TUGAS IV MEKATRONIKA

“PENGATURAN KECEPATAN MOTOR DC ”

Disusun Oleh :

Rishal Asri 091041007

Reza Aristianto 101041007

Juangga Maruli M 1010410

INSTITUT SAINS & TEKNOLOGI AKPRIND

YOGYAKARTA

2012

1. Pendahuluan

Mekatronika adalah kata baru yang lahir dijepang pada awal tahun

1970an yang merupakan gabuangan antar 2 kata yaitu mechanics dan

electronic. Sekarang kita sering melihat di sekeliling kita barang-barang

mekatronik seperti robot, mesin bubut NC, kamera digital, printer dan lain

sebagainya. Persamaan dari barang-barng mekatronik ini adalah objek

yang dikendalikan adalah gerakan mesin. Jikad dibandingkan denga

gerakan mesin konvensional maka gerakan mesin tersebut lebih berdifat

fleksibel dan lebih memiliki kecerdasan. Hal ini dimungkinkan karena

memanfaatkan kemjuan iptek micro-electronics. Artinya dengan bantuan

micro-electronics mesin dapat dipasrahkan ke mesin yang dapat bergerak

secara otomatis. Ini sangat membantu menciptakan mesin atau alat yang

praktis dan mudah digunakan. Sehingga sumber daya pada manusia seperti

waktu dan otak dapat dipakai untuk pekerjaan yang lain. Sehingga dapat

menciptakan nilai tambah.

Pada awalnya mekatronik diarahkan pada 3 taget yaitu :

penghematan energy (energy saving), pengecilan dimensi dan peringanan

berat, dan peningkatan kehandalan (reliability). Sekarang, setelah 30 tahun

lebih berlalu dan kelahirannya, perlu dirumuskan kembali arah mekatronik

sesuai dengan perkembangan jaman. Dan khususnya untuk Indonesia

sebagai Negara yang masih berkembang dengan segudang

permasalahannya, rasanya arah mekatronik perlu ditentukan agara dapat

membantu memecahkan masalah-masalah yang ada dengan tetap

memperhatikan lingkungan regional dan global.

Mekatronik adalah teknologi atau rekayasa yang menggabungkan

teknologi tentang mesin, elektronika, dan informatika untuk, merancang,

memproduksi, mengoperasikan dan memelihara sistem untuk mencapai

tujuan yang diamanatkan. Seperti diketahui defenisi, mekatronika adalah

gabungan disiplin teknik mesin, teknik electron, teknik informatika, dan

teknik kendali. Pada awalnya, secara khusus tidak ada disiplin

mekatronika. Untuk menggabungkan, beberapa disiplin iptek tersebut,

mekatronika memerlukan teori kendali dan teori sistem.

Secara sempit pengertian mekatronika mengarah pada teknologi

kendali numeric yaitu teknologi mengendalikan mekanisme menggunakan

actuator mencapai tujuan tertentu dengan menggunakan memonitor

informasi kondisi gerak mesin menggunakan sensor, dan memasukkan

inforamsi tersebut kedalam mikro-prosesor. Ini menyumbangkan

kemajuan yang spektakuler jika dibandingkan dengan control otomatis

menggunakan instrument analog, karena dapat merubah scenario control

secara fleksibel dan dapat memiliki fungsi pengambilan keputusan tingkat

tinggi.

Contoh klasik barang mekatronika adalah lengan robot dan mesin

bubut control numeric. Barang-barang ini dapat melakukan pekerjaan-

pekerjaan yang berbeda-beda dengan cara merubah program mereka sesuai

kondisi yang diminta, karena telah ditambahkan kemampuan kendali aktif

yang canggih terhadap mekanisme yang telah ada.

Beberapa manfaat penerapan mekatronik adalah sebagai berikut :

1. Meningkatkan fleksibilitas

Manfaat terbesar yang dapat diperoleh dari penerapan mekatronik adalah

meningkatkan fleksibilitas mesin dengan menambahkan fungsi-fungsi baru

yang merupakan mayoritas kontribusi mikro-prosesor. Sebagai contaoh ,

lengan robot industry dapat melakukan berbagai jenis pekerjaan dengan

merubaha program peranti lunak di mikro-prosesornya seperti halnya

dengan lengan manusia. Ini yang menjadi faktor utama dimungkinkannya

proses produksi produk yang beraneka ragam tipenya dengan jumlah yang

sedikit-sedikit.

2. Meningkatkan kehandalan

Pada mesin-mesin konvensional (manual) muncul berbagai masalah yang

diakibatkan oleh berbagai jenis gesekan pada mekanisme yang digunakan

seperti : keuangan, masalah sentuhan, getaran dan kebisingan, pada

penggunaan mesin-mesin tersebut diperlukan sarana dan operator yang

jumlahnya banyak untuk mencegah timbulnya masalah-masalah akibat

sentuhan tersebut dapat diminimalkan sehingga meningkatkan kehandalan.

Selain itu, dengan menggunakan komponen-komponen elektronika untuk

mengendalikan gerakan, maka komponen-komponen mesin pengendali

gerak bisa dikurangi sehingga meningkatkan kehandalan.

3. Meningkatkan presisi dan kecepatan

Pada mesin-mesin konvensional (manual) yang sebagian besar

menggunakan komponen-komponen mesin sebagai pengendali gerak,

tingkat presisi dan kecepatan telah mencapai garis saturasi yang sulit untuk

diangkat lagi. Dengan menerapkan kendali digital dan teknologi

elektronika, maka tingkat presisi mesin dan kecepatan gerak mesin dapat

diangkat lebih tinggi lagi sampai batas tertentu. Batas ini misalnya adalah

rigiditas mesin yang menghalangi kecepatan lebih tinggi karena

munculnya getaran. Hal ini melahirkan tantangan baru yaitu menciptakan

sistem mesin yang memiliki rigiditas lebih tinggi.

A. Alat dan Bahan

Motor dc adalah suatu motor yang mengubah energi listrik searah menjadi

energi mekanis berupa tenaga penggerak torsi. Motor dc digunakan dimana

kontrol kecepatan dan kecepatan torsi diperlukan untuk memenuhi kebutuhan

aplikasi.

Gambar 2.45 Motor Dc

a) Konstruksi Motor DC

Konstruksi motor dc sangat mirip dengan generator dc. Kenyataannya mesin

yang bekerja baik sebagai generator akan bekerja baik pula sebagai motor. Motor

biasanya lebih tertutup rapat daripada generator karena motor kerap kali

dioperasikan di lokasi yang mungkin mudah mendapatkan kerusakan mekanis,

berdebu, ataupun lembab.

Gambar 2.46 Konstruksi Motor Dc

Keterangan gambar konstruksi motor dc :

1. Lilitan Medan Berfungsi untuk membangkitkan fluksi medan utama dimana

fluksi ini akan berinteraksi dengan fluksi jangkar yang akan menghasilkan

putaran.

2. Sepatu Kutub Dengan adanya sepatu kutub ini fluksi medan utama akan

tersebar merata melingkupi seluruh belitan jangkar

3. Jangkar

Jangkar terdiri dari 3 Bagian :

a. Inti jangkar berfungsi untuk melakukan fluksi medan

b. Belitan jangkar berfungsi untuk membangkitkan fluksi jangkar yang bersama

– sama dengan fluksi utamaakan menimbulkan kopel.

c. Komutator berfungsi untuk menyearahkan arus dan tegangan jangkar.

4. Sikat Arang Berfungsi menghubungkan belitan medan dan belitan jangkar

5. . Komutator Komutator berfungsi untuk merubah polaritas arus belitan

jangkar

6. Poros Berfungsi meletakan jangkar agar dapat berputar

7. Bantalan (bearing) Bantalan berfungsi motor agar jangkar berputar dengan

baik

8. Bodyberfungsi untuk melindungi bagian yang bergerak dan untuk

meletakkan bantalan.

Setiap motor arus searah mempunyai bagian yang diam (stator) dan bagian

yang berputar (rotor). Di bawah ini merupakan bagian dari konstruksi motor DC.

b) Stator

Pada motor DC, kumparan medan yang berbentuk kutub sepatu merupakan

stator ( bagian yang tidak berputar ), dan kumparan jangkar merupakan rotor

( bagian yang berputar ). Pada gambar 2.4 stator merupakan bagian yang tinggal

tetap ( tidak bergerak ) yang terdiri dari rumah dengan kutub magnet yang dibuat

dari pelat – pelat yang dipejalkan dengan gulungan magnet berikut tutup

rumahnya.

Gambar 2.47 Stator

c) Rotor

Rotor adalah bagian penggerak yang terdiri dari silinder dibuat dari plat-plat

yang dipejalkan yang diberi saluran sebagai tempat kumparan yang biasa disebut

angker/jangkat. Pada angker terpasang kolektor/komutator yang terdiri dari

sigmen – sigmen yang berhubungan dengan gulungan angker.

Gambar 2.48 Rotor

d) Prinsip Kerja

Prinsip kerja dari motor dc yaitu suatu kumparan atau lilitan kawat yang

dialiri arus listrik untuk memperkuat medan magnetik akan mendapatkan gaya

yang dikeluarkan medan magnet tersebut dengan arah tegak lurus pada garis

medan dan kumparan yang dialiri arus.

Gambar 2.49 Prinsip Kerja Motor DC

Cara kerja dari motor dc ini dapat diuraikan sebagai berikut:

1. Motor dc mempunyai rotor (bagian yang bergerak) magnet permanen, dan

stator (bagian mantap) yang berupa koil atau gulungan kawat tembaga, dimana

setiap ujungnya tersambung dengan komutator. Komutator ini dihubungkan

dengan kutub positif (+) dan kutup (-) dari catu daya melalui sikat-sikat.

2. Arus listrik dari kutub positif akan masuk melalui komutator, kemudian

berjalan mengikuti gulungan kawat sebelumnya, akhirnya masuk ke kutub

negatif dari catu daya. Karena ada medan elektromagnetik maka motor akan

berputar.

3. Karena putaran motor, arus listrik didalam kawat akan berjalan bolakbalik,

karena jalannnya sesuai dengan medan magnet, maka rotor akan selalu berputar

terus menerus selama arus listrik tetep mengalir di dalam kawat.

Badan motor berfungsi untuk mengalirkan fluks magnet yang dihasilkan

kutub-kutub magnet. Di samping itu berfungsi untuk melindungi bagian motor

lainnya. Untuk itu badan motor dibuat dari bahan ferromagnetik.

B. Desain Printed Circuit Board (PCB).

Di dalam pembuatan jalur PCB rangkaian tersebut menggunakan bantuan

software Express PCB berdasarkan skematik yang telah dibuat pada gambar 3.1.

Pada pembuatan desain PCB menggunakan Express PCB, hal yang menjadi

perhatian adalah mengenali alat-alat bantu atau tools yang sering digunakan

dalam proses pembuatan jalur PCB seperti yang tersedia pada menu. Pengguna

dipermudah dengan adanya fasilitas library karena didalamnya terdapat daftar-

daftar komponen dengan berbagai macam ukuran dan bentuk fisik sehingga dapat

menghindari kesalahan penempatan komponen pada PCB. Pada pembuatan PCB

ini hanya menggunakan satu layer saja yaitu layer atas (Top Layer). Karena masih

sangat memungkinkan, apabila tidak memungkinkan maka dapat dibuat dengan

dua layer.

Untuk memperoleh tata letak komponen yang baik dan benar maka perlu

diperhatikan ketentuan sebagai berikut:

a. Letak komponen rapi dan memenuhi syarat.

b. Letak satu komponen dengan yang lainnya harus berdekatan sesuai dengan

titik hubungnya.

c. Jarak antara komponen harus memenuhi syarat kerapian dan keselamatan

komponen.

d. Diusahakan agar tidak ada komponen pada satu titik terminal.

e. Diusahakan tata letak komponen dibuat dengan ukuran PCB seminimal

mungkin dengan tujuan efisiensi.

Penggambaran tata letak komponen ini bertujuan untuk mempermudah

operator (user) dalam mengoperasikan dan merakit kembali alat tersebut,

sehingga dimungkinkan dengan notasi dan nilai yang jelas maka kesalahan (error)

pemasangan komponen tidak akan terjadi dengan kata lain kerusakan perakitan

rangkaian dapat diminimalkan,

C. Pembuatan PCB

Setelah desain PCB selesai kemudian gambar tersebut dicetak pada kertas,

selanjutnya difotocopy glossy kemudian meletakkan gambar desain tersebut diatas

PCB, lalu disetrika kurang lebih selama 15 menit dengan panas yang sedang.

Kemudian didinginkan dan dilihat apakah ada jalur yang kurang baik, apabila

masih ada jalur yang kurang baik, maka dilakukan penyetrikaan kembali dengan

menarik jalur yang masih kurang baik dengan setrika dari arah belakang sehingga

gelembungnya hilang dan disetrika seperti biasanya.

Setelah itu ditunggu hingga dingin, kemudian kertas glossy yang menempel di

atas PCB dilepas dengan merendanmnya pada air sehingga kertas terangkat

sendiri yang meninggalkan bekas pada jalur yang dibuat tadi. Sebelum dilarutkan

diperiksa kembali jalur yang menempel, apakah sudah sempurna atau belum.

Apabila belum sempurna, maka ditulisi dengan spidol permanen.

D. Pelarutan PCB (etching)

Proses selanjutnya adalah pelarutan PCB atau yang dikenal dengan istilah

Etching. Dalam proses ini dibutuhkan beberapa alat dan bahan yang digunakan,

dan yang tak kalah pentingnya adalah memperhatikan keselamatan kerja dalam

proses pelarutan ini.

a. Alat dan Bahan

1. FeCl3 (Ferit Chlorit) atau larutan etching yang lain.

2. Air tawar (sebaiknya air mendidih).

3. Bak plastik.

4. PCB yang telah tergambar jalur.

b. Keselamatan Kerja

1. Gunakan sarung tangan karet saat bekerja dengan larutan kimia.

2. Hindari kontak fisik langsung dengan larutan kimia, jika terkena larutan

kimia tersebut segera cuci dengan air.

3. Jika larutan kimia telah jenuh maka perlu dinetralkan terlebih dahulu

sebelum dibuang ke dalam tanah.

c. Pembuatan Larutan Etching

Untuk membuat larutan etching dapat digunakan bermacam–macam jenis

larutan kimia, antara lain berikut ini.

1. Larutan FeCl3 (Ferit Chlorit)

Masukkan serbuk FeCl3 dengan air ke dalam bak plastik dengan perbandingan

larutan dengan air adalah 1 : 5, kemudian aduk hingga merata.

2. Larutan HNO3

Masukkan larutan tersebut dengan air ke dalam bak plastik dengan

perbandingan larutan dengan air adalah 1 : 3, kemudian aduk hingga rata.

3. Larutan HCL dan H2O2

Masukkan kedua larutan tersebut dengan air ke dalam bak plastik dengan

perbandingan larutan dengan air adalah 1 : 4 : 20, kemudian aduk hingga rata.

d. Proses Kerja

1. Menyiapkan larutan etching ke dalam bak plastik yang telah disiapkan.

Gambar 3.3 merupakan proses etching/ pelarutan FeCl3 (Ferit Chlorit) .

yang meliputi memasukkan pelarut secukupnya kemudian member air

sesuai dengan yang diperlukan, pengadukan larutan sehingga gumpalan

Ferit Chlorit terlarut semua dengan baik dan siap untuk digunakan dengan

memasukkan . Seperti diperlihatkan pada gambar 3.8.

Gambar 3.11 Proses pelarutan PCB

2. Memasukkan PCB tersebut ke dalam larutan etching. Untuk mempercepat

proses pelarutan tembaganya, bak plastik dapat digoyang-goyang, hati–

hati jangan sampai larutan tumpah.

3. Menunggu beberapa menit agar tembaga yang tidak tergambar pada PCB

terlarut dengan sempurna.

4. Kemudian tiriskan PCB tersebut dan dicuci sambil menggosok PCB

dengan amplas halus atau bahan yang lain hingga cat/tinta yang menempel

dapat hilang lalu keringkan.

5. PCB siap untuk dibor.

E. Pengeboran PCB

PCB yang sudah dilarutkan dapat dibersihkan cat/tintanya yang masih

menempel pada jalur dengan menggunakan steel wool. Selanjutnya PCB tersebut

siap untuk dibor pada bagian pad komponennya atau bagian lain yang

dikehendaki.

Pemilihan mata bor disesuaikan dengan diameter lubang kaki komponen.

apabila PCB tersebut ingin dipakai dalam jangka waktu yang cukup lama (tidak

langsung digunakan), maka lapisan tembaganya perlu dilapisi dengan timah

dengan memberikan pasta kemudian menyolder setiap jalur secara merata. Hal ini

dimaksudkan agar tidak terjadi oksidasi pada lapisan tembaga PCB yang dapat

menyebabkan sulitnya penyolderan.

Setelah proses pengeboran selesai, maka PCB perlu di amplas dengan

menggunakan amplas halus, sehingga bekas mata bor yang masih meruncing

menjadi rata. Hal ini dimaksudkan supaya memudahkan pada proses penyolderan

kaki-kaki komponen.

F. Perakitan komponen

PCB yang telah melalui proses pengeboran selanjutnya akan dilakukan proses

perakitan. Dalam merakit komponen terhadap bidang PCB harus dilakukan

dengan baik dan rapi. Usahakan untuk mendahulukan komponen–komponen yang

mempunyai ukuran lebih kecil dari komponen lain, yang pertama harus dipasang

adalah jamper apabila ada kemudian disusul komponen yang sedikit lebih besar

dari jamper, hal ini bertujuan untuk memudahkan dalam kelanjutan perakitan.

Setelah komponen yang berukuran kecil selesai dipasang, kemudian dilanjutkan

dengan komponen yang berukuran sedang dan lebar. Manfaat yang diperoleh dari

perakitan komponen yang baik dan rapi akan dapat memudahkan dalam proses

penyolderan dan analisa rangkaian.

G. Petunjuk Penyolderan Komponen

Proses fabrikasi/pembuatan alat yang terakhir adalah penyolderan kaki–kaki

komponen ke media PCB. adapun proses kerja penyolderan sebagai berikut:

1. Membersihkan terlebih dahulu ujung solder dengan menggunakan kain/busa

yang telah diberi air (jangan sekali-kali menggunakan benda tajam semacam

cutter) karena dapat merusak mata solder.

2. Mempersiapkan ujung solder dengan memberikan flux timah pada ujung yang

sudah bersih kemudian dipanaskan sampai timahnya meleleh. Ini disebut

melapisi ujung solder dengan timah dan melindunginya dari oksidasi. Sisa

timah pada ujung solder akan melindungi ujung solder tetap bersih dan tahan

lama.

3. Memeriksa kebersihan pad jalur dan kaki komponen, bersihkan dengan

menggunakan pembersih atau solvent.

4. Meletakkan ujung solder ke pad jalur yang sudah terisi kaki komponen beri

sedikit timah hingga tersambung dengan rapi.

5. Menghubungkan antar kaki komponen dengan menyolder sesuai dengan

gambar layout sebagai petunjuk.

Terakhir, biarkan hasil solderan menjadi dingin dan padat. Setelah itu sisa–

sisa flux penyolderan yang menempel pada tembaga jalur dihilangkan dengan

menggunakan solvent sampai bersih. Jangan menggunakan sikat gosok untuk

menghilangkan flux timah, karena akan mengurangi kekuatan hasil solder.

H. Pengujian Rangkaian

Setelah proses perakitan, maka hal yang sangat penting dan utama adalah

menguji rangkaaian. Apakah rangakian yang dibuat telah sesuai dengan unjuk

kerja yang diinginkan atau belum. Proses pengujian rangkaian ini meliputi

beberapa hal, yaitu:

a. Pemberian catu daya sesuai dengan kebutuhan yang diminta alat

tersebut.dalam hal ini perlu diperhatikan tegangan yang akan diberikan

jangan sampai melebihi atau sangat kecil sehingga alat tidak dapat bekerja.

b. Melihat penampilan alat, apakah sudah sesuai dengan yang diharapkan. Hal

yang pertama adalah melihat penampil apakah sudah menyala semua atau ada

yang belum menyala. Apabila ada yang belum menyala dilihat apakah

polaritas dari komponen yang dipasang sudah benar atau belum. Apabila

masih ada yang salah di rubah kembali sehingga benar.

c. Mencoba alat apakah sudah bekerja dengan baik atau belum, apabila belum

dilihat beberapa kemungkinan dari proses perancangan awal apakah sudah

benar atau belum. Apabila belum sesuai dengan yang diinginkan, maka dapat

dilakukan pengetesan perbagian dari awal hingga akhir alat sehingga

ditemukan permasalahannya dan dibenahi kembali

Hasil perancangan elektronis dan mekanis.

Analisa Hasil Perancangan

Gambar 1 dan 2

Rangkaian pengatur kecepatan motor dc sederhana dengan

menggunakan transistor 2N3053 dengan menggerakkan motor .