laporan tugas akhirrepository.unika.ac.id/16483/1/13.50.0010 yosua... · implementasi motor stepper...
TRANSCRIPT
IMPLEMENTASI MOTOR STEPPER PADA CRANE BERBASIS DSPIC30F6014A
LAPORAN TUGAS AKHIR
Oleh :
YOSUA IVAN PURNAMA 13.50.0010
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS KATOLIK SOEGIJAPRANATA SEMARANG
2018
ii
iii
iv
ABSTRAK
Motor listrik merupakan piranti yang mengubah energi listrik menjadi
energi mekanis berupa putaran. Motor listrik yang biasa digunakan untuk kontrol
posisi yaitu motor servo dan motor stepper, namun motor stepper lebih banyak
digunakan karena motor stepper tidak memiliki sikat (brush) pada konstruksinya,
sedangkan motor servo terdapat motor DC yang terdapat sikat pada konstruksinya,
sehingga membutuhkan biaya yang relatif tinggi untuk penggantiannya. Motor
stepper dapat beroperasi dengan mengendalikan pulsa-pulsa digital secara
sekuensial yang kemudian diubah menjadi gerakan mekanis. Motor ini
dikendalikan dengan menggunakan metode full step hingga micro step, yang
kemudian diimplementasikan pada crane. Crane yang dimaksud hanyalah sebagai
pemodelan, tidak layaknya seperti peralatan berat yang digunakan di industri.
Pemodelan ini dilengkapi dengan elektromagnetik yang digunakan untuk
mengangkat dan atau memindahkan suatu benda ke tempat tertentu. Untuk
mengoperasikan alat ini dibutuhkan L298 Driver Motor dan rangkaian relay yang
dikontrol dengan menggunakan mikrokontroler dsPIC30F6014A. Untuk
melengkapi kajian ini, maka dilakukan pengujian laboratorium dan pengujian
kinerja alat yang dibuat.
Kata Kunci: model crane, motor stepper, L298 driver motor, micro step,
dsPIC30F6014A .
v
KATA PENGANTAR
Ucapan terimakasih dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus
Kristus yang senantiasa menjaga dan melindungi penulis, sehingga penulis dapat
menyelesaikan Tugas Akhir dan Laporan Tugas Akhir yang berjudul
“IMPLEMENTASI MOTOR STEPPER PADA CRANE BERBASIS
DSPIC30F6014A”. Melakukan tugas akhir dan pemyelesaian laporan tugas akhir
ini bertujuan untuk memenuhi syarat kelulusan di Fakultas Teknik, Program Studi
Teknik Elektro Universitas Katolik Soegijapranata Semarang.
Penulis tidak dapat menyelesaikan semua ini tanpa bantuan dan dukungan
dari berbagai pihak secara langsung maupun secara tidak langsung. Pada
kesempatan kali ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :
1. Tuhan Yesus Kristus yang telah memberikan berkat, kemudahan, dan
kelancaran dalam melakukan tugas akhir dan penyusunan laporan tugas
akhir.
2. Haryanto Purnama dan Ratna Gunadi selaku orangtua penulis yang tidak
pernah lelah untuk mencari nafkah dan juga selalu memberikan dukungan.
3. Vania Alvita Purnama dan Yosiana Alvina Purnama selaku adik dan kakak
yang selalu menghibur dan mendukung penulis.
4. Bapak Prof. Dr. Ign. Slamet Riyadi, MT. selaku dosen pembimbing Tugas
Akhir penulis yang telah membimbing dan memberi pengarahan dalam
melakukan Tugas Akhir ini, juga memberikan kritik, saran, dan semangat
kepada penulis.
vi
5. Bapak Dr. Ir. Djoko Suwarno, M.Si. selaku Dekan Fakultas Teknik
Universitas Katolik Soegijapranata Semarang.
6. Bapak Ir. Dr. Florentinus Budi Setiawan, MT., IPM. selaku Ketua Program
Studi Teknik Elektro, yang telah memberikan fasilitas laboratorium untuk
pelaksanaan tugas akhir ini.
7. Seluruh Dosen dan Karyawan Program Studi Teknik Elektro, Fakultas
Teknik Universitas Katolik Soegijapranata Semarang.
8. Teman-teman angkatan 2013 telah menemani, saling membantu, saling
mengajari, dan saling berdinamika bersama selama kuliah.
9. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan tugas
akhir beserta laporannya yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.
Penulis menyadari bahwa laporan yang dibuat masih banyak keterbatasan,
sehingga penulis membutuhkan kritik dan saran dari berbagai pihak supaya dapat
dijadikan evaluasi dan dilakukan perbaikan untuk perkembangan ke depannya.
Penulis juga tidak lupa untuk mengucapkan permohonan maaf apabila terjadi hal-
hal yang kurang berkenan dalam melakukan dan menyelesaikan penyusunan
laporan tugas akhir ini.
Semarang, 28 Januari 2018
Yosua Ivan Purnama
vii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL i
LEMBAR PENGESAHAN ii
PERNYATAAN KEASLIAN LAPORAN TUGAS AKHIR iii
ABSTRAK iv
KATA PENGANTAR v
DAFTAR ISI vii
DAFTAR GAMBAR x
DAFTAR TABEL xv
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang 1
1.2. Perumusan Masalah 2
1.3. Pembatasan Masalah 3
1.4. Tujuan dan Manfaat 3
1.5. Metodologi Penelitian 4
1.6. Sistematika Penulisan 5
BAB II KAJIAN PUSTAKA
2.1. Pendahuluan 7
2.2. Motor Stepper 7
2.2.1 Motor Stepper Berdasarkan Konstruksi 8
viii
2.2.2. Motor Stepper Berdasarkan Lilitan 10
2.2.3. Prinsip Kerja Motor Stepper 12
2.3. L298 Driver Motor
2.3.1. IC L298
2.3.2. Driver Motor
15
15
16
2.4. Mikrokontroler dsPIC30F6014A 17
2.5. Relay 20
2.6. Optocoupler 20
BAB III
DESAIN DAN IMPLEMENTASI
3. 1. Pendahuluan 22
3.2. Motor Stepper Hybrid Bipolar 2 Fasa 23
3.2.1. Stator Motor Stepper 24
3.2.2. Rotor Motor Stepper 24
3.3. Rangkaian Driver Motor 25
3.4. Rangkaian Kontrol 26
3.4.1. Full Step 27
3.4.2.
3.4.3.
3.4.4.
3.4.5.
3.4.6.
Half Step
Micro Step ¼
Micro Step 1/8
Micro Step 1/16
Algoritma Pemrograman dsPIC30F6014A
28
29
29
31
33
3.5. Rangkaian Relay 34
ix
3.6. Konstruksi Model Crane 34
BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA
4.1. Pendahuluan 36
4.2. Hasil Pengujian Labolatorium 37
4.2.1.
4.2.2.
4.2.3.
4.2.4.
4.2.5.
Metode Full Step
Metode Half Step
Metode Micro Step ¼
Metode Micro Step 1/8
Metode Micro Step 1/16
37
39
40
41
43
4.3.
4.4.
4.5
Hasil Pengujian Pengendalian Motor Stepper Pada
Model Crane
Hasil Pengujian Penggunaan Elektromagnetik Pada
Model Crane
Pembahasan
44
47
49
BAB V PENUTUP
5.1. Kesimpulan 51
5.2. Saran 52
DAFTAR PUSTAKA 53
LAMPIRAN 55
x
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Motor Stepper 8
Gambar 2.2. Variable Reluctance 9
Gambar 2.3. Permanent Magnet 9
Gambar 2.4. Hybrid 10
Gambar 2.5. Bipolar 11
Gambar 2.6. Unipolar 11
Gambar 2.7. Arah Putaran Motor Stepper (a) Searah
Jarum Jam (b) Berlawanan Arah Jarum
Jam
12
Gambar 2.8. (a) Rangkaian Ekuivalen (b) Gelombang
Arus
13
Gambar 2.9. IC L298 15
Gambar 2.10. L298 Driver Motor 17
Gambar 2.11. IC dsPIC30F6014A 18
Gambar 2.12 Relay 20
Gambar 2.13. Optocoupler 21
Gambar 3.1. Diagram Blok Hardware 22
Gambar 3.2. Konstruksi Motor Stepper Hybrid 23
Gambar 3.3. Stator Motor Stepper Hybrid 24
Gambar 3.4. Rotor Motor Stepper Hybrid (a) Sisi
Samping (b) Sisi Atas
25
xi
Gambar 3.5. Rangkaian L298 Driver Motor 25
Gambar 3.6. Dua Rangkaian Inverter 1 Fasa 26
Gambar 3.7. Skema Sistem Minimum dsPIC30F6014A 27
Gambar 3.8. Flowchart Pemrograman 33
Gambar 3.9.
Gambar 3.10.
Rangkaian Relay
Desain Konstruksi Model Crane
34
35
Gambar 4.1. Hardware Pengendalian Motor Stepper 36
Gambar 4.2. Hardware Pengendalian Motor Stepper
pada Model Crane
37
Gambar 4.3. Hasil Pengujian Pensaklaran Menggunakan
Metode Full Step (a) Fasa 1 (b) Fasa 2
(c) Fasa 3 (d) Fasa 4
38
Gambar 4.4. Hasil Pengujian Arus Fasa Metode Full Step
(a) Arus Fasa 1 dan 2 (b) Arus Fasa 3 dan 4
38
Gambar 4.5. Hasil Pengujian Tegangan dan Arus
Menggunakan Metode Full Step
(a) Tegangan Fasa 1 dan 2 (b) Arus Fasa 1
dan 2
38
Gambar 4.6. Hasil Pengujian Pensaklaran Menggunakan
Metode Half Step (a) Fasa 1 (b) Fasa 2
(c) Fasa 3 (d) Fasa 4
39
xii
Gambar 4.7. Hasil Pengujian Arus Fasa Metode Half
Step (a) Arus Fasa 1 dan 2 (b) Arus Fasa 3
dan 4
39
Gambar 4.8. Hasil Pengujian Tegangan dan Arus
Menggunakan Metode Half Step
(a) Tegangan Fasa 1 dan 2 (b) Arus Fasa 1
dan 2
40
Gambar 4.9. Hasil Pengujian Pensaklaran Menggunakan
Metode Micro Step ¼ (a) Fasa 1 (b) Fasa 2
(c) Fasa 3 (d) Fasa 4
40
Gambar 4.10. Hasil Pengujian Arus Fasa Metode Micro
Step ¼ (a) Arus Fasa 1 dan 2 (b) Arus Fasa
3 dan 4
41
Gambar 4.11. Hasil Pengujian Tegangan dan Arus
Menggunakan Metode Micro Step ¼
(a) Tegangan Fasa 1 dan 2 (b) Arus Fasa 1
dan 2
41
Gambar 4.12. Hasil Pengujian Pensaklaran Menggunakan
Metode Micro Step 1/8 (a) Fasa 1 (b) Fasa 2
(c) Fasa 3 (d) Fasa 4
42
Gambar 4.13. Hasil Pengujian Arus Fasa Metode Micro
Step 1/8 (a) Arus Fasa 1 dan 2 (b) Arus Fasa
3 dan 4
42
xiii
Gambar 4.14. Hasil Pengujian Tegangan dan Arus
Menggunakan Metode Micro Step 1/8
(a) Tegangan Fasa 1 dan 2 (b) Arus Fasa 1
dan 2
42
Gambar 4.15. Hasil Pengujian Pensaklaran Menggunakan
Metode Micro Step 1/16 (a) Fasa 1 (b) Fasa 2
(c) Fasa 3 (d) Fasa 4
43
Gambar 4.16.
Gambar 4.17.
Gambar 4.18.
Gambar 4.19.
Gambar 4.20.
Gambar 4.21.
Gambar 4.22.
Gambar 4.23.
Gambar 4.24.
Gambar 4.25.
Hasil Pengujian Arus Fasa Metode Micro
Step 1/16 (a) Arus Fasa 1 dan 2 (b) Arus Fasa
3 dan 4
Hasil Pengujian Tegangan dan Arus
Menggunakan Metode Micro Step 1/16
(a) Tegangan Fasa 1 dan 2 (b) Arus Fasa 1
dan 2
Hasil Pengujian Pada Kondisi Awal
Hasil Pengujian Step 1
Hasil Pengujian Step 2
Hasil Pengujian Step 3
Hasil Pengujian Pengambilan Benda
Hasil Pengujian Mengaktifkan
Elektromagnet
Hasil Pengujian Mengangkat Benda
Hasil Pengujian Memindahkan Benda
43
44
45
45
46
46
47
48
48
48
xiv
Gambar 4.26.
Gambar 4.27.
Hasil Pengujian Menonaktifkan
Elektromagnet
Hasil Pengujian Meletakkan Benda
49
49
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Spesifikasi IC L298 16
Tabel 2.2. Konfigurasi Pensaklaran 17
Tabel 2.3. Spesifikasi dsPIC30F6014A 19
Tabel 3.1. Spesifikasi Motor Stepper Hybrid 23
Tabel 3.2.
Tabel 3.3.
Tabel 3.4.
Tabel 3.5.
Tabel 3.6.
Pensaklaran Full Step
Pensaklaran Half Step
Pensaklaran Micro Step ¼
Pensaklaran Micro Step 1/8
Pensaklaran Micro Step 1/16
28
28
29
30
31