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 :

R3 R2 R1

Gambar 1.1 Perenca

Elektronika Industri 2

M

naan tahanan mula

1


b. PENGATURAN KECEPATAN

Ada tiga metode untuk pengaturan kecepatan shunt wound motor, yaitu ; kuat

medan, tahanan pengaturan dan pengaturan tegangan armatur. Kecepatan motor dapat

dijelaskan pada persamaan berikut :

N = ( Va – Ia.Ra)/φf

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, sehingga akan terjadi pertambahan

torsi keluaran. Torsi T dikaitkan dengan flux (φ.f) dan arus armatur (Ia) adalah sesuai dengan

persamaan berikut :

T = K.φf.Ia

Medan dapat dilemahkan dengan menghubungkan rheostat pada rangkaian medan

seperti ditunjukan pada gambar 1.2(a). Persamaan yang menunjukkan kuat medan yang

menambah kecepatan dengan tegangan armatur yang konstan. Pada standart industri, motor

akan diijinkan kecepatannya bertambah sampai dengan 400 %. Metode pengaturan

kecepatan ini lebih efisien sebab power yang hilang pada medan rheostat dapat diabaikan.

Tetapi medan itu hanya dilemahkan pada limit tertentu. Pelemahan dibawah titik limit dapat

menghasilkan kecepatan lebih dan tidak stabil. Dan 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).

Elektronika Industri 2 2


speed

Vdc

medan

i

(a) diagram skema (b) kurva torsi-kece

Gambar 1.2

Pengaturan kecepatan motor shunt yang di dasarkan pada penguatan medan

Memperlemah medan akan menghasilkan kecepatan diatas kecepatan raten

dapat mudah menjadi beban lebih sebab torsi drop karena pertambahan kecep

karena itu tipe pengaturan kecepatan ini dibatasi pada kasus kondisi beban yang te

dapat dikontrol. Perbedaan karakteristik terjadi untuk motor shunt dengan rhe

armatur. Dalam hal ini pengaturannya adalah kumparan medannya ditahan pad

jala-jala. Lihat lagi pada pada persamaan kecepatan, jika tegangan armatur Va

dengan pertambahan tahanan, kecepatan motor akan berkurang. Oleh karena it

pengaturan armatur akan lebih rendah dan kecepatan motor shunt akan dib

kecepatannya. Seperti ditunjukkan pada persamaan torsi, pertambahan be

menyebabkan pertambahan arus armatur sedikit sedikit akan timbul tegangan

seri dengan rheostat. Jika motor dilakukan dengan rate beban yang sangat

kemudian beban ditambah, maka kecepatannya akan jatuh secara tajam. Ha

berkaitan dengan I(I.R) yaitu power yang hilang pada rheostat.


Tors

Rmak

Rmin

patan

ya. Motor

atan. Oleh

rtentu dan

ostat pada

a tegangan

dikurangi

u tahanan

awah rate

ban akan

drop yang

kecil dan

l ini juga

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. Kedua rheostat seri dan rheostat paralel digunakan untuk

memperbaiki pengaturan kecepatan shunt wound 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 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 sering dipakai di 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 :

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.



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 arus dc yang digunakan sebagai

sumber power. Tanpa 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



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 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 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 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



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.



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

DIAC

Gambar 1.6 Pengaturan kecepatan dengan Triac gelombang penuh

c. PENGEREMEN MOTOR

Motor bila tidak dihubungkan dengan sumber daya maka mo

Bila diperlukan untuk menghentikan motor dengan cepat mak

pengereman. Pengereman dapat dilakukan dengan beberapa m

untuk menurunkan kecepatan motor yaitu secara aksi mekanis, ak

Aksi dinamik atau pengereman dengan listrik dapat di

hubungan ke motor dengan atau tanpa menggunakan sumber day

berjalan maka akan berfungsi sebagai generator dan dihungka

merupakan pengereman dinamik. Motor itu akan secara cepa

energi mekanik ke dalam energi listrik dan disipasi energ

Pengereman dinamik hanya ada bila motor sedang berputa

digunakan untuk pemeriksaan beban setelah ber henti.


Motor Seri

Triacs

tor akan meluncur berhenti.

a dapat dilakukan dengan

etode. Ada tiga cara dasar

si dinamik dan plugging.

lakukan dengan mengubah

a bantu. Jika motor sedang

n dengan beban hasilnya

t. Aksi generator merubah

i ini ada pada (tahanan).

r, tipe mekanis ini yang

8


Pada shunt wound dc motor untuk tujuan pengereman listrik, jika mesin dioperasikan

sebagai motor, cemf (counter electromotive force) akan menentang tegangan jala-jala

armatur. Pengereman dinamik diperbaiki dengan tidak menghubungkan armatur dari 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

M

Run Stop

Emedan

Gambar 1.7 Pengereman motor dc shunt wound

Resistor dipilih 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 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 ).



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

arus yang mengalir menyebabkan emf armatur dalam arah yang sama sama seperti pada

saat dihubungkan sebagai motor. Energi akan secara cepat didisipasikan ke resistor dan

armatur akan berhenti berputar.

M

Stop Run

Stop

Stop

Run

Run

E medan

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.



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

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 Motor DC dengan Mikroprosesor

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 yang digunakan pada 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.



Gambar 1.9

Rangkaian transistor untuk kontrol kecepatan dengan menggunakan PWM untuk menjalankanmotor dc.

Gambar 1.10

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



Tabel 1.1

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

ORG 8500H ;

MAIN ROUTINE 00FD DRIVE EQU 0FDH 8500 01 0100 START: LD BC, 0100H ; 8503 3E 01 ON1: LD A,1 8505 D3 FD OUT (DRIVE),A 8507 50 LD D,B 8508 CD 8530 CALL WIDTH 850B 3E 00 OFF1: LD A,0 850D D3 FD OUT (DRIVE),A 850F 51 LD D,C 8510 CD 8530 CALL WIDTH 8513 04 INC B 8514 OD DEC C 8515 C2 8503 JP NZ, ON1 ; 8518 3E 01 ON2: LD A,1 851A D3 FD OUT (DRIVE), A 851C 51 LD D,C 851D CD 8530 CALL WIDTH 8520 3E 00 OFF2: LD A, 0 8522 D3 FD OUT (DRIVE), A 8524 50 LD D,B 8525 CD 8530 CALL WIDTH 8528 04 INC B 8529 OD DEC C 852A C2 8518 JP NZ, 0N2 ; 852D C3 8500 JP START ; Pulse Width Subroutine 8530 15 WIDTH: DEC D 8531 00 NOP 8532 00 NOP 8533 00 NOP 8534 00 NOP 8535 C2 8530 JP NZ,WIDTH 8538 C9 RET

END



1.2 MOTOR STEPPER

Motor Stepper sering digunakan dalam peralatan digital untuk mengubah dari sinyal

pulsa menjadi putaran atau gerakan mekanik. Setiap 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 (θs) tergantung jumlah pulsa inputnya (n) dan besar sudut putar per pulsanya

(θo) yaitu :

θs = n θo

• 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



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.

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

per pulsa.

• Motor Stepper tipe VR

Prinsip kerja motor ini didasarkan pada prinsip 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 lain-

lain.

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 .



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 akurasi

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



• 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



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.



START

B

Gambar 1.14 Flowchart menjalankan m


OUTPUT 00000001

TIMER

OUTPUT 00000010B

OUTPUT 00000100B

TIMER

TIMER

otor 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 A,02H


840B CD 8418 CALL TIME

840E 3E 20 LD A,04H


8412 CD 8418 CALL TIME

8415 C3 8400 JP LOOP

;

TIME SUBROUTINE ;

;

8418 06 64 TIME: LD B,100

841A 0E 64 LOOPA: LD C,100

841C 0D LOOPB: DEC C

841D C2 841C JP NZ,LOOPB

8420 05 DEC B

8421 C2 841A JP NZ,LOOPA

8424 C9 RET

END



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 CT

BEBAN

V(BN)

V(AN)

SCR4

SCR2

SCR3

Grup positip

Grup negatip

SCR1

Gambar 1.15 Cycloconverter



Gambar 1.16 Sinyal gelombang Cycloconverter

b. INVERTER

Gambar 1.17 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.



BEBAN E

BEBAN EBEBAN E

BEBAN

S1 S2

S1 S2S1

S1 S2

(2) (1)

S2E

(3 (4)

Gambar 1.17

Prinsip dasar phasa tunggal bridge inverter

BEBAN

Tr4

Tr3

Tr2

Tr1

E

Gambar 1.18

Bridge inverter dengan menggunakan empat transistor dan empat diode



Empat transistor juga empat diode 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 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 kan motor induksi atau motor sinkron.



Gambar 1.19

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

Tr1

Tr

Tr3

Tr4

Tr5

Tr6

PHASA 1 PHASA 2 E

Tr8

Tr7

Gambar 1.20 Konfigurasi dasar bridge inverter 2 phasa



V U W

Tr5 Tr3Tr1

E

Gambar 1.

Tipe 120 d

Urutan sw

tidak pad

arus dan

ditempatk

dibalik, m

dicatat ba

derajat tia

Tipe 180 d

Switching

terminal

terminal

ditunjukka

Elektronika

Tr6 Tr4

Tr

21 Konfigurasi dasar bridge inverter 3 phasa

erajat

itching pada gambar 1.22 ini ditentukan oleh aturan bahwa satu dari tiga switching

a terminal positip dan terminal negatip tetapi terbuka. Pada gambar ini distribusi

resultante medan magnit menunjukkan putaran medan magnit motor. Rotor

an pada medan magnit ini untuk memutar dalam arah yang sama. Jika urutan

edan magnit dan rotor disini akan berputar searah jarum jam. Ini yang seharusnya

hwa pada proses ini switch dihubungkan ke E dan GND untuk tiap tiap interval 120

p siklus.

erajat

tipe ini diimplementasikan tanpa periode OFF, yaitu tiap switch selalu pada

positip dan terminal negatip, tetapi harus dihindari semua switch pada keadaan

positip atau terminal negatip pada saat yang sama. Urutan putaran searah jarum jam

n pada gambar 1.22.

Industri 2 26


(a) (b)

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



Pada tipe 180 derajat atau 120 derajat, medan magnit putar 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 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 bentuk

gelombang line-to-line tidak tergantung pada karakteristik beban.

Gambar 1.23

Perbandingan gelombang tegangan antara120 derajat dan 180 derajat pada beban resistif ( dengan

hubungan bintang dan delta )



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. 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.



Secara elektronik, motor dc brushless dioperasikan sama seperti motor dc konvensional,

hanya saja switching supply arusnya menggunakan rangkaian solid state. Pada motor ini

menggunakan transistor lojic sense untuk posisi motor magnit permanennya dan distribusi arus

komponen medannya. Kumparan medan diberikan energi dalam urutan medan magnitnya.

Posisi rotor dideteksi dengan solid 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 sensor posisi telah

ditentukan dalam motor dan sinyal switch dijalankan dengan waktu yang 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 mempunyai keuntungan yang lebih banyak serta bebas dari

masalah-masalah pemakaian brush (sikat).

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



Pada gambar 1.27 ditunjukkan 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 sensor

posisi, dan mendapatkan informasi posisi dari sinyal output yang diberikan oleh sensor Hall

ELEMEN HALL SEBAGAI SENSOR 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 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 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. 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, maka level output

akan L bila diletakkan pada kutup selatan. Dalam hal ini ketiga IC Hall digunakan sebagai

untuk drive motor tiga phase.



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.



Gambar 1.28 Prinsip Elemen Hall

Gambar 1.29

Jumlah Kutub Magnet dan Susunan Elemen Hall


Documents

BAB1 EI2 Motor Kontrol