Modulasi Lebar Pulsa (PWM - Pulse Width Modulation)
Ada banyak cara berbeda untuk mengendalikan kecepatan motor DC tetapi satu cara yang sangat sederhana dan mudah adalah dengan menggunakan Pulse Width Modulation (PWM). Tetapi sebelum kita mulai melihat masuk dan keluarnya modulasi lebar pulsa kita perlu memahami sedikit lebih banyak tentang bagaimana Motor DC bekerja.
Di sebelah Motor Stepper, Permanent Magnet DC Motor (PMDC) adalah jenis motor arus searah kecil yang paling umum digunakan yang menghasilkan kecepatan rotasi kontinu yang dapat dengan mudah dikendalikan. Motor DC kecil ideal untuk digunakan dalam aplikasi yang memerlukan kontrol kecepatan seperti pada mainan kecil, model, robot, dan rangkaian elektronik lainnya.
Motor DC pada dasarnya terdiri dari dua bagian, badan stasioner motor yang disebut "Stator" dan bagian dalam yang berputar menghasilkan gerakan yang disebut "Rotor". Untuk mesin DC rotor umumnya disebut "Amature/Angker".
Secara umum pada motor DC tugas ringan kecil, stator terdiri dari sepasang magnet permanen tetap yang menghasilkan fluks magnet seragam dan stasioner di dalam motor yang memberikan jenis motor ini nama motor "permanen-magnet direct-current" (PMDC).
Armature atau angker motor terdiri dari kumparan listrik individual yang dihubungkan bersama dalam konfigurasi melingkar di sekitar badan logamnya yang menghasilkan Kutub Utara, kemudian Kutub Selatan, Kutub Utara, dst, jenis konfigurasi sistem medan.
Arus yang mengalir di dalam kumparan rotor ini menghasilkan medan elektromagnetik yang diperlukan. Medan magnet melingkar yang dihasilkan oleh belitan angker menghasilkan kutub utara dan selatan di sekeliling angker yang ditolak atau ditarik oleh magnet permanen stator yang menghasilkan gerakan rotasi di sekitar poros tengah motor seperti yang ditunjukkan.
Ketika angker memutar arus listrik dilewatkan dari terminal motor ke set berikutnya gulungan angker melalui sikat karbon yang terletak di sekitar komutator menghasilkan medan magnet lain dan setiap kali angker memutar satu set gulungan angker baru diberi energi memaksa angker untuk berputar lebih dan lebih banyak lagi.
Jadi untuk kecepatan rotasi motor DC ini tergantung pada interaksi antara dua medan magnet, yang satu diatur oleh magnet permanen stator stasioner dan yang lainnya diatur oleh angker memutar elektromagnet dan dengan mengendalikan interaksi ini kita bisa mengontrol kecepatan rotasi.
Medan magnet yang dihasilkan oleh magnet permanen stator adalah tetap dan oleh karena itu tidak dapat diubah tetapi jika kita mengubah kekuatan medan elektromagnetik angker dengan mengendalikan arus yang mengalir melalui belitan, akan dihasilkan lebih sedikit atau lebih sedikit fluks magnet yang menghasilkan lebih kuat atau lebih lemah interaksi dan karenanya kecepatan yang lebih cepat atau lebih lambat.
Maka kecepatan rotasi dari motor DC (N) sebanding dengan ggl-balik ( Vb ) dari motor dibagi dengan fluks magnetik (yang untuk magnet permanen adalah konstan) kali konstanta elektromekanis tergantung pada sifat dari gulungan angker ( Ke ) memberi kita persamaan: N ∝ V/Ke Φ.
Jadi bagaimana kita mengendalikan aliran arus melalui motor. Yah banyak orang berusaha untuk mengendalikan kecepatan motor DC menggunakan variabel resistor besar (Rheostat) secara seri dengan motor seperti yang ditunjukkan.
Meskipun ini dapat bekerja, seperti halnya dengan balap mobil slot Scalextric, ini menghasilkan banyak panas dan tenaga yang terbuang dalam resistansi. Kemudian salah satu cara mudah dan sederhana untuk mengontrol kecepatan motor adalah dengan cara mengatur jumlah tegangan yang masuk di terminalnya dan ini dapat dicapai dengan memakai "Pulse Width Modulation" atau PWM.
Seperti namanya, kontrol kecepatan modulasi lebar pulsa atau PWM bekerja dengan menggerakkan motor dengan serangkaian pulsa "ON-OFF" dan memvariasikan siklus kerja, fraksi waktu tegangan output "ON" dibandingkan dengan ketika "OFF", dari pulsa sambil menjaga frekuensi konstan.
Daya yang diberikan pada motor dapat dikontrol dengan memvariasikan lebar pulsa yang diterapkan ini dan dengan demikian memvariasikan tegangan DC rata-rata yang diterapkan pada terminal motor. Dengan mengubah atau memodulasi waktu pulsa ini, kecepatan motor dapat dikontrol, yaitu, semakin lama pulsa "ON", semakin cepat motor akan berputar dan juga, semakin pendek pulsa "ON" semakin lambat motor akan berputar.
Dengan kata lain, semakin lebar pulsa, semakin banyak tegangan rata-rata yang diterapkan ke terminal motor, semakin kuat fluks magnetik di dalam gulungan dinamo dan semakin cepat motor akan berputar dan ini ditunjukkan di bawah ini.
Penggunaan PWM untuk mengendalikan motor kecil memiliki keuntungan karena kehilangan daya dalam transistor switching kecil karena transistor sepenuhnya "ON" atau sepenuhnya "OFF". Sebagai hasilnya, transistor switching memiliki disipasi daya yang jauh berkurang sehingga memberikannya tipe kontrol linier yang menghasilkan stabilitas kecepatan yang lebih baik.
Juga amplitudo tegangan motor tetap konstan sehingga motor selalu pada kekuatan penuh. Hasilnya adalah bahwa motor dapat diputar lebih lambat tanpa berhenti. Jadi bagaimana kita bisa menghasilkan sinyal PWM untuk mengendalikan motor. Mudah saja, gunakan rangkaian Osilator 555 Astabil seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Rangkaian sederhana ini yang didasarkan pada chip timer NE555 atau 7555 yang biasa digunakan untuk menghasilkan sinyal modulasi lebar pulsa yang diperlukan pada output frekuensi tetap. Kapasitor timing C diisi dan dilepaskan oleh arus yang mengalir melalui jaringan timing RA dan RB seperti yang kita lihat dalam tutorial Timer 555 Astabil.
Sinyal output pada pin 3 dari 555 timer sama dengan tegangan supply yang membuat transistor sepenuhnya “ON”. Waktu yang dibutuhkan untuk kapasitor C untuk mengisi atau debit tergantung pada nilai-nilai RA, RB.
Kapasitor mengisi melalui jaringan RA tetapi dialihkan di sekitar jaringan resistif RB dan melalui dioda D1. Segera setelah kapasitor diisi, ia segera dikeluarkan melalui dioda D2 dan jaringan RB ke dalam pin 7. Selama proses pemakaian, output pada pin 3 adalah pada 0 V dan transistor dimatikan "OFF".
Maka waktu yang dibutuhkan kapasitor, C untuk melalui satu siklus pengisian-pengosongan lengkap tergantung pada nilai RA, RB dan C dengan waktu T untuk satu siklus lengkap diberikan sebagai:
Waktu, TH, di mana outputnya "ON" adalah: TH = 0.693 (RA).C
Waktu, TL, yang output adalah “OFF” adalah: TL = 0.693 (RB).C
Total "ON" - "OFF" waktu siklus diberikan sebagai: T = TH + TL dengan frekuensi output ƒ = 1/T
Dengan nilai-nilai komponen yang ditunjukkan, siklus kerja gelombang dapat disesuaikan dari sekitar 8.3% (0.5V) menjadi sekitar 91.7% (5.5V) menggunakan catu daya (power-supply) 6.0V. Frekuensi Astabil konstan pada sekitar 256 Hz dan motor diaktifkan "ON" dan "OFF" pada tingkat ini.
Resistor R1 ditambah “atas” bagian dari potensiometer, VR1 mewakili jaringan resistif RA. Sementara “bawah” bagian dari potensiometer ditambah R2 mewakili jaringan resistif RB di atas.
Nilai-nilai ini dapat diubah ke berbagai aplikasi yang berbeda dan motor DC tetapi dengan ketentuan bahwa rangkaian 555 Astabil berjalan cukup cepat pada minimum beberapa ratus Hertz, tidak boleh ada jerkiness (tersentak-sentak) dalam putaran motor.
Dioda D3 adalah favorit lama kami, dioda roda gila (dioda flywheel) yang digunakan untuk melindungi rangkaian elektronik dari muatan induktif motor. Juga jika beban motor tinggi, pasang heatsink pada switching Transistor atau MOSFET.
Modulasi Lebar Pulsa (PWM - Pulse Width Modulation) adalah metode yang bagus untuk mengontrol jumlah daya yang dikirim ke suatu beban tanpa menghilangkan daya yang terbuang. Rangkaian di atas juga dapat digunakan untuk mengontrol kecepatan kipas atau untuk meredupkan kecerahan lampu DC atau LED. Jika Anda perlu mengontrolnya, gunakan Pulse Width Modulation atau PWM ini untuk melakukannya.
Di sebelah Motor Stepper, Permanent Magnet DC Motor (PMDC) adalah jenis motor arus searah kecil yang paling umum digunakan yang menghasilkan kecepatan rotasi kontinu yang dapat dengan mudah dikendalikan. Motor DC kecil ideal untuk digunakan dalam aplikasi yang memerlukan kontrol kecepatan seperti pada mainan kecil, model, robot, dan rangkaian elektronik lainnya.
Motor DC pada dasarnya terdiri dari dua bagian, badan stasioner motor yang disebut "Stator" dan bagian dalam yang berputar menghasilkan gerakan yang disebut "Rotor". Untuk mesin DC rotor umumnya disebut "Amature/Angker".
Secara umum pada motor DC tugas ringan kecil, stator terdiri dari sepasang magnet permanen tetap yang menghasilkan fluks magnet seragam dan stasioner di dalam motor yang memberikan jenis motor ini nama motor "permanen-magnet direct-current" (PMDC).
Armature atau angker motor terdiri dari kumparan listrik individual yang dihubungkan bersama dalam konfigurasi melingkar di sekitar badan logamnya yang menghasilkan Kutub Utara, kemudian Kutub Selatan, Kutub Utara, dst, jenis konfigurasi sistem medan.
Arus yang mengalir di dalam kumparan rotor ini menghasilkan medan elektromagnetik yang diperlukan. Medan magnet melingkar yang dihasilkan oleh belitan angker menghasilkan kutub utara dan selatan di sekeliling angker yang ditolak atau ditarik oleh magnet permanen stator yang menghasilkan gerakan rotasi di sekitar poros tengah motor seperti yang ditunjukkan.
Magnet Permanen Motor 2-kutub
Ketika angker memutar arus listrik dilewatkan dari terminal motor ke set berikutnya gulungan angker melalui sikat karbon yang terletak di sekitar komutator menghasilkan medan magnet lain dan setiap kali angker memutar satu set gulungan angker baru diberi energi memaksa angker untuk berputar lebih dan lebih banyak lagi.
Jadi untuk kecepatan rotasi motor DC ini tergantung pada interaksi antara dua medan magnet, yang satu diatur oleh magnet permanen stator stasioner dan yang lainnya diatur oleh angker memutar elektromagnet dan dengan mengendalikan interaksi ini kita bisa mengontrol kecepatan rotasi.
Medan magnet yang dihasilkan oleh magnet permanen stator adalah tetap dan oleh karena itu tidak dapat diubah tetapi jika kita mengubah kekuatan medan elektromagnetik angker dengan mengendalikan arus yang mengalir melalui belitan, akan dihasilkan lebih sedikit atau lebih sedikit fluks magnet yang menghasilkan lebih kuat atau lebih lemah interaksi dan karenanya kecepatan yang lebih cepat atau lebih lambat.
Maka kecepatan rotasi dari motor DC (N) sebanding dengan ggl-balik ( Vb ) dari motor dibagi dengan fluks magnetik (yang untuk magnet permanen adalah konstan) kali konstanta elektromekanis tergantung pada sifat dari gulungan angker ( Ke ) memberi kita persamaan: N ∝ V/Ke Φ.
Meskipun ini dapat bekerja, seperti halnya dengan balap mobil slot Scalextric, ini menghasilkan banyak panas dan tenaga yang terbuang dalam resistansi. Kemudian salah satu cara mudah dan sederhana untuk mengontrol kecepatan motor adalah dengan cara mengatur jumlah tegangan yang masuk di terminalnya dan ini dapat dicapai dengan memakai "Pulse Width Modulation" atau PWM.
Seperti namanya, kontrol kecepatan modulasi lebar pulsa atau PWM bekerja dengan menggerakkan motor dengan serangkaian pulsa "ON-OFF" dan memvariasikan siklus kerja, fraksi waktu tegangan output "ON" dibandingkan dengan ketika "OFF", dari pulsa sambil menjaga frekuensi konstan.
Daya yang diberikan pada motor dapat dikontrol dengan memvariasikan lebar pulsa yang diterapkan ini dan dengan demikian memvariasikan tegangan DC rata-rata yang diterapkan pada terminal motor. Dengan mengubah atau memodulasi waktu pulsa ini, kecepatan motor dapat dikontrol, yaitu, semakin lama pulsa "ON", semakin cepat motor akan berputar dan juga, semakin pendek pulsa "ON" semakin lambat motor akan berputar.
Dengan kata lain, semakin lebar pulsa, semakin banyak tegangan rata-rata yang diterapkan ke terminal motor, semakin kuat fluks magnetik di dalam gulungan dinamo dan semakin cepat motor akan berputar dan ini ditunjukkan di bawah ini.
Gelombang PWM (Modulasi Lebar Pulsa)
Penggunaan PWM untuk mengendalikan motor kecil memiliki keuntungan karena kehilangan daya dalam transistor switching kecil karena transistor sepenuhnya "ON" atau sepenuhnya "OFF". Sebagai hasilnya, transistor switching memiliki disipasi daya yang jauh berkurang sehingga memberikannya tipe kontrol linier yang menghasilkan stabilitas kecepatan yang lebih baik.
Juga amplitudo tegangan motor tetap konstan sehingga motor selalu pada kekuatan penuh. Hasilnya adalah bahwa motor dapat diputar lebih lambat tanpa berhenti. Jadi bagaimana kita bisa menghasilkan sinyal PWM untuk mengendalikan motor. Mudah saja, gunakan rangkaian Osilator 555 Astabil seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Rangkaian sederhana ini yang didasarkan pada chip timer NE555 atau 7555 yang biasa digunakan untuk menghasilkan sinyal modulasi lebar pulsa yang diperlukan pada output frekuensi tetap. Kapasitor timing C diisi dan dilepaskan oleh arus yang mengalir melalui jaringan timing RA dan RB seperti yang kita lihat dalam tutorial Timer 555 Astabil.
Sinyal output pada pin 3 dari 555 timer sama dengan tegangan supply yang membuat transistor sepenuhnya “ON”. Waktu yang dibutuhkan untuk kapasitor C untuk mengisi atau debit tergantung pada nilai-nilai RA, RB.
Kapasitor mengisi melalui jaringan RA tetapi dialihkan di sekitar jaringan resistif RB dan melalui dioda D1. Segera setelah kapasitor diisi, ia segera dikeluarkan melalui dioda D2 dan jaringan RB ke dalam pin 7. Selama proses pemakaian, output pada pin 3 adalah pada 0 V dan transistor dimatikan "OFF".
Maka waktu yang dibutuhkan kapasitor, C untuk melalui satu siklus pengisian-pengosongan lengkap tergantung pada nilai RA, RB dan C dengan waktu T untuk satu siklus lengkap diberikan sebagai:
Waktu, TH, di mana outputnya "ON" adalah: TH = 0.693 (RA).C
Waktu, TL, yang output adalah “OFF” adalah: TL = 0.693 (RB).C
Total "ON" - "OFF" waktu siklus diberikan sebagai: T = TH + TL dengan frekuensi output ƒ = 1/T
Dengan nilai-nilai komponen yang ditunjukkan, siklus kerja gelombang dapat disesuaikan dari sekitar 8.3% (0.5V) menjadi sekitar 91.7% (5.5V) menggunakan catu daya (power-supply) 6.0V. Frekuensi Astabil konstan pada sekitar 256 Hz dan motor diaktifkan "ON" dan "OFF" pada tingkat ini.
Resistor R1 ditambah “atas” bagian dari potensiometer, VR1 mewakili jaringan resistif RA. Sementara “bawah” bagian dari potensiometer ditambah R2 mewakili jaringan resistif RB di atas.
Nilai-nilai ini dapat diubah ke berbagai aplikasi yang berbeda dan motor DC tetapi dengan ketentuan bahwa rangkaian 555 Astabil berjalan cukup cepat pada minimum beberapa ratus Hertz, tidak boleh ada jerkiness (tersentak-sentak) dalam putaran motor.
Dioda D3 adalah favorit lama kami, dioda roda gila (dioda flywheel) yang digunakan untuk melindungi rangkaian elektronik dari muatan induktif motor. Juga jika beban motor tinggi, pasang heatsink pada switching Transistor atau MOSFET.
Modulasi Lebar Pulsa (PWM - Pulse Width Modulation) adalah metode yang bagus untuk mengontrol jumlah daya yang dikirim ke suatu beban tanpa menghilangkan daya yang terbuang. Rangkaian di atas juga dapat digunakan untuk mengontrol kecepatan kipas atau untuk meredupkan kecerahan lampu DC atau LED. Jika Anda perlu mengontrolnya, gunakan Pulse Width Modulation atau PWM ini untuk melakukannya.