AKTUATOR PENGANTAR Pada sistem pengaturan, kebanyakan sinyal kontrol yang dihasilkan oleh kotroler tidak cukup kuat dayanya untuk mendrive plan sehingga diperlukan aktuator. Pada bagian ini akan dijelaskan tentang aktuator termasuk fungsinya dalam sistem pengaturan dan klasifikasi aktuator berdasarkan daya yang dihasilkan. AKTUATOR Aktuator merupakan komponen penguat dan pengkonversi daya yang berfungsi untuk menguatkan sinyal kontrol yang berasal dari kontroler menjadi sinyal baru dengan daya yang besar dan sesuai dengan daya yang dibutuhkan oleh plant. Letak aktuator dalam sistem pengaturan dapat dilihat pada blok diagram sistem pengaturan loop tertutup berikut ini : R(s) E(s) Σ Kontroler Plant + - Aktuator C(s) C*(s) Sensor / Tranduser Berdasarkan daya yang dihasilkan, aktuator dapat diklasifikasikan menjadi : 1. Aktuator elektrik 2. Aktuator mekanik 3. Aktuator pneumatik 4. Aktuator hidrolik 1
Contoh aktuator elektrik : 1. Selenoid Solenoid merupakan peralatan dasar yang mengubah sinyal elektrik menjadi gerakan mekanik, biasanya rectilinear (dalam satu garis lurus). Solenoid terdiri dari coil dan plunger, dengan plunger yang berkedudukan bebas. Coil akan memiliki beberapa tingkat tegangan atau arus (ac ataupun dc). Solenoid termasuk plungernya akan menarik atau memberikan suatu gaya jika dieksitasi dengan tegangan tertentu. gambar selenoid 2. Konverter DC ke DC ( DC Chopper ) Konverter dc ke dc, pada umumnya disebut chopper karena prinsip pengoperasiannya digunakan untuk memvariasikan nilai rata-rata dari tegangan langsung, yang diaplikasikan pada rangkaian muatan dengan mengenalkan satu atau lebih thyristor antara rangkaian muatan dan sumber dc. Chopper digunakan pada drivedrive dc kecepatan variabel, bertujuan menghilangkan limbah energi dalam bentuk panas yang dihasilkan saat menyalakan dan mengendalikan tahanan. Berikut ini adalah contoh rangkaian chopper : 2
Pada rangkaian ini baik V o maupun I o bermuatan positip. Simbol thyristor ditandai dengan lingkaran yang dapat dihidupkan dan dimatikan. Dua kemungkinan kondisi pengoperasian dijelaskan pada gambar (1) dan Gambar (2) berikut ini : Pada gambar (1) tampak arus isian i o terputus (discontinous), sehingga selama interval untuk i o adalah nol, maka V o = V c. Pada gambar (2) tampak waktu periode T telah diturunkan sedemikian hingga i o telah berhenti mengalir sebelum Q 1 kembali didihidupkan. Konsekuensinya, keluaran tegangan V o berisi suatu getaran empat persegi panjang (rectangular pulse) dengan magnitudo V. Kenaikan atau penurunan induktan rangkaian muatan L sebesar V c juga cenderung berpengaruh pada keluaran selanjutnya. 3
3. Konverter DC ke AC (Inverter) Sebagai contoh sederhana sebuah inverter DC-AC linier adalah penguat push-pull Diagram skematik dari penguat push-pull adalah sebagai berikut berikut : Pada push-pull amplifier, kedua transistor dihubungkan dan difungsikan sebagai rangkaian emitter follower, untuk T 1 dioperasikan saat tegangan input Vs positip dan T 2 dioperasikan saat tegangan input Vs negatip. Oleh karena itu tegangan output mengikuti kondisi tegangan input, dan transistor berfungsi sebagai penguat arus untuk memperoleh daya output yang diinginkan. Salah satu contoh aktuator mekanik adalah motor DC. Motor DC mengubah energi listrik berupa sinyal tegangan menjadi energi mekanik berupa putaran yang kontinyu. Prinsip kerja dari motor DC dijelaskan melalui sketsa berikut : coil Bearing S N S N (b) Komutator Eksitasi S N (a) (c) 4
Rangkaian penguat medan yang menghasilkan medan magnet konstan melintang dari dua kutub. Diantara kutub terhubung suatu lilitan kawat yang dapat bebas berotasi dan terhubung ke sumber arus dc yang melewati switch yang ada pada shaft (comutator) seperti anda lihat pada gambar (a). Pada kondisi tersebut arus pada coil akan menghasilkan medan magnet dengan orientasi kutub utara/selatan seperti pada gambar (b). Tolakan dari medan magnet selatan dan coil selatan akan menyebabkan torsi yang akan memutar coil. Jika komutator tidak terbelah coil akan berputar sampai medan magnet dan coil utara dan kutub selatan sejajar, tetapi karena komutator dengan arah putaran arus melalui coil juga berubah maka dengan kondisi seperti pada gambar (c) torsi putar akan tetap ada dan coil akan terus berputar. Berikut ini adalah diagram skematik dari motor DC dengan penguat medan konstan : R a L a e a T θ,ω J i a i f B Penurunan model matematika dari motor DC dengan penguat medan konstan ini dibahas pada pokok bahasan Model matematika sistem elektromekanika Aktuator pneumatik sering digunakan untuk mentranslasikan sinyal kontrol menjadi suatu gaya atau torsi yang besar untuk memanipulasi elemen kontrol. Prinsip kerjanya berdasarkan konsep tekanan. = ( P P )A F 1 2 dimana P 1 - P 2 = beda tekanan (Pa) A = luas diafragma (m 2 ) F = gaya (N) Biasanya aktuator pneumatik dilengkapi dengan valve kontrol. Seperti terlihat pada direct pneumatic actuator pada gambar berikut ini 5
Ide dasar dari aktuator hidrolik pada dasarnya sama dengan aktuator pneumatik, hanya saja aktuator hidrolik menggunakan fluida yang incompressible. Sebuah aktuator hidrolik mengubah gaya kecil F in menjadi gaya yang diperbesar F out Tekanan hidrolik diberikan oleh persamaan berikut : dimana P H F 1 F1 P H = A 1 = tekanan hidrolik (Pa) = gaya yang diterapkan, applied force (N) A 1 = luas forcing piston (m 2 ) Gaya yang dihasilkan pada working piston adalah F w = P H A 2 6
dimana F w = gaya pada working piston, working force (N) A 2 = luas working piston (m 2 ) RINGKASAN 1. Pada sistem pengaturan, actuator berfungsi untuk menguatkan sinyal kontrol yang berasal dari kontroler menjadi sinyal baru dengan daya yang besar dan sesuai dengan daya yang dibutuhkan oleh plant. 2. Berdasarkan daya yang dihasilkan, aktuator dapat diklasifikasikan menjadi aktuator elektrik, aktuator mekanik, aktuator pneumatik dan aktuator hidrolik LATIHAN Beberapa peralatan modern menggunakan sebuah turntable untuk memutar sebuah disk pada kecepatan yang konstan, sebagai contoh CD player, disk drive komputer, dan lainlain. Berikut ini adalah diagram blok dari sistem pengaturan kecepatan untuk turntable. batere kecepatan putar Turntable + - dc amplifier motor dc tachometer Bagian manakah yang berfungsi sebagai aktuator? 7