BAB III PERANCANGAN SISTEM - 12.50.0008 Matius Hendi Susilo BAB III
BAB III PERANCANGAN SISTEM
3.1 Pendahuluan
Pada bab ini akan dibahas tentang perancangan dua buah inverter satu fasa untuk
menggerakan motor listrik jenis hysteresis motor yang berbasis dsPIC33FJ16GS502. Pada
perancangan alat ini dibutuhkan beberapa komponen elektronika supaya alat ini dapat
berfungsi sesuai yang kita harapkan. Adapun beberapa komponen yang dibutuhkan alat ini
adalah catu daya, motor hysteresis, mikrokontroler dsPIC33FJ16GS502 dan komponen –
komponen lain yang mendukung untuk pelaksanaan pembuatan alat ini. Skema perancangan
sistem dua buah inverter satu fasa untuk mengendalikan motor hysteresis dapat dilihat dengan
skema sebagai berikut.Gambar 3.1 skemaperancanganalatMelihat pada skema perancangan alat diatas menunjukan dua buah inverter satu fasa
yang digunakan sebagai konverter yang bertujuan untuk merubah sumber DC (tegangan
searah) menjadi sumber AC (tegangan bolak – balik) untuk menghidupkan motor hysteresis.
Pada sistem pengendalian, kontrol yang digunakan menggunakan dsPIC33FJ16GS502.
Metode yang digunakan untuk mengendalikan dua buah inverter satu fasa ini, menggunakan
metode PWM (Pulse Width Modulations). Untuk menghasilkan sinyal digital dari PWM dari
dsPIC33FJ16GS502 ini menggunakan cara lookup table.3.2 PerancanganCatuDaya
Catu daya memiliki fungsi untuk mensuplai tegangan yang berbeda – beda untuk
rangkaian driver dan rangkaian kontroler. Rancangan catu daya ini terdiri dari dua jenis
kegunaanya itu rangkaian catu daya driver, dan rangkaian catu daya kontroler
dsPIC33FJ16GS502. Pada rangkaian driver untuk tegangan masukan dibutuhkan tegangan 12
Volt. Dan untuk rangkaian kontroler dsPIC33FJ16GS502 dan buffer membutuhkan tegangan
masukkan sebesar 5 Volt. Karena pengoperasian dsPIC33FJ16GS502 ini beroprasi pada
tegangan 3,3 Volt, maka pada perancangan ditambahkan suatu regulator untuk menurunkan
tegangan dari 5 Volt menjadi 3,3 Volt.3.2.1 TrafoMultiwinding
Trafo yang digunakan untuk perancangan alat ini adalah trafo multiwinding. Dan trafo
multiwinding yang digunakan jenis step down, sehingga fungsi dari trafo ini untuk
menurunkan tegangan dari 220 Volt menjadi tegangan yang dibutuhkan. Pada sisi bagian
sekunder dari trafo merupakan tegangan AC dengan keluran yang lebih kecil. Kemudian
proses keluaran trafo disearahkan dengan rectifier (dioda), kemudian agar keluaran tegangan
DC menjadi rata dibutuhkan filter berupa kapasitor. Maka dari itu untuk mensuplai daya
menuju ke rangkaian driver dibutuhkan tegangan sebesar 12 volt diperlukan regulator LM
7812 untuk menurunkan tegangan keluaran 15 volt dari trafo sisi sekunder menjadi 12 Volt.
Dan untuk mensuplai daya menuju ke rangkaian kontrol dsPIC33FJ16GS502 sebesar 5 Volt
memanfaatkan regulator LM 7805 untuk menurunkan tegangan keluaran 7,5 Volt dari trafo
sisi sekunder menjadi 5 Volt.Gambar 3.2 Rangkaian Catu Daya3.3 Perancangan Driver
Fungsi dari sistem driver adalah untuk melakukan interfacing antara sistem kontrol
yang bekerja pada tegangan dan arus yang kecil. Dan pada sistem daya yang beroperasi pada
rating tegangan dan arus yang besar. Pada sistem driver dan kontrol memiliki level grounding
yang berbeda (floating). Berikut ini perancangan rangkaian driver untuk pengoperasian motor
hysteresis.TLP 250 TLP 250 TLP 250 TLP 250
IR 2111
IR 2111
IR 2111
IR 2111
Gambar 3.4 Skema Driver3.3.1 TLP 250
TLP 250 ini merupakan Optocoupler yang digunakan sebagai pengirim sinyal
keluaran dari dsPIC33FJ16GS502 yang berupa pulsa – pulsa digital, dari hasil keluaran
tersebut akan diolah kembali oleh IR2111 untuk switching MOSFET dengan frekuensi tinggi
dan tegangan tinggi .1. N.C
2. Anoda
3. Katoda
4. N.C
5. Ground
6. Vo (output)
7. Vo
8. Vcc
Gambar 3.5 TLP 250Tabel 3.1 Fiturdankonfigurasi TLP 250Spesifikasi / Karakteristik Fitur
1,5 us max Switching time 10 – 35 V Supply voltage
1,5 A max Output current 2500 Vrms Insulation voltage
2 Channel
3.3.2 IR 2111
IC IR 2111 ini memiliki satu buah lengan yang dapat mengatur dua MOSFET
sekaligus. Pada rangkaian driver IC IR 2111 membutuhkan tegangan 12 Volt untuk
mensuplai seluruh optocoupler. IC IR 2111 tidak perlu menggunakan rangkaian deadtime,
karena di dalamnya sudah terdapat internal deadtime. Hal ini yang dapat terhindar adanya
shoot sircuit (hubungan arus pendek) pada saat proses switching berlangsung cepat dalam
frekuensi hingga 1 MHz dengan deadtime sebesar 10% dan terdapat sistem proteksi di dalam
IC IR 2111 ketika terjadi arus lebih dan undervoltage.
Gambar 3.6
IC IR 2111
Tabel 3.2 fiturdanspesifikasi IC IR 2111Fitur Spesifikasi V offset 600 Vdc max
Rating tegangankerja 10 – 20 V Tegangankeluaranke Gate 10 – 20 V
Internal deadtime 650 ns
3.4 PerancanganMikrokontroler Perancangan untuk mikrokontroler ini menggunakan dsPIC33FJ16GS502 yang
berbasis digital. dsPIC33FJ16GS502 ini sangat mendukung dalam implementasi program
Look Up table untuk memperoleh sinyal PWM.
MCLR RESET AVDD AN0/VREF+/CN2/RA0 AVSS AN1/VREF-/CN3/RA1 PWM1L1/RP15(1)/CN11/ PMCS1/RB15 PGED1/AN2/C2IN-/RP0(1)/ PWM1H1/RTCC/RP14(1)/ CN4/RB0 I/O ADC PORT CN12/PMWR/RB14 PGEC1/ AN3/C2IN+/RP1(1)/ PWM1L2/RP13(1)/CN13/ CN5/RB1 PMRD/RB13 I/O PORT AN4/C1IN-/RP2(1)/CN6/RB2 PWM1H2/RP12(1)/CN14/ PMD0/RB12 AN5/C1IN+/RP3(1)/CN7/ PGEC2/TMS/PWM1L3/ RB3 RP11(1)/CN15/PMD1/RB11 dsPIC33FJ16GS502
VSS PGED2/TDI/PWM1H3/ RP10(1)/CN16/PMD2/RB10 OSC1/CLKI/CN30/RA2
VCAP/VDDCORE
V Capasitor Eksternal Clock OSC2/CLKO/CN29/PMA0/
VSS RA3 SOSCI/RP4(1)/CN1/PMBE/ TDO/PWM2L1/SDA1/ RB4 RP9(1)/CN21/PMD3/RB9 SOSCO/T1CK/CN0/PMA1/ TCK/PWM2H1/SCL1/RP8(1)/ RA4 CN22/PMD4/RB8
VDD
INT0/RP7(1)/CN23/PMD5/ RB7 PGED3/ASDA1/RP5(1)/ PGEC3/ASCL1/RP6(1)/CN24/ CN27/PMD7/RB5 PMD6/RB6 Daya 3,3Volt
Gambar 3.7 dsPIC33FJ16GS5023.4.1 Lookup Table Lookup table iniadalah cara untuk membuat sinyal berbentuk sinusoidal melalui table
dengan bantuan Microsoft excel. Data yang dibuat melalui tabel di Microsoft excel nantinya
diimplementasikan di dsPIC33FJ16GS502. Berikut langkah – langkah membuat gelombang
sinus menggunakancara Lookup table dari Microsoft excel:Memasukkan nilai derajat yang diinginkan, seperti contoh darisudut 360° itu diambil
sampel data sebanyak 100 data, jadi kenaikan nilai derajatnya 3,6°.
Kemudian langkah selanjutnya merubah hasil derajat tadi menjadi nilai sinus yang
diinginkan dengan rumus: x + x sin° ° (3.1)
Hasil dari rumus tadi kemudian dimasukkan ke dalam bentuk sinyal sinus pada Microsoft
excel. Berikut tabel dan sinyal sinus hasil dari rumus diatas:Tabel 3.3 Lookup table 100 dataDATA SUDUT SINUS DATA SUDUT SINUS 1667 50 180 1667 1 3,6 1772
51 183,6 1562 2 7,2 1876 52 187,2 1458 3 10,8 1979 53 190,8 1355 4 14,4 2082 54 194,4 1252
5 18 2182 55 198 1152 6 21,6 2281 56 201,6 1053 7 25,2 2377 57 205,2 957 8 28,8 2470 58 208,8 864 9 32,4 2560 59 212,4 774
10 36 2647 60 216 687 11 39,6 2730 61 219,6 604 12 43,2 2808 62 223,2 526
13 46,8 2882 63 226,8 452 14 50,4 2951 64 230.4 383
15 54 3016 65 234 318 16 57,6 3074 66 237,6 260 17 61,2 3128 67 241,2 206 18 64,8 3175 68 244,8 159 19 68,4 3217 69 248,4 117
20 72 3252 70 252
82 21 75,6 3282 71 255,6
52 22 79,2 3304 72 259,2
30 23 82,8 3321 73 262,8
13 24 86,4 3331 74 266,4
3
25 90 3334 75 270 26 93,6 3331 76 273,6
3 27 97,2 3321 77 277,2
13 28 100,8 3304 78 280,8
30 29 104,4 3282 79 284,4
52 30 108 3252 80 288
82 31 111,6 3217 81 291,6 117 32 115,2 3175 82 295,2 159 33 118,8 3128 83 298,8 206 34 122,4 3074 84 302,4 260 35 126 3016 85 306 318 36 129,6 2951 86 309,6 383 37 133,2 2882 87 313,2 452 38 136,8 2808 88 316,8 526 39 140,4 2730 89 320,4 604 40 144 2647 90 324 687 41 147,6 2560 91 327,6 774 42 151,2 2470 92 331,2 864 43 154,8 2377 93 334,8 957 44 158,4 2281 94 338,4 1053 45 162 2182 95 342 1152 46 165,6 2082 96 345,6 1252 47 169,2 1979 97 349,2 1355
48 172,8 1876 98 352,8 1458 49 176,4 1772 99 356,4 1562
sinusoidal 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
20
40
60 80 100 120
Gambar 3.8 hasil gelombang sinosidal Lookup TableMULAI SIAPKAN REGISTER ALAMAT DENGAN TABEL SINUSOIDAL TMR / COUNTER
INISIALISASI OVERFLOW SAKLAR JIKA TIMER BACA INPUT N Y N N N CNT = 0 SAKLAR SAKLAR SAKLAR 0 0 1 0 1 1 Y Y Y
KELUARKAN KELUARKAN KELUARKAN TABEL A PORT B TABEL B PORT B TABEL C PORT B
Gambar 3.9 Flowchart program3.5 Motor Hysteresis
Motor hysteresis merupakan jenis motor AC sinkron. Motor ini menggunakan rotor
dengan bahan silinder baja kobalt dengan nilai koersivitas yang tinggi. Dengan ada sifat
koersivitas yang tinggi serta desain motor yang khusus, medan magnet berputar pada stator
sehingga tercipta medan magnet pada rotor motor hysteresis dengan kutub yang berlawanan.
Dengan demikian akan terjadi gaya tarik menarik antara kutub rotor dengan kutub dari stator
motor hysteresis.Gambar 3.9 rotor dan stator dari motor hysteresis
[http://4.bp.blogspot.com/hyst+Distributed+wound+stator.JPG]
Pada perancangan alat ini menggunakan motor hysteresis karena motor jenis ini memiliki keuntungan sebagai berikut:Pada bagian rotor tidak memiliki gigi. Motor beroperasi dengan tenang dan tidak menimbulkan suara. Tidak adanya bilitan dan tidak ada getaran mekanis saat beroperasi. Kecepatan yang dihasilkan konstan.