MEDIA ELEKTRIK, Volume 4 Nomor 2, Desember 2009

MEDIA ELEKTRIK, Volume 4 Nomor 2, Desember 2009

Syamsu Yusuf, Simulasi Komputer Untuk Rangkaian Listrik Pengendali Kecepatan Motor DC Terkendali Jangkar Menggunakan Tachometer Opik

SIMULASI KOMPUTER UNTUK RANGKAIAN LISTRIK PENGENDALI KECEPATAN MOTOR DC TERKENDALI JANGKAR MENGGUNAKAN TACHOMETER OPTIK Syamsu Yusuf Jurusan Pendidikan Teknik Elektronika Fakultas Teknik Universitas Negeri Makassar

Abstrak Salah satu aplikasi dari simulasi adalah dalam bidang teknik adalah pengaturan rangkaian motor DC yang menggunakan tachooptik yang disimulasikan melalui program MATLAB sebagai alat bantu perencanaan. Aplikasi MATLAB yang digunakan adalah simulink.. Simulink adalah proses dimana pengetahuan tentang kelakuan dari sistem yang melekat secara fisik dapat diamati untuk mewakili sistem. Untuk mendapat kelakuan sistem maka akan diberi perlakuan dengan tujuan untuk mendapatkan kestabilan sistemOleh karena hingga saat ini rangkaian pengganti tachometer optik belum didapatkan secara pasti, maka dalam simulasi ini digunakan Phase-Locked-Loop (PLL) sebagai penggantinya. Fungsi PLL sebagai sistem umpan balik frekuensi yang terdiri dari komparator, suatu low-pass filter, dan sebuah osilator yang dikontrol tegangan(VCO). Komparator phase akan membandingkan frekuensi sinyal input fi kepada frekuensi fm dan akan membangkitkan tegangan error ve. Tegangan error ini difilter kemudian diperkuat dan diumpankan ke VCO yang akan memaksa VCO mengubah frekuensi dengan menambah atau menurangi frekuensi yang tergantung pada perbedaan frekuensinya. Setelah dilakukan pengamatan berulangkali, ternyata, bahwa hasil pengamatan memberikan hasil tetap pada tegangan jangkar, arus jangkar, dan kecepatan motor adalah pada masukan acuan ≥ 20 walaupun Kp dan K1 diubah-ubah secara bertahap. . Kata kunci: Simulasi, Simulink, Motor DC, Tachometer optik

Pada dasarnya simulasi adalah proses dimana pengetahuan tentang kelakuan dari sistem yang telah melekat secara fisik didapatkan dengan penga matan pada kelakuan dari model yang mewakili sistem(Naim,1988). Lebih lanjut dikatakan bahwa simulasi semata-mata dipandang sebagai pengetahuan dan seni dari percobaan terhadap model. Sebagai contoh, simulasi dapat menge cek dan mengoptimasi desain sistem sebelum dilakukan konstruksi, yang hal ini dapat membantu mencegah kesala han-kesalahan desain sekaligus menja min keamanan. Penggunaan model-model komputer dan simulasi telah berkembang pada tiga dekade terakhir ini. Hampir semua simulasi telah dipergunakan diberbagai bidang seperti: 1. Teknik/Engineering : seperti desain kapal udara, radar, komu nikasi, power/energi, proses kimia, proses manufaktur, kontrol, computer aided enginee ring (CAE), computer aided design (CAD), dan lain-lain. 2. Science oriented: sistem pengmatan mata

manusia, pertumbuhan sel otak, sistem syaraf, obat-obat anti kanker, kontrol penyakit dan lain-lain. 3. Humanities/social science: ekonomi, makanan dan tumbu han, sumber-sumber daya alam, politik dan lain-lain. Dalam bidang teknik misalnya maka salah satu penggunaan yang banyak dipakai adalah dengan pengaturan rangkaian motor DC yang menggunakan tachooptik yang disimulasikan melalui program MATLAB sebagai alat bantu perencanaan.

PEMODELAN MOTOR DC Mesin-mesin DC sangat dikenal karena pemakaiannya yang dapat beraneka ragam. Dengan melakukan penggabungan lilitan medan yang dihubungkan secara shunt, seri maupun terpisah dapat dirancang suatu mesin yang dapat menampilkan karakteristik volt-ampere yang atau kecepatan yang bermacam-macam bagi penggunaan dinamik maupun keadaan steadystate.


Selengkapnya persamaan 5 simulinknya adalah sebagai berikut,

program

Gambar 1. Pemodelan simulink rangkaian motor DC Dimana 1/S adalah integrator Dengan cara yang sama didapatkan untuk motor DC gambar blok diagramnya adalah sebagai berikut,

Dari rangkaian listrik dan angkaian mekaniknya diperoleh model persamaan sebagai berikut :

¶q 2 (t ) T(t)= J + Bw (t ) . . . . . . . . . . . . . (1) ¶t 2 Yang identik dengan formula garis lurus sebagai berikut : F(t) = M

¶2x ¶x + B + kx . . . . . . . . .. . (2) 2 ¶t ¶t

meter yang dimaksud kan oleh Del Toro adalah tachometer yang dibangkitkan oleh motor induksi dua phasa yang keduanya ditempatkan berselisih phasa 900. Servo motor ini banyak dipergunakan untuk kontrol karena kemampuannya menguji karakte ristik dinamik dan sering meningkatkan akurasi. Di sisi lain dengan berkembangnya penemuan terhadap motor DC, maka tachometer sekarang ini banyak mempergunakan motor DC dan mempergunakan sistem elektronik sebagai pemicunya, seperti yang dikemukakan oleh Ogata(1996). Istilah yang sering dipergunakan adalah Tachometer Optik. Oleh karena hingga saat ini rangkaian pengganti tachometer optik belum didapatkan secara pasti, maka dalam simulasi ini digunakan Phase-Locked-Loop (PLL) sebagai penggantinya. Alasannya adalah cara kerja yang hampir sama dengan tachometer optik. Milton(1988) menguraikan fungsi PLL sebagai sistem umpan balik frekuensi yang terdiri dari komparator, suatu low-pass filter, dan sebuah osilator yang dikontrol tegangan(VCO). Komparator phase akan membandingkan frekuensi sinyal input fi kepada frekuensi fm dan akan membangkitkan tegangan error ve. Tegangan error ini difilter kemudian diperkuat dan diumpankan ke VCO yang akan memaksa VCO mengubah frekuensi dengan menambah atau menurangi frekuensi yang tergantung pada perbedaan frekuensinya. Secara matematis pada phase detektor akan muncul :

[

]

Vref=sin 2p ( f ref + Df ) t + f Vrun=sin [2pf run t ] Yang pada saat terkunci maka : Vlocked = Vrun - Vref

Dari persamaan 2 didapatkan output kecepatan sebagai berikut : x(t)=

1 M

æ

ò [ ò çè F (t ) - B

¶x(t ) )¶t ]¶t . (3) ¶t

PEMODELAN RANGKAIAN TACHOMETER OPTIK Tacho meter adalah suatu alat yang dijalankan secara mekanis namun pe micunya adalah secara listrik (Del Toro,1977). Tacho

Gambar 3. Rangkaian PLL


SIMULASI PENGATURAN RANGKAIAN KECEPATAN MOTOR DC DENGAN TACHOOPTIK Sebagaimana yang diterangkan pada bagian pendahuluan bahwa simulink adalah proses dimana pengetahuan tentang kelakuan dari sistem yang melekat secara fisik dapat diamati untuk mewakili sistem. Untuk mendapat kelakuan sistem maka akan diberi perlakuan dengan tujuan untuk mendapatkan kestabilan sistem. Perlakuannya adalah sebagai berikut : · Memasang acuan perintah pada beberapa nilai yang ditentukan · Mengubah-ubah nilai Kp (sebagai penguat sistem) untuk mendapatkan beberapa nilai

tegangan jangkar, arus jangkar, dan kecepatan motor sebagai standar pengamatan · Mengubah-ubah nilai K1 sebagai penguat tachooptik untuk mendapatkan nilai tegangan jangkar, arus jangkar dan kecepatan motor yang tetap walaupun nilai K1 tetap diubahubah secara bertahap. · Mengubah-ubah bentuk-bentuk gangguan secara bertahap pada beberapa nilai dimana tegangan jangkar, arus jangkar, dan kecepatan motor tidak berubah(tetap). Disamping itu, untuk mengaktifkan beberapa fungsi simulink yaitu rectifier, perata, v2f pada suatu batas nilai maka, dibuatkan pemrograman tertentu.

Gambar 4. Rangkaian pengendali dengan tachometer optik

HASIL DAN PEMBAHASAN Setelah dilakukan pengamatan berulangkali, ternyata, bahwa yang memberikan hasil tetap pada tegangan jangkar, arus jangkar, dan kecepatan motor adalah pada masukan acuan ≥ 20 walaupun Kp dan K1 diubah-ubah secara bertahap. Hasil selengkapnya dapat dilihat pada

tabel. • Untuk nilai masukan acuan yang diubahubah sementara Kp dan K1 dalam keadaan tetap masing-masing 1 didapatkan bahwa untuk nilai masukan dibawah 20 tegangan jangkar, arus jangkar dan kecepatan motor berubah-ubah yang berarti kestabilan tidak dapat dipertahankan.


· Namun untuk nilai masukan acuan diatas 20 maka tegangan jangkar, arus jangkar, dan kecepatan motor didapati tidak berubah walaupun nilai acuan ditingkatkan terus. · Pada nilai acuan masukan sama dengan didapati arus awal yang sangat besar yang besarnya hampir 17 kali nilai normal yang tentu saja akan dapat merusak motor. · Di atas nilai masukan acuan 20 maka arus awal yang didapatkan untuk polaritas positip 12 kali normal sedangkan pada polaritas negatip hanya 2 kali besarnya · Pada nilai Kp dan masukan acuan yang diset pada nilai negatip maka tegangan jangkar, arus jangkar, dan kecepatan motor berpolaritas negatip yang sama nilainya jika polaritasnya dibalik · Pada nilai masukan acuan diatas 20 maka didapatkan tegangan jangkar, arus jangkar, dan kecepatan motor stabil.

SIMPULAN Berdasarkan hasil simulasi, dapat disimpulkan:

· Pada nilai masukan acuan dibawah 20 maka servo tidak stabil · Nilai masukan acuan yang ne gatip akan membalik putaran motor · Nilai penguat plant (Kp) yang negatip juga akan membalik putaran motor · Pada nilai penguat tachooptik yang negatip tidak akan memba lik putaran motor · Pada nilai penguat tachooptik di atas 1 pada kondisi masukan acuan =20 dan Kp=1 maka sistem tidak stabil.

DAFTAR PUSTAKA Del Toro, Vincent. 1975. Electromechanical Devices for Energy Convertion and Control System. New Delhi : Prentice Hall Dorf, Richard C.1980. Sistem Pengaturan. Jakarta : Erlangga. H.Seidman Arthur&Kaufman Milton.1988. Handbook of Electronics Calculation.New York: Mc.Graw Hill Ogata, Katsuhiko, 1997. Teknik Kontrol Automatik Jilid 1 dan 2.Jakarta:Erlangga.

Tabel Hasil pengamatan simulasi


MEDIA ELEKTRIK, Volume 4 Nomor 2, Desember 2009

Recommend Documents