pengaturan kecepatan motor induksi tiga fasa dengan variabel
advertisement
PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA DENGAN VARIABEL FREKUENSI BERBASIS SISTEM OPERASI PERINTAH SUARA ANDROID (Skripsi) Oleh ADITYA HARTANTO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG 2016 ABSTRAK PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA DENGAN VARIABEL FREKUENSI BERBASIS SISTEM OPERASI PERINTAH SUARA ANDROID Oleh ADITYA HARTANTO Motor induksi tiga fasa adalah mesin penggerak mekanik yang mengubah energi listrik menjadi energi gerak. Motor ini berkonstruksi kuat dan biaya perawatan yang murah. Salah satu pengaturan kecepatan motor ini dapat dilakukan dengan mengubah frekuensi sumber. Alat kendali kecepatan motor ini masih menggunakan panel kendali yang besar atau menggunakan remot yang berkabel seperti pada crane. Penelitian tugas akhir ini bertujuan membuat sebuah prototipe pengaturan kecepatan motor induksi tiga fasa tanpa kabel menggunakan smartphone android dengan perintah suara. Prototipe ini menggunakan bluetooth sebagai penghubung antara smartphone dengan prototipe, sehingga pengaturan kecepatan motor dapat dilakukan pada jarak yang relatif jauh. Prototipe ini menggunakan inverter tiga fasa untuk mengkonversi sumber tegangan dc menjadi ac yang dapat diatur nilai frekuensinya. Metode switching mosfet pada inverter menggunakan metode Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM). Hasil penelitian ini menjelaskan bahwa prototipe telah berkerja dengan baik. Pengaturan kecepatan dapat dilakukan pada jarak maksimum 8m pada kondisi indoor dan 13m pada kondisi outdoor. Prototipe ini dapat mengubah frekuensi sumber dari 40-65Hz dengan kenaikan 5Hz dan menghasilkan kecepatan motor dari 1121-1933 rpm pada kondisi tidak berbeban. Kata kunci: motor induksi tiga fasa, smartphone android, bluetooth, SPWM, frekuensi, mosfet. ABSTRACT SPEED CONTROLLER OF THREE PHASE INDUCTION MOTOR USING VARIABLE FREQUENCY BASED ON VOICE OPERATION OF ANDROID SYSTEM By ADITYA HARTANTO Three phase induction motor is an mechanic that converts electrical energy into mechanical energy. It has a tough bodypack and low cost maintenance. Changing the frequency source is one of the methods for controlling the speed. This controller device is still operate with a huge control panel or wire remote as work on crane. This research is aimed to design a prototype of three phase induction motor speed controller in wireless using android smartphone where voice instruction is needed. This protorype requires bluetooth as conector of smartphone and the device, thus the speed controller can be operated in distance. This prototype using three-phase inverter to convert dc voltage into ac voltage source where the frequency is adjustable. Sinusoidal Pulse Width Modulation methode (SPWM) is used on inverter switching mosfet model. The results describe that this prototype has operated properly as expected. Controlling of motor speed was able to be set in 8m maximum distance for indoor and 13m for outdoor. This prototype was able to change frequency source from 40– 65 hz with 5hz increase and produce 1121–1933 rpm of motor speed with no load condition. Keywords: three phase induction motor, android smartphone, bluetooth, spwm, frequencies, mosfet PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA DENGAN VARIABEL FREKUENSI BERBASIS SISTEM OPERASI PERINTAH SUARA ANDROID Oleh Aditya Hartanto Skripsi Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar SARJANA TEKNIK Pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG 2016 RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Semarang, pada tanggal 18 Agustus 1993. Penulis merupakan putra pertama dari dua bersaudara pasangan Bapak Moch. Kustanto dan Ibu Nunuk Sri Krismeini. Penulis menempuh pendidikan formal pertama di TK Puspa Kencana Jaya, Semarang pada tahun 1999-2000. Penulis melanjutkan pendidikan pada jenjang berikutnya di SDN Sambiroto 01 Semarang pada tahun 2000-2005, SMPN 29 Semarang pada tahun 2005-2008, SMAN 12 Semarang pada tahun 2008, dan SMAN 3 Bandar Lampung pada tahun 2009-2011. Penulis melanjutkan pendidikan di jenjang perguruan tinggi dan terdaftar sebagai Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung melalui jalur Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SNMPTN) Undangan pada tahun 2011. Selama menjadi mahasiswa, penulis aktif dalam kegiatan kemahasiswaan seperti Himatro Unila, BEM-FT, dan BEM Unila. Penulis juga aktif sebagai asisten praktikum, diantaranya adalah asisten praktikum Elektronika Lanjut, Elektronika Daya, dan Mesin Listrik. Penulis mangambil konsentrasi Teknik Tenaga Listrik sebagai disiplin ilmu Teknik Elektro. Dengan Ridho Allah SWT dan Shalawat Kepada Nabi Muhammad SAW, Aku Dedikasikan Karya Ini Teruntuk Bapakku Tercinta & Ibuku Tercinta Moch. Kustanto & Nunuk Sri Krismeini Nenekku Tercinta Mbah Ti Adikku Tersayang Bima Satriatama Hartanto Keluarga Besar, Dosen, Teman, dan Almamater MOTTO Berniat, Berencana, Berusaha, dan Berdo’a (Aditya Hartanto, S.T.) Tidak Ada Hasil Yang Besar Tanpa Semangat Berusaha Yang Jujur Dan Pantang Menyerah, Kecuali Kamu Curang (Aditya Hartanto, S.T.) Why Do We Fall Sir? So That We Can Learn To Pick Ourselves Up (Alfred Pennyworth – Batman Begins) Yesterday Is History, Tomorrow Is A Mystery, But Today Is A Gift. That Is Why It Is Called The Present (Master Oogway – Kung Fu Panda) SANWACANA Segala puji bagi Allah SWT atas nikmat sehat dan kesempatan yang diberikan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan penelitian tugas akhir ini dengan baik. Shalawat serta salam selalu dihaturkan kepada Rasulullah Muhammad SAW yang menjadi tauladan bagi umat manusia. Tugas akhir yang berjudul “Pengaturan Kecepatan Motor Induksi Tiga Fasa Dengan Variabel Frekuensi Berbasis Sistem Operasi Perintah Suara Android” adalah salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Elektro, Universitas Lampung. Selama penelitian, penulis banyak mendapatkan pengetahuan, dukungan, dan do’a dari berbagai pihak. Oleh karena itu suatu kebanggan bagi penulis untuk memberikan ucapan terima kasih kepada: 1. Allah SWT yang telah memberikan kelancaran, nikmat iman dan sehat kepada penulis serta Rasulullah Muhammad SAW yang telah menjadi suri tauladan dalam berperilaku selama proses penlitian berlangsung. 2. Bapak Moch. Kustanto, Ibu Nunuk Sri Krismeini, dan dik Bima Satriatama Hartanto, orang tua dan adik tercinta penulis yang selalu memberikan kasih sayang, do’a, dan dukungan meski tidak selalu berada disamping penulis. 3. (Alm) Mbah Kung, Mbah Ti, Om Koko, dan Tante Selly yang telah memberi dukungan dan kasih sayang serta menjadi orang tua kedua penulis di Bandar Lampung. 4. Bapak Prof. Dr. Ir. Hasriadi Mat Akin, M.P. selaku Rektor Universitas Lampung. 5. Bapak Prof. Suharno, M.Sc., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik, Universitas Lampung. 6. Bapak Dr. Ing. Ardian Ulvan, S.T., M.Sc. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro, Universitas Lampung. 7. Bapak Ir. Noer Soedjarwanto, M.T. selaku Pembimbing Utama yang selalu memberikan bimbingan, arahan, dan motivasi hidup yang luar biasa kepada penulis untuk terus pantang menyerah menghadapi segala rintangan kehidupan. 8. Bapak Osea Zebua, S.T., M.T. selaku Pembimbing Pendamping yang selalu memberikan arahan, solusi dan motivasi kepada penulis dengan baik dan ramah. 9. Ibu Dr. Eng. Endah Komalasari, S.T., M.T. selaku Penguji Utama yang selalu memberikan kritik dan saran yang konstruktif bagi penulis dengan baik dan ramah. 10. Segenap Dosen di Jurusan Teknik Elektro yang telah memberikan bimbingan dan ilmu yang bermanfaat bagi penulis. xi 11. Segenap Staff di Jurusan Teknik Elektro maupun Fakultas Teknik yang telah membantu penulis dalam hal administrasi dan keperluan seminar. 12. Pak Sugiyanto selaku Teknisi Lab. KEE yang telah memberi ijin dan panduan selama penelitian di lab. 13. Segenap Asisten Lab. KEE 2011 yang super ganteng, yaitu Habib, Iwan, Denny, Frian, Rejani, dan Richard. 14. Segenap adik-adik Asisten Lab. KEE 2012, yaitu Ustadz Guntur, Yayan, Aji, Rio, Panji, Darma, dan Ipan serta adik-adik Asisten Lab. KEE 2013, yaitu Agung, Gusti, Nabila, Pitia, Rendi, Deri, Hardy, Hekson, Paian, Andre, Fikri, Rizki, Wahyu dan staff lainnya. 15. Teman-teman seperjuangan Elevengineer Adit Kecil, Adit Galau, Komti Agi Bulu Dada, Alek, Alin Mbong, Annida Ped-ded, Anang Ningratan, Andi Kedot, Preman Pensiun Andreas, Iwan Tongsis, (Alm) Arief, Mas Ocik, Mas Choi, Darma Darmo, Deden Kalem, Denny Polariz, Dirya Tuwawaw Mati Lampu, Iyon 500k, Mas Edi Kucing, Ezha Nezya, Fadil Magnet, Fanny Bumi Waras, Faris Warnet, Ajong Fikri, Apip KUA, Mpras, Mahakomti Najib, Habib Ya Habibism, Rani Pesek, Gata Bajigur, Aji M.A.H.A, Nur Cenuy, Gaya Kaki Vina, Umi Yunita, Prof Ryan Penceng, Engkoh Elan, Frian Pulsa, Abah Hajar, Reza Anak Mobil, Restu Resmun, Randi Cesar, Rejani Kening Bandara, Abidin Jul, Bang Bas ALS, Oka Pecinta Wanita, Farid Plesing, Gusmew Gentong Bernapas, Oom Sigit Siosio, Yoga Twentyzerosix, Yajir Kondangan, Imam Mutek, Logika Made, Richard Ranger, Bang Petrus, Frisky Bule, Rina Cheesecake, Bung Yere, Ijos Ewok, Bang Hajri Nomer Cantik, Reinaldy Sobat xii Reynold, Reynold Sobat Reinaldy, Ramos C-mos, Ucup Jual Beli HP, Fenti Pringsewu. 16. Kak Maulana, Kak Andri, Kak Nuril, Kak Afrizal, Kak Seto, Kak Aji, Kak Melzi, Kak Nanang, Kak Jerry, Kak Rizki, Kak Agung Sam yang telah memberi semangat dan motivasi kepada penulis. 17. Pengurus Himatro Universitas Lampung, kakak-kakak dan adik-adik tingkat 2008, 2009, 2010, 2012, 2013, 2014, 2015, 2016 yang penulis sayangi. 18. Bagas Reshal selaku sahabat penulis dan Alifiatul Septi Fitriani selaku yang tersayang yang selalu memberi do’a dan dukungan dari jauh. 19. Mas Yanuar Mukhammad dan Mas Muhamad Andi selaku blogger mikrokontroler dan elektronika yang telah membantu penulis dalam penelitian. 20. Semua pihak yang membantu penulis menyelesaikan penelitian tugas akhir ini. Penulis menyadari bahwa masih terdapat kekurangan dalam penulisan skripsi ini. Penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat konstruktif dari semua pihak demi kemajuan bersama. Penulis berharap skripsi ini dapat menjadi sumber ilmu yang bermanfaat bagi pembacanya. Bandar Lampung, 11 November 2016 Penulis xiii DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK ...................................................................................................... i HALAMAN JUDUL ...................................................................................... iii HALAMAN PERSETUJUAN ...................................................................... iv HALAMAN PENGESAHAN ........................................................................ v SANWACANA ............................................................................................... x DAFTAR ISI ................................................................................................... xiv DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xvii DAFTAR TABEL .......................................................................................... xx BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ........................................................................................... 1.2 Tujuan Penelitian ....................................................................................... 1.3 Manfaat Penelitian ..................................................................................... 1.4 Rumusan Masalah ...................................................................................... 1.5 Batasan Masalah......................................................................................... 1.6 Hipotesis..................................................................................................... 1.7 Sistematika Penulisan ................................................................................ 1 3 3 4 4 5 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Motor Induksi Tiga Fasa ............................................................................ 2.1.1 Motor Induksi ................................................................................... 2.1.2 Konstruksi Motor Induksi Tiga Fasa ............................................... 2.1.3 Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Fasa ............................................ 2.1.4 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Tiga Fasa ................................. 2.1.5 Pengaturan Kecepatan Menggunakan Frekuensi Sumber................ 2.2 Inverter Tiga Fasa ...................................................................................... 2.2.1 Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM) ................................. 2.2.2 Mosfet dan Rangkaian Snubber ....................................................... 2.3 Rangkaian Pemicu Gate Mosfet (Gate Driver) ......................................... 2.4 Rangkaian Catu Daya (Power Supply) ....................................................... 2.5 Rangkaian Pengereman Dinamik ............................................................... 2.6 Modul Bluetooth HC-0............................................................................... 2.7 Modul Mikrokontroler ............................................................................... 7 7 8 10 13 15 16 17 19 21 22 24 24 25 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian .................................................................... 3.2 Alat dan Bahan ........................................................................................... 3.3 Spesifikasi Alat .......................................................................................... 3.4 Metode Penelitian....................................................................................... 3.4.1 Studi Literatur .................................................................................. 3.4.2 Perancangan Alat dan Sistem ........................................................... 3.4.3 Pengujian Alat dan Sistem ............................................................... 3.4.4 Analisa dan Kesimpulan .................................................................. 27 27 28 30 30 31 33 34 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Perancangan Prototipe dan Aplikasi ................................................. 4.1.1 Aplikasi Pada Smartphone ............................................................... 4.1.2 Modul Bluetooth HC-05 dan LCD1602 ........................................... 4.1.3 Modul Arduino................................................................................. 4.1.4 Modul Power Supply........................................................................ 4.1.5 Modul Gate Driver Mosfet .............................................................. 4.1.6 Modul Inverter Tiga Fasa ................................................................. 4.1.7 Modul Filter LC ............................................................................... 4.1.8 Modul Pengereman Dinamik ........................................................... 4.2 Analisa Data Hasil Pengujian..................................................................... 4.2.1 Hasil Pengujian Komponen/ Alat Ukur ........................................... 4.2.2 Hasil Pengujian Aplikasi dan Modul ............................................... 4.2.3 Hasil Pengujian Prototipe ................................................................ 35 35 37 38 39 40 42 44 46 47 47 48 63 xv BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ................................................................................................ 5.2 Saran ........................................................................................................... 70 71 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xvi DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Konstruksi Motor Induksi Tiga Fasa ........................................... 8 Gambar 2.2. Stator Motor Induksi Tiga Fasa ................................................... 9 Gambar 2.3. Rotor Motor Induksi Tiga Fasa Sangkar Tupai ........................... 9 Gambar 2.4. Rotor Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Belitan ............................ 10 Gambar 2.5. Arah Medan Putar Pada Stator .................................................... 10 Gambar 2.6. Rangkaian Ekivalen Pada Stator ................................................. 14 Gambar 2.7. Rangkaian Ekivalen Pada Rotor .................................................. 14 Gambar 2.8. Rangkaian Ekivalen Motor Induksi............................................. 15 Gambar 2.9. Grafik Hubungan Torsi dengan Kecepatan Motor ...................... 16 Gambar 2.10. Inverter ...................................................................................... 17 Gambar 2.11. Modulasi Gelombang Sinusoidal dengan Carrier .................... 17 Gambar 2.12. Pulsa SPWM Gate Mosfet ........................................................ 18 Gambar 2.13. Mosfet........................................................................................ 19 Gambar 2.14. Rangkaian Snubber Pada Mosfet .............................................. 20 Gambar 2.15. Konfigurasi Pin IC Gate Driver ................................................ 21 Gambar 2.16. Rangkaian Skematik Gate Driver ............................................. 21 Gambar 2.17. Rangkaian Power Supply .......................................................... 22 Gambar 2.18. Rectifier dengan Dioda Bridge dan Tegangan Output .............. 22 Gambar 2.19. Tegangan Output Power Supply................................................ 23 Gambar 2.20. Konfigurasi IC Regulator 78xx ................................................. 23 Gambar 2.21. Sistem Pengereman Dinamik .................................................... 24 Gambar 2.22. Modul bluetooth HC-05 ............................................................ 25 Gambar 2.23. Arduino mega 2560 ................................................................... 25 Gambar 3.1. Flowchart Perancangan Alat Dan Sistem ................................... 31 Gambar 3.2. Diagram Blok Perancangan Alat dan Sistem Keseluruhan ......... 32 Gambar 3.3. Diagram Blok Perancangan Aplikasi Pada Smartphone ............. 33 Gambar 4.1. Tampilan Aplikasi di Smartphone .............................................. 36 Gambar 4.2. Modul Bluetooth HC-05 dan LCD1602 ...................................... 38 Gambar 4.3. Modul Arduino Mega 2560 ......................................................... 39 Gambar 4.4. Rangkaian Skematik Power Supply ............................................ 40 Gambar 4.5. Modul Power Supply ................................................................... 40 Gambar 4.6. Rangkaian Skematik Gate Driver Mosfet dengan IC IR2110 .... 41 Gambar 4.7. Modul Gate Driver Mosfet dengan IC IR2110 ........................... 42 Gambar 4.8. Rangkaian Skematik Inverter Tiga Fasa ..................................... 43 Gambar 4.9. Modul Inverter Tiga Fasa ............................................................ 43 Gambar 4.10. Rangkaian Skematik Filter LC Tiga Fasa ................................. 45 Gambar 4.11. Modul Filter LC Tiga Fasa ........................................................ 45 Gambar 4.12. Rangkaian Skematik Pengereman Dinamik .............................. 46 Gambar 4.13. Modul Pengereman Dinamik .................................................... 47 Gambar 4.14. Hasil Pengujian Komponen dan Alat Ukur ............................... 48 Gambar 4.15. Hasil Pengujian Konektivitas Bluetooth Pada Smartphone ...... 48 Gambar 4.16. Hasil Pengujian Tombol Voice Recognition ............................. 49 xviii Gambar 4.17. Hasil Pengujian Tampilan Voice Recognition Pada Smartphone 50 Gambar 4.18. Hasil Pengujian Tampilan LCD ................................................ 52 Gambar 4.19. Hasil Simulasi Modulasi Gelombang Sinusoidal dengan Carrier 53 Gambar 4.20. Hasil Pengujian Pulsa SPWM Pada Output Arduino ................ 54 Gambar 4.21. Hasil Pengujian Pulsa SPWM Pada Output IC 74LS04 ........... 55 Gambar 4.22. Hasil Pengujian Pulsa SPWM Pada Output IC IR2110 ............ 56 Gambar 4.23. Hasil Pengujian Gelombang Sinusoidal Pada Output Modul Inverter Tiga Fasa Sebelum Filter LC ....................................... 57 Gambar 4.24. Hasil Pengujian Gelombang Sinusoidal Pada Output Modul Inverter Tiga Fasa Sesudah Filter LC ....................................... 60 Gambar 4.25. Hasil Pengujian Indikator Pengereman Dinamik ...................... 62 Gambar 4.26. Hasil Pengujian Gelombang DC Pengereman Dinamik ........... 63 Gambar 4.27. Modul Motor Induksi Tiga Fasa dan Power Supply De Lorenzo 64 Gambar 4.28. Grafik Hubungan antara Frekuensi dengan Kecepatan Rotor ... 67 Gambar 4.29. Grafik Hubungan antara Kecepatan Rotor dengan Torsi .......... 69 xix DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Spesifikasi IC Gate Driver .............................................................. 21 Tabel 2.2. Spesifikasi Arduino mega 2560 ...................................................... 26 Tabel 4.1. Perintah Suara dan Karakter yang Dikirim ..................................... 36 Tabel 4.2. Keterangan Gambar Aplikasi .......................................................... 37 Tabel 4.3. Tampilan Layar LCD1602 .............................................................. 38 Tabel 4.4. Hasil Pengujian Jangkauan Konektivitas Bluetooth ....................... 51 Tabel 4.5. Hasil Pengujian Inverter Tiga Fasa Tanpa Filter LC ...................... 58 Tabel 4.6. Hasil Perhitungan Error Sudut Antar Fasa Gelombang ................. 61 Tabel 4.7. Hasil Pengujian Inverter Tiga Fasa Dengan Filter LC .................... 61 Tabel 4.8. Spesifikasi Motor Induksi Tiga Fasa Tipe Sangkar Tupai .............. 64 Tabel 4.9. Hasil Pengukuran Tegangan Antar Fasa dan Arus Fasa ................. 65 Tabel 4.10. Hasil Perhitungan Error Tegangan Antar Fasa ............................ 65 Tabel 4.11. Hasil Pengujian Kecepatan Motor Induksi Tiga Fasa ................... 66 Tabel 4.12. Hasil Perhitungan Daya, Rugi-Rugi, dan Torsi ............................ 68 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Motor induksi tiga fasa memiliki konstruksi yang kuat dan sederhana serta estimasi biaya perawatan yang lebih murah dibandingkan motor jenis lainnya. Motor ini telah diaplikasikan dalam kehidupan sehari–hari seperti pada penggerak kereta listrik, pengangkut beban (crane), dan pompa air. Menurut B. L. Theraja dan A. K. Theraja dalam buku yang berjudul “Electrical Technology Volume I: Basic Electrical Engineering”, pengaturan kecepatan motor induksi memiliki kelemahan dalam pengaturan kecepatan motor. Pengaturan kecepatan motor dapat dilakukan dengan mengubah jumlah kutub atau frekuensi motor. Pengaturan dengan mengubah jumlah kutub sulit untuk dilakukan karena akan merubah konstruksi motor. Pengaturan dengan mengubah frekuensi sumber pada stator lebih mudah dilakukan karena tidak merubah konstruksi motor yang sudah jadi[1]. Teknologi pengendali kecepatan motor induksi saat ini masih menggunakan panel kendali atau remot berkabel. Pengendali kecepatan motor induksi menggunakan panel kendali atau remot memiliki kelemahan, diantaranya memerlukan ruang 2 kendali khusus sebagai tempat pengoperasian motor. Jika menggunakan remot, seperti pada crane maka operator tidak dapat terlalu jauh karena adanya kabel remot yang panjangnya terbatas. Sebagai khazanah teknologi pengendali putaran motor, timbul suatu ide untuk membuat rancang bangun (prototipe) pengendali kecepatan motor induksi menggunakan smartphone . Smartphone telah dilengakapi dengan operating system (OS) yang bersifat open access data, yaitu android. Android memberi peluang bagi pengguna untuk menciptakan sendiri aplikasi pada smartphone. Penelitian yang dilakukan oleh Rizky Dwi Susanto pada tahun 2015 berjudul “Rancang Bangun Pengendali Kecepatan Putar dan Pengereman Motor DC Menggunakan Perintah Suara dengan Memanfaatkan Fitur Speech Recognition pada Sistem Operasi Android” telah membahas pengaturan kecepatan motor dc menggunakan perintah suara berbasis android. Pada penelitian ini dilakukan pengendali kecepatan motor dc pada jarak jauh dengan mengubah sumber tegangan searah (dc) terminal menggunakan smartphone android[2]. Dengan demikian smartphone dapat digunakan sebagai perangkat untuk mengatur kecepatan motor induksi tiga fasa. Penelitian yang dilakukan oleh Sardiyanto pada tahun 2011 berjudul “Pembuatan Modul Inverter 3 Fasa Sinusoidal Pulse Width Modulation sebagai Pengaturan Kecepatan Motor Induksi 3 Fasa Terhubung Segitiga 220 Volt” telah membahas pengaturan kecepatan motor induksi tiga fasa dengan perubahan frekuensi 3 menggunakan inverter tiga fasa[3]. Pada penelitian ini belum menggunakan filter, pengereman, dan perangkat kendali menggunakan switch. Dengan demikian pengaturan kecepatan motor induksi tiga fasa dapat dilakukan dengan mengatur perubahan frekuensi sumber menggunakan inverter tiga fasa. Berdasarkan penelitian yang sudah dilakukan sebelumnya timbul ide untuk membuat prototipe pengaturan kecepatan motor induksi tiga fasa dengan perubahan frekuensi menggunakan perintah suara yang berbasis smartphone android. Penjelasan diatas melatarbelakangi penulis untuk melakukan penelitian tugas akhir yang berjudul “Pengaturan Kecepatan Motor Induksi Tiga Fasa dengan Variabel Frekuensi Berbasis Sistem Operasi Perintah Suara Android”. 1.2 Tujuan Penelitian Tujuan penelitian ini adalah membuat sebuah alat pengendali kecepatan motor induksi tiga fasa dengan perubahan frekuensi yang diatur menggunakan perintah suara melalui smartphone android yang terkoneksi dengan bluetooth sebagai penghubung antara smartphone dengan prototipe. 1.3 Manfaat Penelitian Penelitian ini memiliki manfaat sebagai berikut: 1. Sebagai referensi dalam pengembangan aplikasi motor induksi tiga fasa dengan menggunakan teknologi bluetooth dan smartphone. 4 2. Sebagai penambah wawasan pengetahuan tentang teknologi pengendali motor induksi tiga fasa menggunakan smartphone. 1.4 Rumusan Masalah Rumusan masalah dalam penelitian adalah sebagai berikut: 1. Bagaimana merancang sistem pengendali pengaturan kecepatan motor induksi tiga fasa berbasis perintah suara pada smartphone android. 2. Bagaimana membuat inverter tiga fasa sebagai pengatur frekuensi untuk mengatur kecepatan motor induksi tiga fasa. 3. Bagaimana menerapkan bluetooth pada perangkat keras dan smartphone sebagai pengganti kabel penguhubung. 1.5 Batasan Masalah Penelitian ini memiliki batasan – batasan masalah sebagai berikut: 1. Menggunakan motor induksi tiga fasa jenis rotor sangkar dengan daya 0.25 kW dari Laboratorium Konversi Energi Elektrik di Jurusan Teknik Elektro. 2. Menggunakan inverter tiga fasa. 3. Menggunakan gate driver dengan spesifikasi IC IR2110. 4. Menggunakan modul mikrokontroler dengan spesifikasi arduino mega 2560. 5. Menggunakan metode Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM). 6. Menggunakan pengereman dinamik untuk sistem pengereman motor induksi tiga fasa. 7. Tidak membahas secara detail pengaturan source code arduino dan pembuatan aplikasi pada android. 5 8. Tidak membahas detail hubungan bluetooth dengan android. 9. Tidak membahas smartphone saat kondisi low battery. 10. Tidak membahas secara detail pengereman motor. 1.6 Hipotesis Prototipe pengaturan kecepatan dan pengereman motor induksi tiga fasa dengan perubahan frekuensi menggunakan sistem operasi android dapat dijadikan referensi dalam membuat suatu perangkat pengendali motor induksi tanpa kabel sebagai khazanah ilmu pengetahuan dan dapat menimalisasi penggunaan ruangan kendali. 1.7 Sistematika Penulisan Sistematika penulisan penelitian ini terbagi menjadi beberapa bab sebagai berikut: I. PENDAHULUAN Bab ini berisi tentang latar belakang penelitian, tujuan penelitian, manfaat penelitian, rumusan masalah, batasan masalah, hipotesis, dan sistematika penulisan laporan penelitian. II. TINJAUAN PUSTAKA Bab ini berisi tentang penjelasan secara umum tentang teori dasar yang digunakan sebagai referensi dalam penelitian. III. METODE PENELITIAN Bab ini berisi tentang tahapan penelitian yang meliputi waktu, tempat, alat, bahan, spesifikasi alat, dan metode penelitian. IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Bab ini berisi tentang hasil dan pengolahan data serta analisa hasil penelitian. 6 V. KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini berisi tentang kesimpulan dari penelitian dan saran untuk referensi dalam melanjutkan penilitian. DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Motor Induksi Tiga Fasa 2.1.1 Motor Induksi[1] Motor induksi termasuk dalam jenis motor asinkron. Motor ini bekerja berdasarkan induksi medan magnet yang terjadi pada stator ke rotor. Arus yang timbul pada rotor bukan diperoleh dari sumber, tetapi akibat perbedaan relatif antara putaran rotor dengan medan putar (rotating magnetic field). Berdasarkan penjelasan tersebut motor ini disebut sebagai motor induksi. Berikut ini adalah kelebihan dan kekurangan dari motor induksi: Kelebihan: 1. Konstruksi motor yang sederhana dan kokoh. 2. Harga yang murah dan handal. 3. Efisiensi yang cukup tinggi. Tidak ada brushes (sikat) maka rugi – rugi gesek berkurang dan faktor daya cukup baik. 4. Estimasi biaya perawatan yang rendah. 5. Pengaturan starting motor yang sederhana. 8 Kekurangan: 1. Kecepatan tidak dapat divariasikan tanpa mengabaikan beberapa efisiensi. 2. Kecepatan mengalami penurunan seiring penambahan beban. 3. Torsi starting lebih rendah dari jenis motor dc shunt. 2.1.2 Konstruksi Motor Induksi Tiga Fasa[4] Motor induksi tiga fasa memiliki dua bagian utama, yaitu bagian stator (diam) dan bagian rotor yang berputar. Diantara stator dan rotor terdapat celah udara sempit yang berfungsi sebagai tempat perpindahan energi dari stator ke rotor. Berikut ini adalah gambar konstruksi motor induksi: Gambar 2.1. Konstruksi Motor Induksi Tiga Fasa[4]. 1. Stator Stator motor induksi tiga fasa pada dasarnya memiliki konstruksi yang sama dengan motor sinkron dan generator. Stator memuat belitan tiga fasa yang akan disuplai oleh sumber tegangan bolak-balik (ac) tiga fasa. Belitan ini yang akan menentukan jumlah kutub pada stator. Penentuan jumlah kutub berpengaruh pada kecepatan sinkron motor induksi tiga fasa. Berikut ini adalah gambar bagian stator motor induksi tiga fasa: 9 Gambar 2.2. Stator Motor Induksi Tiga Fasa[4]. 2. Rotor Rotor sangkar tupai (squirrel cage rotor) memiliki konstruksi yang sederhana dan kokoh. Rotor terdiri dari inti besi yang berbentuk silinder dan tersusun berlapis (laminasi) dilengkapi dengan slot paralel sebagai tempat masuknya batang konduktor. Rotor yang terdiri dari batang – batang konduktor, tersusun pada alur disekitar permukaan rotor. Setiap ujung konduktor dihubung singkat dengan cara dipatri atau dilas atau dibaut pada slot dua cincin hubung singkat atau disebut juga dengan end-rings. Berdasarkan konstruksi itu rotor tersebut disebut dengan rotor sangkar tupai. Berikut ini adalah gambar konstruksi motor induksi tiga fasa rotor sangkar tupai: Gambar 2.3. Rotor Motor Induksi Tiga Fasa Sangkar Tupai[4]. 10 Rotor jenis yang lain adalah rotor belitan (wound rotor). Belitan tiga fasa pada rotor ini biasanya terhubung wye (Y) dan setiap ujung ketiga kawat belitan fasa rotor dihubungkan pada slip ring pada poros rotor. Belitan fasa dihubung singkat dengan tahanan luar melalui sikat (brush) yang menempel pada slip ring. Berikut ini adalah gambar motor induksi tiga fasa rotor belitan: Gambar 2.4. Rotor Motor Induksi Tiga Fasa Rotor Belitan[4]. 2.1.3 Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Fasa Stator yang dihubungkan dengan sumber tegangan ac tiga fasa maka akan mengalir arus tiga fasa pada kumparan stator. Arus ac tiga fasa yang mengalir pada stator akan menghasilkan fluks bolak–balik. Interaksi fluks setiap fasa menghasilkan medan putar. Peristiwa tersebut dijelaskan pada gambar 2.5. Gambar 2.5. Arah Medan Putar Pada Stator[5]. 11 Berikut adalah penjelasan medan putar stator pada gambar 2.5[5]: Pada sudut 0o arus I1 bernilai positif sementara arus I2 dan I3 bernilai negatif sehingga pada belitan V2, U1, dan W2 bertanda silang yang berarti arah medan menjauhi pembaca. Sementara pada belitan V1, U2, dan W1 bertanda titik yang berarti arah medan mendekati pembaca. Arah medan tersebut membentuk fluks magnet pada garis horizontal bersudut 0o. Pada sudut 120o arus I2 bernilai positif sementara arus I1 dan I3 bernilai negatif sehingga pada belitan W2, V1, dan U2 bertanda silang, sedangkan belitan W1, V2, dan U1 bertanda titik. Arah medan tersebut membentuk fluks magnet yang mengalami pergeseran sudut sebesar 120o dari posisi awal. Pada sudut 240o arus I3 bernilai positif sementara arus I1 dan I2 bernilai negatif sehingga pada belitan U2, W1, dan V1 bertanda silang, sedangkan belitan U1, W2, dan V1 bertanda titik. Arah medan tersebut membentuk fluks magnet yang mengalami pergeseran sudut sebesar 120o dari posisi kedua. Pada Sudut 360o posisi ini sama dengan posisi saat sudut 0o sehingga fluks magnet kembali pada posisi awal dengan sudut 0o. Putaran fluks magnet searah dengan putaran jam. Kecepatan fluks adalah satu siklus penuh (satu periode) gelombang ac. Satu periode gelombang ac bernilai T=1/f, dimana f adalah frekuensi tegangan sumber. Kecepatan medan putar motor ns dirumuskan dalam persamaan 2.1 dan 2.2[6]. ns =f revolution/second ............................................................................. (2.1) Atau jika dalam menit menjadi: 12 ns =60f revolution/minute ......................................................................... (2.2) Motor induksi memiliki kumparan dimana setiap kumparan terdapat dua kutub, yaitu utara dan selatan. Jika p = 2pp, dimana p adalah jumlah kutub dan pp adalah jumlah pasangan kutub maka di peroleh persamaan 2.3 dan 2.4[6]: f ns =60 pp rpm ..................................................................................... (2.3) Kecepatan sinkron motor induksi dapat dirumuskan dalam persamaan sebagai berikut: f ns =120 ...................................................................................................... (2.4) p Dimana: ns : kecepatan sinkron/ medan putar (rpm) f : frekuensi (Hz) p : jumlah kutub motor Putaran motor induksi dapat dijelaskan dengan menggunakan persamaan pada hukum gaya Lorentz. Gaya Lorentz dirumuskan pada persamaan 2.5[6]: F=B.i.l.sinθ .......................................................................................... (2.5) Dimana, F : gaya Lorentz (N) B : kerapatan fluks magnet (Wb/m2) i : arus pada konduktor (A) l : panjang konduktor (m) Putaran motor induksi menghasilkan slip. Slip adalah perbedaan antara kecepatan sinkron dengan kecepatan rotor. Berikut ini adalah persamaan slip motor induksi[6]: 13 s= ns - nr ns ......................................................................................................... (2.6) Dimana s : slip motor ns : kecepatan sinkron/ medan putar (rpm) nr : kecepatan rotor (rpm) Dalam keadaan beban nol, kecepatan rotor akan bernilai mendekati kecepatan stator atau nilai slip mendekati 1. Perubahan kecepatan motor induksi menghasilkan nilai torsi yang berbeda. Rumus nilai torsi perubahan kecepatan dijelaskan pada persamaan 2.7[4]. Tm= 9.55*Pm n = 9.55*Pr ns ............................................................................ (2.7) Dimana: Tm : torsi perubahan kecepatan motor (Nm) Pm : daya mekanik motor (watt) Pr : daya yang masuk ke rotor (watt) 2.1.4 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Tiga Fasa[6] Motor induksi identik dengan sebuah transformator, sehingga rangkaian ekivalen motor induksi sama dengan rangkaian ekivalen pada transformator. Perbedaan antara rangkaian ekivalen motor induksi dengan transformator terletak pada bagian rotor yang dihubung singkat dan dapat berputar akibat induksi magnetik. Gambar rangkaian ekivalen pada sisi stator ditunjukkan pada gambar 2.6. 14 Gambar 2.6. Rangkaian Ekivalen Pada Stator. Nilai tegangan induksi stator yang dihasilkan berdasarkan gambar diatas adalah pada persamaan 2.8. E1 =V-I1 (R 1 +jX 1 ) ........................................................................................ (2.8) Dimana: V : tegangan sumber (V) N1 : kumparan stator E1 : tegangan induksi stator (V) I1 : arus stator (A) R1 : tahanan stator (Ohm) X1 : reaktansi stator (Ohm) Im : arus penguatan (A) Rm : tahanan inti (Ohm) Xm : reaktansi inti (Ohm) Gambar rangkaian ekivalen pada rotor ditunjukkan pada gambar 2.7. Gambar 2.7. Rangkaian Ekivalen Pada Rotor. 15 Gambar 2.7 menunujukkan rotor dalam kondisi rangkaian tertutup (close loop) sehingga akan menimbulkan arus rotor. Nilai arus pada rotor pada persamaan sebagai berikut: Ir = E2 1 R 2 +( -1)+jX2 s ............................................................................ (2.11) Dimana: E2 : tegangan induksi rotor (V) Ir : arus rotor (A) R2 : tahanan rotor (Ohm) X2 : reaktansi rotor (Ohm) Kedua rangkaian ekivalen stator dan rotor dapat digabungkan menjadi satu rangkaian ekivalen motor induksi tiga fasa. Gambar rangkaian ekivalen motor induksi tiga fasa ditunjukkan pada 2.8. Gambar 2.8. Rangkaian Ekivalen Motor Induksi. 2.1.5 Pengaturan Kecepatan Menggunakan Frekuensi Sumber[6] Persamaan 2.4 menjelaskan nilai frekuensi sumber berbanding lurus dengan nilai kecepatan sinkron. Persamaan ini membuktikan ketika nilai frekuensi bertambah maka kecepatan motor akan ikut bertambah. Persamaan 2.7 menjelaskan nilai torsi 16 berbanding terbalik dengan kecepatan motor, sehingga semakin besar kecepatan motor maka semakin kecil nilai torsi. Peristiwa ini terjadi dikarenakan nilai frekuensi berbanding lurus dengan nilai kecepatan motor dan berbanding terbalik dengan nilai torsi. Grafik hubungan antara kecepatan motor dengan torsi ditunjukkan pada gambar berikut: Gambar 2.9. Grafik Hubungan Torsi dengan Kecepatan Motor[6]. 2.2 Inverter Tiga Fasa Inverter adalah suatu rangkaian elektronika daya yang memiliki fungsi untuk mengubah sumber arus dc menjadi sumber arus ac. Inverter terdiri dari komponen semikonduktor mosfet atau IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) yang berfungsi sebagai pensaklaran[7]. Berdasarkan sumber tegangan yang dihasilkan, inverter dibagi menjadi inverter satu fasa dan inverter tiga fasa. Berikut ini adalah gambar rangkaian inverter satu fasa dan tiga fasa: 17 Inverter 3 Fasa Gambar 2.10. Inverter. Inverter 1 Fasa Inverter tiga fasa dapat digunakan sebagai alat pengatur kecepatan motor induksi tiga fasa. Dengan menggunakan prinsip pensaklaran pada inverter tiga fasa, frekuensi motor induksi tiga fasa dapat diubah–ubah untuk menghasilkan kecepatan yang diinginkan. 2.2.1 Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM) Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM) adalah suatu metode yang digunakan untuk mengendalikan inverter karena dapat langsung mengatur tegangan dan frekuensi output sesuai dengan fungsi sinus. Metode ini memiliki karakteristik nilai amplitudo yang konstan tetapi nilai lebar pulsa (duty cycle) berbeda-beda[8]. Berikut ini adalah gambar metode SPWM tiga fasa: Gambar 2.11. Modulasi Gelombang Sinusoidal dengan Carrier[8]. 18 Pulsa SPWM terjadi karena adanya titik perpotongan antara gelombang segitiga dengan gelombang sinus. Titik ini akan menghasilkan pulsa SPWM dengan duty cycle yang berbeda setiap periodenya. Pulsa ini yang akan memberi sudut penyalaan (trigger) pada gate mosfet sehingga mosfet akan berfungsi sebagai saklar. Berikut ini adalah gambar pulsa SPWM untuk trigger gate pada mosfet: Gambar 2.12. Pulsa SPWM Gate Mosfet[8]. 19 Hasil modulasi gelombang sinusoidal dengan gelombang carrier adalah pulsa SPWM. Pulsa tersebut hasil perpotongan antara kedua gelombang. Pulsa tersebut dijadikan sebagai pemicu pada gate mosfet. 2.2.2 Mosfet dan Rangkaian Snubber MOSFET merupakan singkatan dari Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor. Mosfet adalah komponen semikonduktor yang dibuat dengan meletakkan lapisan oksida pada semikonduktor NPN atau PNP sementara lapisan logam diletakkan di atasnya. Mosfet memiliki tiga buah kaki, yaitu drain (D), source (S), dan gate (G). Berikut ini adalah gambar konfigurasi Mosfet: Gambar 2.13. Mosfet[3]. Pada proses pensaklaran (switching) mosfet pada inverter, mosfet rentan mengalami kerusakan akbiat peningkatan tegangan sesaat. Oleh karena itu diperlukan suatu rangkaian pelindung mosfet agar mosfet terhindar dari kerusakan yang disebut rangkaian snubber RC. Berikut ini adalah gambar rangkaian snubber pada mosfet: 20 Gambar 2.14. Rangkaian Snubber Pada Mosfet[3]. Berikut ini adalah rumus mencari besar nilai kapasitor dan resistor yang digunakan[7]: Kapasitor: Ps =0.5Cs Vs2 fs ............................................................................................... (2.12) Sehingga diperoleh: Cs = Ps 0.5Vs2 fs ................................................................................................. (2.13) Resistor: Rs= Vs ITD ....................................................................................................... (2.14) Dimana CS : kapasitor snubber (uF) ITD : arus pengisian kapasitor snubber (A) fS : frekuensi switching mosfet (Hz) VS : tegangan sumber (Volt) RS : tahanan snubber (Ohm) PS : rating daya resistor snubber (W) 21 2.3 Rangkaian Pemicu Gate Mosfet (Gate Driver)[9] Rangkaian gate driver adalah rangkaian yang berfungsi sebagai pemicu gate pada mosfet sehingga mosfet dapat berfungsi sebagai saklar semikonduktor. IC gate driver yang digunakan adalah IR2110. Dalam satu IC ini dapat menjadi driver untuk dua mosfet. IC ini berfungsi sebagai pembangkit PWM kontrol dan menguatkan tegangan pada arduino dari 5 Volt menjadi 15 Volt. Berikut ini adalah gambar konfigurasi pin IC gate driver: Gambar 2.15. Konfigurasi Pin IC Gate Driver[9]. Gambar 2.16. Rangkaian Sekematik Gate Driver[9]. Berikut ini adalah tabel spesifikasi IC gate driver: Tabel 2.1. Spesifikasi IC Gate Driver. Voffset Io +/Vout ton/off (typ.) Delay 500 Volt maks. 2 ampere 10 – 20 Volt 120 dan 94 ns 10 ns maks. 22 2.4 Rangkaian Catu Daya (Power Supply)[1] Power supply adalah rangkaian elektronika daya yang menghasilkan tegangan ouput dc fixed atau variabel. Rangkaian ini terdiri dari beberapa komponen, yaitu transformator, penyearah gelombang (rectifier), filter, dan regulator tegangan. Rangkaian ini berfungsi untuk memberi supply tegangan dc ke perangkat keras yang membutuhkan tegangan dc. Berikut ini adalah gambar diagram rangkaian catu daya: Gambar 2.17. Rangkaian Power Supply. Pada rangkaian catu daya terdapat transformator step down yang berfungsi menurunkan tegangan sumber dari PLN (AC 220 volt) menjadi tegangan output yang diiginkan. Berikut ini adalah gambar output dari rangkaian catu daya: Gambar 2.18. Rectifier dengan Dioda Bridge dan Tegangan Output[1]. 23 Power supply tanpa filter menghasilkan gelombang dc yang masih memiliki ripple. Oleh karena perlu digunakan filter untuk menghasilkan gelombang dc yang lebih halus. Berikut ini adalah output gelombang dc dengan menggunakan filter kapasitor: Tanpa Filter Dengan Filter Gambar 2.19. Tegangan Output Power Supply[1]. Pada rangkaian catu daya diperlukan regulator tegangan. Regulator tegangan digunakan untuk menghasilkan tegangan output fixed atau tidak dapat diatur karena sesuai dengan nilai yang tertera pada IC regulator tersebut. Salah satu contoh regulator tegangan adalah IC dengan tipe 78xx. Dua angka dibelakang menjelaskan nilai tegangan output yang dihasilkan. Misalnya IC regulator 7812 akan menghasilkan tegangan output sebesar 12 Volt. Berikut ini adalah gambar IC regulator tegangan: Gambar 2.20. Konfigurasi IC Regulator 78xx. 24 2.5 Rangkaian Pengereman Dinamik[10] Pengereman secara dinamik adalah metode pengereman motor induksi dengan cara menginjeksikan arus dc pada stator sehingga akan mengembangkan medan stasioner untuk menurunkan tegangan pada rotor. Karena rotor dalam keadaan hubung singkat maka akan timbul medan magnet yang berputar sama dengan kecepatan rotor namun dengan arah yang berlawanan. Interaksi medan resultan dengan gaya gerak magnet pada rotor menimbulkan torsi yang berlawanan dengan torsi motor sehingga pengereman dapat terjadi. Berikut ini adalah gambar rangkaian pengereman dinamik motor induksi tiga fasa: Gambar 2.21. Sistem Pengereman Dinamik[10]. 2.6 Modul Bluetooth HC-05[11] HC-05 adalah modul bluetooth SPP (Serial Port Protocol) yang mudah digunakan dan didesain untuk komunikasi serial tanpa kabel. Modul bluetooth ini menggunakan modulasi bluetooth V2.0 + EDR (Enchanced Data Rate) 3 Mbps dengan memanfaatkan gelombang radio yang berfrekuensi 2,4 GHz. Modul 25 bluetooth ini dapat digunakan sebagai master dan slave. Berikut adalah gambar modul bluetooth HC-05: Gambar 2.22. Modul bluetooth HC-05. 2.7 Modul Mikrokontroler[12] Arduino adalah open-source project yang awalnya dikembangkan di Interaction Design Institute Ivera, di Italia utara oleh Massimo Banzi, David Cuartielles, Tom Igoe, Gianluca Martino, dan David Mellis. Arduino mega 2560 adalah modul mikrokontroler yang menggunakan ATmega 2560. Berikut adalah gambar arduino mega 2560: Gambar 2.23. Arduino mega 2560. 26 Berikut adalah spesifikasi dari Arduino mega 2560: Tabel 2.2. Spesifikasi Arduino mega 2560. Mikrokontroler Tegangan kerja Tegangan input (disarankan) Tegangan input (batas) Pin I/O digital Pin input analog Arus DC setiap pin I/O Arus DC untuk pin 3.3V Memori flash SRAM EEPROM Kecepatan clock Panjang Lebar Berat ATmega 2560 5V 7 – 12V 6 – 20V 54 pin (15 pin output PWM) 16 pin 20 mA 50 mA 256 KB yang 8 KB digunakan oleh bootloader 8 KB 4 KB 16 MHz 101.52 mm 53.3 mm 37 g BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian tugas akhir dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Elektrik, Laboratorium Terpadu Teknik Elektro, Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung. Penelitian dimulai pada bulan Februari sampai dengan November 2016. 3.2 Alat dan Bahan Alat dan bahan yang digunakan pada penelitian ini dibagi menjadi perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak (software) sebagai berikut: Perangkat keras yang digunakan, yaitu: 1. Rangkaian catu daya (power supply) 2. Rangkaian inverter tiga fasa 3. Rangkaian gate driver mosfet 4. Rangkaian pengereman 5. Motor sangkar tupai tiga fasa 6. Arduino Mega 2560 7. Modul bluetooth HC-05 8. Laptop Lenovo B490 9. Smartphone android Nexian Journey One 28 10. Osiloskop digital 11. Multimeter digital Perangkat lunak yang digunakan, yaitu: 1. Power simulator (PSIM) 9.0.3 2. Diptrace 2.3 3. App Inventor 2 4. Arduino 1.6.3 5. Microsoft Office 2013 6. Microsoft Visio 2013 3.3 Spesifikasi Alat Spesifikasi alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: Spesifikasi perangkat keras yang digunakan: 1. Menggunakan rangkaian catu daya dengan output 5 volt, 12 volt, dan 15 volt untuk mensuplai tegangan ke arduino, inverter tiga fasa, dan gate driver mosfet. 2. Menggunakan rangkaian inverter tiga fasa untuk merubah sumber arus dc menjadi sumber arus ac. 3. Menggunakan rangkaian gate driver mosfet dengan IC IR2110 sebanyak tiga buah untuk memberi sudut penyalaan pada gate mosfet agar mosfet dapat berfungsi sebagai saklar elektronik. 4. Menggunakan rangkaian pengereman dinamik untuk melakukan pengereman pada motor. 5. Menggunakan motor sangkar tupai tiga fasa sebagai objek yang akan dikendalikan oleh alat penelitian ini. 29 6. Menggunakan arduino mega 2560 untuk mengolah perintah berupa data informasi dan memberi trigger ke perangkat keras yang diperintahkan. 7. Menggunakan modul bluetooth HC-05 yang diatur sebagai master atau slave untuk mentransfer data informasi dari smartphone ke arduino atau sebaliknya. 8. Menggunakan laptop Lenovo B490 untuk merancang alat dan sistem keseluruhan serta mengerjakan laporan dan file presentasi penelitian. 9. Menggunakan smartphone android Nexian Journey One dengan memanfaatkan teknologi bluetooth v4.0 with A2DP. 10. Menggunakan osiloskop untuk melihat bentuk dari gelombang pada gate driver dan fasa pada stator motor. 11. Menggunakan multimeter digital untuk mengukur tegangan dan arus pada penelitian. Spesifikasi perangkat lunak yang digunakan: 1. Menggunakan power simulator (PSIM) 9.0.3 untuk membuat gambar rangkaian pada laporan penelitian. 2. Menggunakan diptrace 2.3 untuk membuat layout pcb untuk inverter, gate diver mosfet, pengereman, dan power supply. 3. Menggunakan App Inventor 2 untuk membuat aplikasi pada smartphone. 4. Menggunakan software arduino 1.6.7 untuk memprogram arduino. 5. Menggunakan Microsoft Office 2013 membuat laporan penelitian, file presentasi dan pengolah data penelitian. 6. Menggunakan Microsoft Visio 2013 untuk membuat diagram blok dan diagram alur penelitian. 30 3.4 Metode Penelitian Pembuatan tugas akhir ini dibagi menjadi beberapa tahapan yang dijelaskan sebagai berikut: 3.4.1 Studi Literatur Pada tahapan studi literatur dilakukan pengumpulan referensi terkait berupa buku atau jurnal penelitian sebelumnya sebagai pedoman dalam pelaksanaan penelitian. Tahapan ini bertujuan untuk memahami dan mengerti tentang penelitian yang akan dilakukan. Berikut ini adalah daftar referensi yang digunakan dalam penelitian ini: 1. Motor induksi tiga fasa. Referensi: a. Electrical Technology Volume I: Basic Electrical Engineering karya B. L. Theraja dan A. K. Theraja. b. Electrical Machines, Drives, and Power Systems: Fifth Edition karya Theodore Wildi. c. Teknik Listrik Industri Jilid 2 karya Siswoyo. d. Fundamentals of Electric Drives karya Mohamed A. El-Sharkawi. e. Penggunaan dan Pengaturan Motor Listrik karya Radita Arindya. 2. Inverter tiga fasa dan SPWM. Referensi: a. Power Electronics karya Daniel W. Hart. b. Pembuatan Modul Inverter 3 Fasa Sinusoidal Pulse Width Modulation Sebagai Pengaturan Kecepatan Motor Induksi 3 Fasa Terhubung Segitiga 220 Volt karya Sardiyanto. c. High and Low Side Driver, All High Voltage Pins On One Side, Separate Logic and Power Ground, Shut-Down in a 14-pin DIP package karya International Rectifier. 31 d. Sinusoidal PWM Signal Generation Technique for Three Phase Voltage Source Inverter with Analog Circuit & Simulation of PWM Inverter for Standalone Load & Micro-grid System karya Nazmul Islam Raju. 3. Penggunaan bluetooth HC-05 sebagai master dan slave. Referensi: a. Website resmi arduino. 4. Pemrograman aplikasi android menggunakan App Inventor 2. Referensi: a. Website resmi MIT App Inventor. 3.4.2 Perancangan Alat dan Sistem Pada tahapan alat dan sistem dilakukan suatu perancangan alat secara keseluruhan membentuk suatu sistem pengendali kecepatan dan pengereman motor induksi tiga fasa dengan menggunakan android. Tahapan perancangan alat dan sistem ini digambarkan dalam diagram alir perancangan alat sebagai berikut: Gambar 3.1. Flowchart Perancangan Alat Dan Sistem 32 Berikut ini adalah penjelasan tentang perancangan dari perangkat keras dan perangkat lunak dalam penelitian ini: a. Perancangan Perangkat Keras Perangkat keras dalam penelitian ini berperan mengeksekusi perintah dari smartphone yang dikirim melalui bluetooth. Modul bluetooth HC-05 akan menerima perintah berupa data informasi dari smartphone yang diteruskan ke mikrokontroler arduino mega 2560. Mikrokontroler arduino mega 2560 akan memberi trigger berupa tegangan ke rangkaian inverter tiga fasa atau rangkaian pengereman motor induksi tiga fasa. Jika arduino memberikan trigger ke rangkaian inverter maka inverter akan melakukan pengaturan kecepatan motor dengan cara mengubah nilai frekuensi. Tegangan tiga fasa yang dihasilkan inverter akan masuk ke filter LC. Tegangan output filter merupakan tegangan input motor induksi tiga fasa. Sebaliknya, jika arduino memberikan trigger ke rangkaian pengereman motor maka rangkaian tersebut akan melakukan pengereman terhadap motor. Diagram blok perancangan perangkat keras ini terlihat pada gambar berikut: Gambar 3.2. Diagram Blok Perancangan Alat dan Sistem Keseluruhan 33 b. Perancangan Aplikasi pada Smartphone Aplikasi pada smartphone berperan dalam memberi perintah ke perangkat keras. Aplikasi ini dibuat menggunakan software App Inventor 2. Aplikasi ini akan terhubung dengan perangkat keras melalui modul bluetooth HC-05. Perintah dari smartphone berupa data informasi akan diolah oleh arduino mega 2560 sebelum dieksekusi. Diagram blok perancangan aplikasi pada smartphone terlihat pada berikut ini: Gambar 3.3. Diagram Blok Perancangan Aplikasi Pada Smartphone 3.4.3 Pengujian Alat dan Sistem Pengujian alat dan sistem dilakukan untuk mengetahui tingkat keberhasilan alat yang dibuat pada penelitian ini. Pengujian dilakukan secara bertahap dari pengujian komponen/ alat, pengujian setiap alat, dan pengujian sistem keseluruhan. Berikut ini adalah penjelasan dari tahapan pengujian yang dilakukan: 34 1. Pengujian Komponen/ Alat Ukur Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui komponen atau alat pendukung yang akan digunakan dapat berfungsi dengan baik. Pengujian komponen dapat dilakukan dengan menggunakan alat ukur seperti multimeter dan osiloskop. Sementara pengujian alat pendukung seperti multimeter dan osiloskop dapat dilakukan dengan cara pengkalibrasian alat. 2. Pengujian Modul Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui fungsi kerja dari setiap modul. Fungsi kerja tersebut berupa nilai tegangan dan arus yang terukur serta bentuk gelombang sinyal SPWM dan inverter. Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah power supply, bluetooth HC-05, LCD1602, gate driver mosfet, inverter tiga fasa, filter LC, dan pengereman dinamik. 3. Pengujian Prototipe Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui apakah serangkaian modul dalam sistem dapat bekerja dan bersinergi dengan baik. Pengujian ini bertujuan untuk pengambilan data secara keseluruhan yang kemudian akan dianalisa. 3.4.4 Analisa dan Kesimpulan Analisa dilakukan dari perolehan data seperti nilai tegangan dan arus serta bentuk gelombang SPWM dan inverter yang didapat saat melakukan pengujian. Analisa dilakukan untuk mengetahui tingkat keberhasilan dan kesesuaian alat terhadap tujuan penelitian. Proses analisa data menghasilkan kesimpulan dan saran terhadap penelitian yang sudah dilakukan. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Analisa dan data hasil penelitian yang berjudul “Pengaturan Kecepatan Motor Induksi Tiga Fasa Dengan Variabel Frekuensi Berbasis Sistem Operasi Perintah Suara Android” menghasilkan kesimpulan sebagai berikut: 1. Prototipe pengaturan kecepatan motor induksi tiga fasa dengan menggunakan perintah suara dari smartphone android dapat berfungsi mengatur kecepatan motor dengan baik. 2. Prototipe mengatur frekuensi sumber dari 40 sampai 65 Hz dengan kenaikan 5 Hz dan menghasilkan kecepatan motor dari 1121 sampai 1933 rpm. 3. Pengaturan switching mosfet dapat dilakukan menggunakan metode Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM) dengan nilai frekuensi carrier 5 kHz. 4. Pengaturan prototipe menggunakan smartphone android dapat dilakukan pada jarak jangkauan 7 meter dikondisi indoor dan 12 meter dikondisi outdoor. 5. Nilai frekuensi sumber yang semakin naik akan menghasilkan nilai torsi yang semakin rendah karena frekuensi sumber berbanding terbalik dengan torsi. 71 5.2 Saran Adapun saran dari penulis untuk pengembangan prototipe penelitian ini agar lebih baik lagi adalah sebagai berikut: 1. Perlu ditambahkan pengaturan soft starting tegangan agar lonjakan arus starting motor ketika pertama kali pengoperasian motor dapat diatasi. 2. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut tentang pengereman dinamik dan rangkaian snubber agar sistem dapat bekerja lebih baik lagi. 3. Perlu ditambahkan feedback control seperti tampilan kecepatan, tegangan, dan arus untuk dapat memonitoring prototipe secara realtime. 4. Dengan memanfaatkan feedback control dapat dibuat pengaturan PID agar seluruh parameter modul dalam prototipe dapat mencapai setpoint dengan cepat dan tepat. DAFTAR PUSTAKA [1]. Theraja, B.L., dan Theraja, A.K. 2005. ”Electrical Technology Volume I: Basic Electrical Engineering”. New Dehli: S. Chand & Company LTD. [2]. Dwi Susanto, Rizky. 2015. ”Rancang Bangun Pengendali Kecepatan Putar dan Pengereman Motor DC Menggunakan Perintah Suara dengan Memanfaatkan Fitur Speech Recognition pada Sistem Operasi Android”, Skripsi, Universitas Lampung. [3]. Sardiyanto. 2011. ”Pembuatan Modul Inverter 3 Fasa Sinusoidal Pulse Width Modulation Sebagai Pengaturan Kecepatan Motor Induksi 3 Fasa Terhubung Segitiga 220 Volt”. Skripsi, Universitas Diponegoro. [4]. Wildi, Theodore. 2002. ”Electrical Machines, Drives, and Power Systems: Fifth Edition”. New Jersey: Prentice Hall. [5]. Siswoyo. 2008. ”Teknik Listrik Industri Jilid 2”. Jakarta: Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan. [6]. A. El-Sharkawi, Mohamed. 2000. ”Fundamentals of Electric Drives”. Pacific Grove: Brooks/Cole. [7]. W. Hart, Daniel. 2011. ”Power Electronics”. New York: Mc.Graw-Hill Companies. [8]. Islam Raju, Nazmul, Shahinur Islam, Md., Ahsan Udin, Ahmed, 2013. “Sinusoidal PWM Signal Generation Technique for Three Phase Voltage Source Inverter with Analog Circuit & Simulation of PWM Inverter for Standalone Load & Micro-grid System”. International Journal of Renewable Energy Research. Vol. 1. No. 3. [9]. Rectifier, International. ”High and Low Side Driver, All High Voltage Pins On One Side, Separate Logic and Power Ground, Shut-Down in a 14-pin DIP package”. [10]. Arindya, Radita. 2013. ”Penggunaan dan Pengaturan Motor Listrik”. Yogyakarta: Graha Ilmu. [11]. ITead Studio. 2010. ”HC-05: Bluetooth to Serial Port Module”. [12]. https://www.arduino.cc/
