III DESIN DN IMPLEMENTSI 3. 1. Pendahuluan Pada Tugas khir ini akan dibahas tentang pengendalian kecepatan motor switched reluctance dengan menggunakan dspi30f4012. Dengan menggunakan topologi konverter N+1 yang berperan sebagai penggerak motor switched reluctance. Sistem kontrol berdasarkan hasil dari pembacaan posisi rotor dengan menggunakan rotary encoder. Dengan membangkitkan sinyal carrier yang dibandingkan dengan sinyal informasi maka akan muncul sinyal PWM (Pulse Witdh Modulation) yang akan digunakan pada salah satu saklar pada konverter N+1. Dengan mengatur duty cycle maka akan didapatkan kecepatan yang variable pada putaran motor switched reluctance. Pada tugas akhir ini akan diimplementasikan sistem seperti pada Gambar 3.1 berikut ini. atu Daya Konverter n+1 SRM dspi30f4012 Driver Rotary Gambar 3.1. Diagram blok sistem erdasarkan Gambar 3.1, sistem ini dibagi menjadi beberapa blok yaitu : blok kontrol yang terdiri dari sistim minimum dspi30f4012, blok driver yang 21
terdiri dari I buffer 74H541 dan I optocoupler TLP250, dan blok rangkaian daya yang terdiri dari MOSFET IRFP250 dan dioda penyearah. lok kontrol merupakan bagian utama dari sitem ini. Di mana blok kontrol akan menerima data posisi rotor dari rotary encoder. Data yang dihasilkan oleh rotary encoder berupa pulsa gelombang kotak. Setelah itu pulsa tersebut akan diolah oleh blok kontrol yang kemudian digunakan sebagai pola pensaklaran saklar bawah. Sedangkan pada saklar atas dengan membandingkan timer dengan pulsa keluaran rotary encoder maka akan dihasilkan PWM (Pulse Width Modulation). Sinyal PWM ini digunakan untuk mengatur kecepatan putaran dari motor switched reluctance. Sinyal yang sudah diolah oleh blok kontrol kemudian disambungkan menuju blok driver. Saklar pada blok rangkaian daya akan dikendalikan melalui blok driver sesuai dengan sinyal yang diterima oleh blok driver. Pensaklaran pada blok rangkaian daya akan menggerakan motor switched reluctance. 3.2. Rancangan Motor Switched Reluctance Motor switched reluctance memiliki dua bagian penting yaitu stator dan rotor. Pada tugas akhir ini, dirancang motor switched reluctance dengan memodifikasi konstruksi dari motor kapasitor. Modifikasi dilakukan dengan mengubah konstruksi stator yang semula berupa belitan dari empat kutub dua fasa menjadi enam kutub tiga fasa. Kemudian juga diubah rotor pada motor kapasitor yang semula berupa inti besi biasa menjadi empat kutub dengan memotongnya. Untuk lebih jelasnya akan disajikan pada penjelasan di bawah ini. 22
3.2.1. Stator Stator merupakan bagian motor yang tidak bergerak atau statis. Pada umumnya stator motor switched reluctance berupa lilitan. Stator yang dibuat tersusun dari enam lilitan yang melingkari selongsong inti besi pada stator. Selongsong pada stator berjumlah 36 buah. Sehingga masing-masing kutub menempati enam selongsong. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 3.2. 2 3 4 1 5 6 Inti esi Selongsong Ruang Rotor ody Gambar 3.2. Stator pada motor switched reluctance erdasarkan Gambar 3.2, stator dibagi menjadi enam kutub tiga fasa. Setiap kutubnya terdiri dari enam selongsong dan akan dililit kawat email. Lilitan tersebut terdiri dari dua lilitan yaitu lilitan yang melingkari dua selongsong dalam (nomor 3 dan 4) dan lilitan lainnya melingkari dua selongsong tepi (nomor 1 dan 6). Sehingga lilitan tersebut akan nampak seperti Gambar 3.3 berikut ini. 23
1 3 4 6 Gambar 3.3. entuk lilitan pada stator Lilitan tersebut kemudian disusun secara paralel. Sehingga nomor satu dihubungkan dengan nomor tiga dan nomor empat dihubungkan dengan nomor enam. Setelah semua kutub dirangkai secara paralel semua, kutub dengan dihubungkan secara seri seperti yang terlihat pada Gambar 3.4. berlaku juga untuk kutub dengan dan dengan. 1 3 4 6 1 3 4 6 1 3 4 6 1 3 4 6 1 3 4 6 1 3 4 6 Gambar 3.4. Hubungan lilitan antar kutub 24
com 1 6 1 6 3 4 3 4 1 6 1 6 3 4 3 4 1 6 1 6 3 4 3 4 Gambar 3.5. Rangkaian ekuivalen antar kutub Dengan merangkai sepasang kutub ( dan ) secara seri maka akan didapatkan kutub utara dan selatan. erlaku pula pada kutub yang lainnya ( dan, dan ). Pasangan kutub dibuat berbeda bertujuan agar dapat menarik rotor sehingga rotor dapat berputar. Setelah dihubungkan secara seri akan dihasilkan tiga pasang kutub dengan tiga fasa. Kemudian ketiganya dirangkai menjadi rangkai bintang seperti Gambar 3.6. Rangkaian tersebut kemudian dihubungan dengan konverter N+1. Gambar 3.6. Hubungan bintang antar fasa 3.2.2. Rotor Rotor adalah bagian dari motor yang bergerak. Rotor pada motor switched reluctance berupa inti besi. Karena rotor motor yang dibuat tugas akhir ini adalah 25
rotor motor kapasitor maka rotor di modifikasi dengan memotong rotor menjadi empat kutub. Hasil dari modifikasi rotor tersebut dapat dilihat pada Gambar 3.7. b a Gambar 3.7. (a) Rotor motor switched reluctance (b) rotor tampak atas 3.2.3. Rotary Encoder Untuk mendeteksi posisi rotor motor switched reluctance maka diperlukan sebuah alat yaitu rotary encoder. Rotary encoder ini akan mendeteksi posisi rotor dan mengkonversikan menjadi pulsa digital sehingga dapat diolah oleh DS. Pulsa yang dikeluarkan rotary encoder berupa gelombang kotak, pulsa tersebut digunakan untuk mengatur saklar pada rangkaian konverter N+1 agar motor data berputar. Rotary encoder ini di pasang pada poros motor. Pada tugas akhir ini rotary encoder yang digunakan bertipe E50S8-2000-3-T-24 dengan spesifikasi yaitu rating tegangan antara 12 V 24 V, 2000 RPM dengan keluaran berjenis totem pole output. 3.3. Rangkaian Daya Pada umunya rangkaian daya yang digunakan untuk menggerakkan motor switched reluctance digunakan saklar statis (MOSFET dan IGT). Pada laporan 26
tugas akhir ini digunakan konverter dengan topologi N+1 untuk menggerakkan motor switched reluctance. Pemilihan konverter ini dikarenakan desainnya yang fleksibel dan tidak membutuhkan saklar yang banyak. Karena motor switched reluctance yang dirancang tiga fasa maka pada rangkaian daya tersusun empat buah MOSFET dan empat buah dioda penyearah. Saklar S1 berfungsi sebagai common yang digunakan untuk mengendalikan kecepatan putaran motor sedangkan saklar S2, S3, dan S4 digunakan untuk pengendali fasa,, dan. S1 D2 D3 D4 D D1 S2 S3 S4 Gambar 3.8. Konverter topologi N+1 ara kerja dari konverter ini yaitu saat kondisi saklar S1 dan S2 nyala (ON) maka arus akan mengalir dari sumber menuju saklar S1 kemudian melewati lilitan fasa diteruskan ke saklar S2 dan kembali menuju sumber. Kondisi ini dinamakan kondisi magnetizing dimana lilitan teraliri arus sehingga muncul medan magnet pada lilitan. Saat saklar S1 dan S2 mati (OFF) maka akan terjadi proses freewheeling dimana arus akan mengalir pada dioda. Konverter N+1 pada tugas akhir ini dirancang menggunakan MOSFET bertipe IRFP250 dan dioda 610 MI 27
3.4. Rangkaian Driver Rangkaian driver merupakan rangkaian yang berfungsi untuk memisahkan antara rangkaian kontrol dengan rangkaian daya dan juga berfungsi untuk menjalankan rangkaian daya. Rangkaian driver yang dibuat pada tugas akhir ini tersusun dari I buffer 74H541 yang digunakan sebagai penstabil tegangan keluaran DS agar tidak terjadi drop tegangan sekaligus sebagai proteksi DS jika terjadi feed back dari driver, dan I optocoupler TLP250 yang berfungsi memisahkan antara tegangan pada rangkaian kontrol dengan rangkaian daya serta sebagai pemicu gate pada saklar statis. erikut dijelaskan dan digambarkan mengenai komponen yang digunkan dalam membuat blok driver: +5V +12V(1) H1 L1 L2 L3 OE1 0 1 2 3 4 V OE2 Y0 Y1 Y2 Y3 K V (1) +12V(2) G S1 S 5 6 7 Y4 Y5 Y6 Y7 K V G S2 S V G K S3 S V G K S4 S (2) Gambar 3.9. lok driver Pada Gambar 3.9 ditunjukan bahwa rangkain driver terdiri dari dua komponen utama yaitu buffer dan optocoupler. ara kerja dari rangkaian ini adalah sinyal keluaran dari port DS dspi30f4012 masuk pada kaki input I buffer (0, 1, 2, 3). Sinyal tersebut akan disangga oleh I buffer agar tetap 28
stabil. Kemudian sinyal tersebut akan menjadi input dari optocoupler. Pada I buffer ini terdapat pin Output Enable (OE) yang berfungsi untuk mengkontrol sinyal keluaran dari I buffer. gar sinyal dapat disalurkan dari input menuju output I buffer maka OE harus disambung terhadap ground. Sinyal yang dikeluarkan dari I buffer kemudian menuju ke pin anoda dari optocoupler. Sinyal yang masuk pada optocoupler bernilai 5 V. Setelah itu I optocoupler akan mengeluarkan sinyal sama dengan yang dihasilkan oleh DS hanya saja tegangannya 12 V. Keluaraan dari optocoupler ini akan dihubungkan pada rangkaian daya dan digunakan untuk menggontrol pensaklaran agar motor switched reluctance dapat berputar. 3.5. lok Kontrol lok kontrol pada desain ini berbasis digital menggunakan Digital Signal ontroller (DS) tipe dspi30f4012. Pada blok kontrol di rancang sistim minimum dari dspi30f4012 ini tersusun dari I dspi30f4012 dengan cristal 7.3728Mhz sebagai oscillator. Pada pemprograman dspi30f4012 digunakan software mikro PRO for dspi yang menggunakan bahasa sebagai dasar pemrograman. 29
+5V dspi30f4012 1 MLR VDD 28 Reset 2 3 N0/R0 N1/R1 VSS 27 RE0 26 Ke I buffer 1 Dari potensio 4 N2/R2 RE1 25 Ke I buffer 2 5 N3/R3 RE2 24 Ke I buffer 3 6 N4/R4 RE3 23 Ke I buffer 0 7 N5/R5 RE4 22 8 Vss RE5 21 +5V 9 OS1/LKIN VDD 20 10 OS2/LKO VSS 19 11 R13 RF2 18 12 R14 RF3 17 13 VDD RE8 16 Z dari rotary encoder 14 INT2/RD1 INT1/RD0 15 dari rotay encoder Gambar 3.10. Skema sistem minimum dspi30f4012 3.5.1 logaritma Pemrograman dspi30f4012 Program yang digunakan untuk mengontrol pensaklaran motor switched reluctance agar dapat berputar dibuat dengan menggunakan software mikro PRO for dspi. Data yang di peroleh dari hasil deteksi posisi rotor dengan menggunakan rotary encoder diolah dan diprogram dengan menggunakan bahasa program. Pengaturan bit register D disesuaikan dengan port input D, channel yang dipakai dan beberapa pengaturan lainnya. Untuk lebih jelasnya mengenai alur cara kerja dari alat yang dibuat maka dapat dilihat pada flowchart pada Gambar 3.11. Saat alat dinyalakan maka DS akan melakukan inisialisasi PORT, Interrupt, Timer Interrupt, dan D. Selanjutnya DS akan membaca masukan berupa pulsa yang dikeluarkan dari hasil deteksi posisi oleh rotary encoder. DS akan mengkalkulasi kemudian akan mengeksekusi program dengan mengeluarkannya pada PORTE. Setelah itu DS akan kembali membaca masukan kembali dan begitu seterusnya. 30
Start Inisialisasi Port, Interrupt, D aca Pulsa Rotary TMR1 > Mod RE.3 OFF RE.3 ON 32>=NT<=168 508>=NT<=675 1015>=NT<=1182 1522>=NT<=1589 Ya RE.0 ON Tidak 170>=NT<=337 677>=NT<=844 1184>=NT<=1352 1691>=NT<=1858 Ya RE.1 ON Tidak Tidak 339>=NT<=506 846>=NT<=1013 1353>=NT<=1520 1860>=NT<=2000 0>=NT<=30 Ya RE.2 ON Gambar 3.11. Flowchart Pemrograman 31