04 okd - ok - Jurnal Ilmiah Techné

Hal – Hal Praktis dalam Perancangan DC Chopper untuk Pengaturan Putaran Motor DC Berdaya
Rendah
(Okki Doku)
HAL – HAL PRAKTIS DALAM PERANCANGAN DC CHOPPER
UNTUK PENGATURAN PUTARAN MOTOR DC BERDAYA
RENDAH
Okki Doku
Intisari
Untai DC Chopper standard tidak dapat digunakan untuk motor DC berdaya rendah,
karena ada kapasitor pada sisi beban yang menjaga tegangan tetap konstan walau
dutycycle diperkecil. Oleh karena itu, kapasitor pada sisi beban tersebut harus
dihilangkan.
1.
Latar Belakang
Penggunaan motor DC untuk industri pada abad 21 ini sudah berkurang dan
digantikan dengan motor induksi. Kini dengan perkembangan teknologi saklar
elektronika daya yang sudah sangat pesat membuat driver motor induksi murah dan
mudah. Tetapi pada penggunaan motor berdaya rendah masih diperlukan motor dc
karena catu daya untuk peralatan elektronika adalah dc. Selain itu pengaturan putaran
motor dc jauh lebih mudah karena hanya perlu mengatur tegangan masukan.
2.
Untai DC Chopper untuk motor DC berdaya rendah
2. 1. Untai DC Chopper secara umum
Q1
L1
A
B
+
D1
Vs
+
L2
Vctl
0/5V
R1
C1
1000 Hz
+
Vm
Gambar 1. Untai DC Chopper standard.
83
Techné : Jurnal Ilmiah Elektronika Vol. 4 No. 2 Oktober 2005 : 83 - 88
Diagram
tegangan dan arus yang diharapkan
V
A
VS
t1
t2
kT
t
T
VB
Vl
t1
t2
kT
∆Vc
T
t
Il
Gambar 2.
t
Gambar tegangan dan arus pada sisi beban sebelum dan
sesudah induktor perata arus.
Penggunaan L di sini dimaksudkan untuk meratakan arus beban dan
penggunaan C untuk meratakan tegangan pada beban.Tetapi arus akan berubah naik
dan turun pada induktor dengan
∆I =
VS k (1 − k )
fL
k = dutycycle
f = frekuensichopper
Tetapi dengan adanya kapasitor diharapkan arus dibeban menjadi konstan karena
disupply oleh kapasitor tersebut. Riple tegangan pada beban diharapkan
∆Vc =
VS k (1 − k )
8 LCf 2
Rumus tersebut didapatkan dari perhitungan teori, pada kenyataannya dengan
menambahkan kapasitor untuk perata tegangan maka kapasitor tersebut berusaha
menahan besar tegangan VB lebih kecil sedikit dari VS walau dipotong oleh saklar
daya.Hal ini dapat dilihat pada simulasi dengan circuit maker.
84
Hal – Hal Praktis dalam Perancangan DC Chopper untuk Pengaturan Putaran Motor DC Berdaya
Rendah
(Okki Doku)
Q1
2N2222
L1
A
B
0.5mH
L2
1mH
D1
1N914
+
+ V1
12V
V2
0/5V
R1
0.5
C1
4500uF
1000 Hz
+
V3
5.95V
Gambar 3. Untai DC Chopper standard.
Maka hasil tegangan pada beban berupa motor DC
A : v 2_2
12.50 V
10.00 V
7.500 V
VA
5.000 V
2.500 V
0.000 V
-2.500 V
-5.000 V
-7.500 V
0.000ms
A: l1_2
0.500ms
1.000ms
1.500ms
2.000ms
2.500ms
3.000ms
7.250 V
7.000 V
VB
6.750 V
6.500 V
6.250 V
6.000 V
5.750 V
0.000ms
10.00ms
20.00ms
30.00ms
40.00ms
50.00ms
Gambar 4. Bentuk tegangan di titik A dan B.
Terlihat tegangan VB pada beban konstant di atas 6 V, padahal tegangan sumber 12
85
Techné : Jurnal Ilmiah Elektronika Vol. 4 No. 2 Oktober 2005 : 83 - 88
V dan duty cycle k = 0,5, yang seharusnya tegangan pada beban 6 V atau lebih
rendah. Terlihat kapasitor pada sisi beban cenderung mempertahankan tegangan
sesuai dengan tegangan sumber walau dipotong oleh saklar daya.
2.2.
Untai DC Chopper khusus untuk motor DC berdaya rendah
Jika kapasitor perata tegangan ditiadakan, maka tegangan pada motor DC
Q1
2N2222
L1
A
B
0.5mH
+ V1
12V
V2
0/5V
L2
1mH
D1
1N914
R1
0.5
1000 Hz
Gambar 5.
A: l1_2
+
V3
5.95V
Untai DC Chopper tanpa kapasitor.
12.50 V
10.00 V
VB
7.500 V
5.000 V
2.500 V
0.000 V
-2.500 V
0.000ms
0.500ms
Gambar 6.
1.000ms
1.500ms
2.000ms
2.500ms
3.000ms
Bentuk tegangan pada sisi beban
Terlihat jika tanpa kapasitor tegangan pada sisi beban sesuai dengan pengaturan oleh
duty cycle.
VB = kVS
Pernah di coba untuk mengatur putaran motor mesin jahit yang merupakan motor
universal jika menggunakan kapasitor pada sisi beban ternyata putaran motor tetap
walau duty cycle diperkecil. Jika kapasitor dihilangkan maka putaran motor dapat
diatur sesuai kehendak.
86
Hal – Hal Praktis dalam Perancangan DC Chopper untuk Pengaturan Putaran Motor DC Berdaya
Rendah
(Okki Doku)
3.
Untai Driver Saklar Daya dan Masalah Netral Catu Daya
Q1
R1
R2
270
2k2
+
U1
VS2
R3
470
uC
Gambar 7. Untai driver IGBT.
Saklar daya Q1 sebaiknya menggunakan IGBT karena mosfet daya saat ini banyak
yang palsu sehingga kemampuan mengalirkan arus tak sesuai spesifikasi.
Perlu diperhatikan netral rangkaian daya, netral rangkaian driver saklar daya, dan
netral rangkaian kontrol harus terpisah. Sehingga diperlukan tiga catu daya yaitu catu
daya rangkaian daya, catu daya rangkaian driver dan catu daya rangkaian kontrol.
Catu daya rangkaian driver saklar daya serta catu daya rangkaian kontrol harus
menggunakan transformator agar terjadi pemisahan dengan netral catu daya
rangkaian daya. Besar tegangan VS 2 dari catu daya rangkaian penggerak saklar daya
dapat bervariasi, tergantung tegangan buka minimum VGE dari IGBT yang
digunakan.
4.
Kesimpulan
Kapasitor perata tegangan pada sisi beban harus ditiadakan pada untai DC
Chopper untuk pengaturan motor DC berdaya rendah agar tegangan masukan motor
dc dapat diatur dengan merubah duty cycle PWM.
Untai driver saklar daya IGBT, sebaiknya menggunakan IC 4N25 untuk
pemisah rangkaian daya dan rangkaian control.
Juga perlu diperhatikan pemisahan netral catu daya rangkaian daya,
rangkaian driver IGBT serta rangkaian control.
Agar riplle arus tidak terlalu besar yang menyebabkan perubahan naik turunnya
putaran motor, frekuensi chopper harus dinaikkan, tetapi saklar daya IGBT sangat
terbatas kemampuan frekuensi maksimum dan penulis masih sedang melakukan
penelitian frekuensi yang dapat digunakan.
5.
Daftar Pustaka
[1]
Rashid, Muhammad M, Power Electronic Circuits, Devices, and Applications,
Printice Hall, 1993
Jasmine, Stephani, Pengenalan IGBT, Tugas Akhir FTJE-UKSW, 2005
[2]
87
Techné : Jurnal Ilmiah Elektronika Vol. 4 No. 2 Oktober 2005 : 83 - 88
[3]
[4]
Petruzella, Frank D, Industrial Electronic, McGraw-Hill, 1996
Chapman, Stephen J, Electric Machinery Fundamental, McGraw-Hill, 1995
Riwayat penulis
Okki Doku
Memperoleh gelar S1 dari Program Studi Teknik Elektro Institut Teknologi Bandung
pada tahun 1982. Sejak tahun 1991 hingga sekarang bekerja sebagai dosen di
Fakultas Teknik Program Studi Teknik Elekro Universitas Kristen Satya Wacana
Salatiga
88