BAB1 EI2 Motor Kontrol

Motor dan Rangkaian Kontrol

BAB I MOTOR DAN RANGKAIAN KONTROL

1.1 MOTOR DC.

a. MENJALANKAN MOTOR

Ketika motor akan dijalankan, kecepatan dan tegangan induksi Ea masih sama dengan nol. Sehingga sesuai dengan persamaan bahwa :

Ia = (Vt – Ea)/Ra,

untuk Ea = 0 dan Ra yang cukup kecil maka arus Ia yang mengalir akan besar sekali. Oleh karena itu untuk membatasi arus jangkar Ia yang sangat besar pada waktu motor saat dijalankan maka perlu dipasang tahanan mula yang dipasang seri terhadap tahanan jangkar. Secara perlahan lahan tegangan induksi dibangkitkan dan rotorpun mulai berputar. Bersamaan dengan ini tahanan mula pun secara perlahan-lahan diturunkan. Sehingga besarnya arus jangkar (Ia) adalah :

Ia = (Vt – Ea)/Rx,

dimana : Rx – besarnya tahanan jangkar dan tahanan mula Prinsip perencanaan tahanan mula adalah seperti pada gambar 1.1 sebagai berikut :

M

R3

R2

R1

Gambar 1.1 Perencanaan tahanan mula

Elektronika Industri 2

1


b. PENGATURAN KECEPATAN

Ada tiga metode untuk pengaturan kecepatan shunt wound motor, yaitu ; kuat medan, tahanan pengaturan dan pengaturan tegangan armatur. armatur. Kecepatan motor motor dapat dijelaskan pada persamaan berikut :

N = ( Va – Ia.Ra)/ φ φ f

Dari persamaan yang ditunjukkan diatas maka kecepatan dapat diubah ubah dengan mengatur variabel ; Va , Ra dan φf Jika kuat medan magnit dikurangi, maka kecepatan motor akan naik. Kenaikan kecepatan ini terjadi dengan pengurangan kuat medan sebab antara tegangan jala-jala dan cemf yang baru menghasilkan pertambahan arus armatur, armatur, sehingga akan terjadi terjadi pertambahan torsi keluaran. Torsi T dikaitkan dengan flux (φ (φ.f ) dan arus armatur (Ia) adalah sesuai sesuai dengan persamaan berikut : T = K.φ f .Ia

Medan dapat dilemahkan dengan menghubungkan rheostat pada rangkaian medan seperti ditunjukan pada gambar 1.2(a). Persamaan yang menunjukkan kuat medan medan yang menambah kecepatan dengan tegangan tegangan armatur yang konstan. Pada standart standart industri, motor akan diijinkan kecepatannya bertambah sampai dengan 400 %. Metode pengaturan kecepatan ini lebih efisien sebab power yang hilang pada medan medan rheostat dapat diabaikan. Tetapi medan itu hanya dilemahkan pada limit tertentu. Pelemahan dibawah titik limit dapat menghasilkan kecepatan lebih dan tidak tidak stabil. Dan armatur armatur juga menjadi panas. Persamaan torsi menunjukkan bahwa pengurangan flux (φ.f ) akan menambah arus armatur (Ia) sehingga memberikan torsi T. Kurva torsi-kecepatan untuk nilai yang berbeda beda dari pertambahan tahanan R ditunjukkan pada gambar 1.2(b).


2


speed

R mak mak

medan

Vdc

R min min

Torsi (a) diagram skema

(b) kurva torsi-kecepatan

Gambar 1.2 Pengaturan kecepatan motor shunt yang di dasarkan pada penguatan medan

Memperlemah medan akan menghasilkan kecepatan diatas kecepatan ratenya. Motor dapat mudah mudah menjadi menjadi beban lebih sebab torsi drop karena pertambahan kecepatan. Oleh karena itu tipe pengaturan kecepatan ini dibatasi pada kasus kondisi beban yang tertentu tertentu dan dapat dikontrol. Perbedaan karakteristik terjadi untuk motor shunt dengan rheostat pada armatur. Dalam hal ini pengaturannya adalah kumparan medannya ditahan pada tegangan jala-jala. Lihat lagi pada pada persamaan kecepatan, jika tegangan armatur Va dikurangi dengan pertambahan pertambahan tahanan, kecepatan motor motor akan berkurang. Oleh karena itu tahanan pengaturan armatur akan lebih rendah dan kecepatan motor shunt akan dibawah rate kecepatannya.

Seperti ditunjukkan pada persamaan torsi, pertambahan beban akan

menyebabkan pertambahan arus armatur sedikit sedikit akan timbul tegangan drop yang seri dengan rheostat. Jika motor dilakukan dengan rate beban yang sangat kecil dan kemudian beban ditambah, maka kecepatannya akan jatuh secara tajam. tajam. Hal ini juga juga berkaitan dengan I(I.R) yaitu power yang hilang pada rheostat.


3


Metode tahanan dengan melemahkan medan dan pengurangan arus armatur adalah sangat sederhana dan murah. Dan akan berguna untuk pengaturan kecepatan shunt wound dc motor dibawah nilai ratenya. Metode ini masih sangat banyak digunakan pada aplikasi industri di lingkungan industri. memperbaiki

pengaturan

Kedua rheostat seri dan rheostat paralel digunakan untuk

kecepatan

shunt wound wo und motor. Operasi kecepatan

dapat

dipengaruhi oleh perubahan torsi beban. Paralel armatur yang mempunyai variabel tahanan paralel dengan armatur dan menambah arus yang melalui tahanan seri dan akan ak an mengurangi perbedaan antara tanpa beban dan arus beban penuh. Tahanan seri digunakan untuk mengatur tegangan armatur, seperti metode pengaturan armatur pada motor shunt. Metode tahanan untuk pengaturan kecepatan adalah dengan pengaturan loop terbuka (tanpa feedback). Metode ini masih masih sering dipakai di industri. industri. Motor sering dikontrol dengan pengaturan bermacam macam tegangan armatur. Pengaturan tegangan armatur dapat dengan loop terbuka atau loop tertutup. Gambar 1.3 menunujukkan pengaturan tegangan armatur dengan open loop. Metode ini mempunyai beberapa keuntungan, yaitu yaitu :

1) Mempunyai range pengaturan kecepatan yang lebar. 2) Kecepatannya tidak tergantung dengan perubahan beban. 3) Mempunyai power yang rendah pada kecepatan rendah. 4) Mudah di interface dengan sistem pengaturan elektronik.


4


medan

Vdc

Gambar 1.3 Pengaturan kecepatan armatur

Gambar 1.4 menunjukkan rangkaian pengatur kecepatan motor dengan SCR.

Digunakannya UJT oscilator pada gambar 1.4 akan memberikan range yang lebih lebar dari pengaturan kecepatan. Kedua rangkaian ini tanpa filter filter arus arus dc yang digunakan sebagai sumber power. Tanpa filter filter sumber ini diperlukan untuk komutasi SCR. Pemulsaan arus dc juga dipersiapkan untuk meng-OFF-kan UJT oscilator, sehinggan akan dimulai dengan beban siklus yang baru pada tiap tiap siklus pemulsaan tegangan suppli. Tegangan yang


5


melalui kapasitor naik secara ekponensial. Jika ini melebihi tegangan yang didasarkan pada tegangan yang melalui Base1-base2 UJT, maka akan terjadi penyalaan dan pulsa gate Vg akan terbangkit. Tahanan pengaturan kecepatan menjadi besar, dan terjadi kelambatan kelambatan pulsa Vg dan kecepatan menjadi rendah. Motor seri didisain untuk dioperasikan pada arus dc atau arus ac dan mampu pada kecepatan dan torsi starting yang tinggi.

Kecepatan motor seri dapat diubah dengan

mengubah tegangan yang melalui motor. Hal ini dapat disempurnakan dengan tiga metode, yaitu : pengaturan tahanan seri, pengaturan tahanan paralel (shunt) dan pengaturan variabel tegangan. Kurva kecepatan-torsi dapat diperoleh dengan menggunakan rheostat yang diseri dengan motor, seperti

pada gambar 1.5(a). Pengaturan tahanan seri

mempunyai karakteristik starting yang baik ( mempunyai torsi tinggi pada kecepatan rendah). Tahanan seri akan meyebabkan meyebabkan drop tegangan pada rangkaian yang proporsional dengan arusnya. Tegangan drop ini melalui resistor yang akan menambah beban motor. Tegangan yang melalui motor akan berkurang dengan bertambahnya beban dan kecepatan akan turun secara drastis dengan pertambahan beban. Juga dengan tahanan yang lebih besar, kecepatan dropnya juga bertambah besar karena bebannya bertambah. Resistor seri akan mempunyai pengaruh yang sangat besar pada torsi starting. Arus maksimum akan mengalir bila motor di-start dan nilai tahanannya akan jatuh yang

akan

menyebabkan nila

tegangannya sangat rendah. Resistor seri biasanya akan ak an diatur untuk starting dengan tahanan minimum

dan penguatan kecepatan motor bertambah. Di dalam teori motor

dapat diatur mendekati berhenti. Pengaturan tahanan shunt pada motor seri (kurva kecepatan torsi) ditunjukkan pada gambar 1.5(b). Motor seri dapat juga dikontrol dengan mengatur tahanan paralel yang melalui armatur. Range pengaturan kecepatan pada metode ini biasanya dibatasi karena bertambahnya arus harus melalui kumparan medan dan menyebabkan pertambahan panas. Walaupun range kecepatan dibatasi, metode

ini memperbaiki pengaturan kecepatan,

sebagaimana ditunjukkan pada kurva, jika dengan starting torsi yang baik. Ini adalah metode yang sangat baik untuk menyesuaikan kecepatan pada saat dioperasikan paralel


6


Gambar 1.5 Metode pengaturan kecepatan Motor Seri

Jika motor seri dijalankan pada arus ac sebaik dengan arus dc, maka pengaturan dapat dengan setengah gelombang atau gelombang penuh. Pengaturan setengah gelombang dapat dengan menggunakan SCR. dan operasinya seperti pada gambar 1.4.


7


Bila dengan pengoperasian arus ac, maka pengaturan dengan gelombang penuh dapat dilakukan seperti yang ditunjukkan pada gambar 1.6. Ini adalah pengaturan dengan open loop. Waktu pengisian kapasitor dan waktu pentrigeran dilakukan dengan mengatur tahanan R2. Bila diac di triger maka triac akan ON.

medan

Motor Seri

DIAC

Triacs

Gambar 1.6 Pengaturan kecepatan dengan Triac gelombang penuh

c. PENGEREMEN MOTOR

Motor bila tidak tidak dihubungkan dengan sumber daya maka motor akan meluncur berhenti. Bila diperlukan untuk menghentikan motor dengan cepat maka dapat dilakukan dengan pengereman. Pengereman dapat dilakukan dengan beberapa metode. Ada tiga cara dasar untuk menurunkan kecepatan motor yaitu secara aksi mekanis, aksi dinamik dan plugging. Aksi dinamik atau pengereman dengan listrik dapat dilakukan dengan mengubah hubungan ke motor dengan atau tanpa tanpa menggunakan sumber daya bantu. Jika motor sedang berjalan maka akan berfungsi sebagai generator dan dihungkan dengan beban hasilnya merupakan pengereman dinamik. Motor itu akan secara cepat. Aksi generator merubah merubah energi mekanik ke dalam energi listrik dan disipasi energi ini ada pada (tahanan). Pengereman dinamik hanya ada bila motor motor sedang berputar, tipe mekanis ini yang digunakan untuk pemeriksaan beban setelah ber henti.


8


Pada shunt wound dc motor untuk tujuan pengereman listrik, jika mesin mesin dioperasikan sebagai motor, cemf cemf (counter electromotive force) akan menentang tegangan jala-jala armatur. Pengereman dinamik diperbaiki dengan tidak menghubungkan armatur dari sumber sumber power dan tempat pembatas arus tahanan melalui terminal armatur. Armatur akan diputar pada medan magnit dan selanjutnya akan membangkitkan cemf yang proporsional dengan kuat medan. Arus armatur yang melalui resistor akan berlawanan dengan yang dihasilkan tegangan jala-jala. Pembalikan arus ini pada armatur akan menghasilkan torsi yang berlawanan dengan aksi motor sebenarnya dan menyebabkan putaran motor turun. Untuk mengurangi kecepatan maju, tegangan pembangkitan juga dikurangi Cara hubungan pengereman dinamik dari shunt wound dc motor, ditunjukkan pada gambar 1.7

Run

medan

M

Stop

E

Gambar 1.7 Pengereman motor dc shunt wound

Resistor dipilih biasanya biasanya arus pengereman awal 150 % dari arus normal. Kumparan medan dapat disambung atau tak disambung ke armatur motor yang telah terhenti. Bila rheostat medan digunakan, biasanya hubung singkat menambah medan membantu dalam pengereman. Pengereman dinamik menggunakan motor seri seperti ditunjuk kan pada gambar 1.8, tetapi hubungannya lebih lengkap. Jika motor motor tidak dihubungkan ke jala-jala yang paralel dengan tahanan maka tak akan ada pengereman. Hal ini dikarenakan arus yang mengalir melalui medan mempunyai arah yang salah ( terjadi demagnetisasi medan ).


9


Bila motor berjalan dan arus mengalir, cemf dari armatur berlawanan. Arus medan mengalir dari jala-jala. Supaya terjadi pengereman maka medan harus dihubungkan dalam arah yang berlawanan sehingga arus mengalir dalam arah yang sama

ketika motor

dihubungkan dengan jala-jala. Bila switch pada posisi 2, resistor dihubungkan secara seri dengan medan dan armatur. Hal yang perlu dicatat adalah hubungan medan dibalik sehingga sehingga arus yang mengalir menyebabkan emf armatur armatur dalam arah yang sama sama seperti pada saat dihubungkan sebagai motor. Energi akan secara cepat didisipasikan ke resistor resistor dan armatur akan berhenti berputar.

Run

Stop

Stop

Run

M

E

medan

Stop

Run

Gambar 1.8 Pengereman motor dc seri

Kombinasi pengereman dinamik dan pengereman mekanis dapat digunakan bila beban sangat besar yang harus dihentikan. Sebab gaya beban akan digunakan sebagai pengereman mekanis juga secara cepat, pengereman dinamik juga digunakan untuk memperlambat beban dan kemudian pengereman mekanis dipakai sebagai akhir dari pengereman dan menahan beban jika diperlukan.


10


Pengereman dinamik pada permanen magnit (PM) motor dapat menggunakan dengan cara yang sama dengan shunt wound motor, yaitu : armatur tidak dihubungkan dan terminal diparalel dengan resistor. Perbedaan yang ada bila dengan shunt wound motor adalah motor tidak dapat secara dinamik untuk di rem jika power dihilangkan. Arus medan harus ada

untuk membangkitkan untuk pengereman

dinamik. Dengan PM motor maka

penghilangan power tidak mempengaruhi kemampuan pengereman sebab medannya tidak terpengaruh. Relay yang normal tertutup (normally closed relay) melalui armatur akan secara otomatis fungsi disini power dihilangkan dan beban armatur yang melaluinya melaluinya sebagai tahanan pengereman. Karakteristik ini penting dan sangat berguna. Misalnya dapat digunakan pada driver magnetik tape reel untuk mencegah hal yang tidak diinginkan dalam peniadaan power.

d. Pengaturan Pengaturan Motor DC DC dengan Mikroprose Mikroprosesor sor Dalam pengaturan motor DC dapat dilakukan pada potensial armatur atau potensial rotornya dengan metode Pulse Width Modulation (PWM), seperti ditunjukkan pada gambar 1.10. Transistor dioperasikan sebagai metode switching pada frekwensi tinggi dengan signal yang dibangkitkan dari mikroprosesor. Potensial rata-rata rata-rata yang digunakan pada rotor rotor proporsional dengan rasio waktu, yaitu :

Rasio waktu = Ton/(Ton + Toff)

dimana : Ton - periode transistor pada siklus menutup Toff

- periode transistor pada siklus membuka

Kecepatan motor dapat dikontrol dengan mengatur rasio waktu bertambah atau berkurang sehingga kecepatan dapat bertambah atau berkurang.


11


Gambar 1.9 Rangkaian transistor untuk kontrol kecepatan dengan menggunakan P WM untuk menjalankanmotor dc.

Gambar 1.10 Bermacam-macam kecepatan motor dc dengan PWM dengan sinyal dari mikroprosessor.


12


Tabel 1.1 Program untuk membangkitkan sinyal PWM untuk kecepatan variabel untuk menjalankan motor DC

ORG

8500H

; MAIN 00FD 8500 ; 8503 8505 8507 8508 850B 850D 850F 8510 8513 8514 8515 ; 8518 851A 851C 851D 8520 8522 8524 8525 8528 8529 852A ; 852D ; 8530 8531 8532 8533 8534 8535 8538

ROUTINE 01 0100 3E D3 50 CD 3E D3 51 CD 04 OD C2

01 FD

3E D3 51 CD 3E D3 50 CD 04 OD C2

01 FD

8530 00 FD

DRIVE EQU START:

0FDH LD BC, 0100H

ON1:

LD OUT LD CALL LD OUT LD CALL INC DEC JP

A,1 (DRIVE),A D,B WIDTH A,0 (DRIVE),A D,C WIDTH B C NZ, ON1

LD OUT LD CALL LD OUT LD CALL INC DEC JP

A,1 (DRIVE), A D,C WIDTH A, 0 (DRIVE), A D,B WIDTH B C NZ, 0N2

OFF1:

8530

8503

8530 00 FD 8530

8518

C3 8500 15 00 00 00 00 C2 8530 C9


ON2:

OFF2:

JP START Pulse Width Subroutine WIDTH: DEC D NOP NOP NOP NOP JP NZ,WIDTH RET END

13


1.2 MOTOR STEPPER

Motor Stepper sering digunakan dalam peralatan digital untuk mengubah dari sinyal pulsa menjadi putaran atau gerakan mekanik. Setiap Se tiap putaran poros motor berupa putaran step yang diskrit. Motor dapat diubah dengan mudah arah putarannya yaitu searah jarum jam (CW) dan berlawanan jarum jam (CCW). Motor ini berbeda dengan jenis motor lainnya yaitu putaran poros motor tergantung sinyal pulsa yang diberikan, tetapi untuk motor jenis lainnya putarannya bebas.

a. CIRI – CIRI MOTOR STEPPER

Motor ini mempunyai keistimewaan yaitu motor ini hanya berhenti dan berputar tergantung dari input komando berupa pulsa yang diberikan dan motor ini mudah diatur kecepatan dan arah putarannya tergantung kondisi sinyal pulsanya. Motor ini mempunayi ciri-ciri utama sebagai berikut : •

Sudut putarannya digital dan mempunyai sudut putaran yang akurasi dan besarnya sudut putaran ( s) tergantung jumlah pulsa inputnya (n) dan besar sudut putar per pulsanya ( o) yaitu : s

=n

o

•

Tidak memerlukan rangkaian analog/digital konverter.

•

Pengautran kecepatan mempunyai jangkauan yang lebar.

•

Rangkaian driver motor sederhana. Motor ini dapat dijalankan dengan rangkaian logic dari sinyal pulsa dan switching yang keduanya dikontrol secara digital.

•

Mempunyai karakteristik yang baik pada saat motor berhenti, sehingga motor ini tidak memerlukan spesial fungsi untuk menghentikan motor.

b. MACAM-MACAM MOTOR STEPPER

Motor ini dibagi dalam tiga macam prinsip yaitu Permanen Manit (PM), Variabel Reluktansi (VR) dan PM Hibrid. •

Motor stepper tipe PM Motor ini diklasifikasikan dalam dua tipe yaitu sudut besar dan sudut kecil sesuai dengan ukuran sudut stepnya. Motor stepper sudut beasr mempunyai sudut step per pulsa sebesar


14


90

o

, 60

o

dan 45

o

dan motor ini plikasinya terbatas untuk mesin-mesin ukuran kecil,

misalnya untuk gyro repeater kontrol untuk penerbangan, printer komputer, dan lain-lain. o

Motor stepper sudut kecil mempunyai sudut step per pulsa 7,5 sampai dengan 11,25

o

per pulsa.

•

Motor Stepper tipe VR Prinsip kerja motor ini didasarkan pada prinsip stator stator dan rotor yang dilengkapi dengan kutub menonjol (penampang melintang motor ini seperti pada gambar 1.11). Motor ini umumnya terdiri atas motor tiga phasa dengan sudut step 15 derajad dan akurasi sudut lebih tinggi dari pada yang tipe magnet permanen. Motor ini apabila dijalankan tanpa beban, responnya lebih besar dari 1000 pulsa per detik dan mempunyai kecepatan yang tinggi. Motor ini kurang menguntungkan karena mudah dipengaruhi oleh beban inersia. Motor ini sering digunakan untuk pengaturan posisi magnetig tape, floppy disk dan lainlain.

Gambar 1.11 Penampang melintang motor stepper tipe VR

• Motor Stepper tipe Hibrid/Compound. Motor ini dinamakan compound karena dikonstruksi kombinasi dari motor stepper tipe VR dan PM dengan ciri-ciri khusus. Sudut stepnya biasanya 1,8


o

; 2

o

; 3,6

o

;5

o

.

15


Motor ini mempunyai karakteristik torsi yang tinggi, akurasi sudut yang tinggi dan respon frekwensi yang tinggi. Ukuran motor ini bervariasi, mulai daru ukuran yang kecil ( beberapa ratus g-cm) sampai ukuran besar ( beberapa kg-cm atau 1 Hp). Penampang melintang motor ini seperti pada gambar 1.12. Dalam hal lain motor ini tidak efisien energi tetapi mempunyai karakteristik yang baik.

Gambar 1.12 Penampang melintang motor stepper tipe Hibrid/compound

c. SISTEM EKSITASI MOTOR STEPPER

Untuk menjalankan motor stepper dapat dilakukan dengan beberapa eksitasi, misalnya untuk motor stepper 4-phasa, yang meliputi :

• Eksitasi 1-phasa

Eksitasi ini untuk mendapatkan karakteristik yang terlihat jelas a kurasi susdut stepnya, seperti pada tabel berikut :

Phasa Step

P1

P2

P3

P4

1

1

0

0

0

2

0

1

0

0

3

0

0

1

0

4

0

0

0

1


16


• Eksitasi 2-phasa

Eksitasi ini untuk mendapatkan karakteristik motor berhenti setimbang antara dua phasa A dan B dan dengan cara ini torsi outputnya akan bertambah 20% sampai 40%. Eksitasinya seperti pada tabel berikut :

Phasa Step

P1

P2

P3

P4

1

1

1

0

0

2

0

1

1

0

3

0

0

1

1

4

1

0

0

1

• Eksitasi 1-2 phasa

Eksitasi ini untuk mendapatkan karakteristik putaran motor yang halus. Sudut stepnya menjadi setengah 1-phasa dan 2-phasa eksitasi (titik stabil rotor menjadi dua kali, respon frequensi menjadi dua kali). Eksitasi ini seperti pada tabel berikut :

Phasa Step


P1

P2

P3

P4

1

1

0

0

0

2

1

1

0

0

3

0

1

0

0

4

0

1

1

0

5

0

0

1

0

6

0

0

1

1

7

0

0

0

1

8

1

0

0

1

17


d. PENGATURAN MOTOR STEPPER DENGAN MIKROPROSESOR Gambar dibawah ini menunjukkan rangkaian pengemudi motor stepper 4-phasa (gambar 1.13) dan akan dijalankan dengan mikroprosesor Z-80 (flowchart pada gambar 1.14).

VCC+12v

Gambar 1.13 Rangkaian pengemudi motor stepper 4-phasa

Untuk menjalankan motor stepper 3-phasa dengan mikroprosesor maka dapat dilihat flowchart pada gambar 1.14, dan sebagai contoh menggunakan eksitasi 1-phasa dan programnya dapat dilihat pada tabel 1.2.


18


START

OUTPUT 00000001B

TIMER

OUTPUT 00000010B

TIMER

OUTPUT 00000100B

TIMER

Gambar 1.14 Flowchart menjalankan motor stepper 3-phasa


19


Tabel 1.2 : Program menjalankan motor stepper 3-phasa

ORG 8400H MAIN ROUTINE

; ;

00FD

DRIVE

EQU

OFDH

; 8400

3E 02

LOOP:

LD

A,01H

8402

D3 FD

OUT (DRIVE),A

8404

CD 8418

CALL TIME

8407

3E 08

LD

8409

D3 FD

OUT (DRIVE),A

840B

CD 8418

CALL TIME

840E

3E 20

LD

8410

D3 FD

OUT (DRIVE),A

8412

CD 8418

CALL TIME

8415

C3 8400

JP

A,02H

A,04H

LOOP

; TIME SUBROUTINE

;

; 8418

06 64

TIME: LD

B,100

841A

0E 64

LOOPA:

LD

841C

0D

LOOPB:

DEC C

841D

C2 841C

JP

8420

05

DEC B

8421

C2 841A

JP

8424

C9

RET

C,100

NZ,LOOPB

NZ,LOOPA

END


20


1.3 PENGATURAN MOTOR AC

a. CYCLOCONVERTER

Cycloconverter digunakan untuk mengubah arus ac frequensi tinggi ke frequensi rendah. Rangkaian dasar ditunjukkan pada gambar 1.15, yang mempunyai dua pulsa fasa konverter kontrol. Satu grup positip dan satu grup yang lain negatip, yang disebut dengan dual konverter. Arus output tiap grup hanya mengalir melalui satu arah. Untuk menghasilkan arus ac pada beban, kedua grup dihubungkan secara paralel. Grup positip (SCR1 dan SCR3) arus beban mengalir positip setengah siklus, bila V(AN) dan V(BN) positip, dan grup negatip (SCR2 dan SCR4) arus beban mengalir negatip setengah siklus, bila V(AN) dan V(BN) negatip. Bentuk gelombang seperti pada gambar 1.16 dan diasumsikan sebagai beban induktif. Tegangan V(AN) dan V(BN) mempunyai fasa keluaran 180 derajad. Dengan bermacam-macam titik penyulutan thyristor (t1 sampai t4) dan tegangan output beban dapat bervariasi seperti ditunjukkan pada gambar 1.16.

TRAFO SCR1

CT

V(AN)

Grup positip SCR3

BEBAN V(BN)

SCR2

Grup negatip

SCR4

Gambar 1.15 Cycloconverter


21


Gambar 1.16 Sinyal gelombang Cycloconverter

b. INVERTER

Gambar 1.17 menjelaskan menjelaskan prinsip pembangkitan tegangan phasa tunggal dari dc ke ac dengan menggunakan rangkaian H-bridge. Arus dc dialirkan ke beban melalui switch S1 dan S2. Pada kondisi (1), S1 pada A dan S2 pada B, oleh karena itu tegangan positip dialirkan ke beban. Pada kondisi (3), S1 pada B dan S2 pada A, oleh karena itu tegangan negatip dialirkan ke beban. Pada kondisi (2) dan (4) kedua switch pada B dan pada A. Bila kondisi (1) dan (3) pembalikannya diulang, maka gelombang tegangan segi empat akan melalui beban, seperti pada gambar 1.17(a). Jika kondisi (2) atau (4) maka potensial beban nol, dan bentuk elombang (b) akan diperoleh. Pada tabel A yang atas untuk inverter dengan switch S1 dan S2. Jika dua switch diganti kembali dengan transistor, skema dasar dari H-bridge inverter ditunjukkan pada gambar 1.12.


22


S1

E

S1

S 2

E

BEBAN

BEBAN

(2)

(1) S1

E

S1

S 2 BEBAN

S 2

E

3

S 2 BEBAN

(4)

Gambar 1.17 Prinsip dasar phasa tunggal bridge inverter

Tr3

Tr1

BEBAN

E Tr2

Tr4

Gambar 1.18 Bridge inverter dengan menggunakan empat transistor dan empat diode


23


Empat transistor juga empat diode diperlukan. diperlukan. Bila Tr1 ON dan Tr2 OFF maka terminal A pada potensial C. Sebaliknya bila Tr1 OFF dan Tr2 ON maka potensialnya GND. Kesamaannya bila Tr3 ON dan Tr4 OFF maka terminal B pada C. Bila kondisi switching berlawanan maka akan berada pada GND. Bila kondisi switching diubah dari satu keadaan ke keadan lain antara dua pasang transistor maka kedua transistor harus di OFF kan untuk waktu yang singkat. Hal ini untuk menghindari adanya short circuit pada keadaan transien transien dimana dua transistor secara simultan akan menutup. Disini switching dari keadaan ON ke keadaan OFF pada transistor secepat mungkin, sementara itu switching dari OFF ke ON harus dibawah keluar dengan kelambatan tertentu. Untuk mode lanjutan, jika urutan switching dipakai untuk menghasilkan petak ON/OFF seperti ditunjukkan pada gambar 1.19 (a) dan (b), bentuk gelombang tegangan timbul melalui beban seperti pada gambar 1.19(c). Teknik ini dikaitkan sebagai PWM sinusoidal. Komponen dasar pada beban tegangan ditunjukkan oleh kurva garis patah patah (c) dan komponen harmonis yang lebih tinggi sedikit berbeda untuk komponen pulsa. Penggunaan

dua

H-bridge

inverter (gambar 1.20) inverter dua phasa dapat

direalisasikan. Dan digunakan untuk menjalan menjalan kan motor motor induksi atau motor sinkron.


24


Gambar 1.19 Bentuk gelombang PWM untuk memperoleh gelombang sinusoidal dengan H-bridge inverter .

Tr3

Tr1

Tr7

PHASA 2

PHASA 1

E

Tr5

Tr Tr4

Tr6

Tr8

Gambar 1.20 Konfigurasi dasar bridge inverter 2 phasa


25


Tr5

Tr3

Tr1

V

U

W

Tr Tr4

Tr6

Gambar 1.21 Konfigurasi dasar bridge inverter 3 phasa

Tipe 120 derajat

Urutan switching pada gambar 1.22 ini ditentukan oleh aturan bahwa satu dari tiga switching tidak pada terminal positip dan terminal negatip tetapi arus dan resultante medan magnit menunjukkan

terbuka. Pada gambar ini distribusi

putaran medan magnit motor. motor. Rotor

ditempatkan pada medan magnit ini untuk memutar dalam arah arah yang sama. Jika Jika urutan dibalik, medan magnit dan rotor disini disini akan berputar searah jarum jam. Ini yang seharusnya seharusnya dicatat bahwa pada proses ini switch dihubungkan ke E dan GND untuk tiap tiap interval 120 derajat tiap siklus.

Tipe 180 derajat Switching tipe ini diimplementasikan tanpa periode OFF, yaitu tiap switch selalu pada terminal positip dan terminal negatip, tetapi harus dihindari semua semua switch pada keadaan terminal positip atau terminal negatip pada saat saat yang sama. Urutan putaran searah jarum jam ditunjukkan pada gambar 1.22.


26


(a)

(b)

Gambar 1.22 Urutan switching inverter tipe 180 derajat (a) dan 120 derajad (b)


27


Pada tipe 180 derajat atau 120 derajat, medan magnit magnit putar intervalnya intervalnya pada 60 derajat. Perbedaannya dapat dilihat pada bentuk gelombang tegangan. Gambar 1.23 mengilustrasikan perbandingan dua metode urutan bila hubungan star dan delta digunakan. Alasan ini bahwa (1/3)E dan (2/3)E muncul muncul pada terminal tegangan dengan acuan ke netral pada pengoperasian 180 derajat, seperti yang dijelaskan pada gambar 1.24 dan gambar 1.25. Pada beban induktif seperti motor induksi dijalankan pada 120 derajat maka bentuk gelombang akan terdeviasi seperti yang digambarkan karena terminal potensial pada perioda OFF akan dipengaruhi oleh kelakuan arus transien. Pada pengoperasian 180 derajat derajat bentuk gelombang line-to-line tidak tergantung pada karakteristik karakteristik beban.

Gambar 1.23 Perbandingan gelombang tegangan antara120 derajat dan 180 derajat pada beban resistif ( dengan hubungan bintang dan delta )


28


Gambar 1.24 Perbedaan metode hubungan Star dan Delta dengan metode 180 derajad

Gambar 1.25 Timbulnya besarnya gelombang sinyal 2/3E dan 1/3E

1.4

MOTOR DC BRUSHLESS

Motor brushless sudah secara luas digunakan di beberapa piranti listrik. Dengan ditemukannya komponen-komponen baru menambah banyaknya aplikasi, sehingga dapat menggantikan sikat komutator mekanik menjadi elektronik.

Kekhususan dari motor dc

brushless mempunyai karakteristik torsi kecepatan yang hampir sama dengan motor dc permanen magnit. Dengan kemajuan di bidang sensor posisi misalnya IC hall effect dan sensor switching optik. optik. Motor ini akan sangat baik apabila diaplikasikan sebagai tachometer feedback. Motor ini mempunyai efisiensi yang tinggi, usia kerja yang panjang (long life), mempunyai noise yang kecil dan komsumsi power yang lebih kecil.


29


Secara elektronik, motor dc brushless dioperasikan sama seperti motor dc konvensional, hanya saja switching supply arusnya menggunakan menggunakan rangkaian solid state.

Pada motor ini

menggunakan transistor lojic sense untuk posisi motor magnit magnit permanennya dan distribusi arus komponen medannya. Kumparan medan diberikan energi dalam urutan medan magnitnya. Posisi rotor dideteksi dengan solid state state light emitter dan sensor, piranti hall atau piranti yang lainnya. Sinyal feedback dari sensor dikembalikan ke kontrol unit yang akan meng-ON-kan transistor unit, yang akan diterusakan ke kumparan medan stator secara sekuensial. Biasanya untuk mendeteksi posisi sudut menggunakan hall effect dan sensor optik. Hall effect untuk mendeteksi magnitud dan polaritas medan magnit.

SISTEM DRIVE MOTOR DC BRUSHLESS. Bila inverter dalam keadaan normal dihubungkan pada drive yang menggunakan rotor magnit yang permanen, akan didapat rotor tidak bekerja.

Tetapi, jika jika sensor posisi telah

ditentukan dalam motor dan sinyal sinyal switch dijalankan dengan waktu yang tepat tepat

dalam

persesuaiannya dengan informasi posisi, maka motor akan bekerja seperti motor dc. Motor dc brushless diberi arus listrik dari sumber arus dc, hal ini sesuai dengan karakteristik torsi VC kecepatan motor dc, dan dan mempunyai mempunyai keuntungan yang lebih banyak serta serta bebas dari masalah-masalah pemakaian brush (sikat).

Gambar 1.27 Sistem drive motor dc brushless dengan menggunakan jembatan inverter tiga phase, mikroprocessor mikroprocessor dan posisi kontrol kontrol


30


Pada gambar 1.27 ditunjukkan sistem sistem drive motor dc brushless, pada sistem motor dc brushless ini terdapat sensor hall yang digunakan sebagai sensor posisi. Baik hubungan delta maupun hubungan bintang dapat digunakan pada sistem drive motor dc brushless. Tetapi dalam hal ini menggunakan hubungan bintang, mengenai rangkaian switch dari inverter 6-step metode konduksi 180 derajad merupakan rancangan dasar untuk sistem pengaturan motor dc brushless. Sistem drive motor dc disini menggunakan menggunaka n sensor posisi, dan mendapatkan informasi posisi dari sinyal output yang diberikan oleh sensor Hall

ELEMEN HALL HALL SEBAGAI SEBAGAI SENSOR SENSOR POSISI POSISI Pada umumnya metode yang digunakan untuk medeteksi posisi rotor angulator adalah elemen Hall.

Dan diantara beberapa posisi motor angula-tor, elemen Hall lebih banyak

digunakan sebagai sensor posisi. Pada beberapa motor, rotor magnit juga digunakn sebagai sumber fluks untuk menganalisa tentang elemen-elemenHall.

Prinsip elemen Hall

Gambar 1.28(a) menunjukkan prinsip prinsip dari sensor Hall. Jenis material semikon-duktor yang digunakan sebagai butir elemen Hall adalah N-doped InSB. Elemen Hall membutuhkan arus yang selalu mengalir bila digunakan sebagai pendeteksi fluks. Bila butiran-butiran butiran-butiran yang terdapat pada gambar 1.28(a) dimisalkan sebagai gambaran medan magnit, maka daya elektromagnit dibuat atas dasar gerakan elektron seperti yang diberikan oleh kaedah tangan kiri Fleming. Fleming.

Sewaktu daya elektron dibiaskan pada sisi kiri,

akibatnya kutup negatif disisi kiri dan kutup positip disisi yang lain (kanan).

Polaritas

elektrostatik bergantung pada yang dialami butir apakah berkutup utara atau berkutup selatan, dan digunakan untuk menyatakan sinyal pada posisi rotor dalam batas polaritas magnit. Bila motor dc brushless menggunakan elemen Hall sebagai sensor posisi, maka semua elemen-elemen penting dibuat dalam bentuk terpadu sesuai dengan yang ditunjukkan pada gambar 1.28(b). Misalnya, jika level output adalah H untuk kutup utara, utara, maka level output akan L bila diletakkan pada kutup selatan. Dalam hal ini ketiga IC Hall digunakan sebagai untuk drive motor tiga phase.


31


Pada dasarnya sensor akan ditempatkan pada 120 derajad untuk motor dua kutup seperti yang ditunjukkan pada gambar 1.29. Tetapi sensor juga dapat dapat ditempatkan pada interval 60 derajad seperti pada gambar 129. Dari gambar ini dapat diketahui bahwa susunan 120 derajad dan 60 derajad hampir sama dengan motor 4 kutup atau lebih.


32


Gambar 1.28 Prinsip Elemen Hall

Gambar 1.29 J uml ah Kut Kut ub Magnet agnet dan Susunan Susunan El emen Hal l


33

BAB1 EI2 Motor Kontrol

Recommend Documents