1310121031_amien raharja progres buku pa
TRANSCRIPT
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
1/73
i
PROYEK AKHIR
RANCANG BANGUN INVERTER 1 FASA
PADA MESIN PEMARUT KELAPA
MENGGUNAKAN METODE KONTROL LOGIKA FUZZY
Oleh :
Amien Raharja
NRP. 1310.121.031
Dosen Pembimbing :
Ainur Rofiq Nansur, ST, MT
NIP. 19640713198903.1.005
Syechu Dwitya Nugraha, S.ST, MT
NIP. 19890508201504.1.001
PROGRAM STUDI DIPLOMA IV TEKNIK ELEKTRO INDUSTRI
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
POLITEKNIK ELEKTRONIKA NEGERI SURABAYA
2016
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
2/73
i
PROYEK AKHIR
RANCANG BANGUN INVERTER 1 FASA
PADA MESIN PEMARUT KELAPA
MENGGUNAKAN METODE KONTROL LOGIKA
FUZZY
Oleh :
Amien Raharja
NRP. 1310.121.031
Dosen Pembimbing :
Ainur Rofiq Nansur, ST, MT
NIP. 196407131989031005
Syechu Dwitya Nugraha, S.ST, MT
NIP. 198905082015041001
PROGRAM STUDI DIPLOMA IV TEKNIK ELEKTRO
INDUSTRI
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
POLITEKNIK ELEKTRONIKA NEGERI SURABAYA
2016SURABAYA
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
3/73
RANCANG BANGUN INVERTER 1 FASA
PADA MESIN PEMARUT KELAPA
MENGGUNAKAN METODE KONTROL LOGIKA FUZZY
Oleh :
Amien Raharja
NRP. 1310.121.031
Proyek Akhir ini Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk
Memperoleh Gelar Sarjana Terapan Teknik (S.Tr.T)
di Politeknik Elektronika Negeri Surabaya
Disetujui oleh:
Tim Penguji Proyek Akhir Dosen Pembimbing
Ir
Abdul Nasi31 964 534
Mengetahui,
Ketua Program Studi D4 Teknik Elektro Industri
Epyk Sunarno, S.ST, MT
NIP. 19620723.199103.1.002
1.
Ir. Gigih Prabowo, MT
NIP. 19621205.199103.1.003
2. Ir. Hendik Eko Hadi S., MT
NIP. 19621122.198701.1.001
3. Eka Prasetyono, S.ST, MT
NIP. 19831122.201012.1.004
1. Ainur Rofiq Nansur, ST, MT
NIP. 19640713198903.1.005
2. Syechu Dwitya Nugraha, S.ST, MT
NIP. 19890508201504.1.001
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
4/73
iii
ABSTRAK
Indonesia merupakan negara yang mempunyai
beranekaragam tanaman tropis khususnya buah kelapa yang sering
dijadikan masyarakat Indonesia sebagai bahan pembuat kue atau
penyedap masakan dengan mengolah daging buahnya sebagai kelapa
parut. Dalam proses pemarutan kelapa membutuhkan tenaga yang besar dan waktu yang cukup lama jika dilakukan secara
manual. Sebagai solusinya, kelapa diparut dengan menggunakan
mesin pemarut kelapa.
Namun mesin pemarut kelapa yang ada di pasaran belumefisien, karena motor induksi 1 fasa yang digunakan sebagai
penggerak pemarutnya tidak dikontrol sehingga ketika beban
berubah kecepatan motor penggerak pemarutnya juga ikut berubahdan hal ini dapat memperlambat waktu proses pemarutan kelapa.
Mesin pemarut kelapa dengan menggunakan metode kontrol
logika fuzzy untuk mengatur kecepatan motor penggerak pemarut
kelapa agar konstan walaupun beban berubah – ubah dan respon yang
lebih cepat untuk mencapai set point. Sistem ini disuplai dari sumber
jala – jala PLN 220 volt tegangan AC. Single phase uncontrolled fullwave rectifier akan mengkonversi tegangan 220 volt AC menjadi
198,17 volt DC. Tegangan output dari Single phase uncontrolled full
wave rectifier akan diinputkan pada inverter fullbridge 1 fasa untukmengkonversi tegangan DC ke AC, inverter menggunakan metode
switching Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM). Sistem kontrol
yang digunakan adalah kontrol logika fuzzy, penggunaan kontrol
logika fuzzy berfungsi untuk mengatur kecepatan putar motor induksi
1 fasa 125 watt agar tetap konstan melalui pengaturan perubahanfrekuensi pada inverter.
Kata kunci : Mesin pemarut kelapa, kontrol logika fuzzy , ARM
STM32F407VG, optocoupler, inverter 1 fasa, trafo step up, motor AC1 fasa.
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
5/73
iv
ABSTRACT
Indonesia is a country that has a wide variety of tropical plants, especially
palm fruit which is often used as an ingredient in Indonesian society cake or
flavoring dishes with meat processing fruit as grated coconut. In the process of
coconut grater requires great energy and considerable time if done manually.
As a solution, using the shredded coconut coconut grater machines.
But the coconut grater machines on the market is not efficient, because
the first-phase induction motor used as the driving grater not be controlled so
that when the load changes the speed of the grater motor also changed and this
may delay the processing time to grater the coconut.
Coconut grater machines using fuzzy logic control method to control the
speed of the motor of the coconut grater that although the burden of constant
change - change and respond faster to reach set point. This system is supplied from the source of the nets - nets PLN 220 volt AC voltage. Single phase full
wave uncontrolled rectifier converts AC voltage of 220 volts into198.17 volts
DC. The output voltage of the single phase full wave rectifier uncontrolled be
entered on single phase fullbridge inverter to convert the DC voltage to AC
inverter using a switching method Sinusoidal Pulse Width Modulation
(SPWM). The control system used is the fuzzy logic control, the use of fuzzy
logic control function to adjust the rotational speed induction motor 1 phase
125 watt to remain constant through the setting changes in the frequency
inverter.
Keywords: Coconut grater machines, fuzzy logic control, ARM
STM32F407VG, optocoupler, single phase fullbridge inverter, transformer step
up , 1 -phase AC motors .
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
6/73
v
KATA PENGANTAR
Syukur Alhamdulillah kami panjatkan kepada Allah SWT karena
berkat rahmat, hidayah, dan inayah-Nya penulis dapat menyelesaikan proyek akhir yang berjudul :
Rancang Bangun I nverter 1 Fasa Pada Mesin Pemarut Kelapa
Menggunakan Metode Kontrol Logika Fuzzy
Proyek akhir ini diajukan sebagai salah satu syarat untukmenyelesaikan studi Diploma 4 (D4) dan memperoleh gelar Sarjana
Terapan Teknik (S.Tr.T) di program studi D4 Teknik Elektro Industri
Departemen Elektro Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Institut
Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya.
Penulis berusaha secara optimal dengan segala pengetahuan dan
informasi yang didapatkan dalam menyusun buku proyek akhir ini.
Namun, penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam proses perencanaan dan pembuatan buku ini. Penulis sangat
mengharapkan masukan berupa kritik dan saran yang membangun demi
kesempurnaan buku proyek akhir ini. Besar harapan, semoga buku ini
dapat bermanfaat bagi pembaca dan perkembangan teknologi di
Indonesia.
Surabaya, 10 Februari 2016
Penulis
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
7/73
vi
UCAPAN TERIMA KASIH
Dengan penuh rasa syukur kehadirat Allah SWT dan terusmeningkatkan rasa cinta kepada Rosulullah SAW, saya selaku penyusun
dan penulis dengan penuh hormat mengucapkan terima kasih yang
sebesar - besarnya kepada pihak - pihak yang telah membantu secara
langsung maupun tak langsung dalam penyelesaian proyek akhir ini,
penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1.
Kedua Ayah, Ibu dan Adik tercinta yang selalu memberi dukungan
kepada penulis berupa kasih sayang yang tiada henti, doa, dan
motivasi.
2.
Bapak Indhana Sudiharto ST, MT selaku ketua program studi D4Teknik Elektro Industri PENS.
3. Bapak Novie Ayub Windarko, ST, MT, Ph.D dan Bapak EkaPrasetyono, SST, MT selaku dosen pembimbing proyek akhir dari
penulis.
4.
Bapak Ibu penguji selama sidang SPPA, Sidang Progres, dan
Sidang Proyek Akhir yang telah memberikan kritik dan saran demi
terselesainya proyek akhir ini.5. Seluruh Bapak dan Ibu dosen yang telah membimbing dan
membekali ilmu kepada penulis selama menempuh pendidikan di
kampus Politeknik Elektronika Negeri Surabaya (PENS).
6.
Teman - teman Teknik Elektro Industri angkatan 2012 khususnya
teman teman seperjuangan D4 Elektro Industri B yang telah
membantu dan memberikan dukungan langsung maupun tidak
langsung atas terselesainya proyek akhir ini.
7.
Semua keluarga besar Politeknik Elektronika Negeri Surabaya
8. Semua pihak yang telah membantu penulis hingga terselesainya
proyek akhir ini yang tidak dapat penulis sebutkan semua.
Semoga Allah SWT selalu memberikan perlindungan, rahmat dan
nikmat-Nya bagi kita. Aamiin
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
8/73
vii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL .................................................................... i
HALAMAN PENGESAHAN ..................................................... ii
ABSTRAK .................................................................................... iii
ABSTRACT .................................................................................. iv
KATA PENGANTAR .................................................................. v
UCAPAN TERIMA KASIH........................................................ vi
DAFTAR ISI ................................................................................. vii
DAFTAR GAMBAR .................................................................... ix
DAFTAR TABEL ........................................................................ xi
BAB I PENDAHULUAN 1
1.1 Latar Belakang .......................................................... 1
1.2 Tujuan ....................................................................... 2
1.3 Perumusan Masalah .................................................. 2
1.4 Batasan Masalah........................................................ 2
1.5 Metodologi ................................................................ 3
1.6 Sistematika Pembahasan ........................................... 5
1.7 Tinjauan Pustaka ....................................................... 6
BAB II TEORI PENUNJANG 9
2.1 Single Phase Fullwave Rectifier ................................ 10
2.2 Single Phase Fullbridge Inverter .............................. 10
2.3 Driver Single Phase Fullbridge Inverter ................... 11
2.4 Filter Pasif ................................................................ 14
2.5 Motor Induksi 1 Fasa ................................................ 15
2.6 Mikrokontroller STM32F4 ........................................ 19
2.6.1 ADC(Analog to Digital Converter) .................. 202.7 Sensor Arus ACS 712 ............................................... 212.8 Sensor Tegangan ...................................................... 22
BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT 29
3.1 Blok Diagram Sistem ................................................ 29
3.2 Flowchart Sistem ...................................................... 30
3.3 Perencanaan Hardware ............................................ 32
3.3.1 Single Phase Fullwave Rectifier ....................... 32
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
9/73
viii
3.3.2 Single Phase Fullbridge Inverter ..................... 34
3.3.3 Driver Single Phase Fullbridge Inverter .......... 37
3.3.4 Perencanaan Low Pass Filter LC ..................... 393.3.5 Perencanaan Sensor Arus ................................. 41
3.3.6 Perencanaan Sensor Tegangan ......................... 42
3.3.7 Perencanaan Kecepatan .................................... 433.3.78 Perencanaan Algoritma Kontrol Fuzzy .......... 43
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA 47
4.1 Pengujian Partisi ....................................................... 47
4.1.1 Pengujian Motor Induksi 1 Fasa ....................... 47
4.1.2 Pengujian Single Phase Fullwave Rectifier ...... 50
4.1.3 Pengujian DC Power Supply 5 Volt ................ 52
4.1.4 Pengujian DC Power Supply 12 Volt .............. 52
4.1.5 Pengujian Driver Fullbridge Inverter .............. 534.1.6 Pengujian Single Phase Fullbridge Inverter .... 55
4.1.7 Pengujian Low Pass Filter LC .......................... 57
4.1.8 Pengujian Rotary Encoder ............................... 58
4.1.9 Pengujian Sensor Arus ACS 712 ..................... 60
4.1.10 Pengujian Sensor Tegangan AMC 1100 ........ 62
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
10/73
1
BAB I
PENDAHULUAN
Pada Bab ini akan dijelaskan mengenai latar belakang
diajukankannya judul berjudul “ Rancang Bangun Inverter 1 Fasa Pada
Mesin Pemarut Kelapa Menggunakan Metode Kontrol Logika Fuzzy” ,
metodologi dalam pengerjakan dan penyelesaian tugas akhir dan
beberapa tinjuan pustaka yang digunakan.
1.1 Latar Belakang
Indonesia merupakan negara yang mempunyai beranekaragam
tanaman tropis khususnya buah kelapa yang sering dijadikan masyarakat
Indonesia sebagai bahan pembuat kue atau penyedap masakan denganmengolah daging buahnya sebagai kelapa parut. Dalam proses
pemarutan kelapa membutuhkan tenaga yang besar dan waktu yang
cukup lama jika dilakukan secara manual. Sebagai solusinya, kelapa
diparut dengan menggunakan mesin pemarut kelapa. Namun mesin
pemarut kelapa yang ada di pasaran belum efisien, karena motor induksi
1 fasa yang digunakan sebagai penggerak pemarutnya tidak dikontrol
sehingga ketika beban berubah kecepatan motor penggerak pemarutnya
juga ikut berubah dan hal ini dapat memperlambat waktu proses
pemarutan kelapa.Dengan ini penulis akan membuat tugas akhir rancang bangun
inverter satu fasa pada mesin pemarut kelapa dengan menggunakan
metode kontrol logika fuzzy untuk mengatur kecepatan motor penggerak
pemarut kelapa agar konstan walaupun beban berubah – ubah dan
respon yang lebih cepat untuk mencapai set point. Sistem ini disuplai
dari sumber jala – jala PLN 220 volt tegangan AC. Single phase
uncontrolled full wave rectifier akan mengkonversi tegangan 220 volt
AC menjadi 198,17 volt DC. Tegangan Output Dari Single Phase
Uncontrolled Full Wave Rectifier akan diinputkan pada inverterfullbridge 1 fasa untuk mengkonversi tegangan DC ke AC, inverter
menggunakan metode switching Sinusoidal Pulse Width Modulation
(SPWM). Sistem kontrol yang digunakan adalah kontrol logika fuzzy,
penggunaan kontrol logika fuzzy berfungsi untuk mengatur kecepatan
putar motor induksi 1 fasa 125 watt agar tetap konstan melalui
pengaturan perubahan frekuensi pada inverter. Karena tegangan
keluaran inverter belum sinus murni, maka perlu dipasang sebuah filter
LC untuk meredam harmonisa. Tegangan yang keluar dari inverter 1
fasa sebesar 140,12 volt AC maka perlu dihubungkan dengan trafo stepup dengan ratio 1 : 2 untuk menaikan tegangan agar sesuai dengan
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
11/73
2
tegangan yang dibutuhkan beban motor induksi 1 fasa 220 volt sebagai penggerak pisau mesin pemarut kelapa. Putaran dari motor penggerak
pisau mesin pemarut kelapa akan dibaca oleh sensor kecepatan dan
outputnya akan dijadikan umpan balik untuk pengaturan kecepatan
motor penggerak pisau mesin pemarut kelapa agar tetap konstan sesuai
dengan set point.
1.2 Tujuan
Adapun tujuan dari proyek akhir yang berjudul “Rancang Bangun
Inverter 1 Fasa Pada Mesin Pemarut Kelapa Menggunakan Metode
Kontrol Logika Fuzzy” ini adalah:
1.2.1 Merancang bangun inverter 1 fasa untuk motor induksi
pada mesin pemarut kelapa menggunakan metode kontrollogika fuzzy.
1.2.2 Mendapatkan rule base dan membership function yang tepat
untuk kontrol logika fuzzy.
1.2.3
Mengatur kecepatan motor induksi 1 fasa pada mesin pemarut
kelapa agar tetap konstan walapun beban berubah – ubah.
1.3 Perumusan Masalah
Adapun permasalahan yang akan dibahas pada proyek akhir iniadalah
1.3.1 Berapa besar kapasitas inverter yang diperlukan untuk
menyuplai beban motor AC 125 watt ?
1.3.2 Bagaimana mendesain filter agar gelombang keluaran dari
inverter menjadi sinus murni atau setidaknya mendekati sinus ?
1.3.3 Bagaimana menentukan membership function, input dan
output serta rule base dari logika fuzzy yang akan digunakan ?
1.3.4 Bagaimana mendapatkan kualitas parutan kelapa yang baik
dibandingkan pada proses pemarutan secara tradisional ?
1.4 Batasan Masalah
Pada penyelesaian proyek akhir ini terdapat beberapa batasan
masalah seperti:
1.4.1 Motor yang digunakan Motor AC 1 fasa 125 W / 220 Volt.
1.4.2 Sumber listrik yang digunakan berasal jala – jala PLN 220 Volt.
1.4.3
Inverter yang digunakan fullbridge 1 fasa.
1.4.4
Pembangkitan sinyal inverter menggunakan metode SPWM.
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
12/73
3
1.4.5 Metode kontrol yang digunakan adalah logika fuzzy untukmengatur ma dari SPWM.
1.5
Metodologi
Prosedur yang dilakukan untuk menyelesaikan proyek akhir ini dapatdijelaskan sebagai berikut:
a. Studi Literatur
Studi literatur dilakukan dengan mencari dan memahami jurnal
dan penelitian milik orang lain yang berkaitan dengan proyek akhir
ini, seperti salah satu contohnya yang tertera pada tinjauan pustaka.
Selain itu studi literatur juga dilakukan dengan diskusi kepada
pembimbing dan pihak terkait yang ahli dengan ilmu yang berhubungan dengan proyek akhir ini.
b. Perancangan Sistem
Pada pengerjaan proyek akhir ini dilakukan perancagan dengan
simulasi menggunakan software PSIM untuk memprediksi apakah
teori yang berkaitan dengan proyek akhir sudah benar atau belum.
Simulasi PSIM dilakukan secara bertahap yaitu dengan simulasi tiap
bagian hardware terlebih dahulu. (penjelesan lebih detail ada dibab
3).
c. Perancangan Perangkat Keras
Untuk perencanaan hardware aplikasi dari blok diagram diatas
adalah:
1. Single Phase Uncontrolled Full Wave Rectifier
Single Phase Uncontrolled Full Wave Rectifier dirancang dengan
output tegangan DC adalah 311,12 volt dengan input
teganganAC 220 volt. Single Phase Uncontrolled Full Wave
Rectifier ini gunakan untuk supply dari single phase fullbridgeinverter untuk dikonversi menjadi tegangan AC 220 volt dengan
metode kontrol Logika Fuzzy.
2. Single Phase Fullbridge Inverter.
Single Phase Fullbridge Inverter dirancang untuk mengkonversi
tegangan 311,12 volt DC menjadi 220 volt AC. Inverter akan
dikontrol menggunakan kontrol Logika Fuzzy. Metode switching
yang digunakan adalah Sinusoidal Pulse Width Modulation.
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
13/73
4
3. Low Pass Filter LC
Low Pass Filter LC digunakan untuk memfilter frekuensi tinggi
yang keluar dari inverter dan meloloskan frekuensi 50 Hz. Filter
LC juga berfungsi membuat gelombang tegangan output inverter
menjadi sinus murni. Target nilai induktor (L) pada filter ini
sebesar 69,46 µH dan nilai capasitor sebesar 6 µF.
4. Trafo Set Up
Trafo ini digunakan untuk menaikan tegangan yang keluar dari
inverter yang telah difilter. Target nilai ratio dari trafo set up ini
adalah 1:2 dengan asumsi efisiensi trafo 80% dan daya input
528W serta arus input 1,15A.
5. Sensor Tegangan
Sensor tegangan yang digunakan adalah AMC 110 yangdigunakan untuk mensensing tegangan keluaran AC dari inverter
yang kemudian akan ditampilkan pada TFT untuk proses
monitoring.
6. Sensor Arus
Sensor arus yang digunakan adalah ACS 712 dengan arus
sensing maksimum 20A yang digunakan untuk mensensing arus
keluaran AC dari inverter yang kemudian akan ditampilkan pada
TFT untuk proses monitoring.
7.
Sensor Kecepatan
Sensor kecepatan yang digunakan adalah optocoupler yang
berfungsi untuk mensensing kecepatan putar dari pisau pemarut
kelapa yang telah dicouple dengan motor induksi 1 fasa yang
kemudian hasilnya akan ditampilkan pada TFT untuk proses
monitoring.
8. TFT
TFT digunakan untuk menampilkan data yang telah disensing
oleh sensor tegangan, arus, kecepatan dan untuk setting frekuensi
untuk mengatur kecepatan motor induksi 1 fasa 125W.
d. Perancangan Perangkat Lunak
Dalam pengerjakan untuk penyelesaian proyek ini dilakukan
perancangan perangkat lunak (software) dari sistem yang dikontrol.
Perancangan alat lunak meliputi:1. Perancangan algoritma sistem perangkat lunak serta akuisisi data
dari sensor untuk pengontrolan frekuensi dari single phase
fullbridge inverter.
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
14/73
5
2. Perancangan parameter algoritma fuzzy logic controller yang diaplikasikan ke ARM STM 32 F407VG.
e. Pembuatan dan Pengukuran/Pengujian Perangkat Sistem
Dari hasil perancangan, dilakukan realisasi/pembuatan baik
perangkat keras maupun perangkat lunak. Serta dilakukan
pengukuran/pengujian kinerja masing-masing bagian (sub-sistem)sebelum dilakukan integrasi.
f. Integrasi dan Pengujian Sistem
Pada tahap ini dilakukan integrasi sistem dari bagian-bagian yang
telah dibuat. Dilakukan pengujian sistem yang telah terintegrasi dan
dilakukan perbaikan jika terjadi fault ( kegagalan ).
g. Penyempurnaan Alat
Melakukan perbaikan terhadap kerusakan dan penyempurnaan dari
sistem yang telah dibuat apakah sistem ini telah sesuai dengan target
atau tujuan.
h. Pembuatan buku laporan
Tahap terakhir adalah pembuatan buku laporan yang berisi
tentang seluruh dokumentasi dan tahapan-tahapan selama pembuatan proyek akhir ini. Buku ini juga berisi saran-saran dari pembimbing
maupun penguji proyek akhir yang bertujuan untuk perbaikan dan
supaya kekurangannya tidak ditemukan lagi pada tahun-tahun
berikutnya.
1.6 Sistematika Pembahasan
Sistematika pembahasan penyusunan Proyek Akhir ini
direncanakan sebagai berikut:
BAB I : PENDAHULUANPada bab ini diuraikan tentang latar belakang, tujuan
yang ingin dicapai, ruang lingkup permasalahan,
batasan masalah, metodologi, sistematika
pembahasan serta tinjauan pustaka dari proyek akhir
ini.
BAB II : TEORI PENUNJANG
Bab ini membahas teori-teori yang menunjang dan
berkaitan dengan penyelesaian Proyek Akhir, antara
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
15/73
6
lain teori Single Phase Uncontrolled Rectifier,Single Phase Fullbridge Inverter, Sensor Tegangan,
Sensor Arus, Sensor Kecepatanpeturb and observe
maximum power point tracking, Motor Induksi 1
Fasa, LCD TFT, STM32F4 dan fuzzy logic.
BAB III : PERENCANAAN DAN PEMBUATAN
Bab ini membahas tahap perencanaan dan proses
pembuatan perangkat keras Proyek Akhir.
BAB IV : PENGUJIAN DAN ANALISA
Bab ini membahas secara keseluruhan dari sistem
dan dilakukan pengujian serta analisa pada setiap
percobaan perangkat keras. Mengintegrasikan
seluruh sistem dan pengujian, kemudian berdasarkan data hasil pengujian dilakukan analisa
terhadap keseluruhan sistem.
BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini membahas kesimpulan dari pembahasan,
perencanaan, pengujian dan analisa berdasarkan
data hasil pengujian sistem. Untuk meningkatkan
hasil akhir yang lebih baik diberikan saran-saran
terhadap hasil pembuatan Proyek Akhir.
1.7 Tinjauan Pustaka
Dalam pengerjaan proyek akhir ini penulis menggunakan beberapaliteratur yang digunakan sebagai acuan.
[1]. Andri Pradipta, Jurusan Teknik Elektro Industri,
Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Surabaya, Tugas
Akhir “Rancang bangun inverter satu fasa dengan filter pasif
untuk penggerak pompa pengairan pada miniature sawah”.Membahas tentang inverter 1 fasa yang digunakan untuk
meggerakkan motor induksi dengan daya 125 Watt yang akan
digunakan untuk pengairan sawah dengan sumber accumulator
24 Volt DC yang akan dinaikkan menjadi 80 Volt DC dengan
menggunakan boost converter, kemudian dimasukkan ke inverter
1 fasa dengan motode SPWM dengan efisiensi 60 % setelahdifilter oleh filter LC agar keluaran dari inverter mendekati sinus
murni. Kemudian tegangan AC hasil dari inverter tersebut
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
16/73
7
dinaikkan dengan menggunakan trafo step up agar teganganmencapai 220 Volt. Namun efisiensi menjadi 54 % setelah
keluar dari trafo tersebut.
[2]. Faisz Kasifalham, Bambang Dwi Argo, dan Musthofa
Lutfi, Jurusan Keteknikan Pertanian - Fakultas Teknologi
Pertanian - Universitas Brawijaya Jl. Veteran, Malang 65145.
2013 Melakukan penelitian “Uji Performansi Mesin PemarutKelapa dan Pemeras Santan Kelapa” dengan hasil bahwa mesin
pemarut dan pemeras santan kelapa mempunyai dua proses
mekanisme kerja, yaitu mekanisme transmisi daya dan mekanisme
proses pemerutan dan pemerasan. Uji performa mesin tersebut
juga menunjukkan bahwa semakin cepat putaran poros motor
bakar akan meningkatkan kapasitas kerja pemarutan, kapasitas pemerasan, rendemen santan, dan efisiensi pemerasan dengan
hubungan grafik logaritmik antara variabel dengan parameter
yang diamati. Namun, untuk kebutuhan energi terjadi hubungan
eksponensial, dengan semakin tinggi putaran poros motor bakar
akan menyebabkan penurunan kebutuhan energi.
[3]. Junaidi & Eka Sunitra Jurusan Teknik Mesin Politeknik
Negeri Padang Kampus Unand Limau Manis Padang 25163
tentang “ R ancang Bangun Mesin Pemeras Santan Dengan
Metode Kombinasi Pemarutan Dan Pemerasan Dengan SistemScrew” dengan hasil yaitu:
1. Suatu mesin pemeras santan dalam satu rangkaian unit
pemarut dan pemeras telah dirancang dengan kapasitas 114
kg/jam santan, dan kemudian dilakukan pembuatan.
2. Setelah dibuat kemudian mesin ini diuji dan telah berhasil
menghasilkan kapasitas santan dari rata 57,2 kg/jam menjadi
85,5 kg/jam, dan jumlah santan dari 1,44 kg dalam 15kelapa cukilan sampai 2,68 kg.
3. Terlihat biaya pemprosesan kelapa menjadi santan adalahlebih rendah, sehingga harga santan dengan alat ini rendah.
[4]. Dwi Lestari, Bambang Susilo, Rini Yulianingsih Jurusan
Keteknikan Pertanian - Fakultas Teknologi Pertanian -
Universitas Brawijaya Jl. Veteran, Malang 65145 tentang“Rancang Bangun Mesin Pemarut dan Pemeras Santan Kelapa
Portable Model Kontinyu” adalah Mesin ini dibuat melalui hasil
perhitungan analisa teknik meliputi semua komponenya dengan
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
17/73
8
beberapa macam bahan diantaranya adalah aluminium, steenlessteel dan plat besi. Mesin ini bekerja dengan sistem kerja continue
yang dapat digunakan sesuai fungsinya dan diuji
cobamenggunakan daya 0.5 HP. Kapasitas hasil pemarut sebesar
3.198 gr/menit dan kapasitas pemeras 0,021 gr/menit namun pada
hasil pengamatan kapasitas pemarut dan pemeras masing –
masing 8,71 gr/menit dan 6,138 gr/menit dengan karakteristiksantan sedikit berwarna hitam dikarenakan tercampur dengan
kotoran sisa perbaikan mesin dan ampas yang masih
mengandung santan kar ena pemerasan yang tidak sempurna.
Dibandingkan dengan manual, mesin memiliki tingkat
efisiensi yang lebih rendah karena mesin tidak dapat bekerja
dengan baik. Hasil diidentifikasi menunjukkan letak kegagalanmesin terletak pada screw pemeras yang terlalu rapat jarak pich
dan jarak antar ruang pemerasnya.
.
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
18/73
9
Halaman Ini Sengaja Dikosongkan
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
19/73
10
BAB II
TEORI PENUNJANG
Pada bab ini akan dijelaskan tentang teori Single Phase Uncontrolled
Full Wave Rectifier , Single Phase Full Bridge Inverter dengan teknik
switching (SPWM) sinusoidal pulse width modulation dan kontrol yang
digunakan adalah fuzzy logic kontroller.
2.1 Single Phase Uncontrolled Full Wave Rectifier
Single Phase Uncontrolled Full Wave Rectifier adalah alat
pengubah sumber listrik dari AC menjadi DC. Alat tersebut berupa
rangkaian Elektronik dengan komponen utama dioda. Dalam
penyearahan tegangan bolak- balik digunakan penyearah gelombang
penuh dengan menggunakan sebuah dioda jembatan/bridge atauempat buah dioda. Gelombang keluarannya lebih baik bila
dibandingkan dengan penyearah setengah gelombang. Gambar 2.1
menunjukan gambar rangkaian penyearah gelombang penuh model
jembatan
Gambar 2.1 Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh Model Jembatan
Gambar 2.2 Waveform Single Phase Uncontrolled Full Wave Rectifier
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
20/73
11
Prinsip kerja dari penyearah gelombang penuh dengan 4 diode diatas
dimulai pada saat output transformator memberikan level tegangan sisi
positif, maka D1, D4 pada posisi forward bias dan D2, D3 pada posisi
reverse bias sehingga level tegangan sisi puncak positif tersebut akan dileawatkan melalui D1 ke D4. Kemudian pada saat output transformator
memberikan level tegangan sisi puncak negatif maka D2, D4 pada posisi
forward bias dan D1, D2 pada posisi reverse bias sehingan level
tegangan sisi negatif tersebut dialirkan melalui D2, D4. Persamaan
untuk menentukan tegangan output penyearah:
= .........................................................................................(2.1)=0,636
...........................................................................(2.2)
2.2 Single Phase Fullbridge Inverter Inverter adalah perangkat elektronika yang dipergunakan untuk
mengubah tegangan DC (Direct Current) menjadi tegangan AC
(Alternating Curent). Output suatu inverter dapat berupa tegangan AC
dengan bentuk gelombang sinus (sine wave), gelombang kotak (square
wave) dan sinus modifikasi (sine wave modified). Sumber tegangan
input inverter dapat menggunakan battery, tenaga surya, atau sumber
tegangan DC yang lain.
Gambar 2.3 Rangkaian Dasar Inverter 4 Saklar
Prinsip kerja inverter dapat dijelaskan dengan menggunakan 4
saklar seperti ditunjukkan pada gambar 2.3. Bila saklar S1 dan S2
dalam kondisi on maka akan mengalir aliran arus DC ke beban R dari
arah kiri ke kanan, jika yang hidup adalah saklar S3 dan S4 maka akan
mengalir aliran arus DC ke beban R dari arah kanan ke kiri. Untuk
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
21/73
12
mengatur buka atau tutup keadaan saklar pada rangkaian inverter
tersebut dapat dilakukan dengan beberapa metode switching . Metode
switching yang sering digunakan adalah metode dengan
membangkitkan gelombang PWM atau SPWM. PWM atau Pulse
Width Modulation adalah salah satu teknik pemodulasian sinyal dimana
besar duty cycle pulsa dapat diubah-ubah. PWM biasa digunakan
untuk aplikasi-aplikasi analog yang menggunakan kontrol digital atau
mikrokontroler, hal ini dikarenakan mikrokontroler tidak mampu
menghasilkan tegangan analog secara langsung. Terdapat beberapa
teknik untuk membangkitkan sinyal PWM, namun secara garis besar
terbagi dalam 2 cara, yaitu pembangkitan sinyal dengan rangkaian
analog dan dengan kontrol digital (dengan Mikrokontroler).Secara
analog, pembangkitan sinyal PWM yang paling sederahana adalah
dengan cara membandingkan sebuah sinyal segitiga atau gigi gergajidengan tegangan referensi DC. Gelombang segitiga atau gigi gergaji
sebagai frekuensi pembawa yang juga merupakan frekuensi sinyal
keluaran PWM. Sedangkan tegangan referensi dc adalah tegangan yang
menentukan besarnya duty cycle dari keluaran sinyal PWM. Sedangkan
pembangkitan PWM pada mikrokontroler adalah dengan
membandingkan dua buah variable yang tersimpan dalam memori
Mikrokontroler. Yaitu variabel TCNTx dengan OCRxx. Apabila timer
yang digunakan adalah timer 0, maka variabel yang dipakai adalah
TCNT0 dan OCR0 seperti pada gambar 2.2.4 TCNT0 adalah suatu nilaivariabel yang terus bertambah setiap satu satuan waktu (bergantung
pada setting timer ) yang jika dianalogikan ke rangkaian analog adalah
sinyal ramp. Sedangkan OCR0 adalah suatu variabel yang berfungsi
sebagai nilai referensi saat keluaran PWM berubah dari high ke low
ataupun low ke high.
Gambar 2.4 Pembangkitan Sinyal PWM dengan Mikrokontroler.
Pada metode SPWM atau Sinusoidal Pulse Width Modulation
bentuk gelombang sinusoidal PWM (Unipolar ) diperoleh dengan
mengkomparasi antara gelombang segitiga (triangle wave) dengan 2
gelombang sinusoidal (yang berbeda 180°) seperti pada gambar 2.5.
Gelombang segitiga sebagai carrier dan gelombang sinusoidal
sebagai gelombang yang dimodulasi. Pada gelombang SPWM
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
22/73
13
unipolar terdapat perbedaan lebar pulsa pada fase positif dan fase
negatifnya, dan akan periodik sesuai dengan frekuensi dari tegangan
referensi (sinusoidal).
Gambar 2.5 Sinusoidal Pulse Width Modulation.
Dengan teknik pensaklaran SPWM ini keluaran dari comparatormempunyai bentuk hampir menyerupai gelombang sinusoidal,
sehingga cara ini digunakan untuk pensaklaran inverter agar gelombang
keluaran inverter mendekati sinusoidal.
2.3 Driver Single Phase Fullbridge Inverter
Rangkaian driver mosfet dibuat agar mosfet dapat bekerja ketika
mendapatkan penyulutan dari mikrokontroller. Digunakan IC IR2111
karena IC jenis ini mempunyai satu buah inputan, tetapi dapat
menghasilkan 2 buah inputan yang dilengkapi dengan dead time. Deadtime sendiri pengertiannya yaitu waktu yang dibutuhkan oleh sebuah
output untuk berubah dari kondisi high ke kondisi low. IC ini juga
dipilih karena dapat bekerja pada tegangan maksimum 600 Volt.
IC ini cukup sederhana dan praktis karena hanya membutuhkan
satu buah inputan pulsa untuk menghasilkan satu pasang pulsa (dua
buah pulsa yang berlawanan pada output driver). Sehingga IC IR2111
ini cocok untuk digunakan sebagai driver inverter pada sistem ini.
Digunakan dua buah IC dengan dua buah inputan, sehingga didapatkan
dua pasang pulsa output (dua buah output pulsa high dan dua buahoutput low) untuk trigger empat buah mosfet IXFH50N60. Berikut ini
adalah gambar dari functional blok diagram dari IR 2111.
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
23/73
14
Gambar 2.6 Functional blok diagram IR 2111
Untuk IC IR2111 yang pertama digunakan untuk mendrive
mosfet 1 dan mosfet 4. Sedangkan untuk IC IR2111 yang kedua
digunakan untuk mendrive mosfet 3 dan mosfet 4. Pemasangan ini tidak
boleh terbalik, karena jika terbalik maka timing switching akan tidak
tepat, sehingga berakibat mosfet akan rusak. Gambar 2.7 di bawah ini
adalah skematik dari IR 2111 yang terhubung ke gate masing masingmosfet.
Gambar 2.7 Skematik driver IR 211
Setelah dari IC IR 2111, dan sebelum ke gate mosfet, akan melewati
sebuah resitor yang dipararel dengan dioda fast recovery. Sinyal dari Ir
2111 ke gate mosfet akan melewati resistor ini. Sedangkan jika ada
Sebelum ke IC IR2111, output dari mikrokontroller akan
melewati TLP 521. Komponen ini merupakan gabungan dari
phototransistor dan led, dan digunakan agar mikrokontroler terisolasi
dari rangkaian yang memiliki arus kuat. Jika tidak memakai komponenini, dikhawatirkan akan ada arus balik dari inverter ke mikrokontroller
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
24/73
15
yang dapat mengakibatkan kerusakan pada mikrokontroller. Gambar 2.8
berikut ini menunjukkan konfigurasi dari TLP 521.
Gambar 2.8 Konfigurasi pin TLP 521
Sedangkan untuk gambar skematik dari TLP 521 dapat
ditunjukkan oleh Gambar 2.9 berikut ini.
Gambar 2.9 Skematik TLP 521
Selain sebagai pengaman atau isolated, IC ini juga berfungsi untuk
menghasilkan tegangan gate emitter sebesar 15 Volt. Hal inidikarenakan
sinyal PWM dari mikrokontroller memiliki tegangan yang kecil, yaitu
sebesar 3 Volt yang delum mampu untuk mentrigger mosfet.
2.4 Filter Pasif
Filter Pasif merupakan rangkaian paralel atau seri antara
komponen induktor (L) dan kapasitor (C). Rangkaian filter dapat ditala
pada suatu frekuensi tertentu dimana impedansi induktor bernilai sama
dengan impedansi kapasitor. Keefektifan kerja filter ditentukan oleh
perubahan impedansi jaringan, dan sebelum pemasangan diperlukan
study yang cermat.
Gambar 2.10 Rangkaian Passive Filter dalam Sistem
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
25/73
16
Dari Gambar 2.10 filter pasif dipasang pada sisi sumber yang
dipakai untuk melewatkan arus harmonisa agar tidak menuju ke sumber.
Filter Pasif tersusun dari kapasitor dan induktor dengan satu frekuensi
yang disetting pada frekuensi tegangan harmonisa yang akan dihilangkan
= √ ...............................................................................(2.3)Dimana: = Frekuensi setting. = Induktansi. = Kapasitansi.2.5 Motor Induksi 1 Fasa
Motor induksi adalah suatu mesin listrik yang mengubah energi
listrik menjadi energi gerak melalui gandengan medan listrik dan
mempunyai slip antara medan stator dan medan rotor. Ciri yang
membedakan motor induksi dengan motor sinkron adalah motor
induksi tidak memerlukan sumber eksitasi DC tersendiri untuk
menghasilkan medan magnet rotor. Motor induksi disebut juga sebagai
motor asinkron karena rotor berputar tidak serempak dengan putaran
magnetik fluks yang dihasilkann oleh kumparan statornya.
Motor induksi satu fasa berputar pada kecepatan yang pada
dasarnya adalah konstan, mulai dari tidak berbeban sampai mencapai
keadaan beban penuh. Kecepatan putaran motor ini dipengaruhi oleh
frekuensi, dengan demikian pengaturan kecepatan tidak dapat dengan
mudah dilakukan terhadap motor ini. Walaupun demikian, motor
induksi satu fasa memiliki beberapa keuntungan, yaitu sederhana,
konstruksinya kokoh, harganya relatif murah, mudah dalam melakukan
perawatan, dan dapat diproduksi dengan karakteristik yang sesuai
dengan kebutuhan industri.
Dalam pemakaian sehari, hari motor induksi akan bekerja apabilasesuai dengan beberapa prinsip kerjanya. Prinsip kerja dari motor
induksi ialah sebagai berikut ini:
a. Apabila sumber tegangan 1 phase dipasang pada kumparan
medan (stator), timbullah medan putar dengan kecepatan angular
(ωs).
b. Karena rangkaian rotor merupakan rangkaian tertutup, maka akan
timbul arus rotor yang diakibatkan oleh GGL rotor.
c.
Medan putar stator akan memotong batang konduktor pada rotor.
Sehingga berakibat pada kumparan jangkar (rotor) timbullah
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
26/73
17
tegangan induksi (GGL) yang mengakibatkan rotor berputar dengan
kecepatan putar sinkron terhadap kecepatan putar stator.
d. Apabila torsi awal yang dihasilkan cukup besar untuk memikul
beban, rotor akan berputar searah dengan medan putar stator.e.
Agar tegangan terinduksi, diperlukan adanya perbedaan antara
kecepatan angular dari medan putar stator (ωs) dan kecepatan putar
rotor (ωr).
2.5.1 Pengaturan Kecepatan Motor Induksi dengan Frekuensi dan
Tegangan Keluaran Jala-Jala yang diubah-ubah1
Mengacu pada persamaan kecepatan motor induksi terlihat
bahwa kecepatan motor induksi itu berbanding lurus dengan
frekuensi tegangan supply. Kecepatan motor induksi dapat diaturdengan halus dari nol sampai rating kecepatan atau yang lebih tinggi
dengan menaikkan frekuensi tegangan supply. Jika frekuensi supply
diturunkan dari rating tegangan dibuat konstan, berdasarkan persamaan
motor induksi Es = 4,44 ϕmf , terlihat bahwa flux motor akan naik.Akan tetapi, jika operasi diatas level flux yang sesuai dengan
perencanaan akan menghasilkan rugi inti yang berlebihan dan arusmagnetisasi yang tidak diinginkan. Sehingga untuk menjaga operasi
rating kerapatan flux pada saat kecepatan diubah-ubah perlu untuk
mengatur tegangan Es proporsional dengan perubahan frekuensi (f) yang
sering disebut dengan V/f konstan, atau dapat ditulis dalam bentuk
persamaan sebagai berikut:
=4,44ϕm=konstan............................................................. (2.4)
Dengan mengatur tegangan terminal V1, maka Emf E1 dapat
diatur secara tidak langsung . Untuk pengaturan interval frekuensi
yang biasa digunakan untuk pengaturan kecepatan motor 0 < f1 < 100
Hz, efek kulit dapat diabaikan dan tahanan primer R1 dan Rfdapat dianggap konstan. Reaktansi motor X1, X2dan Xm berbanding
lurus dengan frekuensi f1. Induksi magnetisasi Lm konstan bila
persamaan (1) dikombinasi dengan persamaan:
E1 = V1 – I1 .(R 1+jX1)......................................................................(2.5)
Maka akan diperoleh bentuk persamaan baru :
1 Sutejo Maspriyanto,”Pengaturan Kecepatan Motor Induksi 3 Phase Menggunakan
Kontrol PI berbasis DTC”,2010
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
27/73
18
= −I1.( )..................................................................(2.6)
Untuk I1 X1/f 1 tetap bernilai konstan, tetapi I1 R 1/f 1 menjadi
lebih besar pada kecepatan (frekuensi) yang rendah. Sebagian besar
pada interval kecepatan E1/f 1 dapat dijaga konstan dengan merubah-
ubah tegangan sehingga V1/f 1 adalah konstan. Pada kecepatan
rendah, bagaimanapun perbandingan Volt/frekuensi harus ditambah
untuk mengkompensasikan tegangan drop di R. Sehingga persamaan
torsi maksimum dapat ditulis.
Tm = 8 2.( )...........................................................................(2.7)2.5.2 Constant Volt/Hz (V/f) Control
Kontrol pada motor induksi berbasis pada model steady-state
dimodelkan dalam Gambar 2.10 berikut ini
Gambar 2.10 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi
Pada operasi pada frekuensi dengan mengatur nilai K dikalikan rated
frekuensi, maka diperoleh persamaan :
= , Sehingga
=, .................................................................. (2.8)Untuk tegangan pada stator dapat dituliskan sebagai berikut:
V s = ,,ℎ , ...........................................(2.9)Voltage-to-frequency ratio dapat dinyatakan dengan d. Nilai d=konstan
= ,,
...............................................................(2.10)
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
28/73
19
Sehingga torsi yang dihasilkan oleh motor dapat diperoleh melalui
persamaan berikut ini, dimana dan Vs didapatkan dari persamaan 9dan 10.
= ′ [+ +(+)] .................................................(2.11)
Untuk nilai slip pada torsi maksimum dapat dilihat dalam persamaan :
= ± ′ +(+) .............................................................(2.12)Dan nilai torsi maksimum yang diberikan adalah sebagai berikut,
dimana
dan Vs didapatkan dari persamaan 9 dan 10.
=
± +(+)....................................................(2.13)
Karakteristik torsi kecepatan pada frekuensi yang dapat diubah-ubah dan
V/f yang konstan dapat diperlihatkan pada Gambar 2.11 dibawah ini.
Gambar 2.11 Karakteristik torsi – kecepatan untuk frekuensi yang
berubah-ubah dan V/f yang konstan.
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
29/73
20
2.6
Mikrokontroler STM32F42
STM32F4 merupakan mikrokontroler dengan intruksi DSP buatan
STmicroelectronic yang baru dirilis pada tahun 2011. Selain dilengkapi
dengan DSP mikrokontroler ini juga dilengkapi dengan Hardware
Floating Point (FPU) sehingga memiliki kapabilitas perhitungan
bilangan pecahan sampai 17 kali lebih cepat dari pada mikrokontroler
yang ditidak dilengkapi dengan FPU. Detail fitur mikrokonntroler
STM32F4 ditunjukkan pada Gambar 2.12
Gambar 2.12 Fitur dasar dari mikrokontroler STM32F4
Mikrokontroler STM32F4 merupakan mikrokontroler ber- processor
ARM-Cortex M4(generasi terbaru), dimana vendor pembuat
processor ini ARM holding Company menyediakan layer struktur pemrogaman tunggal yaitu Cortex Microcontroller Software
Interface Standard (CMSIS), sehingga semua mikrokontroler ARM
mempunyai gayapemrogamanyang sama meskipun dari vendor
pembuat silicon (mikrokontroler) yang berbeda. Komponen CMSIS
dibagi menjadi beberapa bagian:
a. CMSIS-CORE: Aplication Interface (API) untuk processor
Cortex-M core dan peripheral yang menyediakan antarmuka yang
distandarkan untuk Cortex-M0, Cortex-M3, Cortex-M4, SC000,and SC300.
b.
CMSIS-DSP: merupakan library dari 60 fungsi untuk tipe data:
fix point(fractional q7,q15,q31) Dan single precision floating
point (32bit)
2 Data sheet ARM STM32F407VG,STmikroelektronik.diakses pada tanggal 17 juli 2013 .alamat http://www.st.com
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
30/73
21
c.
CMSIS-RTOS: Aplication Interface (API) umum untuk Real
Time Operating System (RTOS) yang menyediakan
pemrogamam yang distandarkan.
d.
CMSIS-SVD: System View Description untuk peripheral, berisifile dalam bentuk xml untuk keperluan debugging pada hardware
register.
Detail layer CMSIS ditunjukkan pada Gambar 2.13
Gambar 2.13 Layer dari CMSIS untuk processor ARM
2.6.1
ADC (Analog to Digital Converter)
Sinyal masukan dari pin ADC akan dipilih oleh multiplexer
(register ADMUX) untuk diproses oleh ADC. Karena converter
ADC dalam chip hanya satu buah sedangkan saluran masukannya
ada delapan maka dibutuhkan multiplexer untuk memilih masukan
pin ADC secara bergantian. ADC mempunyai rangkaian untuk
mengambil sampel dan hold (menahan) tegangan masukan
ADCsehingga dalam keadaan konstan selama proses konversi. ADC
mempunyai catu daya yang terpisah yaitu pin AVCC-AGND.
AVCC tidak boleh berbeda kurang lebih dari 0.3 volt dari VCC.Operasi ADC membutuhkan tegangan referensi Vref dan clock fade
(register ADCSRA). Tegangan referensi eksternal pada pin Areftidak boleh melebihi AVCC. Tegangan referensi eksternal dapat di-
decouple pada pin Aref dengan kapasitor untuk mengurangi derau atau
dapat menggunakan tegangan referensi internal sebesar 2.56 Volt
(pin AREF diberi kapasitor secara eksternal untuk menstabilkan
tegangan referensi internal). ADC mengkonversi tegangan masukan
analog menjadi bilangan digital sebesar 12-bit. GND (0 volt) adalah
nilai minimum yang mewakili ADC dan nilai maximum ADC diwakili
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
31/73
22
oleh tegangan pada pin AREF minus 1 LSB. Hasil konversi ADC
disimpan register pasangan ADCH:ADCI. Sinyal masukan ADC tidak
boleh melebihi tegangan referensi. Nilai digital sinyal masukan ADC
untuk resolusi 12-bit (4095) dapat dilihat pada persamaan 2.25.
Untuk mengetahui besarnya nilai dalam suatu resolusi dapat
digunakan dengan persamaan 2.14
2.7 Sensor Arus ACS 712
Sensor arus ini adalah salah satu produk dari allegro untuk solusi
ekonomis dan presisi dalam pengukuran arus AC maupun DC. Sensorini memiliki presisi, low-offset, dan rangkaian sensor linier hall dengan
konduksi tembaga yang ditempatkan denga permukaan dari aliran arus
yang disensor. Ketika arus mengalir pada permukaan konduktor maka
akan menghasilkan medan magnet yang dirasakan oleh IC hall efect
yang terintegrasi kemudian oleh piranti tersebut dapat dirubah ketegangan. Sensor ini memungkinkan untuk tidak menggunakan
optoisolator karena antara terminal input arus dengan outputnya sudah
terisolasi secara kelistrikannya. Hal ini karena yang dirasakan atau yang
disensor adalah efek hall dari arus input yang disensor.
Gambar 2.14 Salah Satu Contoh Skematik Aplikasi Acs7123
3 Data sheet acs712, “Fully Integrated,Hall Effect-Based Linear Current Sensor
IC With 2.1 KVRMS Isolation And A Low Resistance Current Conductor”,allegro. diakses pada tanggal 15 juli 2013 .alamat www.allegro.com
= (2 − 1)................................................(2.14)
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
32/73
23
Tabel 2.1 Penjelasan Pin Sensor Arus Acs 712
No. Kaki Nama Penjelasan
1 dan 2 IP+ Terminal untuk arus yang akan disensor
3 dan 4 IP- Terminal untuk arus yang akan disensor
5 GND Terminal GND
6 Filter Terminal untuk kapasitor eksternal
7 Vout Sinyal analog output
8 Vcc Power supply
Pada prisipnya sensor arus ACS 712 bekerja dengan sistem hall effect.
Sensor jenis ini dapat digunakan untuk mensensing arus DC maupun
AC. Pada Gambar 2.14 adalah kurva karakteristik input dan output
dari sensor arus ACS 712. Pada Gambar tersebut dapat dilihat
bahwa kurva karaktersitik linear. Hal ini sangat membantu dalam
pembuatan program pada mikrokontroler.
2.8
Sensor Tegangan
Pengukuran besarnya tegangan pada beban menggunakan
AMC1100. AMC1100 merupakan suatu komponen elektronika yang
dapat digunakan untuk mengukur besaran tegangan dan arus pada
sistem dengan memiliki 8 kaki.
Gambar 2.15 Pin Out Diagram AMC1100
Konfigurasi disetiap pin tersebut memiliki fungsi yang berbeda
seperti tampak pada gambar 2.15 dan pin deskripsinya akanditunjukan pada tabel 2.
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
33/73
24
Tabel.2 Pin Deskripsi AMC1100
2.9 Sensor Kecepatan
Optocoupler adalah suatu piranti yang terdiri dari 2 bagian yaitutransmitter dan receiver, yaitu antara bagian cahaya dengan bagian
deteksi sumber cahaya terpisah. Biasanya optocoupler digunakan
sebagai saklar elektrik, yang bekerja secara otomatis. Pada dasarnya
Optocoupler adalah suatu komponen penghubung (coupling) yang
bekerja berdasarkan picu cahaya optic. Dasar rangkaian dapat
ditunjukkan seperti pada gambar 2.16.
Gambar 2.16 Optocoupler
Optocoupler terdiri dari dua bagian yaitu:
1. Pada transmitter dibangun dari sebuah LED infra merah. Jika
dibandingkan dengan menggunakan LED biasa, LED infra merah
Nama No. Function Deskripsi
GND1 4 Power Sisi tinggi analog ground
GND2 5 Power Sisi rendah analog ground
VDD1 1 Power Sisi tinggi power supply
VDD2 8 Power Sisi rendah power supply
VINN 2 Analog
input
Inverting analog input
VINP 3 Analog
Input
Non inverting analog input
VOUTN 6 Analog
Output
Inverting analog output
VOUTP 7 Analog
Output
Non inverting analog output
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
34/73
25
memiliki ketahanan yang lebih baik terhadap sinyal tampak.
Cahaya yang dipancarkan oleh LED infra merah tidak terlihat
oleh mata telanjang.
2.
Pada bagian receiver dibangun dengan dasar komponenPhotodiode. Photodiode merupakan suatu transistor yang peka
terhadap tenaga cahaya. Suatu sumber cahaya menghasilkan energi
panas, begitu pula dengan spektrum infra merah. Karena spekrum
inframerah mempunyai efek panas yang lebih besar dari cahaya
tampak, maka Photodiode lebih peka untuk menangkap radiasi
dari sinar infra merah.
Oleh karena itu Optocoupler dapat dikatakan sebagai gabungan dari
LED infra merah dengan fototransistor yang terbungkus menjadi satu
chips. Cahaya infra merah termasuk dalam gelombang elektromagnetik
yang tidak tampak oleh mata telanjang. Sinar ini tidak tampak oleh
mata karena mempunyai panjang gelombang , berkas cahaya yang
terlalu panjang bagi tanggapan mata manusia. Sinar infra merahmempunyai daerah frekuensi 1 x 1012 Hz sampai dengan 1 x 1014 GHz
atau daerah frekuensi dengan panjang gelombang 1µ m – 1mm. LED
infra merah ini merupakan komponen elektronika yang memancarkan
cahaya infra merah dengan konsumsi daya sangat kecil. Jika diberi bias
maju, LED infra merah yang terdapat pada optocoupler akanmengeluarkan panjang gelombang sekitar 0,9 mikrometer. Proses
terjadinya pancaran cahaya pada LED infra merah dalam optocoupler
adalah sebagai berikut. Saat dioda menghantarkan arus, elektron lepas
dari ikatannya karena memerlukan tenaga dari catu daya listrik. Setelah
elektron lepas, banyak elektron yang bergabung dengan lubang yang ada
di sekitarnya (memasuki lubang lain yang kosong). Pada saat masuk
lubang yang lain, elektron melepaskan tenaga yang akan diradiasikan
dalam bentuk cahaya, sehingga dioda akan menyala atau memancarkan
cahaya pada saat dilewati arus. Cahaya infra merah yang terdapat pada
optocoupler tidak perlu lensa untuk memfokuskan cahaya karena dalamsatu chip mempunyai jarak yang dekat dengan penerimanya. Pada
optocoupler yang bertugas sebagai penerima cahaya infra merah adalahfototransistor. Fototransistor merupakan komponen elektronika yang
berfungsi sebagai detektor cahaya infra merah. Detektor cahaya ini
mengubah efek cahaya menjadi sinyal listrik, oleh sebab itu
fototransistor termasuk dalam golongan detektor optik. Fototransistor
memiliki sambungan kolektor – basis yang besar dengan cahaya infra
merah, karena cahaya ini dapat membangkitkan pasangan lubang
elektron. Dengan diberi bias maju, cahaya yang masuk akan
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
35/73
26
menimbulkan arus pada kolektor. Fototransistor memiliki bahan utama
yaitu germanium atau silikon yang sama dengan bahan pembuat
transistor. Tipe fototransistor juga sama dengan transistor pada
umumnya yaitu PNP dan NPN. Perbedaan transistor dengan
fototransistor hanya terletak pada dindingnya yang memungkinkan
cahaya infra merah mengaktifkan daerah basis, sedangkan transistor
biasa ditempatkan pada dinding logam yang tertutup. Ditinjau dari
penggunaanya, fisik optocoupler dapat berbentuk bermacam- macam.
Bila hanya digunakan untuk mengisolasi level tegangan atau data pada
sisi transmitter dan sisi receiver, maka optocoupler ini biasanya dibuat
dalam bentuk solid (tidak ada ruang antara LED dan Photodiode).
Sehingga sinyal listrik yang ada pada input dan output akan terisolasi.
Dengan kata lain optocoupler ini digunakan sebagai optoisolator jenis
IC. Prinsip kerja dari optocoupler adalah :1. Jika antara Photodiode dan LED terhalang maka Photodiode
tersebut akan off sehingga output dari kolektor akan berlogika high.
2. Sebaliknya jika antara Photodiode dan LED tidak terhalang makaPhotodiode dan LED tidak terhalang maka Photodiode tersebut akan
on sehingga output- nya akan berlogika low.
2.10 LCD TFT
LCD (Liquid Crystal Display) seperti yang ditunjukan pada
gambar 2.17. merupakan komponen elektronika yang berfungsi sebagaitampilan suatu data, baik karakter, huruf, angka ataupun grafik.
Perbedaan LED ( Light Emiting Diode ) dan LCD adalah LED
menghasilkan cahaya sedangkan LCD tergantung dari cahaya dari luar,sehingga bila cahaya dari luar semakin terang maka tampilan yang
terdapat pada LCD juga akan semakin jelas. Teknologi TFT LCD
berupa liquid crystal yang diisikan di antara dua pelat gelas, yaitu
colour filter glass dan TFT glass. Colour filter glass mempunyai filter
warna yang bertugas memancarkan warna, sedangkan TFT glass
mempunyai Thin Film transistor sebanyak pixel yang ditampilkan.
Gambar 2.17 LCD TFT
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
36/73
27
2.11 Fuzzy Logic Control4
Sistem fuzzy ditemukan pertama kali oleh Prof. Lotfi Zadeh pada
pertengahan tahun 1960 di Universitas California. Sistem fuzzy
diciptakan karena boolean logic tidak mempunyai ketelitian yang tinggi,hanya mempunyai logika 0 dan 1 saja. Sehingga untuk membuat sistem
yang mempunyai ketelitian yang tinggi tidak dapat menggunakan
boolean logic. Perbedaan fuzzy logic dengan boolean logic terlihat pada
Gambar 2.8.
Gambar 2.18 Perbedaan Boolean logic dengan fuzzy logic
2.11.1
Struktur Dasar Kontroller Logika Fuzzy
Kontroler logika fuzzy dikategorikan dalam kontrol cerdas
(intelligent control ). Unit logika fuzzy memiliki kemampuan
menyelesaikan masalah perilaku sistem yang komplek, yang tidakdimiliki oleh kontroler konvensional. Secara umum kontroler logika
fuzzy memiliki kemampuan sebagai berikut:
1. Beroperasi tanpa campur tangan manusia secara langsung, tetapi
memiliki efektifitas yang sama dengan kontroler manusia.
2. Mampu menangani sistem-sistem yang komplek, non-linier dan tidak
stasioner.
2.11.2
Fuzzyfikasi
Prosedur fuzzyfikasi merupakan proses untuk mengubah variabel
non fuzzy (variabel numerik) menjadi variabel fuzzy (variabel
linguistik). Nilai error dan delta error yang dikuantisasi sebelumnya
diolah oleh kontroler logika fuzzy, kemudian diubah terlebih dahulu ke
dalam variabel fuzzy. Melalui membership function (fungsi
keanggotaan) yang telah disusun, maka dari nilai error dan delta error
4 Agus Naba. 2009. Belajar Cepat Fuzzy Logic Menggunakan MATLAB. Yogya: ANDI.
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
37/73
28
kuantisasi akan didapatkan derajat keanggotaan bagi masing-masing
nilai error dan delta error. Alur proses fuzzifikasi ditunjukkan pada
Gambar 2.9
Gambar 2.19. Proses Fuzzyfikasi
2.11.3 Penentuan rule base
Rule base adalah sekelompok aturan fuzzy dalam berhubungan
dengan keadaan sinyal masukan dan sinyal keluaran. Rule base
merupakan dasar dari pengambilan keputusan atau inference proses
untuk mendapatkan aksi keluaran sinyal kontrol dari suatu kondisi
masukan yaitu error dan delta error dengan berdasarkan rule-rule yangtelah ditetapkan. Proses rule base berfungsi untuk mencari suatu nilai
fuzzy output dari fuzzy input. Alur pada proses Rule base ditunjukkan
pada Gambar 2.10.
Gambar 2.20. Proses Rule Base
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
38/73
29
2.11.4 Defuzzyfikasi
Defuzzyfikasi adalah proses pemetaan dari hasil aksi kontrol
inferensi fuzzi ke aksi kontrol non fuzzy. Dalam proses defuzzyfikasi
metoda yang umum digunakan adalah Center or Area (COA) danMaximum Of Mean (MOA). Alur proses defuzzyfikasi ditunjukkan
pada Gambar 2.11.
Gambar 2.21. Proses defuzzyfikasi
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
39/73
30
BAB III
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT
3.1 Block Diagram Sistem
Pada perencanaan dan pembuatan perangkat keras dari sistem
“Rancang Bangun Inverter 1 Fasa Pada Mesin Pemarut Kelapa
Menggunakan Metode Kontrol Logika Fuzzy” dibutuhkan beberapa
bagian yang mendukung seperti yang tergambar pada gambar 3.1.
Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem
Gambar 3.1 merupakan blok diagram dari sistem proyek akhir yang
akan dikerjakan dan sistem ini digunakan pada mesin pemarut kelapa.Sistem ini disuplai dari sumber jala – jala PLN 220 volt tegangan AC.
Single phase uncontrolled full wave rectifier akan mengkonversi
tegangan 220 volt AC menjadi 311,12 volt DC. Tegangan output dari
Single phase uncontrolled full wave rectifier akan diinputkan pada
inverter fullbridge 1 fasa untuk mengkonversi tegangan DC ke AC,
inverter menggunakan metode switching Sinusoidal Pulse Width
Modulation (SPWM). Sistem kontrol yang digunakan adalah kontrol
logika fuzzy, penggunaan kontrol logika fuzzy berfungsi untuk
mengatur kecepatan putar motor induksi 1 fasa 125 watt agar tetapkonstan melalui pengaturan perubahan frekuensi pada inverter. Karena
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
40/73
31
tegangan keluaran inverter belum sinus murni, maka perlu dipasang
sebuah filter LC untuk meredam harmonisa. Tegangan yang keluar dari
inverter 1 fasa sebesar 140,12 volt AC maka perlu dihubungkan dengan
trafo step up dengan ratio 1 : 2 untuk menaikan tegangan agar sesuaidengan tegangan yang dibutuhkan beban motor induksi 1 fasa 220 volt
sebagai penggerak pisau mesin pemarut kelapa. Putaran dari motor
penggerak pisau mesin pemarut kelapa akan dibaca oleh sensor kecepatan
dan outputnya akan dijadikan
Berdasarkan blok diagram pada gambar 3.1 diatas
perencanaan dan pembuatan perangkat keras pada Proyek Akhir ini
meliputi:
a. Perencanaan dan pembuatan Single phase uncontrolled full
wave rectifier . b. Perencanaan dan pembuatan Single phase fullbridge
inverter .
c. Perencanaan dan pembuatan Low Pass Filter LC
d. Perencanaan sensor kecepatan
e. Perencanaan sensor tegangan.
f. Perencanaan sensor arus.
g. Perencanaan algoritma fuzzy.
3.2 Flowchart Sistem
Secara garis besar blok diagram yang dijelaskan pada gambar 3.1
terdapat proses kerja yang terbagi ke dalam beberapa subrutin yaitu:a.
Penyearah yang digunakan adalah Single phase uncontrolled
full wave rectifier menggunakan filter C yang bernilai 1880 µF
yang mengkonversi tegangan 220 volt AC menjadi 311,12 volt
DC.
b.
Single phase fullbridge inverter menggunakan metode
switching Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM).
Inverter ini akan diatur frekuensinya menggunakan
metode kontrol logika fuzzy dengan nilai maksimum 50
Hz.
c. Filter yang digunakan untuk meredam harmonisa keluaran dari
Single phase fullbridge inverter adalah Low Pass Filter yangmeredam frekuensi tinggi dan meloloskan frekuensi rendah
sebesar 50 Hz. Nilai kapasitas kapasitornya 6 µF dan nilai
induktornya 69,46 µH.
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
41/73
32
Gambar 3.2 Flowchart Sistem
Dari gambar 3.2 dijelaskan bahwa hal yang pertama harus
dilakukan yaitu menentukan parameter – perameter variable yang
dibutuhkan. Dengan menginisialisasi St merupakan set point
kecepatan putar motor, rpm yaitu kecepatan putar motor yang
terjadi, f merupakan frekuensi variable, Vin merupakan
tegangan input dan Iin merupakan arus input. Untuk memulai
sistem ini, setelah inisialisasi kecepatan, set point, arus dan
tegangan sudah diinputkan maka motor akan berputar dan sensor
tegangan akan membaca kecepatan dari putaran motor tersebut.
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
42/73
33
Apabila rpm tidak sama dengan set point maka frekuensi pada
inisialisasi perlu ditunning dari 20 – 50 Hz agar kecepatan putar
motor tetap konstan walaupun beban berubah- ubah.
3.3 Perancangan Hardware
Pada Proyek Akhir ini perlu dilakukan proses perencanaan
hardware yang dibutuhkan pada sistem ini
3.3.1
Single Phase Uncontroll ed Ful l Wave Rectif ier
Listrik dari jala jala PLN akan digunakan sebagai sumber dari
Single phase fullbridge inverter setelah disearahkan menjadi tegangan
DC oleh Single phase uncontrolled full wave rectifier dengan nilai
tegangan input 220 V AC menjadi 311,12 V DC. Single phaseuncontrolled full wave rectifier ini menggunakan filter C dengan
kapasitas kapasitor 1880 µF dengan daya maksimum 7.778 W. Berikut
adalah perhitungannya :
Untuk menghitung : = √ 2 . .................................................................(3.1)
= √ 2 . 220
= 311,12 Dimana: = Tegangan maksimum (Volt) = Tegangan Jala-jala PLN (Volt)Untuk perhitungan Vdc menggunakan filter C:
Nilai dibuat tak hingga
= .........................................................................(3.2)= 311,122 50 ∞ 0,00188 = () = () ( )..................................................(3.3)
() =311,12 V
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
43/73
34
Dimana : = Ripple tegangan = Tegangan maksimum (Volt) f = frekuensi sumber
R = Nilai resistansi beban
C = Besarnya nilai kapasitor
Daya Output Rectifier :
= V x I ...................................................................................(3.4) = 311,12 x 25 = 1.778 Watt
( Arus 25 A berasalah dari diode bridge yang digunakan)
Simulai Single phase uncontrolled full wave rectifier dengan filter C
menggunakan software PSIM.
Gambar 3.3 Rangkaian Single phase uncontrolled full wave rectifier
Gambar 3.4 Gelombang Input Single phase uncontrolled
full wave rectifier
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
44/73
35
Gambar 3.5 Gelombang Output Single phase uncontrolled
full wave rectifier
Nilai arus dan tegangan output dari single phase uncontrolled full
wave rectifier adalah 23,88 A dan 219,99 Volt.
3.3.2 Single Phase Ful lbr idge I nverter
Single phase fullbridge inverter digunakan untuk mengkonversi
tegangan 311,12 Volt DC ke 220 Volt AC untuk pengaturankecepatan motor induksi 1 fasa 125 Watt dengan
menggunakan metode kontrol logika fuzzy. Metode
switching yang digunakan pada inverter ini adalah Sinusoidal
Pulse Width Modulation (SPWM).
Perhitungan Daya input dan inveter didesain dengan efisiensi 80%
%= ..............................................................(3.5)0,8= 422,4 = 422,40,8 = 528,5
=
........................................................................(3.6)
= 528,5220 . 0,8 = 3 ADimana : = Daya input (Watt) = Daya output (Watt) = Arus input (A)
cosφ= Power factor
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
45/73
36
Simulasi Single Phase Fullbridge Inverter metode switching SPWM
tanpa filter dengan menggunakan software PSIM.
Gambar 3.5 Rangkaian Single Phase Fullbridge Inverter Tanpa Low
Pass Filter LC Metode Switching SPWM
Gambar 3.6 Gelombang Tegangan Output Single Phase Fullbridge
Inverter Tanpa Low Pass Filter LC Metode Switching SPWM
Gambar gelombang tegangan output SPWM merupakan hasil
komparasi dari gelombang segitiga dan gelombang sinusoidal.
Prinsip kerja dari metode switching MOSFET SPWM adalah
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
46/73
37
mengatur lebar pulsa mengikuti pola gelombang sinusoidal.
Frekuensi sinyal referensi menentukan frekuensi keluaran inverter.
Gambar 3.7 Gelombang Arus Output Single Phase Fullbridge Inverter Tanpa Low Pass Filter LC Metode Switching SPWM
Dari simulasi Single Phase Fullbridge Inverter Tanpa Low Pass
Filter LC Metode Switching SPWM menggunakan software PSIM
diperoleh tegangan output sebesar 182,80 Volt dan arus output
13,91A. Gambar 3.7 adalah simulasi Single Phase Fullbridge
Inverter metode switching SPWM menggunakan Low Pass Filter LC
dengan nilai L = 69,46 µH dan C = 6 µF menggunakan software
PSIM .
Gambar 3.8 Rangkaian Single Phase Fullbridge Inverter dengan Low
Pass Filter LC Metode Switching SPWM
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
47/73
38
Gambar 3.9 Gelombang Tegangan Output Single Phase Fullbridge Inverter Menggunakan Low Pass Filter LC Metode Switching SPWM
Gambar 3.9 Gelombang Arus Output Single Phase Fullbridge Inverter
Menggunakan Low Pass Filter LC Metode Switching SPWM
Pada simulasi Single Phase Fullbridge Inverter Menggunakan Low Pass
Filter LC Metode Switching SPWM menggunakan software PSIM
diperoleh tegangan output sebesar 165,24 Volt dan arus output 13,89A.
3.3.3 Driver Single Phase Ful lbri dge I nverter
Driver ini menggunakan IC IR2111 karena IC jenis ini mempunyai satu
buah inputan, tetapi dapat menghasilkan 2 buah inputan yang dilengkapi
dengan dead time.. IC ini juga dipilih karena dapat bekerja pada
tegangan maksimum 600 Volt. IC ini cukup sederhana dan praktis
karena hanya membutuhkan satu buah inputan pulsa untukmenghasilkan satu pasang pulsa (dua buah pulsa yang berlawanan pada
output driver). Sehingga IC IR2111 ini cocok untuk digunakan sebagai
driver inverter pada sistem ini. Digunakan dua buah IC dengan dua buahinputan, sehingga didapatkan dua pasang pulsa output (dua buah output
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
48/73
39
pulsa high dan dua buah output low) untuk trigger empat buah mosfet
IXFH 50N60.
Gambar 3.10 Functional blok diagram IR 2111
Untuk IC IR2111 yang pertama digunakan untuk mendrive mosfet 1 danmosfet 4. Sedangkan untuk IC IR2111 yang kedua digunakan untuk
mendrive mosfet 3 dan mosfet 4.
Gambar 3.11 Skematik driver IR 2111
Gambar 3.11 adalah skematik dari IR 2111 yang terhubung ke gate
masing-masing mosfet. Setelah dari IC IR 2111, dan sebelum ke gate
mosfet, akan melewati sebuah resitor yang dipararel dengan dioda Ultra
Fast Recovery 1N4007. Sinyal dari Ir 2111 ke gate mosfet akan
melewati resistor ini. Sebelum ke IC IR2111, output darimikrokontroller akan melewati TLP 521 agar mikrokontroler terisolasi
dari rangkaian yang memiliki arus kuat.
Gambar 3.11 Skematik TLP 521
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
49/73
40
3.3.4 Perencanaan Low Pass F il ter LC
Untuk nilai capacitor nilainya fix sebesar 6 µF
Sedangkan perhitungan inductor adalah sebagai berikut :
Karena diharapkan antara capasitor dan inductor terjadi resonansi maka besar
Xl = Xc...............................................................................................(3.7)
2.π.f.L = .....................................................................................(3.8)
L =.................................................................................(3.9)
=
.
.
..
= ., = 69,46 µH
Desain induktor 69,46 µH untuk Low Pass Filter LC
Diketahui : µr = 3000 N/A2
µ0 = 4π × 10-7 N/A2
L = 1,69039 H
dm = 20 mm
dl = 30 mm
p = 14 mm
tebal = 5 mm
Diameter Toroid = + .......................................................................................(3.10)
=2 0 3 0
2
= 2 5 = = 12,5 ..........................................................................(3.11) = × ..................................................................................(3.12)= 1 4 × 5 = 7 0 = 2 × ().........................................................(3.13)= 2 × (1 4 5) =38
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
50/73
41
Banyak lilitan untuk induktor = ×× .....................................................................................(3.14) = ×× ....................................................................................(3.15) = 69,46 µ × 2 × 3,14 × 12,5 × 10−3 0 0 0 ×4 ×1 0− × 7 0 × 1 0−
= 5,452610−2,637610−
= 20,672 = 4,5 ≈ 5 Mengitung dimater kawat tembaga untuk induktor
Split time →() = = 0,5 ......................................................(3.16)
J = 4,5 A/mm2
= () = ,, =0,112......................................................(3.17) = = ×,, =0,376 ..........................................(3.18) ≈ 0,4 Mengitung panjang kawat tembaga untuk induktor
= ( × × ∑ ) 40%( × × ∑ )................(3.19) = (5 × 3 8 × 6) 40%(5 × 3 8 × 6) = 1.140 456 = 1,596 ≈ 2 Menghitung Jarak antar lilitan = .............................(3.20)= 3 8 (2×3,14×12,5) =116,5
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
51/73
42
= , = 23,3 .........................................(3.21)3.3.5
Perencanaan Sensor Arus
Pada proyek akhir ini arus yang akan disensing,yaitu arus keluarandari Single Phase Fullbridge Inverter yang sudah terhubung trafo step
up. Sensor arus yang digunakan adalah ACS712 seperti pada gambar
3.12. Sensor arus yang digunakan ada dua jenis yaitu ACS712 dengan
arus maksimal yang diukur 5A dan 20A. Pada proyek akhir ini
pembacaan sensor arus pada mikrokontroller menggunakan ADC 12 bit.
Pada LCD nilai yang arus terbaca berubah – ubah dengan cepat sehingganilai ADC dari sensor arus dirata-rata setiap 50 kali perubahan.
algoritma yang digunakan untuk pembacaan sensor arus ditunjukkan pada gambar 3.13.
Gambar 3.12 Rangkaian Sensor Arus
Gambar 3.13 Algoritma Pembacaan Sensor Arus
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
52/73
43
3.3.6 Perencanaan Sensor Tegangan
Proyek akhir ini menggunakan sensor tegangan yang digunakan
untuk mensensing tegangan output dari Single Phase Fullbridge Inverter
yang sudah terhubung trafo step up. Sensor tegangan yang digunakan pada proyek akhir ini adalah AMC 1100. Sensor ini mampu bekerja
pada tegangan puncak 1200 Volt sehingga dapat dikatakan sensor ini
cocok untuk diterapkan pada proyek akhir ini. Gambar 3.13 menjelaskan
tentang rangkaian dari sensor tegangan AMC 1100 dan gambar 3.14
yang menjelaskan kurva karakteristik perbandingan tegangan input dan
output sensor tegangan AMC 1100
Gambar 3.13 Rangkaian Sensor Tegangan AMC 1100
Gambar 3.14 Kurva Karakteristik Perbandingan Tegangan Input dan
Output Sensor Tegangan AMC 1100
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
53/73
44
3.3.7 Sensor Kecepatan
Sensor kecepatan yang digunakan yaitu sebuah piringan dengan
jumlah 10 lubang dan satu pasang optocoupler yang berfungsi untuk
membaca kondisi dari posisi lubang tersebut. Karena satu putaran penuh
adalah 3600 dan jumlah lubang 10, maka sudut antara dua buah lubang
yaitu 22,50 . Sensor ini memiliki Vcc dari 3,0 – 5,5 Volt.
Gambar 3.15 Sensor Kecepatan dan Piringannya
3.3.8
Perencanaan Algoritma Logika Fuzzy
Penggunaan logika fuzzy pada proyek akhir ini digunakan untuk
mengatur frekuensi dari rangkaian Single Phase Fullbridge Inverter agar
kecepatan motor induksi 1 fasa dapat diatur dan menjaga kecepatan
motor induksi 1 fasa dalam keadaan sesuai dengan set point.. Blok
diagram pengaturan dengan menggunakan logika fuzzy ditunjukkan
pada gambar 3.16.
Gambar 3.16 Blok Diagram
Pada proyek akhir ini Single Phase Fullbridge Inverter
diberikan set point yang berubah ubah sesuai nilai yang dibutuhkan
untuk memenuhi target. Logika fuzzy yang dirancang harus bisa
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
54/73
45
mempertahankan dan mengatur frekuensi Single Phase Fullbridge
Inverter untuk mencapai nilai set point. Logika fuzzy menggunakan
metode Sugeno. Pada dasarnya suatu sistem aturan fuzzy mempunyai
tahapan, yaitu fuzzyfikasi, inferensi dan defuzzifikasi. Untuk lebih jelasnya seperti yang ditunjukkan gambar 3.17.
Gambar 3.17 Tahapan Logika Fuzzy
Proses konversi variabel numerik (bilangan real) ke dalam variabel
linguistik (variabel fuzzy) disebut fuzzification. Variabel dari boost
converter adalah arus. Tegangan keluaran boost converter dikendalikanoleh fuzzy logic control sehingga tegangan keluarannya sesuai dengan
set point. Error () dan delta error ∆()digunakan sebagai input dari fuzzy logic control. Error didapatkan dengan cara membandingkan
tegangan keluaran () dengan tegangan referensi (). Sedangakandelta error
∆() didapatkan dari selisih antara eror sekarang dan eror
sebelum.Dari error ()dan previous error Eprev(k), perubahan padanilai error dapat dihitung dan kemudian dinormalisasikan. Persamaanuntuk mendapatkan error dan delta error ditunjukkan oleh persamaan
(3.22) dam (3.23) .() = () () ...................................................................(3.22)∆() = () () .................................................................(3.23)
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
55/73
46
Fuzzifikasi adalah mengubah masukan-masukan yang nilai
kebenarannya bersifat pasti (crisp input) ke dalam bentuk fuzzy input.
Proyek akhir ini digunakan masukan-masukan dari eror dan delta eror.
rule base yang digunakan 7 x 7. Gambar 3.18 dan 3.19 menunjukkanfuzzifikasi dari eror dan delta eror.
Gambar 3.18 Varibel Masukan Eror
Gambar 3.19 Varibel Masukan Delta Eror
Tujuh variabel linguistik yang digunakan untuk variabel input()dan ∆()yaitu negative big (NB), negative medium (NM), negative small (NS), zero (ZE), positive small (PS), positive medium (PM), dan
positive big (PB). delta negative big (DNB), delta negative medium(DNM), delta negative small (DNS), delta zero (DZE), delta positive
small (DPS), delta positive medium (DPM), dan delta positive big(DPB) . Membership function yang digunakan dapat dilihat pada Gambar
3.18, dan Gambar 3.19.
Langkah selanjutnya adalah menentukan rule base dari variabel
masukan yaitu eror dan delta eror. Penentuan dan pemulihan rule base
ini didasarkan pada knowledge base dari pengguna logika fuzzy
terhadap plan yang sedang dikerjakan.
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
56/73
47
Tabel 3.1 Fuzzy Logic Rule Base
NB NM NS ZE PS PM PB
DNB KBS KBS KBS KBS KB K BS
DNM KBS KBS KBS KB K BS T
DNS KBS KBS KB K BS T TB
DZE KBS KB K BS T TB TBS
DPS KB K BS T TB TBS TBS
DPM K BS T TB TBS TBS TBS
DPB BS T TB TBS TBS TBS TBS
∆()
()
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
57/73
47
BAB IV
PENGUJIAN DAN ANALISA
Pada Bab IV berisi tentang pengujian dan analisa sub-bagian padasistem sesuai dengan perencanaan yang telah dilakukan pada bab III.
Pengujian dimaksudkan untuk mendapatkan evaluasi terhadap keluaran
dari rangkaian maupun sistem agar diperoleh kinerja yang sesuai dengan
yang diharapkan. Evaluasi didasarkan pada hasil analisa tiap sub-bagian
pada sistem yang dirancang. Metode pengujian meliputi dua
pengambilan data, yaitu pengujian secara parsial dan pengujian
integrasi. Adapun pengujian parsial yang dilakukan dalam proyek akhir
ini, antara lain:
1.
Pengujian Motor Induksi 1 Fasa
2. Pengujian Single Phase Uncontrolled Full Wave Rectifier
3. Pengujian DC Power Supply 5 Volt
4. Pengujian DC Power Supply 12 Volt
5.
Pengujian Driver Single Phase Fullbridge Inverter
6.
Pengujian Single Phase Fullbridge Inverter Beban Lampu
7.
Pengujian Nilai Induktor Low Pass Filter LC
8. Pengujian Rotary Encoder.
9.
Pengujian Sensor Arus ACS 71210. Pengujian Sensor Tegangan AMC 110
4.1 Pengujian Partisi
4.1.1
Pengujian Motor Induksi 1 Fasa
Pada motor induksi satu fasa dilakukan pengujian untuk mencari
kecepatan putar motor induksi 1 fasa. Pengujian kecepatan putar motor
induksi 1 fasa ini dilakukan sebelum proses kontrol kecepatan.
Pengujian pengujian kecepatan putar motor induksi 1 fasa dilakukan
tanpa menggunakan beban.
Berikut adalah name plate yang tertera pada motor:
Tegangan Input = 220 Volt
Daya Output = 186,5 Watt
Arus Output = 4/2,4 A
N = 1420 rpm
F = 50 Hz
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
58/73
48
Pengujian kecepatan putar motor induksi 1 fasa tanpa beban.
Gambar 4.1 Wiring Pengujian Kecepatan Putar Motor Induksi 1 Fasa
Tanpa Beban.
Gambar 4.2 Pengujian Kecepatan Putar Motor Induksi 1 Fasa TanpaBeban.
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui kecepatan putar motorinduksi 1 fasa dengan cara menggunakan tachometer untuk pembacaan
rpm, ampere meter untuk mengetahui arus input dari motor dan
voltmeter untuk mengetahui tegangan input yang masuk pada motor
agar sesuai dengan spesifikasi yang terdapat pada nameplate motor
induksi 1 fasa.
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
59/73
49
Dari pengujian ini diperoleh dara kecepatan putar motor induksi1 fasa
yang ditampilkan pada tabel 4.1
Tabel 4.1 Hasil Pengujian Kecepatan Putar Motor Induksi 1 Fasa
Tanpa Beban
50 0,3 720
100 0,68 940
150 1,21 1099
200 1,8 1362
220 2,12 1533
Gambar 4.3 Grafik Hubungan Vinput AC dan rpm Motor Induksi 1 Fasa
0
500
1000
1500
2000
0 50 100 150 200 250
Grafik Hubungan Vinput AC dan rpm Motor
Induksi 1 Fasarpm
Vinput AC
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
60/73
50
4.1.2 Pengujian Single Phase Uncontrol led Ful l Wave Rectif ier
Pengujian Single Phase Uncontrolled Full Wave Rectifier
dilakukan untuk mengetahui seberapa besar nilai () yang akan
digunakan sebagai suplai dari single phase fullbridge inverter . Pada
pengujian ini di mulai dari tegangan sumber 60 Volt () sampai
dengan 220 Volt () yang didapatkan dari variac satu fasa.
Pengujian ini harus dilakukan dari tegangan sumber yang kecil,
dilanjutkan ke tegangan yang lebih besar. Jika pengujian dilakukan dari
tegangan sumber dari yang besar ke yang kecil, maka hasilnya tidak
akan akurat. Hal ini karena kapasitor masih menyimpan muatan di
dalamnya. Saat melakukan pengujian ketika Single Phase Uncontrolled
Full Wave Rectifier langsung dihubungkan ke sumber jala – jala PLN
220 Volt maka fuse pada rangkaian Single Phase Uncontrolled Full
Wave Rectifier akan putus.
Gambar 4.4 Blok Diagram Pengujian Single Phase Uncontrolled Full
Wave Rectifier .
Gambar 4.5 Pengujian Single Phase Uncontrolled Full Wave Rectifier
Dari pengujian single phase uncontrolled full wave rectifier yang
dilakukan diperolah data yang disajikan pada tabel 4.2 dengan parameter
yang didapatkan adalah tegangan sumber AC dan tegangan output DC.
Voltmeter
Single phase
uncontrolled full wave
rectifier
Variac
220V
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
61/73
51
Tabel 4.2 Hasil Pengujian Single Phase Uncontrolled Full Wave
Rectifier
No. Input
Tegangan AC
(Volt)
Output
Tegangan
DC (Volt)
Teori
Output
Tegangan
DC (Volt)
Praktek
%Error
1. 60 84,85 84,1 0,89%
2. 100 141,42 140,3 0,79%
3. 160 226,27 223,4 1,26%
4. 200 282,84 279,5 1,18%
5. 205 289,91 287,6 0,73%
6. 210 296,98 294,3 0,90%
7. 220 311,12 310,3 0,26%
.
Gambar 4.6 Grafik Perbandingan Tegangan Input AC dan Tegangan
Output DC
0
100
200
300
400
0 50 100 150 200 250
Perbandingan VAC dan V DC
Vinput AC
Voutput DC
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
62/73
52
4.1.3
Pengujian DC Power Supply 5 Volt.
Rangkaian DC Power Supply ini 5 Volt digunakan sebagai supply
dari ARM STM32F407VG dan akan dilakukan pegujian untuk
mengetahui tegangan output DC nya.
Gambar 4.7 Blok Diagram Pengujian DC Power Supply 5 Volt
Gambar 4.8 Pengujian DC Power Supply 5 Volt
Pengujian yang dilakukan rangkaian diukur menggunakan multimeter
nilai tegangan output 5 Volt DC dengan nilai tegangan input 6 Volt AC.
4.1.4 Pengujian DC Power Supply 12 Volt.
Rangkaian DC power supply 12 Volt ini digunakan untuk supply
dari driver single phase fullbridge inverter. DC power supply ini
menggunakan tegangan input 15 Volt AC dengan target tegangan output
12 Volt DC.
Gambar 4.9 Blok Diagram Pengujian DC Power Supply 12 Volt
Voltmeter Power
Supply 5V
Trafo 1A
6V
Voltmeter Power
Supply 12V Trafo 1A
15V
-
8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA
63/73
53
Gambar 4.10 Pengujian DC Power Supply 12 Volt
4.1.5
Pengujian Driver Single Phase Ful lbr idge I nverter Pengujian Driver Single Phase Fullbridge Inverter IR2111 karena
IC ini cukup sederhana dan praktis karena hanya membutuhkan satu
buah inputan pulsa untuk menghasilkan satu pasang pulsa (dua buah
pulsa yang berlawanan pada output driver). Sehingga IC IR2111 ini
cocok untuk digunakan sebagai driver inverter pada sistem ini.
Digunakan dua buah IC dengan dua buah inputan, sehingga didapatkan
dua pasang pulsa output (dua buah output pulsa high dan dua buah
output low) un