LAPORAN DESAIN PROYEK

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN MODUL

PENGATUR KECEPATAN MOTOR DC

DENGAN MENGGUNAKAN PWM

Diajukan Sebagai TugasMata Kuliah Desain Proyek

Kelas 3CSemester Genap Tahun Akademik 2011/2012

Oleh:

GIANT SYAFRIL FAUZY 0931110010

NICO OKTA SEPTIAWAN 0931110011

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

POLITEKNIK NEGERI MALANG

MALANG

2012

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan

kasih sayang pada kita semua khususnya berupa kesehatan, sehingga kami dapat

menyelesaikan laporan desain proyek ini yang mempunyai judul “

Perancangan dan Pembuatan Modul Kecepatan Motor DC dengan

menggunakan PWM”.

Terima kasih tidak lupa juga kami ucapkan bagi semua pihak yang telah

membantu terselesaikannya laporan desain proyek ini, khususnya kepada Bapak

Fathoni selaku pengajar mata kuliah desain proyek ini. Semoga dispro ini dapat

bermanfaat bagi kami khususnya dan mahasiswa politeknik negeri malang pada

umumnya.

Saran dan kritik sangat kami butuhkan demi kesempurnaan desain proyek

yang kami buat.

Malang, 5 Januari 2012

Penulis

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDULKATA PENGANTARDAFTAR ISIBAB I. PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang ................................................................... 1

1.2. Rumusan Masalah ................................................................... 1

1.3. Batasan Masalah ................................................................... 2

1.4. Manfaat dan Tujuan ................................................................... 2

BAB II. LANDASAN TEORI2.1. Motor DC ................................................................... 3

2.2. IC NE555 ................................................................... 3

2.3. Driver Motor ................................................................... 7

BAB III. PERENCANAAN DAN PEMBUATAN ALAT3.1. Spesifikasi Alat ...................................................................... 9

3.2. Langkah – langkah Perencanaan........................................................ 9

3.3. Rangkaian Elektronik ...................................................................... 9

BAB IV. PENGUJIAN DAN ANALISIS4.1. Pengujian Rangkaian PWM............................................................... 11

4.2. Pengujian Rangkaian Driver Motor ................................................... 12

BAB V. PENUTUP4.1. Kesimpulan ...................................................................... 13

4.2. Saran ...................................................................... 13

DAFTAR PUSTAKA ...................................................................... 14LAMPIRAN ...................................................................... 15

1

BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Teknologi saat ini berkembang dengan pesat dalam berbagai bidang

terlebih di dalam dunia industrialisasi. Kebutuhan akan tenaga ahli sebagai

pengendali dan pelaksana sangat diperlukan guna menunjang aset teknologi

yang digunakan. Dalam hal ini keahlian, keterampilan dan profesionalisme

seorang tenaga ahli mempunyai peranan yang penting. Berkembangnya

teknologi yang semakin maju, membuat semua alat selalu ditutut untuk

berkerja secara terkontrol maupun otomatis.

Motor merupakan actuator yang pada prinsipnya mengubah energi

listrik menjadi energi gerak. Motor DC banyak digunakan hampir untuk

setiap peralatan yang bergerak, baik besar maupun kecil, tapi tidak banyak

perputaran motor tersebut yang bisa diatur kelajuannya. Perputaran motor

biasanya akan berubah apabila diberikan beban tertentu pada motor tersebut.

Dalam banyak aplikasi seringkali dibutuhkan perubahan tegangan DC

ke DC seperti misalnya untuk pengaturan kecepatan motor DC. Metode yang

seringkali digunakan adalah dengan menggunakan untai chopper atau

perajang, dimana pada metode ini suatu tegangan catu DC dicacah menurut

frekuensi tertentu dengan lebar pulsa hasil cacahan dapat diatur sehingga

nantinya diperoleh pulsa-pulsa segi empat DC yang dapat ditapis (dalam hal

ini disebut sebagai modulasi lebar pusa (Pulse Width Modulation, PWM).

Sehingga pada laporan desain proyek ini kami member judul

“PERANCANGAN DAN PEMBUATAN MODUL PENGATUR KECEPATAN

MOTOR DC DENGAN MENGGUNAKAN PWM“ pada laporan kami ini

dibahas beberapa proses dan tahapan perancangan dalam pembuatan modul

pengatur kecepatan motor DC, serta hasil uji dari alat yang kami buat.

1.2 Rumusan MasalahDari latar belakang diatas permasalahan yang timbuk antara lain:

1. Bagaimana merancang sebuah modul PWM?

2. Bagaimana merancang sebuah modul driver motor?

3. Apa yang mempengaruhi perubahan kecepatan motor DC

2

1.3 Batasan MasalahPada Laporan Desain Proyek kali ini pembatasan masalah terdapat pada

1. Pengendalian kecepatan motor dengan PWM

2. Pengaruh perubahan polaritas input terhadap Motor DC

1.4 Tujuan dan ManfaatTujuan dari pembuatan desain proyek ini adalah sebagai berikut:

1. Memenuhi salah satu syarat untuk menyelesaikan tugas mata kuliah desain

proyek

2. Mengaplikasikan ilmu yang telah diperoleh dan dipelajari selama

menempuh pendidikan di Politeknik Negeri Malang.

3. Membuat Modul pengatur kecepatan motor DC sebagai modul

pembelajaran di Politeknik Negeri Malang .

3

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 MOTOR DC

Motor DC atau Motor Arus Searah adalah mesin listrik yang mengubah

energi listrik arus searah menjadi energi mekanik. Terdapat 2 (dua) prinsip

dasar yang melatarbelakangi kerja motor DC.

Yang pertama yaitu adanya aliran arus yang melewati sebuah konduktor

atau penghantar.Dimana,akan timbul medan magnet mengelilingi penghantar

tersebut. Arah garis gaya magnet (fluks magnet) ini sesuai kaidah tangan kiri

yang ditunjukan pada gambar 2.1. Ibu jari menandakan arah arus elektron

yang mengalir dan jari-jari menunjukan arah dari garis gaya magnet (fluks)

yang mengelilingi penghantar.

Gambar 2.1 Kaidah tangan kiri

Yang kedua adalah gaya pada penghantar bergerak dalam medan magnet.

Besarnya gaya yang didesakkan untuk menggerakkan berubah sebanding

dengan kekuatan medan magnet, besarnya arus yang mengalir pada

penghantar, dan panjang penghantar.gaya tersebut sering disebut gaya

Lorentz.

2.2 IC NE555

Gambar 2.2. IC 555

IC 555IC 555 adalah pengatur yang mantap yang mampu

membangkitkan tundaan waktuatau pun guncangan yang cermat. Timer

4

555 merupakan sebuah IC timer yang bekerja berdasarkan rangkaian

RC dan komparator yang dirangkai dengan komponen digital (R-Sflip-flop).

Dengan menambahkan beberapa resistor dan kapasitor IC ini dapat

berfungsisebagai multivibrator astabil, monostabil, bisa stabil maupun picu

Schmitt, untuk modulasi lebar pulsa dan penundaan waktu (time delay) pulsa.

Konfigurasi Pin IC555

Gambar 2.3 Fungsi Pin Pada Timer ( IC 555 )

1.Ground (pin1)

Pin ini merupakan titik referensi untuk seluruh sinyal dan tegangan

pada rangkaian555, baik rangkaian intenal maupun rangkaian eksternalnya.

2. Trigger (pin2)

Masukan trigger biasanya dijaga pada tegangan lebih dari 1/3Vcc agar

output pin3dari IC 555 “low”. Jika masukan trigger menjadi “low” (<1/3Vcc)

mengakibatkanoutput pin3 menjadi “high”. Otput pin3 akan bertahan “high”

selama masukantriggernya “low”, tetapi tidak serta merta menjadi “low”

ketika pin2 kembali “high”.

3.Output (pin3)

Output pada 555 dapat mengalir arus baik sinking(masuk) maupun

sourcing(keluar)hingga 200mA. Tidak seperti IC lain yang biasanya hanya

dapat mengalirkan arussource (keluar) yang sangat kecil.Berikut menjelaskan

arus sinking maupun source.

a.Arus masuk (sinking current)Sebuah beban luar (Rl) dihubungkan

antara output 555 dan Vcc.Maka,arus hanya akan mengalir melalui beban

tersebut jika output 555 dalam keadaan“low”. Pada saat tersebut Rl

dgroundkan melalui pin1 sehingga mengalir arus Rs1dari pin3 ke

pin1(ground).

5

b.Arus keluar (source current)RL dihubungkan antara pin3 dan ground,

maka ketika output pin3 “high”maka Rl terhubung dengan Vcc melalui Rs2

dan pin8.

4.Reset (pin4)

Pin reset ini terhubung dengan input preset dari R-S flip-flop kontrol.

Jika pin 4 diberimasukan “low” output dari 555 akan serta merta menjadi

“low”. Biasanya, jika tidak digunakan pin4 dihubungkan ke Vcc untuk

menjaga agar tidak terjadi keadaan “low”.

5.Control Voltage (pin5)

Biasanya diberi 2/3Vcc (hasil dari pembagi tegangan). Dengan member

sumber tegangan eksternal atau dengan menghubungkan sebuah resistorke

ground akan mengubah duty cycle outputnya. Jika pin5 tidak digunakan harus

dihubungkandengan decoupling kapasitor 0,01 - 0,1mikroFarad.

6.TreshHold (pin6)

Pin ini terhubung pada input noninverting komparator1 untuk

memonitor tegangankapasitor pada rangkaian RC eksternal. Apabila tegangan

pin6 <2/3Vcc, outputkomparator1 akan “low”, output flip-flop “low”(Q-),

output pin3 “high”. Sebaliknya jika >2/3Vcc output komparator1 akan “high”,

output Flip-flopnya “high”, dan pin3“low”.

7.Discharge (pin7)

Pin ini terhubung ke kaki kolektor transistor NPN Q1 dan kaki emiter

Q1 terhubungke groud, basis Q1 terhubung dengan Qnot R-S flip-flop. Ketika

output 555 “high”maka Qnot “low” menyebabkan resistansi CE sangat besar

sehingga Q1 “off”. KetikaQnot ”high” CE resistensinya sangat kecil

menyebabkan CE grounded sehingga Q1“on”. Dengan kata lain, pin7

grounded (arus mengalir dari pin7 lewat CE ke pin1)

8.Vcc(pin 8)

Vcc (sumber tegangan dc) dihubungkan antara pin8 dengan pin1

(ground).

6

1.Multivibrator Astabil dengan IC 555

Multivibrator Astabil

Multivibrator adalah pembangkit pulsa segi empat. Suatu multivibrator

astabil biasadisebut sebagai free running multivibrator. Gambar 2.3

menunjukkan bentuk sinyalyang dihasilkan oleh multivibrator astabil.

Gambar 2.4. Bentuk PulsaAstabil

IC yang sering digunakan untuk membentuk multivibrator astabil

adalah IC 555.Salah satu aplikasi multivibrator astabil adalah sebagai Pulse

Width Modulation ,aplikasi ini digunakan untuk mengatur kecepatan motor

DC.Gambar 2.4 menunjukkan rangkaian multivibrator astabil menggunakan

IC 555.

Gambar 2.5. Multivibrator astabil menggunakan IC 555

2.Multivibrator Monostabil dengan IC 555

Rangkaian monostabil adalah rangaian yang menghasilkan pulsa output

dengan pajang tertentu setelah menerima suatu sinyal trigger (pemicu).

7

Gambar 2.6 Rangkaian Monostabil Multivibrator

Gambar 2.7 Hasil Output Rangkaian Monostabil Multivibrator

2.3 DRIVER MOTOR

Motor memang dapat berputar hanya dengan daya DC, tapi tidak bisa

diatur tanpa menggunakan driver, maka diperlukan suatu rangkaian driver

yang berfungsi untuk mengatur kerja dari motor.

8

Gambar 2.8 Rangkaian Driver Motor DC

9

BAB III

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT

3.1. SPESIFIKASI ALAT

Modul pengatur kecepatan motor DC yang kita buat ini memiliki spesifikasi:

1. Kecepatan motor dapat diatur dengan menggunakan output PWM

2. Putaran motor dapat berubah dengan merubah polaritas input

3.2. LANGKAH-LANGKAH PEMBUATAN ALAT

Langkah – langkah yang kami kerjakan dalam proses perencanaan untuk

merancang modul pengatur kecepatan motor DC, yaitu:

1. Memikirkan rangkaian PWM dan Driver Motor.

2. Menggambar rangkaian PWM dan Driver Motor pada selembar kertas.

3. Membuat rangkaian sementara pada Project Board.

4. Menganalisa hasil rangkaian

5. Apabila setelah menganalisa ditemukan kesulitan, maka melakukan

konsultasi pada dosen.

3.3. RANGKAIAN ELEKTRONIK

3.3.1. Rangkaian PWM

Gambar 3.1 Rangkaian Pulse Wide Modulation

10

3.3.2. Rangkaian Driver Motor DC

Gambar 3.2 Rangkaian Motor DC

11

BAB IVPENGUJIAN DAN ANALISIS

4.1 PENGUJIAN RANGKAIAN PWM

Pada pengujian rangkaian PWM didapatkan hasil:

4.1 Tabel Pengujian Rangkaian PWM

No. Duty Cycle Gambar1. 10%

2. 20%

3. 40%

4. 60%

\

5. 80%

6. 90%

Pada hasil pengujian diatas rangkaian PWM dapat diatur mulai dari 10%sampai dengan 90%

12

4.2 PENGUJIAN DRIVER MOTORPada pengujian driver motor didapatkan hasil sebagai berikut:

Gambar 4.1 Rangkaian Motor DC

4.1.2 Tabel Pengujian driver motor

Dari tabel diatas dapat kita amati bahwa semakin besar tegangan maka

putaran motor semakin cepat, selain itu pemberian input pada basis dapat

mengatur arah putaran motor DC

No VCC Input basistransistor 1 & 4

Input basistransistor 2 & 3

Polaritasputaranmotor

Kecepatanmotor

1 6 v Ada Tidak Kanan Normal2 6 v Tidak Ada Kiri Normal3 12 v Ada Tidak Kanan Lebih cepat4 12 v Tidak Ada Kiri Lebih cepat

Basis transistor1 & 4

Basis transistor2 & 3

13

BAB VPENUTUP

5.1. KESIMPULAN

Dari hasil desain proyek yang telah kami kerjakan, dapat disimpulkan

bahwa :

1. Kecepatan putaran motor DC dapat diatur dengan menggunakan PWM

2. Rangkaian PWM (Pulse Width Modulation) berfungsi untuk mengatur

besar frekuensi dan besar duty cycle.

3. Arah putaran kecepatan motor DC dapat berubah dengan merubah

polaritas input.

5.2. SARAN

1. Dalam pembuatan kecepatan motor DC hal yang perlu diperhatikan

adalah spesifikasi motor, spesifikasi motor DC, dan PWM yang dibuat

sehingga range perubahan kecepatan sesuai dengan yang diinginkan.

2. Bagi pengembangan tingkat lanjut, Pengaturan kecepatan motor DC dapat

dikembangkan dengan pembuatan feed back sehingga kecepatan motor

DC dapat diatur dan dipertahankan.

14

DAFTAR PUSTAKA

Sapto Aji, wahyu. “PERANCANGAN PURWA RUPA MODULASI LEBAR

PULSA BERBASIS TIMER 555 DAN IRF 40”. 6.2.8.08.04.pdf.(diakses pada

tanggal 5 Januari 2012, www.google.com )

Singgih, Hariyadi. 2008. Komponen Elektronika. Malang: Politeknik Negeri

Malang.

15

16

LAYOUT PCB

LAYOUT RANGKAIAN PWM TATA LETAK KOMPONEN

LAYOUT RANGKAIAN DRIVER MOTOR

TATA LETAK KOMPONEN

17

GAMBAR RANGKAIAN

RANGKAIAN PWM

RANGKAIAN DRIVER MOTOR

RANGKAIAN ALAT

18

BOX ALAT