BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Motor Induksi Tiga Fasa - USU-IR

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
5
2.1
Motor Induksi Tiga Fasa
Motor induksi tiga fasa adalah mesin arus bolak – balik (AC) yang
berfungsi mengubah atau mengkonversi sumber tenaga listrik AC menjadi tenaga
mekanik dalam bentuk putaran rotor. Sesuai penamaannya, motor ini berputar
akibat adanya arus induksi yang disuplai ke bagian rotor. Arus induksi ini berasal
dari perbedaan relatif putaran rotor dan medan putar yang dihasilkan oleh stator
[1]. Sehingga motor ini sering disebut motor tidak serempak.
Motor
induksi
tiga
fasa
bekerja
berdasarkan
prinsip
induksi
elektromagnetik, dimana arus yang mengalir pada kumparan – kumparan stator
mempunyai beda fasa 120°. Beda fasa ini akan menghasilkan medan putar pada
stator yang akan memotong kumparan rotor sehingga menginduksi tegangan pada
rotor. Karena rotor adalah rangkaian tertutup maka arus akan mengalir pada
kumparan rotor. Arus pada rotor ini akan menimbulkan momen (gaya) yang akan
memutar rotor.
2.1.1 Konstruksi Motor Induksi Tiga Fasa
Pada prinsipnya motor dan generator induksi tiga memiliki konstruksi yang
sama. Hanya aja fungsi dan prinsip kerja dari keduanya berbeda. Generator
memanfaatkan energi gerak untuk menghasilkan tenaga listrik sementara motor
memanfaatkan energi listrik untuk menghasilkan energi gerak berupa putaran.
Universitas Sumatera Utara
6
Gambar 2.1 berikut menunjukkan bentuk fisik dari sebuah motor induksi tiga fasa.
Dari gambar 2.1 dapat kita lihat bagian stator dan rotor motor induksi tiga fasa.
Gambar 2.1 Penampang stator dan rotor motor induksi tiga fasa
Konstruksi atau bagian utama dari motor induksi tiga fasa adalah :
• Stator, adalah bagaian yang diam pada motor induksi tiga fasa. Pada bagian
ini dihubungkan ke sumber tegangan tiga fasa. Stator terdiri dari lapisan
laminasi inti yang memiliki alur yang menjadi tempat kumparan dililitkan
yang berbentuk silindris. Gambar 2.2 dibawah menunjukkan bentuk fisik
dari stator motor induksi tiga fasa.
Gambar 2.2 Tumpukan inti dan kumparan dalam cangkang stator
Universitas Sumatera Utara
Tiap lapisan laminasi inti dibentuk dari lempengan besi. Tiap lempengan
besi tersebut memiliki beberapa alur dan beberapa lubang pengikat untuk
menyatukan inti. Tiap kumparan tersebar dalam alur yang disebut belitan
7
fasa dimana untuk motor tiga fasa, belitan tersebut terpisah secara listrik
sebesar 120° [2]. Sesaat setelah dihubungkan dengan sumber tegangan tiga
fasa, maka akan dihasilkan medan putar pada stator.
• Rotor, adalah bagian yang berputar pada motor induksi tiga fasa. Rotor
terdiri dari susunan belitan jangkar yang disusun sedemikian rupa. Medan
putar pada stator akan memotong belitan pada rotor. Karena rotor adalah
rangkaian tertutup maka arus akan mengalir pada belitan rotor. Arus ini
akan menimbulkan gaya yang akan menggerakkan rotor searah putaran
medan stator. Rotor pada motor induksi tiga fasa ada dua jenis yaitu rotor
belitan dan rotor sangkar. Pada penelitian ini akan digunakan jenis rotor
belitan. Rotor belitan terdiri dari satu set lengkap belitan tiga fasa yang
merupakan bayangan dari belitan statornya. Belitan tiga fasa pada rotor
belitan biasanya terhubung Y, dan masing-masing ujung dari tiga kawat
belitan fasa rotor tersebut dihubungkan pada slip ring yang terdapat pada
poros rotor [2]. Gambar 2.3 menunjukkan bentuk dua dimensi rotor belitan.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.3 Rotor belitan
8
Gambar 2.4 Skematik diagram motor induksi rotor belitan
Pada gambar 2.4 dapat dilihat bahwa slip ring hanya berfungsi sebagai
penghubung belitan rotor dengan tahanan luar. Tahanan luar ini digunakan
sebagai pembatas ataupun pengatur arus mula yang besar pengasutan saat
start motor. Besar tahanan akan dikurangi secara perlahan hingga nilainya
nol sebagaimana motor akan berputar hingga kecepatan nominalnya.
• Celah udara, adalah bagian atau celah sempit yang memisahkan antara
bagian stator dan rotor. Bagian ini memungkinkan rotor dapat berputar di
dalam stator. Celah udara ini berjarak 0,4 mm sampai 4 mm [2].
Universitas Sumatera Utara
2.1.2 Medan Putar Tiga Fasa
Bila kita menghubungkan terminal belitan stator dengan sumber tegangan
tiga fasa ( R, S, T ), maka arus sinusoidal IR, IS, dan IT akan mengalir menuju
belitan stator. Arus ini akan menimbulkan ggm ( gaya gerak magnet) pada belitan
stator. Gaya gerak magnet tersebut menghasilkan fluks yang berputar sehingga
tercipta medan putar pada belitan stator [2]. Medan magnet yang demikian kutub
kutubnya tidak diam pada posisi tertentu, tetapi melakukan pergeseran posisinya
disekitar stator.Untuk melihat bagaimana medan putar dibangkitkan, maka dapat
diambil contoh pada motor induksi tiga fasa dengan jumlah dua kutub. Fluks yang
dihasilkan oleh arus bolak - balik pada belitan stator adalah :
9
a) ΦR = Φm sin ωt …………………………………………….........…... (2.1a)
b) ΦS = Φmsin (ωt – 120°)…………………………………………..… (2.1b)
c) ΦT = Φm sin (ωt – 240° )………………………………………….… (2.1c)
Gambar 2.5 Arus fasa seimbang
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.6 Diagram fasor fluksi tiga fasa seimbang
a) Pada keadaan 1 (gambar 2.6), ωt = 0; arus dalam fasa R bernilai nol
sedangkan besarnya arus pada fasa S dan fasa T memiliki nilai yang sama
10
dan arahnya berlawanan. Dalam keadaan seperti ini arus sedang mengalir ke
luar dari konduktor sebelah atas dan memasuki konduktor sebelah bawah.
Sementara resultan fluks yang dihasilkan memiliki besar yang konstan yaitu
sebesar 1,5 Φm dan dibuktikan sebagai berikut :
ΦR= 0
ΦS = Φm sin ( -120° ) =-1,5 Φm
ΦT = Φm sin ( -240° ) = 1,5 Φm
b) Pada keadaan 2, arus bernilai makasimum negatif pada fasa S, sedangkan
pada fasa R dan fasa T bernilai 0,5 maksimum pada fasa R dan fasa T, dan
pada saat ini ωt = 30°, oleh karena itu fluks yang diberikan masing – masing
fasa :
ΦR= Φm sin ( -120° ) = 0,5 Φm
ΦS = Φmsin ( -90° ) =- Φm
Universitas Sumatera Utara
ΦT = Φm sin ( -210°) = 0,5 Φm
c) Pada keadaan 3 ωt = 60°, arus pada fasa R dan fasa T memiliki besar yang
sama dan arahnya berlawan, oleh karena itu fluks yang diberikan oleh
masing – masing fasa :
ΦR= Φmsin ( 60° ) = 1,5 Φm
ΦS = Φmsin ( -60° ) =-1,5 Φm
11
ΦT = Φm sin ( -180°) = 0 Φm
d) Pada keadaan 4 ωt = 90°, arus pada fasa R maksimum (positif), dan arus
pada fasa S dan fasa T = 0,5 Φm, oleh karena itu fluks yang diberikan oleh
masing – masing fasa :
ΦR= Φmsin ( 90° ) = Φm
ΦS = Φmsin ( -30° ) =-0,5 Φm
ΦT = Φm sin ( -150°) = -0,5 Φm
2.1.3 Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Fasa
Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, apabila sumber tegangan tiga fasa
dihubungkan pada terminal belitan stator maka akan timbul medan putar dengan
kecepatan :
𝑛𝑛𝑠𝑠 =
120𝑓𝑓
𝑝𝑝
................................................................................. (2.2)
Medan putar stator menghasilkan fluksi yang berubah – ubah tiap satuan
waktu. Fluksi tersebut akan memotong belitan konduktor pada rotor. Akibatnya
Universitas Sumatera Utara
pada belitan rotor timbul tegangan induksi (ggl). Karena belitan rotor adalah
rangkaian tertutup, maka ggl (E) akan menghasilkan arus (I). Arus pada rotor
menimbulkan medan magnet pada rotor. Medan magnet pada rotor akan
menghasilkan fluksi. Interaksi antara fluksi medan stator dan fluksi medan rotor
menimbulkan gaya putar (F) yang akan memutar rotor. Bila kopel mula yang
dihasilkan gaya (F) pada rotor yang cukup besar untuk memikul kopel beban,
rotor akan berputar searah dengan medan putar stator [1].
Agar rotor berputar maka diperlukan perbedaan relatif antara kecepatan
medan magnet putar stator ( ns ) dengan kecepatan putar rotor ( nr ). Perbedaan
kecepatan antara ns dan nr disebut slip ( S ) dinyatakan dengan :
𝑆𝑆 =
(𝑛𝑛 𝑠𝑠 −𝑛𝑛 𝑟𝑟 )
𝑛𝑛 𝑠𝑠
× 100%............................................................. (2.3)
Karena belitan rotor merupakan rangkaian tertutup, baik melalui cincin
ujung (end ring) ataupun tahanan luar, maka arus akan mengalir pada konduktorkonduktor rotor. Karena konduktor-konduktor rotor yang mengalirkan arus
ditempatkan di dalam daerah medan magnet yang dihasilkan stator, maka akan
terbentuklah gaya mekanik (gaya lorentz) pada konduktor-konduktor rotor. Hal ini
sesuai dengan hukum gaya lorentz yaitu bila suatu konduktor yang dialiri arus
berada dalam suatu kawasan medan magnet, maka konduktor tersebut akan
mendapat gaya elektromagnetik (gaya lorentz) sebesar :
F = B.i.l.sin θ......................................................................................(2.4)
dimana,
F = gaya yang bekerja pada konduktor (Newton)
Universitas Sumatera Utara
B = kerapatan fluks magnetik (Wb/m2)
i = besar arus pada konduktor (A)
l = panjang konduktor (m)
θ = sudut antara konduktor dan vektor kerapatan fluks magnetik
Gaya F ini adalah hal yang sangat penting karena merupakan dasar dari
bekerjanya suatu motor listrik.
13
Arah dari gaya elektromagnetik tersebut dapat dijelaskan oleh kaidah tangan
kanan (right-hand rule). Kaidah tangan kanan menyatakan, jika jari telunjuk
menyatakan arah dari vektor arus i dan jari tengah menyatakan arah dari vektor
kerapatan fluks B, maka ibu jari akan menyatakan arah gaya F yang bekerja pada
konduktor tersebut.
Gaya F yang dihasilkan pada konduktor-konduktor rotor tersebut akan
menghasilkan torsi (τ). Bila torsi mula yang dihasilkan pada rotor lebih besar
daripada torsi beban (τ0 > τb), maka rotor akan berputar searah dengan putaran
medan putar stator.
Bila nr = ns, tegangan tidak akan terinduksi dan arus tidak akan mengalir
pada belitan rotor, dengan demikian tidak dihasilkan kopel. Kopel motor akan
timbul apabila nr < ns [1].
2.1.4 Pengereman Motor Induksi Tiga Fasa
Pengereman dalam motor listrik adalah suatu usaha untuk mengurangi atau
menahan kecepatan putaran rotor motor listrik hingga putaran rotor berhenti pada
Universitas Sumatera Utara
sesuai dengan waktu yang dibutuhkan. Dalam perancangan sebuah pengereman
pada motor induksi tiga fasa perlu diperhatikan beberapa aspek yang dapat
mempengaruhi sistem kerja motor induksi tiga fasa. Beberapa diantaranya adalah
waktu yang diperlukan relatif singkat sehingga tidak mempengaruhi waktu
operasi motor, pengereman yang baik diusahakan tidak menimbulkan rugi – rugi
mekanis yang dapat menghasilkan panas pada motor.
Ada beberapa sistem pengereman yang dapat diterapkan pada motor induksi
tiga fasa, yaitu pengereman mekanis dan pengereman elektrodinamis. Pada
pengereman elektrodinamis dibagi atas tiga jenis, yaitu pengereman dinamis,
pengereman regeneratif, pengereman plugging.
• Pengereman Mekanik
Pada sistem ini pengereman dilakukan dengan menahan putaran rotor
menggunakan sepatu rem atau drum rem. Sepatu rem atau drum dipasang
pada poros rotor. Sepatu rem ditekan untuk menghasilkan torsi yang
menahan putaran rotor. Dalam hal ini akan terjadi gesekan antara poros
rotor dengan sepatu rem. Gesekan ini akan menimbulkan panas dan debu di
sekitar komponen – komponen motor. Oleh karena itu untuk sistem
pengereman yang baik, pengereman mekanis tidak dianjurkan [1].
• Pengereman Dinamis
Pengereman dinamis ( Dynamic braking ) dilakukan dengan cara
menginjeksikan arus dan tegangan DC pada belitan stator motor induksi tiga
fasa sesaat setelah dilepaskan dari sumber tegangan tiga fasa. Arus searah
yang diinjeksikan pada kumparan stator akan mengembangkan medan
stasioner untuk menurunkan tegangan pada rotor dan menghasilkan medan
Universitas Sumatera Utara
magnet. Medan magnet akan berputar dengan kecepatan yang sama dengan
rotor tetapi dengan arah yang berlawanan untuk menjadikan stasioner
terhadap rotor. Interkasi medan resultan dan gaya gerak magnet rotor akan
mengembangkan torsi yang berlawanan dengan torsi motor sehingga
pengereman terjadi [3].
• Pengereman Regeneratif
Pada prinspnya mesin listrik dinamis dapat bekerja sebagai motor ataupun
15
generator. Dalam sistem pengereman regeneratif, motor induksi tiga fasa
akan beralih fungsi sebagai generator. Saat pengereman dilakukan, energi
yang tersimpan pada putaran rotor dikembalikan ke jala – jala. Kondisi yang
harus dicapai agar pengereman ini terjadi ialah ketika Ea> Vt, yang
mengakibatkan daya kembali kepada sistem jala – jala untuk keperluan lain.
Pada saat daya dikembalikan ke jala – jala, kecepatan menurun dan proses
pengereman berlangsung seperti pada pengereman dinamis [1].
• Pengereman Plugging
Metode pengereman plugging dilakukan dengan cara membalikkan arah
putaran rotor sehingga motor dapat menghasilkan torsi penyeimbang dan
membentuk daya perlambatan. Medan magnet yang dihasilkan akan
berputar dengan kecepatan yang sama dengan rotor tetapi dengan arah yang
berlawanan. Interaksi antara medan resultan dan gaya gerak magnet rotor
akan mengembang torsi yang berlawanan dengan torsi awal rotor sehingga
pengereman terjadi [4].
Universitas Sumatera Utara
2.2
Pengereman Regeneratif
Pengereman regeneratif (regenerative braking) menjadi salah satu model
pengereman yang dapat meminimalisir energi terbuang dari sebuah sistem
pengereman. Artinya pengereman ini disandingkan dengan sistem pengereman
lainnya. Secara etimologi regenerative berasal dari kata re-generate yang berarti
dibangkitkan kembali. Sehingga secara garis besar pengereman regeneratifdapat
digambarkan sebagai sebuah pengereman dengan jalan mengkonversikan energi
mekanis menjadi bentuk energi lain yang dapat disimpan untuk digunakan
kembali pada saat dibutuhkan.
16
Dalam penelitian ini sistem pengereman regeneratif dirancang untuk
mengefesiensikan penggunaan dan pemanfaatan energi pada motor induksi tiga
fasa. Metode pengereman regeneratif terjadi ketika rotor berputar lebih cepat
daripada kecepatan medan putar stator sehingga terjadi slip negatif dan mesin
menyuplai daya. Dengan kata lain motor berubah fungsi menjadi generator.
Proses yang terjadi ketika bekerja sebagai generator induksi ialah kebalikan
dari proses kerja motor induksi. Kopel pada rotor digerakkan oleh energi mekanik
sisa, adanya magnetisasi sisa pada rotor cukup untuk membangkitkan tegangan
awal. Untuk menguatkan magnetisasi pada rotor maka arus DC dialirkan ke rotor
melalui rangkaian DC chopper. Adanya medan magnet yang berputar di rotor
akan menginduksikan tegangan ke belitan stator sehingga pada terminal stator
akan timbul tegangan bolak – balik. Tegangan bolak – balik ini timbul karena
medan magnet yang berputar memotong kumparan stator yang terpisah secara
elektrik sebesar 120° dimana kumparan stator dirangkai secara Y.
Universitas Sumatera Utara
2.3
Motor Induksi Sebagai Generator Induksi
Secara umum konstruksi motor induksi sama dengan generator induksi,
hanya saja generator induksi memerlukan adanya prime mover sebagai penggerak.
Oleh karena itu motor induksi tiga fasa dapat dioperasikan sebagai generator
dengan cara memutar rotor pada kecepatan di atas kecepatan medan putar stator,
sehingga menghasilkan slip (S) negatif. Untuk menjadikan motor induksi sebagai
generator maka mesin ini membutuhkan daya reaktif untuk membangkitkan arus
eksitasi. Oleh karena itu mesin induksi dapat beroperasi sebagai generator induksi
17
satu fasa maupun tiga fasa.
Gambar 2.7 Rangkaian ekivalen mesin induksi
2.3.1 Slip
Slip adalah nilai suatu dari perbedaan antara frekuensi listrik (rotasi dari
medan magnet internal dengan frekuensi gerak (rotasi dari rotor) pada mesin
listrik. Selisih antara kecepatan rotor dengan kecepatan sinkron disebut slip (S).
Slip dapat dinyatakan dalam putaran setiap menit, tetapi lebih umum dinyatakan
sebagai persen dari kecepatan sinkron.
𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆 (𝑠𝑠) =
𝑛𝑛 𝑠𝑠 −𝑛𝑛 𝑟𝑟
𝑛𝑛 𝑠𝑠
× 100%.........................................................(2.3)
Universitas Sumatera Utara
nr = kecepatan rotor
ns = kecepatan sinkron
Apabila nr<ns, (0 <s<
1), kecepatan dibawah sinkron akan menghasilkan
kopel, rotor dijalankan dengan mempercepat rotasi medan magnet, tenaga listrik
diubah ke tenaga gerak (putaran).
Bilanr= ns, (s = 0), tegangan tidak akan terinduksi dan arus tidak akan mengalir
pada kumparan rotor, sehingga tidak akan dihasilkan kopel.
Bila nr>ns, (s< 0), kecepatan di atas sinkron, rotor dipaksa berputar lebih cepat
daripada medan magnet. Tenaga gerak diubah ke tenaga listrik (daerah generator).
18
Dan bila s = 1, rotor ditahan, tidak ada transfer tenaga. Sedangkan s> 1, kecepatan
terbalik, rotor dipaksa bekerja melawan medan magnet (daerah pengereman).
2.3.2 Frekuensi Rotor
Ketika rotor masih dalam keadaan diam, dimana frekuensi arus pada rotor
sama seperti frekuensi masukan (sumber). Tetapi ketika rotor akan berputar, maka
frekuensi rotor akan bergantung kepada kecepatan relatif atau bergantung
tergantung besarnya slip. Untuk besar slip tertentu, maka frekuensi rotor sebesar f’
yaitu :
𝑛𝑛𝑠𝑠 − 𝑛𝑛𝑟𝑟 =
120𝑓𝑓′
𝑃𝑃
, diketahui bahwa 𝑛𝑛𝑠𝑠 =
120𝑓𝑓
𝑃𝑃
Dengan membagikan dengan salah satu, maka didapatkan :
𝑓𝑓′
𝑓𝑓
=
𝑛𝑛 𝑠𝑠 −𝑛𝑛 𝑟𝑟
𝑛𝑛 𝑠𝑠
= 𝑠𝑠
Maka f’ = sf (Hz).................................................................................(2.5)
Universitas Sumatera Utara
Telah diketahui bahwa arus rotor bergantung terhadap frekuensi rotor f’ =
sf dan ketika arus ini mengalir pada masing -masing fasa di belitan rotor, akan
memberikan reaksi medan magnet. Biasanya medan magnet pada rotor akan
menghasilkan medan magnet yang berputar yang besarnya bergantung atau relatif
terhadap putaran rotor sebesar sns.
Pada keadaan tertentu, arus rotor dan arus stator menghasilkan distribusi
medan magnet yang sinusoidal dimana magnet ini memilik magnitud yang
konstan dan kecepatan medan putar nsyang konstan. Kedua hal ini merupakan
19
medan magnetik yang berputar secara sinkron. Kenyataannya tidak seperti ini
karena pada stator akan ada arus magnetisasi pada kumparannya.
2.3.3 Syarat – Syarat Motor Induksi Sebagai Generator
Motor induksi tiga fasa dapat dioperasikan sebagai generator dengan cara
memutar rotor pada kecepatan di atas kecepatan medan putar (nr>ns) dan atau
mesin bekerja pada slip negatif (s <0).
𝑛𝑛𝑠𝑠 =
120𝑓𝑓
𝑃𝑃
....................................................................................(2.2)
Dengan ns : Kecepatan medan putar (rpm)
f : Frekuensi sumber daya (Hz)
P : Jumlah kutub motor induksi
Sehingga ;
𝑠𝑠 =
𝑛𝑛 𝑠𝑠 −𝑛𝑛 𝑟𝑟
𝑛𝑛 𝑠𝑠
× 100%, 𝑛𝑛𝑟𝑟 > 𝑛𝑛𝑠𝑠 ...............................................................(2.6)
Universitas Sumatera Utara
Dengan s : slip
ns : kecepatan medan putar stator (rpm)
nr : kecepatan putar rotor (rpm)
2.4
Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh
Fungsi penyearah atau rectifier didalam rangkaian catu daya adalah untuk
mengubah tegangan listrik bolak balik menjadi tegangan listrik arus searah [5].
Pada masalah ini akan dibahas penyearah gelombang penuh tiga fasa untuk
20
mengkonversi tegangan bolak balik yang diperoleh saat pengereman regeneratif
menjadi tegangan searah. Penyearah gelombang penuh tiga fasa merupakan
kombinasi dari tiga penyearah gelombang penuh yang bekerja secara bergantian
untuk setiap setengah gelombang dari gelombang masukan.
Penelitian ini menggunakan penyearah gelombang penuh dengan 6 dioda
untuk mengkonversi tegangan bolak - balik yang diperoleh dari energi kinetik sisa
saat pengereman menjadi tegangan searah. Skema rangkaian penyearah tiga fasa
gelombang penuh dapat dilihat pada gambar 2.8 berikut.
D1
D3
D5
D2
D4
D6
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.8 Rangkaian penyearah gelombang penuh dengan 6 dioda
Prinsip kerja dari penyearah gelombang penuh dengan 6 dioda diatas sama
dengan prinsip kerja penyearah dengan 2 atau 4 dioda.Keluaran yang berdenyut
yang dihasilkan oleh penyearah, hanya sesuai untuk beberapa pemakaian. Tetapi
dalam banyak hal, denyut tersebut harus dikurangi dengan menggunakan
rangkaian penapis (filter). Rangkaian penapis ialah gabungan dari kumparan
induktansi dan kapasitor yang dirangkai sedemikian rupa sehingga energi yang
berdenyut disimpan secara bergantian didalam kumparan dan kapasitor, sehingga
21
arus yang mengalir dari penyearah lebih rata.
Gambar 2.9 Rangkaian filter yang digunakan untuk mengurangi denyut
keluaran penyearah
2.5
Mikrokontroler ATMega8
Mikrokontroler adalah komputer mikro dalam satu chip tunggal.
Mikrokontroler memadukan CPU, ROM, RWM, I/O paralel, I/O seri, counter
time, dan rangkaian clock dalam satu chip. Mikrokontroler pada umumnya
digunakan sebagai pengontrol kerja dari suatu sistem seperti kerja mesin dan
peralatan elektronik. Salah satu jenis mikrokontroler yang paling sering digunakan
adalah jenis AVR (Alv and Vegard’s Risc) 8 bit.
Universitas Sumatera Utara
Atmega8 termasuk mikrokontroler dengan lebar jalur data 8 bit, hemat
energi dan memiliki kinerja tinggi (1 mega instruksi per detik). Kecepatan
clocknya dapat mencapai 16MHz. Memori untuk menyimpan program (PEROM)
berkapasitas 8 kilobyte. Memori untuk menyimpan data sementara (SRAM)
berkapasitas 1 kilobyte. Adapun memori untuk menyimpan data permanen
(EEPROM) berkapasitas 512 byte. Memori PEROM dapat dihapus tulis hingga
10.000 kali sedangkan memori EEPROM hingga 100.000 kali.
Mikrokontroler ATMega 8 terdiri dari 3 port utama yaitu PORTB, PORTC,
PORTD dengan total pin input/output 23 pin. Port ini digunakan sebagai
22
input/output digital. Adapun fungsi dari tiap pin adalah sebagai berikut :
• ICP1, berfungsi sebagai timer counter 1 capture pin.
• OC1A, OC1B, OC2, difungsikan sebagai
keluaran PWM (pulse width
modulation).
• MOSI, MISO, SCK, SS, berfungsi sebagai jalur pemrograman serial.
• TOSC2, difungsikan sebagai sumber clock eksternal untuk timer.
• XTAL1, XTAL2, merupakan sumber clock utama mikrokontroler.
• ADC6 channel digunakan untuk mengubah input tegangan analog menjadi
data digital.
• I2C digunakan untuk komunikasi dengan sensor atau device lain yang
memiliki komunikasi data.
• RESET digunakan untuk merestart program.
Universitas Sumatera Utara
• USART berfungsi untuk mengirimkan data serial (TXD) dan untuk menerima
data serial (RXD).
• Interupt berfungsi sebagai interupsi hardware.
• XCX dapat digunakan sebagai sumber clock eksternal untuk USART.
• T0 dan T1 berfungsi sebagai masukan counter eksternal untuk timer 1 dan
timer 0.
• AIN0 dan AIN1 berfungsi sebagai masukan input untuk analog comparator.
23
• VCC berfungsi sebagai pin untuk sumber catu daya.
• GND berfungsi sebagai grounding dari komponen.
• AVCC merupakan pin untuk masukan tegangan ADC.
• AREF merupakan input untuk tegangan referensi ADC.
Diagram pin – pin Atmega8 model PDIP dtunjukkan dalam gambar 2.10
[6].
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.10Susunan penampang pin ATMega8
Dalam aplikasinya tidak semua pin pada ATMega8 digunakan sebagai
kontroler. Hal ini dikarenakan pada dasarnya port B, C dan D dapat digunakan
sebagai media input dan output. Port yang digunakan pada pengereman
regeneratif antara lain :
Port C6 (pin 1) : Port ini digunakan untuk me-reset atau mengatur ulang kembali
program pada ATMega8 ke kondisi semula.sehingga intruksi akan dieksekusi dari
24
awal program.
Port D2 (pin 4) : Port ini digunakan untuk memberi instruksi mengizinkan
program menjalankan eksekusi instruksi berikutnya apabila instruksi sebelumnya
telah selesai dieksekusi.
Port B6 dan B7 : Port ini digunakan sebagai clock eksternal. Dengan
menambahkan komponen kristal dan kapasitor maka clock pada ATMega8 dapat
diatur guna mempercepat eksekusi perintah pada program.
Universitas Sumatera Utara
Port B1 : Port ini digunakan untuk mengatur tegangan DC yang akan diinput ke
rotor melalui transistor.
Port B3, B4 dan B5 : Port ini gunakan sebagai input penulisan baris program
pada ATMega8.
Port B5 dan Port AVCC : Port ini digunakan sebagai kontrol switching rele.
Port C1, C2 dan D0 : Port ini digunakan untuk menampilkan parameter yang
diukur melalui LCD
Port VCC : Port ini digunakan sebagai sumber catu daya pada ATMega8
Port GND : Port ini digunakan sebagai grounding dari tiap komponen pada
ATMega8
2.6
Prinsip Kerja Peralatan
Peralatan dalam penelitian ini teridiri dari beberapa bagian utama yaitu :
25
1. Controller, bagian ini berfungsi sebagai pengatur sistem kerja dari
peralatan. Controller yang digunakan pada peralatan penelitian ini adalah
microcontroller ATMega 8. Bagian ini akan mengatur bagaimana
pengereman dan penyearahan bekerja secara berurutan. Agar bekerja sesuai
dengan kebutuhan maka microcontroller ATMega 8 harus diinput baris –
baris program yang sesuai dengan kerja peralatan yang diinginkan.
2. Penyearah gelombang penuh tiga fasa, bagian ini berfungsi untuk
menyearahkan tegangan ac menjadi tegangan dc pada saat pengereman
terjadi.
Universitas Sumatera Utara
3. DC Chopper, bagian ini mengatur jumlah arus DC yang akan dialirkan
untuk mengatur putaran rotor.
4. Rele, bagian ini berfungsi sebagai pemutus hubungan motor induksi tiga
fasa dengan sumber tegangan tiga fasa.
Sistem bekerja dimulai pada saat motor induksi tiga fasa dihubungkan
dengan sumber tegangan tiga fasa. Arus sinusoidal akan mengalir pada kumparan
stator sehingga timbul medan magnet putar pada kumparan stator dengan
kecepatan putar ns. Medan magnet putar ini akan memotong kumparan jangkar
rotor. Medan magnet ini akan menginduksikan tegangan (ggl) sebesar E. Karena
rotor adalah rangkaian tertutup maka arus akan mengalir pada kumparan jangkar.
Arus pada kumparan jangkar akan berinteraksi dengan medan magnet stator
menghasilkan gaya mekanik yang akan memutar rotor.
Motor dibiarkan berputar hingga mencapai putaran nominalnya. Durasi
waktu motor berputar diatur oleh mikrokontroler ATMega 8. Sesaat setelah durasi
kerja motor maka mikrokontroler ATMega 8 akan meng-energize rele sehingga
terminal stator motor akan terputus hubungannya dari sumber tegangan tiga fasa.
26
Pada saat yang bersamaan mikrokontroler mengatur dc chopper untuk
menginjeksikan arus dc ke rotor motor. Pada kondisi ini rotor dalam keadaan
masih berputar untuk beberapa saat hingga akhirnya berhenti. Beberapa saat
sebelum berhenti motor akan bekerja sebagai generator.
Sesuai dengan prinsip kerja generator, apabila kumparan yang dialiri arus
listrik diputar dalam medan magnet maka akan timbul tegangan induksi. Rotor
yang berputar pada medan magnet stator akan menhasilkan tegangan induksi
Universitas Sumatera Utara
bolak balik pada kumparan stator. Ketika pengereman terjadi terminal stator
terhubung dengan rangkaian penyearah tiga fasa gelombang penuh.Sehingga
tegangan bolak balik yang dihasilkan pada kumparan stator akan disearahkan
menjadi tegangan searah. Demikianlah peralatan ini memanfaatkan energi kinetik
putaran rotor saat pengereman, digunakan seolah - olah sebagai penggerak mula
untuk memutar rotor. Rotor yang dialiri arus listrik akan berputar dalam medan
magnet stator untuk beberapa saat sehingga motor induksi tiga fasa akan berubah
fungsi menjadi generator dan menyuplai tegangan. Sehingga model pengereman
ini disebut sebagai pengereman regeneratif.
27
Universitas Sumatera Utara