BAB VII FINAL KONTROL

Transkripsi

1 BAB VII FINAL KONTROL TUJUAN PEMBELAJARAN Di dalam bab ini, diperkenalkan teknik yang umum digunakan untuk implementasi fungsi elemen kontrol. Setelah membaca bab ini, anda harus bisa: 1. Mendefinisikan ketiga bagian dari operasi kontrol akhir. 2. Memberi dua contoh konversi sinyal listrik. 3. Menguraikan prinsip operasi ac, dc, dan motor stepper. 4. Menjelaskan bagaimana suatu aktuator pnematik posisi baik yang langsung maupun yang membalikkan. 5. Membedakan control valve(control valve)yang quick-opening, linier, dan persentase dalam kaitan dengan aliran versus posisi stem. 6. Menjelaskan bagaimana teknik perekat control valve mengijinkan pemilihan ukuran control valve yang sesuai. 7.1 PENGENALAN Komponen sistem kontrol pada kontrol bagian akhir adalah tranduser. Ada beberapa jenis trnduser yang dapat digunakan pada proses kontrol. Dalam pemilihan tranduser harus dipertimbangkan di lingkungan yang bagaimana tranduser tersebut akan diguanakan. 7.2 OPERASI KONTROL AKHIR Operasi Elemen kontrol akhir melibatkan langkah-langkah yang diperlukan untuk mengkonversi sinyal kontrol (yang dihasilkan oleh suatu kontroler proses) ke dalam tindakan proporsional pada proses itu sendiri. Jadi, untuk menggunakan suatu sinyal kontrol tertentu 4-20 ma untuk mengubah suatu laju alir besar 10.0 m3/min sampai 50.0 m3/min, tentu memerlukan beberapa operasi perantara (intermediate). Operasi Intermediate yang spesifik sangat tergantung pada disain kontrol proses, tetapi penyamarataan tertentu dapat dibuat mengenai langkah-langkah yang membawa sinyal kontrol kepada elemen kontrol akhir. Untuk suatu aplikasi kontrol proses tertentu, konversi suatu sinyal process-controller kepada suatu fungsi kontrol dapat diwakili oleh langkah-langkah yang ditunjukkan Gambar 7.1. Sinyal Masukan boleh dapat berupa macam-macam bentuk, mencakup suatu arus listrik, sinyal digital, atau tekanan pnematik. 110

2 Gambar 7.1 Elemen operasi kontrol akhir Konversi Sinyal Langkah ini mengacu pada modifikasi yang harus dibuat pada sinyal kontrol untuk terhubung dengan baik dengan langkah kontrol berikutnya, yaitu aktuator. Sehngga, jika suatu elemen kontrol valve dioperasikan oleh suatu aktuator motor listrik, maka sinyal kontrol 4-20 ma dc harus dimadifikasi untuk mengoperasikan motor itu. Jika suatu motor dc digunakan, modifikasi boleh jadi adalah konversi arus ke tegangan dan penguatan. Bentuk standar modifikasi sinyal dibahas Bagian 7.3. Alat yang melaksanakan konversi sinyal seperti itu sering disebut transduser sebab ia mengkonversi sinyal kontrol dari satu bentuk ke bentuk lain, seperti arus ke tekanan, arus ke tegangan, dan semacamnya Aktuator (Lihat Gambar 7.1) Hasil konversi sinyal menyediakan suatu sinyal yang dikonversi dan/atau diperkuat yang dirancang untuk beroperasi/menggerakkan suatu mekanisme untuk merubah suatu variabel kontrol di dalam proses itu. Efek langsung pada umumnya diterapkan oleh sesuatu dalam proses, seperti suatu valve atau heater yang harus dioperasikan oleh beberapa alat. Aktuator adalah suatu terjemahan sinyal kontrol (yang dikonversi) ke dalam tindakan pada elemen kontrol. Jadi, jika suatu valve dioperasikan, maka aktuator adalah suatu alat yang mengkonversi sinyal kontrol ke dalam tindakan fisik membuka atau menutup valve. Beberapa contoh aktuator bersama-sama penggunaan kontrol proses dibahas Bagian Elemen Kontrol Lihat Gambar 7.1) Pada akhirnya kita mendapatkan elemen kontrol akhir sendiri. Alat ini mempunyai pengaruh langsung pada variabel dinamis proses dan dirancang sebagai suatu bagian integral dari proses itu sendiri. Jadi, jika aliran dikontrol, maka elemen kontrol, suatu valve, harus dibangun secara langsung pada sistem aliran. Dengan cara yang sama, jika temperatur dikontrol, maka beberapa mekanisme atau elemen kontrol yang mempunyai suatu pengaruh langsung pada temperatur harus dilibatkan pada proses itu. Ini bisa jadilah kombinasi suatu heater/cooler yang secara elektris digerakkan oleh rele atau suatu valve pnematik untuk mengendalikan influks reaktan. 111

3 Pada Gambar 7.2, suatu sistem kontrol ditunjukkan untuk mengendalikan derajat tingkat baking (tingkat kematangan/bakaran) dari, katakanlah, biskuit, yang ditentukan oleh warna biskuit. Sistem Pengukuran optis menghasilkan suatu sinyal pengkondisii 4-20 ma yang merupakan suatu representasi analog warna biskuit (dan, oleh karena itu, menunjukkan baking yang sesuai). Kontroler membandingkan pengukuran itu dengan setpoint dan suatu sinyal keluaran 4-20 ma yang mengatur konveyer menumpan m kecepatan motor untuk melakukan penyesuaian waktu membakar biskuit. Operasi Kontrol akhir kemudian direpresentasikan dengan suatu konversi sinyal yang mengubah bentuk sinyal 4-20 ma ke dalam suatu sinyal volt seperti yang diperlukan untuk kontrol kecepatan motor. Motor sendiri adalah aktuator, sedangkan perakitan ban berjalan konveyer adalah elemen kontrol. Disebabkan aplikasi teknik kontrol proses di dalam industri adalah bervariasi seperti industri itu sendiri, [adalah tidak praktis untuk mempertimbangkan lebih dari beberapa teknik pengendalian akhir. Dengan mempelajari beberapa contoh, pembaca seharusnya disiapkan untuk meneliti dan memahami banyak teknik lain yang muncul di industri. Gambar 7.2 Sebuah sistem kontrol proses yang memperlihatkan operasi kontrol akhir 7.3 KONVERSI SINYAL Sasaran konversi sinyal yang prinsip adalah untuk mengkonversi sinyal kontrol lowenergy kepada suatu sinyal energi tinggi untuk men-drive aktuator. Sinyal Keluaran Kontroler secara khusus adalah salah satu dari tiga bentuk: (1) arus listrik, pada umumnya 4-20 ma; (2) tekanan pnematik, pada umumnya 3-15 psi atau kpa; dan (3) sinyal digital, pada umumnya tegangan LEVEL TTL dalam bentuk paralel atau serial. Ada banyak pola yang berbeda untuk konversi sinyal ini kepada bentuk lain, tergantung pada bentuk akhir yang diinginkan dan tergantung pada teknologi untuk menghasilkan konversi seperti ini. Di bagian berikut, sejumlah pola konversi yang lebih umum diperkenalkan. Anda perlu selalu mau menerima kemajuan teknologi dan metoda baru pengkondisii dan konversi sinyal yang akan datang dengan kemajuan ini. 112

4 7.3.1 Sinyal Listrik Analog Berbagai metoda pengkondisi sinyal analog yang dibahas pada Bab 2 digunakan dalam konversi yang penting bagi kontrol akhir. Paragrap berikut meringkas sebagian dari pendekatan yang lebih umum. RELAY Suatu konversi umum untuk digunakan sinyal kontroler [itu] untuk mengaktipkan suatu relay ketika suatu ON/OFF sederhana atau kontrol dua-position adalah cukup. Dalam beberapa hal, sinyal arus rendah adalah tidak cukup untuk men-drive suatu relay industri berat, dan suatu amplifier digunakan untuk menaikkan tegangan sinyal kontrol tersebut kepada suatu level yang cukup untuk melakukan pekerjaan itu. AMPLIFIER amplifier ac atau dc daya tinggi sering dapat menyediakan konversi yang perlu dari sinyal kontrol daya rendah bagi suatu bentuk energi tinggi. amplifier seperti itu bisa melayani kontrol motor, kontrol panas, kontrol level cahaya, dan sejumlah besar lain kebutuhan industri. CONTOH Suatu penguat magnet memerlukan suatu sinyal masukan 5-10 volt dari suatu sinyal kontrol 4-20 ma. Disain suatu sistem konversi sinyal untuk menyediakan hubungan ini. SOLUSI Kita pertama harus mengkonversi arus kepada suatu tegangan, dan kemudian menyediakan penguat dan bias yang diperlukan. Kita biasa mendapatkan suatu tegangan dengan menggunakan suatu resistor dalam garis arus, misalnya, 100 Ω. Sehingga yang 4-20 ma menjadi volt. Sekarang, Sistem Amplifier harus menyediakan suatu keluaran yang diberikan oleh: V out = KV in + V B di mana jika K adalah gain dan VB adalah suatu tegangan bias yang sesuai. Kita mengetahui bahwa 0.4 volt masukan harus menyediakan 5 volt keluaran, dan 2 volt masukan harus menyediakan 10 volt keluaran. Ini mengijinkan kita untuk memukan K dan VB, menggunakan persamaan simultan sebagai: dengan pengurangan, kita mendapatkan 5 = 0.4 K + V B 10 = 2 K + V B 5 = 1,6 K 113

5 K = 3,125 yang kita gunakan dalam persamaan di atas yang mana saja untuk mendapatkan Sehingga, hasilnya adalah VB= 3.75 Vout = V in Rangkaian Gambar 7.3 memperlihatkan bagaimana ini dapat diterapkan dengan menggunakan suatu konfigurasi op amp. Gambar 7.3 Rangkaian opamp untuk menghasilkan pengkondisi sinyal yang diperlukan pada Contoh 7.1 KONTROL MOTOR Banyak rangkaian kontrol motor dirancang sebagai unit yang dikemas yang menerima suatu sinyal dc level rendah secara langsung untuk mengendalikan kecepatan motor. Jika sistim yang demikian tidak tersedia, [itu] adalah mungkin untuk membangun rangkaian yang menggunakan amplifier bersama dengan SCR atau TRIAC untuk melaksanakan kontrol ini. Elemen-elemen dasar motor listrik dan beberapa kata-kata tentang kontrolnya didiskusikan nanti dalam bab ini Sinyal Listrik Digital Konversi sinyal digital ke bentuk yang diperlukan oleh operasi kontrol akhir secara umum dilaksanakan menggunakan sistem yang telah dibahas Bab 3. Bagaimanapun kiita menyebutkan lagi, elemen-elemen dasar interface keluaran antara komputer dan kontrol akhir. 114

6 KONTROL ON/OFF Ada banyak kasusdalam kontrol proses dimana algoritma kontrol terpenuhi oleh perintah sederhana ke peralatan luar untuk mengubah kecepatan, menyalakan (atau mematikan), bergerak naik, dan seterusnya. Dalam kasus yang demikian, komputer dapat dengan mudah memuat/men-load suatu garis keluaran dengan suatu l atau 0 yang sesuai. Maka, ini merupakan suatu perihal sederhana untuk menggunakan sinyal ini untuk menutup suatu relay atau mengaktipkan beberapa rangkaian luar lain. DAC Ketika keluaran digital harus menyediakan suatu kontrol yang lembut, seperti terjadi dalam memposisikan valve, komputer harus menyediakan suatu masukan bagi suatu DAC yang kemudian menentukan suatu keluaran analog yang sesuai. Ketika suatu komputer harus menyediakan keluaran bagi banyak elemen kontrol akhir, suatu modul keluaran data atau sistem seperti yang uraikan Bab 3 dapat dipakai. Modul yang terintegrasi ini berisi saluran pengalamatan, DAC, dan elemen-elemen yang diperlukan lainnya dari sistem interface output yang terisi sendir/selfcontained. DIRECT ACTING Karena penggunaan digital dan teknik komputer dalam kontrol proses menjadi semakin tersebar luas metoda baru dari kontrol akhir telah dikembangkan dimana dapat digerakkan secara langsung oleh komputer. Sehingga, suatu motor stepper, untuk dibahas kemudian, dengan mudah berhubungan dengan sinyal digital yang merupakan keluaran komputer. Di dalam pengembangan lain, IC khusus dibuat dengan berada di dalam elemen kontrol akhir dan mengijinkan sinyal digital untuk dihubungkan secara langsung Sinyal Pneumatik Bidang pnematik yang umum meliputi suatu spektrum yang lebar dari aplikasi tekanan fluida ke kebutuhan industri. Salah satu aplikasi yang paling umum adalah untuk menyediakan suatu gaya oleh tekanan gas yang bertintak pada suatu piston atau diafragma. Kemudian dalam bab ini, kita akan berhadapan dengan aplikasi ini dalam kontrol proses. Akan tetapi, di dalam bagian ini, kita tertarik akan pnematik sebagai alat perambatan informasi, yaitu, sebagai pembawa sinyal, dan bagaimana sinyal tersebut dapat dikonversi ke dalam bentuk lain. PRINSIP- PRINSIP Di dalam suatu sistem pnematik, informasi dibawa oleh tekanan gas dalam suatu pipa. Jika kita mempunyai suatu pipa dengan panjang berapa saja dan menaikkan tekanan gas pada satuujungnya, peningkatkan tekanan ini akan menyebarn sepanjang pipa sampai tekanan sepanjang/seluruhnya dinaikkan kepada nilai yang baru. Sinyal Tekanan menjalar sepanjang pipa pada suatu kecepatan di sekitar kelajuan bunyi di (dalam) gas (udara), sekitar 330 m/s (1082 ft/s). jadi, jika suatu transduser memvariasi tekanan gas pada satu ujung 330-meter pipa (sekitar 360 yard), sebagai jawaban atas beberapa variabel terkontrol, maka tekanan yang sama terjadi di ujung pipa lain setelah suatu penundaan kira-kira l detik. Untuk banyak instalasi kontrol 115

7 proses, penundaan waktu ini] tidak tatap, walaupun itu adalah sangat lambat dibandingkan dengan sinyal listrik. Perkembangbiakan Sinyal jenis ini telah digunakan selama bertahun-tahun dalam kontrol proses sebelum teknologi electrical/electronic dikembangkan sampai suatu level keandalan dan keselamatan untuk memungkinkan penggunaannya dengan konfidens. Pnematik masih digunakan banyak instalasi baik oleh karena bahaya pada perlengkapan listrik atau sebagai suatu carryover dari tahun sebelumnya, di mana konversi ke metoda listrik tidak hemat biaya. Secara umum, sinyal pnematik dibawa dengan udara kering sebagai gas dan informasi sinyal disesuaikan untuk berada di dalam cakupan 3-15 psi. Di dalam sistem unit SI, digunakan cakupan kpa. Ada tiga jenis konversi sinyal dari perhatian utama dan dibahas dibawah.. AMPLIFIKASI (PENGUATAN) Suatu amplifier pnematik, juga disebut suatu booster atau relay, menaikkan tekanan dan/atau volume arus udara oleh beberapa jumlah proporsional secara linier dari sinyal masukan. Jadi, jika pendorong mempunyai suatu gain tekanan 10, keluaran akan psi untuk suatu masukan 3-15 psi. Ini terpenuhi via suatu regulator yang diaktipkan oleh sinyal kontrol. Sebuah diagram bagan/pola salah satu jenis booster tekanan ditunjukkan Gambar 7.4. perahtikan bahwa, karena tekanan sinyal bervariasi, gerakan diafragma akan menggerakkan busi/penyumbat dalam blok bodi dari booster. Jika gerakan adalah ke bawah, kebocoran gas dikurangi dan tekanan di luar garis akan meningkat. Alat yang ditunjukkan adalah bertindak reverse/kebalikan, sebab suatu tekanan high-signal akan menyebabkan tekanan keluaran berkurang. Banyak disain lainnya juga digunakan. Gambar 7.4 Sebuah amplifier pnematik atau booster mengkonversi tekanan sinyal kepada tekanan yang lebih tinggi atau beberapa dengan volume udara yang lebih besar. SISTEM NOZZLE/FLAPPER Suatu konversi sinyal yang sangat penting adalah dari tekanan ke gerakan mekanis dan sebaliknya. Konversi ini dapat disajikan oleh suatu sistem nozzle/flapper (kadang-kadang disebut suatu sistem nozzle/baffle). Suatu diagram 116

8 alat ini ditunjukkan Gambar 7.5a. Suatu persediaan tekanan yang ter-regulasi, pada umumnya di atas 20 psig, menyediakan suatu sumber udara melalui restriksi/pembatasan. Alat pemercik (nozzle) terbuka pada ujung di mana gap ada antara nozzle dan flapper, dan udara lepas dalam daerah ini. Jika flapper bergerak menurun dan menutup flapper yang terbuka sehingga tidak ada udara bocor, tekanan sinyal akan naik kepada tekanan supply/persediaan. Ketika flappere pindah, tekanan sinyal akan turun oleh karena kebocoran gas. Akhirnya, ketika flapper adalah jauh sekali (terbuka), tekanan akan stabil pada beberapa nilai yang ditentukan oleh kebocoran yang maksimum melalui nozzle itu. Gambar 7.5b menunjukkan hubungan antara tekanan sinyal dan jarak gap. Perhatikan sesitivitas yang besar dalam daerah pusat. Suatu nozzle/flapper dirancang untuk beroperasi dalam daerah pusat, di mana keniringan garis adalah terbesar. Di daerah ini, tanggapan akan seperti sedemikian hingga suatu gerakan yang sangat kecil dari flapper dapat merubah tekanan oleh suatu ordemagnitude. Diskusi lebih lebar tentang sistem ini diberikan pada Bab 10 mengenai diskusi tentang kontroler pnematik. Gambar 7.5 Prinsip-prinsip sistem flapper/nozzle. KONVERTER0 ARUS KE TEKANAN (CURRENT-TO-PRESSURE CONVERTER) Current-To-Pressure Converter, atau disingkat l/p converter, adalah suatu elemen penting dalam kontrol proses. Sering, ketika kita ingin menggunakan sinyal arus listrik level rendah untuk bekerja, adalah lebih mudah untuk dibiarkan pekerjaan dilaksanakan oleh suatu sinyal pnematik. I/P Converter memberi kita suatu cara yang linier menterjemahkan arus 4-20 ma ke dalam suatu sinyal 3-15 psig. Ada banyak disain untuk konverter ini, tetapi prinsip dasar dasar hampir selalu melibatkan penggunaan suatu sistem nozzle/flapper. Gambar 7.6 menggambarkan suatu cara sederhana untuk membangun konverter seperti itu. Perhatikan bahwa arus melalui 117

9 suatu kumparan menghasilkan suatu gaya yang akan cenderung untuk menarik flappere itu turun dan menutup gap. Ini beras\rti bahwa suatu arus yang besar akan menghasilkan tekanan yang besar sewhingga ini merupakan direct acting. Penyesuaian pegas dan barangkali posisi relatif terhadap poros memungkinkan unit itu untuk dikalibrasi sedemikian sehingga 4 ma sesuai dengan 3 psig dan 20 ma sesuai dengan 15 psig. 7.4 AKTUATOR Jika suatu valve digunakan untuk kontrol aliran fluida, beberapa mekanisme harus secara fisik membuka atau menutup valve itu. Jika suatu heater adalah menghangatkan suatu sistem, beberapa alat harus membuat heater itu ON atau OFF beberapa eksitasinya. Ini adalah contoh-contoh yang dibutuhkan untuk suatu keduaaktuator dalam loop kontrol proses. Perhatikan perbedaan alat ini dari masukan sinyal kontrol dan elemen kontrol sendiri (valve, heater, dan seterusnya, seperti ditunjukkan Gambar 7.1). Aktuator mempunyai banyak bentuk berbeda untuk sesuai kebutuhan loop kontrol proses tertentu. Kita akan melihat beberapa jenis aktuator pnematik dan listrik. Gambar 7.1 Prinsip-prinsip suatu konverter arus ke tekanan Aktuator Listrik Paragrap berikut memberi suatu uraian pendek beberapa jenis aktuator listrik yang umum. Tujuannya adalah untuk menyajikan hanya corak yang penting dari alat dan bukan suatu studi yang mendalam tenteng prinsip dan karakteristik operasional. Di dalam suatu aplikasi spesifik, orang akan diharapkan untuk mengkonsultasikan spesifikasi produk terperinci dan buku yang berhubungan dengan masing-masing jenis aktuator. SOLENOID Suatu solenoid adalah suatu alat dasar yang mengkonversi suatu sinyal listrik ke dalam gerakan mekanis, pada umumnya seperti garis. Seperti ditunjukkan Gambar 7.7, solenoid terdiri dari suatu kumparan dan alat pengisap. Pengisap tersebut mungkin adalah free-standing atau dimuati pegas. Kumparan mempunyai beberapa rating tegangan atau arus dan tipenya mungkin dc atau ac. Spesifikasi Solenoid meliputi rating listrik dan gaya pengisap menarik atau mendorong ketika yang diberi 118

10 tegangan tertentu]. Gaya ini mungkin dinyatakan dalam newton atau kilogram di dalam sistem SI, dan dalam pound atau ons dalam Sistem Inggris. Beberapa solenoid terbatas hanya untuk tugas sebentar-sebentar oleh karena batasan yang berkenaan dengan panas. Dalam hal ini, duty cycle maksimum (persentase total waktu) akan ditetapkan. Solenoid digunakan ketika suatu gaya mendadak yang besar harus dipakai untuk melaksanakan beberapa pekerjaan. Di dalam Gambar 7.8, suatu solenoid digunakan untuk perubahan gigi persneling suatu transmisi dua-position. Suatu SCR digunakan untuk mengaktipkan kumparan solenoid tersebut. Gambar 7.7 Sebuah solenoid mengkonversi suatu sinyal listrik ke perpindahan fisik Gambar 7.8 Sebuah solenoid digunakan untuk mengubah gigi perseneling MOTOR LISTRIK Motor listrik adalah alat yang menerima masukan listrik dan menghasilkan suatu perputaran kontinu sebagai hasilnya. Jenis motor dan ukurannya bermacammacam tergantung pada hal kecepatan putaran (jumlah putaran tiap menit, atau rpm), tenaga awal putaran (torsi), tenaga putaran, dan macam-macam spesifikasi lainnya. Motor listrik banyak dipakai sebagai aktuator dalam kontrol proses. Mungkin situasi kontrol yang paling umum adalah di mana kecepatan motor men-drive beberapa bagian suatu proses, dankecepatan tersebut harus dikontrol untuk mengendalikan beberapa variabel di dalam pross tersebut, ebagai contoh suatu sistem konveyer. Banyak jenis motor listrik, masing-masing dengan kekhususan karakteristiknya. Kita akan mendiskusikan ke tiga variasi yang paling umum: motor dc, motor ac, dan motor stepper. 119

11 MOTOR DC Dalam bentuk paling sederhana, suatu motor dc menggunakan suatu magnet tetap (PM) untuk menghasilkan suatu medan magnet statis melintasi dua kutub. Antara kutub-kutub dihubungkan suatu kumparan kawat yang bebas untuk berputar (armature) dan kumparan kawat ini dihubungkan ke suatu sumber arus dc melalui suatu tombol yang tertempel pada batang (komutator). Sistem ini ditunjukkan secara skematis di dalam Gambar 7.9a. Untuk kondisi yang diperlihatkan, arus di dalam kumparan akan menghasilkan suatu medan magnet dengan suatu orientasi utara/selatan seperti itu ditunjukkan Gambar 7.9b. Penolakan selatan PM dan selatan kumparan (dan yang utara) akan menyebabkan suatu tenaga putaran yang akan memutar kumparan tersebut seperti yang ditunjukkan. Jika komutator tidak dipisah, kumparan hanya akan berputar sampai PM dan kumparan kutub utara dan selatan terletak di atas dan kemudian berhenti, tetapi karena komutator, kumparan tersebut mendapati bahwa saat berputar arah arus yang melalui melalui kumparan membalik sedemikian sehingga kondisi yang ditunjukkan Gambar 7.9c terjadi. Jadi, tenaga putaran muncul lagi, dan kumparan terus berputar. Dari model yang sederhana ini anda dapat melihat bahwa kumparan akan terus berputar. Kecepatan akan tergantung pada arus. Pada kenyataannya, arus jangkar tidaklah ditentukan oleh resistansi kumparan, oleh karena suatu emf lawan yang diproduksi oleh perputaran kawat di dalam suatu medan magnet. Sehingga, tegangan yang efektif, yang menentukan arus dari resistansi kawat dan Hukam Ohm, adalah perbedaan antara tegangan yang diterapkan dan emf lawan yang diproduksi oleh perputaran tersebut. Gambar 7.9 Motor dc magnet permanen Banyak Motor dc menggunakan suatu elektromagnet sebagai ganti dari PM untuk menyediakan medan statis. Kumparan yang digunakan untuk menghasilkan medan ini disebut kumparan medan. Arus untuk kumparan-medan ini dapat disajikan dengan penempatan kumparan tersebut secara seri atau paralel. Dalam beberapa hal medan adalah terdiri atas dua lilitan, salah satu dari masing-masing tipe. Ini adalah 120

12 suatu motor dc compound/campuran. Lambang skematik dari tiap jenis motor ditunjukkan Gambar Karakteristik motor dc dengan suatu kumparan medan sebagai berikut. 1. Medan seri. Motor ini mempunyai tenaga putaran awal yang besar tetapi sukar untuk mempercepat kontrol. Baik untuk aplikasi starting ringan, nonmobile loads dan di mana kontrol kecepatan tidaklah penting, seperti untuk quick-opening valve. 2. Medan shunt. Motor ini mempunyai suatu starting tenaga putaran yang lebih kecil, tetapi karakteristik speed-control yang sangat baik yang dengan bermacammacam arus eksitasi jangkar. Baik untuk aplikasi di mana kecepatan hendak dikontrol, seperti sistem konveyor. 3. Medan Campuran/Compound. Motor ini mencoba untuk memperoleh corak yang terbaik daridua jenis sebelumnya. Biasanya, tenaga awal putaran dan kemampuan speed-control berkisar antara kedua kasus murni di atas. Gambar 7.10 Tiga konfigurasi motor dc MOTOR AC Ada banyak jenis motor ac. Kita akan memberikan prinsip-prinsip dasar dari beberapa tipe. Suatu kecepatan putaran motor ac synchronous ditentukan oleh frekuensi tegangan arus ac yang men-drive-nya. Aplikasi utamanya adalah di dalam 121

13 pemilihan waktu, oleh karena stabilitas yang tinggi dari frekuensi saluran listrik. Operasi motor jenis ini dapat dilihat dari suatu contoh sederhana yang ditunjukkan Gambar Di sini, Rotor adalah suatu PM, dan medan disajikan oleh kumparan yang di-drive dari saluran arus ac-nya. Oleh karena kelembaman PM, tenaga awal putaran tidaklah sangat tinggi, tetapi sekali perputaran dimulai PM itu akan berputar dalam fase dengan pembalikan medan disebabkan oleh osilasi tegangan saluran ac. Itu telah jelas, kemudian bahwa kecepatan perputaran ditentukan oleh frekuensi saluran ac. Suatu motor induksi menggantikan PM dengan suatu kumparan kawat beratyang diinduksi arus dari perubahab medan ac yang dieksitasi kumparan-medan. Gambar 7.12 menggambarkan motor ini. Seperti sebelumnya, sekali perputaran dimulai rotor tersebut akan terus berputar di dalam fase dengan frekuensi saluran yang diinduksi perubahan eksitasi kumparan-medan. Kesukaran dengan motor ini adalah bahwa motor ini tidak self-starting, dan diperlukan modifikasi khusus untuk mendapat/kannya mulai berputar. Kemudian, dengan jelas, tenaga putaran permulaan adalah sangat rendah. Satu metoda untuk menyediakan self-starting adalah mendrive motor dengan dua atau lebih fase eksitasi. Akan tetapi, secara umum, motor ac tidak mempunyai suatu tenaga awal putaran yang tinggi maupun metoda kontrol kecepatan baik sekali. Gambar 7.11 Motor ac sederhana dengan rotor pm Gambar 7.12 Motor induksi tergantung pada sebnuah medan rotor yang diinduksi oleh kumparankumparan medan ac (tidak diperlihatkan MOTOR STEPPER Motor stepper tahun-tahun ini telah menjadi semakin penting oleh karena kemudahannya dihubungkan dengan rangkaian digital. Suatu motor stepper adalah suatu mesin putar yang sebetulnya berputar penuh oleh/dengan sequencing melalui serangkaian step-step pemutaran diskrit. Masing-Masing step posisi adalah suatu posisi keseimbangan yang, tanpa eksitasi lebih lanjut, posisi rotor akan tetap pada 122

14 step terakhir. Jadi, perputaran yang berlanjut dicapai oleh masukan suatu deretan pulsa, masing-masing menyebabkan suatu kemajuan satu langkah. Ingat ini bukanlah perputaran yang benar-benar kontinyu, tetapi perputaran diskrit. Kecepatan putaran ditentukan oleh banyaknya step satu putaran dan rate pulsa yang dipakai. Suatu rangkaian driver diperlukan untuk mengkonversi deretan pulsa tersebut ke dalam sinyal yang sesuai untuk men-drive motor itu. Gambar 7.13 Sebuah motor stepper dasar Operasi suatu motor stepper dapat dipahami dari model yang sederhana yang dituunjukkan Gambar 7.13, yang mempunyai 90 per step. Di dalam motor ini, rotor adalah suatu PM yang di-drive oleh satu set elektromagnet tertentu. Di dalam posisi yang ditunjukkan, sistem adalah dalam keseimbangan dan tidak ada gerakan yang terjadi. Tombol-tombol secara khas adalah divais solid-state, seperti transistor, SCR, atau TRIAC. Tombol sequencer akan mengarahkan tombol-tombol itu melalui suatu urutan posisi ketika pulsa diterima. Pulsa berikutnya pada Gambar 7.13 akan mengubah S2 dari C ke D, menghasilkan kutub elektromagnet tersebut membalikkan medan. Sekarang, sebab orientasi kutub utara/selatan adalah berbeda, rotor tertolak dan tertarik sedemikian sehingga bergerak ke posisi keseimbangan yang baru yang ditunjukkan Gambar 7.14b. Dengan pulsa berikutnya, SI diubah ke B, menyebabkan yang sama dengan pembalikan kutub dan perputaran PM ke suatu posisi baru, seperti ditunjukkan Gambar 7.14c. Akhirnya, pulsa berikutnya menyebabkan S2 switch ke C lagi, dan rotor PM melangkah lagi ke suatu posisi 123

15 keseimbangan baru, seperti di Gambar 7.14d. Pulsa berikutnya akan mengirimkan sistem kembali ke status yang asli dan rotor kepada posisi yang asli. Urutan ini kemudian diulangi seperti urutan pulsa masuk, menghasilkan suatu perputaran yang berlanjut menurut step rotor PM. Walaupun contoh ini menggambarkan prinsip operasi, yang paling umum motor stepper tidak menggunakan suatu PM, tetapi lebih suatu rotor material magnetis (bukan magnet) dengan gigi sejumlah tertentu. Rotor ini di-drive oleh susunan yang berubah-ubah (phased) dari kumparan-kumparan dengan sejumlah kutub yang berbeda sehingga rotor tidak pernah bisa benar-benar lurus dengan ststor. Gambar 7.15 menggambarkan ini untuk rotor dengan delapan gigi dan stator dengan dua belas kutub. Perhatikan bahwa seperangkat empat gigi dikelompokkan sedangkan empat lagi tidak. Jika eksitasi ditempatkan pada kelompok kutub berikutnya (B) dan mengambil alih kelompok pertama (A), maka rotor akan melangkah sekali sampai lurus dengan kelompok kutub B. 124