PROPOSAL TUGAS AKHIRPENELITIAN PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI 1 FASAMELALUI KOMPUTERMENGGUNAKAN MIKROKONTROLLER ATMEGA 8535SEBAGAI PULSE WAVE MODULATOR (PWM)

Diajukan untuk memenuhi syarat-syarat menempuhTugas Akhir Program Strata Satu jurusan Teknik ElektroSekolah Tinggi Teknologi Ronggolawe Cepu

Disusun oleh :LASTONI WIBOWO09250095

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI RONGGOLAWE CEPU

2013

ABSTRAKSIMotor induksi satu fasa adalah salah satu mesin listrik yang banyak digunakan dalam industri maupun rumah tangga, sebab motor induksi mudah dalam perawatan, dan konstruksinya sederhana. Dalam penggunaannya Motor Induksi 1 fasa sering dibutuhkan untuk beroperasi pada kecepatan yang bervariasi, namun motor Induksi ini mempunyai kelemahan, salah satunya adalah susah untuk dikendalikan putarannya. Karena pengaturan kecepatan motor induksi ini pada dasarnya dapat dilakukan dengan mengubah jumlah kutub motor dan mengubah frekuensi supply motor.Untuk pengaturan kecepatan motor induksi 1 fasa menggunakan frekuensi sering digunakan Inverter atau cycloconverter sebagai alat bantu mengubah frekuensi input motor.Pada inverter, input tegangan AC dirubah menjadi tegangan DC lalu dimasukkan ke dalam inverter untuk dirubah frekuensinya, sedangkan cycloconverter dari tegangan AC dirubah menjadi tegangan AC namun dengan frekuensi keluarannya berbeda. Pada inverter atau cycloconverteryang menggunakan Thyristor frekuensi dirubah dengan cara mengatur sudut picu Thyristor dari 0 sampai 180, yang nantinya akan menghasilkan frekuensi keluaran dari Thyristor yang bervariasi sesuai dengan sudut picunya, sehingga tegangan keluaran dari cycloconverter menjadi tegangan AC dengan freuensi yang bervariasi.Pada penelitian ini akan dibuat sebuah alat pengatur kecepatan motor induksi dengan bantuan Komputer yang digunakan untuk mengendalikan Mikrokontroller Atmega 8535 yang difungsikan untuk Pulse Wave Modulator (PWM), lalu output frekuensi dari Pulse Wave Modulator (PWM)Mikrokontroller Atmega 8535 kemudian digunakan untuk mengatur frekuensi keluaran cycloconverter yang digunakan untuk alat pengatur frekuensi input motor. Diharapkan frekuensi yang dapat diatur dengan alat ini adalah mulai 0 50 Hz.

Kata kunci : Pulse Wave Modulator (PWM), Frekuensi, Mikrokontroller Atmega 8535,cycloconverter, Motor Induksi 1 fasa.

LEMBAR PENGESAHANPROPOSAL TUGAS AKHIRPENELITIAN PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI 1 FASAMELALUI KOMPUTERMENGGUNAKAN MIKROKONTROLLER ATMEGA 8535SEBAGAI PULSE WAVE MODULATOR (PWM)

Diajukan untuk memenuhi syarat-syarat menempuhTugas Akhir Program Strata Satu jurusan Teknik ElektroSekolah Tinggi Teknologi Ronggolawe Cepu

Disusun oleh :Lastoni Wibowo09250095

Telah disetujui oleh :Ketua Jurusan Teknik ElektroSTT Ronggolawe Cepu

( Suprawikno, ST. )

DAFTAR ISI

Halaman Judul iAbstraksiiiLembar PengesahaniiiDaftar IsiivDaftar GambarviDaftar TabelviiBAB I PENDAHULUAN1.1 Latar Belakang11.2 Maksud dan Tujuan11.3 Sasaran21.4 Metode Pelaksanaan Tugas Akhir2BAB II TINJAUAN PUSTAKA2.1 Menurut Hasim Asyari dan Aris Rakhmadi32.2 Menurut Tole Sutikno, ISSN : 1693-693042.3 Menurut Yadi yunus Dan Suyamto, ISSN 1978-017652.4 Menurut Kustanto72.5. Rancangan Penelitian8BAB III METODE PELAKSANAAN TUGAS AKHIR3.1 Pembuatan Rangkaian Keseluruhan103.2 Pembuatan Rangkaian PWM dan Cycloconverter123.3 Pembuatan Rangkaian Power Supply123.4 Software133.5 Analisa14BAB IV RENCANA JADWAL DAN BIAYA4.1 Rencana Jadwal154.2 Rencana Biaya15Daftar Pustaka16

DAFTAR GAMBARGambar 1. Rangkaian Pengendali yang digunakan oleh Hasyim Asyari dan Aris Rakhmadi3Gambar 2. Grafik Hubungan tegangan dengan kecepatan penelitian Hasim Asyari dan Aris Rakhmadi4Gambar 3. Diagram pengendali kecepatan motor yang digunakan Oleh Tole Sutikno5Gambar 4. Osilator Astable Multivibrator6Gambar 5. Rangkaian Inverter6Gambar 6. Rangkaian Pengendalian kecepatan motor induksi oleh Kustanto7Gambar 7. Blok Diagram Cara Kerja Keseluruhan Rangkaian10Gambar 8. Flow Chart Cara Kerja Rangkaian11Gambar 9. Rangkain PWM dengan Mikrokontroler AT-Mega 8535 dan Serial Interface RS-23212Gambar 10. Rangkaian Pemicuan dan Cycloconverter12Gambar 11. Rangkaian Power Supply12Gambar 12. Tampilan Software Bascom AVR13Gambar 13. Tampilan Terminal Emulator Bascom AVR13Gambar 14. Grafik hubungan antara Kecepatan dan frekuensi sesuai rumus standart14

DAFTAR TABELTabel 1. Hasil Pengujian Penelitian Tole Sutikno, ISSN : 1693-69305Tabel 2. Hasil Penelitian Yadi Yunus Dan Suyamto, ISSN 1978-01767Tabel 3. Tinjauan Pustaka8Tabel 3.Rencana Pelaksanaan Tugas Akhir.15Tabel 4.Rencana Biaya.15

vii

BAB IPENDAHULUAN1.1 Latar BelakangMotor induksi satu fasa adalah salah satu mesin listrik yang banyak digunakan dalam industri maupun rumah tangga, sebab motor induksi mudah dalam perawatan, dan konstruksinya sederhana. Dalam penggunaannya Motor Induksi 1 fasa sering dibutuhkan untuk beroperasi pada kecepatan yang bervariasi, namun motor Induksi ini mempunyai kelemahan, salah satunya adalah susah untuk dikendalikan putarannya. Karena pengaturan kecepatan motor induksi ini pada dasarnya dapat dilakukan dengan mengubah jumlah kutub motor dan mengubah frekwensi supply motor.Untuk pengaturan kecepatan motor induksi 1 fasa menggunakan frekuensi sering digunakan Inverter atau cycloconverter sebagai alat bantu mengubah frekuensi input motor. Pada inverter, input tegangan AC dirubah menjadi tegangan DC lalu dimasukkan ke dalam inverter untuk dirubah frekuensinya, sedangkan cycloconverter dari tegangan AC dirubah menjadi tegangan AC namun dengan frekuensi keluarannya berbeda. Pada inverter atau cycloconverter yang menggunakan Thyristor frekuensi dirubah dengan cara mengatur sudut picu Thyristor dari 0 sampai 180, yang nantinya akan menghasilkan frekuensi keluaran dari Thyristor yang bervariasi sesuai dengan sudut picunya, sehingga tegangan keluaran dari cycloconverter menjadi tegangan AC dengan freuensi yang bervariasi.Pada Penelitian ini akan dibuat sebuah alat pengatur kecepatan motor induksidengan sistem open loop dengan bantuan Komputer yang digunakan untuk mengendalikan Mikrokontroller Atmega 8535 yang difungsikan untuk Pulse Wave Modulator (PWM), lalu output frekwensi dari Pulse Wave Modulator (PWM) Mikrokontroller Atmega 8535 kemudian digunakan untuk mengatur frekwensi keluaran Inverter yang digunakan untuk alat pengatur frekuensi input motor.Diharapkan frekwensi yang dapat diatur dengan alat ini adalah mulai 0 50 Hz.1.2 Maksud Dan TujuanDengan adanya penulisan Tugas Akrir ini ada beberapa manfaat yang diharapkan dapat tercapai, dimana hal ini merupakan tujuan dari penulisan Tugas Akhir

1

Adapun Maksud dan tujuan Tugas Akhir ini adalah :1. Mengetahui pengaruh perubahan frekwensi pada tegangan input motor terhadap kecepatan putar motor induksi 1 fasa.2. Mengaplikasikan Mikrokontroller Atmega 8535 untuk pulse Wave Modulator (PWM) yang digunakan untuk mengatur Frekwensi input Motor Induksi 1 Fasa.3. Mengaplikasikan penggunaan komputer untuk mengatur Pulse Wave Modulator (PWM) pada Mikrokontroller Atmega 8535.4. Mengaplikasikan sistem pengaturan open loop untuk mengatur kecepatan motor induksi 1 fasa.5. Untuk menambah ketrampilan dalam hal perancangan dan pembuatan alat pengatur kecepatan motor induksi 1 fasa.6. Setelah Tugas Akhir ini jadi, diharapkan bisa digunakan sebagai alat praktikum Elektronika daya.1.3 SasaranSasaran yang ingin dicapai penulis adalah dapat mengendalikan frekwensi mulai dari 0 50 Hz dengan menggunakan Pulse Wave Modulator (PWM) pada Mikrokontoller Atmega 8535 dengan bantuan komputer yang nantinya digunakan untuk mengatur kecepatan motor induksi 1 fasa.1.4 Batasan MasalahDalam pelaksanaan penelitian ini penulis membatasi masalah sebagai berikut :1. Karena keterbatasan I/O pada mikrokontroler ATMega 8535 maka Motor yang akan dikendalikan kecepatannya dalam penelitian ini adalah Motor Induksi 1 fasa, dengan tipe motor kapasitor.2. Frekuensi yang diatur mulai dari 0 50 Hz.3. Motor yang diatur kecepatannya dalam keadaan dengan beban beruapa kipas.

2

BAB IITINJAUAN PUSTAKA2.1 Menurut Hasim Asyari dan Aris Rakhmadi [3]Pengendalian motor kecepatan motor induksi dapat dilakukan dengan beberapa metode/cara antara lain dengan mengatur / mengubah frekwensi input, mengubah / mengatur nilai tegangan input serta mengubah jumlah kutub motor induksi.Prinsip kerja dari motor induksi secara umum adalahtegangan adanya tegangan yang disuplai ke terminal motor induksi tesebut (stator bagian yang tidak bergerak) peristiwa tersebut akan menimbulkan induksi pada rotor (bagian yang begerak) sehingga mampu berputar/beroperasi, kecepatan motor induksi dapat dirumuskan :Ns = ( 120.f ) / pDimana :Ns = Kecepatan putar dari medan putar stator (Rpm)f = frekuensi (Hz)p = jumlah kutubJika dilihat dari persamaandiatas bahwa kecepatan medan putar stator berbanding lurus dengan nilai frekuensi artinya semakin besar nilai frekwensi maka akandiikuti kenaikan nilai kecepatan putar medan stator tetapi nilai ini akan berbanding terbalik dengannilai kutub dari motor induksi.Pada penelitiannya, Hasyim Asyari dan Aris Rakhmadi menggunakan Alat seperti gambar dibawah ini untuk mengetur kecepatan motor

Gambar 1. Rangkaian Pengendali yang digunakan oleh Hasyim Asyari dan Aris Rakhmadi3

Dan hasil penelitiannya dapat dilihat pada grafik dibawah ini

Gambar 2. Grafik Hubungan tegangan dengan kecepatan penelitian Hasim Asyari dan Aris Rakhmadi2.2 Menurut Tole Sutikno, ISSN : 1693-6930 [5]Hampir 90% aplikasi motor pada industri menggunakan jenis motor induksi sebagai penggerak utama, karena strukturnya yang kokoh, keandalan yang tinggi, perawatan yang mudah, dimensi yang kecil dibandingkan motor DC pada daya yang sama dan harga yang relatif murah, tetapi memiliki teknik pengendalian yang lebih rumit dibandingkan dengan motor DC.Teknik pengendalian dengan metode konverter AC-AC hanya dapat mengatur tegangan, tetapi tak dapat mengatur frekuensi, sehingga akan menghasilkan tegangan catu yang tidak sinusoidal yang mengandung banyak harmonisa. Teknik yang dikembangkan untuk mengatasi masalah ini adalah dengan menggunakan metode inverter DC-AC. Metode ini efektif untuk mengendalikan motor induksidaya kecil hingga medium (dibawah 10 MW). Metode inverter yang banyak dikembangkan adalah inverter dengan modulasi lebar pulsa (Pulse Wave Modulator, PWM), karena memiliki efisiensi daya yang tinggi, dapat mereduksi rugi rugi harmonisa, mampu menggerakkan motor induksi dengan putaran yang halus dan rentang operasi kecepatan lebar. Proses pembangkitan sinyal PWM menjadi salah satu faktor penentu untuk kerja sistem secara keseluruhan. Pembangkitan secara digital dapat menghasilkan sinyal PWM lebih baik karena tidak terpengaruh oleh derau tetapi mempunyai tingkat kerumitan lebih tinggi dibandingkan cara analog.Pada penelitiannya Tole Sutikno menggunakan alat seperti dibawah ini

Gambar 3. Diagram pengendali kecepatan motor yang digunakan Oleh Tole SutiknoDan hasil penelitiannya dapat dilihat pada tabel dibawah iniTabel 1. Hasil Pengujian Penelitian Tole Sutikno, ISSN : 1693-6930

2.3 Menurut Yadi yunus Dan Suyamto, ISSN 1978-0176 [6]Motor induksi mempunyai kecepatan yang hampir konstan, banyak digunakan di dalam industri yang kadang-kadang memerlukan perubahan kecepatan putar. Cara pengubahan kecepatan putar motor induksi yang paling baik adalah dengan mengubah frekuensi catu dayanya, walaupunsedikit sulit dan mahal. Dalam rancang bangun ini dilakukan dengan cara menyearahkan sumber teganganPLN dengan frekuensi 50 Hz, lalu diubah menjadi tegangan bolak-balik kembali dengan frekuensi yang bisa diatur dan selanjutnya dipakai sebagai suplai ke motor. Rangkaian alat terdiri dari komponen penyearah, penapis, inverter, osilator dan transformator. Dari pengujian diketahui bahwa peralatan dapat berfungsi dengan baik walaupun ditemukan beberapa kesulitan namun, arus ke motor cukup stabil meskipun kecepatan putar diubah-ubah. Putaran motor bisa diatur dengan mengubah frekuensi atau secara tidak langsung dengan tahanan basis RB pada osilator. Jangkau putaran yang dapat dicapai sangat lebar yaitu dari 133 rpm dengan frekuensi 12 Hz sampai dengan 2200 rpm pada frekuensi 70 Hz pada keadaan tanpa beban. Sedangkan perubahan putaran motor dapat halus, rata-rata 21,4 rpm/Hz.Pada penelitiannya Yadi Yunus dan Suyamto menggunakan Osilator Astable Multivibrator sebagai pembangkit gelombang yang digunakan untuk mengatur frekwensi Inverter yang digunakan untuk mengatur kecepatan motor, gambar rangkaian seperti gambar dibawah ini

Gambar 4. Osilator Astable Multivibrator

Gambar 5. Rangkaian InverterHasil penelitiannya seperti tabel dibawah iniTabel 2. Hasil Penelitian Yadi Yunus Dan Suyamto, ISSN 1978-0176

2.4 Menurut Kustanto [4]Dalam pengendalian kecepatan motor induksi 1 fasa, perubahan tegangan input pada kumparan stator ini kita butuhkan sebuah Personal Computer (PC) untuk mengatur kerja microcontroller MC68HC11, kemudian sistem microcontroller akan mengatur sudut picu dari thyristor yang sedang mengontrol tegangan jala jala PLN yang merupakan tegangan input kumparan stator motor induksi satu fasa. Pulsa dari microcontroller MC68HC11 tadi diperkuat dengan IC (ULN 2003A) dengan bantuan Opto_Coupler (Opto_Isolator) akan dibangkitkan pulsa untuk memicu thyristor tersebut.Rangkaian yang digunakan Kustanto dapat dilihat seperti gambar dibawah ini

Gambar 6. Rangkaian Pengendalian kecepatan motor induksi oleh Kustanto2.5. Rancangan PenelitianTabel 3. Tinjauan PustakaPenelitiJudul PenelitianKomponen Yang DiaturAlat Yang DigunakanHasil

Hasim Asyari dan Aris RakhmadiPengendalian Kecepatan Motor Induksi Satu PhasaTegangan Input MotorPengatur tegangan input motor yaitu rangkaian Triac yang pemicunya diatur dengan diacMotor mulai berputar pada tegangan 50-170V, kecepatan motor mulai 401,1-2218,8 RPM

Tole Sutikno, ISSN : 1693-6930Optimalisai Desain Kendali Kecepatan Putaran Motor Induksi Tiga Fasa Berbasis FPGA ISSN : 1693-6930Frekuensi Dan Tegangan Input (hanya frekuensi rendah yang diatur)FPGA (Field Programmable Array) yang digunakan untuk mengatur Frekuensi Inverter yang nantinya digunakan untuk mengatur kecepatan motorPengaturan kecepatan motor dilakukan hanya pada frekuensi rendah yaitu 3-10Hz guna mengoptimalkan kendali kecepatan motor induksi, motor berputar dari 119-297 rpm

Yadi yunus Dan Suyamto, ISSN 1978-0176Rancang Bangun Alat Pengendali Kecepatan Motor Induksi Dengan Cara Mengatur Frekuensi ISSN : 1978-0176Frekuensi Dan Tegangan InputAstable Multivibrator, Rectifier dan InverterMotor Mulai Berputar pada frekuensi 12-70 Hz, kecepatan motor 133-2200 rpm

KustantoSistem Pengendalian Kecepatan Motor Induksi 1 Fasa Dengan perubahan Tegagan Berbasis MCU MC68HC11Tegangan Input MotorPC, Mikrokontroller MC68HC11, ThyristorDari pengujian pada motor kapasitor dengan spesifik (220V/50Hz/125W) yang dibebani untuk memompa air dari sumur bur, kecepatan motor akan berubah dari 2837-2307 Rpm, yang disebabkan karena adanya perubahan tegangan input kumparan stator motor antar 207 -168V

Dari tinjauan pustaka diatas penulis ingin melakukan penelitian pengaturan putaran motor induksi 1 fasa melalui komputer menggunakan mikrokontroller ATMega 8535 yang difungsikan sebagai Pulse Wave Modulator (PWM) yang nantinya akan mengatur Frekuensi input motor sehingga putaran motor dapat diatur kecepatannya.Diharapkan frekuensi yang dapat diatur dengan alat ini adalah mulai 0 50 Hz.9

BAB IIIMETODE PELAKSANAAN PENELITIAN

3.1 PEMBUATAN RANGKAIAN KESELURUHAN

Cara kerja keseluruhan rangkaian dapat dilihat pada blok diagram dibawah ini

Supplay Tegangan 220VCycloconverterMotor induksi1 Fasa 220VPersonal KomputerPWM menggunakan MikrokontrollerATMega 8535Rangkaian PemicuanPower SupplySerial Interface RS232

Gambar 7. Blok Diagram Cara Kerja Keseluruhan Rangkaian

10

Gambar 8. Flow Chart Cara Kerja Rangkaian

3.2 PEMBUATAN RANGKAIAN PWM DAN CYCLOCONVERTERDari rangkaian PWM dan inverter maka rangkaian keseluruhan dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

Gambar 9. Rangkain PWM dengan Mikrokontroler AT-Mega 8535 dan Serial Interface RS-232 [1]

Gambar 10. Rangkaian Pemicuan dan Cycloconverter [1]3.3 PEMBUATAN RANGKAIAN POWER SUPPLYPada Tugas Akhir ini penulis akan menggunakan Power Supply yang dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

Gambar 11. Rangkaian Power Supply1. 2. 3. 3.4. SOFTWARESoftware yang penulis gunakan dalam tugas akhir ini adalah software Bascom AVR 1.11.9.0 yang digunakan untuk membuat source code yang nantinya akan diprogramkan pada mikrokontroller AT-Mega 8535, dan juga pada program Bascom AVR ini penulis juga menggunaka terminal emulator yang penulis gunakan untuk mengirimkan perintah dari komputer ke mikrokontroller untuk mengatur putaran motor.

Gambar 12. Tampilan Software Bascom AVR

Gambar 13. Tampilan Terminal Emulator Bascom AVR3.5. ANALISADari Penelitian ini akan dianalisa pengaruh perubahan frekuensi terhadap kecepatan putar motor induksi 1 fasa dan akan dibandingkan dengan teori dengan rumus3.4 Ns = ( 120.f ) / p .......................................[2]Dimana :Ns = Kecepatan putar dari medan putar stator (Rpm)f = frekuensi (Hz)p = jumlah kutubDan jika di slip diperhitungkan maka rumus menjadi

Dimana :Nm= kecepatan putar motor (rpm)s= Slipf= frekuensi (Hz)p= jumlah Kutubdari rumus diatas maka hubungan antara kecepatan dan frekuensi dengan memperhitungkan slip 5% dapat dilihat sesuai dengan grafik di bawah ini

14

Gambar 14. Grafik hubungan antara Kecepatan dan frekuensi sesuai rumus standart

BAB IVRENCANA JADWAL DAN BIAYA4. 4.1 RENCANA JADWALTabel 4. Rencana Pelaksanaan Tugas AkhirRencana JadwalAgustusSeptemberOktoberNovember

Pengajuan Judul dan Proposal

Seminar

Pembuatan Alat

Laporan Tugas Akhir

4.2 RENCANA BIAYATabel 5. Rencana BiayaNama BarangJumlah Harga satuan (Rp)Jumlah Harga (Rp)

1. Mikrokontroler ATMega 85352. Motor 1Fasa3. Triac4. Power Supply5. Lain - lain

3

121-300.000

500.000100.000100.000-900.000

500.000200.000150.000250.000

Total2.000.000

DAFTAR PUSTAKA1. Afrie Setiawan, 2010, 20 Aplikasi Mikrokontroler ATMEGA 8535 & ATMEGA 16 Menggunakan BASCOM AVR,Penerbit ANDI, Yogyakarta.2. B.L. Theraja, 1984, Electrical Technology, Nirja Construction & Development (Co). Ltd, Ram Nagar, New Delhi.3. Hasyim Asyari dan Aris Rakhmadi, 2004, Pengendalian Kecepatan Motor Induksi Satu Phasa, Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta.4. Kustanto, 2008, Sistem Pengendalian Kecepatan Motor Induksi 1 Fasa Dengan perubahan Tegagan Berbasis MCU MC68HC11, STMIK AUB Surakarta.5. Tole Sutikno, 2008, Optimalisai Desain Kendali Kecepatan Putaran Motor Induksi Tiga Fasa Berbasis FPGA ISSN : 1693-6930, Teknik Elektro Universitas Ahmad Dahlan, Yogyakarta,.6. Yadi Yunus dan Suyamto, 2008, Rancang Bangun Alat Pengendali Kecepatan Motor Induksi Dengan Cara Mengatur Frekuensi ISSN : 1978-0176, Sekolah tinggi Teknologi Nuklir BATAN, Yogyakarta,.7. -,2006, Thyristor Theory and Design Considerations HandbookHBD855/D, ON SemiconductorTM.16

Mulai

Inisialisasi Mikrokontroller dengan KomputerSET PWM = 0

Masukkan Kecepatan Yang Diinginkan

Kecepatan Sesuai Batas Kecepatan yang Diperbolehkan?

Tidak

Set Frekuensi PWM Sesuai Kecepatan yang Ditentukan

Ya

Frekuensi PWM Mentrigger Thyristor Inverter, Output Inverter Sebagai Input Motor

Motor Berputar sesuai Kecepatan yang Diinginkan

Atur Ulang Kecepatan Motor?

Selesai

Ya

Tidak

Input dari PWM