Studi Pengereman Secara Dinamis Pada Motor Arus Searah Penguatan Shunt Dengan Mikrokontroller ( Aplikasi Pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-Usu )

Bahan Sidang Tugas Akhir

STUDI PENGEREMAN SECARA DINAMIS PADA

MOTOR ARUS SEARAH PENGUATAN SHUNT

DENGAN MIKROKONTROLLER

( Aplikasi pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU )

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam

menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada

Departemen Teknik Elektro

O l e h

ADITIA OKTAVIANUS SITEPU

NIM. 040422013

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

Lembar Pengesahan

STUDI PENGEREMAN SECARA DINAMIS PADA

MOTOR ARUS SEARAH PENGUATAN SHUNT

DENGAN MIKROKONTROLLER

( Aplikasi pada Laboratorium Konversi Energi Listrik FT-USU )

OLEH :

ADITIA OKTAVIANUS SITEPU

NIM. 040422013

Disetujui oleh,

Dosen Pembimbing

(Ir. MUSTAFRIND LUBIS)

NIP. 130 353 117

Diketahui oleh,

Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU

(Ir.NASRUL ABDI ,MT)

NIP. 131 459 554

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

ABSTRAK

Motor adalah mesin yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanis. Pada motor arus searah energi listrik arus searah diubah menjadi energi mekanis atau energi gerak, dimana energi gerak tersebut berupa kecepatan atau perputaran dari pada rotor.

Dalam penggunaan motor sering dibutuhkan proses untuk menghentikan putaran motor dengan cepat, hal ini biasa disebut proses pengereman. Untuk menghentikan putaran rotor diperlukan suatu torsi pengereman, dimana dapat dihasilkan secara mekanik maupun secara elektrik. Ada beberapa metode yang digunakan dalam pengereman yaitu pengereman dinamis, pengereman regeneratif dan pengereman plugging.

Salah satu proses pengereman tersebut adalah secara dinamis dimana hubungan terminal jangkar pada motor shunt dilepas dari sumber tegangan dan kemudian dihubungkan ke tahanan sebagai beban. Mikrokontroller digunakan untuk mengatur proses terjadinya pengereman seperti perpindahan saklar dari sumber tegangan ke tahanan atau sebaliknya.

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis kepada Tuhan Yang Maha Esa atas kasih dan karunia sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul “ Studi

Pengereman Secara Dinamis Pada Motor Arus Searah Penguatan Shunt

Dengan Mikrokontroller ”.

Penulisan Tugas Akhir ini dibuat sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan sarjana di Departemen Teknik Elektro ,Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada orangtua penulis S.Sitepu dan B.Br.Ginting, S.pd ,yang memberi dukungan moral, pemikiran dan materi yang sangat berarti, juga kepada adik-adikku Hariston, Roy dan Teguh

Penulis juga menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Bapak Ir. Nasrul Abdi, MT selaku Ketua Departemen Teknik Elektro,Fakultas Teknik,Universitas Sumatera Utara.

2. Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

3. Bapak Ir. Mustafrind Lubis selaku dosen pembimbing penulis. Dengan segala arahan dan bimbingan dan motivasi beliau penulis dapat menuliskan Tugas Akhir ini dengan baik.

5. Seluruh staf pengajar Departemen Teknik Elektro, khususnya Konsentrasi Teknik Energi Listrik yang telah membekali penulis dengan berbagai disiplin ilmu.

6. Seluruh pegawai dan karyawan Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Sumatera Utara.

7. Sahabat – sahabatku di departemen Teknik Elektro Ekstensi USU seluruh angkatan 2004 terutama Sukra dan Rachmat, juga semua teman - teman yang tidak bisa disebutkan satu persatu.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun untuk Tugas akhir ini. Akhir kata penulis berharap semoga penulisan Tugas Akhir ini bermanfaat bagi kita semua.

Medan, April 2008

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... iv

BAB I. PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang ... 1

I.2. Tujuan Dan Manfaat Penulisan ... 2

I.3. Batasan Masalah ... 2

I.4. Metode Penulisan ... 3

I.5. Sistematika Penulisan ... 3

BAB II. LANDASAN TEORI II.1. Umum ... 5

II.2. Motor Arus Searah... 5

II.2.1. Konstruksi Motor Arus Searah ... 5

II.2.2. Prinsip Kerja Motor Arus Searah ... 10

II.2.3. Torsi dan Kecepatan Motor Arus Searah ... 13

II.2.4. Jenis – Jenis Motor Arus Searah ... 16

II.2.5. Karakteristik Motor Arus Searah Shunt ... 21

II.3. Mikrokontroller AT89C51 ... 22

II.3.1. Pena – Pena Mikrokontroller AT89C51 ... 24

II.3.2. Blok Diagram Mikrokontroller AT89C51 ... 26

II.3.3. Reset ... 28

BAB III. PENGEREMAN PADA MOTOR SHUNT

III.1. Umum ... 30

III.2. Jenis – Jenis Pengereman Pada Motor Arus Searah ... 31

III.3. Pengereman Dinamis pada Motor Shunt Dengan Mikrokontroller ... 33

BAB IV. ANALISIS PENGEREMAN SECARA DINAMIS PADA MOTOR SHUNT DENGAN MIKROKONTROLLER IV.1. Umum ... 35

IV.2. Peralatan Pengujian ... 35

IV.3. Spesifikasi Motor... 36

IV.4. Rangkaian Pengereman Dinamis Motor Shunt Dengan Mikrokontroller ... 36

IV.5. Analisa Rangkaian ... 37

IV.6. Prosedur Pengujian ... 37

IV.7. Data Hasil Pengujian ... 37

IV.8. Analisa Data Pengujian ... 38

IV.9. Grafik Pengujian Pengereman Dinamis Motor Shunt Dengan Mikrokontroller ... 39

BAB V. KESIMPULAN V.1. Kesimpulan ... 42

V.2. Saran... 43

DAFTAR PUSTAKA

BAB I

PENDAHULUAN

I.1. Latar Belakang

Motor DC adalah mesin yang mengkonversikan energi listrik arus searah menjadi energi mekanis berupa putaran pada rotor. Prinsip kerja motor arus searah berdasarkan pada penghantar yang membawa arus, ditempatkan dalam suatu medan magnet maka pengantar tersebut akan mengalami gaya, gaya menimbulkan torsi yang akan menghasilkan rotasi mekanik sehingga motor akan berputar.

Penggunaan motor arus searah dapat kita jumpai pada mesin – mesin produksi di pabrik dan di industri.. Pemilihan motor arus searah dibandingkan motor arus bolak – balik karena mudah dalam pengaturan putaran baik untuk beban yang bervariasi dan juga pada sistem mesin DC sering kali dipergunakan pada pemakaian yang memerlukan rentang kecepatan motor yang lebar ataupun pengaturan yang teliti pada keluaran motornya.

Pengereman secara elektrik diperlukan karena akan memperbaiki pengereman secara mekanik. Terdapat 3 macam pengereman secara elektrik pada motor, yaitu :

1. Pengereman Dinamis 2. Pengereman Plugging 3. Pengereman Regeneratif

I.2. Tujuan dan Manfaat Penulisan

Adapun tujuan utama penulisan Tugas Akhir ini adalah : 1. Menjelaskan pengereman secara dinamis pada Motor DC Shunt

2. Menjelaskan penggunaan Mikrokontroller pada pengereman secara dinamik pada Motor DC Shunt

Manfaat dari penulisan tugas akhir ini nantinya berguna untuk mengetahui proses pengereman secara dinamik pada motor DC Shunt dan juga menunjukkan salah satu aplikasi rangkaian kontrol otomatis dengan mikrokontroller. Sedangkan bagi para pembaca, diharapkan semoga tugas akhir ini dapat memunculkan ide – ide yang baru untuk meningkatkan otomatisasi dari suatu motor listrik.

I.3. Batasan Masalah

Untuk mendapatkan hasil pembahasan yang maksimal, maka penulis perlu membatasi masalah yang akan dibahas. Adapun batasan masalah dalam Tugas Akhir ini adalah :

2. Rugi-rugi pada motor dan rangkaian diabaikan.

3. Motor dianggap berputar dengan kecepatan konstan ataupun dalam keadaan steady state saat dilakukan pengereman.

4. Membatasi permasalahan pada mikrokontroler, sebatas rangkaian kontrolnya.

I.4. Metode Penulisan

Karena Tugas Akhir ini merupakan suatu studi aplikasi, maka penulis mencari dan mengumpulkan bahan-bahan dan data-data yang diperlukan melalui : 1. Studi literature yaitu mengambil bahan dari buku-buku referensi, jurnal dan

sebagainya,

2. Studi penelitian yaitu melakukan penelitian di laboratorium Konversi Energi Listrik Departemen Elektro FT-USU untuk mendapatkan data-data yang dibutuhkan selama penulisan tugas akhir ini,

3. Studi bimbingan yaitu diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing yang telah ditunjuk oleh pihak Departemen Teknik Elektro USU mengenai masalah-masalah yang timbul selama penulisan Tugas Akhir berlangsung.

I.5. Sistematika Penulisan

Tugas Akhir ini disusun berdasarkan sistematika pembahasan sebagai berikut :

BAB I : PENDAHULUAN

BAB II : LANDASAN TEORI

Bab ini menjelaskan tentang teori – teori yang terdapat pada motor arus searah shunt, mikrokontroller AT89C51 dan komponen- komponen pendukung pada rangkaian percobaan

BAB III : PENGEREMAN PADA MOTOR SHUNT

Bab ini merupakan suatu tinjauan teori tentang pengereman pada motor arus searah shunt, rangkaian percobaan dan prinsip kerja rangkaian.

BAB IV : ANALISIS PENGEREMAN SECARA DINAMIS PADA

MOTOR ARUS SEARAH PENGUATAN SHUNT

DENGAN MIKROKONTROLLER

Bab ini membahas tentang proses pengambilan data pada percobaan – percobaan yang dilakukan serta bagaimana cara menganalisanya.

BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN

BAB II

LANDASAN TEORI

II.1. Umum

Terdapat 2 bagian yang memegang peranan penting yaitu motor arus searah yang berfungsi sebagai penggerak dan mikrokontroller sebagai alat kontrolnya. Pada bab ini akan dijelaskan secara umum tentang teori dasar yang terdapat pada motor arus searah dan mikrokontroller.

II.2. Motor Arus Searah

Pada prinsip sederhananya motor arus serah ialah suatu mesin listrik yang mengubah energi listrik pada arus serah (DC) menjadi energi gerak atau energi mekanik, dimana energi gerak tersebut berupa putaran pada bagian yang disebut rotor.

II.2.1. Konstruksi Motor Arus Searah

Secara fisik pada motor arus searah terdiri dari 2 bagian utama yaitu

1. Stator (bagian yang diam) terdiri dari rangka, komponen magnet dan komponen sikat

Konstruksi pada motor arus searah secara umum dapat dilihat pada gambar 2.1.(a) dan 2.1.(b) :

Gambar 2.1(a) Konstruksi Motor Arus Searah Bagian Stator

Gambar 2.1(b) Konstruksi Motor Arus Searah Bagian Rotor

Keterangan dari gambar tersebut adalah :

1. Rangka

Rangka motor arus searah adalah tempat meletakkan sebagian besar komponen mesin dan untuk melindungi bagian mesin. Untuk itu rangka harus dirancang memiliki kekuatan mekanis yang tinggi untuk mendukung komponen-komponen mesin tersebut.

baja tuang (cast steel) atau baja lembaran (rolled steel) yang berfungsi sebagai penopang mekanis dan juga sebagai bagian dari rangkaian magnet.

2. Kutub Medan

Kutub medan terdiri atas inti kutub dan sepatu kutub, seperti yang terlihat pada gambar 2.2.. Sepatu kutub yang berdekatan dengan celah udara dibuat lebih besar dari badan inti. Adapun fungsi dari sepatu kutub adalah :

a. Sebagai pendukung secara mekanis untuk kumparan medan

b. Menghasilkan distribusi fluksi yang lebih baik yang tersebar di seluruh jangkar dengan menggunakan permukaan yang melengkung

Kumparan penguat magnet berfungsi untuk mengalirkan arus listrik untuk terjadinya proses elektromagnetik.

Gambar 2.2. Kutub Medan

3. Sikat

terjadi antara segmen-segmen komutator dan sikat tidak mengakibatkan ausnya komutator. Konstruksi sikat karbon secara umum dapat dilihat pada gambar 2.3.

Gambar 2.3. Sikat Karbon pada Motor DC

4. Kumparan Medan

Kumparan medan adalah susunan konduktor yang dibelitkan pada inti kutub. Dimana konduktor tersebut terbuat dari kawat tembaga yang berbentuk bulat ataupun persegi. Rangkaian medan yang berfungsi untuk menghasilkan fluksi utama dibentuk dari kumparan pada setiap kutub. Pada aplikasinya rangkaian medan dapat dihubungkan dengan kumparan jangkar baik seri maupun paralel dan juga dihubungkan tersendiri langsung kepada sumber tegangan sesuai dengan jenis penguatan pada motor

5. Jangkar

6. Kumparan Jangkar

Kumparan jangkar pada motor arus searah merupakan tempat dibangkitkannya ggl induksi. Pada motor DC penguatan kompon panjang kumparan medan serinya diserikan terhadap kumparan jangkar, sedangkan pada motor DC penguatan kompon pendek kumparan medan serinya diparalel terhadap kumparan jangkar. Jenis-jenis konstruksi kumparan jangkar pada rotor ada tiga macam yaitu:

1. Kumparan jerat (lap winding)

2. Kumparan gelombang (wave winding)

3. Kumparan zig – zag (frog-leg winding)

Gambar kumparan jangkar dapat dilihat pada gambar 2.4.

Gambar 2.4. Kumparan Jangkar

7. Komutator

digunakan pada komutator adalah mika. Gambar komutator dapat dilihat pada gambar2.5

Agar dihasilkan tegangan arus searah yang konstan, maka komutator yang digunakan hendaknya dalam jumlah yang besar.

Gambar 2.5. Komutator

8. Celah Udara

Celah udara merupakan ruang atau celah antara permukaan jangkar dengan permukaan sepatu kutub yang menyebabkan jangkar tidak bergesekan dengan sepatu kutub. Fungsi dari celah udara adalah sebagai tempat mengalirnya fluksi yang dihasilkan oleh kutub-kutub medan.

II.2.2. Prinsip Kerja Motor Arus Searah

Setiap konduktor yang dialiri arus mempunyai medan magnet disekelilingnya. Kuat medan magnet yang timbul tergantung pada besarnya arus yang mengalir dalam konduktor.

H =

l I N×

... 2.1

Di mana :

N = Banyak kumparan [Lilitan]

I = Arus yang mengalir pada penghantar [Ampere]

l = Panjang dari penghantar [meter]

(a) (b)

(c)

Gambar 2.6 Pengaruh penempatan konduktor pengalir arus

dalam medan magnet

Pada gambar 2.6(a) menunjukkan sebuah medan magnet seragam yang dihasilkan oleh kutub-kutub magnet utara dan selatan yang arahnya dari kutub utara menuju kutub selatan.. Sedangkan gambar 2.6(b) menggambarkan sebuah konduktor yang dialiri arus searah dan menghasilkan medan magnet (garis-garis gaya fluksi) disekelilingnya.

fluksi menjadi berkurang di atas sebelah kiri konduktor dan di bawah sebelah kanan konduktor. Kerapatan fluksi yang tidak seragam ini menyebabkan konduktor di sebelah kiri akan mengalami gaya ke atas, sedangkan konduktor di sebelah kanan akan mengalami gaya ke bawah. Kedua gaya tersebut akan menghasilkan torsi yang akan memutar jangkar dengan arah putaran searah dengan putaran jarum jam.

Prinsip dasar di atas diterapkan pada motor DC. Prinsip kerja sebuah motor arus searah dapat dijelaskan dengan gambar 2.7 berikut:

Gambar 2.7 Prinsip kerja motor arus searah

Berdasarkan gambar di atas kedua kutub stator dibelitkan dengan konduktor- konduktor sehingga membentuk kumparan yang dinamakan kumparan stator atau kumparan medan. Kumparan medan tersebut dihubungkan dengan suatu sumber tegangan, maka pada kumparan medan itu akan mengalir arus medan (If). Kumparan medan yang dialiri arus ini akan menimbulkan fluksi utama

dialiri arus ditempatkan pada sebuah medan magnet maka pada konduktor tersebut akan timbul gaya, maka demikian pula halnya pada kumparan jangkar. Besarnya gaya ini bergantung dari besarnya arus yang mengalir pada kumparan jangkar (I), kerapatan fluksi (B) dari kedua kutub dan panjang konduktor jangkar (l). Semakin besar fluksi yang terimbas pada kumparan jangkar maka arus yang mengalir pada kumparan jangkar juga besar, dengan demikian gaya yang terjadi pada konduktor juga semakin besar. Jika arus jangkar (I) tegak lurus dengan arah induksi magnetik (B) maka besar gaya yang dihasilkan oleh arus yang mengalir pada konduktor jangkar yang ditempatkan dalam suatu medan magnet adalah :

F = B . I . l ... 2.2 di mana :

F = Gaya [Newton]

B = Kerapatan fluksi [Weber/m2]

I = Arus yang mengalir pada konduktor jangkar [Ampere] l = Panjang konduktor jangkar [m]

II.2.3 Torsi dan Kecepatan Motor Arus Searah

II.2.3.1. Torsi

Torsi adalah putaran atau pemuntiran dari suatu gaya terhadap suatu poros. Ini diukur dengan hasil kali gaya itu dengan jari - jari lingkaran dimana gaya tersebut bekerja.

untuk memutar jangkar. Jumlah torsi yang dihasilkan oleh konduktor jangkar dikenal dengan torsi jangkar ( Ta ).

Gaya pada setiap konduktor, F = B i l Torsi yang dihasilkan oleh satu konduktor, Ta =F.r

Torsi jangkar total, Ta = Z F r

Maka, Ta =Z.B.i.l.r ………2.3

Sekarang i = Ia/A dan B = /a , dimana a ad alah luas penampang jalur fluks

perkutub pada jari-jari r. Jelasnya,

P l r a=2π

Maka, A P I Z r l A I P l r Z r l A I a Z

Ta a a a

π

π * * * 2

2 * * * * *  = Φ = Φ            Φ =

Atau 

     Φ = A P I Z

Ta 0,159 a ………….………..2.4

Karena Z, P dan A nilainya selalu tetap, maka :

a a I

T ~φ

Karena itu torsi di dalam motor DC berbanding langsung dengan fluks per kutub

dan arus jangkar. Untuk motor Dc shunt, besarnya fluks relatif konstan

sehingga : T ~_a I_a

Torsi jangkar dapat juga dinyatakan sebagai berikut :

A n Z P E_a 60 Φ = n E A Z

PΦ =60 a

Sehingga, n I E I n E

T a a

a a

a 9,55

60 159 ,

0  =

Dimana :

Ta = Torsi jangkar [Newton-meter]

φ = fluksi setiap kutub [weber]

a

I = arus jangkar [ampere]

P = jumlah kutub

Z = jumlah total konduktor jangkar A = jalur paralel konduktor jangkar

II.2.3.2. Kecepatan Motor Arus Searah

Sebagaimana telah diketahui bahwa di dalam motor DC berlaku persamaan : E_a =V−I_a R_a

Tetapi, A n Z P E_a 60 Φ =

Sehingga, V I_a R_a

A n Z P − = Φ 60

Atau,

(

)

(

)

Φ − =

Φ −

= a a V Ia Ra

K Z P A R I V n 60

Tetapi, E_a =V−I_a R_a

Maka,

Φ = Ea

K n ……….2.6 Atau Φa E n ~

Umumnya pada setiap motor, torsi dan kecepatan merupakan factor yang sangat penting. Ketika torsi meningkat, kecepatan motor akan berkurang dan sebaliknya.

II.2.4. Jenis-jenis Motor Arus Searah

Jenis-jenis motor arus searah dapat dibedakan berdasarkan jenis penguatannya, yaitu hubungan rangkaian kumparan medan dengan kumparan jangkar.

Sehingga motor arus searah dibedakan menjadi : 1. Motor arus searah penguatan bebas

2. Motor arus searah penguatan sendiri

II.2.4.1. Motor Arus Searah Penguatan Bebas

Motor arus searah penguatan bebas adalah motor arus searah yang sumber tegangan penguatannya berasal dari luar motor. Di mana kumparan medan disuplai dari sumber tegangan DC tersendiri. Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan bebas dapat dilihat pada gambar 2.8 di bawah ini:

+

-E_a

R_a Vf

V_t

I_{a I}

f +

-R_f

Gambar 2.8 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan bebas

Motor arus searah penguatan sendiri adalah motor arus searah yang sumber tegangan penguatannya berasal dari motor itu sendiri. Dimana kumparan medan berhubungan langsung dengan kumparan jangkar. Kumparan medan dapat dihubungkan secara seri maupun paralel dengan kumparan jangkar. Dan juga dapat dihubungkan dengan keduanya,yaitu secara seri dan paralel, tergantung pada jenis penguatan yang diberikan terhadap motor.

Motor arus searah penguatan sendiri terdiri atas: 1. Motor arus searah penguatan seri

2. Motor arus searah penguatan shunt

3. Motor arus searah penguatan kompon panjang

• Motor arus searah penguatan kompon panjang komulatif

• Motor arus searah penguatan kompon panjang diferensial

4. Motor arus searah penguatan kompon pendek

• Motor arus searah penguatan kompon pendek komulatif

• Motor arus searah penguatan kompon pendek diferensial

II.2.4.2.1. Motor Arus Searah Penguatan Seri

R_s

V_t

+

-E_a R_a

I_a I_L

+

-I_S

Gambar 2.9 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan seri

Pada motor arus searah penguatan seri, kumparan medan dihubungkan secara seri dengan rangkaian jangkar. Oleh sebab itu arus yang mengalir pada kumparan medan seri sama dengan arus yang mengalir pada kumparan jangkar.

II.2.4.2.2. Motor Arus Searah Penguatan Shunt

Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan shunt ditunjukkan pada gambar 2.10 :

+

-V_{t E}

a

R_a

I_a

I_L

+

-R_sh

I_sh

Gambar 2.10 Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan shunt

Pada motor shunt kumparan jangkar dihubungkan langsung pada terminal sehingga paralel dengan kumparan jangkar.

Pada motor arus searah penguatan kompon panjang, kumparan medan serinya terhubung secara seri terhadap kumparan jangkarnya dan terhubung paralel terhadap kumparan medan shunt.

Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan kompon panjang dapat dilihat pada gambar 2.11(a) dan 2.11(b) :

R_s

V_t

-+

R

I_a

I_{L I}

s

R_sh

I_sh

E_a

a

-+

Gambar 2.11. (a) Rangkaian ekivalen motor arus searah

penguatan kompon panjang diferensial

Pada motor arus searah penguatan kompon panjang diferensial, polaritas kedua kumparan medannya saling berlawanan atau sesuai aturan dot, salah satu arus medannya memasuki dot sedangkan yang lainnya meninggalkan dot, sehingga fluksi yang dihasilkannya menjadi saling mengurangi.

-R_s

V_t

+

E_a R_a

I_a I_L

-I_s

R_sh I_{sh .}

.

+

Gambar 2.11. (b) Rangkaian ekivalen motor arus searah

penguatan kompon panjang komulatif

II.2.4.2.4. Motor Arus Searah Penguatan Kompon Pendek

Pada motor arus searah penguatan kompon pendek, kumparan medan serinya terhubung secara paralel terhadap kumparan jangkar dan kumparan medan shunt. Rangkaian ekivalen motor arus searah penguatan kompon pendek dapat dilihat pada gambar 2.12(a) dan 2.12(b) :

+

-E_a R_a V_t

I_a I_L

+

-R_s

I_s

R_sh I_sh

Gambar 2.12.(a) Rangkaian ekivalen motor arus searah

Penguatan kompon pendek diferensial

R_s

V_t

-+

E_a R_a

I_a I_L

-I_s

R_sh I_sh

Gambar 2.12.(b) Rangkaian ekivalen motor arus searah

Penguatan kompon pendek komulatif

Pada motor arus searah penguatan kompon panjang komulatif, polaritas kedua kumparan medannya sama sehingga fluksi yang dihasilkannya saling menguatkan.

II.2.5. Karakteristik Motor Arus Searah Shunt

(i) Karakteristik Ta / Ia

Telah diketahui bahwa di dalam motor DC,

a a I

T ~φ

Karena motor beroperasi dari suatu tegangan sumber yang konstan, fluksi

juga konstan (dengan mengabaikan rekasi jangkar). Maka :

a a I

T ~

Dengan demikian karakteristik Ta / Ia motor DC Shunt merupakan garis

pada kurva bahwa arus yang sangat besar dibutuhkan untuk menstart beban yang berat.

T

I

a

T

a

Gambar 2.13. Karakteristik Ta / Ia

(ii)Karakteristik n / Ia

Fluksi dan GGL lawan Ea di dalam motor DC Shunt hampir konstan,

dengan demikian kecepatan motor DC shunt selalu konstan walaupun arus jangkar berubah – ubah nilainya. Bagaimanapun Ea berkurang lebih sedikit daripada

sehingga dengan demikian kecepatan motor menurun sedikit dengan pertambahan beban seperti terlihat pada Gambar 2.14

n

Ia

Gambar 2.14. Karakteristik n / Ia

Suatu kurva diperoleh denggan menggambarkan nilai n dan Ta untuk

berbagai arus jangkar dapat dilihat pada gambar 2.15 dimana kecepatan agak menurun seiring dengan pertambahan beban.

n

[image:30.595.148.475.639.743.2]

Ia

Gambar 2.15. Karakteristik n / Ta

II. 3 MIKROKONTROLLER AT89C51

Mikrokontroller AT89C51 adalah sebuah mikrokontroller buatan ATMEL. Mikrokontroller ini masih termasuk dalam keluarga mikrokontroller MCS-51 yaitu merupakan versi yang dilengkapi dengan ROM (internal) yaitu berupa EEPROM, seperti yang dapat dilihat pada tabel 2.1. Mikrokontroller AT89C51 adalah low power high performance CMOS 8 bit, 4 Kbyte flash Programmable and Eresable Read Only Memory (PEROM). IC mikrokontroller ini kompatible dengan standar MCS-51 baik dari instruksi maupun pena-penanya yang dapat diaplikasikan sebagai Embedded Controller.

.Tabel 2.1. Keluarga Mikrokontroller MCS-51

Type Type tanpa EPROM

Type dengan

EPROM ROM

Berikut ini adalah kemampuan yang dimiliki oleh mikrokontroller AT89C51 : - Kompatibel dengan keluarga MCS-51.

- 4 Kbyte Programmable Flash Memory (PEROM) di dalam chip yang dapat ditulis dan dihapus sampai seribu kali.

- Dapat beroperasi pada frekuensi 0 Hz sampai 24 MHz. - 3 level program kunci memori.

- 128 x 8-bit RAM internal. - 32 jalur I/O.

- Dua buah timer/counter 16 bit. - 6 buah jalur interupsi.

- Serial channel yang dapat diprogram. - Hemat catu daya dan Power Down Modes.

[image:32.595.236.389.83.285.2]

Gambar 2.16 Pena-pena Mikrokontroller AT89C51

Susunan pena-pena mikrokontroller AT89C51 seperti gambar 2.16 dapat dijelaskan sebagai berikut :

- Pena 1 sampai 8 adalah port 1

Merupakan Port parallel 8 bit data dua arah (bidirectional) yang dapat digunakan untuk berbagai keperluan (general purpose).

- Pena 9 (RESET)

Masukan reset aktif tinggi. Pulsa transisi dari rendah ke tinggi akan mereset AT89C51. Pena ini dihubungkan dengan rangkaian power on reset yang terdiri dari sebuah kapasitor dan sebuah resistor yang berfungsi sebagai pembangkit frekuensi.

- Pena 10 sampai 17 adalah port 3

dan RD (Read). Bila fungsi pengganti tidak dipakai, pena-pena ini dapat digunakan sebagai port parallel 8 bit serba guna.

- Pena 18 (XTAL 1)

Pena masukan ke rangkaian osilator internal. Sebuah osilator kristal atau sumber osilator luar dapat digunakan.

- Pena 19 (XTAL 2)

Pena keluaran ke rangkaian osilator internal. Pena ini dipakai bila menggunakan osilator kristal.

- Pena 20 (GROUND)

Dihubungkan ke Vss atau ground. - Pena 21 sampai 28 adalah port 2

Port paralel 2 (P2) selebar 8 bit dua arah (bidirectional). Port 2 ini mengirimkan byte alamat bila dilakukan pengaksesan memory eksternal. - Pena 29

Pena PSEN (Program Store Enable) yang merupakan sinyal pengontrol yang membolehkan program memory eksternal masuk ke dalam bus selama proses pemberian/pengambilan instruksi (Fetching).

- Pena 30

Pena ALE (Address Latch Enable) yang digunakan untuk menahan alamat memory eksternal selama pelaksanaan instruksi.

- Pena 31 (EA)

Bila diberi logika rendah (L) maka mikrokontroller akan melaksanakan seluruh instruksi dari memori program luar.

- Pena 32 sampai 39 adalah port 0

Merupakan port paralel 8 bit (open drain) dua arah. Bila digunakan untuk mengakses program luar, port ini akan memultipleks alamat memori dengan data.

- Pena 40

Merupakan Vcc yang dihubungkan ke tegangan positif.

II.3.2. Blok Diagram Mikrokontroller AT89C51

TI MI NG AND CONTROLL

I NSTRUCTI ON REGI STER

PSW ALU TMP 1 TMP 1 ACC B REGI STER RAM RAM ADDR REGI STER PORT 0 LATCH PORT 2 LATCH FLASH STACK POI NTER

I NTERRUPT, SERI AL PORT, AND TI MER BLOCKS

DPTR PROGRAM COUNTER PC I NCREMENTER BUFFER PROGRAM ADDRESS REGI STER PORT 1 LATCH PORT 3 LATCH PORT 0 DRI VERS

PORT 1 DRI VERS PORT 3 DRI VERS PORT 2 DRI VERS P0.0 - P0.7 P2.0 - P2.7

P1.0 - P1.7 P3.0 - P3.7 OSC

PSEN CE/ PROG EA / Vpp RST

Vcc

[image:34.595.126.504.310.671.2]

GND

Dari diagram blok mikrokontroller pada gambar 2.17 terlihat bahwa terdapat beberapa blok internal dari IC AT89C51 seperti :

- ALU (Aritmatic Logic Unit )

ALU adalah suatu unit yang melaksanakan proses aritmatic dan logika seperti penjumlahan, pengurangan, pembagian, AND, OR, X – OR, rotasi, clear dan komplemen operasi percabangan.

- Akumulator

Akumulator adalah merupakan register aritmatika yang berfungsi sebagai penempung data sebelum dan sesudah proses. Sebagian besar instruksi pemrosesan pada AT 89C2051 menggunakan akumulator sebagai operand sumber atau tujuan pengiriman data dan ke port.

- Register B

Register B digunakan selama operasi perkalian/pembagian 8 bit dan dapat juga digunakan sebagai register operand sumberatau operand tujuan.

- Stack pointer

Stack pointer digunakan sebagai tempat penyimpanan variable data yang ditindih dalam memori atau sebagai register petunjuk.

- RAM ( Random Acces Memory )

- Program AddressRegister

Program address register merupakan alamat register dari program. - TMP1/TMP2

TMP1/TMP2 berfungsi sebagai timer/counter 16 bit yang terangkai secara internal.

- Buffer

Dilihat dari fungsinya, buffer pada IC ini merupakan penyangga aga data yang dipindahkan dari suatu register ke register lain tetap atau tdak berantakan. - RAM Address Register

RAM address register merupakan sebagai jalan menuju RAM. Semua pengolahan data memakai RAM harus terlebih dahulu melewati RAM address register.

II.3.3. Reset

Input reset dilakukan melalui pin RST. Reset dilakukan selama 2 siklus mesin dan pin RST tinggi. Dalam hal ini CPU akan mengaktifkan internal reset, rangkaian reset dapat dilihat 2.18.

10uF

8.2kohm VCC

[image:37.595.269.359.89.211.2]

RST

Gambar 2.18. Power On Reset

II.3.4. Timer/Counter

One chip mikrokontroller ini memilik dua timer yang dapat dikonfigurasikan beroperasi sebagai timer atau counter. Saat berfungsi sebagai timer, isi register timer ditambah 1 untuk tiap siklus mesin, sedangkan untuk fungsi counter isi register akan bertambah 1 setiap ada transisi sinyal pada pin input eksternal. Pada pemanfaatan sebagai counter, sinyal input yang dimaksudkan dapat berupa low level atau falling edge trigger. Counter akan mencacah setiap masukan yang ada sesuai inisialisasi harga awal dari counter pada nilai hitungan untuk tiap sampling. Inisialisasi harga awal ini berupa nilai preset negatif counter yang diatur sebelum counter dijalankan.

pasangan bit M0 dan M1 pada register TMOD. Untuk pemilihan timer/counter dikontrol dengan bit C/T di TMOD.

BAB III

PENGEREMAN PADA MOTOR SHUNT

III.1. Umum

Pengereman pada motor arus searah adalah suatu usaha yang diberikan terhadap motor arus searah yang sedang berputar agar motor tersebut mengalami perlambatan ataupun berhenti dalam waktu yang singkat.

Pengereman itu sendiri dapat dilakukan secara mekanis dan elektris. Dimana prinsip kerja rem mekanis ini adalah dengan menjepit bagian yang berputar pada motor agar motor semakin lambat putarannya dan akhirnya berhenti. Namun permasalahan yang dihadapi dalam pengereman mekanis ini adalah jika motor yang sedang direm itu berputar dengan cepat maka gesekan yang terjadi pada rem akan membuat temperatur pada rem sangat panas sehingga pada keadaan ini rem membutuhkan waktu yang lama untuk melepaskan panas tersebut agar rem menjadi dingin dan dapat dioperasikan kembali.

dalam waktu yang cepat. Sehingga ini sangatlah bermanfaat karena motor akan dapat terus dioperasikan kembali tanpa perlu menunggu seperti pada pengereman secara mekanis. Tetapi pengereman elektris juga memiliki kelemahan yaitu ketidakmampuannya menahan beban, ini disebabkan gaya pengereman akan menurun jika kecepatan berkurang dan pada saat motor berhenti maka tidak ada lagi gaya pengereman.

III.2. Jenis – jenis Pengereman pada Motor Arus Searah

Pengereman pada motor arus searah dapat dibedakan menjadi tiga bagian yaitu:

1. Pengereman dinamis

Pengereman ini dilakukan dengan cara memutuskan suplai tegangan ke sebuah motor yang sedang berjalan dengan terbukanya kontaktor C1 dan C2 lalu

dihubungkan dengan sebuah tahanan (Rp) pada terminal jangkarnya dengan cara tertutupnya kontaktor C3 dan C4, sehingga motor akan berlaku sebagai generator

V

t

R

P

R

a

R

sh

I

I

sh

I

a1

C

1

C

2

C

3

C

4

+

-E

a

V

t

R

P

R

a

R

sh

I

I

sh

I

a1

C

1

C

2

C

3

C

4

+

-E

a

I

a2 [image:40.595.129.476.82.436.2]

(a)

(b)

Gambar 3.2. Pengereman Dinamis pada Motor DC Shunt (a). Sebelum pengereman

(b). Saat pengereman

2. Pengereman Plugging

Pengereman ini dilakukan dengan cara membalik putaran motor yang sedang berputar. Pada saat motor berputar pada kecepatan nominal, jika salah satu dari arus jangkar atau arus medan dibalik arahnya maka akan timbul torsi baru yang berlawanan arah dengan torsi mula – mula. Torsi ini dipengaruhi oleh besar arus yang mengalir pada tahanan jangkar. Untuk membatasi arus yang mengalir pada jangkar dipasang tahanan yang diserikan dengan tahanan jangkar. Besar tahanan inilah yang mempengaruhi waktu mulai saat pengereman dilakukan sampai motor berhenti.

jangkar masih tetap mengalir arus maka motor akan kembali berputar dengan arah yang berlawanan.

Pengereman plugging pada motor DC penguatan shunt dan motor DC penguatan seri dapat dilakukan dengan 2 cara :

1. Dengan membalik arah arus medan ( If )

2. Dengan membalik arah arus jangkar ( Ia )

Salah satu cara pengereman secara plugging dapat dilihat pada gambar 3.3.

1

C

2

C

3

C

4

C

5

C

6

C

7

C Rp

Rsh Ra

Ea

+

-Gambar 3.3. Pengereman Plugging pada Motor DC Shunt 3. Pengereman Regeneratif

Pada pengereman regeneratif ini energi yang tersimpan pada putaran dikembalikan kepada sistem jala-jala. Cara ini biasanya dipakai pada kereta api listrik. Ketika kereta api berjalan menuruni lereng bukit maka kecepatan motor akan laju sekali meskipun tegangan yang diberikan tetap. Dengan bertambahnya kecepatan motor yang melebihi kecepatan nominalnya maka besar Ea akan lebih

besar dari Vt. Sehingga ini akan mengakibatkan daya dikembalikan kepada sistem

[image:41.595.144.450.283.478.2]

III.3. Pengereman Dinamis pada Motor Shunt Dengan Mikrokontroller

[image:42.595.115.508.167.444.2]

Penggunaan mikrokontroller pada pengereman ini hanyalah untuk menunjukkan salah satu otomatisasi pada motor.

Gambar 3.4. Pengereman Dinamis Motor Shunt Dengan Mikrokontroller

Rangkaian dibuat seperti Gambar 3.4. Mula-mula tegangan terminal (Vt) sama dengan nol sehingga motor dalam masih keadaan diam. Kemudian secara perlahan tegangan terminal Vt dinaikkan sampai motor mencapai kecepatan nominal kemudian jika mikrokontroller menerima perintah untuk mengerem maka

tahanan pengereman. Pada keadaan ini motor akan tetap berputar, akibatnya motor akan berlaku sebagai generator dan arus pengereman akan mengalir tergantung pada besar tahanan RP. Energi yang dimiliki oleh jangkar yang

diakibatkan oleh perputaran akan dilepas melalui tahanan dalam bentuk panas yang menyebabkan kecepatan motor berkurang dan sampai akhirnya akan berhenti. Walaupun pengereman dilakukan dengan mikrokontroller tetapi cara menentukan besarnya arus dan torsi tetap sama seperti pada pengereman dinamis umumnya, yaitu :

Ia(rem) =

Ra R Ea Vt P + + )

( = R Ra

Ea Ra R Vt P P + + + ( ) )

( = R Ra

n c Ra R Vt P P + + + ( ) ) ( φ

dan besarnya torsi pengereman adalah :

Trem = k1 * φ * Ia(rem) = k1 * φ *

    + +

+ a P a

P t R R cn R R V ) ( ) ( φ

Trem = 1 1 2

) ( ) ( φ φ    + +    

+ a P a

P t R R cn k R R V k

= k2 * φ + k3 * φ2

BAB IV

ANALISIS PENGEREMAN SECARA DINAMIS PADA

MOTOR SHUNT DENGAN MIKROKONTROLLER

IV.1. Umum

mikrokontroller pada proses ini merupakan salah satu cara untuk mengotomatisasikan suatu peralatan industri serta mengurangi penggunaan daya yang berlebihan, tetapi tetap harus memperhatikan spesifikasi alat yang dipergunakan agar tidak terjadi kerusakan.

IV.2 Peralatan Pengujian

1. Motor Arus Searah AEG 1,2 KW 2. 1 Unit Power Pack MV 1300 3. 1 Unit Tahanan Geser

4. 1 Volt meter 5. 2 Ampere meter 6. 2 Magnetic Contactor

7. 1 Modul Mikrokontroller AT89S51 8. Stop Watch

IV.3 Spesifikasi Motor

P = 1,2 KW IL = 7,1 A

Ish = 0.177 A

Hasil Pengukuran :

Tahanan medan shunt (J-K) = 1,17 KΩ Tahanan medan seri (E-F) = 0,6 Ω Tahanan Jangkar (GA-HB) = 3,84 Ω

[image:45.595.115.509.248.478.2]

IV.4. Rangkaian Pengereman Dinamis Motor Shunt Dengan Mikrokontroller

Gambar 4.1. Pengereman Dinamis Pada Motor DC Shunt Dengan Mikrokontroller

IV.5. Analisa Rangkaian

Saat terjadinya proses pengereman maka rangkaian sensor arus akan aktif dan memeriksa keadaan arus yang mengalir pada tahanan pengereman. Arus tersebut akan kemudian diubah menjadi tegangan karena akan menjadi masukan pada mikrokontroller. Perubahan arus menjadi tegangan sesuai dengan rumusan

R I Vout = in*

IV.6. Prosedur Pengujian

1. Peralatan dirangkai seperti pada gambar 4.1

2. Atur tahanan pengereman RP sebesar 100 Ω pada tahanan geser.

3. Atur tegangan suplai sampai motor mencapai putaran 1400 rpm.

4. Tekan tombol START dan catat waktu pengereman mulai dari tombol START ditekan sampai sesaat putaran motor menjadi nol. Catat pula arus jangkar pada saat pengereman

5. Prosedur yang sama dilakukan untuk besar tahanan pengereman yang lain yakni 90 Ω, 80 Ω, 70 Ω, 60 Ω, 50 Ω, 40 Ω, 30 Ω, 20 Ω dan 10 Ω.

IV.7. Data Hasil Pengujian

Data pada saat keadaan motor belum di rem : Vt = 207 volt

[image:46.595.236.388.556.745.2]

Ish = 0.17 ampere Ia = 5,30 ampere

Tabel 4.1. Data 1 pengereman dinamis pada motor shunt

Rp

(ohm)

Ia rem

(Amp)

t (sec

[image:47.595.113.498.133.584.2]

Tabel 4.2. Data 2 pengereman dinamis pada motor shunt

n (rpm) Tahanan (Ohm)

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

1400 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

1200 0,4 0,7 0,8 0,7 0,8 0,9 0,8 1 1,2 1,1 1000 0,4 0,7 0,8 0,9 0,9 0,9 0,8 1,2 1,2 1,4 800 0,5 0,8 0,9 1 0,9 1 1,1 1,3 1,4 1,5 600 0,6 0,8 0,9 1 1,1 1 1,2 1,3 1,6 1,7 400 0,7 0,9 1 1 1,2 1,3 1,3 1,4 1,5 1,7 200 0,7 0,9 1,1 1,1 1,4 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8

Total (Detik) 3,3 4,8 5,5 5,7 6,3 6,5 6,7 7,8 8,6 9,2

IV.8. Analisa Data Pengujian

Dari data – data sebelum pengereman diperoleh : IL = Ia + Ish = 5,3 A + 0,17 A = 5,47 A

Ea = Vt – Ia . Ra

Ea = 207 volt – 5,3 A . 3,84

Ea = 207 volt – 20,352 volt

Ea = 186,648 volt

ϖ = 2π

60 ) rpm ( n

× rad / sec = 2π 60 1400

× = 146,61 rad / sec

maka, Τrem = ω rem , a a I E × = 61 , 146 93 , 4 648 , 186 ×

= 6,276 N- m

Cara perhitungan yang sama dilakukan untuk data yang lain sehingga didapatkan hasilnya sebagai berikut :

Tabel 4.3. Data 3 Pengereman Dinamis Motor Shunt

Rb

(ohm)

Ia rem

(Amp)

t (det)

Trem

(N-m)

[image:47.595.222.409.704.749.2]

20 4,43 4,8 5,640 30 2,54 5,5 3,234 40 1,93 5,7 2,457 50 1,78 6,3 2,266 60 1,40 6,5 1,782 70 1,35 6,7 1,719 80 1,24 7,8 1,579 90 1,15 8,6 1,464 100 1,10 9,2 1,400

IV.9. Grafik Pengujian Pengereman Dinamis Motor Shunt Dengan

Mikrokontroller

Tahanan Pengereman Vs Arus Pengereman

0 1 2 3 4 5 6

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Tahanan Pengereman (Ohm)

A

rus

P

enger

em

an (

A

m

per

TAHANAN PENGEREMAN Vs TORSI PENGEREMAN 0 1 2 3 4 5 6 7

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

TAHANAN PENGEREMAN (Ohm)

T O R SI PEN G ER EM AN ( N -m )

TAHANAN PENGEREMAN Vs WAKTU PENGEREMAN

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

TAHANAN PENGEREMAN (Ohm)

Putaran Motor Vs Waktu Pengereman

10

20 30

40 50 60 70 80 90 100

0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2

0 500 1000 1500

Putaran Motor (rpm)

W

ak

tu P

enger

em

an (

D

et

ik

)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

V.1. Kesimpulan

Dari pembahasan dan penelitian yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan sebagai berikut :

1. Arus beban yang mengalir pada motor sebelum direm adalah sebesar 5,47 A, saat motor direm dengan tahanan 10Ω diperoleh arus pengereman 4,93 A kemudian pada tahanan 50Ω diperoleh 1,78 A dan pada tahanan 100Ω diperoleh 1,10 A terlihat bahwa jika semakin besar tahanan maka arus pengereman akan semakin kecil.

2. Torsi yang dihasilkan pada saat pengereman juga akan semakin kecil jika tahanan yang digunakan semakin besar, dimana pada tahanan 10Ω diperoleh torsi pengereman sebesar 6,276 N-m kemudian pada tahanan 50Ω diperoleh 2,266 N-m dan akhirnya pada tahanan 100Ω diperoleh 1,4 N-m.

V.2. Saran

Adapun saran yang dapat diberikan adalah :

1. Melakukan pengujian pada motor yang umumnya dipakai di industri

DAFTAR PUSTAKA

1. Deshpande M.V., Electric Motors :Apllications and Control,Vinayok Cotlage,Shivajinagar 1984

2. Eugene C.Lister., Mesin dan rangkaian listrik,Edisi keenam,Penerbit Erlangga,Jakarta, 1993

3. Fitzgerald A.E., Mesin-mesin listrik, Edisi keempat,Penerbit Erlangga,Jakarta, 1997

4. Theraja B.L., A Text-book of Electrical Technology,Nirja Construction & Development,New Delhi, 1989

5. Zuhal, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika daya,Edisi ke5, Gramedia,Jakarta,1995

6. V.K. Mehta, Principles Of Electrical Machines, S.Chand & Company LTD 2002

7. “Pemrograman Mikrokontroller AT89S51 dengan C/C++ dan Assembler”, Andi Yogyakarta, 2007