Sebagai contoh sebuah pengendali dengan sistem open loop diberikan pada gambar 7.20, merupakan rangkaian pengendali kecepatan motor DC.
Mengapa harus rangkaian elektronika untuk pengendalian kecepatan motor ini ? Mengapa tidak hanya menggunakan sebuah potensiometer saja untuk mengendalikan kecepatan motor dengan cara merubah tegangan yang masuk ke motor?
Gambar 7.20: Pengendali Kecepatan Motor DC
Tentunya ada argumentasi yang sangat mendasar dan penting untuk diketahui mengapa tidak menggunakan sebuah potensiometer saja untuk mengatur kecepatan sebuah motor dc, yaitu:
- Karena jika menggunakan potensiometer maka saat putaran lambat (dengan menurunkan tegangannya) motor akan kehilangan dayanya, sehingga kalau diberi beban akan berhenti.
- Juga banyak daya yang hilang pada potensio tersebut walau saat putarannya lambat sekalipun.
- Untuk itu maka perlu rangkaian elektronika , selain itu saat ini sebagian besar pengendalian diindustri menggunakan rangkaian elektronika karena mempermudah semua pekerjaan diindustri.
Cara kerja rangkaian di atas adalah:
- Pengendalian kecepatan motor rangkaian di atas dengan menggunakan rangkaian saklar elektronik PWM (Pulse Width Modulation), yang pada prinsipnya saklar diseri dengan motor. Jika kecepatan putaran motor ingin rendah maka saklar hanya hidup sebentar kemudian mati secara berulang ulang (lebih panjang waktu matinya dari pada waktu hidupnya) sehingga kecepatan putaran motor menjadi pelan tetapi pemberian tegangannya tak diturunkan sama sekali sehingga tenaga motor tetap ada. Dan jika kecepatan motor ingin tinggi maka saklar elektronik ini akan lebih lama hidupnya dari pada matinya sehingga motor berputar lebih cepat lagi.
- Rangkaian UJT didapat sebagai rangkaian osilator yang menghasilkan pulsa positif dengan frekuensi 400 Hz dan ini sebagai masukan kerangkaian berikutnya.
- Rangkaian berikutnya adalah rangkaian monostabil dengan menggunakan IC digital 74121, yang boleh dikata cukup stabil untuk menghasilkan pulsa keluaran pada pin 1 (keluaran ? dari IC). Lebar pulsa bagian negatif dari monostabil ini dapat diatur oleh potensiometer Rv1. Lebar pulsanya dapat diatur dari 0,1 ms sampai kira-kira 2 ms, jika Rv1 diputar searah jarum jam. Operasi monostabil ini dapat dicegah dengan membuat pin 3 dan 4 IC tersebut diberi logik 1, dengan cara SW1 di off kan sehingga keluaran monostabil itu bertahan pada kondisi tinggi (motor berhenti berputar). SW1 ini sebagai kontrol ONOFF dari motor.
- Pulsa dari monostabil diberikan ke rangkaian driver, yang terdiri dari tiga buah transistor yaitu Tr1, Tr2 dan Tr3. Tujuan dari rangkaian driver ini adalah untuk memastikan bahwa Tr4 disaklar secara cepat antara dua keadaan yang mungkin baik pada kondisi on penuh (saturasi) atau off penuh (cut off). Ini sangat perlu sehingga disipasi daya saat mensaklaran terjadi dijaga tetap rendah. Ketika keluaran monostabil tinggi, Tr1 konduk dan kolektornya akan rendah. Dalam kondisi ini Tr3 tetap mati karena pemberian arus basisnya dihindari melalui D1 sampai kolektor Tr1. Pada waktu yang sama Tr2 konduk, untuk memastikan Tr4 tetap mati dengan basisnya dihubungkan ke emiternya melalui Tr2. Ketika keluaran monostabil rendah, Tr1 menjadi mati dan mematikan Tr2 juga. Sedangkan Tr3 sekarang menjadi konduk dengan arus basis didapat dari R12 dan ini membuat Tr4 disaklar konduk penuh dengan arus basis didapat dari R13.
- Bagian akhir adalah saklar daya, yaitu sebuah transistor Tr4 seperti diterangkan diatas. Saat Tr4 konduk penuh motor hampir menerima tegangan +12 V sedangkan arus yang lewat tergantung besar kecilnya perioda pulsa. Pada sisi naik / turun dari pulsa, Tr4 mati tetapi D3 konduk, hal ini untuk membatasi adanya perubahan arus transient terhadap motor.
Dari keterangan cara kerja diatas, tentunya didapat beberapa hal yang harus diperhatikan, sehingga saat ada suatu kasus kerusakan segera dapat ditangani karena sudah diketahui betul bagian mana yang rusak. Itulah yang dikehendaki setiap para teknisi saat menghadapi suatu kasus kerusakan segera mengetahui penyebab kerusakannya dan segera menentukan daerah mana yang tak beres serta menemukan komponen mana yang rusak untuk diperbaiki. Untuk itu tentunya teknisi harus lebih dahulu mengetahui rangkaian yang akan diperbaikinya sehingga dengan mudah ditemukan penyebabnya. Beberapa hal yang perlu diperhatikan dari rangkaian di atas adalah:
- Kapan saja monostabil membuat motor berputar atau berhenti ? Motor berputar jika SW1 posisi on, potensiometer diputar searah jarum jam (akan makin cepat), dan keluaran dari monostabil saat rendah (logik 0). Sedangkan sebaliknya motor berhenti berputar saat SW1 off, potensiometer pada kondisi minimum (berlawanan dengan arah jarum jam), dan keluaran monostabil tinggi (logik 1).
- Transistor-transistor mana saja yang bekerja (konduk) saat motor berputar dan sebaliknya ? Saat motor berputar maka transistor yang konduk adalah Tr3 dan Tr4, sedangkan kondisi Tr1 dan Tr2 adalah mati (cut off).
- Ingat Tr1 dan Tr3 adalah transistor jenis NPN sedangkan transistor Tr2 dan Tr4 adalah jenis PNP, yang saat konduknya membutuhkan masukan pada basis yang berbeda (lihat Bab 4).
- Keluaran UJT adalah sebuah pulsa 400Hz yang merupakan rangkaian osilator.
Karena pada rangkaian ini keluarannya berupa putaran kecepatan motor, tentunya kasus yang didapat dilapangan hanya yang berhubungan dengan motor tersebut dan itu hanya ada tiga saja, yaitu:
- a) Motor berputar dengan kecepatan maksimum dan tak dapat dikendalikan.
- b) Motor tak berputar sama sekali untuk semua keadaan.
- c) Motor berputar lambat dan tak dapat dikendalikan.
Untuk kasus a dapat dijelaskan demikian:
Tes paling cepat adalah bagian monostabilnya terlebih dahulu. Posisikan SW1 pada kondisi off, seharusnya putaran motor berhenti tetapi ternyata tetap berputar maksimum. Maka ukurlah tegangan keluaran dari monostabil tersebut, kalau tak rusak monostabil tersebut maka tegangan keluarannya akan tinggi (di atas 2 Volt), jika di bawah 2 Volt berarti rangkaian monostabil ini rusak. Jika rendah kerusakan yang mungkin: Potensio terbuka, atau R5 terbuka, atau Dz1 hubung singkat, atau R7 terbuka.
Langkah berikutnya adalah mengecek bagian drivernya, yaitu kolektor dari Tr3, seharusnya tegangan dititik ini adalah 12 Volt saat SW1 off . Jika tidak 12 Volt, biasanya kalau rusak pasti tegangan disini sangat kecil, tapi bila terukur besar (12 Volt) berarti Tr3 tak bermasalah.
Langkah terakhir adalah pengecekan transistor saklar daya (Tr4), yang otomatis pasti inilah yang menjadi masalahnya, dan biasanya kerusakannya adalah hubung singkat antara emiter dan kolektor pada Tr4. Memang transistor akhir adalah transistor yang paling rawan untuk rusak, karena kerja dari transistor ini hampir selalu maksimum terus sehingga selalu panas. Jadi memang harus menggunakan pendingin pada Tr4 tersebut.
Sedang rangkaian UJT tidak perlu kita lihat, karena begitu Tr4 diganti dan putaran bisa diatur berarti osilator bagus.
Untuk kasus b dapat dijelaskan demikian:
Disini walau sudah dionkan SW1 tetap tak berputar, jadi cukup banyak yang harus dicek bila tidak tahu cara tercepatnya, yaitu dengan mengecek satu persatu dari bagian rangkaian yang ada. Disinilah dibutuhkan pengalaman seorang teknisi. Jika setelah dilihat sekring ternyata tak putus, barulah digunakan cara cepatnya, yaitu dengan sistem pemisahan tengah (half splitting) seperti yang diterangkan pada Bab 2 walau bagiannya tak banyak tapi cara ini sangat cocok dilakukan untuk kondisi yang satu ini.
Caranya isolasilah setengah dari sistem ini, yaitu hubung singkatlah sebentar antara basis dan emitter dari Tr1. Maka otomatis Tr2 tak bekerja dan mengakibatkan Tr3 dan Tr4 konduk yang menyebabkan motor akan berputar maksimum. Kalau ini terjadi maka rangkaian driver dan saklar daya tak ada masalah. Jadi tinggal pengecekan rangkaian osilator dan monostabil.
Pengecekan monostabil sama seperti pada kasus a, tapi lebih baik dilakukan pengecekan rangkaian osilator terlebih dahulu. Dengan menggunakan osiloskop bisa dicek keluaran dari osilator tersebut, jika menghasilkan pulsa 400 Hz berarti rangkaian ini bekerja, tapi bila tidak , biasanya UJT nya rusak.
Tentunya seandainya osilator bekerja, pastilah bagian monostabil ada yang tak beres. Dan biasanya yang jadi masalah adalah IC monostabil itu sendiri (74121).
Untuk kasus c dapat dijelaskan demikian:
Disini motor berputar pelan walau potensio sudah maksimum tetapi tetap ada perubahan sedikit, tapi jika SW1 dioffkan maka putaran motor berhenti. Itu berarti rangkaian bagian driver dan saklar daya tidak ada masalah, karena masih bisa meneruskan pulsa yang keluar dari monostabil. Terlihat saat SW1 dioffkan putaran berhenti.
Jadi yang dicurigai rusak adalah bagian monostabil atau osilatornya. Tapi karena potensio masih berfungsi berarti rangkaian monostabil bekerja dengan normal.
Tentunya tinggal satu lagi yaitu rangkaian osilator. Tapi disini rusaknya tak berarti tak bekerja sama sekali. Rangkaian osilatornya berubah frekuensinya menjadi rendah. Berarti komponen aktifnya tak ada masalah, yang masalah adalah komponen pasifnya yang dapat merubah frekuensi. Penentu besarnya frekuensi adalah R2 dan C2. Kemungkinan terbesar adalah R2 berubah membesar dan kemungkinan berikutnya baru kapasitor berubah membesar, tapi untuk kapasitor berubah harga sangat jarang terjadi.
