I. JUDUL PERCOBAAN
KONSEP GENERATOR PWM DAN PEMBANGKITNYA
II. TUJUAN PERCOBAAN
Setelah mengikuti mata kuliah praktikum Dasar Sistem Kendali ini mahasiswa diharapkan dapat memahami konsep generator PWM dan pembangkitnya pada pengontrolan motor servo.
III. TEORI SINGKAT
Pulse Width Modulation (PWM) secara umum ialah sebuah cara memanipulasi lebar sinyal yg dinyatakan dengan pulsa dalam suatu perioda, buat menerima tegangan rata-rata yang berbeda. Beberapa model aplikasi PWM ialah pemodulasian data buat telekomunikasi, pengontrolan daya atau tegangan yg masuk ke beban, regulator tegangan, audio effect dan penguatan, dan aplikasi-aplikasi lainnya. aplikasi PWM berbasis mikrokontroler biasanya berupa, pengendalian kecepatan motor DC, Pengendalian Motor Servo, Pengaturan nyala terang LED.PWM (Pulse Width Modulation) adalah teknologi yang digunakan dalam berbagai aplikasi untuk mengontrol level energi, kecepatan, dan posisi.
Berikut adalah beberapa fungsi dan manfaat dari PWM:
▪ Pengendalian Daya
Fungsi PWM adalah untuk mengontrol tingkat daya yang disampaikan ke perangkat atau beban. Dengan menyesuaikan lebar pulsa, kita bisa mengubah seberapa banyak energi yang diterima oleh perangkat. Misalnya, pada lampu LED, kita bisa menyesuaikan tingkat kecerahan dengan mengubah lebar pulsa dari sinyal PWM.
▪ Kontrol Kecepatan
Pulse Width Modulation juga dapat digunakan untuk mengontrol kecepatan motor DC. Dengan mengatur duty cycle, dapat mengubah kecepatan motor berputar.
▪ Pengendalian Posisi
Dalam sistem servo, PWM digunakan untuk mengontrol posisi output. Servo menangkap sinyal PWM dan mengatur posisinya berdasarkan lebar pulsa dari sinyal tersebut.
▪ Konversi Digital ke Analog
PWM juga bisa digunakan untuk melakukan konversi dari sinyal digital ke analog.
Dengan mengubah lebar pulsa dalam pola tertentu, kita bisa menciptakan bentuk gelombang yang mirip dengan sinyal analog.
▪ Penghematan Energi
PWM dapat membantu menghemat energi. Contoh, pada sistem penerangan, dibandingkan dengan menjaga lampu menyala terus menerus, dapat menggunakan PWM untuk mengurangi tingkat kecerahan lampu saat tidak dibutuhkan, sehingga menghemat. Secara keseluruhan, fungsi PWM adalah untuk memungkinkan kontrol yang lebih baik atas berbagai jenis perangkat dan sistem, sambil memaksimalkan efisiensi.
Pulse Width Modulation adalah teknik yang digunakan untuk menghasilkan sinyal analog menggunakan perangkat digital. Prinsip kerja PWM adalah pada pengendalian lebar pulsa dari sinyal output untuk menghasilkan sinyal analog.
Gambar 3.1 Gelombang PWM
Berikut ini penjelasan tentang cara kerja PWM:
• Periode dan Duty Cycle
Dua komponen penting dalam PWM adalah periode dan duty cycle. Periode adalah waktu total satu siklus PWM, sedangkan duty cycle adalah persentase waktu saat
sinyal dalam kondisi ON selama satu periode.
Contohnya, jika periode PWM adalah 20 ms dan sinyal dalam kondisi ON selama 10 ms, maka duty cycle adalah 50%.
• Resolusi PWM
Resolusi PWM adalah jumlah titik perubahan yang mungkin dalam satu periode.
Sebagai contoh, jika PWM memiliki resolusi 8 bit, itu berarti ada 256 (atau 2^8) tingkat duty cycle yang mungkin, berkisar dari 0 hingga 225.
Maka, nilai 0 merepresentasikan sinyal selalu OFF, nilai 255 merepresentasikan sinyal selalu ON, dan nilai di antara itu mewakili variasi lebar pulsa.
• Pembangkitan Sinyal Analog
Dengan menggunakan metode PWM, kita bisa mengubah lebar pulsa sinyal dalam pola tertentu untuk menciptakan bentuk gelombang yang mirip dengan sinyal analog. Ini sangat berguna dalam aplikasi seperti pengendalian kecepatan motor, dimming lampu LED, dan pengendalian posisi servo.
• Penggunaan dalam Sistem Digital dan Analog
Pada sistem digital, sinyal PWM biasanya dihasilkan oleh timer atau modul khusus di dalam mikrokontroler.
Timer ini dapat diatur untuk menghasilkan sinyal PWM dengan periode dan duty cycle tertentu. Sementara itu, dalam sistem analog, sinyal PWM dapat dihasilkan oleh osilator dan komparator.
Osilator menghasilkan gelombang segitiga sebagai sinyal referensi, dan komparator membandingkan sinyal referensi ini dengan sinyal input untuk menghasilkan sinyal PWM. Secara keseluruhan, prinsip kerja PWM melibatkan manipulasi lebar pulsa
untuk mengendalikan tingkat energi, kecepatan, atau posisi dari sistem atau perangkat yang dikenakan.
Terdapat kelebihan dan kekurangan PWM dengan PLC yaitu sebagai berikut:
• Kelebihan PWM dengan PLC
Manfaat dari PWM adalah jika daya yang hilang dalam perangkat switching yang rendah. PWM juga bekerja dengan baik pada kontrol digital. PWM juga telah digunakan dalam beberapa sistem komunikasi dimana siklus tugasnya sudah digunakan untuk memberi informasi melalui saluran komunikasi. Dan manfaat PWM menggunakan PLC yaitu proses pengaturannya lebih mudah
• Kekurangan PWM dengan PLC
Kekurangan dari PWM yang menggunakan PLC yaitu, harga PLC lebih mahal.
Siklus lebar pulsa adalah kondisi high kemudian low. Duty Cycle merupakan kondisi sinyal high dan low yang dinyatakan dalam bentuk persen (%) dengan batas 0 % hingga 100 %. Jadi pada saat duty cycle 100% maka PWM nya akan high terus menerus, jika duty cycle 50% maka PWM-nya akan menghasilkan keadaan high dan low sama.
Siklus PWM dapat digunakan untuk memanipulasi lebar pulsa yang terkandung dalam gelombang kotak. PWM banyak diterapkan pada peralatan listrik dan elektronik. Bisa diaplikasikan pada inverter, bisa juga pada converter, bahkan untuk power supply jenis swiching atau Switch Mode Power Supply (SMPS) sering digunakan.
PWM juga dapat diterapkan pada sirkuit pengontrol kecepatan. Sirkuit ini memiliki banyak sakelar elektronik di dalamnya. Sakelar-saklar elektronik yang dapat mengaplikasikan PWM bisa dari komponen jenis MOSFET, bisa juga IGBT, atau bisa juga komponen jenis TRIAC dan lain-lainnya.Lain halnya , sinyal PWM juga biasa digunakan untuk mengatur kecepatan motor DC, perputaran motor Servo dan juga dapat digunakan untuk melakukan tugas-tugas umum lainnya seperti mengendalikan intensitas LED.
PWM yang dipakai dalam pengatur kecepatan motor digunakan untuk mengubah input yang berupa tegangan menjadi berbentuk pulsa-pulsa. PWM untuk pengatur kecepatan motor dapat dianalogikan dengan membandingkan orang naik sepeda, dalam hal ini kita melakukan kayuhan (mengeluarkan energi) untuk membawa maju, ketika melambat (karena ada gesekan) harus mengayuh lagi untuk menaikan kecepatan kembali. PWM adalah pulsa yang memiliki lebar pulsa (duty cycle) yang dapat diubah-ubah. Proses pembuatan PWM yang terdiri dari gelombang segitiga, tegangan referensi dan komparator. Komparator merupakan peranti untuk membandingkan dua buah sinyal masukkan. Dua sinyal masukkan yang dibandingkan ialah gelombang segitiga dan tegangan referensi yaitu tegangan DC.
Ada dua jenis PWM (pulse width modulation) yang biasa digunakan. Jenis PWM tersebut adalah Pulse width modulation analog dan pulse width modulation digital berikut adalah gambar dan penjelasan dari dua jenis PWM yang bisa digunakan:
• PWM ANALOG
Gambar 3.2 Rangkaian PWM Analog
PWM analog merupakan jenis PWM yang menggunakan prinsip kerja membandingkan gelombang tegangan carrier dengan tegangan referensi
Saat tegangan referensi lebih besar dari tegangan carrier output yang akan dihasilkan comparator akan tinggi nilainya, dan output comparator lainnya rendah nilainya.
Cara kerja dari komporator tersebut adalah dengan cara mengubah duty cycle dari sinyal output mengubah besar tegangan refrensi.
• PWM DIGITAL
Gambar 3.3 Rangkaian PWM Digital
PWM analog menggunakan prinsip kerja membandingkan gelombang tegangan carrier dengan tegangan referensi pada rangkaian op-amp komparator
Saat besaran tegangan referensi lebih besar dari tegangan carrier, output yang dihasilkan komparator bernilai tinggi. Output komparator lainnya bernilai rendah.
Cara kerja komparator mengubah duty cycle sinya output dengan mengubah nilai tegangan refrensi.
Untuk menghitung frekuensi dan menyelesaikan perhitungan PWM bisa menggunakan rumus
Frekuensi = 1/time period
Time periode/ periode waktu = waktu ON + Waktu OFF
Saat berada ddalam kondisi sinyal ON disebut dengan siklus kerja 100%. Ketika sinyal kondisi selalu OFF disebut siklus kerja 0%. Berikut adalah rumus menghitung PWM atau satu siklus PWM:
Duty Cycle = t on/ (t on = t off)
t on = waktu tegangan keluaran posisi tinggi t off = waktu tegangan keluaran posisi rendah
Contoh Skema PWM:
Sebagai gelombang pulsa lebar yang bisa dimodulasi memiliki fungsi penting. Oleh karena itu, metode untuk memanipulasi sinyal pulsa lebar ini penerapannya dapat banyak ditemukan dalam kehidupan sehari-hari. Berikut contoh skema PWM.
Skema PWM untuk mengatur kecerahan lampu LED
Gambar 3.4 Skema PWM Lampu LED
Prinsip rangkaian PWM untuk LED tersebut akan membuat pulsa dengan lebar pulsa yang dimodulasi/ diubah melalui saklar ON/OFF sehingga arus rata-rata diatur tergantung lebar pulsa yang dikendalikan.
Skema PWM untuk mengatur Motor Servo
Gambar 3.5 Skema PWM Motor Servo
Pulsa 1,5 milidetik mengatur poros ke 0 derajat. Mengubah lebar pulsa dari 1,5 milimetik menjadi berputar 0 derajat ke -90 derajat dan dari 1,5 milimetik menjadi 2 milimetik berubah 0 derajat ke +90 derajat. Motor terus berputar di kedua arah di bawah kendali sinyal PWM. Arah dan keccepatan bervariasi dengan lebar pulsa seperti yang ditunjukkan diatas.
IV. ALAT DAN BAHAN
Adapun alat dan bahan adalah sebagai berikut : Utama : Modul Power Supply PTE-014-12
Modul PWM Generator PTE-014-02 Modul Motor Drive PTE-014-03 Modul Motor Assembly PTE-014-04 Modul Potentiometer PTE-014-10
Modul Encorder Conditioner PTE-014-05 Modul Tachometer PTE-014-09
Pendukung : Multimeter digital
Osiloskop penyimpan (Storage Oscilloscope)
V. GAMBAR RANGKAIAN
Adapun gambar rangkaian percobaan adalah sebagai berikut:
5.1 Rangkaian percobaan konsep generator PMW
Gambar 5.1. Rangkaian percobaan konsep generator PWM
VI. PROSEDUR PERCOBAAN
Adapun prosedur percobaan adalah sebagai berikut : 1. Menyusun modul-modul seperti Gambar 5.1
2. Mengatur potensiometer pada posisi kira-kira di Tengah-tengah.
3. Menghidupkan catu-daya.
4. Memutar potensiometer searah jarum jam hingga putaran motor mencapai 240rpm. (lihat tachometer)
5. Menghubungkan Ch.1 osiloskop dengan TP1 pada modul generator 1 PWM, Ch.2 -osiloskop dengan keluaran CW generator PWM.
6. Menggambar keluaran osiloskop pada gambar 6.1.
Gambar 6.1
7. Memindahkan Ch.2 osiloskop ke keluaran CCW generator PWM.
8. Menggambar keluaran osiloskop pada Gambar 6.2
Gambar 6.2
9. Memutar potensiometer berlawanan arah jarum jam hingga mencapai 240 rpm.
10. Menggambar keluaran osiloskop pada gambar 6.3
Gambar 6.3
11. Memindahkan Ch.2 ke keluaran CW PWM GENERATOR.
12. Menggambar keluaran osilloskop pada gambar 6.4
Gambar 6.4
13. Memasang multimeter digital pada keluaran potensiometer.
14. Sebelum melakukan Langkah berikutnya, perlu diperhatikan bahwa untuk keluaran potensiometer bertegangan negative, Ch.2 osiloskop dihubungkan dengan keluaran CCW PWM GWNERATOR, sedangkan untuk keluaran potensiometer bertegangan positif Ch.2 osiloskop dihubungkan dengan keluaran CCW PWM GWNERATOR. Untuk Ch.1 osiloskop tetap pada TP1 PWM GENERATOR.
15. Mengubah-ubah keluaran potensiometer, lengkapi gambar dan table-tabel berikut:
DAFTAR PUSTAKA
[1] Rudito Prayogo ,”PENGATURAN PWM (Pulse Width Modulation) dengan PLC”. Universitas Brawijaya Malang, Desember 2012.
[2] YA.Sinaga,”Rancang Bangun Inverter satu phasa dengan Kontrol pembangkit Pulse Width Modulation”. Rekayasa dan Teknol.Elektro,2017 [3] L. Santoso,”Perancangan Inverter Fasa Berbasis Arduino Mennggunakan
Mode SPWM”.Jurnal Ilmiah, 2023
