Pemasangan LC Filter Pada SCR (Silicon Controlled Rectifier) Sebagai Pengendali Motor DC

Transkripsi

1 SEMINAR NASIONAL TEKNOLOGI 15 ISSN: Peasangan LC Filter Pada SCR (Silicon Controlled Rectifier Sebagai Pengendali Motor DC Babang Prio Hartono, Choirul Saleh, Taufik Hidayat Progra Studi Teknik Elektro, ITN Malang e-ail: ABSTRAK Filter erupakan suatu rangkaian untuk elewatkan sinyal-sinyal yang diperlukan dan enahan sinyal-sinyal yang tidak dikehendaki serta untuk eperkecil pengaruh noise dan interferensi pada sinyal yang dikehendaki. Sekarang ini converter elektronika daya banyak digunakan dikalangan luas, salah satunya adalah SCR (Silicon Controlled Rectifier. Perasalahannya adalah setiap perubahan sudut peicuan SCR seringkali dapat enyebabkan pengaruh yang tidak diinginkan antara lain peralatan enjadi panas dan life tie peralatan enjadi berkurang. Peasangan LC Filter adalah suatu solusi untuk perasalahan tersebut. Metode elalui pengaturan tegangan dengan ereduksi aplitudo frekuensi tegangan dan arus serta engetahui pengaruhnya terhadap unjuk kerja Motor DC itu sendiri. Dengan peasangan LC filter pada SCR sebagai pengendali otor dc, step tegangan pada setiap sudut peicuan lebih baik (Sooth diana rata-rata penurunan tegangan per-stepnya adalah:.53 olt dc, dibandingkan tanpa peasangan LC Filter pada SCR sebagai pengendali otor dc dengan kondisi Torsi beban nol aupun Torsi beban disetting pada.5 N. rata rata penurunan tegangan per-stepnya adalah : 3. olt dc. Kata Kunci: Filter, SCR (Silicon Controlled Rectifier, Motor DC, LC Filter ABSTRACT Filter is a circuit to pass the necessary signals and hold signals are not desired as well as to iniize the effects of noise and interference on the desired signal. Now this converter power electronics widely used aong any, one of which is a SCR (Silicon Controlled Rectifier. The proble is that any change in angle of the SCR triggers can often cause unwanted effects, aong others, the equipent becoes hot and the life tie of the equipent to be reduced. Installation LC filter is a solution to these probles. Method through voltage regulation by reducing the aplitude of the voltage and current frequency and deterine its influence on the perforance of the DC otor itself. With the installation of LC filters on SCR as dc otor controllers, voltage step at each corner better triggers (Sooth where the average per-stepnya voltage drop is: :53 olt dc, copared with no installation LC filter on the SCR as a dc otor controller with conditions zero load torque and load torque of.5 N be set on average - average voltage drop per-stepnya are: 3. olts dc. Keywords: Filter, SCR (Silicon Controlled Rectifier, Motor DC, LC Filter SENATEK 15 Malang, 17 Januari

2 SEMINAR NASIONAL TEKNOLOGI 15 ISSN: Pendahuluan Motor dc digunakan pada penggunaan khusus diana diperlukan penyalaan torque yang tinggi atau percepatan yang tetap untuk kisaran kecepatan yang luas. Keuntungan utaa Motor dc adalah sebagai pengendali kecepatan, yang tidak epengaruhi kualitas pasokan daya. Penggunaan otor arus searah sudah sangat dikenal secara luas. Keuntungan-keuntungan yang enonjol akan penggunaan otor-otor arus searah tersebut tibul dengan penunjukan karakteristik operasinya. Motor dc secara luas dipergunakan dala berbagai aca penerapan yang eerlukan putaran yang dapat diatur dan beberapa penerapannya digunakan pada industri kecil, industri kertas dan lain - lain. [1] Siste kendali eegang peranan yang sangat penting dala perkebangan ilu pengetahuan dan teknologi. Siste proses pengontrolan secara luas digunakan pada industri yang enggunakan esin yang bekerja bersaa-saa untuk elakukan suatu operasi tertentu. Sekarang ini converter elektronika daya banyak digunakan dikalangan luas, salah satunya adalah SCR (Silicon Controlled Rectifier [4]. Pengendalian otor dc sangat diperlukan apabila otor tersebut akan digunakan pada kecepatan yang diinginkan [1]. Dala setiap perubahan sudut peicuan SCR seringkali dapat enyebabkan pengaruh yang tidak di inginkan antara lain peralatan enjadi panas dan, life tie peralatan enjadi berkurang [4]. Filter erupakan suatu rangkaian yang berfungsi untuk elewatkan sinyal-sinyal yang diperlukan dan enahan sinyal-sinyal yang tidak dikehendaki serta untuk eperkecil pengaruh noise dan interferensi pada sinyal yang dikehendaki. Secara sederhana pefilteran adalah sebuah proses peilihan atau penekanan koponen-koponen frekuensi tertentu dari sebuah sinyal [9]. Ada beberepa jenis filter yang ditawarkan yaitu low-pass filter, band pass filter, high-pass filter dan bandstop filter [1]. Rangkaian filter dapat bersifat pasif aupun aktif enggunakan operasional aplifier (op-ap dengan koponen resistor dan kapasitor. Sedangkan filter pasif yaitu filter yang hanya tersusun dari resistor dan kapasitor, atau resistor dan induktor aupun kobinasi ketiga koponen tersebut. Filter aktif epunyai beberapa kelebihan dibandingkan dengan filter pasif seperti ukurannya yang lebih kecil, ringan dan urah serta eberikan banyak keleluasaan dala hal perancangannya. Adapun kekurangan filter aktif ini adalah adanya kebutuhan akan catu daya dan kepekaan terhadap perubahan keadaan sekitarnya seperti perubahan suhu [1]. Oleh karena itu dengan adanya analisis peasangan LC filter pada SCR (silicon controlled rectifier sebagai pengendali otor dc elalui pengaturan tegangan, kita dapat ereduksi aplitudo frekuensi tegangan dan arus serta engetahui pengaruhnya terhadap unjuk kerja otor dc itu sendiri. Siulasi koputer sering dipilih untuk epelajari kinerja peralihan dan kendali atau untuk encoba rancangan-rancangan konseptual. Siulasi dapat sangat ebantu peahaan terhadap tingkah laku dinaik dan interaksinya yang sering kali tidak napak dala teori yang dibaca untuk dilanjutkan pada siste yang nyata dala bentuk percobaan. Pengaturan kecepatan Motor DC Motor dc erupakan esin penggerak yang banyak digunakan karena eiliki kelebihan pada pengaturan kecepatannya. Pada uunya pengaturan kecepatan otor dc penguatan terpisah dan otor dc penguatan sendiri hapir saa. Pengaturan kecepatan pada otor dc penguatan terpisah lebih luas dibandingkan pengaturan kecepatan pada otor dc penguatan sendiri dikarenakan otor dc penguatan terpisah dicatu oleh dua suber, untuk selanjutnya di sini hanya akan ditinjau pengaturan kecepatan otor dc penguatan terpisah. Kecepatan otor dc penguatan terpisah dapat diatur dengan enggunakan tiga etode yaitu [7] : Pengaturan fluksi/edan, Pengaturan resistansi jangkar, Pengaturan tegangan jangkar Atas dasar inilah penulis tertarik untuk elakukan penelitian pengaturan kecepatan otor arus searah penguatan terpisah dengan pengaturan jangkar. SENATEK 15 Malang, 17 Januari 15 47

3 SEMINAR NASIONAL TEKNOLOGI 15 ISSN: Pengaturan Tegangan Jangkar Pada etode ini resistansi jangkar dan sisi edannya dijaga konstan sehingga pengaturan hanya dilakukan pada tegangan jangkarnya seperti pada gabar 1. Motor DC Penguat Terpisah Motor DC penguat terpisah erupakan salah satu dari jenis otor DC yang dapat enabah keapuan daya dan kecepatan karena eiliki fluks edan (Ф yang dihasilkan oleh kuparan edan, yang terletak secara terpisah dan epunyai suber Gabar 1. [8] Diagra Skeatik Jangkar-Magnet Terkontrol Motor DC Diana : R a L a E a e b I a i f T J b = Tahanan Kuparan Jangkar (Oh = Induktansi Kuparan Jangkar (Henry = Tegangan yang dikenakan pada Jangkar (olt = Gaya gerak listrik (ggl lawan Motor (olt = Arus kuparan Jangkar (Apere = Arus Medan (Apere = Perpindahan sudut dari poros Motor (radian = Torsi yang diberikan oleh Motor (radian = Moen Inersia ekivalen dari Motor dan beban pada poros (Kg. = koefisien gesek (N/rad/det Rangkaian L dan C Filter [1] Rangkaian LC filter adalah rangkaian yang berfungsi untuk engurangi faktor ripple yang terjadi pada suatu rangkaian penyearah. Tujuan dari peasangan filter LC adalah untuk ereduksi aplitudo frekuensi tertentu dari sebuah tegangan dan arus, dala hal ini faktor ripple yang terjadi pada SCR (Silicon Controlled Rectifier sebagai pengendali otor dc. Dengan penabahan filter LC pada SCR (Silicon Controlled Rectifier sebagai pengendali Motor DC, aka dapat ereduksi aplitudo frekuensi tertentu dari sebuah tegangan dan arus. Dala penelitian ini jenis filter yang digunakan adalah jenis filter aktif. Secara uu Peasangan LC filter pada SCR (Silicon Controlled Rectifier sebagai pengendali otor dc dapat dilihat pada gabar. Gabar. [6] Rangkaian LC Filter pada SCR (Silicon Controlled Rectifier sebagai Pengendali Motor DC SENATEK 15 Malang, 17 Januari

4 SEMINAR NASIONAL TEKNOLOGI 15 ISSN: Spesifikasi Motor DC Adapun Paraeter otor dc dan spesifikasi dari otor dc yang digunakan dala penelitian ini adalah sebagai berikut : Data otor dc penguatan terpisah yang dipergunakan berdasarkan nae plate adalah sebagai berikut: Jenis Motor : Motor DC Shunt Daya : 1,1 kw Tegangan Noinal Jangkar : Arus Noinal Jangkar : 6,5 A Tegangn Noinal Medan : 19 Arus Noinal Medan :,38 A Putaran : 3 rp Metode Penelitian Peodelan SCR (Silicon controlled rectifier Algorita perograan Tanpa peasangan LC filter Pengujian paraeter dan rangkaian kontrol otor dc. Mebentuk blok siulink otor dc dan sub. syste rangkaian kontrolnya berdasarkan transfer function. Measukan paraeter otor dan setting sudut penyalaan (firing dari rangkaian kontrolnya. Menjalankan siulasi otor dc dengan paraeter otor dan setting sudut penyalaan (firing dari rangkaian kontrol yang sudah diasukan. Menapilkan hasil siulasi. Pengecekan dengan eksperien. Gabar 3. Model pengontrolan SCR (Silicon Controlled Rectifier sebagai pengendali otor DC Dengan peasangan LC filter Pengujian paraeter dan rangkaian kontrol otor dc dan LC filter. Mebentuk blok siulink otor dc, LC filter dan sub. syste rangkaian kontrolnya berdasarkan transfer function. Measukan paraeter otor dc, LC filter dan setting sudut penyalaan (firing dari rangkaian kontrolnya. Menjalankan siulasi otor dc dengan paraeter otor dan setting sudut penyalaan (firing dari rangkaian kontrol yang sudah diasukan. Menapilkan hasil siulasi. Pengecekan dengan eksperien. Secara uu pengendalian otor dc enggunakan SCR dapat dilihat pada gabar 6. Khusus peodelan SCR untuk engendalikan otor dc dilakukan dengan blok transfer function SENATEK 15 Malang, 17 Januari 15 47

5 SEMINAR NASIONAL TEKNOLOGI 15 ISSN: yang ana function 1 erupakan fungsi inputan dala peicuan sudut SCR ( dan function erupakan fungsi output dala ebentuk gelobang hasil peicuan sudut SCR ( didapatkan dari [4] : dc rs rs sin t. d( t cos t (1 cos sin sin( 1 t. d( t dan diabil 1/ (1 cos t. d( t ( t.sin( t yang erupakan tegangan pada puncak gelobang penuh, yang diubah kedala transfer function enjadi sin f Peodelan LC filter Khusus peodelan LC Filter Pada SCR untuk engendalikan Motor DC dilakukan dengan blok transfer function yang ana function 1 erupakan fungsi inputan dala peicuan sudut SCR ( sudut SCR dan function erupakan fungsi output dala ebentuk gelobang hasil peicuan ( function LC Filter didapatkan dari : serta untuk peodelan LC Filter Function diganti dengan blok transfer dc sin t. d( t cos t (1 cos rs rs sin t. d( t 1/ sin( 1 dan diabil (1 cos t. d( t 1/ ( t.sin( t yang erupakan tegangan pada puncak gelobang penuh, yang diubah kedala transfer function enjadi sin ( f 1/ Hasil dan Pebahasan Motor dc erupakan objek yang akan dikontrol atau yang dikendalikan yang langsung disabungkan ke terinal output dari SCR dengan peasangan L dan C filter serta tanpa peasangan L dan C filter (hanya enggunakan SCR. Lihat gabar 1 Hasil siulasi Tanpa peasangan LC filter, torsi beban nol dengan ac =19 Hasil siulasi ac pada sudut peicuan SCR ( = dengan kondisi torsi beban nol diana, ac = 19 olt. SENATEK 15 Malang, 17 Januari

6 SEMINAR NASIONAL TEKNOLOGI 15 ISSN: Gabar 4. Hasil Siulasi ac pada Sudut Peicuan SCR ( Dengan Kondisi Torsi Beban Nol Tanpa Peasangan LC Filter = Gabar 4 adalah bentuk gelobang tegangan input AC, diana besar tegangan input AC adalah 19 olt. Pada t = sapai t =.5 sec. Serta terlihat juga bahwa 1 periode (T =, second. Sehingga sesuai dengan persaaan Untuk Sudut Peicuan SCR ( = 3 Hasil siulasi dc pada sudut peicuan SCR ( diana, ac = 19 olt 1 f T aka frekuensi = 5 HZ. = 3 dengan kondisi torsi beban nol Gabar 5. Hasil Siulasi dc Pada Sudut Peicuan SCR ( = Pada Kondisi Torsi Beban Nol Tanpa Peasangan LC Filter Pada gabar 5 adalah bentuk gelobang tegangan dc, dari gabar hasil siulasi terlihat bahwa pada bentuk gelobang tegangan output dc terjadi peotongan gelobang sebesar3 pada t = sapai t =.1 sec. Sebesar 115 olt disebabkan karena sudut peicuan 3 SCR disetting sebesar Besarnya rata-rata tegangan dc (rs untuk sudut peicuan SCR ( = 3 dapat di hitung dengan persaaan : Maka untuk sudut peicuan SCR ( = 3 adalah: =. ac =. 19 rs rs = 68.7 olt 1. sin( 4 3 SENATEK 15 Malang, 17 Januari

7 SEMINAR NASIONAL TEKNOLOGI 15 ISSN: rs 1. sin( sin( = 68.7 x.6465 = olt Untuk Kecepatan Motor dc pada seua sudut peicuan, baik pada kondisi torsi beban nol aupun torsi beban yang disetting pada.5 N. tanpa peasangan LC Filter aupun dengan peasangan LC Filter ditapilkan dala bentuk block display pada gabar block siulink hasil siulasi, dan secara lengkap dapat dilihat pada tabel 1 dan tabel. Hasil siulasi untuk kondisi torsi beban disetting pada,5 N dan ac =19 denga peasangan LC filter Untuk Sudut Peicuan SCR ( = Karena hasil siulasi kondisi torsi beban disetting pada.5 N hanya sebagai pebanding (khusus siulasi aka untuk sudut peicuan SCR ( =, ( = dan ( = hasil siulasi dc, Idc, dan kecepatan otor dc dengan peasangan LC filter dapat dilihat selengkapnya pada Tabel 3. Perbandingan hasil siulasi dan eksperien Tanpa peasangan LC filter Tabel 3. Data Hasil Perbandingan Siulasi Dan Eksperien SCR Sebagai Pengendali Motor Dc Tanpa Peasangan LC Filter SUDUT FIRING ( DC ( OLT IDC ( AMPERE N ( RPM Si / Eks Si Eks Si Eks Si Eks Dengan peasangan LC filter Tabel 4. Data hasil perbandingan siulasi dan eksperien SCR sebagai pengendali otor dc dengan peasangan LC filter SUDUT FIRING ( DC ( OLT IDC ( AMPERE N ( RPM Si / Eks Si Eks Si Eks Si Eks SENATEK 15 Malang, 17 Januari

8 SEMINAR NASIONAL TEKNOLOGI 15 ISSN: Tabel 5. Data hasil percobaan siulasi penurunan tegangan per-step pada SCR sebagai pengendali otor dc dengan kondisi torsi beban nol Maupun torsi beban disetting pada.5 N. dengan peasangan L dan C filter AC / INPUT SUDUT FIRING DC (OLT ( ( OLT Tb =.5 / Tb = Tb =.5 / Tb = Tb =.5 Tb = Dari tabel hasil percobaan siulasi Penurunan Tegangan Per-Step pada SCR sebagai Pengendali Motor DC dengan Kondisi Torsi Beban nol Maupun Torsi beban disetting pada.5 N. Dengan Peasangan L dan C Filter nilai penurunan tegangan dc rata-rata per-step berdasarkan besarnya sudut peicuan SCR adalah : =.53 olt.dc Tabel 6. Data hasil percobaan siulasi penurunan tegangan per-step pada SCR sebagai pengendali otor dc dengan kondisi torsi beban nol Maupun torsi beban disetting pada.5 N. tanpa peasangan L dan C filter AC / INPUT (OLT SUDUT FIRING ( DC ( OLT Tb =.5 / Tb = Tb =.5 / Tb = Tb =.5 Tb = Dari tabel 6. hasil percobaan siulasi Penurunan Tegangan Per-Step pada SCR sebagai Pengendali Motor DC dengan Kondisi Torsi Beban nol Maupun Torsi beban disetting pada.5 N. Tanpa Peasangan L dan C Filter nilai penurunan tegangan dc rata-rata per-step berdasarkan besarnya sudut peicuan SCR adalah : = 3. olt dc. SENATEK 15 Malang, 17 Januari

9 SEMINAR NASIONAL TEKNOLOGI 15 ISSN: Kesipulan Besarnya nilai error siulasi : Tanpa peasangan LC filter : Nilai rata rata error siulasi pada tegangan dc adalah 1.5 %, Nilai rata rata error siulasi pada arus dc adalah.7 %, Nilai rata rata error siulasi pada kecepatan otor dc adalah.15 %; Dengan peasangan LC filter : Nilai rata rata error siulasi pada tegangan dc adalah 1.8 %, Nilai rata rata error siulasi pada arus dc adalah 3. %, Nilai rata rata error siulasi pada kecepatan otor dc adalah.1 % ; Tanpa peasangan LC filter : Untuk kondisi torsi beban nol : Pada siulasi : seakin besar sudut peicuan pada SCR, tegangan dc seakin kecil ( , arus cenderung engalai penurunan walaupun relatif kecil (1.1 A.5 A, dan kecepatan seakin kecil ( rp, Pada eksperien : seakin besar sudut peicuan pada SCR, tegangan dc seakin kecil (7 153, arus cenderung engalai penurunan walaupun relatif kecil (1.8 A.5 A, dan kecepatan seakin kecil ( rp, Untuk kondisi torsi beban yang disetting pada.5 N.. Khusus pada siulasi Seakin besar sudut peicuan pada SCR, tegangan dc seakin kecil ( , arus cenderung engalai penurunan walaupun relatif kecil (1.34 A.78 A, dan kecepatan seakin kecil ( rp; Dengan peasangan LC filter pada SCR sebagai pengendali otor dc, step tegangan pada setiap sudut peicuan lebih baik (Sooth diana rata rata penurunan tegangan per-stepnya adalah :.53 olt dc, dibandingkan tanpa peasangan LC Filter pada SCR sebagai pengendali otor dc dengan kondisi Torsi beban nol aupun Torsi beban disetting pada.5 N. rata rata penurunan tegangan per-stepnya adalah : 3. olt dc. Daftar Pustaka 1 A. E. Fitzgerald, Charles Kingsley,Jr., Stephen D. Uans, Electric Machinery,McGraw- Hil International. fourth edition,. Akagi, H. Modern Active Filters And Tradisional Filters. Japan: Departeent of electrical and electronic engineering, Tokyo Institute of technology Burak Ozpineci Leon M. Tobert, Siulink Ipleentation of Induction Machine Model Aodular Approach, IEEE Transacton on Power Electronics, 3, Dubey.Gopal K., Power Seiconduktor Controlled Driver,Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, Merazy, Mostafa. Ahed, Adel A. and Abdel, Fared N. P-q Theory based Shunt Active Power Conditioner for Mitigation of Power Quality Probles. Egypt: Electric Engineering Departent, Assiut University, Moran, L. Pastorini, I. Dixon, J and Wallace R. Series Active Power Filter Copensates Current Haronics And oltage Unbalance Siultaneously. IEE Proc-gener. Trans.distribution,. 7 R. Krishan. Electric Motor Drives Modeling, Analysis and Control. Pretince hall International Inc, Stephen J. Chapan. Electrical Machinery Fundaentals, McGraw-Hill International Editons, Syed, Moinuddin K. Ra, B. Sanker. Instantenous Power Theory Based Active Power Filter: A Matlab / Siulink Approach. India, 5. 1 ictor R. Stefanovic and Peter Bauer LC Filter Effect SCR in Trends Motor Drive Applications, Budapest University of Technology and Econoics. SENATEK 15 Malang, 17 Januari