1. SISTEM PENGUJI KARAKTERISTIK
MOTOR DC MAGNET PERMANEN TERHADAP PEMBEBANAN
BERBASIS LABVIEW 8.2
SKRIPSI
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh
Gelar Sarjana Teknik Program S-1
Pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Gadjah Mada
Oleh:
ANGGORO PRIMADIANTO
05/187823/TK/31023
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS GADJAH MADA
YOGYAKARTA
2009
i
2. HALAMAN PENGESAHAN
SKRIPSI
SISTEM PENGUJI KARAKTERISTIK
MOTOR DC MAGNET PERMANEN TERHADAP PEMBEBANAN
BERBASIS LABVIEW 8.2
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh
Gelar Sarjana Teknik Program S-1
Pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Gadjah Mada
Oleh:
ANGGORO PRIMADIANTO
05/187823/TK/31023
Yogyakarta, 2 Oktober 2009
Telah diperiksa dan disetujui oleh:
Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II
Ir. Tiyono, M.T. Dr. Eng. Suharyanto, S.T., M.Eng.
NIP 131792960 NIP 132232020
ii
3. HALAMAN PERSEMBAHAN
“Demi matahari dan cahayanya di pagi hari, dan bulan apabila mengiringinya, dan siang
apabila menampakkannya, dan malam apabila menutupinya, dan langit serta
pembinaannya, dan bumi serta penghamparannya, dan jiwa serta penyempurnaannya,
maka Allah mengilhamkan kepada jiwa itu kefasikan dan ketakwaannya, sesungguhnya
beruntunglah orang yang mensucikan jiwa itu, dan sesungguhnya merugilah orang yang
mengotorinya”
(QS Asy Syams 91 : 1‐10)
Untuk ALLAH SWT pemberi seluruh daya
upaya,
untuk mama & papa,
dan untuk INDONESIA
iii
4. KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, puji syukur kehadirat Allah S.W.T., Rob semesta alam,
pelindung seluruh umat, dan pemberi rizki seluruh makhluk. Tiada daya, upaya,
dan pertolongan selain dari Allah. Dengan ridho dan kemurahan-Nya, penulis
dapat menyelesaikan skripsi dengan judul “Sistem Penguji Karakteristik Motor
DC Terhadap Pembebanan” ini. Tujuan penulisan skripsi ini adalah salah satu
syarat mendapatkan gelar Sarjana Teknik Program S-1, Jurusan Teknik Elektro,
Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada.
Penulis merasa bahwa keberhasilan penyelesaian tugas akhir ini tidak
lepas dari bantuan berbagai pihak berupa masukan, saran, motivasi maupun
bantuan dalam bentuk lainnya. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin
mengucapkan terima kasih kepada:
1. Bapak Dr. Ir. Tumiran, M.Eng., Dekan Fakultas Teknik Universitas
Gadjah Mada Yogyakarta atas segala wawasan dan inspirasi yang
diberikan.
2. Bapak Ir. Lukito Edi Nugroho M.Sc., Ph.D, selaku Ketua Jurusan Teknik
Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada
iv
5. 3. Bapak Ir. Tiyono MT. selaku dosen pembimbing I atas segala bimbingan
dan masukan yang sangat berarti bagi penulis dalam menyelesaikan skripsi
ini.
4. Bapak Dr.Eng. Suharyanto ST., M.Eng. selaku PPJ Akademik dan dosen
pembimbing II yang telah banyak memberikan arahan dan solusi kepada
penulis.
5. Bapak Sarjiya, ST, M.Sc., Ph.D selaku Kepala Laboratorium Teknik
Tenaga Listrik Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas
Gadjah Mada yang telah memberi izin kepada penulis untuk melakukan
penelitian di Laboratorium.
6. Mas Nandar dan Bapak Dono, selaku laboran Laboratorium Teknik
Tenaga Listrik yang telah banyak memberikan masukan yang sangat
bermanfaat bagi penulis
7. Mama, Papa, dan Adik – adikku tercinta yang telah memberi dukungan
kepada penulis.
8. Ma Petite Soleil, Diahyani Putri atas segala pengertian dan dukungannya.
9. Rangga ST selaku “pembimbing III” atas segala ilmu dan inspirasi.
10. Teman – teman elektro : Desi, Ali, Cahyo, Raja, Hakim - Hakim, Heru,
Firman, Bolang, Dani, Galang, Emon, Simbah, Hanata, Dika, Bimbim,
Holy, Putut, Ari, Kutu, Angling, Adib, Imam, Mas Irfan, Brian, Danto dan
banyak lagi.
11. Teman – teman kontrakan : Pundhi, Gobank, Aam, Balbul, Ubay, cupu,
bolang, gundala, dan neny.
v
6. 12. Temen-temen KKN-PPM Unit 32 Sendangagung.
13. Temen-temen Teknik Elektro Angkatan 2005, serta kakak angkatan dan
adik angkatan.
14. Semua pihak yang telah membantu penulis dan tidak bisa disebutkan satu
per satu.
Pada skripsi ini masih terdapat banyak kelemahan dan kekurangan
dikarenakan keterbatasan penulis, sehingga kritik dan saran yang membangun
sangat diharapkan penulis. Kesempurnaan hanya milik Allah S.W.T.
Penulis berharap skripsi ini mampu memberikan kontribusi positif bagi
kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi di lingkungan akademika Teknik
Elektro Universitas Gadjah Mada pada khususnya dan Indonesia pada umumnya.
Yogyakarta, 2 Oktober 2009
Anggoro Primadianto,
Penulis
vi
7. DAFTAR ISI
HALAMAN PENGESAHAN................................................................................. ii
HALAMAN PERSEMBAHAN ............................................................................ iii
KATA PENGANTAR ........................................................................................... iv
DAFTAR ISI ......................................................................................................... vii
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ xii
Intisari ................................................................................................................ xxvi
Abstract ............................................................................................................. xxvii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah ................................................................... 1
1.2 Maksud dan Tujuan .......................................................................... 2
1.3 Rumusan Masalah ............................................................................ 3
1.4 Batasan Masalah ............................................................................... 3
1.5 Metode Penelitian ............................................................................. 4
1.6 Sistematika Penulisan ....................................................................... 4
BAB II DASAR TEORI
2.1 Motor DC......................................................................................... 6
2.1.1 Prinsip Kerja Motor DC ....................................................... 6
2.1.2 Rangkaian Ekivalen Motor DC ............................................. 8
vii
8. 2.1.3 Jenis Motor DC ................................................................... 11
2.1.4 Pengaturan Kecepatan Motor DC ....................................... 18
2.2 LabVIEW 8.2 Student Edition....................................................... 23
2.3 NI-DAQ USB 6008 ....................................................................... 25
2.4 Optocoupler ................................................................................... 26
2.5 MOSFET........................................................................................ 27
2.6 Pengendali PID .............................................................................. 29
2.6.1 Pengendali Proporsional ..................................................... 30
2.6.2 Pengendali Integral ............................................................. 31
2.6.3 Pengendali Derivatif ........................................................... 31
BAB III PERANCANGAN SISTEM PENGUJI KARAKTERISTIK
MOTOR DC TERHADAP PEMBEBANAN
3.1 Pendahuluan ................................................................................... 33
3.2 Sensor Kecepatan Putaran Motor .................................................. 35
3.2.1 Rangkaian Optocoupler ...................................................... 36
3.2.2 NI DAQ 6008 Sebagai Counter .......................................... 38
3.2.3 Program Penghitung Kecepatan Motor ............................... 39
3.3 Pengendali Kecepatan Motor DC ................................................. 41
3.3.1 Rangkaian Chopper ............................................................ 42
viii
9. 3.3.2 DAQ 6008 Sebagai Pengendali Duty Cycle Masukan Gate
Mosfet ................................................................................ 44
3.3.3 Program Pengendali Kecepatan Motor DC dengan
Labview 8.2 ....................................................................... 46
3.4 Program Monitoring Karakteristik Motor DC Terhadap
Pembebanan ................................................................................... 49
3.4.1 Arus Jangkar ...................................................................... 49
3.4.2 Tegangan Jangkar .............................................................. 50
3.4.3 Torsi ................................................................................... 51
3.4.4 Penampil Grafik ................................................................. 52
3.4.5 Penyimpanan Data ............................................................. 54
3.4.6 Alarm Beban Lebih ........................................................... 58
3.5 Tampilan Depan Sistem Penguji Karakteristik Motor DC Terhadap
Pembebanan ................................................................................... 59
3.5.1 Cara Pengoperasian Sistem Penguji Karakteristik Motor DC
Terhadap Pembebanan ....................................................... 60
BAB IV METODE PENELITIAN
4.1 Teknik Pengambilan Data ............................................................ 61
4.2 Teknik Penyajian Data....................................................... 63
4.3 Metode Analisis ................................................................. 63
ix
10. 4.4 Teknik Penyimpulan ......................................................... 63
BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN
5.1 Karakteristik Motor DC Tanpa Beban .......................................... 65
5.1.1 Grafik Kecepatan Fungsi Waktu ....................................... 65
5.1.2 Grafik Tegangan Jangkar Fungsi Waktu ........................... 66
5.1.3 Grafik Arus Jangkar Fungsi Waktu ................................... 67
5.1.4 Grafik Torsi Fungsi Waktu ................................................ 67
5.1.5 Grafik Kecepatan Fungsi Tegangan Jangkar ..................... 68
5.1.6 Grafik Kecepatan Fungsi Torsi.......................................... 69
5.2 Karakteristik Motor DC Tanpa Kendali Proporsional Dengan
Variasi Pembebanan ...................................................................... 70
5.2.1 Grafik Kecepatan dan Beban Fungsi Waktu dan Kecepatan
Fungsi Beban... .................................................................. 71
5.2.2 Grafik Tegangan Fungsi Waktu ....................................... 72
5.2.3 Grafik Arus Jangkar Fungsi Waktu ................................... 72
5.2.4 Grafik Torsi Fungsi Waktu ................................................ 73
5.2.5 Grafik Kecepatan Fungsi Torsi.......................................... 74
5.3 Karakteristik Motor DC Kendali Proporsional Dengan Variasi
Pembebanan ................................................................................... 74
5.3.1 Grafik Kecepatan dan Beban Fungsi Waktu ..................... 75
x
11. 5.3.2 Grafik Tegangan Jangkar Fungsi Waktu ........................... 76
5.3.3 Grafik Arus Jangkar Fungsi Waktu ................................... 77
5.3.4 Grafik Torsi Fungsi Waktu ................................................ 77
5.3.5 Grafik Kecepatan Fungsi Tegangan Jangkar ..................... 78
5.3.6 Grafik Kecepatan Fungsi Torsi.......................................... 79
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN
6.1 Kesimpulan .................................................................................... 80
6.2 Saran .............................................................................................. 81
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................81
LAMPIRAN .......................................................................................................... 82
xi
12. DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1. Konstruksi motor dc .......................................................................... 8
Gambar 2. 2. (a) rangkaian ekuivalen motor dc. (b) rangkaian ekivalen motor dc
yang disederhanakan dengan mengabaikan drop tegangan sikat dan
menggabungkan Radj dengan resistansi medan .............................. 10
Gambar 2. 3. Motor DC berpenguatan terpisah .................................................... 12
Gambar 2. 4. Motor DC shunt............................................................................... 13
Gambar 2. 5. (a) Karakteristik torsi - kecepatan motor dc shunt dengan lilitan
kompensasi untuk menghilangkan efek reaksi jangkar (b)
Karakteristik torsi - kecepatan motor dc shunt dengan adanya reaksi
jangkar ............................................................................................. 14
Gambar 2. 6. Motor DC seri ................................................................................. 16
Gambar 2. 7. Karakteristik torsi - kecepaan motor dc seri.................................... 17
Gambar 2. 8. Motor DC majemuk ........................................................................ 17
Gambar 2. 9. Metode jangkar shunt dari pengaturan kecepatam pada
(a) motor dc seri dan (b) motor dc shunt ......................................... 20
Gambar 2. 10. Diagram kerja chopper sederhana ................................................. 21
Gambar 2. 11. Prinsip pemotongan tegangan pada chopper ................................. 21
Gambar 2.12 Front Panel LabVIEW ..................................................................... 23
Gambar 2.13 Block Diagram pada LabVIEW ...................................................... 24
Gambar 2.14 Controls dan Function Palletes........................................................ 25
Gambar 2.15 NI DAQ 6008 .................................................................................. 25
xii
13. Gambar 2.16 Port Input dan Output NI-DAQ 6008.............................................. 26
Gambar 2. 17. Optocoupler dan Schematic kaki optocoupler .............................. 27
Gambar 2. 18. Konstruksi semikonduktor dan diagram skema rangkaian mosfet.28
Gambar 2. 19. karakteristik arus - tegangan mosfet.............................................. 29
Gambar 2. 20. Blok diagram pengendali PID ....................................................... 30
Gambar 2. 21. Diagram blok pengendali proporsional ......................................... 30
Gambar 2. 22. Diagram blok pengendali integral ................................................. 31
Gambar 3. 1. Blok diagram alur kerja sistem penguji karakteristik motor dc
terhadap pembebanan ...................................................................... 34
Gambar 3. 2. Sensor kecepatan putaran motor ..................................................... 35
Gambar 3. 3. Hubungan kerja rangkaian optocoupler, NI DAQ, dan program
Labview 8.2. .................................................................................... 36
Gambar 3. 4. Phototransistor H21A3 .................................................................... 36
Gambar 3. 5. Skema rangkaian optocoupler sensor kecepatan ............................. 37
Gambar 3. 6. Pengaturan NI DAQ 6008 sebagai counter ..................................... 38
Gambar 3. 7. Flowchart program penghitung kecepatan putaran motor............... 39
Gambar 3. 8. Blok diagram program penghitung kecepatan motor dc ................. 40
Gambar 3. 9. Tampilan keluaran nilai kecepatan purtaran motor dalam rpm....... 41
Gambar 3. 10. Skema pengendalian kecepatan motor dc ..................................... 42
Gambar 3. 11. Rangkaian chopper pengendali keccepatan motor dc ................... 42
Gambar 3. 12. Rangkaian pengendali kecepatan motor dc dengan metode
chopper .......................................................................................... 44
xiii
14. Gambar 3. 13. Pengaturan NI DAQ 6008 sebagai penghasil gelombang kotak ... 45
Gambar 3. 15. Blok diagram program penghasil gelombang kotak ..................... 47
Gambar 3. 16. Blok diagram program pengendali kecepatan motor dc dengan
metode proporsional ...................................................................... 48
Gambar 3. 17. Blok diagram program pengukuran arus jangkar .......................... 50
Gambar 3. 18. Grafik tegangan fungsi duty cycle ................................................ 51
Gambar 3. 19. Blok diagram program penghitung tegangan jangkar ................... 51
Gambar 3. 20. Blok diagram program penghitung torsi ....................................... 52
Gambar 3. 21. Blok diagram program penampil grafik ........................................ 54
Gambar 3. 22. Icon fungsi tab control .................................................................. 54
Gambar 3. 23. Tampilan push button penyimpan data dan control masukan
alamat file ...................................................................................... 55
Gambar 3. 24. Icon fungsi concatenate strings ..................................................... 55
Gambar 3. 25. Blok diagram penyimpan data....................................................... 56
Gambar 3. 26. Icon fungsi Write To Spreadsheet File.......................................... 56
Gambar 3. 27. Cara menyimpan data dengan fungsi Import Simplified Image ... 57
Gambar 3. 28. Jendela untuk memasukkan alamat file......................................... 58
Gambar 3. 29. Blok diagram fitur alarm peringatan beban lebih.......................... 58
Gambar 3. 30. Icon fungsi Play Sound File .......................................................... 59
Gambar 4. 1 Skema Pembebanan Motor DC ....................................................... 62
Gambar 4.2. Contoh tampilan data yang disimpan dengan fungsi Export
Simplified Image ................................................................................................... 63
xiv
15. Gambar 5. 1. Kecepatan - waktu dengan masukan 3000 rpm............................... 65
Gambar 5. 2. Tegangan jangkar - waktu dengan masukan 3000 rpm ................... 66
Gambar 5. 3. Arus Jangkar (A) – waktu (detik) dengan masukan 3000 rpm ....... 67
Gambar 5. 4. Torsi - waktu dengan masukan 3000 rpm ....................................... 68
Gambar 5. 5. Kecepatan - Ea pada masukan 3000 rpm ........................................ 69
Gambar 5. 6. Kecepatan - torsi pada masukan 0 - 4000 rpm ................................ 70
Gambar 5. 7. Kecepatan (rpm) dan beban (mg) - waktu pada duty cycle = 1 ...... 71
Gambar 5. 8. Kecepatan - beban pada duty cycle = 1 .......................................... 71
Gambar 5. 9. Tegangan jangkar - waktu pada duty cycle = 1............................... 72
Gambar 5. 10. Arus jangkar (A) - waktu pada duty cycle = 1 .............................. 72
Gambar 5. 11. Torsi - waktu pada duty cycle = 1 ................................................. 73
Gambar 5. 12. Kecepatan - torsi pada duty cycle = 1 ........................................... 74
Gambar 5. 13. Kecepatan dan beban - waktu........................................................ 76
Gambar 5. 14. Tegangan jangkar - waktu ............................................................. 76
Gambar 5. 15. Arus jangkar (ampere) – waktu (detik) ......................................... 77
Gambar 5. 16. Torsi – waktu ................................................................................. 78
Gambar 5. 17. Kecepatan - tegangan jangkar ....................................................... 78
Gambar 5. 18. Kecepatan – torsi ........................................................................... 79
xv
16. Intisari
Sistem Penguji Karakteristik Motor DC Magnet Permanen Terhadap
Pembebanan Berbasis LabVIEW 8.2 bertujuan untuk mengamati perubahan nilai
besaran – besaran listrik dan mekanik yang berkaitan dengan motor dc selama
dilakukan skenario pembebanan. Terdapat tiga komponen utama dalam sistem,
yaitu motor dc, sistem kendali kecepatan yang menggunakan metode pemotong
tegangan, dan program monitoring motor dc berbasis Labview 8.2.
Dalam mengamati karakteristik pembebanan motor dc, sistem dapat
menampilkan arus jangkar, tegangan jangkar, torsi, dan kecepatan. Dalam
program monitoring, data ditampilkan dalam bentuk nominal dan grafik yang
menunjukkan hubungan antar besaran - besaran tersebut.
Berdasarkan hasil pengujian diketahui bahwa nilai torsi sebanding dengan
berat beban. Untuk menghasilkan torsi yang lebih besar, motor memerlukan arus
jangkar yang lebih besar pula. Nilai torsi maksimal saat motor tidak lagi dapat
berputar karena beban yang terlalu berat disebut stall torque. Motor dc 15 V yang
dijadikan objek pengujian diketahui memiliki nilai stall torque 0,5 Nm, dengan
arus jangkar 2,5 Ampere.
Sistem Penguji Karakteristik Motor DC Magnet Permanen Terhadap
Pembebanan Berbasis Labview 8.2 sangat bermanfaat untuk menguji kemampuan
motor dc dalam memutar beban dengan berat tertentu karena dapat menampilkan
besaran – besaran motor listrik dengan tampilan yang mudah dimengerti dan
dilengkapi dengan fitur penyimpanan data yang memudahkan pengguna dalam
menganalisis hasil pengujian.
Kata Kunci : Motor dc, karakteristik pembebanan, LabVIEW 8.2.
xvi
17. Abstract
The main idea of this research is designing DC Motor Load Testing
System that aim to monitor the change of dc motor variables value during loading
scenario. There are three main parts of the system, those are dc motor, motor
speed control system using voltage chopping method, and monitoring program
using Labview 8.2.
In monitoring the loading characteristic of dc motor, system can provide
user with the value of armature current, armature voltage, motor speed, and
motor torque. The data of those variable is available in numerical and graphical
form that show the relationship between variables.
According to the test result it is known that motor torque is proportional
with the load weight. The dc motor need more armature current to produce more
torque. The maximum torque which is produced by dc motor when the output
rotational speed is zero is called stall torque. The research object (15 V dc motor)
known to have 0,5 Nm of stall torque. That torque value is produced with 2,5 A
armature current.
DC Motor Load Testing System is useful to test dc motor capability,
because it is able to provide user with the user friendy front panel equipped with
the data saving feature that is helpful when further analysis is needed.
Key Words : Dc motor, loading characteristic, Labview 8.2.
xvii
18. BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Motor listrik merupakan sebuah perangkat elektromagnetik yang
mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan
untuk, misalnya, memutar impeller pompa, kipas angin atau blower, menggerakan
kompresor, mengangkat bahan, dan lain-lain. Pemahaman akan motor listrik
menjadi sangat penting karena memiliki penggunaannya yang sangat luas, bahkan
diperkirakan bahwa motor menggunakan sekitar 70% beban listrik total di
industri.
Secara umum, motor listrik terbagi menjadi dua jenis, yaitu Motor AC dan
Motor DC. Lebih jauh, Motor DC terbagi lagi menjadi Separately Excited dan Self
Excited.
Pada saat dimana persaingan terjadi dengan sangat ketat seperti saat ini,
efisiensi dan efektivitas merupakan isu yang sangat penting. Dalam kaitannya
dengan aplikasi penggunaan motor adalah bahwa pengguna yang ingin
mengoptimalkan efisiensi dan efektivitas dari suatu proses yang didukung motor
listrik harus dapat menentukan jenis motor yang tepat yang akan digunakannya.
Hal ini karena setiap jenis motor listrik memiliki karakteristik yang berbeda satu
sama lain.
Salah satu aspek penting yang menentukan pemilihan jenis motor listrik
adalah karateristik motor tersebut dalam pembebanan. Oleh karena itu, diperlukan
1
19. 2
suatu sistem penguji karakteristik motor terhadap pembebanan yang dapat
menampilkan perubahan besaran - besaran dari suatu motor sehingga dapat
mempermudah analisis lebih lanjut.
1.2 Maksud dan Tujuan
Penulisan skripsi dengan judul “Sistem Penguji Karakteristik Motor DC
Magnet Permanen Terhadap Pembebanan Berbasis LabVIEW 8.2” ini ditujukan
sebagai syarat kelengkapan kelulusan program sarjana Jurusan Teknik Elektro,
Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada.
Tujuan penulisan skripsi ini adalah :
1. Merancang Sistem Penguji Karakteristik Motor DC Magnet Permanen
Terhadap Pembebanan berbasis personal computer dengan Labview 8.2
dan NI-DAQ 6008 sebagai perangkat akuisisi data.
2. Membuat sistem yang dapat menampilkan besaran-besaran listrik dan
mekanik yang terkait dengan karakteristik motor dc terhadap pembebanan
secara real time dalam bentuk gelombang dan nominal, serta
melengkapinya dengan fasilitas penyimpanan data.
3. Memberi tambahan pengetahuan kepada penulis dan pada pembaca
mengenai karakteristik motor dc terhadap pembebanan.
20. 3
1.3 Rumusan Masalah
Secara umum, perumusan masalah skripsi ini adalah
1. Bagaimana merancang sistem penguji karakteristik motor dc magnet
permanen terhadap pembebanan dengan bantuan perangkat keras NI-
DAQ 6008 dengan perangkat lunak Labview 8.2.
2. Sistem yang dirancang harus mampu menampilkan data besaran-
besaran listrik dan mekanis saat dilakukan pembebanan pada motor dc.
1.4 Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penulisan skripsi ini adalah :
1. Sistem Penguji Karakteristik Motor DC Magnet Permanen Terhadap
Pembebanan berfungsi untuk memonitor nilai besaran – besaran listrik
dan mekanik dari motor dc secara langung, dan menampilkannya
dalam bentuk grafik dan nominal.
2. Keluaran yang dihasilkan dari data masukan arus, tegangan, beban,
dan kecepatan motor adalah gelombang arus, tegangan, kecepatan, dan
torsi sebagai fungsi waktu, kecepatan fungsi tegangan, kecepatan
fungsi torsi, dan kecepatan fungsi beban.
3. Perancangan sistem dititikberatkan pada penggalian potensi Labview
8.2 yang didukung dengan NI DAQ 6008 untuk seoptimal mungkin
menyediakan fasilitas yang mempermudah analisis pengujian
karakteristik motor dc terhadap pembebanan. Ketelitian dalam setiap
fiturnya merupakan topik yang menarik untuk diteliti lebih lanjut.
21. 4
1.5 Metode Penelitian
Metode penelitian yang dilakukan dalam merancang sistem Penguji
Karakteristik Motor DC Magnet Permanen Terhadap Pembebanan ini adalah :
1. Studi Pustaka
2. Perancangan rangkaian elektronika dan pengkondisi isyarat
sebelum diakuisisi
3. Pembuatan perangkat lunak dan rangkaian elektronika
4. Pengujian sistem Penguji Karakteristik Motor DC Terhadap
Pembebanan
1.6 Sistematika Penulisan
Penulisan skripsi ini terdiri dari beberapa bab dan memiliki sistematika
seperti di bawah ini :
BAB I Pendahuluan
Berisi pembahasan mengenai latar belakang masalah, perumusan
masalah, pembatasan masalah, metode penelitian, dan sistematika
penulisan.
BAB II Dasar Teori
Berisi pembahasan mengenai latar belakang masalah, perumusan
masalah, pembatasan masalah, metode perancangan, dan
sistematika penulisan.
22. 5
BAB III Perancangan Sistem Penguji Karakteristik Motor DC Magnet
Permanen Terhadap Pembebanan
Berisi tahapan perancangan perangkat lunak dan perangkat keras.
BAB IV Metode Penelitian
Menjelaskan teknik pengambilan data, penyajian data, metode
analisis, dan teknik penyimpulan.
BAB V Hasil dan Pembahasan
Berisi data dan analisis hasil pengujian sistem Penguji
Karakteristik Motor DC Magnet Permanen Terhadap Pembebanan.
BAB VI Kesimpulan dan Saran
Berisi kesimpulan dan saran.
23. BAB II
DASAR TEORI
2.1 Motor DC
Mesin listrik adalah suatu perangkat yang mengubah energi mekanik
menjadi energi listrik, atau mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Alat
yang digunakan untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik disebut
generator, dan alat yang digunakan untuk mengubah energi listrik menjadi energi
mekanik disebut motor. Motor listrik dapat dibedakan menjadi motor ac dan
motor dc berdasarkan arah aliran daya yang melewati motor tersebut.
Karena sistem kelistrikan yang pertama kali digunakan adalah listrik arus
searah (dc), maka pada saat itu motor dc pun lebih banyak digunakan. Akan tetapi
seiring dengan meningkatnya penggunaan sistem listrik arus bolak – balik,
penggunaan motor dc banyak digantikan dengan motor induksi yang
membutuhkan perawatan yang lebih sederhana. Meskipun demikian, motor dc
sampai saat ini masih memiliki beberapa keunggulan seperti memilki wilayah
pengaturan kecepatan yang luas. Motor dc juga banyak digunakan pada kendaraan
yang memang lebih banyak menggunakan catu daya dc.
2.1.1 Prinsip Kerja Motor DC
Daerah kumparan medan yang yang dialiri arus listrik akan menghasilkan
medan magnet yang melingkupi kumparan jangkar dengan arah tertentu. Konversi
dari energi listrik menjadi energi mekanik (motor) maupun sebaliknya
6
24. 7
berlangsung melalui interaksi medan magnet yang dihasikan kumparan jangkar
dan kumparan medan.
Dengan adanya medan magnet dengan kerapatan fluks (B) dan arus (i)
serta panjang konduktor (L), maka diperoleh gaya sebesar (F), dengan persamaan
sebagai berikut :
(2-1)
Arah dari gaya ini ditentukan oleh aturan kaidah tangan kanan, adapun
kaidah tangan kiri yaitu ibu jari sebagai arah gaya ( F ), jari tengah sebagai fluks (
B ), dan telunjuk sebagai arus ( i ). Putaran rotor dihasilkan dengan cara
mengubah-ubah kutub kumparan jangkar sehingga tolak-menolak dengan
kumparan medan. Perubahan kutub jangkar dimungkinkan dengan adanya
komutator yang dihubungkan dengan rangkaian jangkar dengan melalui sikat.
Skema berikut menampilkan bagian – bagian penting dari motor dc.
Jangkar motor terletak pada rotor (bagian ini yang dialiri arus listrik), dimana arus
dialirkan ke bagian ini melalui sikat dan komutator. Interaksi medan magnet
dimungkinkan dengan adanya kumparan medan pada stator. Medan magnet
permanen dapat digunakan pada bagian ini.
Stator memiliki kutub yang menonjol dan diteral oleh satu atau lebih
kumparan medan. Pembagian fluks celah udara yang dihasilkan oleh lilitan medan
secara simetris berada di sekitar garis tengah kutub medan. Sumbu ini dinamakan
sumbu medan.
25. 8
Sikat ditempatka sedemiki rupa seh
t an ian hingga komu
utasi terjadi pada saat
i
sisi
s kumpar berada di daerah n
ran netral, yaitu di tengah-
u -tengah kutu medan.
ub
Dengan dem
D mikian sumb dari gelom
bu mbang agm-
-armatur ter
rletak 90 der
rajat listrik
dari
d sumbu kutub meda yaitu pa sumbu k
an, ada kuadratur. P
Pada Gamba 2.1 sikat
ar
tampak pada sumbu ku
t a uadratur kare di situla keduduka dari kump
ena ah an paran yang
dihubungkan
d nnya. Sehin
ngga gelomb
bang agm-a
armatur terle
etak sepanja
ang sumbu
sikat seperti tergambar.
s
Gambar 2. 1 Konstruks motor dc
1. si
2.1.2 Rang
2 gkaian Ekiv
valen Motor DC
r
Rang
gkaian ekiva
alen pada G
Gambar 2.2 menunjukk rangkaia jangkar
kan an
yang direpresentasikan oleh sumbe tegangan ideal EA d resistor RA. Jatuh
y er n dan
tegangan pa sikat dir
t ada representasik oleh bat
kan terai kecil Vbrush yang berlawanan
b
arah dengan aliran aru pada mot
a n us tor. Lilitan medan, yan menghasi
ng ilkan fluks
magnet pada motor, dir
m a representasik oleh ind
kan duktor LF da resistor RF. Resistor
an
terpisah
t Radj merepre
esentasikan resistor variabel
v di
i luar mo
otor yang
mengendalik besarnya arus yang m
m kan a mengalir pad rangkaian medan.
da n
26. 9
Terdapat beberapa macam penyederhanaan dari rangkaian ekivalen dasar
motor dc tersebut. Jatuh tegangan sikat biasanya sangat rendah bila dibandingkan
dengan tegangan yang dicatu kepada motor. Oleh karena itu, jatuh tegangan pada
sikat dapat diabaikan, atau dapat dianggap telah tercakup pada nilai tahanan RA.
Demikian pula dengan tahanan dalam rangkaian medan yang dapat digabungkan
dengan tahanan variabel, dan jumlahnya disebut RF. (Chapman, 1985)
Tegangan jangkar motor dapat dinyatakan dengan persamaan :
(2-2)
EA = tegangan jangkar (V)
K = konstanta motor
= flux (W)
= kecepatan motor (rpm)
27. 10
Vbrush RA IA
Radj RF
EA
LF
RA IA
RF
EA
LF
Gambar 2. 2. (a) rangkaian ekivalen motor dc. (b) rangkaian ekivalen motor dc
yang disederhanakan dengan mengabaikan drop tegangan sikat dan
menggabungkan Radj dengan resistansi medan
Dengan demikian, diketahui bahwa tegangan jangkar pada motor dc
sebanding dengan flux dan kecepatan putaran motor. Dari persamaan di atas dapat
diperoleh persamaan 2.3:
(2-3)
Dari persamaan (2-3) dapat diketahui bahwa pengaturan kecepatan putaran
motor dc dapat dilakukan dengan cara mengubah nilai tegangan dan flux.
Adapun nilai torsi motor dc dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut
(2-4)
28. 11
T = Torsi motor (Nm)
K = konstanta motor
= flux (W)
IA = arus jangkar (A)
2.1.3 Jenis Motor DC
Merupakan suatu keunggulan dari motor dc karena memiliki karakteristik
kerja yang beragam yang dapat diperoleh dari pemilihan metode penguatan
kumparan medan. Lilitan medan dapat diberi penguat secara terpisah dari sumber
dc luar, atau dapat diberi penguat – diri, yaitu motor dapat menyediakan catu
untuk penguatannya sendiri. (Fitzgerald, Charles Kingsley, & Umans, 1997)
Terdapat lima jenis utama motor dc yang sering digunakan berdasarkan
sumber penguat lilitan medannya: (Fitzgerald, Charles Kingsley, & Umans, 1997)
1. Motor dc penguatan terpisah
Skema hubungan motor dc yang diteral terpisah tampak pada
Gambar 2.3. Arus medan yang dibutuhkan hanya merupakan bagian yang
sangat kecil dari arus jangkar - nilainya sekitar 1 sampai dengan 3 persen
dari motor jenis lain. Motor penguat terpisah digunakan pada beban relatif
konstan dan tidak berubah secara drastis. (Fitzgerald, Charles Kingsley, &
Umans, 1997)
29. 12
Gambar 2. 3. Motor DC berpenguatan terpisah
Sejumlah kecil daya pada rangkaian medan dapat mengatur daya
yang relatif besar pada rangkaian jangkarnya. Motor dc penguatan terpisah
sering digunakan pada sistem pengaturan umpan balik jika diperlukan
rentang pengaturan kecepatan putaran motor yang lebar.
Saat beban pada poros motor bertambah, torsi beban Tload akan
melebihi nilai torsi induksi Tind pada motor, kemudian motor akan
melambat. Saat motor melambat, tegangan internal EA = K turun,
sehingga nilai arus IA = (VT - EA) / RA naik. Dengan naiknya nilai arus
jangkar, maka torsi induksi pada motor akan naik (Tind = K IA), hingga
pada akhirnya torsi induksi bernilai sama dengan torsi beban pada kecepatan
putaran motor yang lebih rendah.
2. Motor dc shunt
Lilitan medan dari motor dc yang diberi penguatan diri dapat diberi
catu melalui tiga cara berbeda, yaitu secara shunt, seri, maupun gabungan
shunt dan seri yang disebut dengan sistem majemuk.Tegangan pada motor
dc shunt sedikit menurun dengan adanya pertambahan beban, meskipun
dalam banyak aplikasi pemakaian hal ini masih dalam rentang toleransi.
30. 13
Gambar 2. 4. Motor DC shunt
Karakteristik keluaran motor dc shunt dapat diturunkan dari
persamaan torsi induksi dan tegangan motor, serta hukum tegangan
Kirchoff. Dengan VT merupakan tegangan sumber dalam volt, hukum
tegangan Kirchoff untuk motor dc shunt adalah
(2-5)
VT = tegangan sumber (V)
EA = tegangan jangkar (V)
IA = arus jangkar (A)
RA = tahanan jangkar (ohm)
tegangan jangkar pada motor adalah , sehingga
(2-6)
Karena , arus IA dapat dinyatakan dengan
(2-7)
Dari persamaan di atas dapat diperoleh
31. 14
. (2-8)
Dengan demikian, di
idapat persa
amaan kece
epatan moto sebagai
or
beriku
ut
(2-9)
Gambar 2. 5. (a) Kara
2 akteristik tor - kecepata motor dc shunt denga lilitan
rsi an c an
kompensa untuk me
asi enghilangkan efek reaksi jangkar (b) Karakteristik torsi -
n i )
kecepatan motor dc sh hunt dengan adanya reak jangkar
ksi
ntuk disada bahwa u
Penting un ari untuk meng
gubah tegang
gan motor
secara linear terha
a adap torsi, p
parameterr lain dari pe
l ersamaan di atas harus
bernila tetap / k
ai konstan, ka tidak maka akan mem
arena jika t mpengaruhi
32. 15
karakteristik hubungan dan mengubah bentuk grafik hubungan torsi –
kecepatan motor.
Efek internal yang biasanya terjadi dan dirasa cukup mempengaruhi
karakteristik motor adalah efek reaksi jangkar. Jika suatu motor mengalami
reaksi jangkar, maka akan timbul fluks yang melemahkan fluks medan.
Pada Gambar 2.5 ditampilkan grafik hubungan torsi dan kecepatan motor dc
shunt dengan dan tanpa adanya efek reaksi jangkar.
3. Motor dc magnet permanen
Motor dc magnet permanen adalah jenis motor dc yang kutub –
kutubnya terbuat dari magnet permanen. Jenis motor ini pada dasarnya
adalah motor dc shunt yang rangkaian medannya diganti dengan mangnet
permanen. Motor dc magnet permanen sering digunakan pada aplikasi untuk
beban yang relatif kecil, karena strukturnya yang lebih sederhana.
(Chapman, 1985)
Dari pengertiannya, flux yang dihasilkan motor dc magnet permanen
bernilai konstan, oleh karena itu maka kecepatan motor tidak dapat
dikendalikan dengan mengubah arus medan atau flux. Metode yang dapat
digunakan dalam pengaturan kecepatan motor dc magnet permanen adalah
dengan cara mengubah-ubah nilai tegangan jangkar dan tahanan jangkar.
33. 16
4. Motor dc seri
Ia
Rf
DC
Gambar 2. 6. Motor DC seri
Arus medan pada motor dc seri besarnya sama dengan arus beban,
begitu pula dengan fluks yang dihasilkan, sehingga nilainya sangat
bergantung pada perubahan beban. Dengan RS adalah tahanan seri dalam
ohm, hubungan torsi – kecepatan motor dc seri dinyatakan dengan :
1 (2-10)
√
Dari persamaan tersebut, dapat dilihat kelemahan motor dc seri,
yaitu saat torsi bernilai nol, maka kecepatan akan menjadi tidak terhingga,
meskipun dalam keadaan sebenarnya torsi tidak akan bernilai benar benar
nol, karena adanya rugi-rugi mekanik, inti, dan lain-lain. Bagaimanapun,
saat motor sedang dijalankan dalam keadaan tanpa beban, kecepatan dapat
bernilai cukup tinggi sehingga menyebabkan kerusakan. Gambar berikut
menampilkan karakteristik hubungan torsi dan kecepatan pada motor dc
seri.
34. 17
Gambar 2. 7. Karakteristik torsi - kecepaan motor dc seri
k
5. Motor dc majemuk
M
Motor dc m
majemuk me
erupakan pe
enggabungan dua karakt
n teristik dari
motor dc seri dan motor dc s
n shunt, biasan dihubun
nya ngkan sedem
mikian rupa
sehing
gga lilitan seri membu fluks tia kutub be
s uat ap ertambah be
esar sesuai
bebann mengak
nya, kibatkan nila tegangan yang relatif t
ai y tetap.
Ia IL
Rf1
DC
C
Rf
f2
Gambar 2. 8 Motor DC majemuk
8. C
Selain ko
onfigurasi da seperti y
asar yang telah d
dijelaskan se
ebelumnya,
kemungkinan yang ad jika ditambahkan
masih terdapat beberapa k n da
sepera
angkat sikat sehingga d
diperoleh tegangan lain dari komu
n utator. Jadi
pilihan pemakaian dari sistem motor dc d kemudah pemasan
n n m dan han ngan sistem
pengat
turan merupakan sifat-si
ifatnya yang menonjol.
g
35. 18
2.1.4 Pengaturan Kecepatan Motor DC
Motor dc pada dasarnya lebih sesuai untuk keperluan penggunaan yang
memutuhkan kecepatan yang dapat diatur dibandingkan dengan motor ac. Hal ini
karena kecepatan kerja motor dc mudah diatur dalam rentang kecepatan yang
lebar, di samping banyaknya metode yang dapat digunakan.
Tiga jenis metode yang sering digunakan dalam pengaturan kecepatan
adalah pengaturan arus medan (field current control), pengaturan tahanan jangkar
(armature circuit resistance control), dan pengaturan tegangan terminal jangkar
(aarmature terminal voltage control).
• Pengaturan arus medan
Metode pengaturan arus medan biasanya digunakan pada jenis motor
dc shunt. Pengaturan arus medan, yang berarti mengatur fluks dan
kecepatannya dengan cara mengatur tahanan dari rangkaian medan shunt,
merupakan cara yang mudah dikerjakan, murah, dan tanpa banyak
mengakibatkan perubahan pada rugi-rugi motor.
Kecepatan terendah yang dicapai dibatasi oleh arus medan terbesar,
sedangkan kecepatan tertinggi dibatasi oleh reaksi jangkar yang disebabkan
oleh adanya medan yang lemah sehingga motor menjadi tidak mantap, dan
proses komutasinya menjadi tidak baik. Dengan menambah suatu lilitan
pemantap (stabilizing winding), rentang pengaturan kecepatan dapat
dinaikkan dengan cukup besar, dan dengan tambahan lain berupa lilitan
pemampas, rentang kecepatan dapat dinaikan lagi. Adanya lilitan pemantap
36. 19
dapat menjamin diperolehnya karakteristik beban – kecepatan yang baik
meskipun pada arus medan shunt yang lemah dan beban yang berat.
• Pengaturan tahanan jangkar
Pengaturan tahanan jangkar berupa pengaturan kecepatan dengan
cara memasukkan tahanan seri ke dalam rangkaian jangkar. Cara ini dapat
diterapkan pada motor seri, shunt, dan majemuk. Bagi motor shunt dan
majemuk, tahanan seri harus dipasang diantara medan shunt dan jangkar.
Untuk tahanan jangkar seri yang bernilai tetap, didapat perubahan
kecepatan yang lebar karena perubahan beban, karena besar kecepatan
tergantung pada jatuh tegangan pada tahanan tersebut yang juga berarti
tergantung pada arus jangkar yang dibutuhkan untuk memutar beban.
Pada tehanan luar terdapat kerugian daya yang besar, terutama pada
saat kecepatannya banyak berkurang. Pada kenyataannya, pada suatu torsi
yang tetap, masukan daya pada motor dan tahanan juga tetap, sedangkan
keluaran daya ke beban berkurang sebanding dengan kecepatannya. Tidak
seperti pengaturan medan shunt, pengaturan tahanan jangkar memberikan
suatu penggerak torsi tetap karena baik fluks maupun arus jangkar berniali
tetap saat kecepatannya berubah.
Berikut adalah ragam skema metode jangkar shunt yang dapat
digunakan pada motor seri dan motor shunt.
37. 20
Gambar 2. 9. Metode jangkar shunt dari pengaturan kecepatan pada (a)motor seri
dan (b)motor shunt
• Pengaturan tegangan jangkar
Pengaturan tegangan terninal jangkar memanfaatkan kenyataan
bahwa suatu perubahan pada tegangan terminal jangkar suatu motor shunt
pada keadaan mantap diikuti oleh suatu perubahan kecepatan yang dapat
dianggap sama, dan dengan fluks motor yang tetap, menyebabkan suatu
perubahan kecepatan yang sebanding. Biasanya, daya yang tersedia
merupaka sumber tegangan ac, sehingga diperlukan peralatan tambahan
berupa penyearah (rectifier) atau sejumlah generator sehingga dapat
memberikan tegangan jangkar yang dapat diatur bagi motor. Dengan
berkembangnya penyearah zadat (solid state) yang dapat diatur, yang
mampu menangani daya dalam satuan kW secara luas telah membuka
suatu lapangan penerapan baru dimana pengaturan kecepatan motor
diperlukan. Salah satu metode pengaturan kecepatan dengan tegangan
terminal jangkar adalah dengan metode chopper / pemotong tegangan.
38. 21
o Pengendalian kecepatan motor dc dengan chopper / pemotong
Prinsip kerja chopper
Dalam pengendalian kecepatan motor dc, chopper sering
digunakan saat tegangan sumber yang tersedia merupakan sumber dc, atau
sumber ac yang telah disearahkan. Pengendalian kecepatan dilakukan
dengan mengubah-ubah nilai tegangan jangkar, dengan cara “memotong”
tegangan input. Pemotongan dilakukan dengan pengaturan on-off saklar
dalam frekuensi dan “duty cycle” tertentu. Dalam hal ini, yang digunakan
sebagai saklar dapat berupa transistor, MOSFET, maupun IGBT.
Gambar 2. 10. Diagram kerja chopper sederhana
Gambar 2. 11. Prinsip pemotongan tegangan pada chopper
39. 22
Skema di atas merupakan gambaran dari prinsip kerja chopper. Chopper
on pada ton dan off saat toff. Dengan T adalah periode gelombang dalam detik,
frekuensi (Hz) gelombang keluaran adalah
1 1
(2-11)
dan duty cycle dinyatakan dengan
(2-12)
Tegangan keluaran pada jangkar motor nilainya sama dengan
perbedaan tegangan sumber dengan jatuh tegangan pada saklar. Dengan
mengasumsikan bahwa saklar yang digunakan adalah ideal dengan jatuh
tegangan sama dengan nol, nilai Vdc adalah
, (2-13)
dengan Vs adalah sumber tegangan (V) dan Vdc adalah tegangan keluaran
dc.
Dari persamaan di atas, diketahui bahwa dengan mengubah duty
cycle dapat mengendalikan nilai tegangan keluaran dc yang dihasilkan.
Pengendalian duty cycle biasanya digunakan dengan cara mengubah waktu
on saklar. Semakin lama waktu on saklar, maka tegangan yang dihasilkan
pun akan menjadi lebih tinggi.
40. 23
2.2 LabVIEW 8.2 Student Edition
LabVIEW (Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench)
adalah software pemrograman visual yang dikembangkan oleh National
Instrument dimana pengguna program cukup memasukkan logic berupa icon-icon
yang dirangkai sesuai alur logika pemrograman. Selain menggunakan icon, syntax
berupa teks juga dapat digunakan untuk memprogram dengan standard
pemrograman Mathscript Language.
Labview memiliki 2 komponen utama yaitu front panel (Gambar 2.12),
dan block diagram (Gambar 2.13). Front panel adalah komponen tampilan
Labview, sedangkan block diagram adalah komponen logika yang akan
dieksekusi.
Gambar 2.12 Front Panel LabVIEW
41. 24
Gambar 2.13 Block Diagram pada LabVIEW
Fungsi-fungsi yang dapat dilakukan oleh LabVIEW terlihat pada controls
palette dan function pallete (Gambar 2.14) yang terdapat pada kedua komponen
utama LabVIEW. Pada front panel, fungsi yang dapat dilakukan adalah fungsi-
fungsi tampilan seperti grafik, indikator numeris, array, string, kontrol numeris
dan lain-lain. Sedangkan pada block diagram, fungsi yang dapat dilakukan adalah
fungsi-fungsi pemrograman seperti struktur, matematis, file I/O, probabilitas,
analisis sinyal dan lain-lain.
42. 25
Gambar 2.14 Controls dan Function Palletes
2.3 NI-DAQ USB 6008
Untuk memperoleh nilai-nilai besaran fisik yang diukur ke dalam
komputer, maka diperlukan perangkat akuisisi data yang berfungsi sebagai Analog
to Digital Converter (ADC). National Instruments memiliki banyak jenis alat
untuk melakukan akusisi data. Salah satu perangkat dari National Instruments
untuk akuisisi data adalah NI-DAQ 6008. NI-DAQ 6008 berkomunikasi dengan
PC menggunakan koneksi USB (Universal Serial Bus).
Gambar 2.15 NI DAQ 6008
43. 26
NI-DAQ USB 6008 (Gambar 2.15 dan 2.16) memiliki terminal-terminal
ADC yang digunakan sebagai terminal input analog. Alat ini memiliki 8 terminal
input analog dan 2 terminal output analog. Sedangkan di sisi yang lain terdapat 12
terminal input dan output digital. Seluruh terminal tersebut dapat melakukan
akuisisi data dalam waktu yang bersamaan dengan syarat total dari seluruh
pengukuran yang dilakukan lebih kecil atau sama dengan 10.000 pencuplikan
(sampling) dalam satu detik. Pengukuran yang akan dilakukan adalah mengukur
suatu isyarat analog sehingga terminal yang digunakan adalah terminal input
analog. Rentang tegangan yang dapat diukur oleh NI-DAQ USB 6008 adalah
+10V sampai -10V.
Gambar 2.16 Port Input dan Output NI-DAQ 6008
2.4 Optocoupler
Optocoupler adalah alat yang biasanya dipakai sebagai penghubung antara
sistem bertegangan rendah dengan sistem yang bertegangan tinggi. Optocoupler
dapat juga digunakan sebagai sensor dari suatu counter. Optocoupler terdiri dari
dioda pemancar infra merah dari bahan gallium arsenide dengan phototransistor
silikon yang ditempatkan pada housing berbahan plastik. Konstruksi yang kompak
dirancang untuk memberikan reolusi mekanis yang optimal, efisiensi coupling,
44. 27
dan ambient light rejection (tidak terpengaruh oleh pancaran cahaya sekitar).
Celah pada housing dimaksudkan untuk memutus sinyal dengan menggunakan
benda gelap, sehingga melakukan switching keluaran dari keadaan ON menjadi
OFF.
Gambar 2. 17. Optocoupler dan schematic kaki optocoupler
2.5 MOSFET
Metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) adalah salah
satu jenis transistor efek medan. Dalam keadaan polaritas positif pada VDD
mosfet, dan dengan VGs = 0, komponen berlaku seperti transistor npn dalam
keadaan drain-gate yang reverse bias, sehingga tidak ada arus yang mengalir.
Saat diberi tegangan VGS, gate menjadi lebih positif terhadap source, dan
muatan positif terakumulasi pada permukaan logam gate, sehingga medan listrik
timbul pada lapisan oxide. Di sisi lain, muatan negatif terakumulasi pada
permukaan struktur p yang bersebelahan dengan lapisan oxide. Muatan negatif ini
menolak “hole” pada struktur p, sehingga elektron mengalir dari source menuju
drain, dalam keadaan seperti ini dinyatakan bahwa arus telah mengalir dari drain
ke source.
45. 28
ID
VDD
VGS
ID
VDS
VDD
VGS
Gambar 2. 18. Konstruksi semikonduktor dan diagram skema rangkaian mosfet
46. 29
Gambar 2. 19. Karakteristik arus - tegangan mosfet
Untuk mengalirkan arus drain ke source mosfet, dibutuhkan tegangan VGS
yang melebihi batas tegangan VT, dan karakteristik hubungan tegangan VDS
dengan arus ID akan berbeda dengan tegangan VGS yang berbeda.
2.6 Pengendali PID
PID (dari singkatan bahasa Inggris: Proportional–Integral–Derivative
controller) merupakan pengendali untuk menentukan presisi suatu sistem dengan
dengan metode umpan balik.
Komponen kontrol PID ini terdiri dari tiga jenis yaitu Proporsional,
Integral dan Derivatif. Ketiganya dapat dipakai secara bersamaan maupun secara
terpisah, tergantung dari respon yang diinginkan terhadap suatu plant.
47. 30
Gamb 2. 20. Bl diagram pengendali P
bar lok PID
2.6.1 Peng
2 gendali Prop
porsional
amaan matematis untuk kontrol pro
Persa k oporsional a
adalah u(t) = KP . e(t),
dengan Kp adalah konst
d a tanta propors
sional dalam Laplace.
m
Gambar 2 21. Diagra blok peng
2. am gendali prop
porsional
Kp b
bekerja seba
agai Gain (p
penguat) saja tanpa mem
a mberikan efe dinamik
ek
kepada kine kontrole Pengguna kontrol P memiliki berbagai ke
k erja er. aan eterbatasan
karena sifat kontrol ya tidak di
k t ang inamik. Wal
laupun dem
mikian, dalam aplikasi-
m
aplikasi men
a ndasar yang sederhana kontrol P c
g cukup mamp untuk me
pu emperbaiki
respon trans
r sien yang ba khususny untuk rise time dan s
aik, ya e settling time. Kontrol P
.
juga dapat mengurangi (
j m (bukan meng
ghilangkan) error steady state.
y
48. 31
2.6.2 Peng
2 gendali Inte
egral
t
Persa
amaan mate dalah u (t ) = K i ∫ e(t )dt ,
ematis untuk Pengendali integral ad
k i
0
dengan Ki adalah konsta proporsional dalam Laplace.
d anta
Gamba 2. 22. Diag
ar gram blok pe
engendali in
ntegral
Jika e(t) mendek konstan (bukan nol maka u(t) akan menj
kati n l) ) jadi sangat
besar sehing diharapk dapat me
b gga kan emperbaiki e
error. Jika e( mendekat nol maka
(t) ti
efek pengen
e ndali I sem
makin kecil. Pengendali I dapat m
i memperbaiki sekaligus
i
menghilangk respon s
m kan steady-state, namun pem
milihan Ki y
yang tidak t
tepat dapat
menyebabka respon transien y
m an yang tinggi sehingga dapat me
i enyebabkan
ketidakstabilan sistem. Pemilihan Ki yang te
k erlalu tinggi dapat me
enyebabkan
output beros
o silasi karena menambah orde sistem
2.6.3 Peng
2 gendali Deri
ivatif
Sinya u yang d
al dihasilkan o
oleh pengen
ndali D dapat dinyataka sebagai
an
. Dari pe
ersamaan ter
rsebut tampa bahwa si dari pen
ak ifat ngendali D
dalam konte "kecepat
d eks tan" atau ra dari erro Dengan k
ate or. karakteristik demikian,
k
pengendali D dapat d
p digunakan u
untuk memp
perbaiki res
spon transie dengan
en
memprediks error yang akan terjad Pengend Derivativ hanya be
m si g di. dali ve erubah saat
49. 32
ada perubahan error sehingga saat error statis kontrol ini tidak akan bereaksi, hal
ini pula yang menyebabkan kontroler Derivative tidak dapat digunakan secara
terpisah.
50. BAB III
PERANCANGAN SISTEM PENGUJI KARAKTERISTIK
MOTOR DC TERHADAP PEMBEBANAN
3.1 Pendahuluan
Sistem Penguji Karakteristik Motor DC Magnet Permanen Terhadap
Pembebanan akan menghasilkan keluaran berupa grafik – grafik, yaitu :
1. Kecepatan fungsi waktu
2. Tegangan jangkar fungsi waktu
3. Arus jangkar fungsi waktu
4. Torsi fungsi waktu
5. Kecepatan fungsi tegangan
6. Kecepatan fungsi torsi
7. Kecepatan fungsi beban
8. Kecepatan dan beban fungsi waktu
Selain keluaran berupa grafik, terdapat pula tampilan nilai nominal
besaran – besaran seperti arus jangkar, tegangan jangkar, torsi, kecepatan, duty
cycle, dan durasi program.
Sebelum merancang program yang dapat menampilkan grafik – grafik dan
besaran di atas, terlebih dahulu dibuat suatu sistem pengendali kecepatan motor dc
sederhana, yang terdiri dari motor dc magnet permanen 24 V, rangkaian
optocoupler sebagai penghitung kecepatan putaran motor, dan rangkaian chopper
yang dilengkapi mosfet dan dioda flywheel. Berikut adalah blok diagram yang
33
51. 34
menjelaskan proses kerja dan alur data dari sistem penguji karakteristik motor dc
terhadap pembebanan.
Gambar 3. 1. Blok diagram alur kerja sistem penguji karakteristik motor dc
magnet permanen terhadap pembebanan
Tujuan utama dari penelitian ini adalah untuk memanfaatkan secara
maksimal fasilitas yang terdapat pada Labview 8.2. untuk mengendalikan
kecepatan motor dc dan mengamati karakteristik kecepatan motor dc terhadap
pembebanan. Adapun ketelitian dari setiap fitur yang ditampilkan masih dapat
dikembangkan lebih lanjut, dan merupakan topik penelitian lanjutan yang
menarik.
52. 35
3.2
3 Sens Kecepatan Putaran Motor
sor
Sens kecepata putaran motor diperlukan, kare
sor an ena untuk pengaturan
p
kecepatan m
k motor dc me
emerlukan m
masukan dat kecepatan motor. Dal
ta n lam sensor
putaran yang dirancang, terdapat tig bagian pen
p g ga nyusun, yaitu :
u
• Rangkaia optocoupl
an ler
• NI DAQ 6008 yang d
difungsikan sebagai coun
nter
• Program penghitung kecepatan putaran moto pada Labv
p or view 8.2
Gamb 3. 2. Sensor kecepata putaran m
bar an motor
Berik adalah blok diagra yang da
kut am apat menjela
askan hubun
ngan kerja
antara rangk
a kaian optoco
oupler, NI D
DAQ 6008, d program penghitung kecepatan
dan m g
putaran moto
p or.
53. 36
Rangkaian
NI DAQ 6008 Labview
optocoupler (counter)
Gambar 3. 3. Hubungan kerja rangkaian optocoupler, NI DAQ, dan program
Labview 8.2.
Poros motor DC sebelumnya diberi piringan yang sisinya diberi warna
gelap / terang yang kemudian akan mengubah kondisi ON/OFF rangkaian
optocoupler, yang selanjutnya dihitung oleh NI DAQ 6008 yang berfungsi sebagai
counter. Hasil perhitungan NI DAQ kemudian diolah program penghitung
kecepatan sehingga menghasilkan keluaran berupa besaran kecepatan motor
dalam satuan RPM.
3.2.1 Rangkaian Optocoupler
Komponen penyusun rangkaian optocoupler terdiri dari :
• Phototransistor H21A3
• Diode
• Resistor 1 kΩ
• Catu daya dc 5V
Gambar 3. 4. Phototransistor H21A3
54. 37
Rangkaian optocoupler dirancang dengan berbasis phototransistor H21A3
yang terdiri dari pemancar dan penerima infra merah. Pemilihan phototransistor
H21A3 didasarkan pada keandalannya karena mampu mengabaikan cahaya dari
lingkungan sekitar. Tegangan Vcc sebesar 5 Volt didapat dari terminal USB
komputer, sehingga tegangan yang didapatkan cukup stabil dan tidak
membutuhkan peralatan tambahan.
Output
Vcc 5V ke DAQ
Phototransistor
H21A3
Gambar 3. 5. Skema rangkaian optocoupler sensor kecepatan
Saat phototransistor menangkap infra merah, maka arus akan mengalir
dari kolekor ke emitor, sehingga terminal output akan mendapat 0 volt dan LED
tidak akan menyala. Sebaliknya, saat infra merah terhalang, maka arus tidak
mengalir ke emitor, akan tetapi mengalir ke terminal output, dan led akan
menyala.
Terminal output dari rangkaian di atas kemudian dihubungkan dengan
DAQ, dan jumlah perubahan nilai tegangan pada terminal output dihitung oleh
counter DAQ, dan lebih jauh kemudian dikonversi menjadi kecepatan putaran
55. 38
motor denga satuan rp oleh pro
m an pm ogram yang dirancang m
menggunaka Labview
an
8.2.
8
3.2.2 NI D
3 DAQ 6008 Sebagai Cou
unter
Pada sensor pu
a utaran moto antarmuk akuisisi data NI D
or, ka DAQ 6008
difungsikan sebagai co
d ounter yang menghitu
g ung perubah
han keadaan keluaran
n
rangkaian o
r optocoupler. Untuk fung counter, terminal yang digunak adalah
gsi kan
PFIO yang dihubungk
P g kan dengan output ra
n ptocoupler, sementara
angkaian op
pentanahan NI DAQ dig
p N gabungkan d
dengan penta
anahan optoc
coupler.
NI D
DAQ menghi
itung dengan cara mend
n deteksi fallin edge sinya keluaran
ng al
rangkaian o
r optocoupler. Dengan me
enggunakan NI DAQ 6
6008 sebaga counter,
ai
diperoleh ke
d emudahan yaitu tidak m
memerlukan tambahan IC schmidt tr
t C rigger pada
rangkaian op
r ptocoupler, karena dete
eksi sinyal keluaran opt
k tocoupler su
udah cukup
baik. Beriku adalah pen
b ut ngaturan NI D
DAQ 6008 s
sebagai coun :
nter
Gambar 3. 6. Pengatura NI DAQ 6008 sebaga counter
an ai
56. 39
3.2.3 Program Penghitung Kecepatan Motor
Program penghitung kecepatan motor berfungsi untuk mengolah data dari
NI DAQ sebagai counter sehingga menghasilkan keluaran berupa besaran
kecepatan motor dalam satuan RPM. Flowchart program yang dirancang adalah
sebagai berikut.
Gambar 3. 7. Flowchart program penghitung kecepatan putaran motor
57. 40
Setelah flowchart dirancang, program dibuat pada Labview 8.2. Berikut ini adalah
blok diagram dari program penghitung kecepatan motor.
Gambar 3. 8. Blok diagram program penghitung kecepatan motor dc
Dari blok diagran pada Gambar 3.8, terlihat bahwa data hitungan counter
dikalikan 10. Hal ini dilakukan agar didapatkan data kecepatan dalam satuan rpm.
Sebelum data ditampilkan, hasil perhitungan tersebut terlebih dahulu dibulatkan
ke bilangan integer terdekat agar data yang ditampilkan dalam bilangan bulat,
sehingga diharapkan menjadi lebih informatif bagi pengguna.
Sementara itu, tunda waktu selama 0,1 detik bertujuan untuk memperkecil
kesalahan dalam perhitungan kecepatan motor. Tunda waktu perhitungan yang
lebih lama akan semakin memperkecil kemungkinan kesalahan dalam proses
perhitungan.
Program penghitung kecepatan motor memiliki satu keluaran tunggal
berupa nilai kecepatan putaran motor. Nilai kecepatan ini ditampilkan dalam
satuan rpm.
58. 41
Gambar 3. 9. Tampilan keluaran nilai kecepatan purtaran motor dala rpm
n n am
3.3
3 Peng
gendali Kecepatan Mot DC
tor
Peng
gendali kecep
patan motor dc diperluk untuk m
r kan menghasilkan kecepatan
n
motor yang sesuai de
m g engan perm ngguna. Pad sistem pengendali
mintaan pen da
kecepatan, nilai putara motor d
k an diinputkan pengguna m
p melalui Lab
bview, dan
kemudian pr
k rogram akan mengenda
n alikan duty cycle masuk gate mo
c kan osfet sesuai
dengan kece
d epatan yang diminta. D
g Duty cycle masukan ga mosfet kemuadian
ate
akan menen
a ntukan besar nilai tegan
r diumpankan ke motor dc melalui
ngan yang d n
mosfet, seh
m hingga nilai kecepatan motor be
i n erubah sesuai dengan perubahan
tegangannya
t a.
Siste pengendali kecepata motor m
em an memiliki tiga komponen penyusun
a n
utama, yaitu :
u u
• Rang
gkaian chopp
per
• DAQ 6008 sebag pengenda duty cycl masukan g mosfet
Q gai ali le gate
• Prog
gram pengendali kecepat motor dc berbasis La
tan abview 8.2
Berik adalah blok diagra yang da
kut am apat menjela
askan hubun
ngan kerja
antara hardw
a aian choppe NI DAQ 6008, dan program pengendali
ware rangka er, Q n
kecepatan L
k Labview 8.2 yang diban dengan masukan d
2 ntu dari sensor penghitung
p
kecepatan m
k motor.
59. 42
Komputer dengan Labv
view 8.2
Rangkaian error
NI
N DAQ 6008 Motor DC
r
Chopper
sen
nsor kecepatan
Gambar 3. 10. Skema p
pengendalian kecepatan motor dc
n
3.3.1 Rang
3 gkaian Chop
pper
Gam
mbar 3. 11. R
Rangkaian ch
hopper penge
endali kecce
epatan motor dc
r
Kom
mponen peny
yusun rangka chopper terdiri dari :
aian r
• Diode 6A
A
• Mosfet IR
RF830
• Heat sink
k
• Motor dc 24 Volt
c
• Catu daya dc 15 Volt
t
• Resistor 1Ω 5W
60. 43
Untuk lebih memperjelas cara kerja rangkaian, berikut ini adalah diagram
rangkaian chopper yang dibuat. Pada rangkaian chopper, NI DAQ 6008
menghasilkan kelauran gelombang kotak yang memiliki duty cycle yang dapat
diatur. Semakin tinggi duty cycle maka tegangan pada gate – source VGS akan
semakin tinggi. Tegangan VGS yang semakin tinggi kemudian menyebabkan
tegangan jangkar yang dirasakan motor semakin tinggi. Kemudian, berdasarkan
persamaan (2-3)
,
maka kecepatan putaran motor sebanding dengan nilai tegangan jangkarnya.
Maka, dapat disimpulkan bahwa nilai duty cycle dari gelombang masukan gate
mosfet bernilai sebanding dengan kecepatan putaran motor.
Saat duty cycle bernilai 1, tegangan maksimal motor bernilai 15 Volt.
Hubungan antara duty cycle dan tegangan jangkar motor adalah sebanding, akan
tetapi tidak linier. Resistor 1Ω yang digunakan pada rangkaian chopper berfungsi
sebagai sensor arus. Sensor arus ini bekerja berdasarkan hukum ohm,
(3-1)
dan karena resistor bernilai 1Ω, maka .
61. 44
Gambar 3. 12. Rangkaian pengendali kecepatan motor dc dengan metode chopper
Diode 6A pada rangkaian chopper berfungsi untuk mengalirkan ggl balik
dari motor, sehingga tidak merusak mosfet dan DAQ yang rentan mengalami
kerusakan saat terkena ggl balik yang cukup besar.
3.3.2 DAQ 6008 Sebagai Pengendali Duty Cycle Masukan Gate Mosfet
Pada sistem pengendali kecepatan motor, NI DAQ 6008 difungsikan
sebagai penghasil gelombang kotak yang frekuensi dan duty cycle dari gelombang
tersebut dapat diatur. Program yang dirancang mengeluarkan gelombang kotak
dengan frekuensi 1 kHz dan duty cycle yang dapat diatur.
Terminal NI DAQ yang digunakan untuk menghasilkan gelombang kotak
adalah PO.0 yang berfungsi untuk menghasilkan keluaran data digital. Gelombang
kotak dihasilkan dengan cara mengeluarkan nilai 0 dan nilai 1 sedemikian rupa
sehingga menghasilkan keluaran yang berbentuk gelombang kotak.
62. 45
Penyambung
P gan dilakuk
kan dengan menghubu
ungkan PO.0 dengan k
0 kaski gate
mosfet dan t
m terminal grou NI DAQ dihubungk dengan k source mosfet.
und Q kan kaki m
Kare NI DAQ 6800 hany dapat men
ena Q ya nghasilkan k
keluaran mak
ksimal 5V,
maka kawas pengatur VGS mos pun dilak
m san ran sfet kukan pada kawasan 0 – 5V, yaitu
pada nilai du cycle 0 – 1.
p uty
gaturan NI DAQ 600 sebagai penghasil
kut adalah cara peng
Berik 08
gelombang kotak dengan meggunak fasilitas DAQ Assista pada Lab
g k n kan D ant bview 8.2 :
Gambar 3. 13. Pengat
3 turan NI DA 6008 seba penghasil gelomban kotak
AQ agai ng
63. 46
3.3.3 Program Pengendali Kecepatan Motor DC dengan Labview 8.2
Program pengendali kecepatan motor dc berfungsi untuk menjaga nilai
kecepatan motor sesuai dengan nilai yang diinginkan, baik saat motor
dioperasikan dengan beban mekanis maupun saat motor beroperasi tanpa beban.
Program yang dirancang akan terus berjalan dan membandingkan variabel
RPM_IN dengan RPM_OUT. RPM_IN adalah nilai kecepatan motor yang
diinginkan pengguna, sementara RPM_OUT adalah nilai kecepatan aktual dari
putaran motor dc. Berikut adalah flowchart program pengendali kecepatan motor.
Gambar 3. 14. Flowchart program pengendali kecepatan motor
Setelah merancang flowchart, dibuat program pada Labview 8.2. Program
pengendali kecepatan motor dc pada Labview 8.2 terdiri dari dua bagian, yaitu
bagian yang berfungsi menghasilkan keluaran gelombang kotak dan bagian yang
64. 47
mengendalikan nilai duty cycle gelombang kotak dengan metode proporsional
(tanpa intergral dan derivatif). Berikut adalah blok diagram dari program
pengendali kecepatan motor dc.
Blok penghasil gelombang kotak bekerja dengan cara menghasilkan sinyal
digital. Keluaran sinyal digital yang bernilai 0 (0 volt) dan 1 (5 volt). Untuk
menghasilkan sinyal kotak, program mengeluarkan serangkaian keluaran 0 dan 1
secara simultan dengan perbandingan yang sesuai dengan nilai duty cycle. Tunda
waktu 1 ms pada program menyeabkan gelombang kotak yang dihasilkan
memiliki frekuensi 1 kHz.
Gambar 3. 15. Blok diagram program penghasil gelombang kotak
Blok pengendali nilai duty cycle bekerja dengan cara membandingkan
RPM_IN dan RPM_OUT secara terus menerus setiap 50 ms. Saat nilai
RPM_OUT lebih kecil dari RPM_IN, program akan secara otomatis menambah
nilai duty cycle sebesar 0,001 setiap 50 ms, dan saat nilai RPM_OUT lebih besar
65. 48
dari RPM_IN, program akan secara otomatis mengurangi nilai duty cycle sehingga
memperlambat kecepatan putaran motor dc.
Gambar 3. 16. Blok diagram program pengendali kecepatan motor dc dengan
metode proporsional
Nilai duty cycle dianggap telah sesuai saat RPM_OUT bernilai
RPM_IN + 50 ≥ RPM_OUT ≥ RPM_IN – 50,
atau dengan kata lain program pengendali kecepatan memiliki toleransi sebesar
±50 rpm. Pengurangan toleransi dapat mengakibatkan keluaran kecepatan menjadi
lebih tidak stabil (berosilasi) dan dibatasi oleh ketelitian sensor kecepatan,
sedangkan menaikkan nilai toleransi akan mengakibatkan pengaturan kecepatan
menjadi tidak akurat.
Besaran lain yang menentukan akurasi program adalah waktu tunda. Pada
program yang dirancang, waktu tunda bernilai 50 ms. Akurasi program dapat
ditingkatkan dengan mengurangi waktu tunda, tetapi akan menyebabkan beban
66. 49
komputasi bertambah berat. Berdasarkan percobaan yang dilakukan, tunda waktu
50 ms telah dapat menghasilkan keluaran yang cukup baik.
3.4 Program Monitoring Karakteristik Motor DC Magnet
PermanenTerhadap Pembebanan
Pada sistem penguji karakteristik motor dc magnet permanen terhadap
pembebanan, program monitoring merupakan bagian yang berfungsi untuk
mnghasilkan keluaran berupa grafik – grafik dan nominal nilai besaran – besaran
listrik dan mekanik. Terdapat tiga metode yang digunakan untuk mendapatkan
besaran – besaran pada motor, yaitu dengan pengukuran, perhitungan, dan
masukan langsung dari pengguna program. Besaran yang didapat melalui
pengukuran adalah arus jangkar dan kecepatan motor. Besaran yang didapatkan
melalui perhitungan adalah tegangan jangkar dan torsi, sedangkan besaran yang
didapat melalui masukan langsung adalah beban motor.
3.4.1 Arus Jangkar
Nilai arus jangkar didapatkan dengan menggunakan sensor arus yang
terdiri dari resistor yang dirangkai seri dengan motor dc. resistor yang digunakan
bernilai 1Ω, sehingga berdasarkan hukum Ohm pada persamaan (3-1),
nilai arus sama dengan hasil pengukuran tegangan karena nilai R = 1Ω.
67. 50
Gambar 3. 17. Blok diagram program pengukuran arus jangkar
Setelah didapatkan besaran arus dengan fungsi DAQ Assistant, sinyal
dilewatkan ke fungsi Averaged DC-RMS, karena keluaran DAQ Assistant
memiliki sebaran yang luas dan berosilasi, yang disebabkan oleh pengaplikasian
teknik chopping pada pengaturan kecepatan motor. Dengan dilewatkan ke fungsi
Averaged DC-RMS, didapat keluaran yang lebih merepresentasikan besaran aktual
dari arus jangkar.
Sementara itu fungsi Convert to Dynamis Data Type berfungsi untuk
mengubah sinyal keluaran DAQ Assistant menjadi tipe data dinamik agar
kemudian dapat ditampilkan dalam bentuk grafik.
3.4.2 Tegangan Jangkar
Nilai tegangan jangkar sebanding dengan duty cycle secara tidak linier.
Berikut adalah grafik tegangan jangkar terhadap duty cycle yang didapatkan dari
hasil pengujian. Terlihat dari grafik bahwa hubungan tegangan dan duty cycle
tidak linier, dan dari fungsi trendline Microsoft Excel didapat persmamaan
Ea = 0,025dc3 – 0,551dc2 + 4,307dc + 2,030
Persamaan tersebut kemudian digunakan dalam perhitungan tegangan
jangkar pada program Labview 8.2.
68. 51
Tegangan fungsi Duty Cycle
16.0
14.0
Tegangan jangkar (V) 12.0
10.0
8.0
6.0 y = 0,025x3 ‐ 0,551x2 + 4,307x + 2,030
Va
4.0
2.0
0.0
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
Duty cycle
Gambar 3. 18. Grafik tegangan fungsi duty cycle
Berikut adalah blok diagram penghitung tegangan jangkar pada Labview 8.2.
Gambar 3. 19. Blok diagram program penghitung tegangan jangkar
Nilai tegangan jangkar (Ea) akan bernilai nol saat duty cycle bernilai nol.
Saat duty cycle tidak bernilai nol, Ea akan dihitung berdasarkan persamaan seperti
hasil trendline Microsoft Excel di atas.
3.4.3 Torsi
Berdasarkan persamaan (2-4) , diperlukan nilai untuk
mendapatkan nilai torsi. Nilai didapatkan dengan persamaan (2-3) ,
karena nilai tegangan dan kecepatan telah diketahui. Dengan cara perhitungan
69. 52
seperti demikian, maka nilai diasumsikan bernilai konstan dalam berbagai
keadaan.
Berikut adalah blok diagram penghitung torsi pada Labview 8.2.
Perhitungan pada Labview sesuai dengan perumusan torsi dengan persamaan di
atas.
Gambar 3. 20. Blok diagram program penghitung torsi
3.4.4 Penampil Grafik
Grafik yang ditampilkan pada sistem penguji karakteristik motor dc
magnet permanen terhadap pembebanan terdiri dari :
• Kecepatan fungsi waktu
• Tegangan jangkar fungsi waktu
• Arus jangkar fungsi waktu
• Torsi fungsi waktu
• Kecepatan fungsi tegangan
• Kecepatan fungsi torsi
• Kecepatan fungsi beban
• Kecepatan dan beban fungsi waktu
Semua grafik yang menyajikan data suatu besaran terhadap waktu
menggunakan fungsi Waveform Chart pada Labview 8.2, sementara grafik yang
menyajikan data suatu besaran sebagai fungsi besaran lain selain waktu
70. 53
menggunakan fungsi XY Graph. Berikut adalah blok diagram penampil grafik
pada Labview 8.2.
Pada grafik kecepatan, tegangan jangkar, arus jangkar, torsi, dan
kecepatan dan beban fungsi waktu, nilai dari besaran langsung dihubungkan ke
fungsi Waveform Chart. Terdapat tambahan pada grafik kecepatan dan beban
fungsi waktu yaitu nilai beban dikalikan 1000 sebelum dimasukkan ke dalam
grafik. Hal ini bertujuan untuk mendekati nilai kecepatan motor yang berkisar
pada 0 – 4000 rpm. Sementara pada grafik kecepatan fungsi tegangan, kecepatan
fungsi torsi, dan kecepatan fungsi beban, nilai besaran perlu dilewatkan ke fungsi
Bundle untuk membentuk cluster, kemudian dilewatkan ke fungsi XY Chart
Buffer sehingga keluaran pada grafik tidak hanya berupa titik, akan tetapi berupa
garis yang menghubungkan titik – titik yang jumlahnya tergantung dari nilai
Chart Length yang dimasukkan ke dalam fungsi XY Chart Buffer.
71. 54
Gambar 3. 21. Blok diagram prog
gram penamp grafik
pil
Pada penampil grafik ditam
a mbahkan fun
ngsi Tab C
Control untu memilih
uk
grafik yang akan ditamp
g pilkan, sehingga tampilan program m
n menjadi lebih kompak.
h
Gambar 3. 22 Icon fungs tab control
G 2. si l
3.4.5 Peny
3 yimpanan D
Data
em penguji karakterist
Siste tik motor dc magnet permanen terhadap
t n
pembebanan dirancang sedemikian rupa sehing data nilai besaran aru jangkar,
p n gga us
tegangan ja
t angkar, torsi kecepatan dan grafik kecepatan dan beban terhadap
i, n, n n
72. 55
waktu dapa disimpan dengan du metode. Metode pe
w at ua ertama adalah dengan
menyimpan data tersebu ke dalam format .xls. Caranya ad
m ut . dalah dengan menekan
n
tombol Save Data pada front panel Labview da memasukk alamat d
t e an kan dimana file
– file data te
ersebut ingin disimpan.
n
Gambar 3. 23. Tamp
pilan push bu
utton penyimmpan data da control masukan
an m
alamat file
File akan disimp dengan nama sesuai dengan ala
pan i amat yang d
dimasukkan
pengguna d
p dengan tam
mbahan sesu dengan pengaturan pada blok diagram
uai n k
Labview. Co
L ontohnya ad
dalah file yan memuat d torsi pad gambar di atas akan
ng data da d
disimpan dengan alamat C:lab view
d t wreport_tors
si.xls.
Gamb 3. 24. Ico fungsi con
bar on ncatenate str
rings
ambahan nam pada ala
Pena ma amat dilaku
ukan dengan menggunak fungsi
n kan
Concatenate Strings yan berfungs untuk men
C e ng si nggabungkan input strin menjadi
n ng
satu
s masuka berdasarka urutan inp yang dim
an an put masukkan.
Berik adalah blok diagram penyimpanan data pada Labview 8.2.
kut m a
73. 56
Gambar 3. 25. Blok diagram penyimpan data
Penyimpanan data menjadi format .xls dilakukan dengan fungsi Write To
Spreadsheet File.vi. Sebelum data dimasukkan ke fungsi Write To Spreadsheet
File, terlebih dulu perlu dilewatkan ke fungsi Convert from Dynamis Data untuk
mengubah jenis data menjadi array.
Gambar 3. 26. Icon fungsi Write To Spreadsheet File
74. 57
Terminal Append To File pada fungsi Write To Spreadsheet File
dihubungkan dengan boolean True, agar data yang masuk tidak menghilangkan
data sebelumnya.
Metode kedua yang dapat dilakukan untuk menyimpan data grafik adalah
dengan cara memanfaatkan fungsi Export Simplified Image pada Front Panel
Labview. Caranya adalah dengan klik kanan mouse tepat pada grafik > pilih Data
Operation > Export Simplified Image. Setelah itu kemudian akan muncul jendela
yang memerintahkan pengguna untuk memilih alamat dimana file gambar dengan
format .bmp ingin disimpan.
Gambar 3. 27. Cara menyimpan data dengan fungsi Import Simplified Image