Pengaturan Kecepatan Motor Induksi untuk Membuat Simulasi Gelombang Air pada Lab. Pengujian Miniatur Kapal Ir.Hendik Eko H.S, MT.1, Suhariningsih, S.ST, MT.2,Risky Ardianto 3, 1 Dosen Jurusan Teknik Elektro Industri 2 Dosen Jurusan Teknik Elektro Industri 3 Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Industri Politeknik Elektronika Negeri Surabaya – ITS Kampus ITS Sukolilo Surabaya 60111 e-mail:
[email protected] ABSTRAK Dalam pengontrolan motor induksi diperlukan pengaturan kecepatan yang stabil ketika motor dibebani. Dengan menggunakan inverter kecepatan motor dapat di kontrol, pada alat ini motor digunakan sebagai penggerak untuk membuat simulator gelombang air. Dimana simulator ini digunakan pada Lab.Pengujian miniatur kapal. Di dalam tugas akhir ini penyulutannya menggunakan Pulse width modulation (PWM) dari perbandingan gelombang sinus dengan gelombang segitiga. Dimana dari output sensor level dari plan kemudian diolah oleh program yang ada di Personal computer (PC) masuk ke PWM yang digunakan untuk merubah besarnya frekuensi penyulutan Inverter. Dengan menggunakan kontrol fuzzy diharapkan putaran motor dapat menggerakkan plan sesuai yang diinginkan. Untuk control fuzzy menggunakan AT Mega 16. Kata kunci : Inverter, PWM. Fuzzy, Motor Induksi 1 fasa, AT Mega 16 I. PENDAHULUAN Pada saat ini motor induksi banyak digunakan untuk berbagai keperluan sistem. Itu disebabkan karena motor induksi mempunyai beberapa keuntungan, antar lain yaitu simpel, mudah untuk digunakan dan biaya perawatan yang cukup murah. Dalam hal ini, untuk mengontrol kecepatan motor induksi, banyak metode yang dapat digunakan dan telah dikembangkan. Cara yang paling populer adalah menggunakan Variable Speed Drive (VSD), dan yang biasa digunakan adalah AC inverter. Dengan alat ini , kita dapat memperoleh dua keuntungan : yang pertama adalah kita dapat memperoleh arus start yang rendah dan yang kedua adalah kita dapat mengubah kecepatan motor dengan mengendlikan frekwensi keluaran dari VSD tersebut. Dalam proyek akhir ini, Motor induksi dimanfatkan untuk pembuatan simulator gelombang air. Dimana simulator gelombang air dapat dimanfaatkan dalam pabrik pembuatan kapal sebagai simulasi perancangan kapal. Untuk uji ketahanan kapal terhadap onbak. Kecepatan motor induksi akan digunakan untuk mengatur tinggi gelombang dan periode gelombang. Sebagai pengatur putaran motor digunakn inverter. Inverter diatur melalui rangkaian driver. Rangkaian driver melakukan penyulutan dengan mendapatkan masukan dari sensor. Untuk mendapatkan akurasi data dan respon yang cepat dalam tugas akhir ini digunakan fuzzy logic Controller.
II.
KONTROL SISTEM
Metode Logika fuzzy Controller merupakan salah satu jenis metode controller yang banyak digunakan. Selain itu sistem ini mudah digabungkan dengan metoda pengaturan yang lain seperti PID dan Robust. Sehingga akan menjadi suatu sistem pengatur yang semakin baik
Gambar 1. Blok diagram kontrol Data simulasi Kontrol
Terdapat dua masukan berupa level dan panjang tuas serta satu keluaran yaitu kecepatan motor.
i
Data Input Level
III.
Range input Rendah=0-1cm Agak Rendah=1-2cm Sedang=2-3cm Agak Tinggi=3-4cm Tinggi=5cm Data Input Panjang Tuas
Embedded System
Gambar2. block diagram sistem
PENYEARAH SATU GELOMBANG PENUH
FASA
Rangkaian Full Wave Rectifier 1 phasa pada proyek akhir ini digunakan untuk menyearahkan supply tegangan dari jala-jala sebagai tegangan masukan dari inverter, yang terdiri dari diode dan kapasitor. Rangkaiannya seperti yang ditunjukkan pada Gambar dibawah ini.
Panjang Tuas Pendek=10cm Sedang=15cm Panjang=30cm Data Output Kecepatan
Gambar 3. Rangkaian dan Hasil Gelombang Tegangan Simulasi Penyearah Gelombang Penuh 1 phasa. No
Komponen
Jumlah
1
Dioda 10 Ampere
4
2
Kapasitor= 2200uF/200V
2
3
Kapasitor= 2200uF/150 V
2
Tabel Komponen Rectifier Pada projek akhir ini dirancang power supply untuk sumber inverter dengan sumber jala-jala
ii
dimaksudkan mempunyai ground yang berbeda. Gnd 1 (dari kaki pin 2 IC 4N25) harus berbeda dengan gnd 2/3 (dari kaki pin 4 IC 4N25). Hal ini dimaksudkan agar fungsi optocoupler sebagai isolator electric dapat berfungsi.
(Vm= Vrms = 311 V), dari persamaan 2.10 dan 2.11 maka dapat dihitung tegangan output rms dan rata-ratanya sebagai berikut : = 198.107 V = 219.877 V
Komponen yang dibutuhkan dari rangkaian Optocoupler tercantum pada tabel 1 Tabel 1. Komponen Optocoupler
RANGKAIAN OPTOCOUPLER Optocoupler berfungsi untuk pengaman antara tegangan tinggi dan tegangan rendah sehingga apabila terjadi gangguan pada inverter, gangguan tersebut tidak merusak mikrokontroler dan rangkaian control tetap aman. Pada perencanaan optocoupler ini menggunakan IC dengan tipe 4N25. Konfigurasi IC 4N25 adalah tampak pada gambar 3.4 dan bentuk tiga dimensi tampak pada gambar 4 sebagai berikut :
No
Komponen
Jumlah
1
IC 4N25
1
2
R = 330 ohm
1
3
R = 2.2K ohm
1
INVERTER Dalam hal ini, single phase full bridge inverter digunakan untuk mengubah tegangan dc menjadi tegangan ac. Gambar perencanaan inverter secara lengkap ditunjukan pada gambar 3.7. Pada single phase full bridge inverter menggunakan metode switching SPWM (Sinusoidal Pulse Width Modulation) yang dibangkitakan dengan menggunkan mikrokontroller AT Mega 16 ( secara digital ). Drive switching dari mikrokontroller tidak langsung disambungkan ke mosfet (inverter) tetapi melalui optocoupler dan totempole. Optocoupler digunakan sebagai pemisah antara Mikrokontroller dengan mosfet Single Phase Full Bridge Inverter. Dengan rangkaian optorcoupler Mikrokontroller sebagai pembangkit PWM utama terhindar dari kerusakan , apabila terdapat arus balik dari rangkaian Single Phase Full Bridge Inverter. Rangkaian totempole digunakan untuk melakukan switching atau perubahan kondisi dari low ke high dengan cepat. Inverter ini di design dengan frekuensi 50 Hz dan tegangan output inverter 220 Vac.
1: Anode 2: cathode 3: NC 4: Emitter 5: Collector 6: Base
Gambar 4 .Pin Konfigurasi 4N
Gambar 5. White Package and Black Package
Di bawah ini merupakan gambar dibawah rangkaian dari optocoupler yang digunakan pada tugas akhir ini :
Gambar 6.Gambar Rangkaian Optocoupler Pada rangkaian Optocoupler ini, suplay tegangan antara (sinyal) masukan (dari mikrokontroler) dan (sinyal) keluaran rangkaian ini harus berbeda / sendiri – sendiri
Gambar 8. Rangkaian Single Phase Full Bridge Inverter dengan penyulut PWM
iii
3.5.1 Single Phase Full Bridge Inverter Pada rangkaian Single Phase Full Bridge Inverter membutuhkan empat buah piranti swithing (MOSFET) yang bekerja secara berpasangan dan bekerja (on-off) secara bergantian, maka membutuhkan dua buah pulsa yang bekerja on-off secara bergantian. Rangkaian dasar Single Phase Full Bridge Inverter pada gambar 3.11 didisain untuk menghasilkan tegangan 220 Vac dan arus 4.09 Ampere. Untuk menghasilkan tegangan dan arus 220 Vac 4.09 A, maka piranti yang yang sesuai untuk Single Phase Full Bridge Inverter menggunakan MOSFET tipe IRFP 460. MOSFET IRFP 460 memiliki kemampuan switching diatas 50 KHz. Tegangan drainsource (Vds) cukup aman untuk tegangan 220 V, karena MOSFET IRFP 460 memiliki batas kemampuan tegangan drain-source sampai 500 V dan arus drain ID 20 Ampere. Konfigurasi Pin IRFP 460 terlihat pada gambar 9.
…………………… …………...................3.1
1 T 2 V p dt T 0 1 2 2 Vrms V dt 0 p 2 Vrms
Vrms V p2 V p
Di bawah ini merupakan hasil simulasi single phase full bridge inverter pada gambar 10.
Gambar 9. Gambar Konfigurasi Pin IRFP 460
Gambar 10. Rangkaian Inverter Single Phase Full Bridge Terlihat pada gambar 10. di atas untuk rangkaian inverter single phase full bridge. Keluaran tegangan inverter dapat diperoleh dari perhitungan :
Gambar 11.Rangkaian dan hasil simulasi inverter single phase full bridge dengan penyulut PWM
iv
5. ”Elektronika Daya”, Muhammad H Rashid; Penerbit PT.Prenhallindo, Jakarta.
Pada rangkaian simulasi di atas untuk pembangkit metode switching PWM digantikan dengan rangkaian analog pada simulasi yang pada kenyataannya nanti dibangkitkan secara digital dengan mikrokontroller AT Mega 16. Pada pembuatan inverter, pada realitanya perlu diperhatikan untuk power supply drive penyulut mosfet harus disendirikan. Komponen switching (MOSFET) pada inverter harus mendapat ground sendiri. Hal ini dimaksudkan untuk menghindarkan hubung singkat antara MOSFET 1, MOSFET 2, dan MOSFET 3/MOSFET 4.penyutnya gelombang kotak dari tegangan dan arus diinputkan ke dalam mikrokontroler untuk dikalkulasi sudut beda fasenya dan mendeteksi leading maupun laggingnya. Sensor Level Air Sensor yang digunakan untuk mengukur ketinggian air adalah potensiometer. Untuk mengkonversi gerakan naik-turun ketinggian air menjadi gerakan rotasi yang akan memutar potensiometer, digunakan sebuah pelampung dan pemberat yang dirangkai dalam sebuah sistem katrol.
. Gambar 12. Rangkaian sensor menggunakan potensiometer. IV. KESIMPULAN - Pengaturan kecepatan motor menggunakan inverter - Dengan Menggunakan Logika fuzzy dapat diketahui nilai respon input dengan output yang lebih tepat.
V.
DAFTAR PUSTAKA 1. “An Introduction To Electrical Machines And Transformer”, Wiley, George Mc Pershon, Robert D. Laramore, 1990. 2. ”Dasar Teknik Tenaga Listrik Dan Elektronika Daya”, ZUHAL. 3. “Elektronika Daya”, Joke Pratilastiarso, PENS-ITS, 1993. 4. ”Prinsip-prinsip Elektronika”, Erlangga, Malvino Barmawi, 1992.
v
