TUGAS AKHIR RANCANGAN SISTEM PROTEKSI TEGANGAN PADA MOTOR LISTRIK 3 FASA BERBASIS PC NURSYAHRUL RITONGA

TUGAS AKHIR RANCANGAN SISTEM PROTEKSI TEGANGAN PADA MOTOR LISTRIK 3 FASA BERBASIS PC

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro

Oleh

NURSYAHRUL RITONGA 020402003

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2008

Nursyahrul Ritonga : Rancangan Sistem Proteksi Tegangan Pada Motor Listrik 3 Fasa Berbasis PC, 2008. USU Repository © 2009

RANCANGAN SISTEM PROTEKSI TEGANGAN PADA MOTOR LISTRIK 3 FASA BERBASIS PC Oleh NURSYAHRUL RITONGA 020402003 Tugas Akhir diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana Teknik Elektro

Disetujui oleh : Pembimbing

Ir. Riswan Dinzi MT NIP. 131 803349

Diketahui oleh : Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU,

Ir. Nasrul Abdi MT NIP. 131459554

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2008 Nursyahrul Ritonga : Rancangan Sistem Proteksi Tegangan Pada Motor Listrik 3 Fasa Berbasis PC, 2008. USU Repository © 2009

KATA PENGANTAR

Bismillahirrahmanirrahiim, Dengan nama Allah Yang Maha Pengasih Lagi Maha Penyayang.

Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang setiap saat membimbing dan memberikan rahmatNya sehingga sampai detik ini juga selalu berada dalam keadaan sehat dan bersemangat serta dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Judul yang menjadi pembahasan penulis dalam Tugas Akhir ini adalah “Rancangan Sistem Proteksi Tegangan Pada Motor Listrik Tiga Fasa Berbasis PC”. Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan program strata satu (S1) pada Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Dalam penulisan Tugas Akhir ini penulis banyak mendapatkan bantuan baik moril maupun materil dari berbagai pihak. Oleh karena itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang setulus-tulusnya dan sedalam-dalamnya kepada : 1. Ayahanda dan seluruh keluarga yang tidak terhitung kasih sayangnya serta tidak bosan-bosannya memberikan support dalam penyelesaian Tugas Akhir ini. 2. Sohibku yang senantiasa ada di sampingku, tempatku berbagi dalam susah dan senang. Terima kasih untuk setiap iringan do’a yang menyertai tiap detik langkah hidupku. 3. Bapak Ir. Riswan Dinzi, MT yang banyak memberikan masukan dan membimbing penulis dalam Tugas Akhir ini. 4. Bapak Ir. Nasrul Abdi, MT dan Bapak Rahmat Fauzi, ST,MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Unversitas Sumatera Utara. 5. Bapat Ir. Thalib Pasaribu, sebagai dosen wali penulis selama masa perkulihan.


6. Syahlel, patner penulis yang banyak memberikan ide dan pemikiran dalam perancangan sistem proteksi dalam Tugas Akhir ini. 7. Rekan satu angkatan stambuk 2002, Zeta, Romi, Dedi, Usman, Dayat ST, Ajo ST, Maulana ST, dan lainnya yang tidak dapat penulis sebutkan, yang selama ini telah menjadi teman diskusi belajar dan bekerjasama dalam kegiatan kampus. Serta adik stambuk: Eko, Made, Ronal, Adi yang banyak membantu penulis dalam pengujian alat di Laboratorium Konversi. 8. Seluruh Staf Pengajar dan Pegawai di lingkungan Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Akhir kata hanya kepada Allah SWT jualah kita berserah diri, penulis menyadari banyak kekurangan pada Tugas Akhir ini namun penulis berharap semoga penulisan Tugas Akhir ini dapat berguna dan memberikan ilmu pengetahuan bagi kita semua.

Medan 02 Mei 2008 Penulis

Nursyahrul Ritonga


Abstak Perubahan tegangan pada sistem tiga fasa dapat terjadi ketika besaran arus yang mengalir pada masing-masing fasa tidak sama sehingga resultan dari arus beban tersebut tidak sama dengan nol atau bisa juga disebabkan karena perbedaan sudut fasa pada arus beban. Akibat dari ketidaksetimbangan fasa akan berdampak buruk pada motor induksi 3 fasa jika hal ini berlangsung lama. Oleh karena itu untuk mengatasinya diperlukan suatu alat proteksi. Dalam Tugas Akhir ini akan dirancang sebuah sistem yang berguna untuk memproteksi tegangan pada motor induksi 3 fasa yang akan dikombinasikan prinsip kerjanya dengan perangkat komputer. Bentuk proteksi yang diberikan adalah komputer akan memberikan intruksi kepada relay untuk memutuskan aliran listrik apabila terjadi ketidakstimbangan fasa atau terjadi penurunan tegangan pada salah satu fasanya.


DAFTAR ISI

Kata Pengantar ………………………………………………………………… i Abstrak ………………………………………………………………………… iii Daftar Isi…………………………………………………………………………. iv Daftar Gambar …………………………………………………………………… vii Daftar Tabel ……………………………………………………………………... ix BAB I PENDAHULUAN 1.1

Latar Belakang ……………………………………………………………… 1

1.2

Tujuan Penulisan …………………………………………………………… 2

1.3

Batasan Masalah …………………………………………………………… 2

1.4

Cara Kerja Rancangan Sistem Proteksi …………………………………….. 3

1.5

Metode Penulisan …………………………………………………………… 5

1.6

Sistematika Penulisan ………………………………………………………. 5

BAB II LANDASAN TEORI 2.1

Relay ………………………………………………………………………… 7

2.2

Resistor ……………………………………………………………………… 9

2.3

Kapasitor ……………………………………………………………………. 12

2.4

Dioda ………………………………………………………………………… 13 2.4.1 LED …………………………………………………………………… 15

2.5

Regulator Tegangan Tetap …………………………………………………... 17

2.6

Transformator ………………………………………………………………. 18


2.6.1 Prinsip Kerja Trafo …………………………………………………… 21 2.6.2 Macam- Macam Trafo ……………………………………………….. 21 2.7

Transistor …………………………………………………………………… 22

2.8 Kontaktor ……………………………………………………………………. 23 2.9 Op-Amp …………………………………………………………………….. 24 2.9.1 Prinsip Dasar Op-Amp ………………………………………………. 26 2.10 Port Paralel …………………………………………………………………. 28 2.10.1 Keluaran …………………………………………………………….. 30 2.10.2 Masukan ……………………………………………………………. 31 2.11 Dampak Ketidak Seimbangan Fasa Pada Motor Listrik Tiga Fasa ………… 31

BAB III PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI TEGANGAN 3.1

Perancangan Blok Diagram Sistem ………………………………………. 37

3.2

Perancangan dan Pembuatan Alat (Hardware) …………………………….. 39 3.2.1 Perancangan Modul Rangkain Catu Daya …………………………… 39 3.2.2 Perancangan dan Pembuatan Modul Rangkaian Sistem Proteksi Tiga Fasa …………………………………………………………………… 40

3.3 Perancangan dan Pembuatan Program Sistem Proteksi (Software) …………... 42 3.4 Pembuatan PCB ………………………………………………………………. 45 3.5 Pemeliharaan dan Perbaikan …………………………………………………. 47 3.5.1 Pemeliharaan ………………………………………………………….. 47 3.5.2 Perbaikan ……………………………………………………………… 48 Nursyahrul Ritonga : Rancangan Sistem Proteksi Tegangan Pada Motor Listrik 3 Fasa Berbasis PC, 2008. USU Repository © 2009

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA SISTEM 4.1

Pengujian dan Analisa Hardware …………………………………………… 49 4.1.1 Pengujian Rangkaian Power Supply ………………………………….. 49 4.1.2 Pengujian Rangkaian Sistem Proteksi Tegangan Pada Motor Listrik 3 Fasa ………………………………………………………………….. 51

4.2 Pengujian dan Analisa Software …………………………………………….. 53

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1

Kesimpulan …………………………………………………………………. 57

5.2

Saran ………………………………………………………………………… 58

DAFTAR PUSTAKA ……………………………………………………………. 59

LAMPIRAN


DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1

Contoh Kontruksi Relay Dengan Kontak Tukar ……………… 7

Gambar 2.2

Lambang Relay dengan berbagai macam kontak ……………... 8

Gambar 2.3

Bentuk FisikResistor ………………………………………….. 9

Gambar 2.4

Penggunaan Tabel Kode Warna Resistor ……………………. 10

Gambar 2.5

Simbol dari Kapasitor………………………………………… 12

Gambar 2.6

Simbol dan Struktur Dioda …………………………………… 13

Gambar 2.7

Dioda dengan bias Maju (forward bias) ………………………. 14

Gambar 2.8

Dioda dengan bias Mundur (reverse bias) …………………….. 14

Gambar 2.9

Grafik arus Dioda ……………………………………………… 15

Gambar 2.10

Simbol LED …………………………………………………… 16

Gambar 2.11

Regulator 78XX dan 79XX ………………………………….... 17

Gambar 2.12

Ekivalen Trafo ……………………………………………….. 20

Gambar 2.13

Transistor PNP dan NPN ……………………………………. 22

Gambar 2.14

Simbol Op-Amp ……………………………………………… 25

Gambar 2.15

Bentuk Fisik Op-Amp 741 dan Terminal ……………………. 26

Gambar 2.16

Karakteristik Perpindahan ……………………………………. 27

Gambar 2.17

Tata-letak pin parallel printer port……………………………. 28

Gambar 2.18

Signal dan fungsi parallel printer port. ………………………. 30

Gambar 2.19

Rangkaian Ekivalen Motor Induksi 3 fasa ……………………. 31

Gambar 2.20

Fluksi tiga fasa .............................................................................32

Gambar 3.1

Diagram Blok Sistem …………………………………………. 37


Gambar 3.2

Rangkaian Power Supply …………………………………….. 39

Gambar 3.3

Kontruksi Power Supply ……………………………………… 40

Gambar 3.4

Rangkaian Proteksi Tegangan Pada Motor Listrik 3 Fasa ….. 41

Gambar 3.5

Kontruksi Rancangan Sistem Proteksi ………………………… 42

Gambar 3.6

Flowcart Program ………………………………………………43

Gambar 4.1

Rangkaian Simulasi Rancangan Sistem Proteksi Tegangan pada Motor Listrik 3 Fasa …………………………………… 52


DAFTAR TABEL

Tabel 2.1

Kode Warna Tahanan …………………………………………… 10

Tabel 2.2

Karakteristik IC78XX dan 79XX ……………………………….. 18

Tabel 4.1

Pengukuran Trafo sebagai Catu Daya ………………………….. 50

Tabel 4.2

Pengukuran Output Power Supply ………………………………. 50

Tabel 4.3

Besarnya tegangan Output dari Rangkaian Sistem ………………. 53


BAB I PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang Dunia industri adalah salah satu konsumen listrik terbesar pada saat ini, karena umumnya industri banyak membutuhkan supply listrik. Setiap perusahaan yang melakukan pengolahan bahan mentah menjadi barang jadi atau setengah jadi banyak menggunakan motor-motor listrik tiga fasa terutama, motor induksi yang fungsinya menjalankan mesin-mesin pengolahan, conveyor maupun penggunaan lainnya. Namun berkurangnya persediaan pasokan listrik dewasa ini, menyebabkan sering terjadi pemadaman listrik dibeberapa daerah serta seringnya terjadi penurunan tegangan listrik pada waktu beban puncak yang dapat berdampak buruk pada peralatan yang terhubung dengan supply listrik. Jika hal ini terjadi maka ketidakseimbangan fasa-fasa akan tidak dapat dihindari, sehingga pada akhirnya peralatan yang terhubung dengan jala-jala 3 fasa tersebut akan mengalami kerusakan terutama pada motor-motor listrik. Melihat permasalahan diatas penulis merancang sebuah alat yang berfungsi untuk memproteksi tegangan masukan motor listrik 3 fasa dimana cara kerjanya disimulasikan melalui komputer yang telah diprogram sebelumnya. Penggunaan komputer dalam rancangan ini akan menampilkan perubahan tegangan, waktu cut off, hari, tanggal dan menyimpan seluruh data dalam report.


I. 2 Tujuan Penulisan Adapun tujuan penulisan tugas akhir ini adalah : 1. Untuk memperdalam pemahaman penulis tentang instrumentasi pada elektronika analog dan digital terutama tentang prinsip kerja dari alat proteksi tersebut. 2. Memberikan penjelasan tentang dampak ketidakseimbangan fasa pada motor listrik 3 fasa.

1.3

Batasan Masalah Dengan terbatasnya ilmu yang penulis miliki, maka dalam penulisan Tugas

Akhir ini perlu dibuat batasan masalah yakni : 1. Membahas tentang alat proteksi tegangan masukan pada motor listrik 3 fasa dengan menggunakan prinsip kerja Op-Amp sebagai window komparator. 2. Hanya membahas dampak ketidak seimbangan tegangan fasa pada motor induksi 3 fasa. 3. Program komputer yang digunakan adalah Visual Basic 6.0 4. Tidak membahas macam- macam gangguan pada sistem tiga fasa 5. Simulasi alat dilakukan pada laboratorium konversi Departemen Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara dengan segala peralatannya.


1.4

Cara Kerja Rancangan Sistem Proteksi Rancangan sistem proteksi motor listrik 3 fasa ini terdiri dari komponen

utama yaitu Operasional Amplifier 741 (Op-Amp) dan Trafo. Pada rancangan ini, trafo berfungsi sebagai sensor yang mendeteksi tegangan dari jala-jala. Sedangkan Op-Amp 741 berfungsi sebagai windaw komparator. Penguat Operasional atau Op-Amp adalah penguat differensial dengan dua masukan dan satu keluaran yang mempunyai penguatan tegangan yang amat tinggi. Pada dasarnya sebuah Op-Amp merupakan kopling langsung (direct coupling) dengan penguatan tegangan yang tinggi dan dapat menguatkan sinyalsinyal dalam batas frekuensi yang lebar termasuk sinyal dc. Sejumlah besar penguat operasional mempunyai masukan differensial dengan dua terminal tegangan masukan yakni V1 dan V2 yang disalurkan masing-masing kepada terminal pembalik (inverting) yang diberi tanda (-) dan terminal tak membalik (non inverting) yang diberi tanda (+). Adapun yang dimaksud dengan masukan diffrensial adalah suatu sinyal yang mengakibatkan suatu beda fraksi sebesar 1 milivolt di antara dua masukan yang besar. Sebagai contoh, jika masukan inverting adalah 0 volt dan level masukan inverting dibuat = 0,1 milivolt, maka keluaran akan menjadi -10 volt. Amplifier memberikan tanggapan beda tegangan diantara dua masukan dan jika beda ini nol, keluarannya juga seharusnya mendekati nol. Jadi Op-Amp harus disediakan tegangan supply negatif dan positif sehingga keluarannya dapat berayun-ayun disekitar nol. Karakteristik ideal dari sebuah Op-Amp adalah :  Hambatan Masukan (R1) = Tak terhingga  Hambatan Keluaran (R0) = 0 Nursyahrul Ritonga : Rancangan Sistem Proteksi Tegangan Pada Motor Listrik 3 Fasa Berbasis PC, 2008. USU Repository © 2009

 Batas Tegangan Av = Tak terhingga  Lebar Pita = Tak terhingga  Vo = 0

Dimana bila V1= V2 karakteristiknya tidak berubah terhadap suhu. Operational Amplifier dalam rancangan ini bekerja secara paralel sehingga disebut window komparator. Hal ini dilakukan agar proteksi yang dilakukan bukan hanya under voltage tapi juga over voltage. Window komparator ini bekerja dengan mem bandingkan tegangan yang masuk pada setiap fasanya. Pada sistem kontrol rancangan ini menggunakan komputer yang telah diprogram sebelumnya, yang berfungsi untuk menampilkan perubahan tegangan dari ketiga fasa jika terjadi penurunan atau kenaikan tegangan listrik, waktu membuka kontak (off) dan melogging setiap perubahan per satuan waktu. Selain itu komputer akan memberikan informasi sehingga jika terjadi sesuatu yang tidak diinginkan seperti salah satu fasa tegangannya tidak seimbang, maka secara otomatis alarm akan berbunyi. Hal ini tentunya akan sangat mempermudah operator karena secara otentik dapat diketahui berapa besar penurunan atau kenaikan tegangan yang terjadi melalui program yang telah disusun. Rancangan proteksi tegangan ini sangat penting untuk dilakukan, seperti pada motor-motor listrik 3 fasa, karena jika salah satu fasa tidak seimbang dan berlangsung lama maka akan terjadi kerusakan pada motor tersebut.


1.5

Metode Penulisan Metode yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah

1. Studi literatur, berupa studi kepustakaan dan kajian dari buku-buku teks pendukung. 2. Metode diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing mengenai masalah-masalah yang timbul selama penulisan tugas akhir ini berlangsung. 3. Melakukan simulasi di laboratorium konversi energi listrik Departemen Teknik Elektro USU. 4. Menganalisa seluruh data dan hasil perhitungan serta membuat kesimpulan. 5. Pengujian kebenaran teoritis yang diperoleh pada studi literatur dengan cara penerapan langsung pada peralatan yang dirancang pada laboratorium.

1.6

Sistematika Penulisan Untuk memberikan gambaran terhadap Tugas Akhir ini, maka penulis

menyusun sistematika penulisan sebagai berikut; BAB I

PENDAHULUAN Bab ini merupakan pendahuluan yang berisikan tentang latar belakang masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, cara kerja rancangan, metode penulisan, dan sistematika penulisan.

BAB II

LANDASAN TEORI Bab ini membahas tentang komponen, dan alat pendukung yang digunakan dalam perancangan sistem proteksi tegangan pada motor listrik 3 fasa dan dampak ketidak seimbangan fasa.


BAB III

PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI TEGANGAN Bab ini akan membahas tiap-tiap blok yaitu mengenai cara-cara merancang sistem proteksi tegangan pada motor listrik 3 fasa secara keseluruhan.

BAB IV

PENGUJIAN DAN ANALISA SISTEM Dalam bab ini akan dibahas analisa pengujian dan pengukuran masing-masing blok sistem

dan cara kerja dari rangkaian secara

keseluruhan BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini berisi kesimpulan penulis mengenai pembahasan pada bab-bab sebelumnya serta saran dari penulis mengenai permasalahan di dalam penulisan tugas akhir ini.

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN


BAB II LANDASAN TEORI

2.1

Relay Relay merupakan saklar elektromagnetik yang dapat di-on/off-kan oleh arus.

Pada dasarnya relay terdiri dari sebuah kumparan yang terlilit pada suatu inti dari besi lunak, dan kontak-kontak. Jika kumparan dialiri arus listrik, maka besi lunak berubah menjadi magnet dan menarik/menolak suatu pegas, sehingga kontak pun menutup (membuka).

Pada gambar 2.1 menunjukkan salah satu contoh

kontruksi relay.

Armatur Gerak Poros

Bingkai Plastik Pegas Kumparan

Koneksi Ke Kontak Tetap

Koneksi Ke Kontak Gerak Koneksi Kumparan

Gambar 2.1 Contoh Kontruksi Relay Dengan Kontak Tukar Nursyahrul Ritonga : Rancangan Sistem Proteksi Tegangan Pada Motor Listrik 3 Fasa Berbasis PC, 2008. USU Repository © 2009

Seperti halnya saklar atau tombol tekan, kontak-kontak relay terdiri dari : normal

tertutup

(NC),

normal

terbuka

(NO),

dan

kontak

tukar.

Gambar dibawah ini menunjukkan lambang berbagai relay.

Relay dengan kontak normal terbuka

Relay dengan kontak normal tertutup

Relay dengan kontak normal terbuka & tertutup

Gambar 2.2. Lambang Relay dengan berbagai macam kontak

Relay dapat digolongkan menjadi dua golongan utama, yakni Relay netral, yaitu relay yang perubahan transisi dari status off dan sebaliknya tidak tergantung pada arus penggeraknya. Relay berkutub, yaitu relay yang perubahan transisi dari status on ke off dan sebaliknya tergantung pada arah arus yang mengalir. Relay elektromekanik, terdiri dari sebuah armatur inti besi yang ditarik oleh medan magnet yang dibangkitkan oleh sebuah kumparan. Armatur membuka atau menutup kontak-kontak relay. Arus “tarik” bergantung pada banyaknya kontak daya yang

diperlukan,

lazimnya

berada

diantara

kira-kira

30

dan

600mW.


Impedansi kumparan antara 350 dan 2200 ohm. Waktu swits “ON” dan “OFF” berada diantara 10 mdet dan 3 mdet.

2.2. Resistor Resistor adalah komponen elektronika yang digunakan untuk membatasi jumlah arus yang mengalir dalam suatu rangkaian. Sesuai dengan namanya resistor bersifat resistif dan umumnya terbuat dari bahan karbon. Dari hukum ohm diketahui, resistansi berbanding terbalik dengan jumlah arus yang mengalir melaluinya. Satuan dari resistansi dari suatu resistor disebut Ohm atau dilambangkan dengan simbol Ω (omega). Tipe resistor yang umum adalah berbentuk tabung dengan dua kaki tembaga dikiri dan kanan. Pada badannya terdapat lingkaran membentuk gelang kode warna untuk memudahkan pemakai mengenal besar resistansi tanpa mengukur besarnya dengan ohmmeter.

Gambar 2.3 Bentuk FisikResistor


Warna Hitam Coklat Merah Jingga Kuning Hijau Biru Violet Abu-abu Putih Emas Perak Tanpa Warna

Nilai

Faktor Pengali

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 -

1 10 100 1000 10000 100000 1000000 10000000 100000000 1000000000 0.1 0.01 -

Toleransi 1% 2%

5% 10% 20%

Tabel 2.1 Kode Warna Tahanan Cara penggunaan tabel diatas dapat dilihat pada gambar berikut :

Ring I Ring II Ring III

Ring IV

Gambar. 2.4 Penggunaan Tabel Kode Warna Resistor

Resistansi dibaca dari warna gelang yang paling depan kearah gelang toleransi berwarna coklak, emas, merah, atau perak. Biasanya warna gelang toleransi ini berada pada badan resistor yang paling pojok atau dengan lebar yang lebih Nursyahrul Ritonga : Rancangan Sistem Proteksi Tegangan Pada Motor Listrik 3 Fasa Berbasis PC, 2008. USU Repository © 2009

menonjol, sedangkan warna gelang pertama agak sedikit kedalam. Dengan demikian pemakai sudah langsung mengetahui berapa toleransi dari resistor tersebut. Kalau anda telah bisa menentukan mana gelang yang pertama yang selanjutnya adalah membaca nilai resistansinya. Jumlah gelang yang melingkar pada resistor pada umumnya sesuai dengan besar toleransinya. Biasanya resistor dengan toleransi 5%,10% atau 20% memiliki tiga gelang (tidak termasuk gelang toleransi). Tetapi resistor dengan toleransi 1% atau 2% (toleransi kecil) memiliki empat gelang (tidak termasuk gelang toleransi). Gelang pertama dan seterusnya berturut-turut menunjukkan besar nilai satuan, dan gelang terakhir adalah faktor pengalinya. Spesifikasi lain yang perlu diperhatikan dalam memilih resistor pada suatu rancangan selain besar resistansi adalah besar wattnya. Karena resistor bekerja dengan dialiri arus listrik, maka akan terjadi disipasi daya berupa panas sebesar W=

I2 R

(watt).

Umumnya

resistor

yang

tersedia

dipasaran

berukuran

1/8,1/4,1,2,5,10, dan 20 watt. Resistor yang memiliki disipasi daya 5,10 dan 20 watt umumnya berbentuk kubik memanjang persegi empat berwarna putih, namun ada juga yang berbentuk silinder. Tetapi biasanya untuk resistor ukuran jumbo ini nilai resistansinya dicetak langsung dibadannya, misalnya Ω/5W. 100

Karakteristik

resistor yang paling penting diketahui adalah : Nilai tahanan resistor (ohm) Toleransi (%) Rating Daya (Watt) Koefisien Temperatur (Derajat Celcius), dan Noise Nursyahrul Ritonga : Rancangan Sistem Proteksi Tegangan Pada Motor Listrik 3 Fasa Berbasis PC, 2008. USU Repository © 2009

2. 3 Kapasitor Kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan muatan listrik. Struktur sebuah kapasitor terbuat dari dua buah plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara vakum, keramik, gelas dan lain-lain. Jika kedua ujung plat metal diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki (elektroda) metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang lainnya. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutub negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non konduktif. Muatan elektrik ini “tersimpan” selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kakinya. Kapasitor mengisi energi listrik, memblok arus searah dan meluluhkan arus bolak-balik. Disamping memiliki harga kapasitansi dalam satuan farad. Kapasitor juga memiliki rating daya, dan berikut ini gambar dari simbol sebuah kapasitor.

+

-

Gambar 2.5. Simbol dari Kapasitor Aplikasi-aplikasi penting dari kapasitor adalah sebagai berikut : 1. Menghilangkan lonjakan-lonjakan tegangan dengan waktu sangat kecil (spike) dari catu daya yang sering menimbulkan trigger yang tidak diinginkan pada IC. Kapsitor 0,01-0,1µF dapat digunakan untuk meredam spike tersebut


dengan menempatkan kapasitor tersebut pada terminal-terminal power supply IC tersebut. 2. Memfilter tegangan DC hasil penyearahan, semakin besar kapasitor yang digunakan maka makin baik pemfilteran outputnya. 3. Sebagai kopling pada penguat (melewatkan tegangan DC dan menghambat tegangan AC) 4. Memfilter bagian yang tidak diinginkan dari suatu fluktuasi sinyal.

2.4 Dioda Dioda termasuk komponen elektronika yang terbuat dari bahan semikonduktor. Beranjak dari penemuan dioda, para ahli menemukan juga komponen turunan lainnya yang baik. Dioda memiliki fungsi yang unik yaitu hanya dapat mengalirkan arus satu arah saja. Struktur dioda tidak lain adalah sambungan semikonduktor P dan N. Satu sisi adalah semikonduktor dengan tipe P dan satu sisinya yang lain adalah tipe N. Dengan struktur demikian arus hanya akan dapat mengalir dari sisi P menuju sisi N. Anoda

Katoda

P

N

Depletion Layer Gambar. 2.6. Simbol dan Struktur Dioda Nursyahrul Ritonga : Rancangan Sistem Proteksi Tegangan Pada Motor Listrik 3 Fasa Berbasis PC, 2008. USU Repository © 2009

Gambar ilustrasi diatas menunjukkan sambungan PN dengan sedikit porsi kecil yang disebut lapisan deplesi (depletion layer), dimana terdapat keseimbangan hole (lubang) dan elektron. Seperti yang sudah diketahui, pada sisi P banyak terbentuk hole-hole yang siap menerima elektron sedangkan disisi N banyak terdapat elektronelektron yang siap untuk bebas merdeka. Lalu jika diberi bias positif, dengan arti kata memberi tegangan potensial sisi P lebih besar dari sisi N, maka elektron dari sisi N akan tergerak untuk mengisi hole pada sisi P. Dimana, bila elektron mengisi hole disisi P, maka akan terbentuk hole pada sisi N karena ditinggal elektron. Ini disebut aliran hole dari P menuju N, kalau menggunakan terminologi arus listrik, maka dikatakan terjadi aliran listrik dari sisi P ke sisi N. Ir

+

-

Gambar 2. 7. Dioda dengan bias Maju (forward bias) Sebaliknya, jika polaritas tegangan dibalik yaitu dengan memberikan bias negatif (reverse bias). Dalam hal ini, sisi N mendapat polaritas tegangan lebih besar dari sisi P. Ir

-

+V

Gambar 2. 8. Dioda dengan bias Mundur (reverse bias) Nursyahrul Ritonga : Rancangan Sistem Proteksi Tegangan Pada Motor Listrik 3 Fasa Berbasis PC, 2008. USU Repository © 2009

Maka tidak akan terjadi perpindahan elektron dari P ke N maupun sebaliknya, karena baik hole dan elektron masing-masing tertarik kearah kutub berlawanan yang mengakibatkan lapisan deplesi (depletion layer) semakin besar dan menghalangi mengalirnya arus. Dengan demikian dioda hanya dapat mengalirkan arus satu arah saja, dimana bila diberikan tegangan bias maju yang kecil dioda akan mengalami konduksi. Untuk dioda yang terbuat dari bahan silikon tegangan konduksinya adalah diatas 0,7 volt dan 0,2 volt batas minimum untuk dioda yang terbuat dari bahan germanium I

1, 0 V

V 0,7 V Breakdown

Forward bias

Gambar 2.9. Grafik arus Dioda

Sebaliknya untuk bias negatif dioda tidak dapat mengalirkan arus, namun ada batasnya. Sampai beberapa puluh bahkan ratusan volt baru terjadi breakdown, dimana dioda tidak mampu menahan aliran elektron yang terbentuk dilapisan deplesi. 2.4.1 LED LED adalah singkatan dari Light Emiting Dioda, merupakan komponen yang dapat mengeluarkan emisi cahaya. LED merupakan produk temuan lain setelah dioda. Strukturnya juga sama dengan dioda, tetapi belakangan ditemukan bahwa Nursyahrul Ritonga : Rancangan Sistem Proteksi Tegangan Pada Motor Listrik 3 Fasa Berbasis PC, 2008. USU Repository © 2009

elektron yang menerjang sambungan P-N, juga melepaskan energi berupa energi panas dan energi cahaya. LED dibuat agar lebih efisien jika mengeluarkan cahaya. Untuk mendapatkan emisi cahaya pada semikonduktor, doping yang dipakai adalah galium,arsenic dan phosporus. Jenis doping yang berbeda menghasilkan warna cahaya yang berbeda pula.

Anoda

Katoda

Gambar 2.10. Simbol LED

Pada saat ini warna-warna cahaya LED yang banyak adalah warna merah, kuning, dan hijau. LED berwarna biru sangat langka. Pada dasarnya semua warna bisa dihasilkan, namun akan sangat mahal dan tidak efisien. Dalam memilih LED selain warna, perlu diperhatikan tegangan kerja, arus maksimum dan disipasi dayanya. Rumah (cashing) LED dan bentuknya juga bermacam-macam, ada yang persegi empat, bulat dan lonjong. Aplikasi Dioda banyak diaplikasikan pada rangkaian penyearah arus (rectifier) power supply atau converter AC ke DC. Dipasar banyak ditemukan dioda seperti 1N4001,1N4007 dan lain-lain. Masing-masing tipe berbeda tergantung dari arus maksimum dan juga tegangan breakdown-nya.


LED sering dipakai sebagai indikator yang masing-masing warna bisa memiliki arti yang berbeda. Menyala, padam, dan berkedip juga bisa berarti lain. LED dalam bentuk susunan (array) bisa menjadi display yang besar. Dikenal juga LED dalam bentuk 7 segment atau ada juga yang 14 segment. Biasanya digunakan untuk menampilkan angka numerik dan alphabet.

2.5 Regulator Tegangan Tetap (IC 78XX) Catu daya merupakan sesuatu yang sangat penting untuk rangkaian elektronika. Dewasa ini semua sistem elektronika sudah beroperasi dengan catu daya yang stabil. Untuk mendapatkan tegangan yang benar-benar stabil dari suatu penyearah yang telah difilter dengan kapasitor dapat digunakan rangkain yaitu : Regulator Positif (IC78XX) Regulator Negatif (IC79XX) Regulator ini dimaksudkan untuk memberikan kemampuan catu yang mantap dengan komponen extern seminim mungkin. Regulator ini bekerja berdasarkan asas-asas, seperti penghambat panas, dan pembatas daerah aman yang mencegah tingkat keluaran bergerak keluar dari disipasi daya aman. D1 IC 7805

+05V

D2 0 AC 220V

D3

-05V

D4 IC 7805

Transformator

Gambar 2.11. Regulator 78XX Nursyahrul Ritonga : Rancangan Sistem Proteksi Tegangan Pada Motor Listrik 3 Fasa Berbasis PC, 2008. USU Repository © 2009

Type 78/79XX 05 06 08 10 12 15 18 24

V(out) Volt 5 6 08 10 12 15 18 24

I out (Ampere) Min Max 0.5 1 0.5 1 0.5 1 0.5 1 0.5 1 0.5 1 0.5 1 0.5 1

Vin (volt) Min Max 7.5 20 8.6 21 10.6 23 12.7 25 14.8 27 14.8 27 21 33 27.5 36

Tabel 2.2 Karakteristik IC78XX dan 79XX

Bila menggunakan regulator tegangan IC78XX ada beberapa hal tentang kontruksi yang perlu diperhatikan : Semua konduktor yang mengalirkan arus-arus besar harus diusahakan setebal dan sependek mungkin. Semua sambungan umum harus dihubungkan dengan kondensator. Kondensator-kondensator kopling masukan dan keluaran harus dipasang sedekat mungkin dengan masukan dan keluaran IC Harus diadakan pendinginan yang memadai.

2.6 Transformator (trafo) Transformator adalah sebuah peralatan listrik statis yang mampu mengubah tenaga listrik arus bolak-balik pada suatu tingkatan tegangan ke tingkat tegangan yang lain atau pada suatu tingkatan arus ke tingkatan arus lain melalui prinsip medan magnetik. Pada transformator terdapat dua kumparan, satu dari kumparan transformator dihubungkan ke sumber tenaga listrik arus bolak-balik, dan kumparan yang lain menyuplai tenaga listrik ke beban. Kumparan yang dihubungkan ke sumber Nursyahrul Ritonga : Rancangan Sistem Proteksi Tegangan Pada Motor Listrik 3 Fasa Berbasis PC, 2008. USU Repository © 2009

tenaga listrik disebut kumparan primer, dan kumparan yang terhubung ke beban disebut kumparan sekunder. Selain sebagai pengubah tegangan, transformator juga dapat digunakan untuk mengisolasi rangkaian, mengatur tegangan atau arus dan untuk pengukuran serta sebagai rangkaian pelindung

2.6.1 Prinsip Kerja Transformator Apabila kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik maka fluks bolak-balik akan muncul di dalam inti yang dilaminasi, karena kumparan tersebut membentuk jaringan tertutup maka mengalirlah arus primer. Akibat adanya fluks di kumparan primer maka di kumparan primer terjadi induksi ( self induction ). dan terjadi pula induksi di kumparan sekunder karena pengaruh induksi dari kumparan primer atau disebut sebagai induksi bersama ( mutual induction ) yang menyebabkan timbulnya fluks magnet di kumparan sekunder, maka mengalirlah arus sekunder jika rangkaian sekunder di bebani, sehingga energi listrik dapat ditransfer keseluruhan. Besar tegangan yang muncul pada lilitan sekunder

ini ditentukan oleh

banyaknya lilitan pada bagian primer. Adapun persamaan tegangan induksi dari kedua belitan adalah : E1 = 4,44 f N1φm ....................................................................................... (2.1) Untuk belitan primer, dan


E2 = 4,44 f N2φm ....................................................................................... (2.2) Untuk belitan sekunder

Perubahan

tegangan

input

atau

tegangan

kumparan

primer

akan

mengakibatkan perubahan arus yang mengalir, sehingga menyebabkan fluksi magnetik pada inti. Karena perubahan fluksi magnetik ini, maka tegangan yang di induksikan pada output atau kumparan sekunder akan berubah. Perbandingan tegangan antara kedua kumparan atau antara input dengan output dapat dinyatakan dengan rumus berikut ini :

Vp

Np ............. .................................................................................(2.3)

Vs

Ns

Dimana :

Vp = Tegangan pada kumparan primer Vs = Tegangan pada kumparan sekunder Np = Jumlah gulungan pada primer Ns = Jumlah gulungan pada sekunder

Adanya gandengan magnetik mengakibatkan terdapat dua rugi-rugi pada transformator yaitu rugi-rugi tembaga ( Pcu ) dan rugi-rugi inti ( Pi ). Rugi-rugi inti terdiri dari rugi-rugi hysterisis ( Ph ) dan rugi-rugi arus eddy ( Pe ). Rugi-rugi tembaga adalah rugi panas resistif pada kumparan primer dan sekunder Nursyahrul Ritonga : Rancangan Sistem Proteksi Tegangan Pada Motor Listrik 3 Fasa Berbasis PC, 2008. USU Repository © 2009

transformator. Rugi-rugi hysterisis adalah rugi-rugi akibat fluks bolak-balik dalam inti besi. Untuk memperkecil rugi tembaga dapat dilakukan dengan menggunakan penampang tembaga yang lebih besar.

2.6.2 Macam-macam Transformator Dari persamaan 2.3 diatas, transformator secara umum dapat digolongkan menjadi dua, yakni :

1.Transformator step up Tranformator step up adalah transformator yang bekerja untuk menaikkan tegangan. Dimana belitan sekundernya lebih banyak dari belitan primer, dengan kata lain Ns lebih besar dari Np.

2.Transformator Step- Down Transformator ini adalah sama dengan trafo step-up hanya saja fungsinya yang berbeda yakni, menurunkan tegangan.

Dalam rancangan ini transformator yang digunakan adalah transformator step down yaitu transformator yang berfungsi sebagai penurun tegangan, karena tegangan out put yang di inginkan adalah 6 volt, sementara tegangan inputnya langsung dihubungkan ke jala – jala. Transformator tersebut dapat diperlihatkan seperti gambar 2.12 .


+6V CT

Gambar 2.12. Ekivalen Trafo

2.7 Transistor Transistor adalah

komponen elektronika yang banyak digunakan dalam

berbagai rancangan rangkaian elektronika, baik sebagai penguat maupun sebagai switch. Gambar dibawah ini merupakan simbol dari transistor jenis PNP dan NPN. Arah pada emiter menunjukkan arah aliran konvensional emiter. basis

basis emiter

n

kolektor

p

n

emiter

kolektor p

n

p

Gambar 2.13. Transistor PNP dan NPN


Dalam keadaan normal transistor harus diberi polaritas sebagai berikut: Pertemuan emiter~basis diberi polaritas dalam arah maju (konduksi) Pertemuan emiter~colektor diberi polaritas mundur atau cut-off Transistor sebagai penguat ketika arus basis berubah, perubahan arus mengontrol perubahan besar arus yang mengalir dari kolektor ke emiter, dan transistor dengan arus basis disebut dengan penguatan arus pada transistor. Misalnya sebuah transistor memiliki arus basis IB=0,1mA dan arus kolektor IC=10mA sehingga penguatan arusnya: Ai=Ic/Ib

Ai=10mA/0,1mA

Ai=100A

2.8 Kontaktor Kontaktor termasuk jenis saklar yang prinsip kerjanya sama dengan saklar. Bila pada jepitan-jepitan a dan b kumparan magnet dipasangkan tegangan, maka magnet akan menarik jangkar sehingga kontak-kontak bergerak yang berhubungan dengan jangkar tersebut juga ikut bergerak atau tertarik. Tegangan yang harus dipasangkan ini dapat tegangan bolak balik atau tegangan searah, tergantung dari bagaimana magnet tersebut dirancang. Untuk beberapa keperluan dipakai juga kumparan arus (bukan tegangan ), akan tetapi dari segi produksi lebih disukai kumparan tegangan karena besarnya tegangan biasanya sudah di normalisasi dan tidak tergantung dari keperluan alat pemakai tertentu. Tergantung dari pelaksanaannya maka dengan tertariknya jangkar kontakkontak menutup atau membuka, kontak-kontak semacam 1-2, 3-4, dan sebagainya disebut kontak penutup, kontak semacam 9-10 disebut kontak pembuka. Nursyahrul Ritonga : Rancangan Sistem Proteksi Tegangan Pada Motor Listrik 3 Fasa Berbasis PC, 2008. USU Repository © 2009

Biasanya kontaktor mempunyai pasangan kontak-kontak kerja seperti 1-2, 3-4, 5-6, yang mengalirkan arus kerja. Disamping kontak-kontak kerja seringkali masih dilengkapi dengan sejumlah kontak pembantu dalam contoh ini misalnya kontak 7-8, 9-10,. Kontak-kontak pembantu ini digunakan untuk memberikan isyarat atau keperluan lain, yang akan dijelaskan dalam uraian – uraian selanjutnya. Misalnya kontak 7-8 dapat dihubungkan dengan lampu edaran isyarat, yang menyala bila kontraktor bekerja. Tergantung keperluan suatu kontaktor dapat mempunyai lebih dari dua pasang kontak pembantu. Karena pergerakan elektromagnetis ini maka kontaktor sangat sesuai bagi pelayanan-pelayanan jarak jauh dibandingkan dengan saklar motor yang harus digerakkan dengan tegangan. Untuk keperluan itu, saklar komando yang menghubungkan kumparan dengan tegangan tidak perlu diletakkan berdekatan dengan kontaktor, karena antara kontaktor dengan saklar komando dapat dipasang dua buah kawat.

2.9 Op- Amp Pada tahun 1965, Fairchild Semiconductor memperkenalkan µA709, IC pertama yang menggunakan kaedah monolithic op amp. Walaupun penemuan ini boleh dikatakan berjaya, penguat op amp ini mempunyai banyak kelemahan. Kemudian komponen diperbaharui dengan nomor seri µA741, diantara kelebihannya ialah lebih murah dan lebih mudah digunakan. Kini banyak perusahaan elektronika yang mengeluarkan IC tersebut dengan nomor seri 741. Sebagai contoh Motorola mengeluarkan MC1741, National Semiconductor mengeluarkan LM741, Texas Nursyahrul Ritonga : Rancangan Sistem Proteksi Tegangan Pada Motor Listrik 3 Fasa Berbasis PC, 2008. USU Repository © 2009

Instruments mengeluarkan SN72741. Kesemua penguat ini adalah sama karena mempunyai spesifikasi yang sama.

Gambar 2.14 Simbol Op-Amp Penguat operasional atau Op- Amp adalah penguat differensial dengan dua masukan dan satu keluaran yang mempunyai penguatan tegangan yang amat tinggi, yaitu dalam ordo 105. Dengan penguatan yang tinggi ini, penguat operasional dengan rangkaian balikan lebih banyak digunakan dari pada dalam lingkar terbuka. Pemakaian Op- Amp sangatlah luas meliputi bidang elektronika audio, pengatur tegangan dc, tapis aktif, penyearah presisi, pengubah analog ke digital dan digital ke analog, pengolah isyarat seperti cuplikan tanah, penguat pengunci, pengintegral, kendali otomatik, komputer analog, elektronika nuklir dan lain-lain.

Suatu Op-Amp ideal memiliki karakteristik-karakteristik sebagai berikut:  Hambatan masukan R1=tak terhingga;  Hambatan keluaran Ro=0; Nursyahrul Ritonga : Rancangan Sistem Proteksi Tegangan Pada Motor Listrik 3 Fasa Berbasis PC, 2008. USU Repository © 2009

 Batas tegangan Av=tak terhingga;  Lebar pita = tak terhingga;  Vo=0 bilamana V1 = V2 ;  karakteristik tidak berubah dengan suhu. Operational Amplifier harus diberikan tegangan supply positif dan negatif. Karakteristiknya yaitu jika Verror ( V1 – V2) positif keluaranya akan positif. Begitu juga Verror negative keluaranya akan negatif.

2.9.1 Prinsip-prinsip Dasar Op-Amp

Gambar 2.15 Bentuk Fisik Op-Amp 741 dan Terminal Pada dasarnya op-amp Ic merupakan sebuah dc coupled differensial amplifier dengan penguatan yang amat besar. Pada gambar 2.14 menunjukan tersedianya dua buah masukan. Terminal pertama disebut masukan non inverting diberi tanda +, terminal kedua adalah terminal inverting diberi tanda -. Penguatan tegangan loop terbuka Av01 adalah 100dB (100 000 dalam perbandingan tegangan ), sehingga hanya dibutuhkan masukan differensial kecil untuk mendapatkan perubahan masukan yang besar. Yang dimaksud dengan differensial adalah suatu sinyal yang Nursyahrul Ritonga : Rancangan Sistem Proteksi Tegangan Pada Motor Listrik 3 Fasa Berbasis PC, 2008. USU Repository © 2009

mengakibatkan suatu beda fraksi sebesar 1 milivolt di antara dua masukan yang besar. Sebagai contoh, jika masukan inverting adalah 0 volt dan level masukan inverting dibuat = 0,1 mV, keluaran akan menjadi -10 V. Amplifier memberikan tanggapan beda tegangan diantara dua masukan dan jika beda ini nol, keluarannya juga seharusnya mendekati nol. Jadi Op-Amp harus disediakan tegangan supply negatif dan positif, sehingga keluarannya dapat berayun-ayun disekitar nol. Volt +Vs

12

Jenuh

-mV

0.2

+mV (V1-V2)

0.1

0.1

0.2

-Vs

12

Gambar 2.16 Karakteristik Perpindahan Dari gambar diatas diperlihatkan bahwa, jika (V1-V2) positif, keluaranya juga akan positif. Keluaran ini akan jenuh jika (V1-V2) mencapai sekitar +0,1 mV. Begitu juga, jika (V1-V2) negatif, keluaranya akan negatif. Karakteristik ini telah digambarkan melalui nol dimana V1=V2. dalam praktek selalu menimbulkan offset, dan untuk itu perlu ditambahkan sebuah

potensiometer untuk “trimout” atau

menolkan (null) setiap tegangan offset ini. Nursyahrul Ritonga : Rancangan Sistem Proteksi Tegangan Pada Motor Listrik 3 Fasa Berbasis PC, 2008. USU Repository © 2009

2.10 Port Paralel Port Paralel adalah sebuah interface (sarana) yang menghubungkan suatu perangkat (hardware) kepada perangkat komputer. Melalui port paralel masukan (input) data dapat diterima oleh komputer yang kemudian diolah dan memberikan intruksi yang disebut keluaran (output). Port paralel umumnya terdapat pada setiap komputer, sehingga

hingga saat ini senantiasa digunakan di dunia teknologi. Port

Printer nama lain dari port parallel memiliki 25 pin , sebagai mana terlihat pada gambar 2.17 berikut.

Gambar 2.17 Tata-letak pin parallel printer port. Pengaksesan peralatan I/O dapat dilakukan dengan mengakses langsung nomor port tertentu sehinggga perlu diketahui nomor port semua peralatan I/O yang Nursyahrul Ritonga : Rancangan Sistem Proteksi Tegangan Pada Motor Listrik 3 Fasa Berbasis PC, 2008. USU Repository © 2009

terpasang pada komputer. Pengaksesan port I/O dapat dilakukan dengan semua bahasa pemograman, baik bahasa tingkat tinggi maupun bahasa assembly. Setiap port parallel (disebut juga port printer) memiliki tiga alamat port yaitu: Port data, status dan kontrol. Ketiga alamat ini selalu berurutan, yaitu jika port data berada pada alamat 0x378, maka port status berada pada alamat 0x379, dan port control pada 0x37A. Printer

Data Port

Status Port

Kontrol Port

LPT1

0x03bc

0x03bd

0x03be

LPT2

0x0378

0x0379

0x037a

LPT3

0x0278

0x0279

0x027a

Biasanya alamat dasar untuk LPT1 adalah 0x378 atau 0x37bc. Untuk mengidentifikasikan dengan alamat port printer pada digunakan program DEBUG dari

komputer tertentu, dapat

DOS untuk menampilkan lokasi memori

0000:0040h sebagai contoh: >debug -d 0040:0008L8 0040:0008

78

03

78

02

Pada contoh ini LPT1 berada

00

00

00

00

pada alamat 0x378, LPT2 pada 0x278,

sementara LPT3 dan LPT4 tidak ada, maka untuk komputer ini didapat :

Printer

Data Port

Status Port

Kontrol Port

LPT1

0x03bc

0x0379

0x037a


LPT2

0x0278

0x0279

0x027a

LPT3

tidak ada

LPT4

tidak ada

2.10.1 Keluaran Dari gambar 2.17 diatas diketahui pin 2 s/d 9 (Data D0-D7) berfungsi sebagai output, yang selanjutnya dapat kita manfaatkan untuk mengontrol peralatan luar. Pin 10 s/d 13 dan pin 15 (Status S3-S7) berfungsi sebagai input, yang dapat dijadikan untuk mendeteksi status peralatan luar.

Gambar 2.18 Signal dan fungsi parallel printer port. 2.10.2 Masukan Nursyahrul Ritonga : Rancangan Sistem Proteksi Tegangan Pada Motor Listrik 3 Fasa Berbasis PC, 2008. USU Repository © 2009

Pada port printer terdapat lima bit status (BUSY,ACK,Paper empty, SELECT,ERROR). Pemberian nama sinyal ini sesuai dengan namanya). Logika tinggi pada select menunjukkan printer menerima sesuatu data. Logika rendah pada error menunjukkan printer dalam kondisi error. Semua

masukan ini di jemput

dengan membaca lima bit tertinggi dari status port. Namun demikian perancangan asli rangkaian antar muka printer membalik sinyal BUSY secara hardware. Artinya jika logika 0 ada pada masukan BUSY, bit ini sebenarnya harus dibaca sebagai logika 1.

2.11 Dampak Ketidak Seimbangan Fasa Pada Motor Listrik Tiga Fasa

I1

R1

X1

I2 '

I2

R2

Io Ic Rc

V1

Im Xm E1

SE2

SX2

Gambar 2.19 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi 3 Fasa

Prinsip Kerja Motor Induksi 3 Fasa Bila sumber tegangan listrik tiga fasa yang seimbang, dihubungkan ke terminal belitan stator dari suatu motor induksi tiga fasa maka pada masing-masing belitan akan mengalir arus listrik yang sinusoidal yang besarnya dapat dituliskan sebagai berikut :


I = I m .sin ωt ...................................................................................... (2.4) Arus pada masing-masing belitan stator akan menghasilkan fluksi (medan magnet) yang juga berbentuk sinusoidal sehingga dapat dituliskan sebagai berikut :

φ = φm .sin ωt ...................................................................................... (2.5) Dimana bentuk gelombang fluksi tiga fasa yang sama dan seimbang tersebut dapat digambarkan sebagai berikut : φ φ1

φ2

φ3

ωt

Gambar 2.20 Fluksi tiga fasa Untuk sistem tiga fasa yang seimbang, maka persamaan masing-masing fluksi adalah:

φ1 = φ m . Sin ωt ................................................................................... (2.6) φ 2 = φ m . Sin (ωt − 120 o ) .................................................................... (2.7) φ3 = φ m . Sin (ωt − 240 o ) .................................................................... (2.8) Medan putar pada motor induksi tiga fasa memiliki kecepatan, yang bisa disimbolkan dengan n s . Adapun besar kecepatan medan putar motor induksi tiga fasa adalah : ns =

120. f s ...................................................................................... (2.9) P


Di mana : n s = Kecepatan medan putar stator (rpm) f s = Frekuensi sumber tegangan (Hz) P = Jumlah kutub Medan putar ini selanjutnya akan memotong batang-batang konduktor dari kumparan-kumparan rotor sehingga pada ujung-ujung kumparan rotor akan timbul tegangan induksi. Tegangan induksi ini disimbolkan dengan E r . Adapun besar tegangan induksi ini adalah : E r = 4,44 . f s .N r .φ m ....................................................................... (2.10) Di mana : E r = Tegangan induksi saat rotor start (Volt) N r = Jumlah belitan efektif rotor

φ m = Nilai fluksi maksimum (Weber) Arus listrik yang mengalir pada kumparan-kumparan rotor motor induksi tiga fasa ini akan menimbulkan gaya listrik. Adapun besarnya gaya listrik ini adalah : F = B . I r . L ................................................................................... (2.11) Di mana : F = Gaya listrik (Newton) B = Kerapatan fluks (Weber/m2)

I r = Arus rotor (ampere) L = Panjang belitan rotor (meter)


Hubungan Torsi dan Faktor Daya (Cos Φ) Sebagaimana pada motor dc, torsi adalah sebanding dengan perkalian antara arus jangkar dan dan fluksi per kutub yaitu T~ Φ Ia. Demikian juga halnya dengan motor induksi, tetapi ada faktor lain diberikan dalam perhitungan, yaitu faktor daya dari rotor. Sehingga diperoleh : T~ Φ I2 Cos Ø2 ....................................................................................... (2.12) Atau T = k Φ I2 Cos Ø2 ................................................................................... (2.13) Dimana : I2 = Arus rotor pada keadaan diam Ø2 = sudut antara EMF dan arus rotor K = Bilangan tetap EMF rotor pada keadaan diam = E2, dimana E2 ~ Φ, jadi T~ E2 I2 Cos Ø2 atau T = k1 E2 I2 Cos Ø2 ................................................................................ (2.14) dimana k1 = bilangan tetap lain dari k, dengan demikian torsi di pengaruhi oleh besarnya Ø2.

Torsi Start (keadaan diam) Dari gambar 2.19 diatas terlihat bahwa pada saat rotor berputar tegangan induksi rotor (E2), (R2), dan reaktansi rotor (X2) turut dipengaruhi oleh slip, maka didapat arus rotor : Nursyahrul Ritonga : Rancangan Sistem Proteksi Tegangan Pada Motor Listrik 3 Fasa Berbasis PC, 2008. USU Repository © 2009

I

2

E

=

2

……………………………………….............. (2.15)

( R 2) + ( X 2) 2 2

Dan Cos Ø2 =

R (R + X

Tahanan = impedansi

2

2

2

2

2

)

Maka torsi start adalah Ts = k1 E2 I2 Cos Ø2

E R X (R + E ) (R + X 2

= K1 E 2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

)

2

Ts

=

KER R +X 1 2

2

2 2

2

2

Jika tegangan supply V tetap, maka fluksi Φ dan E2 juga tetap, jadi

T

s

=

K

R 1

2

R +X 2

2

2

2

=

K

2

R Z

2 2

.......................................................

(2.16)

2

Sedangkan torsi rotor dalam keadaan jalan adalah :

K ΦsE R R + (sX ) 2

T

=

1

2

2 2

2

………………………………………………. (2.17)

2

2

Hubungan Torsi dan Tegangan Dari persamaan 2.13 diatas, sebagaimana E2 ~ Φ ~ V, dimana V ad alah teg angan supply, maka :

T

~

V

2


Bila V berubah menjadi V’, s ke s’ dan T berubah menjadi T’, maka berlaku hubungan : T

T

'

=

sV s 'V

2 '

2

.......................................................................................... (2.18)

Kemudian arus keluaran dari rotor terdiri dari dua bagian yakni : Io dan I2’. Io menimbulkan rugi-rugi besi dan Cu dalam stator sendiri. Jika sudut antara E1 dan I2’ adalah Ø, maka :  Masukan per fasa rotor = E1 I2’ Cos Ø .................................... (2.19)  Masukan total rotor

= 3 E1 I2’ Cos Ø ................................. (2.20)

Elektris yang masuk dalam rotor ada yang hilang dalam bentuk panas sebesar : 3 E2 I2 Cos Ø atau

2

3I R 2

2


BAB III PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI TEGANGAN 3.1

Perancangan Blok Diagram Sistem Dalam membuat suatu alat ada beberapa hal yang perlu diperhatikan yaitu

bagaimana cara merancang alat yang akan dibuat sesuai dasar teori, sebelum merancang suatu sistem atau rangkaian terlebih dahulu membuat blok diagramnya. Diagram blok merupakan salah satu cara yang paling sederhana

untuk

menjelaskan cara kerja dari suatu sistem dan memudahkan untuk melokalisir kesalahan dari suatu sistem. Dengan diagram blok kita dapat menganalisa cara kerja rangkaian dan merancang hardware yang akan dibuat secara umum. Diagram merupakan pernyataan hubungan yang berurutan dari suatu alat atau lebih komponen yang memiliki kesatuan kerja tersendiri, dan setiap blok komponen mempengaruhi komponen lainnya. Diagram blok memiliki arti yang khusus dengan memberikan keterangan didalamnya. Untuk setiap blok dihubungkan dengan suatu garis yang menunjukan arah kerja dari setiap blok yang bersangkutan. Diagram blok dari sistem ini adalah : R S T

Penyearah Fasa R

Komparator Op-Amp

Penyearah Fasa S

Komparator Op-Amp

Penyearah Fasa T

Komparator Op-Amp

PC

Driver Relay

Kontaktor

Motor Induksi 3 Fasa

Power Supply Sistem Kontrol Rancangan

Objek yang Diproteksi

Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem Nursyahrul Ritonga : Rancangan Sistem Proteksi Tegangan Pada Motor Listrik 3 Fasa Berbasis PC, 2008. USU Repository © 2009

Dari blok diagram diatas dapat diketahui kerja dari keseluruhan sistem tiap – tiap blok mempunyai fungsi sebagai berikut: 1. Penyearah, berfungsi untuk menyearahkan tegangan arus bolak balik yang masuk langsung dari jala-jala menjadi tegangan arus searah untuk diteruskan pada komparator. 2. Komparator, berfungsi untuk membandingkan besarnya tegangan keluaran dari penyearah sebelum tegangan tersebut diteruskan ke PC melalui port parallel. 3. PC (personal computer), berfungsi sebagai media informasi yang memberikan intruksi kepada relay untuk membuka aliran lsitrik antara sumber tegangan dengan peralatan (motor induksi 3 fasa), bilamana terjadi ketidakseimbangan fasa. Disamping itu komputer juga menampilkan perubahan tegangan, waktu cut off, tanggal, hari, dan real time serta menyimpan seluruh data tersebut. 4. Power Supply berfungsi sebagai pensupply (sumber tegangan dc) untuk rangkaian komparator dan driver relay (gambar 3.2). 5. Driver relay, berfungsi sebagai pengendali relay yang mana akan bekerja setelah PC mengeluarkan informasi. 6. Kontaktor, alat yang digunakan sebagai penerus dari relay dimana kontaktor akan bekerja jika ketiga fasanya tidak seimbang. 7. Jala-jala, berfungsi sebagai sumber tegangan. 8. Motor induksi 3 fasa, objek yang diproteksi dari rancangan sistem ini.


3.2 Perancangan dan Pembuatan Perangkat Keras (hardware) 3.2.1 Perancangan dan pembuatan modul rangkaian catu daya Modul rangkaian catu daya ini berfungsi untuk memberikan supply tegangan keseluruh rangkaian yang ada. Rangkaian catu daya yang akan dibuat pada perancangan ini terdiri dari pilihan tegangan keluaran yaitu tegangan +5Vdc,-5Vdc, dan +12Vdc Tegangan keluaran +5Vdc, -5Vdc digunakan untuk mensupply tegangan kemodul rangkaian yang digunakan untuk mengaktifkan Op-Amp sebagai komparator. Tegangan +12Vdc digunakan untuk memberikan supply pada rangkaian driver relay. Rangkaian lengkap dari catu daya ini ditunjukkan pada gambar 3.2 dibawah ini.

9Vac 12Vac CT

1N5401

220 Vac

+5V

7805

12Vac

Sumber Tegangan DC untuk Komparator

100uF 50V 3300uF 50V

9Vac

0V 3300uF 50V

7805 1N5401

Gambar 3.2

Sumber Tegangan DC untuk Komparator -5V

+12V

Sumber Tegangan DC untuk Diver Relay

Rangkaian Power Supply


Untuk menghasilkan tegangan +5Vdc,-5Vdc yang stabil digunakan IC 7805 seperti terlihat pada gambar diatas, dimana IC regulator ini akan menstabilkan tegangan pada +5Vdc, -5Vdc. Untuk menghasilkan tegangan +12Vdc yang stabil digunakan IC 7812, dimana IC regulator ini akan menstabilkan tegangan pada +12Vdc.

Gambar 3.3 Kontruksi Power Supply

3.2.2 Perancangan dan Pembuatan Modul Rangkaian Sistem Proteksi Tegangan 3 Fasa Blok-blok diagram sistem dapat diterjemahkan menjadi bentuk rangkaian ataupun hanya terdiri dari beberapa komponen. Salah satu komponen utama pada rangkaian ini adalah Op-Amp yang merupakan komparator atau pembanding dari tegangan yang masuk dari jala-jala yang telah disearahkan oleh penyearah, dimana hasil banding dari ketiga tegangan tersebut diteruskan ke PC malalui Port paralel. Adapun komponen pendukung lainnya adalah reisitor, trimpot, transistor, dioda 4N001, kapasitor, relay dan lainnya. Nursyahrul Ritonga : Rancangan Sistem Proteksi Tegangan Pada Motor Listrik 3 Fasa Berbasis PC, 2008. USU Repository © 2009

Modul rangkaian proteksi tegangan tiga fasa ini berfungsi sesuai namanya yaitu memproteksi. Adapun yang diproteksi oleh rancangan ini adalah fasa-fasa yang tidak seimbang dari jala-jala. Jika salah satu fasa tidak seimbang maka sistem ini akan di proteksi oleh komputer dan mengintruksikan pada relay untuk membuka hubungan dengan motor induksi 3 fasa, sehingga motor tidak mengalami kerusakan. Rangkaian pada sistem ini dapat dilihat pada gambar 3.4 dibawah ini.

VCC +12V VCC 5V

2

VRef 3V

1uF 0V

220 20K

6 3

2K

330 NPN 2N3904

NPN 2N3904

330 100

IC7432 OR GATE

3

4

1K NPN 2N3904

FASA S NPN 2N3904

K O M P U T E R

330 1K

TIP 31C

330 NPN 2N3904

NC

IN4001

270

2

380V, 220 V

VCC 5V

7

100K

500mA

VCC 5V

VCC 5V

7

R S T N

6

2K

100K

FASA T

3

4

330 220

20K

NPN 2N3904

NPN 2N3904

LOAD

Gambar 3.4. Rangkaian Proteksi Tegangan Pada Motor Listrik 3 Fasa


Gambar 3.5 Kontruksi Rancangan Sistem Proteksi

3.3

Perancangan dan Pembuatan Perangkat Lunak (software) Pada perancangan dan pembuatan perangkat lunak (software) ini akan

dijelaskan bagaimana cara dari sistem ini secara pemograman. Program komputer yang digunakan untuk mensimulasikan rancangan ini adalah Visual Basic 6.0 yang merupakan salah satu software pembuat program aplikasi yang handal hingga saat ini. Software ini diambil dari nama bahasa pemograman yaitu Visual Basic. Bahasa pemograman adalah perintah-perintah yang dapat dimengerti oleh komputer untuk melakukan tugas-tugas tertentu. Sebelum merancang program terlebih dahulu akan ditentukan flowcart dari software tersebut. Adapun bahasa programnya turut dilampirkan. Nursyahrul Ritonga : Rancangan Sistem Proteksi Tegangan Pada Motor Listrik 3 Fasa Berbasis PC, 2008. USU Repository © 2009

START

Inisialisasi Port Paralel

Deteksi Input Register Port Status pada Port Paralel Logging Data

Membandingkan Ketiga Fasa

Setimbang ? YA

Display “Ketiga Fasa Dalam Keadaan Setimbang”

TIDAK

Display & Alarm

STOP

Gambar 3.6 Flowcart Program


Pengaksesan Port Parallel Dengan Visual Basic Sebelum melangkah lebih jauh, terlebih

dahulu

diketahui beberapa

keterbatasan dalam VB. Karena VB tidak bisa mengakses hardware secara langsung dalam sistem operasi windows, maka semua permintaan pengaksesan hardware harus melalui windows. Oleh karena itu harus menggunakan program eksternal untuk melakukan pengaksesan hardware secara langsung pada program. Program tersebut berupa file DLL (Dynamic Link Library). File DLL ini harus diletakkan (di copykan) ke direktori / folder “ //windows/system “ atau diikutkan dalam satu folder program yang kita buat. File DLL yang akan digunakan adalah "inpout32.dll da io.dll“. Sebelum menggunakan fungsi – fungsi yang ada dalam file DLL ini, terlebih dahulu harus di deklarasikan di VB kedalam module. Cara mendeklarasikannya adalah : Public Declare Function Inp Lib "inpout32.dll" _ Alias "Inp32" (ByVal PortAddress As Integer) As Integer Public Declare Sub Out Lib "inpout32.dll" _ Alias "Out32" (ByVal PortAddress As Integer, ByVal Value As Integer) Jika file DLL tersebut telah dideklarasikan seperti diatas, maka fungsi Out (untuk mengeluarkan data) dan Inp (untuk membaca data) siap digunakan pada VB. Untuk mengirim data pada port parallel, digunakan fungsi Out . Sintak penulisannya adalah sebagai berikut : Out [Alamat Port], [Nilai]


3.4

Pembuatan PCB Dalam membuat rancangan layout PCB, hal-hal yang perlu dan penting untuk

diperhatikan adalah : Letak komponen yang rapi dan sistematis Hubungan pengawetan yang sependek mungkin Hindari sudut pengawetan atau pembelokan yang tajam Ukuran CB yang sehemat mungkin. Sedangkan langkah-langkah dalam perancangan letak komponen adalah: Mengukur ukuran komponen yang sebenarnya. Sebelum perancangan letak komponen dan layout PCB, seluruhnya komponen harus sudah tersedia lengkap dengan ukurannya Mengatur tata letak komponen. Dalam pengaturan tata letak komponen ini harus diperhatikan dengan baik supaya tidak terjadi over cross atau hubungan dengan menggunakan kabel yang tumpang tindih, karena hal ini dapat berbahaya jika dipergunakan

kabel yang terbuka, dan juga mengurangi

kerapian pada rangkaian Menggambar tata letak komponen. Setelah diperoleh susunan yang baik maka tata letak komponen tersebut dituangkan kedalam bentuk gambar dengan menggunakan skala 1:1 dan biasanya yang digambar adalah pandangan atas dari komponen tersebut. Pembuatan PCB dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu dengan direct etching dan PCB Design. Dengan direct etcing pola layout digambar langsung dengan memakai


spidol permanent dan selanjutnya dilarutkan FeCl3 dan dalam pembuatan rancangan ini mempergunakan teknik direct etching. a. Bahan-bahan yang diperlukan Adapun bahan-bahan yang diperlukan dalam pembuatan PCB melalui teknik langsung (direct etching) ini adalah :  Spidol permanent  Papan PCB  FeCl3  Rugos  Kertas pasir b. Peralatan yang digunakan Peralatan yang digunakan untuk pembuatan PCB rangkaian untuk pendukung proyek ini adalah :  Mesin potong  Mesin Bor  Peralatan tangan, misalnya penggaris,pensil, dan lain sebagainya c

Langkah kerja Langkah kerja yang harus diperhatikan dalam pembuatan PCB pada

rancangan ini adalah :  Membuat layout PCB  Membersihkan PCB yang akan dilayout  Mencetak layout dari kertas grafis diatas PCB, kemudian menggambarnya dengan cara menggoresi kertas grafis diatas PCB dan menggambarkannya Nursyahrul Ritonga : Rancangan Sistem Proteksi Tegangan Pada Motor Listrik 3 Fasa Berbasis PC, 2008. USU Repository © 2009

dengan spidol permanent atau bisa saja membuat kembali layout di PCB sesuai dengan layout PCB pada kertas grafis.  Setelah semua layout rangkaian telah tercetak pada PCB maka PCB siap untuk dilarutkan FeCl3.  Pengeboran kaki-kaki komponen yang sisa atau belum dibor.  Mempertine, yaitu melapisi jalur PCB dengan timah. 3.5 Pemeliharaan dan Perbaikan Pada sistem peralatan elektronika diperlukan adanya pemeliharaan yang terus-menerus untuk menghindari kerusakan-kerusakan yang mungkin terjadi, selain itu juga diperlukan perbaikan bila terjadi kerusakan pada peralatan tersebut. 3.5.1 Pemeliharaan Pada setiap peralatan elektronika diperlukan adanya pemeliharaan. Ini dilakukan agar peralatan tersebut dapat tetap bekerja untuk jangka waktu yang lama dengan kata lain untuk memperpanjang umur alat ini pemeliharaannya adalah : Operasikan alat sesuai dengan spesifikasi yang telah ditentukan. Letakkan alat pada permukaan yang stabil. Jangan meletakkan benda diatas modul Jangan disimpan pada ruangan yang terlalu panas maupun lembab Jauhkan dari cairan Pastikan bahwa power off ketika menghubungkan dan melepaskan kabel data atau ketika menghubungkan alat kepada sinyal input. Perbaikan untuk catu daya yang dipergunakan tidak terbalik.


3.5.2 Perbaikan Perbaikan adalah kemampuan suatu alat untuk melaksanakan fungsinya yang dibutuhkan tanpa kegagalan dalam kondisi tertentu selama periode tertentu. Kegagalan adalah berakhirnya kemampuan suatu alat untuk melaksanakan fungsinya baik untuk beberapa saat maupun untuk seterusnya. Dalam hal ini penulis merincikan tahapan-tahapan untuk melakukan perbaikan, yakni : Menentukan daerah kerusakan pada alat tersebut. Periksa tegangan output dari catu daya sebelum dihubungkan langsung dengan rangkaian utama. Jika telah sesuai maka langsung dihubungkan dengan rangkaian, jika tidak perlu ada perbaikan dengan modul catu dayanya. Kemungkinan periksa output dari Op-Amp, jika outputnya sesuai dengan perhitungan pada dasar teori berarti rangkaian tersebut tidak ada masalah dan jika sebaliknya outputnya tidak sesuai dengan landasan teori periksa setingan potensiometer (trimpot). Setting ulang trimpot untuk mendapatkan output yang sesuai. Ada juga kemungkinan solder yang kurang baik maupun solderan yang terlepas. Jika itu adalah penyebabnya solder lagi titik tersebut. Tapi jika outputnya tidak sesuai periksa komponen pasifnya apakah sudah rusak jika outputnya masih tidak sesuai ganti Op-Amp dengan yang baru.


BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA SISTEM

4.1

Pengujian dan Analisa Hardware Setelah hardware selesai dirancang, maka tindakan

selanjutnya adalah

melakukan pengujian dan sekaligus menganalisanya. Peralatan yang dibutuhkan dalam simulasi atau pengujian rancangan ini adalah: 1. Multester Analog 1 buah 2. Multitester Digital 3 buah 3. Kabel secukupnya 4. Auto Transformator 3 buah 5. Motor Induksi 3 Fasa 1 buah 6. Lampu pijar 3 buah 7. Solder dan timahnya

4.1.1 Pengujian Rangkaian Power Supply Prosedur Pengujian 1. Memastikan semua komponen yang ada pada rangkaian power supply sudah terpasang dengan sempurna baik ukuran dan penghubungannya. 2. Menghubungkan rangkaian power supply dengan sumber tegangan bolak balik (ac). 3. Melakukan pengukuran dengan menggunakan multitester analog, lihat tegangan yang terbaca dan mencatatnya. Nursyahrul Ritonga : Rancangan Sistem Proteksi Tegangan Pada Motor Listrik 3 Fasa Berbasis PC, 2008. USU Repository © 2009

Adapun data hasil pengukuran tersebut, ditunjukkan pada table dibawah ini:

Tegangan Ideal Sekunder Trafo (Vac) 12

Hasil Pengukuran (Vac) 11.7

9

8.9

6

5.8

Tabel 4.1 Pengukuran Trafo sebagai Catu Daya

Tegangan Output (Vdc)

Hasil Pengukuran Output Power Supply (Vdc)

12

11.8

9

8.9

6

5.8

Tabel 4.2 Pengukuran Output Power Supply

Pengukuran terhadap modul rangkaian power supply ini, mengalami sedikit perubahan tegangan dari harga tegangan keluaran yang seharusnya, namun perubahan tegangan yang dihasilkan tidak terlalu berpengaruh terhadap rangkaian. Artinya tegangan output yang dihasilkan hampir mendekati tegangan yang diinginkan oleh rangkaian. Dengan demikian rancangan power supply ini dapat digunakan sebagai sumber tegangan pada rancangan sistem komparator dan relay.


4.1.2 Pengujian Rangkaian Sistem Proteksi Prosedur Pengujian 1. Sebelum dihubungkan dengan sebagai window komparator

sumber tegangan 3 fasa, Op-Amp terlebih dahulu diukur outputnya.

Setelah diukur, ternyata rangkaian sistem ini masih belum bekerja maksimal. Op-Amp sebagai window komparator, dalam rangakaian ini menggunakan offset nol. Namun offset nol tersebut tidak dapat berfungsi dengan baik, sehingga keluaran dari Op-Amp yang telah dipicu oleh tegangan +9Volt dan -9Volt tidak nol. Maka tegangan pemicunya diturunkan menjadi +5Volt dan -5 Volt dengan menggunakan regulator tetap 7805. Dengan demikian offset nol yang diharapkan tercapai. 2. Langkah berikutnya, menghubungkan rangkaian sistem dengan beban melalui output dari relay. 3. Menghubungkan rangkaian sistem dengan dengan auto transformer untuk bisa melakukan percobaan. 4. Memasang multester digital pada setiap auto trafo. 5. Menghubungkan rangkaian sistem pada perangkat komputer. 6. Memberikan sumber tegangan 3 fasa pada sistem, melalu auto trafo. 7. Selanjutnya komputer akan memantau setiap perubahan tegangan yang masuk ke motor listrikk.


R S T

Auto Transformer

220V

Driver Relay

`

Sistem Komparator

Komputer

Motor Induksi 3 Fasa

5V

Power Supply

12V

Gambar 4.1 Rangkaian Simulasi Rancangan Sistem Proteksi Tegangan pada Motor Listrik 3 Fasa

Besarnya tegangan keluaran pada rangkaian ini sesuai dengan yang dikehendaki. Karena hal ini dapat diatur oleh terimpot yang memang difungsikan untuk itu. Tegangan output dari rangkaian mampu diterima oleh PC dan PC pun mampu membacanya. Hal ini dikarenakan adanya tambahan buffer guna menstabilkan besar tegangan yang masuk kekomputer, dimana jika masuk 5 volt dari output sistem maka komputer juga akan memabaca 5 volt begitu

juga bila output

sistem 0 volt maka komputer juga akan membaca 0 volt. Dengan demikian rancangan ini diharapkan bekerja lebih sensitive. Adapun besar tegangan output dari rangkaian sistem ini di perlihatkan pada tabel berikut :


Keterangan Vout (volt) saat di beri tegangan masukan Vout (volt) saat tidak diberi tegangan masukan

Fasa R

Tegangan fasa Fasa S

Fasa T

4.8

4.7

4.9

0.3

0.2

0.4

Tabel 4.3 Besarnya tegangan Output dari Rangkaian Sistem

Output dari PC mampu mengaktifkan relay, dalam rangkaian ini relay akan aktif jika fasa dari rangkaian ini tidak seimbang. Aktifnya relay akan mengaktifkan kontaktor. Sebelumnya informasi seimbang atau tidaknya ketiga fasa telah diproses oleh PC melalui program yang telah bekerja. Sedangkan data hasil percobaan terhadap perubahan tegangan fasa dengan waktu terlampir pada akhir skripsi ini.

4.2 Pengujian dan Analisa Software Analisa software disini menjelaskan bagaimana prinsip kerja sistem secara pemprograman. Dalam menganalisa software ini penulis akan menjelaskan prinsip kerja sistem dalam bahasa program pada tiap-tiap subnya. Option Explicit Sebagai deklarasi variable Private Declare Sub PortOut Lib "IO.DLL" (ByVal Port As Integer, ByVal data As Byte) Private Declare Function GetPortBit Lib "IO.DLL" (ByVal Port As Integer, ByVal Bit As Byte) As Boolean Nursyahrul Ritonga : Rancangan Sistem Proteksi Tegangan Pada Motor Listrik 3 Fasa Berbasis PC, 2008. USU Repository © 2009

Private Declare Function PortIn Lib "IO.DLL" (ByVal Port As Integer) As Byte Private Declare Function IsDriverInstalled Lib "IO.DLL" () As Boolean Private Declare Sub SetPortBit Lib "IO.DLL" (ByVal Port As Integer, ByVal Bit As Byte)

Deklarasi yang berfungsi sebagai getportbit IO.dll, yang membantu visual basic

untuk mendeteksi input yang diberikan pada port parallel atau untuk

mengakses port parallel ke komputer.

Dim s(8) As Boolean Deklarasi 8 bit port status pada port parallel. Dim i As Integer Deklarasi variable i sebagai integer

Sub fasa_detection() For i = 4 To 6 s(i) = GetPortBit(&H379, i) Next i If s(4) = False Then frmutama.chkt.Value = 0 Else frmutama.chkt.Value = 1 End If


If s(5) = False Then frmutama.chks.Value = 0 Else frmutama.chks.Value = 1 End If If s(6) = False Then frmutama.chkr.Value = 0 Else frmutama.chkr.Value = 1 End If End Sub

Setiap sub program disini berfungsi sebagai pendeteksi fasa melalui input yang diberikan port status. Inisialisasi port status mulai dari pin 11 sampai pin 13 Sub portkeluar() Dim x As Byte Sub relay() Dim i As Integer Dim s(8) As Boolean For i = 1 To 8 s(i) = GetPortBit(&H378, i) MsgBox s(i) Next i Nursyahrul Ritonga : Rancangan Sistem Proteksi Tegangan Pada Motor Listrik 3 Fasa Berbasis PC, 2008. USU Repository © 2009

End Sub PortOut &H378, &H0 PortOut &H378, &H20 PortOut &H378, &H30 PortOut &H378, &H40 PortOut &H378, &H50 PortOut &H378, &H60 PortOut &H378, &H70 PortOut &H378, &H80 End Sub Sub setport() SetPortBit &H378, &H0 SetPortBit &H378, &H20 SetPortBit &H378, &H30 SetPortBit &H378, &H40 SetPortBit &H378, &H50 SetPortBit &H378, &H60 SetPortBit &H378, &H70 SetPortBit &H378, &H80 End Sub

Sub ini berfungsi untuk mendeteksi port out pada port parallel yang akan mengaktifkan relay jika tejadi ketidakseimbangan fasa dan menurunnnya tegangan. Nursyahrul Ritonga : Rancangan Sistem Proteksi Tegangan Pada Motor Listrik 3 Fasa Berbasis PC, 2008. USU Repository © 2009

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1

Kesimpulan Setelah

melakukan perancangan dan pembuatan

serta pengujian sistem

proteksi tegangan pada motor listrik tiga fasa ini, maka dapat di simpulkan bahwa : 1. Alat ini adalah alat proteksi tegangan motor listrik dan juga peralatan lainnya yang terhubung dengan sumber listrik tiga fasa. 2. Jika tegangan dari salah satu fasanya tidak seimbang, tegangannya turun atau naik melebihi tegangan normal maka komputer akan mengolah data yang masuk dan mengintruksikan pada relay untuk membuka. 3. Dari data pengujian alat terlihat bahwa tegangan yang ada pada jalajala tiga fasa tidak selamanya stabil dan normal. Adakalanya tegangan turun dan naik. Penurunan dan kenaikan tegangan ini juga tergantung pada pemakaian konsumen pada supply listrik. 4. Terlihat bahwa tegangan tiga fasa yang normal 380 volt terjadi pada pagi hari sampai menjelang siang, selanjutnya akan mengalami penurunan yang sangat signifikan pada sore hari hingga malam.


5.2

Saran 1. Untuk

pengembangan

rancangan

sistem

ini,

ada

baiknya

menggunakan interface mikrokontroller. 2. Jika rancangan ini di jadikan sebagai sistem proteksi di dunia industri, diperlukan desain rancangan yang lebih rapi, dan ukuran yang kecil sehingga dapat lebih praktis digunakan.


DAFTAR PUSTAKA

1. Malvino,Albert,PhD,Hanafi Gunawan, “ Prinsip-prinsip Elektronika”, Edisi kedua, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1992 2. M.Titarenko, and I. Noskov-Dukelsky, “Protective Relaying In Electric Power Systems”, second printing, Peace Publihser Moscow. 3. Ir. Suryanto Thabrani, MM, “Mudah & Cepat Menguasai Visual Basic”, Mediakita, Jakarta, 2007. 4. Setyo Wibowo, “Merakit Sendiri 29 Rangkain Alat Elektronika”, Penerbit Tiga Dua, Surabaya,1996. 5. Zuhal, “Dasar Teknik Tenaga Listrik Dan Elektronika Daya”, PT Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, 1992. 6. Ir. Muslimin.M, “Teori Soal Penyelesaian

Teknik Tenaga Listrik”,

Cetakan Pertama, Armico, Bandung, 1979. 7. Frank D. Petruzella, Drs. Sumanto,MA, “Eletronika Industri”, Penerbit Andi, Yogyakarta, 2002.


Lampiran 1 Program Untuk Rancangan Sistem Proteksi Tegangan Pada Motor Listrik 3 Fasa Dengan Bahasa Pemograman Visual Basic  Untuk Pengaksesan Input dan Output Port Paralel melalui perangkat io.dll. Option Explicit Private Declare Sub PortOut Lib "IO.DLL" (ByVal Port As Integer, ByVal data As Byte) Private Declare Function GetPortBit Lib "IO.DLL" (ByVal Port As Integer, ByVal Bit As Byte) As Boolean Private Declare Function PortIn Lib "IO.DLL" (ByVal Port As Integer) As Byte Private Declare Function IsDriverInstalled Lib "IO.DLL" () As Boolean Private Declare Sub SetPortBit Lib "IO.DLL" (ByVal Port As Integer, ByVal Bit As Byte) Sub Dim Dim For

fasa_detection() i As Integer s(8) As Boolean i = 4 To 6

s(i) = GetPortBit(&H379, i) Next i If s(4) = False Then frmutama.chkt.Value = 0 Else frmutama.chkt.Value = 1 End If If s(5) = False Then frmutama.chks.Value = 0 Else frmutama.chks.Value = 1 End If If s(6) = False Then frmutama.chkr.Value = 0 Else frmutama.chkr.Value = 1 End If End Sub Nursyahrul Ritonga : Rancangan Sistem Proteksi Tegangan Pada Motor Listrik 3 Fasa Berbasis PC, 2008. USU Repository © 2009

Sub portkeluar() Dim x As Byte PortOut PortOut PortOut PortOut PortOut PortOut PortOut PortOut End Sub

&H378, &H378, &H378, &H378, &H378, &H378, &H378, &H378,

Sub setport() SetPortBit SetPortBit SetPortBit SetPortBit SetPortBit SetPortBit SetPortBit SetPortBit

&H0 &H20 &H30 &H40 &H50 &H60 &H70 &H80

&H378, &H378, &H378, &H378, &H378, &H378, &H378, &H378,

&H0 &H20 &H30 &H40 &H50 &H60 &H70 &H80

End Sub

Sub Dim Dim For

relay() i As Integer s(8) As Boolean i = 1 To 8 s(i) = GetPortBit(&H378, i) MsgBox s(i) Next i End Sub  Untuk tampilan pada monitor computer Option Explicit Dim mysql As String Private Sub cmdinput_Click() frminput.Show End Sub Private Sub cmdkeluar_Click() Nursyahrul Ritonga : Rancangan Sistem Proteksi Tegangan Pada Motor Listrik 3 Fasa Berbasis PC, 2008. USU Repository © 2009

Unload Me End Sub Private Sub cmdlaporan_Click() frmlaporan.Show End Sub Private Sub cmdstartstop_Click() Timer1.Enabled = Not Timer1.Enabled End Sub Private Sub Form_Load() Me.Left = 0 Me.Top = 0 tampung.DatabaseName = txtdirectory & "\fasa.mdb" tampung1.DatabaseName = txtdirectory & "\fasa.mdb" tampung2.DatabaseName = txtdirectory & "\fasa.mdb" data.DatabaseName = txtdirectory & "\fasa.mdb" data.RecordSource = "data" data.Refresh aduk.DatabaseName = txtdirectory & "\fasa.mdb" aduk.RecordSource = "aduk" aduk.Refresh hasil.DatabaseName = txtdirectory & "\fasa.mdb" hasil.RecordSource = "hasil" hasil.Refresh Timer1.Enabled = True End Sub Private Sub Timer1_Timer() Dim a As Single Dim i As Single Dim j As Integer Dim z As String Dim acak As Double Dim acak_volt As Double Call fasa_detection If (chkr.Value = 0) And (chks.Value = 0) And (chkt.Value = 0) Then txtoutput = "OFF" txtcutoff = "" Nursyahrul Ritonga : Rancangan Sistem Proteksi Tegangan Pada Motor Listrik 3 Fasa Berbasis PC, 2008. USU Repository © 2009

optseimbang.Value = True optseimbang.Visible = Not optseimbang.Visible optgangguan.Value = False optgangguan.Visible = True Call portkeluar MMControl1.FileName = "C:\fasa\lagu.mp3" MMControl1.Command = "open" MMControl1.Command = "stop" MMControl1.Command = "reset" GoTo lanjut End If txtoutput = "ON" txtcutoff = Format(Time, "hh:mm:ss") optseimbang.Value = False optseimbang.Visible = True optgangguan.Value = True optgangguan.Visible = Not optgangguan.Visible MMControl1.FileName = "C:\fasa\lagu.mp3" MMControl1.Command = "open" MMControl1.Command = "play" MMControl1.Command = "reset" Call setport 'Exit Sub lanjut: txttime = Format(Time, "hh:mm:ss") txthari = WeekdayName(Weekday(Date)) txttgl = Format(Date, "dd/MMM/yyyy") hasil.Recordset.AddNew If chkr.Value = 1 Then hasil.Recordset!r = 1 Else hasil.Recordset!r = 0 End If If chks.Value = 1 Then hasil.Recordset!s = 1 Else hasil.Recordset!s = 0 End If If chkt.Value = 1 Then hasil.Recordset!t = 1 Else hasil.Recordset!t = 0 Nursyahrul Ritonga : Rancangan Sistem Proteksi Tegangan Pada Motor Listrik 3 Fasa Berbasis PC, 2008. USU Repository © 2009

End If hasil.Recordset!Output = txtoutput hasil.Recordset!Time = txttime hasil.Recordset!cut_off = txtcutoff hasil.Recordset!hari = txthari hasil.Recordset!tgl = txttgl mysql = "SELECT * From mysql = mysql & hasil.Recordset!r & hasil.Recordset!s & hasil.Recordset!t & "))" tampung.RecordSource = tampung.Refresh

data" " WHERE ") AND ") AND

(((data.R)=" ((data.S)=" ((data.T)="

& & &

mysql

If Not tampung.Recordset.RecordCount = 0 Then acak = Int((tampung.Recordset!status2 tampung.Recordset!status1 + 1) * Rnd tampung.Recordset!status1) acak_volt = Format((tampung.Recordset!volt2 tampung.Recordset!volt1 + 1) * Rnd tampung.Recordset!volt1, "#,##0.00") hasil.Recordset!volt = acak_volt hasil.Recordset!Status = acak End If txtr = acak txts = acak txtt = acak hasil.Recordset.Update hasil.Recordset.MoveLast End Sub Private Sub Timer2_Timer() Dim i As Double Dim r, s, t As Integer If chkr.Value = 1 Then r = 1 Else r = 0 End If If chks.Value = 1 Then s = 1 Else s = 0 Nursyahrul Ritonga : Rancangan Sistem Proteksi Tegangan Pada Motor Listrik 3 Fasa Berbasis PC, 2008. USU Repository © 2009

+ +

End If If chkt.Value = 1 Then t = 1 Else t = 0 End If mysql = "SELECT * From data" mysql = mysql & " WHERE (((data.R)=" & r & ((data.S)=" & s & ") AND ((data.T)=" & t & "))" tampung2.RecordSource = mysql tampung2.Refresh

")

If Not tampung2.Recordset.RecordCount = 0 Then For i = tampung2.Recordset!status1 tampung2.Recordset!status2 txts = i txtr = i txtt = i List2.AddItem i Next End If End Sub


AND

To

Lampiran 2 Sampel Data Pengujian Sistem Rancangan Pada Laboratorium Konversi Departemen Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara Yang Menunjukkan Perubahan Tegangan (volt) Terhadap Waktu. (detik)  Pengujian I (Waktu 10.00 Wib -11.00 Wib) Waktu (detik)

Tegangan (volt)

10.00.00 10.00.10 10.00.20 10.00.30 10.00.40 10.00.50 10.01.00 10.01.10 10.01.20 10.01.30 10.01.40 10.01.50 10.02.00 10.02.10 10.02.20 10.02.30 10.02.40 10.02.50 10.03.00 10.03.10 10.03.20 10.03.30 10.03.40 10.03.50 10.04.00 10.04.10 10.04.20 10.04.30 10.04.40 10.04.50 10.05.00 10.05.10 10.05.20 10.05.30 10.05.40 10.05.50 10.06.00

372 372 370 371 370 372 371 370 371 374 373 371 372 371 374 370 370 370 373 372 370 371 372 373 370 374 372 371 371 372 371 371 373 372 373 373 372


10.06.10 10.06.20 10.06.30 10.06.40 10.06.50 10.07.00 10.07.10 10.07.20 10.07.30 10.07.40 10.07.50 10.08.00 10.08.10 10.08.20 10.08.30 10.08.40 10.08.50 10.09.00 10.09.10 10.09.20 10.09.30 10.09.40 10.09.50 10.10.00

372 372 374 372 370 370 370 372 373 371 372 371 373 373 373 370 370 371 373 372 370 370 369 369

Waktu (detik)


10.10.00

10.09.30

10.09.00

10.08.30

10.08.00

10.07.30

10.07.00

10.06.30

10.06.00

10.05.30

10.05.00

10.04.30

10.04.00

10.03.30

10.03.00

10.02.30

10.02.00

10.01.30

10.01.00

10.00.30

375 374 373 372 371 370 369 368 367 366

10.00.00

Tegangan (volt)

Grafik Perubahan Tegangan (volt) Terhadap Waktu (detik)

 Pengujian II (12.00 Wib -13.00 Wib) Waktu (detik) 12.00.00 12.00.10 12.00.20 12.00.30 12.00.40 12.00.50 12.01.00 12.01.10 12.01.20 12.01.30 12.01.40 12.01.50 12.02.00 12.02.10 12.02.20 12.02.30 12.02.40 12.02.50 12.03.00 12.03.10 12.03.20 12.03.30 12.03.40 12.03.50 12.04.00 12.04.10 12.04.20 12.04.30 12.04.40 12.04.50 12.05.00 12.05.10 12.05.20 12.05.30 12.05.40 12.05.50 12.06.00 12.06.10 12.06.20 12.06.30 12.06.40 12.06.50 12.07.00 12.07.10 12.07.20 12.07.30

Tegangan (volt) 365 365 364 366 364 364 363 362 361 360 360 360 361 363 362 362 363 360 361 361 360 360 361 362 360 360 361 362 361 361 362 361 361 360 360 360 359 360 359 358 358 358 359 360 357 357


12.07.40 12.07.50 12.08.00 12.08.10 12.08.20 12.08.30 12.08.40 12.08.50 12.09.00 12.09.10 12.09.20 12.09.30 12.09.40 12.09.50 12.10.00

356 355 357 358 358 359 357 357 357 358 356 356 357 356 355

368 366 364 362 360 358 356 354 352 350 348

12 .0 0 12 .0 0 .0 0. 12 4 0 .0 1. 12 2 0 .0 2. 12 0 0 .0 2 12 .4 0 .0 3. 12 2 0 .0 4. 12 0 0 .0 4 12 .4 0 .0 5. 12 2 0 .0 6. 12 0 0 .0 6 12 .4 0 .0 7. 12 2 0 .0 8. 12 0 0 .0 8. 12 4 0 .0 9 12 .2 0 .1 0. 00

Tegangan (volt)

Grafik Perubahan Tegangan Terhadap Waktu

Waktu (detik)


 Pengujian III (15.00 Wib – 16.00 Wib) Waktu (detik) 15.00.00 15.00.10 15.00.20 15.00.30 15.00.40 15.00.50 15.01.00 15.01.10 15.01.20 15.01.30 15.01.40 15.01.50 15.02.00 15.02.10 15.02.20 15.02.30 15.02.40 15.02.50 15.03.00 15.03.10 15.03.20 15.03.30 15.03.40 15.03.50 15.04.00 15.04.10 15.04.20 15.04.30 15.04.40 15.04.50 15.05.00 15.05.10 15.05.20 15.05.30 15.05.40 15.05.50 15.06.00 15.06.10 15.06.20 15.06.30 15.06.40 15.06.50 15.07.00 15.07.10 15.07.20 15.07.30 15.07.40

Tegangan (volt) 354 354 353 354 354 352 354 353 354 352 352 352 354 353 352 351 351 351 352 351 352 351 352 351 351 351 350 350 350 351 349 349 349 350 349 350 348 349 349 348 349 350 349 349 348 347 349


15.07.50 15.08.00 15.08.10 15.08.20 15.08.30 15.08.40 15.08.50 15.09.00 15.09.10 15.09.20 15.09.30 15.09.40 15.09.50 15.10.00

349 349 349 350 349 348 350 349 348 347 348 349 348 349

356 354 352 350 348 346 344 342

15 .0 0 15 .0 0 .0 0 15 .4 0 .0 1 15 .2 0 .0 2 15 .0 0 .0 2 15 .4 0 .0 3 15 .2 0 .0 4 15 .0 0 .0 4 15 .4 0 .0 5 15 .2 0 .0 6 15 .0 0 .0 6 15 .4 0 .0 7 15 .2 0 .0 8 15 .0 0 .0 8 15 .4 0 .0 9 15 .2 0 .1 0. 00

Tegangan (volt)

Grafik Perubahan Tegangan Terhadap Waktu

Waktu (detik)

Medan, 28 April 2008 Diketahui

Eko Prasetyo Asisten Lab Konversi


TUGAS AKHIR RANCANGAN SISTEM PROTEKSI TEGANGAN PADA MOTOR LISTRIK 3 FASA BERBASIS PC NURSYAHRUL RITONGA

Recommend Documents