Module : Sistem Pengaturan Kecepatan Motor DC

Module : Sistem Pengaturan
Kecepatan Motor DC
Laboratorium Teknik Pengaturan
Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknologi Industri
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
PERCOBAAN 2
SISTEM PENGATURAN KECEPATAN MOTOR DC
2.1. PRASYARAT

Memahami komponen yang digunakan dalam praktikum sistem pengaturan
kecepatan motor dc

Memahami cara kerja op-amp
2.2. TUJUAN

Mempelajari sistem pengaturan kecepatan loop tertutup.

Mempelajari pengaruh gain terhadap kecepatan motor dc dengan beban berubah.

Mempelajari sistem pengaturan kecepatan dengan dua arah putaran.
2.3. REFERENSI
1. Katsuhiko Ogata , Modern Control Engineering, Edisi ke 5.
2. Stephen Chapman, Electric Machinary Fundamental.
3. Manual modular servo feedback.
2.3. PENDAHULUAN
Motor listrik merupakan sebuah perangkat elektromagnetis yang mengubah
energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk kebutuhan
seperti,
memutar
mengangkat
pada
beban,
kumparan
medan
pada
pompa,
dll.
medan
motor
dc
fan
atau
Motor
untuk
DC
diubah
disebut
stator
blower,
menggerakan
memerlukan
menjadi
(bagian
suplai
energi
yang
kompresor,
tegangan
mekanik.
tidak
searah
Kumparan
berputar)
dan
kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar).
Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya. Jika kawat yang
membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran/ loop, maka kedua sisi
loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya pada arah
yang
berlawanan.
Pasangan
gaya
menghasilkan
tenaga
putar/torque
memutar kumparan.
Dasar metode pengendalian motor DC sebagai berikut :
2-1
untuk
Laboratorium Teknik Pengaturan
Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknologi Industri
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
1. Pengaturan medan.
2. Pengaturan tegangan.
3. Pengaturan tahanan jangkar.
1. Pengaturan Medan
Pengaturan
melemahkan
ini
dapat
dan
dilakukan
menaikkan
dengan
melalui
mengaturan
pengaturan
arus
medan
tahanan
shunt
variabel
dengan
yang
di
hubungkan seri dengan kumparan medan seperti ditunjukkan pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Rangkaian pengaturan Medan pada Motor DC
2. Pengaturan Tegangan
Pengaturan
ini
dilakukan
dengan
mengatur
tegangan
yang
disuplai
ke
motor
seperti ditunjukkan pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Rangkaian Pengaturan Tegangan pada Motor DC
3. Pengaturan Tahanan Jangkar
Pengaturan
dengan
ini
dapat
menghubungkan
dilakukan
seri
dengan
dengan
tahanan
mengaturan
variabel
seperti
tahanan
jangkar
ditunjukkan
Gambar2.3.
2-2
pada
Laboratorium Teknik Pengaturan
Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknologi Industri
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Perangkat yang digunakan :
Sistem Servo Modular MS 150
Sistem
servo
digunakan
modular
untuk
MS
150
pengendalian
merupakan
kecepatan
dan
blok
rangkaian
posisi
dari
elektronik
motor
yang
servo
DC.
Sistem servo modular MS 150 terdiri dari suatu pemakain sumber tenaga (power
supply), servo amplifier, dua unit motor DC, reduction gear tacho unit, dan
beberapa transducer dan modul.
Gambar 2.4 Servo Modular MS 150
Bagian - Bagian Sistem Servo Modular MS 150
Bagian-bagian
sistem
servo
modular
MS150
yang
digunakan
230V,
50/60
untuk
mengidentifikasi motor DC, yaitu :
a. Power Supply
Masukan
yang
disediakan
sebesar
115V
dan
Hz,
40VA.
Dengan keluaran yang dihasilkan sebesar 24V DC, 2A yang diatur untuk
menyuplai motor.
b. Motor DC
Motor DC yang digunakan yaitu motor magnet permanen yang mempunyai batangan
(shaft)
yang
dipanjangkan.
Batangan
(shaft)
motor
2-3
Laboratorium Teknik Pengaturan
Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknologi Industri
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
diperpanjang
untuk
bantalan/
ganjalan
secara
langsung
dari
pengereman magnetik dan inersia.
c. Reduction Gear Tacho Unit
Modular
feedback
tachogenerator
GT150X
berfungsi
untuk
mengkonversi
besaran mekanik menjadi besaran listrik.
d. Servo Amplifier
Modular
feedback
servo
amplifier
SA150D
terdiri
dari
rangkaian
transistor yang dapat menggerakkan motor DC dengan dua arah putaran.
e. Op Amp Unit
Op
Amp
balik.
unit
berfungsi
Penggunaannya
sebagai
meliputi
penguat
operasi
pada
pengaturan
penjumlahan
untuk
umpan
mengoreksi
kesalahan untuk sistem pengaturan loop tertutup dan dapat juga digunakan
sebagai
penambahan
konstanta
waktu
ekstra
untuk
menunjukkan
tegangan
referensi
ketika
dihubungkan
ketidakstabilan.
Attenuator Unit
f.
Berfungsi
meyediakan
dengan
sumber DC dan dapat digunakan untuk mengatur penguatan.
Pengaturan
(tegangan)
tegangan
kecepatan
pada
masukan
motor,
yang
dapat
dilakukan
dengan
mengatur
sinyal
masukan
karena
kecepatan
motor
dipengaruhi
oleh
besarnya
Sistem
pengaturan
yang
demikian
diberikan
padanya.
biasa disebut sistem pengaturan kecepatan dengan loop terbuka. Dalam keadaan
beban
yang
konstan
atau
dengan
loop
terbuka
masih
beban
yang
berubah-ubah,
dalam
keadaan
mungkin
sistem
tanpa
digunakan.
loop
terbuka
beban,
Akan
sistem
tetapi,
tersebut
pengaturan
dalam
sudah
keadaan
tidak
dapat
dipertanggungjawabkan lagi keandalannya.
Sistem pengaturan kecepatan loop terbuka dapat dimodifikasi menjadi sistem
loop tertutup. Sistem ini membandingkan kecepatan aktual dengan kecepatan yang
diinginkan.
signal)
Perbandingan
yang
kemudian
tersebut
akan
akan
menghasilkan
digunakan
untuk
sinyal
menggerakkan
kesalahan
(error
motor
melalui
servo amplifier. Dengan demikian, motor dapat mempertahankan suatu nilai kecepatan yang
konstan.
Pada
percobaan
pertama,
sinyal
umpan
balik
(feedback)
yaitu
tegangan
2-4
Laboratorium Teknik Pengaturan
Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknologi Industri
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
yang
dibangkitkan
yang
polaritasnya
oleh
tachogenerator
berlawanan.
dibandingkan
Perbandingan
dengan
sinyal
(penjumlahan
referensi
sinyal
referensi
dengan sinyal umpan balik) kemudian menghasilkan sinyal yang digunakan untuk
memberi
masukan
komparator,
pada
digunakan
servo
amplifier
operational
(untuk
amplifier.
menggerakkan
Sedangkan
motor).
motor
Sebagai
DC
yang
sebagai
beban
digunakan dirangkai dengan menggunakan pengaturan jangkar.
Pada
percobaan
kedua,
akan
digunakan
rem
magnetik
dengan memasang piringan aluminium pada poros kecepatan tinggi motor. Pada
percobaan ini dimaksudkan untuk memperlihatkan bahwa dengan gain yang lebih
tinggi,
berkurangnya
yang
lebih
penurunan
besar.
kecepatan
kecepatan
akan
Dengan
pada
menyebabkan
demikian,
berbagai
kenaikan
menaikkan
pengurangan
harga
gainakan
beban
kesalahan
mengurangi
seperti
ditunjukkan
pada Gambar 2.5.
Gambar 2.5 Grafik torsi rem vs error dan torsi rem vs kecepatan.
Pada
bagian
terakhir
dari
percobaan
ini
akan
dibuat
sistem
pengaturan
kecepatan dengan dua arah putaran, yaitu pada arah maju (forward) dan arah
mundur (reversed). Sistem ini menggunakan gain yang tinggi maka komponen
Op-Amp
digantikan
dengan
Pre-Amp
karena
alat
ini
dapat
membuat
motor
berputar maju maupun mundur, serta mempunyai gain sekitar 25.
2.5. PERCOBAAN
2.5.1. SISTEM PENGATURAN KECEPATAN LOOP TERTUTUP SEDERHANA
Servo
harus
amplifier
menghasilkan
difungsikan
sebagai
memerlukan
tegangan
masukan
tegangan
keluaran
positif.
inverter
sehingga
untuk
Dalam
positif,
sehingga
percobaan
menghasilkan
op-amp
ini,
op-amp
keluaran
positif
2-5
Laboratorium Teknik Pengaturan
Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknologi Industri
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
maka input op-amp harus negatif.
ALAT-ALAT YANG DIPERLUKAN
1 Operational unit
OA150A
1 Attenuator unit
AU150B
3 Kabel 25cm
5 Kabel 15cm
2 Kabel Daya
1 Servo Amplifier
SA150D
1 Power Supply
PS150E
1 Voltmeter
Perhatian :
 Baca langkah kerja terlebih dahulu dan pahami.
 Pastikan polaritas tegangan referensi (masukan) negatif dan tegangan
tachogenerator positif.
 Hentikan pengukuran dan matikan power supply jika arus pada indicatorpower
supply melebihi 2A.
Gambar 2.6 Rangkaian sistem pengaturan loop sederhana
2-6
Laboratorium Teknik Pengaturan
Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknologi Industri
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Langkah Kerja :
 Buat
rangkaian
terlebih
seperti
dahulu
ditunjukkan
tegangan
Gambar
2.6.
tachogenerator
Jangan
hubungkan
input
OA150A
pada
(perhatikan +/- konektor yang terhubung).
 Periksa kembali konektor-konektor yang terhubung sebelum menghidupkan power
supply.
 Dengan voltmeter, atur potensiometer 1 pada posisi minimal (0 volt).
 Jika motor berputar lakukan kalibrasi (atur zero offset) terlebih dahulu
pada OA150A dimana motor seharusnya tidak berputar.
 Atur potensiometer 1 pada tegangan
-2 volt, dan tentukanlah keluaran
tegangan tachogenerator yang positif dengan voltmeter.
 Masukkan
tegangan
output
tachogenerator
positif
pada
input
OA150A sesuai Gambar 2.6.
 Atur ulang potensiometer 1 pada posisi minimal (0 volt).
 Atur
tegangan
referensi
pada
potensiometer
1
seperti
pada
Tabel
2-1
dan catat data yang terukur disetiap pengaturan tegangan referensi.
 Setelah
selesai
pengukuran
pastikan
power
supply
dimatikan
terlebih
dahulu sebelum merapikan alat.
Tabel 2.1 Hasil percobaan sistem pengaturan loop tertutup sederhana
Tegangan
Tegangan
Tegangan
Kecepatan motor
Referensi (Volt)
Kesalahan (Volt)
(rpm)
Tachogenerator
(Volt)
-1
-2
-3
-4
-5
-6
-7
2.5.2. PENGARUH GAIN TERHADAP KECEPATAN AKIBAT PERUBAHAN
BEBAN
ALAT-ALAT YANG DIPERLUKAN
1 Operational unit
OA150A
1 Attenuator unit
AU150B
2-7
Laboratorium Teknik Pengaturan
Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknologi Industri
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
3 Kabel 25cm
8 Kabel 15cm
2 Kabel Daya
1 Servo Amplifier
SA150D
1 Power Supply
PS150E
1 Voltmeter
Perhatian :
 Baca langkah kerja terlebih dahulu dan pahami.
 Pastikan
gain
selalu
pada
posisi
1
pada
kecepatan
motor
di
bawah
2000 rpm (karena arus bisa lebih dari 2A).
 Pastikan
polaritas
tegangan
referensi
(masukan)
negatif
dan
tegangan
tachogenerator positif.
 Hentikan pengukuran dan matikan power supply jika arus pada power
supply melebihi 2A.
Gambar 2.7. Rangkaian sistem pengaturan dengan gain
Langkah Kerja :
 Buat
terlebih
rangkaian
dahulu
seperti
ditunjukkan
tegangan
Gambar
tachogenerator
2.7.
pada
Jangan
hubungkan
Input
OA150A
2-8
Laboratorium Teknik Pengaturan
Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknologi Industri
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
(perhatikan +/- konektor yang terhubung).
 Periksa
kembali
konektor-konektor
yang
terhubung
sebelum
menghidupkan power supply.
 Atur
potensiometer
2
(gain)
pada
posisi
gain
1,
dan
atur
tegangan
referensi pada potensiometer 1 sampai motor berputar 1000 rpm.
 Berikan beban seperti pada Tabel 2-2 dan catat hasil pengukuran.
 Ulangi
untuk
posisi
gain
10,
dan
atur
tegangan
referensi
pada
potensiometer 1 sampai motor berputar 1000 rpm.
 Lakukan pembebanan kembali seperti pada Tabel 2-2 dan catat hasil pengukuran.
 Setelah
selesai
pengukuran
pastikan
power
supply
dimatikan
terlebih
dahulu sebelum merapikan alat.
Beban
Tabel 2.2 Hasil percobaan sistem pengaturan dengan gain
Tegangan
Tegangan
Tegangan Error
Kecematan motor
Referensi (Volt)
Tachogenerator
(Volt)
(rpm)
(Volt)
Gain 1 Gain 10 Gain 1
Gain 10 Gain 1 Gain 10
Gain 1 Gain 10
0
2
4
6
8
10
2.5.3.SISTEM PENGATURAN KECEPATAN DENGAN DUA ARAH
PUTARAN
Perhatian :
 Baca langkah kerja terlebih dahulu dan pahami.
 Pastikan
polaritas
tegangan
referensi
(masukan)
harus
selalu
berkebalikan tegangan tachogenerator.
 Hentikan pengukuran dan matikan power supply jika arus pada power
supplymelebihi 2 ampere
2-9
Laboratorium Teknik Pengaturan
Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknologi Industri
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Gambar 2.8 Rangkaian Sistem pengaturan dua arah
Gambar 2.8 Rangkaian pengaturan Motor DC dua arah putaran
Langkah Kerja :

Buat rangkaian seperti ditunjukkan Gambar 2.8. Jangan hubungkan terlebih
dahulu tegangan referensi (potensiometer 1) dan tegangan tachogenerator
pada
input PA150C (perhatikan +/- konektor yang terhubung).

Periksa kembali konektor-konektor yang terhubung sebelum menghidupkan power
supply.

Dengan voltmeter, atur potensiometer 1 pada tegangan 0 V. Setelah terpenuhi
sambungkan ke input op-amp.

Putar perlahan potensiometer 1 secara perlahan sampai motor berputar lambat.

Sentuhkan salah satu tegangan output tachogenerator pada input opamp.

Amati jika motor berputar lebih cepat segera lepas konektor (menandakan
polaritas
terbalik)
dan
ganti
dengan
output tachogenerator yang lain. Atur
potensiometer 1 sesuai tegangan referensi pada Tabel 2-3 dan catat data
pengukuran.Setelah selesai pengukuran pastikan power supply dimatikan terlebih
dahulu sebelum merapikan alat.
2-10
Laboratorium Teknik Pengaturan
Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknologi Industri
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Tabel 2.3 Hasil percobaan Sistem pengaturan dua arah
Arah putar : Maju
Arah putar :Mundur
Teg.
Teg.
Teg. Kesalahan
Kecepatan
Teg.
Teg.
Teg. Kesalahan
Kecepatan
Ref
Tacho
(volt)
(rpm)
Ref
Tacho
(volt)
(rpm)
(volt)
(volt)
(volt)
(volt)
Socket 3
Socket 4
-1
1
-2
2
-3
3
-4
4
-5
5
-6
6
-7
7
Socket 3
Socket 4
2.6. ANALISA DATA / TUGAS
Percobaan 2.5.1 :
1. Jelaskan mengapa tegangan tachogenerator (Vg) harus lebih kecil dari
tegangan referensi!
2. Bandingkan hasil kolom 3 (tegangan kesalahan) dan penjumlahan kolom 1
(tegangan referensi) dan kolom 2 (tegangan tachogenerator)! Beri penjelasan!
3. Jenis umpan balik apa yang dipakai pada percobaan ini? Apa yang terjadi jika
polaritas tachogenerator dibalik? (menghubungkan keluaran negatif ke
masukan Op-Amp).
4. Buat
grafik
kecepatan
vs
tegangan
kesalahan
dan
kecepatan
vs
tegangan tachogenerator! Beri Penjelasan!
Percobaan 2.5.2 :
1. Kontroler apa yang digunakan? Bagaimana pengaruh kontroler terhadap respon
sistem dengan perubahan beban? Jelaskan dan buktikan!
2. Dari rangkaian penguat yang ditunjukkan pada Gambar 2.9, tentukan persamaan
matematis dari Vo dengan masukan V1 dan V3!
2-11
Laboratorium Teknik Pengaturan
Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknologi Industri
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Gambar 2.9 Rangkaian penguat dengan external feedback
3. Gambarkan grafik kesalahan vs torsi beban untuk gain 1 dan 10 dalam satu
koordinat. Juga grafik kecepatan vs torsi beban untuk gain 1 dan 10 dalam
satu koordinat!
4. Buat kesimpulan untuk grafik di atas terhadap perubahan torsi untuk gain 1 dan
10!
Percobaan 2.5.3 :
1. Jelaskan cara kerja dari pengaturan kecepatan motor DC dua arah !
2. Gambarkan grafik tegangan kesalahan (socket 3 dan 4) vs tegangan Tacho
dikurangi tegangan referensi dan tegangan Tacho dikurangi tegangan referensi vs
kecepatan untuk kedua arah putaran! (Arah maju dan mundur dalam satu
grafik).
Apa
yang
dapat
disimpulkan
dengan
membandingkan
antara
arah maju dan mundur?
2-12