KONTROL KECEPATAN MOTOR 1 FASA MENGGUNAKAN

INVERTER DENGAN METODE HARD SWITCHING

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1)

Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang

Disusun Oleh :

MOCH ISTIQLALUL FIKRI NEGARA

201210130311102

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

2017

ii

iii

iv

v

ABSTRAK

Motor induksi 1 fasa adalah motor yang pada umumnya digunakan sebagai

penggerak pada peralatan yang menggunakan daya rendah. Kecepatannya dapat

diatur dengan cara mengubah nilai frekuensinya. Sehingga dibutuhkan variable

speed drive (VSD) sebagai pengontrol kecepatan motor induksi 1 fasa. VSD adalah

alat yang terdiri dari rectifier, DC link, dan inverter. Rectifier mengubah tegangan

AC menjadi tegangan DC, kemudian inverter mengubah tegangan DC menjadi

tegangan AC lagi dengan frekuensi yang dapat diubah untuk mengatur kecepatan

motor. Tugas akhir ini, penulis akan menjelaskan cara kerja pengontrolan kecepatan

pada motor 1 fasa dengan menggunakan inverter SPWM. Simulasi sistem akan

diaplikasikan dengan menggunakan simulink MATLAB untuk menunjukkan

bahwa dengan menggunakan metode inverter SPWM dapat mengontrol kecepatan

motor 1 fasa.

Kata kunci: Motor induksi 1 fasa, Variable speed drive, Inverter, Rectifier,

SPWM.

vi

ABSTRACT

The single phase induction motor is a motor which is generally used as a

driving force on the equipment that uses low power. The speed can be adjusted by

changing the frequency value. So it takes variable speed drive as a speed control of

single phase induction motor. Variable speed drive is a tool consisting of rectifier,

DC link, and inverter. The rectifier converts the AC voltage to DC voltage, then the

inverter converts the DC voltage into AC voltage again with the frequency that can

be changed to adjust the motor speed. This final project, the writer will explain how

the speed control on single phase motor using SPWM inverter. The system

simulation will be applied using simulink MATLAB to show that by using SPWM

inverter method can control the speed of single phase motor.

Keywords: Single phase Induction motor, Variable speed drive, Inverter, Rectifier,

SPWM.

vii

LEMBAR PERSEMBAHAN

Puji syukur kepada Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat

menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-

besarnya kepada :

1. Eyang, Ibu, dan Ayahku tercinta yang tidak pernah lelah selalu mendoakan serta

memberikan dukungan baik mental maupun materi. Sehingga penulis bisa

menyelesaikan tugas akhir ini.

2. Ibu Ir. Nur Alif Mardiyah, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Malang.

3. Bapak Ir. Nur Hadi, MT. selaku dosen pembimbing I yang telah banyak memberikan

bimbingan dan saran dalam pembuatan laporan ini.

4. Bapak Ilham Pakaya, ST selaku dosen pembimbing II yang telah banyak memberikan

bimbingan dan saran dalam pembuatan laporan ini.

5. Seluruh Dosen Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang yang memberikan

ilmu dan pengalaman di dunia elektro.

6. Rahmah Rizqi Ananda yang selalu memberi penulis semangat setiap waktu dan

memotivasi penulis dari awal perkuliahan sampai selesai.

7. Seluruh teman-teman kelas elektro B 2012 yang selalu memberikan semangat dan

memberi penulis ilmu yang bermanfaat selama perkuliahan.

8. Seluruh saudara-saudari IMM Aufklarung Teknik terutama rayon curiosita, KAMMI

UMM Raya, HMI Teknik, Himpunan Mahasiswa Teknik Elektro 2013, Senat

Mahasiswa Fakultas Teknik 2014, dan Badan Eksekutif Mahasiswa Fakultas Teknik

2015 yang memberi penulis pengalaman berorganisasi dan membuat hari-hari penulis

penuh dengan semangat perjuangan.

9. Seluruh saudara-saudari KKN 56 UMM 2015 yang mengajarkan penulis tentang

persaudaraan dan kekeluargaan.

10. Seluruh pemain basket Bluesky, Moodbooster, dan Minggu Pagi UMM yang selalu

mendorong penulis untuk selalu berolahraga dan menjaga kesehatan.

11. Sahabat-sahabat perjuangan, Rosa Regina S.Kom, Arif Anggi Wijaya S.T, Amrizal

Sudiana, Ivan ahsanul Insan S.T, Farid Eko Lasiono S.E, Ahmad Effendi S.E,

Pramudya Agung S.Kom, dan sahabat-sahabat perjuangan yang tidak dapat disebutkan

satu persatu terima kasih atas bantuan dan dukungannya.

viii

viii

KATA PENGANTAR

Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT. Atas rahmat serta

hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul :

“KONTROL KECEPATAN MOTOR 1 FASA MENGGUNAKAN

INVERTER DENGAN METODE HARD SWITCHING”.

Dalam mewujudkan semua yang lebih baik, kami selalu berhadapan dengan

segala macam hambatan. Tidak lain halnya dalam pembuatan Laporan Tugas Akhir

ini, banyak hambatan yang harus penulis lewati, tetapi berkat bantuan dari beberapa

pihak akhirnya penulis dapat melampauinya dengan lancar.

Penulis menyadari bahwa didalam penulisan laporan ini tidak terlepas dari

bimbingan dan pengarahan dari para dosen Universitas Muhammadiyah Malang

serta pihak – pihak yang telah tulus ikhlas memberikan bantuan baik secara moril

dan spiritual. Semoga amal kebaikan serta keikhlasan mereka mendapat balasan

setimpal dari Allah SWT.

Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam penulisan skripsi ini masih

banyak kekurangan dan keterbatasan. Oleh karena itu penulis mengharapkan saran

yang membangun agar tulisan ini bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan

dan perkembangan teknologi kedepan.

Malang, 21 Oktober 2017

Penulis

ix

DAFTAR ISI

LEMBAR JUDUL ................................................................................................. i

LEMBAR PERSETUJUAN ................................................................................. ii

LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................. iii

LEMBAR PERNYATAAN ................................................................................. iv

ABSTRAKSI ........................................................................................................... v

ABSTRACT .......................................................................................................... vi

LEMBAR PERSEMBAHAN ............................................................................. vii

KATA PENGANTAR ........................................................................................ viii

DAFTAR ISI ......................................................................................................... ix

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ xi

DAFTAR TABEL .............................................................................................. xiii

BAB I

PENDAHULUAN ................................................................................................... 1

1.1 Latar belakang ................................................................................................... 1

1.2 Rumusan masalah ............................................................................................. 2

1.3 Tujuan ............................................................................................................... 2

1.4 Batasan masalah ................................................................................................ 2

1.5 Sistematika penulisan ........................................................................................ 3

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA ......................................................................................... 5

2.1 Motor induksi .................................................................................................... 5

2.1.1 Komponen utama ..................................................................................... 5

2.1.2 Klarifikasi ................................................................................................ 8

2.1.3 Prinsip terjadinya medan putar ................................................................ 8

2.1.4 Rangkaian ekivalen motor induksi ........................................................... 9

2.1.5 Prinsip kerja motor induksi .................................................................... 11

2.1.6 Slip ......................................................................................................... 11

2.1.7 Pengaturan putaran motor induksi ......................................................... 12

2.2 Variable speed drive ....................................................................................... 14

x

2.2.1 Prinsip variable speed drive ................................................................... 14

2.2.2 Operasi variable speed drive ................................................................. 15

2.3 Inverter ............................................................................................................ 16

2.3.1 Full bridge inverter ................................................................................ 20

2.2 Inverter satu fasa dengan kontrol PWM ......................................................... 21

2.4.1 Metode switching inverter satu fasa ...................................................... 21

2.5 Software MATLAB simulink .......................................................................... 24

BAB III

PERANCANGAN SISTEM ................................................................................ 26

3.1 Perancangan pemodelan simulasi ................................................................... 27

3.1.1 Pemodelan IGBT/diode pada inverter satu fasa .................................... 27

3.2 Pemodelan inverter satu fasa dengan metode hard switching ........................ 28

3.3 Pemodelan rectifier satu fasa ........................................................................... 31

3.4 Pemodelan variable speed drive (VSD).......................................................... 32

3.5 Pemodelan motor induksi satu fasa ................................................................. 32

BAB IV

PENGUJIAN DAN ANALISA SISTEM ............................................................ 34

4.1 Rangkaian simulasi kontrol kecepatan motor satu fasa menggunakan inverter

dengan metode hard switching............................................................................... 34

4.2 Pengujian pada simulasi .................................................................................. 35

4.3 Hasil simulasi inverter menggunakan metode hard switching ....................... 35

4.4 Pembahasan ..................................................................................................... 39

BAB V

PENUTUP ............................................................................................................. 40

5.1 Kesimpulan ..................................................................................................... 40

5.2 Saran ............................................................................................................... 40

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 41

LAMPIRAN

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Konstruksi motor induksi .................................................................... 6

Gambar 2.2 Terminal a,b,c pada stator yang terhubung ke sumber 3 fasa ............. 9

Gambar 2.3 Medan putar pada motor induksi ........................................................ 9

Gambar 2.4 Rangkaian ekivalen motor induksi ................................................... 10

Gambar 2.5 Rangkaian rotor ................................................................................. 10

Gambar 2.6 Jumlah kutub ..................................................................................... 13

Gambar 2.7 Variable speed drive ......................................................................... 14

Gambar 2.8 Proses pembangkitan gelombang persegi ......................................... 22

Gambar 2.9 Gelombang multiple pulse width modulation ................................... 23

Gambar 3.1 Diagram blok VSD satu fasa menggunakan metode hard switching

.......................................................................................................... 26

Gambar 3.2 Perancangan IGBT/Diode pada inverter satu fasa ............................ 27

Gambar 3.3 Blok parameter IGBT default MATLAB ........................................... 28

Gambar 3.4 Perancangan inverter satu fasa dengan metode hard switching ....... 29

Gambar 3.5 Parameter sinyal segitiga .................................................................. 27

Gambar 3.6 Parameter sinyal sinus ...................................................................... 30

Gambar 3.7 Hasil keluaran dari SPWM inverter 1 fasa ....................................... 31

Gambar 3.8 Perancangan penyearah jembatan gelombang penuh satu fasa ........ 31

Gambar 3.9 Perancangan VSD satu fasa dengan metode SPWM ........................ 32

Gambar 3.10 Lambang blok motor 1 fasa simulink MATLAB ................................ 33

Gambar 4.1 Hasil tegangan output rectifier ........................................................ 35

Gambar 4.2 Hasil output kecepatan motor pada frekuensi 50 Hz ....................... 36

Gambar 4.3 Hasil output kecepatan motor pada frekuensi 51 Hz ....................... 36

Gambar 4.4 Hasil output kecepatan motor pada frekuensi 52 Hz ....................... 36

Gambar 4.5 Hasil output kecepatan motor pada frekuensi 53 Hz ....................... 36

Gambar 4.6 Hasil output kecepatan motor pada frekuensi 54 Hz ....................... 37

Gambar 4.7 Hasil output kecepatan motor pada frekuensi 55 Hz ....................... 37

Gambar 4.8 Hasil output kecepatan motor pada frekuensi 56 Hz ....................... 37

Gambar 4.9 Hasil output kecepatan motor pada frekuensi 57 Hz ....................... 37

Gambar 4.10 Hasil output kecepatan motor pada frekuensi 58 Hz ....................... 38

Gambar 4.11 Hasil output kecepatan motor pada frekuensi 59 Hz........................ 38

xii

Gambar 4.12 Hasil output kecepatan motor pada frekuensi 60 Hz........................ 39

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Perbandingan tiga piranti penyakelar daya untuk kemampuan (rating)

yang setara ............................................................................................. 18

Tabel 2.2 Perbandingan karakter piranti penyaklaran daya................................... 19

Tabel 2.3 Perbandingan tegangan drop dan rating tegangan antara IGBT dan

MOSFET pada kemampuan arus maupun luasan yang sama ............... 20

Tabel 3.1 Parameter motor induksi satu fasa ......................................................... 33

Tabel 4.1 Nilai radian perdetik dan nilai kecepatan motor terhadap perubahan

frekuensi ................................................................................................ 39

41

DAFTAR PUSTAKA

[1] A. K. N and H. Hariyanto, “Perencanaan Kontrol PID pada Motor Induksi

Berbasis MATLAB Simulink,” Tek. Elektro, U. Semarang, vol. 1, no. 1, pp.

731–738, 2011.

[2] Azuan Bin Alias, “Modeling and Simulation of Single Phase Inverter with PWM

Using MATLAB / Simulink,” Fac. Electr. Electron. Eng. Univ. Malaysia

Pahang, vol. 1, no. 1, pp. 1–24, 2007.

[3] B. Saragih, “Tugas akhir perbaikan unjuk kerja inverter satu phasa dengan

menggunakan kontrol sinyal modulasi lebar pulsa,” 2008.

[4] P. Kurniawan, “Perancangan dan Simulasi Metode Direct Torque Control

(DTC) untuk Pengaturan Kecepatan Motor Induksi Tiga Fasa,” Tek. Elektro FTI,

vol. 1, no. 1, pp. 1–7, 2010.

[5] Z. Abidin, “Simulasi Pengaturan Kecepatan Motor Induksi 1 Fase dengan

MATLAB,” J. Tek. Elektro, vol. 1, no. 1, pp. 5–10, 2010.

[6] Irwan Sukma Darmawan, “Pengembanga Inverter 12 VDC ke 220 VAC 50Hz

dengan Penguat Akhir H-BRIDGE MOSFET,” 2012.

[7] Heru Danarbroto, “Perancangan Vektor Kendali SPWM Inverter sebagai

Kontrol Motor Turbin Angin pada Generator Induksi 3 Fasa,” Tek. Elektro dan

Komput., vol. 1, no. 1, pp. 1–8, 2009.

[8] V. Thirumurugan and D. Paul, “Sensorless Speed Control of Single-Phase

Induction Motor Drive System Using Field Oriented Control,” 2014.

[9] M. Jannati, N. Rumzi, N. Idris, M. Junaidi, A. Aziz, and T. Sutikno, “Switching

FOC Method for Vector Control of Single-Phase Induction Motor Drives,” Int.

J. Electr. Comput. Eng., vol. 6, no. 2, pp. 474–483, 2016.

42

[10] F. MR, “Rancang Bangun Inverter 12v dc ke 220v ac dengan Frekwensi 50hz

dan Gelombang Keluaran Sinusoidal,” 2010.