pengaturan kecepatan motor induksi tiga fasa menggunakan power

TUGAS AKHIR – ME 141501
PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA
MENGGUNAKAN POWER ELECTRONIC CONVERTER DENGAN
KONTROLER LOGIKA FUZZY
VIDO DIMAS PRASETYA DARMA PUTRA
NRP 4213100009
Dosen Pembimbing
Juniarko Prananda S.T., M.T.
DEPARTEMEN TEKNIK SISTEM PERKAPALAN
Fakultas Teknologi Kelautan
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Surabaya 2017
l
TUGAS AKHIR – ME 141501
PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA
MENGGUNAKAN POWER ELECTRONIC CONVERTER DENGAN
KONTROLER LOGIKA FUZZY
VIDO DIMAS PRASETYA DARMA PUTRA
NRP 4213100009
Dosen Pembimbing
Juniarko Prananda S.T., M.T.
DEPARTEMEN TEKNIK SISTEM PERKAPALAN
Fakultas Teknologi Kelautan
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Surabaya 2017
“Halaman ini sengaja dikosongkan”
ii
FINAL PROJECT – ME 141501
SPEED CONTROL OF THREE PHASE INDUCTION MOTOR
USING POWER ELECTRONIC CONVERTER WITH FUZZY
LOGIC CONTROLLER
VIDO DIMAS PRASETYA DARMA PUTRA
NRP 4213100009
Advisor
Juniarko Prananda S.T.,M.T.
DEPARTEMENT OF MARINE ENGINEERING
Faculty of Marine Technology
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Surabaya 2017
“Halaman ini sengaja dikosongkan”
iv
LEMBAR PENGESAHAN
PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA
MENGGUNAKAN POWER ELECTRONIC CONVERTER DENGAN
KONTROLER LOGIKA FUZZY
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat
Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
pada
Bidang Studi Marine Electrical and Automation System (MEAS)
Program Studi S-1 Departemen Teknik Sistem Perkapalan
Fakultas Teknologi Kelautan
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Oleh :
VIDO DIMAS PRASETYA DARMA PUTRA
Nrp. 4213 100 009
Disetujui oleh Pembimbing Tugas Akhir :
1. Juniarko Prananda S.T., M.T.
....................
SURABAYA
JULI 2017
v
“Halaman ini sengaja dikosongkan”
vi
LEMBAR PENGESAHAN
PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA
MENGGUNAKAN POWER ELECTRONIC CONVERTER DENGAN
KONTROLER LOGIKA FUZZY
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat
Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
pada
Bidang Studi Marine Electrical and Automation System (MEAS)
Program Studi S-1 Departemen Teknik Sistem Perkapalan
Fakultas Teknologi Kelautan
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Oleh :
VIDO DIMAS PRASETYA DARMA PUTRA
Nrp. 4213 100 009
Mengetahui
Ketua Departemen Teknik Sistem Perkapalan FTK-ITS :
Dr. Eng. Muhammad Badrus Zaman, S.T., M.T.
NIP. 1977 0802 2008 01 1007
vii
“Halaman ini sengaja dikosongkan”
viii
PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA
MENGGUNAKAN POWER ELECTRONIC CONVERTER DENGAN
KONTROLER LOGIKA FUZZY
Nama Mahasiswa
: Vido Dimas Prasetya Darma Putra
NRP
: 4213 100 009
Departemen
: Teknik Sistem Perkapalan FTK-ITS
Dosen Pembimbing
: Juniarko Prananda S.T., M.T.
Abstrak
Pada saat ini motor listrik terutama motor induksi semakin banyak digunakan
dalam berbagai bidang baik di industri darat maupun di marine. Hal ini dikarenakan
motor induksi memiliki beberapa kelebihan jika dibandingkan dengan motor listrik
lainnya. Diantara kelebihannya ialah mudah dalam proses perawatan, konstruksi
lebih ringan disbanding motor DC serta memiliki ketahanan yang baik. Namun motor
induksi ini memiliki beberapa kelemahan sehingga dalam pengapilkasiannya
memerlukan penanganan khusus. Kelemahan motor induksi ialah sulit dalam
pengaturan putaran. Putaran hanya bergantung dengan frekuensi. Pengaturan torsi
motor induksi dengan ripple yang rendah serta memiliki respon transien yang baik
merupakan kriteria utama dalam desain kontroler ini. Adanya teknik Artifical
Intelligent mampu mengatasi kekurangan tersebut. salah satu teknik Artifical
Intelligent ialah pengendali logika fuzzy. Logika fuzzy cenderung mampu
menghasilkan respon transien yang cukup baik pada motor tanpa beban maupun
motor berbeban. Dengan dukungan Power Electronic Converter yang dikendalikan
oleh Logika Fuzzy, diharapkan pengaturan kecepatan motor 3 fasa dapat dilakukan
dengan se efektif mungkin.
Keywords
: Motor Induksi 3 Fasa, Power Electronic Converter, Kontroler
Logika Fuzzy,
ix
“Halaman ini sengaja dikosongkan”
x
SPEED CONTROL OF THREE PHASE INDUCTION MOTOR USING
POWER ELECTRONIC CONVERTER WITH FUZZY LOGIC
CONTROLLER
Name
: Vido Dimas Prasetya Darma Putra
NRP
: 4213 100 009
Department
: Marine Engineering FTK-ITS
Supervisor
: Juniarko Prananda S.T., M.T.
Abstract
At present electric motors, especially induction motors are increasingly used in
various fields both in the land and marine industries. This is because induction motor
has some advantages when compared with other electric motors. Among the
advantages is easy in the maintenance process, the construction is lighter than the DC
motor and has good resistance. However, this induction motor has several
weaknesses so that in its application requires special handling. The weakness of the
induction motor is difficult in the rotation setting. The loop depends only on the
frequency. A low ripple induction motor torque setting with good transient response
is a key criterion in the design of this controller. The existence of Artifical Intelligent
techniques can overcome these shortcomings. One of the Intelligent Artifical
techniques is the fuzzy logic controller. Fuzzy logic tends to produce a fairly good
transient response on a motor without load or loaded motor. With the support of
Power Electronic Converter controlled by Fuzzy Logic, it is expected that 3 phase
phase motor speed adjustment can be done with as effective as possible.
Keywords
: Three Phase Induction Motor, Power Electronic Converter, Fuzzy
Logic Controller
xi
“Halaman ini sengaja dikosongkan”
xii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT karena atas rahmat
dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir dengan judul
“Pengaturan Kecepatan Motor Induksi Tiga Fasa Menggunakan Power Electronic
Converter Dengan Kontroler Logika Fuzzy”.
Dalam proses penyusunan dan pengerjaan tugas akhir ini, penulis banyak
mendapatkan bantuan dan dukungan moral yang sangat berarti dari berbagai pihak,
sehingga penulis mengucapkan terima kasih khususnya kepada :
1. Bapak Dr. Eng. M. Badrus Zaman, S.T., M.T. selaku Kepala
Departemen Teknik Sistem Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan
ITS Surabaya,
2. Bapak Juniarko Prananda S.T., M.T. selaku dosen pembimbing yang
telah memberikan bimbingan dan ilmu bagi penulis,
3. Bapak Ir. Alam Baheramsyah, M.Sc. selaku dosen wali, serta bapak Ir.
Sardono Sarwito, M.Sc. selaku Kepala Laboratorium Marine Electrical
and Automation System (MEAS) yang selalu mendukung dan
memberikan ilmu yang bermanfaat kepada penulis,
4. Bapak Adi Kurniawan, S.T., M.T. atas bimbingan, arahan dan
bantuannya bagi penulis dalam pengambilan judul tugas akhir,
5. Kedua orang tua serta adik atas doa, dukungan berupa moril maupun
materiil diberikan selama ini,
6. Keluarga besar Laboratorium Marine Electrical and Automation System
(MEAS) baik dosen, teknisi maupun member yang telah memberikan
dukungan dan transfer ilmu selama pengerjaan tugas akhir
7. Teman-teman Angkatan BARAKUDA 2013, dan pihak lain yang tidak
dapat penulis sebutkan satu persatu.
Dalam penulisan tugas akhir ini penulis menyadari bahwa laporan yang telah
dikerjakan masih jauh dari kesempurnaan, untuk itu penulis mengharapkan kritik
saran yang membangun bagi penulis. Penulis berharap semoga laporan tugas akhir
ini dapat bermanfaat bagi pembaca.
Surabaya, Juli 2017
xiii
“Halaman ini sengaja dikosongkan”
xiv
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN ......................................................................................... l
ABSTRAK ................................................................................................................ ix
KATA PENGANTAR............................................................................................ xiii
DAFTAR ISI ............................................................................................................ xv
DAFTAR GAMBAR .............................................................................................xvii
DAFTAR TABEL ................................................................................................... xix
BAB I ......................................................................................................................... 1
PENDAHULUAN ...................................................................................................... 1
1.1.
Latar Belakang ........................................................................................... 1
1.2.
Rumusan Masalah ...................................................................................... 2
1.3.
Tujuan Penelitian........................................................................................ 2
1.4.
Batasan Masalah ......................................................................................... 2
1.5.
Manfaat Penelitian...................................................................................... 2
BAB II ........................................................................................................................ 3
TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................................. 3
2.1.
Motor Induksi Tiga Fasa ............................................................................ 3
2.2
Kontroler Logika Fuzzy ........................................................................... 11
2.3
Konverter .................................................................................................. 15
2.4
Modulasi Lebar Pulsa ............................................................................... 22
2.5
Hasil Penelitian Sebelumnya dengan Jenis Kontroler Lainnya ................ 24
BAB III ..................................................................................................................... 27
METODE PENELITIAN ......................................................................................... 27
3.1
Perumusan Masalah................................................................................. 27
3.2
Studi Literatur......................................................................................... 27
3.3
Pengumpulan Data ................................................................................. 27
3.4
Pemodelan dan Simulasi Motor Induksi................................................. 27
3.5
Pemodelan Kontrol Logika Fuzzy .......................................................... 27
3.6
Analisa Data ........................................................................................... 28
3.7
Kesimpulan dan Saran ............................................................................ 28
xv
BAB IV.....................................................................................................................31
ANALISA DATA ....................................................................................................31
4.1
Perancangan Sistem ..................................................................................31
4.2
Perancangan Pengendali Logika Fuzzy ....................................................34
4.3
Hasil Simulasi dan Pengujian Respon ......................................................43
BAB V ......................................................................................................................59
PENUTUP ................................................................................................................59
5.1
Kesimpulan ...............................................................................................59
5.2
Saran .........................................................................................................59
DAFTAR PUSTAKA ...............................................................................................61
LAMPIRAN .............................................................................................................63
xvi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1 Komponen Motor Induksi ..................................................................... 5
Gambar 2. 2 Grafik Torsi Vs Kecepatan .................................................................... 6
Gambar 2. 3 rangkaian pengganti motor tiga fasa sumbu d ..................................... 7
Gambar 2. 4 Rangkaian pengganti motor tiga fasa sumbu q ..................................... 7
Gambar 2. 5 Vektor fluks dan arus stator ................................................................... 9
Gambar 2. 6 Diagram Blok FLC .............................................................................. 11
Gambar 2. 7 Triangular Function ............................................................................. 13
Gambar 2. 8 Trapezoidal Function ........................................................................... 13
Gambar 2. 9 penyearah terkendali tiga fasa ............................................................. 17
Gambar 2. 10 Rangkaian penyearah setengah gelombang ....................................... 18
Gambar 2. 11 gelombang keluaran penyearah half wave ......................................... 18
Gambar 2. 12 Rangkaian penyearah full wave ......................................................... 19
Gambar 2. 13 gelombang keluaran penyearah full wave ......................................... 20
Gambar 2. 14 Rangkaian inverter 3 fasa 3 lengan.................................................... 21
Gambar 2. 15 Konfigurasi saklar inverter 3 fasa 3 lengan .................................. 21
Gambar 2. 16 filter pasif kapasitor ........................................................................... 22
Gambar 2. 17 Pembangkitan PWM Sinusoida ......................................................... 24
Gambar 3. 1 Diagram Alir Metodologi Penelitian .................................................. 30
Gambar 4. 1 Blok Motor Induksi 3 fasa ...................................................................33
Gambar 4. 2 Rangkaian Konverter ...........................................................................34
Gambar 4. 3 FIS Editor ...........................................................................................37
Gambar 4. 4 Grafik fungsi keanggotaan input (error) ..............................................37
Gambar 4. 5 Grafik fungsi keanggotaan output .......................................................38
Gambar 4. 6 Tampilan Rule Editor ..........................................................................40
Gambar 4. 7 Surface Viewer ....................................................................................41
Gambar 4. 8 Blok Diagram Fluks ............................................................................41
Gambar 4. 9 Blok Diagram Konversi Arus ..............................................................41
Gambar 4. 10 Blok Diagram Sudut Fasa ..................................................................42
Gambar 4. 11 Blok Diagram Arus d Referensi ........................................................42
Gambar 4. 12 Blok Diagram Arus q Referensi ........................................................42
Gambar 4. 13 Blok Diagram Konversi Arus ............................................................43
Gambar 4. 14 Blok Diagram Regulator Arus ...........................................................43
Gambar 4. 15 Respon waktu pada putaran 30 rad/s .................................................44
Gambar 4. 16 Torsi motor pada putaran 30 rad/s .....................................................44
Gambar 4. 17 Respon waktu pada putaran 70 rad/s .................................................45
xvii
Gambar 4. 18 Torsi motor pada putaran 70 rad/s .................................................... 46
Gambar 4. 19 Respon waktu pada putaran 110 rad/s .............................................. 47
Gambar 4. 20 Torsi motor pada putaran 110 rad/s .................................................. 47
Gambar 4. 21 Respon waktu pada putaran 150 rad/s .............................................. 48
Gambar 4. 22 Torsi motor pada putaran 150 rad/s .................................................. 48
Gambar 4. 23 Grafik putaran terhadap respon waktu .............................................. 49
Gambar 4. 24 Grafik Putaran terhadap nilai error ................................................... 50
Gambar 4. 25 Respon Waktu pada beban nol ......................................................... 51
Gambar 4. 26 Torsi motor pada beban nol .............................................................. 51
Gambar 4. 27 Respon waktu pada beban 300 N.m.................................................. 52
Gambar 4. 28 Torsi motor pada beban 300 N.m ..................................................... 53
Gambar 4. 29 Respon waktu pada beban 600 N.m.................................................. 53
Gambar 4. 30 Torsi motor pada beban 600 N.m ..................................................... 54
Gambar 4. 31 Respon waktu pada beban 900 N.m.................................................. 55
Gambar 4. 32 Torsi Motor pada beban 900 N.m ..................................................... 55
Gambar 4. 33 Grafik beban motor terhadap repon waktu ....................................... 56
Gambar 4. 34 Grafik Beban motor terhadap nilai error........................................... 57
xviii
DAFTAR TABEL
Tabel 2. 1 Fungsi Implikasi Fuzzy ........................................................................... 14
Tabel 4. 1 Parameter Input Motor pada Simulink .................................................... 31
Tabel 4. 2 Pembagian keanggotaan nilai Error putaran............................................ 36
Tabel 4. 3 Pembagian Keanggotaan nilai delta error ............................................... 36
Tabel 4. 4 Pembagian keanggotaan nilai keluaran ................................................... 36
Tabel 4. 5 relasi aturan fuzzy ................................................................................... 40
xix
“Halaman ini sengaja dikosongkan”
xx
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Motor asinkron induksi 3 fasa merupakan motor arus bolak-balik yang
paling umum digunakan dalam proses kerja pada industri baik di darat ataupun
di bidang Marine. Pemanfaatan motor listrik tiga fasa dalam berbagai aplikasi
tentunya memiliki beberapa keuntungan, diantaranya ialah tidak adanya
kontak antara stator dan rotor kecuali bearing, tenaga besar, perawatan mudah.
Berdasarkan prinsipnya, umumnya motor induksi dioperasikan pada kecepatan
konstan, perubahan pada beban akan berdampak pada perubahan kecepatan.
Semakin besar beban yang diterima oleh motor induksi maka akan terjadi
penurunan tegangan yang berdampak pada penurunan kecepatan. Pada
aplikasi sistem dimana membutuhkan perubahan variasi beban/putaran, motor
DC lebih sering digunakan karena pengaturan kecepatannya yang lebih mudah.
Namun disisi lain kelemahan motor DC dimana konstruksinya yang berat dan
harga relatif mahal, maka untuk penerapanya juga memerlukan banyak
pertimbangan.
Kelebihan yang dimiliki motor Induksi 3 Fasa ini ialah konstruksinya
yang lebih kecil dan ringan untuk daya yang sama, dari segi harga juga relatif
lebih murah dibandingkan dengan motor arus searah.. Namun perlu
diperhatikan bahwa kelemahan motor ini ialah pengaturan kecepatan Motor 3
Fase lebih sulit. Berdasarkan dari teori, kecepatan motor 3 Fasa bergantung
pada banyak Kutub dan Frekuensi. Maka tindakan yang bisa kita lakukan ialah
mengatur jumlah kutub dan frekuensinya. Metode pengubahan jumlah kutub
dirasa lebih sulit dan butuh banyak pertimbangan untuk diterapkan. Oleh
karena itu cara lain yang bisa dilakukan ialah melalui Tegangan dan frekuensi
harus diatur sehingga kecepatan yang konstan dapat dipertahankan meski
terjadi pembebaban. Motor listrik umumnya memiliki nilai efisiensi. Dalam
menghasilkan putaran, motor membutuhkan energi dimana energi yang
diserap tidak semuanya terpakai untuk menghasilkan putaran sesuai
kebutuhan.
Pada tugas akhir ini akan membahas pengaturan kecepatan motor 3 Fasa
berdasarkan Frekuensinya menggunakan Power Electronic Converter dimana
komponen peralatan listrik ini akan membantu kita dalam mengatur besarnya
frekuensi yang masuk ke motor. Metode vector control merupakan salah satu
cara untuk mengatur besarnya tegangan dan frekuensi motor dengan cara
menguraikan arus dan torsi ke dalam vektor. Metode ini dirasa cukup efektif
untuk diterapkan dalam sistem Dalam sistem pengendalian, suatu pengendali
hendaknya memiliki kriteria yang baik untuk sistem dan memiliki efisiensi
yang baik pula. Nilai overshoot yang rendah, respon waktu yang cukup baik
1
2
serta steady state error yang kecil merupakan salah satu kriteria target
pengendalian dalam penyusunan tugas akhir ini. Terkadang nilai overshoot
yang besar menimbulkan masalah yang serius dalam suatu sistem. Penggunaan
teknik kecerdasan buatan dapat mengurangi berbagai permasalahan tersebut.
Fuzzy Logic Controller (FLC) salah satu jenis dari teknik kecerdasan buatan
memiliki kinerja baik dengan tingkat respon yang cepat dalam hal mengatasi
kinerja sistem kontrol yang mengalami perubahan beban. Sistem pengendalian
dengan kontroler Logika Fuzzy diharapkan dapat mengantisipasi atau
memperbaiki kesalahan (error) yang terjadi pada sistem akibat adanya
perubahan beban.
1.2. Rumusan Masalah
Pokok permasalahan yang akan dibahas dalam penelitian ini ialah sebagai
berikut :
1. Bagaimana susunan kontroler logika fuzzy untuk mengontrol kecepatan
motor induksi 3 fasa?
2. Bagaimana akurasi pengontrolan kecepatan motor induksi 3 fasa dengan
kontroler logika fuzzy ?
3. Bagaimana respon waktu pengontrolan kecepatan motor induksi 3 fasa
menggunakan kontroler logika fuzzy ?
1.3.
1.4.
1.5.
Tujuan Penelitian
Tujuan dari dilakukannya penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Mengetahui bagaimana rangkaian konfigurasi sistem pengaturan
kecepatan motor induksi dengan Fuzzy Logic Control (FLC).
2. Mengetahui besarnya akurasi pengontrolan kecepatan motor induksi 3
fasa menggunakan kontroler fuzzy.
3. Mengetahui respon waktu yang diperlukan dalam pengontrolan
kecepatan motor induksi 3 fasa.
4.
Batasan Masalah
Berikut ini merupakan batasan-batasan masalah yang ada dalam
pembuatan penelitian ini:
1. Analisa hanya difokuskan pada pengaturan kecepatan motor induksi 3
fasa.
2. Kontroler yang digunakan adalah kontroler logika Fuzzy.
3. Simulasi menggunakan Matlab Simulink yang dilakukan dengan
menampilkan kondisi sistem dan pengendali dalam keadaan ideal.
4. Tidak menganalisa dari segi ekonomi.
5.
Manfaat Penelitian
Manfaat yang dapat diperoleh dalam pengerjaan tugas akhir ini adalah:
1. Dapat memperoleh sistem pengendalian kecepatan motor induksi 3 fasa
yang akurat dan memiliki respon waktu yang baik.
2. Sebagai penunjang untuk penelitian – penelitian selanjutnya mengenai
Sistem pengaturan putaran motor induksi 3 fasa.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1.
Motor Induksi Tiga Fasa
Motor induksi adalah salah satu jenis dari motor-motor listrik yang
bekerja berdasarkan induksi elektromagnet. Motor induksi memiliki sebuah
sumber energi listrik yaitu di sisi stator, sedangkan sistem kelistrikan di sisi
rotornya di induksikan melalui celah udara dari stator dengan media
elektromagnet. Motor ini menggunakan arus bolak – balik (AC). Motor ini
dinamakan sebagai motor induksi karena pada kondisi sesungguhnya arus rotor
motor bukan berasal dari sumber tertentu namun merupakan arus yang
terinduksi karena adanya perbedaan relatif antara putaran medan putar pada
kumparan stator dengan putaran pada rotor itu sendiri.
Prinsip kerja dari Motor Induksi 3 fasa adalah ketika sumber tegangan 3
fasa dihubungkan pada kumparan stator maka akan timbul medan putar dengan
kecepatan tertentu. Gerakan medan putar akan memotong batang konduktor
pada rotor, menimbulkan induksi electromagnet sehingga pada konduktor
rotor timbul ggl induksi. Karena kumparan rotor merupakan rangkaian
tertutup, maka akan timbul Arus (I). adanya arus dalam medan magnet
menimbulkan gaya (F). bila kopel mula cukup besar, maka gaya tersebut akan
memutar rotor. Untuk menimbulkan tegangan induksi, harus terjadi
perpotongan antara medan putar dengan konduktor rotor. Sehingga diperlukan
perbedaan kecepatan relative antara stator dan rotor. Oleh karena ada
perbedaan antara putaran medan putar pada stator dan rotor maka motor ini
disebut dengan Motor Asinkron. (Zuhal, 1988).
Pada dasarnya, motor induksi tiga fasa berputar pada kecepatan yang
relatif konstan. Namun ketika terjadi pembebanan maka akan berpengaruh
pada putaran pada motor. Pada beberapa sistem tertentu, Perubahan putaran
yang signifikan pada motor induksi tiga fasa sangat tidak diharapkan karena
dapat menimbulkan beberapa kerugian. Kecepatan putaran motor induksi ini
dipengaruhi oleh besarnya frekuensi dan jumlah kutub pada motor, sehingga
pengaturan kecepatan tidak mudah untuk dilakukan. Secara umum, terdapat
dua macam tipe rotor motor induksi tiga fasa yaitu rotor sangkar tupai dan rotor
belitan. Masing-masing tipe rotor memiliki metode pengaturan kecepatan yang
berbeda. Sebagai contoh motor induksi tiga fasa rotor belitan dapat diatur
putarannya dengan mengatur besarnya hambatan (resistance) yang masuk ke
rotor. Metode ini tidak dapat diterapkan pada motor dengan rotor sangkar
tupai. Meskipun cukup sulit dalam pengaturan putaran, namun motor induksi
tiga fasa ini memiliki beberapa keuntungan sehingga banyak digunakan dalam
berbagai bidang industri. Beberapa keuntungannya ialah konstruksi sederhana
dan kokoh, harga relatif murah dibanding dengan motor lain, dan mudah dalam
melakukan perawatan.
3
4
2.1.1. Komponen Motor Induksi Tiga Fasa
Secara umum terdapat dua komponen utama yaitu :
a. Stator
Merupakan kumparan yang tidak berputar, dibuat dari sejumlah
stampings dengan slots untuk membawa gulungan tiga fase. Stator
mempunyai tiga buah kumparan, ujung-ujung belitan kumparan
dihubungkan melalui terminal untuk memudahkan penyambungan
dengan sumber tegangan. Gulungan ini dilingkarkan untuk
sejumlah kutub yang tertentu. Gulungan diberi spasi geometri
sebesar 120 derajat. Masing-masing kumparan stator mempunyai
beberapa buah kutub, jumlah kutub ini menentukan kecepatan
motor tersebut. Semakin banyak jumlah kutubnya maka putaran
yang terjadi semakin rendah.
b. Rotor
Rotor adalah bagian dari motor listrik yang berputar pada sumbu
rotor. Bagian ini terdiri dari : inti rotor, kumparan rotor dan alur
rotor. Perputaran rotor di sebabkan karena adanya medan magnet
dan lilitan kawat email pada rotor. (Zuhal, 1988)
Motor Induksi memiliki dua jenis rotor yaitu :
Rotor Belitan
Rotor memiliki tiga belitan, Ketiga belitan tersebut biasanya
terhubung bintang.
Ujung – ujung belitan tersebut
dihubungkan dengan slipring yang terdapat pada poros rotor.
Belitan – belitan tersebut dihubung singkat melalui sikat
(brush) yang menempel pada slipring. Pada rotor belit,
pengaturan kecepatan dapat dilakukan dengan mengatur
besarnya tahanan pada belitan rotor tersebut. penambahan
tahanan luar ke rotor akan menghasilkan torsi awal yang tinggi
dan arus pengasutan yang lebih rendah disbanding dengan
motor rotor sangkar tupai.
- Rotor Sangkar Tupai
Rotor dengan kumparan yang terdiri atas beberapa batang
konduktor yang disusun sedemikian rupa hingga menyerupai
sangkar tupai. Belitan rotor terdiri atas batang-batang
penghantar yang ditempatkan di dalam alur rotor. Ujung –
ujung batang penghantar dihubung singkat dengan
menggunakan cincin hubung singkat. Karena batang
penghantar rotor yang telah dihubung singkat, maka tidak
dibutuhkan tahanan luar yang dihubungkan seri dengan
rangkaian rotor pada saat awal berputar. Rotor jenis ini paling
banyak digunakan dibandingkan dengan rotor belit karena
rotor ini memiliki bentuk yang lebih sederhana.
5
Gambar 2. 1 Komponen Motor Induksi
Sumber : http://marineinsight.com/
2.1.2. Kecepatan Motor Induksi Tiga Fasa
Pada umumnya, motor induksi akan bekerja pada kecepatan
konstan (Zuhal, 1988). Namun pada kondisi sesungguhnya, pengaruh
pembebanan akan mempengaruhi kecepatan putaran dari motor
induksi. Sehingga diperlukan tindakan untuk mempertahankan
kecepatan akibat pembebanan. Besarnya putaran di stator bergantung
pada besaran frekuensi dan jumlah kutubnya. Dimana dinyatakan
dalam persamaan berikut ini.
𝑵𝒔 =
𝟏𝟐𝟎𝒇
................................................................................................ (2.
𝑷
1)
Dimana :
Ns
= Kecepatan Putar Stator (rpm)
f
= Frekuensi (Hz)
P
= Jumlah Kutub
Motor induksi bekerja apabila terjadi perbedaan antara kecepatan
stator dan rotor. Kecepatan yang “asinkron” tersebut direpresentasikan
ke dalam slip. Semakin besar beban yang diterima oleh motor maka
nilai slip juga akan mengalami kenaikan.
S=
𝒏𝒔−𝒏𝒓
𝒏𝒔
𝒙 𝟏𝟎𝟎% ................................................................. (2. 2)
Dimana :
Ns
= Kecepatan Stator
(rpm)
Nr
= Kecepatan Rotor
(rpm)
6
2.1.3. Hubungan antara Kecepatan, Beban dan Torsi
Terdapat beberapa kondisi motor induksi 3 fasa, berkaitan dengan torsi
dan kecepatan yaitu sebagai berikut (Husnawan, 2008) :
o Ketika mulai menyala ternyata pada kondisi ini arus nyala awal
tinggi dengan torsi yang rendah ( Pull-Up Torque)
o Ketika mencapai 80% kecepatan penuh, torsi mencapai tingkat
tertinggi (Pull-Out Torque ) dan arus mulai menurun
o Ketika mencapai kecepatan penuh, atau kecepatan sinkron, arus
mengalami penurunan hingga ke nol.
Gambar 2. 2 Grafik Torsi vs Kecepatan
(Husnawan. 2008)
2.1.4. Rangkaian Pengganti Motor Induksi
Pada dasarnya motor induksi merupakan suatu transformator yang
memiliki kumparan sekunder (rotor) yang berputar. Oleh karena itu
rangkaian pengganti dari motor induksi tiga fasa ini serupa dengan
rangkaian transformator. Model dinamik dari motor ini digunakan
untuk memudahkan analisa dan lebih fleksibel. Model d-q motor
induksi merupakan dasar pengaturan kecepatan motor induksi dengan
metode kontrol vektor.
7
Gambar 2. 3 rangkaian pengganti motor tiga fasa sumbu d (Ali
Anang dkk, 2016)
Gambar 2. 4 Rangkaian pengganti motor tiga fasa sumbu q (Ali
Anang.dkk, 2016)
Persamaan tegangan stator ialah :
̅𝑠 = ̅̅̅
𝑉
𝑅𝑠 𝑖𝑠 +
𝑑
𝜆̅
𝑑𝑡 𝑠
+ 𝐽ɷ𝑠 𝜆̅𝑠 ..................................................... (2. 3)
𝐼̅𝑠 = 𝑖𝑑𝑠 + 𝐽𝑖𝑞𝑠 ......................................................................... (2. 4)
𝜆̅𝑠 = 𝜆𝑑𝑠 + 𝐽𝜆𝑑𝑠 ...................................................................... (2. 5)
Persamaan tegangan rotor ialah :
𝑉̅𝑟 = ̅̅̅
𝑅𝑟 𝑖𝑟 +
𝑑
̅̅̅
𝜆
𝑑𝑡 𝑟
+ 𝐽(ɷ𝑠 − ɷ𝑟 )𝜆̅𝑠 ...................................... (2. 6)
𝐼̅𝑟 = 𝑖𝑑𝑟 + 𝐽𝑖𝑞𝑟 ......................................................................... (2. 7)
̅̅̅
𝜆𝑟 = 𝜆𝑑𝑟 + 𝐽𝜆𝑑𝑟 ...................................................................... (2. 8)
Flux Linkage merupakan besarnya medan putar (flux) yang terjadi
pada kumparan stator dan kumparan rotor.
𝜆̅𝑠 = 𝐿𝑠 . 𝐼̅𝑠 + 𝑀. 𝐼̅𝑠 .................................................................... (2. 9)
̅̅̅
𝜆𝑟 = 𝐿𝑟 . 𝐼̅𝑟 + 𝑀. 𝐼̅𝑟 ................................................................ (2. 10)
8
Persamaan tegangan pada motor induksi
̅𝑠 = 𝑅𝑠 . 𝐼̅𝑠 + 𝐿𝑠 𝑑 𝐼̅𝑠 + 𝑀 𝑑 ̅̅̅
𝑉
𝐼 + jɷ𝑠 𝐿𝑠 𝐼̅𝑠 + jɷ𝑠 𝑀𝐼̅𝑟 ........................... (2. 11)
𝑑𝑡
𝑑𝑡 𝑟
𝑉̅𝑟 = 𝑅𝑟 . 𝐼̅𝑟 + 𝐿𝑟
𝑑
𝐼̅
𝑑𝑡 𝑟
+𝑀
𝑑
̅̅̅
𝐼 +
𝑑𝑡 𝑠
j(ɷ𝑠 −ɷ𝑟 )𝐿𝑟 ̅̅̅
𝐼𝑟 + j(ɷ𝑠 −ɷ𝑟 )𝑀𝐼̅𝑠 .. (2. 12)
Pada motor induksi dengan rotor sangkar tupai, tegangan pada kumparan
rotor bernilai nol (Vr = 0). Apabila kedua persamaan tersebut diatas
dinyatakan ke dalam komponen sumbu d-q, maka akan didapatkan suatu
persamaan tegangan stator dan tegangan rotor sebagai fungsi dari arus stator
dan arus rotor dalam bentuk matriks sebagai berikut ini :
𝑅𝑠 + 𝑝𝐿𝑠
−ɷ𝑠 𝐿𝑠
𝑉𝑑𝑠
ɷ 𝑠 𝐿𝑠
𝑅𝑠 + 𝑝𝐿𝑠
𝑉𝑞𝑠
( )=(
𝑝𝑀
−(ɷ𝑠 − ɷ𝑟 )𝑀
0
−ɷ𝑟 𝑀
𝑝𝑀
0
𝑝𝑀
ɷ𝑠 𝑀
𝑅𝑟 + 𝑝𝐿𝑟
(ɷ𝑠 − ɷ𝑟 )𝐿𝑟
𝑖𝑑𝑠
−ɷ𝑠 𝑀
𝑖𝑞𝑠
𝑝𝑀
)( )
−(ɷ𝑠 − ɷ𝑟 )𝐿𝑟
𝑖𝑑𝑟
𝑖𝑞𝑟
𝑅𝑟 + 𝑝𝐿𝑟
............................................................................................................. (2. 13)
Dimana p = d/dt
Apabila persamaan tersebut diatas ditinjau dari koordinat stationer ɷ𝑠 = 0
maka persamaan tersebut akan berubah menjadi sebagai berikut
𝑅𝑠 + 𝑝𝐿𝑠
0
𝑉𝑑𝑠
0
𝑅𝑠 + 𝑝𝐿𝑠
𝑉𝑞𝑠
( )=(
𝑝𝑀
ɷ𝑟 𝑀
0
−ɷ𝑟 𝑀 𝑝𝑀
0
𝑝𝑀
0
𝑅𝑟 + 𝑝𝐿𝑟
−ɷ𝑟 𝐿𝑟
𝑖𝑑𝑠
0
𝑖𝑞𝑠
𝑝𝑀
)( )
𝑖𝑑𝑟
ɷ 𝑟 𝐿𝑟
𝑖𝑞𝑟
𝑅𝑟 + 𝑝𝐿𝑟
..................................................................................................................................(2.
14)
2.1.5 Metode vector control
Vektor kontrol merupakan suatu metode dalam pengaturan putaran medan
pada motor ac, dimana dari sistem coupled diubah menjadi sistem decoupled
. motor induksi merupakan suatu sistem coupled dimana terdapat saling
ketegantungan antara torsi dan fluks. Dengan menggunakan sistem vektor
kontrol ini pengaturan arus penguatan dan arus beban motor dapat dikontrol
secara terpisah sehingga torsi dan fluks motor juga dapat diatur secara
terpisah. Prinsip ini serupa dengan motor dc. Proses decoupled secara
matematis dilakukan melalui 2 tahap yaitu dengan menggunakan
transformasi Clarke dan transformasi Park.
Pemodelan d-q motor induksi merupkan model dasar dalam sistem
pengaturan berbasis vektor kontrol. Sistem koordinat tiga fasa statis
ditransformasikan ke koordinat dinamis d-q, koordinat ini berputar
mengikuti kecepatan sinkron motor atau medan putar stator. Untuk
mendapatkan tegangan dan arus dengan referensi koordinat d-q maka
9
dilakukan transformasi koordinat tiga fasa ke koordinat d-q menggunakan
Transfromasi Park sebagai berikut
2𝜋
𝑉𝑑𝑠 2 cos(−𝜃) 𝑐𝑜𝑠 (−𝜃 + 3 )
[ 𝑉 ]= 3 [
2𝜋
𝑞𝑠
sin(−𝜃) 𝑠𝑖𝑛 (−𝜃 + 3 )
𝑐𝑜𝑠 (−𝜃 +
𝑠𝑖𝑛 (−𝜃 +
4𝜋
) 𝑉𝑎
3
] [𝑉𝑏 ]
4𝜋
)
𝑉𝑐
3
.......................................................................................................... (2. 15)
Sedangkan persamaan Torsi elektromagnetik untuk motor induksi adalah
sebagai berikut :
3
𝑇𝑒 = 2 𝑃𝑀(𝑖𝑑𝑟 . 𝑖𝑞𝑠 − 𝑖𝑑𝑠 . 𝑖𝑞𝑟 ) ............................................................ (2. 16)
Kecepatan motor induksi merupakan fungsi dari torsi elektromagnetik
dengan torsi beban yang didefinisikan sebagai berikut ini :
𝐽 𝑑
ɷ
𝑃 𝑑𝑡 𝑟
𝑑
𝜃
𝑑𝑡
+ 𝐾𝑑 ɷ𝑟 = 𝑇𝑒 − 𝑇𝐿 .................................................................. (2. 17)
= ɷ𝑟 ........................................................................................... (2. 18)
̅̅̅̅
Berdasarkan gambar dibawah ini, fluks 𝜆
𝑚 berhimpit dengan sumbu d
sehingga fluks dan arus stator dapat dinyatakan sebagai berikut
̅̅̅̅
𝜆
𝑚 = 𝜆𝑚 ............................................................................................ (2. 19)
𝑖̅𝑠 = 𝑖𝑑𝑠 + 𝐽𝑖𝑞𝑠 ................................................................................... (2. 20)
Gambar 2. 5 Vektor fluks dan arus stator
(Purwanto, Prabowo dkk, 2011)
Persamaan torsi elektromagnetik dapat disederhanakan menjadi
3
𝑇𝑒 = 2 𝑃𝜆𝑚 𝑖𝑞𝑠 ........................................................................ (2. 21)
10
Apabila dilihat dari persamaan diatas, torsi motor hanya bergantung
̅̅̅̅
pada nilai arus stator 𝑖𝑞𝑠 serta fluks motor 𝜆
𝑚 . Sedangkan untuk arus stator
̅̅̅̅
𝑖𝑑𝑠 mempengaruhi besar dari fluks 𝜆𝑚 . Sehingga untuk mengatur torsi motor
dapat dilakukan dengan cara mengatur fluks dan arus stator 𝑖𝑞𝑠 .
Pada penelitian tugas akhir ini, sinyal kontrol dari model blok rangkaian
kontroler berupa Torsi Referensi (Te*) yang digunakan untuk mengatur arus
torsi (𝑖𝑞𝑠 ). Arus Torsi ini (𝑖𝑞𝑠 ) dapat dihitung menggunakan persamaan
berikut ini :
𝑖𝑞 =
2 2 𝐿𝑟 𝑇𝑒 ∗
. . . .....................................................................
3 𝑃 𝐿 𝑚 𝜆𝑟
(2. 22)
arus torsi referensi ini akan dibandingkan dengan arus 𝑖𝑞𝑠 hasil dari vektor
transformasi ABC-DQ.
Phi merupakan fluks dari rotor, hasil dari perubahan arus stator 𝑖𝑑𝑠 (keluaran
dari vektor transformasi ABC-DQ) yang dapat dihitung mengunakan
persamaan berikut ini
𝜆𝑟 =
𝐿𝑚 .𝑖𝑑𝑠
1+ 𝜏𝑟 𝑠
............................................................................ (2. 23)
Dimana : 𝜏𝑟 = 𝐿𝑟 /𝑅𝑟 merupakan konstanta waktu .
Selanjutnya fluks rotor dan arus stator 𝑖𝑞𝑠 digunakan untuk menentukan
besarnya nilai dari perubahan posisi atau sudut fluks rotor (𝜃 ‘teta’).
Nilai teta sendiri merupakan integral dari penjumlahan antara kecepatan
sudut rotor dengan kecepatan frekuensi slip rotor
𝜃𝑒 = ∫ 𝜔𝑚 + 𝜔𝑠𝑙 𝑑𝑡 .............................................................. (2. 24)
Kecepatan slip rotor dapat dihitung menggunakan persamaan berikut ini :
𝜔𝑠𝑙 =
𝐿𝑚 𝑅𝑟
. . 𝑖 .....................................................................
𝜆𝑟 𝐿𝑟 𝑞𝑠
(2. 25)
Dimana 𝜔𝑠𝑙 = kecepatan frekuensi slip rotor (rad/dt)
𝜔𝑚 = kecepatan angular mekanis rotor (rad/dt)
Nilai dari Teta ‘𝜃𝑒 ′ tersebut diatas diperlukan dalam proses transformasi arus
stator dari koordinat tiga fasa ABC (𝑖𝑎 , 𝑖𝑏 , 𝑖𝑐 ) ke dalam arus stator koordinat
d-q (𝑖𝑑𝑠 , 𝑖𝑞𝑠 ) dan juga berlaku sebaliknya dari koordinat d-q ke dalam
koordinat ABC menggunakan persamaan berikut ini
11
𝑖𝑑𝑠
[𝑖 ] =
𝑞𝑠
cos 𝜃𝑒
− sin 𝜃𝑒
[
1
1
√3
√3
(− cos 𝜃𝑒 +
sin 𝜃𝑒 ) (− cos 𝜃𝑒 −
sin 𝜃𝑒 ) 𝑖𝑎
2
2
2
2
[𝑖 𝑏 ]
1
1
√3
√3
( sin 𝜃𝑒 +
cos 𝜃𝑒 )
( sin 𝜃𝑒 −
cos 𝜃𝑒 ) 𝑖𝑐
2
2
2
2
]
............................................................................................................. (2. 26)
cos 𝜃𝑒
− sin 𝜃𝑒
1
1
√3
√3
𝑖𝑎
(− cos 𝜃𝑒 +
sin 𝜃𝑒 ) ( sin 𝜃𝑒 +
cos 𝜃𝑒 ) 𝑖𝑑𝑠
2
2
2
2
[𝑖 𝑏 ] =
[𝑖 ]
𝑞𝑠
𝑖𝑐
1
1
√3
√3
(− cos 𝜃𝑒 −
sin 𝜃𝑒 ) ( sin 𝜃𝑒 −
cos 𝜃𝑒 )
2
2
2
[ 2
]
............................................................................................................. (2. 27)
2.2
Kontroler Logika Fuzzy
Teori himpunan fuzzy pertama kali diperkenalkan oleh Lotfi A. Zadeh
pada tahun 1965. Beberapa alasan dipergunakannya himpunan fuzzy ialah
sebagai berikut :
 Sistem yang ada di dunia nyata terkadang sulit untuk dideskripsikan
dengan persis dan lengkap. Oleh karena itu diperlukan suatu
pendekatan untuk mengatasi ketidak-jelasan (fuzziness) yang ada.
 Pengetahuan dan pengalaman manusia merupakan dua aspek yang
memiliki peran pentingdalam mengenali perilaku sistem di dunia
nyata. Oleh karena itu diperlukan suatu teori yang sistematis untuk
memformulasikan pengetahuan manusia bersama dengan informasi
lain berupa model matematis dan hasil pengukuran.
Kontrol Logika Fuzzy (Fuzzy Logic Controller) merupakan salah satu
bentuk Kontrol cerdas (intelligent control). kontrol logika fuzzy dapat
digunakan untuk menyelesaikan permasalahan pada sistem yang memiliki
perilaku komplek. Sistem Fuzzy berperan sebagai jembatan antara bahasa
presisi dengan bahasa kata-kata sehingga lebih efektif dan efisien (Naba,
2009). Struktur dasar dari Kontrol Logika Fuzzy dapat digambarkan sebagai
berikut
Gambar 2. 6 Diagram Blok FLC
12
- Fuzzifikasi
Proses Fuzzifikasi merupakan proses dimana variable crisp dikonversi
kedalam variabel fuzzy melalui teknik fungsi keanggotaan. Melalui
persamaan berikut, eror dan delta eror akan dipetakan kedalam rentang
kerja semesta pembicaraan :
Proses transformasi terjadi pada tahap fuzzifikasi dimana terjadi
pemetaan ruang masukan dengan bantuan faktor penskala. Gain G1
digunakan sebagai faktor penskala perbedaan kecepatan (error), sedangkan
gain G2 digunakan sebagai faktor penskala perbedaan perubahan kecepatan
(Delta error). (Hasibuan, dkk, 2007)
Ada dua macam metode fuzzifikasi yaitu fuzzifikasi singleton dan
fuzzifikasi nonsingleton. Pada fuzzifikasi singleton, titik crisp dipetakan
menjadi himpunan fuzzy yang supportnya hanya pada satu titik x.
sedangakan pada fuzzifikasi nonsingleton , titik crisp dipetakan menjadi
himpunan fuzzy yang supportnya lebih dari dari satu titik. Jenis fuzzifikasi
yang paling umum digunakan ialah fuzzifikasi singleton. Dengan
menerapkan fuzzifikasi singleton himpunan fuzzy A hanya memiliki
support pada satu titik.
-
Kumpulan Aturan Fuzzy
Kumpulan atutran fuzzy merupakan beberapa aturan fuzzy yang
dikelompokkan ke dalam basis aturan yang merupakan dasar dari
pengambilan keputusan (inference process) untuk mendapatkan aksi
keluaran sinyal kontrol dari suatu kondisi masukan. Sinyal keluaran yang
dihasilkan dari proses pengambilan keputusan masih dalam bentuk
bilangan fuzzy yaitu derajat keanggotaan dari sinyal kontrol.
-
Fungsi Keanggotaan (Membership Function)
Fungsi ini merupakan fungsi yang menyatakan tingkat keanggotaan
fuzzy yang nilainya antara nol dan satu. Ada beberapa bentuk fungsi
keanggotaan fuzzy, diantaranya adalah: segitiga (Triangular Function),
trapezium (Trapezoid Function), sigmoid, gauss, lonceng dan lain-lain.
(Jang, Sun, dan Mizutani, 2004). Berikut adalah salah satu bentuk fungsi
keanggotaan (memberhip function) yaitu Fungsi keanggotaan
Segitiga dan trapezium.
13
Gambar 2. 7 Triangular Function
(Jang, Sun dan Mizutani, 2004)
0,
𝑢−𝑎
,
𝑎
𝑇(𝑢; 𝑎, 𝑏, 𝑐) = 𝑏𝑐 −
−𝑢
,
𝑐−𝑏
{
0,
𝑢<𝑎
𝑎≤𝑢≤𝑏
𝑏≤𝑢≤𝑐
𝑢>𝑐
Gambar 2. 8 Trapezoidal Function
(Jang, Sun, Mizutani , 2004)
0
𝑥≤𝑎
𝑥−𝑎
𝑎≤𝑥≤𝑏
𝑏−𝑎
𝑏≤𝑥≤𝑐
𝑇(𝑥; 𝑎, 𝑏, 𝑐) = 1
𝑑−𝑥
𝑏≤𝑥≤𝑐
𝑑−𝑐
{ 0
𝑑≤𝑥
14
- Fungsi Implikasi Fuzzy
Logika IF-THEN merupakan dasar relasi fuzzy yang pada umumnya
menyatakan aturan-aturan fuzzy. Fungsi implikasi fuzzy mendefinisikan
suatu relasi fuzzy didalam basis pengetahuan fuzzy. Berikut ini adalah
beberapa fungsi implikasi fuzzy :
Tabel 2. 1 Fungsi Implikasi Fuzzy
-
Defuzzifikasi
Defuzzifikasi dapat didefinisikan sebagai proses pengubahan besaran fuzzy
yang disajikan dalam bentuk himpunan-himpunan fuzzy keluaran dengan
fungsi keanggotaanya untuk mendapatkan kembali bentuk tegasnya (crisp).
Center of gravity (COG) merupakan metode deffuzifikasi yang paling
umum digunakan dengan persamaan sebagai berikut ini :
𝑅
∑
𝑦=
𝑗=𝑙
𝑅
∑
𝑐 𝑗 ∫ 𝜇𝑢𝑗 (𝑢)𝑑𝑢
𝑗=𝑙
...................................... (2. 28)
∫ 𝜇𝑢𝑗 (𝑢)𝑑𝑢
dengan
y
= nilai keluaran (output)
cj
= nilai tengah dari keluaran fungsi keanggotaan ke-j
𝜇𝑢𝑗 (𝑢) = keluaran fungsi keanggotaan
Uj
= Fuzzy set
R
= jumlah aturan (rule)
15
Sistem Fuzzy Mamdani
Sistem fuzzy yang paling umum dikenal adalah sistem fuzzy Mamdani.
Sistem ini terdiri dari :




Basis aturan yang terdiri dari sekumpulan aturan if-then
Basis data yang mendefinisikan fungsi keanggotan himpunan fuzzy
Mesin inferensi yang melakukan operasi inferensi
Fuzzifikasi dan defuzzifikasi.
Sistem fuzzy mamdani memiliki bnyak kebebasan dalam memilih jenis
fuzzifikasi, defuzzifikasi, mesin inferensi beserta operator yang sesuai dengan
permasalahan plant.
Selama proses pengambilan keputusan, setiap aturan fuzzy melakukan operasi
dibawah ini :
1. Menentukan seberapa besar tingkat keanggotaan himpunan fuzzy pada
sistem variable masukan
2. Melakukan perhitungan pada tiap basis aturan
3. Penggunaan hubungan yang dipakai variabel masukan pada bagian sebab
(antecendent) seperti AND, OR
4. Aplikasi dari operator implikasi fuzzy
5. Mengagregasikan keluaran untuk keseluruhan masing-masing basis
aturan
6. Melakukan defuzzifikasi hasil dari agregasi.
2.3
Konverter
Konverter adalah suatu alat untuk mengkonversikan daya listrik dari satu
bentuk ke bentuk daya listrik lainnya (Syahrul, 2015). Konversi daya listrik
umumnya terbagi menjadi 4 jenis:
 Konversi AC – DC (Rectifier)
Rectifier adalah alat listrik yang digunakan untuk mengubah sumber arus
bolak-balik (AC) menjadi sinyal sumber arus searah (DC). Komponen
penyearah berupa Dioda. Konverter ini dapat mengendalikan nilai
tegangan keluaran dengan mengatur sudut penyalaan dari Thyristor.
 Konversi AC – AC (Cycloconverter)
Konversi ini dapat mengendalikan nilai tegangan keluaran dengan
mengubah conduction time dari TRIAC
 Konversi DC – DC (DC Chopper)
Konversi ini dapat mengendalikan nilai tegangan keluaran dengan
mengubah conduction time dari Transistor
 Konversi DC – AC (Inverter)
Konversi ini mengubah arus searah menjadi arus bolak-balik. Penggunaan
konversi ini dapat mengatur besarnya tegangan dan frekuensi keluaran.
16
Pada pengaturan kecepatan motor induksi, biasanya digunakan
Sistem VSD PWM Inverter (Pulse Width Modulation) dimana rangkaian
terdiri dari konverter (ac-dc), penghalus tegangan (dc link) serta inverter
jenis IGBT.
2.3.1 Penyearah tiga fasa
Penyearah (Rektifiikasi) merupakan peralatan listrik yang digunakan
untuk mengubah listrik AC menjadi listrik DC. Listrik DC dipakai untuk
berbagai keperluan misalnya pengisi akumulator, power supply, baterai
dan lain sebagainya. Secara umum penyearah ini menggunakan
komponen elektronika yaitu diode atau thyristor. Penyearah dengan diode
sering disebut sebagai penyearah tanpa kendali, yang artinya tegangan
keluaran yang dihasilkan nilainya tetap dan tidak bisa dikendalikan.
Sedangkan penyearah dengan thyristor termasuk penyearah terkendali
yang artinya tegangan keluaran yang dihasilkan bisa diatur nilainya
dengan cara pengaturan penyalaan sudut α sesuai dengan kebutuhan. Pada
umumnya sampai saat ini, Penyearah tiga fasa tidak terkontrol
menggunakan diode menghasilkan harmonisa dalam jumlah yang relative
cukup besar. Penyearah tak terkendali tiga fasa pada umumnya banyak
dijumpai dalam sector industri.
Diode merupakan peralatan utama yang dipakai untuk mengkonversi
sinyal AC menjadi sinyal DC dimana prinsip kerja diode menyerupai
saklar. Selain memiliki fungsi sebagai saklar, diode juga memilki fungsi
sebagai freewhelling dalam regulator saklar, pengisian balik kapasitor dan
pengiriman daya antar komponen, dan juga sebagai isolasi tegangan dan
energi menuju sumber daya.
Diode mempunyai dua buah kaki yaitu anoda dan katoda. Diode hanya
dapat melewatkan arus listrik dari satu arah saja, yaitu dari anode ke
katoda yang disebut posisi bias maju (forward). Sebaliknya diode akan
menahan aliran arus atau memblok arus yang berasal dari katode ke
anoda, yang disebut bias mundur (reverse). Namun diode memiliki
keterbatasan menahan tegangan panjar mundur yang disebut tegangan
break down. Jika tegangan ini dilewati maka diode dikatakan rusak dan
harus diganti yang baru. Pada kondisi bias maju (forward) Diode
mengalirkan arus DC dapat diamati dari penunjukan ampermeter dengan
arus If, untuk tegangan disebut tegangan maju Uf (forward). Diode silikon
akan mulai forward ketika telah dicapai tegangan cut-in sebesar 0,7 Volt,
untuk Diode germanium tegangan cut-in 0,3 Volt. Pada kondisi bias
mundur (reverse) Diode dalam posisi memblok arus, kondisi ini disebut
17
posisi mundur (reverse). Karakteristik Diode menggambarkan arus fungsi
dari tegangan.
Gambar 2. 9 penyearah terkendali tiga fasa
(Abdillah dkk, 2005)
1. Penyearah tiga fasa setengah gelombang
Penyearah tiga fasa setengah gelombang yang menggunakan diode
disebut juga sebagai penyearah tiga fasa, tiga detak tidak terkendali.
Rangkaian penyearah diode tiga fasa setengah gelombang
menggunakan tiga buah diode penyearah D1, D2 dan D3 ketiga
katodenya disatukan menjadi terminal positif. Ketiga diode diberi bias
maju ketika tegangan Lin menjadi positif dan diberi bias mundur
ketika tegangan negative. Masing-masing diode akan konduksi apabila
ada tegangan positif , sedangkan tegangan yang negative akan diblok.
Diode D1, D2, D3 akan konduksi secara bergantian sesuai dengan
siklus gelombang saat nilainya lebih positif. Pada sumber tegangan
tiga fasa yang menggunakan trafo CT, arus searah negative akan
kembali ke kumparan sekunder trafo melalui kawat N. tegangan DC
yang dihasilkan tidak benar-benar rata, namun masih mengandung riak
(ripple).
Rangkaian penyearah setengah gelombang mendapat masukan dari
sekunder trafo yang berupa sinyal AC berbentuk sinus, V = V m Sin ɷt.
dari persamaan tersebut Vm merupakan tegangan puncak atau tegangan
maksimum. Nilai Vm hanya bisa diukur dengan CRO yaitu dengan
melihat langsung pada gelombangnya. Sedangkan pada umumnya
nilai yang tercantum pada sekunder trafo adalah tegangan efektif.
Maka hubungan antara tegangan puncak Vm dengan tegangan efektif
(Veff) atau tegangan rms (Vrms) adalah :
𝑉𝑒𝑓𝑓 = 𝑉𝑟𝑚𝑠 =
𝑉𝑚
√2
= 0.707 𝑉𝑚 ................... (2. 29)
18
Tegangan (arus) efektif atau rms (root mean square) merupakan
tegangan (arus) yang terukur oleh Voltmeter (amper-meter)
Gambar 2. 10 Rangkaian penyearah setengah gelombang
(Petruzella, 1996)
Gambar 2. 11 gelombang keluaran penyearah half wave
(Petruzella, 1996)
urutan konduksi masing-masing diode D1, D2, dan D3 ialah sebagai
berikut D1 mulai konduksi setelah melewati sudut 300 – 1500, D2 akan
mulai konduksi pada sudut 1500 – 2700 sedangkan D3 akan mulai
konduksi pada sudut 2700 – 3900. Masing-masing diode mengalami
konduksi sepanjang 1200. rangkaian penyearah jenis ini mempunyai
tegangan keluaran rata-rata lebih tinggi dan riaknya lebih kecil
dibandingkan dengan penyearah satu fasa.
2. Penyearah tiga fasa gelombang penuh
Penyearah tiga fasa gelombang penuh tidak terkendali menggunakan
enam buah diode sebagai sistem saklarnya. Penyearah diode
19
gelombang penuh tiga fasa menggunakan sistem jembatan dengan
enam buah diode D1, D3, dan D5 katodanya disatukan sebagai
terminal positif. Diode D2, D4, D6, anodanya yang disatukan sebagai
terminal negative. Tegangan DC yang dihasilkan memiliki enam pulsa
yang dihasilkan oleh masing-masing diode tersebut. penyearah
gelombang penuh tiga fasa tidak memerlukan trafo CT hubungan
bintang. Penyearah jenis ini hanya perlu dihubungkan pada daya tiga
fasa untuk mengoperasikannya. Oleh karena itu, daya dapat disuplai
baik oleh hubungan bintang atau segitiga.
Pada penyearah diode gelombang penuh, tegangan DC yang
dihasilkan lebih halus karena tegangan riak (ripple) kecil dan lebih
rata. Urutan konduksi dari ke enam diode sesuai dengan siklus
gelombang sinusoida yang mengalami konduksi secara bergantian.
Konduksi dimulai dari diode D1 + D6 sepanjang sudut komutasi 60°.
Berturut-turut disusul diode D1 + D2, lanjutnya diode D3 + D2, urutan
keempat D3 + D4, kelima D5 + D4 dan terakhir D5 + D6. Jelas dalam
satu siklus gelombang tiga phasa terjadi enam kali komutasi dari
keenam diode secara bergantian dan bersama-sama.
Gambar 2. 12 Rangkaian penyearah full wave
(Petruzella, 1996)
20
Gambar 2. 13 gelombang keluaran penyearah full wave
(Petruzella, 1996)
2.3.2 Inverter Tiga Fasa
Inverter ialah rangkaian konverter dari DC ke AC, yang berfungsi
untuk mengubah tegangan masukan DC menjadi tegangan keluaran AC
dengan besar dan frekuensi yang dapat diatur sesuai kebutuhan. Tegangan
keluaran bisa tertentu atau berubah-ubah, dengan frekuensi tertentu atau
dengan frekuensi berubah-ubah. Apabila tegangan masukan DC adalah
tertentu dan tidak bisa berubah-ubah, tegangan keluaran yang variabel
bisa diperoleh dengan mengubah-ubah gain dari inverter. Biasa dilakukan
dengan pengaturan vektor atau modulasi lebar pulsa. Gain didalam
inverter didefinisikan sebagai rasio antara tegangan keluaran AC terhadap
tegangan DC.
Dalam keadaan ideal bentuk gelombang tegangan keluaran inverter
ialah sinus. Namun dalam kenyataannya bentuk gelombang tegangan
keluaran tidaklah sinus dan mengandung harmonisa tertentu. Pada
aplikasi dengan daya rendah dan menengah, biasa digunakan gelombang
kotak simetri maupun tidak simetri. Sedangkan untuk penerapan dengan
tegangan tinggi dibutuhkan gelombang sinus dengan sedikit distorsi.
Kandungan harmonisa pada gelombang keluaran bisa dikurangi dengan
teknik penyaklaran menggunakan piranti semikonduktor daya kecepatan
tinggi.
Secara umum, inverter terdiri atas beberapa tipe yaitu Inverter
sumber tegangan (Voltage Source Inverter) dan Inverter sumber arus
(Current Source Inverter). Dua jenis inverter yang paling banyak
digunakan pada sistem tenaga listrik ialah inverter dengan tegangan dan
21
frekuensi konstan (Constant Voltage Constant Frequency CVCF )serta
inverter dengan tegangan dan frekuensi berubah-ubah (Variable Voltage
Variable Frequency VVVF).
Gambar 2. 14 Rangkaian inverter 3 fasa 3 lengan
(Emmanuel, 2009)
Rangkaian daya Inverter Tiga fasa tiga lengan (Three-leg Inverter)
memiliki enam buah saklar dengan sumber tegangan searah. Pada suatu
inverter jenis Voltage source harus memiliki dua syarat yaitu saklar yang
terletak pada satu lengan tidak boleh konduksi secara bersamaan hingga
menimbulkan arus hubung singkat, serta arus pada sisi AC harus selalu
dijaga kontinuitasnya. (Emmanuel, 2009). Berdasarkan pada kedua syarat
tersebut maka terdapat 23 kondisi (8 kondisi saklra) seperti gambar berikut
ini.
Gambar 2. 15 Konfigurasi saklar inverter 3 fasa 3 lengan
(Emmanuel, 2009)
2.3.3 Filter Harmonisa
Tegangan keluaran DC hasil dari penyearahan diode tidak
sepenuhnya murni berupa tegangan DC. Baik penyearah diode setengah
22
glombang maupun gelombang penuh, keduanya sama-sama
menghasilkan harmonisa. Dimana harmonisa yang terbentuk akan
mengganggu proses kerja dari peralatan elektronik. Oleh karena itu
diperlukan suatu komponen atau rangkaian yang mampu mengurangi atau
mengkompensasi adanya harmonisa tersebut.
Filter adalah suatu rangkaian yang digunakan untuk membuang
tegangan output pada frekuensi tertentu. Filter bekerja dengan cara
memilih sinyal listrik berdasarkan pada frekuensi dari sinyal tersebut.
Filter akan melewatkan gelombang/sinyal listrik pada batasan frekuensi
tertentu sehingga apabila terdapat sinyal/gelombang listrik dengan
frekuensi yang lain (tidak sesuai dengan spesifikasi filter) tidak akan
dilewatkan. Filter harmonisa terbagi menjadi dua jenis yaitu filter aktif
dan filter pasif.
Filter aktif yaitu filter yang menggunakan komponen aktif, biasanya
transistor atau penguat operasi (op-amp). Beberapa kelebihan dari filter
aktif ialah tidak memerlukan penggunaan induktor (L) untuk aplikasi
frekuensi kurang dari 100 kHz, harga relative lebih murah untuk kualitas
yang cukup baik karena tidak memerlukan komponen pasif yang memiliki
harga mahal, penguatan dan frekuensi mudah diatur serta tidak ada
masalah beban karena tahanan masukan tinggi dan tahanan keluaran
rendah.
Filter pasif banyak digunakan untuk mengkompensasi kerugian daya
reaktif akibat adanya harmonisa pada sistem instalasi. Rangkaian filter
pasif terdiri dari komponen R, L, dan C. komponen kapasitor (C) pada
suatu sistem konversi daya dapat berfungsi sebagai penghalus tegangan
dc keluaran dari penyearah. Filter kapasitor bekerja dengan cara
mengurangi nilai harmonisa pada tegangan keluaran DC.
Gambar 2. 16 filter pasif kapasitor (fendy, 2011)
2.4 Modulasi Lebar Pulsa
Pengaturan frekuensi untuk mengendalikan kecepatan motor induksi tiga
fasa dapat diterapkan untuk tegangan dan arus. Hal penting yang mesti
diperhatikan dalam penerapan metode ini ialah harus menghasilkan distorsi
sekecil mungkin. Sinyal PWM pada dasarnya memiliki amplitudo dan frekuensi
yang tetap, namun memiliki lebar pulsa yang bervariasi. Gelombang PWM
23
mampu mengontrol frekuensi dan sudut penyulutan. Salah satu masalah yang
muncul dalam pengontrolan motor induksi ialah tentang Harmonisa. Dalam
sistem PWM, harmonic dapat dikurangi namun tidak mampu dihilangkan secara
total. Frekuensi dan tegangan inverter dikontrol oleh gate dengan inverter
switching. Tegangan keluaran penyearah yang tidak murni DC, maka diperlukan
suatu filter untuk menyerap faktor Ripple.
Pada inverter tipe VVI dan CSI, faktor daya mengalami penurunan mengikuti
kecepatan, sedangkan pada inverter PWM mempunyai faktor daya mendekati
satu pada seluruh tingkat kecepatan. Bentuk gelombang tegangan keluaran
inverter tidak sinusoida murni karena mengandung banyak komponen frekuensi
yang tidak diinginkan. Apabila keluaran inverter tersebut dicatu ke motor AC,
maka komponen tersebut akan menambah kerugian, getaran dan riak pada motor
(Grant dan Seidner, 1981). Harmonik yang muncul dapat dihindari apabila
frekuensi pembawa mempunyai variasi berupa kelipatan dari frekuensi
pemodulasi. PWM Sinkron merupakan teknik modulasi dengan perbandingan
frekuensi pembawa dengan pemodulasi. (Emmanuel, 2009).
Pembuatan PWM berdasarkan pada dua komponen utama yaitu carrier
frequency dan running frequency. Suatu pulsa yang terbentuk dapat diatur
dengan menaikkan dan menurunkan banyaknya carrier frequency yang
diberikan ke sistem serta mengatur target dari running frequency. Perbandingan
antara sinyal referensi dengan sinyal segitiga (carrier) dalam suatu amplitude
tertentu disebut dengan Indeks modulasi. Indeks modulasi dirumuskan :
𝐴
𝑀 = 𝐴𝑟 ........................................................ (2. 30)
𝑐
Dimana :
M = Indeks Modulasi
𝐴𝑟 = amplitudo sinyal referensi
𝐴𝑐 = amplitudo sinyal pembawa
Indeks modulasi yang bernilai antara 0 sampai 1 akan menentukan lebar
pulsa tegangan rata-rata dalam satu periode.
24
Gambar 2. 17 Pembangkitan PWM Sinusoida
Prinsip dasar dari pembangkitn sinyal PWM adalah mengtur lebar pulsa
sesuai dengan pola gelombang sinusoida. Besarnya frekuensi sinyal referensi
akan mempengaruhi frekuensi keluaran dari inverter. Sinyal PWM dapat
dibangkitkan dengan menggunakan 2 buah sinyal sinus (sin(ɷt) dan -sin(ɷt))
serta satu sinyal segitiga. Peningkatan nilai sesaat gelombang referensi maka
akan berpengaruh pada peningkatan tegangan keluaran dan sebaliknya.
2.5 Hasil Penelitian Sebelumnya dengan Jenis Kontroler Lainnya
2.5.1.
Kontroler Jaring Saraf Tiruan (JST)
Berdasarkan pada penelitian yang telah dilakukan
sebelumnya, yang berjudul Strategi Kendali Kecepatan Motor
Induksi menggunakan PWM Inverter Berbasis Jaring Saraf Tiruan
(Kurniawan, 2015), menggunakan metode algoritma jaring saraf
tiruan Backpropagation dari Levenberg-Marquardt yang pada
percobaan diterapkan pada motor induksi dengan daya 4 kW,
Frekuensi 50 Hz, kecepatan 1430 rpm, 2 kutub. Setelah dilakukan
simulasi dan percobaan maka didapat kesimpulan bahwa pengendali
jarang saraf tiruan dapat mengendalikan kecepatan motor dengan
tingkat ketepatan yang tinggi. Nilai kecepatan referensi hampir selalu
sama dengan nilai kecepatan terukur. Kontroler jenis ini juga terbukti
baik ketika diuji dalam kecepatan maupun torsi bervariasi.
2.5.2.
Kontroler PID (Proportional, Integral, Derivatif)
Berdasarkan pada penelitian yang telah dilakukan sebelumnya,
Perencanaan Kontrol PID pada Motor Induksi Berbasis Matlab
Simulink (Hery, 2012), dapat ditarik kesimpulan bahwa pengubahan
konstanta proporsional dimulai dari 0 hingga 5 dengan interval 0.5,
25
sedangkan konstanta integral 2.5 dan konstanta derivatif 0.1
diperoleh garfik yang tidak menunjukkan perubahan secara
signifikan. Hal ini berarti kenaikan putaran yang baik tidak terjadi
putaran konstan ketika putaran yang diinginkan telah tercapai. Begitu
pula ketika simulasi dilakukan pada pengubahan baik konstanta
integral maupun Derivatif , hasil yang ditunjukkan masih relatif
sama yaitu kecepatan konstan sulit tercapai. Simulasi dirasa cukup
menggunakan pengendali PI karena jika digunakan konstanta
derivative menunjukkan respon yang tidak bagus.
2.5.3.
Kontroler Logika Fuzzy
Berdasarkan pada peenelitian yang telah dilakukan sebelumnya,
Pengaturan Kecepatan Motor Induksi Tiga Fasa menggunakan
Logika Fuzzy (Husnawan, 2008) yang diterapkan pada motor induksi
tiga fasa 460V, 60 Hz, 1760 rpm, 50 HP, 4 kutub pada beban
bervariasi dengan kecepatan tetap 120 rad/sec menghasilkan settling
time 1.5 detik dan steady state error 0,003%. Penulis juga
menyimpulkan bahwa pengendali fuzzy memiliki respon waktu yang
lebih baik dari kontroler PI serta pengendali fuzzy dapat menangani
steady state error pada perubahan variable yang mendadak. Fungsi
kanggotaan fuzzy mempengaruhi kestabilan dari pengendali.
26
“Halaman ini sengaja dikosongkan”
BAB III
METODE PENELITIAN
Metode penelitian adalah suatu proses dalam penulisan ilmiah yang
bertujuan untuk membuat suatu kerangka dasar penyelesaian terhadap permasalahan
yang diteliti dimana berisi langkah-langkah yang akan dijalankan untuk
menyelesaikan penelitian tersebut. di dalam penulisan tugas akhir ini metode yang
digunakan ialah analisa. Dimana dilakukan analisa berdasarkan hasil simulasi model
sistem motor induksi 3 fasa dengan logika fuzzy menggunakan software Matlab.
metode penelitian dalam penulisan tugas akhir ini secara umum akan dibagi menjadi
beberapa tahap yaitu :
3.1
Perumusan Masalah
Pada tahap ini dilakukan pengidentifikasian masalah dari suatu kasus yang
akan menjadi objek penelitian. Penyusunan latar belakang, rumusan
masalah dan batasan masalah dilakukan agar penulisan lebih terfokus dan
mencapai hasil yang diinginkan.
3.2
Studi Literatur
Setelah tahap perumusan masalah, tahap selanjutnya ialah studi literatur.
Studi literatur adalah suatu cara untuk menyelesaikan suatu permasalahan
dengan mencari/menelusuri referensi teori yang relevan serta sumbersumber tulisan yang pernah dibuat sebelumnya.
3.3
Pengumpulan Data
Pengumpulan data bertujuan untuk memperoleh informasi yang dibutuhkan
guna mencapai tujuan dari penelitian. Data-data tersebut berfungsi untuk
membuktikan hipotesis secara empiris. Variable-variabel yang terdapat
dalam suatu hipotesa akan berpengaruh pada proses pengumpulan data.
3.4
Pemodelan dan Simulasi Motor Induksi
Pada tahap ini, dilakukan pemodelan matematik Motor induksi yang
diperoleh melalui proses analisa dinamik motor induksi. Setelah itu,
simulasi motor induksi dan konverternya dilakukan menggunakan program
Simulink Matlab.
3.5
Pemodelan Kontrol Logika Fuzzy
Pada tahap ini dilakukan pembuatan model sistem kontroler logika fuzzy.
Dalam melakukan perancangan kontrol logika fuzzy, semua komponen
dalam proses fuzzy harus telah dilakukan yang meliputi Fuzzifikasi, basis
aturan fuzzy serta defuzzifikasi. Perancangan kontroler fuzzy dilakukan
melalui program Matlab. Setelah pemodelan kontroler fuzzy telah selesai
dilakukan untuk selanjutnya ialah menggabungkannya dengan pemodelan
motor induksi 3 fasa yang telah dilakukan sebelumnya. Simulasi dilakukan
sampai didapatkan nilai error terkecil dengan respon waktu terbaik
27
28
3.6
Analisa Data
Setelah dilakukan simulasi yang meliputi kontroler logika fuzzy dan motor
induksi, maka tahap selanjutnya ialah melakukan analisa data dari hasil
simulasi. Analisa data merupakan suatu proses untuk memeriksa, mengolah
dan mengkonversi data hasil percobaan menjadi informasi yang dapat
digunakan untuk mengambil kesimpulan yang tepat. Analisa data dilakukan
berdasarkan pada hipotesa dan perumusan masalah. Dalam hal ini akan
dianalisa pengaturan kecepatan motor induksi menggunakan kontroler
fuzzy
3.7
Kesimpulan dan Saran
Berdasarkan dari data hasil percobaan dan analisa data, maka dapat ditarik
kesimpulan akhir dari penelitian ini. Kesimpulan yang baik minimal harus
dapat menjawab permasalahan pokok seperti yang telah diidentifikasikan di
awal. Beberapa kekurangan dan permasalahan yang muncul dari hasil
percobaan akan menjadi dasar penyusunan saran. Saran bertujuan agar
penelitian yang telah dilakukan bisa dikembangkan lebih baik lagi.
29
Mulai
Perumusan
masalah
Studi Literatur
Pengumpulan
data
Pemodelan
Motor 3 Fasa
Simulasi Motor 3
Fasa (Simulink )
Tidak
Hasil
mendekati
sistem real ?
Ya
A
30
A
Menyusun
kontroler
Tidak
Respon hasil
kontrol sesuai
target ?
Ya
Analisa Data
Kesimpulan
Selesai
Gambar 3. 1 Diagram Alir Metode Penelitian
BAB IV
ANALISA DATA
4.1 Perancangan Sistem
Target yang diinginkan dalam perancangan sistem ini ialah :



Overshoot ≤ 0.5%
Settling Time ≤ 5 detik
Steady state error ≤ 2.7%
Pada penulisan tugas akhir ini, pemodelan dan pengujian (Simulasi)
dilakukan dengan menggunakan program Simulink MATLAB. MATLAB
(Matrix Laboratory) mampu mensimulasikan perhitungan matematis termasuk
didalamnya terdapat Fuzzy Logic Toolbox.
4.1.1 Parameter motor induksi
Tabel 4. 1 Parameter Input Motor pada Simulink
Spesification Power
Motor Speed
Voltage
Pole Pair
Frequency
Stator Resitance (Rs)
Parameter
Stator Inductance (Lls)
Rotor Resistance (Rr)
Rotor Inductance (Llr)
Mutual Inductance (M)
Inersia moment
Constant
160
1487
400
2
50
1.37e-2
0.152
7.72e-3
0.152
7.69e-3
2.9
kW
Rpm
V
Hz
Ω
mH
Ω
mH
H
Kg.m2
Masukan (Input) dalam sistem ini adalah Kecepatan dan Torsi Referensi pada
motor induksi tiga fasa. Adapun spesifikasi motor induksi yang dipakai ialah
sebagai berikut : Daya 160 kW, tegangan 400 V, 4 buah kutub, 50 Hz, dengan
putaran 1487 rpm. Motor yang digunakan adalah motor jenis motor rotor
sangkar tupai (squirell cage)
PWM Inverter menggunakan sebuah Universal Bridge Block yang berupa IGBT
Inverter, untuk mengendalikan pasokan arus ke motor induksi tiga fasa.
Kecepatan medan putar pada stator
𝑁𝑆 =
120 𝑓
𝑃
=
120 𝑥 50
4
= 1500 rpm
31
32
Slip pada motor induksi
𝑆=
𝑁𝑠 − 𝑁𝑟 1500 − 1487
=
= 0.008 = 0.8%
𝑁𝑠
1500
Frekuensi rotor
𝑓 ′ = 𝑆. 𝑓 = 0.008 𝑥 50 = 0.4 𝐻𝑧.
Beban motor dapat dihitung menggunakan persamaan berikut ini, dimana ɷ
adalah kecepatan sudut dari motor.
𝑇 = 𝑘. 𝜔2
Nominal Torsi dari motor ialah
𝑇𝑛 =
𝑃
160000
=
= 1026 𝑁𝑚
𝜔
156
Maka nilai dari konstanta k adalah
𝑘=
𝑇𝑛
1026
=
= 0.0421
2
𝜔
1562
Tegangan searah (DC) hasil rektifikasi akan diubah kembali ke dalam bentuk
tegangan dengan gelombang bolak-balik (AC) dengan frekuensi tertentu.
Formula yang digunakan untuk membangkitkan pulsa PWM ialah sebagai
berikut :
𝑉𝐿𝐿−𝑟𝑚𝑠 =
𝑚 √3
𝑥
𝑥 𝑉𝐷𝐶 = 𝑚 𝑥 0.612 𝑥 𝑉𝐷𝐶
2 √2
Dimana :
VLLrms = tegangan nominal motor induksi
m
= faktor modulasi yang dihasilkan tegangan keluaran lineline
maka besarnya tegangan searah (DC) yang dibutuhkan ialah sebagai berikut :
𝑉𝐷𝐶 =
𝑉𝐿𝐿−𝑟𝑚𝑠
𝑚 𝑥 0.612
=
400
0.9 𝑥 0.612
= 726 V
Setelah dilakukan perhitungan mengenai torsi dan tegangan, maka selajutnya
dilakukan pemodelan motor beserta rangkaian konverternya. Konverter terdiri
dari Rectifier dan Inverter IGBT. Rectifier berfungsi untuk mengubah tegangan
sumber bolak-balik (AC) menjadi tegangan searah (DC), sedangkan Inverter
berperan dalam mengubah kembali tegangan dc menjadi tegangan bolak-balik
(AC). Diantara Rectifier dan Inverter dipasang sebuah kapasitor (DC Link)
33
yang berperan dalam memperhalus/menstabilkan gelombang tegangan keluaran
DC.
Gambar 4. 1 Blok Motor Induksi 3 fasa
Pada Simulink MATLAB terdapat dua macam motor induksi yaitu motor
induksi dengan rotor sangkar tupai dan motor induksi dengan rotor belitan.
Kedua macam jenis rotor tersebut memiliki teknik pengaturan putaran yang
berbeda-beda. Nampak dari gambar 4.1 pada bagian rotornya tidak terdapat
sambungan terminal apapun. Hal ini bersesuaian dengan prinsipnya bahwa pada
rotor sangkar tupai tidak terdapat rangkaian/sambungan apapun yang terhubung
ke luar. Berbeda dengan rotor belitan, pada bagian rotornya terdapat sambungan
terminal yang bisa dihubungkan dengan rangkaian dari luar.
Input referensi dari motor induksi berupa torsi mekanik ‘Tm’ dan tiga buah
terminal fasa a,b,c. Torsi mekanik berkaitan dengan torsi beban yang harus
dihadapi motor sedangkan terminal a,b,c berfungsi sebagai sambungan ke
sumber daya listrik tiga fasa.
4.1.2 Penyusunan rangkaian konverter
Pengaturan putaran motor induksi terbilang lebih sulit daripada pengaturan
putaran pada motor arus searah. Pada motor induksi tiga fasa rotor sangkar tupai
ini, pengaturan putaran dilakukan melalui pengaturan frekuensi yang masuk ke
kumparan stator. Setidaknya terdapat tiga komponen utama dalam rangkaian
konverter yang digunakan pada pengaturan motor induksi ini yaitu Dioda, Filter
pasif dan inverter.
Dalam pengaturan putaran motor induksi tiga fasa, pengaturan frekuensi
yang masuk ke motor akan lebih mudah dilakukan pada sumber tegangan searah
(DC). Pada beberapa kondisi tertentu, tidak memungkinkan suplai daya
menggunakan tegangan searah, sehingga penggunaan sumber listrik tiga fasa
tidak dapat dihindari. Apabila demikian, maka diperlukan suatu penyearah
(Dioda) yang berfungsi untuk menyearahkan tegangan bolak-balik.
Tegangan searah hasil rektifikasi oleh diode tidak sepenuhnya murni berupa
tegangan dc namun masih terdapat komponen riak (ripple). Riak yang muncul
dapat merusak sistem. Oleh karena itu, tegangan searah akan melewati rangkaian
filter pasif yang berupa Kapasitor. Kapasitor disini berfungsi untuk
34
menghasilkan gelombang DC sehingga mengurangi riak. Besarnya kapasistansi
kapasitor memiliki pengaruh dalam menghasilkan gelombang DC yang lebih
smooth .
Apabila tegangan searah memiliki riak yang kecil maka selanjutnya akan
masuk ke komponen inverter. Inverter berperan dalam mengubah kembali
tegangan searah menjadi tegangan bolak-balik dengan frekuensi sesuai
kebutuhan. Saklar pada lengan yang sama akan melakukan switching secara
bergantian. Ada bebarapa macam inverter diantara IGBT, MOSFET dsb. Dalam
penelitian ini digunakan inverter jenis IGBT.untuk memunculkan komponen
konverter dalam Simulink, dapat menggunakan Universal Bridge Block.
Gambar 4. 2 Rangkaian Konverter
Setelah penentuan parameter motor induksi dan penyusunan rangkaian
konverter, maka tahap selanjutnya ialah menyusun rangkaian total. kecepatan
referensi yang digunakan pada model ini ialah konstan yang merupakan
kecepatan masukan. Sedangkan torsi referensi memberikan referensi nilai beban
torsi kepada pengendali fuzzy. Power converter yang digunakan dalam model
ini ialah inverter IGBT dan Dioda. Tegangan searah DC yang diperlukan sebesar
726 V.
Prinsip kerja dari sistem ini ialah ketika nilai kecepatan setpoint kita
masukkan pada sistem, maka sensor kecepatan akan membaca setiap kecepatan
aktual pada motor, kemudian mengirimkannya kepada pengendali sebagai data
feedback. Dari data feedback tersebut akan menjadi pertimbangan kontroler
dalam mengambil aksi kontrol. Proses ini berjalan terus sampai sistem mencapai
stabil sesuai dengan target yang ditentukan. Blok “Scope” digunakan untuk
memvisualisasikan sinyal keluaran dari arus, tegangan, torsi dan kecepatan
motor. Sedangkan blok “display” digunakan untuk menampilkan nilai dari suatu
proses yang berjalan.
4.2 Perancangan Pengendali Logika Fuzzy
4.2.1 Struktur penyusun pengendali logika fuzzy
Pengendali Logika Fuzzy (Fuzzy Logic Controller) memiliki karakteristik
menggabungkan aspek pendefinisian himpunan fuzzy dengan aspek logika fuzzy.
35
Sehingga didapat suatu sistem yang handal yang dapat merepresentasikan
bagaimana cara kerja operator manusia dengan prosedur perancangan tertentu.
Pengendali jenis ini memiliki fleksibilitas yang cukup tinggi dalam menangani
berbagai plant.
Kaidah kontroler logika fuzzy merupakan sekumpulan aturan logika “IFTHEN” yang merupakan dasar terpenting dari relasi fuzzy. Aturan dasar disusun
dari himpunan aturan linguistic yang diperoleh dengan berdasarkan pengalaman
“Human Expert” dan menggunakan algoritma pelatihan.
Dalam menyusun sistem fuzzy dengan fuzzy logic toolbox harus dilakukan
proses editing yang terdiri dari : penentuan jumlah input/output, klasifikasi
input/output, jenis membership function untuk masukan dan keluaran, menyusun
aturan (rules), metode dalam defuzzifikasi dan lain sebagainya. Perancangan
sistem pengendali fuzzy dilakukan dalam beberapa tahapan. Selanjutnya akan
ditampilkan langkah pembuatan sistem logika fuzzy dengan metode Mamdani.
Tahap Pertama
a) Menentukan masukan dan keluaran dalam sistem logika fuzzy. Pada
penelitian ini ditentukan bahwa input fuzzy adalah nilai eror (e) dan
perubahan eror (de). Nilai kesalahan (error) diperoleh dari nilai kecepatan
referensi (setpoint) dikurangi dengan nilai kecepatan aktual keluaran yang
terukur pada motor induksi. Sedangkan nilai perubahan error diperoleh
dengan cara eror saat ini dikurangi dengan eror sebelumnya. Keluaran
sistem logika fuzzy berupa nilai torsi referensi (Te) Sedangkan untuk
keluaran dari sistem kendali ialah berupa sinyal kontrol untuk mengatur
switching IGBT inverter.
b) Menentukan jenis fungsi keanggotaan fuzzy. Dalam penelitian ini
ditentukan jenis segitiga dan trapezium.
c) Menyusun konfigurasi himpunan fuzzy untuk nilai masukan dan keluaran
berdasarkan data pelatihan yang telah dilakukan.
Data masukan direncanakan dibagi kedalam tujuh kelompok keanggotaan
fuzzy sedangkan data keluaran dibagi ke dalam sembilan kelompok. Batasan
tiap keanggotaan ditentukan dengan cara coba-coba. Berikut adalah data fuzzy
set fungsi keanggotaan :
36
Tabel 4. 2 Pembagian Keanggotaan Nilai Error Putaran
Notasi
NB
NM
NS
ZE
PS
PM
PB
Definisi
Negative big
Negative medium
Negative small
Zero
Positive small
Positif medium
Positif big
Params
[-200 -200 -180 -100]
[-200 -100 -40]
[-100 -40 0]
[-40 0 40]
[0 40 100 ]
[40 100 200]
[100 180 200 200 ]
Tabel 4. 3 Pembagian Keanggotaan Nilai Perubahan Error
Notasi
NB
NM
NS
ZE
PS
PM
PB
Definisi
Negative big
Negative medium
Negative small
Zero
Positive small
Positif medium
Positif big
Params
[-20 -20 -18 -10]
[-20 -10 -4]
[-10 -4 0 ]
[-4 0 4]
[0 4 10]
[4 10 20]
[10 18 20 20 ]
Tabel 4. 4 Pembagian Keanggotaan Nilai Keluaran
Notasi
NB
NM
NS
NVS
ZE
PVS
PS
PM
PB
Definisi
Negative big
Negative medium
Negative small
Negative Very Small
Zero
Positive Very Small
Positive small
Positif medium
Positif big
Params
[-2500 -2500 -2250 -1250]
[-2500 – 1250 -500]
[-1250 -500 0]
[-750 -250 0 ]
[-500 0 500 ]
[0 250 750 ]
[0 500 1250]
[500 1250 2500]
[1250 2250 2500 2500]
Tahap Kedua
Setelah data masukan dan keluaran dikelompokkan dalam bahasa linguistik
fuzzy, maka tahap selanjutnya ialah menyusun sistem fuzzy pada Fuzzy
Inference System Editor yang terdapat pada Matlab 2009.
37
Untuk memulai tahap ini bisa dilakukan dengan cara mengetik “Fuzzy” pada
command line. Setelah itu akan muncul tampilan seperti gambar dibawah ini. Di
dalam FIS Editor ini, kita bisa melakukan penyusunan sistem fuzzy yang akan
digunakan.
Gambar 4. 3 FIS Editor
Dari gambar 4.3 tersebut diatas, dapat dilihat bahwa input sistem fuzzy berupa
eror putaran (Qe) , perubahan eror (dQe) serta output berupa aksi kontrol (Te).
Sistem fuzzy ini menggunakan metode Mamdani. Sedangkan pada tahap
Defuzzifikasi menggunakan metode defuzzifikasi centroid.
Gambar 4. 4 Grafik fungsi keanggotaan input (error)
38
Data nilai keanggotaan masukan dan keluaran yang telah disusun sebelumnya,
kemudian dimasukkan ke dalam sistem fuzzy ini menggunakan menu
“Membership Function Editor (MF Editor). Didalam menu ini, proses
penginputan data seperti rentang nilai, parameter fungsi kenaggotaan, serta
penentuan jenis membership function bisa dilakukan.
Range menyatakan batasan nilai terbesar dan terkecil dari suatu variabel.
Sedangkan params menyatakan batasan-batasan nilai pada masing-masing
grafik membership function.
Gambar 4. 5 Grafik Fungsi Keanggotaan Output
Terdapat dua tipe grafik fungsi keanggotaan yang paling banyak digunakan yaitu
tipe segitiga (Triangular) dan tipe trapezium (Trapezoidal). Pada grafik segitiga
memiliki nilai params tiga buah sedangkan pada grafik trapezium memilki nilai
params empat.
Tahap Ketiga
Setelah dilakukan penyusunan membership function maka tahap
selanjutnya ialah menyusun dasar aturan (rule base). Rule base merupakan
komponen terpenting dalam sistem fuzzy. Aturan-aturan tersebut menentukan
keputusan yang akan diambil oleh sistem fuzzy. Semakin baik aturan yang
disusun maka akan menghasilkan nilai keluaran yang baik pula.
Fuzzy Rule Base pada intinya berisi kumpulan aturan-aturan “IF-THEN”
yang merupakan dasar dari relasi fuzzy. Aturan tersebut dibangun berdasarkan
pengalaman dan pengataman terhadap respon dinamik sistem. Aturan yang
dibuat disusun berdasarkan tujuan dari pengendalian yaitu memutar motor untuk
39
mendapatkan torsi kecepatan tertentu. Karena fungsi keanggotaan masingmasing masukan terdapat tujuh maka aturan pengendalian dibuat 49 aturan (7 x
7). Berikut ialah contoh aturan (rule base) penyusun sistem fuzzy dalam
penelitian ini :
IF (Qe adalah NB dan Perubahan Qe adalah NB) THAN keluaran adalah NB
IF (Qe adalah NB dan Perubahan Qe adalah NM) THAN keluaran adalah NB
IF (Qe adalah NB dan Perubahan Qe adalah NS) THAN keluaran adalah NB
IF (Qe adalah NB dan Perubahan Qe adalah ZE) THAN keluaran adalah NM
IF (Qe adalah NB dan Perubahan Qe adalah PS) THAN keluaran adalah NS
IF (Qe adalah NB dan Perubahan Qe adalah PM) THAN keluaran adalah PVS
IF (Qe adalah NB dan Perubahan Qe adalah PB) THAN keluaran adalah ZE
IF (Qe adalah NM dan Perubahan Qe adalah NB) THAN keluaran adalah NB
IF (Qe adalah NM dan Perubahan Qe adalah NM) THAN keluaran adalah NB
IF (Qe adalah NM dan Perubahan Qe adalah NS) THAN keluaran adalah NM
IF (Qe adalah NM dan Perubahan Qe adalah ZE) THAN keluaran adalah NS
IF (Qe adalah NM dan Perubahan Qe adalah PS) THAN keluaran adalah NVS
........
IF (Qe adalah PB dan Perubahan Qe adalah PB) THAN keluaran adalah PB
Dari keseluruhan aturan tersebut jika dibuat sebuah tabel sederhana maka
sebagai berikut pada tabel 4.5. aturan dasar disusun sebanyak 49 buah agar
segala kejadian yang mungkin terjadi pada sistem dapat diatasi oleh pengendali
logika fuzzy ini.
40
Tabel 4. 5 Relasi Aturan Fuzzy
e/∆e
NB
NM
NS
ZE
PS
PM
PB
NB
NB
NB
NB
NM
NS
NVS
ZE
NM
NB
NB
NM
NS
NVS
ZE
PVS
NS
NB
NM
NS
NVS
ZE
PVS
PS
ZE
NM
NS
NVS
ZE
PVS
PS
PM
PS
NS
NVS
ZE
PVS
PS
PM
PB
PM
NVS
ZE
PVS
PS
PM
PB
PB
PB
ZE
PVS
PS
PM
PB
PB
PB
Penyusunan aturan dasar fuzzy bisa dilakukan pada menu Rules Editor seperti berikut
ini.
Gambar 4. 6 Tampilan Rule Editor
Dari penyuunan aturan dasar fuzzy tersebut diatas, maka akan didapat grafik Surface
Viewer yang menunjukkan hubungan keterkaitan antara input dengan output. Dari
grafik surface tersebut dibawah ini dapat dilihat apabila nilai error berada pada ZE (40 0 40) sedangkan nilai perubahan eror berada pada PS ( 0 4 10) maka nilai torsi
referensi keluaran berada pada daerah PVS (0 250 750)
41
Gambar 4. 7 Surface Viewer
4.2.2 Struktur Penyusun Kendali Vektor
a. Perhitungan Fluks
Gambar 4. 8 Blok Diagram Fluks
Pada tahap ini, akan dihitung nilai dari fluks. Pada blok diagram tersebut diatas,
diperlukan nilai arus sumbu d dan nilai dari mutual inductance Lm. Nilai fluks
dihitung berdasarkan diferensial dari perkalian antara arus sumbu d dengan
Induktansi motor.
b. Konversi Arus motor kedalam koordinat dq
Gambar 4. 9 Blok Diagram Konversi Arus
Arus keluaran motor yang memiliki koordinat abc dikonversi kedalam arus
sumbu dq. Dalam proses konversi tersebut membutuhkan komponen teta atau sudut
fasa. Konversi ini menggunakan persamaan matriks. Besarnya sudut fasa akan
dipengaruhi oleh fluks rotor dan putaran aktual pada motor.
42
c. Perhitungan teta (Ɵ)
Gambar 4. 10 Blok Diagram Sudut Fasa
Nilai dari sudut fasa diperlukan pada tahap konversi arus abc kedalam arus dq.
Untuk menghitung besarnya nilai teta diperlukan tiga komponen yaitu arus q, fluks
rotor, serta putaran motor. Teta merupakan integral dari penjumlahan putaran
mekanik rotor dengan frekuensi rotor.
d. Perhitungan arus d referensi
Gambar 4. 11 Blok Diagram Arus d Referensi
Besarnya nilai arus d referensi akan bergantung pada nilai fluks dan induktansi
motor. Nilai induktansi motor diperoleh dari data parameter motor induksi. Sehingga
Nilai dari KF ialah 1/7.69e-3
e. Perhitungan arus q referensi
Gambar 4. 12 Blok Diagram Arus q Referensi
Nilai dari arus q ini akan bergantung pada besarnya fluks rotor dan torsi
referensi. Dalam sistem ini, torsi referensi merupakan keluaran dari pengendali fuzzy.
Sehingga besarnya nilai torsi ini akan bergantung dari kinerja pengendali. Oleh
karena itu, nilai dari arus q dapat diatur. Sedangkan besarnya niai fluks akan
bergantung pada arus d.
43
f. Konversi arus abc kedalam arus sumbu dq
Gambar 4. 13 Blok Diagram Konversi Arus
Pada dasarnya sistem vektor kontrol dilakukan dengan menghitung arus dq
untuk menentukan besarnya fluks dan sudut fasa pada motor. Ketika perhitungan
tersebut telah selesai dilakukan maka nilai arus dq yang diperoleh harus dikonversi
kembali kedalam koordinat tiga fasa abc, hal ini dikarenakan motor induksi tidak
dapat dikendalikan melalui arus sumbu orthogonal dq. Proses konversi membutuhkan
nilai sudut fasa dan dilakukan melalui persamaan matriks.
g. Regulator Arus
Gambar 4. 14 Blok Diagram Regulator Arus
Pada proses ini akan dijumlahkan antara arus perhitungan dengan arus aktual
pada motor. Besarnya nilai arus akan dibatasi oleh arus Hysteresis Band. hasil
perpotongan antara kurva arus motor dengan kurva Hysteresis Band akan
menentukan kinerja on/off dari relay. Keluaran dari regulator arus ini akan dihasilkan
enam buah pulsa yang nantinya digunakan untuk mengatur gate pada inverter IGBT.
4.3
Hasil Simulasi dan Pengujian Respon
pada pengujian dan simulasi ini dilakukan kedalam dua bagian yaitu yang
pertama simulasi dan pengujian pada variasi putaran, sedangkan yang kedua simulasi
dan pengujian pada variasi beban. Dari hasil pengujian akan diamati grafik respon
waktu dan torsi elektromagnetik pada motor.. pengujian dan simulasi dilakukan
selama 3 – 5 detik.
44
4.3.1 Simulasi dan pengujian pada variasi putaran
a. Simulasi dan pengujian pada putaran 30 rad/s
Gambar 4. 15 Respon waktu pada putaran 30 rad/s
Gambar 4. 16 Torsi motor pada putaran 30 rad/s
45
Pada simulasi kali ini, pengujian dilakukan dengan memberi beban
konstan sebesar 300 N.m pada motor induksi. Sedangkan putaran diatur
bervariasi mulai dari 30 rad/s sampai 150 rad/s. pengujian dilakukan selama
3 detik. Respon sistem yang akan diamati ialah kesalahan (error), waktu naik
(rise time), waktu tetap (settling time) dan overshoot. Torsi dari motor juga
akan menjadi bahan pengamatan.
Dari hasil simulasi yang dilakukan selama 3 detik, dimana kecepatan
referensi yang digunakan sebesar 30 rad/s dan dengan torsi beban sebesar
300 N.m maka didapat respon sistem bahwa tidak terjadi overshoot, waktu
naik yang diperlukan sebesar Tr 0.22 detik, dengan waktu tetap sebesar Ts
0.3 detik serta steady-state error yang terjadi sebesar 1.6 % . Pada saat start
torsi hampir mencapai maksimum, kemudian terjadi penurunan selama
bertahap mulai pada 0.11 detik hingga nilai akhirnya mencapai stabil sekitar
300 N.m sesuai dengan beban yang diberikan. Penurunan torsi seiring dengan
kecepatan aktual mendekati kestabilan. Tegangan mulai stabil setelah 0.2
detik dengan nilai sebesar 535 V.
b. Simulasi dan Pengujian pada putaran 70 rad/s
Gambar 4. 17 Respon waktu pada putaran 70 rad/s
46
Gambar 4. 18 Torsi motor pada putaran 70 rad/s
Dari hasil simulasi yang dilakukan selama 3 detik, dimana kecepatan
referensi yang digunakan sebesar 70 rad/s dan dengan torsi beban sebesar
300 N.m maka didapat respon sistem bahwa terjadi tanpa overshoot, waktu
naik yang diperlukan sebesar Tr 0.35 detik, dengan waktu tetap sebesar Ts
0.435 detik serta memiliki nilai kesalahan sebesar 0,48. Apabila nilai
kesalahan ini dinyatakan dalam prosentase steady-state error maka nilainya
sebesar 0.68 % .
Pada saat awal start, torsi hampir mencapai maksimum yaitu kurang
lebih 1000 N.m, kemudian mulai terjadi penurunan pada waktu 0.11 detik
hingga nilai akhirnya mencapai stabil yaitu sebesar 300 N.m sesuai dengan
beban yang diberikan. Penurunan torsi seiring dengan kecepatan aktual
bergerak mendekati kestabilan.
47
c. Simulasi dan Pengujian pada putaran 110 rad/s
Gambar 4. 19 Respon waktu pada putaran 110 rad/s
Gambar 4. 20 Torsi motor pada putaran 110 rad/s
Dari hasil simulasi yang dilakukan selama 3 detik, dimana kecepatan
referensi yang digunakan sebesar 110 rad/s dan dengan torsi beban sebesar
300 N.m maka didapat respon sistem bahwa terjadi tanpa overshoot, waktu
naik yang diperlukan sebesar Tr 0.53 detik, dengan waktu tetap sebesar Ts
0.6 detik serta memiliki nilai kesalahan sebesar 0,5. Apabila nilai kesalahan
48
ini dinyatakan dalam prosentase steady-state error maka nilainya sebesar
0.45 % .
Pada saat awal start, torsi hampir mencapai maksimum yaitu kurang
lebih 1000 N.m, kemudian mulai terjadi penurunan pada waktu 0.44 detik
hingga nilai akhirnya mencapai stabil yaitu sebesar 300 N.m sesuai dengan
beban yang diberikan. Penurunan torsi seiring dengan kecepatan aktual
bergerak mendekati kestabilan.
d. Simulasi dan Pengujian pada Putaran 150 rad/s
Gambar 4. 21 Respon waktu pada putaran 150 rad/s
Gambar 4. 22 Torsi motor pada putaran 150 rad/s
49
`
Dari hasil simulasi yang dilakukan selama 3 detik, dimana kecepatan
referensi yang digunakan sebesar 150 rad/s dan dengan torsi beban sebesar
300 N.m maka didapat respon sistem bahwa terjadi tanpa overshoot, waktu
naik yang diperlukan sebesar Tr 0.65 detik, dengan waktu tetap sebesar Ts
0.72 detik serta memiliki nilai kesalahan sebesar 0,5. Apabila nilai kesalahan
ini dinyatakan dalam prosentase steady-state error maka nilainya sebesar
0.45 % .
Pada saat awal start, torsi hampir mencapai maksimum yaitu kurang
lebih 1000 N.m, kemudian mulai terjadi penurunan pada waktu 0.44 detik
hingga nilai akhirnya mencapai stabil yaitu sebesar 300 N.m sesuai dengan
beban yang diberikan. Penurunan torsi seiring dengan kecepatan aktual
bergerak mendekati kestabilan
Gambar 4. 23 Grafik putaran terhadap respon waktu
Dari hasil pengujian yang dilakukan pada putaran 30 hingga 150
rad/s dengan beban tetap 300 N.m maka didapat hasil respon waktu seperti
grafik tersebut diatas. Grafik tersebut diatas menyatakan hubungan antara
putaran dengan respon waktu hasil pengontrolan. Terdapat dua parameter
dari respon waktu yang diamati yaitu waktu naik (Rise Time) dan waktu tetap
(Settling Time). Kedua respon waktu tersebut baik waktu naik maupun waktu
tetap mengalami kenaikan seiring dengan kenaikan putaran pada motor.
Artinya semakin besar putaran yang bekerja pada motor induksi tiga fasa,
maka waktu naik dan waktu tetapnya juga akan semakin bertambah. Hal ini
dapat terjadi dikarenakan semakin besar putaran yang bekerja pada motor,
50
maka pengendali vektor berbasis fuzzy juga memerlukan waktu yang lebih
besar agar nilai keluaran yang dihasilkan mendekati dengan nilai setpoint.
Jeda waktu antara waktu naik dengan waktu tetap yang relatif sama yaitu
kurang lebih sebesar 0.1 detik.
Gambar 4. 24 Grafik Putaran terhadap nilai error
Dari grafik tersebut diatas dapat diamati mengenai hubungan antara
putaran motor dengan nilai kesalahan (error). Pada pengujian dengan putaran
sebesar 30 rad/s dan torsi 300 N.m dihasilkan error putaran sebesar 1.6%.
nilai error ini merupakan nilai yang terbesar dari pengujian yang dilakukan.
Pada putaran dibawah 30 rad/s memiliki eror yang lebih besar 1.6%. semakin
besar putaran pada motor, maka prosentase steady state error akan semakin
kecil. Pada pengujian dengan putaran tinggi sebesar 150 rad/s dihasilkan
steady state error yang kecil yaitu 0.33%. walaupun prosentase steady state
error semakin kecil seiring dengan kenaikan putaran, namun dari pengujian
dihasilkan nilai kesalahan yang relatif sama pada masing-masing variasi
putaran yaitu sebesar 0,48 – 0,5. Sehingga dari data pengujian menunjukkan
bahwa putaran tidak terlalu memiliki pengaruh yang signifikan terhadap
akurasi pengontrolan, selama beban torsi yang bekerja masih sama.
51
4.3.2 Simulasi dan Pengujian dengan variasi beban
a. Simulasi dan Pengujian pada beban nol
Gambar 4. 25 Respon Waktu pada beban nol
Gambar 4. 26 Torsi motor pada beban nol
Pada simulasi kali ini, pengujian dilakukan dengan memberi putaran
konstan sebesar 120 rad/s pada motor induksi. Sedangkan beban torsi diatur
bervariasi mulai dari nol hingga 900 N.m. pengujian dilakukan selama 3
52
detik. Respon sistem yang akan diamati ialah kesalahan (error), waktu naik
(rise time), waktu tetap (settling time) dan overshoot. Torsi dari motor juga
akan menjadi bahan pengamatan.
Dari hasil simulasi yang dilakukan selama 3 detik, dimana kecepatan
referensi yang digunakan sebesar 120 rad/s dan simulasi dilakukan dengan
tanpa beban. maka didapat respon sistem bahwa terjadi tanpa overshoot,
waktu naik yang diperlukan ialah sebesar Tr 0.37 detik, dengan waktu tetap
sebesar Ts 0.45 detik serta tidak memiliki nilai kesalahan atau dapat
dikatakan sesuai dengan kecepatan referensi.
Pada saat awal start, torsi mencapai maksimum yaitu kurang lebih 1000
N.m, namun hanya berlangsung sekitar 0.335 detik setelah itu nilai perlahan
mengalami penurunan secara bertahap hingga akhirnya mencapai stabil yaitu
sebesar 20 N.m. Penurunan torsi seiring dengan kecepatan aktual bergerak
mendekati kestabilan.
b. Simulasi dan Pengujian pada beban 300 N.m
Gambar 4. 27 Respon waktu pada beban 300 N.m
Dari hasil simulasi yang dilakukan selama 3 detik, dimana kecepatan
referensi yang digunakan sebesar 120 rad/s dan simulasi dilakukan dengan
beban 300 N.m. maka didapat respon sistem bahwa terjadi tanpa overshoot,
waktu naik yang diperlukan ialah sebesar Tr 0.59 detik, dengan waktu tetap
sebesar Ts 0.66 detik serta memiliki nilai kesalahan sebesar 0.5 sehingga
kecepatan aktualnya bernilai 119.5 rad/s. atau dapat dikatakan bahwa steady
state error sebesar 0.417%.
53
Gambar 4. 28 Torsi motor pada beban 300 N.m
Pada saat awal start, torsi mencapai maksimum yaitu kurang lebih
1000 N.m, namun hanya berlangsung sekitar 0.5 detik setelah itu nilai torsi
perlahan mengalami penurunan secara bertahap hingga akhirnya mencapai
torsi nominalnya yaitu sebesar 316 N.m. Penurunan torsi ini terjadi seiring
dengan kecepatan aktual bergerak mendekati nilai kestabilan
c. Simulasi dan Pengujian pada beban 600 N.m
Gambar 4. 29 Respon waktu pada beban 600 N.m
54
Gambar 4. 30 Torsi motor pada beban 600 N.m
Dari hasil simulasi yang dilakukan selama 3 detik, dimana kecepatan
referensi yang digunakan sebesar 120 rad/s dan simulasi dilakukan dengan
beban 600 N.m. maka didapat respon sistem bahwa terjadi tanpa overshoot,
waktu naik yang diperlukan ialah sebesar Tr 0.9 detik, dengan waktu tetap
sebesar Ts 1 detik serta memiliki nilai kesalahan sebesar 1.1 sehingga
kecepatan aktualnya bernilai 118.9 rad/s. atau dapat dikatakan bahwa steady
state error sebesar 0.91%.
Pada saat awal start, torsi mencapai maksimum yaitu 1000 N.m,
namun hanya berlangsung sekitar 0.875 detik setelah itu nilai torsi perlahan
mengalami penurunan secara bertahap hingga akhirnya mencapai torsi
nominalnya yaitu sebesar 623 N.m. besarnya torsi akhir akan menyesuaikan
dengan beban yang diterima oleh motor induksi. Penurunan torsi ini terjadi
seiring dengan kecepatan aktual bergerak mendekati nilai kestabilan.
d. Simulasi dan Pengujian pada beban 900 N.m
Dari hasil simulasi yang dilakukan selama 3 detik, dimana kecepatan
referensi yang digunakan sebesar 120 rad/s dan simulasi dilakukan dengan
beban 900 N.m. maka didapat respon sistem bahwa terjadi tanpa overshoot,
waktu naik yang diperlukan pada pengujian kali ini lebih lama dari yang
sebelumnya yaitu sebesar Tr 3.6 detik, dengan waktu tetap sebesar Ts 3.8
detik serta memiliki nilai kesalahan sebesar 1.4 sehingga kecepatan
55
aktualnya bernilai 118.6 rad/s. atau dapat dikatakan bahwa steady state error
sebesar 1.16%.
Gambar 4. 31 Respon waktu pada beban 900 N.m
Gambar 4. 32 Torsi Motor pada beban 900 N.m
Pada saat awal start, torsi mencapai maksimum yaitu 1000 N.m,
namun hanya berlangsung sekitar 3.8 detik setelah itu nilai torsi perlahan
mengalami penurunan secara bertahap hingga akhirnya mencapai torsi
nominalnya yaitu sebesar 921 N.m. besarnya torsi akhir akan menyesuaikan
dengan beban yang diterima oleh motor induksi. Penurunan torsi ini terjadi
seiring dengan kecepatan aktual bergerak mendekati nilai kestabilan
56
.
Gambar 4. 33 Grafik beban motor terhadap repon waktu
Dari hasil pengujian yang dilakukan pada beban nol hingga 900 N.m
dengan putaran tetap 120 rad/s maka didapat hasil respon waktu seperti
grafik tersebut diatas. Grafik tersebut diatas menyatakan hubungan antara
beban dengan respon waktu hasil pengontrolan. Terdapat dua parameter dari
respon waktu yang diamati yaitu waktu naik (Rise Time) dan waktu tetap
(Settling Time). Kedua respon waktu tersebut baik waktu naik maupun waktu
tetap mengalami kenaikan seiring dengan kenaikan beban pada motor.
Artinya semakin besar beban yang bekerja pada motor induksi tiga fasa,
maka waktu naik dan waktu tetapnya juga akan semakin bertambah. Pada
percobaan dengan beban 900 N.m terjadi kenaikan yang signifikan pada
waktu naik dan waktu tetapnya. Nilainya jauh lebih besar dibandingkan
dengan percobaan dengan beban dibawah 900 N.m. Respon waktu kontrol
akan sebanding dengan beban yang diberikan. Ketika motor diberi beban,
maka pengendali logika fuzzy akan bekerja mempertahankan kestabilan
putaran pada beban yang diberikan. Waktu yang diperlukan untuk mencapai
putaran stabil dengan error sekecil mungkin akan tergantung dengan beban
yang bekerja pada motor. selisih waktu antara waktu naik dengan waktu tetap
relatif sama yaitu kurang lebih sebesar 0.1 – 0.2 detik.
57
Gambar 4. 34 Grafik Beban motor terhadap nilai error
Dari grafik tersebut diatas dapat diamati mengenai hubungan antara beban
dengan nilai kesalahan (error). Pada pengujian dengan beban torsi sebesar 900
N.m dihasilkan error putaran sebesar 1.17%. nilai error ini merupakan nilai yang
terbesar dari pengujian yang dilakukan. Pada pengujian tanpa beban,
menunjukkan akurasi yang sangat baik yaitu tidak terjadi error sama sekali.
semakin besar beban yang bekerja pada motor, maka prosentase steady state error
juga semakin besar. Hal ini dapat terjadi karena ketika motor mendapat beban
tertentu, maka pengendali fuzzy berbasis vektor kendali akan meresponnya
dengan memberikan nilai torsi referensi yang nilainya berubah secara bertahap.
Pada suatu titik tertentu, pengendali akan lebih mempertahankan nilai torsi untuk
mengimbangi beban motor dan putaran dengan steady state error sekecil mungkin
58
“Halaman ini sengaja dikosongkan”
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Dari hasil simulasi dan pengujian yang dilakukan menggunakan Matlab serta
analisa dari data yang didapat, maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai
berikut ini :
a) Pengendali logika fuzzy yang digunakan memiliki masukan berupa nilai
error dan perubahan error, serta keluaran berupa torsi referensi. Masingmasing input tersusun atas 7 membership function, sedangkan output
memiliki 9 membership function serta memiliki aturan dasar sebanyak 49
rule base.
b) Pada pengujian dengan variasi beban, mulai dari beban nol hingga 900 N.m
dengan putaran konstan 120 rad/s, diperoleh nilai steady-state error 0 –
1.16% dengan rata-rata rise time 1.09 detik dan settling time 1.22 detik.
c) Pada pengujian dengan variasi putaran, mulai dari putaran 30 – 150 rad/s
dengan beban konstan 300 N.m maka diperoleh nilai error yang relatif sama
yaitu sebesar 0.5 dengan rata-rata rise time 0.43 detik dan settling time 0.52
detik.
d) Putaran motor tidak memiliki pengaruh yang signifikan terhadap akurasi
pengontrolan, namun akurasi pengontrolan lebih dipengaruhi oleh beban
yang bekerja pada motor.
e) Akurasi kontrol dan respon waktu lebih dipengaruhi oleh beban yang bekerja
pada motor.
5.2 Saran
Beberapa saran yang dapat dirumuskan untuk penelitian selanjutnya ialah
sebagai berikut ini :
a) Pada penelitian ini menggunakan teknik simulasi, maka pada penelitian
selanjutnya dapat dilakukan perhitungan matematis untuk menentukan
persamaan rangkaian pengganti dari sistem sebagai validasi dari simulasi
yang telah dilakukan. .
b) Dapat dilakukan perbandingan menggunakan jenis kontrol lainnya sebagai
acuan untuk menilai bagaimana unjuk kerja dari pengendali fuzzy ini.
59
60
“Halaman ini sengaja dikosongkan”
61
DAFTAR PUSTAKA
Hall, Denis T. Pengetahuan Praktis Kelistrikan Kapal. Diterjemahkan oleh Sarwito
S. Jakarta:IMarE/IMarEST.
Hasibuan, Fahrudin 2007. Kendali kecepatan motor DC Shunt dengan Fuzzy Logic
Controller. Program Strata I Teknik Elektro ITS, Surabaya
Heriyanto, Hery 2008. Perencanaan Kontrol PID pada Motor Induksi Berbasis
Matlab Simulink. Teknik Elektro, Universitas Semarang, Semarang.
Husnawan, Anwar 2008. Pengaturan Kecepatan Motor Induksi 3 Fasa, Jurnal
Teknik Elektro, Universitas Indonesia, Depok
Kuriawan, Adi 2015. Strategi Kendali Kecepatan Motor Induksi menggunakan PWM
Inverter Berbasis Jaring Saraf Tiruan. Teknik Sistem Perkapalan ITS,
Surabaya
Naba, Agus 2009. Belajar Cepat Fuzzy Logic menggunakan MATLAB. Malang:Andi
Offset
Ogata, Katsuhito 2010. Modern Control Engineering.
Petruzella, Frank 1996. Elektronik Industri. Yogyakarta : ANDI Yogyakarta
Purwanto, Era 2011. Pengembangan Model Motor Induksi sebagai Penggerak Mobil
Listrik dengan Menggunakan Metode Vektor Kontrol, Jurnal Ilmiah Elite
Elektro Vol. II no. 02, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Surabaya
Said, Muhammad Iqbal,2013. System Diesel Electric Propulsion Sebagai Alternative
Penggerak Pada Kapal Ikan 10 GT. Program Strata I Teknik Perkapalan
Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin, Makassar.
V. Chitra 2008. Induction Motor Speed Controll Using Fuzzy Logic Controller.
International Journal of Electric, Computer, Energetic, Electronic and
Communication Engineering Vol. II no. 11
Zuhal, 1988. Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya. Jakarta:Gramedia
Utama Pustaka
62
“Halaman ini sengaja dikosongkan”
Gambar Rangkaian sistem pengaturan putaran motor induksi
63
LAMPIRAN 1
64
LAMPIRAN 2
Gambar Rangkaian Sistem kendali logika fuzzy berbasis vektor kontrol
BIODATA PENULIS
Penulis dilahirkan di Tulungagung, 15 April 1995,
yaitu anak pertama dari dua bersaudara, pasangan
Sudarmadji dan Suprihatin. Penulis telah menempuh
pendidikan formal mulai dari SDN 01 Kedungwaru,
SMPN 02 Tulungagung dan SMAN 1 Kedungwaru
Tulungagung. Penulis diterima melalui jalur SNMPTN
2013 melanjutkan pendidikan ke jenjang perguruan
tinggi pada jurusan Teknik Sistem Perkapalan, Fakultas
Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh
Nopember di Kota Surabaya dan terdaftar sebagai
mahasiswa dengan nomor registrasi pokok (NRP)
4213100009 dan terdaftar sebagai keluarga angkatan
2013 di jurusan atau yang bernama BARAKUDA’13.
Di Departemen Teknik Sistem Perkapalan ini, penulis mengambil bidang studi
Marine Electrical and Automation System (MEAS). Selama menempuh kuliah,
penulis aktif dalam kegiatan akademik maupun non-akademik. Kegiatan akademik
meliputi kegiatan perkuliahan dari semester pertama hingga semester akhir.
Sedangkan kegiatan non akademik, penulis juga aktif dalam kepengurusan
Himpunan Mahasiswa Teknik Sistem Perkapalan (HIMASISKAL) serta Badan
Eksekutif Mahaiswa Fakultas Teknologi Kelautan (BEM FTK) periode 2014-2015.
Selain itu penulis juga aktif menjadi anggota Grader di Laboratorium Kelistrikan
Kapal selama dua periode berturut-turut.