Makalah Tugas Akhir Praktikum Mesin Mesin Listirk IAPLIKASI MOTOR DC PADA CD ROM DRIVE

Agus Nurhadi1, Hafizh Fadhlillah1, Indra Ginanjar A.T.1, M.Zuldiag Solih Afin2, Tedi Hidayat2, Yosy Nana Saputra2Mahasiswa1, Assisten2, Praktikum Mesin Mesin Listrik 1, Jurusan Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sultan Ageng TirtayasaJalan Jenderal Sudirman km.3 Cilegon-Banten 42435

AbstrakCD ROM Drive merupakan kepanjangan dari compact disk read only memori yang artinya bahwa CD ROM drive hanya bisa di gunakan untuk membaca sebuah CD saja. Secara garis besar CD ROM di bedakan menjadi dua menurut tipenya yaitu: ATA/IDE dan SCSI. Perbedaannya terdapat pada kecepatan. ATA memiliki kecepatan 100-133Mbps sedangkan SCSI memiliki rata-rata 150Mbps. Di dalam CD ROM terdapat sebuah motor DC yang menggerakkan CD, dan motor itu di sebut Motor DC Brushless. Sebuah motor DC 3 fasa yang tidak memiliki sikat namun sikat itu di ganti oleh sebuah controller yang daat menggerakkan CD. Kecepatan motor ini untuk membaca sebuah CD adalah sekitar 200-500 RPM.

I. PENDAHULUAN1.1 Latar BelakangCD ROM pada sebuah PC (Personal Computer) atau pada sebuah Laptop umumnya sudah sangat lumrah sekali digunakan oleh banyak kalangan, mulai dari Pelajar, Mahasiswa, Pengusaha, atau bahkan orang awam yang hanya memanfaatkan CD ROM sebagai pemutar film pada PC atau Laptopnya.Namun untuk orang orang yang mendalami ilmu dibidang tertentu seperti Engineer, perlu memahami cara kerja dari alat - alat yang mereka gunakan. Bukan hanya sekedar tahu, tapi juga memahami secara detail karakteristik dan cara kerja dari alat tersebut. Salah satunya yaitu pada Cara Kerja CD ROM ini. Hanya saja dalam laporan kali ini lebih ditekankan pada penggunaan motor DC untuk aplikasi CD ROM. 1.2 Tujuan Tujuan yang hendak dicapai dalam penulisan jurnal tentang aplikasi motor DC pada CD ROM ini adalah:a. Mengetahui jenis motor DC yang digunakan pada CD ROM.b. Mengetahui RPM motor DC pada CD ROM.c. Mengetahui bagaimana motor DC Brushless dapat berputar.1.3 Batasan MasalahAgar pembahasan tidak menyimpang dari pokok perumusan masalah yang ada, maka perlu adanya pembatasan masalah. yaitu:a. Motor yang digunakan pada CD ROM adalah Motor DC 3 fasa, MITSUMI Brushless Motors M29BL-3. b. Dalam tugas akhir ini tidak membahas bagaimana controller motor bekerja, hanya membahas tentang proses bagaimana motor dapat berputar..II. TEORI DASAR2.1 CD ROM DRIVE Pengertian Dan Fungsi CD-ROM DRIVE. Drive berarti penggerak atau bagian mekanikal suatu piranti . CD Drive berarti penggerak cd atau suatu drive yang digunakan untuk merekam atau memainkan CD. CD ROM Drive adalah alat pemutar CD ROM Atau Suatu drive untuk merekam atau memainkan Compact Disk yang sering dijumpai adalah CD ROM (CD Read Only Memory) MO (Magneto-Optical) dan WORM (Write Once Read Many).Fungsi CD ROM drive adalah digunakan untuk membaca compact disk dalam bentuk audio atau CD ROM. CD ROM keluaran terbaru dapat membaca CD R (CD yang dapat ditulis) dan juga CD RW (CD yang dapat ditulis berulang-ulang). Kecepatan berputar dari CD ROM biasanya tidak terlalu penting kecuali pada saat menginstall program, memainkan permainan (games) yang menggunakan CD ROM Drive, atau pada saat membuat CD dengan CD Writer. CD ROM Drive hanya dapat digunakan untuk membaca sebuah CD saja.

Gambar 2.1 CD ROM

Komponen pada CD ROM DRIVEKomponen pada CD ROM Drive adalah:1. Laser diode adalah emits rendah tingkat balok yang menuju pantulan cermin. 2. Servo motor, diaktifkan oleh microprocessor ke trek pada disk.. Hal ini dilakukan dengan memindahkan gerakanke cermin. 3. Motor DC Brushless, digunakan untuk memutar piringan CD.4. Beam splitter, merupakan bagian yang mengirim kembali sinar laser ke depan fokus lensa.5. Photodetector, adalah bagian yang mengubah cahaya menjadi sinyal pulsa.6. Microprocessor, merupakan bagian yang membaca sandi sinyal pulsa dan mengirimkannya ke komputer melalui kabel data dan control.

2.2 Motor DC tak Bersikat (Brushless DC motor) Motor DC brushless dikembangkan dari motor DC brushed konvensional jenis eksitasi terpisah dengan tambahan kemampuan dari peralatan solid state semikonduktor tenaga, agar efisiensinya lebih maksimal. Motor DC brushless hampir sama dengan motor synchronous AC. Perbedaan utamanya adalah jika motor synchronous AC menghasilkan EMF balik sinusoidal, sedangkan motor DC brushless menghasilkan EMF balik gelombang kotak, atau trapezium. Persamaan keduanya, motor synchronous AC dan motor DC brushless akan membentuk putaran medan magnetik yang menghasilkan torsi pada rotor magnetik.

2.2 Kontruksi Motor DC BrushlessBanyaknya keterbatasan dari commutator motor DC brushed konvensional adalah akibat kebutuhan sikat untuk menekan commutator yang mengakibatkan gesekan. Pada kecepatan tinggi, sikat-sikat kesulitan dalam menjaga kontaknya. Sikat dapat oleng dan membuat ketidak seragaman pada permukaan commutator, yang menghasilkan loncatan api. Hal ini membatasi kecepatan maskimum dari motor. Kerapatan arus per unit luasa dari sikat membatasi outmpu dari motor. Ketidaksempurnaan kontak juga menyebabkan electrical noise. Sikat sering aus dan perlu penggantian, dan commutator perlu dipelihara. Komponen commutator pada motor ukuran besar merupakan elemen yang mahal, memerlukan pemasangan yang presisi dari bagian-bagiannya. Masalah tersebut diatasi pada motor tanpa sikat (brushless motor). Pada motor jenis ini, rotating switch mekanis atau susunan comutator/brushgear diganti dengan sebuah switch elektronik yang disinkronkan dengan posisi dari rotor. Motor tanpa sikat ini memiliki efisiensi 85-90%, sedangkan motor DC dengan brushgear memiliki efisiensi 75-80%. Motor DC tak bersikat biasanya digunakan bila kontor kecepatan yang presisi dibutuhkan, seperti pada disk drives komputer atau pada video cassette recorders, kipas, laser printer dan mesin photocopy. Ada beberapa keuntungan dari motor jenis ini dibandingkan motor convensional: a. Dibandingkan dengan kipas motor AC menggunakan motor Shded-pole, motor DC tak bersikat sangat efisien, bergerak lebih dingin sehingga meningkatkan umur kerja bantalan kipas.b. Tanpa sebuah komutator yang sering aus, umur kerja motor DC tak bersikat lebih lama dan noise yang lebih kecil.c. Motor dapat dengan mudah disinkronkan dengan sebuah clock internal atau eksternal, untuk kontrol kecepatan yang lebih presisi.d. Karena tidak terjadi percikan listrik, seperti yang terjadi pada morot dengan sikat, membuatnya cocok untuk lingkungan dengan bahaya terbakar seperti bahan kimia atau bahan bakar.e. Motor ini juga lebih senyap yang merupakan keuntungan bila dipasang pada peralatan yang memberikan getaran.f. Motor DC tak bersikat yang modern memiliki variasi daya dari satu Watt hingga beberapa kilowatt. Motor ukuran besar hingga 100 kW digunakan pada mobil listrik.2.3 Bagian Bagian Brushless DC Motor 1. Stator Dasar sebuah stator tiga fasa motor DC brushless memiliki tiga gulungan. Kebanyakan motor DC brushless jumlah kumparan direplikasi untuk memiliki riak torsi yang lebih kecil. Ini terdiri dari tiga kumparan masing-masing ada tiga unsur terhubung seri yaitu induktansi, resistansi dan satu gaya gerak listrik kembali.

Gambar 2.3 Konfigurasi Listrik Stator (Tiga Tahap, Tiga Kumparan)

2. Rotor Rotor pada motor DC brushless terdiri dari beberapa magnet permanen. Jumlah kutub magnet di rotor juga mempengaruhi ukuran langkah dan riak torsi dari motor. Jumlah kutub yang banyak akan memberikan gerakan presisi dan riak torsi yang kecil. Magnet permanen terdiri dari 1 sampai 5 pasang kutub. Dalam kasus tertentu bisa 8 pasang kutub.

Gambar 2.4 Kumparan Stator Tiga Fase Dan Rotor Motor DC Brushless3. Hall Sensor Untuk estimasi posisi rotor, motor ini dilengkapi dengan tiga sensor hall yang ditempatkan setiap 120 L. Dengan sensor ini ada 6 komutasi yang mungkin berbeda. Pergantian fase power supply tergantung pada nilai-nilai sensor hall dengan perubahan kumparan.

Gambar 2.5.SensorHallSinyalUntuk RotasiKanan

III. PEMBAHASAN3.1 Cara kerja CD ROM1. Dilakukan pengaksesan terhadap keeping CD untuk melihat dan menentukan di lokasi sebelah mana informasi yang dibutuhkan ada di dalam ruang CD ROM drive. 2. CD ROM drive akan bekerja dan memberikan informasi di mana data/informasi yang dibutuhkan tersedia, sampai kemudian menyatakan, Informasi yang ada di track sekian sektor sekianlah yang kita butuhkan. Pola penyajian informasi yang diberikan oleh CD ROM sendiri biasanya mengikuti pola geometris. 3. Yang dimaksud dengan pola geometris di sini adalah sebuah pola penyajian informasi yang menggunakan istilah silinder, track, dan sector. Ketika informasi ditemukan, akan ada permintaan supaya mengirimkan informasi tersebut melalui interface CD ROM untuk memberikan alamat yang tepat (sektor berapa, track berapa, silinder mana) dan setelah itu informasi/data pada sector tersebut siap dibaca. 4. Pengendali program yang ada pada CD ROM drive akan mengecek untuk memastikan apakah informasi yang diminta sudah tersedia pada internal buffer yang dimiliki oleh CD ROM drive (biasanya disebut cache atau buffer). 5. Bila sudah oke, pengendali ini akan menyuplai informasi tersebut secara langsung, tanpa harus melihat lagi ke permukaan pelat itu karena seluruh informasi yang dibutuhkan sudah dihidangkan di dalam buffer. 6. Dalam banyak kejadian, CD ROM drive pada umumnya tetap berputar ketika proses di atas berlangsung. Namun ada kalanya juga tidak, lantaran manajemen power pada CD ROM drive memerintahkan kepada disk untuk tidak berputar dalam rangka penghematan energi. Papan pengendali yang ada di dalam CD ROM drive menerjemahkan instruksi tentang alamat data yang diminta dan selama proses itu berlangsung, ia akan senantiasa siaga untuk memastikan pada silinder dan track mana informasi yang dibutuhkan itu tersimpan. 7. Setelah itu, papan pengendali ini pulalah yang kemudian meminta actuator untuk menggerakkan head menuju ke lokasi yang dimaksud. Ketika head sudah berada pada lokasi yang tepat, pengendali akan mengaktifkan head tersebut untuk melakukan proses pembacaan. Mulailah head membaca track demi track untuk mencari sektor yang diminta. Proses inilah yang memakan waktu, sampai kemudian head menemukan sektor yang tepat dan kemudian siap membacakan data/informasi yang terkandung di dalamnya. 8. Papan pengendali akan mengkoordinasikan aliran informasi dari CD ROM Drive menuju ke ruang simpan sementara (buffer, cache). Informasi ini kemudian dikirimkan melalui interface CD ROM drive menuju sistem memori utama untuk kemudian dieksekusi sesuai dengan aplikasi atau perintah yang kita jalankan.

Dalam sebuah CD ROM pada umumnya, memiliki 2 penggerak berupa motor DC Stepper dan Motor Spindle atau dapat juga disebut dengan Motor DC Brushless. Motor Stepper berfungsi sebagai penggerak Optic pada saat Tracking data pada permukaan piringan CD. Sedangkan Motor Spindle atau Motor Brushless berfungsi untuk memutar piringan CD Dimana putaran motor diatur oleh sebuah Controller pada kasus ini Motor Brushless yang dipakai adalah Motor Brushless M29BL-3 Series.Pada Tugas Ahir ini digunakan Motor Brushless M29BL-3 Series sebagai pemutar piringan CD pada sebuah CD ROM dengan spesifikasi berikut:Pada Motor Brushless ini memiliki beberapa bagian utama seperti rotor dan stator sebagaimana motor DC pada umumnya hanya saja pada Motor Brushless menggunakan 3 fasa.Motor ini bekerja untuk membantu dan membaca data dari CD adalah berputar dengan Range 200-500 RPM. Baik itu saat motor writing, erasing atau reading data. Saat motor ini bekerja kecepatan selalu konstan. Artinya, kecepatan tidak berubah. Tabel 3.1 Spesifikasi Motor Brushless M29BL-3 Series

a. StatorDasar sebuah stator tiga fasa motor DC brushless memiliki tiga gulungan. Kebanyakan motor DC brushless jumlah kumparan direplikasi untuk memiliki riak torsi yang lebih kecil. Gambar 3 menunjukkan skema listrik dari stator. Ini terdiri dari tiga kumparan masing-masing ada tiga unsur terhubung seri yaitu induktansi, resistansi dan satu gaya gerak listrik kembali.

Gambar 3.1 Stator Motor DC Brushless

3.2 Prinsip Kerja Motor DC Brushless Tiga Fasa ElemenutamamotorDCbrushlessyang membedakannya dari motor DC konvensional adalah rangkaian elektronik yang menggantikankerja komutasi mekanisnya.Adamacam macamrangkaianyangseringdigunakan adalah motor DC brushless tigafasa-kutub tunggal,motor DC brushless tigafasa kutub ganda, MotorDCbrushlesstigafasaterhubungY,motorDCtigafasamotorDCbrushlessempatfasa.DenganmemperhatikanmotorDC brushlesstigafasa-kutub tunggal kita dapat dengan mudah memahami prinsip kerja dari motor DC brushless. Pada gambar 4 dibawah ini menunjukkan bahwa menggunakan sensor optic (phototransistor) sebagaipenentuposisi.Gambar 3.2 Tiga Kumparan Stator Tiga Fase Dan Rotor Motor DC Brushless Tiga buah phototransistor PT1, PT2, PT3 yang diletakkan pada ujung plat yang membentuk membentuk lingkaran dengan sudut 120 derajat. secarabergantianakanterkenacahaya sesuai dengan urutan melalui shutter motor yang berputar dan dihubungkan denganshaftmotor. Pada gambar tersebut, kutub selatan berhadapandengankutubmenonjolP2. Dari stator, phototransistor PT1 mendeteksicahaya dan menyebabkan transistorTr1on.Dalamkondisiinikutub selatan yang terbentuk pada kutub menonjol stator P1 karena arus listrik yang mengalir melalui W1 akanmenarik kutub utara rotor sehingga bergerak melawan arah jarum jam.Gambar3.3MotorDcBrushless3Fasa KutubTunggal.Ketikakutub utarapadaposisiberhadapan dengan kutub menonjolstatorP1,maka shutterikutberputardenganrotorakan menutupi PT1hinggatertutupolehcahaya, danPT2terbukaterhadapcahaya,maka arus akanmengalirmelaluitransistorTr2. KetikaarusmengalirmelaluililitanW2, dan menciptakankutubselatanpadakutub menonjolstatorP2.Padasaatinishutter akanmenutupiPT2danphoto transistor PT3akanterkenacahaya.Kondisiini menyebabkanarusberpindahdariW2ke W3. Kemudian kutub menonjol P2 kehilanganenergi sementara itukutub menonjol P3diberi energy dan menciptakankutubselatan.Begitu seterusnyakutubrotorakanberjalandari P2 keP3 tanpa berhenti.Dengan mengulangproses pensaklaransesuai urutan seperti terlihat pada gambar 5maka rotorpermanentmagnetakanberputar terusmenerus.Gambar 3.4 Switcing dan Rotasi Medan Magnet StatorSeperti yang diketahui, motor ini tidak memiliki sikat oleh sebab itu motor ini menggunakan sebuah controller untuk menggerakan motor. Dimana PWM juga dapat di atur dengan memasukkan sinyal ke motor brushless ini. PWM (Pulse Width Modulation), salah satu teknik untuk mengatur kecepatan motor DC yang umum digunakan. Dengan menggunakan PWM kita dapat mengatur kecepatan yang diinginkan dengan mudah. Teknik PWM untuk pengaturan kecepatan motor adalah, pengaturan kecepatan motor dengan cara merubah-rubah besarnyaduty cyclepulsa. Pulsa yang yang berubah ubahduty cycle-nya inilah yang menentukan kecepatan motor. Besarnya amplitudo dan frekuensi pulsa adalah tetap, sedangkan besarnyaduty cycle berubah-ubah sesuai dengan kecepatan yang diinginkan, semakin besarduty cylcemaka semakin cepat pula kecepatan motor, dan sebaliknya semakin kecilduty cyclemaka semakin pelan pula kecepatan motor.

IV. PENUTUP4.1 KesimpulanCD ROM Drive adalah alat pemutar CD ROM atau suatu drive untuk merekam atau memainkan Compact Disk yang sering dijumpai adalah CD ROM (CD Read Only Memory) MO (Magneto-Optical) dan WORM (Write Once Read Many).CD ROM menggunakan motor DC Brushless. Motor DC brushless dikembangkan dari motor DC brushed konvensional jenis eksitasi terpisah dengan tambahan kemampuan dari peralatan solid state semikonduktor tenaga, agar efisiensinya lebih maksimal. Motor DC brushless hampir sama dengan motor synchronous AC. Motor DC Brushless mempunyai keunggulan dan kelebihan, yaitu :1. KeunggulanJika dibandingkan antara motor DC dan motor AC, maka motor DC Brushless mempunyai banyak keunggulan, diantaranya adalah:a. Torsi lebih besar. Motor DC Brushless pada umumnya mempunyai torsi yang lebih besar, hal ini disebabkan medan tarik yang dihasilkan oleh stator sepenuhnya diterima oleh rotor karena rotor terbuat dari medan magnet permanen.b. Tidak menyebabkan kebisingan. Saat kita menggunakan motor dc,gesekan antara komutator dan brush akan menghasilkan suara,hal ini akan menghasilkan ketidak nyamanan,tetapi tidak sama halnya dengan motor DC Brushless, dengan tidak adanya komutatot, menyebabkan tidak adanya kebisingan yang ditimbulkan.c. Lebih tahan lama. Bagian yang sering diganti pada penggunan motor DC adalah brush dan komutator, hal ini karena pada saat motor DC bekerja,terjadi gesekan secara terus menerus antara komutator dan brush, permukaan brush akan menipis sedikit demi sedikit seiring berjalannya waktu,sehingga kita harus melakukan penggantian brush motor, tetapi jika kita menggunakan motor DC Brushless, dengan tidak adanya brush dan komutator maka motor akan tahan lama.d. Tidak adanya bunga api pada komutator. Hubungan antara brush dan komutator yang longgar menyebabkan terjadinya percikan api diantara keduanya, hal ini akan berbahaya jika motor digunakan pada industri yang sensitif terhadap percikan api, tetapi dengan menggunakan motor DC Brushless, dengan tidak adanya komutator dan brush menyebabkan tidak adanya percikan api yang dirimbulkan oleh motor.e. Tidak adanya belitan pada rotor. Motor DC Brushless tidak mengalami gaya sentrifugal, karena gulungan didukung oleh suatu body sehingga motor dapat didinginkan dengan mudah. Jadi, tidak membutuhkan aliran udara untuk mendinginkan motor. Hal ini menyebabkan motor DC Brushless tersebut dapat sepenuhnya tetutup dan terlindung dari kotoran atau bahan asing lainnya.f. Area pengaplikasiannya dapat diperluas, termasuk daerah-daerah ledakan berbahaya.2. KelemahanSelain keunggulan yang dimiliki, motor DC Brushless pun memiliki kelemahan. Diantaranya adalah:a. Biaya pengadaan yang tinggi. Hal ini disebabkan karena Hall sensor mempunyai berbgai alat pengontrol untuk menjalankannya, sedangkan pada motor DC hanya menggunakan pengontrol berupa variable resistor.b. membutuhkan pengendali kecepatan elektronik untuk menjalankannya.Namun dari kelebihan dan kelemahan yang dimiliki, motor DC Brushless tetap lebih efisien untuk mengkonversi listrik menjadi energi mekanik dari motor DC bersikat. kelebihan ini terutama disebabkan tidak adanya kerugian listrik dan gesekan brush. Di bawah beban mekanik tinggi, motor DC Brushless dan motor dengan sikat berkualitas tinggi sebanding dalam efisiensinya.Motor DC Brushless pada CD ROM brputar pada kecepatan antara 200 500 RPM. Baik saat CD melakukan writing, eraser ataupun editing. Kecepatan motor Brushless pada CD ROM tidak berubah ubah pada saat motor bekerja. Artinya kecepatan motor selalu konstan. Seperti pada umumnya motor DC, motor DC Brushless berputar akibat adanya arus yang mengalir pada jangkar dan memotong medan magnet. Hanya saja motor brushless ini tidak memiliki sikat. Namun, di ganti dengan sebuah controller yang dapat mengkonversi medan listrik tersebut. DAFTAR PUSTAKA[1] http://dhirhamsuseno.blogspot.com/2011/09/brush-or-brushless-dc-electric-motor.html[2] http://usahalink.com/artikelfull888-Brushless-DC-motor-listrik.html[3] http://www.wrobots.com/surplus/BML3E4CRB.JPG[4] http://www.bavaria-direct.co.za/models/motor_info.htm[5] http://kelik-felixs.blogspot.com/2011/04/cd-rom.html[6] http://1000bintang.com/forum/viewtopic.php?t=223