laporan skripsi full

BAB III
PERANCANGAN SISTEM
3.1
Pendahuluan
Pada bab ini akan dibahas tentang perancangan dua buah inverter satu fasa untuk
menggerakan motor listrik jenis hysteresis motor yang berbasis dsPIC33FJ16GS502. Pada
perancangan alat ini dibutuhkan beberapa komponen elektronika supaya alat ini dapat
berfungsi sesuai yang kita harapkan. Adapun beberapa komponen yang dibutuhkan alat ini
adalah catu daya, motor hysteresis, mikrokontroler dsPIC33FJ16GS502 dan komponen –
komponen lain yang mendukung untuk pelaksanaan pembuatan alat ini. Skema perancangan
sistem dua buah inverter satu fasa untuk mengendalikan motor hysteresis dapat dilihat dengan
skema sebagai berikut.
Gambar 3.1 skemaperancanganalat
24
Melihat pada skema perancangan alat diatas menunjukan dua buah inverter satu fasa
yang digunakan sebagai konverter yang bertujuan untuk merubah sumber DC (tegangan
searah) menjadi sumber AC (tegangan bolak – balik) untuk menghidupkan motor hysteresis.
Pada sistem pengendalian, kontrol yang digunakan menggunakan dsPIC33FJ16GS502.
Metode yang digunakan untuk mengendalikan dua buah inverter satu fasa ini, menggunakan
metode PWM (Pulse Width Modulations). Untuk menghasilkan sinyal digital dari PWM dari
dsPIC33FJ16GS502 ini menggunakan cara lookup table.
3.2
PerancanganCatuDaya
Catu daya memiliki fungsi untuk mensuplai tegangan yang berbeda – beda untuk
rangkaian driver dan rangkaian kontroler. Rancangan catu daya ini terdiri dari dua jenis
kegunaanya itu rangkaian catu daya driver, dan rangkaian catu daya kontroler
dsPIC33FJ16GS502. Pada rangkaian driver untuk tegangan masukan dibutuhkan tegangan 12
Volt. Dan untuk rangkaian kontroler dsPIC33FJ16GS502 dan buffer membutuhkan tegangan
masukkan sebesar 5 Volt. Karena pengoperasian dsPIC33FJ16GS502 ini beroprasi pada
tegangan 3,3 Volt, maka pada perancangan ditambahkan suatu regulator untuk menurunkan
tegangan dari 5 Volt menjadi 3,3 Volt.
3.2.1 TrafoMultiwinding
Trafo yang digunakan untuk perancangan alat ini adalah trafo multiwinding. Dan trafo
multiwinding yang digunakan jenis step down, sehingga fungsi dari trafo ini untuk
menurunkan tegangan dari 220 Volt menjadi tegangan yang dibutuhkan. Pada sisi bagian
sekunder dari trafo merupakan tegangan AC dengan keluran yang lebih kecil. Kemudian
proses keluaran trafo disearahkan dengan rectifier (dioda), kemudian agar keluaran tegangan
DC menjadi rata dibutuhkan filter berupa kapasitor. Maka dari itu untuk mensuplai daya
25
menuju ke rangkaian driver dibutuhkan tegangan sebesar 12 volt diperlukan regulator LM
7812 untuk menurunkan tegangan keluaran 15 volt dari trafo sisi sekunder menjadi 12 Volt.
Dan untuk mensuplai daya menuju ke rangkaian kontrol dsPIC33FJ16GS502 sebesar 5 Volt
memanfaatkan regulator LM 7805 untuk menurunkan tegangan keluaran 7,5 Volt dari trafo
sisi sekunder menjadi 5 Volt.
Gambar 3.2
3.3
Rangkaian Catu Daya
Perancangan Driver
Fungsi dari sistem driver adalah untuk melakukan interfacing antara sistem kontrol
yang bekerja pada tegangan dan arus yang kecil. Dan pada sistem daya yang beroperasi pada
rating tegangan dan arus yang besar. Pada sistem driver dan kontrol memiliki level grounding
yang berbeda (floating). Berikut ini perancangan rangkaian driver untuk pengoperasian motor
hysteresis.
26
TLP 250
TLP 250
TLP 250
TLP 250
IR 2111
IR 2111
IR 2111
IR 2111
Gambar 3.4
Skema Driver
3.3.1 TLP 250
TLP 250 ini merupakan Optocoupler yang digunakan sebagai pengirim sinyal
keluaran dari dsPIC33FJ16GS502 yang berupa pulsa – pulsa digital, dari hasil keluaran
tersebut akan diolah kembali oleh IR2111 untuk switching MOSFET dengan frekuensi tinggi
dan tegangan tinggi .
1. N.C
2. Anoda
3. Katoda
4. N.C
5. Ground
6. Vo (output)
7. Vo
8. Vcc
Gambar 3.5
TLP 250
27
Tabel 3.1
Fiturdankonfigurasi TLP 250
Spesifikasi / Karakteristik
Fitur
Switching time
1,5 us max
Supply voltage
10 – 35 V
Output current
1,5 A max
Insulation voltage
2500 Vrms
Channel
2
3.3.2 IR 2111
IC IR 2111 ini memiliki satu buah lengan yang dapat mengatur dua MOSFET
sekaligus. Pada rangkaian driver IC IR 2111 membutuhkan tegangan 12 Volt untuk
mensuplai seluruh optocoupler. IC IR 2111 tidak perlu menggunakan rangkaian deadtime,
karena di dalamnya sudah terdapat internal deadtime. Hal ini yang dapat terhindar adanya
shoot sircuit (hubungan arus pendek) pada saat proses switching berlangsung cepat dalam
frekuensi hingga 1 MHz dengan deadtime sebesar 10% dan terdapat sistem proteksi di dalam
IC IR 2111 ketika terjadi arus lebih dan undervoltage.
Gambar 3.6
IC IR 2111
28
Tabel 3.2
3.4
fiturdanspesifikasi IC IR 2111
Fitur
Spesifikasi
V offset
Rating tegangankerja
Tegangankeluaranke Gate
Internal deadtime
600 Vdc max
10 – 20 V
10 – 20 V
650 ns
PerancanganMikrokontroler
Perancangan untuk mikrokontroler ini menggunakan dsPIC33FJ16GS502 yang
berbasis digital. dsPIC33FJ16GS502 ini sangat mendukung dalam implementasi program
Look Up table untuk memperoleh sinyal PWM.
RESET
MCLR
AVDD
AN0/VREF+/CN2/RA0
AVSS
AN1/VREF-/CN3/RA1
PWM1L1/RP15(1)/CN11/
PMCS1/RB15
PWM1H1/RTCC/RP14(1)/
CN12/PMWR/RB14
PWM1L2/RP13(1)/CN13/
PMRD/RB13
PWM1H2/RP12(1)/CN14/
PMD0/RB12
PGEC2/TMS/PWM1L3/
RP11(1)/CN15/PMD1/RB11
PGED2/TDI/PWM1H3/
RP10(1)/CN16/PMD2/RB10
VCAP/VDDCORE
PGED1/AN2/C2IN-/RP0(1)/
CN4/RB0
PGEC1/ AN3/C2IN+/RP1(1)/
CN5/RB1
I/O ADC PORT
AN4/C1IN-/RP2(1)/CN6/RB2
AN5/C1IN+/RP3(1)/CN7/
RB3
dsPIC33FJ16GS502
VSS
Eksternal Clock
OSC1/CLKI/CN30/RA2
OSC2/CLKO/CN29/PMA0/
RA3
SOSCI/RP4(1)/CN1/PMBE/
RB4
SOSCO/T1CK/CN0/PMA1/
RA4
VDD
VSS
TDO/PWM2L1/SDA1/
RP9(1)/CN21/PMD3/RB9
TCK/PWM2H1/SCL1/RP8(1)/
CN22/PMD4/RB8
INT0/RP7(1)/CN23/PMD5/
RB7
PGEC3/ASCL1/RP6(1)/CN24/
PMD6/RB6
PGED3/ASDA1/RP5(1)/
CN27/PMD7/RB5
Daya 3,3Volt
Gambar 3.7
dsPIC33FJ16GS502
29
I/O PORT
V Capasitor
3.4.1 Lookup Table
Lookup table iniadalah cara untuk membuat sinyal berbentuk sinusoidal melalui table
dengan bantuan Microsoft excel. Data yang dibuat melalui tabel di Microsoft excel nantinya
diimplementasikan di dsPIC33FJ16GS502. Berikut langkah – langkah membuat gelombang
sinus menggunakancara Lookup table dari Microsoft excel:
Memasukkan nilai derajat yang diinginkan, seperti contoh darisudut 360° itu diambil
sampel data sebanyak 100 data, jadi kenaikan nilai derajatnya 3,6°.
Kemudian langkah selanjutnya merubah hasil derajat tadi menjadi nilai sinus yang
diinginkan dengan rumus:
x +
x
sin
°
(3.1)
°
Hasil dari rumus tadi kemudian dimasukkan ke dalam bentuk sinyal sinus pada Microsoft
excel. Berikut tabel dan sinyal sinus hasil dari rumus diatas:
Tabel 3.3
Lookup table 100 data
DATA
SUDUT
SINUS
DATA
SUDUT
SINUS
0
0
1667
50
180
1667
1
3,6
1772
51
183,6
1562
2
7,2
1876
52
187,2
1458
3
10,8
1979
53
190,8
1355
4
14,4
2082
54
194,4
1252
5
18
2182
55
198
1152
6
21,6
2281
56
201,6
1053
7
25,2
2377
57
205,2
957
8
28,8
2470
58
208,8
864
9
32,4
2560
59
212,4
774
10
36
2647
60
216
687
11
39,6
2730
61
219,6
604
12
43,2
2808
62
223,2
526
30
13
46,8
2882
63
226,8
452
14
50,4
2951
64
230.4
383
15
54
3016
65
234
318
16
57,6
3074
66
237,6
260
17
61,2
3128
67
241,2
206
18
64,8
3175
68
244,8
159
19
68,4
3217
69
248,4
117
20
72
3252
70
252
82
21
75,6
3282
71
255,6
52
22
79,2
3304
72
259,2
30
23
82,8
3321
73
262,8
13
24
86,4
3331
74
266,4
3
25
90
3334
75
270
0
26
93,6
3331
76
273,6
3
27
97,2
3321
77
277,2
13
28
100,8
3304
78
280,8
30
29
104,4
3282
79
284,4
52
30
108
3252
80
288
82
31
111,6
3217
81
291,6
117
32
115,2
3175
82
295,2
159
33
118,8
3128
83
298,8
206
34
122,4
3074
84
302,4
260
35
126
3016
85
306
318
36
129,6
2951
86
309,6
383
37
133,2
2882
87
313,2
452
38
136,8
2808
88
316,8
526
39
140,4
2730
89
320,4
604
40
144
2647
90
324
687
41
147,6
2560
91
327,6
774
42
151,2
2470
92
331,2
864
43
154,8
2377
93
334,8
957
44
158,4
2281
94
338,4
1053
45
162
2182
95
342
1152
46
165,6
2082
96
345,6
1252
47
169,2
1979
97
349,2
1355
31
48
172,8
1876
98
352,8
1458
49
176,4
1772
99
356,4
1562
sinusoidal
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
0
Gambar 3.8
20
40
60
80
hasil gelombang sinosidal Lookup Table
32
100
120
MULAI
SIAPKAN
REGISTER
DENGAN
ALAMAT
TABEL
SINUSOIDAL
INISIALISASI
TMR / COUNTER
JIKA TIMER
OVERFLOW
N
BACA INPUT
SAKLAR
Y
N
CNT = 0
SAKLAR
00
Y
KELUARKAN
TABEL A PORT B
Gambar 3.9
3.5
SAKLAR
10
Y
KELUARKAN
TABEL B PORT B
N
SAKLAR
11
Y
KELUARKAN
TABEL C PORT B
Flowchart program
Motor Hysteresis
Motor hysteresis merupakan jenis motor AC sinkron. Motor ini menggunakan rotor
dengan bahan silinder baja kobalt dengan nilai koersivitas yang tinggi. Dengan ada sifat
koersivitas yang tinggi serta desain motor yang khusus, medan magnet berputar pada stator
sehingga tercipta medan magnet pada rotor motor hysteresis dengan kutub yang berlawanan.
33
N
Dengan demikian akan terjadi gaya tarik menarik antara kutub rotor dengan kutub dari stator
motor hysteresis.
Gambar 3.9
rotor dan stator dari motor hysteresis
[http://4.bp.blogspot.com/hyst+Distributed+wound+stator.JPG]
Pada perancangan alat ini menggunakan motor hysteresis karena motor jenis ini
memiliki keuntungan sebagai berikut:
Pada bagian rotor tidak memiliki gigi.
Motor beroperasi dengan tenang dan tidak menimbulkan suara.
Tidak adanya bilitan dan tidak ada getaran mekanis saat beroperasi.
Kecepatan yang dihasilkan konstan.
34