Skripsi

  • 9,430 views
Uploaded on

 

  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
No Downloads

Views

Total Views
9,430
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
0

Actions

Shares
Downloads
1,176
Comments
1
Likes
7

Embeds 0

No embeds

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
    No notes for slide

Transcript

  • 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
  • 75. 58 Gambar 3. 28. Jendela untuk memasukkan alamat file 3.4.6 Alarm Beban Lebih Sistem penguji karakteristik motor dc magnet permanen terhadap pembebanan dilengkapi dengan fitur tambahan berupa alarm peringatan yang akan menyala dan program akan mengeluarkan suara sebagai tanda peringatan saat motor dibebani terlalu berat. Gambar 3. 29. Blok diagram fitur alarm peringatan beban lebih Beban yang terlalu berat ditandai dengan nilai duty cycle yang telah mencapai nilai maksimal satu, sementara nilai RPM_OUT masih lebih kecil dari nilai RPM_IN. Alarm beban lebih juga akan aktif saat motor dc ditugaskan untuk berputar dengan kecepatan yang melebihi kemampuannya, meskipun dalam
  • 76. 59 keadaan tanpa beban. Suara yang dikeluarkan pada saat alarm aktif dapat dipilih dengan cara memasukkan alamat file suara pada fungsi Play Sound File. Gambar 3. 30. Icon fungsi Play Sound File 3.5 Tampilan Depan Sistem Penguji Karakteristik Motor DC Magnet Permanen Terhadap Pembebanan Tampilan depan program sistem penguji karakteristik motor dc magnet permanen terhadap pembebanan terdiri dari indikator numerik, horizontal pointer slide duty cycle, indikator durasi program, lampu indikator alarm beban lebih, control button dan control string untuk penyimpan data, serta tab pemilih grafik yang ingin ditampilkan. Grafik yang dapat ditampilkan adalah : 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 Contoh tampilan depan program pada setaib tab dapat dilihat pada lembar lampiran.
  • 77. 60 3.5.1 Cara Pengoperasian Sistem Penguji Karakteristik Motor DC Magnet Permanen Terhadap Pembebanan Cara Pengoperasian Sistem Penguji Karakteristik Motor DC Magnet Permanen Terhadap Pembebanan : 1. Tekan tombol “save data”, dan masukkan alamat file yang dituju pada “enter file path”. 2. Berikan beban pada motor dc. 3. Isikan kecepatan motor dc yang diinginkan pada numeric control RPM_IN 4. Jalankan program dengan menekan tombol RUN pada pojok kanan atas jendela Labview 8.2 5. Amati perubahan variabel motor dc dari grafik atau dari nilai nominal tertampil. Selama menjalankan program dapat dilakukan variasi pembebanan dan kecepatan motor. 6. Untuk menghentikan program, dapat dilakukan dengan cara menekan tombol STOP .
  • 78. BAB IV METODE PENELITIAN 4.1 Teknik Pengambilan Data Objek penelitian pengujian karakteristik motor dc magnet permanen terhadap pembebanan adalah motor dc 24 V yang dicatu 15 V, dan dikendalikan dengan metode proporsional. Dilakukan tiga skenario pengujian terhadap objek penelitian pada saat pengambilan data, yaitu : 1. Pengujian karakteristik motor dc tanpa beban Pada skenario pertama, motor dc akan dijalankan tanpa diberi beban mekanik. Skenario tanpa beban ini bertujuan untuk mengamati respon sistem terhadap perubahan input kecepatan yang dimasukkan pengguna. 2. Karakteristik Motor DC Tanpa Kendali Proporsional Dengan Variasi Pembebanan Pada skenario kedua motor dc akan dilepaskan dari kendali proporsional sehingga tidak dapat mempertahankan nilai kecepatannya secara otomatis. Selanjutnya motor dc akan diberi beban mekanis secara bertahap dengan peningkatan beban sebesar 0,5 kg sampai dengan satu titik dimana motor tidak dapat berputar. Pengujian kedua ini bertujuan untuk mengetahui nilai stall torque motor. 3. Karakteristik Motor DC Kendali Proporsional Dengan Variasi Pembebanan Pada skenario pengujian ketiga, dilakukan pembebanan secara bertahap dengan peningkatan beban sebesar 0,5 kg terhadap motor dc yang telah 61
  • 79. 62 diken ndalikan den ngan kendal proporsion sehingga secara otomatis akan li nal, a mpertahankan kecepatan sesuai denga masukan dari penggu mem n an una. bebanan pad motor diberikan sec Pemb da cara mekani dengan cara melilit is c poros motor dengan kab yang terh p r bel hubung deng beban, sehingga put gan taran motor menjadi ter m rhambat. Be erikut adalah skema pe h embebanan yang dilaku ukan pada motor. m mbar 4. 1 Ske Pembebanan Motor DC Gam ema Skem pembeba ma anan seperti pada Gamb 4.1 tidak memberika jaminan bar k an ketelitian ya maksim karena b k ang mal, banyaknya f seperti gaya gesek dan faktor luar s ketelitian ne k eraca yang m membuat ber terukur m rat menyimpang dari nilai sebenarnya. g s Akan tetapi, hal tersebut dapat dit A tolerir karen yang fok utama p na kus pengamatan pada skena p ario pembeb banan adala respon m ah motor dan kendali pr roporsional terhadap gra t adien pertam mbahan dan p pengurangan beban dan kemampuan perangkat n n lunak dalam merekam perubahan besaran – besaran listr dan mek l m b rik kanik yang terjadi selam proses pem t ma mbebanan.
  • 80. 63 4.2 Teknik Penyajian Data Data yang digunakan dalam pembahasan adalah data yang telah disimpan dengan menggunakan fungsi Export Simplified Image. Contoh tampilan data dari fungsi Export Simplified Image adalah sebagai berikut. Gambar 4. 2. Contoh tampilan data yang disimpan dengan fungsi Export Simplified Image Data grafik dipilih untuk memudahkan penyajian, karena sampel data yang berjumlah banyak tidak memungkinkan untuk disajikan dalam bentuk tabel. 4.3 Metode Analisis Dalam pembahasan akan dipaparkan penjelasan mengenai bentuk gelombang yang tertampil dalam setiap skenario pembebanan. Analisis atas data hasil pengujian dilakukan dengan cara membandingkan bentuk grafik hubungan antar variabel dengan teori yang telah dipaparkan pada BAB II. Analisis dilakukan terutama berdasarkan persamaan (2-3) dan (2-4) . 4.4 Teknik Penyimpulan Dari data hasil hasil pengujian, dilakukan penyimpulan terhadap performa sistem penguji karakteristik motor dc. Sistem dikatakan telah bekerja dengan baik
  • 81. 64 jika berhasil menampilkan besaran listrik dan mekanik yaitu arus jangkar, tegangan jangkar, torsi, dan kecepatan sesuai dengan teori karakteristik motor dc. Untuk memudahkan dalam melakukan analisis karakteristik motor dc, sistem juga harus mampu menyimpan data yang diperoleh selama program dijalankan.
  • 82. BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN 5.1 Karakteristik Motor DC Tanpa Beban Pada skenario pertama, motor dc akan dijalankan tanpa diberi beban mekanik. Skenario tanpa beban ini bertujuan untuk mengamati respon sistem terhadap perubahan input kecepatan yang dimasukkan pengguna. Pada pembahasan karakteristik motor dc tanpa beban, digunakan contoh data hasil pengukuran dengan masukan kecepatan 3000 rpm yang disimpan dengan fungsi Export Simplified Image. Pada grafik kecepatan – torsi yang ditampilkan adalah data yang diambil saat kecepatan diubah dari nol sampai dengan 4000 rpm. 5.1.1 Grafik Kecepatan Fungsi Waktu Gambar 5. 1. Kecepatan - waktu dengan masukan 3000 rpm Grafik kecepatan fungsi waktu pada Gambar 5.1. menunjukkan perubahan nilai kecepatan yang terbaca program. Pada awalnya motor dalam keadaan diam, kemudian diberi instruksi untuk berputar 3000 rpm. Pada grafik terlihat bahwa sistem kendali proporsional membutuhkan waktu sekitar 15 detik untuk mencapai 65
  • 83. 66 kecepatan ±3000 rpm. Saat kecepatan telah mencapai 3000 rpm, kecepatan tidak menjadi konstan, akan tetapi masih mengalami ripple. Hal ini disebabkan program yang dirancang memiliki toleransi ±50 rpm. 5.1.2 Grafik Tegangan Jangkar Fungsi Waktu Gambar 5. 2. Tegangan jangkar - waktu dengan masukan 3000 rpm Grafik tegangan jangkar fungsi waktu pada Gambar 5.2. menunjukkan peningkatan nilai tegangan seiring dengan bertambahnya kecepatan motor dc, dan akan turun sampai bernilai nol saat putaran motor dihentikan. Pada grafik terlihat bahwa tegangan yang dibutuhkan untuk memutar motor dc dengan kecepatan 3000 rpm adalah sekitar 13 V. Berbeda dengan nilai pembacaan kecepatan yang memiliki ripple cukup besar, grafik tegangan terlihat lebih mulus. Hal ini disebabkan karena perhitungan tegangan sebagai fungsi duty cycle menggunakan polinomial orde tiga, yaitu Ea = 0,025dc3 – 0,551dc2 + 4,307dc + 2,030.
  • 84. 67 5.1.3 Grafik Arus Jangkar Fungsi Waktu Gambar 5. 3. Arus Jangkar (A) – waktu (detik) dengan masukan 3000 rpm Gambar 5.3. menunjukkan karakteristik arus jangkar saat sistem diberi masukan kecepatan 3000 rpm. Pada awalnya terlihat adanya lonjakan arus yang tajam, hal ini disebabkan karena motor pada umumnya membutuhkan arus yang besar saat starting. Arus starting yang terbaca saat pengujian mencapai 0,8 A. Akan tetapi, nilai tersebut adalah nilai rms, sehingga arus yang sesaat terjadi saat starting kemungkinan bernilai lebih tinggi dari 0,8 A. Setelah mengalami lonjakan yang tinggi saat starting, arus jangkar perlahan turun dan kemudian setelah kecepatan stabil 3000 rpm, arus bernilai sekitar 0,5 A. 5.1.4 Grafik Torsi Fungsi Waktu 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.
  • 85. 68 Pada awalnya torsi bernilai tak terhingga karena perhitungan torsi yang merupakan perkalian antara arus jangkar dengan konstanta. Saat kecepatan bernilai nol, konstanta akan bernilai tak terhingga, sehingga torsi pun bernilai tak terhingga. Saat motor mulai bergerak dan kecepatan tidak lagi bernilai nol, nilai torsi akan turun dan menuju ke suatu nilai. Pada awalnya, torsi tetap bernilai tinggi karena mengubah keadaan motor dari diam menjadi berputar membutuhkan torsi yang besar. Pada grafik terlihat bahwa saat kecepatan 3000 rpm torsi bernilai sekitar 0,002 Nm. Gambar 5. 4. Torsi - waktu dengan masukan 3000 rpm Pembuktian perhitungan dapat dibuktikan sebagai berikut. Dari data sebelumnya, diketahui bahwa : = 3000 rpm, Ia = 0,5 A, dan Ea = 13 V. 13 0,004 3000 0,004 0,5 0,002167 0,002 Nm. 5.1.5 Grafik Kecepatan Fungsi Tegangan Jangkar Pada Gambar 5.5 terlihat hubungan yang linier antara kecepatan putaran motor dengan tegangan jangkar. Nilai tegangan jangkar akan terus naik seiring
  • 86. 69 peningkatan kecepatan, dan berhenti pada satu titik saat kecepatan bernilai 3000 rpm dan tegangan 13 V. Hubungan yang linier antara kecepatan dengan tegangan jangkar sesuai dengan persamaan (2-3) Gambar 5. 5. Kecepatan - Ea pada masukan 3000 rpm 5.1.6 Grafik Kecepatan Fungsi Torsi Pada Gambar 5.6 terlihat hubungan antara kecepatan dengan torsi yang berbanding terbalik, yaitu torsi akan turun seiring dengan peningkatan kecepatan motor. Pada kecepatan 1000 rpm, torsi bernilai 0,006 Nm. Nilai torsi akan terus turun seiring peningkatan kecepatan, hingga mencapai 0,001 pada kecepatan motor 4000 rpm. Hubungan kecepatan dengan torsi yang berbanding terbalik sesuai dengan persamaan
  • 87. 70 Gambar 5. 6. Kecepatan - torsi pada masukan 0 - 4000 rpm 5.2 Karakteristik Motor DC Tanpa Kendali Proporsional Dengan Variasi Pembebanan Pada skenario kedua ini, motor dc akan dilepaskan dari kendali proporsional sehingga tidak dapat mempertahankan nilai kecepatannya secara otomatis. Selanjutnya motor dc akan diberi beban mekanis secara bertahap sampai dengan satu titik dimana motor tidak dapat berputar. Pengujian kedua ini bertujuan untuk mengetahui nilai torsi motor. Pada pembahasan karakteristik motor dc tanpa kendali proporsional dengan variasi beban, digunakan contoh data hasil pengukuran dengan masukan duty cycle maksimal (1) yang disimpan dengan fungsi Export Simplified Image. Pada nilai duty cycle maksimal dalam keadaan tanpa beban, kecepatan motor dc bernilai sekitar 4000 rpm.
  • 88. 71 5.2.1 Grafik Kecepatan dan Beban Fungsi Waktu dan Kecepatan Fungsi Beban Gambar 5. 7. Kecepatan (rpm) dan beban (mg) - waktu pada duty cycle = 1 Pada Gambar 5.7 dan 5.8 terlihat bahwa kecepatan terus bergerak turun seiring dengan pertambahan bobot beban. Dari grafik terlihat bahwa pada saat bebum dibebani, motor dc berputar dengan kecepatan mendekati 4000 rpm, dan terus melambat hingga akhirnya berhenti berputar saat diberi beban 3 kg. Gambar 5. 8. Kecepatan - beban pada duty cycle = 1
  • 89. 72 5.2.2 Grafik Tegangan Fungsi Waktu Pada Gambar 5.9 terlihat bahwa nilai tegangan konstan berada pada 15 V hingga akhirnya turun hingga nol saat motor berhenti berputar. Hal ini disebabkan karena tidak terjadi perubahan nilai duty cycle, sehingga tegangan jangkar pun bernilai tetap. Karena tegangan bernilai tetap, arus jangkar akan selalu naik saat beban motor bertambah. Gambar 5. 9. Tegangan jangkar - waktu pada duty cycle = 1 5.2.3 Grafik Arus Jangkar Fungsi Waktu Gambar 5. 10. Arus jangkar (A) - waktu pada duty cycle = 1 Pada Gambar 5.10 terlihat bahwa nilai arus jangkar saat starting sesaat akan tinggi, yaitu sekitar 1 A. Selanjutnya nilai arus jangkar akan meningkat seiring dengan pertambahan beban. Hal ini disebabkan karena untuk memutar beban yang lebih berat dibutuhkan torsi yang tinggi. Karena tegangan telah
  • 90. 73 bernilai maksimal, maka arus jangkar akan naik hingga titik maksimal. Pada grafik terlihat bahwa nilai arus maksimal adalah sekitar 2,5 A, yaitu saat motor tidak lagi dapat berputar karena beban yang terlalu berat. Arus 2,5 Ampere terjadi saat motor memproduksi torsi maksimal dengan nol kecepatan, atau stall torque. 5.2.4 Grafik Torsi Fungsi Waktu Pada Gambar 5.11 tampak bahwa torsi motor terus meningkat seiring dengan pertambahan beban. Nilai torsi maksimal adalah sekitar 0,5 Nm yaitu saat sebelum motor berhenti berputar. Saat motor berhenti berputar karena beban yang terlalu berat, torsi akan terus naik. Torsi maksimal yang diproduksi motor pada saat kecepatan motor bernilai nol disebut stall torque. Jadi dapat disimpulkan bahwa pada motor dc 15 V yang menjadi objek pengujian stall torque bernilai 0,5 Nm. Pada grafik terlihat bahwa nilai torsi hanya sesaat mencapai 0,5 Nm karena setelah motor berhenti program langsung diatur agar menghasilkan tegangan nol. Hal ini dilakukan untuk mencegah terjadinya kerusakan pada motor, karena saat motor menghasilkan stall torque arus jangkar akan bernilai sangat tinggi. Gambar 5. 11. Torsi - waktu pada duty cycle = 1
  • 91. 74 5.2.5 Grafik Kecepatan Fungsi Torsi Pada Gambar 5.12 terlihat karakteristik hubungan dengan kecepatan motor dc. Saat kecepatan turun, motor dc akan berusaha mempertahankan keadaannya dengan menaikkan torsi. Pada grafik terlihat beberapa titik dimana perbandingan kecepatan dan torsi relatif stabil. Keadaan tersebut terjadi saat kecepatan bernilai tetap dan beban belum ditingkatkan. Nilai torsi minimal terjadi saat motor tidak dibebani, dan nilai torsi maksimal terjadi saat motor diberi beban berat hingga tidak dapat berputar. Gambar 5. 12. Kecepatan - torsi pada duty cycle = 1 5.3 Karakteristik Motor DC Kendali Proporsional Dengan Variasi Pembebanan Pada skenario pembebanan ketiga, dilakukan pengujian pembebanan terhadap motor dc yang telah dikendalikan dengan kendali proporsional, sehingga secara otomatis akan mempertahankan kecepatan sesuai dengan masukan dari pengguna.
  • 92. 75 Pada saat pengujian, motor dc akan diberi beban mekanis secara bertahap sampai dengan motor dc tidak dapat mempertahankan kecepatan sesuai dengan kecepatan masukan pengguna. Pengujian ketiga ini bertujuan untuk mengetahui kemampuan sistem dalam menampilkan informasi yang berkaitan dengan ketepatan dan kecepatan respon dari sistem kendali motor. Pada pembahasan karakteristik motor dc kendali proporsional dengan variasi beban digunakan contoh data hasil pengukuran dengan masukan kecepatan yang diinginkan sebesar 2000 rpm. Data yang digunakan merupakan hasil penyimpanan menggunakan fungsi Export Simplified Image. 5.3.1 Grafik Kecepatan dan Beban Fungsi Waktu Pada Gambar 5.13 terlihat bahwa grafik dapat menampilkan karakteristik kecepatan dan beban terhadap waktu. Pada grafik terlihat bahwa sistem kendali kecepatan masih dapat bekerja dengan baik sampai dengan pembebanan 1,5 kg. Saat beban ditambahkan hingga 2 kg, kecepatan motor dc sudah tidak lagi dapat mencapai 2000 rpm. Saat dibebani 2 kg, alarm beban lebih telah aktif sebagai tanda bahwa tegangan jangkar tidak dapat ditingkatkan lagi karena telah mencapai nilai maksimal.
  • 93. 76 Gambar 5. 13. Kecepatan dan beban – waktu 5.3.2 Grafik Tegangan Jangkar Fungsi Waktu Gambar 5. 14. Tegangan jangkar – waktu Pada saat motor dibebani, sistem kendali kecepatan secara otomatis akan meningkatkan duty cycle untuk menngkatkan tegangan jangkar motor. Peningkatkan tegangan jangkar motor, dilakukan dengan tujuan mempertahankan kecepatan motor sesuai dengan kecepatan yang diharapkan pengguna. Pada Gambar 5.14 terlihat tegangan yang perlahan meningkat. Peningkatan tegangan terjadi karena adanya peningkatan beban motor. Peningkatan tegangan terjadi sampai dengan mencapai titik maksimal, yaitu 15 V. Tegangan 15 V sudah tidak dapat ditingkatkan lagi karena merupakan tegangan catu daya dc.
  • 94. 77 5.3.3 Grafik Arus Jangkar Fungsi Waktu Untuk memutar motor dc dengan beban yang bertambah, diperlukan tambahan torsi. Sebagai konsekuensinya, maka arus jangkar nilainya akan meningkat. Pada Gambar 5.15 terlihat bahwa arus jangkar senantiasa meningkat terhadap waktu. Hal ini terjadi karena terjadi peningkatan beban pada motor dc. Pada grafik terlihat bahwa arus maksimal bernilai 0,8 A. Gambar 5. 15. Arus jangkar (ampere) – waktu (detik) 5.3.4 Grafik Torsi Fungsi Waktu Pada Gambar 5.16 tampak bahwa torsi motor terus meningkat seiring dengan pertambahan beban. Hal ini terjadi karena motor membutuhkan torsi yang lebih besar untuk memutar beban yang lebih berat. Nilai torsi maksimal adalah sekitar 0,008, yaitu sesaat setelah motor dibebani 2,5 kg. Selain itu, nilai torsi selalu meningkat dengan pesat sesaat setelah motor ditambah bebannya.
  • 95. 78 Gambar 5. 16. Torsi – waktu 5.3.5 Grafik Kecepatan Fungsi Tegangan Jangkar Gambar 5. 17. Kecepatan - tegangan jangkar Gambar 5.17 menunjukkan karakteristik hubungan kecepatan dengan tegangan jangkar. Pada grafik terlihat nilai kecepatan cenderung stabil pada 2000 rpm, sementara tegangan terus naik hingga mencapai 15 V. Peningkatan nilai tegangan terjadi karena sistem kendali proporsional berusaha mempertahankan kecepatan sesuai dengan nilai kecepatan yang dimasukkan pengguna.
  • 96. 79 5.3.6 Grafik Kecepatan Fungsi Torsi Pada Gambar 5.18 dapat terlihat karakteristik kecepatan motor dc terhadap torsi. Pada grafik tersebut terdapat beberapa kumpulan data yang berada berdekatan saat nilai kecepatan berada pada nilai sekitar 2000 rpm. Gambar 5.18 menunjukkan terdapat beberapa nilai torsi pada kecepatan 2000 rpm. Torsi yang lebih rendah terjadi saat beban motor ringan, dan torsi yang lebih tinggi terjadi saat motor dibebani oleh beban yang lebih berat. Gambar 5. 18. Kecepatan – torsi Peningkatan nilai torsi pada grafik terjadi karena sistem pengendali kecepatan selalu berusaha mempertahankan nilai kecepatan saat beban motor ditambah, sehingga diperlukan tambahan torsi.
  • 97. BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN 6.1 Kesimpulan Dari hasil perancangan dan pengujian Sistem Penguji Karakteristik Motor DC Magnet Permanen Terhadap Pembebanan dapat diambil kesimpulan : 1. Sistem Penguji Karakteristik Motor DC Magnet Permanen Terhadap Pembebanan telah dirancang dan berhasil menguji karakteristik motor dc magnet permanen 15 volt yang menjadi objek penelitian. 2. Sistem Penguji Karakteristik Motor DC Magnet Permanen Terhadap Pembebanan berhasil menampilkan besaran listrik yaitu arus jangkar dan tegangan jangkar, serta besaran mekanis yaitu torsi dan kecepatan motor. Data besaran – besaran yang telah didapatkan dapat disimpan dalam format spreadsheet. Sistem juga dapat menampilkan grafik yang menampilkan karakteristik besaran – besaran tersebut. 3. Untuk memutar beban yang bertambah berat motor membutuhkan torsi yang lebih tinggi, dan untuk mendapatkan nilai torsi yang lebih tinggi, motor membutuhkan arus jangkar yang lebih besar. Saat dilakukan pengujian pembebanan motor dc didapatkan nilai stall torque, yaitu nilai torsi maksimal pada saat motor tidak lagi dapat berputar karena dibebani beban yang terlalu berat. Pada saat tersebut biasanya arus jangkar motor 80
  • 98. 81 mencapai titik maksimal, sehingga dapat menimbulkan kerusakan jika terjadi dalam waktu yang lama. 6.2 Saran 1. Diperlukan pengembangan sistem lebih lanjut untuk mencapai tingkat ketelitian yang lebih baik, terutama dalam hal pengaturan kecepatan dan metode pembebanan. 2. Sensor arus dapat digunakan untuk mendapatkan nilai arus jangkar yang lebih presisi. 3. Untuk motor dengan daya yang lebih besar, perlu ditambahkan perangkat proteksi untuk membatasi arus jangkar yang mengalir, karena arus akan menjadi sangat tinggi saat mencapai stall torque.
  • 99. 82 DAFTAR PUSTAKA Chapman, Stephen J, 1985. Electric Machinery Fundamentals. McGraw – Hill. Fitzgerald, AE, Umans, Stephen D, Kingsley Jr, Charles, 1997. Mesin – mesin Listrik. Penerbit Erlangga. Grant, Duncan A, Gowar, John, 1989. Power Mosfets, Theory and Applications. John Wiley and Sons, Bristol, United Kingdom. Hughes, Austin, 2006. Electric Motors and Drives. Newnes, Leeds, United Kingdom. Lurch, E. Norman, 1970. Fundamentals of Electronics. Stony Brook, New York. S. Nise, Norman, 2004. Control Systems Engineering. John Wiley and Sons. Zuhal, 1991. Dasar Tenaga Listrik. Penerbit ITB Bandung. LabVIEW 8.2 [computer program], 2006. Help. Version 8.2 Student Edition. National Instruments. www.ni.com/forum
  • 100. LAMPIRAN Tampilan Depan Program : • Kecepatan – waktu
  • 101. • Arus jangkar – waktu
  • 102. • Tegangan jangkar – waktu
  • 103. • Torsi – waktu
  • 104. • Kecepatan – tegangan jangkar
  • 105. • Kecepatan – torsi
  • 106. • Kecepatan – beban
  • 107. • Kecepatan dan beban – waktu
  • 108. Blok Diagram Program :