MOTOR LINIER INDUKSI FREE RUNNING BERBASIS MIKROKONTROLLER PIC 18F4550 Bernadus Septyo Adi G 1), Slamet Riyadi 2) Teknik Elektro, Universitas Khatolik Soegijapranata Semarang, Indonesia Jl. Pawiyatan Luhur IV/1 Bendan Dhuwur, 50234, Semarang, Indonesia 1)
[email protected], 2)
[email protected]
Abstrak— Pada makalah ini dikaji kinerja prototype motor linier induksi free running berbasis mikrokontroller PIC 18F4550. Perancangan Motor linier induksi berbentuk miniatur lokomotif kereta/mover. Pada penelitian ini dilakukan uji coba menggerakan mover secara maju dan mundur dengan konsep motor linier induksi dan juga kendali yang disimpan didalam memori mikrokontroller PIC 18F4550. Hasil pengujian menunjukkan mover dapat bergerak maju dan mundur dengan pemrograman bahasa C yang tersimpan di dalam memori mikrokontroller PIC18F4550.
bergerak ) akan terinduksi oleh medan magnet ini dan memperoleh tegangan induksi sehingga rotor tersebut juga menghasilkan medan magnet. Karena rotor merupakan circuit tertutup maka ada arus mengalir. Hasil perpotongan medan magnet dan arus yang mengalir ini akan menimbulkan gaya dorong yang digunakan untuk menggerakkan rotor secara linier.
Kata Kunci- Motor Linier Induksi, PIC 18F4550
I. PENDAHULUAN Motor menjadi suatu hal yang tidak dapat dipisahkan dari kehidupan manusia di era zaman yang berkembang pesat sekarang ini. Bahkan bisa dikatakan kehidupan manusia sekarang ini bergantung pada motor mulai dari peralatan rumah tangga, mainan anak-anak, peralatan militer, peralatan kedokteran hingga menuju ke segi transportasi[1]. Motor dibedakan menjadi dua kategori berdasarkan arah pergerakkannya, yaitu motor yang bergerak secara rotasional (rotasi) dan motor yang bergerak secara transversal (translasi/mendatar).[2], [5] Dalam kaitan bidang transportasi, penggunaan motor linier dalam sarana transportasi merupakan salah satu solusi yang tepat untuk menanggulangi masalah kemacetan. Di beberapa Negara maju seperti china, jepang dan jerman motor linier sudah digunakan sebagai sarana transportasi yang masuk dalam kategori transportasi darat terbaik atau lebih dikenal dengan sebutan kereta maglev. Motor induksi linear adalah motor linear yang bekerja dengan prinsip yang sama dengan motor induksi yang lain, namun didesain untuk menghasilkan gerakan pada satu garis lurus. Pada tugas akhir ini akan dikaji suatu desain dan perancangan motor linier free running berbasis pic 18f4550.[1], [5].
II. MOTOR LINIER INDUKSI Motor linier induksi adalah motor linear yang prinsip kerjanya sama dengan motor induksi namun didesain untuk menghasilkan gerakan pada satu garis lurus. Di mana motor induksi pada prinsipnya ialah motor listrik yang bekerja berdasarkan induksi elektromagnet. Bila kumparan stator diberi tegangan maka akan timbul medan magnet disekitarnya. Rotor/mover ( bagian yang
Gambar 1. Desain konstruksi dasar motor linier induksi
Secara dasar teori Motor linier induksi dapat bekerja karena faktor timbulnya induksi elektromagnetik. Timbulnya induksi elektromagnetik karena faktor: medan magnet, fluks magnet, ggl induksi, arus induksi, gaya lorentz, gaya newton, gaya gesek dan GLBB. Sebagai berikut diagram alirnya:
Gambar 2. Diagram alir prinsip kerja motor linier induksi
Mikrokontroler PIC 18F4550 adalah mikrokontroler kelas menengah yang banyak digunakan untuk berbagai Aplikasi di bidang Industri. Mikrokontroler PIC 18F4550 sangat praktis dan menggunakan teknologi FLASH memory sehingga dapat diprogram hapus hingga seribu kali. Salah satu keunggulan dari mikrokontroler PIC 18F4550 yaitu terdapat pin yang merupakan D- dan D+ sehingga dapat berkomunikasi dengan komputer menggunakan fasilitas USB. Mikrokontroler PIC 18F4550 ini dapat berkomunikasi dengan low dan full speed USB. PIC 18F4550 memiliki kemasan 40 pin PDIP dengan 35 jalur I/O. Konfigurasi pin pada PIC 18F4550 dapat dilihat pada Gambar 3. Pinpin untuk I/O sebanyak 35 pin, yang terdiri atas 7 pada Port A, 8 pada Port B, 8 pada Port C, 8 pada Port D, 4 pada Port E. Pada tugas akhir, penulis menggunakan port D sebagai output.
Gambar 4. Perancangan Konstruksi Motor Linier Induksi Tampak Samping H
G
F
D
E
C
B
A
24 V
GH
GG
GF
GE
GD
Gc
GB
GA
GH GG GF GE GD Gc GB GA
CATU DAYA +5V
PIC 18F4550
BUFFER
Gambar 5. Rangkaian Ekivalen Motor Linier Induksi free running Berbasis Mikrokontroller PIC 18F4550
Gambar 3. Konfigurasi Mikrokontroler PIC 18F4550
Sistem kontrol yang akan diimplemetasikan merupakan sistem kontrol digital. Proses pemrograman dilakukan dengan bantuan software mikroC for PIc. Pada software inilah nantinya program kontrol digital akan dibuat dengan menggunakan bahasa pemrograman C.
III. PERANCANGAN dan IMPLEMENTASI ALAT Pada Gambar 4 ditunjukkan perancangan konstruksi motor linier induksi tampak samping, penulis menerapkan konsep seperti kereta. mover sebagai lokomotif kereta, lintasan sebagai rel kereta dan stator/elektromagnet sebagai elektronika daya yang menentukan pergerakan mover. Bahan dasar pembuatan Lintasan dan mover ialah acrylic. Pada Gambar 5 ditunjukkan diagram blok sistem motor linier induksi. Implementasi alat terdiri Blok Catu Daya untuk PIC 18F4550, Blok Mikrokontroller PIC 18F4550, Blok Buffer, Mosfet, delapan buah induksi elektromagnetik (stator). Mengacu pada diagram blok di atas, catu daya menggunakan tegangan arus searah (DC). Mikrokontroller PIC 18F4550 digunakan untuk menghasilkan sinyal kendali yang akan mengaktifkan saklar semikonduktor. Sinyal kendali dari PIC 18F4550 dihubungkan dengan rangkaian buffer (IC DM74LS14). Buffer digunakan untuk mempertegas logika. Keluaran buffer dihubungkan dengan kaki G (gate) mosfet. Sinyal ini digunakan sebagai sinyal masukan bagi mosfet untuk menentukan apakah arus diteruskan ke bahan magnet atau tidak. Delapan buah saklar otomatis (mosfet IRFP460) digunakan sebagai saklar otomatis yang berfungsi untuk mengaktifkan ataupun mematikan tiap lilitan bahan magnet.
Gambar 6. Flowchart program PIC 18F4550
Pada Gambar 7 dan Gambar 8 ditunjukkan bentuk rancangan urutan magnetisasi metode maju dan metode mundur. Rancangan tersebut terdiri dari 8 elektromagnet. Bahan inti dari elektromagnet adalah kawat tembaga dan inti besi. Jika kawat tembaga dialiri arus maka elektromagnet menghasilkan fluks magnet. Untuk memberi penjelasan bagaimana cara kerja motor linier induksi maka metode maju dan metode mundur diberikan penamaan step 1 hingga step 16. Kata energized yang ditunjukkan pada tiap-tiap step menunjukkan pengaktifan elektromagnet tersebut. Sedangkan elektromagnet yang tidak menunjukkan kondisi energized, maka elektromagnet dalam kondisi tidak dialiri arus/unenergized. Agar menghasilkan magnetisasi yang berurutan maka harus ada timing pulsa secara berurutan .
Pada Gambar 9 dan Gambar 10 ditunjukkan perancangan timing diagram pulsa penyalaan motor linier induksi metode maju dan metode mundur. Pada Gambar 9 dan 10 ditunjukkan juga step-stepnya. Step-step tersebut jika dihubungkan dengan Gambar 7 dan Gambar 8 menunjukkan adanya kesinambungan. Saat pulsa GA on (gate mosfet untuk elektromagnet A) aktif, maka elektromagnet A energized dan seterusnya seperti yang ditunjukkan pada masing-masing Gambar tersebut.
Gambar 7. Timing Diagram Pulsa Penyalaan Metode Maju
Gambar 9. Perancangan Urutan Magnetisasi Metode Maju
Gambar 8. Timing Diagram Pulsa Penyalaan Metode Mundur
Gambar 12. Realisasi Konstruksi Motor Linier Induksi Metode Mundur Tampak Samping
Gambar 10. Perancangan Urutan Magnetisasi Metode Mundur
IV.
HASIL PENELITIAN dan PEMBAHASAN
Didalam perancangan motor linier induksi, penulis menerapkan konsep seperti kereta seperti yang ditunjukkan pada Gambar 11 dan Gambar 12. mover sebagai lokomotif kereta, lintasan sebagai rel kereta dan stator sebagai sumber daya yang menentukan pergerakan mover. Pada Gambar 11 dan Gambar 12 ditunjukkan realisasi motor linier induksi sebagai berikut:
Gambar 13 merupakan hasil bentuk gelombang yang dihasilkan dengan memasukkan data program maju pada yang didapatkan dari keluaran pin mikrokontroller PORT D.0 dan PORTD.1 di mana PORT D.0 ialah pin yang mengaktifkan elektromagnet A dan PORTD.1 ialah pin yang mengaktifkan elektromagnet B. Gambar 14 merupakan hasil bentuk gelombang yang dihasilkan dengan memasukkan data program mundur pada yang didapatkan dari keluaran pin mikrokontroller PORT D.0 dan PORTD.1 di mana PORT D.0 ialah pin yang mengaktifkan elektromagnet A dan PORTD.1 ialah pin yang mengaktifkan elektromagnet B. Secara keluruhan sinyal keluaran yang harus ditampilkan di osiloskop ialah 8 sinyal karena ada 8 buah elektromagnet yang bekerja. Dikarenakan terbatasnya monitor osciloskop maka penulis hanya mengambil 2 buah sinyal yang secara keseluruhan saling bergeser 450.
Gambar 13. Hasil Pengujian Gelombang Metode Maju
Gambar 11. Realisasi Konstruksi Motor Linier Induksi Metode Maju Tampak Samping
Tabel 1. Data Parameter Analisa Delay Motor Linier Induksi
Gambar 14. Hasil Pengujian Gelombang Metode Mundur Hasil Pengujian yang didapat pada motor linier induksi adalah sebagai berikut: Panjang 1 gelombang = 5.4 kotak Time/div = 0.2 S Periode = 5.4 x 0.2 S Maka Frekuensi = 1 / (5.2 x 0.2) = 1 / 1.08 = 0,9 Hz Pada pengujian yang dilakukan, faktor yang menyebabkan motor linier induksi dapat bekerja yaitu Bila kumparan stator/elektromagnet diberi tegangan maka arus akan mengalir pada kawat dan timbul medan magnet disekitarnya. Arus yang mengalir pada kawat akan menimbulkan fluks magnetik. Fluks magnet yang melewati celah udara dan arus mengalir menuju lempengan besi (mover) maka muncullah gaya gerak listrik (GGL) Induksi. Lalu muncul gaya Lorentz di mana arus mengalir pada kawat elektromagnet maka timbul gaya Lorentz (F). lalu muncullah gaya gerak newton di mana mover sebagai massa mendapatkan percepatan. Lalu dari gaya gerak newton muncul gaya gesek yang timbul karena koefisien gaya gesek dan gaya magnet. Lalu dari gaya gesek mover maka muncullah GLBB (gerak lurus berubah beraturan) yang timbul karena pergerakan mover. Faktor yang mempengaruhi ialah kecepatan awal mover/start (V0), jarak yang ditempuh mover/jarak lintasan (X), percepatan mover (a) dan waktu yang ditempuh mover/pergerakan mover dari start hingga finish (t). Dalam sistem kontrol motor linier free running induksi berbasis mikrokontroller PIC 18F4550 terlihat bahwa sistem pergerakan mover dikendalikan oleh mikrokontroller PIC 18F4550. Maka sistem kontrol pemprograman juga menjadi faktor yang sangat penting. Untuk menggerakkan mover secara maju dan mundur, maka tiap-tiap elektromagnet harus teraliri arus secara tepat dan menghasilkan fluks magnetik sehingga menimbulkan induksi elektromagnetik dan dapat menggerakkan mover. Berdasarkan eksperimen yang dilakukan, faktor pemprograman penentuan delay yang dapat menentukan motor linier induksi dapat bekerja secara tepat. Delay adalah sebuah perintah untuk memanggil fungsi menunda waktu, jadi setiap program yg diselingi delay maka perintah itu akan ditunda hingga perintah pertama selesai dijalankan. Berikut ini hasil analisa delay pada motor linier induksi :
Delay
Hasil
1 ms
buruk
3 ms
baik
5 ms
buruk
Dari Tabel 1. maka penulis dapat menganalisa bahwa penggunaan delay 3 ms pada pemprograman motor linier induksi lebih tepat. V.
KESIMPULAN
Frekuensi yang ideal untuk menggerakkan motor linier induksi free running berbasis PIC 18F4550 ialah 0,9 hz dan dalam pemprograman menggunakan delay 3 ms Fluks magnet yang dihasilkan motor linier induksi dapat dilakukan dengan cara menambah arus dan menambah tegangan. Namun lebih efisien dengan menambah jumlah lilitan karena tidak berpengaruh pada kendala material yang digunakan. VI. [1]
[2] [3] [4] [5] [6]
DAFTAR PUSTAKA
Dr. Ir. Slamet Riyadi, 2011, “Diktat Kuliah Penggerak Motor Listrik dan Diktat Kuliah Motor Listrik.”, Perpustakaan Unika Soegijapranata. Joey Adhi Chandra, 2010, Tugas Akhir: “Konsep dan Desain Motor Linier Sederhana.”, Perpustakaan Unika Soegijapranata. Sakae Yamamura, 1979, “Theory Of Linear Induction Motor.” Dr. Adel Gastli, 2003, “Electromechanical Systems and Actuators.” Eureka March, 2005, “Linier Motor for High Acceleration.” Laithwaite, 1966, “Induction Machine For Special Purposes.”
