STEMAN 2014
ISBN: 978-979-17047-5-5
PROSIDING Seminar Nasional Teknologi Manufaktur 2014 (STEMAN 2014)
Tema: Teknologi Manufaktur Sebagai Pendorong Produk Industri Nasional
Bandung, 19-20 Agustus 2014 RINEKAMAYA Politeknik Manufaktur Negeri Bandung JL. Kanayakan No. 21 Dago Bandung - 40135
PenyeLenggara:
POLITEKNIK MANUFAKTUR NEGERI BANDUNG Jln. Kanayakan 21, Dago-Bandung 40135 Homepage . http://www.polman-bandung.ae.id Telepon : (022) 250 0241, Fax: (022) 2502649 E-mail:
[email protected]
STEMAN 2014 .
ISBN: 978-979-17047-5-5
Seminar Nasional Teknologi Manufaktur 2014 (STEMAN 2014) Tema: Teknologi Manufaktur Sebagai Pendorong Produk Industri Nasional Bandung, 19-20 Agustus 2014, Politeknik Manufaktur Negeri Bandung RINEKAMAYA
Editor: Sit] Aminah, S.T., M.T. Nuryanti, S.T., M.Sc. Dewi Idamayanti, S.Sc., M.T.
Desain Sampul: Pramudiya Tri Hartadi
Hak Cipta (C) pad a Penulis. Hak Publikasi pad a Politeknik Manufaktur Negeri Bandung disebarkan secara bebas untuk tujuan bukan komersial, Dilarang memperbanyak sebagian atau seluruh isi buku ini Pemegang Hak Publikasi prosiding ini tidak bertanggung prosiding ini.
(pOLMAN Bandung). Artikel pada prosiding ini dapat digunakan dan dengan syarat tidak menghapus atau mengubah atribut penulis. dalam bentuk apapun tanpa izin tertulis dari Penerbit dan Penulis. jawab atas tulisan dan opini yang dinyatakan oleh penulis dalam
ISBN 978-979-17047-5-5
STEMAN 2014
KAT A PENGANT AR Prosiding ini berisi makalah-makalah yang dipresentasikan pad a STEMAN2014, yaitu seminar dalam rangka memperingati Dies Natalis ke-37 Politeknik Manufaktur Negeri Bandung (pOLMAN Bandung) dalam bidang Rekayasa dan Teknologi Manufaktur di Indonesia. STEMAN2014 memilih tema Teknologi Manufaktur Sebagai Produk Industri Nasional. Tujuan utama dari seminar ini adalah: 1. Meningkatkan kontribusi akademisi dan profesional dalam pengembangan rekayasa dan teknologi manufaktur. 2. Sebagai media diskusi dan pertukaran informasi dalam kegiatan penelitian dan pengembangan di bidang rekayasa dan teknologi manufaktur. 3. Membangun komunikasi dan jaringan antara perguruan tinggi, industri, lembaga penelitian dan pihak lainnya yang terkait. Topik-topik yang dibahas di dalam seminar dan prosiding ini meliputi: 1. Rekayasa dan Teknologi Manufaktur untuk Pertanian, Pertambangan, Otomotif, Elektronika, Lingkungan, Mitigasi Bencana, Energi Alternatif dan Terbarukan, Industri Kecil, dll. 2. Perancangan dan Pengembangan Produk Manufaktur 3. Teknologi Material ft Metalurgi 4. Proses dan Teknologi Manufaktur 5. Mesin dan Peralatan Industri Manufaktur 6. Sistem Manufaktur 7. Sistem Kendali dan Mekatronika Industri Manufaktur 8. Sosio-Manufaktur 9. Topik-topik lainnya yang terkait dengan rekayasa dan teknologi manufaktur Seminar ini merupakan sarana diskusi ilmiah, komunikasi dan pertukaran informasi bagi para akademisi, peneliti, praktisi industri, pemerintah dan stakeholder lainnya dalam pengembangan rekayasa dan teknologi manufaktur. Panitia STEMAN 2014 menerima Extended Abstract sebanyak 75 hasil penel itian dari mahasiswa dan dosen Politeknik Manufaktur Negeri Bandung, Universitas Gajah Mada, Universitas Jenderal Achmad Yani, Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya, Universitas Syiah Kuala Aceh, Universitas Trunojoyo Madura, Politeknik Merlimau dan Kolej Komuniti Jasin, Malaysia, dan UPT. Balai Pengolahan Mineral Lampung-LiPI. Setelah melalui seleksi dan evaluasi oleh tim reviewer dan dewan editor, panitia memutuskan sebanyak 70 makalah dapat diterima untuk dipresentasikan dalam STEMAN2014. Hasil dari seminar nasional ini diharapkan dapat memberikan kontribusi pemikiran untuk mendukung terbentuknya industri manufaktur nasional yang unggul dan meningkatnya daya saing bangsa.
ISBN 978-979-17047-5-5
STEMAN 2014
SUSUNAN PANITIA STEMAN 2014 Komite Program Ketua Anggota Tim Pengarah
:
Direktur POLMAN Para Wadir POLMAN :
Prof. Dr. Ir. lsa Setiasyah Toha, M.Sc. (Direktur POLMAN Bandung) Prof. Dr. Ir. Yatna Yuwana M. (Dekan FTMD - ITB) Prof. Dr. Ir. Tresna Priyana Soemardi, SE., M.S. (Universitas Indonesia) Dr. Zainal Arief, S.T., M.T. (Direktur PENS Surabaya) Tim Penelaah
:
Prof. Dr. Ir. Isa Setiasyah Toha, M.Sc. (pOLMAN Bandung/ITB) Prof. Dr. Ir. Yatna Yuwana M. (FTMD ITB) Engr. Dr. Md Saidin Wahab (UTHM - Malaysia) Ir. Dadet Pramadihanto, M.Eng., Ph.D. (PENS - Surabaya) Dr. Ismet P. Ilyas, BSMET, M.Eng.Sc. (pOLMAN Bandung) Dr. Carolus Bintoro, MT. (Politeknik Negeri Bandung) Dr. Ing. Yuliadi Erdani, M.Sc. (pOLMAN Bandung) Dr. Beny Bandanadjaya, ST., MT. (pOLMAN Bandung) Dr. Noval Lilansa, MT. (pOLMAN Bandung) Dr. Amang Sudarsono (PENS - Surabaya) Dr. Ali Ridho (PENS - Surabaya) Dr. Dipl. Ing. Ahmad Taqwa, MT. (POLSRI-Palembang) Pelaksana: Ketua Anggota
Emma Dwi Ariyani, S.Psi., M.Si. Adies Rahman Hakim, ST., MT. Agus Surjana Saefudin, ST., MT. Dewi Idamayanti, ST., MT. Nuryanti, S.T, M.Sc. Reza Yadi Hidayat, ST., MT. Roni Kusnowo, ST., MT. Supriyadi Sadikin, S.IP., M.Si. Siti Aminah, ST., MT. Wiwik Purwadi, ST., MT. Yoyok Setiyo Pamuji, ST. Kiki Sri Nur Endah, ST. Ratih Suhartini, S.Pd. Yati Yulia, S.AP Elis Siti Munawaroh, S.AP Idan Sukmara Pramudiya Tri Hartadi Engkos Koswara
Alamat Sekretariat : Politeknik Manufaktur Negeri Bandung Sdri. Ratih Suhartini Jl. Kanayakan No. 21 Dago Bandung - 40135 Tel. 022 - 2500241 ; Fax. 022 - 250 2649 Email:
[email protected] Homepage: steman. polman-bandung.ac. id
11
STEMAN 20t4
ISBN 978-979-17047-5-5
DAFTAR ISI Kata Pengantar
.
Susunan Panitia
ii
Daftar Isi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
iv
Keynote Speaker Universitas Indonesia Prof. Dr. Ir. Tresna Priyana Soemardi, SE., M.S. Dirjen Kerjasama Industri Internasional Ir. Agus Tjahajana, SE., M.Sc.
Kementerian
Perindustrian
Chief Operation Officer PT Astra Otoparts-Winteq Direktur - PT Federal Izumi Mfg. Reiza Treistanto Abstrak Makalah Peserta
BIDANG KAJIAN : REKAYASA DAN TEKNOLOGI MANUFAKTUR UNTUK PERTANIAN, PERTAMBANGAN, OTOMOTIF, ELEKTRONIKA, DLL Aplikasi Metode Perancangan Pahl-Beitz pada Perancangan Lini Produksi 1man Apriana
2
Design for Sustainability (DFS) and Design for Environment Automotive industry SKH Muhammad Bin SKH Abd Rahim.
8
(DfE) Practices in
Pembuatan dan Pengujian Model Pahat Insert dari Baja 34CrNiMo6 Melalui Proses Pack Carburizing Umen Rumendi ,..... 15 Pengaruh Temperatur dan Dwell Time Degassing terhadap Porositas Gas pada Aluminium JIS AC4C dengan Metode Gravity Casting Balqis Mentari Ejendi.
21
The Optimization Of Power Conversion From Wind Energy Norhana Binti Safee.
27
Modifikasi Vessel Nissan CWB45-ALDN45 untuk Peningkatan Kapasitas Angkut Unit Truck Herman Budi Harja. 32
IV
STEMAN 2014
ISBN 978-979-17047-5-5
Kajian Pengaruh Jenis Pasir, Temperatur Tuang, dan Jumlah Deoksidasi Alumunium terhadap Porositas Gas dalam Proses Gravity Sand Casting pada Nozzle Cup Material 13 Ade Rachman. 38
Pengembangon Sistem Pengetuiaii Suhu pada Heater Reaktor Auger untuk Proses Pirolisis Cepat Cangkang Sawit Izarul Machdar . . . .. . . .. . . . . . . . . . . . .. . . .
48
Perencanaan strategis persediaan peralatan kebencanaan berdasarkan siklus kebencanaan Muhammad Dirhamsyah.........
54
Perancangan Ulang Tool Holder Untuk Alur Dovetail Pada Ragum Polman 125 Menggunakan Metode DFMA Somantri. : .............
.
57
Perbaikan Rancang-Bangun Kopling-Dog Pengendali Roda Traktor- Tangan Polman Bandung Haris Sayoko, Isa Setiasyah Toha
63
Perancangan Coren-Baja Menggunakan Bantuan Perangkat Lunak Simulasi Coran Solidcast 8.2.5 Studi Kasus pada Produk Link Track Beny 8andanadjaja .... . . . . .. . . . . .. . .. . .. . . .
71
BIDANG KAJIAN : PERAN(ANGAN
DAN PENGEMBANGAN
PRODUK MANUFAKTUR
Implementasi Surfaces 3D Scanner Menggunakan Metode Triangulation untuk Reverse Engineering Obyek Sederhana Bolo Dwiartomo.
dan Tesselation 78
Analisis Simulasi Reinforced Thermoplastic Pipe Dengan Metoda Elemen Hingga Melalui Pendekatan Pipa Multilayer Menggunakan Perangkat Lunak Rekayasa Asep Indra Komara.. . .. .... . . . . .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . . . ... . . . . . . .. . . . . .. .. .. . . . . . . . . . . 86
Optimasi Bentuk Pisau Penghancur Limbah Tempurung Kelapa Berbentuk Piringan Bertakik untuk Mendapatkan Berat Optimum Aji Gumilar . . .. . .. . . . .. .
92
Perancangan dan Pembuatan Prototipe Mesin Pengolah Air Bersih Sistem Mobile untuk Keadaan Darurat Air Yuliar Yasin Erlangga............................................... 98
v
STEMAN 2014·
ISBN 978-979-17047-5-5
Perancangan Konstruksi Portable Bridge dan Alat Bantunya untuk Mobil Perkebunan (Wintor) dengan Mekanisme Lipat Adies Rahman Hakim "......... 105
BIDANG KAJIAN : TEKNOLOGI MATERIAL METALURGI Perbaikan Ketangguhan Meterial Baja Cor Paduan NI-CR-MO Melalui Proses Tempering Ganda Beny Bandanadjaja. 112 Simulasi Proses Perlakuan Panas Permukaan untuk Mendapatkan Waktu Pemanasan yang Sesuai Oyok Yudianto , . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .. . . .. . . . . .. 116
Pengaruh Laju Pendinginan dan Bahan Paduan terhadap Pembentukan Ketahanan Aus Besi Cor EN-JN2019 Kus Hanaldi.
Karbida M)C dan 121
Kajian Faktor-Faktor yang Memberi Kesan Proses EDM terhadap AISI H13 Mohamad Shahril Bin Ibrahim.............................................................
126
A Study On Types Pineapple Leaf Fibers (PALF) Reinforced Po/y/actide Nurul Hayati Binti Jamil..
131
(PLA)
Analisis 5truktur Mikro dan Kekerasan Permukaan Baja 5T 37 Carburized melalui Proses Dekarburasi Oleh Air Muhammad Hilmi Wahhab................................ 137 Riserless Castfng of FCD 500 in Green Sand Mold Wiwik Purwadi...............................................................................
145
Analisis Kakisan Air pada Logam dalam Sistem Aliran Dandang Noor Azlan Bin Ngasman
152
Kajian Prestasi Mata Alat Karbida Bersalut Semasa Melarik Keluli AISI H13 Menggunakan Bendalir Pemotong Azlan Shah Bin Kamaruddin 158
Analisa Uji Keausan Material 5T 37 Hasil Carburizing dan Hardening dengan Menggunakan Mesin Uji Keausan Horizontal Tri Sugeti Gumilar Permana ,. . ... . . .. . . . .. . . . . .. . . . . . .. . . .. .
.
163
Analisa Perbandingan Kekerasan, Distribusi Kekerasan dan Struktur Mikro Material ST 37 pada Proses Karburasi dengan Metoda Single Quenching dan Direct Quenching Gerri Rinaldi................................................................................. 169 VI
STEM AN 2014
ISBN 978-979-17047-5-5
Kajian Pengaruh Aditif terhadap Pembentukan Nano Deposite Nikel pad a Elektroplating Baja Karbon Rendah Dewi Idamayanti . .. . . .. . .. . . . . . . .. . .. . 177
Optimalisasi Desain dan Simulasi pada Coran Blade Turgo- Turbine Roni Kusnowo......... ..... .... .............. .. .. .... .... ..... ...... .. .... ... ... .. .... .......
182
BIDANG KAJIAN : PROSESDAN TEKNOLOGI MANUF AKTUR Optimalisasi Proses Pemesinan CNC Milling 3 Axis dengan Menggunakan Metode Taguchi Benny Haddli Irawan........................................................................ 189
Pengaplikasian CAIP (Computer Aided Inspection Planning) pada Operasi OMM (On Machine Measurement) dengan Alat Ukur Probe: Sistem Global CAIP Yogi Muldani Hendrawan.. 195
Pengaplikasian CAIP (Computer Aided Inspection Planning) pada Operasi OMM (On Machine Measurement) dengan Alat Ukur Probe: Rekonstruksi Feature dengan Metode Perbandingan Antara Permukaan Yogi Muldani Hendrawan.. 202
Pengaruh Minyak Kelapa sebagai Dielektrik Alternatif pada Benda Kerja AISI P21 Tjun Mahsunadi..
terhadap Kinerja Edm Diesinking 208
3 Axis CNC Milling Tool Path Strategy for Machining Spherical Surface Uyana Bint! Norizan ~.........................................................
216
Pengukuran kesesuaian produk terhadap spesifikasi untuk diameter pada bidang datar yang berbeda dan tidak sejajar Nandang Rusmana.........
222
dan posisi lubang
Analisis Pengaruh Variasi Temperatur Media Quenching Pada Proses Hardening Terhadap Kekerasan Permukaan dan Tingkat Distorsi Baja AISI 1045 Fikry Fauzi Rachman........................................................................
227
The Study Of Mechanical Properties of Laminated Bamboo (Brnb) Strip/Epoxy Composites Muhammad Hafiz Bin Kamarudin
234
VII
STEMAN 2014
ISBN: 978-979-17047-5-5
OPTIMASI ZERO VOLTA(jE SWITCHING DAN BUCK CONVERTERSEBAGAIPEMANASINDUKSIUNTUK PEMASANGAN BEARING Ismail Rokhim1) Herman Budi Harja2) Wahyudi Purnomo'" 1) 2)
Teknik Mekatronika Politeknik Manufaktur Bandung 40135, email:
[email protected] Teknik Manufaktur Politeknik Manufaktur Bundung 40135, email:
[email protected] 3) Teknik Mekatronika Politeknik Manufaktur Bandung 40135, email:
[email protected]
Abstrak Kegiatan pembongkaran dan pemasangan bearing sebagai tumpuan berputarnya poros merupakan kegiatan rutin yang sering dilakukan dalam perawatan mesin. Kegiatan ini perlu dilakukan dengan cepat dan mudah agar didapatkan hasil yang baik dan terhindar dari kerusakan. Dalam paper ini diperkenalkan metode pemanasan bearing dengan sistem induksi yang menerapkan teknik zero voltage switching dan buck converter. Sistem ini ini terdiri dari dua skema rangkaian, yaitu rangkaian resonant zero voltage switching yang digunakan untuk membangkitkan tegangan yang diinduksikan ke beban (bearing) dan rangkaian buck converter untuk mengatur daya rangkaian pemanas induksi. Metode pemanasan induksi dengan teknik zero voltage swicthing dipilih karena memiliki rugi-rugi daya kecil, mengurangi problem gangguan EMf, dan dapat dioperasikan pada fekuensi tinggi. Sedangkan buck converter dapat menghasilkan catu daya de dengan efisiensi tinggi. Optimasi desain rangkaian dilakukan dengan cara mengoperasikan rangkaian zero voltage switching pada frekuensi kerja hingga 200 KHz dan mengatur duty-cycle rangkaian buck converter sehingga dapat memberikan daya yang cukup bagi rangkaian zero voltage switching untuk memanaskan bearing. Kala Kunci: Pemanas
induksi,
zero voltage switching,
1. Pendahuluan
buck converter,
duty-cycle.
kerusakan pada bearing. Oleh karena itu metoda pemanasan bearing merupakan solusi yang sebaiknya dipilih pada proses pemasangan bearing untuk menghindari kerusakan awal bearing. Setelah proses pemanasan, maka dimensi bearing akan melewati batas toleransi dari poros sehingga bearing dapat dipasang pada poros tanpa melalui proses pemukulan pada saat proses pemasangan.
Fungsi bearinglbantalan gelinding sebagai tumpuan berputar pada kontruksi mesin memiliki peran utama karena mendukung keandalan dan perfonna mesin. Kerusakan mesin sering dihubungkan dengan kerusakan bearing karena permasalahan/kerusakan pada bearing berkontribusi 40% terhadap kerusakan mesin [12]. Salah satu faktor penyebab kerusakan bearing adalah metoda pemasangan bearing pada shaft dengan pemukulan, metoda ini akan menghasilkan kerusakan fisik pada race way bearing dan hal ini merupakan kerusakan awal pada bearing[13]. Studi Svenska Kullager Fabriken (SKF) produsen bearing dari Swedia, menunjukkan bahwa kasus kerusakan awal bantalan gelinding yang disebabkan oleh pemasangan bearing secara sederhana (pemukulan) menyumbang 16% dari total
Setiap jenis atau tipe bearing membutuhkan nilai temperatur yang berbeda tergantung dari bahan, massa, ukuran bearing, dan temperatur lingkungan. Sehingga sebelum proses pemanasan dilakukan terlebih dahulu harus dilakukan perhitungan dari variabelvariabel tersebut. Perhitungan temperatur pemanasan bearing dapat dilakukan melalui rumus berikut ini] l I] : .. tU 294
Omax = 0,012.do
[
"C]
(1)
STEMAN 2014
tM
ISBN: 978-979-17047-5-5
= to + tR + (25 .;.35 DC)
pemanasan induksi [4,6]. Karena thyristor memiliki ban yak kelebihan, komponen ini banyak digunakan sebagai inverter untuk pembangkit daya pada frekuensi medium yang menggantikan sistem putaran mesin[5]. Secara luas inverter semacam ini banyak digunakan untuk frekuensi di atas 10 KHz[3]. Untuk catu daya dengan frekuensi tinggi antara 50 KHz sampai 10 MHz, komponen solid state seperti MOSFET, lGBTs, GTOs, dan Bipolar Junction Transistor (BJTs) banyak digunakan. Secara keseluruhan perangkat ini memiliki efisiensi yang lebih tinggi dan frekuensi kerjanya di atas ribuan kilo hertz [2,6].
(2)
dirnana: tD = perbedaan temperatur yang mengakibatkan pemuaian ring dalam sebesar Umax (perbedaan temperatur yang diperlukan) Omax= toleransi (+) poros + toleransi (-) inner diameter bearing. do = diameter lubang bearing tM = temperatur pemasangan tR = temperatur ruangan (25-7-35°C) = temperatur penambahan untuk menjadikan pemuaian yang lebih besar (rnempermudah pemasangan). Metode induction heater bearing menggunakan prinsip induksi elektromagnetik yang merupakan dasar dari semua sistem pemanasan induksi ditemukan oleh Michael Faraday pada tahun 1831. Namun demikian, Heaviside baru pertama kali mempublikasikan artikelnya tentang transfer energi dari kumparan ke inti pejal (solid core)[8]. Beberapa keuntungan berkaitan dengan dengan proses pemanasan induksi adalah waktu pemanasannya singkat, kepresisian dalam pengendalian panas benda kerja, mudah diperoleh, dan memiliki efisiensi konversi energi. Karenanya sistem pemanasan induksi banyak digunakan di industri untuk keperluan peleburan, penyarnbungan, dan pengerasan [10]. Pada pemanas bearing dengan sistem induction heating, kumparan sekunder digantikan oleh bearing. Bearing tersebut diibaratkan kurnparan sekunder dalam transfonnator yang terhubung singkat (short circuit) sehingga temperatur bearing naik karena adanya arus (eddy current) yang berputar pada inner ring, seperti yang ditunjukkan gambar I.
Gbr 1. Prinsip ker]a peruanas
Dalam
switching
telah
literatur,
"""
SUPPLY
dalam
rcsx:
• CONVERTER
-
-1
C<>AC INVERTER
h ~
Gbr 2. Prinsip dasar slstcm pernanasan
HEATER COIL
induksi.
Pada kebanyakan aplikasi sistem pemanasan induksi, benda kerja diternpatkan di sekitar kurnparan yang menghasilkan medan magnet yang disuplai oleh inverter DCI AC. Dalarn literatur, konfigurasi jumlah koil (lilitan), single turn dan multi layer telah dilakukan[ 14]. Penggunaan konverter elektronika daya dalam sistem pemanasan induksi menyebabkan faktor day a rendah, harmonisa arus yang tinggi, dan ketepatan strategi kontrol dalam hal switching [7]. Salah satu problem utama saat ini dalam sistem pemanasan induksi adalah faktor daya rendah dan distorsi hannonisanya tinggi[9]. Pengoperasian sistem pemanasan induksi pada faktor daya rendah menyebabkan drop tegangan sumber yang berakibat juga tegangan rendah pada plant. Karena tegangan di plant rendah menyebabkan peningkatan waktu pemanasan atau peleburan benda kerja dan akan menambah biaya pengoperasian plant [I].
Induksi bearing.
sejumlah
digunakan
Pada dasarnya, sistem pemanasan induksi terdiri atas qua tahap konversi daya seperti garnbar 2. Tahap pertama, mengubah suplai daya AC menjadi tegangan DC kemudian tahap berikutnya mengubah tegangan DC menjadi tegangan AC dengan frekuensi yang diinginkan.
komponen
sistern 295
STEMAN 7014
ISBN: 978-979-17047-5-5
2. Model Sistem Pada dasarnya sistem kendali induction heater yang diusulkan terdiri atas empat elemen utama seperti yang ditunjukkan gambar 3. Elemen pertama adalah kontroller sistem induction heater, elemen ini berfungsi untuk membandingkan nilai setpoint dengan nilai hasil pembaeaan sensor dari suhu induction heater. Elemen kedua adalah converter, elemen ini berfungsi sebagai penggerak induction heater yang akan mengeluarkan frekuensi penyulutan pada induction heater sesuai dengan nilai setpoint yang diberikan. Elemen ketiga adalah work coil (induction heater), yaitu lilitan penghantar yang akan memberikan medan elektromagnet pada bagian sekunder (bearing) dengan intensitas medan magnet sesuai dengan nilai setpoint. Bagian keempat adalah sensor, elemen ini berfungsi untuk mendeteksi temperatur di work coil sebagai current tempertur untuk dibandingkan dengan setpoint oleh controller.
pada tahap selanjutnya diperlukan untuk menghasilkan tegangan induksi pada work coil digunakan rangkaian resonan Zero Voltage Switching (ZVS). Rangkaian resonan ZVS beketja dengan cara membangkitkan frekuensi osilasi melalui komponen LC. Transistor T 1 dan T2 masing-masing beketja secara bergantian selama setengah peri ode dari frekuensi osilasi. Rangkaian ini mampu menghasilkan gelombang sinus murni dengan frekuensi osilasi hingga ratusan kilohertz. Catu daya rangkaian ZVS disuplai dari rangkaian buck converter yang menghasilkan tegangan de variable tergantung duty-cycle yang dihasilkan oleh sinyal kendali dari controller.
DC 10 DC
COIWIft.
Inwnw H_
e••,
LC
•••
•••
am.
Gbr 4. Diagram blok sistem kendall Induction heater. Gbr 3. Sistem kendall induction heater.
Model sistem kendali induction heater lebih detail ditnnjukkan pada gambar 4, sebagai pengganti converter digunakan rangkaian de to de buck converter dan rangkaian resonan ZVS. Rangkaian de- de buck converter beketja dengan cara menurunkan tegangan jala-jala yang disearahkan dengan mengatur duty-cycle penyulutan komponen switching melalui perubahan nilai tegangan de dari setpoint. Untuk menentukan duty-cycle dapat dilakukan dengan perhitungan bcrikut ini,
Rangkaian de-de converter dan rangkaian ZVS masing-masing ditunjukkan pada gambar 5 dan gambar 6. Hubungan antara tegangan rata-rata dari gelombang pulsa dengan duty-cycle ditunjukkan oleh persamaan di bawah ini,
Vdc='T
1
f.T0
(4)
vo(t)dt=Vo·D
T1
D --
Ton Toll+Tofl
-
TOil -
T
T
011"
f
(3)
DC
T2
Sinyal kendali penyulutan rangkaian switching dilakukan secara closed loop dengan pengendali-PI untuk menjaga kestabilan sistem. Untuk membangkitkan gelombang sinus yang
c
Gbr 5. Rangkaian DC-DC cconverter. 296
Load
ISBN: 978-979-17047-5-5
STEMAN 2014
+V R1
----
02 000'
.._-_._-----
000)
0002 !,,...f'l}-,
Gbr 8. Respon keluaran de-de buck converter R2
Gbr 6. Rangkaian resonan ZVS.
3. Hasil dan Pembahasan Model rangkaian de-de buck converter disimulasikan dengan software Powersim sedang sinyal keluaran rangkaian resonan ZVS diukur dengan menggunakan osiloskop digital untuk mengetahui besamya tegangan dan frekuensi resonansi. Rangkaian de-de buck converter disuplai dengan tegangan de 60 Volt, tegangan referensi diatur untuk menghasilkan variasi dutycyle penyulutan transistor. Duty-cycle 50iyo diperlihatkan oleh gambar 7 dengan pengaturan tegangan referensi sebesar I Volt. Pada nilai tegangan referensi ini, keluaran tegangan de-de buck converter sekitar 28 Volt dengan pengaturan gain dan konstanta waktu pengendali-Pl masingmasing sebesar 1 dan 0.8 detik.
Vref(Vott)
Gbr 9. Hubungan output de-de converter terhadap Vref.
Dengan memberikan catu tegangan de sebesar 15 Volt pada rangkaian resonan ZVS, tegangan keluaran di komponen LC sebesar 89,6 Volt dengan frekuensi osilasi sebesar 289,4 KHz. Hasil pengukuran pada rangkaian resonan ZVS ditunjukkan oleh gambar 10. v"·O.OO0s
G~ItI$1(~
1.1
•
rt
Measure
\lpp I chan
of
:2 B9.6V
Vavo I chan of 2. 677r¥J
.'
.
"
I ;
,
. Frequency I' ,h¥\
of
2 Z$9.'*=H
Duty Cycle 10chari of 2 59.07%
RISe Tme I ch¥l of 2 1.01'5us
IDlu.
. :>Q9_ ~~~
IOC
!TIil
Gbr 10. Keluaran rangkaian resonan ZVS. l.I'tI.(r)
Gbr 7. Sinyal PWM untuk penyulutan transistor.
Bentuk respon keluaran de-de buck converter ditunjukkan oleh gambar 8. Perubahan tegangan keluaran de-de buck converter terhadap pengaturan tegangan referensi diiperlihatkan oleh kurva gambar 9.
Dari hasil simulasi yang ditunjukkan gambar 9, nampak bahwa tegangan keluaran dede converter dapat diatur melalui pengaturan duty-cycle dari tegangan referensi. Tegangan keluaran de-de converter dengan kisaran hingga 30 Volt ini cukup untuk men-drive rangkaian resonan ZVS yang mampu membangkitkan gelombang sinusoidal mutni untuk 297
STEMAN 2014
menginduksikan (bearing).
ISBN: 978-979-17047-5-5
arus
ke kumparan
sekunder
4. Kesimpulan Metode pemasangan bearing pada suaian dapat dilakukan dengan sistem pemanas induksi yang menggabungkan de-de buck converter sebagai catu daya rangkaian resonan ZVS. Gelombang elektromagnetik yang diinduksikan pada workpiece/bearing dihasilkan dari gelombang sinus yang dibangkitkan oleh rangkaian resonan ZVS pada frekuensi sekitar 289 KHz. Pengaturan tegangan keluaran de-de converter hingga 30 Volt digunakan untuk mengatur suhu pemanasan bearing sesuai jenis/tipe bearing yang akan dipasang pada suaian.
ReferensiIDaftar Pustaka
KHz Voltage Source Inverter for Induction Melting Applications", IEEE Transaction on Industrial Application, Vo1.32, No.2, Marchi April 1996, pp.279-286. [7] Jayne M.G., Luk c.r., "The Use of Transputer for Pulse-Width Modulated (PWM) Inverter", UPEC'88, pp.81-84. [8] Heaviside 0., "The Induction on Currents in Cores" The Electricians, May 3 1884, pp.583-587. [9] Nuns J., Foch., Metz M., Yang X., "Radiated and Conducted Interferences in Induction Heating Equipment: Characteristics and Remedies" The European Power Electronics Assosiation 1993, pp.194-199. [10] Prevett P.O., The Role of Induction Heating in HDW : A Modern Metal Joinning Process", IEEE Transaction on Industry and General Applications, Vol.IGA-6, No.2, March/April 1970, pp.128-130. [ 11] "Rolling Bearing : Vocational Training Course Part 2, Basic skills for Rolling bearing mounting", p.18-20, FAG Kugelfischer. [12] Schoen, R , Habetler, T.G, Kamran, F., Bartheld R.G " Motor Bearing Damage Detection using stator Current Monitoring", IEEE Transaction Industry Application, Vol 31, pp:1274-l279, 1995. [13] Sciferl, R.F., Melfi, M.J " Bearing Current Remediation Option ", IEEE Industry application Magazine, Vol 10, n04, pp.4050,2004. [14] Swart S.M., Ferreira J.A., "Single Turn Work Coil and Integrated Matching Transformer for Medium and High Frequency Induction Heating", The European Power Electronics Association 1993, pp.118-123. >
[1] Andrews D., Bishop., Witte J., "Harmonic Measurement, Analysis and Power Factor Correction ini a Modern Steel Manufacturing Facility ". IEEE Transaction on Industry Application. Vol., 32., 1996, NO.3, pp.6 I7-624. [2] Cho J.G., "IGBT Based Zero Voltage Transistion Full Bridge PWM Converter for High Power Applications;', IEEE Proceeding Electronics Power Application., Vo1.143, No.6, Nov 1996, pp.475-480. [3] Dawson F.P., Jain P., "Comparison of Load Commutated Inverter Systems for Induction Heating and Melting Application", IEEE Transaction on Power Electronics, Vol.6, NO.3, July 1991, pp.430-441. [4] Eckhardt H.J , "Power-Mosfets, Thyristor and Transmitting Tubes in Converter for Hardening", Proceeding PCIM Conference, 1989, pp.157-172. [5] Golde E., Lehman G., "Oscillator-Circuit Thyristor Converter for Induction Heating", Proceeding of IEEE, Vol.55, No.8, Aug. 1967, pp.l449-1453. [6] Fujita H., Akagi H., "Pulse-DensityModulated Power Control of 4KW, 450 298
