rancang bangun boost converter
Post on 30-Nov-2015
404 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
PROYEK AKHIR
KONTROLLER PI-FUZZY UNTUK PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA TANPA SENSOR
KECEPATAN DENGAN METODE DIRECT TORQUE CONTROL
M. Rizqi Hadiyatullah NRP. 7308.040.018
Dosen Pembimbing :
Ir. Gigih Prabowo, MT NIP. 19621205199103.1.003
Arman Jaya, ST.MT
NIP. 19660208198903.1.002
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO INDUSTRI DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
POLITEKNIK ELEKTRONIKA NEGERI SURABAYA INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA 2012
1
PROYEK AKHIR
KONTROLLER PI-FUZZY UNTUK PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI
TIGA FASA TANPA SENSOR KECEPATAN DENGAN METODE DIRECT TORQUE
CONTROL
M. Rizqi Hadiyatullah
NRP. 7308.040.018
Dosen Pembimbing :
Ir. Gigih Prabowo, MT NIP. 19621205199103.1.003
Arman Jaya, ST.MT
NIP. 19660208 198903 1 002
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO INDUSTRI DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
POLITEKNIK ELEKTRONIKA NEGERI SURABAYA INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA 2012
KONTROLLER PI-FUZZY UNTUK PENGATURAN
KECEPATAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA TANPA
SENSOR KECEPATAN DENGAN METODE DIRECT
TORQUE CONTROL
Oleh :
M Rizqi Hadiyatullah
NRP. 7308.040.018
Proyek Akhir ini Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk
Memperoleh Gelar Sarjana Sains Terapan (S.ST)
Di Politeknik Elektronika Negeri Surabaya
Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya
Disetujui Oleh:
Tim Penguji Proyek Akhir
1. Ainur Rofiq Nansur, ST., MT.
NIP. 19640713.198903.1.005
2. Epyk Sunarno, S.ST., MT.
NIP. 19620723.199103.1.002
3. Novie Ayub Windarko, ST., MT., Ph.D.
NIP.19751114.200003.1.001
Dosen Pembimbing
1. Ir. Gigih Prabowo, MT.
NIP.19621205.199103.1.003
2. Arman Jaya, ST.MT
NIP. 19660208198903.1.002
Surabaya, 16 Juli 2012
Mengetahui
Ketua Program Studi Diploma IV
Teknik Elektro Industri
Indhana Sudiharto, ST., MT.
NIP. 19660227.199403.1.001
ABSTRACT
Three (3) phase induction motors are the current is often used in the
industry with a variety of applications because it has the advantage
of which is reliable, great strength and low electrical power
consumption when compared with DC motors for the same capacity.
Three (3) Phase Induction Motor has a weakness in controlling the
speed of which depends only on the input frequency, but this can be
overcome with inverter technology. Described in this proposal about
setting rotational speed induction motors are three (3) phase without
a speed sensor that is done by comparing the rotation of reference / reference to the estimated round. Direct Torque Control (DTC) is
used as a basis control parameter estimation. Estimation of rotor
rotation, torque and flux through the stator voltage and current
input. The final results obtained from the motor through the setting-
Fuzzy PI control with direct torque control method is to improve and
smooth the ripple in the torque and the motor stator currents, which
before were given control speed 1491rpm with a voltage of 220 volts
dc.
Keywords: Fuzzy-PI Controller, Inverter, Induction Motor, Direct
Torque Control.
iii
ABSTRAK
Motor Induksi tiga (3) fasa saat ini sering digunakan pada industri
dengan berbagai aplikasi karena memiliki keunggulan diantaranya
adalah handal, tenaganya besar dan konsumsi daya listrik rendah
bila dibandingkan dengan motor DC untuk kapasitas yang sama.
Motor Induksi Tiga (3) Fasa memiliki kelemahan pada pengontrolan
kecepatan yang hanya tergantung pada frekuensi input, tetapi hal ini
bisa diatasi dengan teknologi inverter. Dalam proposal ini
dijelaskan tentang pengaturan kecepatan putar motor induksi tiga
(3) fasa tanpa sensor kecepatan yaitu dilakukan dengan cara membandingkan putaran acuan/referensi dengan putaran estimasi.
Direct Torque Control (DTC) digunakan sebagai basis estimasi
parameter kontrol. Estimasi putaran rotor, torka dan fluks dilakukan
melalui tegangan input dan arus stator. Hasil akhir yang diperoleh
dari pengaturan putaran motor melalui kontrol PI-Fuzzy dengan
metode direct torque control ini adalah memperbaiki dan
memperhalus ripple pada torsi dan arus stator pada motor. Dan
dengan belum diberi control kecepatannya 1491 rpm dengan 220
volt dc.
Kata Kunci: Kontroller PI-Fuzzy, Inverter, Motor Induksi, Direct
torque Control.
iv
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, segala puji syukur bagi Allah SWT karena
berkat rahmat dan hidayah-Nya, penulis dapat menyelesaikan proyek
akhir yang berjudul :
“KONTROLLER PI-FUZZY UNTUK PENGATURAN
KECEPATAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA DENGAN
METODE DIRECT TORQUE CONTROL”
Pembuatan dan penyusunan proyek akhir ini diajukan sebagai
salah satu syarat untuk menyelesaikan studi Diploma-4 (D4) dan memperoleh gelar Sarjana Sains Terapan (S.ST) di jurusan Elektro
Industri Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Institut Teknologi
Sepuluh Nopember Surabaya.
Penulis berusaha secara optimal dengan segala pengetahuan
dan informasi yang didapatkan dalam menyusun laporan proyek
akhir ini. Namun, penulis menyadari berbagai keterbatasannya,
karena itu penulis memohon maaf atas keterbatasan materi laporan
proyek akhir ini. Penulis sangat mengharapkan masukan berupa
saran dan kritik yang membangun demi kesempurnaan laporan
proyek akhir ini.
Besar harapan penulis agar laporan proyek akhir ini dapat
bermanfaat bagi pembaca, khususnya dalam mempelajari sistem pengaturan kecepatan motor induksi.
Surabaya, 18 Juli 2012
Penulis
v
UCAPAN TERIMA KASIH
Dengan penuh rasa syukur kehadirat Allah SWT dan tanpa
menghilangkan rasa hormat yang mendalam, saya selaku penyusun
dan penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya
kepada pihak-pihak yang telah membantu penulis untuk
menyelesaikan proyek akhir ini, penulis mengucapkan terima kasih
kepada :
1. Allah SWT, karena perlindungan, pertolongan dan ridho-Nya
penulis mampu menyelesaikan proyek akhir ini serta hambanya
yang termulia Nabi Besar Muhammad SAW. 2. Untuk Ibunda dan Ayahanda tercinta, kakak, adik, seluruh
keluarga dan orang tercinta yang selalu memberi dukungan dan
mendoakan.
3. Bapak Ir. Dadet Pramadihanto, M.Eng, Ph.D selaku Direktur
PENS-ITS.
4. Bapak Indhana Sudiharta, S.T,M.T. selaku Ketua Program
Studi Teknik Elektro Industri PENS-ITS.
5. Bapak Ir. Gigih Prabowo, M.T. dan Bapak Arman
Jaya,S.T.,M.T. selaku dosen pembimbing proyek akhir.
6. Seluruh Bapak dan Ibu dosen yang telah membimbing dan
membekali ilmu kepada penulis selama menempuh pendidikan di kampus tercinta ini, Politeknik Elektronika Negeri
Surabaya-ITS ( PENS-ITS ).
7. Teman-teman D4’07 dan ‘08 yang telah memberikan dukungan
langsung dan tidak langsung atas terselesainya proyek akhir ini.
8. Semua pihak yang telah membantu penulis hingga terselesainya
proyek akhir ini yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.
Semoga Allah SWT selalu memberikan perlindungan, rahmat
dan nikmat-Nya bagi kita semua. Amin.
vi
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK ..................................................................................... i
KATA PENGANTAR ................................................................... iv
UCAPAN TERIMA KASIH........................................................... v
DAFTAR ISI ................................................................................ vi
DAFTAR TABEL ......................................................................... vi
DAFTAR GAMBAR ..................................................................... x
BAB I PENDAHULUAN............................................................... 1
1.1 Latar Belakang.............................................................................. 1
1.2 Tujuan........................................................................................... 2
1.3 Ruang Lingkup Permasalahan...................................................... 2
1.4 Batasan Masalah........................................................................... 3
1.5 Metodologi.................................................................................... 3
1.6 Sistematika Pembahasan............................................................... 6
1.7 Tinjauan Pustaka........................................................................... 7
BAB II TEORI PENUNJANG ....................................................... 9
2.1 Motor Induksi Tiga Fasa 9
2.1.1 Konstruksi Motor Induksi .................................................... 10
2.1.2 Slip Rotor ............................................................................ 11
2.1.3 Pembebanan pada Motor Induksi ......................................... 12
2.1.4 Pengaturan Kecepatan Motor Induksi dengan Frekwensi dan
Tegangan yang Diubah-ubah ................................................... 12
2.2 Rangkaian Penyearah 16
2.2.1 Dioda .................................................................................. 17
2.2.2 Rangkaiaan Penyearah ......................................................... 18
2.3 Rangkaian Filter.......................................................................... 21
2.4 Transistor Daya........................................................................... 22
2.4.1 Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (MOSFET)
............................................................................................... 23
vii
Halaman
2.4.2 Simbol Rangkaian MOSFET ...................................................24
2.5 Inverter........................................................................................ 25
2.5.1 Inverter Tiga Fasa ................................................................ 25
2.6 PCI............................................................................ 27
2.6.1 Koneksi PCI dengan perangkat luar.................................. 27
2.8 Sensor Tegangan......................................................................... 30
2.9 Sensor Arus ............................................................................ 30
2.10 Model Dinamik Motor Induksi Tiga Fasa................................ 33
2.11 Pengaturan Motor Induksi Tanpa Sensor Kecepatan dengan
Metode direct Torque control ............................................. 42
2.11.1 Metode direct torque control .................................................39
2.12 Kontroler PI-Fuzzy...................................................................41
2.12.1 Desain Rule Base...................................................................43
BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN PERALATAN
KERAS ............................................................................. 47
3.1 Perencanaan Sistem Hardware................................................... 47
3.2 Perencanaan dan Pembuatan Rangkaian Penyearah Gelombang
Penuh Tiga Fasa................................................................................ 48
3.3 Perencanaan dan Pembuatan Inverter Tiga Fasa........................ 49
3.4 Sensor Arus................................................................................ 53
3.5 Sensor Tegangan........................................................................ 54
3.6 Perencanaan Sistem Software.................................................... 55
3.6.1 Matlab .....................................................................................55
3.7 Perencanaan Kontroler PI-Fuzzy................................................ 60
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA ....................................... 67
4.1 Pengujian dan Analisa................................................................ 67
4.2 Pengujian Parameter Motor Induksi Tiga Fasa .........................67
4.3 Pengujian pada Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh Tiga
Fasa .................................................................................................68
4.4 Pengujian sensor Tegangan………………………………….…72
4.5 Pengujian sensor arus…………………………………………..74 4.6 Pengujian Rangkaian inverter 3 fasa + switching……………...79
viii
4.7 pengujian terhadap motor induksi 3 fasa 0,5 HP………………81
BAB V PENUTUP ..................................................................... 113
5.1 Kesimpulan............................................................................... 113
5.2 Saran......................................................................................... 113
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
PROFIL PENULIS
ix
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
2.1 Tabel daftar terminal .............................................................. 32
2.2.Rule base control logika fuzzy ................................................ 44
2.3 Setting parameter kontroller PI dengan Ziegler-Nichols ........... 46
2.4 Setting kontroler optimum dengan metode tanggapan tangga ... 47
3.1 Tabel rotasi switching berlawanan arah jarum jam ................... 58
3.2 Tabel rotasi switching searah jarum jam .................................. 59
3.3 Rotasi switching berlawanan arah dengan asumsi di sektor 2 ... 60
3.4 Range nilai membership function error.................................... 61
3.5 Range nilai membership function delta error ........................... 62
3.6 Range nilai membership function output .................................. 63
3.7 Rule base kontrol logika fuzzy ................................................. 63
4.1 Pengujian tanpa beban ............................................................ 68
4.2 Pengujian DC ......................................................................... 68 4.3 Pengujian Penyearah Gelombang Penuh Tiga Fasa .................. 70
4.4 Hasil Pengujian Sensor Tegangan AC ..................................... 73
4.5 Hasil Pengujian Sensor Arus (ACS) ......................................... 74
4.6 Hasil Pengujian Penguatan Sensor Arus (ACS) ........................ 77
4.7 Data hasil pengujian rangkaian inverter tiga fasa dengan beban
motor induksi tiga fasa, 0,5 HP ..................................... 81
4.8 Hasil pengujian kecepatan setelah diberi beban motor induksi 3
fasa 0,5 HP dengan frekuensi 50Hz ............................... 82
4.9 Hasil pengukuran kecepatan motor dengan frekuensi yang
berubah-ubah dengan tegangan input tetap 130Vac ....... 82
4.10 Hasil pengukuran dengan alat ukur ........................................ 83
4.11 Hasil pengukuran dengan menggunakan Power Harmonics Analyzer “FLUX 41B” ................................................. 84
x
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
1.1 Flowchart tahap-tahap pengerjaan proyek akhir ......................... 5
2.1 Penampang rotor dan stator motor induksi............................... 10
2.2 Bagian-bagian motor induksi tiga fasa..................................... 11 2.3 Rangkaian ekuivalen motor induksi ........................................ 13
2.4 Karakteristik torsi-kecepatan untuk frekwensi yang berubah-ubah
dan V/f yang konstan ................................................. 14
2.5 Rangkaian ekuivalen pengujian tanpa beban............................ 15
2.6 Rangkaian ekuivalen blocked rotor test ................................... 15
2.7(a) Simbol dioda ...................................................................... 18
2.7(b) Karakteristik ideal dioda..................................................... 18
2.8 Rangkaian penyearah gelombang penuh tiga fasa .................... 19
2.9(a) Gelombang input penyearah ............................................... 20
2.9(b) Gelombang output penyearah ............................................. 20
2.9(c) Gelombang tegangan rata-rata ............................................ 20
2.10 Rangkaian jembatan penyearah dengan filter C ..................... 21 2.11 Rangkaian penyearah gelombang penuh tiga fasa dengan filter
C ......................................................................................... 22
2.12 Gelombang output ................................................................ 22
2.13 Simbol MOSFET .................................................................. 24
2.14 Full bridge inverter tiga fasa ................................................. 26
2.15 Layar setup pada advanted automation software .................... 27
2.16 Differentoption for driver setup ............................................. 28
2.17 Test koneksi PCI dengan komputer ....................................... 28
2.18 Blok sistem DTC melalui PC ................................................ 29
2.19 Tampilan blok parameter output ............................................ 29
2.22 Rangkaian resistor pembagi tegangan .................................... 30 2.23 Pin out diagram .................................................................... 31
2.24 Contoh aplikasi dari rangkaian sensor arus ACS712 .............. 29
2.25 Blok diagram dari sensor arus ACS712 ................................. 35
2.26 Karakteristik input dan output dari ACS712 .......................... 35
2.27 Stator dan rotor dari motor induksi pada frame referensi ........ 36
2.28 Stator dan rotor dari motor induksi dalam system .................. 36
2.29 Rangkaian pengganti motor induksi tiga fasa sumbu d. .......... 40
xi
Gambar Halaman
2.30 Rangkaian pengganti motor induksi tiga fasa sumbu q. .......... 40
2.31 Blok diagram kontroler fuzzy ................................................ 42
2.32 Membership function untuk input error, input delta error dan
output ................................................................................... 42
2.33 Karakteristik plant dengan metode tanggapan tangga ............. 45
3.1 Blok diagram sistem secara keseluruhan .................................. 47
3.2 Rangkaian rectifier 3 fasa ........................................................ 48
3.3 Gambar skematik rangkaian inverter tiga fasa .......................... 50
3.4 Rangkaian perencanaan inverter tiga fasa ................................ 50
3.5 Simulasi rangkaian inverter tiga fasa dengan menggunakan PSIM ............................................................................................... 52
3.6 Gambar gelombang pulsa switching pulsa tiap mosfet ............. 53
3.7 Rangkaian aplikasi sensor arus ACS 712 ................................. 53
3.8 Rangkaian aplikasi sensor arus ACS 712 yang baru ................. 54
3.9 Rangkaian skematik sensor tegangan ....................................... 55
3.10 Blok diagram DTC................................................................ 56
3.11 (a) Karakteristik flukx control ............................................... 57
3.11 (b) Karakteristik Torsi control ............................................... 57
3.12 Perencanaan membership function ........................................ 61
3.13 Membership function error .................................................... 61
3.14 Membership function delta error ........................................... 62 3.15 Membership function output ................................................. 63
3.16 Perencanaan rule base ........................................................... 64
3.17 Logika PI-Fuzzy ................................................................... 65
4.1 Gambar pengujian penyearah gelombang penuh tiga fasa ........ 69
4.2 Respon tegangan input dari penyearah gelombang penuh tiga
fasa (Vin=380 VAC, Volt/div=50V dan Time/div=5ms)
.................................................................................. 69
4.3 Respon tegangan output dari penyearah gelombang penuh tiga
fasa (Vin=548 VDC, Volt/div=50V dan Time/div=5ms)
.................................................................................. 70
4.4 Grafik tegangan penyearah tiga fasa ........................................ 71 4.5 Rangkaian sensor tegangan ..................................................... 71
4.8 Grafik tegangan luaran sensor tegangan................................... 73
4.9 Blok Pengujian sensor arus ..................................................... 74
4.10 Grafik Tegangan luaran sensor arus ....................................... 75
xii
4.18 Program switching open loop ................................................ 80
4.19 Sinyal output inverter Vu dan Vv (50V/div;5ms/div) ............ 80
4.20 Sinyal output inverter Vv dan Vw (50V/div;5ms/div) ........... 80
4.21 Sinyal output inverter Vu dan Vw (50V/div;5ms/div) ........... 81
4.23 Simulasi Program secara close loop ...................................... 85
4.24 Respon motor sebelum PI ..................................................... 85 4.21 Respon motor setelah PI ....................................................... 86
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Motor DC adalah motor yang paling ideal untuk pengemudian
electric (Electric drive), karena arus medan dan arus jangkar dapat
dikontrol secara terpisah (decoupled system). Disamping itu
kecepatan motor dapat dikontrol tanpa bantuan converter. Namun
dengan adanya komutator didalam motor DC sehingga
membutuhkan pemeliharaan yang rutin, hal ini yang menyebabkan
sistem kurang handal. Pada saat ini motor dc pada industri mulai tergeser oleh motor induksi, baik motor induksi satu fasa maupun
motor induksi tiga (3) fasa. Pada tugas akhir ini akan digunakan
motor induksi tiga (3) fasa yang memiliki keunggulan diantaranya
handal, konstruksinya sederhana, kokoh, tenaga yang besar, daya
listrik rendah dan hampir tidak ada perawatan (perawatannya
mudah). Motor induksi tiga (3) fasa memiliki kelemahan pada
pengontrolan kecepatan karena kecepatanya hanya bergantung pada
frekuensi input sedangkan sumber yang ada memiliki frekuensi yang
konstan. Untuk mengubah frekuensi input lebih susah dibandingkan
mengatur tegangan input. Dengan ditemukannya teknologi inverter
maka hal tersebut menjadi mungkin dilakukan. Metode pengontrolan kecepatan motor induksi tiga (3) fasa
mengalami banyak perkembangan mulai dari kendali frekwensi
menggunakan pulse width modulation (pwm), fluks vektor kontrol
menggunakan pulse width modulation (pwm) sampai direct torque
control (DTC). Perkembangan ini disebabkan banyaknya penelitian
tentang kendali kecepatan motor induksi tiga (3) fasa untuk
meningkatkan performa dari motor induksi.
Melalui simulink pada matlab dapat disimulasikan kendali
kecepatan dengan metode DTC. Hasil melalui simulink untuk
mengimplementasikan pada hardware dengan menggunakan PCI
interface, tentunya dengan pengkondisian sinyal input atau output dari hardware ke PC atau sebaliknya sehingga dari simulasi dapat
dilakukan implementasi pada kondisi nyata.
Dalam tugas akhir ini akan dibuat pengembangan sistem
kendali PI-Fuzzy untuk pengaturan kecepatan motor induksi tiga (3)
2
fasa. Penggunaan kontroller PI pada sistem pengendalian sangat
populer dikarenakan kontroller PI punya struktur yang sederhana dan
punya performasi yang baik pada daerah operasi yang luas.
Perkembangan lebih jauh terjadi pada konsep optimasi terutama pada
penggunaan teori fuzzy
Untuk merancang kontroler PI diperlukan dua
parameter, yaitu proportional gain dan time integral.
perkembangan lebih jauh untuk lebih mengoptimalkan pemilihan
kedua parameter tersebut diatas ada dua kategori, yang
pertama adalah dengan mentuning seoptimal mungkin pada awal
proses dan yang kedua adalah dengan membuat estimasi parameter dengan metode simulasi dan pemodelan
system agar lebih adaptif berdasarkan pengetahuan yang pasti
tentang karakteristik plant.
Teori fuzzy yang digunakan untuk mengoptimasi
parameter kontroler PI. Fuzzy logic digunakan sebagai
penala parameter kontroller PI yaitu Kp dan Ki, sehingga
kontroller dapat bekerja secara optimal. Dengan kontroller
PI-Fuzzy diharapkan dapat mengontrol kecepatan motor.
1.2 Tujuan
Pada motor induksi (3) fasa bertujuan mengatur kecepatan motor induksi melalui kontroler PI-Fuzzy dan menggunakan metode
direct torque control untuk mendapatkan overshoot yang rendah
serta settling time yang pendek. Pengaturan kecepatan putaran motor
dilakukan untuk motor induksi dengan kondisi dinamis.
1.3 Ruang Lingkup Permasalahan
Pada penggunaannya, motor induksi sering dioperasikan pada
kecepatan yang konstan. Pada kondisi motor induksi yang dibebani
terjadi perubahan kecepatan pada motor induksi sehingga
mengakibatkan gangguan pada proses yang memerlukan kecepatan
motor induksi yang konstan. Selain itu, permasalahan yang muncul adalah penentuan sinyal kontrol yang sesuai dengan perubahan
kecepatan yang tidak menentu. Untuk itu dibuatlah proyek akhir
dengan judul, “Kontroller Pi-Fuzzy Untuk Pengaturan Kecepatan
3
Motor Induksi Tiga (3) Fasa Tanpa Sensor Kecepatan Dengan
Metode Direct Torque Control”
1.4 Batasan Masalah
Untuk lebih memfokuskan pembahasan proyek akhir ini,
maka masalah yang ditangani dari tugas akhir ini dibatasi pada
beberapa rincian sebagai berikut :
1. Penggunaan rangkaian penyearah gelombang penuh tiga
fasa sebagai penyearah AC – DC.
2. Penggunaan inverter tiga fasa sebagai konversi DC – AC. 3. Penggunaan motor induksi tiga fasa sebagai obyek
penelitian (plant).
4. Metode kontrol kecepatan motor induksi tiga fasa tanpa
sensor kecepatan yang digunakan adalah direct torque
control dengan kontroler PI-Fuzzy.
5. Perangkat interface yang digunakan adalah PCI 1710
6. Program untuk implementasi adalah simulink pada matlab
1.5 Metodologi
Langkah-langkah kerja dari pelaksanaan proyek ahir ini
adalah sebagai berikut:
a) Studi literatur
Studi literatur dilakukan dengan cara mencari sumber
data yang diperoleh dari makalah-makalah, buku teks yang
relevan dengan bahasan proyek akhir. Diantaranya referensi
mengenai :
Paper-paper dan presentasi yang membahas
direct torque control (DTC)
Buku-buku dan modul pelatihan tentang
perancangan pemodelan dengan program
matlab-simulink.
Buku-buku dan datasheet untuk menginterfacekan PCI 1710 dengan matlab-
simulink
Dari literatur atau sumber yang ada, kita dapat
mengambil poin-poin yang relevan dengan pokok
4
bahasan sehingga dapat membantu terselesainya proyek
akhir ini.
b) Perancangan sistem
Pada perencanaan sistem ini langkah awal yang
dilakukan adalah membuat simulasi PSIM serta Simulink
pada Matlab untuk menentukan parameter-parameter yang
digunakan dalam pengaturan kecepatan motor induksi. Kontroler PI-Fuzzy diatur melalui parameter Kp, Ki, rule
base serta membership functionnya.
Perancangan inverter tiga fasa dengan beban motor
induksi.
Dalam perancangan ini perlu dirancang terlebih dahulu
desain rangkaian penyearah gelombang penuh tiga fasa
sebagai peyearah dari tegangan jala-jala PLN dan inverter
tiga fasa dengan enam buah mosfet yang akan menghasilkan
gelombang kotak.
c) Pembuatan dan Pengujian Perangkat Lunak (software)
dan Perangkat Keras (Hardware)
Berdasarkan hasil perancangan, dilakukan
realisasi/pembuatan perangkat-perangkat yang dibutuhkan.
Serta diadakan pengukuran/pengujian masing-masing
bagian (sub-sistem) dari perangkat - perangkat tersebut
sebelum dilakukan integrasi.
d) Integrasi dan pengujian sistem
Dari hasil perancangan, dilakukan realisasi/pembuatan baik perangkat keras maupun perangkat lunak. Dan
diadakan pengukuran/pengujian masing-masing bagian
(sub-sistem) dari perangkat-perangkat tersebut sebelum
dilakukan integrasi. Untuk mengetahui semua sistem yang
telah dirancang sesuai dengan hasil yang diharapkan,
dilakukan integrasi terhadap masing-masing perangkat.
Secara detail tahap-tahap pengerjaan proyek akhir ini
terlihat pada flowchart pada gambar berikut:
5
MULAI
STUDI LITERATUR
DESAIN DAN PENGERJAAN
HARDWARE DAN
SOFTWARE
PENGUJIAN HARDWARE
DAN SOFTWARE DI
LABORATORIUM
APAKAH
PERFORMA SUDAH MEMENUHI
KRITERIA ?
AMBIL DATA
OUTPUT
TERAKHIR
SELESAI
Y
N
Gambar 1. Flowchart tahap-tahap pengerjaan proyek akhir
e) Penyusunan Buku
Pembuatan dan penyusunan buku dilakukan setelah
proyek akhir ini diuji dan dinyatakan sesuai dengan
standart. Didalam pembuatan buku, semua dari hasil
pengerjaan proyek akhir harus dijelaskan dengan baik dan
benar sesuai dengan hasil proyek akhir.
6
1.6 Sistematika Pembahasan
Setelah dilakukan proses pelaksanaan dan pembuatan alat
pada proyek akhir ini, mulai dari studi literatur, perencanaan,
pembuatan, pengujian dan perbaikan serta analisa hasil yang didapat,
maka untuk pembahasan secara lengkap diwujudkan dalam bentuk
buku laporan proyek akhir dengan sistematika pembahasan sebagai
berikut :
BAB I : PENDAHULUAN
Bab ini berisi tentang latar belakang pembuatan alat pada
proyek akhir, tujuan yang ingin dicapai, ruang lingkup permasalahan, batasan permasalahan, metodologi,
sistematika pembahasan dan tinjauan pustaka.
BAB II : TEORI PENUNJANG
Bab ini membahas mengenai teori-teori yang menunjang
dan berkaitan dengan penyelesaian proyek akhir, antara
lain teori kontrol PI-Fuzzy dengan metode direct torque
control, rangkaian sensor arus, rangkaian sensor tegangan,
rangkaian penyearah gelombang penuh tiga fasa,
rangkaian inverter tiga fasa, serta driver penyulutan
inverter tiga fasa.
BAB III : PERANCANGAN DAN PEMBUATAN PERALATAN
KERAS
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.
7
BAB V : PENUTUP
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
Direct Torque Control (DTC) adalah kontrol berdasarkan
fluks stator dalam kerangka seferensi stator tetap menggunakan
kontrol langsung dari switching inverter. DTC pada motor induksi telah bertambah menjadi metode alternatif terbaik pada metode field
orientation atau vector kontrol.
Ide dasar dari DTC adalah perubahan torsi sebanding dengan
slip antara fluk stator dan fluk rotor pada kondisi fluk bocor stator
tetap. Hal ini banyak dikenali untuk pengaturan torsi dan fluk cepat
dan robust. Pada motor induksi dengan rotor sangkar untuk waktu
tetap rotor menjadi sangat besar, fluk bocor rotor berubah perlahan
dibanding dengan perubahan fluk bocor stator. Oleh karena itu, pada
keadaan perubahan yang cepat fluk rotor cenderung tidak berubah.
Perubahan cepat dari torsi elektromagnetik dapat dihasilkan dari
putaran fluk stator, sebagai arah torsi. Dengan kata lain fluk stator dapat seketika mempercepat atau memperlambat dengan
menggunakan vektor tegangan stator yang sesuai. Torsi dan fluk
kontrol bersama-sama dan decouple dicapai dengan pengaturan
langsung dari tegangan stator, dari error respon torsi dan fluk. DTC
biasanya digunakan sesuai vektor tegangan dalam hal ini untuk
memelihara torsi dan fluk stator dengan dua daerah histerisis, yang
menghasilkan perilaku bang bang dan variasi prosedur frekuensi
pensaklaran dan ripple fluk, torsi dan arus yang penting. DTC
biasanya digunakan sesuai vektor tegangan dalam hal ini untuk
memelihara torsi dan fluk stator dengan dua daerah histerisis.
Kontrol yang digunakan dalam proyek akhir ini adalah kontrol PI-Fuzzy. Kontrol ini menghasilkan keluaran berupa arus
acuan isq yang sebanding dengan besarnya arus isq penghasil torsi
motor. Metode ini menggunakan setting arus dan tegangan input
pada close loop untuk perhitungan parameter rotor.
8
Saat ini telah banyak dikembangkan metode pengaturan
kecepatan motor induksi tiga fasa dengan metode DTC. Beberapa
makalah yang menyatakan metode tersebut adalah :
1. Arman Jaya*, Mauridhi Heri Purnomo**, Soebagio**,
“Pengaturan Kecepatan Motor Induksi Tanpa Sensor
Kecepatan Menggunakan Metode Fuzzy Sliding Mode
Control Berbasis Direct Torque Control”, yang membahas
pengaturan kecepatan motor induksi tiga fasa tanpa sensor
kecepatan dengan metode self tunning fuzzy SMC dan
berbasis DTC yang mana respon kecepatan yang dihasilkan
baik.
2. Pramudya Rian Perdana, Gigih Prabowo, Ainur Rofiq
Nansur,” Pengaturan Kecepatan Motor Induksi 3Phasa
Melalui DTC Dengan Menggunakan Sliding Mode Control,
yang membahas Konvensional DTC akan memberikan cara
pengaturan putaran yang sederhana dan memberikan
respons yang cepat terhadap perubahan, tetapi akan
menimbulkan ripple di torsi, fluks dan arus pada kondisi
steady state.
9
BAB II
TEORI PENUNJANG
2.1 Motor Induksi Tiga 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 tiga 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 tiga 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.
Prinsip kerja dari motor induksi adalah sebagai berikut : a. Apabila sumber tegangan tiga fasa dipasang pada kumparan
medan (stator), timbulah 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. Akibatnya pada kumparan jangkar (rotor) timbul
tegangan induksi (GGL) yang mengakibatkan rotor berputar
dengan kecepatan putar sinkron terhadap kecepatan putar
stator.
d. Bila torsi awal yang dihasilkan cukup besar untuk memikul beban, rotor akan berputar searah dengan medan putar
stator.
10
e. Agar tegangan terinduksi, diperlukan adanya perbedaan
antara kecepatan angular dari medan putar stator (ns) dan
kecepatan putar rotor (nr).
2.1.1 Konstruksi Motor Induksi
Sebuah motor induksi tiga fasa memiliki konstruksi yang
hampir sama dengan motor listrik jenis lainnya. Motor ini memiliki
dua bagian utama, yaitu stator yang merupakan bagian yang diam,
dan rotor sebagai bagian yang berputar sebagaimana diperlihatkan
pada gambar 2.1. Antara bagian stator dan rotor dipisahkan oleh
celah udara yang sempit, dengan jarak berkisar dari 0,4 mm sampai 4 mm.
Gambar 2.1 Penampang rotor dan stator motor induksi
Konstruksi motor induksi ini seperti juga motor listrik yang sering dijumpai. Rotor motor induksi terdiri dari dua tipe, yaitu :
1. Rotor tipe Wound (Rotor Lilit)
2. Rotor tipe Squirrel Cage (Rotor Sangkar Bajing)
Motor induksi rotor squirrel cage adalah jenis paling
sederhana dan paling umum digunakan dari motor listrik yang lain.
Konstruksi rotor motor ini terdiri dari sejumlah batangan-batangan
tembaga yang diletakkan dalam alur-alur rotor dengan ujung-ujung
yang dihubungkan singkat dengan menggunakan cincin. Sehingga
dengan demikian motor induksi rotor squirrel cage tidak dapat
dihubungkan dengan tahanan seri pada rotor, karena rotor selalu terhubung singkat.
Karakteristik kopel putaran dari motor induksi sangat
dipengaruhi oleh besaran tahanan rangkaian sekunder yang
11
berpengaruh pada putaran, kopel maksimum dan kopel start. Karena
rangkaian rotor motor induksi ini selalu terhubung singkat, maka
kopel putaran relatif sesuai dengan besar tahanan sekunder.
Dalam proyek akhir ini akan digunakan motor induksi tiga
fasa tipe squirrel cage (sangkar bajing).
Gambar 2.2 Bagian-bagian motor induksi tiga fasa1
2.1.2 Slip Motor
Tegangan induksi pada batang rotor tergantung dari
kecepatan rotor relatif terhadap medan magnet putar, ketika
kecepatan rotor sama dengan kecepatan medan putar, maka pada
kawat rotor tidak terinduksi tegangan, hal ini akan menyebabkan
tidak adanya arus dan medan magnet pada rotor, sehingga tidak
dihasilkan torsi induksi dan motor akan melambat atau tidak berputar. Ada dua cara untuk menyatakan kecepatan relatif dari rotor
terhadap medan magnet putar, yaitu :
a. Slip speed yang didefinisikan sebagai :
nslip = ns- nr……….……………..……………….………….….. (2.1)
Keterangan :
ns = kecepatan stator
nr = kecepatan rotor
b. Slip (s) yang dinyatakan dalam per unit :
1 Ir.H.Sutedjo Abdurrahman, MT, “Diktat Mesin Listrik 2”, hal. 4KECEPN
MOTOR INDUKSI
12
s = nslip
ns
×100% = ns-nr
ns
×100.……………….……….……….. (2.2)
Atau,
s =ωs-ωr
ωs
×100%…………….……….……….………..………. (2.3)
Keterangan :
ωs = kecepatan sudut stator
ωr = kecepatan sudut rotor
2.1.3 Pembebanan Motor Induksi
Pembebanan yang digunakan pada motor induksi
menggunakan metode dinamometer tipe pumutus arus Eddy. Metode ini terdiri atas sebuah piringan dari tembaga yang ditempatkan pada
poros putar dan sebuah stator dengan sejumlah lilitan
elektromagnetik yang menyebabkan arus Eddy dapat mengalir ke
dalam piringan. Sehingga piringan logam yang berputar mendapat
gaya yang arahnya berlawanan dengan arah putar rotor yang pada
akhirnya rotor menjadi lambat atau terbebani. Stator memiliki lengan
untuk mengukur torsi pada kedua arah yang dapat diukur dengan
menambahkan spring balance. Sehingga daya output dapat diukur
sebagai berikut :
T = 9.8 W L……………….……………...……….….….………. (2.4)
Keterangan :
L = Panjang lengan dari pusat poros ke spring balance (m)
W = Pembacaan spring balance (kg)
2.1.4 Pengaturan Kecepatan Motor Induksi dengan Frekwensi
dan Tegangan yang Diubah-ubah
Dari persamaan kecepatan motor induksi terlihat bahwa
kecepatan motor induksi berbanding lurus dengan frekwensi
tegangan supply. Kecepatan motor dapat diatur dengan halus dari nol
sampai rating kecepatan atau yang lebih tinggi dengan menaikkan
13
frekwensi tegangan supply. Jika frekwensi supply diturunkan dari
rating tegangan dibuat konstan, berdasarkan persamaan motor
induksi Es = 4,44 Φmf, terlihat bahwa fluks motor akan naik. Tapi
operasi diatas level fluks yang sesuai dengan perencanaan akan
menghasilkan rugi inti yang berlebihan dan arus magnetisasi yang
tidak diinginkan untuk menjaga pada operasi rating kerapatan fluks
pada saat kecepatan diubah-ubah perlu untuk mengatur tegangan Es
proporsional dengan perubahan frekwensi F1, atau dapat ditulis
dalam bentuk persamaan,
𝐸1
𝑓1
= 4,44×𝜃𝑚= Konstan……….…….………………………… (2.5)
Emf E1 dapat diatur secara tidak langsung dengan mengatur
tegangan terminal V1. Untuk pengaturan interval frekwensi yang
biasa digunakan untuk pengaturan kecepatan motor 0 < f1 < 100 Hz,
efek kulit dapat diabaikan dan tahanan primer R1 dan Rf dapat dianggap konstan. Reaktansi motor X1, X2 dan Xm berbanding lurus
dengan frekwensi f1. Induksi magnetisasi Lm konstan bila persamaan
(2.5) dikombinasi dengan persamaan (2.6) berikut :
𝐸1 = 𝑉1 − 𝐼1 𝑅1 + 𝐽𝑋1 …………………………………………… (2.6)
Maka diperoleh persamaan (2.7) berikut :
𝐸
𝑓1
=𝑉1
𝑓1
− 𝐼1 𝑅1
𝑓1
+𝐽𝑋1
𝑓1
…………………………………………… (2.7)
I1 R1 JX1 JX2I2
R2
ROIm
Iw
JXm
+ ……...
- ……...
E1V1
R2/(1-S)/S
R2/S
Gambar 2.3 Rangkaian ekuivalen motor induksi2
2 Ibid, hal. 27
14
I1 X1/f1 tetap konstan tapi I1 R1/f1 menjadi lebih besar pada
kecepatan atau frekwensi yang rendah. Sebagian besar pada interval
kecepatan E1/f1 dapat dijaga konstan dengan mengubah-ubah
tegangan sehingga V1/f1 adalah konstan. Pada kecepatan rendah,
bagaimanapun perbandingan volt/frekwensi harus ditambah untuk
mengkompensasikan tegangan drop di R.
Sehingga persamaan torsi maksimum dapat ditulis :
𝑇𝑚 =𝑃
8𝜋𝐿2
𝐸1
𝑓1
…………………………………………………… (2.8)
Karakteristik torsi kecepatan pada frekwensi yang dapat
diubah-ubah dan E/f yang konstan dapat diperlihatkan pada Gambar
2.4.
Gambar 2.4 Karakteristik torsi – kecepatan untuk frekwensi yang
berubah-ubah dan V/f yang konstan3
Rangkaian ekuivalen motor induksi sangat berguna untuk
menganalisa respon motor terhadap perubahan beban. Nilai-nilai
parameter dari model rangkaian ekuivalen motor induksi tiga fasa
dapat diperoleh melalui serangkaian pengujian, yaitu :
3 Ibid,hal. 30
15
1. Pengujian Tanpa Beban
Pengujian tanpa beban motor induksi dimaksudkan untuk
mengukur rugi-rugi rotasi serta arus magnetisasi motor induksi.
Rangkaian ekuivalen pengujian tanpa beban dapat dilihat pada
Gambar 2.5
Gambar 2.5 Rangkaian ekuivalen pengujian tanpa beban
Wattmeter, voltmeter dan ampermeter dihubungkan pada
motor yang berputar bebas tanpa beban, motor hanya mengalami
rugi friksi dan rugi-rugi lilitan primer, jadi daya yang terbaca
merupakan rugi mekanik dan slip pada motor adalah sangat kecil
(mendekati nol).
2. Pengujian Rotor Ditahan (Blocked Rotor Test)
Pada pengujian ini rotor dikunci atau diblok sehingga tidak
dapat bergerak. Tujuan dari pengujian ini adalah untuk mencari
parameter Re dan Xe. Rangkaian ekuivalen pengujian rotor ditahan
dapat dilihat pada Gambar 2.6
Gambar 2.6 Rangkaian ekuivalen blocked rotor test
Adapun persamaan untuk mencari parameter Re dan Xe,
adalah :
𝑅𝑒 =𝑃𝐵𝑅
3𝐼𝐵𝑅2 ………………………………………………………… . (2.9)
16
𝑍𝑒 =𝑉𝐵𝑅
3𝐼𝐵𝑅
……………………………………………………… . . (2.10)
𝑋𝑒 = 𝑍𝑒2 − 𝑅𝑒
2 ………………………………………………… (2.11)
3. Pengujian DC (DC Test)
Pengujian DC dilakukan untuk mencari resistansi stator
dengan menerapkan tegangan DC pada terminal stator. Pemakaian
tegangan DC menyebabkan tidak terjadi induksi pada rangkaian
rotor, juga reaktansi rotor menjadi nol sehingga arus hanya dibatasi
oleh resistansi stator. Pengujian DC bertujuan untuk mencari parameter Rs dan R’R.
Persamaan untuk mencari parameter Rs dan R’R dalam
hubungan star (Y), adalah :
𝑅𝑑𝑐 = 𝑅𝑠 =𝑉𝑑𝑐
2𝐼𝑑𝑐………………………………………… . .…… (2.12)
𝑅′𝑅 = 𝑅𝑒 − 𝑅𝑠 …………………………………………………… . (2.13)
Sedangkan persamaan untuk mencari parameter Rs dan R’R
dalam hubungan delta (Δ), adalah :
𝑅𝑑𝑐 = 𝑅𝑠 =3𝑉𝑑𝑐
2𝐼𝑑𝑐………………………………………………… . (2.14)
𝑅′𝑅 = 𝑅𝑒 − 𝑅𝑠 ………………………………………………… . . (2.15)
2.2 Rangkaian Penyearah
Penyearah 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 atau empat buah dioda. Gelombang
keluarannya lebih baik bila dibandingkan dengan penyearah
setengah gelombang.
17
Dioda-dioda semikonduktor banyak ditemukan dalam
berbagai aplikasi dalam bidang rekayasa elektronika. Dioda juga
secara luas digunakan dalam aplikasi rangkaian elektronika daya
untuk mengkonversi daya elektrik. Beberapa rangkaian dioda yang
sering digunakan dalam rangkaian elektronika daya untuk
pemrosesan daya antara lain : rangkaian penyearah setengah
gelombang satu fasa, rangkaian penyearah gelombang penuh satu
fasa dan rangkaian penyearah gelombang penuh tiga fasa serta masih
banyak aplikasi lain.
2.2.1 Dioda Bahan dasar untuk membentuk suatu dioda adalah material
semi konduktor tipe P dan tipe N. Dioda sangat penting dalam dunia
elektronika. Banyak macam dari rangkaian-rangkaian yang
digunakan dari dioda untuk membentuk suatu gelombang listrik,
antara lain :
a) Penyearah
b) Rangkaian Clipping
c) Rangkaian Clamping
d) Freewheel diode
Dioda daya dapat diasumsikan sebagai saklar ideal untuk
banyak aplikasi. Pada Gambar 2.7 (b) menunjukkan karakteristik
ideal dari dioda. Dioda dalam praktek berbeda dengan karakteristik
ideal dan memiliki batasan yang cukup berarti. Dioda daya memiliki
karakteristik hampir sama dengan dioda sinyal p-n junction, dioda
daya memiliki kemampuan daya yang besar, kemampuan menangani
tegangan dan arus yang lebih besar jika dibandingkan dengan dioda
sinyal. Dioda daya memiliki kelemahan yaitu kecepatan pensaklaran
yang lebih rendah jika dibandingkan dengan diode sinyal.
18
(a) Simbol dioda (b) Karakteristik ideal
Gambar 2.7 Dioda4
2.2.2 Rangkaian Penyearah
Tegangan input sinusoidal Vin setengah gelombang positif,
dioda D1dan D2 dibias forward, sedangkan dioda D3 dan D4 dibias
reverse, sehingga arus mengalir ke beban RL melalui D1 dan D2.
Arus ini akan menghasilkan tegangan pada beban RL yang
mempunyai bentuk sama dengan tegangan input 𝑉𝑖𝑛 setengah
gelombang positif.
Ketika tegangan input Vin sinusoidal setengah gelombang
negatif, maka dioda D3 dan D4 dibias forward, sedangkan dioda
D1dan D2 dibias reverse, sehingga arus mengalir ke beban RL
melalui D3 dan D4 . Arus ini akan menghasilkan tegangan pada beban
RL yang mempunyai bentuk setengah gelombang positif. Demikian
seterusnya, sehingga membentuk deretan gelombang penuh (Full-
wave).
Tegangan output rata-rata adalah :
𝑉𝑑𝑐 = 2
T 𝑉𝑚 sin ωt dωt
T2
0
………………………………….... .(2.16)
=1
𝜋𝑉𝑚 − cos 𝜔𝑡
𝜋
0
=2𝑉𝑚
𝜋
4 Mike Tooley, “Komponen rangkaian elektronika”, Erlangga, hal. 10
19
= 0.6366𝑉𝑚
Vrms= 2
T
T2
0
𝑉𝑚 sin ωt 2dωt 1
2 ………………………..… (2.17)
= 1
πVm
2 π
0
sin ωt 2dωt 1
2
= Vm2
π
1 − cos2ωt
2
π
0
dωt 1
2
=Vm
2
= 0,707 Vm
Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh Tiga Fasa Rangkaian penyearah gelombang penuh tiga fasa,
menyearahkan setiap fasa dari sumber tegangan. Pada setiap fasa ada
perbedaan sudut 120° yang apabila disearahkan maka faktor ripel
tegangan yang dihasilkan menjadi berkurang, sehingga dapat
mengurangi kapasitansi kapasitor yang digunakan untuk filter.
Gambar 2.8 Rangkaian penyearah gelombang penuh tiga fasa
Sama halnya dengan penyearah satu fasa, penyearah
gelombang penuh tiga fasa menyearahkan tiap fasa menggunakan
dua buah diode. Seperti gambar dibawah ini hasil penyearahan dari
sumber tiga fasa dengan menggunakan penyearah gelombang penuh.
20
(a) Gelombang input penyearah
(b) Gelombang output penyearah
(c) Gelombang tegangan rata-rata
Gambar 2.9 Gelombang input dan output serta tegangan rata-rata
dari penyearah gelombang penuh tiga fasa
21
2.3 Rangkaian Filter
Rangkain filter yang dimaksud adalah rangkaian yang
berfungsi untuk mengurangi faktor ripel yang terjadi pada suatu
rangkaian penyearah. Komponen yang biasa digunakan untuk
rangkaian filter adalah induktor dan kapasitor. Konfigurasi yang
biasa dipakai dapat dilihat pada uraian di bawah :
Penggunaan Kapasitor C Sebagai Filter
Untuk membuat filter kapasitor kita dapat memasangkan
secara paralel sebuah kapasitor pada terminal output penyearah. Pada
keadaan 0< t < T/2, dioda konduksi dan kapasitor terisi muatan. Pada T/2<t<T, dioda off dan kapasitor akan membuang (discharge).
Berdasarkan sifat kapasitor yang menyatakan bahwa tegangan pada
kapasitor tidak dapat berubah dengan tiba-tiba dan berdasarkan
persamaan Vo(t)=Vc(t), maka diperoleh bentuk tegangan yang
terlihat pada gambar 2.10 (b)
a) Rangkaian jembatan b) Gelombang output
Gambar 2.10 Rangkaian jembatan penyearah dengan filter C5
Dengan pemasangan filter pada penyearah gelombang penuh
tiga fasa ini diharapkan dapat menurunkan ripel tegangan output dari
penyearah.
5 Bambang Hermanto, “Analisa motor induksi dinamik”, hal. 25
22
Gambar 2.11 Rangkaian penyearah gelombang penuh tiga fasa
dengan filter C
Gambar 2.12 Gelombang output
2.4 Transistor Daya Transistor daya memiliki karakteristik kontrol untuk menyala
atau mati. Transistor, digunakan sebagai elemen saklar dioperasikan
dalam wilayah saturasi, menghasilkan drop tegangan kondisi ON
yang rendah. Kecepatan pensaklaran transistor modern lebih tinggi
daripada thyristor dan transistor tersebut sering dipakai dalam
konverter DC-DC dan DC-AC, dengan diode terhubung paralel
terbalik untuk menghasilkan aliran arus dua arah (bidirectional).
23
Meskipun demikian, tingkat tegangan dan arusnya lebih rendah
daripada thyristor dan transistor secara normal digunakan dalam
aplikasi tegangan rendah sampai menengah. Transistor daya dapat
diklasifikasikan pada kategori :
a) Bipolar Junction Transistor (BJT)
b) Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor (MOSFET)
c) Static Induction Transistor (SIT)
d) Insulated-Gate Bipolar Transistor
Keempat jenis transistor diatas dapat diasumsikan sebagai saklar ideal untuk menjelaskan teknik konversi daya. Sebuah saklar
transistor jauh lebih sederhana dibanding sebuah saklar thyristor
komutasi paksa. Tetapi pemilihan antara BJT atau MOSFET dalam
rangkaian konverter tidak membingungkan, keduanya dapat
menggantikan sebuah thyristor, menghasilkan tingkat tegangan dan
arus yang sesuai dengan yang dibutuhkan sebuah konverter.
Transistor memiliki batasan yang berarti dan dibatasi untuk beberapa
aplikasi, tergantung dari karakteristik masing-masing transistor.
2.4.1 Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
(MOSFET) Dalam JFET, besar keefektifan pada channel dikontrol oleh
medan listrik yang diberikan ke channel melalui P-N junction.
Bentuk lain dari piranti pengaruh medan dicapai dengan penggunaan
bahan elektroda gate yang dipisahkan oleh lapisan oxide dari
channel semikonduktor. Pengaturan Metal Oxide Semikonduktor
(MOS) mengijinkan karakteristik channel dikontrol oleh medan
listrik dengan memberikan tegangan diantara gate dan body
semikonduktor serta pemindahan melalui lapisan oxide. Seperti
halnya piranti yang disebut dengan MOSFET atau MOS Transistor.
Hal ini penting digaris bawahi dengan kenyataan bahwa IC lebih
banyak dibuat dengan piranti MOS dari pada jenis piranti semikonduktor lain.
Ada dua tipe MOSFET, deplesi MOSFET mempunyai
tingkah laku yang sama dengan JFET pada saat tegangan gate nol
dan tegangan drain tetap, arus akan maksimum dan kemudian
menurun dengan diberikan potensial gate dengan polaritas yang
benar (Normally on). Jenis yang lain dari piranti ini disebut dengan
24
enchancement MOSFET yang menunjukkan tidak ada arus pada saat
tegangan gate nol dan besar arus keluaran besar dengan bertambah
besar potensial gate (Normally off). Kedua tipe dapat berada dalam
salah satu jenis channel P atau N.
2.4.2 Simbol dan Rangkaian MOSFET
Terdapat empat simbol yang digunakan untuk MOSFET yang
ditunjukkan pada Gambar 2.13 Simbol-simbol pada Gambar (a) dan
(b) merupakan mosfet tipe N yang digunakan untuk enchancement
dan depletion device. Simbol pada Gambar (c) dan (d) merupakan
mosfet tipe P yang digunakan pada mode enchancement dan depletion device.
Gambar 2.13 Simbol MOSFET6
Pengertian positif untuk semua terminal arus menuju ke
dalam piranti. Kemudian mosfet chanel N, Id adalah positif dan Is
adalah negatif. Ketika Id=Is, Ig sebenarnya bernilai nol. Tegangan
drop diantara drain dan source didesain oleh Vds, Vgs digunakan
untuk menunjukkan tegangan drop dari gate ke source. Untuk mosfet channel P digunakan dengan arah reverse. Terminal arus dan
terminal tegangan adalah negatif sebanding dengan kualitas mosfet
channel N. Source dan substrate dihubung singkatkan didalam
mosfet channel P yang standart.
6 Mike Tooley, op. cit, hal. 23
25
2.5 Inverter
Konverter DC ke AC dinamakan inverter. Fungsi sebuah
inverter adalah mengubah tegangan input DC menjadi tegangan
output AC simetris dengan besar dan frekwensi yang diinginkan.
Tegangan outputnya bisa tertentu dan bisa juga diubah-ubah dengan
frekwensi tertentu atau frekwensi yang diubah-ubah. Tegangan
output variabel didapat dengan mengubah-ubah tegangan input DC
agar gain inverter konstan. Disisi lain, apabila tegangan input DC
adalah tertentu dan tidak bisa diubah-ubah, bisa didapatkan tegangan
output yang variabel dengan mengubah-ubah gain dari inverter.
Gain inverter didefinisikan sebagai rasio tegangan output AC terhadap tegangan input DC.
Bentuk gelombang tegangan output inverter ideal adalah
sinus. Tetapi kenyataanya bentuk gelombang tegangan output
inverter tidaklah sinus dan mengandung harmonisa tertentu. Untuk
penerapan dengan daya rendah dan menengah, gelombang kotak
simetri ataupun tidak simetri bisa digunakan, sedangkan untuk
penerapan dengan daya tinggi dibutuhkan untuk gelombang sinus
dengan sedikit distorsi. Dengan kemampuan piranti semikonduktor
daya kecepatan tinggi yang tersedia, kandungan harmonisa dalam
bentuk gelombang output bisa dikurangi dengan teknik pensaklaran
(Switching). Jenis inverter berdasarkan sistem fasa dibedakan menjadi satu fasa atau tiga fasa. Sedangkan jenis inverter
berdasarkan masukan yang digunakan meliputi : VSI (Voltage
Source Inverter) sumber masukan berupa tegangan dan CSI (Current
Source Inverter) sumber masukan berupa arus. Piranti switching
seperti BJT, MOSFET, IGBT atau THYRISTOR.
2.5.1 Inverter Tiga Fasa
Inverter tiga fasa digunakan untuk penerapan daya tinggi.
Keluaran tiga fasa didapat dari sebuah konfigurasi dari enam
transistor dan enam buah dioda, seperti yang terlihat pada Gambar
2.14. Apabila transistor Q1 di-ON-kan, terminal a dihubungkan ke terminal positif tegangan sumber DC. Apabila transistor Q4 di-ON-
kan, terminal a dihubungkan ke terminal negatif sumber DC.
26
Gambar 2.14 Full bridge inverter tiga fasa
Tegangan keluaran rms dapat dihitung sebagai berikut :
𝑉𝑜= 2
𝑇𝑜 𝑉𝑠
2dt
To/2
0
1/2
= 𝑉𝑠 .............................................…….. (2.18)
Untuk menyatakan tegangan keluaran sesaat dalam Fourrier
Serries sebagai berikut :
𝑉𝑜 = 4𝑉𝑠nπ
∞
n=1,3,5..
sin nωt.....................................................……. (2.19)
Dan untuk n = 1 pada Persamaan 2.19 maka nilai rms dari
komponen fundamental adalah :
V1=4𝑉𝑠
2π = 0.9𝑉𝑠 .......................................…........................... (2.20)
Persamaan arus beban sesaat Io untuk beban RL adalah :
𝐼𝑜 = 4Vs
nπ R2+ nωL 2
∞
n=1,3,5..
sin nωt-θn .............................……… (2.21)
27
Dengan :
θn = tan-1(nωL
R) ........................................................…………. (2.22)
2.6 PCI
Untuk mengkoneksikan antara PC dengan perangkat
keras,dibutuhkan suatu alat interface. Pada proyek akhir ini,
digunakan satu set interface (PCI 1710 dan PCLD 8710). Sebelum
melakukan instalasi driver pada PCI 1710 terlebih dahulu tancapkan
PCI 1710 pada slot PCI yang ada pada personal komputer pada saat
kondisi personal komputer mati. Setelah itu PCI-1710 kita
hubungkan ke PCLD – 8710 melalui kabel terminal 68 pin. Setelah
selesai kita lakukan proses instalasi kepada kedua device tersebut yaitu masukkan CD drivernya lalu program secara otomatis
melakukan Autorun enable pada sebuah sistem. Gambar 2.15
merupakan setup pada advantech automation software.
Gambar 2.15 layar setup pada advanted automation software
Pilihlah instalasi pilihlah yang sesuai dengan kebutuhan anda secara
satu persatu. Pilihlah device yang lebih spesifik ketika proses
intruksi setup secara satu persatu sampai dengan lengkap.
28
Gambar 2.16 different option for driver setup
Setelah selesai proses instalasi secara keseluruhan maka pada PC
kita lakukan proses restart untuk mengetahui apakah driver yang
kita instalasikan sudah benar terkoneksi pada PC. Gambar 2.17
adalah bagan tes koneksi PCI dengan PC apabila PCI telah berhasil
terkoneksi.
Gambar 2.17 test koneksi PCI dengan personal computer
Langkah selanjutnya adalah men-klik pada test board maka akan
muncul beberapa board interface yang sesuai dengan device
interface pada PCI 1710 HG. Hasil tes koneksi tiap port yang ada
29
akan menampilkan keluaran tegangan apabila koneksi dengan
personal komputer berhasil dengan baik.
2.6.1 Koneksi PCI dengan Perangkat Luar
Satu set interface pada proyek akhir ini digunakan untuk
penyulutan DTC dan juga digunakan untuk menampilkan hasil
keluaran sensor arus, sensor tegangan, dan sensor kecepatan. Proses
penyulutan DTC melalui PC dapat berjalan dengan baik, bila port
digital output pada PCLD 8710 terpasang pada perangkat keras
(inverter 3 fasa). Sedangkan hasil keluaran sensor arus dan sensor
tegangan terpasang pada port analog input.
Gambar 2.18 Blok sistem DTC melalui PC
Gambar 2.19 Tampilan blok parameter output
30
2.7 Sensor Tegangan
2.7.1 Pembagi Tegangan
Untuk mengambil sinyal tegangan agar bisa dibaca oleh
rangkaian digunakan resistor pembagi tegangan dipasang secara
paralel antara fasa dengan netral. Fungsi resistor ini adalah untuk
menurunkan tegangan dari tegangan sumber menjadi tegangan yang
dikehendaki. Selain itu, penggunaan resistor tidak mengubah nilai
beda fasa yang terjadi pada beban induktif yang terpasang.
Gambar 2.22 Rangkaian resistor pembagi tegangan
𝑉𝑜𝑢𝑡 = 𝑅2
𝑅1 + 𝑅2
× Vin………….……………………….…. (2.23)
Rangkaian resistor pembagi tegangan menggunakan dua
resistor dipasang seri (R1 dan R2). Dengan mengambil tegangan pada
R2 didapatkan tegangan output sesuai rumusan diatas.
2.8 Sensor Arus
Sensor arus ini adalah salah satu produk dari Allegro untuk
solusi ekonomis dan presisi dalam pengukuran arus AC maupun DC. Sensor ini memiliki presisi, low-offset dan rangkaian sensor linier
hall dengan konduksi tembaga yang ditempatkan dengan permukaan
dari aliran arus yang disensor. Ketika arus mengalir pada permukaan
konduktor maka akan menghasilkan medan magnet yang dirasakan
oleh IC Hall Effect yang terintegrasi kemudian oleh piranti tersebut
dapat dirubah ke tegangan. Sensor ini memungkinkan untuk tidak
menggunakan opto isolator karena antara terminal input arus dengan
outputnya sudah terisolasi secara kelistrikannya. Hal ini karena yang
31
dirasakan atau yang disensor adalah efek hall dari arus input yang
disensor. Berikut adalah gambar pin out diagram, tabel terminal,
aplikasi, blok diagram dan karakteristik input output dari sensor arus
ACS712.
Gambar 2.23 Pin out diagram7
7Data sheet ACS712,”Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear
Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance
Current Conductor” , Allegro MicroSystems , diakses pada tanggal 2
Januari 2011, Alamat www.datasheet.com, hal. 1
32
Tabel 2.1 Tabel daftar terminal
Nomor Nama Keterangan
1 dan 2 IP+ Terminal untuk arus
sensing; fuse internal
3 dan 4 IP- Terminal untuk arus
sensing; fuse internal
5 GND Sinyal terminal
ground
6 FILTER Terminal untuk
kapasitor eksternal
dengan set
bandwitch
7 VIOUT Sinyal analog output
8 VCC Terminal power
supply
Gambar 2.24 Contoh aplikasi dari rangkaian sensor arus ACS7128
8 Ibid, hal. 4
33
Gambar 2.25 Blok diagram dari sensor arus ACS712
Gambar 2.26 Karakteristik input dan output dari ACS7129
2.9 Model Dinamik Motor Induksi Tiga Fasa
Motor induksi tiga fasa yang simetris jika ditinjau dalam
rangkaian rotor yang berputar. Rangkaian stator digambarkan
sepanjang sumbu-sumbu as, bs dan cs. Sedangkan rangkaian rotor
digambarkan sepanjang sumbu-sumbu ar, br dan cr seperti terlihat pada Gambar 2.27. Untuk lebih mudah memahami, bila rangkaian
motor induksi tersebut digambarkan pada bidang datar dengan
memandang dari arah garis normal dari bidang, seperti terlihat pada
9 Ibid, hal. 4
34
Gambar 2.28, stator dan rotor dari motor induksi dalam sistem
adalah :
Gambar 2.27 Stator dan rotor dari motor induksi pada frame
referensi
Gambar 2.28 Stator dan rotor dari motor induksi dalam system
𝑉𝑞𝑠
𝑠
𝑉𝑑𝑠𝑠
0
= 0 Lm p 0
Rs + Ls p 0 Lm p−ωoLm Rr + Lr p −ωoLr
Iqss
Idss
Iqrs
....................(2.24)
𝑉𝑞𝑠𝑉𝑑𝑠
0
= ωeLs Lm p ωeLm
Rs + Ls p −ωeLm Lm pωrLm Rr + Lr p ωr Lr
Iqs
Ids
Iqr
.........................(2.25)
35
Sehingga diperoleh,
Vabcs = RsIabcs+pψabcs
……….………………………….……… (2.26)
Vabcr = RrIabcr+pψabcs
……….…………………………....……. (2.27)
pψabcs
= LsIabcs+LsIabc……….……….……….…………..…… (2.28)
pψabcr
= LrIabcs+LrIabc……….………………....……….…..….. (2.29)
Kemudian,
Vabcs = Vas Vbs Vcs ................................................……… (2.30)
Matriks Ls dan Lr dinyatakan sebagai berikut :
Ls =
Lls + Lms −
1
2Lms −
1
2Lms
−1
2Lms Lls + Lms −
1
2Lms
−1
2Lms −
1
2Lms Lls + Lms
……………………………… (2.31)
Lr =
Llr + Lmr −
1
2Lmr −
1
2Lmr
−1
2Lmr Llr + Lmr −
1
2Lmr
−1
2Lmr −
1
2Lmr Llr + Lmr
......................……. (2.32)
Karena rangkaian rotor berputar terhadap rangkaian stator
yang stasioner, maka matrik Lsr tidak lagi konstan tetapi merupakan
fungsi dari sudut mekanis dari rotasi rotor (θr), sehingga dapat
dinyatakan oleh :
Lsr =
cosθr cos θr +
2π
3 cos θr −
2π
3
cos θr −2π
3 cos θr cos θr +
2π
3
cos θr +2π
3 cos θr −
2π
3 cosθr
…... (2.33)
36
θr = θrmp
2……….……………...……….……….……….……. (2.34)
Dengan p adalah jumlah kutub magnet motor.
Sistem koordinat d-q-n
Persamaan tegangan motor induksi kondisi simetri dalam
koordinat d-q-n dapat dinyatakan dengan Persamaan 2.35 :
Vas = Rsias+d
dtψ
as
Vbs = Rsibs+d
dtψ
bs …….…………….……….………….. (2.35)
Vcs = Rsics+d
dtψ
cs
Dengan :
Vas, Vbs dan Vcs masing-masing menyatakan tegangan stator
fasa a, fasa b dan fasa c.
ias, ibs dan ics masing-masing menyatakan arus stator pada
fasa a, fasa b dan fasa c.
ψas, ψbs dan ψcs masing-masing menyatakan fluk stator fasa
a, fasa b dan fasa c.
Analisis motor induksi secara konvensional dilakukan dengan
menggunakan suatu model matematis yang berupa rangkaian
ekuivalen satu fasa. Analisis ini hanya dapat dilakukan untuk
permasalahan pada kondisi steady state, sumber tegangan tetap dan
parameter beban tetap. Untuk permasalahan yang timbul sebagai
akibat adanya perubahan yang terjadi pada sumber atau beban tidak
dapat menggunakan analisa diatas. Oleh karena itu diperlukan model
lain dari motor induksi yang lebih fleksibel agar dapat menyesuaikan kondisi tegangan sumber, parameter dan beban yang berubah-ubah.
Model yang digunakan pada kondisi ini adalah model motor induksi
model d-q-n dengan persamaan berikut :
37
Vsd = Rsisd + dψ
sd
dt - ωdAψ
sq……….…….….………..………... (2.36)
Vsq = Rsisq + dψ
sq
dt - ωdAψ
sd ………..………..……………...… (2.37)
Vrd = Rrird + dψ
rd
dt - ωdAψ
rq…………..…...……….……….…. (2.38)
Vrq = Rrirq + dψ
rq
dt – ωdAψ
rd……….……..…….……………… (2.39)
ωdA = ωd – ωm……….………………..….…….……………… (2.40)
ωm = p
2 ωmek……………..……….…………..….…….……. (2.41)
Dengan :
vsd dan vsq adalah tegangan stator pada sumbu d dan q
vrd dan vrq adalah tegangan rotor pada sumbu d dan q
isd dan isq adalah arus stator pada sumbu d dan q
ird dan irq adalah arus rotor pada sumbu d dan q
ψsd dan ψsq adalah fluk stator pada sumbu d dan q
ψrd dan ψrq adalah fluk rotor pada sumbu d dan q
ωd adalah putaran medan stator
ωdA adalah putaran medan rotor
ωm adalah putaran rotor dalam rad/detik
ωmek adalah putaran motor sebenarnya dalam rad/detik
Dengan memasukan nilai fluks stator dan fluk rotor, induktansi stator dan rotor dengan persamaan tegangan stator (2.38)
dan (2.39) dan tegangan rotor (2.40) dan (2.41) maka akan
didapatkan persamaan :
Vsd = Rsisd - ωdψsq
+ Lls
d
dtisd + Lm
d
dt isd + ird ……….……… (2.42)
Vsq = Rsisq - ωdψsd
+ Lls
d
dtisq + Lm
d
dt isq + irq ……….……… (2.43)
0 = Vrq = Rrirq - ωdAψrd
+ Llr
d
dtirq + Lm
d
dt isq + irq …….…… (2.44)
0 = Vrd = Rrird - ωdAψrq
+ Llr
d
dtird + Lm
d
dt isd + ird …………… (2.45)
38
Dengan :
Ls adalah induktansi stator
Lr adalah induktansi rotor
Lm adalah induktansi gandeng
Masing-masing persamaan sumbu stator dan rotor
dikombinasi dalam persamaan sumbu d-q dan menghasilkan
rangkaian pengganti motor induksi dalam sumbu d dan sumbu q
sebagai berikut :
Gambar2.29 Rangkaian pengganti motor induksi tiga fasa sumbu d
Gambar2.30 Rangkaian pengganti motor induksi tiga fasa sumbu q
Torsi elektromagnetik dapat ditentukan melalui persamaan :
Tem = 3
2
p
2Lm isqird - isdirq ……….…………….…………….... (2.46)
Akselerasi dari motor ditentukan oleh perbedaan antara torsi
elektromagnetik dengan torsi beban (termasuk torsi gesek) dengan
momen inersia (Jeq) motor. Sesuai dengan Persamaan 2.43 untuk
putaran (mekanik) rotor ωmek dapat dinyatakan menjadi :
ωmek= p
2 ωm ……………………………...…..…………….... (2.47)
39
Maka persamaan akselerasi motor menjadi :
d
dtωmek =
Te - T L
Jeq
……….……….……….……….…….……… (2.48)
Untuk mentransformasi persamaan dari sistem koordinat abc
ke sistem koordinat dq, menggunakan Persamaan 2.488, dengan
variabel f sebagai tegangan, arus atau fluks.
fqds = T θ fabcs ……...….………...……….……….……………(2.49)
2.10 Pengaturan Kecepatan Motor Induksi Tiga Fasa Dengan
Metode Direct Torque Control
Metode Direct Torque Control merupakan tipe kontrol close
loop. Kontrol close loop umum digunakan di dalam pengaturan
kecepatan motor induksi karena memberikan respon kecepatan yang
lebih baik daripada open loop. Kontrol close loop disebut juga
kontrol umpan balik yang menjadikan output sebagai perbandingan
dengan input (referensi) untuk memperoleh suatu error. Didalam suatu sistem yang handal, adanya error merupakan suatu kerugian.
2.10.1 Metode Direct Torque Control
Direct Torque Control (DTC) adalah kontrol berdasarkan fluks
stator dalam kerangka seferensi stator tetap menggunakan kontrol
langsung dari switching inverter. Dasar dari DTC adalah perubahan
torsi sebanding dengan slip antara fluk stator dan fluk rotor pada
kondisi fluk bocor stator tetap. Pada motor induksi dengan rotor
sangkar untuk waktu tetap rotor menjadi sangat besar, fluk bocor
rotor berubah perlahan dibanding dengan perubahan fluk bocor
stator. Oleh karena itu, pada keadaan perubahan yang cepat fluk
rotor cenderung tidak berubah. Perubahan cepat dari torsi elektromagnetik dapat dihasilkan dari putaran fluk stator, sebagai
arah torsi. Dengan kata lain fluk stator dapat seketika mempercepat
atau memperlambat dengan menggunakan vektor tegangan stator
yang sesuai. Torsi dan fluk kontrol bersama-sama dan decouple
dicapai dengan pengaturan langsung dari tegangan stator, dari error
respon torsi dan fluk. DTC biasanya digunakan sesuai vektor
40
tegangan dalam hal ini untuk memelihara torsi dan fluk stator dengan
dua daerah histerisis.
biasanya digunakan sesuai vektor tegangan dalam hal ini untuk
memelihara torsi dan fluk stator dengan dua daerah histerisis.
𝑉 𝑠(t)=2
3V(𝑆𝑎(t)+𝑆𝑏(t)a+𝑆𝑐(t) 𝑎2)..……….……….………… (2.50)
Dengan Vs adalah vektor tegangan
Sa, Sb dan Sc adalah saklar yang ada di inverter
a dan a2 adalah pergeseran 120
o dan 240
o
Persamaan tegangan stator, rotor dan fluks stator, motor dengan Space Vektor ditunjukkan melalui persamaan:
𝑉 𝑠=𝑅𝑠𝑖 𝑠 +𝑑𝜓 𝑠𝑑𝑡
..……….……….……………………...……… (2.51)
0 = 𝑅𝑟 𝑖′ 𝑟 +𝑑𝜓 ′𝑟𝑑𝑡
− 𝑗𝜔𝑟𝜓 ′𝑟.……….…..…..…..…..……….… (2.52)
𝜓 𝑠=𝐿𝑠𝑖 𝑠 + 𝐿𝑚 𝑖′ 𝑟……….………..…..………………………… (2.53)
𝜓′ 𝑟=𝐿𝑟 𝑖 ′𝑟 + 𝐿𝑚 𝑖 𝑠 .……….………..…..…………….....……… (2.54)
Persamaan direct fluk control untuk bentuk persamaan fluk stator
adalah :
𝑑𝜓 𝑠𝑑𝑡
= 𝑉 𝑠 − 𝑅𝑠𝑖 𝑠 .……….………..…..…………….....……… (2.55)
dengan mengabaikan Rs maka didapat
Δ𝜓 𝑠 = 𝑉 𝑠Δ𝑡.……….………..…..…………………......……… (2.56)
41
Persamaan torsi pada direct torque control yaitu :
𝑡𝑒𝑙𝑒𝑐 =3
2
𝐿𝑚
𝛿 𝐿𝑠𝐿𝑟
𝜓𝑠𝜓𝑟𝑠𝑖𝑛𝛿𝑠𝑟 .………..…………….....……… (2.57)
Dari persamaan 2.57 bisa diketahui fluks rotor mengikuti fluks stator
dengan waktu yang konstan r.
𝜓 𝑟𝑟 =
𝐿𝑚𝐿𝑠
1 + 𝜌𝜍𝜏𝑟𝜓 𝑠
𝑟 .………..……………………......……… (2.58)
sehingga persamaan fluk stator
𝜓 𝑠 = (𝑉 𝑠 − 𝑖 𝑅𝑠)𝑑𝑡 .………..……………….….....……… (2.59)
Stator fluks dan torsi estimasi didapatkan dari persamaan 11, dan
pada sumbu d dan q
𝑇 =3
2
𝑃
2𝐼𝑚 𝑖 𝑠𝜓𝑠
∗ 𝑇 = 1.5𝑃
2(𝜓 𝑠 . (−𝑗𝑖 𝑠)).….….….....……… (2.60)
𝑇 = 1.5𝑃
2(𝜓𝑠𝑑 𝑖𝑠𝑞 − 𝜓𝑠𝑞 𝑖𝑠𝑑 ).……………….….….....……… (2.61)
2.11 Kontroller PI-Fuzzy
Kontroler PI-Fuzzy merupakan kombinasi dari tiga jenis
kontroler. Jika masing-masing dari ketiga jenis kontroler tersebut berdiri sendiri maka hasil yang dicapai kurang bagus, sebab masing-
masing memiliki kelebihan dan kelemahan masing-masing.
Dikombinasikannya ketiga jenis kontroler tersebut menjadi satu
sistem kontrol tunggal, diharapkan mampu memberikan kontribusi
dari kelebihan masing-masing.
Kontroler PI-Fuzzy bekerja dengan cara menerima sinyal dari
sensor sebagai luaran dari plant yang dikontrol. Sinyal ini berupa
sinyal luaran yang kemudian dibandingkan dengan set point dan
menghasilkan error (selisih set point dengan luaran). Proses
perbandingan antara harga error dilakukan sehingga menghasilkan
delta error (selisih antara error sekarang dan terdahulu). Proses
42
fuzzyfikasi dilakukan dengan menyusun membership function dari
error dan delta error.
Adapun Blok diagram kontroler Fuzzy adalah sebagai berikut :
Gambar 2.31 Blok diagram kontroler fuzzy
Luaran dari kontroler masih berupa variabel fuzzy untuk itu
perlu dilakukan proses defuzzyfikasi untuk mengubah variabel fuzzy
menjadi variabel linguistik. Luaran dari kontroler yang telah
didefuzzyfikasi digunakan untuk menentukan nilai dari parameter-
parameter Kp. Fungsi fuzzy logic kontroler adalah untuk mengatur
parameter PI secara otomatis. Adapun membership function dari kontroler ini, adalah :
(a) (b)
(c)
Gambar 2.32 Membership function untuk masukan error ,masukan
delta error dan luaran
Kontrol proporsional adalah suatu penguat linier yang
dapat diatur penguatannya. Hubungan antara keluaran kontroler m(t) dan sinyal kesalahan e(t) adalah kecepatan motor induksi,
maka pada penelitian ini dikembangkan suatu metode kontrol field
oriented.
m t = Kpe t ……….……….……….……………….………. (2.62)
Dengan : Kp adalah gain proporsional
Δe(t)
e(t)
Kp Fuzzy
Kontroller
43
m(t) adalah keluaran kontrol
e(t) adalah sinyal kesalahan
Kontrol proporsional integral adalah merupakan perubahan
dari keluaran kontrol integral m(t), berubah dengan fungsi waktu
yang sebanding dengan sinyal kesalahan. Hubungan antara keluaran
kontroler m(t) dan sinyal kesalahan e(t) adalah :
m t = Kpe t + 𝐾𝑝
𝑇𝑖 e t dt
t
0
……….……………….………. (2.63)
Dengan : Kp adalah gain proporsional
Ti adalah time integral
Tetapan waktu integral Ti mengatur aksi kontrol integral,
sedangkan Kp memperkuat bagian proporsional maupun bagian
integral dari aksi kontrol. Kebalikan dari tetapan waktu integral Ti
disebut laju reset. Laju reset adalah banyaknya pengulangan bagian
proporsional dari aksi pengontrolan per detik. Kontrol proporsional
derivatif didefinisikan sebagai :
m t = Kpe t + KpTd
de (t)
dt ……….…………...…….………. (2.64)
Dengan: Kp adalah gain proporsional
Td adalah tetapan waktu derivative
2.11.1 Desain Rule Base
Proses ini berfungsi untuk mencari suatu nilai fuzzy output
dari nilai fuzzy input. Prosesnya adalah suatu nilai fuzzy input
dimasukkan kedalam sebuah rule yang telah dibuat kemudian
dijadikan fuzzy output. Sebagai contoh aturan-aturan fuzzy adalah :
If Error = NB and Delta error = NB then Kp = NB
If Error = NS and Delta error = PS then KP = ZE
If Error = PS and Delta error = NB then KP = NS
Ada beberapa operator yang digunakan dalam fuzzy, antara
lain and, or dan not. Dalam proyek akhir ini menggunakan operator
and maka input terkecil yang diambil, misal if error = -100(NB) and
Derror = -100 (NB) then Kp= 0 (NB) nilai fuzzy output dari nilai
diatas adalah 0. Nilai -100 diambil dari membership function input
44
dengan cara menarik garis lurus vertikal yang diinginkan. Aturan-
aturan (rule) mengikuti perilaku umum sistem dan ditulis dalam pola
label linguistic fungsi keanggotaan. Untuk dua input yaitu Error dan
Delta Error dan satu sistem output, aturan (rule) tersebut dapat
ditulis dalam bentuk matriks seperti tabel di bawah.
Tabel 2.2 Rule base kontrol logika fuzzy
Derr
Error
NB NS ZE PS PB
NB NB NB NS NS ZE
NS NB NS NS ZE PS
ZE NS NS ZE PS PS
PS NS ZE PS PS PB
PB ZE PS PS PB PB
Untuk memenuhi sistem yang diinginkan maka ketiga
parameter PI-Fuzzy harus ditetapkan secara optimal. Ada beberapa metode untuk menentukan parameter tersebut salah satu diantaranya
diantaranya adalah metode coba-coba (Cut and try method)
Metode Ziegler-Nichols
Metode ini dilakukan oleh Ziegler dan Nichols. Secara
ringkas dapat dilihat dalam tabel 2.4 berikut :
45
Tabel 2.3 Setting parameter kontroler PI dengan Ziegler-Nichols
Jenis
Kontroler
Kp Ti Td
Kontroler P T/L - 0
Kontroler PI 0.9 T/L L/0.3 0
Kontroler
PID
1.2 T/L 2L 0.5L
Metode Tanggapan Tangga
Pada metode ini, karakteristik plant yang akan dikontrol
diamati dengan tanggapan tangga dengan konstanta waktu Tp dan
waktu tunda TL. Karakeristik plant yang dimaksud adalah sebagai berikut :
Gambar 2.33 Karakteristik plant dengan metode tanggapan
Tangga10
10 I Wayan Raka Ardana, “Simulasi Sistem Kontroler PID untuk Motor
Induksi menggunakan perangkat lunak Matlab / Simulink”, hal. 4
46
Tabel 2.4 Setting kontroler optimum dengan metode tanggapan
Tangga
Kriteria
Optimum Kontroler P Kontroler PI Kontroler PID
Non-Overshoot Kc = 0,3
Tp/K TL
Kc = 0,6
Tp/K TL
Ti = 4 TL
Kc = 0,9
Tp/K TL
Ti = 24 TL
Td = 0,4 TL
20% Overshoot Kc = 0,7
Tp/K TL
Kc = 0,7
Tp/K TL
Ti = 2,3 TL
Kc = 0,7
Tp/K TL
Ti = 2 TL
Td = 0,4 TL
Non-Overshoot Kc = 0,3
Tp/K TL
Kc = 0,35
Tp/K TL
Ti = 4 Tp
Kc = 0,6
Tp/K TL
Ti = Tp
Td = 0,5 TL
20% Overshoot Kc = 0,7
Tp/K TL
Kc = 0,6
Tp/K TL
Ti = 2,3 Tp
Kc = 0,95
Tp/K TL
Ti = 1,35 Tp
Td = 0,47 TL
47
BAB III
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN PERALATAN KERAS
3.1 Perencanaan Sistem Hardware
Adapun blok diagram sistem secara keseluruhan pada
perencanaan dan pembuatan sistem kontroller pi-fuzzy untuk
pengaturan kecepatan motor induksi tiga fasa tanpa sensor kecepatan
dengan metode direct torque control (DTC), ditunjukkan pada
gambar di bawah ini :
Gambar 3.1 Blok diagram sistem secara keseluruhan
Proyek Akhir ini adalah mengatur kecepatan putaran motor
induksi 3 fasa melalui inverter 3 fasa yang disuplai dengan tegangan DC keluaran dari rectifier dengan sumber tegangan jala-jala 380 volt.
Sensor yang digunakan adalah sensor tegangan dan arus yang
diproses dengan metode Direct Torque Control melalui program
komputer Matlab. Pada program tersebut juga digunakan kontroller
PI-Fuzzy untuk mengontrol kecepatan dari motor induksi 3 fasa.
Berdasarkan Gambar 3.1 perencanaan dan pembuatan
perangkat keras pada proyek akhir ini meliputi:
1. Perencanaan dan pembuatan penyearah 3 fasa
2. Perencanaan dan pembuatan inverter 3 fasa
3. Perencanaan dan pembuatan rangkaian sensor arus dan
tegangan
48
4. Perancangan dan pemodelan motor serta pembuatan
simulink pada matlab.
5. Interface PCI dengan sensor arus, sensor tegangan dan
driver penyulutan inverter tiga fasa.
6. Perancangan kontrol PI-Fuzzy.
Selain perangkat keras diatas, perangkat lunak (software) juga
dibuat untuk mendukung proyek akhir ini. Perangkat lunaknya
berupa program matlab (simulink dan m-file) yang digunakan untuk
mengatur kecepatan motor induksi tiga (3) fasa
3.2. Perencanaan dan pembuatan penyearah 3 fasa
Rangkaian penyearah gelombang penuh ini digunakan untuk
mengubah tegangan AC menjadi tegangan DC. Pada gambar 3.2
dapat dilihat bahwa selain menggunakan diode, rangkaian penyearah
gelombang penuh juga dilengkapi dengan kapasitor. Hal ini
dikarenakan kapasitor berfungsi sebagai filter untuk mengurangi
ripple agar tegangan luaran dari penyearah gelombang penuh
mendekati tegangan DC murni..
Adapun gambar skematik rangkaian dan gambar hardware
penyearah gelombang penuh tiga fasa dapat dilihat pada gambar 3.2 :
Gambar 3.2. Rangkaian rectifier 3 fasa
Rangkaian penyearah digunakan untuk mengubah tegangan
AC menjadi tegangan DC. Pada gambar 3.2 diatas dapat dilihat
49
bahwa selain menggunakan 6 buah diode, rangkaian rectifier juga
dilengkapi dengan kapasitor. Hal ini dikarenakan kapasitor berfungsi
sebagai filter untuk mengurangi ripple agar output keluaran dari
rectifier mendekati tegangan DC murni.
Vs= 380 Volt
𝑉𝑚 = 2 𝑥 𝑉𝑠 ………………………………………(3.1)
𝑉𝑚 = 2 𝑥 380
𝑉𝑚 = 537,4 𝑉𝑜𝑙𝑡
𝑉𝑑𝑐 =3
𝜋𝑉𝑚 ………………………………………….(3.2)
𝑉𝑑𝑐 = 0,955 𝑥 𝑉𝑚
𝑉𝑑𝑐 = 513,217 𝑉𝑜𝑙𝑡
3.3 Perencanaan dan Pembuatan Inverter Tiga Fasa
Untuk merancang inverter tiga fasa yang dapat disulut melalui
mikrokontroler, digunakan rangkaian IR2130 sebelum masuk ke
rangkaian inverter untuk menghasilkan pulsa penyulutan yang
menyediakan death time antara pulsa High dan Low rangkaian
IR2130.
Rangkaian Three Phase Full Bridge Inverter ini terdiri dari
enam buah piranti switching (MOSFET) yang bekerja secara
berpasangan dan bekerja (on-off) secara bergantian. Maka membutuhkan enam buah pulsa yang bekerja on-off secara
bergantian. Rangkaian dasar Three Phase Full Bridge Inverter pada
Gambar 3.4. didesain untuk menghasilkan tegangan 380 Vac dan
arus 3 Ampere. Untuk memenuhi keadaan tersebut, piranti yang
sesuai untuk Three Phase Full Bridge Inverter ini menggunakan
MOSFET tipe IRFP 460. MOSFET ini memiliki kemampuan
switching diatas 50 KHz, batas kemampuan tegangan drain-source
sampai 500 V dan arus drain ID 20 Ampere, seperti yang ditunjukan
pada gambar 3.3
50
Gambar 3.3 Gambar skematik rangkaian inverter tiga fasa
Untuk penyulutan inverter ini ada tiga masukan penyulutan
yaitu Qa, Qb dan Qc ketika Qa ON maka Q1 akan ON dan Q4 akan
OFF, ketika Qb ON maka Q3 akan ON dan Q6 OFF dan ketika Qc ON maka Q5 ON dan Q2 OFF, dari karakteristik tersebut maka untuk
mendrive inverter ini dibutuhkan rangkaian logika not untuk
mendrive Q2, Q6 dan Q2. Gambar 3.4 adalah blok diagram sistem
keseluruhan :
Gambar 3.4 Rangkaian perencanaan inverter tiga fasa
Untuk mendesain rangkaian inverter tiga fasa yang baik
diperlukan perhitungan nilai komponen-komponen yang tepat.
Karena nilai komponen yang tidak tepat, dapat menyebabkan hasil
output yang kurang baik, seperti keluarnya ripple tegangan dan arus
yang terlalu besar.
51
Untuk mendesain rangkaian inverter tiga fasa, perlu
ditetapkan terlebih dahulu beberapa variable, yaitu :
Frekwensi inverter : 50Hz
Tegangan output : 380 Volt AC
Tegangan input : 513.217 Volt DC
Perhitungan Rangkaian Inverter Daya motor : 1.5 KW
Daya Inverter : - Tegangan motor : 380 Volt (Hubungan bintang)
Frekuensi inverter : 50 Hz
Mosfet yang digunakan adalah IRFP460LC
Maka tegangan input dari inverter tiga fasa adalah tegangan
output Vdc dari rangkaian penyearah gelombang penuh tiga fasa.
Vdc = Vs = 513,18 Volt
Vout= 2
3Vs ...…………………………………………………… (3.3)
= 0.8165 × Vs
= 419,01 Volt
Karena tegangan keluaran inverter yang dibutuhkan untuk
mensupply motor induksi tiga fasa adalah 380 Volt, maka :
Vout = 2
3Vs
380 = 2
3Vs
380 = 0.8165 × Vs
Vs = 380
0,8165
Vs = 465,4 Volt
52
Dari hasil perhitungan, seharusnya tegangan sumber
tegangan input dari penyearah gelombang penuh tiga fasa untuk
inverter adalah 465,4 Volt. Untuk memenuhi tegangan input inverter
tersebut maka harus mengubah tegangan input pada penyearah
gelombang penuh tiga fasa.
Vdc = 3
π × Vm
465,4 = 0,955 x Vm
Vm = 465,4
0,955 = 487,33 Volt
Vm = 2 x Vs
487,33 = 2 x Vs
Vs = 487,33
2 = 344,6 Volt
Tegangan input penyearah gelombang penuh tiga fasa yang
diperoleh dari perhitungan diatas adalah Vs= 344,6 Volt Untuk lebih memperjelas perencanaan mengenai inverter tiga
fasa, maka dibuat simulasi rangkaian inverter tiga fasa terlebih dulu
seperti terlihat pada Gambar 3.5
Gambar 3.5 Simulasi rangkaian inverter tiga fasa dengan menggunakan PSIM
53
Sehingga untuk pulsa switching tiap-tiap mosfet, dapat dilihat
seperti pada gambar 3.6
Gambar 3.6. Gambar gelombang pulsa switching pulsa tiap mosfet
3.4 Sensor Arus
Sensor arus yang digunakan adalah sensor arus jenis IC ACS
712. Pada datasheet IC ACS712 terdapat contoh rangkaian aplikasi. Contoh rangkaian aplikasi tersebut memiliki kelemahan pada saat
digunakan untuk sensor arus AC, hasil ouput sensor berupa tegangan
AC yang memiliki komponen DC sebesar 2,5 volt. Setiap perubahan
arus input maka output sensor hanya berubah tegangan puncak ke
puncaknya, sedangkan komponen DC masih tetap 2,5 Volt. Seperti
gambar 3.7 dibawah.
Gambar 3.7 Rangkaian aplikasi sensor arus ACS712
Agar ouput sensor berupa tegangan AC tanpa komponen DC
2,5 Volt, maka digunakan rangkaian yang baru setelah dilakukan
54
beberapa percobaan. Menggunakan power supply yang dimodifikasi
untuk menghasilkan tegangan ± 2,5 Volt dan ground. Power supply
menggunakan trafo CT yang dikontrol dengan transistor agar
menghasilkan tegangan ± 2,5 Volt dan ground. Dengan demikian
maka tegangan input sensor VCC-GND tetap 5 Volt dan output
sensor hanya berupa tegangan AC tanpa komponen DC.
Gambar 3.8 Rangkaian aplikasi sensor arus ACS712 yang baru
Dari rangkaian aplikasi IC ACS712 diatas, didapatkan hasil
output berupa tegangan AC tanpa komponen DC. Setiap perubahan 1
Ampere arus input maka hasil output berupa tegangan AC akan
berubah tiap 185 mV.
3.5 Sensor Tegangan
Sensor tegangan menggunakan resistor pembagi tegangan
dipasang secara paralel antara fasa dengan netral. Fungsi resistor ini adalah untuk menurunkan tegangan dari tegangan sumber menjadi
tegangan yang dikehendaki. Selain itu juga penggunaan resistor tidak
mengubah harga beda fasa yang terjadi pada beban induktif yang
terpasang.
Vout = R2
R1 + R2
× Vin ………………………………………… (3.4)
Dalam perhitungan Vin yang digunakan 380 Volt dan Vout
yang diharapkan adalah 5 Volt apabila menggunakan AVR
Mikrokontroler ATMega128 dan dimisalkan R1= 47 KΩ, sehingga:
55
Vout = R2
R1 + R2
× Vin
5 = R2
47000 + R2
× 380
5×47000 + 5R2 = 380R2
235000 + 5𝑅2 = 380𝑅2
375𝑅2 = 235000
𝑅2 = 626,67Ω
Maka komponen R2 yang digunakan, yang mendekati nilai
pasaran adalah 470 .
Gambar 3.9 Rangkaian skematik sensor tegangan
3.6 Perencanaan Sistem Software
3.6.1 Matlab
Implementasi kecepatan motor induksi tiga fasa dengan
sensor kecepatan dengan metode Direct Torque Control
menggunakan program matlab-simulink pada PC dengan interface
PCI 1710. Arus dan tegangan motor induksi dari luaran inverter di sensor melalui analog masukan dari PCI 1710, sedangkan luaran
berupa data biner yang akan dikeluarkan melalui digital luaran
mikrokontroler, digunakan untuk menyulut inverter
Dari blok diagram diatas maka dapat dirinci setiap bloknya
sebagai perhitungannya Direct Torque Control.
56
Gambar 3.10 Blok diagram DTC
Karakteristik 1 : Tegangan DC dan arus stator tiga fasa Iabcs dapat
diukur.
Karakteristik 2 : Tegangan vsdqs dan arus isdq
s ditentukan dalam Tegangan dan Arus Vector Synthesizer oleh persamaan berikut:
dimana Sa, Sb ,Sc = variable switching VSI dan
Karakteristik 3 : Flux vector s dan torque Te dihitung dalam Torque and Flux Calculator dengan persamaan berikut:
ssqv
ssd
vcSab
aSaSdc
Vssdq
j2
3
2v
abcs
s
sdq iTi abc
3
1
3
1
00
0
1abcT
dt ssdsR
ssd
ssd
ivψ
(3.7)
(3.8)
(3.9)
57
Karakteristik 4: Besarnyas dibandingkan dengan s* di flux
control loop.
Karakteristik 5 : Te dibandingkan dengan Te* di torque control
loop.
Karakteristik 6 : Kesalahan fluks dan torsi, s dan Te dimasukkan ke masing-masing bang-bang controllers, dengan
karakteristik berikut :
.
Langkah 7 : Pemilihan vector tegangan (i.e. inverter state)
didasarkan pada
dt ssqsR
ssq
ssq ivψ
ssq
ssd
issd
ssqi
PeT ψψ
22
3
22 ssq
ssds ψψψ
(3.10)
(3.11)
(3.12)
Gambar 3.11 (a) Karakteristik Fluks control
(b) karakteristik Torsi control
58
nilai b dan bT (yaitu output dari fluks dan bang-bang torsi pengendali).
Sudut flux vector s
Arah putaran motor (searah jarum jam atau
berlawanan jarum jam).
Spesifikasi vector tegangan yang diberikan:
Tabel 3.1 Rotasi switching berlawanan jarum jam
s
sd
s
sqss ψ
ψψ
1tan (3.13)
59
Untuk meminimalkan jumlah switching:
• V0 selalu mengikuti V1, V3 da V5
• V7 selalu mengikuti V2, V4 dan V6
Tabel 3.2 Rotasi switching searah jarum jam
• V0 selalu mengikuti V1, V3 da V5
• V7 selalu mengikuti V2, V4 dan V6
60
Misal :
s di seckor S2 (rotasi berlawanan dengan asumsi)
Kedua fluks dan torsi akan meningkat (b = 1 dan bT = 1) – berlaku V3 (State = [010])
Fluks menurun dan torsi meningkat (b = 0 dan bT = 1) – berlaku V4 (State = [011])
Tabel 3.3 Rotasi switching berlawanan dengan asumsi di sector 2
b
1 0
bT
1 0 -1 1 0 -1
S2
V3 V0 V1 V4 V7 V6
3.8 Perencanaan Kontrol PI – Fuzzy
Pada proyek akhir ini digunakan kontroler hybrid yaitu PI dan
Fuzzy. luaran dari kontrol fuzzy nantinya merupakan parameter Kp,
besarnya Kp dapat diatur – atur sesuai dengan perubahan kecepatan
61
motor induksi yang diproleh dari hasil pembacaan konter dari
sensing proximity di baca melalui rangkaian magnetic pickup berupa
pulsa.
Pada proyek akhir ini perancangan membership function dari
error, delta error,dan output di buat 5 membership function ( MF ).
Dibawah ini adalah rancangan membership function dari masukan
dan output yang digunakan.
Gambar 3.12 perencanaan Membership Funtion
perancangan range Membership funtion error
Gambar 3.13 Membership Funtion error
Dari gambar 3.13 range nilai yang digunakan ditunjukkan pada tabel
berikut :
Tabel 3.4 Range nilai membership function error
MF Nbe bse zee pse pbe
Nilai -255 -128 0 128 255
62
perancangan range Membership funtion delta error
Gambar 3.14 Membership Funtion delta error
Dari gambar 3.14 range nilai yang digunakan ditunjukkan pada
tabel berikut:
Tabel 3.5 Range nilai membership function delta error
MF Nbde Bsde zede psde pbde
Nilai -255 -128 0 128 255
perancangan range Membership funtion output
Sedangkan untuk gambar membership function output
ditunjukkan pada gambar 3.15 dan range nilai membership
function ditunjukkan pada tabel berikut:
63
Gambar 3.15 Membership Function output
Tabel 3.6 Range nilai membership function output
MF nbo nso zeo pso Pbo
Nilai 0 0.5 1 1.5 2
Setelah dibuat membership function maka dapat dibuat rule
base-nya untuk mengatur logika pembuatan keputusan fuzzy-nya atau aturan yang menghubungkan antara masukan dan luaran seperti
yang ditunjukkan pada diatas dibawah ini :
Tabel 3.7 Rule base kontrol logika fuzzy
Derr
Error NB NS ZE PS PB
NB NB NB NS NS ZE
NS NB NS NS ZE PS
ZE NS NS ZE PS PS
PS NS ZE PS PS PB
PB ZE PS PS PB PB
64
Gambar 3.16 Perencanaan Rule Base pada matlab
Setelah perancangan parameter dari kontrol Fuzzy-nya maka
setelah itu menentukan nilai Kp dan Ki yang digunakan yaitu melihat
dari respon respon kecepatan Motor Induksi tiga fasa. Sehingga dari
respon kecepatan tersebut yang natinya akan dikontrol menggunakan
PI-Fuzzy. Dimana dari respon kecepatan ini dapat menentukan
parameter Kp dan Ki dengan menggunakan metode Ziegler-Nichols.
Penyusunan dari logika PI-Fuzzy dapat dilihat pada gambar 3.17
seperti dibawah ini :
65
start
Baca Sensor
Hitung Error
Hitung DError
Fuzzifikasi Error, Derror dan Output
Rule evaluation
Defuziifikasi output
Output = Kp
Tentukan nilai Ki
U(t) = Kp*e(t)+Ki ʃe(t)dt
Perhitungan DTC
Gambar 3.17 Logika PI-FUZZY
66
(Halaman sengaja Dikosongkan)
67
BAB IV
PENGUJIAN DAN ANALISA
4.1 Pengujian dan analisa
Dalam proyek akhir ini akan dilakukan pengajuan dan analisa
rangkaian pada sistem sesuai dengan perencanaan yang telah
dilakukan pada bab III. Pada bab ini akan disajikan pengujian dan
hasil pengujian sebagai berikut :
1. Pengujian motor induksi tiga fasa
2. Pengujian pada rangkaian penyearah gelombang penuh tiga
fasa 3. Pengujian pada sensor arus
4. Pengujian pada sensor tegangan
Adapun beberapa alat yang digunakan dalam pengujian alat ini
adalah :
1. Variac tiga fasa
2. Osiloskop
3. Resistor Load satu fasa
4. Resistor Load tiga fasa
5. Voltmeter AC
6. Voltmeter DC 7. Amperemeter AC
8. Amperemeter DC
9. Modul motor induksi tiga fasa
4.2 Pengujian Parameter motor induksi tiga fasa
Pengujian terhadap motor induksi untuk mencari parameter-
parameter dari motor induksi tiga fasa, ada beberapa pengujian
sebagai berikut :
68
1. Pengujian tanpa beban
Pada pengujian tanpa beban terdapat pada tabel berikut
Tabel 4.1 Pengujian tanpa beban
Frekuensi
(Hz)
Vin
(Volt)
Iin
(Ampere)
RPM Cos θ I beban
(Ampere)
50 380 1.5 1498 0.46
(lag)
0
2. Pengujian berbeban
Pada pengujian berbeban terdapat pada tabel berikut
Tabel 4.2 Pengujian beban DC
Frek
(Hz)
Vin
(Volt)
Iin
(A)
RPM I
beban
(A)
Cos ѳ
I (A)
50 380 1.5 1495 0.1 0.5(lag) 0.1
50 380 1.5 1493 0.2 0.5(lag) 0.35
50 380 1.6 1488 0.3 0.63(lag) 0.7
50 380 1.65 1482 0.4 0.68(lag) 1.1
50 380 1.75 1473 0.5 0.72(lag) 1.6
50 380 2 1463 0.6 0.8(lag) 2.2
50 380 2.25 1453 0.7 0.84(lag) 2.8
50 380 2.6 1440 0.8 0.87(lag) 3.2
50 380 3 1425 0.9 0.91(lag) 3.6
50 380 3.45 1408 1 0.93(lag) 3.95
4.3 Pengujian pada rangkaian penyearah tiga fasa
Pengujian pada rangkaian penyearah tiga fasa, pengujian
diambil beberapa parameter, tegangan masukan (Vin), tegangan luaran (Vout), arus masukan (Iin), dan arus luaran (Iout).
Pengujian dilakukan dengan menggunakan sumber jala-jala
tegangan tiga fasa yang dimasukkan ke dalam variac tiga fasa,
sehingga tegangan masukan dinaikkan perlahan dan digunakan
beban berupa resistor load tiga fasa dan gambar 4.2 hasil pengujian
Penyearah gelombang penuh tiga fasa.
69
Gambar 4.1 Gambar pengujian Penyearah Gelombang penuh tiga
fasa
Gambar 4.2 Respon tegangan masukan dari Penyearah Gelombang
penuh tiga fasa (Vin=380VAC, Vol/Div=50 dan Time/Div=5ms)
70
Gambar 4.3 Respon tegangan output dari Penyearah tiga fasa
(Vout=541VDC, Vol/Div=50 dan Time/Div=05µs)
Dari percobaan tersebut diambil beberapa data dengan
menggunakan beban resistor Load 1.209KΩ adalah sebagai berikut:
Tabel 4.3 Hasil Pengujian Penyearah Gelombang Penuh Tiga Fasa
Vin AC
(Volt)
Vout DC
(Volt)
Vout DC
teori (V)
Iin AC
(Ampere)
Iout DC
(Ampere)
220 308,8 297,126 0,35 0,25
260 365,1 351,149 0,43 0,3
300 424 405,172 0,48 0,36
340 481 459,195 0,54 0,4
380 541 513,217 0,59 0,45
71
Gambar 4.4 Grafik Tegangan Penyearah tiga fasa
Dari data hasil pengujian diatas, ketika tegangan masukan
sebesar 380 VAC didapatkan nilai pengukuran tegangan luaran
rangkaian sebesar 541 VDC dengan ini prosentase kesalahan sebesar
5,4%. dan pada saat tegangan masukan sebesar 340 VAC didapatkan nilai pengukuran tegangan luaran rangkaian sebesar 481 VDC dengan
ini prosentase kesalahan sebesar 4.7%. Setelah diberikan tegangan
masukan sebesar 300 VAC didapatkan nilai pengukuran tegangan
luaran rangkaian sebesar 424 VDC dengan ini prosentase kesalahan
sebesar 4,6%. Dan ketika tegangan masukan sebesar 260 VAC
didapatkan nilai pengukuran tegangan luaran rangkaian sebesar
365.1 VDC dengan ini prosentase kesalahan sebesar 3,97%. begitu
pula saat tegangan masukan sebesar 220 VAC didapatkan nilai
pengukuran tegangan luaran rangkaian sebesar 308.5VDC dengan ini
prosentase kesalahan sebesar 3,9%. Dari data – data yang didapatkan
prosentase kesalahan rata – rata diperoleh sebesar 4,5%, hal ini disebabkan karena adanya kualitas komponen yang digunakan dan
kepresisian alat ukur yang digunakan. Tegangan luaran yang
dihasilkan oleh rangkaian penyearah gelombang penuh tiga fasa
0
100
200
300
400
500
600
220 260 300 340 380
Grafik PengujianTegangan rectifier
72
akan digunakan sebagai sumber masukan rangkaian inverter tiga
fasa.
4.4 Pengujian Sensor Tegangan
Pada pengujian sensor tegangan ini adalah mensensing
tegangan luaran dari inverter tiga fasa yang nantinya merupakan
masukan yang akan dibaca pada program yang mana menggunakan
interface berupa PCI. Dengan ini hasil dari pengujian sensor
tegangan AC dengan masukan sebesar tegangan 380 VAC, dan hasil
tegangan output yang diharapkan adalah 5 VDC yang sudah
disearahkan. Dibawah ini adalah gambar hasil pengujian beserta data pengujiannya.
Gambar 4.5. rangkaian sensor tegangan
Gambar 4.6 Respon tegangan masukan dari Variac tiga fasa
(Vin=380VAC, Vol/Div=50 dan Time/Div=5ms)
73
Gambar 4.7 Respon tegangan luaran dari Sensor Tegangan
(Vin=5.2, Vol/Div=0.5 dan Time/Div=5ms)
Table 4.4 Hasil Pengujian Sensor Tegangan
Vin AC
(Volt)
Vout DC
(Volt)
380 5.2
340 4.74
300 4.43
260 3.76
220 3.15
Gambar 4.8 Grafik Tegangan Luaran Sensor Tegangan
0
2
4
6
220 260 300 340 380
Grafik Tegangan Keluaran sensor Tegangan
74
Dari hasil pengujian sensor tegangan pada tabel 4.4 maka
untuk tegangan masukan 380 VAC hasil luaran pada sensor tegangan
adalah 5.21 VDC .
4.5 Pengujian Sensor Arus
Pada pengujian sensor arus ini menggunakan ACS712
dengan hasil sebagai berikut:
4.5.1 Pengujian Pada Luaran Tegangan Sensor Arus Pada pengujian sensor arus ACS diambil data luaran dari
sensor arus ini berupa tegangan yang proporsional dengan nilai arus
masukan yang dibaca, dengan sensitivitas 185 mV / A. Sehingga
setiap kenaikan tegangan 185 mV linier dengan arusnya.
Gambar 4.9 Blok pengujian Sensor Arus ACS 712
Tabel 4.5 Hasil Pengujian Sensor Arus (ACS)
I beban
(Ampere)
Vout DC
(mV)
1 183
2 367
3 550
4 738
5 920
75
%error = teori - praktek
teori × 100%
%error = 185 - 183
185 × 100% = 0.547%
Gambar 4.10 Grafik Tegangan Luaran Sensor Arus
Dengan melihat data sensing arus diatas maka dapat dianalisa
bahwa sensor Arus yang digunakan sudah linier, dimana pada data
saat sensing arus 1A adalah 183 mV dan data sebenarnya adalah 185
mV/1A, Sehingga persen errornya adalah 0.547%. dan pada saat
sensing arus 2A didapat luaran tegangan sebesar 367 mV dan data
sebenarnya adalah 370 mV, sehingga persen errornya adalah 0.81%.
Pada saat sensing arus 3A didapat luaran tegangan sebesar 550 mV
dan data sebenarnya adalah 555 mV, sehingga persen errornya
adalah 0.91%. Pada saat sensing arus 4A didapat luaran tegangan
sebesar 738 mV dan data sebenarnya adalah 740 mV, sehingga
persen errornya adalah 0.27%. begitu pula pada saat sensing arus 5A
didapat luaran tegangan sebesar 920 mV dan data sebenarnya adalah
925 mV, sehingga persen errornya adalah 0.54%. Sehingga dapat
dirata – rata persen error yang dihasilkan adalah 0.6126% .
0
200
400
600
800
1000
0 2 4 6
76
Gambar 4.11 Respon Gelombang tegangan luaran ACS sensing 1A
(CH1 Vol/Div=0.5V dan Time/Div=5ms)
Gambar 4.12 Respon Gelombang tegangan luaran ACS sensing 3A (CH1 Vol/Div=0.5V dan Time/Div=5ms)
Gambar 4.13 Respon Gelombang tegangan luaran ACS sensing 4A
(CH1 Vol/Div=0.5V dan Time/Div=5ms)
77
4.5.2 Pengujian Penguatan Tegangan Pada Sensor Arus
Pada pengujian ini tegangan luaran dari sensor arus ACS
nantinya dikuatkan dengan menggunakan rangkaian penguat op-Amp
LF256 untuk menghasilkan tegangan maksimum dari 5 VDC sebagai
masukan terhadapa ADC pada Mikrokontroller. Dimana untuk
menghasilkan teganagan maksimum 5 VDC dengan sensing Arus
maksimum pada sensor Arus ACS 5 A, maka dengan sensitivitas 185
mV/A dibutuhkan penguatan sebesar 5.4 kali dari tegangan luaran
yang dihasilkan dari sensor arus ACS.
Gambar 4.14 Blok pengujian Penguatan Sensor Arus ACS 712
Tabel 4.6 Hasil Pengujian Penguatan Sensor Arus (ACS)
I Beban Ampere
Vout ACS AC (Volt )
Vout Penguatan DC (Volt)
1 183 1.14
2 367 2.03
3 550 2.91
4 738 4
5 920 4.95
78
Gambar 4.15 Grafik Tegangan Luaran Sensor Arus ACS 712
Setelah di rubah menjadi tegangan DC dengan menggunakan
rangkaian penyearah half wave maka respon gelombang hasil
penguatan saat sensing 5A dapat dilihat dibawah ini.
Gambar 4.16 Respon Gelombang tegangan luaran penguatan ACS
sensing 5A (CH1 Vol/Div=2V dan Time/Div=5ms)
Dari hasil data pengutan diatas maka respon penguatan yang
digunakan sudah memenuhi keteria yang diinginkan. Dengan sensing
arus masukan 1 A data dari sensor Arus adalah sebesar 183 mV,
sehingga dibutuhkan penguatan untuk menjadikan 2 V. Karena
0
1
2
3
4
5
6
0 5 10Sensing Arus Masukan (Ampere)
Teg
ang
an K
elu
aran
Vd
c (V
olt
)
Grafik Tegangan Kleuaran Sensor Arus
79
Tegangan Maksimal pembacaan pada ADC adalah 5 VDC maka dari
kapasitas sensing Sensor Arus 5 Ampere harus dikuatkan menjadi 5
VDC, dimana data pada hasil penguatan saat sensing 5 A adalah 4.99
VDC.
4.6 Pengujian rangkaian inverter tiga fasa
Pada pengujian inverter tiga fasa, output tegangan DC dari
rectifier dimasukkan ke rangkaian inverter untuk diubah menjadi
tegangan AC. Pada pengujian awal dengan menggunakan pulsa
penyulut dari function generator. Maka didapatkan sinyal switching
mosfet dari totempole seperti gambar dibawah
Gambar4.17 Pulsa penyulut dari function generator (0.5 volt/div
dan 5 ms time/div)
Dengan mengetahui sinyal output inverter melalui simulasi,
maka dapat dijadikan referensi untuk pengujian rangkaian
hardwarenya. Pengujian dilakukan secara open loop dengan sinyal
switching dari matlab simulink dengan PCI card yang diintegrasi
dengan hardware melalui PCLD. Berikut gambar program switching
dari matlab simulink.
80
Gambar4.18 Program switching open loop
Dari program diatas maka dihasil outputan sebagai berikut
pada oscilloscope:
Gambar4.19 Sinyal output inverter Vu dan Vv (50 volt/div;5 ms/div)
Gambar4.20 Sinyal output inverter Vv dan Vw (50 volt/div;5 ms/div)
81
Gambar4.21 Sinyal output inverter Vu dan Vw (50 volt/div;5 ms/div)
4.7 Pengujian terhadap Motor Induksi 3 Fasa 0,5 HP
Dari pengujian inverter tiga fasa yang telah dilakukan, selanjutnya adalah melakukan pengujian menggunakan motor
induksi 3 fasa dengan daya 0,5 HP.. Tabel 4.7 berikut ini adalah hasil
dari pengujian rangkaian dengan menggunakan motor induksi 3 fasa
dengan daya 0,5 HP. Dimana untuk speksifikasi motor adalah
4 pole, VΔ VY P
1390RPM, 220V 380V 0,5HP (373W),
Tabel 4.7 Hasil pengujian dengan Motor Induksi 3 Fasa 0,5 HP
Vdc (V) Vuv (V) Vvw (V) Vuw
(V)
I fasa
(A)
20 14,72 14,74 14,75 0,09
50 37,74 37,82 37,8 0,16
80 60,3 60,4 60,9 0,18
100 73,4 73,4 73,7 0,21
150 112,6 112,7 112,9 0,22
175 131,7 132 131,6 0,25
200 150,5 150,3 150,1 0,28
220 189,4 189,2 189,8 0,33
Dari table 4.7 tersebut diketahui dengan tegangan dc yang
masuk pada inverter didapat tegangan keluaran dari inverter
seimbang yaitu pada saat tegangan dc 20 volt, didapat Vuv = 14,72
Vac, Vuw = 14,74 dan Vuw = 14,75. Dengan didapat hasil seperti itu
82
maka tegangan keluaran inverter seimbang. Dari hasil tersebut
dengan tegangan DC semakin besar maka tegangan keluaran inverter
juga semakin besar, serta arus yang didapat juga semakin besar.
Dimana dengan tegangan Vdc dari 20 Volt naik menjadi 220 Volt,
arus juga naik dari 0,09A menjadi 0,33A.
Pada pengujian motor ini juga diperoleh hasil kecepatan
dari perubahan tegangan dan perubahan frekuensi. Dimana pada
tabel 4.8 dibawah ini adalah pengujian kecepatan motor dengan
frekuensi tetap yaitu 50 Hz. Dan pada tabel 4.9 adalah pengukuran
kecepatan motor dengan tegangan yang tetap akan tetapi frekuensi
berubah-ubah.
Tabel 4.8 Hasil Pengujian RPM setelah diberi beban motor induksi 3
fasa 0,5 HP dengan frekuensi 50 Hz
Vdc Vac RPM
41 30.67 277
50 37,7 416
150 112,6 1436
200 150,4 1490
220 182 1491
250 211 1494
Tabel 4.9 Hasil pengukuran kecepatan motor dengan frekuensi yang
berubah-ubah dengan tegangan input tetap 130 Vac
Tegangan input AC
(Volt)
Frekuensi Inverter
(Hz)
Kecepatan (RPM)
130 50 1499,3
130 48 1494,2
130 45 1331,4
130 43 1322,1
130 40 1207,2
130 38 1197,2
130 35 1091,2
130 33 1000,2
130 30 924,9
130 28 837,3
130 25 754,6
83
Dari tabel 4.8 diketahui bahwa dengan adanya perubahan
tegangan yang semakin besar maka kecepatan motor akan bertambah
cepat. Pada saat tegangan 41Vdc didapat kecepetan motor 277 RPM
dan pada saat tegangan naik sampai 250 Vdc maka kecepatan motor
bertambah menjadi 1494 RPM. Sedangkan pada tabel 4.9 adalah
dengan tegangan tetap akan tetapi frekuensi berubah.pada percobaan
ini didapat dengan frekuensi yang semakin kecil maka kecepatan
motor akan semakin pelan. Dimana dengan frekuensi turun dari
50Hz menjadi 25Hz, maka kecepatan motor juga turun dari 1499,3
RPM menjadi 754,6 RPM.sehungga perubahan tegangan dan
frekuensi berpengaruh terhadap kecepatan motor. Pada tabel 4.10 dan 4,11 berikut ini adalah pengukuran
dengan menggunakan alat ukur dan menggunakan Power Harmonics
Analyzer “FLUKE 41B”. Dimana dengan menggunakan Power
Harmonics Analyzer “FLUKE 41B” adalah sebagai parameter
pembanding dari alat ukur.
Tabel 4.10 Pengukuran dengan alat ukur
Teg
Variac
(Vac)
Input
Rectifier
Output
rectifier
Output inverter
Teg
Vac
(V)
Arus
Iac
(A)
Teg
Vdc
(V)
Arus
Idc
(A)
Teg
V ac
(V)
Arus
Vac
(A)
30 30 0,18 41,1 0,13 30,8 0,095
50 50 0,1 67,7 0,08 50,5 0,12
80 80 0,1 111,4 0,06 83,5 0,17
100 100 0,09 142,4 0,06 106 022
130 130 0,09 182 0,06 136,6 0,26
150 150 0,09 282,6 0,06 158,1 0,3
180 180 0,1 251,5 0,06 188,6 0,36
200 200 0,1 282,6 0,08 212,4 0,41
220 220 0,1 307 0,09 230,5 0,45
84
Tabel 4.11 Pengukuran dengan menggunakan
Power Harmonics analyzer “FLUKE 41B”
Teg
Variac
(Vac)
Input Rectifier Output
rectifier
Output inverter
Teg
Vac
(V)
Arus
Iac
(A)
Daya
(W)
Teg
Vdc
(V)
Arus
Idc
(A)
Teg
V ac
(V)
Arus
Vac
(A)
Daya
(W)
30 30 0,23 7,67 41,1 0,13 34 0,23 7,67
50 50 0,16 7,67 67,7 0,08 55,4 0,17 7,67
80 80 0,13 7,67 111,4 0,06 91,2 0,22 10,33
100 100 0,12 10,33 142,4 0,06 116,6 0,26 13
130 130 0,41 15,67 182 0,06 148 0,33 18,33
150 150 0,14 21 282,6 0,06 171 0,38 23,67
180 180 0,15 26,33 251,5 0,06 206 0,47 30
200 200 0,17 31,67 282,6 0,08 228 0,52 33,33
220 220 0,18 37 307 0,09 252 0,58 43,33
Dari tabel 4.10 dan 4.11 diatas didapat semakin besar
tegangan input maka tegangan output penyearah dan tegangan output
inverter akan semakin besar. Akan tetapi untuk arus masukan
penyearah dan keluaran penyearah memiliki arus yang tidak konstan
akan tetapi pada arus keluaran inverter semakin besar. Untuk
perbandingan dengan dengan menggunakan Power Harmonics Analyzer “FLUKE 41B” tegangan yang dibaca pada Power
Harmonics Analyzer “FLUKE 41B” lebih besar di bandingkan
dengan menggunakan alat ukur biasa.
4.8 Pengujian perangkat lunak (Software)
Pengujian perangkat lunak (Software) pada tugas akhir ini
untuk sementara dilakukan dengan cara simulasi secara close loop
menggunakan matlab-simulink. Berikut program close loop:
85
Gambar 4.22 Simulasi program secara close loop
Dari simulasi pada gambar 4.22 didapat respon dari kontrol
PI sebagai berikut :
Gambar 2.24 Respon motor sebelum PI
Karakteristik yang dimiliki yakni sebagai berikut :
Settling Time = 0.6 s
Peak Time = 0.055 s
Delay Time = 0.025 s
Time Constant = 0.065 s
86
Gambar 4.23 Respon motor setelah PI
Karakteristik yang dimiliki yakni sebagai berikut :
Settling Time = 1.195 s
Peak Time = 0.095 s
Delay Time = 0.05 s
Time Constant = 0.08 s
87
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan perancangan dan perencanaan sistem dapat
ditarik kesimpulan sebagai berikut :
Dari pengujian sensor arus persentase error 2.31% dan sensor
tegangan AC persentase error 12% karena keterbatasan kemampuan komponen, sehingga antara pengujian dan
perhitungan secara teori terdapat perbedaan.
Optocoupler berfungsi untuk mengisolasi rangkaian masukan
dengan rangkaian keluaran. Supaya tidak terjadi kerusakan
yang fatal pada saat terjadi gangguan.
Pada pengujian rectifier didapat hasil tegangan yang linier
dimana tegangan input dan tegangan output linier.yaitu
semakin besar tegangan input AC yaitu mulai 220-380 volt
AC didapat tegangan 308-541 volt dc.
Dari pengujian motor induksi 3 fasa (0,5HP) didapat hasil
tegangan yang seimbang dimana keluaran Vuv,Vuw dan Vvw hamper sama 14,7 Vac dengan tegangan dc 20 volt.
Dari switching inverter yang di integrasikan melalui PCI Card
dapat untuk memutar motor induksi 3 fasa dengan daya 0,5
HP. Dimana kecepatan yang didapat 416 RPM dengan
tegangan DC yang digunakan 50Vdc.
Dari pengujian yang dilakukan diketahui bahwa perubahan
frekuensi dan tegangan mempengaruhi kecepatan putar
motor.
Terjadi perbedaan antara menggunakan Power Harmonics
Analyzer “FLUKE 41B” dengan menggunakan alat ukur
biasa.
5.2 Saran
Untuk mengantisipasi tegangan motor induksi 3 phase yang
tidak seimbang, terlebih dahulu melakukan pengecekan
pada metode switchingnya.
Untuk memperbaiki dari sistem pengontrolannya maka
dibutuhkan ketelitian pada saat mensetting program yang
88
digunakan serta didungkung dengan sensor yang memiliki
sensitivitas yang tinggi.
Sensor adalah hal yang penting pada sistem pengontrolan,
agar kontrol yang di harapakan sesuai dengan harapan.
Agar output yang dihasilkan sesuai dengan yang diharapkan
perlu diperhatikan tentang komponen yang digunakan.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Abdurrahman Sutedjo, “Mesin Listrik 2”, Politeknik
Elektronika Negeri Surabaya, Surabaya, 2008.
[2] Ardana I Wayan Raka, “Simulasi Sistem Kontroler PID untuk
Motor Induksi menggunakan perangkat lunak Matlab /
Simulink”, Politeknik Negeri Bali, Bali, 2008.
[3] Arman Jaya*, Mauridhi Heri Purnomo**, Soebagio**,
“Pengaturan Kecepatan Motor Induksi Tanpa Sensor
Kecepatan Menggunakan Metode Fuzzy Sliding Mode
Control Berbasis Direct Torque Control”, *Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, ITS **Jurusan Teknik Elektro,
Fakultas Teknologi Industri, ITS
[4] Datasheet ACS712, ”Fully Integrated, Hall Effect-Based
Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a
Low-Resistance Current Conductor”, Allegro MicroSystems,
2006.
[5] Domenico Casadei, Member, IEEE, Francesco Profumo,
Senior Member, IEEE, Giovanni Serra, Member, IEEE, and
Angelo Tani, “FOC and DTC: Two Viable Schemes for
Induction Motors Torque Control”, IEEE TRANSACTIONS
ON POWER ELECTRONICS, Vol. 17, No. 5, September 2002.
[6] Fajarwati*,Gigih Prabowo**,Ainur Rofiq N**,”Pengaturan
Kecepatan Motor Induksi Tiga (3) fasa tanpa sensor
menggunakan sliding mode control”Politeknik Elektronika
Negeri Surabaya,ITS.**Jurusan Teknik Elektro
Industri,PENS-ITS
[7] Hermanto Bambang, “Rancang Bangun Chooper Inverter”,
Proyek Akhir, 2007.
[8] H.F. Abdul Wahab, H. Sanusi, “ Simulink Model of Direct
Torque Control of Induction Machine” , Faculty of
Engineering, Universiti Kebangsaan Malaysia, 43600 UKM Bangi, Selangor DE, Malaysia.
[9] Krishnan, R., Electric Motor Drives: Modeling, Analysis and
Control, Prentice-Hall, New Jersey, 2001.
[10] Pramudya Rian Perdana, Gigih Prabowo, Ainur Rofiq
Nansur,” Pengaturan Kecepatan Motor Induksi 3Phasa
Melalui DTC Dengan Menggunakan Sliding Mode Control”,
Politeknik Elektronika Negeri Surabaya,ITS.**Jurusan
Teknik Elektro Industri,PENS-ITS
[11] Sutedjo Maspriyanto,”Pengaturan Kecepatan Motor Induksi 3
Phase menggunakan kontrol PID berbasis Direct Torque
Control (DTC)”, Politeknik Elektronika Negeri
Surabaya,ITS.**Jurusan Teknik Elektro Industri,PENS-ITS
[12] Tooley Mike, “Komponen rangkaian elektronika”, erlangga,
Bandung, 2007.
BIODATA PENULIS
Nama : M. Rizqi Hadiyatullah
TTL : Nganjuk, 22 januari 1990
Alamat : Dsn. Bancar, Ds. Singkalanyar RT/RW
19/09, Prambon, Nganjuk, Jawa Timur.
Email : kikifirdaus@ymail.com
No.HP : 085749075853
Motto :
Berusaha, berdoa and find the way.
Penulis dilahirkan di kota angin tanggal 22 Januari 1990,
terlahir sebagai anak ke-2 dari 2 bersaudara. Penulis memasuki
jenjang perkuliahan Diploma IV Jurusan Teknik elektro Industri di
PENS-ITS pada tahun 2008. Penulis pernah melakukan kerja praktek
di PLN APJ Surabaya Selatan pada tahun 2010 di bidang
maintenance GTT. Penulis merupakan orang yang mudah bergaul,
semangat, jujur, bekerja keras. Penulis juga mengucapkan banyak
terimaksih kepada semua pihak yang membantu walaupun masih
banyak sekali kekurangan pada Proyek akhir ini. Berikut adalah
riwayat pendidikan formal penulis.
SDN Singkalanyar II Prambon, Nganjuk (1996 - 2002)
SMP Negeri 1 Prambon, Nganjuk (2002 - 2005)
SMA Negeri 1 Kediri (2005 - 2008)
D4 Elektro Industri, PENS-ITS (2008 - 2012)
Dimana pada tanggal 12 Juli 2012 telah mengikuti Seminar
Proyek Akhir sebagai salah satu persyaratan untuk mendapatkan
gelar Sarjana Sains Terapan (S.ST) di Politeknik Elektronika Negeri
Surabaya (PENS), Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya
(ITS).
Skematik IR2130 Driver Inverter Tiga Fasa
IP+IP+
IP–IP–
IP
5GND
2
4
1
3ACS712
7
8+5 V
VIOUTVOUT
6FILTER
VCC
CBYP0.1 µF
CF1 nF
Application 1. The ACS712 outputs an analog signal, VOUT . that varies linearly with the uni- or bi-directional AC or DC primary sampled current, IP , within the range specified. CF is recommended for noise management, with values that depend on the application.
ACS712
DescriptionThe Allegro® ACS712 provides economical and precise solutions for AC or DC current sensing in industrial, commercial, and communications systems. The device package allows for easy implementation by the customer. Typical applications include motor control, load detection and management, switch-mode power supplies, and overcurrent fault protection. The device is not intended for automotive applications.
The device consists of a precise, low-offset, linear Hall circuit with a copper conduction path located near the surface of the die. Applied current flowing through this copper conduction path generates a magnetic field which the Hall IC converts into a proportional voltage. Device accuracy is optimized through the close proximity of the magnetic signal to the Hall transducer. A precise, proportional voltage is provided by the low-offset, chopper-stabilized BiCMOS Hall IC, which is programmed for accuracy after packaging.
The output of the device has a positive slope (>VIOUT(Q)) when an increasing current flows through the primary copper conduction path (from pins 1 and 2, to pins 3 and 4), which is the path used for current sampling. The internal resistance of this conductive path is 1.2 mΩ typical, providing low power loss. The thickness of the copper conductor allows survival of
ACS712-DS, Rev. 14
Features and Benefits Low-noise analog signal path Device bandwidth is set via the new FILTER pin 5 μs output rise time in response to step input current 80 kHz bandwidth Total output error 1.5% at TA = 25°C Small footprint, low-profile SOIC8 package 1.2 mΩ internal conductor resistance 2.1 kVRMS minimum isolation voltage from pins 1-4 to pins 5-8 5.0 V, single supply operation 66 to 185 mV/A output sensitivity Output voltage proportional to AC or DC currents Factory-trimmed for accuracy Extremely stable output offset voltage Nearly zero magnetic hysteresis Ratiometric output from supply voltage
Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current Conductor
Continued on the next page…
Approximate Scale 1:1
Package: 8 Lead SOIC (suffix LC)
Typical Application
TÜV AmericaCertificate Number:U8V 06 05 54214 010
Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current ConductorACS712
2Allegro MicroSystems, Inc.115 Northeast CutoffWorcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A.1.508.853.5000; www.allegromicro.com
Absolute Maximum RatingsCharacteristic Symbol Notes Rating Units
Supply Voltage VCC 8 V
Reverse Supply Voltage VRCC –0.1 V
Output Voltage VIOUT 8 V
Reverse Output Voltage VRIOUT –0.1 V
Reinforced Isolation Voltage VISO
Pins 1-4 and 5-8; 60 Hz, 1 minute, TA=25°C 2100 VAC
Maximum working voltage according to UL60950-1 184 Vpeak
Basic Isolation Voltage VISO(bsc)
Pins 1-4 and 5-8; 60 Hz, 1 minute, TA=25°C 1500 VAC
Maximum working voltage according to UL60950-1 354 Vpeak
Output Current Source IIOUT(Source) 3 mA
Output Current Sink IIOUT(Sink) 10 mA
Overcurrent Transient Tolerance IP 1 pulse, 100 ms 100 A
Nominal Operating Ambient Temperature TA Range E –40 to 85 ºC
Maximum Junction Temperature TJ(max) 165 ºC
Storage Temperature Tstg –65 to 170 ºC
Selection Guide
Part Number Packing* TA (°C)
Optimized Range, IP(A)
Sensitivity, Sens (Typ) (mV/A)
ACS712ELCTR-05B-T Tape and reel, 3000 pieces/reel –40 to 85 ±5 185
ACS712ELCTR-20A-T Tape and reel, 3000 pieces/reel –40 to 85 ±20 100
ACS712ELCTR-30A-T Tape and reel, 3000 pieces/reel –40 to 85 ±30 66
*Contact Allegro for additional packing options.
the device at up to 5× overcurrent conditions. The terminals of the conductive path are electrically isolated from the signal leads (pins 5 through 8). This allows the ACS712 to be used in applications requiring electrical isolation without the use of opto-isolators or other costly isolation techniques.
The ACS712 is provided in a small, surface mount SOIC8 package. The leadframe is plated with 100% matte tin, which is compatible with standard lead (Pb) free printed circuit board assembly processes. Internally, the device is Pb-free, except for flip-chip high-temperature Pb-based solder balls, currently exempt from RoHS. The device is fully calibrated prior to shipment from the factory.
Description (continued)
Parameter Specification
Fire and Electric ShockCAN/CSA-C22.2 No. 60950-1-03
UL 60950-1:2003EN 60950-1:2001
Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current ConductorACS712
3Allegro MicroSystems, Inc.115 Northeast CutoffWorcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A.1.508.853.5000; www.allegromicro.com
VCC(Pin 8)
(Pin 7)VIOUT
RF(INT)
GND(Pin 5)
FILTER(Pin 6)
Dyn
amic
Offs
et
Can
cella
tion
IP+(Pin 1)
IP+(Pin 2)
IP−(Pin 3)
IP−(Pin 4)
SenseTrim
SignalRecovery
Sense TemperatureCoefficient Trim
0 AmpereOffset Adjust
Hall CurrentDrive
+5 V
IP+
IP+
IP–
IP–
VCC
VIOUT
FILTER
GND
1
2
3
4
8
7
6
5
Terminal List TableNumber Name Description
1 and 2 IP+ Terminals for current being sampled; fused internally
3 and 4 IP– Terminals for current being sampled; fused internally
5 GND Signal ground terminal
6 FILTER Terminal for external capacitor that sets bandwidth
7 VIOUT Analog output signal
8 VCC Device power supply terminal
Functional Block Diagram
Pin-out Diagram
Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current ConductorACS712
4Allegro MicroSystems, Inc.115 Northeast CutoffWorcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A.1.508.853.5000; www.allegromicro.com
COMMON OPERATING CHARACTERISTICS1 over full range of TA , CF = 1 nF, and VCC = 5 V, unless otherwise specifiedCharacteristic Symbol Test Conditions Min. Typ. Max. Units
ELECTRICAL CHARACTERISTICSSupply Voltage VCC 4.5 5.0 5.5 VSupply Current ICC VCC = 5.0 V, output open – 10 13 mAOutput Capacitance Load CLOAD VIOUT to GND – – 10 nFOutput Resistive Load RLOAD VIOUT to GND 4.7 – – kΩPrimary Conductor Resistance RPRIMARY TA = 25°C – 1.2 – mΩRise Time tr IP = IP(max), TA = 25°C, COUT = open – 5 – μsFrequency Bandwidth f –3 dB, TA = 25°C; IP is 10 A peak-to-peak – 80 – kHzNonlinearity ELIN Over full range of IP – 1.5 – %Symmetry ESYM Over full range of IP 98 100 102 %
Zero Current Output Voltage VIOUT(Q) Bidirectional; IP = 0 A, TA = 25°C – VCC × 0.5 – V
Power-On Time tPOOutput reaches 90% of steady-state level, TJ = 25°C, 20 A present on leadframe – 35 – μs
Magnetic Coupling2 – 12 – G/AInternal Filter Resistance3 RF(INT) 1.7 kΩ1Device may be operated at higher primary current levels, IP, and ambient, TA , and internal leadframe temperatures, TA , provided that the Maximum Junction Temperature, TJ(max), is not exceeded.21G = 0.1 mT. 3RF(INT) forms an RC circuit via the FILTER pin.
COMMON THERMAL CHARACTERISTICS1
Min. Typ. Max. UnitsOperating Internal Leadframe Temperature TA E range –40 – 85 °C
Value UnitsJunction-to-Lead Thermal Resistance2 RθJL Mounted on the Allegro ASEK 712 evaluation board 5 °C/W
Junction-to-Ambient Thermal Resistance RθJAMounted on the Allegro 85-0322 evaluation board, includes the power con-sumed by the board 23 °C/W
1Additional thermal information is available on the Allegro website.2The Allegro evaluation board has 1500 mm2 of 2 oz. copper on each side, connected to pins 1 and 2, and to pins 3 and 4, with thermal vias connect-ing the layers. Performance values include the power consumed by the PCB. Further details on the board are available from the Frequently Asked Questions document on our website. Further information about board design and thermal performance also can be found in the Applications Informa-tion section of this datasheet.
Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current ConductorACS712
5Allegro MicroSystems, Inc.115 Northeast CutoffWorcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A.1.508.853.5000; www.allegromicro.com
x05B PERFORMANCE CHARACTERISTICS1 TA = –40°C to 85°C, CF = 1 nF, and VCC = 5 V, unless otherwise specifiedCharacteristic Symbol Test Conditions Min. Typ. Max. Units
Optimized Accuracy Range IP –5 – 5 ASensitivity Sens Over full range of IP, TA = 25°C 180 185 190 mV/A
Noise VNOISE(PP)Peak-to-peak, TA = 25°C, 185 mV/A programmed Sensitivity, CF = 47 nF, COUT = open, 2 kHz bandwidth – 21 – mV
Zero Current Output Slope ∆IOUT(Q)TA = –40°C to 25°C – –0.26 – mV/°CTA = 25°C to 150°C – –0.08 – mV/°C
Sensitivity Slope ∆SensTA = –40°C to 25°C – 0.054 – mV/A/°CTA = 25°C to 150°C – –0.008 – mV/A/°C
Total Output Error2 ETOT IP =±5 A, TA = 25°C – ±1.5 – %1Device may be operated at higher primary current levels, IP, and ambient temperatures, TA, provided that the Maximum Junction Temperature, TJ(max), is not exceeded.2Percentage of IP, with IP = 5 A. Output filtered.
x20A PERFORMANCE CHARACTERISTICS1 TA = –40°C to 85°C, CF = 1 nF, and VCC = 5 V, unless otherwise specifiedCharacteristic Symbol Test Conditions Min. Typ. Max. Units
Optimized Accuracy Range IP –20 – 20 ASensitivity Sens Over full range of IP, TA = 25°C 96 100 104 mV/A
Noise VNOISE(PP)Peak-to-peak, TA = 25°C, 100 mV/A programmed Sensitivity, CF = 47 nF, COUT = open, 2 kHz bandwidth – 11 – mV
Zero Current Output Slope ∆IOUT(Q)TA = –40°C to 25°C – –0.34 – mV/°CTA = 25°C to 150°C – –0.07 – mV/°C
Sensitivity Slope ∆SensTA = –40°C to 25°C – 0.017 – mV/A/°CTA = 25°C to 150°C – –0.004 – mV/A/°C
Total Output Error2 ETOT IP =±20 A, TA = 25°C – ±1.5 – %1Device may be operated at higher primary current levels, IP, and ambient temperatures, TA, provided that the Maximum Junction Temperature, TJ(max), is not exceeded.2Percentage of IP, with IP = 20 A. Output filtered.
x30A PERFORMANCE CHARACTERISTICS1 TA = –40°C to 85°C, CF = 1 nF, and VCC = 5 V, unless otherwise specifiedCharacteristic Symbol Test Conditions Min. Typ. Max. Units
Optimized Accuracy Range IP –30 – 30 ASensitivity Sens Over full range of IP , TA = 25°C 63 66 69 mV/A
Noise VNOISE(PP)Peak-to-peak, TA = 25°C, 66 mV/A programmed Sensitivity, CF = 47 nF, COUT = open, 2 kHz bandwidth – 7 – mV
Zero Current Output Slope ∆IOUT(Q)TA = –40°C to 25°C – –0.35 – mV/°CTA = 25°C to 150°C – –0.08 – mV/°C
Sensitivity Slope ∆SensTA = –40°C to 25°C – 0.007 – mV/A/°CTA = 25°C to 150°C – –0.002 – mV/A/°C
Total Output Error2 ETOT IP = ±30 A , TA = 25°C – ±1.5 – %1Device may be operated at higher primary current levels, IP, and ambient temperatures, TA, provided that the Maximum Junction Temperature, TJ(max), is not exceeded.2Percentage of IP, with IP = 30 A. Output filtered.
Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current ConductorACS712
6Allegro MicroSystems, Inc.115 Northeast CutoffWorcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A.1.508.853.5000; www.allegromicro.com
–402585
150
TA (°C)
–402585
150
TA (°C)
IP = 0 A IP = 0 A
VCC = 5 V VCC = 5 V
VCC = 5 V
VCC = 5 V; IP = 0 A,After excursion to 20 A
Mean Supply Current versus Ambient Temperature
Sensitivity versus Sensed Current200.00190.00180.00170.00160.00150.00140.00130.00120.00110.00100.00
Sens
(mV/
A)
186.5186.0185.5185.0184.5184.0183.5183.0182.5182.0181.5181.0
Sens
(mV/
A)
Ip (A)-6 -4 -2 0 2 4 6
TA (°C)
TA (°C) TA (°C)
Mea
n I C
C (m
A)
10.3010.2510.2010.1510.1010.0510.00
9.959.909.859.809.75
-50 -25 0 25 50 75 125100 150
I OM
(mA)
0–0.5–1.0–1.5–2.0–2.5–3.0–3.5–4.0–4.5–5.0
-50 -25 0 25 50 75 125100 150
Supply Current versus Supply Voltage10.9
10.8
10.7
10.6
10.5
10.4
10.3
10.2
10.1
10.04.5 4.6 4.84.7 4.9 5.0 5.35.1 5.2 5.4 5.5
VCC (V)
I CC (m
A)
TA (°C)
V IO
UT(Q
) (m
V)
2520
2515
2510
2505
2500
2495
2490
2485-50 -25 0 25 50 75 125100 150
TA (°C)
I OUT
(Q) (
A)
0.20
0.15
0.10
0.05
0
–0.05
–0.10
–0.15-50 -25 0 25 50 75 125100 150
Nonlinearity versus Ambient Temperature0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0–50 0–25 25 50 12575 100 150
E LIN
(%)
TA (°C)
Mean Total Output Error versus Ambient Temperature8
6
4
2
0
–2
–4
–6
–8–50 0–25 25 50 12575 100 150
E TO
T (%
)
TA (°C)
Sensitivity versus Ambient Temperature
–50 0–25 25 50 12575 100 150
IP (A)
Output Voltage versus Sensed Current4.0
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0–7 –6 –5 –4 –3 –2 –1 0 1 2 3 4 5 6 7
V IO
UT
(V)
Magnetic Offset versus Ambient Temperature
VCC = 5 V
0 A Output Voltage versus Ambient Temperature 0 A Output Voltage Current versus Ambient Temperature
Characteristic PerformanceIP = 5 A, unless otherwise specified
Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current ConductorACS712
7Allegro MicroSystems, Inc.115 Northeast CutoffWorcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A.1.508.853.5000; www.allegromicro.com
–402585
150
TA (°C)
–40
25–20
85125
TA (°C)
IP = 0 A IP = 0 A
VCC = 5 V
VCC = 5 V
VCC = 5 V
VCC = 5 V; IP = 0 A,After excursion to 20 A
Mean Supply Current versus Ambient Temperature
Sensitivity versus Sensed Current110.00108.00106.00104.00102.00100.00
98.0096.0094.0092.0090.00
Sens
(mV/
A)
Ip (A)
TA (°C)
TA (°C)
Mea
n I C
C (m
A)
9.7
9.6
9.5
9.4
9.3
9.2
9.1-50 -25 0 25 50 75 125100 150
Supply Current versus Supply Voltage10.4
10.2
10.0
9.8
9.6
9.4
9.2
9.0
VCC (V)
I CC (m
A)
Nonlinearity versus Ambient Temperature0.35
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0–50 0–25 25 50 12575 100 150
E LIN
(%)
TA (°C)
Mean Total Output Error versus Ambient Temperature8
6
4
2
0
–2
–4
–6
–8–50 0–25 25 50 12575 100 150
E TO
T (%
)
IP (A)
Output Voltage versus Sensed Current5.04.54.03.53.02.52.01.51.00.5
0–25 –20 –15 –10 –5 0 5 10 15 20 25
V IO
UT
(V)
4.5 4.6 4.84.7 4.9 5.0 5.35.1 5.2 5.4 5.5
–25 –20 –15 –10 –5 0 5 10 15 20 25
100.8
100.6
100.4
100.2
100.0
99.8
99.6
99.4
99.2
99.0
Sens
(mV/
A)
TA (°C)
Sensitivity versus Ambient Temperature
–50 0–25 25 50 12575 100 150
TA (°C)
I OM
(mA)
0–0.5–1.0–1.5–2.0–2.5–3.0–3.5–4.0–4.5–5.0
-50 -25 0 25 50 75 125100 150
Magnetic Offset versus Ambient Temperature
0 A Output Voltage versus Ambient Temperature
TA (°C)
V IO
UT(Q
) (m
V)
2525
2520
2515
2510
2505
2500
2495
2490
2485-50 -25 0 25 50 75 125100 150
0 A Output Voltage Current versus Ambient Temperature
TA (°C)
I OUT
(Q) (
A)
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0
–0.05
–0.10
–0.15-50 -25 0 25 50 75 125100 150
Characteristic PerformanceIP = 20 A, unless otherwise specified
Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current ConductorACS712
8Allegro MicroSystems, Inc.115 Northeast CutoffWorcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A.1.508.853.5000; www.allegromicro.com
Characteristic PerformanceIP = 30 A, unless otherwise specified
–402585
150
TA (°C)–40
25–20
85125
TA (°C)
IP = 0 A IP = 0 A
VCC = 5 VVCC = 5 V
VCC = 5 V
VCC = 5 V; IP = 0 A,After excursion to 20 A
VCC = 5 V
Mean Supply Current versus Ambient Temperature
Sensitivity versus Sensed Current70.0069.0068.0067.0066.0065.0064.0063.0062.0061.0060.00
Sens
(mV/
A)
Ip (A)
TA (°C)
TA (°C)
Mea
n I C
C (m
A)
9.6
9.5
9.4
9.3
9.2
9.1
9.0
8.9-50 -25 0 25 50 75 125100 150
Supply Current versus Supply Voltage10.2
10.0
9.8
9.6
9.4
9.2
9.0
VCC (V)
I CC (m
A)
Nonlinearity versus Ambient Temperature0.45
0.40
0.35
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0–50 0–25 25 50 12575 100 150
E LIN
(%)
TA (°C)
Mean Total Output Error versus Ambient Temperature8
6
4
2
0
–2
–4
–6
–8–50 0–25 25 50 12575 100 150
E TO
T (%
)
IP (A)
Output Voltage versus Sensed Current5.04.54.03.53.02.52.01.51.00.5
0–30 –20 –10 0 10 20 30
V IO
UT
(V)
4.5 4.6 4.84.7 4.9 5.0 5.35.1 5.2 5.4 5.5
–30 –20 –10 0 10 20 30
66.6
66.5
66.4
66.3
66.2
66.1
66.0
65.9
65.8
65.7
Sens
(mV/
A)
TA (°C)
Sensitivity versus Ambient Temperature
–50 0–25 25 50 12575 100 150
TA (°C)
I OM
(mA)
0–0.5–1.0–1.5–2.0–2.5–3.0–3.5–4.0–4.5–5.0
-50 -25 0 25 50 75 125100 150
Magnetic Offset versus Ambient Temperature
TA (°C)
V IO
UT(Q
) (m
V)
25352530252525202515251025052500249524902485
-50 -25 0 25 50 75 125100 150TA (°C)
I OUT
(Q) (
A)
0.350.300.250.200.150.100.05
0–0.05–0.10–0.15
-50 -25 0 25 50 75 125100 150
0 A Output Voltage versus Ambient Temperature 0 A Output Voltage Current versus Ambient Temperature
Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current ConductorACS712
9Allegro MicroSystems, Inc.115 Northeast CutoffWorcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A.1.508.853.5000; www.allegromicro.com
Sensitivity (Sens). The change in device output in response to a 1 A change through the primary conductor. The sensitivity is the product of the magnetic circuit sensitivity (G / A) and the linear IC amplifier gain (mV/G). The linear IC amplifier gain is pro-grammed at the factory to optimize the sensitivity (mV/A) for the full-scale current of the device.
Noise (VNOISE). The product of the linear IC amplifier gain (mV/G) and the noise floor for the Allegro Hall effect linear IC (≈1 G). The noise floor is derived from the thermal and shot noise observed in Hall elements. Dividing the noise (mV) by the sensitivity (mV/A) provides the smallest current that the device is able to resolve.
Linearity (ELIN). The degree to which the voltage output from the IC varies in direct proportion to the primary current through its full-scale amplitude. Nonlinearity in the output can be attrib-uted to the saturation of the flux concentrator approaching the full-scale current. The following equation is used to derive the linearity:
where VIOUT_full-scale amperes = the output voltage (V) when the sampled current approximates full-scale ±IP .
Symmetry (ESYM). The degree to which the absolute voltage output from the IC varies in proportion to either a positive or negative full-scale primary current. The following formula is used to derive symmetry:
Quiescent output voltage (VIOUT(Q)). The output of the device when the primary current is zero. For a unipolar supply voltage, it nominally remains at VCC ⁄ 2. Thus, VCC = 5 V translates into VIOUT(Q) = 2.5 V. Variation in VIOUT(Q) can be attributed to the resolution of the Allegro linear IC quiescent voltage trim and thermal drift.
Electrical offset voltage (VOE). The deviation of the device out-put from its ideal quiescent value of VCC / 2 due to nonmagnetic causes. To convert this voltage to amperes, divide by the device sensitivity, Sens.
Accuracy (ETOT). The accuracy represents the maximum devia-tion of the actual output from its ideal value. This is also known as the total output error. The accuracy is illustrated graphically in the output voltage versus current chart at right.
Accuracy is divided into four areas:
0 A at 25°C. Accuracy at the zero current flow at 25°C, with-out the effects of temperature.
0 A over Δ temperature. Accuracy at the zero current flow including temperature effects.
Full-scale current at 25°C. Accuracy at the the full-scale current at 25°C, without the effects of temperature.
Full-scale current over Δ temperature. Accuracy at the full-scale current flow including temperature effects.
Ratiometry. The ratiometric feature means that its 0 A output, VIOUT(Q), (nominally equal to VCC/2) and sensitivity, Sens, are proportional to its supply voltage, VCC . The following formula is used to derive the ratiometric change in 0 A output voltage,VIOUT(Q)RAT (%).
The ratiometric change in sensitivity, SensRAT (%), is defined as:
Definitions of Accuracy Characteristics
100 1– [ [ VIOUT_full-scale amperes – VIOUT(Q)Δ gain × % sat ( )2 (VIOUT_half-scale amperes – VIOUT(Q) )
100VIOUT_+ full-scale amperes – VIOUT(Q)
VIOUT(Q) – VIOUT_–full-scale amperes
100VIOUT(Q)VCC / VIOUT(Q)5V
VCC / 5 V
100
SensVCC / Sens5V
VCC / 5 V‰ Output Voltage versus Sampled Current
Accuracy at 0 A and at Full-Scale Current
Increasing VIOUT (V)
+IP (A)
Accuracy
Accuracy
Accuracy25°C Only
Accuracy25°C Only
Accuracy25°C Only
Accuracy
0 A
v rO e Temp erature
AverageVIOUT
–IP (A)
v rO e Temp erature
v rO e Temp erature
Decreasing VIOUT (V)
IP(min)
IP(max) Full Scale
Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current ConductorACS712
10Allegro MicroSystems, Inc.115 Northeast CutoffWorcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A.1.508.853.5000; www.allegromicro.com
Power on Time versus External Filter Capacitance
020406080
100120140160180200
0 10 20 30 40 50CF (nF)
CF (nF)
t PO
(μs)
IP = 5 A
IP = 0 A
Noise versus External Filter Capacitance
1
1000
10
100
10000
0.01 0.1 1 10 100 1000
Noi
se(p
-p) (
mA
)
Noise vs. Filter Cap
400350300250200150100
5000 5025 75 100 125 150
t r(μs
)
CF (nF)
Rise Time versus External Filter CapacitanceRise Time versus External Filter Capacitance
0
200
400
600
800
1000
1200
0 100 200 300 400 500
t r(μs
)
CF (nF)
Expanded in chart at right
Definitions of Dynamic Response Characteristics
Primary Current
Transducer Output
90
100
I (%)
Rise Time, trt
Rise time (tr). The time interval between a) when the device reaches 10% of its full scale value, and b) when it reaches 90% of its full scale value. The rise time to a step response is used to derive the bandwidth of the device, in which ƒ(–3 dB) = 0.35 / tr. Both tr and tRESPONSE are detrimentally affected by eddy current losses observed in the conductive IC ground plane.
Excitation Signal
Output (mV)
15 A
Step Response
TA=25°C
CF (nF) tr (μs)
0 6.6 1 7.7 4.7 17.4 10 32.1 22 68.2 47 88.2 100 291.3 220 623.0 470 1120.0
Power-On Time (tPO). When the supply is ramped to its operat-ing voltage, the device requires a finite time to power its internal components before responding to an input magnetic field.Power-On Time, tPO , is defined as the time it takes for the output voltage to settle within ±10% of its steady state value under an applied magnetic field, after the power supply has reached its minimum specified operating voltage, VCC(min), as shown in the chart at right.
Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current ConductorACS712
11Allegro MicroSystems, Inc.115 Northeast CutoffWorcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A.1.508.853.5000; www.allegromicro.com
Chopper Stabilization is an innovative circuit technique that is used to minimize the offset voltage of a Hall element and an asso-ciated on-chip amplifier. Allegro patented a Chopper Stabiliza-tion technique that nearly eliminates Hall IC output drift induced by temperature or package stress effects. This offset reduction technique is based on a signal modulation-demodulation process. Modulation is used to separate the undesired DC offset signal from the magnetically induced signal in the frequency domain. Then, using a low-pass filter, the modulated DC offset is sup-pressed while the magnetically induced signal passes through
the filter. As a result of this chopper stabilization approach, the output voltage from the Hall IC is desensitized to the effects of temperature and mechanical stress. This technique produces devices that have an extremely stable Electrical Offset Voltage, are immune to thermal stress, and have precise recoverability after temperature cycling.
This technique is made possible through the use of a BiCMOS process that allows the use of low-offset and low-noise amplifiers in combination with high-density logic integration and sample and hold circuits.
Chopper Stabilization Technique
Amp
Regulator
Clock/Logic
Hall Element
Sam
ple
and
Hol
d
Low-PassFilter
Concept of Chopper Stabilization Technique
Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current ConductorACS712
12Allegro MicroSystems, Inc.115 Northeast CutoffWorcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A.1.508.853.5000; www.allegromicro.com
+
–IP+IP+
IP–IP–
IP
7
5
5
8
+5 V
U1LMV7235
VIOUTVOUT
GND
6
2
4
41
1
23
3
FILTER
VCC
ACS712
D11N914
R2100 kΩ
R133 kΩ
RPU100 kΩ
Fault
CBYP0.1 μF
CF1 nF
+
–
IP+IP+
IP–IP–
7
5
8
+5 V
U1LT1178
Q12N7002
VIOUTVOUT
VPEAK
VRESET
GND
6
2
4
1
3D11N914
VCC
ACS712
R410 kΩ
R11 MΩ
R233 kΩ
RF10 kΩ
R3330 kΩ
CBYP0.1 μF
C10.1 μF
COUT0.1 μF
CF1 nF
C20.1 μF
FILTER
IP
IP+IP+
IP–IP–
IP
7
5
8
+5 V
D11N4448W
VIOUTVOUT
GND
6
2
4
1
3 FILTER
VCC
ACS712 R110 kΩ
CBYP0.1 μF
RF2 kΩ
CF1 nF
C1
A-to-DConverter
Typical Applications
Application 5. 10 A Overcurrent Fault Latch. Fault threshold set by R1 and R2. This circuit latches an overcurrent fault and holds it until the 5 V rail is powered down.
Application 2. Peak Detecting Circuit
Application 4. Rectified Output. 3.3 V scaling and rectification application for A-to-D converters. Replaces current transformer solutions with simpler ACS circuit. C1 is a function of the load resistance and filtering desired. R1 can be omitted if the full range is desired.
+
–IP+IP+
IP–IP–
IP
7
5
58
+5 V
LM321
VIOUT
VOUT
GND
6
2
4
11 4
2
3
3
FILTER
VCC
ACS712
R2100 kΩ
R1100 kΩ
R33.3 kΩ
CBYP0.1 μF
CF0.01 μF
C11000 pF
RF1 kΩ
Application 3. This configuration increases gain to 610 mV/A (tested using the ACS712ELC-05A).
Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current ConductorACS712
13Allegro MicroSystems, Inc.115 Northeast CutoffWorcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A.1.508.853.5000; www.allegromicro.com
Improving Sensing System Accuracy Using the FILTER Pin
In low-frequency sensing applications, it is often advantageous to add a simple RC filter to the output of the device. Such a low-pass filter improves the signal-to-noise ratio, and therefore the resolution, of the device output signal. However, the addition of an RC filter to the output of a sensor IC can result in undesirable device output attenuation — even for DC signals.
Signal attenuation, ∆VATT , is a result of the resistive divider effect between the resistance of the external filter, RF (see Application 6), and the input impedance and resistance of the customer interface circuit, RINTFC. The transfer function of this resistive divider is given by:
Even if RF and RINTFC are designed to match, the two individual resistance values will most likely drift by different amounts over
temperature. Therefore, signal attenuation will vary as a function of temperature. Note that, in many cases, the input impedance, RINTFC , of a typical analog-to-digital converter (ADC) can be as low as 10 kΩ.
The ACS712 contains an internal resistor, a FILTER pin connec-tion to the printed circuit board, and an internal buffer amplifier. With this circuit architecture, users can implement a simple RC filter via the addition of a capacitor, CF (see Application 7) from the FILTER pin to ground. The buffer amplifier inside of the ACS712 (located after the internal resistor and FILTER pin connection) eliminates the attenuation caused by the resistive divider effect described in the equation for ∆VATT. Therefore, the ACS712 device is ideal for use in high-accuracy applications that cannot afford the signal attenuation associated with the use of an external RC low-pass filter.
=∆VATTRINTFC
RF + RINTFCVIOUT ⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ .
Application 6. When a low pass filter is constructed externally to a standard Hall effect device, a resistive divider may exist between the filter resistor, RF, and the resistance of the customer interface circuit, RINTFC. This resistive divider will cause excessive attenuation, as given by the transfer function for ∆VATT.
Application 7. Using the FILTER pin provided on the ACS712 eliminates the attenuation effects of the resistor divider between RF and RINTFC, shown in Appli-cation 6.
ApplicationInterface
Circuit
Resistive Divider
RINTFC
Low Pass Filter
RFAmp Out
VCC
+5 V
Pin 8
Pin 7VIOUT
Pin 6N.C.
Input
GNDPin 5
Filte
r
Dyn
amic
Offs
et
Can
cella
tion
IP+ IP+
0.1 F
Pin 1 Pin 2
IP– IP–Pin 3 Pin 4
Gain TemperatureCoefficient Offset
VoltageRegulator
Trim Control
To all subcircuits
Input
VCCPin 8
Pin 7VIOUT
GNDPin 5
FILTERPin 6
Dyn
amic
Offs
et
Can
cella
tion
IP+Pin 1
IP+Pin 2
IP–Pin 3
IP–Pin 4
SenseTrim
SignalRecovery
Sense TemperatureCoefficient Trim
0 AmpereOffset Adjust
Hall CurrentDrive
+5 V
ApplicationInterface
Circuit
Buffer Amplifier and Resistor
RINTFC
Allegro ACS712
Allegro ACS706
CF1 nF
CF1 nF
Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current ConductorACS712
14Allegro MicroSystems, Inc.115 Northeast CutoffWorcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A.1.508.853.5000; www.allegromicro.com
Package LC, 8-pin SOIC
CSEATINGPLANE
1.27 BSC
GAUGE PLANESEATING PLANE
A Terminal #1 mark area
B
Reference land pattern layout (reference IPC7351 SOIC127P600X175-8M); all pads a minimum of 0.20 mm from all adjacent pads; adjust as necessary to meet application process requirements and PCB layout tolerances
B
D
C
21
8
Branding scale and appearance at supplier discretion
CSEATINGPLANEC0.10
8X
0.25 BSC
1.04 REF
1.75 MAX
For Reference Only; not for tooling use (reference MS-012AA)Dimensions in millimetersDimensions exclusive of mold flash, gate burrs, and dambar protrusions Exact case and lead configuration at supplier discretion within limits shown
4.90 ±0.10
3.90 ±0.10 6.00 ±0.20
0.510.31 0.25
0.10
0.250.17
1.270.40
8°0°
N = Device part number T = Device temperature range P = Package Designator A = Amperage L = Lot number Belly Brand = Country of Origin
NNNNNNN
LLLLL
1
TPP-AAA
A
Standard Branding Reference View
21
8
PCB Layout Reference ViewC
0.65 1.27
5.60
1.75
Branded Face
Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current ConductorACS712
15Allegro MicroSystems, Inc.115 Northeast CutoffWorcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A.1.508.853.5000; www.allegromicro.com
Copyright ©2006-2011, Allegro MicroSystems, Inc.The products described herein are protected by U.S. patents: 5,621,319; 7,598,601; and patent pending. Allegro MicroSystems, Inc. reserves the right to make, from time to time, such de par tures from the detail spec i fi ca tions as may be required to per-
mit improvements in the per for mance, reliability, or manufacturability of its products. Before placing an order, the user is cautioned to verify that the information being relied upon is current.
Allegro’s products are not to be used in life support devices or systems, if a failure of an Allegro product can reasonably be expected to cause the failure of that life support device or system, or to affect the safety or effectiveness of that device or system.
The in for ma tion in clud ed herein is believed to be ac cu rate and reliable. How ev er, Allegro MicroSystems, Inc. assumes no re spon si bil i ty for its use; nor for any in fringe ment of patents or other rights of third parties which may result from its use.
For the latest version of this document, visit our website:www.allegromicro.com
Revision HistoryRevision Revision Date Description of RevisionRev. 14 October 12, 2011 Update branding specifications
top related