35 BAB III METODE PENELITIAN A. Tempat dan Waktu Penelitian dan perancangan tugas akhir ini dimulai sejak bulan agustus 2014 sampai febuari 2015, dilakukan laboratorium terpadu teknik elektro universitas lampung. B. Alat dan Bahan - Alat yang digunakan dalam penelitian ini diantaranya sebagai berikut: 1. Komputer (PC) 2. Voltmeter 3. Tang Ampere 4. Tang potong 5. Tang lancip 6. Obeng + 7. Obeng 8. Solder 9. Bor Tangan 36 - Bahan-bahan yang digunakan ialah sebagai berikut: 1. Raspberry pi 2. Adaptor 3. SD Card 8GB 4. Trafo 1 A 5. ADC MCP3008 6. Komponen Elektronika 7. Jumper 8. ACS712-5A 9. Papan plastik mika (Accrilyc) 10. PCB 11. Timah solder C. Prosedur Kerja Dalam menyelesaian tugas akhir ini ada beberapa langkah kerja yang dilakukan untuk mencapai hasil akhir yang diinginkan, diantaranya: 1. Studi literatur 2. Spesifikasi rancangan 3. Perancangan perangkat keras 4. Perancangan perangkat lunak 5. Pengujian 6. Pengambilan data 7. Pengolahan data 8. Analisa data dari pengujian alat 37 Ide Studi literatur Perancangan Perangkat Keras Realisasi Perancangan Perangkat keras Tidak Perangkat keras bekerja Ya Pengujian alat secara keseluruhan Pembuatan program Tidak Sistem bekerja Pemrograman Rapsberry pi Ya Selesai Tidak Program bekerja Ya Gambar 3.1. Diagram alir pengerjaan tugas akhir 38 D. Studi Literatur Dalam menyelesaikan tugas akhir perlu adanya studi literatur dilakukan pencarian informasi mengenai dan berkaitan dengan penelitian ini, diantaranya adalah: a. Karakteristik dan spesifikasi motor induksi 3 fasa yang menggunakan hubung bintang segitiga. b. Data sheet ACS712-5A c. Karakteristik komponen-komponen yang akan digunakan serta prinsip kerjanya. d. Cara kerja dan pemrograman Raspberry pi E. Spesifikasi Rancangan Secara garis besar perancangan sistem pada tugas akhir ini adalah seperti gambar di bawah ini : Push Button Power Supply AC 3 Fasa Pendeteksi 3 Fasa Rapsberry Pi AC 1 Fasa Relay Kontaktor Y ∆ 3 Fas a asa Gambar 3.2. Diagram Blok Perancangan Sistem Sensor Arus Motor 3 fasa 39 Pada gambar diatas menunjukan dari sumber tiga fasa mengalir ke pendektisi tegangan tiga fasa disini untuk mengetahui adanya sumber tiga fasa antara fasa R, fasa S dan fasa T serta tegangan pada tiap fasa terbaca sesuai dengan nilai tegangan yang ditentukan. Setelah itu pada push button untuk memberi masukan ke rapsberry menghidupkan relay. Relay ini digunakan menghidupkan kontaktor dan kemudian kontaktor akan menyambungkan sumber tiga fasa ke motor serta menstart bintangsegitiga sesuai pembacaan sensor arus. F. Perancangan Perangkat Keras Dari gambar diagram blok perancangan sistem perangkat keras yang digunakan adalah sebagai berikut: a. Push Button Dalam perancangan push button yang dimana digunakan untuk memerintah alat yang digunakan sebagai masukan kepada rapsberry menghidupkan relay. Relay digunakan untuk memberi induksi pada kumparan kontaktor saat itu saluran tiga fasa mengalirkan ke motor sambungan bintang-segitiga sesuai pembacaan sensor. Berikut gambar rancangan push button yang dibuat: 40 Gambar 3.3. Push Button c. Relay Dalam rancangan relay ada tiga, digunakan untuk memberi tugas kontaktor terhubung bintang-segitiga. Saat relay satu dan relay dua bekerja terhubung secara bintang, sedangkan saat hubungan segitiga rapsberry memberi perintah relay satu dan relay tiga mendapat masukan. Berikut gambar rancangan Relay yang digunakan: 41 Gambar 3.4. Relay c. Sensor Tegangan Sensor tegangan berfungsi sebagai pendeteksi keberadaan sumber tiga fasa. Jika salah satu sumber fasa mati maka motor tidak dapat melakukan starting atau saat motor sedang beroperasi kemudian salah satu sumber fasa mati motor akan berhenti beroperasi dan proteksi terhadap tegangan antara fasa sesuai nilai tegangan yang telah ditentukan. Hal tersebut bertujuan untuk memproteksi motor tiga fasa yang digunakan dari ketidakseimbangan fasa dan proteksi keseimbangan tegangan antara fasa dan keberadaan sumber tiga fasa dalam mensuplay motor induksi tiga fasa. Sensor tegangan dibuat seperti pada gambar berikut: Gambar 3.5. Rangkain Sensor Tegangan 42 d. Sensor Arus Sensor arus yang dipakai pada tugas akhir ini direncanakan mengukur arus pada satu fasa sebagai nilai arus normal starting motor tiga fasa saat hubungan bintang dan saat kondisi motor beroperasi sesuai nilai arus ditentukan dan memproteksi nilai arus yang besar. Rangkaian sensor disearahkan agar tegangan outputnya berupa sumber DC, tegangan yang keluaran dari penyearah maksimal sebesar 5V untuk keamanan rapsberry tegangan diturunkan dengan rangkain pembagi tegangan sebesar 3,3V. Kapasitor yang dipasang pada rangkain berguna sebagai filter untuk mendapatkan sinyal yang baik. Sensor arus yang digunakan pada rangkaian ACS712 30A. Rangkai sensor arus keseluruhan dapat dilihat pada gambar 3.6. Gambar 3.6. Sensor Arus 43 e. Sensor, Push Button dan Relay dengan Rapsberry Pi Setelah semua rangkaian selesai dibuat, langkah selanjutnya dalam perancangan perangkat keras adalah menghubungkan semua sensor, Push Button dan relay ke rapsberry pi. Hubungan tersebut ditampilkan sebagai gambar seperti dibawah ini: Gambar 3.7. Rangkaian Hubungan Sensor, Push Button dan Relay dengan Rapsberry Pi f. Sambungan Bintang-Segitiga Motor induksi 3 fasa dengan beban yang besar membutuhkan arus yang besar namun tidak terbebani tegangan penuh saat starting, jika dihubungkan secara langsung segitiga arus starting yang dibutuhkan oleh motor listrik sebesar 5 s/d 7 arus nominal akan mempengaruhi suplay daya yang digunakan. Untuk mencegah terjadinya lonjakan arus yang besar terlebih dahulu diasut dengan hubungan bintang setelah berjalan normal, arus akan menurun setelah itu dipindahkan ke hubungan segitiga sehingga mendapatkan nilai tegangan penuh bertujuan meningkatkan kecepetan dan torsi motor untuk kebutuhan produksi. Sambungan bintang-segitiga 44 dirancang untuk starting motor induksi tiga fasa, saat kumparan kontaktor magnit satu mendapat sumber tegangan dari relay satu, sumber tegangan mengalir kemotor dan relay dua menghidupkan kontaktor dua pada saat itu motor menstart dalam hubungan bintang. Setelah motor bekerja dalam hubungan bintang, arus akan turun sampai arus normal dan rapsberry memerintah kontaktor dua mati dan kontaktor tiga hidup untuk sambungan segitiga.[7] Hubungan pengasutan ini bertujuan untuk menekan pembayaran listrik yang besar dan pemeliharan motor, bahkan pergantian motor induksi yang terbakar akibat arus start tidak sesuai dengan arus nominal atau kelebihan beban pada suplay daya. Gambar rangkaian dapat dilihat pada bab 2 bagian B. G. Perancangan Perangkat Lunak Perancangan perangkat lunak pada tugas akhir ini dilakukan dengan rapsberry pi, program yang didalamnya meliputi: 1. Program pembacaan sensor, saklar start/stop serta program pengatur GPIO rapsberry ke relay. 2. Program untuk mencatat kerja motor 3 fasa ke dalam database. H. Kalibrasi Untuk membuat sebuah alat ukur digital perlu diketahui bahwa nilai yang terukur masih relative kecil, dimana belum menunjukan nilai pengukuran sebenarnya. 45 Misalnya pada penenelitian ini mengunakan trafo step-down sebagai sensor tegangan. Masukan trafo sebesar 220V mengeluarkan tegangan 3V, maka diperlukan kalibrasi nilai pengali yang mewakili tegangan 3V sebesar 220V pada sensor tegangan yang dibuat. Pada penelitian ini yang perlu dikalibrasi yaitu sensor tegangan dan sensor arus. Untuk pengkalibrasi sensor arus ACS712-30A sebenarnya pada datasheet telah disebutkan nilai kalibrasinya, yaitu saat tegangan output sensor bernilai 0V sampai 2,5V maka arus yang diukur yaitu -30A sampai 0A, dan saat tegangan output sensor sebesar 2,5V sampai 5V maka arus yang diukur adalah 0A sampai 30A. Kemudian dari nilai kalibrasi sensor arus tersebut terlihat bahwa nilai output maksimal sensor yaitu 5V, sedangkan pada GPIO Raspberry Pi tegangan yang diizinkan maksimal hanya sebesar 3,3V, dengan demikian sebelum masuk ke GPIO perlu dilakukan pengkondisian sinyal agar tegangan output sensor tidak melebihi 3,3V, sehingga nilai kalibrasi pada datasheet sensor arus tersebut tidak relevan lagi untuk digunakan. Untuk melakukan kalibrasi sensor arus dan tegangan yang dibuat, digunakan alat ukur digital yang sudah ada. Pada penelitian ini menggunkan Digital Power Clamp Meter (gambar 3.8) yang tersedia di Laboratorium Teknik Pengukuran jurusan Teknik elektro Unila. Digital Power Clamp Meter adalah sebuah alat ukur digital yang dapat mengukur arus (A), tegangan (V), faktor daya (Cos θ), daya (W), dan konsumsi energi (kWh). Sebagai contoh untuk melakukan kalibrasi misalkan output sensor tegangan sebesar 3V, kemudian dilakukan pengukuran pada sisi input sensor menggunakan alat ukur yang sudah ada dan hasil pengukurannya adalah 220V. Agar alat ukur yang dibuat juga menunjukkan angka 220V maka dibuat nilai pengali, nilai pengali tersebut didapat dengan persamaan berikut : 46 3V . x = 220V x = 220V / 3V x = 73,33 Dimana: 3V : Nilai tegangan output sensor. 220V : Nilai tegangan hasil pengukuran. x : Nilai pengali. Nilai pengali yang didapat dari metode diatas selanjutnya digunakan pada pemrograman yang dibuat pada Raspberry Pi untuk membaca sensor dan menampilkan hasil pengukurannya. Gambar 3.8. Digital Power Clamp Meter (Tersedia di Lab. Teknik Pengukuran J.TE. Unila) I. Pengujian Pengujian dilakukan untuk mendapatkan apakah sistem bekerja sesuai dengan keinginan atau tidak, maka dilakukan pengujian diantaranya: 47 a. Pengujian sensor tegangan Pengujian sensor tegangan ini melakukan pengukuran nilai tegangan yang berubahubah besarannya menggunakan dua buah alat ukur yang berbeda, yaitu sensor tegangan yang dibuat dengan alat ukur Voltmeter. Dari pengujian yang dilakukan bertujuan untuk membuktikan apakah sensor tegangan yang dibuat dapat melakukan pengukuran yang baik dengan cara membandingkan hasil pengukuran sensor yang dibuat dengan hasil pengukuran Voltmeter. b. Pengujian sensor arus Pengujian sensor arus dilakukan dengan cara memberikan beban listrik dengan daya atau tegangan yang berubah-ubah, setelah itu dilakukan pengukuran arus yang mengalir ke beban. Pengukuran arus menggunakan sensor arus yang dibuat dan alat ukur Ampere meter, kemudian hasil pengukuran sensor yang dibuat dibandingkan dengan pengukuran Ampere meter apakah sensor arus dibuat dapat bekerja dengan baik atau tidak. c. Pengujian sistem Setelah pengujian yang dilakukan pada masing-masing sensor, kemudian dilakukan pengujian keseluruhan sistem starting motor induksi tiga fasa. Setelah hardware terpasang, membuat pemrograman Python untuk starting hubungan bintangsegitiga serta proteksi pada motor. Selanjutnya merekam kinerja motor induksi pada sebuah database. Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui apakah sistem yang dibuat dapat bekerja dengan baik atau tidak. 48 Gambar 3.9. Alat Ukur Digital. (Tersedia di Lab. Konversi Energi Elektrik J.T.E. Unila) Gambar 3.10. Regulator Tegangan (Tersedia di Lab. Konversi Energi Elektrik J.T.E. Unila) Untuk pengujian yang dilakukan pada sensor tegangan, dibutuhkan tegangan yang berubah-ubah dari regulator tegangan yang tersedia di Laboratorium Konversi Energi Unila (Gambar 3.10. Sedangkan alat ukur yang digunakan pada pengujian ini adalah Digital Power Clamp Meter atau Alat ukur digital (Gambar 3.8) tersedia di Laboratorium Teknik Pengukuran Unila dan Alat ukur Digital (Gambar 3.9) tersedia di Laboratorium Konversi Energi Unila.
