PROPOSAL SKRIPSI ANALISIS DAN PERANCANGAN PROTOTYPE SOFT STARTING PADA MOTOR INDUKSI 3 FASA DENGAN METODE PID-FUZZY Disusun Oleh: Nama NPM: JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK ELEKTRO DAN TEKNOLOGI INFORMATIKA INSTITUT TEKNOLOGI ADHI TAMA SURABAYA 2020 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Motor induksi sangat banyak digunakan di dalam kehidupan sehari-hari baik di industri maupun di rumah tangga. Motor induksi yang umum dipakai adalah motor induksi tiga fasa dan motor induksi satu fasa. Motor induksi tiga fasa dioperasikan pada sistem tenaga tiga fasa dan banyak digunakan di dalam berbagai bidang industri dengan kapasitas daya yang besar. motor induksi satu fasa dioperasikan pada sistem tenaga satu fasa dan banyak digunakan terutama untuk peralatan rumah tangga seperti kipas angin, lemari es, pompa air, mesin cuci dan sebagainya karena motor induksi satu fasa mempunyai daya keluaran yang rendah. Hal ini disebabkan karena motor induksi memiliki berbagai keunggulan dibanding dengan motor listrik yang lain, yaitu diantaranya karena harganya yang relatif murah, konstruksinya yang sederhana dan kuat serta karakteristik kerja yang baik. Karena begitu luasnya penggunaan motor induksi maka banyak dilakukan berbagai penelitian untuk meningkatkan unjuk kerja dari motor induksi. Diantara banyaknya penelitian itu diantaranya adalah tentang metode starting motor. Terdapat beberapa penelitian serupa tetapi dengan berbeda metode seperti pada jurnal yang berjudul Soft Starting pada motor induksi 3 phasa menggunakan DOL (Direct On Line) yang ternyata dalam pelaksanaannya masih menarik arus start yang besar, terlebih pada starting DOL. Pada starting Wye-Delta, perpindahan dari wye ke delta ternyata jugamenyebabkan hentakan yang cukup keras pada motor. Jika ini terus dilakukan, dikhawatirkan motor akan cepat mengalami kerusakan. Primary resistor adalah dengan menserikan tahanan dengan sumber tegangan dengan maksud untuk menahan atau mengurangi arus start yang masuk kedalam motor, tetapi jika ternyata terjadi lonjakan tegangan yang berlebih tahanan tidak cukup untuk membendung arus lebih yang lewat karena tahanan (R) tidak otomatis bertambah nilainya seiring dengan naiknya tegangan [1]. Maka dari itu penulis menggunakan metode yang berbeda yaitu PIDFUZZY dimana metode ini dapat mempengaruhi nilai Kp, Ki dan Kd secara 1 otomatis. Metode tersebut adalah metode yang memiliki akurasi tinggi menurut beberapa jurnal. Dengan metode soft starting, diharapkan tegangan dan arus dari sumber tenaga dapat mengalir masuk kedalam motor secara bertahap, sehingga Motor tidak menarik arus starting yang terlalu besar. Sehingga diharapkan motor akan aman dan berumur lebih lama. 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang telah dibahas maka rumusan masalah dalam tugas akhir ini yaitu: a. Bagaimana menganalisa soft starting pada motor induksi 3 fasa dengan Metode PID-FUZZY? b. Bagaimana karakteristik dari Metode PID-FUZZY dalam pengaplikasian pada Soft Starting motor induksi 3 fasa? c. Bagaimana hasil Soft Starting motor induksi 3 fasa dengan memberi berbagai varian beban? 1.3 Tujuan dan Manfaat 1.3.1 Tujuan Tujuan yang akan dicapai dari tugas akhir ini adalah: a Dapat menganalisa soft starting pada motor induksi 3 fasa dengan metode PID-FUZZY b Dapat mengetahui karakteristik dari Metode PID-FUZZY dalam pengaplikasian pada Soft Starting motor induksi 3 fasa. c Dapat mengetahui hasil dari soft starting motor induksi 3 fasa dengan parameter varian beban. 1.3.2 Manfaat Manfaat yang diharapkan dalam penelitian ini yaitu: a. Mahasiswa dapat menerapkan ilmu pengetahuan yang telah diterima selama di bangku kuliah. b. Dengan adanya penelitian ini diharapkan tegangan dan arus dari sumber tenaga dapat mengalir masuk kedalam motor secara bertahap, sehingga Motor 2 tidak menarik arus starting yang terlalu besar. Sehingga diharapkan motor akan aman dan berumur lebih lama. c. Dengan adanya penelitian ini diharap mempermudah untuk dapat membantu menjaga kualitas motor induksi 3 fasa. 1.4 Batasan masalah Hal-hal yang menjadi batasan dan pendekatan yang diambil dalam penulisan dan penyusunan proposal tugas akhir ini adalah sebagai berikut: a. Menggunakan aplikasi Matlab Simulink untuk analisa. b. Hanya menggunakan 1 motor induksi c. Menggunakan motor induksi 3 fasa d. Menggunakan metode PID-FUZZY 1.5 Metodologi Pengerjaan Tugas Akhir Metodologi pengerjaan tugas akhir yang akan dikerjakan memiliki lima (5) tahap utama. Kelima tahap tersebut antara lain: tahap persiapan, tahap perencanaan, tahap pengumpulan data, tahap perancangan dan pembuatan sistem prototype, tahap analisa, dan pengolahan data, dan pemecahan masalah. a. Tahap Persiapan Tahap persiapan merupakan rangkaian kegiatan sebelum memulai pengumpulan dan pengolahan data. Dalam tahap awal ini disusun hal-hal penting yang harus segera dilakukan dengan tujuan untuk mengefektifkan waktu dan pekerjaan. Tahap persiapan ini meliputi kegiatan-kegiatan sebagai berikut: menentukan judul tugas akhir, pembuatan proposal penyusunan tugas akhir, dan menentukan kebutuhan data. Perencanaan jadwal pembuatan desain persiapan diatas harus dilakukan secara cermat untuk menghindari pekerjaan yang berulang, sehingga tahap pengumpulan data menjadi lebih optimal. b. Tahap Perencanaan Tahap ini memberikan gambaran mengenai langkah awal sampai dengan akhir penyusunan laporan Tugas Akhir. Pengembangan penjelasannya dituangkan dalam bentuk diagram alir yang tersusun secara berurutan sesuai dengan proses kerjanya. 3 c. Pengumpulan Data Metode pengumpulan data yang dilakukan yaitu sebagai berikut: Metode Literatur, yaitu mengumpulkan, mengidentifikasi dan mengolah data tertulis serta metode kerja yang digunakan, Metode Observasi yang dilakukan dengan tujuan untuk dapat mengetahui kondisi real di lapangan sehingga dapat diperoleh gambaran-gambaran sebagai pertimbangan dalam perencanaan desain struktur. d. Analisa dan Pengolahan Data Analisa dan pengolahan data dilakukan berdasarkan data-data yang dibutuhkan, selanjutnya dikelompokkan sesuai identifikasi tujuan permasalahan, sehingga diperoleh analisa pemecahan yang efektif dan terarah. e. Pemecahan Masalah Apabila hasil-hasil dari analisa dan pengolahan data sudah didapat, maka tahap pemecahan masalah bisa dilaksanakan, dengan tujuan mengetahui sejauh mana konstruksi yang sebenarnya di lapangan dan diproyeksikan terhadap kondisi real berdasarkan peraturan-peraturan yang telah ditetapkan sebelumnya. 1.6 Sistematik Penulisan Untuk mengetahui gambaran ringkas mengenai isi laporan skripsi serta untuk mempermudah pemahaman penelitian yang dilakukan, maka laporan skripsi ini dibagi menjadi beberapa bab antara lain BAB I : PENDAHULUAN Bab ini berisi pendahuluan yang menjelaskan latar belakang permasalahan, perumusan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, batasan penelitian serta sistematika penulisan. BAB II : STUDI PUSTAKA Bab ini berisi tentang teori-teori yang mendukung penelitian yang dilakukan. Teori tersebut merupakan teori yang sudah ada dari penelitian sebelumnya. Pengambilan teori tersebut dapat berasal dari buku, jurnal, maupun materi dari internet. BAB III : PERANCANGAN SISTEM Bab ini berisi perancangan sistem tentang penelitian yang akan dibuat. Yaitu pembuatan sistem deteksi kesegaran daging. 4 BAB IV : IMPLEMENTASI DAN UJI COBA SISTEM Bab ini berisi tentang analisa sistem baik dari segi kebutuhan hardware dan software. Serta implementasi prototype dan pengujian prototype. BAB V : PENUTUP Bab ini menjelaskan tentang kesimpulan hasil uji coba yang diperoleh setelah menyelesaikan penelitian dan saran yang dapat digunakan sebagai masukan dalam pengembangan penelitian selanjutnya. 5 BAB II TEORI PENUNJANG 2.1 Penelitian Terdahulu Penelitian terdahulu yang pertama adalah dengan judul Soft Starting pada motor induksi 3 fasa. Beberapa metode starting tradisional motor induksi diantaranya adalah DOL (Direct On Line), Y- , auto-trafo, dan primary resistor, yang ternyata dalam pelaksanaannya masih menarik arus start yang besar, terlebih pada starting DOL. Pada starting Wye-Delta, perpindahan dari wye ke delta ternyata jugamenyebabkan hentakan yang cukup keras pada motor. Jika ini terus dilakukan, dikhawatirkan motor akan cepat mengalami kerusakan. Primary resistor adalah dengan menserikan tahanan dengan sumber tegangan dengan maksud untuk menahan atau mengurangi arus start yang masuk kedalam motor, tetapi jika ternyata terjadi lonjakan tegangan yang berlebih tahanan tidak cukup untuk membendung arus lebih yang lewat karena tahanan (R) tidak otomatis bertambah nilainya seiring dengan naiknya tegangan. Metode soft starting, yang tersusun atas komponen SCR (Silicon Control Rectifier) dengan konfigurasinya konverter AC-AC anti paralel, diharapkan mampu mengendalikan tegangan dan arus yang masuk kedalam motor secara bertahap sesuai dengan pengaturan yang diinginkan. Dengan demikian masalah starting motor induksi tiga fasa dapat segera diatasi [1]. Penelitian terdahulu yang kedua adalah dengan judul Perancangan Modul Soft Starting Motor Induksi 3 Fasa dengan Atmega 8535. Metode pengasutan yang digunakan pada penelitian ini yaitu metode soft starting, diharapkan tegangan dan arus dari sumber tenaga dapat mengalir masuk kedalam motor AC secara bertahap, sehingga tidak memerlukan arus pengasutan yang besar. Soft starting dilakukan dengan menggunakan komponen elektronika daya yaitu triac, sedangkan tegangan masukan motor induksi diatur dengan memberikan sinyal tunda dan sulut pada triac dengan waktu tertentu. Sinyal tunda dan sulut untuk triac diatur oleh mikrokontroler ATmega 8535.Pada perangkat keras soft starting dapat digunakan juga sebagai pengereman soft stoping dengan mengurangi secara perlahan tegangan yang masuk ke beban. Modul soft starting yang dirancang mempunyai waktu soft start selama 6 24 detik dan waktu soft stop 9 detik. Pada beban motor induksi 3 fasa besar arus starting relatif terkendali dan lebih kecil jika dibandingkan dengan metode DOL dan wye delta walaupun masih terjadi sedikit lonjakan arus saat starting. Sedangkan untuk soft stoping dapat menghentikan motor secara perlahan walaupun tidak bias berhenti secara langsung [2]. Penelitian terdahulu yang ketiga adalah berjudul Perancangan Soft Starting Pada Motor Induksi 3 Fasa Menggunakan Mikrokontroller ATMEGA328. Metode Soft Starting dilakukan dengan menggunakan komponen elektronika daya yaitu triac. Tegangan masukan motor induksi diatur dengan memberikan sinyal tunda pada triac dengan waktu tertentu yang diatur oleh platform Arduino. Pada beban motor induksi 3 fasa, besar arus starting relatif terkendali dan lebih kecil jika dibandingkan dengan metode DOL dan Wye-Delta. Hasil dari perancangan Modul Starting Motor Induksi 3 Fasa dengan metode Soft Starting mempunyai pemilihan waktu soft start antara 4 detik hingga 25 detik, sehingga dalam rentang waktu tersebut tegangan input yang masuk bertahap mulai 1% hingga 100% dari tegangan 380v Delta [3]. Penelitian terdahulu yang ke empat adalah berjudul Perancangan Rangkaian Pengasutan Soft Starting pada Motor Induksi 3 Fasa Berbasis Arduino Nano. Motor induksi dewasa ini semakin banyak digunakan mulai dari aplikasi di rumah tangga ataupun di dunia industri. Hal ini disebabkan karena motor induksi memiliki berbagai keunggulan, diantaranya dari segi harga yang ekonomis serta konstruksinya yang sederhana. Motor induksi memiliki arus awal (Start) yang besar sekitar 5 hingga 7 kali dari arus nominal beban penuh ketika dihidupkan secara langsung [1]. Untuk mengatasi permasalahan arus awal yang besar tersebut pada penelitian ini akan dibuat rangkaian pengasutan soft starting motor induksi 3 fasa. Rangkaian soft starting ini merupakan suatu metode pengasutan dengan cara mengatur nilai tegangan yang masuk pada motor induksi dengan memanfaatkan komponen elektronika daya yaitu thyristor, dengan peyalaannya dikontrol oleh mikrokontroller Arduino Nano. Hasil dari perancangan rangkaian soft starting ini sudah mampu menurunkan arus starting dari metode DOL yaitu sebesar 1.45 A saat 7 motor tanpa beban dan 2.64 A saat motor berbeban menjadi 0,77 A saat tanpa beban dan 1.75 saat berbeban [4]. Penelitian terdahulu yang kelima adalah berjudul Perancangan Soft Starter Motor Induksi Satu Fasa dengan Metode Closed Loop Menggunakan Mikrokontroller Arduino. Salah satu solusi dari permasalahan ini adalah menggunakan soft starter. Dewasa ini teknologi elektronika daya TRIAC digunakan sebagai komponen utama dalam soft starter. Pengaturannya juga diatur dengan mikrokontroler untuk memudahkan melakukan pengasutan. Mikrokontroler yang digunakan dalam penelitian ini adalah Arduino. Soft starter yang dirancang mampu menurunkan arus pengasutan hingga 2 kali untuk pengasutan tanpa beban dan 3 kali untuk pengasutan dengan beban generator sinkron. Torsi pengasutan yang dihasilkan oleh soft starter sebesar 0,023 Nm untuk pengasutan tak berbeban dan 0,43 Nm untuk pengasutan dengan beban generator sinkron. Waktu yang dibutuhkan untuk melakukan pengasutan menggunakan soft starter tak berbeban selama 0,77 detik sedangkan untuk kondisi berbeban generator sinkron sebesar 7,92 detik [5]. Penelitian terdahulu yang ke enam adalah Pengembangan Soft Starting Dengan Kontrol PID pada Motor Induksi Berbasis Mikrokontroller. Metode penelitian yang akan dilakukan yaitu sistem yang dibangun terdiri dari mikrokontroller sebagai processing digital, zero crossing sebagai deteksi tegangan nol sinyal listrik, dan driver untuk mengendalikan pemicuan triac yang mengatur arus pompa. Output berupa alat, telah diuji coba dengan beban berupa lampu pijar 100W dan juga pengujian langsung pada motor induksi 120W. Hasil pengujian putaran Pompa, terlihat mulai berputar dengan pelan, dan makin lama makin cepat sampai diperoleh putaran maksimum. Dengan pengujian mesin pompa air 120 Watt di peroleh arus start tanpa soft starting 1,2 - 2 Ampere dan dengan soft starting di peroleh Arus start 0.8-1 Ampere.Kemudian Hasil Pengujian nilai Kp, Ki, Kd di peroleh nilai dari 0.09-0.12 A [6]. 8 2.2 Motor Induksi Tiga Fasa Motor induksi tiga fasa merupakan motor listrik arus bolak-balik (AC) yang paling luas digunakan. Penamaanya berasal dari kenyataan bahwa arus rotor bukan berasal dari sumber tertentu, akan tetapi merupakan arus yang terinduksi sebagai akibat adanya perbedaan relatif antara putaran rotor dengan medan putar (rotating magnetic field) yang dihasilkan oleh arus stator. dalam prakteknya, motor ini juga dapat dirubah menjadi sebuah transformator, dengan cara yang cukup mudah yaitu dengan membalik instalasinya, diman kumparan stator sebagai kumparan primer sedangakan rotor sebagai kumparan sekunder. Pada dasarnya motor induksi berputar dengan kecepatan yang konstan, dimulai mulai dari tanpa beban sampai pada beban penuh. Pengaturan kecepatan 8 putar motor induksi tidak dapat dilakukan dengan mudah karena kecapatannya dipengaruhi oleh frekuensi. Gambar 2.1 Motor Induksi 3 Fasa Adapun konstruksi dari motor induksi tiga fasa dapat dilihat pada gambar dibawah ini, motor induksi tiga fasa memiliki dua bagian penting yaitu stator dengan rotor, stator merupakan bagian yang tidak berputar dari motor sementara rotor merupakan bagian yang mengalami perputaran dari motor. Gambar 2.2 Stator dan Rotor 9 1. Stator Stator adalah merupakan bagian terluar dari motor yang tidak berputar dan merupakan tempat mengalirnya arus beban, stator ini terbuat dari besi yang berlaminasi dan memiliki alur – alur yang berfungsi sebagai tempat meletakan belitan, elemen laminasi ini terbuat dari lembaran besi yang setiap lembaranya memiliki beberapa alur berupa lubang pengikat untuk menyatukan inti ( gambar 2.3 (a)), setiap kumparan tersebar dalam alur yang disebut belitan phasa untuk motor induksi tiga fasa, belitan tersebut akan terpisah secara listrik 120. Alur pada tumpukan laminasi ini akan diisolasi dengan keras(gambar 2.3 (b)) yang kemudian diletakan dalam cangkang silindris (gambar 2.3 (c)) bersamaan dengan belitanya. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat dari gambar dibawah ini contoh laminasi inti, lempengan inti yang sudah distukan, dan melitan stator yang terletak pada cangkang luar untuk motor induski tiga fasa. A Lempengan inti dari stator. B Tumpukan lempengan inti yang sudah distukan. C Tumpukan lempengan inti dan belitan yang terpasang dalam cangkang stator. Gambar 2.3 Komponen motor Induksi tiga fasa 2. Rotor Rotor adalah bagian dari motor yang akan berputan yang terletak dalam cangkang rotor, rotor ini berputar akibat adanya medan magnet yang dihasilkan dari belitan kawat yang daliri arus tiga fasa pada inti stator, sementara untuk besar atau kecilnya torsi dari motor ditentukan oleh banyaknya lilitan kawat dan juga diameternya. Pada bagian rotor terdapat kutub – kutub magnet dengan lilitan – lilitan kawatnya yang dialiri oleh arus searah, adapun jenis dari rotor terbagi menjadi dua jenis yaitu rotor belit dan rotor sangkar. 10 1. Rotor Belitan Motor induksi jenis rotor belitan merupakan motor yang memiliki belitan pada stator maupun pada rotor, kumparan dari stator dan rotornya memiliki jumlah kutub yang sama, kemudian rotor juga memiliki jumlah belitan yang sama dengan stator yaitu tiga belitan. Dari tiga belitan tersebut umumya terhubung bintang, ujung dari belitan rotor tersebut akan dihubungkan dengan slipring pada poros rotor, kemudian Belitan – belitan tersebut dihubung singkat melalui sikat yang menempel pada slipring. Gambar 2.4 Rotor belitan 2. Rotor Sangkar Tupai Motor induksi tipe rotor sangkar tupai ini lebih banyak digunakan dalam dunia industri dibandingkan dengan motor induksi jenis rotor lilit, kelebihan dari motor jenis ini salah satunya memiliki konstruki yang sederhana, terdiri dari batang – batang penghantar yang terbuat dari alumenium kemudin ditempatkan dalam celah rotor, kemudian ujung dari penghantar tersebut akan dihubung singkat menggunakan cincin penghubung sehinga berbentuknya seperti sangkar burung. Karena ujung dari penghantar tesebut telah terhubung singkat 12 maka tidak lagi membutuhkan tahanan luar yang dihubungkan secara seri dengan rotor pada saat star. Gambar 2.5 Rotor Sangkar Tupai 11 2.3 PID (Proportional Integral Derivative) Penggabungan dari kontroller proportional(P) dengan kontroller intergral (I) dan kontroller diferensial (D) maka akan menjadi kontroller PID. Setiap kekurangan dan kelebihan dari masing masing kotroller P,I, dan D dapat saling menutupi dengan saling menggabungkan ketiganya secara parallel. Elemen-elemen kotroller P,I, dan Dmasing masing secara keseluruhan bertujuan untuk mempercepat reaksi sebuah sistem, menghilangkan offset dan menghasilkan perubahan awal yang besar. Gambar 2.6 Kendali PID Karakteristik kotroller PIDsangat dipengaruhi oleh kontribusi besar dari ketiga parameter P,I, dan D. parameter kotroller PID selalu didasari atas tinjauan terhadap karakteristik yang diatur. Kontroler PID merupakan kontroler yang banyak digunakan di industri. Hal ini dikarenakan kemudahan penggunaannya terutama pada segi perhitungan. Kontroler PID melakukan mekanisme kontrol melalui selisih antara masukan dengan nilai keluaran yang diumpan balik. Kontroler PID berfungsi untuk menerima masukan dari sinyal kesalahan yang berasal dari selisih antara kecepatan referensi dan hasil kecepatan aktual motor saat ini Persamaan output dengan kontroler adalah: Dengan: Kp = konstanta penguatan proportional 12 Ki = konstanta penguatan intergral Kd = konstanta penguatan deriactive Kontroler PID merupakan kontroler yang banyak digunakan di industri. Hal ini dikarenakan kemudahan penggunaannya terutama pada segi perhitungan. Kontroler PID melakukan mekanisme kontrol melalui selisih antara masukan dengan nilai keluaran yang diumpan balik. Desain kontroler digunakan untuk mengembalikan respon setpoint kecepatan yang diinginkan, bahkan jika variabel setpoint diubah. Tahapan desain dimulai dengan membentuk kontroler PID untuk mendapatkan parameter tuning PID. Selanjutnya, mengganti persamaan PID dengan kontroler linier fuzzy yaitu FPID. Diagram IFOC terdapat blok Speed controller (blok warna kuning). Blok ini menjadi fokus dari penelitian yang dibuat. Desain kontroler digunakan untuk mengembalikan respon setpoint kecepatan yang diinginkan, bahkan jika variabel setpoint diubah. Tahapan desain dimulai dengan membentuk kontroler PID untuk mendapatkan parameter tuning PID. Selanjutnya, mengganti persamaan PID dengan kontroler linier fuzzy yaitu FPID. Berdasarkan gambar 2, pada blok diagram IFOC terdapat blok Speed controller (blok warna kuning). Blok ini menjadi fokus dari penelitian yang dibuat Desain kontroler digunakan untuk mengembalikan respon setpoint kecepatan yang diinginkan, bahkan jika variabel setpoint diubah. Tahapan desain dimulai dengan membentuk kontroler PID untuk mendapatkan parameter tuning PID. Selanjutnya, mengganti persamaan PID dengan kontroler linier fuzzy yaitu FPID. Berdasarkan gambar 2, pada blok diagram IFOC terdapat blok Speed controller (blok warna kuning). Blok ini menjadi fokus dari penelitian yang dibuat Kontroler PID terdiri dari beberapa macam aksi kontrol, diantaranya yaitu aksi kontrol proporsional, aksi kontrol integral dan aksi kontrol derivative. Masingmasing aksi kontrol ini mempunyai kelebihan-kelebihan tertentu, dimana aksi kontrol proporsional mempunyai kelebihan dapat membuat risetime menjadi lebih cepat [8]. Aksi kontrol integral mempunyai kelebihan untuk memperkecil error yang terjadi dan kelebihan aksi kontrol derivative adalah untuk memperkecil error atau meredam Kontrol proporsional bertanggung jawab ketika output kontroler harus proporsional dengan perbedaan antara variabel setpoint dengan nilai 13 variabel saat ini. Kontrol integral bertanggung jawab untuk mengurangi error steady state. Sedangkan kontrol derivative memprediksi tindakan kontrol dengan menggunakan laju perubahan sinyal kesalahan sebagai input. Kontroler PID memiliki parameter kontrol yang harus disesuaikan dengan respon yang diinginkan pada suatu model plant. Pada sistem nonlinear, kontroler PID kurang handal. Oleh karena itu, diperlukan mekanisme penalaran parameter kontroler PID yang dapat menyesuaikan dengan keadaan system 2.4 Fuzzy Kontroller Algoritma fuzzy berisi potongan program yang terdiri dari fungsi-fungsi yang berguna untuk perolehan nilai parameter PID. Proses ini akan dipengaruhi langsung oleh error dan delta error secara real time. Alur program dapat dilihat seperti yang terlampir pada flowchart. Banyak alasan mengapa penggunaan logika fuzzy ini sering dipergunakan antara lain, konsep logika fuzzy yang mirip dengan konsep berpikir manusia. Sistem fuzzy dapat merepresentasikan pengetahuan manusia ke dalam bentuk matematis dengan lebih menyerupai cara berpikir manusia. Pengontrol dengan logika fuzzy mempunyai kelebihan yaitu dapat mengontrol sistem yang kompleks, non-linier, atau sistem yang sulit direpresentasikan kedalam bentuk matematis. Selain itu, informasi berupa pengetahuan dan pengalaman mempunyai peranan penting dalam mengenali perilaku sistem di dunia nyata. Logika fuzzy juga memiliki himpunan fuzzy yang mana pada dasarnya, teori himpunan fuzzy merupakan perluasan dari teori himpunan klasik. Dimana dengan logika fuzzy, hasil yang keluar tidak akan selalu konstan dengan input yang ada. Cara kerja logika fuzzy secara garis besar terdiri dari input, proses dan output. Logika fuzzy merupakan suatu teori himpunan logika yang dikembangkan untuk mengatasi konsep nilai yang terdapat diantara kebenaran (true) dan kesalahan (false). Dengan menggunakan fuzzy logic nilai yang dihasilkan bukan hanya “ya” (1) atau “tidak” (0) tetapi seluruh kemungkinan diantara 0 dan 1. 2.5 Matlab Semua bahasa pemrograman akan semakin memberikan kemudahan pemakainya (programmer) dengan penambahan fungsi-fungsi baru yang sangat 14 mudah digunakan bahkan oleh pemakai tingkat pemula. MATLAB muncul di dunia bahasa pemrograman yang cenderung dikuasai oleh bahasa yang telah mapan. Tentu saja sebagai bahasa pemrograman yang baru MATLAB akan sukar mendapat hati dari pemakai. Namun MATLAB hadir tidak dengan fungsi dan karakteristik yang umumnya ditawarkan bahasa pemrograman lain yang biasanya hampir seragam. MATLAB dikembangkan sebagai bahasa pemrograman sekaligus alat visualisasi, yang menawarkan banyak kemampuan untuk menyelesaikan berbagai kasus yang berhubungan langsung dengan disiplin keilmuan matematika. MATLAB memiliki kemampuan mengintegrasikan komputasi, visualisasi, dan pemrograman dalam sebuah lingkungan yang tunggal dan mudah digunakan. MATLAB menyediakan beberapa pilihan untuk dipelajari, mempelajari metode visualisasi saja, pemrograman saja, atau kedua-duanya MATLAB adalah bahasa pemrograman level tinggi yang dikhususkan untuk komputasi teknis. Bahasa ini mengintegrasikan kemampuan komputasi, visualisasi, dan pemrograman dalam sebuah lingkungan yang tunggal dan mudah digunakan. MATLAB memberikan sistem interaktif yang menggunakan konsep array sebagai standar variabel elemennya tanpa membutuhkan pendeklarasian array seperti pada bahasa pemrograman lain. Tidak seperti bahasa pemrograman lainnya, GUIDE MATLAB memiliki banyak keunggulan tersendiri, antara lain: 1. GUIDE MATLAB cocok untuk aplikasi-aplikasi berorientasi sains. 2. MATLAB memiliki banyak fungsi built-in yang siap digunakan dan pemakai tidak perlu repot membuatnya sendiri. 3. Ukuran file, baik Fig-file maupun M-file yang dihasilkan relatif kecil. 4. Kemampuan grafisnya cukup handal dan tidak kalah dengan bahasa pemrograman lainnya. MATLAB adalah singkatan dari MATRIX LABORATORY, yang biasanya di gunakan dalam : Pengembangan Algoritma matematika dan komputasi Pemodelan, simulasi, dan pembuatan prototype dari penerimaan data 15 Analisa, eksplorasi, dan visualisasi data Scientific dan engineering Pengembangan aplikasi berbasis grafik dan pembuatan Graphical User Interface (GUI) Software MATLAB memilki pengaplikasian yang berbeda – beda khususnya dalam pengaplikasian yang membutuhkan perhitungan secara matematis. Penting untuk mengetahui bahwa matlab melakukan seluruh perhitungan matematis dalam bentuk matriks. Semua operasi matematika dalam MATLAB adalah operasi matriks. MATLAB dapat menunjukkan hasil perhitungan dalam bentuk grafik dan dapat dirancang sesuai keinginan kita menggunakan GUI yang kita buat sendiri. Secara default, MATLAB terdiri dari : 1. Command window yang merupakan tempat di mana kita menuliskan fungsi yang kita inginkan. 2. Command history untuk melihat dan menggunakan kembali fungsi– fungsi sebelumnya. 3. Workspace yang berisi variabel yang kita gunakan dan untuk membuat variabel baru dalam MATLAB. 16 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Metodologi Penelitian Dalam penelitian ini ada beberapa tahapan yang harus dilakukan sebelum benar-benar menciptakan sistem. Berikut adalah flowchart metodologi penelitian yang ditunjukkan pada Gambar 3.1. Mulai Persiapan (Survey Lapangan Dan Pengumpulan Studi Literatur) Perancangan Sistem (Kebutuhan Software dan Hardware) Pembuatan Sistem (Pembuatan Prototipe) Uji Sistem Keseluruhan Pengolahan Data dan Analisa Selesai Gambar 3.1 Metodologi Penelitian Dari Gambar 3.1 dapat dijelaskan bahwa pengerjaan penelitian ini diawali dengan tahapan persiapan yaitu tahapan pencarian data lapangan dengan melakukan survey secara langsung dan pengumpulan data melalui studi literatur. Tahapan kedua setelah semua data persiapan didapatkan adalah tahap perancangan sistem 17 yaitu tahap yang berisikan perancangan kebutuhan software dan hardware. Tahapan berikutnya adalah tahapan pembuatan sistem yaitu tahapan inti dimana penulis mulai membuat prototipe dan melakukan pemrograman software. Setelah prototipe dan software tercipta langkah selanjutnya adalah pengujian sistem secara keseluruhan mulai dari percobaan skala kecil hingga skala besar. Terakhir adalah pengolahan data hasil dari pegujian dan ditutup dengan analisa untuk mendapatkan kesimpulan. 3.2 Spesifikasi Motor Induksi 3 Fasa Penulis menggunakan motor induksi 3 fasa sebagai beban pada alat. Berikut adalah spesifikasi motor induksi 3 fasa yang dapat dilihat pada keterangan berikut ini. Tabel 3.1 Spesifikasi Motor Induksi 3 Phasa No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Spesifikasi Tegangan(Volt) Frekuensi (Hz) Daya (HP) Kecepatan (Rpm) Jumlah Pasang Kutub Tahanan Stator (Ohm) Tahanan Rotor (Ohm) Indukstansi Stator dan Rotor (H) Indukstansi Magnetik (H) Momen Inersia (kg m) Koefisien Redaman (N.m.s) 3 HP 380 V 50 Hz 3 Hp 1430 rpm 2 0.435 0.816 0.002 0.069 0.089 0.02 Motor induksi yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah motor induksi jenis rotor sangkar (squirrel-cage) hubungan bintang (Y), dimana dari motor induksi ini dapat diketahui besar tegangan atau arus tiap phasanya. Keluaran yang dihasilkan dari motor induksi tiga phasa ini terdiri dari sistem elektrik yaitu nilai fluks stator, torsi elektromagnetis dan sistem mekanis yaitu kecepatan putaran rotor. 18 3.3 Blog Diagram sistem Soft Starting Blog diagram perangkat keras (hardware) pada soft starting meliputi rangkaian catu daya, deteksi fasa (zero cross detector), microcontroller, rangkaian pemisah Thyristor (Solid State Relay), rangkaian soft starting dan rangkaian interface. Dengan adanya perancangan ini diharapkan hasil dari pembuatan alat akan sesuai dengan yang diharapkan. Proses pembuatan alat yaitu rancang bangun soft starter untuk motor induksi 3 fasa 0.25kW berbasis mikrokontroler ATmega 328 yang dibuat dari mulai penentuan spesifikasi komponen, langkah-langkah perancangan dan langkah-langkah mengoperasikan alat. Tujuan dari perancangan alat ini menghasilkan alat yang berfungsi untuk memperhalus arus start motor induksi 3 fasa rotor sangkar dengan kapasitas daya output 0.25kW. Dan menghasilkan alat untuk sistem pengasutan dengan metode soft starter yang digunakan untuk motor induksi 3 fasa rotor sangkar dengan kapasitas daya output 0.25kW yang dioperasikan secara otomatis. Gambar blok diagram dari seluruh sistem perancangan Soft Starting dapat dilihat pada gambar 3.2. PID-FUZZY KONTROLLER Gambar 3.2 Blog Diagram Rangkaian Soft Starting dihubungkan secara seri dengan saluran tegangan yang masuk ke stator motor, soft starting bertujuan untuk mendapatkan proses pengasutan yang terkendali. Pengertian pada masing-masing diagram dapat dilihat pada Keterangan berikut ini. 1. Daya Daya digunkan untuk supply tegangan pada motor induksi 3 phasa. Daya yang dibutuhkan untuk motor induksi 3 phasa tersebut adalah antara 220 VAC – 380 VAC 19 2. Rangkaian Zero Cross Rangkaian zero cross detector digunakan utuk pendeteksi nol pada gelombang sinus soida yang dimanfaatkan sebagai input firing angle pada mikrokontroller ATMega328. 3. Rangkaian Input Timer Rangkaian input timer digunakan untuk memasukkan input berupa lama waktu yang harus dijalankan oleh motor induksi 3 phasa. 4. PID-FUZZY PID-FUZZY adalah metode yang digunakan untuk membantu proses soft starting dimana dicari hasil yang dinamis. 5. Rangkaian Driver Rangkaian Driver digunakan untuk menyuplai arus yang dibutuhkan oleh motor induksi 3 phasa. 6. Motor Induksi 3 Phasa Motor induksi digunakan untuk salah satu beban yang memiliki kriteria bermacam-macam. Fungsi rangkaian soft starting tersebut adalah digunakan untuk pengasutan dengan pengurangan tegangan pada motor induksi yang bertujuan untuk mengurangi arus pengasutan awal dan pengasutan dilakukan dengan cepat. Dengan adanya PID-FUZZY diharapkan tegangan dan arus dari sumber tenaga dapat mengalir masuk ke dalam motor AC secara bertahap, sehingga tidak memerlukan arus pengasutan yang besar kemudian kontroller PID berfungsi untuk mempercepat waktu soft starting bekerja sehingga arus starting lebih cepat turun. Dengan adanya metode FUZZY, controller PID dapat berubah secara otomatis sehingga hasil dari PID menjadi lebih maksimal. 3.4 Blog Diagram PID-FUZZY Pada blog diagram selanjutnya adalah blog diagram PID-Fuzzy dimana terdapat blog diagram untuk plan dan mengacu pada pemrograman di Simulasi Matlab Simulink. Blog diagram PID-Fuzzy dapat dilihat pada Gambar berikut 20 Gambar 3.3 Blok diagram PID-Fuzzy Tahap awal adalah menentukan membership function untuk masing-masing masukan error dan delta error. Masukan kontroller fuzzy yang berupa error(e) didapat dari hasil selisih antara set point dan kecepatan keluaran system, sedangkan nilai delta error (de) didapat dari selisih antara error saat ini dengan error sebelumnya. Nilai error dipetakan dalam semesta pembicaraan yang ditetapkan yaitu -1700 sampai dengan 1700 yang dibagi dalam lima tingkat keanggotaan yaitu: Negative Big (NB_E), Negative Small (NS_E), Zero Error (Z_E), Positive Small (PS_E) dan Positive Big (PS_E). 3.5 Desain PID Pada Matlab Simulink Pada desain PID mencakup desain dengan menggunakan kontrol PID. Desain dapat dilihat pada Gambar dibawah ini. Gambar 3.4 PID Kontroller 21 3.6 Desain Fuzzy Kontroller pada Matlab Simulink Pada desain Fuzzy mencakup desain dengan menggunakan kontrol Fuzzy. Desain dapat dilihat pada Gambar dibawah ini. Gambar 3.4 Fuzzy Kontroller Matlab 3.7 Desain PID-Fuzzy Kontroller Matlab Simulink Pada desain PID-fuzzy kontroller Matlab simulink terdapa desain kontrol PIDfuzzy dimana desain tersebut dapat disimulasikan pada software Matlab Simulink. Hasil desain pada aplikasi Matlab Simulink dapat dilihat pada Gambar dibawah ini. Gambar 3.4 Desain 22 3.8 Pengujian Sistem Pada pengujian sistem dilakukan untu menentukan kekurangan dan kelebihan sistem yang telah disimulasikan. Pengujian dilakukan untuk melihat apakah software dan hardware dapat berkerja secara baik. Untuk pengujian dilakukan dalam tiga tahap yaitu: 1. Pengujian simulasi dengan matlab 2. Pengujian Prototype 3. Pengujian Metode PID-Fuzzy 4. Pengujian Keseluruhan sistem 3.9 Pengambilan Data Pengambilan data dalam penelitian in antara lain: 1. Pengambilan data Motor induksi 3 phasa 2. Pengambilan data output sistem tanpa PID 3. Pengambilan data output sistem dengan PID 4. Pengambilan data output sistem dengan PID-Fuzzy 5. Perbandingan tingkat error. 23 [1] Syahwil, Muhammad. 2013. “Panduan Mudah Simulasi & Praktek Mikrokontroler Arduino”. Yogyakarta: ANDI [2] Wikipedia, 2017, “Motor Listrik” https://en.wikipedia.org/wiki/motor_listrik (diakses tanggal 28 Mei 2017) [3] Datasheet MOC3021, 1995, “6-Pin DIP Random Phase Optoisolator Triac Driver Output”, Motorola http://www.alldatasheet.com/ (23 Juni 2017) [4] Datasheet PC817, 2000, “PC817 Series”, Sharp, http://www.alldatasheet.com/ (20 Juni 2017) [5] Datasheet BT138, 2001, “BT138 Series”, NXP, http://www.alldatasheet.com/ (15 Juni 2017) [6] Basuki Sugiharto , Agung , Soft Starting dan Dynamic Braking Pada Motor Induksi Tiga Fasa Menggunakan Mikrokontroler AT89S51, Skripsi S-1, Teknik Elektro, Universitas Diponegoro, Semarang, 2005 . [7] Dwi Riyadi, Soft Starting Pada Motor Induksi 3 Fasa, Teknik Elektro, Universitas Diponegoro, Semarang, 2001. [8] Lister, Rangkaian dan Mesin Listrik, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1993. [9] Agus Sutriyono, Rancang Bangun Pengendali Motor 1 Fasa Dengan Metode Zero Crossing Detector Berbasis Arduino, Skripsi S-1, Teknik Elektro, Universitas Muhammadiyah Surakarta, Surakarta, 2017 24
