Sistem pengendali-putaran-motar-ac

Proceedings, Komputer dan Sistem Intelijen (KOMMIT2004)
Auditorium Universitas Gunadarma, Jakarta, 24 – 25 Agustus 2004 ISSN : 1411-6286
708 Sistem Penggendali Kecepatan Putaran Motor Ac Phasa Satu Menggunakan Mikrokontroller At89s8252
SISTEM PENGGENDALI KECEPATAN PUTARAN
MOTOR AC PHASA SATU
MENGGUNAKAN MIKROKONTROLLER AT89S8252
A. Sofwan dan Rudie S. Baqo
Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri
Institut Sains Dan Teknologi Nasional, Jakarta
E-mail: mtm-istn@indo.net.id HP:08128924387
Abstrak
Pengaturan kecepatan Motor AC Phasa Satu banyak dilakukan dengan berbagai cara, seperti
dengan kontaktor, relay, dan modulasi lebar pulsa. Pengendali kecepatan motor dalam teknologi
elektronika menggunakan teknik pengoperasian modulasi lebar pulsa dengan mengendalikan
penyulutan sudut phasa listrik, dapat mempermudah pengendalian kecepatan putaran motor. Dengan
terjadinya perubahan penyulutan sudut phasa, maka terjadi perubahan tegangan. Perubahan tersebut
mengakibatkan perubahan kecepatan putaran motor. Sehingga diharapkan menghasilkan produksi
yang optimal. Pengaturan kecepatan putaran motor yang sederhana dapat dilakukan dengan
rangkaian Analog Controller Interface yang dioperasikan dengan bantuan sistem Mikrokontroller.
Dengan sistem pengendalian ini kita dapat mengatur kecepatan putaran yang diinginkan.Dalam
makalah ini akan diuraikan suatu system pengendalian kecepatan putaran motor dengan bantuan
peranan mikrokontroler jenis AT89S8252.
Kata Kunci: Pengatur Kecepatan, Microcontroller, phase Satu and Motor AC.
1. Pendahuluan
Pada era industri modern saat ini, kebutuhan terhadap alat produksi yang tepat guna sangat
diperlukan dapat meningkatkan effesiensi waktu dan biaya. Sebagian besar alat industri menggunakan
tenaga listrik sebagai energi penggerak utamanya, dan sebagian besar dari peralatan mesin-mesin
tersebut masih mempergunakan cara-cara manual, terutama dalam hal untuk memindah-mindahkan
kecepatan. Dengan demikian maka dirasakan sangat perlu untuk meningkatkan keandalan dari mesin-
mesin tersebut dilengkapi dengan suatu sistem pengendali yang mampu mengatur sistem secara
keseluruhan. Dalam hal ini maka peranan peralatan elektronika daya sebagai penunjang kelancaran
proses otomatisasi produksi sangat menentukan. Diharapkan dengan melakukan sistem otomatisasi
dapat mempermudah pekerjaan yang dilakukan manusia. Terutama hal tersebut dibutuhkan dalam
jenis pekerjaan yang menuntut suatu ketelitian, kerutinitasan, kekuatan dan kemampuan untuk
melakukan pekerjaan dalam waktu yang lama.
Di berbagai perindustrian banyak menggunakan mesin-mesin dengan penggerak uatamanya
adalah Motor AC Phasa Satu. Yang mana pada umumnya digunakan pada mesin produksi seperti
mesin bubut, mesin bor, dan sebagainya. Dalam aplikasi yang sebenarnya di industri, bukan hanya
jenis motor listrik itu saja yang menjadi pertimbangan, tetapi juga system pengaturan kecepatannya.
Kemampuan pengaturan besarnya suatu kecepatan putaran motor tergantung pada bentuk dan
konstruksi motor serta rangkaian system pengendali kecepatan putaran motor. Pengaturan kecepatan
putaran motor yang sederhana dapat dilakukan dengan bantuan dari suatu rangkaian Analog Controller
Interface yang dioperasikan dengan bantuan sistem Mikrokontroller. Dengan sistem pengendalian
kecepatan tersebut akan dapat diatur kecepatan putaran yang sesuai dengan yang diinginkan. Hal
tersebut dapat dilakukan hanya dengan cara menekan tombol yang ada diinginkan pada system
tersebut. Sedangkan system penyettingan yang dilakukan dapat dilihat pada tampilan (display) yang
akan menampilkan dalam bilangan hexadecimal.

Sistem Penggendali Kecepatan Putaran Motor Ac Phasa Satu Menggunakan Mikrokontroller At89s8252 709
2. Motor Induksi Phasa Satu
2.1 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Phasa Satu
Motor induksi satu fasa terdiri kumparan stator dan kumparan rotor. Kumparan stator dan
rotor masing-masing terdiri dari parameter resistansi “R’, reaktansi “jX”dan lilitan penguat “N”.
rangkaian ekivalen dari motor induski satu fasa dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
Gambar 2. Rangkaian ekivalen motor induksi sederhana.
Gambar 3. Rangkaian pengganti motor induksi satu fasa.
Nilai arus suber bolak-balik satu fasa dapat dirumuskan sebagai berikut :
I1 = IØ + I2
’
(1)
Besarnya arus pemaknitan IØ yang timbul akibat adanya induksi yang terjadi antara medan stator dan
rotor adalah :
IØ = Ir + Im (2)
Gambar 1. Konstruksi motor induksi satu fasa
Konstruksi motor induksi satu fasa terdiri
atas dua komponen yaitu stator dan rotor.
Stator adalah bagian dari motor yang tidak
bergerak dan rotor adalah bagian yang
bergerak yang bertumpu pada bantalan poros
terhadap stator. Motor induksi terdiri atas
kumparan-kumparan stator dan rotor yang
berfungsi membangkitkan gaya gerak listrik
akibat dari adanya arus listrik bolak-balik
satu fasa yang melewati kumparan-kumparan
tersebut sehingga terjadi suatu interaksi
induksi medan magnet antara stator dan
rotor. Bentuk dan konstruksi motor tersebut
digambarkan pada gambar 1.

Ggl yang dihasilkan akibat interaksi induksi medan magnet antara stator dan rotor yang masing-
masing sebesar E1 dan E2 adalah :
E1 = I2
’
(Rs +jXs) (3)






+= r
r
jX
S
R
IE 22 (4)
Impedansi pada kumparan motor stator dan rotor masing-masing adalah :
jXs = jωs Ls (5)
jXr = jωr Lr (6)
2.2 Prinsip Kerja Motor Induksi Phasa Satu
Apabila kumparan-kumparan motor induksi satu fasa dialiri arus bolak-balik satu fasa, maka pada
celah udara akan dibangkitkan medan yang berputar dengan kecepatan putaran sebesar dengan
menggunakan rumus :
[ ]ppm
menit
putaran
p
f
ns
.120
= (7)
atau,
p
f
s
π
ω
2
= (8)
Medan magnet berputar bergerak memotong lilitan rotor sehingga menginduksikan tegangan
listrik pada kumparan-kumparan tersebut. Biasanya lilitan rotor berada dalam hubung singkat.
Akibatnya lilitan rotor akan mengalir arus listrik yang besarnya tergantung pada besarnya tegangan
induksi dan impedansi rotor. Arus listrik yang mengalir pada rotor akan mengakibatkan medan magnet
rotor dengan kecepatan sama dengan kecepatan medan putar stator (ns). interkasi medan stator dan
rotor akan membangkitkan torsi yang menggerakkan rotor berputar searah dengan arah medan putar
stator. Interaksi medan stator dan rotor juga menyebabkan terjadinya ggl induksi yang disebabkan oleh
kumparan-kumparan stator dan rotor. Rumusan matematis gaya gerak listrik yang terjadi pada motor
induksi satu fasa dengan rumus sebagai berikut:
dt
d
N t)(φ
ε −= (9)
Dimana nilai dari Ф(t) untuk fluksi maksimum akibat dari penyebaran kerapatan fluks yang
melewati lilitan dengan rumus :
Ф(t) = Фmax. cosωt (10)
Adanya perbedaan medan putar stator dan medan putar rotor atau yang disebut slip pada
motor induksi satu fasa pada rumus sebagai berikut:
s
rs
s
rs
n
nn
sataus
−
=
−
=
ω
ωω
(11)

2.3 Hubungan Torsi dan Slip pada Motor
Berubah-ubahnya kecepatan motor induksi (ns) akan mengakibatkan harga slip dari 100%
pada saat start hingga 0% pada saat motor diam (nr-ns). torsi yang dihasilkan selama motor induksi
satu fasa berputar tergantung pada perubahan slip dan perubahan dalam Newton.meter. Perubahan
pembebanan dapat terjadi dengan naiknya nilai tegangan dan arus pada rotor. Hubungan torsi (Td)
terhadap parameter impedansi stator, impedansi rotor, arus rotor, tegangan sumber dan kecepatan
sudut secara umum dapat dirumuskan sebagai berikut :
Arus rotor (Ir) yang dihasilkan pada motor induksi satu fasa pada rumus :
( ) ( )[ ] 2/12
/ rsrs
s
r
XXSRR
V
I
+++
= (12)
( ) ( )[ ]22
2
/
.
rsrss
sr
r
XXSRRs
VR
I
+++
=
ω
(13)
Karakteristik torsi terhadap perubahan slip saat 100% pada saat start hingga 0% pada saat
motor diam (nr = ns) pada motor induksi satu fasa dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 4. karakteristik Td = f(s) dan n/ns = f(s)
3. Perancangan dan Pembahasan
3.1 Perancangan Perangkat Keras
Pada gambar 1 ditunjukan diagram system, dimana blok diagram system tersebut terdiri dari :
Gambar 5. Blok Diagram Rangkaian
T/Tmaks
Motor Generator
s1
0
- 1
- 2
Mikrokontroler
Display 7 Segment
DAC
0808
ADC
Analog Voltage Controlled
Phase Angle Fired
Driver
Motor
Motor
AC
Sensor
Optik
F to V
Start
Stop
Up
Down

Cara Kerja
Adapun cara kerja dari system tersebut diurakan secara umum sebagai berikut:
1 Minimum sistem AT89C51 berfungsi untuk menerjemahkan perintah yang dimasukan
melalui keyped.
2. Rangkaian analoge controlled phase-angel fired yang berfungsi menerjemahkan perintah yang
dikeluarkan oleh sistem mikrokontroller.
3. Motor berfungsi memutar piringan yang dihubungkan memlaui poros pemutar.
4. Input set point (sp) berupa keyped yang berfungsi untuk memasukan data kecepatan putar
motor yang diinginkan.
5. Rangkaian ADC yang berfungsi menerima presena value(pu) dari kecepatan putaran motor
yang terdeteksi oleh sensor optic
6. Rangkaian DAC yang mengubah data-data digital ke dalam sinyal analog controller pahse-
angle fired sehingga sinyal ini dapat langsung mengendalikan motor.
7. Rangkaian F/V yang mengkonversikan frekuensi yang dihasilkan oleh sensor optic ke
tegangan yang merupakan present value yang diterima oleh ADC.
8. Display berfungsi untuk menampilkan data set (SP) dan kecepatan putar piringan.
3.2 Rangkaian Analog Voltage Controled Phase Angle Fired Power Interface
Gambar 6 menggambarkan tentang skema pengukur sudut phasa, dimana sudut phasa
konduksinya dikendalikan sebuah input tegangan analog. Gambar tersebut dibagi menjadi 4 bagian
utama, yaitu: Generator pulsa, lintas nol, (U1a dan U1b) generator ramp tersinkronisai (U2a) pengkondisi
sinyal Zera span (U2b) dan komparator dengan penyulut (U1c dan U3).
Gambar 6. Analog Votage Controlled Phase Angle Fired Power Interface
Penyulut analog terendah iniharus disinkronisasi terhadap tegangan lintas nol jala-jala.
Iniadalah kegunaan dari transformer, komparator U1a dan U1b, pembentuk gelombang dengan
menggunakan RC dan beberapa dioda. Kedua komparator menghasilkan gelombang kotak 30Vpp
yang berganti-ganti sebagaimana tegangan jala-jala melintasi nol. Jika salah satu komparator
dihubungkan secara inverting dan lainnya non-inverting menghasilkan gelombang kotak dengan
polaritas yang berlawanan. Jaringan RC membentuk gelombang kotak tersebut pada kejutan positif
dan negative sekkitar 100µ detik. Dioda melewatkan hanya pulsa positif satu pada lintas nol dari U1a
dan lintas nol lainnya dari U1b karena adanya feedback negative infut inverting op-amp ditahan pada
ground semu. Konstanta arusnya adalah:

raterampR
V
I
_
15
= (14)
Yang mengalilr dari output ramp, melalui kapasitor dan Rramp_rate menuju -15 V. selama
arusnya constant kapasitor akan mengisi pada harga yang konstant yang menghasilakn sebuah ramp
pengatur :
Rramp_rate = 37,7 kΩ
Yang menghasilkan arus pengisian
A
k
V
I µ398
7,37
15
=
Ω
=
Mengisi 0,33 µF dengan sebesar 398 µA menghasilkan
dt
dv
CIR rateramp =:_ 15)
sV
F
A
C
I
t
v
R rateramp 1206
33,0
298
:_ ===
∆
∆
µ
µ
Pada setiap lintas nol pulsa dari U1a atau U1b mensaturasi Q1. hal ini akan menghubungkan
singkat kapasitor ramp. Memaksa untuk mengosongkan secara cepat. Jadi pada setiap lintas nol pada
jala-jala ramp diulang lagi. Tanjakan ini berkesinambungan untuk sebuah setengah siklus dari jala-jala
8,3m/s ia akan menanjak naik.
∆v = (ramp_rate)∆t 16)
∆v = ( 1206V/s)(8,3ms) = 10v
U2 menghasilkan ramp yang dimulai pada 0V dan meningkatkan secara linier ke 10 V selama 8,3
milidetik dari setengah silus jala-jala. Amfilfier zero span mempunyai persamaan :
( )v
kR
k
V
KR
k
V
zero
in
span
a 15
10
10
7,4
10
−





Ω+
Ω
−








Ω+
Ω
−= (17)
Dengan
Rspan = 5,3 kΩ
Rzero = 5 kΩ
Vout = -Vin + 10 V
Hal ini akan menginvert secara linier dan mengoffset tegangan input. Selama ramp dibawah
Va output dari kelompok U1c akan terbuka dan triac dalam keadaan mati, tetapi selama ramp
meningkat, data Va output dan U1c akan terhubung singkat ke -15 V. sehingga akan menjalankan led
pada MOC3041 dan menghidupkan triac.

3.3 DAC (Digital Analog Converter)
Rangkaian pengubah digital ke analog (DAC) dapat dilihat pada gambar 7 dibawah ini :
Gambar 7. Rangkaian Digital to Analog Converter
Jika diketahui :
Vref = 5 Vdc, R14 = R15 = 1kΩ, R0 = 2kΩ
Maka besar Vo :






+++++++=
256128643216842
87654321
14
AAAAAAAA
R
R
V
V o
ref
o (18)
Menyesuaikan Vref , R14, atau Ro juga Vo dengan semua digit input level tinggi sama dengan 9,961
Volt. Input DAC 0808 dihubungkan port 1 AT89S8252 dan Vo-nya dihubungkan ke Vin Analog
Voltage Controlled Phase Angel Fired Interface. DAC 0808 mengkonversi arus yang memasuki input
menjadi tegangan pada outputnya.
3.4 Pengubah Frekuensi Ke Tegangan
Keluaran tegangan yang akan dihasilkan adalah 5 Volt untuk kecepatan putar maksimum
motor 2850 Rpm = 47,5 Hz, karena lubang pada piringan berjumlah 8 maka dimana frekuensi
maksimum yang didapat dari sensor optic adalah 8 x 47,8 = 380 Hz. Kemudian menentukan nilai Rt
dan Ct.
fm = 2850 rpm = 47,5 Hz
8 fm = 8 x 47,5 = 380 Hz
tt
m
CR
f
..1,1
1
8 = , ditentukan : Ct = 0,1 µF (19)
tm
t
Cf
R
.8.1,1
1
= (20)
Dengan mensubsitusikan besaran diatas maka didapat Rt sebesar = 24 KΩ

Tegangan yang diinginkan 5 Volt pada saat frekuensi Maximum = 380 Hz, maka dengan demikian
diperoleh:
in
s
t
ttAve f
R
R
CRVV ....1,1.2= (21)
380..
380
1
.25
S
L
R
R
VV = (21)
S
L
R
R
VV .25 = ditentukan RL = 100 KΩ (22)
Maka didapatkan besar RS yang dinginkan adalah: 40KΩ
Gambar 8 Rangkaian Pengubah Frekuensi ke Tegangan
3.5 ADC (Analog to Digital)
Untuk memperoleh jangkaun input 0-5 Volt, input Vref/2 dihubungkan tegangan 2,5 volt.
Gambar 9 Rangkaian Analog to Digital Converter
KHz
hz
x
CR
F
JamFrekuensi
voltV
KK
K
Vcc
RR
R
V
t
ref
650
649350
10140.10.1,1
1
..1,1
1
:
5,25.
22
2
.
21
2
2/
124
3
≈
=
=
=
=
+
=
+
=
−

3.6 Sensor Optik
Sensor optik merupakan transduser kecepatan yang merubah kecepatan putar motor menjadi
pulsa periodic. Hal ini dapat dicapai dengan bantuan sumber cahaya dengan menggunakan infra
merah, phototransistor dan sebuah IC SN7413 nand gate schimitt trigger, seperti terlihat pada gambar
dibawah ini.
Gambar 10. Sensor Optik
4. Kesimpulan
Dari uaraian tersebut diatas maka dapat ditarik kesimpulan bahwa:
Alat ini sangat memungkinkan digunakan untuk mengendalikan motor ac phasa satu secara otomatis
sehingga dapat memberi kemudahan dalam proses pengaturan kecepatan motor ac phasa satu dengan
menggunakan teknologi elektronika berbasis mikrokontroler AT89S8252 .
5. Daftar Pustaka
[1] Michael,Jacob J, Industrial Control Elektronics Aplication Design, Prentice Hall
Internasional, Engle, Wood Cliffs, New Jeresey, 07623.
[2] Kaeser, Joe, Electrical Power Motor, Control, Generator, Transformers, The Good
Heatern Willcox Company, Inc, South Holand, 1991.
[3]. Zuhal, Dasar Teknik Tenaga Lisrtrik dan Elektronika Daya, Edisi kelima, Gramedia,
Jakarta, 1995
[4]. Lister, Eugene C, Mesin Dan Rangkaian Listrik, Erlangga, Jakarta,1984.
[5]. B.L.THERAJA, A Text-Book of Electrical Technologi, Volume II AC&DC, Publication
Division of Nirja Construction & Development CO. (P) Ltd, RAM Nagar, New Delhi,
1991.
[6]. Albbert Paul Malvino, Ph.D, Elektronika Komputer Digital, Pengantar Mikrokomputer,
Edisi Kedua, Erlangga, Jakarta, 1996.
Disini phototransistor akan menerima
cahaya pada LED tepat berada pada pposisi
satu garis dengan lubang dan phototransistor.
Bila phototransistor menerima cahaya, maka
ia akan bekerja dan arus mengalir dari Vcc ke
R dan phototransistor, sehingga kaki 9 dari IC
SN7413 berada pada logika 0 dan output kaki
3 akan menuju logic 1. Begitu juga
sebaliknya, bila piringan menutupi cahaya,
maka semua input NAND gate berada pada
logika 1 dan output kaki 8 menuju logika 0.
Kejadian tersebut diatas akan berulang
kembali selama piringan berputar, sehingga
pada output NAND gate schimitt trigger akan
diperoleh bentuk pulsa periodic yang ekivalen
dengan kecepatan putar motor.

Sistem pengendali-putaran-motar-ac

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Sistem pengendali-putaran-motar-ac

Similar to Sistem pengendali-putaran-motar-ac (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (6)

Sistem pengendali-putaran-motar-ac