Pengaturan kecepatan motor DC menggunakan PWM digital

LAPORAN PRAKTIKUM SISTEM KENDALI

“ PENGATURAN KECEPATAN MOTOR DC MENGGUNAKAN PWM DIGITAL”

OLEH : NAMA

: MUHAMAD MUSTOFA

NIM

: 130534608385

PRODI

: S1 PTE

OFFERING

:B

FAKULTAS TEKNIK JURUSAN PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRO UNIVERSITAS NEGERI MALANG ANGKATAN 2013

LAPORAN 4 PENGATURAN KECEPATAN MOTOR DC MENGGUNAKAN PWM DIGITAL

1. TUJUAN a. Mahasiswa mampu menjelaskan rangkaian pengaturan kecepatan motor DC menggunakan PWM digital b. Mahasiswa mampu merancang rangkaian pengaturan motor DC menggunakan PWM digital c. Mahasiswa mampu megatur duty cycle yang di butuhkan untuk mengatur kecepatan putar motor DC d. Mahasiawa mampu menganalisa rangkaian pengaturan kecepatan motor DC menggunakan PWM digital.

2. DASAR TEORI 3. Pengertian PWM Pulse Width Modulation (PWM) secara umum adalah sebuah cara memanipulasi lebar sinyal yang dinyatakan dengan pulsa dalam suatu perioda, untuk mendapatkan tegangan rata-rata yang berbeda. Beberapa contoh aplikasi PWM adalah pemodulasian data untuk telekomunikasi, pengontrolan daya atau tegangan yang masuk ke beban, regulator tegangan, audio effect dan penguatan, serta aplikasi-aplikasi lainnya. Aplikasi PWM berbasis mikrokontroler biasanya berupa pengendalian kecepatan motor DC, pengendalian motor servo, pengaturan nyala terang LED dan lain sebagainya. Sinyal PWM pada umumnya memiliki amplitudo dan frekuensi dasar yang tetap, namun memiliki lebar pulsa yang bervariasi. Lebar Pulsa PWM berbanding lurus dengan amplitudo sinyal asli yang belum termodulasi. Artinya, Sinyal PWM memiliki frekuensi gelombang yang tetap namun duty cycle bervariasi (antara 0% hingga 100%).

Gambar.1. Sinyal PWM dan rumus perhitungannya Pulse Width Modulation (PWM) merupakan salah satu teknik untuk mendapatkan signal analog dari sebuah piranti digital. Sebenarnya Sinyal PWM dapat dibangkitkan dengan banyak cara, dapat menggunakan metode analog dengan menggunakan rankaian op-amp atau dengan menggunakan metode digital. Dengan metode analog setiap perubahan PWM-nya sangat halus, sedangkan menggunakan metode digital setiap perubahan PWM dipengaruhi oleh resolusi dari PWM itu sendiri. Resolusi adalah jumlah variasi perubahan nilai dalam PWM tersebut. Misalkan suatu PWM memiliki resolusi 8 bit berarti PWM ini memiliki variasi perubahan nilai sebanyak 28 = 256 variasi mulai dari 0 – 255 perubahan nilai yang mewakili duty cycle 0 – 100% dari keluaran PWM tersebut.

Dengan cara mengatur lebar pulsa “on” dan “off” dalam satu perioda gelombang melalui pemberian besar sinyal referensi output dari suatu PWM akan didapat duty cycle yang diinginkan. Duty cycle dari PWM dapat dinyatakan sebagai:

DutyCycle=tON/(tON+tOFF)x100%……………………………………………(1) Duty cycle 100% berarti sinyal tegangan pengatur motor dilewatkan seluruhnya. Jika tegangan catu 100V, maka motor akan mendapat tegangan 100V. pada duty cycle 50%, tegangan pada motor hanya akan diberikan 50% dari total tegangan yang ada, begitu seterusnya.Untuk melakukan perhitungan pengontrolan tegangan output motor dengan metode PWM cukup sederhana sebagaimana dapat dilihat pada ilustrasi Gambar 2. di bawah ini.

Gambar 3. Pengontrolan tegangan Pulsa PWM Dengan menghitung duty cycle yang diberikan, akan didapat tegangan output yang dihasilkan. Sesuai dengan rumus yang telah dijelaskan pada gambar. Average Voltage = (a/a+b)xVfull………………………………………………….. (2) Average voltage merupakan tegangan output pada motor yang dikontrol oleh sinyal PWM. a adalah nilai duty cycle saat kondisi sinyal “on”. b adalah nilai duty cycle saat kondisi sinyal “off”. Vfull adalah tegangan maksimum pada motor. Dengan menggunakan rumus diatas, maka akan didapatkan tegangan output sesuai dengan sinyal kontrol PWM yang dibangkitkan. 4. Pengaturan Kecepatan Motor DC Metode dalam pengaturan kecepatan putaran motor DC salah satunya yang populer adalah dengan teknik PWM (Pulse Width Modulation). Dengan metode PWM ini motor DC diberikan sumber tegangan yang stabil dengan frekuensi kerja yang sama tetapi ton duty cycle pulsa kontrol kecepatan motor DC yang bervariasi. Konsep PWM pada driver motor DC adalah mengatu lebar sisi positif dan negatif pulsa kontrol pada frekuensi kerja yang tetap. Semakin lebar sisi pulsa positif maka semakin tinggin kecepatan putaran motor DC dan semakin lebar sisi pulsa negatif maka semakin rendah kecepatan putaran motor DC. Metode PWM pada driver motor DC secara singkat dapat dijelaskan

menggunakan rangkaian driver motor DC satu arah dengan kontrol PWM menggunakan IC NE555 seperti pada gambar rangkaian dibawah.

Rangkaian sederhana diatas dapat memberikan gambaran tentang teknik PWM pada driver motor DC. IC 555 diset sebagai astabil multivibrator dengan frekuensi kerja tetap (nilai RC tetap) dengan output diberikan ke rangkaian driver motor DC sederhana dengan MOSFET. Konsep dasar kontrol PWM menggunakan rangkaian diatas terletak pada penambahan 2 buah dioda yang mengendalikan proses charge dan discharge kapasitor C 0,1 uF. Posisi tuas potensiometer 100K yang terhubung dengan 2 buah dioda tersebut akan menetukan waktu charge atau discharge kapasitor C 0,1 uF. Berikut bentuk gelombang charge dan discharge terhadap output astabil multivibrator NE555 sebagai kontrol PWM driver motor DC pada rangkaian diatas Posisi Tuas Potensiometer Ditengah (Ton Duty Cycle 50%)

Posisi Tuas Potensiometer Pada Sudut D1 (Ton Duty Cycle ±95%)

Posisi Tuas Potensiometer Pada Sudut D2 (Ton Duty Cycle ±5%)

Dengan tiga posisi tuas potensiometer seperti diatas, bentuk pulsa output yang dihasilkan oleh astabil multivibrator berfariasi dengan ton duty cyle 50%, 90% dan 5% dimana semakin tingi ton duty cycle-nya maka daya yang di berikan ke motor DC semakin besar dan kecepatan motor DC semakin tinggi begitu pula sebaliknya semkin rendah ton duty cycle maka semkin rendah kecepatan putaran motor DC.

5. ALAT DAN BAHAN a. Alat

:

Multimeter

1 Buah

Osiloskop

1 Buah

Power Supply

1 Buah

b. Bahan : LM 555

1 Buah

Kapasitor 1 uF

1 Buah

Potensiometer 20 kohm

1 Buah

Dioda IN4001

1 Buah

IRF 540

1 Buah

Motor DC

1 Buah

Kabel Jumper

Secukupnya

6. LANGKAH KERJA 1. Persiapkan alat dan bahan 2. Cek keadaan alat dan bahan, kemudian pastikan dalam kondisi baik 3. Perhatikan keselamatan dan kesehatan kerja 4. Rangkaialah Alat dan bahan seperti pada gambar berikut

5. Masukkan sumber tegangan DC 6. Atur besar resistansi pada potensiometer dengan menggunakan perhitungan manual, sesuai dengan duty cycle yang diinginkan 7. Lihat sinyal output PWM pada osiloskop, kemudian bandingkan dengan hasil perhitungan anda 8. Ukur tegangan output pada motor , kemudian bandingkan dengan tegangan teori dan perhitungan tegangan pada osiloskop 9. Ulangi langkah di atas hingga seluruh duty cycle pada tabel hasil percobaan terpenuhi. 10. Konsultasikan pada asisten praktikum jika ada kesulitan 11. Jika percobaan dirasa cukup, rapikan alat dan bahan , kemudian kembalikan ke tempat semula 12. Perhatikan kebersihan tempat kerja 13. Berikan hasil percobaan pada asisten praktikum 14. Buatlah laporan mengenai percobaan yang telah di lakukan

7. HASIL a. Tabel Hasil Percobaan Duty Cycle

V. Osciloscop

V pengukuran

V. Teori

20%

1,9 volt

1.95 Volt

2.26 Volt

40%

3,8 Volt

3.8 Volt

4.5 Volt

60%

5,9 Volt

6 Volt

6.77 Volt

80%

7,1 Volt

8.2 Volt

9.03 Volt

100%

10 Volt

10 Volt

11,29 Volt

b. Hasil Sinyal Osiloskop 1. Ketika Duty Cyle 20%

2. Ketika Duty Cyle 40%

3. Ketika Duty Cyle 60%

4. Ketika Duty Cyle 80%

5. Ketika Duty Cyle 100%

c. Hasil Simulasi 1. Duty cycle 20 %

2. Duty cycle 40 %

3. Duty cycle 60 %

4. Duty Cycle 80 %

5. Duty cycle 100 %

8. ANALISA Dari percobaan di atas, sudah menghasilkan beberapa data hasil percobaan, sehingga dapat di analisa sebagai berikut : a. Duty cycle 20 % Untuk memenuhi duty cycle sebesar 20 % , yaitu dengan melakukan perhitungan sebagai berikut :

Dari hasil perhitungan di ketahui R1 = 2 kohm, sehingga setting potensio kaki 2 dan 3 adalah sebesar 2 kohm Setelah potensio di setting , hasil dari lebar pulsa yang tertera pada osiloskop adalah sebagai berikut :

Hasil : Ton

= 0,8 kotak

Ttotal = 4,2 kotak V/div = 5 Volt

T/div = 2 ms Sehingga V pada osiloskop adalah :

Dari data pengukuran menggunakan multimeter hasilnya adalah sebesar 1,95 Volt Sedangkan hasil perhitungan secara teori adalah sebagai berikut :

Dari hasil percobaan putaran motor terpantau PELAN . Jadi ketika duty cycle 20 % tegangan rendah, sehingga motor berputar pelan. Hasil tegangan pengukuran dan perhitungan masih terdapat selisih : Vteori

= 2,25 Volt Selisih 0,35 Volt

Vosiloskop

= 1,9 Volt

Vt & Vp Selisih =0,3 Volt Selisih 0,05 Volt

Vpengukuran = 1,95 Volt

b. Duty cycle 40 % Untuk memenuhi duty cycle sebesar 40 % , yaitu dengan melakukan perhitungan sebagai berikut :

Dari hasil perhitungan di ketahui R1 = 8 kohm, sehingga setting potensio kaki 2 dan 3 adalah sebesar 8 kohm Setelah potensio di setting , hasil dari lebar pulsa yang tertera pada osiloskop adalah sebagai berikut :

Hasil : Ton

= 1,6 kotak

Ttotal = 4,2 kotak V/div = 5 Volt T/div = 2 ms Sehingga V pada osiloskop adalah :

Dari data pengukuran menggunakan multimeter hasilnya adalah sebesar 3,8 Volt Sedangkan hasil perhitungan secara teori adalah sebagai berikut :

Dari hasil percobaan putaran motor terpantau Berputar Lebih Cepat dari Duty Cycle 20 % . Jadi ketika duty cycle 40 % tegangan lebih tinggi, sehingga motor berputar lebih cepat dari duty cycle 20 %. Hasil tegangan pengukuran dan perhitungan masih terdapat selisih : Vteori

= 4,5 Volt Selisih 0,7 Volt

Vosiloskop

= 3,8 Volt

Vt & Vp Selisih =0,7 Volt Selisih 0 Volt

Vpengukuran = 3,8 Volt

c. Duty cycle 60 % Untuk memenuhi duty cycle sebesar 60 % , yaitu dengan melakukan perhitungan sebagai berikut :

Dari hasil perhitungan di ketahui R1 = 12 kohm, sehingga setting potensio kaki 2 dan 3 adalah sebesar 12 kohm Setelah potensio di setting , hasil dari lebar pulsa yang tertera pada osiloskop adalah sebagai berikut :

Hasil : Ton

= 2,5 kotak

Ttotal = 4,2 kotak V/div = 5 Volt T/div = 2 ms Sehingga V pada osiloskop adalah :

Dari data pengukuran menggunakan multimeter hasilnya adalah sebesar 6 Volt

Sedangkan hasil perhitungan secara teori adalah sebagai berikut :

Dari hasil percobaan putaran motor terpantau Berputar Lebih Cepat dari Duty Cycle 40 % . Jadi ketika duty cycle 60 % tegangan lebih tinggi, sehingga motor berputar lebih cepat dari duty cycle 40 %. Hasil tegangan pengukuran dan perhitungan masih terdapat selisih : Vteori

= 6,7 Volt Selisih 0,8 Volt

Vosiloskop

= 5,9 Volt

Vt & Vp Selisih =0,7 Volt Selisih 0,1 Volt

Vpengukuran = 6 Volt

d. Duty cycle 80 % Untuk memenuhi duty cycle sebesar 80 % , yaitu dengan melakukan perhitungan sebagai berikut :

Dari hasil perhitungan di ketahui R1 = 16 kohm, sehingga setting potensio kaki 2 dan 3 adalah sebesar 16 kohm Setelah potensio di setting , hasil dari lebar pulsa yang tertera pada osiloskop adalah sebagai berikut :

Hasil : Ton

= 3 kotak

Ttotal

= 4,2 kotak

V/div

= 5 Volt

T/div

= 2 ms

Sehingga V pada osiloskop adalah :

Dari data pengukuran menggunakan multimeter hasilnya adalah sebesar 8,2 Volt Sedangkan hasil perhitungan secara teori adalah sebagai berikut :

Dari hasil percobaan putaran motor terpantau Berputar Lebih Cepat dari Duty Cycle 60 % . Jadi ketika duty cycle 80 % tegangan lebih tinggi, sehingga motor berputar lebih cepat dari duty cycle 60 %. Hasil tegangan pengukuran dan perhitungan masih terdapat selisih : Vteori

= 9,03 Volt Selisih 1,93 Volt

Vosiloskop

= 7,1 Volt

Vt & Vp Selisih = 0,83 V Selisih 1,1 Volt

Vpengukuran

= 8,2 Volt

e. Duty cycle 100 % Untuk memenuhi duty cycle sebesar 100 % , yaitu dengan melakukan perhitungan sebagai berikut :

Dari hasil perhitungan di ketahui R1 = 20 kohm, sehingga setting potensio kaki 2 dan 3 adalah sebesar 20 kohm Setelah potensio di setting , hasil dari lebar pulsa yang tertera pada osiloskop adalah sebagai berikut :

Hasil : Ton

= 4,2 kotak

Ttotal

= 4,2 kotak

V/div

= 5 Volt

T/div

= 2 ms

Sehingga V pada osiloskop adalah :

Dari data pengukuran menggunakan multimeter hasilnya adalah sebesar 10 Volt Sedangkan hasil perhitungan secara teori adalah sebagai berikut :

Dari hasil percobaan putaran motor terpantau Berputar Lebih Cepat dari Duty Cycle 80 % . Jadi ketika duty cycle 100 % tegangan lebih tinggi, sehingga motor berputar lebih cepat dari duty cycle 80 %. Hasil tegangan pengukuran dan perhitungan masih terdapat selisih : Vteori

= 11,29 V Selisih 1,29 Volt

Vosiloskop

= 10 Volt

Vt & Vp Selisih = 1,29 V Selisih 0 Volt

Vpengukuran

9.

= 10 Volt

KESIMPULAN Dari hasil percobaan yang telah di lakukan dapat di simpulkan bahwa : 1. Pulse Width Modulation (PWM) secara umum adalah sebuah cara memanipulasi lebar sinyal yang dinyatakan dengan pulsa dalam suatu perioda, untuk mendapatkan tegangan rata-rata yang berbeda. 2. Salah satu penerapan sinyal PWM adalah untuk pengaturan kecepatan motor DC, yaitu dengan mengatur besar duty cycle atau lebar Ton. 3. Pada duty cycle yang sudah di lakukan dalam percobaan, terlihat bahwa semakin besar duty cycle maka tegangan yang masuk ke motor akan semakin besar, dari data tersebut terbukti bahwa perputaran motor akan semakin cepat. 4. Dengan hasil percobaan dapat di simpulkan bahwa, duty cycle sebanding dengan tegangan output dan sebanding dengan kecepatan motor 5. Pengukuran tegangan masih terdapat selisih, hal ini dapat di sebabkan karena : a. Human eror ( kesalahan manusia ) b. Alat ukur yang kurang presisi c. Kualitas komponen d. Sumber tegangan yang tidak stabil

DAFTAR RUJUKAN ( Online ) http://elektronika-dasar.web.id/artikel-elektronika/metode-pwm-drivermotor-dc-dengan-ic-555/ Diakses pada : 4 Maret 2015 ( Online ) http://andri_mz.staff.ipb.ac.id/pulse-width-modulation-pwm/ Diakses pada : 4 Maret 2015 ( Online ) https://www.academia.edu/Documents/in/PWM_Modulation_Converters Diakses pada : 5 Maret 2015 (Online ) https://www.academia.edu/3838333/Metode_PWM_Driver_Motor_DC_ Dengan_IC_555_Friday Diakses Pada : 5 Maret 2015