara kaki kolektor dan kaki emitor didapat dengan persamaan 2.1.

  

V = Vi − Vo ................................................................................................ (2.1)

CE

  Sedangkan untuk mencari tegangan keluaran dari catu daya didapat dengan persamaan 2.2.

  Vo Vz V ............................................................................................... (2.2) = −

  BE

  Dengan menggunakan rangkaian regulator seri seperti pada gambar 2.5, maka dapat di buat rangkaian yang digunakan sebagai sumber tegangan 100 Volt seperti terlihat pada gambar 2.6. Berdasarkan gambar rangkaian di atas, maka dapat mencari besarnya arus pada dioda zener menurut persamaan 2.3.

  V −

  V I Z I = ............................................................................................. (2.3) Z R

1 Sedangkan untuk mencari besarnya arus emitor pada catu daya dapat dicari menurut persamaan 2.4.

  I I ............................................................................................. (2.4) E E

• I =

2 E

  3

2.4. Pulse Width Modulation (PWM)

  PWM merupakan rangkaian yang menghasilkan variasi pulsa untuk masukan DC yang bervariasi. Dengan PWM akan didapatkan nilai duty cycle yang berubah- ubah tergantung dari masukan DC-nya. Pada prinsipnya PWM ini membandingkan tegangan segitiga yang berperiode konstan tertentu dengan perbandingan periode on-

  

off yang berubah, yaitu berupa tegangan referensi. Misalkan suatu gelombang

  segitiga dibandingkan dengan tegangan referensi sebesar Vdc1 yang berpolaritas positif maka akan dihasilkan gelombang kotak dengan duty cycle diatas 50 % dan jika dibandingkan dengan tegangan Vdc2 yang berpolaritas negatif maka akan menghasilkan duty cycle dibawah 50 %. Untuk lebih jelasnya mengenai rangkaian

  pulse width modulation dapat di lihat pada gambar 2.7.

   Vdc1 Vdc2 Vsat Vsat

Gambar 2.7 Bentuk pulsa PWM dengan masukan Vdc1 dan Vdc2

  Berdasarkan gambar 2.7, maka kita dapat mencari besarnya nilai duty cycle dengan menggunakan metode phytagoras, yaitu dengan membandingkan antara tegangan referensi dengan gelombang segitiga. Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar 2.8 .

  Vcc Vpp Vref

  1/2Toff Ton T

  Gambar 2. 8. Bentuk gelombang segitiga dengan tegangan referensi Berdasarkan gambar 2.8 . maka dapat di peroleh persamaan 2.5 .

  1 T

  Vpp

  2 = .......................................................................................... (2.5)

  1 Vref

  Toff

  2 Sehingga :

• = δ ........................................................................................... (2.6)

  Toff Ton Ton

  Satu hal penting yang harus diperhatikan pada PWM ini adalah bahwa variasi lebar pulsa mempunyai batas secara praktiknya, dimana lebar pulsa tidak bisa melebihi jarak antar pulsa. Apabila ini terjadi maka akan terjadi saling menutupi dan akan terjadi hubungan yang sebanding antara lebar pulsa dengan amplitudo sinyal yang tidak panjang. Ketika lebar pulsa negatif menjadi tidak berarti, maka sebagian besar ayunan negatif pada sinyal yang dicontohkan bisa untuk memproduksi lebar pulsa nol. Hal yang perlu diperhatikan juga dalam PWM ini adalah bahwa lebar pulsa terlebar tidak akan melebihi 80 % dari lebar pulsa maksimum, dan lebar pulsa tersempitnya tidak akan kurang dari 20 % dari lebar pulsa maksimumnya. Hal ini dapat ditunjukkan pada gambar 2.9.

Gambar 2.9. Batas Praktis Lebar Pulsa PWM

  Op-amp mempunyai lima terminal dasar : dua untuk mensuplai daya, dua

  untuk isyarat masukan, dan satu untuk keluaran. Dalam pengendalian kecepatan putaran motor DC ini, rangkaian Pulse Width Modulation (PWM) membutuhkan

  A m p l i t u d o

  Maximum Possible Pulse Width (100%) Mini mum Pract ica l( 20%) Maximum

  Practical (80 %)%)

2.4.1. Penguat Operasional (Op-amp)

  penguat operasional sebagai pembangkit segitiga serta sebagai pembanding (Comparator).

1. Pembangkit Gelombang Segitiga (Triangle Wave Generator)

  Menurut Robert F. Coughlin dan Frederick F. Driscoll (1985), pembangkit gelombang segitiga yang memerlukan dua buah op amp pengertiannya bisa disederhanakan jika kita ikuti dalam tiga langkah yang logis. Pertama, memperlihatkan bagaimana gelombang segitiga dasar dapat dibangkitkan dengan menggunakan tangan oleh satu op-amp, sebuah tahanan, sebuah kapasitor, dan sebuah saklar. Kedua, memilih pembanding untuk menggantikan cara kerja pada saklar yang menggunakan tangan. Ketiga, menyatukan pembanding dan pembangkit gelombang segitiga dasar terbuat bersama-sama. Sebuah pembangkit gelombang segitiga yang dikendalikan tangan dapat dibuat dengan menambahkan satu saklar dan tegangan pengendali DC lain ke pembangkit tanjakan tunggal. Untuk lebih jelasnya dapat kita lihat pada gambar 2.10.

Gambar 2.10. Pembangkit Gelombang Segitiga menggunakan Saklar

  Untuk membuat cara kerja saklar pengendalian itu menjadi otomatis, maka kita bisa menggantikannya dengan sebuah pembanding. Untuk itu kita harus menghubungkan masukan (input) dari pembanding tersebut ke keluaran (output) dari pembangkit tanjakannya. Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar 2.11.

Gambar 2.11. Rangkaian Pembangkit Gelombang Segitiga

  Frekuensi dari pembangkit gelombang segitiga tergantung pada perubahan keluaran integrator, yaitu perubahan dari tegangan ambang atas menuju tegangan ambang bawah. Ini berarti tergantung pada nilai hambatan dan kapasitor yang digunakan pada integrator. Untuk mencari nilai dari tegangan ambang pembangkit gelombang segitiga dapat kita lihat pada persamaan 2.7.

  ⎛ R ⎞

  5 Vthreshold = Vsat ± ............................................................................... (2.7) ⎜⎜ ⎟⎟

  R

  4 ⎝ ⎠

  Pada persamaan 2.7, nilai dari Vsat dapat berarti Vsat+ atau Vsat- ( dalam perancangan ini nilai Vsat- = 0). Sedangkan untuk mencari nilai tegangan puncak ke puncak dapat dilihat pada persamaan 2.8.

  ⎛ R ⎞

  5 Vp − p = 2 × Vsat × .................................................................................... (2.8) ⎜⎜ ⎟⎟

  R

  4 ⎝ ⎠ Sedangkan untuk mencari besarnya nilai frekuensi dapat diperoleh melalui persamaan 2.9.

  R

  4 ftriangle = ......................................................................................... (2.9)

4 R R C

  5

  3

2. Pembanding (Comparator)

  Pembanding adalah suatu rangkaian dengan dua tegangan masuk (tak membalik dan membalik) dan satu tegangan keluaran. Apabila tegangan tak membalik lebih besar daripada tegangan membalik, maka pembanding akan menghasilkan tegangan keluaran yang tinggi. Bila masukan tak membalik lebih kecil daripada masukan membalik, maka keluarannya akan rendah.

  Cara yang paling sederhana untuk membuat sebuah pembanding adalah dengan memasang Op-amp tanpa hambatan umpan balik seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.12.

   Vcc

  Vin Vout

Gambar 2.12. Skema Pembanding dalam Tegangan Nol

  Pada gambar 2.12. jika ada tegangan masuk pada masukan tak membalik yang amat kecil sudah cukup membuat op-amp menjadi jenuh. Misalnya, apabila tegangan catu berharga 15 V, maka tegangan keluaran berkisar antara 0 V Dengan demikian, tegangan masuk yang dibutuhkan untuk menghasilkan kejenuhan positif dapat dicari menurut persamaan 2.10.

13 V

  Vtn .........………………………………………………………........... (2.10)

  =

  A

  Misal A = 100000, maka besar Vin :

13 V

  Vin = = ,

  13 mV 100000

2.4.2 Rangkaian pembagi Tegangan

  Rangkaian pembagi tegangan biasanya digunakan untuk memperoleh tegangan yang diinginkan dari suatu sumber yang besar. Gambar 2.13 memperlihatkan bentuk sederhana dari rangkaian pembagi tegangan, yaitu diinginkan untuk mendapatkan tegangan keluaran Vo yang merupakan bagian dari sumber V

  I dengan memasang dua resistor R

  1 dan R 2 . Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar 2.13.

Gambar 2.13. Rangkaian pembagi tegangan

  Berdasarkan gambar 2.1. Nampak bahwa arus i mengalir lewat R 1 dan R 2 , sehingga :

  =

Vs = i × R ....................................................................................................... (2.12)

• Vi Vo Vs .................................................................................................... (2.11)

  1 Vo = i × R ....................................................................................................... (2.13)

  2 Vi = ( i × + R ) ( i × R ) ...................................................................................... (2.14)

  2

  2 Dari persamaan 2.12 dan 2.14 diperoleh persamaan 2.15.

  V R O

  2 = ......................................................................................................... (2.15)

  V R S

  1 Nampak bahwa tegangan masukan terbagi menjadi dua bagian (Vo , Vs),