Modul 5 Praktikum Dinamika Sistem 2015

1

5 Simulasi

Motor DC

Nama:____________

NIM :____________

Nilai:

_________________

A. Pendahuluan

Dalam Gambar 1 diperlihatkan gambar fisik komponen-komponen sebuah motor DC jenis

magnet permanen. Motor ini terdiri dari dua komponen utama, yaitu stator (komponen diam)

dan rotor (komponen berputar). Pada stator motor terdapat magnet permanen yang

berfungsi untuk menghasilkan medan magnet (magentic field). Sementara itu, pada rotor

terdapat jangkar (armature) yang akan dialiri arus listrik ketika diberi tegangan listrik. Akibat

adanya medan magnet dari magnet permanen dan adanya arus pada kumparan, kumparan

akan mendapat gaya Lorentz. Gaya ini akan menghasilkan torsi dan memutar rotor.

Gambar 1

Komponen-komponen motor DC digambarkan secara skematik dalam Gambar 2. Dalam

gambar ini dapat dilihat bahwa motor DC terdiri dari bagian stator dan rotor. Bagian stator

2

terdiri dari rumah, sikat, dan medan. Medan merupakan komponen yang berfungsi untuk

menghasilkan medan magnet. Medan ini dapat berupa kumparan maupun magnet

permanen. Sementara itu, bagian rotor terdiri dari jangkar dan komutator.

Gambar 2 Skema komponen motor DC

Catatan: Kumparan field dan kumparan armature dapat diberi tegangan masing-masing

maupun disambung menjadi satu secara seri, paralel, atau compound, sehingga dikenal

motor DC seri, motor DC paralalel, dan motor DC.

Tipe motor DC:

1. Magnet permanen (field berupa magnet)

2. Separately excited → masing-masing kumparan (field dan armature) diberi tegangan

secara terpisah.

3. Motor DC seri, Motor DC paralel, dan motor DC compound.

Pemodelan Matematika untuk Motor DC Tipe Separately Excited

1. Torsi yang dihasilkan oleh motor 𝑇𝑚 = 𝐹𝑑

2. Gaya yang dihasilkan oleh motor 𝐹 = 𝐵𝐼𝑎ℓ

3. Fluks magentik yang dihasilkan oleh field 𝐵 = 𝐾1𝐼𝑓

4. Substitusikan (2) dan (3) ke (1), sehingga diperoleh persamaan

𝑇𝑚 = 𝐾1𝐼𝑓𝐼𝑎ℓ𝑑

5. Pada motor, ℓ dan 𝑑 bernilai konstan sehingga

3

𝑇𝑚 = (𝐾1ℓ𝑑)𝐼𝑓𝐼𝑎 = 𝐾𝐼𝑓𝐼𝑎

𝑇𝑚(𝑡) = 𝐾𝐼𝑓(𝑡)𝐼𝑎(𝑡)

Jadi, torsi yang dihasilkan motor dapat diatur dengan cara mengatur arus field 𝐼𝑓(𝑡) atau arus

armature 𝐼𝑎(𝑡).

B. Petunjuk Praktikum

1. Motor DC dengan Pengaturan Field

Berikut adalah model dari sebuah motor DC dengan pengaturan field.

Lakukan simulasi motor DC pada Kasus 1 dengan menggunakan transfer function box.

Diketahui bahwa parameter-parameter motor adalah

𝑅𝑓 = 4,63 Ω,

𝐿𝑓 = 8,11 × 10−3 Henry,

𝐾𝑚 = 3,761 × 10−3 Nm/A,

𝐽 = 1,9 × 10−5 kgm2, dan

𝑓 = 4,9 × 10−6 kgm2/s.

Latihan #1

Asumsikan bahwa torsi pengganggu yang bekerja pada motor adalah Td(t) =

0,5 sin(2πt) Nmm. Lakukan simulasi pada simulink untuk mengetahui grafik kecepatan putar

4

motor ω(t) dan posisi sudut armature θ(t) terhadap waktu t untuk tegangan masukan

berupa:

1) 𝑣𝑓(t) = 1(t)

2) 𝑣𝑓(t) = 1(t) + 0,1 sin(2πt)

3) 𝑣𝑓(t) = 1(t) − 1(t − 5)

4) 𝑣𝑓(t) = 1(t) + sign(sin(2πt))

5) 𝑣𝑓(t) = 𝑟(t) − 2𝑟(t − 5) + 𝑟(t − 10)

Gambarkan jawaban Anda pada lembar jawab yang disediakan.

2. Motor DC dengan Pengaturan Armature

Berikut adalah model dari sebuah motor DC dengan pengaturan armature.

Lakukan simulasi motor DC pada Kasus 2 dengan menggunakan transfer function box.

Diketahui bahwa parameter-parameter motor adalah

𝑅𝑎 = 4,63 Ω,

𝐿𝑎 = 8,11 × 10−3 Henry,

𝐾𝑚 = 3,761 × 10−3 Nm/A,

𝐾𝑏 = 7,104 × 10−2 V/(rad/s),

𝐽 = 1,9 × 10−5 kgm2, dan 𝑓 = 4,9 × 10−6 kgm2/s.

5

Latihan #2

Asumsikan bahwa torsi pengganggu yang bekerja pada motor adalah Td(t) =

0,5 sin(2πt) Nmm. Lakukan simulasi pada simulink untuk mengetahui grafik kecepatan putar

motor ω(t) dan posisi sudut armature θ(t) terhadap waktu t untuk tegangan masukan

berupa:

1) 𝑣𝑎(t) = 1(t)

2) 𝑣𝑎(t) = 1(t) + 0,1 sin(2πt)

3) 𝑣𝑎(t) = 1(t) − 1(t − 5)

4) 𝑣𝑎(t) = 1(t) + sign(sin(2πt))

5) 𝑣𝑎(t) = 𝑟(t) − 2𝑟(t − 5) + 𝑟(t − 10)

Gambarkan jawaban Anda pada lembar jawab yang disediakan.