Pemanas On Off Dua Posisi [PDF]

Citation preview

LAPORAN LABORATORIUM SISTEM KENDALI KONTINU KENDALI PEMANAS DUA POSISI



Dosen Pengampu : Bambang Supriyo, BSEE., M.EngSc, PhD



Disusun Oleh : 1. 2. 3. 4.



EK – 3D EK – 3D EK – 3D EK – 3D



Arif Kusuma Bagas Suryatama Hasri Ainur Rahmah Widia Pangestika



Tanggal Praktik



(3.32.17.3.04) (3.32.17.3.05) (3.32.17.3.10) (3.32.17.3.21)



: 16 Oktober 2018



Tanggal Laporan : 8 Januari 2020



PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI SEMARANG 2020



FOTO



NAMA



NIM



Arif Kusuma



3.32.17.3.04



Bagas Suryatama



3.32.17.3.05



Hasri Ainur Rahmah



3.32.17.3.10



Widia Pangestika



3.32.17.3.21



No. Percobaan



:1



Judul Percobaan



: Kendali Pemanas ON/OFF



1. Tujuan Tujuan dari percobaan ini, agar mahasiswa dapat: 1.



Membuat rangkaian kendali pemanas dua posisi.



2.



Memahami cara kerja rangkaian kendali pemanas dua posisi.



3.



Mengetahui fungsi dari setiap komponen pada rangkaian kendali pemanas dua posisi.



4.



Membuat program simulink pada aplikasi MATLAB.



2. Dasar Teori 1. Sensor Suhu Sensor suhu LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. LM35 memiliki keakuratan tinggi dan kemudahan perancangan jika dibandingkan dengan sesor suhu yang lain, LM35 juga mempunyai keluaran impedansi yang rendah dan liniearitas yang tinggi sehingga dapat dengan mudah dihubungkan dengan rangaian kendali khusus serta tidak memerlukan kerumitan dalam menggunakannya. Tegangan ideal yang keluar dari LM35 mempunyai perbandingan 100°C setara dengan 1 volt. Sensor ini mempunyai pemanasan diri (self heating) kurang dari 0,1°C, dan dapat dioperasikan dengan menggunakan power supply tunggal dan dapat dihubungkan interface rangkaian kontrol yang sangat mudah. Tegangan keluaran sangat linear terhadap perubahan suhu. Sensor ini berfungsi sebagai pegubah dari besaran fisis suhu ke besaran tegangan yang memiliki koefisien sebesar 10 mV /°C yang berarti bahwa kenaikan suhu 1° C maka akan terjadi kenaikan tegangan sebesar 10 mV. Karakteristik Sensor LM 35



1. Resolusi Sensor 10 mVolt/ ºC, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam celcius. 2. Keakurasi kalibrasi 0,5 ºC pada suhu 25 ºC . 3. Jangkauan maksimal operasi suhu -55 ºC sampai +150 ºC. 4. Tegangan kerja 4v sampai 30 volt. 5. Konsumsi arus rendah kurang dari 60 µA. 6. Faktor pemanasan diri yang rendah (low-heating) kurang dari 0,1 ºC pada udara diam. 7. Impedansi keluaran yang rendah 0,1 W untuk beban 1 mA. 8. Toleransi ketidaklinieran hanya sekitar ± ¼ ºC



Gambar 2.1 Sensor Suhu LM35 2.



OP-AMP sebagai Penguat Tak Membalik



Gambar 2.2 Rangkaian dasar penguat tak membalik Pada penguat tak membalik sinyal keluaran penguat jenis ini sefasa dengan sinyal masukannya. Syarat ideal sebuah penguat adalah tegangan masukan antar pin (+ dan -) sama dengan 0 dan impedansi masukan tak terhingga. sehingga dari rangkaian tersebut dapat diperoleh rumus penguat adalah sebagai berikut :



𝑉− = 𝑉+ = 𝑉𝑖𝑛 = 0 𝑖𝑖𝑛 + 𝑖𝑓 = 𝑖-; 𝑖𝑓 =



𝑖𝑓 = −𝑖𝑖𝑛



𝑉𝑜𝑢𝑡 − 𝑉- 𝑉𝑜𝑢𝑡 − 𝑉𝑖𝑛 = 𝑅𝑓 𝑅𝑓



𝑉𝑖𝑛 − 𝑉- 0 − 𝑉𝑖𝑛 −𝑉𝑖𝑛 = = 𝑅𝑖𝑛 𝑅𝑖𝑛 𝑅𝑖𝑛 𝑉𝑜𝑢𝑡 − 𝑉𝑖𝑛 𝑉𝑖𝑛 = , 𝑅𝑓 𝑅𝑖𝑛 𝑖𝑖𝑛 =



𝑉𝑜𝑢𝑡 = (



3.



𝑅𝑓 + 1) 𝑉𝑖𝑛 𝑅𝑖𝑛



OP-AMP sebagai Pembanding



Gambar 2.2 Rangkaian dasar komparator Prinsip kerja rangkaian komparator adalah membandingkan amplitudo tegangan dari dua buah sinyal input Vp dan Vn. Jika Vo adalah tegangan output dan Vsat tegangan saturasi, maka prinsip dasar dari komparator adalah sebagai berikut: Vp ≥ Vn maka Vo = +Vsat Vp = Vn maka Vo = 0V Vp < Vn maka Vo = -Vsat Keterangan: Vp



= Amplitudo sinyal input tak membalik (V)



Vn



= Amplitudo sinyal input membalik (V)



+Vsat



= Tegangan saturasi + (V)



-Vsat



= Tegangan saturasi - (V)



Vo



= Tegangan output (V)



4.



Modul Driver Pemanas (Solid State Relay)



Modul driver pemanas ini, menggunakan komponen SSR (Solid State Relay). SSR adalah sebuah perangkat semikonduktor yang dapat digunakan menggantikan relay mekanik untuk menghubungkan arus listrik ke beban dalam banyak aplikasi. Artinya Solid state relay adalah sebuah saklar elektronik yang tidak memiliki bagian yang bergerak. Contohnya foto-coupled SSR, transformer-coupled SSR, dan hybrida SSR. SSR adalah murni elektronik, biasanya terdiri dari sisi kontrol yang rendah/ low current control side (setara dengan kumparan relay elektromekanik) dan high-current load side (setara dengan kontak pada relay konvensional). SSR biasanya mempunyai kemampuan mengisolasi listrik beberapa ribu volt antara kontrol dan beban. Karena isolasi ini, beban sendiri hanya diberi power dari switch line sendiri dan hanya kan terhubung apabila ada kontrol sinyal yang mengoperasikan relay.



Gambar 2.3 Rangkaian dasar SSR



5.



S-R Flip-Flop



Flip-flop adalah suatu rangkaian elektronika yang memiliki dua kondisi stabil dan dapat digunakan untuk menyimpan informasi. Flip Flop merupakan pengaplikasian gerbang logika yang bersifat Multivibrator Bistabil karena kedua tingkat tegangan keluaran pada Multivibrator tersebut adalah stabil dan hanya akan mengubah situasi tingkat tegangan keluarannya saat dipicu (trigger). Flipflop mempunyai dua Output (Keluaran) yang salah satu outputnya merupakan komplemen Output yang lain Pada S-R Flip-Flop, S-R adalah singkatan dari “Set” dan “Reset”. Sesuai dengan namanya, S-R Flip-flop ini terdiri dari dua masukan (INPUT) yaitu S dan R. SR Flip-flop ini juga terdapat dua Keluaran (OUTPUT) yaitu Q dan Q’. Rangkaian S-R Flip-flop ini umumnya terbuat dari 2 gerbang logika NOR



ataupun 2 gerbang logika NAND. Ada juga S-R Flip-flop yang terbuat dari gabungan 2 gerbang Logika NOR dan NAND.



Gambar Flip Flop



Tabel S-R Flip-Flop Aktif Rendah (Gerbang NAND) S



R



Q



!Q



0



0



X



X



0



1



1



0



1



0



0



1



1



1



Memori



Memori



3. Alat dan Bahan 3.1 Alat a. Power Supply b. Jumper c. Laptop / PC d. Protoboard e. Voltmeter



3.2 Bahan a. Sensor Suhu LM35



= 1 buah



b. Arduino Uno + Kabel



= 1 buah



c. Driver Pemanas / SSR



= 1 buah



d. Kipas



= 1 buah



e. Resistor 10k



= 2 buah



f. Potensiometer 10k



= 2 buah



g. Resistor 1k



= 7 buah



h. Resistor 15k



= 2 buah



i. Resistor 18k



= 1 buah



j. Resistor 22k



= 1 buah



k. Kapasitor 100uF



= 2 buah



l. Kapasitor 47uF



= 1 buah



m. Dioda Zener 5V1



= 1 buah



n. IC CA3140



= 2 buah



o. IC 4093



= 1 buah



4. Pelaksanaan Percobaan 1. Gambar Rangkaian



Gambar Rangkaian Percobaan 2.



Cara Kerja Rangkaian



Rangkaian ini akan menyalakan pemanas ketika diberi catu daya. Mula-mula mengeset nilai set point atas dan bawah yang telah ditentukan. Kondisi awal suhu dibawah set point atas dan bawah, maka pemanas ON dan kipas OFF. Ketika suhu melebihi set point bawah dan dibawah set point atas maka pemanas tetap ON dan kipas tetap OFF. Ketika suhu melebihi set point atas dan bawah maka pemanas akan OFF dan kipas akan ON untuk mendinginkan pemanas. Kondisi kembali ke suhu melebihi set point bawah dan dibawah set point atas maka pemanas tetap OFF dan kipas tetap ON hingga dibawah set point bawah. Kondisi ini akan berulang hingga catu daya dilepaskan.



3. 1.



Langkah Percobaan Merangkai komponen sesuai gambar rangkaian percobaan dan membuat program simulink pada Matlab.



2.



Menyalakan Power Supply dengan sumber DC diatur sebesar 12 Volt.



3.



Mengatur tegangan potensiometer dengan voltmeter agar menghasilkan tegangan set point atas dan set point bawah.



4.



Vspl (V)



Vsph (V)



2,75



3



3,25



3,5



Menyalakan sumber AC untuk memulai percobaan, yaitu untuk menyalakan pemanas.



5.



Menjalankan program simulink pada MATLAB.



6.



Mengamati kenaikan suhu pada scope antara Ta dan Tspl serta Tsph.



7.



Setelah waktu pada simulink selesai, salin gambar yang ada di dalam scope dengan menggunakan workspace.



4.



Program Simulink



Program Simulink pada Matlab



5. Hasil Percobaan Gambar Percobaan pada Scope a. Set Point Bawah 55°C dan Set Point Atas 60oC



b. Set Point Bawah 65°C dan Set Point Atas 70oC



6. Pembahasan



Sensor suhu LM35 berfungsi sebagai penerima sinyal yaitu suhu dengan spesifikasi 10mV/°C, artinya tegangan akan bertambah 10mV setiap perubahan 1°C. Untuk suhu 0-100°C maka tegangan keluarannya adalah 0-1V. Op Amp 1 sebagai penguat tak membalik 5x untuk menguatkan pembacaan tegangan sensor LM35 agar dapat dibaca oleh Arduino dengan optimal yaitu 0-5V. Op Amp 2 dan Op Amp 3 sebagai pembanding untuk menentukan masukan pada Flip-Flop. IC 4093 adalah SR Flip Flop dengan gerbang NAND. Artinya Flip Flop tersebut menggunakan kondisi aktif rendah. Output Op Amp 2 (VspH) masuk ke Reset dan output Op Amp 3 (VspL) masuk ke Set. Ketika suhu aktual kurang dari set point bawah dan atas (TaTspH) maka output Op Amp 2 (VspH) berlogik ‘0’ dan output Op Amp 3 (VspL) berlogik ‘1’. Ketika kondisi ini, Set berlogik ‘1’ dan Reset berlogik ‘0’, maka output Q berlogik ‘0’ dan pemanas OFF. Ketika suhu aktual lebih dari set point bawah dan kurang dari set point atas (Ta>TspL dan TaTspL,



1



1



Ta