Analisis Sistem Kerja Inverter untuk Mengubah Kecepatan

JURNAL ILMIAH ELITE ELEKTRO, VOL. 3, NO. 2, SEPTEMBER 2012: 139-143
Analisis Sistem Kerja Inverter untuk Mengubah
Kecepatan Motor Induksi Tiga Phasa sebagai Driver Robot
Syupriadi Nasution
Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Jakarta, Depok 16425, Indonesia
E-mail: [email protected]
Abstrak
Tulisan ini berisi tentang analisis sistem kerja inverter pada motor induksi tiga phasa. Motor ini dipakai sebagai
penggerak robot Harmo HE 250 G icc dan sebagai pengontrolnya dipergunakan controller KG 204. Penelitian bertujuan
untuk mengetahui cara kerja unit inverter. Diketahui bahwa pada inverter frekuensi outputnya dapat diadjust guna
mengubah kecepatan dari motor induksi tiga phasa. Dengan mengubah frekuensi menjadi lebih kecil atau lebih besar
maka rentang pengaturan kecepatan putar motor akan lebih panjang atau lebih leluasa frekuensi pada robot Harmo HE
250 G icc dapat diketahui melalui suatu tindakan pengukuran menggunakan CRO atau osiloscope. Hasil pengukuran
dan analisis menunjukkan bahwa inverter akan mengubah frekuensi sesuai dengan perintah atau input dari controller
KG 204 yang ada pada robot. Dimana apabila input kecepatan naik maka inverter mengeluarkan output frekuensi naik
dan motor induksi berputar cepat. Begitulah seterusnya juga demikian untuk keadaan sebaliknya.
Abstract
Inverter Working System Analysis for 3-phase Motor Induction Speed Amendment as Robot Driver. This paper
describes an inverter systems analysis work on three phase induction motor. This motor used to drive a robot Harmo HE
250 G icc and used as a controller KG 204 research aimed to know the workings of the inverter unit. It is known that at
the inverter output frequency can adjusted to change the speed of three phase induction motor. By changing the
frequency of becoming smaller or larger then the motor speed adjustment range will be longer or more freely on the
robot Harmo HE Frequency 250 G icc can be known through an act of measurement using a CRO or osiloscope. Results
of measurement and analysis shows that the inverter will change the frequency according to the command or input from
the existing 204 KG controller on the robot. Where if input speed up the inverter output frequency rises and the
induction motor racing. That is so also so to state otherwise.
Keywords: controller KG 204, CRO, inverter unit, robot Harmo HE 250 G icc, three phase induction motor
seperti robot Harmo HE 250 G icc. Robot ini bekerja
dan berfungsi untuk mengambil dan membawa keluar
produk yang sudah jadi dari area suatu mesin cetak.
Robot ini digerakkan sebuah motor induksi tiga phasa.
Penulis mencoba untuk menganalisis sistem kerja
inverter yang mengatur kecepatan motor induksi tiga
phasa pada robot Harmo HE 250 G icc dan dikontrol
oleh kontroller KG 204. Inverter disini mengubah
kecepatan motor induksi tiga phasa dengan cara
mengatur frekuensi outputnya. Kemudian output
inverter ini menjadi source motor sehingga putaran
motor dapat berubah sesuai dengan yang diinginkan
robot.
1. Pendahuluan
Pada abad modern sekarang ini, ilmu pengetahuan dan
teknologi telah berkembang dengan pesat sekali. Seperti
teknologi elektronika misalnya dimana komponennya
banyak digunakan dan diaplikasikan pada bidang teknik
tenaga listrik. Kemajuan tersebut tentunya didasari oleh
adanya keinginan untuk mendapatkan hasil produk yang
lebih baik dari hasil yang didapat sebelumnya.
Industri misalnya banyak yang menggunakan aplikasi
elektronika daya pada peralatan mesin-mesin cetak guna
mengefektifkan proses produksinya. Terutama di
industri plastik yang memproduksi cetakan plastik
seperti cover sepeda motor, printer, kursi plastik, dan
lain-lain. Di industri seperti ini banyak robot digunakan
Permasalahannya adalah bagaimana prinsip kerja
inverter dalam mengubah frekuensi outputnya dan
139
140
JURNAL ILMIAH ELITE ELEKTRO, VOL. 3, NO. 2, SEPTEMBER 2012: 139-143
menjadi input motor serta keterkaitan dengan fungsi
kontroller KG 204. Penulis tidak membahas kerusakankerusakan inverter dan langkah-langkah perbaikannya
secara spesifik.
Permasalahan hanya fokus pada prinsif kerja inverter
dimana frekuensi output-nya dapat dikontrol dari
kontroller sekaligus mengatur kecepatasn putar motor
tiga phase yang menjadi penggerak robot Harmo HE
250 G icc.
Membuat analisis tentang sistem kerja dari inverter
yang mengatur kecepatan motor. Rentang pengaturan
kecepatan motor induksi menjadi lebih panjang dan bisa
lebih smush mendekati halusnya pengaturan putaran
motor DC. Dulu banyak teori literatur mengungkapkan
bahwa pengaturan kecepatan motor induksi dapat
dilakukan hanya dengan mengubah jumlah kutub pada
stator motor. Juga kecepatan motor dapat berkurang jika
slip motor naik (ini terjadi dengan sendirinya tergantung
dari beratnya beban motor). Cycle time dalam suatu
proses produksi dapat dioptimalkan bila pengaturan
kecepatan putar motor induksi dilakukan dengan
menggunakan inverter.
Tulisan ini diharapkan dapat memberikan kontribusi
yang positif terhadap lembaga pendidikan. Penting
sekali penguasaan ilmu tentang elektronika daya sebab
dari sini dapat dijelaskan prinsip kerja komponen
elektronika pada proses pengontrolan.
Inverter, struktur inverter memperlihatkan bahwa
inverter dengan transistor yang menghasilkan daya
dengan arus bolak-balik (AC) dengan frekuensi dari
sumber komersial yaitu (50Hz atau 60Hz). Sirkuit
inverter terdiri dari tiga bagian, bagian pertama sebuah
sirkuit yang terbentuk dari sirkuit konverter (yang
mengubah sumber AC komersial menjadi arus searah
(DC) dan menghilangkan riak (ripple) pada out-put DC.
Bagian kedua adalah sirkuit inverter yang mengubah
arus searah menjadi arus AC tga phase dengan frekuensi
beragam (dapat distel) kedua sirkuit ini disebut sirkuit
utama. Bagian ketiga adalah sebuah sirkuit kontrol
berfungsi sebagai pengontrol sirkuit utama. Gabungan
keseluruhan sirkuit ini disebut unit inverter [1].
Terjadinya arus searah (DC), Inverter adalah piranti
yang membuat AC dari DC. Prinsip dasarnya akan
dijelaskan dengan model arus bolak-balik satu fasa
paling sederhana. Pada model ini dijelaskan metode
perubahan arus searah menjadi arus bolak-balik dimana
sebuah lampu menjadi beban. Empat saklar S1, S2, S3,
S4 dihubungkan ke catu daya DC dan dihidup-matikan
berselang-seling untuk menghasilkan arus bolak-balik.
Mengubah frekuensi. Frekuensi diubah dengan
membedakan waktu hidup mati saklar, misalnya
menghidupkan saklar S1 dan S4 selama 0,5 detik dan
kemudian S2 dan S3 selama 0,5 detik berselang-seling
akan menghasilkan arus bolak-balik dengan arah yang
berbalik tiap satu detik, artinya menghasilkan catu daya
AC berfrekuensi 1 Hz. Umumnya. S1-S4 dan S2-S3
dihidupkan untuk jangka waktu durasi yang sama.
Umpamanya durasi dalam satu siklus satu detik, maka
frekuensinya (f) adalah [2]:
f = 1 / to (Hz)
(1)
Arus bolak- balik tiga fasa. Dasar sirkuit inverter tiga
fasa. dengan menghidup-matikan S1 sampai S6, bentuk
gelombang pulsa dengan interval sama melewati U-V,
V-W, W-U, dan tegangan AC gelombang-segi empat
diterima motor, dengan mengubah periode hidup-mati
saklar, besar frekuensi output sesuai keinginan dapat
diterima motor. Dengan mengubah tegangan DC,
tegangan input ke motor juga dapat diubah-ubah.
Sturuktur sirkuit inverter. Enam transisitor
menggantikan fungsi enam saklar pada sirkuit, yang
dihubungkan ke motor tiga fasa. Transisitor dihidupmatikan berselang-seling untuk menjalankan motor.
Dengan mengganti urutan mati hidupnya transisitor,
arah perputaran motor dapat berbalik.
Fungsi transistor. Sebuah transistor terdiri dari tiga
buah terminal kolektor (C), sebuah Emitor (E) , sebuah
Basis (B) (Gerbang (G) untuk IGBT). Bila sinyal basis
mati, C-E tidak tersambung (saklar mati). Bila arus
mengalir melewati basis, C-E tersambung (saklar
hidup). Transistor dapat melakukan fungsi saklar
(hidup-mati) seperti saklar S dengan cepat “transistor
basis tertutup” adalah istilah fungsi perlindungan
inverter, dimana sinyal basis (sinyal pintu untuk IGBT)
dimatikan, pada inverter, keenam transistor dimatikan
bersamaan untuk memisahkan motor dan inverter,
sehingga motor meluncur berhenti.
Berbagai metode untuk mengubah tengan DC ke AC
balok. Seperti dijelaskan dalam karakteristik motor
yang dijalankan dengan inverter, tegangan harus
disesuaikan dengan pola V/f untuk menjalankan sebuah
motor standar dengan inverter. Karena sirkuit inverter
bertransistor merupakan inverter sumber “tegangan”
bagi motor. Terdapat berbagai jenis inverter seperti
terlihat dibawah menurut caranya mengubah tegangan.
Sirkuit konverter. Sirkuit konverter berfungsi untuk
mengubah sumber tegangan AC ke tegangan DC [3].
Sirkuit konverter terdiri atas: konverter, kapasitor
penghalus dan sirkuit peredam arus masuk.
Sistem kontrol inverter dan fungsi auto tuning.
Kontrol V/f, kontrol vektor flukisi magnetis serbaguna
atau (general-purpose magnetic flux vector control),
kontrol vektor fluksi magnetis tinggi (advance magnetic
flux vector control) dan kontrol vektor (closed loop).
JURNAL ILMIAH ELITE ELEKTRO, VOL. 3, NO. 2, SEPTEMBER 2012: 139-143
141
penghantar rotor tersebut timbul gaya yang berpasangan
dan berlawanan arah. Gaya-gaya tersebut menimbulkan
torsi yang cenderung memutar rotornya. Rotor berputar
dengan kecepatan putar (Nr). Berputar searah putaran
medan stator (Ns).
Gambar 1. Bentuk Gelombang AC 1 Hz
Gambar 2. Jumlah Frekuensi
Lalu auto tuning berfungsi agar inverter memberi motor
output gugahan sesuai kondisi konstanta rangkaian
motor yang ada.
Motor induksi. Dinamakan juga motor tak serempak
dan banyak dipergunakan kalangan industri sebagai
penggerak atau penghasil tenaga mekanis. Kontruksi
motor induksi terdiri dari 1) Stator, adalah bagian motor
yang diam, 2) Rotor, adalah bagian motor yang
berputar. Celah udara, adalah ruangan antara stator dan
rotor. Konstruksi stator terdiri dari rumah stator dari
besi tuang, inti stator dari besi lunak atau baja silikon.
Belitan stator dari bahan tembaga dirangkai untuk motor
induksi tiga fasa tetapi juga dapat dirangkai untuk motor
induksi satu fasa dan motor jenis lain. Kontruksi rotor
terdiri dari:inti rotor, bahannya sama dengan inti stator
yaitu baja lunak atau baja silikon. Belitan rotor
bahannya dari tembaga, ada dua macam jenis rotor yaitu
motor induksi dengan rotor sangkar (rotor kurung), dan
motor induksi dengan rotor belitan.
Prinsip kerja motor induksi tiga fasa berdasarkan
induksi elektro magnetis, bila belitan atau kumparan
stator diberi sumber tegangan AC tiga fasa maka arus
akan mengalir pada kumparan tersebut, menimbulkan
medan putar (saling berubahnya kutub magnet) seperti
halnya lampu hias bingkai reklame yang nyalanya
bergantian terlihat seperti berputar. Garis-garis gaya
fluks dari stator tersebut yang berputar akan memotong
penghantar-penghantar rotor sehingga pada penghantar
tersebut timbul electro motoris force (EMF) atau gaya
gerak listrik (GGL) dan disebut juga dengan tegangan
induksi [4].
Berhubung kumparan rotor merupakan rangkaian yang
tertutup maka pada kumparan tersebut mengalir arus.
Arus yang mengalir pada penghantar rotor yang berada
pada medan magnet berputar dari stator, maka pada
Hubungan antara kecepatan linier dengan kecepatan
sudut:
v = s/t
v =r.ω
ω = v/r = (s/t)/r (rps)
Nr = ω/60 = {(s/t)/r}/60 (rpm)
(2)
Unit kontroller KG 204. Kontroller KG 204 untuk
robot seri HE digunakan untuk mengatur gerakan yang
diinginkan, robot mengambil produk atau runner
didalam mesin injection. Dengan tujuan mengejar waktu
produksi lebih cepat dan menghasilkan produk yang
lebih banyak tanpa mengurangi kualitas produk
tersebut, diantaranya dengan mengatur timer, kecepatan
dan posisi pelepasan produk [5].
Robot HARMO HE 250 G icc. Pada unit robot ini
terdapat sebuah invereter sebuah motor induksi tiga
phasa dan sebuah kontroller KG 204. Robot
ditempatkan di atas sebuah mesin injection, robot
bekerja untuk mengambil hasil produk cetakan (runner)
dari dalam sebuah mesin injection lalu membawanya
keluar. Aktivitas gerakannya dapat diatur menggunakan
kontroller KG 204. Dengan standar gerakan seperti
berikut: Setelah mesin injection selesai mencetak runner
alat pencetak terbuka sembari tangan robot turun untuk
mengambil runner. Tangan robot gerakan maju, tangan
robot mengambil produk, tangan robot mundur, tangan
robot naik keatas lalu mesin injection pencetak tertutup
lagi untuk proses pencetakan produk. Tangan robot
bergerak keluar untuk membuang runner terlebih
dahulu. Tangan robot flip horizontal, tangan robot turun,
tangan robot membuang produk dibawah. Tangan robot
naik, tangan robot flip vertical. Tangan robot bergerak
ke posisi semula untuk mengambil produk.
Gambar 3. Controller KG 204
142
JURNAL ILMIAH ELITE ELEKTRO, VOL. 3, NO. 2, SEPTEMBER 2012: 139-143
Keunggulan menggunakan robot adalah menghemat
tenaga kerja manusia, menjaga agar waktu proses
pencetakan (cycle time) konstan, menjaga kualitas
produk yang dicetak oleh mesin injection tetap terjaga
[6].
2. Metode Penelitian
Metode penelitian yang digunakan antara lain
melakukan studi pustaka, mengumpulkan bahan bacaan
seperti majalah, brosur, manual book, serta literaturliteratur yang berkaitan dengan materi tulisan ini.
Diskusi dengan teknisi unit robot serta melakukan
pengamatan langsung lalu kemudian mengambil data
pada unit robot yang diteliti. Data yang diperoleh
kemudian diolah serta dianalisis.
3. Hasil dan Pembahasan
Gambar 4. Langkah dan Arah Gerakan Robot
Data hasil pengukuran. Diketahui bahwa pergerakan
robot Harmo HE 250 G icc adalah berdasarkan program
yang dibuat pada kontroller KG 204. Pemograman
dilakukan melalui tahapan mengikuti petunjuk guna
mendapatkan tampilan-tampilan yang berurutan agar
kecepatan motor sesuai dengan kerja robot.
Gambar 6. Langkah dan Arah Gerakan Robot
Gambar 5. Robot HARMO HE 250 G icc
Gambar 7. Grafik Pertambahan Frekuensi Terhadap Ns, Nr Dan Slip
JURNAL ILMIAH ELITE ELEKTRO, VOL. 3, NO. 2, SEPTEMBER 2012: 139-143
143
Grafik 8. Pertambahan Frekuensi Terhadap Torsi yang Ditetapkan
Grafik 9. Pertambahan Frekuensi terhadap Efisiensi
4. Simpulan
Rentanng pengaturan kecepatan putaran motor induksi
dapat dibuat leluasa menyamai motor DC. Analisis kerja
inverter diperlukan, sebab frekuensi berbanding lurus
dengan kecepatan putar motor induksi. Kemudian dari
perhitungan kita dapat membatasi putaran motor agar
tidak terlalu tinggi dari putaran nominalnya.
Daftar Acuan
[1] FATEC, Inverter School Text, Inverter Practical
Course, Mitsubishi Electric Corporation, Tokyo,
Japan, 2006, p.211.
[2] E. Santoso, Analisis Sistem Kerja dari Inverter,
Skripsi, 2008.
[3] F.D. Petruzella, Elektronik Industri, Andi,
Yogyakarta, 2001, p.722.
[4] Zuhal, Dasar Tenaga Listrik dan Elektronika Daya,
Gramedia. Pustaka Utama, Jakarta, 2002, p.249.
[5] Harmo, Manual Book Controller KG 101 for Robot
HARMO HE 250 G icc, http://www.harmonet.co.jp/en/products/robots/, 2011.
[6] Harmo, Manual Book Mekanical Robot HARMO
HE
250
G
icc,
http://www.harmonet.co.jp/en/products/robots/ex/ex250.htm, 2011.