SIMULASI KARAKTERISTIK ARUS DAN KECEPATAN MOTOR DC TERHADAP MASUKAN PENYEARAH GELOMBANG PENUH DI SIMULINK-MATLAB. Vicky Salamena *) Abstract

Transkripsi

1 SIMULASI ARATERISTI ARUS DAN ECEPATAN MOTOR DC TERHADAP MASUAN PENYEARAH GELOMBANG PENUH DI SIMULIN-MATLAB Vicky Salaena *) Abtract Ai the paper provide current and angle peed characteritic of dc otor ience upply of alternating current (ac) power uplay ue Siulink-MATLAB. Matheatic odel of paraeter otor dc ha appliance in laplace for i ued for tranfer functin input and output variable. AC voltage ource i converted to direct current (dc) voltagy full bridge rectifiying diode. Ouput of rectifier i poitive value for a periode with ued freewheeling diode in inductive load. The otor odel be repreent by controller block in iulink toolbox at atlab progra and give the ine ource in erie at abolutlock. Reult of reearch i curve characteritic of arature current and peed of aft otor. Thi curve how tranient and teady-tate condition, periode of tranient abaut 1.5 econd and tranient i uderdaped. Fluence of ac upply i built ripple on current arature and peed of aft. eyword: current arature, peed of aft, full bridge diode rectifier, I. PENDAHULUAN Motor dc telah banyak digunakan untuk berbagai aplikai indutri, digunakan ebagai penggerak pada ein-ein produki atau alat angkat. Selain itu juga digunakan pada peralatan portebel eperti ein printer dan lain-lain. Sebagai aukan untuk otor dc adalah daya litrik yakni tegangan dan aru litrik keudian keluaran dari otor adalah daya ekanik yaitu tori dan kecepatan rotor. Dala pengendalian otor dc perlu diketahui karakteritik dari variabel-variabel tadi ebagai fungi waktu pada kondii tranien dan kondii tunaknya. Selain itu juga kebanyakan otor dc diuplai oleh uber jala-jala ac elalui ite penyearah. Ada beberapa penyearah tetapi yang banyak digunakan adalah penyearah dioda ite jebatan yang diebut penyearah jebatan gelobang penuh. arakteritik penyearah epengaruhi tegangan aukan otor dc ehingga juga epengaruhi bentuk gelobang aru yang ditarik oleh otor dc, deikian juga epengaruhi tori dan kecepatan rotor. Untuk engetahui hubungan dari variabel-variabel ini perlu dianalii hubungan antar variabel dengan eodelkan paraeter-paraeter otor eperti reitan dan induktan belitan erta ineria dan geekan yang euanya bergantung pada dieni otor dan beban. Penelitian ini engkaji hubungan antara variabel input-output otor dc yang diuplai dengan penyearah gelobang penuh dengan engacu pada karakteritik paraeter otor dc dengan bantuan progra Matlab dengan toolbox-nya Siulink. Hubungan input-output dari kondii fiik otor dc diodelkan dala pernyataan ateatik fungi waktu, keudian ditranforaikan ke doain frekueni atau bentuk laplace ehingga dapat dinyatakan dala blok-blok fungional ite kendali. Progra Siulink dapat enapilkan blok-blok fungional yang berii fungi alih hubungan paraeter-paraeter otor dc dengan blok-blok lain dala uatu rangkaian blok kendali yang enghubungkan input dan output ite yang ditinjau. Hail yang dapat diaati adalah tapilan kurva yang enapilkan kondii tranien dan tunak dari aru yang ditarik oleh otor dc dan keluaran otor dc eperti kecepatan rotor untuk paraeter tertentu dari otor dc. II. TINJAUAN PUSTAA.1. Model Motor DC Motor dc dapat diodelkan dengan kobinai truktur litrik dan truktur ekanik. Struktur litrik adalah odel rangkaian litrik dari belitan aratur yaitu tahanan yang terhubung eri dengan ipedan belitan aratur. Sruktur ekanik adalah oen ineria di rotor dan beban erta geekan yang terjadi karena ada pergerakan ekanik. Rangkaian keatik untuk odel otor dc ditunjukkan oleh Gabar 1 [1]. *) Vicky Salaena; Doen Juruan Teknik Elektro Politeknik Negeri Abon

2 Vicky Salaena: Siulai arakteritik Aru dan ecepatan Motor DC 1013 Terhadap Maukan Penyearah Gelobang Penuh v ( R L ( Motor DC T Tori Ineria beban J Gabar 1 Model otor dc Redaan B Dari rangkaian litrik dapat dibuat peraaan tegangan enurut huku irchhoff tegangan eperti dinyatakan oleh peraaan (1). dia( v ( Ria ( L eb( (1) dt dengan R : tahanan belitan aratur (), L : ipedan belitan aratur (H), i a ( : aru aratur (A), ( : tegangan induki di aratur (V), v ( : tegangan terinal otor (V). ( adalah tegangan induki yang tergantung pada putaran udut (t ), dinyatakan oleh peraaan () [4]. dengan k 1 60 ( k1 ( () : kontanta dieni otor, : fluk agnit kutub otor (Wb), 60 ( : putaran rotor (rp), ( : kecepatan udut rotor (rad/. Bila kutub otor adalah agnit peranen aka kontan ehingga peraaan () dapat diuun kebali enjadi peraaan (3), dengan GGL lawan (Back EMF) ebanding dengan putaran [4]. ( ( (3) 60 untuk kontanta aratur k 1. Dengan enubtituikan peraaan (3) ke (1) diperoleh peraaan (4) ebagai berikut, dia( v ( Ria ( L ( (4) dt Untuk truktur ekanik yang engacu pada huku Newton, diperoleh peraaan tori eperti peraaan (5), d( ( J B( ia( (5) dt dengan: J : oen ineria otor (kg.^/^), B : kontanta redaan ite ekani (N, Peraaan (4) dan (5) ditanforaikan dala bentuk laplace dengan aui eua kondii awal aa dengan nol [6], diperoleh, R L I ( ( ) V ( (6) Sehingga diperoleh I a ( ebagai berikut, V( ( Ia ( R L Dan B J ( I ( ) a (7) T( (8) Dari peraaan (8) diperoleh kecepatan udut ( ebagai berikut, Ia ( ( (9) B J Selanjutnya dengan enubtitui peraaan (9) ke (7) diperoleh fungi alih antara aukan tegangan V ( dan keluaran aru aratur I a ( ebagai berikut, Ia ( J B V ( ( J B)( L R) atau I a ( J B (10) V ( ) JL ( BL JR) BR.. Penyearah Gelobang Penuh Penyearah atu faa adalah rangkaian dioda yang enyearahkan uber tegangan ac atu faa enjadi tegangan dc. Ada beberapa penyearah atu faa, tetapi yang ering digunakan adalah penyearah gelobang penuh ite jebatan. Penyearah jebatan ini epunyai keluaran dc yang cukup baik ehingga eperkecil haronia dan a

3 1014 Jurnal TENOLOGI, Volue 9 Noor 1, 01; enghailkan nilai tegangan rata-rata yang akial. Rangakain penyearah gelobang penuh atu faa ditunjukkan oleh Gabar [3]. I DC V + V int V + V in( t ) D F engandung ipedan I AC AC V AC V DC Suber tegangan ac S D 1 D 4 i D 3 D Penyearah gelobang penuh i D F engandung induktan Gabar 4 Ekiuvalen dua uber output penyearah atau erupakan nilai abolut dari tegangan uber yang dituli ebagai berikut, Gabar Penyearah Gelobang penuh Penyearah gelobang penuh dapat diuun oleh epat buah dioda yang terhubung ebagai jebatan. Bila diberikan input tegangan jalajala v ( V int aka etengah perioda yaitu gelobang poitif ( 0 t ) tegangan akan diberikan keban oleh paangan dioda D 1 dan D, elanjutnya untuk etengah perioda gelobang negatif ( t ) tegangan diberikan oleh paangan dioda D 3 dan D 4. Bentuk tegangan keluaran akibat input tegangan inuoida ditunjukkan oleh Gabar 3 [7]. v ( v DC ( + 0 t D 1, D 3,4 T - t Gabar 3 urva tegangan output penyearah Perilaku dari paangan dioda D 1, dan D 3,4 yang diteria oleh beban dapat dinyatakan ebagai dua uber berbeda faa ebear radian (180 0 litrik) dengan hanya ada untuk nilai poitif. Hal ini dapat dicapai dengan enabahkan diode freewheeling (D F ) yang parallel untuk beban yang engandung induktif. edua uber ini dapat diilutraikan eperti Gabar 4 [3]. v ( V int (11) ehingga uber tegangan hail penyearahan dapat diederhanakan enjadi Gabar 5. V dc V int engandung ipedan Gabar 5 Ekiuvalen dengan nilai abolut tegangan ac.3. ecepatan Poro Motor Dengan enubtitui peraaan (7) ke peraaan (8), diperoleh bentuk, B J ( V ( ( (1) R L Dari bentuk peraaan (11) diperoleh fungi alih otor dc untuk aukan tegangan terinal otor V ( dan keluaran kecepatan poro otor ebagai berikut, ( V( ( B J)( R L) (13) elanjutnya ( t ) d / dt, ehingga diperoleh kebali, ( V ( ( B J)( R L) (14-a) atau dinyatakan dala polinoinal pangkat ebagai berikut, ( V ( LJ ( BL RJ) BR (14-b)

4 Vicky Salaena: Siulai arakteritik Aru dan ecepatan Motor DC 1015 Terhadap Maukan Penyearah Gelobang Penuh III. PEMBAHASAN Bagan pengujian karakteritik otor dc ditunjukkan oleh Gabar 6. Motor dc dihubungkan dengan tegangan uber ac yang telah diearahkan oleh penyearah dioda gelobang penuh. arena otor dc engandung beban induktif aka aru akan tertinggal dari tegangan ehingga pada waktu tegangan telah enuju etengah perioda negatif aru aih tetap engalir yang ebuat dioda tetap konduki dan enyalurkan tegangan negatif ke otor, hal ini akan ebahayakan otor. Untuk encegah hal ini dipaang dioda freewheeling yang encegah pebalikan polarita uber terhadap otor dc. AC I AC V AC Suber tegangan ac S D 1 D 4 i D 3 D Penyearah gelobang penuh i D F V V int Gabar 6 Bagan pengujian otor dc DC U S Motor dc dibuat dengan toolbox uber gelobang inuoida yang telah teredia ebagai fitur progra iulink yang dierikan dengan blok harga utlak eperti ditunjukkan eperti Gabar 8. Gabar 8 Model uber dc di progra iulink Hail penyearahan tegangan inuoida pada progra iulink eperti enggunakan penyearah gelobang penuh dengan enggunakan dioda freewheeling ditunjukkan oleh grafik Gabar 9. Dari bagan pengujian Gabar 6 dapat dibuat rangkaian ekiuvalen pengujian yang terdiri dari dua bagian yaitu ekiuvalen uber tegangan dc eperti Gabar 5 dan ekiuvalen rangkaian otor dc, rangkaian ekiuvalen pengujian dinyatakan eperti Gabar 7. V dc V int R L ( Ekiuvalen otor dc Gabar 7 Rangkaian ekiuvalen pengujian otor dc Selanjutnya perangkat lunak Matlab dan toolbox-nya Siulink erupakan progra yang handal dala peroalan keteknikan, terutaa untuk engekekui odel ateatika dari peroalan teknik enjadi tapilan grafi yaitu kurva-kurva tertentu yang ewakili perilaku ite baik perioda tranien aupun tunak eperti ein-ein litrik [8]. Siulink yang dapat engake odel ateatika dala rangkaian blok-blok kendali yang diuun untuk engaati tanggapan uatu ite terhadap aukannya. Suber tegangan dc yang ada pada Gabar 7 dapat Gabar 9 eluaran tegangan earah di prograiulink Terlihat bahwa tegangan keluaran yang dihailkan oleh progra iulink erupakan pula-pula poitif dari gelobang inuoida, gelobang tegangan dc ini yang diupankan klok rangkaian ekiuvalen otor dc. Untuk engaati perilaku aru litrik yang ditarik oleh otor dc, dibuat fungi alih terhadap rangkaian ekiuvalen otor dc pada Gabar 7, keudian ebagai aukan adalah tegangan dc dan keluaran adalah aru aratur otor dc yang berpedoan pada hubungan fiik euai peraaan (10). Blok fungi alih otor dc dapat ditunjukkan eperti Gabar 10. J B JL ( BL JR) BR V ( I a ( Gabar 10 Blok fungi alih otor dc antara tegangan dan aru Selanjutnya untuk endapatkan keluaran kecepatan poro dibuat blok fungi

5 1016 Jurnal TENOLOGI, Volue 9 Noor 1, 01; tranfer yang berpedoan pada peraan (13), dengan blok fungi alih eperti Gabar 11. JL ( BL JR) BR V ( ( Gabar 11 Blok fungi alih otor dc antara tegangan dan kecepatan Untuk edapatkan karakteritik keluaran aru dan kecepatan akibat aukan tegangan penyearah gelobang penuh di odel iulai pada progra iulink diaukkan data-data fiik otor dc euai ditunjukkan oleh Tabel 1, dengan tegangan ac V AC 10 in t, 10 Hz. Tabel 1 Data otor dc Moen ineria, J 0,01 kg.^/^ Redaan ite ekanik, 0,1 N B 0,01 N/A ontanta otor, 1 oh Reitan, R 0,5 H Induktan, L Suber: atlab kontrol jurnal Setelah eaukan data otor dc pada blok Gabar 10 dan Gabar 11 keudian dirangkai dengan uber tegangan penyearah Gabar 8 aka diperoleh odel iulai yang dirangkai pada progra iulink eperti ditunjukkan oleh Gabar 1. Gabar 1 Model iulai otor dc di progra iulink Gabar 13 Hail iulai otor dc Hail iulai ditapilkan pada Gabar 13. Pada gabar terebut terlihat kurva tegangan ac, kurva tegangan dc (hail penyearahan), kurva aru aratur dan kecepatan poro rotor otor dc yang euanya fungi waktu. Selanjutnya dengan aukan tegangan inuoida enghailkan tegangan keluaran penyearah dengan nilai inuoida bernilai poitif dala atu perioda frekueni jala-jala. Pada iulai tegangan akiu ac 10V dan frekuen0hz. Hailnya aru eningkat ecara tereda ehingga tidak ada overhoot pada perioda tranien dan encapai keadaan tunak (teadytate) pada t 1,5 detik untuk nilai tunaknya berkiar 5A. Deikian juga dengan kecepatan rotor epunyai waktu tranien yang aa dengan aru dan encapai keadaan tunak pada nilai 0,5 dari nilai atuan. arakteritik aru dan kecepatan otor dc dapat ditapilkan oleh progra iulink di atlab ecara lengkap dari proe tranien apai pada kondii tunak. Pengaruh dari aukan tegangan inuoida adalah terjadi ripel aru dan kecepatan yang eiraa dengan frekueni tegangan uber. Bentuk ripel aru tergantung pada nilai induktan L belitan otor karena aru akan tertinggal dari tegangan untuk uatan unduktif, dengan nilai L yang euai akan eperkecil ripel aru. Deikian juga untuk ripel kecepatan, dapat dibuat eakin halu dengan engatur ineria J pada beban yang berperilaku eperti roda gila pada perangkat/ein rotai.

6 Vicky Salaena: Siulai arakteritik Aru dan ecepatan Motor DC 1017 Terhadap Maukan Penyearah Gelobang Penuh IV. ESIMPULAN 1. Hail iulai dengan progra iulink atlab dapat enapilkan kurva karakteritik aru dan kecepatan yang eperlihatkan perioda tranien dan keadan tunak.. Pengaruh dari uber inuoida (tegangan jala-jala) yang diearahkan aih berpengaruh terhadap ripel dari aru yang ditarik oleh otor dc dari uber dan kecepatan rotor 3. Untuk aukan tegangan inuoidal yang telah diearahkan dan peifikai fiik otor aka, aru dan kecepatan otor eningkat ecara tereda ehingga tak ada overhoot dan encapai keadaan tunak pada t 1,5detik. V. DAFTAR PUSTAA 1. Fallahi M. and Azadi S., 009, Robut Control of DC Motor Uing Fuzzy SlidingMode Control with PID Copenator, Procceding of the International MultiConference of Engineer and coputer Scientit 009 Vol. II IMECS 009, March 18-0, 009, Hong ong. Hartanto T. W D. dan Praetyo Y. W. A., 003, Analii dan Deain Site ontrol dengan Matlab, Penerbit Andi, Yogyakarta 3. Lander C. W., 1993, Power Electronic, Third Edition, McGraw- Hill, Singapore 4. Leephakpreeda T., 008, Modelbaed Analyi for Experiental Paraeter Identification of Micro DC Motor, Thanaat Int. J. Sc. Tech., Vol. 13, No. 1, January-March Pakpahan S., 1994, ontrol Otoatik (Teori dan Penerapan), Penerbit Erlangga, Jakarta 6. Prayudi, 006, Mateatika Teknik (Peraaan Diferenial, Tranforai Laplace dan Deret Fourier), Graha Ilu, Yogyakarta 7. Rahid M. H., 1993, Elektronika Daya (Rangkaian, Devai dan Aplikainya), Edii edua, PT Prenhalindo, Jakarta 8. Saffet A. and Gultekin., 007, DC Motor Speed Control Method Uing MATLAB/Siulink and Their Integration into Undergraduate Electric Machinery Coure, Departeent of Electrical and Electronic Engineering, Nigde Univerity 51100, Turkey