KOMPONEN SISTEM KONTROL

LAPORAN

MOTOR DC MENGGUNAKAN RANGKAIAN H BRIDGE

IONA AULIA RISNADI (0922049) & RIEZA RIJKY PURNAMA (0922062)

10/6/2012

UNIVERSITAS KRISTEN MARANATHA

I. PRINSIP KERJA RANGKAIAN H-BRIDGE MOTOR DC

Salah satu aktuator yang sering digunakan adalah motor DC. Pada motor DC yang diperlukan adalah pengontrolan arah dan kecepatan pada motor DC. Solusi untuk pengontrolan arah pada motor DC adalah dengan menggunakan rangkaian H-bridge. H-bridge menggunakan 4 buah switch.

Pengaturan yang dilakukan dalam H-bridge adalah pengaturan switch untuk mengatur polaritas yang diterima oleh motor DC, sehingga arah putar motor dapat berubah. Seperti yang diilustrasikan gambar berikut.

Terlihat seperti pada gambar diatas ketika switch S1, S4 on dan S2. S3 off maka arus akan mengalir melewati polaritas positif (+) pada motor dan motor akan

bergerak searah jarum jam (forward). Dan ketika switch S2,S3 on dan S1,S4 off maka arus akan mengalir melewati polaritas (-) pada motor dan motor akan bergerak berlawanan arah jarum jam (reverse).

II. APLIKASI AKTUATOR MOTOR DC DENGAN MENGGUNAKAN RANGKAIAN H-BRIDGE

Dalam robotika aktuator adalah komponen yang sangat penting, salah satunya adalah motor DC. Dengan motor DC H-Bridge ini, aktuator dalam robotika menjadi sangat berguna, karena dengan motor DC H-bridge ini dapat dilakukan pengontrolan arah dan kecepatan putar motor tersebut. Seperti contoh dalam aplikasi robotika :

1. Untuk membuat maju mundur pada robot beroda.2. Digunakan pada motor-motor untuk menggerakan robot line follower.3. Prinsip dari motor dc h bridge digunakan banyak alat-alat elektronik seperti

alat pembuka baut elektrik.

III. KARAKTERISTIK a. Motor DC

Motor DC dapat berfungsi sebagai motor apabila di dalam motor listrik tersebut

terjadi proses konversi dari energi listrik menjadi energi mekanik. Motor DC itu sendiri

memerlukan suplai tegangan yang searah pada kumparan jangkar dan kumparan medan

untuk diubah menjadi energi mekanik. Pada motor dc kumparan medan disebut stator

(bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar).

Bagian – Bagian Motor DC

1. Badan Mesin

Badan mesin ini berfungsi sebagai tempat mengalirnya fluks magnet yang dihasilkan

kutub magnet, sehingga harus terbuat dari bahan ferromagnetik.Fungsi lainnnya

adalah untuk meletakkan alat-alat tertentu dan mengelilingi bagian-bagian dari mesin,

sehingga harus terbuat dari bahan yang benar-benar kuat, seperti dari besi tuang dan

plat campuran baja.

2. Inti kutub magnet dan belitan penguat magnet

Inti kutub magnet dan belitan penguat magnet ini berfungsi untuk mengalirkan arus

listrik agar dapat terjadi proses elektromagnetik. Adapun aliran fluks magnet dari

kutub utara melalui celah udara yang melewati badan mesin.

3. Sikat-sikat

Sikat-sikat ini berfungsi sebagai jembatan bagi aliran arus jangkar dengan bebas, dan

juga memegang peranan penting untuk terjadinya proses komutasi.

4. Komutator

Komutator ini berfungsi sebagai penyearah mekanik yang akan dipakai bersama-sama

dengan sikat. Sikat-sikat ditempatkan sedemikian rupa sehingga komutasi terjadi pada

saat sisi kumparan berbeda.

5. Jangkar

Jangkar dibuat dari bahan ferromagnetic dengan maksud agar kumparan jangkar

terletak dalam daerah yang induksi magnetiknya besar, agar ggl induksi yang

dihasilkan dapat bertambah besar.

6. Belitan jangkar

Belitan jangkar merupakan bagian yang terpenting pada mesin arus searah,

berfungsi untuk tempat timbulnya tenaga putar motor.

Selain itu, motor juga mempunyai 2 jenis, brush dan brushless type

Motor DC standart (brush type), jenis ini terbagi lagi menjadi 3, yaitu:

- Iron core, jenis ini adalah motor dc konvensional

- Disk, tidak memilik inti besi (iron core), inersi motor kecil sehingga menghasilkan

percepatan yang tinggi akan tetapi motor jenis ini akan lebih mahal

- Cup, motor yang menghasilkan torsi tinggi, inersi yang kecil, dan percepatan yang tinggi.

Motor jenis ini umumnya digunakan pada aplikasi yang membutuhkan daya rendah

Motor DC brushless-type, keunggulan motor ini dibanding dengan motor dc brush-type, antara

lain:

- Memiliki effiensi yang lebih tinggi, karena menghilangkan drop tegangan oada sikat dan

gesekan sikat

- Noise lebih ekcil, karena tidak terjadi gesekan antara sikat dan komutator

- Kecepatan lebih tinggi, karena tidak terdapat batasan mekaik akibat sikat dan komutator

- Dapat mengurangi biaya pemeliharaan

- Berkurang ukuran dan berat

Hal-hal dasar yang dapat menurunkan efisiensi kerja motor DC

1. Kelebihan supply tegangan kerja dari batas maksimum motor DC

2. Pemanasan terhadap mesin sehingga akan menaikkan temperatur motor

3. Pembebanan diluar maksimum motor

b. Jembatan H-Bridge

Rangkaian H Bridge mempunyai karakteristik sebagai berikut :

1. Rangkain H Bridge memakai 4 saklar untuk jalannya arus.2. Rangkain H Bridge mempunyai 2 input.3. Jika salah satu input diberi logic high dan yang lainnya low maka akan

menggerakan motor sesuai arah arus yang lewat pada motor tersebut4. rangkaian H bridge akan tidak bekerja jika kedua input diberi logic low.5. rangkaian H bridge akan menjadi tidak berfungsi jika kedua input diberi input

high karena akan menyebabkan kedua polaritas motor mendapatkan arus dan merusak motor dc tersebut.

IV. DESAIN PROYEK

Transistor FET  memiliki impedansi input (input impedance) yang sangat besar. Terutama jika digunakan sebagai switch karena resistansi dan disipasi dayanya yang kecil. Sehingga memilih memakai transistor FET. Dalam masing-masing transistor telah mengandung dioda. Keempat dioda dihubungkan paralel dengan transistor bertujuan untuk menghilangkan tegangan AC yang timbul dari lilitan motor ketika diaktifkan. Sehingga transistor yang dipilih adalah IRF9640(PNP) dan IRF640(NPN), karena telah terdapat diode di dalamnya.

Karakteristik transistor irf 640 :

Typical Rds(on) = 0.150 ohm Kapabilitas dv/dt yg sangat besar Kapasitansi interinsik sangat kecil

Aplikasi irf 640 :

High current switching Uninteruptible power supply

Karakteristik transistor irf 9640

Transitor ini dibuat menggunakan bahan silicon. Transistor ini di desain untul aplikasi seperti switching regulator , switching converter motor driver, relay driver dan driver untuk high power switching devices.

Rds(on)= 0.500 ohm

Untuk desain proyek, kita menggunakan komponen yang identik di kanan dan kiri. ini dimaksudkan agar rangkaian ini mempunyai arus dan tegangan yang sama besar. Kemudian, kita juga menggunakan 3 gerbang logika NAND, ini dimaksudkan agar jika kedua input berlogic high maka motor DC tidak akan mendapatkan arus dikedua polaritas yang akan merusak motor DC jika diberi kedua input high. Input maksimal yang diberikan 6 volt,karena tegangan maksimal untuk memutarkan motor dc adalah 6V.

Arah putaran motor dapat ditentukan jika input yang masuk ke salah satu transistor 2N222 akan menjadi switch karena mendapatkan logih high, dimana arus akan diteruskan ke transistor lain atau di teruskan ke ground. Contoh apabila motor ingin bergerak dengan arah searah jarum jam (forward) akan bergerak apabila terdapat input High yang masuk ke input Q1 dan Q3 akan menjadi switch off karena arus masuk melewati gate dan arus pun akan mengalir melalui Q5, kemudian arus akan bergerak melewati motor dan akan melewati Q4 karena ada arus yang melewati drain sehingga menjadi switch ON, dan motor pun bergerak searah dengan jarum jam (forward).

V. DATA UJI COBA DAN KESIMPULAN

H-bridge Truth Table

Input A Input B Keadaan Motor

Q5 and Q4 Q6 and Q3

0 0 Motor Stopped (OFF)

1 0 Motor Rotates Forward

0 1 Motor Rotates Reverse

1 1 Motor Stopped (OFF)

Kesimpulan :

1. Pada rangkaian yang telah kita buat ini sudah disimulasikan dengan menggunakan komponen yang serupa dan hasil yang didapat adalah motor dapat berjalan sesuai dengan hasil yang kita inginkan.

2. Tegangan input maksimal yang diberikan 6 volt, lebih dari pada itu motor tidak akan bergerak, namun akan membutuhkan arus besar yang akan menyebabkan komponen rusak.

3. Transistor yang digunakan mudah panas, diakibatkan oleh beban yang dibutuhkan motor besar, maka dibutuhkan heatsink untuk meredam panas untuk pemakaian lebih lama.