Program Simulasi Penyearah Terkontrol Satu Fasa untuk Motor Arus Searah Penguatan Terpisah dengan Bahasa Pemrograman Delphi

Transkripsi

1 Abstrk Progrm Smuls Penyerh erkontrol Stu Fs untuk Motor Arus Serh Pengutn erpsh dengn Bhs Pemrogrmn Delph Pryono, Dr. Ir. Hermwn, DEA, Mochmmd Fct, S, M Jurusn eknk Elektro, Fkults eknk, Unversts Dponegoro, Jl. Pro. Sudhrto, emblng, Semrng, Indones. Motor rus serh pengutn terpsh dpt dtur keceptn perputrnny dengn mengtur tegngn jngkrny. Pengturn tegngn yng msuk ke motor dpt dperoleh dengn pengturn sudut pcu tegngn bolk-blk. Pengturn tegngn tersebut dpt dsmulskn dengn sutu progrm smuls yng dsusun dengn menggunkn bhs pemrogrmn Delph. Progrm dpt memperlhtkn cr pengendl putrn motor rus serh dengn mengtur sudut pemcun thyrstor. Progrm smuls jug dpt menmplkn bentukbentuk snyl pd komponen-komponen smuls sert menmplkn grk rus medn, rus jngkr, keceptn putrn, dn tors motor.. Pendhulun Motor rus serh dpt dtur keceptn perputrnny sesu dengn kengnn. Slh stu cr mengtur keceptn putrn motor rus serh dlh dengn pengturn tegngn. Pengturn tegngn yng msuk ke motor rus serh dpt dperoleh dengn pengturn sudut pcu tegngn bolk-blk. ujun dr tugs khr n dlh merncng sutu progrm smuls yng dpt memperlhtkn cr pengendl putrn motor rus serh pengutn terpsh dengn mengtur sudut pemcun thyrstor sert menmplkn bentuk-bentuk snyl pd tp komponen smuls, grk rus medn, rus jngkr keceptn putrn, dn tors motor dengn menggunkn bhs pemrogrmn Delph. Pembtsn mslh dlm tugs khr n dlh:. Motor rus serh yng dpergunkn merupkn motor rus serh dengn pengutn terpsh. 2. Sstem yng dgunkn dlh pengendln dengn klng terbuk dn dt keceptn putrn motor merupkn proses kuss dt. 3. Respon motor rus serh merupkn hsl model smuls yng dhtung dengn metode Runge Kutt orde egngn dn rus serh yng msuk dlm model motor rus serh merupkn nl rms. 5. Pd progrm smuls n tdk memperhtungkn rug-rug dy motor. 2. Dsr eor [][3][0][][2][5] Motor lstrk dlh mesn yng mengubh energ lstrk menjd energ meknk. Prnsp kerjny berdsrkn hukum gy lorentz dn kdh tngn kr lemng, yng menytkn bhw: Apbl sebtng konduktor yng dlr rus lstrk dtemptkn ddlm medn mgnet mk konduktor tersebut kn menglm gy. Arh dr gy yng dlm oleh konduktor tersebut dtunjukkn oleh kdh tngn kr lemng. Gy tersebut dlm oleh setp btng konduktor pd rotor, sehngg menghslkn putrn dengn tors yng cukup untuk memutr bebn yng dkopel dengn motor. Sutu mesn lstrk bk genertor mupun motor terdr dr:. Kumprn medn, untuk menghslkn medn mgnet. 2. Kumprn jngkr yng berungs mengmbskn gy gerk lstrk pd konduktor-konduktor yng terletk pd lur-lur jngkrny. 3. Celh udr yng berungs untuk memberkn rung untuk memudhkn jngkr berputr dn memberkn rung bg medn mgnet Motor Arus Serh dengn Pengutn erpsh [][5] Motor rus serh dengn pengutn terpsh mempuny pengut mgnet yng mendptkn rus dr sumber tersendr dn terpsh dengn sumber rus yng menuju ke rotor. Gmbr rngkn motor dengn pengutn terpsh dtunjukkn pd gmbr. E I t Gmbr. Motor pengutn terpsh Penyerh erkontrol sebg Penggerk Motor [][3][0] [] [2][5] Arus Serh Pengutn erpsh Bdng ndustr bnyk membutuhkn motor rus serh yng mmpu menghslkn putrn yng bervrss dengn tors dn keceptn putr stbl. Keceptn motor rus serh dpt dtur mul dr nol smp dts keceptn rt-rtny. Seln kemmpun pengturn putrnny, motor rus serh jug bk untuk perltn yng membutuhkn tors sest yng besr. Motor rus serh mmpu menghslkn tg smp lm kl tors normlny dlm jngk wktu yng pendek. Keuntungn pengendln keceptn putrn motor rus serh dengn mengtur tegngn pd kumprn jngkr dlh:. Jngkun pengendln keceptn putrn motor yng lebr 2. Perubhn bebn tdk begtu mempengruh keceptn. 3. Esen pd putrn rendh. 4. Mudh menggbungkn dengn sstem pengendl elektronk yng komplek.

2 Pengendln putrn motor dpt dlkukn dengn klng terbuk tupun klng tertutup. Sstem pengendln dengn klng terbuk dlh sstem kendl yng kelurnny tdk berpengruh pd ks pengendln. Pengendln dengn klng terbuk hsl kelurnny dpt dukur tetp tdk dumpnkn kembl untuk dbndngkn dengn msukn. Untuk setp msukn cun terdpt sutu konds opers yng tetp. Keteltn kendl klng terbuk tergntung pd klbrs. Gmbr 2. Bentuk snyl penggerk motor rus serh Pengturn putrn motor rus serh dpt dperoleh dr mengtur tegngn sumber dengn pengturn sudut pcu tegngn bolk-blk. Smpul snus dmntkn sebg sudut 0 dn smpul selnjutny dmntkn sebg sudut 80 () seklgus 0 untuk sklus berkutny. Pd gmbr 2 snyl snus dpcu pd sudut. egngn eekt ( rms ) yng ddpt dr bentuk snyl d ts dpt dperoleh dengn persmn: rms 2 dt... () 0 Jk tegngn yng dgunkn dlh tegngn snusod dn sudut pcu yng dgunkn dlh, mk persmn () kn menjd: 2 m sn 4... (2) rms dmn: m : egngn Mksmum : Sudut pemcun Dr persmn 2 tmpk bhw perubhn dpt menyebbkn perubhn pd tegngn eekt ( rms ). Perubhn tegngn eekt tersebut menyebbkn perubhn putrn motor. Dengn kt ln pengturn sudut sm dengn mengtur putrn motor rus serh. + - v r L FF E Bentuk snyl snus L AF r L AA Gmbr 3. Rngkn persmn motor rus serh pengutn terpsh Perumusn Motor Arus Serh Pengutn erpsh [2][4][5][8] Persmn motor rus serh pengutn terpsh dpt dlht sepert gmbr 3. Dr gmbr tersebut dpt dtuls du persmn ytu pd ss kumprn jngkr dn kumprn medn. 2 Bentuk snyl dengn sudut pcu 2 r t t v Dr gmbr dpt dperoleh persmn untuk rus medn dn rus jngkr st t. d ( v r )... (3) dt LFF d ( v r r LAF )... (4) dt LAA persmn untuk tors dn keceptn motor rus serh dlh: d r e J Bmr... (5) L dt sedng e LAF... (6) dr persmn 5 dn 6 dpt dperoleh persmn untuk keceptn sest t ytu: d r ( LAF Bmr L )... (7) dt J 3. Komponen Smuls [7][9][]3][4] Progrm smuls pengendln putrn motor rus serh n dbut dengn bhs pemrogrmn vsul Delph 5.0. Progrm smuls tersebut terbg menjd tg bgn ytu bgn utm, bgn osloskop dn bgn grk motor. Bgn utm merupkn bgn yng mensmulskn komponen sert melkukn perhtungn. Bgn osloskop merupkn bgn yng menmplkn bentuk snyl tp komponenny dn bgn grk motor merupkn bgn yng menmplkn perubhn rus, keceptn, dn tors motor. PPI CPU OSC - PI Sensor Rngkn Kemud Zero Crossng Detektor Gmbr 4. Blok dgrm komponen smuls Motor DC Jl-jl Lstrk Progrm mensmulskn 8 komponen yng slng berktn. Komponen-komponen tersebut dlh komponen komputer dengn komponen ntr muk PI dn PPI, komponen sensor, komponen rngkn kemud, komponen zero crossng detector, komponen motor rus serh sert komponen tegngn jl-jl. Hubungn tp komponen smuls tmpk sepert pd gmbr 4. egngn bolk-blk dr jl-jl lstrk msuk ke Zero Crossng Detector (ZCD) yng merupkn rngkn pendeteks ttk tegngn nol snyl bolkblk. St tegngn melewt ttk nol volt mk kelurn ZCD kn memberkn snyl puls. Frekuens puls zero crossng detector du kl rekuens tegngn bolk-blk msukn. Puls dr zero crossng detector dumpnkn ke OSC PI dn dpergunkn untuk membentuk snyl rekuens tngg.

3 Osclltor (OSC) dlh sutu rngkn yng menghslkn kelurn yng mpltudony berubhubh berdsrkn wktu. Osclltor pd smultor yng dbngktkn oleh rngkn Phse Locked Loop (PLL) berup gelombng perseg. Frekuens yng dhslkn oleh PLL tersebut merupkn perkln dr zero crossng detector dengn smplng. Jk rekuens zero crossng detector dlh 00 Hz dn smplng yng dpk dlh 52 mk rekuens yng dhslkn oleh osclltor dlh Hz. Snyl tersebut dpergunkn sebg clock untuk PI. PI merupkn komponen counter/tmer yng dpt dprogrm. Kelurn PI berup gelombng perseg dengn dur kt yng dpt dprogrm untuk memcu rngkn kemud. Kelurn dr rngkn OSC - PI dteruskn ke rngkn kemud motor. egngn kelurn dr rngkn kemud berup snyl snus terpotong. egngn n dperoleh dr tegngn jl-jl lstrk yng dpotong dengn snyl dr PI. Kelurn rngkn kemud yng berup tegngn rms dr jljl lstrk terpotong kemudn dteruskn ke motor rus serh. Motor rus serh dengn pengutn terpsh mempuny pengut mgnet yng mendptkn rus dr sumber tersendr dn terpsh dengn sumber rus yng menuju ke rotor. Keceptn motor pengutn terpsh dpt dlkukn dengn mengubh-ubh tegngn rms. Komputer sebg pust kendl dpergunkn untuk menentukn sudut pemcun thyrstor mellu penentun sudut ke-n dn jumlh smplng yng dpk. Komputer kemudn menghtung sudut pcu dn menghtung tegngn rms yng msuk ke motor. PPI merupkn ntr muk komputer yng dpt djdkn sebg gerbng msukn mupun gerbng kelurn. Dlm smuls n PPI dgunkn sebg gerbng msukn. Msukn PPI dperoleh dr snyl sensor. Bentuk snyl yng msuk PPI berup snyl perseg. Snyl yng msuk dsmpn pd nternl buer PPI dn selnjutny kn dbc oleh komputer. Selnjutny komputer kn menghtung jumlh puls tp wktu tertentu. Dengn perhtungn tersebut kn dkethu keceptn motor. Dt keceptn motor dperoleh mellu proses kuss dt. 4. Dgrm Alr Dgrm lr orm utm progrm smuls dn progrm nt tmpk pd gmbr 5. Secr grs besr progrm utm dmul dengn menmplkn orm utm kemudn vrbel-vrbel ds dengn hrg deult. Jk tombol On dtekn mk progrm utm kn menjlnkn progrm smuls, jk tombol On tdk dtekn dn selnjutny dlkukn peneknn tombol Kelur mk progrm kn berkhr. Peneknn tombol On progrm smuls kn menjlnkn progrm nt smuls. Int dr progrm utm dlh dwl oleh nsl wl rus medn, rus jngkr, keceptn motor dn tors motor. Hrg nsl wl keempt vrbel tersebut dlh 0. Kemudn dlnjutkn dengn perhtungn rms, mks dn sudut pcu untuk n = 0 smp n = smplng. Sudut pcu pd ke-n smplng dpt dhtung dengn persmn 8, dmn smplng dlh jumlh penculkn yng dngnkn, dn n dlh blngn bult dr 0 smp smplng. Untuk menghtung rms dpt menggunkn persmn 2. Untuk tegngn mksmum ke-n dpt dperoleh dengn rumus tegngn sest sepert persmn 9 dengn syrt 90 sedng untuk < 90 memk = 90. Mul mplkn Form Utm Smultor Gmbr Lyr Osloskop Is vrbel deult On Y Menjlnkn Smuls Kelur Y Seles Mul I0=0, I0=0, 0=0, 0=0 Htung dt s, s dn m Htung dt I, I,, Bentuk snyl komponen dn grk motor Gmbr snyl komponen dn grk motor Seles Gmbr 5. Dgrm lr progrm utm dn progrm nt n (8) smplng n m sn()... (9) Int dr progrm selnjutny dlh perhtungn I, I,, dn ors motor dr n = 0 smp n = smplng. Untuk mempercept dn mempermudh perhtungn mk dgunkn perhtungn dengn metode Runge Kutt orde 4. Alur selnjutny dlh pembentukn snyl tp komponen smuls dn grk motor. egngn msukn yng dpk pd smuls n dlh tegngn bolk-blk yng berup tegngn snus. Sumber tegngn tersebut dpt dperoleh dr genertor lstrk tupun dr jrngn PLN. Secr deult yng dpergunkn dlh tegngn dr jl-jl lstrk PLN dengn tegngn eekt yng dpk dlh 220 volt dengn rekuens 50 Hz. Hrg sest tegngn lstrk berup snyl snus dpt dperoleh dengn persmn 0. t m sn( 2t )... (0) t merupkn vrbel hrg sest. m merupkn hrg mksmum tegngn. Hrg p = = 3,4, sedngkn dlh rekuens dlm Hz dn t dlh wktu dlm detk. Snyl ZCD dpt dperoleh dengn memberkn nl set (dsn dplh nl 5) untuk nl persmn 0 kurng dr 5 dn 0 untuk nl persmn 0 lebh dr dn sm dengn 5. egngn snus terpotong dperoleh dengn member nl 0 pd sudut ke 0 smp dengn 3

4 sudut pcu dn member hrg snyl snus pd sudut selnjutny. Alur progrm selnjutny dlh menggmbrkn snyl komponen ke lyr osloskop. egngn sest tp smplng ke-n kemudn djdkn koordnt tp ttk kemudn dgbungkn sehngg membentuk gmbr snyl d lyr osloskop. 5. Hsl Pengujn Osloskop (/Dv, /Dv) Gmbr 6. Bentuk snyl rngkn kemud Dr snyl pertm gmbr 6 dperoleh pnjng perode gmbr dlh 5. /Dv yng dpk dlh 4 ms. Sehngg rekuens snyl tersebut berdsrkn perhtungn dr gmbr dlh Hz jk rekuens msukn dr jl-jl lstrk dlh 50 Hz mk rekuens yng dtunjukkn oleh gmbr d lyr osloskop telh sesu. Dr snyl pertm gmbr 6 dperoleh tngg snyl mksmum dlh. /Dv snyl pertm dlh 3. Sehngg tegngn mksmum snyl pertm menurut gmbr dlh m 3 3 volt. Jk rms jl-jl lstrk dlh 220 volt mk tegngn mksmum menurut perhtungn dlh m ,3 volt mk tegngn mksmum yng dtunjukkn oleh gmbr telh mendekt tegngn mksmum hsl perhtungn. sm ytu mk sudut yng pcu yng dperoleh semkn kecl. Dengn tegngn msukn yng sm ytu 220 volt mk tegngn rms yng msuk ke motor semkn besr sehngg putrn motor jug semkn besr. bel 2. rbel-vrbel yng berubh kbt perubhn sudut pcu ke-n smplng No Komp. OSC-PI Motor n n I Ptrn ,00 30, ,6 203,45 30, ,3 60,36 30, ,47 53,09 30, ,63 95,47 30, Pengujn dlkukn dengn mengubh-ubh n dr 0 menjd 00, 200, 300, dn 400. Perubhn sudut pcu mengkbtkn tegngn rms yng msuk ke motor jug berubh. Perubhn tegngn yng msuk ke motor jug mengkbtkn perubhn keceptn motor. Semkn besr sudut pcuny keceptn motor kn semkn kecl. Dlm progrm smuls n perhtungn untuk mencr rus medn, rus jngkr, keceptn dn tors motor rus serh dlkukn dengn metode Runge Kutt orde 4. h dlh perubhn wktu dlm detk. Msl jk persmn perhtungn dlm t dn h = 0, berrt setp thp perhtungn dlkukn dengn selsh t = 0, detk. Nl h wl yng dpk dlh 0,000. Pengujn dlkukn dengn member perubhn pd nl h menjd 0,00. Perubhn pd h mempengruh keteltn perhtungn. Hsl perhtungn dgunkn untuk menggmbr ttk-ttk koordnt grk motor sehngg pemlhn hrg h berpengruh pd grk motor. Nl h yng kecl kn mempengruh kehlusn gmbr grk motor. Motor Komputer (Smplng, Sudut Pcu ke-n Smplng, h) bel. rbel-vrbel yng berubh kbt perubhn smplng pd komputer No Komp. OSC-PI Motor Smp. n n I rpm. 8 22,5 24,95 30, ,25 29,30 30, ,63 29,9 30, ,4 220,00 30, Pd smplng 8 dn n= mk sudut pcu yng dperoleh dlh 22,5. semkn besr smplng dengn n 4 Gmbr 7. Grk motor rus medn, rus jngkr, keceptn dn tors motor rus serh mul t = 0 detk Pengujn smuls rus medn, rus jngkr, keceptn dn tors motor rus serh st mul berputr dlkukn mul t = 0 dmn I, I,, dn tors motor = 0. Pd pengujn dlkukn dengn tegngn eekt msukn ke smuls 220 volt, rekuens 50 Hz,

5 sudut pcu ke-n 00 rpm, dn smplng 52, B m 0,0002, J m 0 kgm 2 dn J l 20 kgm 2, L 0 Nm, L AA 0,00035 H, L AF 0,8 H, L FF 9 H, 220 volt, R 0,02 ohm, dn R 2 ohm. Hsl pengujn tmpk pd gmbr 7. Perubhn Hmbtn Medn (R ) Dr tbel 3 terlht bhw penmbhn hmbtn R mengkbtkn rus medn turun. Dengn bebn yng tetp mk rus jngkr kn nk dn keceptn kn nk pul. Pd gmbr 8 memperlhtkn perubhn I, I, Keceptn dn ors motor. bel 3. rbel-vrbel yng berubh kbt perubhn hmbtn medn motor No R I I e rpm. 9 24,44 22, , ,33 30, , ,66 37, , Gmbr 8. Grk Motor kbt perubhn R dr 2 ohm ke 9 ohm Perubhn Hmbtn Jngkr (R ) Dr tbel 4 terlht bhw penmbhn hmbtn R mengkbtkn rus jngkr sedkt turun sert keceptn motor jug turun. bel 4. rbel-vrbel yng berubh kbt perubhn hmbtn jngkr motor No R I rpm. 0,02 30, ,052 30, ,092 30, Perubhn egngn Medn ( ) Dr tbel 5 terlht bhw penmbhn tegngn mengkbtkn rus medn nk, rus jngkr turun dn keceptn jug turun. bel 5. rbel-vrbel yng berubh kbt perubhn tegngn medn motor No I I rpm. 50 2,50 44, ,33 30, ,00 22, Perubhn Bebn Motor ( L ) bel 6 terlht bhw penmbhn bebn L kn mengkbtkn kumprn jngkr menrk rus lebh besr sert keceptn motor kn sedkt turun. bel 6. rbel-vrbel yng berubh kbt perubhn bebn motor No L I e Rpm. 0 0,0037 0, , , , , Kesmpuln Kesmpuln yng dpt dtrk oleh penuls dr pembutn progrm smuls dlh sebg berkut:. Setelh melkukn pengujn progrm respon progrm smuls pengendln putrn motor rus serh dpt berungs dengn bk dn dpt untuk menunjukkn cr pemotongn snyl snus jljl lstrk dengn mengtur sudut pcu thyrstor. b. Pd pengujn dlkukn dengn tegngn eekt msukn ke smuls 220 volt, rekuens 50 Hz, sudut pcu ke-n 00, dn smplng 52, B m 0,0002 N.m.s, J m 0 kgm 2 dn J l 20 kgm 2, L 00 Nm, L AA 0,00035 H, L AF 0,8 H, L FF 9 H, 220 volt, R 0,02 ohm, dn R 2 ohm. Pengujn menghslkn putrn 588 rpm, I = 8,33 A, = 203,45 volt, I = 30,3068 A; e = 0,023 Nm, t d : 0,5 detk, t r : 0,92 detk, t p :,42 detk, t s : 2,53 detk; dn M p : 6,85% dn bentuk grk sesu dengn reerens. c. Pemlhn smplng yng semkn tngg kn memperoleh sudut pcu thyrstor yng lebh bnyk sehngg jrk perubhn tegngn tp sudut pcu untuk menggerkkn motor lebh kecl, nl h (ncrement step) yng kecl kn mengurng keslhn perhtungn sehngg grk rus medn, rus jngkr, keceptn, dn tors motor terhdp t dpt lebh bk. Increment step 0,000 sudh menghslkn grk yng bk. d. Motor rus serh pd progrm smuls berbed dr motor sebenrny kren pd progrm smuls tdk memperhtungkn dny rug-rug dy. Penmbhn bebn L kn menyebbkn kumprn jngkr menrk rus lebh besr dn keceptn motor kn sedkt turun. 7. Srn Beberp srn yng dpt dberkn untuk peneltn selnjutny dlh:. Metode yng dpk penuls untuk mengendlkn putrn motor dlh dengn mengtur pemotongn snyl snus jl-jl lstrk dengn mengtur sudut pempcun thyrstor, untuk selnjutny gr dkembngkn pengendln putrn motor dengn metode ln. b. Pengturn keceptn yng dpk pd tugs khr n dlh smuls pengendln dengn klng terbuk, pengembngn selnjutny dhrpkn dpt dterpkn pengendln motor dengn klng tertutup. c. Penuls menggunkn bhs pemrogrmn Delph, untuk selnjutny dpt dbut dengn bhs pemrogrmn ln. 5

6 8. Dtr Pustk [] , Motor Lstrk, [2] , MyPhyscsLb Runge-Kutt Algorthm, [3] Ayres, Frnk, Schum s Outlne o heory nd Problems o Deerentl nd Integrl Clculus, McGrw-Hll Book Compny, Sngpore, 98. [4] Chpr, Stephen, Anls Numerk, Erlngg, Jkrt. [5] Fnzo, N., Lds, G., Persmn Derensl Bs dengn Penerpn Modern, Erlngg, Jkrt, 988. [6] Hrhp, H. M. Rusl, Mesn Lstrk: Mesn Arus Serh, P Grmed Pustk Utm, Jkrt, 996. [7] Hogen Boom, P., Dt Sheet Book 3, P Elex Med Komputndo, Grmed, Jkrt. [8] Kruse, PC., Anlyss o Electrc Mchnery, Mc Grw-Hll Book Compny, Sngpore, 987. [9] Lovedy, George, Intsr Elektronk, Alh bhs Surywn, P Elex Med Komputndo, Grmed, Jkrt, 988. [0] Ogt, Ktsuhko, eknk Kontrol Automtk, Erlngg, Jkrt, 984. [] Schuler Chrles A. nd Mc. Nmee Wllm L., Industrl Electronc nd Robotcs, Mc Grw- Hll Book Compny, Sngpore, 986. [2] Smth, R. J., Rngkn Prnt dn Sstem, erjemhn: Adh Susnto, Penerbt Erlngg, Jkrt, 990. [3] Steemn, J.P.M, Dt Sheet Book 2, P Elex Med Komputndo Grmed, Jkrt, 996. [4] Wsto, S, Dt Sheet Book, erjemhn, P Elex Med Komputndo, Grmed, Jkrt, 985. [5] Zuhl, Dsr egngn Lstrk dn Elektronk Dy, Grmed, Jkrt, 995. Mengethu, Pembmbng I Dr. Ir. Hermwn, DEA NIP Pembmbng II Mochmmd Fct, S, M NIP Penuls Pryono (L2F30538) dlhrkn d Mgelng, Me 975. Menempuh penddkn d SDN Rejownngun Utr I Mgelng lulus thun 988, kemudn melnjutkn ke SLPN 0 Mgelng lulus thun 99, kemudn melnjutkn ke SMAN 3 Mgelng lulus thun 994, dn smp st n msh menyeleskn stud S d Jurusn eknk Elektro Fkults eknk Unversts Dponegoro Semrng. 6