2_ riski, arinrartha, budi sukmadana

Dielektrika, ISSN 2086-9487
Vol. 2 , No. 2 : 91 - 96, Agustus 2015
91
PERANCANGAN SOFT STARTING PADA MOTOR INDUKSI TIGA PHASE
MENGGUNAKAN MIKROKONTROLLER ATMEGA328
Design of Soft Starting for Three Phase Induction Motor Using ATMega328
Microcontroller
1
1
Rizki Ardiansyah1 , I Made Ari Nrartha2 , I Made Budi Sukmadana3
1
ABSTRAK
Motor induksi adalah mesin listrik yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik.
Motor induksi tiga phase tipe sangkar bajing banyak digunakan karena konstruksi yang
sederhana dan perawatan yang mudah. Kendala operasi motor induksi ini adalah arus
pengasutannya mencapai lima sampai tujuh kali arus nominal, sehingga diperlukan suatu
metode pengasutan untuk mengatasi hal tersebut.
Metode soft starting pada penelitian ini memberikan tegangan input ke motor secara
bertahap. Pemberian tegangan input diatur menggunakan triac yang ditrigger dengan
mikrokontroler Atmega328. Rangkaian Soft starting digunakan pada saat pengasutan, dan
motor terhubung secara langsung ke sumber tenaga ketika running.
Penelitian ini menghasilkan modul soft starting untuk kapasitas motor 1 kW. Arus
pengasutan dalam kondisi tanpa beban didapatkan 2.19 A, dan kondisi berbeban 5.80 A. Arus
pengasutan tersebut masih lebih kecil dibandingkan dengan arus pengasutan secara langsung
yaitu 6.59 A dalam kondisi tanpa beban, dan 8.61 A pada kondisi berbeban.
Kata Kunci : Motor Induksi Tiga Phase, Soft Starting, Triac, Mikrokontrroller ATMega328
ABSTRACT
Induction motors is an electrical machines that convert electrical energy into
mechanical energy. Three phase squirrel cage induction motor a widely used because it has a
simple construction, and easy maintenance. Operating it’s problem is a starting currents that are
five to seven times the nominal current. Therefore, we need a method to overcome this it.
Soft starting method in this research is provides an input voltage to the motor gradually.
Giving the input voltage is set using a triac triggered by the microcontroller ATmega328. Soft
starting circuit is used at starting time, and the motor connected directly to the power source
while it’s running.
The result of this research is soft starting module for 1kW motor capacity. Starting
current in the no-load condition is 2.19 A, and 5.80 A on the load condition. Starting current is
still smaller than the direct starting current is 6.59 A in the no-load condition, and 8.61 A on the
load condition.
Keywords : Three Phase Induction Motor, Soft Starting, Triac, Mikrokontroller ATMega328
PENDAHULUAN
Penggunaan
motor-motor
listrik
sudah umum dalam kehidupan, baik untuk
rumah tangga, industri, transportasi, dll. Motor
AC yang banyak digunakan terutama dalam
bidang industri adalah motor induksi tiga
phase tipe sangkar bajing, karena mempunyai
konstruksi yang sederhana, kokoh, harganya
relatif murah, serta perawatannya yang
mudah.
Motor induksi selain memiliki kelebihan
juga memiliki kekurangan diantaranya adalah
ketika pengasutan secara langsung, arus
1
awal motor besarnya antara lima sampai tujuh
kali dari arus nominal. Metode untuk
mengurangi tingginya arus pengasutan
secara langsung diantaranya adalah dengan
menggunakan metode
star-delta,
auto
transformator, dan soft starting. Metode soft
starting dilakukan dengan mengatur tegangan
dan arus dari sumber tenaga agar mengalir
masuk ke dalam motor secara bertahap.
Tegangan dan arus yang masuk ke dalam
motor induksi diatur dengan memberikan
sinyal tunda dan waktu sulut pada komponen
utama penyusun soft starting yaitu Triode
Alternating Current (TRIAC).
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Mataram, Nusa Tenggara Barat, Indonesia
92 Dielektrika, 2 (2),Agustus 2015
Sinyal tunda dan waktu sulut yang
diberikan ke TRIAC diatur menggunakan
mikrokontroler ATMega328.
Motor Induksi. Motor induksi adalah suatu
mesin listrik yang mengubah energi listrik
menjadi
energi
gerak
menggunakan
gandengan magnetik dan mempunyai slip
antara medan stator dan medan rotor.
Triode Alternating Current (TRIAC). TRIAC
merupakan singkatan dari Triode Alternating
Current Switch, yang berarti saklar elektronik
untuk arus bolak-balik. TRIAC merupakan
suatu komponen yang mempunyai susunan
lima lapisan bahan jenis P dan N dalam arah
lain antara terminal T1 dan T2 dan dapat
menghantarkan dalam arah yang lain
sebagaimana ditunjukkan secara jelas pada
simbolnya.
Gambar 1. Konstruksi Motor Induksi Tiga
Phase
Metode Pengasutan (Starting) Motor
Induksi. Metode pengasutan motor induksi
harus dirancang dengan tepat, hal ini
dikarenakan motor induksi memiliki arus
starting mencapai tujuh kali arus nominal.
Motor
memerlukan
arus
untuk
membangkitkan medan magnet di kumparan
stator yang selanjutnya medan magnet ini
akan terinduksikan ke rotor sehingga rotor
dapat berputar.
Berbagai metode untuk pengasutan
(starting) pada motor induksi, antara lain:
1. Metode Direct On Line (DOL)
Starting
2. Metode Star-Delta (Y - ∆) Starting
3. Metode Auto-Transformator Starting
4. Metode Pengasutan Soft Staring
Metode
Soft
Starting.
Soft
starting
merupakan metode pengasutan yang bekerja
dengan
cara
mengurangi
tegangan
pengasutan
motor
induksi,
kemudian
menaikkan tegangan secara bertahap sampai
tegangan penuh. Metode soft starting ini
menjadi solusi tingginya nilai arus saat
pengasutan motor induksi dan merupakan
metode dengan nilai arus pengasutan yang
rendah.
Gambar 3. Triode Alternating Current (TRIAC)
TRIAC Optoisolators. Triode Alternating
Current (TRIAC) Optoisolators merupakan
jenis TRIAC yang mempunyai prinsip kerja
seperti saklar elektronik yang diaktifkan oleh
cahaya (LED). TRIAC ini tertanam bersama
sebuah LED dalam sebuah rangkaian
terintegrasi (Integrated Circuit).
Gambar 4. Konfigurasi IC MOC 3041
Sensor Arus ACS712. Sensor ini memiliki
pembacaan dengan ketepatan yang tinggi,
karena di dalamnya terdapat rangkaian lowoffset linear hall dengan satu lintasan yang
terbuat dari tembaga. Cara kerja sensor ini
adalah arus yang dibaca mengalir melalui
kabel tembaga yang terdapat di dalamnya
dan menghasilkan medan magnet yang
ditangkap oleh integrated Hall IC dan diubah
menjadi tegangan proporsional.
Gambar 5. Sensor Arus ACS712
Gambar 2. Perbandingan Ist 1. Metode DOL, 2.
Wye Delta dan 3. Soft Starting
Minimum Sistem Arduino. Arduino adalah
minimum
sistem
yang
menggunakan
Rizki Ardiansyah ,I Made Ari Nrartha & I Made Budi Suksmadana : Perancangan Soft Starting Menggunakan
mikrokontroller
ATMega328
sebagai
komponen
utama.
Arduino merupakan
pengendali mikro single-board yang bersifat
open-source, diturunkan dari Wiring platform,
dirancang untuk memudahkan penggunaan
elektronik dalam berbagai bidang.
93
Perancangan Perangkat Lunak. Perancangan perangkat lunak ini terbagi dalam
pemrograman untuk mikrokontroller ATMega328 dan pemrograman untuk interface hasil
pembacaan arus soft starting.
Proses kerja metode soft starting motor
induksi tiga phase ini pada dasarnya adalah
membaca karakteristik arus pada saat start
kemudian dibandingkan dengan karakteristik
arus starting metode yang lain yaitu metode
Direct On-Line (DOL).
Gambar 6. Board Arduino
METODE PENELITIAN
Perancangan Sistem. Penelitian ini bertujuan
untuk membangun sebuah sistem soft starter
yang dapat memperkecil arus motor induksi
tiga phase ketika menggunakan metode
pengasutan
secara
langsung,
dengan
melakukan pengukuran nilai-nilai kerja motor
berupa tegangan, arus dan kecepatan dari
motor induksi tiga phase, serta akan
ditampilkan pada komputer dan kemudian
dijadikan sebagai pembanding dari metode
pengasutan motor induksi yang lain.
Berdasarkan hal tersebut, maka dalam
perancangan perangkat keras pada tugas
akhir ini akan dibangun sebuah sistem
dengan blok diagram sebagai berikut:
Gambar 8. Diagram Alir Perancangan Sistem
HASIL DAN PEMBAHASAN
Gambar 7. Blok Diagram Rancangan Sistem
Perancangan Perangkat Keras. Perangkat
keras
penelitian
ini
menggunakan
mikrokontroler ATMega328 yang tersedia
dalam minimum sistem Arduino. Perancangan
rangkaian driver menggunakan Optoisolator
MOC 3041 untuk pentriggeran power TRIAC
dan perancangan sensor sebagai deteksi
variabel motor.
Pengujian untuk mengetahui kinerja
dan kemampuan dari sistem yang telah dibuat
meliputi pengujian hardware (perangkat
keras) dan pengujian software (perangkat
lunak). Untuk memudahkan penulis dalam
melakukan proses pengujian sistem, maka
dilakukan pengujian secara terpisah dan
secara
keseluruhan.
Adapun
proses
pengujian yang dilakukan meliputi:
1. Pengujian Rangkaian Sensor Arus
2. Pengujian
Rangkaian
Sensor
Tegangan
3. Pengujian
Rangkaian
Sensor
Kecepatan
4. Pengujian Sinyal Kontrol TRIAC
5. Pengujian Rangkaian Pensaklaran
Sebagai Driver Kontaktor
6. Pembuatan Antar Muka (Interface)
pada PC (Personal Computer)
94 Dielektrika, 2 (2),Agustus 2015
7. Pengukuran
dan
Pengujian
Keseluruhan Sistem
a. Metode Direct On-Line (DOL) dan
Soft Starting Tanpa Beban
b. Metode Direct On-Line (DOL) dan
Soft Starting Dikopel Generator DC
Pengujian
Rangkaian
Sensor
Arus.
Pengujian rangkaian sensor arus ini bertujuan
untuk mengetahui kelinearan dari sensor arus
yang digunakan. Pengujian dilakukan dengan
mengubah-ubah nilai resistor variabel yang
digunakan sebagai beban sehingga arus yang
melewati sensor akan berubah-ubah juga.
V1
Gambar 11. Tachogenerator Sebagai Sensor
Kecepatan
Pengujian Sinyal Kontrol TRIAC. Pada
pengujian sinyal kontrol TRIAC digunakan
sebuah osiloskop untuk melihat hasil
perpotongan sinyal yang terjadi pada TRIAC
untuk berbagai pengaturan sinyal kontrol yang
diberikan dari Mikrokontoller.
DUINO1
6
5
4
V3PHASE
m icro co ntrola nd os .b log sp ot.co m
ON
DIPSW_3
V3
1
2
3
C1
RESET
U1
1/2
IP+
VCC
VIOUT
FILTER
GND
R1
2k
DIODE
C2
ACS712ELCTR-05B-T
R2
C3
10k
10uF
+ 8 8 .8
1nF
A0
A1
A2
A3
A4
A5
PC0/ADC0
PC1/ADC1
PC2/ADC2
PC3/ADC3
PC4/ADC4/SDA
PC5/ADC5/SCL
PB0/ICP1/CLKO
D IG IT AL (~ P W M )
IP-
D1
A N AL O G IN
3/4
0.1uF
8
7
6
5
AREF
PB5/SCK
PB4/MISO
~PB3/MOSI/OC2A
~ PB2/SS/OC1B
~ PB1/OC1A
1 12 1
AT ME G A3 28 P -P U
OFF
SOFT STARTING
PD7/AIN1
~ PD6/AIN0
~ PD5/T1
PD4/T0/XCK
~ PD3/INT1
PD2/INT0
TX PD1/TXD
RX PD0/RXD
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Sinyal TRIAC 15 %
Sinyal Triac 25 %
Sinyal TRIAC 50 %
Sinyal TRIAC 75 %
ARDUINO UNO R3
Gambar 9. Rangkaian Sensor Arus
Pengujian Rangkaian Sensor Tegangan.
Tegangan input dari motor induksi agar dapat
terukur dan terbaca oleh mikrokontroller
sehingga mampu dijadikan sebagai variabel
yang masuk ke dalam motor induksi 3 phasa,
maka perlu dirancang sebuah rangkaian yang
mampu mengukur dan membaca tegangan
tersebut.
DUINO1
V1
TR1
BR1
RESET
R1
1
2
3
ON
DIPSW_3
220
2200uF
R2
R3
R4
330
330
330
A0
A1
A2
A3
A4
A5
PC0/ADC0
PC1/ADC1
PC2/ADC2
PC3/ADC3
PC4/ADC4/SDA
PC5/ADC5/SCL
PB5/SCK
PB4/MISO
~PB3/MOSI/OC2A
~ PB2/SS/OC1B
~ PB1/OC1A
PB0/ICP1/CLKO
D IG IT A L (~ P W M )
C2
470uF
A N A L O G IN
+ 8 8 .8
BRIDGE
TRAN-2P2S
C1
AREF
11 21
A TM E G A 32 8P - P U
6
5
4
OFF
SOFT STARTING
m ic r o c o n tr o la n d o s .b lo g s p o t .c o m
V3PHASE
PD7/AIN1
~ PD6/AIN0
~ PD5/T1
PD4/T0/XCK
~ PD3/INT1
PD2/INT0
TX PD1/TXD
RX PD0/RXD
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Gambar 12. Sinyal Kontrol Dengan Berbagai Sudut
Picu
Pengujian Rangkaian Pensaklaran Sebagai
Driver Kontaktor. Rangkaian pensaklaran ini
berfungsi agar rangakain soft starting yang
dibuat bekerja ketika motor induksi distart
saja, ketika running maka kontaktor yang
akan bekerja sehingga motor akan terhubung
secara langsung ke sumber tegangan tiga
phase. Berikut adalah driver kontaktor yang
telah dibuat.
ARDUINO UNO R3
V1
V3PHASE
Gambar 10. Rangkaian Sensor Tegangan
V2
DUINO1
V
m icro c on tro la nd o s.blog s po t.c o m
PD7/AIN1
~ PD6/AIN0
~ PD5/T1
PD4/T0/XCK
~ PD3/INT1
PD2/INT0
TX PD1/TXD
RX PD0/RXD
6
5
4
1
2
3
4
7
6
5
4
3
2
1
0
RLY-SPCO
SOFT STARTING
DIPSW_3
ON
D2
O FF
RL1
1
2
3
DIODE
8
7
6
5
13
12
11
10
9
8
KONTAKTOR
R3
Q1
SW-DIP4
NPN
8.2k
+8 8.8
PC0/ADC0
PC1/ADC1
PC2/ADC2
PC3/ADC3
PC4/ADC4/SDA
PC5/ADC5/SCL
PB5/SCK
PB4/MISO
~PB3/MOSI/OC2A
~ PB2/SS/OC1B
PB1/OC1A
~
PB0/ICP1/CLKO
D IG IT AL (~ P W M )
A0
A1
A2
A3
A4
A5
VSINE
AREF
1121
AT ME G A3 28P- PU
RESET
AN AL O G IN
Pengujian Rangkaian Sensor Kecepatan.
Sensor kecepatan yang digunakan pada
penelitian ini adalah tacho generator. Tacho
generator dikopel langsung pada motor DC
Shunt. Pada penelitian ini digunakan Motor
DC Shunt sebagai objek pengujian karena
lebih mudah dalam pengaturan kecepatan.
Saat
motor
DC
Shunt
berputar,
tachogenerator
ikut
berputar
dan
menghasilkan tegangan keluaran DC.
ARDUINO UNO R3
Gambar 13. Rangkaian pensaklaran untuk driver
kontaktor
Rizki Ardiansyah ,I Made Ari Nrartha & I Made Budi Suksmadana : Perancangan Soft Starting Menggunakan
Pembuatan Antar Muka (Interface) pada PC
(Personal Computer). Hasil pengukuran dan
pengujian yang dilakukan membutuhkan
media sebagai tempat ditampilkannya hasil
pengukuan dan pengujian tersebut, untuk itu
diperlukan suatu program untuk menampilkan
secara visual nilai dari ADC (Arduino) pada
port serial. Software yang digunakan untuk
menampilkan secara visual tegangan, arus
dan kecepatan dari Motor Induksi Tiga Phase
ini adalah MATLAB.
95
6.58919 Ampere dan Energi tiap satuan
waktu 0.683998 Watt. Sedangkan arus
starting maksimal dengan Metode Soft
Starting mencapai 2.191074 Ampere dengan
Energi tiap satuan waktu 0.462584 Watt.
Sehingga dapat dilihat selisih arus maksimal
adalah 4.39812 Ampere dan selisih energi
tiap satuan waktu adalah 0.221414 Watt.
Perbandingan Metode Direct On-Line
(DOL) dengan Metode Soft Starting
Pengukuran dan Pengujian Keseluruhan
Sistem. Pengujian keseluruhan sistem
dimaksudkan untuk melihat kinerja dari setiap
perangkat yang telah dirancang mulai dari
perangkat keras berupa sensor-sensor untuk
pengukuran, dan perangkat lunak berupa
antarmuka yang dirancang pada PC, apakah
telah mampu bekerja sesuai dengan yang
diingikan.
V1
V2
V3PHASE
R1_R
R1_S
R1_T
360
360
360
1
6
Zero
Crossing
4
R4_R
820
Zero
Crossing
R2_T
360
R4_S
BTA16_S
2
Q201E4
MOC3041M
820
4
R4_T
BTA16_T
2
Zero
Crossing
Q201E4
MOC3041M
820
Q201E4
C1_R
R3_S
C1_S
R3_T
C1_T
330
33 nF
330
33 nF
330
33 nF
C1
V3
2k
C3
R2
10uF
10k
C2
VCC
VIOUT
FILTER
GND
IP+
IP-
1/2
3/4
ACS712ELCTR-05B-T
1nF
ARDUINO UNO R3
R1
~
PD7/AIN1
~ PD6/AIN0
PD5/T1
PD4/T0/XCK
~ PD3/INT1
PD2/INT0
TX PD1/TXD
RX PD0/RXD
7
6
5
4
3
2
1
0
13
12
11
10
9
8
PB0/ICP1/CLKO
PB5/SCK
PB4/MISO
8
7
6
5
R1
+88.8
~PB3/MOSI/OC2A
~ PB2/SS/OC1B
~ PB1/OC1A
U1
0.1uF
DIODE
DUINO1
KONTAKTOR
DIPSW_4
4
MOC3041M
R3_R
D1
AREF
6
360
BTA16_R
2
1
OFF
360
OPT_T
R2_S
8
7
6
5
OPT_S
R2_R
DIGITAL (~PWM)
BR1
TR1
220
R4
R3
R2
330
330
330
C2
C1
2200uF
470uF
1121
ATMEGA328P- PU
BRIDGE
TRAN-2P2S
PC0/ADC0
PC1/ADC1
PC2/ADC2
PC3/ADC3
PC4/ADC4/SDA
PC5/ADC5/SCL
microcontrolandos.blogspot.com
A0
A1
A2
A3
A4
A5
RESET
ANALOG IN
D2(K)
R3
Q1
NPN
10k
D2
Gambar 16. Perbandingan Metode Direct On-Line
(DOL) dengan Metode Soft Starting dikopel
Generator DC
ON
6
1
2
3
4
OPT_R
1
RL1
V2
RLY-SPCO
VSINE
DIODE
Gambar 14. Rangkaian Keseluruhan Sistem
Perbandingan Metode Direct On-Line
(DOL) dengan Metode Soft Starting Tanpa
Beban
Grafik pada Gambar 16 memperlihatkan bahwa arus starting maksimal dengan
Metode Direct On-Line (DOL) mencapai
8.610901 Ampere dan Energi tiap satuan
waktu 1.02625 Watt. Sedangkan arus starting
maksimal dengan Metode Soft Starting
mencapai 5.80888 Ampere dengan Energi
tiap satuan waktu 0.811874 Watt. Sehingga
dapat dilihat selisih arus maksimal adalah
2.80203 Ampere dan selisih energi tiap
satuan waktu adalah 0.214376 Watt.
KESIMPULAN
Gambar 15. Perbandingan Metode Direct On-Line
(DOL) dengan Metode Soft Starting tanpa beban
Grafik pada Gambar 15 memperlihatkan bahwa arus starting maksimal dengan
Metode Direct On-Line (DOL) mencapai
Berdasarkan perancangan, pengujian
dan analisa yang telah dilakukan pada
Penelitian ini, dapat diambil beberapa
kesimpulan sebagai berikut:
1. Antarmuka (Interface) yang dirancang
pada komputer telah mampu digunakan
untuk mengirim nilai setting penyalaan
triac, menampilkan grafik tegangan,
arus dan kecepatan hasil pengukuran
secara real time.
2. Modul soft starting yang telah dibuat
dapat bekerja dengan baik untuk
pengasutan motor induksi 3 phase tipe
96 Dielektrika, 2 (2),Agustus 2015
sangkar bajing kapasitas 1 kW yang
ada di Laboratorium Sistem Tenaga.
3. Sesuai dengan datasheet komponen
(triac) yang digunakan, modul soft
starting dapat bekerja sampai arus
maksimal 16 A dan tegangan maksimal
600 V AC.
SARAN
Modul soft starting ini perlu dilakukan
pengembangan. Hal-hal yang perlu dilakukan
antara lain:
1. Penambahan sistem proteksi pada
modul yang berupa sekering, Over
Current Relay, Phase Failure Relay dan
Thermal Overload Relay.
DAFTAR RUJUKAN
Almon, 2008, “Metode Starting Motor Induksi”
http://almonr.blogspot.com/2008/12/metode-startingmotor-induksi.html diakses pada tanggal
18 Januari 2014
Ansori, A.I., 2013, ”Jenis Motor Listrik”,
http://insyaansori.blogspot.com/2013/04/je
nis-motor-listrik.html diakses pada tanggal
22 Januari 2014
Citarsa, I.B.F., 2013, ” Buku Ajar Mata Kuliah
Mesin Listrik II” , Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Mataram.
Djuandi, F., 2011, “Pengenalan Arduino”,dari
www.tokobuku.com
Marliska, E.D., Tiyono dan Harnoko, 2009,
”Aplikasi
Mikrokontroller
ATMega32
Sebagai Pengendali Automatic Soft Starter
Motor Induksi 3 Fase”, Yogyakarta.
Petruzella, F.D., 1996, “Industrial Electronics”,
Terjemahan
oleh
Sumanto.2001.Yogyakarta: Penerbit Andi.
Petruzella, F.D., 2010, “Electric Motor and
Control
System
”
dari
http://www.freeebookzones.com/electricmotors-and-control-systems-by-petruzella/
Prabowo, A., Suhendi, D. dan Hariansyah, M.,
2013, ”Perancangan Dynamic Braking
Pada Motor Induksi Tiga Fasa Berbasis
Mikrokontroller ATMega16”, Bogor.
Priahutama, A.B., Sukmadi, T. dan Setiawan,
I., 2010, ”Perancangan Modul Soft Starting
Motor Induksi 3 Fasa Dengan ATMega
8535”, Semarang.
Primatama, A., Soeprapto dan Wijono, 2013,
”Perancangan Soft Starter Motor Induksi
Satu Fasa Dengan Metode Closed Loop
Menggunakan Mikrokontroller Arduino”,
Malang
Purnomo, D.W., Stephanus, H. dan Sarjiya,
2011, ”Memperkecil Arus Starting Motor
Induksi Dengan Kombinasi Wye-Delta Dan
Kapasitor”, Yogyakarta.
Universitas Sumatera Utara, “Mesin Induksi
Tiga
Fasa”,
http://repository.usu.ac.id
diakses pada tanggal 18 Januari 2014