PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI

BERBASIS METODE LOOKUP TABLE SPWM Volt/Hz

HALAMAN JUDUL

LAPORAN TUGAS AKHIR

Oleh :

PUNGKY SATRIO WIBOWO

15.F1.0013

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS KATOLIK SOEGIJAPRANATA

SEMARANG

2019

ii

7

7

iii

iv

ABSTRAK

Motor induksi sangat populer di dalam aplikasi industri karena konstruksinya

yang sederhana, harganya yang murah, serta biaya perawatan tergolong rendah.

Pengaturan kecepatan motor induksi memerlukan kontrol frekuensi dan tegangan.

Beberapa strategi Volt / Hz kontrol diterapkan dalam pengaturan kecepatan motor

induksi dengan berbagai metode seperti direct torque control, vector control, harmonic

elimination. Metode ini sangat populer tetapi membutuhkan perhitungan yang rumit.

Laporan ini akan membahas metode sederhana untuk mengoperasikan motor induksi

menggunakan SPWM Volt / Hz, dengan menggunakan metode lookup table. Metode

lookup table mengandung angka penting sebagai modulasi untuk membentuk sinyal

sinusoidal yang digunakan untuk menghasilkan sinyal SPWM, dengan membandingkan

sinyal modulasi dan sinyal pembawa gelombang segitiga dari mikrokontrol dsPIC.

Untuk mendukung analisis, simulasi dan pengujian laboratorium dilakukan.

Kata Kunci : Pengaturan kecepatan, Motor Induksi, SPWM Volt/Hz, Lookup

table, dsPIC

v

KATA PENGANTAR

Puji dan rasa syukur mendalam penulis panjatkan kehadirat Tuhan yang Maha

Esa atas rahmat dan karuniaNya maka skripsi ini dapat diselesaikan dengan baik.

Skripsi yang berjudul “Pengaturan Kecepatan Motor Induksi Berbasis

Metode Lookup Table SPWM Volt/Hz” ini di susun untuk memenuhi

persyaratan kurikulum sarjana strata-1 (S-1) pada Jurusan Teknik Elektro, Fakultas

Teknik, Universitas Katolik Soegijapranata Semarang.

Penulis mengucapkan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya atas semua

bantuan yang telah diberikan, baik secara langsung maupun tidak langsung selama

penyusunan tugas akhir ini hingga selesai. Secara khusus rasa terimakasih tersebut saya

sampaikan kepada :

1. Tuhan Allah Bapa yang senantiasa memberikan rahmat, kemudahan dan kelancaran

dalam proses pelaksanaan Tugas Akhir dan penyusunan laporan akhir.

2. Kakak saya terutama kak Wahyu Ristiani atas perhatian, semangat, dan biaya yang

telah diberikan kepada saya, serta Milka Natalia dan teman teman yang sudah

memberi dukungan dan semangat kepada saya.

3. Bapak Prof. Dr. Ir. Slamet Riyadi, MT. Selaku dosen pembimbing Tugas Akhir,

dan Dekan Fakultas Teknik yang telah membimbing dari awal sampai akhir dalam

pelaksanaan Tugas Akhir yang selalu memberikan bantuan, kritik dan saran yang

memberikan semnagat penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir tersebut.

vi

vii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL i

LEMBAR PENGESAHAN ii

PERNYATAAN KEASLIAN LAPORAN TUGAS AKHIR (SKRIPSI) iii

ABSTRAK iv

KATA PENGANTAR v

DAFTAR ISI vii

DAFTAR GAMBAR ix

DAFTAR TABEL xiii

BAB I PENDAHULUAN 1

1.1. Latar Belakang 1

1.2. Perumusan Masalah 2

1.3. Pembatasan Masalah 2

1.4. Tujuan dan Manfaat 3

1.5. Metodologi Penelitian 3

1.6. Sistematika Penulisan 5

BAB II DASAR TEORI 6

2.1. Pendahuluan 6

viii

2.2. Motor induksi 7

2.3. IGBT (Saklar Statis) 11

2.4. Digital Signal Controller 12

2.5. IC optocoupler 12

2.6. Pendeteksi Arus 13

2.7. Power Supply 14

BAB III DESAIN DAN SIMULASI PENGATURAN KECEPATAN MOTOR

INDUKSI BERBASIS METODE LOOKUP TABLE SPWM Volt/Hz 15

3.1. Pendahuluan 15

3.2. Proses desain dan simulasi 15

3.3.1 Sistem kontrol 17

3.3.2 Rangkaian driver dan optocoupler 18

3.3.3 Rangkaian Sensor Arus HX 10-P 22

3.3.4 Rangkaian Inverter Tiga Fasa 23

3.3.5 Rangkaian Catu daya 25

3.4. Implementasi perangkat lunak dan algoritma program 26

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 31

4.1 Pendahuluan 31

4.2 Hasil Simulasi dari power simulator (PSIM) 31

4.3 Hasil Pengujian Alat pada Sisi Rangkaian Kontrol Sinyal SPWM 33

ix

4.4 Hasil Pengujian Alat pada Sisi Rangkaian Driver 34

4.5 Hasil Pengujian Pada Sisi Rangkaian Daya Inverter SPWM 36

4.6 Pembahasan 44

BAB V P E N U T U P 46

5.1 Kesimpulan 46

5.2 Saran 47

DAFTAR PUSTAKA 48

ix

DAFTAR GAMBAR

Gambar-2.1 Bagan sistem umum inverter mode switching 6

Gambar-2.2 Stator Motor Induksi 9

Gambar-2.3 Medan magnet pada stator yang diproduksi oleh sumber 3 fasa

(https://www.galco.com/images/ac_motor_fig12.gif) 10

Gambar-2.4 Rotor Motor Induksi 10

Gambar-2.5 Konfigurasi Pin IGBT 11

Gambar-2.6 Kurva dan karakteristik rangkaian IGBT

(https://abdulelektro.blogspot.com/2019/07/transistor-igbt-

insulated-gate-bipolar.html) 11

Gambar-2.7 IC optocoupler bagian transmitter (1 dan 2) dan receiver (3 dan 4) 13

Gambar-2.8 Diagram blok sistem kerja sensor arus 13

Gambar-3.1 Diagram blok desain kendali SPWM Volt/Hz 15

Gambar-3.2 Blok hardware diagram 17

Gambar-3.3 Konfigurasi pin dsPIC30F4012 17

Gambar-3.4 (a) susunan komponen dan (b) rangkaian sistem minimum

dsPIC30F4012 dan buffer 18

Gambar-3.5 (a) susunan komponen dan (b) rangkaian driver dan optocoupler

IR2132 19

Gambar-3.6 Konfigurasi pin HCPL 2531 19

Gambar-3.7 Konfigurasi pin IC buffer 74HC541 20

Gambar-3.8 Konfigurasi gerbang IC buffer 74HC541 21

x

Gambar-3.9 (a) perpindahan saklar statis sebelum penerapan deadtime dan (b)

setelah penerapan deadtime 22

Gambar-3.10 Skema Sistem Minimum IR2132 22

Gambar-3.11 Rangkaian sensor arus HX 0-P 23

Gambar-3.12 Rangkaian Power IGBT 24

Gambar-3.13 Pola pensaklaran inverter 3 fasa 24

Gambar-3.14 Konfigurasi pin IGBT FGL60N100BNTD 24

Gambar-3.15 (a) susunan komponen dan (b) rangkaian power supply B1212S

dan B1205S 25

Gambar-3.16 Flowchart sinusoidal pulse width modulation 26

Gambar-3.17 Metode lookup table 27

Gambar-3.18 Proses signal comparator 28

Gambar-3.19 Komparasi sinyal modulasi dan sinyal pembawa dengan

pergeseran sudut 0˚, 120˚, 240˚ 28

Gambar-3.20 Grafik Volt/Hz kontrol 29

Gambar-3.21 (a) implementasi pulsa – pulsa SPWM pada saklar atas dan (b)

pulsa – pulsa SPWM pada saklar bawah 30

Gambar-4.1 Diagram blok simulasi SPWM inverter 31

Gambar-4.2 Sinyal modulasi Va, Vb, Vc pada simulasi 32

Gambar-4.3 Sinyal pembawa (carrier) pada simulasi 32

Gambar-4.4 Hasil tegangan SPWM Va, Vb, Vc pada simulasi 33

Gambar-4.5 Hardware SPWM Volt/Hz inverter 33

xi

Gambar-4.6 Hasil pengujian sinyal SPWM pada frekuensi 50Hz untuk (a)

saklar statis atas dan (b) saklar statis bawah 34

Gambar-4.7 Hasil pengujian sinyal SPWM pada frekuensi 40Hz untuk (a)

saklar statis atas dan (b) saklar statis bawah 34

Gambar-4.8 Hasil pengujian sinyal SPWM dari rangkaian driver pada

frekuensi 50Hz 35

Gambar-4.9 Hasil pengujian sinyal SPWM dari rangkaian driver pada

frekuensi 40Hz 35

Gambar-4.10 Hasil pengujian tegangan keluaran SPWM inverter (a) fasa – fasa

dan (b) fasa – netral pada frekuensi 50Hz 36

Gambar-4.11 Hasil pengujian tegangan keluaran SPWM inverter (a) fasa – fasa

dan (b) fasa – netral pada frekuensi 40Hz 36

Gambar-4.12 Hasil pengujian tegangan keluaran SPWM inverter (a) fasa – fasa

dan (b) fasa – netral pada frekuensi 30Hz 37

Gambar-4.13 Hasil pengujian tegangan keluaran SPWM inverter (a) fasa – fasa

dan (b) fasa – netral pada frekuensi 28Hz 37

Gambar-4.14 Hasil pengujian tegangan keluaran SPWM inverter (a) fasa – fasa

dan (b) fasa – netral pada frekuensi 25Hz 38

Gambar-4.15 Motor induksi tiga fasa 38

Gambar-4.16 Hasil pengujian tegangan keluaran pada frekuensi 50Hz 39

Gambar-4.17 Hasil pengujian arus keluaran pada frekuensi 50Hz 39

Gambar-4.18 Hasil pengujian kecepatan motor induksi pada frekuensi 50Hz 39

Gambar-4.19 Hasil pengujian tegangan keluaran pada frekuensi 40Hz 40

xii

Gambar-4.20 Hasil pengujian arus keluaran pada frekuensi 40Hz 40

Gambar-4.21 Hasil pengujian kecepatan motor induksi pada frekuensi 40Hz 40

Gambar-4.22 Hasil pengujian tegangan keluaran pada frekuensi 30Hz 41

Gambar-4.23 Hasil pengujian arus keluaran pada frekuensi 30Hz 41

Gambar-4.24 Hasil pengujian kecepatan motor induksi pada frekuensi 30Hz 41

Gambar-4.25 Hasil pengujian tegangan keluaran pada frekuensi 28Hz 42

Gambar-4.26 Hasil pengujian arus keluaran pada frekuensi 28Hz 42

Gambar-4.27 Hasil pengujian kecepatan motor induksi pada frekuensi 28Hz 42

Gambar-4.28 Hasil pengujian tegangan keluaran pada frekuensi 25Hz 43

Gambar-4.29 Hasil pengujian arus keluaran pada frekuensi 25Hz 43

Gambar-4.30 Hasil pengujian kecepatan motor induksi pada frekuensi 25Hz 43

Gambar-4.31 Hasil pengujian tegangan fasa – fasa pada frekuensi 50Hz, 40Hz,

25Hz 44

Gambar-4.32 Hasil pengujian konsumsi arus pada frekuensi 50Hz, 40Hz,

25Hz 44

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel-3.1 Spesifikasi B1212S & B1205S 26

Tabel-4.1 Hasil pengujian alat 45