Kontrol Kecepatan Motor DC dengan PWM

Apa itu PWM?  

Pulse Width Modulation adalah teknik yang digunakan untuk mengontrol daya yang dikirimkan ke perangkat elektronik dengan cara mengubah lebar pulsa (durasi "on" dan "off") dari sinyal gelombang persegi. Meskipun sinyalnya selalu ON atau OFF, PWM mengontrol rata-rata daya yang diberikan dengan mengatur waktu ON lebih lama atau lebih pendek dalam satu siklus.

Berikut adalah beberapa poin penting tentang PWM:

Konsep Dasar PWM

• Frekuensi: Ini adalah seberapa sering siklus PWM terjadi per detik, diukur dalam Hertz (Hz).
• Duty Cycle: Ini adalah persentase waktu dalam satu siklus yang sinyal berada pada posisi ON. Duty cycle 50% berarti sinyal ON untuk setengah dari siklus dan OFF untuk setengah lainnya.

Misalnya:

• Duty cycle 0%: Sinyal selalu OFF.
• Duty cycle 50%: Sinyal ON setengah waktu, OFF setengah waktu.
• Duty cycle 100%: Sinyal selalu ON.

Aplikasi PWM

• Kontrol Kecepatan Motor: PWM digunakan untuk mengontrol kecepatan motor DC. Dengan mengubah duty cycle, Anda bisa mengatur berapa banyak energi yang diberikan ke motor, yang mengatur kecepatan motor tersebut.
• Kontrol Kecerahan Lampu LED: Dengan PWM, kecerahan LED dapat diatur dengan cara mengatur duty cycle, sehingga LED tampak lebih terang atau lebih redup.
• Konversi Sinyal Analog ke Digital: PWM juga bisa digunakan untuk meniru sinyal analog melalui perangkat yang hanya dapat membaca sinyal digital.

PWM di Mikrokontroler

PWM sering digunakan dalam mikrokontroler seperti Arduino atau STM32 untuk mengontrol perangkat eksternal, seperti motor atau lampu. Pada mikrokontroler, PWM biasanya dihasilkan oleh timer internal.

Dalam kode di atas, fungsi analogWrite() mengatur PWM pada pin 9 dengan nilai duty cycle sebesar 128 (50% dari rentang 0-255).

Keuntungan PWM

• Efisiensi Energi: Menggunakan PWM lebih efisien dibandingkan mengontrol daya dengan resistor karena energi tidak dibuang dalam bentuk panas.
• Presisi: Mengubah lebar pulsa memungkinkan kontrol yang sangat presisi terhadap perangkat.

Studi Kasus: Kontrol Kecepatan Motor DC dengan PWM

Bagaimana Motor Bekerja

Motor DC adalah perangkat yang mengubah energi listrik menjadi gerakan putaran (rotasi). Ketika arus listrik mengalir melalui motor, motor mulai berputar. Jika arus besar mengalir, motor berputar lebih cepat; jika arus kecil, motor berputar lebih lambat.

Baca Juga: Cara Kontrol Motor DC dan AC

Tetapi, bagaimana jika kita ingin mengontrol kecepatan motor dengan cara yang lebih efisien? Inilah tempat di mana PWM menjadi sangat berguna.

Konsep PWM dalam Motor DC

Dengan PWM, kita dapat mengontrol berapa lama motor "mendapatkan" daya dalam setiap siklus. Ini mirip dengan "mematikan dan menyalakan" arus listrik dengan sangat cepat. Jika motor mendapatkan daya selama lebih banyak waktu dalam satu siklus (duty cycle tinggi), motor akan berputar lebih cepat. Sebaliknya, jika motor mendapatkan daya hanya sedikit dalam satu siklus (duty cycle rendah), motor akan berputar lebih lambat.

Bayangkan ini seperti menghidupkan dan mematikan saklar lampu secara cepat:

• Jika kamu menghidupkan lampu untuk waktu yang lebih lama dalam satu detik, lampu akan terlihat lebih terang.
• Jika kamu hanya menyalakan lampu selama seperempat detik dan mematikannya untuk sisa waktu, lampu akan tampak redup.

Contoh Kasus PWM

Misalkan kamu punya sebuah motor DC kecil yang kamu gunakan untuk menggerakkan kipas mini. Kamu ingin mengontrol kecepatan kipas berdasarkan suhu ruangan. Pada suhu rendah, kipas berputar lambat, dan pada suhu tinggi, kipas berputar lebih cepat.

Untuk mengontrol kecepatan kipas, kamu bisa menggunakan PWM. Alih-alih langsung mengurangi tegangan, kamu memodulasi sinyal listrik dengan PWM untuk mengontrol berapa banyak waktu motor mendapatkan daya.

Misalnya:

• Duty cycle 100%: Kipas berputar dengan kecepatan penuh karena mendapatkan daya sepanjang waktu.
• Duty cycle 50%: Kipas berputar dengan setengah kecepatan karena motor hanya mendapatkan daya separuh waktu.
• Duty cycle 25%: Kipas berputar lambat, karena motor hanya mendapatkan daya selama seperempat waktu dalam setiap siklus.

Cara Kerja PWM

1. PWM menghasilkan sinyal gelombang persegi di mana tegangan berubah cepat antara ON (tegangan tinggi) dan OFF (tegangan rendah).
2. Sinyal PWM dikirimkan ke motor melalui driver motor, yang bertindak sebagai penghubung antara sinyal PWM dan motor itu sendiri.
3. Motor merespon sinyal PWM dengan berputar lebih cepat atau lambat tergantung pada duty cycle.
   • Jika PWM memberikan sinyal ON lebih lama (duty cycle tinggi), motor akan bergerak lebih cepat karena mendapatkan lebih banyak daya.
   • Jika PWM memberikan sinyal ON lebih sedikit (duty cycle rendah), motor akan bergerak lebih lambat.

Mengapa PWM Efisien

PWM sangat efisien karena motor hanya mendapatkan daya saat diperlukan. Tidak ada energi yang terbuang dalam bentuk panas (seperti jika menggunakan resistor untuk mengontrol arus). Dengan kata lain, motor bekerja hanya ketika diperlukan, dan daya yang tidak terpakai tidak dibuang.

Kesimpulan

PWM memungkinkan kamu mengontrol motor DC dengan sangat efisien dan presisi. Dengan mengatur waktu "hidup" dan "mati" dari arus listrik yang masuk ke motor, kamu bisa membuat motor berputar dengan berbagai kecepatan tanpa membuang energi. Dalam aplikasi nyata, teknik ini digunakan di banyak perangkat seperti kipas komputer, drone, dan bahkan mainan elektronik yang menggunakan motor.