AT89S8252
Pada era industri modern saat ini, kebutuhan terhadap alat produksi yang tepat guna sangat diperlukan dapat meningkatkan efisiensi waktu dan biaya. Sebagian besar alat industri menggunakan tenaga listrik sebagai energi penggerak utamanya, dan sebagian besar dari peralatan mesin-mesin tersebut masih mempergunakan cara-cara manual, terutama dalam hal untuk memindah-mindahkan kecepatan. Dengan demikian maka dirasakan sangat perlu untuk meningkatkan keandalan dari mesin-mesintersebut dilengkapi dengan suatu sistem pengendali yang mampu mengatur sistem secara ke seluruhan. Dalam hal ini maka peranan peralatan elektronika daya sebagai penunjang kelancaran proses otomatisasi produksi sangat menentukan. Diharapkan dengan melakukan sistem otomatisasi dapat mempermudah pekerjaan yang dilakukan manusia.Terutama hal tersebut dibutuhkan dalam jenis pekerjaan yang menuntut suatu ketelitian, kerutinitasan, kekuatan dan kemampuan untuk melakukan pekerjaan dalam waktu yang lama.
Di berbagai perindustrian banyak menggunakan mesin-mesin dengan penggerak uatamanya adalah Motor AC Phasa Satu. Yang mana pada umumnya digunakan pada mesin produksi seperti mesin bubut, mesin bor dan sebagainya. Dalam aplikasi yang sebenarnya di industri, bukan hanya jenis motor listrik itu saja yang menjadi pertimbangan, tetapi juga system pengaturan kecepatannya. Kemampuan pengaturan besarnya suatu kecepatan putaran motor tergantung pada bentuk dan konstruksi motor serta rangkaian system pengendali kecepatan putaran motor. Pengaturan kecepatan putaran motor yang sederhana dapat dilakukan dengan bantuan dari suatu rangkaian Analog Controller Interface yang dioperasikan dengan bantuan sistem Mikrokontroller. Dengan sistem pengendalian kecepatan tersebut akan dapat diatur kecepatan putaran yang sesuai dengan yang diinginkan. Hal tersebut dapat dilakukan hanya dengan cara menekan tombol yang ada diinginkan pada system tersebut. Sedangkan system penyettingan yang dilakukan dapat dilihat pada tampilan (display) yang akan menampilkan dalam bilangan hexadecimal.
Motor Induksi Phasa Satu
Konstruksi motor induksi satu fasa terdiri atas dua komponen yaitu stator dan rotor. Stator adalah bagian dari motor yang tidak bergerak dan rotor adalah bagian yang bergerak yang bertumpu pada bantalan poros terhadap stator. Motor induksi terdiri atas kumparan-kumparan stator dan rotor yangberfungsi membangkitkan gaya gerak listrik akibat dari adanya arus listrik bolak-baliksatu fasa yang melewati kumparan-kumparan tersebut sehingga terjadi suatu interaksi induksi medan magnet antara stator dan rotor. Bentuk dan konstruksi motor tersebut digambarkan pada gambar 1.
32
Gambar 1. Motor Induksi Phasa 1
Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Phasa Satu
Motor induksi satu fasa terdiri kumparan stator dan kumparan rotor. Kumparan stator dan rotor masing-masing terdiri dari parameter resistansi “R’, reaktansi “jX” dan lilitan penguat “N” rangkaian ekivalen dari motor induski satu fasa dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
Gambar 2. Rangkaian ekivalen motor induksi sederhana
33
Nilai arus sumber bolak-balik satu fasa dapat dirumuskan sebagai berikut :
I1= IØ + I2’ (1)
Besarnya arus pemagnitan IØ yang timbul akibat adanya induksi yang terjadi antara medan stator dan rotor adalah :
IØ = Ir + Im (2)
Ggl yang dihasilkan akibat interaksi induksi medan magnet antara stator dan rotor yang masing-masing sebesar E1 dan E2 adalah :
E1 = I2’ (Rs +jXs) (3) E2 = I2’( ) (4) Impedansi pada kumparan motor stator dan rotor masing-masing adalah :
jXs = jωs Ls (5)
jXr = jωr Lr (6)
Prinsip Kerja Motor Induksi Phasa Satu
Apabila kumparan-kumparan motor induksi satu fasa dialiri arus bolak-balik satu fasa, maka pada celah udara akan dibangkitkan medan yang berputar dengan kecepatan putaran sebesar dengan menggunakan rumus :
[ppm] (7)
atau,
(8)
Medan magnet berputar bergerak memotong lilitan rotor sehingga menginduksikan tegangan listrik pada kumparan-kumparan tersebut. Biasanya lilitan rotor berada dalam hubung singkat. Akibatnya lilitan rotor akan mengalir arus listrik yang besarnya tergantung pada besarnya tegangan induksi dan impedansi rotor. Arus listrik yang mengalir pada rotor akan mengakibatkan medan magnet rotor dengan kecepatan sama dengan kecepatan medan putar stator (ns). Interaksi medan stator dan rotor akan membangkitkan torsi yang menggerakkan rotor berputar searah dengan arah medan putar stator. Interaksi medan stator dan rotor juga menyebabkan terjadinya ggl induksi yang disebabkan oleh kumparan-kumparan stator dan rotor. Rumusan matematis gaya gerak listrik yang terjadi pada motor induksi satu fasa dengan rumus sebagai berikut:
(9)
Dimana nilai dari Ф(t) untuk fluksi maksimum akibat dari penyebaran kerapatan fluks yangmelewati lilitan dengan rumus :
34
Ф(t) = Фmax . cos ωt (10)
Adanya perbedaan medan putar stator dan medan putar rotor atau yang disebut slip padamotor induksi satu fasa pada rumus sebagai berikut:
atau s
(11)Hubungan Torsi dan Slip pada Motor
Berubah-ubahnya kecepatan motor induksi (ns) akan mengakibatkan harga slip dari 100% pada saat start hingga 0% pada saat motor diam (nr-ns), torsi yang dihasilkan selama motor induksi satu fasa berputar tergantung pada perubahan slip dan perubahan dalam Newton.meter. Perubahan pembebanan dapat terjadi dengan naiknya nilai tegangan dan arus pada rotor. Hubungan torsi (Td) terhadap parameter impedansi stator, impedansi rotor, arus rotor, tegangan sumber dan kecepatan sudut secara umum dapat dirumuskan sebagai berikut :
Arus rotor (Ir) yang dihasilkan pada motor induksi satu fasa pada rumus :
Ir =
[ ] (12)
Ir =
[ ] (13)
Karakteristik torsi terhadap perubahan slip saat 100% pada saat start hingga 0% pada saat motor diam (nr = ns) pada motor induksi satu fasa dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
35 Perancangan dan Pembahasan
Perancangan Perangkat Keras
Pada gambar 1 ditunjukan diagram system, dimana blok diagram system tersebut terdiri dari :
Gambar 5. Blok Diagram Rangkaian
Cara Kerja
Adapun cara kerja dari system tersebut diurakan secara umum sebagai berikut:
1. Minimum sistem AT89C51 berfungsi untuk menerjemahkan perintah yang dimasukan melalui keyped.
2. Rangkaian analoge controlled phase-angel fired yang berfungsi menerjemahkan perintah yang dikeluarkan oleh sistem mikrokontroller.
3. Motor berfungsi memutar piringan yang dihubungkan memlaui poros pemutar. 4. Input set point (sp) berupa keyped yang berfungsi untuk memasukan data
kecepatan putar motor yang diinginkan.
5. Rangkaian ADC yang berfungsi menerima presena value (pu) dari kecepatan putaran motor yang terdeteksi oleh sensor optic.
6. Rangkaian DAC yang mengubah data-data digital ke dalam sinyal analog controller phase-angle fired sehingga sinyal ini dapat langsung mengendalikan motor.
7. Rangkaian F/V yang mengkonversikan frekuensi yang dihasilkan oleh sensor optic ketegangan yang merupakan present value yang diterima oleh ADC. 8. Display berfungsi untuk menampilkan data set (SP) dan kecepatan putar
piringan.
Rangkaian Analog Voltage Controled Phase Angle Fired Power Interface
Gambar 6 menggambarkan tentang skema pengukur sudut phasa, dimana sudut phasa konduksinya dikendalikan sebuah input tegangan analog. Gambar tersebut dibagi menjadi 4 bagian utama, yaitu: Generator pulsa, lintas nol, (U1a dan U1b) generator
36
ramp tersinkronisai (U2a) pengkondisi sinyal Zera span (U2b) dan komparator dengan penyulut (U1c dan U3).
Gambar 6. Analog Votage Controlled Phase Angle Fired Power Interface
Penyulut analog terendah ini harus disinkronisasi terhadap tegangan lintas nol jala-jala. Ini adalah kegunaan dari transformer, komparator U1a dan U1b, pembentuk gelombang dengan menggunakan RC dan beberapa dioda. Kedua komparator menghasilkan gelombang kotak 30Vpp yang berganti-ganti sebagaimana tegangan jala-jala melintasi nol. Jika salah satu komparator dihubungkan secara inverting dan lainnya non-inverting menghasilkan gelombang kotak dengan polaritas yang berlawanan. Jaringan RC membentuk gelombang kotak tersebut pada kejutan positif dan negative sekkitar 100μ detik. Dioda melewatkan hanya pulsa positif satu pada lintas nol dari U1a dan lintas nol lainnya dari U1b karena adanya feedback negative input inverting op-amp ditahan pada ground semu. Konstanta arusnya adalah:
Rt =
(14)
Yang mengalir dari output ramp, melalui kapasitor dan Rramp_rate menuju -15 V. selamaarusnya constant kapasitor akan mengisi pada harga yang konstant yang menghasilakn sebuah ramppengatur :
37
Yang menghasilkan arus pengisian
I =
=
398 μAMengisi 0,33 μF dengan sebesar 398 μA menghasilkan
Rramp_rate : I = C (15) Rramp_rate : = = = 1206 V/s
Pada setiap lintas nol pulsa dari U1a atau U1b mensaturasi Q1, hal ini akan menghubungkan singkat kapasitor ramp. Memaksa untuk mengosongkan secara cepat. Jadi pada setiap lintas nol pada jala-jala ramp diulang lagi. Tanjakan ini berkesinambungan untuk sebuah setengah siklus dari jala-jala 8,3m/s ia akan menanjak naik.
Δv = (ramp_rate)Δt (16) Δv = ( 1206V/s)(8,3ms) = 10V
U2 menghasilkan ramp yang dimulai pada 0V dan meningkatkan secara linier ke 10 V selama 8,3 milidetik dari setengah silus jala-jala. Amplifier zero span mempunyai persamaan : Va =
(
)
Vin -(
)
(-15V) (17) Dengan Rspan = 5,3 kΩ Rzero = 5 kΩ Vout = -Vin + 10 VHal ini akan menginvert secara linier dan mengoffset tegangan input. Selama ramp dibawah Va output dari kelompok U1c akan terbuka dan triac dalam keadaan mati, tetapi selama ramp meningkat, data Va output dan U1c akan terhubung singkat ke -15 V, sehingga akan menjalankan led pada MOC3041 dan menghidupkan triac.
DAC (Digital Analog Converter)
38
Gambar 7. Rangkaian Digital to Analog Converter
Jika diketahui :
Vref= 5 Vdc, R14 = R15 = 1kΩ, R0 = 2kΩ
Maka besar Vo :
Vo =