IMPLEMENTASI MOTOR
STEPPER
PADA
CRANE
BERBASIS DSPIC30F6014A
LAPORAN TUGAS AKHIR
Oleh :
YOSUA IVAN PURNAMA
13.50.0010
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS KATOLIK SOEGIJAPRANATA
SEMARANG
ABSTRAK
Motor listrik merupakan piranti yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanis berupa putaran. Motor listrik yang biasa digunakan untuk kontrol posisi yaitu motor servo dan motor stepper, namun motor stepper lebih banyak digunakan karena motor stepper tidak memiliki sikat (brush) pada konstruksinya, sedangkan motor servo terdapat motor DC yang terdapat sikat pada konstruksinya, sehingga membutuhkan biaya yang relatif tinggi untuk penggantiannya. Motor
stepper dapat beroperasi dengan mengendalikan pulsa-pulsa digital secara sekuensial yang kemudian diubah menjadi gerakan mekanis. Motor ini dikendalikan dengan menggunakan metode full step hingga micro step, yang kemudian diimplementasikan pada crane. Crane yang dimaksud hanyalah sebagai pemodelan, tidak layaknya seperti peralatan berat yang digunakan di industri. Pemodelan ini dilengkapi dengan elektromagnetik yang digunakan untuk mengangkat dan atau memindahkan suatu benda ke tempat tertentu. Untuk mengoperasikan alat ini dibutuhkan L298 Driver Motor dan rangkaian relay yang dikontrol dengan menggunakan mikrokontroler dsPIC30F6014A. Untuk melengkapi kajian ini, maka dilakukan pengujian laboratorium dan pengujian kinerja alat yang dibuat.
KATA PENGANTAR
Ucapan terimakasih dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus Kristus yang senantiasa menjaga dan melindungi penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dan Laporan Tugas Akhir yang berjudul “IMPLEMENTASI MOTOR STEPPER PADA CRANE BERBASIS DSPIC30F6014A”. Melakukan tugas akhir dan pemyelesaian laporan tugas akhir ini bertujuan untuk memenuhi syarat kelulusan di Fakultas Teknik, Program Studi Teknik Elektro Universitas Katolik Soegijapranata Semarang.
Penulis tidak dapat menyelesaikan semua ini tanpa bantuan dan dukungan dari berbagai pihak secara langsung maupun secara tidak langsung. Pada kesempatan kali ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :
1. Tuhan Yesus Kristus yang telah memberikan berkat, kemudahan, dan kelancaran dalam melakukan tugas akhir dan penyusunan laporan tugas akhir.
2. Haryanto Purnama dan Ratna Gunadi selaku orangtua penulis yang tidak pernah lelah untuk mencari nafkah dan juga selalu memberikan dukungan. 3. Vania Alvita Purnama dan Yosiana Alvina Purnama selaku adik dan kakak
yang selalu menghibur dan mendukung penulis.
5. Bapak Dr. Ir. Djoko Suwarno, M.Si. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Katolik Soegijapranata Semarang.
6. Bapak Ir. Dr. Florentinus Budi Setiawan, MT., IPM. selaku Ketua Program Studi Teknik Elektro, yang telah memberikan fasilitas laboratorium untuk pelaksanaan tugas akhir ini.
7. Seluruh Dosen dan Karyawan Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Katolik Soegijapranata Semarang.
8. Teman-teman angkatan 2013 telah menemani, saling membantu, saling mengajari, dan saling berdinamika bersama selama kuliah.
9. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan tugas akhir beserta laporannya yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.
Penulis menyadari bahwa laporan yang dibuat masih banyak keterbatasan, sehingga penulis membutuhkan kritik dan saran dari berbagai pihak supaya dapat dijadikan evaluasi dan dilakukan perbaikan untuk perkembangan ke depannya. Penulis juga tidak lupa untuk mengucapkan permohonan maaf apabila terjadi hal-hal yang kurang berkenan dalam melakukan dan menyelesaikan penyusunan laporan tugas akhir ini.
Semarang, 28 Januari 2018
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL i
LEMBAR PENGESAHAN ii
PERNYATAAN KEASLIAN LAPORAN TUGAS AKHIR iii
ABSTRAK iv
KATA PENGANTAR v
DAFTAR ISI vii
DAFTAR GAMBAR x
DAFTAR TABEL xv
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang 1
1.2. Perumusan Masalah 2
1.3. Pembatasan Masalah 3
1.4. Tujuan dan Manfaat 3
1.5. Metodologi Penelitian 4
1.6. Sistematika Penulisan 5
BAB II KAJIAN PUSTAKA
2.1. Pendahuluan 7
2.2. Motor Stepper 7
2.2.2. Motor Stepper Berdasarkan Lilitan 10 2.2.3. Prinsip Kerja Motor Stepper 12 2.3. L298 Driver Motor
2.3.1. IC L298 2.3.2. Driver Motor
15 15 16
2.4. Mikrokontroler dsPIC30F6014A 17
2.5. Relay 20
2.6. Optocoupler 20
BAB III DESAIN DAN IMPLEMENTASI
3. 1. Pendahuluan 22
3.2. Motor Stepper Hybrid Bipolar 2 Fasa 23
3.2.1. Stator Motor Stepper 24
3.2.2. Rotor Motor Stepper 24
3.3. Rangkaian Driver Motor 25
3.4. Rangkaian Kontrol 26
Algoritma Pemrograman dsPIC30F6014A
3.6. Konstruksi Model Crane 34
BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA
4.1. Pendahuluan 36
4.2. Hasil Pengujian Labolatorium 37
4.2.1. 4.2.2. 4.2.3. 4.2.4. 4.2.5.
Metode Full Step
Metode Half Step
Metode Micro Step ¼
Hasil Pengujian Pengendalian Motor Stepper Pada Model Crane
Hasil Pengujian Penggunaan Elektromagnetik Pada Model Crane
DAFTAR PUSTAKA 53
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Motor Stepper 8
Gambar 2.2. Variable Reluctance 9
Gambar 2.3. Permanent Magnet 9
Gambar 2.4. Hybrid 10
Gambar 2.5. Bipolar 11
Gambar 2.6. Unipolar 11
Gambar 2.7. Arah Putaran Motor Stepper (a) Searah Jarum Jam (b) Berlawanan Arah Jarum Jam
12
Gambar 2.8. (a) Rangkaian Ekuivalen (b) Gelombang Arus
13
Gambar 2.9. IC L298 15
Gambar 2.10. L298 Driver Motor 17
Gambar 2.11. IC dsPIC30F6014A 18
Gambar 2.12 Relay 20
Gambar 2.13. Optocoupler 21
Gambar 3.1. Diagram Blok Hardware 22
Gambar 3.2. Konstruksi Motor Stepper Hybrid 23
Gambar 3.3. Stator Motor Stepper Hybrid 24
Gambar 3.4. Rotor Motor Stepper Hybrid (a) Sisi Samping (b) Sisi Atas
Gambar 3.5. Rangkaian L298 Driver Motor 25 Gambar 3.6. Dua Rangkaian Inverter 1 Fasa 26 Gambar 3.7. Skema Sistem Minimum dsPIC30F6014A 27
Gambar 3.8. Flowchart Pemrograman 33
Gambar 3.9. Gambar 3.10.
Rangkaian Relay
Desain Konstruksi Model Crane
34 35 Gambar 4.1. Hardware Pengendalian Motor Stepper 36 Gambar 4.2. Hardware Pengendalian Motor Stepper
pada Model Crane
37
Gambar 4.3. Hasil Pengujian Pensaklaran Menggunakan Metode Full Step (a) Fasa 1 (b) Fasa 2 (c) Fasa 3 (d) Fasa 4
38
Gambar 4.4. Hasil Pengujian Arus Fasa Metode Full Step
(a) Arus Fasa 1 dan 2 (b) Arus Fasa 3 dan 4
38
Gambar 4.5. Hasil Pengujian Tegangan dan Arus Menggunakan Metode Full Step
(a) Tegangan Fasa 1 dan 2 (b) Arus Fasa 1 dan 2
38
Gambar 4.6. Hasil Pengujian Pensaklaran Menggunakan Metode Half Step (a) Fasa 1 (b) Fasa 2 (c) Fasa 3 (d) Fasa 4
Gambar 4.7. Hasil Pengujian Arus Fasa Metode Half Step (a) Arus Fasa 1 dan 2 (b) Arus Fasa 3 dan 4
39
Gambar 4.8. Hasil Pengujian Tegangan dan Arus Menggunakan Metode Half Step
(a) Tegangan Fasa 1 dan 2 (b) Arus Fasa 1 dan 2
40
Gambar 4.9. Hasil Pengujian Pensaklaran Menggunakan Metode Micro Step ¼ (a) Fasa 1 (b) Fasa 2 Menggunakan Metode Micro Step ¼
(a) Tegangan Fasa 1 dan 2 (b) Arus Fasa 1 dan 2
41
Gambar 4.14. Hasil Pengujian Tegangan dan Arus Menggunakan Metode Micro Step1/8 (a) Tegangan Fasa 1 dan 2 (b) Arus Fasa 1 dan 2
42
Gambar 4.15. Hasil Pengujian Pensaklaran Menggunakan Metode Micro Step1/16 (a) Fasa 1 (b) Fasa 2 Menggunakan Metode Micro Step1/16 (a) Tegangan Fasa 1 dan 2 (b) Arus Fasa 1 dan 2
Hasil Pengujian Pada Kondisi Awal Hasil Pengujian Step 1
Hasil Pengujian Step 2 Hasil Pengujian Step 3
Hasil Pengujian Pengambilan Benda Hasil Pengujian Mengaktifkan Elektromagnet
Hasil Pengujian Mengangkat Benda Hasil Pengujian Memindahkan Benda
Gambar 4.26.
Gambar 4.27.
Hasil Pengujian Menonaktifkan Elektromagnet
Hasil Pengujian Meletakkan Benda
49
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Spesifikasi IC L298 16
Tabel 2.2. Konfigurasi Pensaklaran 17
Tabel 2.3. Spesifikasi dsPIC30F6014A 19
Tabel 3.1. Spesifikasi Motor Stepper Hybrid 23
Tabel 3.2. Tabel 3.3. Tabel 3.4. Tabel 3.5. Tabel 3.6.
Pensaklaran Full Step
Pensaklaran Half Step
Pensaklaran Micro Step ¼ Pensaklaran Micro Step 1/8
Pensaklaran Micro Step 1/16
