Module : Sistem Pengaturan Kecepatan Motor DC

Module : Sistem Pengaturan Kecepatan Motor DC

Laboratorium Teknik Pengaturan Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember

PERCOBAAN 2 SISTEM PENGATURAN KECEPATAN MOTOR DC

2.1. PRASYARAT 

Memahami komponen yang digunakan dalam praktikum sistem pengaturan kecepatan motor dc



Memahami cara kerja op-amp

2.2. TUJUAN 

Mempelajari sistem pengaturan kecepatan loop tertutup.



Mempelajari pengaruh gain terhadap kecepatan motor dc dengan beban berubah.



Mempelajari sistem pengaturan kecepatan dengan dua arah putaran.

2.3. REFERENSI 1. Katsuhiko Ogata , Modern Control Engineering, Edisi ke 5. 2. Stephen Chapman, Electric Machinary Fundamental. 3. Manual modular servo feedback.

2.3. PENDAHULUAN Motor listrik merupakan sebuah perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk kebutuhan seperti,

memutar

mengangkat pada

beban,

kumparan

medan

pada

pompa, dll.

medan

motor

dc

fan

atau

Motor untuk

DC diubah

disebut

stator

blower,

menggerakan

memerlukan menjadi (bagian

suplai

energi yang

kompresor,

tegangan

mekanik. tidak

searah

Kumparan

berputar)

dan

kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar). Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya. Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran/ loop, maka kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya pada arah yang

berlawanan.

Pasangan

gaya

menghasilkan

tenaga

putar/torque

memutar kumparan. Dasar metode pengendalian motor DC sebagai berikut :

2-1

untuk


1. Pengaturan medan. 2. Pengaturan tegangan. 3. Pengaturan tahanan jangkar.

1. Pengaturan Medan Pengaturan melemahkan

ini

dapat

dan

dilakukan

menaikkan

dengan melalui

mengaturan pengaturan

arus

medan

tahanan

shunt

variabel

dengan

yang

di

hubungkan seri dengan kumparan medan seperti ditunjukkan pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Rangkaian pengaturan Medan pada Motor DC

2. Pengaturan Tegangan Pengaturan

ini

dilakukan

dengan

mengatur

tegangan

yang

disuplai

ke

motor

seperti ditunjukkan pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Rangkaian Pengaturan Tegangan pada Motor DC

3. Pengaturan Tahanan Jangkar Pengaturan dengan

ini

dapat

menghubungkan

dilakukan seri

dengan

dengan tahanan

mengaturan variabel

seperti

tahanan

jangkar

ditunjukkan

Gambar2.3.

2-2

pada


Perangkat yang digunakan : Sistem Servo Modular MS 150 Sistem

servo

digunakan

modular

untuk

MS

150

pengendalian

merupakan

kecepatan

dan

blok

rangkaian

posisi

dari

elektronik

motor

yang

servo

DC.

Sistem servo modular MS 150 terdiri dari suatu pemakain sumber tenaga (power supply), servo amplifier, dua unit motor DC, reduction gear tacho unit, dan beberapa transducer dan modul.

Gambar 2.4 Servo Modular MS 150

Bagian - Bagian Sistem Servo Modular MS 150 Bagian-bagian

sistem

servo

modular

MS150

yang

digunakan

230V,

50/60

untuk

mengidentifikasi motor DC, yaitu : a. Power Supply

Masukan

yang

disediakan

sebesar

115V

dan

Hz,

40VA.

Dengan keluaran yang dihasilkan sebesar 24V DC, 2A yang diatur untuk menyuplai motor. b. Motor DC

Motor DC yang digunakan yaitu motor magnet permanen yang mempunyai batangan (shaft)

yang

dipanjangkan.

Batangan

(shaft)

motor

2-3


diperpanjang

untuk

bantalan/

ganjalan

secara

langsung

dari

pengereman magnetik dan inersia. c. Reduction Gear Tacho Unit

Modular

feedback

tachogenerator

GT150X

berfungsi

untuk

mengkonversi

besaran mekanik menjadi besaran listrik. d. Servo Amplifier

Modular

feedback

servo

amplifier

SA150D

terdiri

dari

rangkaian

transistor yang dapat menggerakkan motor DC dengan dua arah putaran. e. Op Amp Unit

Op

Amp

balik.

unit

berfungsi

Penggunaannya

sebagai

meliputi

penguat

operasi

pada

pengaturan

penjumlahan

untuk

umpan

mengoreksi

kesalahan untuk sistem pengaturan loop tertutup dan dapat juga digunakan sebagai

penambahan

konstanta

waktu

ekstra

untuk

menunjukkan

tegangan

referensi

ketika

dihubungkan

ketidakstabilan. Attenuator Unit

f.

Berfungsi

meyediakan

dengan

sumber DC dan dapat digunakan untuk mengatur penguatan. Pengaturan (tegangan) tegangan

kecepatan

pada masukan

motor, yang

dapat

dilakukan

dengan

mengatur

sinyal

masukan

karena

kecepatan

motor

dipengaruhi

oleh

besarnya

Sistem

pengaturan

yang

demikian

diberikan

padanya.

biasa disebut sistem pengaturan kecepatan dengan loop terbuka. Dalam keadaan beban

yang

konstan

atau

dengan

loop

terbuka

masih

beban

yang

berubah-ubah,

dalam

keadaan

mungkin sistem

tanpa

digunakan.

loop

terbuka

beban,

Akan

sistem

tetapi,

tersebut

pengaturan

dalam

sudah

keadaan

tidak

dapat

dipertanggungjawabkan lagi keandalannya. Sistem pengaturan kecepatan loop terbuka dapat dimodifikasi menjadi sistem loop tertutup. Sistem ini membandingkan kecepatan aktual dengan kecepatan yang diinginkan. signal)

Perbandingan

yang

kemudian

tersebut akan

akan

menghasilkan

digunakan

untuk

sinyal

menggerakkan

kesalahan

(error

motor

melalui

servo amplifier. Dengan demikian, motor dapat mempertahankan suatu nilai kecepatan yang konstan. Pada

percobaan

pertama,

sinyal

umpan

balik

(feedback)

yaitu

tegangan

2-4


yang

dibangkitkan

yang

polaritasnya

oleh

tachogenerator

berlawanan.

dibandingkan

Perbandingan

dengan

sinyal

(penjumlahan

referensi

sinyal

referensi

dengan sinyal umpan balik) kemudian menghasilkan sinyal yang digunakan untuk memberi

masukan

komparator,

pada

digunakan

servo

amplifier

operational

(untuk

amplifier.

menggerakkan Sedangkan

motor).

motor

Sebagai

DC

yang

sebagai

beban

digunakan dirangkai dengan menggunakan pengaturan jangkar. Pada

percobaan

kedua,

akan

digunakan

rem

magnetik

dengan memasang piringan aluminium pada poros kecepatan tinggi motor. Pada percobaan ini dimaksudkan untuk memperlihatkan bahwa dengan gain yang lebih tinggi,

berkurangnya

yang

lebih

penurunan

besar.

kecepatan

kecepatan

akan

Dengan pada

menyebabkan

demikian,

berbagai

kenaikan

menaikkan

pengurangan

harga

gainakan

beban

kesalahan mengurangi

seperti

ditunjukkan

pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5 Grafik torsi rem vs error dan torsi rem vs kecepatan.

Pada

bagian

terakhir

dari

percobaan

ini

akan

dibuat

sistem

pengaturan

kecepatan dengan dua arah putaran, yaitu pada arah maju (forward) dan arah mundur (reversed). Sistem ini menggunakan gain yang tinggi maka komponen Op-Amp

digantikan

dengan

Pre-Amp

karena

alat

ini

dapat

membuat

motor

berputar maju maupun mundur, serta mempunyai gain sekitar 25. 2.5. PERCOBAAN 2.5.1. SISTEM PENGATURAN KECEPATAN LOOP TERTUTUP SEDERHANA Servo harus

amplifier

menghasilkan

difungsikan

sebagai

memerlukan

tegangan

masukan

tegangan

keluaran

positif.

inverter

sehingga

untuk

Dalam

positif,

sehingga

percobaan

menghasilkan

op-amp

ini,

op-amp

keluaran

positif

2-5


maka input op-amp harus negatif. ALAT-ALAT YANG DIPERLUKAN 1 Operational unit OA150A 1 Attenuator unit

AU150B

3 Kabel 25cm 5 Kabel 15cm 2 Kabel Daya 1 Servo Amplifier

SA150D

1 Power Supply

PS150E

1 Voltmeter Perhatian :  Baca langkah kerja terlebih dahulu dan pahami.  Pastikan polaritas tegangan referensi (masukan) negatif dan tegangan

tachogenerator positif.  Hentikan pengukuran dan matikan power supply jika arus pada indicatorpower

supply melebihi 2A.

Gambar 2.6 Rangkaian sistem pengaturan loop sederhana

2-6


Langkah Kerja :  Buat

rangkaian

terlebih

seperti

dahulu

ditunjukkan

tegangan

Gambar

2.6.

tachogenerator

Jangan

hubungkan

input

OA150A

pada

(perhatikan +/- konektor yang terhubung).  Periksa kembali konektor-konektor yang terhubung sebelum menghidupkan power

supply.  Dengan voltmeter, atur potensiometer 1 pada posisi minimal (0 volt).  Jika motor berputar lakukan kalibrasi (atur zero offset) terlebih dahulu

pada OA150A dimana motor seharusnya tidak berputar.  Atur potensiometer 1 pada tegangan

-2 volt, dan tentukanlah keluaran

tegangan tachogenerator yang positif dengan voltmeter.  Masukkan

tegangan

output

tachogenerator

positif

pada

input

OA150A sesuai Gambar 2.6.  Atur ulang potensiometer 1 pada posisi minimal (0 volt).  Atur

tegangan

referensi

pada

potensiometer

1

seperti

pada

Tabel

2-1

dan catat data yang terukur disetiap pengaturan tegangan referensi.  Setelah

selesai

pengukuran

pastikan

power

supply

dimatikan

terlebih

dahulu sebelum merapikan alat. Tabel 2.1 Hasil percobaan sistem pengaturan loop tertutup sederhana Tegangan Tegangan Tegangan Kecepatan motor Referensi (Volt) Kesalahan (Volt) (rpm) Tachogenerator (Volt) -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 2.5.2. PENGARUH GAIN TERHADAP KECEPATAN AKIBAT PERUBAHAN BEBAN ALAT-ALAT YANG DIPERLUKAN 1 Operational unit OA150A 1 Attenuator unit

AU150B

2-7


3 Kabel 25cm 8 Kabel 15cm 2 Kabel Daya 1 Servo Amplifier

SA150D

1 Power Supply

PS150E

1 Voltmeter Perhatian :  Baca langkah kerja terlebih dahulu dan pahami.  Pastikan

gain

selalu

pada

posisi

1

pada

kecepatan

motor

di

bawah

2000 rpm (karena arus bisa lebih dari 2A).  Pastikan

polaritas

tegangan

referensi

(masukan)

negatif

dan

tegangan

tachogenerator positif.  Hentikan pengukuran dan matikan power supply jika arus pada power supply melebihi 2A.

Gambar 2.7. Rangkaian sistem pengaturan dengan gain

Langkah Kerja :  Buat

terlebih

rangkaian dahulu

seperti

ditunjukkan

tegangan

Gambar

tachogenerator

2.7. pada

Jangan

hubungkan

Input

OA150A

2-8


(perhatikan +/- konektor yang terhubung).  Periksa

kembali

konektor-konektor

yang

terhubung

sebelum

menghidupkan power supply.  Atur

potensiometer

2

(gain)

pada

posisi

gain

1,

dan

atur

tegangan

referensi pada potensiometer 1 sampai motor berputar 1000 rpm.  Berikan beban seperti pada Tabel 2-2 dan catat hasil pengukuran.  Ulangi

untuk

posisi

gain

10,

dan

atur

tegangan

referensi

pada

potensiometer 1 sampai motor berputar 1000 rpm.  Lakukan pembebanan kembali seperti pada Tabel 2-2 dan catat hasil pengukuran.  Setelah

selesai

pengukuran

pastikan

power

supply

dimatikan

terlebih

dahulu sebelum merapikan alat.

Beban

Tabel 2.2 Hasil percobaan sistem pengaturan dengan gain Tegangan Tegangan Tegangan Error Kecematan motor Referensi (Volt) Tachogenerator (Volt) (rpm) (Volt) Gain 1 Gain 10 Gain 1 Gain 10 Gain 1 Gain 10 Gain 1 Gain 10

0 2 4 6 8 10 2.5.3.SISTEM PENGATURAN KECEPATAN DENGAN DUA ARAH PUTARAN Perhatian :  Baca langkah kerja terlebih dahulu dan pahami.  Pastikan

polaritas

tegangan

referensi

(masukan)

harus

selalu

berkebalikan tegangan tachogenerator.  Hentikan pengukuran dan matikan power supply jika arus pada power

supplymelebihi 2 ampere

2-9


Gambar 2.8 Rangkaian Sistem pengaturan dua arah

Gambar 2.8 Rangkaian pengaturan Motor DC dua arah putaran

Langkah Kerja : 

Buat rangkaian seperti ditunjukkan Gambar 2.8. Jangan hubungkan terlebih dahulu tegangan referensi (potensiometer 1) dan tegangan tachogenerator

pada

input PA150C (perhatikan +/- konektor yang terhubung). 

Periksa kembali konektor-konektor yang terhubung sebelum menghidupkan power supply.



Dengan voltmeter, atur potensiometer 1 pada tegangan 0 V. Setelah terpenuhi sambungkan ke input op-amp.



Putar perlahan potensiometer 1 secara perlahan sampai motor berputar lambat.



Sentuhkan salah satu tegangan output tachogenerator pada input opamp.



Amati jika motor berputar lebih cepat segera lepas konektor (menandakan polaritas

terbalik)

dan

ganti

dengan

output tachogenerator yang lain. Atur

potensiometer 1 sesuai tegangan referensi pada Tabel 2-3 dan catat data pengukuran.Setelah selesai pengukuran pastikan power supply dimatikan terlebih dahulu sebelum merapikan alat.

2-10


Tabel 2.3 Hasil percobaan Sistem pengaturan dua arah Arah putar : Maju

Arah putar :Mundur

Teg.

Teg.

Teg. Kesalahan

Kecepatan

Teg.

Teg.

Teg. Kesalahan

Kecepatan

Ref

Tacho

(volt)

(rpm)

Ref

Tacho

(volt)

(rpm)

(volt)

(volt)

(volt)

(volt)

Socket 3

Socket 4

-1

1

-2

2

-3

3

-4

4

-5

5

-6

6

-7

7

Socket 3

Socket 4

2.6. ANALISA DATA / TUGAS Percobaan 2.5.1 : 1. Jelaskan mengapa tegangan tachogenerator (Vg) harus lebih kecil dari

tegangan referensi! 2. Bandingkan hasil kolom 3 (tegangan kesalahan) dan penjumlahan kolom 1

(tegangan referensi) dan kolom 2 (tegangan tachogenerator)! Beri penjelasan! 3. Jenis umpan balik apa yang dipakai pada percobaan ini? Apa yang terjadi jika

polaritas tachogenerator dibalik? (menghubungkan keluaran negatif ke masukan Op-Amp). 4. Buat

grafik

kecepatan

vs

tegangan

kesalahan

dan

kecepatan

vs

tegangan tachogenerator! Beri Penjelasan! Percobaan 2.5.2 : 1. Kontroler apa yang digunakan? Bagaimana pengaruh kontroler terhadap respon sistem dengan perubahan beban? Jelaskan dan buktikan! 2. Dari rangkaian penguat yang ditunjukkan pada Gambar 2.9, tentukan persamaan matematis dari Vo dengan masukan V1 dan V3!

2-11


Gambar 2.9 Rangkaian penguat dengan external feedback

3. Gambarkan grafik kesalahan vs torsi beban untuk gain 1 dan 10 dalam satu koordinat. Juga grafik kecepatan vs torsi beban untuk gain 1 dan 10 dalam satu koordinat! 4. Buat kesimpulan untuk grafik di atas terhadap perubahan torsi untuk gain 1 dan 10! Percobaan 2.5.3 : 1. Jelaskan cara kerja dari pengaturan kecepatan motor DC dua arah ! 2. Gambarkan grafik tegangan kesalahan (socket 3 dan 4) vs tegangan Tacho dikurangi tegangan referensi dan tegangan Tacho dikurangi tegangan referensi vs kecepatan untuk kedua arah putaran! (Arah maju dan mundur dalam satu grafik).

Apa

yang

dapat

disimpulkan

dengan

membandingkan

antara

arah maju dan mundur?

2-12

Module : Sistem Pengaturan Kecepatan Motor DC

Recommend Documents