IMPLEMENTASI MOTOR INDUKSI LINIER BERBASIS DIGITAL
TUGAS AKHIR
AGUNG AMINUDDIN 09.50.0026
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS KATOLIK SOEGIJAPRANATA SEMARANG 2014
LEMBAR PENGESAHAN
Laporan Tugas Akhir dengan judul “Implementasi Motor Induksi Linier Berbasis Digital” diajukan untuk memenuhi sebagian dari persyaratan dalam memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Elektro di Fakultas Teknik Universitas Katolik Soegijapranata Semarang. Laporan Tugas Akhir ini disetujui pada tanggal . . . Juli 2014 Semarang,
Juli 2014
Menyetujui,
Kepala Program Studi Teknik Elektro
Dosen Pembimbing
Dr. Fl. Budi Setiawan, MT
Dr. Ir. Ign. Slamet Riyadi, MT
058.1.1994.150
058.1.1992.110
ii
ABSTRAK
Motor induksi adalah salah satu bagian dari keluarga besar motor listrik. Pada dasarnya, motor induksi adalah motor yang memanfaatkan induksi elektromagnet. Pemanfaatan motor induksi mencakup berbagai bidang salah satunya bidang transportasi. Contoh kongkrit pemanfaatan motor induksi di bidang transportasi
yaitu kereta Maglev (Magnetic Levitation) yang sudah
diaplikasikan oleh beberapa negara berkembang seperti Jepang, China, Prancis dan Jerman. Prinsip dasar dari kereta Maglev adalah memanfaatkan beda kutub dari dua magnet permanen. Pada laporan tugas akhir ini mengkaji tentang perancangan motor induksi linier yang bergerak menyerupai Maglev. Motor induksi linier merupakan kembangan dari motor induksi pada umumnya. Hanya saja beda pada arah geraknya, dimana motor induksi linier bergerak secara transversal bukan rotasional. Stator pada prototip ini adalah sembilan buah electromagnet yang dipasang berjajar dengan penamaan R, S dan T yang kemudian dioperasikan hidup-matinya secara sekuensial dan kontinyu melalui pemrograman pada mikrokontroler PIC 18F4550. Mover yang terbuat dari bahan akrilik dengan bawahan yang dilapisi inti besi sebagai rotornya.. Keluaran dari mikrokontrol membentuk gelombang kotak tergeser 1200 hasil dari pengkodean yang didapat dari timing diagram. Kata kunci : Motor induksi, linier, PIC 18F4550
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas anugerah dan karunia-Nya, sehingga Tugas Akhir berikut dengan laporan ini dapat selesai dengan baik. Laporan Tugas Akhir ini dibuat sebagai salah satu syarat dalam menempuh pendidikan sarjana pada Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Katolik Soegijapranata. Pada kesempatan ini dengan segala rasa syukur dan kerendahan hati, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada keluarga terutama kedua orang tua yang tak henti-hentinya memberikan dorongan serta doa restu dari awal Tugas Akhir dibuat hingga terbentuk Laporan Tugas Akhir ini. Dalam kesempatan ini juga penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang begitu besar kepada pihak-pihak yang telah membantu, kepada yang terhormat : 1.
Bapak Dr. Ign. Slamet Riyadi, MT selaku dosen pembimbing dalam pembuatan tugas akhir ini yang telah memberikan petunjuk dan ilmu.
2.
Bapak Dr. Florentinus Budi Setiawan selaku Dekan Program Studi Teknik Elektro Universitas Katolik Soegijapranata yang telah memberikan ijin.
3.
Pak Juang dan Mas Vincent yang telah banyak membantu mempersiapkan berkas serta membrikan bantuan selama mengerjakan di laboraturium.
4.
Teman–teman
Program Studi Teknik
Soegijapranata.
iii
Elektro
Universitas
Katolik
5.
Catur, Ram dan Arifin serta teman seperjuangan Tugas Akhir, Deli, Adi, Vanus, Bandar, Adit, Kevin yang begitu banyak membantu dan berbagi ilmu hingga larut malam di laboraturium.
6.
Keluarga di rumah yang selalu setia mensupport dan mendoakan agar Tugas Akhir beserta laporan ini dapat segera selesai.
7.
Dan untuk semua pihak yang tidak dapat penulis sebut satu persatu atas bantuannya baik secara moril maupun materiil.
Penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari kata sempurna, maka penulis sangat mengharapkan saran maupun kritik dari berbagai pihak untuk perbaikan dimasa yang akan datang. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan permohonan maaf apabila terdapat hal-hal yang kurang berkenan dalam penulisan laporan ini. Akhirnya besar harapan penulis bahwa laporan ini dapat memberikan sumbangsih yang berarti bagi kemajuan ilmu dan teknologi di lingkungan kampus Fakultas Teknik Program Studi Teknik Elektro Universitas Katolik Soegijapranata Semarang.
Semarang, Juli 2014
Penulis,
iv
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ................................................................................... i LEMBAR PENGESAHAN .......................................................................... ii ABSTRAKSI ............................................................................................... iii KATA PENGANTAR ................................................................................. iv DAFTAR ISI ............................................................................................... vi DAFTAR GAMBAR ................................................................................... viii DAFTAR TABEL ........................................................................................ ix BAB I.
PENDAHULUAN ........................................................................ 1 1.1. Latar Belakang Masalah .......................................................... 1 1.2. Perumusan Masalah ................................................................ 3 1.3. Pembatasan Masalah ............................................................... 3 1.4. Tujuam dan Manfaat ............................................................... 3 1.5. Metodologi Penelitian ............................................................. 4 1.6. Sistematikan Penulisan ........................................................... 5
BAB II. LANDASAN TEORI ..................................................................... 7 2.1. Pendahuluan .......................................................................... 7 2.2. Motor Induksi ......................................................................... 7 2.2.1. Konstruksi Motor Induksi .............................................. 11 2.2.2. Prinsip Kerja Motor Induksi .......................................... 13 2.3. Motor Linier ........................................................................... 16 2.4. Induksi Elektromagnet ............................................................ 17 2.5. Gaya dan Gerak ..................................................................... 21
v
2.6. Elektronika Daya ................................................................... 24 2.6.1. MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET) ............... 24 2.6.2. Mikrokontroler PIC 18F4550 ....................................... 28 2.6.3. Rangkaian Buffer .......................................................... 29 BAB III. PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI ALAT ...................... 31 3.1. Pendahuluan .......................................................................... 31 3.2. Perancangan Catu Daya ......................................................... 33 3.3. Perancangan Elektromagnet dan Mover ................................ 34 3.4. Perancangan Sistem Kontrol .................................................. 35 3.4.1. Sistem Pengontrolan Magnetisasi ................................. 38 BAB IV. HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA ........................................ 41 4.1. Pendahuluan .......................................................................... 41 4.2. Hasil Realisasi Rangkaian ...................................................... 41 4.3. Hasil Pengujian Osciloscope .................................................. 44 4.4. Kaitan Kode Timing Diagram dengan Posisi Mover ............... 46 4.4.1. Program Maju ............................................................... 47 4.4.2. Program Mundur ........................................................... 49 4.5. Air Gap .................................................................................. 51 4.6. Pengaruh Besar Tegangan dan Arus dengan Gerak Mover ..... 47 4.7. Pembahasan ........................................................................... 54 BAB V.
PENUTUP ................................................................................... 57 5.1. Kesimpulan ............................................................................ 57 5.2. Saran ..................................................................................... 58
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................. 59
vi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1. Klasifikasi Jenis Utama Motor Listrik ...................................... 2 Gambar 2.1. Contoh data pada plat nama motor induksi ............................... 8 Gambar 2.2. Motor induksi bagian dalam ..................................................... 8 Gambar 2.3. Pola pelilitan pada stator 3 fasa ................................................ 9 Gambar 2.4. Rangkaian ekivalen motor induksi ........................................... 10 Gambar 2.5. Slot-slot untuk belitan pada stator ............................................ 11 Gambar 2.6. (a) Rotor sangkar tupai (b) Sangkar konduktor yang telah dipisah .................................................................................... 12 Gambar 2.7. Rotor belitan / Wound rotor ..................................................... 13 Gambar 2.8. Bentuk gelombang 3 fasa pada motor induksi .......................... 13 Gambar 2.9. Prinsip kerja medan magnet putar motor induksi 3 fasa ............ 14 Gambar 2.10. Cara membalik arah putaran pada motor induksi 3 fasa .......... 16 Gambar 2.11. Bentuk stator dan rotor / mover pada motor linier ................... 16 Gambar 2.12. Rangkaian ekivalen motor induksi linier ................................ 17 Gambar 2.13. Kaidah tangan kanan pada kawat berarus .............................. 18 Gambar 2.14. Fluks magnet dan arahnya pada magnet batang ...................... 19 Gambar 2.15. Gaya gesek pada mover .......................................................... 23 Gambar 2.16. Konfigurasi pin MOSFET IRF P460 ...................................... 25 Gambar 2.17. Simbol MOSFET tipe deplesi kanal p .................................... 26 Gambar 2.18. Simbol MOSFET tipe deplesi kanal n .................................... 26 Gambar 2.19. Simbol MOSFET tipe enhancementi kanal p .......................... 27
viii
Gambar 2.20. Simbol MOSFET tipe enhancement kanal n ........................... 27 Gambar 2.21. Konfigurasi Pin PIC 18F4550 ................................................ 29 Gambar 2.22. Konfigurasi Pin IC 7414 ........................................................ 30 Gambar 3.1. Desain Kereta (a) tampak samping (b) tampak atas ................... 31 Gambar 3.2. Rangkaian ekivalen prototip tugas akhir ................................... 32 Gambar 3.3. Rangkaian catu daya 5 volt ...................................................... 33 Gambar 3.4. Desain elektromagnet (a) tampak samping (b) tampak atas ...... 34 Gambar 3.5. Desain mover (a) tampak samping (b) tampak bawah ............... 35 Gambar 3.6. Timing diagram pulsa penyalaan magnet program maju ........... 36 Gambar 3.7. Timing diagram pulsa penyalaan magnet program mundur ....... 36 Gambar 3.8. Flowchart pemrograman sistem kontrol ................................... 37 Gambar 3.9. Urutan magnetisasi pada program maju .................................... 39 Gambar 3.10. Urutan magnetisasi pada program mundur ............................. 40 Gambar 4.1. Realisasi rangkaian buffer ........................................................ 41 Gambar 4.2. Realisasi rangkaian mikrokontrol PIC 18F4550 ...................... 42 Gambar 4.3. Pemasangan elektromagnet ...................................................... 43 Gambar 4.4. Realisasi MOSFET IRF P460 .................................................. 43 Gambar 4.5. Realisasi dan implementasi alat ................................................ 44 Gambar 4.6. Sinyal keluaran pada program maju ......................................... 44 Gambar 4.7. Sinyal keluaran pada program mundur ..................................... 45 Gambar 4.8. Mover pada posisi awal ............................................................ 47 Gambar 4.9. Posisi mover pada kondisi 101, 100, 110 ................................. 47 Gambar 4.10. Posisi mover pada kondisi 010 dan 011 .................................. 48
ix
Gambar 4.11. Posisi mover pada kondisi 001 ............................................... 48 Gambar 4.12. Mover pada posisi awal program mundur ............................... 49 Gambar 4.13. Posisi kereta pada kondisi 101 ............................................... 45 Gambar 4.14. Posisi kereta pada kondisi 100 ............................................... 45 Gambar 4.15. Air gap pada konstruksi motor induksi linier .......................... 46 Gambar 4.16. Besar tegangan DC yang diberikan ........................................ 47
x
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1. Parameter rancang bangun prototip .............................................. 35 Tabel 3.2. Inisialisasi program maju dan mundur ......................................... 36 Tabel 4.1. Parameter percobaan air gap yang berbeda .................................. 52 Tabel 4.2. Parameter pengujian delay ........................................................... 55
xi
