BAB II LANDASAN TEORI

BAB II
LANDASAN TEORI
2. 1. Energi Surya
Matahari adalah sumber energy utama yang memancarkan energy yang luar biasa
besarnya ke permukaan bumi. Pada keadaan cuaca cerah, permukaan bumi menerima
sekitar 1000 watt energy matahari per meter persegi. Kurang dari 30 % energy tersebut
dipantulkan kembali ke angkasa, 47% dikonversikan menjadi panas, 23% digunakan
untuk seluruh sirkulasi kerja yang terdapat diatas permukaan bumi, sebagian kecil
0,25% ditampung angin, gelombang dan arus dan masih ada bagian yang sangat kecil
0,025% disimpan melalui proses fotosintesis didalam tumbuh-tumbuhan yang akhirnya
digunakan dalam proses pembentukan batu bara dan minyak bumi
Energi Surya adalah energy yang didapat dengan mengubah energy panas surya
melalui peralatan tertentu menjadi sumber daya dalam bentuk lain. Sumber energy yang
efisien dan ekonomis dan dapat diandalkan lingkungan karena energy surya dapat
dimanfaatkan energy listrik yang bersih tanpa polusi, mudah dipindahkan, dekat dengan
pusat beban sehingga penyaluran sangat sederhana. Saat ini kebutuhan, khusus nya
energy listrik terus meningkat dengan pesat, hal ini menjelaskan bahwa matahari
sebagai sumber utama yang dapat ditransfer menjadi sumber listrik.
5
http://digilib.mercubuana.ac.id/
6
Energi Surya yaitu energi yang sangat luar biasa sebab tidak bersifat polutif, tak
dapat habis, dapat dipakai dan tidak membeli, hal ini berarti diperlukan semacam
system penyimpanan energy atau konversi lain diperlukan untuk menyimpan energy
pada malam hari serta pada saat cuaca mendung.
2. 2. Sensor Cahaya LDR
Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) adalah salah satu jenis resistor
yang dapat mengalami perubahan resistansinya apabila mengalami perubahan
penerimaan cahaya. Besarnya nilai hambatan pada Sensor Cahaya LDR tergantung pada
besar kecilnya cahaya yang diterima oleh LDR itu sendiri. LDR sering disebut dengan
alat atau sensor yang berupa resistor yang peka terhadap cahaya. Biasanya LDR terbuat
dari cadmium sulfida yaitu merupakan bahan semikonduktor yang resistansnya
berupah-ubah menurut banyaknya cahaya (sinar) yang mengenainya. Resistansi LDR
pada tempat yang gelap biasanya mencapai sekitar 10 MΩ, dan ditempat terang LDR
mempunyai resistansi yang turun menjadi sekitar 150 Ω. Seperti halnya resistor
konvensional, pemasangan LDR dalam suatu rangkaian sama persis seperti pemasangan
resistor biasa. Simbol LDR dapat dilihat seperti pada gambar berikut.
Gambar 2.1 Simbol Dan Fisik Sensor Cahaya LDR
http://digilib.mercubuana.ac.id/
7
2.2.1. Penggunaan Sensor Cahaya LDR
Sensor Cahaya LDR dapat digunakan sebagai:
- Sensor pada rangkaian saklar cahaya
- Sensor pada lampu otomatis
- Sensor pada alarm brankas
- Sensor pada tracker cahaya matahari
- Sensor pada kontrol arah solar cell
- Sensor pada robot line follower
Dan masih banyak lagi rangkaian elektronika yang menggunakan LDR
sebagai sensor cahaya.
2.2.2. Karakteristik Sensor Cahaya LDR
Sensor Cahaya LDR adalah suatu bentuk komponen yang mempunyai
perubahan resistansi yang besarnya tergantung pada cahaya. Karakteristik LDR
terdiri dari dua macam yaitu Laju Recovery dan Respon Spektral.
- Laju Recovery Sensor Cahaya LDR
Bila sebuah “Sensor Cahaya LDR” dibawa dari suatu ruangan dengan
level kekuatan cahaya tertentu ke dalam suatu ruangan yang gelap, maka
bisa kita amati bahwa nilai resistansi dari LDR tidak akan segera berubah
resistansinya pada keadaan ruangan gelap tersebut. Namun LDR tersebut
hanya akan bisa mencapai harga di kegelapan setelah mengalami selang
waktu tertentu. Laju recovery merupakan suatu ukuran praktis dan suatu
kenaikan nilai resistansi dalam waktu tertentu. Harga ini ditulis dalam
http://digilib.mercubuana.ac.id/
8
K/detik, untuk LDR tipe arus harganya lebih besar dari 200K/detik
(selama 20 menit pertama mulai dari level cahaya 100 lux), kecepatan
tersebut akan lebih tinggi pada arah sebaliknya, yaitu pindah dari tempat
gelap ke tempat terang yang memerlukan waktu kurang dari 10 ms untuk
mencapai resistansi yang sesuai dengan level cahaya 400 lux.
- Respon Spektral Sensor Cahaya LDR
Sensor Cahaya LDR tidak mempunyai sensitivitas yang sama untuk
setiap panjang gelombang cahaya yang jatuh padanya (yaitu warna).
Bahan yang biasa digunakan sebagai penghantar arus listrik yaitu
tembaga, aluminium, baja, emas dan perak. Dari kelima bahan tersebut
tembaga merupakan penghantar yang paling banyak digunakan karena
mempunyai daya hantar yang baik (TEDC,1998)
2.2.3. Prinsip Kerja Sensor Cahaya LDR
Resistansi Sensor Cahaya LDR akan berubah seiring dengan perubahan
intensitas cahaya yang mengenainya atau yang ada disekitarnya. Dalam keadaan
gelap resistansi LDR sekitar 10MΩ dan dalam keadaan terang sebesar 1KΩ atau
kurang. LDR terbuat dari bahan semikonduktor seperti kadmium sulfida. Dengan
bahan ini energi dari cahaya yang jatuh menyebabkan lebih banyak muatan yang
dilepas atau arus listrik meningkat. Artinya resistansi bahan telah mengalami
penurunan.
2. 3. Mikrokontroler
Mikrokontroler adalah sebuah chip yang berfungsi sebagai pengontrol rangkaian
elektronik dan umunya dapat menyimpan program didalamnya. Mikrokontroler
http://digilib.mercubuana.ac.id/
9
umumnya terdiri dari CPU (Central Processing Unit), memori, I/O tertentu dan unit
pendukung seperti Analog-to-Digital Converter (ADC) yang sudah terintegrasi di
dalamnya. Kelebihan utama dari mikrokontroler ialah tersedianya RAM dan peralatan
I/O pendukung sehingga ukuran board mikrokontroler menjadi sangat ringkas.
ATTiny 2313 merupakan mikrokontroller 8-bit AVR dengan kapasitas memory
maksimum sebesar 2 Kbytes yang tersimpan didalam Memory Flash-nya. ATTIny 2313
merupakan chip IC produksi ATMEL yang termasuk golongan single chip
microcontroller, dimana semua rangkaian termasuk memori dan I/O tergabung dalam
satu paket IC. Dalam pemrogramannya kontroller ini dapat dijalankan menggunakan 2
bahasa yaitu bahasa Assembly atau bahasa C. Sehingga memungkinkan pengguna dapat
mengoptimalkan kinerja sistem yang dibuat secara fleksibel.
Gambar 2.2 IC Attiny2313
IC ATTiny 2313 ada 2 jenis yaitu jenis PDIP/SOIC (berbentuk prisma segi empat)
dan jenis VQFN/MLF (berbentuk kotak) yang pada dasarnya memiliki fungsi yang
sama, hanya saja memiliki bentuk yang berbeda.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
10
Gambar 2.3 Konfigurasi Pin Attiny2313
Gambar 2.3 merupakan konfigurasi pin dari ATTiny 2313. Secara keseluruhan
memiliki total 20 pin. Berikut adalah penjelasan secara garis besar dari konfigurasi pinpin tersebut :
a.
VCC
Tegangan masukan digital sebesar 5 Volt.
b.
GND
Dihubungkan pada Ground. Referensi nol suplai tegangan digital.
c.
PORT A (PA0...PA2)
Pada PORT A hanya terdapat tiga (3) buah pin saja atau 3 bit pin I/O.
Dimana PORT A ini, ketiga pin nya (seluruh pin PORT A) digunakan untuk
keperluan membuat sismin. Yaitu PA.0 dan PA.1 untuk input clock (nama
komponen adalah kristal), dan PA.2 untuk input tombol RESET.
d.
PORT B (PB0...PB7)
Pada PORT B terdapat delapan (8) buah pin atau 8 bit pin I/O. Dan juga
pada PORT B ini terdapat port SPI (Serial Peripheral Interface), yaitu pin
komunikasi untuk men-download program secara serial syncronous dari
http://digilib.mercubuana.ac.id/
11
komputer ke mikrokontroller, pin-pin tersebut adalah MOSI (PORTB.5),
MISO (PORTB.6), SCK (PORTB.7).
e.
PORT D (PD0...PD6)
Pada PORT D terdapat delapan(7) buah pin atau 7 bit pin I/O.
f.
RESET
Reset berfungsi untuk menyusun ulang routing program dari awal. Biasanya
RESET bersifat Active Low, yaitu aktif saat logika bernilai nol “0”. Sinyal
LOW pada pin ini dengan lebar minimum 1,5 mikrodetik akan membawa
mikrokontroler ke kondisi Reset, meskipun clock tidak running. Sinyal
dengan lebar kurang dari 1,5 mikrodetik tidak menjamin terjadinya kondisi
Reset.
g.
XTAL 1
XTAL1 adalah masukan ke inverting oscillator amplifier dan input ke
internal clock operating circuit.
h.
XTAL 2
XTAL2 adalah output dari inverting oscillator amplifier.
2. 4. Komparator
Komparator adalah alat yang di gunakan untuk membandingkan ukuran panjang.
Komparator umumnya di buat dari sebuah teleskop atau mikroskop yang di gerakan
naik turun pada sebuah skala. Komparator juga bisa di sebut sebagai alat yang di
gunakan untuk membuat perbandingan antara dua sinar atau warna.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
12
Selain itu, ada juga yang di sebut dengan rangkaian komparator tegangan.
Komparator tegangan adalah sebuah rangkaian
yang dapat
dengan cermat
membandingkan besar tegangan yang di hasilkan. Rangkaian ini biasanya menggunakan
komparator Op-Amp sebagai piranti utama dalam sebuah rangkaian. Saat ini terdapat
dua jenis komparator tegangan, yaitu komparator tegangan sederhana dan komparator
tegangan dengan histerisis. Salah satu IC komparator yang sering digunakan adalah IC
LM 324. IC LM324 merupakan IC Operational Amplifier dan memiliki 14 kaki, IC ini
mempunyai 4 buah op-amp yang berfungsi sebagai komparator. IC LM324 memiliki
tegangan kerja antara +5 V sampai +15V untuk +Vcc dan -5V sampai -15V untuk –
Vcc. Perhatikan gambar IC LM324 dibawah ini.
Gambar 2.4 Bentuk fisik IC LM324
Berikut konfigurasi pin IC LM324
 Pin 1
= Output 1
 Pin 8
= Output 3
 Pin 2
= Input 1 negatif
 Pin 9
= Input 3 negatif
http://digilib.mercubuana.ac.id/
13
 Pin 3
= Input 1 positif
 Pin 10
= Input 3 positif
 Pin 4
= VCC
 Pin 11
= GROUND
 Pin 5
= Input 2 positif
 Pin 12
= Input 4 positif
 Pin 6
= Input 2 negatif
 Pin 13
= Input 4 negatif
 Pin 7
= Output 2
 Pin 14
= Output 4
2.4.1. Rangkaian Komparator Tegangan Sederhana
Gambar 2.5 Rangkaian komparator tegangan sederhana
Rangkaian komparator ini dapat kita rangkai menggunakan Vref yang di
hubungkan ke V Supply, kemudian kedua resistor di gunakan sebagai pembagi
tegangan, sehingga nilai tegangan yang di hasilkan dari komparator Op-Amp
adalah semakin besar. Komparator Op-Amp akan membandingkan nilai tegangan
pada kedua tegangan, apabila sebuah tegangan masukan negatif (-) lebih besar
dari tegangan masukan positif (+) maka keluaran Op-Amp akan menjadi sama V
Supply. Untuk Op-Amp yang sesuai dengan pemakaian pada rangkaian Op-Amp
http://digilib.mercubuana.ac.id/
14
untuk komparator biasanya menggunakan op-amp dengan tipe LM339 yang
banyak di pasaran.
2.4.2. Rangkaian Komparator Tegangan Histerisis
Gambar 2.6 Rangkaian komparator tegangan histerisis
Tujuan Rangkaian komparator ini adalah untuk meminimalkan efek nois
pada tegangan masukan. Misalnya tegangan referensinya di set 3,3 V, sedangkan
rangkaian ini juga memiliki nois sebesar 0,1 V, maka tegangan inputnya menjadi
tepat 3,3 V dan keluarannya juga akan berfluktuatif sesuai dari noisnya. Dengan
menggunakan komparator histerisis, maka keluaranya tidak akan berlogika
sebelum input melewati batas dan sebaliknya.
Dengan menggunakan komparator LM324 maka tegangan sinyal ramp yang
di hasilkan oleh rangkaian generator ini akan di bandingkan dengan tegangan dari
potensiometer. Tegangan potensiometer tersebut bervariasi antara 0 volt sampai
10 volt DC. Pada saat rangkaian ramp berada di bawah tegangan potensiometer
maka output dari komparator LM324 adalah 10 Volt sehingga terdapat arus yang
mengalir pada R7. Apabila tegangan ramp lebih tinggi dari pada tegangan
http://digilib.mercubuana.ac.id/
15
potensiometer maka output dari LM324 adalah 0 volt. Arus ini merupakan arus
aktivasi optocoupler pada bagian triac.
2. 5. Motor DC
Motor arus searah (motor DC) telah ada selama lebih dari seabad. Keberadaan
motor dc telah membawa perubahan besar sejak dikenalkan motor induksi, atau
terkadang disebut AC Shunt Motor. Motor DC telah memunculkan kembali Silicon
Controller Rectifier yang digunakan untuk memfasilitasi kontrol kecepatan pada motor.
Mesin listrik dapat berfungsi sebagai motor listrik apabila didalam motor listrik
tersebut terjadi proses konversi dari energi listrik menjadi energi mekanik.
Sedangkan untuk motor DC itu sendiri memerlukan suplai tegangan yang searah
pada kumparan jangkar dan kumparan medan untuk diubah menjadi energi mekanik.
Pada motor dc kumparan medan disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan
kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar).
Jika tejadi putaran pada kumparan jangkar dalam pada medan magnet, maka akan
timbul tagangan (GGL) yang berubah-ubah arah pada setiap setengah putaran, sehingga
merupakan tegangan bolak-balik.
Prinsip dari arus searah adalah membalik phasa negatif dari gelombang sinusoidal
menjadi gelombang yang mempunyai nilai positif dengan menggunakan komutator,
dengan demikian arus yang bebalik arah dengan kumparan jangkar yang berputar dalam
medan magnet, dihasilkan tegangan (GGL) seperti yang terlihat pada Gambar dibawah
ini sebagai berikut :
Ea
http://digilib.mercubuana.ac.id/
16
t
Gambar 2.7 Gelombang arus searah
2.5.1. Prinsip Kerja
Daerah kumparan medan yang yang dialiri arus listrik akan menghasilkan
medan magnet yang melingkupi kumparan jangkar dengan arah tertentu. Konversi
dari energi listrik menjadi energi mekanik (motor) maupun sebaliknya
berlangsung melalui medan magnet, dengan demikian medan magnet disini selain
berfungsi sebagai tempat untuk menyimpan energi, sekaligus berfungsi sebagai
tempat berlangsungnya proses perubahan energi dan daerah tersebut dapat dilihat
pada Gambar dibawah ini :
Gambar 2.8 Prinsip kerja motor DC
Dengan mengacu pada hukum kekekalan energi :
Proses energi listrik
= energi mekanik + energi panas + energi didalam
medan magnet
http://digilib.mercubuana.ac.id/
17
Maka dalam medan magnet akan dihasilkan kumparan medan dengan
kerapatan fluks sebesar B dengan arus adalah I serta panjang konduktor sama
dengan L maka diperoleh gaya sebesar F, dengan persamaan sebagai berikut :
F = B I L..................................................................................(pers .1)
Arah dari gaya ini ditentukan oleh aturan kaidah tangan kiri, adapun kaidah
tangan kiri tersebut adalah sebagai berikut :
Ibu jari sebagai arah gaya ( F ), telunjuk jari sebagai fluks ( B ), dan jari
tengah sebagai arus ( I ). Bila motor dc mempunyai jari-jari dengan panjang
sebesar ( r ), maka hubungan persamaan dapat diperoleh :
Tr = Fr = B I L r.....................................................................(pers 2.)
Saat gaya ( F ) tersebut dibandingkan, konduktor akan bergerak didalam
kumparan medan magnet dan menimbulkan gaya gerak listrik yang merupakan
reaksi lawan terhadap tegangan sumber.
Agar proses perubahan energi mekanik tersebut dapat berlangsung secara
sempurna, maka tegangan sumber harus lebih besar dari pada tegangan gerak
yang disebabkan reaksi lawan. Dengan memberi arus pada kumparan jangkar
yang dilindungi oleh medan maka menimbulkan perputaran pada motor.
2.5.2. Konstruksi Motor DC
Bagian-bagian yang penting dari motor dc dapat ditunjukkan pada Gambar
2.9. Dimana stator mempunyai kutub yang menonjol dan ditelar oleh kumparan
medan. Pembagian dari fluks yang terdapat pada daerah celah udara yang
dihasilkan oleh lilitan medan secara simetris yang berada disekitar daerah tengah
kutub kumparan medan.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
18
Kumparan penguat dihubungkan secara seri, letak kumparan jangkar berada
pada slot besi yang berada disebelah luar permukaan jangkar. Pada jangkar
terdapat komutator yang berbentuk silinder dan isolasi sisi kumparan yang
dihubungkan dengan komutator pada beberapa bagian yang berbeda sesuai
dengan jenis belitan.
Gambar 2.9 Konstruksi motor DC
2.5.3. Torsi Motor
Torsi motor didefinisikan sebagai aksi dari suatu gaya pada motor yang
dapat mempengaruhi beban untuk ikut bergerak. Ketika sumber tegangan
dihubungkan pada brush (sikat) motor, maka arus yang mengalir masuk ke kutub
positif brush, melalui komutator dan kumparan armatur, serta keluar melalui
daerah kutub negatif dari brush.
Pada saat yang bersamaan, arus juga mengalir melalui kumparan medan
magnet. Penerapan kaidah tangan kanan pada konduktor armatur yang berada
dibawah kutub utara (D) memperlihatkan kumparan medan magnet yang
memperkuat gaya keatas agar dapat mendorong konduktor.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
19
Gambar 2.10 Arah arus armatur untuk putaran searah jarum jam
Ketika kumparan medan magnet berada dibawah posisi kutub selatan E,
gaya akan memotong kearah kanan, kemudian menekan kebawah, sedangkan
kutub utara F dan selanjutnya akan bergerak mendorong kearah kiri dibawah
kutub selatan G, sehingga terbentuk suatu arah gaya yang dapat mengakibatkan
konduktor armatur yang bergerak searah dengan arah jarun jam seperti pada
Gambar 2.10.
Dalam kondisi armatur yang berputar, dimana konduktor bergerak dibawah
kutub menuju ke kondisi neutralplane, kondisi arus menjadi reverse karena
komutator.
Dari proses tersebut diperoleh suatu kenyataan yang sama, bila arus yang
mengalir melalui kumparan armatur dalam kondisi reverse dengan proses
membalik posisi armatur.
Namun arahnya akan meninggalkan polaritas medan yang bersangkutan,
maka torsi yang dibangkitkan akan bergerak kearah yang berlawanan dengan arah
jarum jarum jam. Sedangkan torsi yang dibangkitkan pada motor dc merupakan
gabungan aksi dari fluks medan (Ф), arus armatur ( Ia ) yang menghasilkan medan
magnet didaerah sekitar konduktor. Oleh karena itu diperoleh persamaan torsi ( T
) sebagai berikut :
http://digilib.mercubuana.ac.id/
20
T = k Ф Ia............................................................................(pers 2.3)
2.5.4. Motor DC Penguat Terpisah
Motor dc penguat terpisah adalah merupakan salah satu dari jenis motor dc
yang dapat menambah kemampuan daya dan kecepatan karena memiliki fluks
medan (Ф) yang dihasilkan oleh kumparan medan, yang terletak secara terpisah
dan mempunyai sumber pembangkit tersendiri berupa tegangan dc. Sehingga
dengan demikian, jenis motor dc penguat terpisah ini sangat memungkinkan untuk
dapat membangkitkan fluks medan (Ф) bila dibandingkan dengan menggunakan
motor dc magnet permanen. Karena motor dc penguat terpisah mempunyai
fleksibilitas dalam pengontrolan, seperti yang terdapat pada Gambar 2.11.
Pada kenyataannya terdapat dua hal yang dapat mempengaruhi nilai torsi
dan kecepatan dari motor dc jenis penguat terpisah, yaitu tegangan dan fluks
medan. Hal ini dapat kita amati dari persamaan dasar motor dc, sebagai berikut :
V = Ea + Ia Ra.....................................................................(pers 2.4)
Jika E = c n Ф
Maka Vt = c n Ф + Ia Ra
n = Vt – Ia Ra
cФ
Keterangan :
n = Kecepatan
c = Konstanta
Ra = Tahanan Jangkar
http://digilib.mercubuana.ac.id/
21
Vt = Tegangan jepit motor
Ia = Arus jangkar
Ф = Fluks magnet
Aplikasi secara umum, fluks medan diusahakan tetap dalam kondisi yang
konstan, sedangkan untuk tegangan suplai motor dc ditambah secara linear,
hingga diperoleh kecepatan nominal dari motor.
Ketika kecepatan yang diinginkan tersebut telah diperoleh, langkah kedua
adalah menjaga agar kondisi tersebut tetap stabil tidak melebihi kecepatan
nominal, maka tegangan suplai dibiarkan dalam kondisi konstan dan fluks pada
kumparan medan diperkecil dengan mengurangi arus medan (If) yang diberikan.
Pada keadaan ini terjadi pelemahan kerja pada sisi kumparan medan (field
Weaking) dan kecepatan motor dc tersebut dapat mencapai 50% s/d 100% dari
kecepatan nominal motor.
Gambar 2.11 Rangkaian ekivalen motor DC penguat terpisah
2.5.5. Karakteristik Motor DC dengan Penguat Terpisah
Jika tegangan suplai yang diberikan pada kumparan medan diatur dalam
kondisi konstan pada suatu harga maksimum dari motor, maka fluks motor (Ф)
yang dibangkitakan menjadi besar, sehingga untuk harga Vt bernilai konstan.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
22
Hubungan
antara
nilai
torsi
motor
dan
kecepatan
motor
dapat
dipresentasikan dengan hubungan antara dua buah garis lurus dengan kemiringan
garis gradien negatif yang kecil dengan perpotongan yang terletak pada sumbu
kecepatan seperti pada Gambar 2.12.
Apabila proses dari motor tersebut dihubungkan pada suatu sistem mekanik
(dalam hal ini motor diberi beban / terbebani) maka sistem akan bekerja pada poin
(P1), yang mana merupakan titik pertemuan antara dua buah garis.
Sedangkan jika motor tidak dihubungkan pada suatu mekanik (dalam hal ini
motor tidak diberi beban / tidak terbebani ), motor akan beroperasi pada posisi
poin (P0).
Untuk kumparan jangkar yang disuplai oleh sumber yang terkontrol dari
tegangan searah, maka kecepatannya dapat diatur mulai dari nol sampai harga Vt
sama dengan harga tegangan maksimum. Nilai range dari Vt2 akan mengikuti
karakteristik dari tegangan Vt1.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
23
TLoss
TLoss
P0
P1
Vt1
Vt2
T
Gambar 2.12. Karakteristik Torsi dan Kecepatan
dengan pengaturan Tegangan Jangkar
2.5.6. Prinsip Kontrol Kecepatan Motot DC Penguat Terpisah
Pada Gambar 2.13 menunjukkan rangkaian ekivalen dari motor dc penguat
terpisah, dimana pada sumber tegangan kumparan jangkar dan kumparan medan
dalam posisi terpisah. Dari rangkaian tersebut diperoleh suatu persamaan :
𝑉𝑓 = 𝑅𝑓 𝐼𝑓 + 𝐿𝑓
𝑑𝑖𝑓
𝑑𝑡
𝑉𝑡 = 𝑘 𝛷 𝜔𝑚 + 𝐿𝑎
𝑇𝑖 = 𝑘 𝛷 𝐼𝑎 − 𝑗
𝑑𝑖𝑎
𝑑𝑡
𝑑𝜔𝑚
𝑑𝑡
𝑉 .................................................... (pers 2.5)
𝑅𝑎 𝐼𝑎 𝑉 ....................................... (pers 2.6)
− 𝑇𝑙𝑜𝑠𝑠 .......................................... (pers 2.7)
http://digilib.mercubuana.ac.id/
24
Gambar 2.13 Rangkaian ekivalen motor DC penguat terpisah
Pada keadaan steady state, turunan terhadap fungsi waktu adalah nol (0) dan
jika variabel if, ia, dan ωm konstan, maka diperoleh persamaan sebagai berikut :
𝑉𝑓 = 𝑅𝑓 𝐼𝑓 𝑉 ...................................................................
(pers 2.8)
𝑉𝑡 = 𝑘 𝛷 𝜔𝑚 + 𝑅𝑎 𝐼𝑎 𝑉 .................................................
(pers 2.9)
𝑇𝑖 = 𝑘 𝛷 𝐼𝑎 − 𝑇𝑙𝑜𝑠𝑠 𝑁𝑚 .............................................. (pers 2.510)
Tegangan dari ggl lawan yang dibangkitkan pada kumparan jangkar motor
pada saat motor bekerja dapat ditulis dengan suatu persamaan sebagai berikut :
𝑒𝑎 = 𝑘 𝛷 𝜔𝑚 𝑉 ...............................................................
(pers 2.11)
Saat motor start, nilai ggl lawan adalah nol, sehingga arus pada kumparan
jangkar cukup besar. Untuk persamaan torsi internal pada motor diperoleh
persamaan sebagai berikut :
𝑇 = 𝑘 𝛷 𝐼𝑎 𝑁𝑚 ................................................................
𝑉𝑡
𝑅𝑎 𝑇
𝜔𝑚 = 𝑘 𝛷 − (k Φ)2 ............................................................
http://digilib.mercubuana.ac.id/
(pers 2.12)
(pers 2.13
25
Beberapa metode yang digunakan untuk mengatur kecepatan dari motor dc
penguat terpisah mengacu pada (pers 2.5).
Pada kondisi steady state, kecepatan motor dc dapat dikontrol langsung
dengan mengatur nilai tegangan terminal jangkar Vt, dapat juga diatur melalui
besarnya fluks (Ф) pada kumparan medan dengan cara menambah arus medan
(If), dari kedua metode ini dapat dikombinasikan untuk mendapatkan range
pengaturan kecepatan yang lebih baik.
2. 6. Driver Motor DC
Driver motor DC disebut dengan h-bridge dikarenakan konfigurasi/susunan
transistornya seperti membentuk huruf H. Transistor-transistor ini digunakan sebagai
switching sehingga nantinya motor dapat berputar searah jarum jam (clockwise) dan
berlawanan arah jarum jam (counterclockwise).
Vs 12V
Gambar 2.14 Rangkaian H-Bridge
Cara kerja rangkaian h-bridge ini dapat dijelaskan spt berikut :
-
A=B='0'
http://digilib.mercubuana.ac.id/
26
Karena input A dan B mempunyai logika yg sama '0' (0V), maka kedua
transistor TIP31 (Q1 & Q2) tidak akan mendapat picuan pada basisnya
sehingga transistor bersifat cut-off atau transistor bersifat spt saklar yg terbuka.
Dari rangkaian diatas terlihat pula bahwa kedua TIP32 (Q3 & Q4) bergantung
pada TIP31 dimana basis kedua TIP32 terhubung pada kolektor TIP31. Jadi,
apabila tidak ada arus yg mengalir pada kolektor TIP31 maka basis TIP32 jg
tidak akan terpicu akibatnya motor tidak akan berputar atau berhenti.
-
A='0'; B='1'
Saat input A diberi logika '0' (0V) dan input B diberi logika '1' (5V) maka Q2
akan saturasi sedangkan Q1 tetap cut-off. Karena Q2 bersifat saturasi atau
seperti saklar yang tertutup maka basis Q3 akan mendapat picuan sehingga Q3
juga bersifat saturasi. Akibatnya arus akan mengalir dgn urutan seperti berikut :
Vs - Q3 - motor - Q1 - ground, sehingga motor akan berputar searah jarum
jam.
Vs 12V
Gambar 2.15 Putaran motor searah jarum jam
http://digilib.mercubuana.ac.id/
27
-
A=1; B=0
Saat input A diberi logika '1' (5V) dan input B diberi logika '0' (0V) maka Q1
akan saturasi sedangkan Q2 cut-off. Akibatnya Q4 juga akan menjadi saturasi
karena basis Q4 mendapat picuan dari Q1. Sehingga arus akan mengalir
dengan urutan seperti berikut : Vs - Q4 - motor - Q2 - ground dan motor akan
berputar berlawanan arah jarum jam.
Vs 12V
Gambar 2.16 Putaran motor berlawanan arah jarum jam
-
A=B='1'
Jika kedua input diberi logika '1' secara bersamaan maka akan mengakibatkan
semua transistor dalam kondisi saturasi. Secara logika motor tidak akan
berputar karena tidak ada beda potensial pada ujung2 konektornya. Namun hal
ini akan menyebabkan timbulnya panas yang berlebihan pada semua transistor
sehingga dapat menyebabkan kerusakan. Oleh karena itu hal ini harus
dihindari.
http://digilib.mercubuana.ac.id/