ISSN: 1693-6 930                                        4 1     Sim u lasi Pengend ali Kece patan Moto r DC……(I k h s an Hid a yat)  SIMULASI PENGENDALI KECEPATAN MOTOR DC  DENGAN PENYEARAH TERKENDALI SEMI  KONVERTER BERBASIS MATLAB/SIM U LINK      Ikhsan Hid a y a t   Program Studi Tekni k  Ele k tro Fa kulta s   Tekn ologi Ind u stri   Universitas Ahmad Dahlan, Kampus III Jl . Prof. Soepomo Janturan Yogyakarta  Telp. (02 74)  3794 18 Fax. (027 4) 3 815 2 3   xny@eud ora m ail.com       A b st r a k  Sim u lasi m e rupa kan l ang kah pe nting d a lam  pere n ca naan. Sim u lin k pa da Matla b  dap at  digun akan u n tuk m e m buat sim u lasi si stem   denga n  berb agai bi d ang. Ma kala h ini m e m bahas  peng endali a n  ke ce patan  m o tor  DC d eng an m eng gab ung kan  ele k tronika d a ya  sebag ai p e n c a t u,  sistem  ele k tri s  pa da m o tor DC, d an si st em  m e kanis  pada  beba n  m o tor DC. K e ce patan m o tor   DC da pat di atur m eng gu nakan  berda sarka n   bes ar tegan gan  ja ngkarn y a,  ya ng d a lam  hal  ini   dapat dila ku kan d eng an  penyea rah  terke ndali.  Kecep a tan  m o tor dikont rol m enggu n a ka n  m e tode Prop orsi onal -Integ ral. Ha sil kon t rol adala h  arus refere nsi  (I ref ). Arus ref e ren s i ter s e b u t  aka n  diba ndi ngkan de nga n aru s  jang kar untu k   m engatur pe ncatuan thyristo r.  Pengaturan l oop   tertutup ini akan m engha sil k an  ke cep a ta n yan g  dap at diperta han ka n untuk b eba n dinam is.    Kata kunci  : Matlab, Simul i nk , Simulas i , Semi k onv ert e r, Motor  DC      1. PEN DA HU LU AN  Aplika s i si ste m  elektri s  di lapan gan tida k cu kup h any a mengg una kan anali s is ra ngkaian  listrik semata ,  tetapi seri n g   terkait den gan bida ng-b i dang  yang  l a in  sep e rti  si stem m e kani s,  sist em   thermal , dan  si ste m  ke ndali. O l eh karena it u,  tahap perencana an  m e merl ukan kajian   m u ltidisipliner  dalam  ra ng ka men c a r i alt e rnatif-altern a tif baru  mau pun m e mpe r baiki  si stem y a n g   sud ah ada. L ang kah a k hi r dalam pe ren c anaa n adala h  melaku ka n simulasi. Simu lasi ini sa nga t  memba n tu ka rena  dap at m engh emat ba nyak h a l,  se p e rti wa ktu, te naga, bi aya serta resi ko ya ng  dihad api jika  terjadi ke g agala n . Sekaran g  ini, banyak  se kali  software yang men a wa rka n   prog ram  sim u lasi,  sala h  satunya ad ala h  Matlab. Si mulink pa da  Matlab ma m pu me njemb a tani   banya k  si ste m  denga n sa ngat se derha na, cep a t, dan mudah.   Makal ah ini  memba h a s  si mulasi  pen ge ndali  ke cepat an moto r DC  deng an me ng guna ka n   penyea rah te rke ndali  semi  konverte r. Simulasi dil a kuka n den gan  softwa r e Ma tlab 5.31, yaitu   deng an Simulink da n Powe r Syste m  Blockset.  Kecepata n  motor DC di atur be rda s a r ka n   peng atura n  t egan gan j a n g ka r me ngg u nakan p enye a rah  terken d a li se mi konv erter. Simul a si ini  aka n  meng etahui pe nga ru h peru bah an  beba n terha d ap ke ce patan  motor.      2. TIN J AUA N   PU STAKA  2.1 Motor  DC  Motor  DC b a n yak dig una kan dala m  ind u stri  ka ren a  b anyak  ke ung gulan nya, dia n taranya   adala h  julat  peng atura n  ke cep a tan  yang leb a r, kemud aha n dalam  pe ngen dalian,  dan   karakte r i s tik torsi-ke ce p a tan yang  berva ria s i denga n mem v ariasi ka n h ubun gan lilitan  medan nya. A r us DC ya ng  dilewatka n  l ilitan med a n  digun akan  untuk men g h a sil k an flu ks di  dalam  me sin.  Indu ksi  tega ngan  pa da lili tan jan g kar di buat b e ru bah -uba h d eng a n  komutato r  dan   sikat. Perub a han in du ksi t egan gan  pad a lilitan jang kar inila h yang  menyeba bka n  gerakan p u t ar  pada rotor.  Kecep a tan  motor DC d apat diatur  d enga n tiga cara yaitu me ngatur teg a n gan  jang kar, me n gatur resi stan  jangkar atau  mengatu r  be sarnya a r u s  medan.      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                                         ISSN: 1693-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 2, No. 1, April 2004  :  41 - 48   42 2.2 Kend ali Kec e pa tan  Motor  DC Lo op Tertu t up   Pengatu r an ke cep a tan  m o tor san gat penti ng  dala m  apli k a s i di  lapan gan. P enge ndal i   ke cep a tan l o op te rbu k a  tidak mem u a s kan  karena  ketika  beb an  beru bah  ma ka kecepata n  j uga   beru bah  tanp a ada nya  ko reksi te rha d a p  ke sal aha n  yang terj adi.  Pengen dali  kece patan l o o p   tertutup ma m pu menyel esaika n ma sala h tersebut. P e rub aha n pa da outp u t dig una kan  se ba gai   input dan  dib andin g kan d enga n refe re nsinya  s ehi n gga outp u t tetap se su ai  deng an referensi.  Pengen dali kece patan lo o p  tertutup da pat dilihat se perti pad a Ga mbar 1.     konverter MOTOR BEBA N K feedback Nref speed Controller current controller power supply N Iref Ia     Gambar 1 . Penge ndali ke cep a tan moto r loop tertutu p       Pengen dali  ke cep a tan  dan p eng en dali a r u s  d apat me ngg una kan P e n gend ali   Propo rsi onal   atau Pen gen dali Pro p o r si onal-Inte g ral. Perub aha n  ke cep a tan d enga n tega n gan   jang kar  se ca ra um um di angg ap p r op orsi onal, n a m un untu k   mempe r bai ki  kine rja dita mba h   peng endali in tegral. Hal ini  dapat dilihat  bah wa be sa rnya torsi mot o r DC se ban ding den gan  aru s   jang kar.     2.3 Pen y earah Terken dali    Penyearah te rke ndali  digu nakan untu k   mengu bah  sumbe r  tegan gan AC teta p  menjadi   tegang an DC variabel. Pe nyeara h  terkendali g e lom bang p enu h dapat dib eda kan m enjadi  dua,   yaitu  full converter  d an   se m i  conve r ter .  Perbe daa nny a ked uanya t e rleta k  pad a  swit chin g de v i ce   yang digu na kan, jika  sem u anya me rupa kan  peralat an  yang dap at diko ntrol  sep e rti SCR, ma ka   dise but  full converte r , sed ang kan  jika  mengg una ka n kombin asi   deng an  diod a ma ka  dise but  sem i  con v e r t e r .    Penyearah terkend ali da pat mengg un aka n   Thyri s tor (S CR, GT O). Perb eda an anta r a   SCR d an GT O ada p ada  p u lsa p eng end alinya, SCR d i sulut de nga n  pulsa  po sitif kemu dian  akan   terus men gali r ka n a r u s . SCR  akan off j i ka teg ang an  pada  ano da  sama  den gan  nol, se dan gkan   untuk G T O, d apat dimatika n deng an cara membe r ika n  pulsa neg atif.    2.4 Simulink     Simulasi  dal am sim u lin k san gat mu dah. Pro s e s  utamanya  adala h  me kanism e  peng enala n . I n ti proses pe rhitung an i n i  ada  dua  ma cam, yaitu me nca r i m odel   state-sp ace  da ri   rang kai an list r ik da n mem buat si stem ekivale n  unt u k  si stem di luar si stem el ektri s  aga r bi sa   disimul a si ka n  bers a ma.     Proses  simul a si ini melal u i  tiga langkah,  yaitu :  1.  Memba g i se mua blo k  ke  dalam du a kategori, yaitu   Si m u link block  da n   Power Sys t e m   Bloc k .  Power Sy s t em Bloc k  terdiri ata s  dua jeni s, yaitu blok linier  dan blo k  non  linier.   Lang ka h pe rt ama  simul a si  adal ah m e n c ari  pa ram e ter-paramete r  setia p  bl ok,  ke dua   adala h  mela kuka n evalua si  jaringa n.  2. Mencari  mo d e l  state-spa c e  dari ja ringa n terse but.   3.  Membu a t model Simulin k dari rang kaia n dan menyi m pannya d a l a m blok p eng uku r an.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
  TELKOM NIKA   ISSN: 1693-6 930                    Sim u lasi Pengend ali Kece patan Moto r DC……(I k h s an Hid a yat)  43   Flow cha r t  simulasi m e n ggun akan Simulink d an  Power lib  se perti terlih at pada G a mba r  2   diba wah ini:         Circ2ss Menghitung model State-Space dari sistem linier Menghitung kondisi stabilnya dan mengenali kondisi menggambar rangkaian mulai simulasi Power2sys Analisis topologi jaringan mencari parameter rangkaian Power2sys Membuat Model  Simulink Mengenali Model Non-linier Simulink Start Simulation Simulink library Powerlib library Powerlib_Models library     Gambar 2 . M odel sim u la si  Sim u link  dan   Power Sis t em Bloc k  Set       3. ANALISI S   3.1 Des k rips i Sistem    Kecep a tan m o tor  DC da pa t dike ndali k an   deng an men gatur be sarnya  tega ngan   ja ngkar,   besarnya  arus ja ng ka r  atau be sa rn ya aru s  m e dan. Simula si ini m eng guna ka n si st em   peng atura n  tegan gan ja ng kar, m eng gu nakan p enye a rah te rken d a li semi  ko nverter   den gan  dua     GTO  dan  du a dio da di ra n g kai  jemb ata n  untu k  m e n y earah ka n  su mber tega ng an AC 23 0 V pp.  Besa r tegan g an output  di atur de nga n mengatu r  su dut catu an sehing ga tega ngan o u tput  bisa   berva ria s i.  Pengen dali kece patan ini  mengg una k an si stem lo op tertutup.  Gamba r  si m u lasi   rang kai an pe ngen dali ke cepatan moto r DC da pat dili hat pada G a mbar 3.   Ha sil simul a si diamati den gan tiga alat  peng ukur, yaitu pengu ku r ke cep a tan m o tor ( ),  peng ukur teg anga n kel uaran penye a ra h  terke ndali (V a), dan a r u s  jang kar  (Ia). Kece patan mot o r  diban ding kan  deng an  kece patan  re feren s i me n ggun akan  kendali p r o p o r sio nal inte g r al,  mengh asil ka n aru s   refere nsi (I ref ). Aru s  jan g kar (Ia )  diba ndin g kan de ngan  a r us  refe ren s i  (I ref )  mengh asil ka n sud u t pen catuan (p ulsa)  untuk me nge ndali k an GT O.    Tangg apa n d i namis si ste m  ini a k an  di lihat da ri du a  hal, pe rtama  terha dap  pe ruba han   setting  ke cep a tan, ke dua  terha dap  pe ru baha n be sa rnya beb an. P e rtama,  kine rja si stem a k a n   dinilai da ri  wa ktu yang  diperl u kan  untuk m e n c a pai kecepata n  yang dii n ginkan terha dap   peru bah an setting  kecep a tan  m o tor. Kedua, kin e rj a  si stem   dini lai  da ri ke ce patan motor DC  terhad ap pe rubah an beb a n . Dua hal i n i disimul a sil k an d eng an membe r ikan  unda ka n ( st e p )  pada setting ke cep a tan  d a n   torsi  beb an   (TL ) .  Peru ba han setting kece patan dila ku kan dua ka li,  yaitu dari kecepatan n o l p ada saat t =  0 s de nga n setting ke cep a t an yang diin ginkan 60  ra d/s  dan sa at t = 0,6 s denga n setting ke cepa tan 100 ra d/s.  Torsi Beb an aka n  dibe rika n ketika moto r  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                                         ISSN: 1693-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 2, No. 1, April 2004  :  41 - 48   44 berjal an 1,2 detik dan a k a n  dilihat resp on si stem terseb ut. Langkah ked ua ad alah men u ru nka n   setting  ke ce p a tan d an to rsi  beb an  pad a  saat t  = 0, 6  s  dari  kecepata n  10 0rad/s m enjadi  40  rad/ s   dan saat t = 1,2 s torsi b e b an dituru nkan .    Simulink m e ngkatego rika n Thyri s tor,  Diod a da n m e sin - me sin li stri k dal am b l ok n on- linier. Thyri s t o r da n Dio d a  diangg ap se bagai  seb uah  sumb er a r u s , sedan gkan  motor DC d a l a m  simula si ini di beba ni deng a n  beban m e kanis d enga n karakte r i s tik  seb agai be ri kut : Torsi beb an  (TL ) , ko efisie n ge se kan  (B ) dan  mome n  Inersia (J ), d i model kan da lam  sim u lin k sep e rti  terli hat  pada  Gam b a r  4. Pe nyea ra h terken dali  mengg una ka n du a G T O  d an d ua  diod a  ( sem i  co nv er t e r )   yang dira ng kai menjadi  ra ngkaian jem b atan terlihat p ada Gam b a r  5.          Gambar 3 . Simulasi p eng e ndali kecepat an motor  DC  kala ng tertutu p         i + - KT - + - 1/J 1 S 1 1 Ra La + Vout - KE f 3 2 2 TL Wo w A- A+ Electrical Mechanical     Gambar 4 . Simulas i  motor  DC  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
  TELKOM NIKA   ISSN: 1693-6 930                    Sim u lasi Pengend ali Kece patan Moto r DC……(I k h s an Hid a yat)  45     Gambar 5.  Penyearah terkendali g e lom bang p enu h semi konve r ter      3.2 Simulasi  Pengen dali  kece patan m e nggu na kan  b eberapa  alat  peng ukura n ,  yaitu peng uku r an  ke cep a tan m o tor, pen gu kuran te gang an jang ka r, dan pe ngu kuran  aru s  ja ngkar. Simul a si   dimulai saat t = 0 s dan b e r akhir  saat t = 2 s deng an p a ram e ter seb agai be rikut :  Solver Type     : Variable-step ode15s (stiff/NDF)  Max Step Size     : auto  Initial Step Size      : auto  Relative Toleranc e    : 1e-3  Abs o lute Toleranc e    : 1e-3  Kecep a tan m o tor, be ntuk  g e lomba ng teg anga n, dan  a r us jan g kar di tampilka n  dal am tig a   scope . K e cep a tan m o tor yang  diingi nka n  ad alah  1 0 0  ra d/s  da ri  ke cep a tan  se m u la 0  rad/s p ada  saat t = 0. Torsi b eba n di beri k an p ada  saat t = 1 s. Kecepata n  motor DC ha sil simul a si d apa t   dilihat pada  Gamba r  6.           Gambar 6 . Hasil sim u la si ke cep a tan m o tor DC dan  aru s  jang ka rn ya  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                                         ISSN: 1693-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 2, No. 1, April 2004  :  41 - 48   46 Kecep a tan yang diingi nka n  (60rad/s) tercapai  setel ah 0,3 s, da n saat t = 0,6s setin g   ke cep a tan  di ubah  menj adi  100 rad/ s, d a pat di cap a i  setelah  t = 1s.  Beban dibe ri kan saat  t   =  1, 2s ,  ke cep a tan m enurun  samp ai 85 ra d/s, kemudia n   ke m bali men c ap a i  kecepata n  yang diin gin k a n   saat t = 1,5s.   Bentuk tega ngan d an aru s  jang ka r dap at dilihat pad a Gamba r  7.             Gambar 7 . Bentuk teg ang an dan b entu k  aru s       Arus m a ksim al adala h  30  A, kare na pa da pen gen dal i pulsa  dibe ri kan  batasan  aru s  yaitu   antara  30 A sampai – 30A. Pada saat  st ead y- st at e  dengan beban, bentuk  gelombang tegangan  dan arus d a p a t terlihat sep e rti Gamb ar 8 .             Gambar 8 . Bentuk teg ang an dan a r u s  p ada saat  stea dy-state  be rb eban       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
  TELKOM NIKA   ISSN: 1693-6 930                    Sim u lasi Pengend ali Kece patan Moto r DC……(I k h s an Hid a yat)  47 Lang ka h ked ua, ki nerj a   si stem ji ka  seti ng  ke cepata n  turun  da n be sarnya to rsi  b eban   turun da pat di lihat pada G a mbar 9.             Gambar 9 . Perub aha n seti ng ke ce patan  motor DC da n peng aru h  p enuruna n be ban   terhad ap kecepatan       Kecep a tan  a w al di  set 100  rad/ s, dib eba ni men dad ak  sehi ngg a kecepatan tu ru n  menjad i   90ra d /s. Saat  t=0,6s  set ke cep a tan diu b ah menj adi 4 0 rad/ s, ke ce p a tan ini da pat  dicap a i setel a h   0,4s. be sarnya penu run an  torsi tida k me mberi k a n  pen garu h  pad a kece patan mot o r.     Simulasi pen gend ali  kece patan  moto r DC metode  peng endali a n   prop orsio nal -integ ral  (Kp = 1,59 d an Ki = 15,9 )  meng gun akan penye a ra h terke ndali j enis  semi ko nverter d eng an   softwa r e Matl ab/Simulin k mampu me nu njukka n kin e rj a yang cu ku p  bagu s.      4. KESIMPULAN  1.  Software - software sim u lasi sepe rti Simulink dal am  Matlab dap at membantu  pro s e s   pere n cana an sistem   2.  Pengatu r an kece patan mot o r DC den ga n  penye a ra h terke ndali gel omban g  pe n uh  semi  konve r ter d e ngan  siste m  kend ali loo p  te rtutup d apat dipa kai  untuk si ste m  yang  memerl ukan ke cep a tan  ko nstan.       DAF TA R PU STAK A   [1]  Schuler, A Charles, McNamee, L William,  “In dustrial Electronic s  an d Robo tics ”,   McG r a w -Hill Book Comp a n y, singap ore ,  1986.  [2] Sen,  PC,  “Principles o f   Electric M a c h ines an d P o wer Elec tr onics ” ,   J o hn W ile y &  Sons, Ca nad a, 1989   [3] -- -- -- -- --,  “ Po wer Sys t e m  Blocks et for use  Simulink ” , H y d r o- Qu e bec  T E Q S IM  Internation a l, 1999                                 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                                         ISSN: 1693-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 2, No. 1, April 2004  :  41 - 48   48   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.