https://journal.trunojoyo.ac.id/triac

## Pengaruh Kendali Kecepatan Motor DC Pada Chopper Drive
M. Muskhaful Imam 1 , M. Shalahuddin Al Misbah 2 , Rafli Setiawan 3
Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik dan Ilmu Kelautan Universitas Hang Tuah Jl. Arief Rahman Hakim No. 150 Surabay
Email : muskhaful30@gmail.com, sholahuddin351@gmail.com , raflisetiawanz@gmail.com
Abstrak  -  Motor  DC  adalah  motor  yang  mudah  dalam pengaplikasiannya. namun dalam pengaplikasiannya, kecepatan  motor  DC  seringkali  terjadi  penurunan  yang diakibatkan  oleh  beban  sehingga  kecepatan  motor  DC  tidak konstan.  Karena  kecepatan  motor  DC  sering  terjadi penurunan  dan  tidak  konstan  maka  terdapat  berbagai penelitian  yang  sudah  dilakukan.  Penelitian  ini  membahas pengaruh  pengendalian  kecepatan  motor  DC  dengan menggabungkan  elektronika  daya  sebagai  pencatu,  sistem elektris  pada  motor  DC,  dan  sistem  mekanis  dari  beban motor DC yang disimulasikan menggunakan software Matlab. Penelitian  ini  menggunakan  permodelan chopper kuadran satu  sebagai  konfigurasi  sistem,  dengan  menambahkan kontrol  kecepatan  dan  kontrol  arus  pada  motor  DC. Kecepatan  pada  motor  DC  diatur  menggunakan  tegangan jangkarnya, dalam hal ini dapat dilakukan dengan penyearah terkendali.  Kecepatan  pada  motor  DC  dikontrol  dengan menggunakan  metode  PI  ( Proportional-Integral ).  Pada penelitian  ini  kontrol  PI  difungsikan  sebagi  pengotrol kecepatan  awal  motor  DC.  Hasil  pengontrolan  pada  motor DC  merupakan  nilai  arus  refrensi  (Iref).  Arus  refrensi  ini akan  dibandingkan  dengan  arus  jangkar  untuk  mengatur pencatuan thrysistor. Pengaturan close-loop akan menghasilkan  kecepatan  yang  dapat  dipertahankan  untuk beban dinamis.
Kata kunci: Motor DC,  Penyearah Terkendali , Proportional-Integral , Close- loop .

## I. PENDAHULUAN
Motor  DC  merupakan  motor  yang  mudah  dalam pengaplikasikan. Karena kemudahannya, motor DC sering digunakan  untuk  berbagai  macam  keperluan,  seperti peralatan pada indusrti maupun rumah tangga. Motor DC merupakan  merupakan  motor  dengan  arus  searah  yang memiliki  dua  terminal  dan  memerlukan  tegangan  arus searah  atau  DC  ( Direct Current)  untuk  menggerakannya [1].  Namun  dalam  pengaplikasiannya,  kecepatan  motor DC  seringkali  terjadi  penurunan  diakibatkan  dari  beban yang  ada,  sehingga  kecepatan  motor  DC  tidak  konstan. Putaran  pada  motor  DC  dapat  diubah  –  ubah  sesuai dengan  putaran  beban  dan  dapat  mengatur  perpindahan putaran  yang  halus.  Hal  tersebut  diperlukan  agar  dapat mengurangi  besarnya  arus  pada  saat  motor  DC  dalam keadaan start ,  meredam  getaran  dan  hentakan  mekanik pada  saat starting. Karena  itu  banyak  dilakukan berbagai macam cara untuk mengatur putaran motor DC.
Sumber  utama  dari  motor  DC  merupakan  sumber tegangan  arus  searah,  yang  berfungsi  sebagai  catu  daya. Catu daya tersebut berupa arus searah atau sering disebut DC (Direct  Current) .  Karena  pada  peneitian  ini menggunakan  permodelan chopper. Beberapa  konverter daya  yang  digunakan  untuk  mengendalikan  kecepatan
motor  DC  antara  lain  penyearah    terkendali  dan  DC chopper [2].  Dalam  penelitian    ini,    pengendalian kecepatan  motor  DC  diusulkan  menggunakan DC chopper ,    yaitu  sebuah  peralatan  konverter  untuk tegangan    DC,    dimana  konverter    ini    dapat mengendalikan tegangan output  dari  alat tersebut [3].
Chopper memliki  pengertian  yaitu  sakelar  on-off berkecepatan  tinggi  yang  mengubah  tegangan  input  DC tetap  menjadi  tegangan output DC  variabel.  Sebuah chopper dianggap  sebagai  setara  DC  dari  transformator AC  karena  mereka  berperilaku  dengan  cara  yang identik[4].
Penelitian  ini  membahas  simulasi  pengendali kecepatan  motor  DC  dengan chopper  fed menggunakan software Matlab, yaitu dengan Simulink dan Power Sistem Blokset.  Kecepatan  motor  DC  diatur  berdasarkan pengaturan  tegangan  jangkar  menggunakan  pengaturan kecepatan  didalam chopper  fed motor  DC . Simulasi  ini bertujuan  untuk  mengetahui  pengaruh  perubahan  beban terhadap kecepatan motor DC.
II. METODE PENELITIAN
2.1 Konfigurasi Sistem
Sistem  kendali  kecepatan  motor  DC  dengan menggunakan  DC chopper satu  kuadran  berbasis kontroller  PI  yang  diusulkan  dalam  paper  ini  diuji  secara simulasi  dengan  permodelan  seperti  gambar  1.  Pada pengujian  ini  digunakan  motor  DC  dengan  spesifikasi 5HP/240V sebagai beban. Gambar 1 menunjukkan sistem kendali  motor  DC  dengan  permodelan chopper yang dilengkapi  kontrol  kecepatan,  kontrol  arus,  dan scope sebagai penampil hasil simulasi.
Gbr. 1 Konfigurasi Sistem
https://journal.trunojoyo.ac.id/triac

## 2.2 Motor DC
Motor  DC  adalah  sebuah  alat  yang  mengubah  energi listrik  DC  menjadi  energi  mekanik  [5].  Pada  motor  DC, kumparan  yang  dialiri  arus  listrik  akan  menghasilkan medan magnet yang mencakup kumparan jangkar dengan arah  tertentu  [6].  Kumparan  medan  pada  motor  DC disebut  stator  (bagian  yang  tidak  berputar)  sedangkan kumparan  jangkar  disebut  rotor  (bagian  yang  berputar) [7].  Motor  DC  dapat  difungsikan  sebagai  generator  dan sebaliknya generator DC dapat difungsikan sebagai motor DC  melalui  medium  magnet  seperti  yang  ditunjukkan pada Gbr. 2.

## 3 H ASIL DAN P EMBAHASAN
Gbr. 2 Spesifikasi Motor DC
2.3 Kontrol PI
Kontrol PI merupakan suatu kontrol standar yang dapat digunakan  untuk  mengoreksi  kesalahan  antara  nilai pengukuran  dengan  penyimpangannya  [8].  Kontrol  PI  di desain  untuk  memperbaiki  nilai error yang  terjadi  antara nilai umpan balik dan nilai set point yang telah ditentukan [9].  PI  ( Proportional  integral )  merupakan  sebuah  logika yang  terdiri  dari  dua  komponen  penyusunan,  yaitu  P ( Proportional )  dan  I  ( Integral ),  dimana  gabungan  aksi kontrol  PI  memiliki  keunggulan  dibandingkan  dengan masing-masing  kontrol  yang  menyusunnya  [10]. Pengontrol  proporsional  mengerjakan  sistem  kontrol proporsional dengan error yang mengakibatkan efek pada pengurangan rise  time dan  menimbulkan  kesalahan keadaan  tunak  ( offset ).  Suatu  pengontrol  integral  yang memberikan  aksi  kontrol  sebanding  dengan  jumlah kesalahan  akan  mengakibatkan  efek  yang  baik  dalam mengurangi  kesalahan,  keadaan  tunak  tetapi  dapat mengakibatkan  respon  transien  yang  memburuk. Pengetahuan  tentang  efek  yang  diakibatkan  oleh  masing- masing pengontrol tersebut yang nantinya akan digunakan pengendalian  aliran  tersebut  memerlukan  sebuah  kontrol untuk  rectifier,  dimana  kontrol  yang  digunakan  yaitu kontrol PI analog.
Gbr. 3 Rangkaian Kontrol PI dan nilai gain dari kontroler

## 2.4 DC Chopper
DC  Chopper  adalah  sebuah converter daya  DC  yang tegangan  outputnya  dapat  dikendalikan,  sehingga  banyak digunakan  untuk  mengendalikan  peralatan  listrik  yang menggunakan sumber tegangan DC, seperti motor DC [4]. Berdasarkan  struktur  switchnya,  DC chopper terdiri  dari DC chopper satu kuadran, dua kuadran dan empat kuadran [4].  Dalam  penelitian  ini  digunakan  DC chopper satu kuadran  yang  dapat  beroperasi  pada  kuadran  satu  pada sistem  kuadran.  Pada  kuadran  satu  ini,  motor  hanya beroperasi  pada  arah  putaran  maju  dengan  arah  tegangan dan  arus  juga  maju,  yang  disebut  juga  dengan forward current dan forward  voltage .  Skema  DC chopper satu kuadran  ditunjukan  oleh  Gbr.  4,  yang  terdiri  dari switch daya GTO, inductor dan dioda.
Gbr. 4 DC Chopper

## III. H ASIL DAN PEMBAHASAN
Menjelaskan  hasil  analisis  data  serta  pembahasan khususnya  dalam  menjawab  pernyataan  penelitian tentang  bagaimana  temuan  tersebut  didapat.  Hasil  dan
https://journal.trunojoyo.ac.id/triac
Pembahasan  ditulis  dalam  Kecepatan  awal  di  set  150 rad/s.  Besarnya  penurunan  torsi  tidak  memberikan pengaruh  pada  kecepatan  motor.  Simulasi  pengendali kecepatan  motor  DC  metode  pengendalian  proporsional integral (Kp = 1,7 dan Ki = 17) menggunakan penyearah terkendali  jenis  semi  konverter  dengan  software Matlab/Simulink.
3.1 Nilai Output Torsi Motor DC dengan Kecepatan 150 rpm
3.1.1 Nilai Output Motor DC Tanpa Beban
Pada  Percobaan  pertama  ini  menggunakan  inputan Vref  150  dengan  beban  0  Nm.  Hasil  percobaan  tersebut menunjukkan  nilai  Vout  =  149,181.  Perbedaan  antara menggunakan  kontrol  dan  tanpa  kontrol  yaitu  pada Time measure nya  yang  dapat  dilihat  pada  saat  menggunakan Kontrol 0,18s dan tanpa Kontrol 0,42s. Steady state yang didapat  dari  penggunaan  kontrol  1,44s,  sedangkan  tanpa kontrol  1,9s.  Waktu  percobaan  yg  didapat  yaitu  2s.  Pada saat  starting  awal  menggunakan  kontrol  mendapatkan 1500 Rpm dan tanpa kontrol mendapatkan 1493 Rpm.

## Gbr. 5 Kondisi tanpa beban
3.1.2 Nilai Output Motor DC dengan Kondisi beban 1 Nm
Pada  Percobaan  kedua  menggunakan  inputan  Vref 150  dengan  beban  1  Nm.  Hasil  percobaan  tersebut menunjukkan  nilai  Vout  =  149,032.  Perbedaan  antara menggunakan  kontrol  dan  tanpa  kontrol  yaitu  pada Time measure nya  yang  dapat  dilihat  pada  saat  menggunakan kontrol  0,19s dan  tanpa Kontrol 1,40s. Steady  state yang didapat  dari  penggunaan  kontrol  0,37s,  sedangkan  tanpa kontrol  1,43s.  Waktu  percobaan  yang  didapat  yaitu  2s. Pada  saat  starting  awal  menggunakan  kontrol mendapatkan  1520  Rpm  dan  tanpa  kontrol  mendapatkan 1488 Rpm.

## 3.1.3 Nilai  Output  Motor  DC  dengan  Kondisi  Beban  2 Nm
Pada  Percobaan  kedua  menggunakan  inputan  Vref 150  dengan  beban  2  Nm.  Hasil  percobaan  tersebut menunjukkan  nilai  Vout  =  149,025.  Perbedaan  antara menggunakan  kontrol  dan  tanpa  kontrol  yaitu  pada Time measure nya  yang  dapat  dilihat  pada  saat  menggunakan kontrol  0,19s  dan  tanpa  kontrol  0,45s. Steady  state yang didapat  dari  penggunaan  kontrol  0,36s,  sedangkan  tanpa kontrol  1,97s.  Waktu  percobaan  yang  didapat  yaitu  2s. Pada  saat  starting  awal  menggunakan  kontrol mendapatkan  1521  Rpm  dan  tanpa  kontrol  mendapatkan 1482 Rpm.

## Gbr. 7 Kondisi dengan beban 2 Nm
3.1.4 Nilai Output Motor DC dengan Kondisi beban 3 Nm
Pada  Percobaan  kedua  menggunakan  inputan  Vref 150  dengan  beban  3  Nm.  Hasil  percobaan  tersebut menunjukkan  nilai  Vout  =  149,025.  Perbedaan  antara menggunakan  kontrol  dan  tanpa  kontrol  yaitu  pada Time measure nya  yang  dapat  dilihat  pada  saat  menggunakan Kontrol  0,2s  dan  tanpa  Kontrol  0,48s. Steady  state yang didapat dari penggunaan    kontrol 0,45s, sedangkan tanpa kontrol 1,31s. Waktu percobaan yg didapat yaitu 2s. Pada saat  starting  awal  menggunakan  kontrol  mendapatkan 1507 Rpm dan tanpa kontrol mendapatkan 1476 Rpm.
Gbr. 8 Kondisi dengan beban 3 Nm

## Tabel. I H ASIL A NALISA K ECEPATAN T ANPA K ONTROL B
ERKECEPATAN 150. Beban Vref Time Measure V.Speed Steady State 0 Nm 150 V 0,42 s 1493 rpm 1,9 s 1 Nm 150 V 1,40 s 1488 rpm 1,43 s 2 Nm 150 V 0,45 s 1482 rpm 1,97 s 3 Nm 150 V 0,48 s 1476 rpm 1,31 s
https://journal.trunojoyo.ac.id/triac
Tabel. II H ASIL A NALISA K ECEPATAN DENGAN K ONTROL PI
B ERKECEPATAN 150. Beban Vref Time Measure V.Speed Steady State 0 Nm 150 V 0,18 s 1500 rpm 1,44 s 1 Nm 150 V 0,19 s 1520 rpm 0,37 s 2 Nm 150 V 0,19 s 1521 rpm 0,36 s 3 Nm 150 V 0,2 s 1507 rpm 0,45 s 3.2 Nilai  Output  Torsi  Motor  DC  dengan  Kecepatan  300 rpm
3.2.1 Nilai Output Motor DC Tanpa Beban
Pada  Percobaan  pertama  ini  menggunakan  inputan Vref  300  dengan  beban  0  Nm.  Hasil  percobaan  tersebut menunjukkan  nilai  Vout  =  279,057.  Perbedaan  antara menggunakan  kontrol  dan  tanpa  kontrol  yaitu  pada Time measure nya  yang  dapat  dilihat  pada  saat  menggunakan kontrol  0,34s  dan  tanpa  kontrol  1,22s. Steady  state yang didapat  dari  penggunaan  kontrol  1,81s,  sedangkan  tanpa kontrol  1,84s.  Waktu  percobaan  yang  didapat  yaitu  2s. Pada  saat  starting  awal  menggunakan  kontrol mendapatkan  3000  Rpm  dan  tanpa  kontrol  mendapatkan 2992 Rpm.

## Gbr. 9 Kondisi tanpa beban
3.2.2 Nilai Output Motor DC dengan Kondisi Beban 1 Nm
Pada  Percobaan  kedua  menggunakan  inputan  Vref 300  dengan  beban  1  Nm.  Hasil  percobaan  tersebut menunjukkan  nilai  Vout  =  279,044.  Perbedaan  antara menggunakan  kontrol  dan  tanpa  kontrol  yaitu  pada Time measure nya  yang  dapat  dilihat  pada  saat  menggunakan kontrol  0,36s  dan  tanpa  kontrol  1,88s.  Steady  state  yang didapat  dari  penggunaan  kontrol  0,74s,  sedangkan  tanpa kontrol  1,92s.  Waktu  percobaan  yang  didapat  yaitu  2s. Pada  saat  starting  awal  menggunakan  kontrol mendapatkan  3002  Rpm  dan  tanpa  kontrol  mendapatkan 2985 Rpm.

## Gbr. 10 Kondisi dengan beban 1 Nm

## 3.2.3 Nilai Output Motor DC dengan kondisi beban 2 Nm
Pada  Percobaan  kedua  menggunakan  inputan  Vref 300  dengan  beban  2  Nm.  Hasil  percobaan  tersebut menunjukkan  nilai  Vout  =  279,043.  Perbedaan  antara menggunakan  kontrol  dan  tanpa  kontrol  yaitu  pada Time measure nya  yang  dapat  dilihat  pada  saat  menggunakan Kontrol  0,38s  dan  tanpa  Kontrol  1,2s. Steady  state yang didapa t dari penggunaan kontrol 0,64s, sedangkan tanpa kontrol  1,24s.  Waktu  percobaan  yang  didapat  yaitu  2s. Pada  saat  starting  awal  menggunakan  kontrol mendapatkan  3007  Rpm  dan  tanpa  kontrol  mendapatkan 2979 Rpm.
Gbr. 11 Kondisi dengan beban 2 Nm

## 3.2.4 Nilai Output Motor DC dengan kondisi beban 3 Nm
Pada  Percobaan  kedua  menggunakan  inputan  Vref 300  dengan  beban  3  Nm.  Hasil  percobaan  tersebut menunjukkan  nilai  Vout  =  279,044.  Perbedaan  antara menggunakan  kontrol  dan  tanpa  kontrol  yaitu  pada Time measure nya  yang  dapat  dilihat  pada  saat  menggunakan kontrol  0,4s  dan  tanpa  kontrol  1,35s. Steady  state yang didapat  dari  penggunaan  kontrol  0,59s,  sedangkan  tanpa kontrol  1,72s.  Waktu  percobaan  yang  didapat  yaitu  2s. Pada  saat  starting  awal  menggunakan  kontrol mendapatkan  3014  Rpm  dan  tanpa  kontrol  mendapatkan 2973 Rpm .
https://journal.trunojoyo.ac.id/triac
Gbr. 12 Kondisi dengan beban 3 Nm
Tabel. III H
ASIL A NALISA K ECEPATAN T ANPA K ONTROL B ERKECEPATAN 300 RPM . Beban Vref Time Measure V.Speed Steady State 0 Nm 300V 1,22 s 2992 rpm 1,84 s 1 Nm 300 V 1,88 s 2985 rpm 1,92 s 2 Nm 300 V 1,2 s 2979 rpm 1,24 s 3 Nm 300 V 1,35 s 2973 rpm 1,72 s Tabel. IV Hasil Analisa Kecepatan Dengan Kontrol PI Berkecepatan 300 rpm. Beban Vref Time Measure V.Speed Steady State 0 Nm 300 V 0,34 s 3000 rpm 1,81 s 1 Nm 300 V 0,36 s 3002 rpm 0,74 s 2 Nm 300 V 0,38 s 3007 rpm 0,64 s 3 Nm 300 V 0,4 s 3014 rpm 0,59 s
IV. KESIMPULAN V.
1. Dari  hasil  analisa  pada  tabel  dapat  disimpulkan,  jika Vref semakin kecil maka steady state semakin besar.
2. Perubahan  kecepatan  berpengaruh  dalam  besarnya kecilnya nilai time measure.
3. Pengaturan kecepatan didalam chopper fed motor DC dapat  digunakan  untuk  sistem  yang  memerlukan kecepatan konstan.
4. Pengaturan kecepatan didalam chopper fed juga dapat meningkatkan rotasi yang dihasilkan oleh motor DC.

## D AFTAR P USTAKA
[1] R. Hansza and S. I. Haryudo, “Rancang Bangun Kontrol Motor
Dc Dengan Pid Menggunakan Perintah Suara Dan Monitoring Berbasis Internet of Things ( Iot ),” Tek. Elektro , vol. 09, no.
02, pp. 477–485, 2020.
[2] M. I. Esario and M. Yuhendri, “Kendali Kecepatan Motor DC Menggunakan DC Chopper Satu Kuadran Berbasis Kontroller PI,” vol. 06, no. 01, pp. 296–305, 2020.
[3] V.  Berzan,  I.  Ermurachi,  D.  Lucache,  and  M.  Albu,  “98.2%
Efficiency, Low Cost, 6.6-kW AC/DC Converter for HEV/EV On-Board  Charger,” EPE  2018  -  Proc.  2018  10th  Int.  Conf.
Expo.  Electr.  Power  Eng. ,  pp.  791–796,  2018,  doi: 10.1109/ICEPE.2018.8559641.
[4] R.  Nagarajan,  S.  Sathishkumar,  S.  Deepika,  G.  Keerthana,  J. K.  Kiruthika,  and  R.  Nandhini,  “Implementation  of  Chopper Fed Speed Control of Separately Excited DC Motor Using PI Controller,” Int.  J.  Eng.  Comput.  Sci. ,  no.  March,  2017,  doi: 10.18535/ijecs/v6i3.42.
[5] M. F. Untoro, M. A. .R, D. Lestyo, B. Y. Dewantara, and I. D. P.  K,  “Pengendali  Kecepatan  Motor  Dc  Dengan  Penyearah Terkendali Semi Konverter,” pp. 175–178, 2009.
[6] D.  Setiawan,  J.  Yos  Sudarso  Km,  K.  Kunci,  and  A.  Uno, “Sistem  Kontrol  Motor  Dc  Menggunakan  Pwm  Arduino Berbasis Android System,” J. Sains, Teknol. dan Ind. , vol. 15, no. 1, pp. 7–14, 2017, [Online]. Available: http://ejournal.uin- suska.ac.id/index.php/sitekin/article/view/4131.
[7] H.  Putra,  S.  Jie,  and  A.  Djohar,  “Perancangan  Sepeda  Listrik Dengan  Menggunakan  Motor  Dc  Seri,” J.  Fokus  Elektroda Energi  List.  Telekomun.  Komputer,  Elektron.  dan  Kendali) , vol. 4, no. 2, 2019, doi: 10.33772/jfe.v4i2.6270.
[8] M.  Irhas,  Iftitah,  and  S.  A.  A.  Ilham,  “PENGGUNAAN KONTROL  PID  DENGAN  BERBAGAI  METODE  UNTUK ANALISIS PENGATURAN KECEPATAN MOTOR DC,” J. Fis. dan Ter. , vol. 7, no. 2020, pp. 87–96, 2020.
[9] L. Syafaah, D. Suhardi, and I. Pakaya, “Kontrol Proportional- Integral  (  PI  )  Optimal  Pada  Motor  Servo  DC  Menggunakan Algoritma  Particle  Swarm  Optimization  (  PSO  ),”  pp.  613– 618, 2016.
[10] P. P. Putranto, S. M. Sungkono, and S. M. Edi Sulistio Budi, “IMPLEMENTASI METODE PI (PROPORTIONAL
INTEGRAL) PADA PENGATURAN KECEPATAN CRUSHER MOTOR DALAM PROSES EKSTRAKSI BUAH APEL,” J. Elkolind , vol. 03, no. 1, pp. 68–76, 2016.