makalah semhas

Upload: anissayes

Post on 18-Oct-2015

69 views

Category:

Documents


1 download

DESCRIPTION

kjcbakvgav

TRANSCRIPT

PERANCANGAN MODUL PENGASUTAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA METODE SOFT-STARTING PADA PRAKTIKUM MESIN ELEKTRIK

MAKALAH SEMINAR HASIL SKRIPSIJURUSAN TEKNIK ELEKTRO

Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Disusun oleh:MUH. IQBAL DIAS PRIMANIM. 0610630068

KEMENTERIAN PENDIDIKAN NASIONALUNIVERSITAS BRAWIJAYAFAKULTAS TEKNIKMALANG2011

LEMBAR PERSETUJUANPERANCANGAN MODUL PENGASUTAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA METODE SOFT-STARTING PADA PRAKTIKUM MESIN ELEKTRIK

MAKALAH SEMINAR HASILJURUSAN TEKNIK ELEKTRO

Disusun oleh:MUH. IQBAL DIAS PRIMANIM. 0610630068

Telah diperiksa dan disetujui oleh :

Dosen Pembimbing IDosen Pembimbing II

Ir. Hery Purnomo, MT.NIP. 19550708 198212 1 001

Ir. ChairuzzainiNIP. 19500627 197803 1 001

Perancangan Modul Pengasutan Motor Induksi Tiga Fasa Metode Soft-Starting Pada Praktikum Mesin Elektrik

ABSTRAK

Muh. Iqbal Dias Prima, Ir. Hery Purnomo, MT., Ir. ChairuzzainiMahasiswa Teknik Elektro, Dosen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Brawijaya Jalan MT. Haryono 167, Malang 65145, Indonesia E-mail: [email protected]

Salah satu sub pokok bahasan dalam Praktikum Mesin Elektrik adalah pengasutan motor induksi untuk mempelajari karakteristik lonjakan arus saat proses pengasutan. Praktikum pengasutan motor induksi tiga fasa masih dapat dikembangkan jika ditinjau dari segi metode pengasutan dengan metode soft-starting. Pengasutan motor induksi tiga fasa metode soft-starting pada dasarnya memberikan tegangan awal yang kecil dan dinaikkan secara perlahan menggunakan komponen elektronika daya dengan tujuan membatasi arus stator. Tujuan dari penelitian ini untuk merancang dan membuat modul pengasutan motor induksi tiga fasa metode soft-starting pada Praktikum Mesin Elektrik dengan komponen utama TRIAC untuk mengurangi arus pengasutan. Modul yang dirancang berdasarkan spesifikasi motor induksi tiga fasa rotor sangkar merek AEG hubungan Y/; 380/220 V; I 3,7/6,4 A; 50 Hz; n = 1420 rpm daya 1,5 kW yang terhubung bintang. Modul yang dirancang menggunakan mikrokontroler ATMega16 sebagai kontrol utama untuk mengatur sudut penyalaan gate TRIAC BTA-16B dengan optocoupler MOC-3021 sebagai isolasi antar rangkaian. Pengasutan motor induksi tanpa beban menggunakan metode soft-starting mampu menurunkan arus pengasutan menjadi dua kali arus kondisi mantap saat sudut penyalaan awal 135, pengasutan berbeban braker mampu menurunkan arus pengasutan menjadi empat kali arus kondisi mantap saat sudut penyalaan awal 100, untuk pengasutan berbeban generator sinkron mampu menurunkan arus pengasutan menjadi tiga kali arus kondisi mantap saat sudut penyalaan awal 120. Modul soft-starter mampu menurunkan arus dan kejut mekanik pada saat pengasutan baik dalam kondisi tanpa beban atau berbeban.Kata kunci : soft-starting, TRIAC, sudut penyalaan, arus pengasutan.

6

I. PENDAHULUAN1.1 Latar BelakangPraktikum Mesin Elektrik merupakan salah satu kegiatan praktikum di Jurusan Teknik Elektro Universitas Brawijaya yang dilaksanakan di Laboratorium Mesin Elektrik. Salah satu sub pokok bahasan dalam Praktikum Mesin Elektrik mempelajari karakteristik lonjakan arus saat proses pengasutan motor induksi tiga fasa. Tujuan dari praktikum pengasutan motor induksi tiga fasa untuk mempelajari berbagai metode pengasutan pada motor induksi tiga fasa dan karakteristik peralihan arus ketika motor induksi diasut dari keadaan diam menuju keadaan mantapnya.Praktikum pengasutan motor induksi tiga fasa masih dapat dikembangkan dengan semakin berkembangnya metode-metode pengasutan motor induksi tiga fasa dan kemajuan perangkat elektronika saat ini. Pengembangan mungkin dilakukan jika ditinjau dari segi metode pengasutan motor induksi metode soft starting. Pengasutan motor induksi tiga fasa metode soft-starting pada dasarnya memberikan tegangan rms awal yang kecil dan dinaikkan secara perlahan menggunakan komponen elektronika daya dengan tujuan membatasi arus stator pada saat proses pengasutan.

Kontrol analog pada rangkaian elektronika daya mulai tergantikan dengan berkembangnya rangkaian digital. Pengontrolan tegangan AC pada aplikasi modern saat ini menggunakan mikrokontroler karena lebih flesibel dalam pengaplikasiannya. Penggunaan mikrokontroler pada modul soft-starter sebagai pengaturan tegangan pada komponen elektronika daya akan memudahkan pengembangan di masa yang akan datang.Pengembangan praktikum pengasutan motor induksi tiga fasa merupakan hal yang mungkin untuk dilaksanakan, karena metode pengasutan yang diujicobakan masih kurang. Semoga dengan penambahan modul pengasutan motor induksi tiga fasa yang baru dapat bermanfaat dan memperkaya wawasan dalam bidang pengasutan motor induksi tiga fasa.

1.2 Rumusan MasalahSesuai dengan latar belakang di atas, maka rumusan masalah dalam penelitian ini adalah :Bagaimana menurunkan tegangan AC menggunakan komponen elektronika daya.Bagaimana memicu komponen elektronika daya menggunakan reverensi sinyal logika.Bagaimana mikrokontroler mendeteksi tegangan AC tiga fasa sebagai reverensi tegangan nol.Bagaimana merancang modul soft-starting motor induksi tiga fasa menggunakan komponen elektronika daya berbasis mikrokontroler.Bagaimana pengaruh sudut penyalaan komponen elektronika daya terhadap arus pengasutan motor induksi tiga fasa dalam kondisi tanpa beban dan berbeban.

1.3 Ruang LingkupPenyusunan penelitian ini menggunakan batasan masalah sebagai berikut:1. Motor induksi yang digunakan berupa motor induksi tiga fasa rotor sangkar merek AEG hubungan Y/; 380/220 V; I 3,7/6,4 A; 50 Hz; n = 1420 rpm daya 1,5 kW yang terhubung bintang.2. Motor induksi tiga fasa yang digunakan dioperasikan tanpa beban dan berbeban.3. Mikrokontroler yang digunakan ATMega 16.4. Parameter yang diamati hanya respon arus pada saat pengasutan motor induksi tiga fasa secara langsung dan menggunakan modul soft-starter.

1.4 TujuanTujuan dari penelitian ini untuk merancang dan membuat modul pengasutan motor induksi tiga fasa metode soft-starting pada Praktikum Mesin Elektrik dengan komponen utama TRIAC untuk mengurangi arus pengasutan.

1.5 Tinjauan Pustaka1.5.1 Prinsip Kerja Motor InduksiMotor induksi merupakan motor yang umum digunakan dalam dunia industri dan rumah tangga. Motor induksi sering digunakan karena motor induksi merupakan mesin yang ekonomis, handal, dan tersedia untuk berbagai aplikasi dan lingkungan kerja dengan jangkauan daya mulai dari beberapa watt sampai megawatt (Bose, 2002: 30).Salah satu prinsip dasar motor induksi ialah proses terciptanya medan yang berputar di celah udara. Medan putar merupakan resultan fluksi yang berputar akibat dari kumparan stator yang disuplai dengan sumber tiga fasa. Ketika sumber tiga fasa digunakan sebagai catu daya menyebabkan arus sinus tiga fasa mengalir pada kumparan stator tiga fasa yang ditunjukkan pada persamaan sebagai berikut :

(1-1)

(1-2)

(1-3)Akibat adanya arus yang mengalir di setiap kumparan tiap fasa, maka dihasilkan GGM (gaya gerak magnetik). GGM yang dihasilkan tiap kumparan terdistribusi di setiap titik celah udara dan membentuk gelombang sinus jika ditinjau dari sumbu kumparan tersebut (Bose, 2002: 31).

GGM yang terdistribusi memiliki nilai puncak sebesar yang berputar di celah udara dengan kecepatan sudut sinkron e. Dengan kata lain, rotor pada motor induksi tiga fasa dua kutub berputar penuh satu putaran setiap satu siklus gelombang arus sinusoidal. Dengan demikian untuk motor induksi dengan jumlah kutub sebanyak P-kutub, kecepatan sinkron mesin tersebut menjadi:

(1-4)Ketika rotor dalam keadaan diam, medan putar akan memotong batang konduktor dengan kecepatan sinkron sehingga muncul beda potensial yang besar di rotor. Namun ketika rotor berputar dalam kecepatan sinkron tidak ada perbedaan kecepatan sehingga tidak muncul beda potensial yang terinduksi di rotor (Huges, 2006: 185). Perbedaan antara kecepatan medan putar (ns) dengan kecepetan rotor (nr) disebut kecepatan slip dan dinyatakan dengan rumus:

(1-5)Tegangan terinduksi akan menghasilkan arus pada batang rotor karena konduktor dihubung singkat di ujungnya. Arus yg mengalir pada jalur tertutup dan arus tersebut akan berinteraksi dengan fluksi untuk menghasilkan torsi pada motor, dengan arah putaran yang sama dengan arah medan putar. Ketika kecepatan sinkron ns sama dengan kecepatan rotor nr maka rotor tidak terinduksi sehingga torsi tidak dapat dibangkitkan. Namun pada saat kecepatan rotor berbeda dengan kecepatan sinkron, (ns nr) kecepatan slip muncul dan torsi pun dapat dibangkitkan (Bose, 2002: 33).

Distribusi GGM tiga fasa pada kumparan stator pada saat t = 0.Sumber: Bose, 2002:32

1.5.2 Pengasutan Langsung Motor InduksiProses pengasutan merupakan proses pencatuan motor induksi baik secara langsung maupun tidak langsung dengan sumber tegangan, sehingga berimbas pada variasi kecepatan, arus, dan torsi yang dihasilkan (Boldea, 2002: 1 Bab 8). Arus yang besar pada saat proses pengasutan merupakan kelemahan motor induksi karena menyebabkan turunnya tegangan seketika yang tidak diharapkan pada sistem tegangan. Kurva arus dan torsi sebagai fungsi dari slip untuk pengasutan langsung pada motor induksi secara umum ditunjukkan pada Gambar 1.2.

Kurva torsi-kecepatan dan arus-kecepatan untuk motor induksi rotor sangkar. Dengan torsi dan arus pada saat beban penuh (full-load)Sumber: Huges, 2006:195

Torsi per ampere yang mengalir berada pada nilai yang rendah (ketika slip tinggi) dan mencapai nilai yang tinggi pada daerah kerjanya (ketika slip rendah) sehingga arus yang besar pada saat pengasutan tidak diimbangi dengan torsi starting yang besar pula (Huges, 2006: 195). Kekurangan dari metode pengasutan langsung (D.O.L) ialah arus yang mengalir ketika proses akselerasi sangat besar, yaitu mencapai enam sampai tujuh kali arus nominal dari motor. Selama proses pengasutan torsi dari motor yang besar akan memberikan tekanan pada peralatan kopel mekanik dan penggerak (Kjellberg, 2003: 9).

1.5.3 Pengasutan Metode Soft-StartingMetode sederhana dalam pengontrolan pengasutan pada motor induksi dengan menurunkan tegangan AC melalui kontroler tegangan disebut metode soft-starter. Softstarter digunakan secara luas dalam pengasutan motor induksi karena menghasilkan laju kenaikan arus dan torsi yang halus dengan laju yang bisa diatur (Huges, 2006: 204). Dua konfigurasi dasar dari perancangan soft-starter ditunjukkan pada Gambar 1.3. konfigurasi thyristor dipasang antiparalel satu sama lain, dan terpasang seri dengan sumber listrik tiga fasa dan kumparan stator. Konfigurasi thyristor yang terpasang bintang merupakan standar pembentukan perancangan soft-starter di dunia industri (Boldea, 2002: 8 Bab 8).

Soft-starter motor induksi (a) hubungan bintang (b) hubungan segitigaSumber : Boldea, 2002:8 Bab 8

Sudut pemicuan dihitung terhadap titik persinggungan titik nol (zero crossing) jika motor memiliki sudut faktor daya dengan notasi 1 dan bentuk gelombang masukan dan luaran ditunjukkan pada Gambar 1.4 di bawah ini.

Kurva tegangan fasa dan arus pada Soft-starterSumber: Boldea, 2002:9 Bab 8

Bentuk gelombang arus sinusoidal tidak murni menunjukkan berbentuk arus yang terdistorsi oleh harmonisa namun motor menerima arus tersebut. Arus stator akan kontinyu jika sudut pemicuan lebih kecil dari sudut faktor daya motor (1) dan sebaliknya arus stator akan diskontinyu jika sudut pemicuan lebih besar dari sudut faktor daya motor (1). Sudut penyalaan pada kondisi arus tidak kontiyu tetap dibutuhkan pada proses pengasutan meskipun harmonisa yang ditimbulkan mengganggu peralatan lain yang satu sumber (Boldea, 2002: 9 Bab 8).

1.5.4 TRIAC (Bidirectional Thyristor)TRIAC merupakan dua thyristor yang terpasang antiparalel yang terintegrasi dalam satu komponen dengan terminal gate menjadi satu. Aplikasi praktis dari penggunaan TRIAC sebagai saklar elektronik pada umumnya pada pengaturan tegangan AC, antara lain: VAR kompensator, saklar statis, soft-starter dan driver motor (Rashid, 2001: 44). Potongan melintang dan simbol dari TRIAC ditunjukan pada Gambar 1.5.

Simbol dan karakteristik v i dari TRIACSumber: Bose, 2002:10

Secara umum TRIAC lebih ekonomis dan lebih mudah dalam pengontrolannya dibanding sepasang thyristor yang terpasang anti-paralel, namun dikarenakan konstruksinya yang terintegrasi menimbulkan beberapa kekurangan. Kekurangan TRIAC jika dibandingkan thyristor antara lain sensitivitas arus gate TRIAC lebih buruk dan waktu pemutusan (turn-off time) lebih lama dan dengan alasan yang sama, nilai dv/dt lebih rendah, sehingga sulit untuk diaplikasikan pada beban induktif. Karena itu, rangkaian snubber RC diperlukan pada rangkaian TRIAC.

1.5.5 Phase Control Beban induktifPhase control merupakan rangkaian dimana daya yang disalurkan ke rangkaian dikontrol dengan menunda sudut penyalaan dari thyristor atau TRIAC (Rashid, 2001: 309). Phase control digunakan pada aplikasi kontrol lampu atau pengontrol kecepatan motor.(a)(b)

(a) Rangkaian phase control(b) Bentuk gelombang luaran

Sering kali terjadi kegagalan pemicuan saat beban induktif karena pemicuan yang sempit saat thyristor masih konduksi. Kegagalan akibat pemicuan akibat beban induktif dapat diatasi dengan pemicuan thyristor yang kontinyu atau menggunakan pulsa train untuk menurunkan disipasi daya seperti ditunjukkan pada Gambar 1.7.

(a)(b)

(a) Kegagalan pemicuan menggunakan pulsa tunggal.(b) Pemicuan menggunakan pulsa kontinyu atau menggunakan pulsa train

1.5.6 Zero Crossing DetectorProses timbulnya gangguan harmonisa selama proses pensaklaran pada dasarnya bergantung pada amplitudo tegangan AC yang disaklar pada titik tersebut (Atmel, 2002: 1). Pensaklaran ideal dilakukan ketika amplitudo tegangan AC nol volt demi mendapatkan gangguan serendah mungkin. Proses pendeteksian titik tegangan AC nol disebut zero crossing detector. Bentuk gelombang zero crossing detector ditunjukkan pada Gambar 1.8. Sinyal kotak sefasa dengan sinyal sinusoida tegangan AC, dengan mendeteksi tepi naik mikrokontroler dapat menunjukkan secara akurat kapan zero cross itu terjadi. Mikrokotroler dapat menjadi pendeteksi zero cross yang akurat dengan menggunakan sinyal tersebut dan dengan kode pemrograman yang singkat berbasiskan interupsi. Sinyal kotak sebenarnya adalah sinyal sinusoida AC dengan puncak positifnya terpotong pada tegangan VCC + 0,5V dan GND 0,5.

Bentuk gelombang masukan PIN eksternal interuptSumber: Atmel, 2002:3

II. METODE PENELITIANMetode penelitian yang digunakan dalam penelitian ini secara umum tersusun sebagai berikut: 1. Studi literatur2. Perancangan alat3. pembuatan alat4. Pengujian alat5. Pengambilan kesimpulan dan saran

III. PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALATBerdasarkan spesifikasi yang telah ditentukan, modul pengasutan motor induksi tiga fasa metode soft-starting digambarkan secara garis besar dalam sebuah blok diagram seperti ditunjukkan pada Gambar 3.1.

1. 2. Blok diagram keseluruhan sistemSumber: Penulis

Penjelasan blok diagram di atas:1. Rangkaian zero crossing detector berfungsi sebagai rangkaian pendeteksi tegangan AC nol tiga fasa agar mampu dideteksi oleh mikrokontroler.2. Mikrokontroler sebagai pengolah data utama yang bersumber dari rangkaian sebelumnya (rangkaian zero crossing detector dan reverensi masukan) dan meneruskan hasil perhitungan internal berupa logika digital digunakan sebagai sinyal pemicuan.3. Optocoupler berfungsi untuk mengisolasi sinyal listrik yang ada pada bagian pengontrol konponen daya dan komponen daya itu sendiri dan sebagai rangkaian penyalur pulsa pemicuan gate TRIAC.4. TRIAC merupakan komponen utama pengontrol tegangan bolak-balik AC dan difungsikan sebagai pengontrol tegangan pada saat pengasutan motor induksi dengan metode soft-starting.5. Motor induksi tiga fasa nantinya diasut dari keadaan diam ke keadaan mantab berputar menggunakan metode soft-starting.

3.1 Perancangan Perangkat KerasPerancangan perangkat keras modul pengasutan motor induksi tiga fasa metode soft-starting terbagi menjadi beberapa langkah antara lain:1. Perancangan perangkat keras soft-starter menggunakan komponen TRIAC.2. Perancangan rangkaian pendeteksi tegangan AC zero crossing detector3. Perancangan rangkaian pemicuan gate komponen daya TRIAC4. Perancangan antar muka rangkaian menggunakan mikrokontroler ATMega165. Perancangan perangkat unit pelindung

3.1.1 Penentuan Komponen TRIACMotor induksi yang digunakan memiliki rating sebagai berikut: arus beban nominal Y/ : 3,7/6,4 A tegangan beban nominal Y/: 380/220 VMotor induksi tiga fasa nantinya dihubungkan dengan sumber tiga fasa dalam hubungan bintang. Reverensi nilai arus dan tegangan yang digunakan dalam perhitungan selanjutnya ialah saat motor dihubung bintang.Arus pada saat pengasutan yang melewati komponen TRIAC dibatasi dua kali arus nominal maka arus maksimum sebesar 7,4 A. Sedangkan tegangan maksimum yang mampu ditahan oleh TRIAC pada saat off state (kondisi mati) sebesar:

= 311,126 voltBerdasarkan perhitungan dan estimasi di atas, setelah disesuaikan dengan ketersediaan komponen di lapangan maka TRIAC yang digunakan adalah BTA-16B dengan rating arus dan tegangan sebesar 16 A dan 600 V. TRIAC yang digunakan nantinya berjumlah tiga buah yaitu satu buah TRIAC untuk tiap fasa sesuai dengan skematik rangkaian pada Gambar 3.2.

Konfigurasi antara motor induksi hubungan bintang dengan komponen TRIAC.Sumber: Penulis

3.1.2 Perancangan Rangkaian Zero Crossing DetectorRangkaian zero crossing detector digunakan sebagai rangkaian acuan tegangan AC ketika menyinggung titik nol. Rangkaian zero crossing detector yang dibuat nantinya berjumlah tiga buah sesuai dengan jumlah fasa sumber motor induksi yaitu tiga buah. Rangkaian yang dibuat mempergunakan tiga buah external interrupt dimana masing-masing external interrupt dihubungkan dengan resistor 1 M. Bentuk rangkaian zero crossing detector untuk sumber tiga fasa ditunjukkan pada Gambar 3.3.

Rangkaian zero crossing detector untuk tiga fasa.Sumber: Penulis

3.1.3 Perancangan Rangkaian Pemicuan Gate TRIACTRIAC merupakan komponen elektronika daya yang digunakan untuk mengatur tegangan AC sehingga pemicuan dari gate TRIAC juga dapat dilakukan dengan pulsa negatif atau pulsa positif (sesuai tegangan AC). Sinyal pemicuan berasal dari luaran logika mikrokontroler harus diteruskan ke rangkaian daya menggunakan komponen tambahan berupa optocoupler.Rangkaian optocoupler berfungsi untuk mengisolasi rangkaian logika sebagai masukan dan rangkaian daya sebagai luaran. Opto-TRIAC menggunakan TRIAC sebagai detektor optiknya sehingga arus mampu mengalir baik positif maupun negatif. Karakteristik tersebut membuat opto-TRIAC mampu memicu komponen daya TRIAC. Komponen opto-TRIAC yang digunakan bertipe MOC 3021 berjumlah tiga buah sesuai dengan komponen daya TRIAC yang dipicu gate-nya. Rangkaian pemicuan gate TRIAC ditunjukkan pada Gambar 3.4.

Rangkaian pemicuan gate TRIAC berjumlah tiga buah.Sumber: Penulis

3.1.4 Perancangan Antarmuka Rangkaian MikrokontrolerMikrokontroler yang digunakan tipe ATMega16 yang memiliki 32 kaki masukan/luaran (PORT I/O) yang terbagi menjadi 4 PORT (PORTA, PORTB, PORTC, dan PORTD). Jumlah kaki tersebut harus mampu mencakupi fitur dari spesifikasi alat yang dirancang, alokasi kaki-kaki mikrokontroler dan fungsi : Tiga kaki (PORTD.2, PORTD.3, dan PORTB.2) difungsikan masukan untuk rangkaian zero crossing detector. Tiga kaki difungsikan sebagai masukan dihubungkan dengan tiga buah push button (masukan data, mulai proses pengasutan, dan stop) Tiga kaki (PORTA.5, PORTA.6, dan PORTA.7) difungsikan sebagai LED indikator menandakan tiga keadaan, yaitu masukan data, mulai proses pengasutan, dan stop proses pengasutan. Dua kaki difungsikan sebagai masukan potensio (PORTA.0 dan PORTA.1) Satu PORT yaitu PORTC difungsikan sebagai antarmuka tampilan LCD Tiga kaki (PORTD.5, PORTD.6, dan PORTD.7) difungsikan sebagai antarmuka pemicuan dengan rangkaian opto-TRIAC berjumlah tiga buah.Sesuai dengan acuan pengalokasian kaki-kaki mikrokontroler diatas maka rangkaian antarmuka mikrokontroler ditunjukkan pada Gambar 3.5.

Rangkaian antarmuka mikrokontroler.Sumber: Penulis

3.1.5 Pengaman Terhadap Laju di/dtKerusakan TRIAC yang disebabkan oleh di/dt yang tinggi dapat dihindari dengan memasang induktor terpasang seri dengan baban. Dalam perancangan pengaman terhadap laju pertambahan arus di/dt harus di bawah spesifikasi di/dt maksimum komponen. Secara pendekatan, di/dt maksimum dapat dihitung melalui persamaan:

(3-1)

= 12129,7 Ampere/detik= 0,01213 Ampere/detikdi/dt komponen TRIAC mengacu pada datasheet yang digunakan sebesar 50 A/s sehingga tidak diperlukan lagi pengaman di/dt tiap fasa.

3.1.6 Pengaman Terhadap Laju dv/dtPengaman terhadap laju kenaikan tegangan dv/dt perlu dilakukan, karena apabila dv/dt dari TRIAC dilampaui TRIAC akan terkonduksi meskipun tidak ada arus trigger pada terminal gate TRIAC. Setiap TRIAC mempunyai spesifikasi dv/dt maksimumnya yang tertera pada setiap datasheet komponen. dv/dt pada datasheet TRIAC BTA16 tertera sebesar 10V/detik. Perhitungan rangkaian snubber sebagai berikut:

(3-2)

nilai Cs ditentukan dengan perhitungan sebagai berikut:

(3-3)

nilai dari Rs ditentukan dengan perhitungan sebagai berikut:

(3-4)

Berdasarkan perhitungan di atas dan disesuaikan dengan komponen yang ada dilapangan maka nilai kapasitor dan resistor yang digunakan sebesar C = 33nF dan R=820 .

3.2 Perancangan Perangkat LunakPerancangan perangkat lunak disusun untuk mendukung perangkat keras yang telah dirancang sebelumnya. Perangkat lunak yang dirancang diharapkan sesuai dengan tujuan awal penelitian mengenai pengasutan motor induksi tiga fasa metode soft-starting.Kalkulasi perangkat lunak didasarkan pada referensi tegangan nol pada tegangan AC. Ketika tegangan nol telah terdeteksi, sudut penyalaan diperoleh dengan membuat fungsi tunda (delay) sesuai dengan perhitungan yang dibuat. Bentuk gelombang tegangan AC, letak titik deteksi rangkaian zero cross, dan perkiraan fungsi tunda (delay) dijelaskan pada Gambar 3.6.

Letak deteksi zero cross dan proses kalkulasi fungsi tundaSumber: Penulis

Perancangan perangkat lunak modul soft-starter motor induksi tiga fasa terbagi menjadi beberapa langkah antara lain:1. Perancangan diagram alir fungsi utama2. Perancangan diagram alir deteksi zero cross3. Perancangan diagram alir pemicuan TRIAC

3.2.1 Perancangan Diagram Alir Fungsi UtamaPerancangan diagram alir fungsi utama sistem kerja pengendalian sudut penyalaan TRIAC dengan referensi deteksi zero cross dirancang berdasarkan diagram alir yang ditunjukkan pada Gambar 3.7. Penjelasan diagram alir fungsi utama antara lain:1. Diagram alir diawali dengan memberikan referensi masukan berupa sudut penyalaan awal dan durasi pewaktu yang digunakan. 2. Dalam perulangan fungsi utama setelah ditentukan variabel awal berupa masukan, proses pendeteksian tegangan nol AC dilakukan oleh sub fungsi Deteksi zero cross.3. Jika umpan balik dari sub fungsi menyatakan terdeteksi tegangan nol AC maka proses perhitungan dan pemicuan TRIAC dilakukan dengan menjalankan sub fungsi Pemicuan TRIAC.

Diagram alir fungsi utamaSumber: Penulis

3.2.2 Perancangan Diagram Alir Deteksi Zero CrossPerancangan diagram alir sub fungsi deteksi zero cross dirancang berdasarkan diagram alir yang ditunjukkan pada Gambar 3.8. Penjelasan diagram alir sub fungsi deteksi zero cross antara lain:1. Sinyal masukan pada PORT interrupt merupakan sinyal tegangan AC yang telah terkondisi berupa sinyal logika (1 dan 0) menggunakan rangkaian zero crossing detector. tepi naik pada sinyal masukan PORT interrupt secara tidak langsung menandakan tegangan nol AC 2. Jika terdeteksi tepi naik pada PORT interrupt maka sub fungsi deteksi zero cross memberikan umpan balik ke program utama baik terdeteksi atau tidak untuk diteruskan ke perhitungan selanjutnya.

Diagram alir deteksi zero crossSumber: Penulis

3.2.3 Perancangan Diagram Alir Pemicuan TRIACPerancangan diagram alir sub fungsi pemicuan TRIAC dirancang berdasarkan diagram alir yang ditunjukkan pada Gambar 3.9.

Diagram alir pemicuan TRIACSumber: Penulis

Penjelasan diagram alir sub fungsi pemicuan TRIAC antara lain:1. Sub fungsi pemicuan TRIAC dipanggil ketika telah terdeteksi tegangan nol AC.2. Pemicuan TRIAC harus dilakukan sebanyak dua kali selama satu siklus tegangan AC. Fungsi tunda 1 (delay_1) dan fungsi tunda 2 (delay_2) digunakan sebagai representasi sudut penyalaan TRIAC. 3. Sudut penyalaan TRIAC ditentukan oleh dua variabel yaitu titik awal sudut pemicuan TRIAC (0) dan durasi pewaktu hingga sudut pemicuan mencapai titik nol (tdurasi). Jika setelah satu siklus nilai fungsi tunda 1 (delay_1) selalu berkurang sehingga pada suatu waktu nilai fungsi tunda 1 (delay_1) sama dengan nol, perlu untuk menambah satu variabel lain yaitu faktor pengurang. Faktor pengurang merupakan variabel yang perlu untuk didefinisikan berdasarkan nilai awal sudut pemicuan TRIAC (0) dan durasi pewaktu hingga sudut pemicuan mencapai titik nol (tdurasi). Nilai fungsi tunda 1 (delay_1) dirumuskan menjadi:

(3-5)

(3-6)

(3-7)Dengan penambahan faktor pengurang setiap siklus tegangan AC, maka nilai fungsi tunda 1 (delay_1) akan berkurang hingga bernilai nol. Proses berkurangnya nilai fungsi tunda (delay_1) akan membuat sudut penyalaan dari TRIAC bergerak dari titik awal (0) ke titik nol dengan durasi yang telah ditentukan (tdurasi).4. Nilai fungsi pewaktu 2 (delay_2) ditentukan oleh durasi pemicuan yang dipilih (tON) namun nilainya tetap dikarenakan jarak antara pemicuan TRIAC siklus tegangan positif dan negatif sebesar 180 atau 10 ms.

(3-8)5. Pemicuan TRIAC dilakukan dengan memberikan logika 1 pada PORT luaran ke opto-TRIAC sebagai sinyal pemicuan selama durasi tertentu (tON).

VI. PENGUJIAN DAN ANALISISPengujian dan analisis dilakukan untuk mengetahui apakah sistem telah bekerja sesuai perancangan. Pengujian yang dilakukan dibagi menjadi beberapa tahapan yaitu:1. Pengujian blok rangkaian zero-crossing detector2. Pengujian blok rangkaian optocoupler3. Pengujian blok sudut penyalaan TRIAC4. Pengujian keseluruhan sistem soft-starting motor induksi tiga fasa

4.1 Hasil Pengujian Rangkaian zero crossing detectorTujuan pengujian rangkaian zero cross detector untuk mengetahui apakah rangkaian zero cross detector sudah berfungsi dengan baik sebagai rangakaian sensor tegangan AC yang digunakan untuk mendeteksi tegangan nol yang akan dideteksi oleh mikrokontroler.Hasil pengujian rangkaian zero crossing detector ditunjukkan oleh oscilloscope pada Gambar 4.1

3. Bentuk tegangan AC dan PORTD.7

Berdasarkan data hasil pengujian menunjukkan bahwa tegangan PORTD.7 mengikuti bentuk tegangan AC berupa tegangan 5 volt dan 0 volt, sehingga level tegangan PORTD.7 dapat dijadikan acuan mikrokontroler Rangkaian zero crossing detector mampu mengkondisikan sinyal sinusoida tegangan AC menjadi tegangan kotak bagi mikrokontroler untuk mendeteksi tegangan AC.

4.2 Hasil Pengujian Rangkaian OptocouplerTujuan pengujian rangkaian optocoupler untuk mengetahui apakah rangkaian mampu bekerja sebagai rangkaian pemicu gate TRIAC dengan masukan berasal dari level logika mikrokontroler.Hasil pengujian rangkaian optocoupler didapatkan data berupa bentuk gelombang dari sinyal kotak sebagai sinyal masukan optocoupler dan bentuk gelombang tegangan pada beban yang ditunjukkan pada Gambar 4.2.

Bentuk gelombang tegangan masukan optocoupler dan luaran dari TRIACBerdasarkan data hasil pengujian ditunjukkan bahwa sesaat setelah sinyal masukan optocoupler berlogika tinggi maka TRIAC akan konduksi ditandai dengan adanya beda potensial pada beban, dan ketika sinyal masukan optocoupler dihilangkan (logika rendah) TRIAC tetap konduksi (sesuai dengan karakteristik TRIAC) ditunjukkan dengan masih ada beda potensial pada beban.

4.3 Hasil Pengujian Sudut Penyalaan TRIACTujuan dari pengujian sudut penyalaan TRIAC ialah mengetahui kesesuaian dari perhitungan dan kalkulasi internal sudut penyalaan yang dilakukan oleh mikrokontroler dengan bentuk tegangan dari hasil penyalaan TRIAC dengan sudut penyalaan tertentu. Hasil pengujian secara keseluruhan diberikan ditunjukkan pada Tabel 4.1 dengan sudut penyalaan () mulai dari 90-135.

1. 2. 3. 4. Rangkuman Hasil Pengujian dan Perhitungan ErrorPengujian ke-nSudut penyalaan ()Perhitungan fungsi tunda (ms)Pengujian fungsi tunda(ms)error(ms)error(%)

11357,507,500,000,00%

21307,227,200,020,31%

31256,946,900,040,64%

41206,676,600,071,00%

51156,396,300,091,39%

61106,116,100,010,18%

71055,835,800,030,57%

81005,565,600,040,80%

9955,285,200,081,47%

10905,005,000,000,00%

Error rata-rata0,64%

Dari Tabel 4.1 didapatkan nilai error selisih keseluruhan hasil perhitungan sudut penyalaan internal mikrokontroler cukup kecil dengan nilai error sebesar 0,64%. Error yang kecil menandakan hasil kalkulasi dan perhitungan internal mikrokontroler mampu menghasilkan sudut penyalaan yang sesuai dengan yang diberikan.

4.4 Hasil Pengujian Keseluruhan Sistem Soft-Starting Motor Induksi Tiga FasaTujuan dari pengujian keseluruhan sistem soft-starting motor induksi tiga untuk mengetahui kinerja keseluruhan sistem yang telah dirancang sebelumnya. Pengujian keandalan alat yang telah dirancang dengan mengasut motor induksi tiga dalam kondisi tanpa beban dan berbeban. Beban braker mekanik dengan daya 300 watt dan generator sinkron berbeban lampu 15 watt dua belas buah. Setelah itu Membandingkan arus peralihan antara metode pengasutan langsung dengan metode soft-starting untuk tiap data pengujian sehingga titik optimum pengaturan sudut penyalaan metode soft-starting motor induksi tiga fasa untuk tiap pengujian dapat ditentukan. Hasil pengujian keseluruhan sistem soft-starting motor induksi tiga fasa didapatkan data saat kondisi mantap berupa data arus, daya masukan, dan kecepatan putaran motor induksi tiga fasa untuk pengujian tanpa beban, berbeban braker mekanik, dan berbeban generator sinkron adalah:1. Pengujian tanpa beban: IL = 1,9 A PIN (1 fasa) = 105 watt2. Pengujian berbeban braker mekanik: IL = 2,05 A PIN (1 fasa) = 250 watt n = 1480 rpm

3. Pengujian berbeban generator sinkron: IL = 2,4 A PIN (1 fasa) = 210 watt n = 1485 rpm POUT = 252,2 watt

Bentuk gelombang arus peralihan pengasutan motor induksi untuk pengujian tanpa beban ditunjukkan pada Gambar 4.3, untuk pengujian beban braker mekanik ditunjukkan pada Gambar 4.4, dan untuk pengujian beban generator sinkron ditunjukkan pada Gambar 4.5. Berdasarkan data hasil pengujian keseluruhan sistem soft-starting motor induksi tiga fasa terlihat bahwa terjadi penurunan arus pengasutan motor induksi untuk tiap-tiap hasil percobaan. Penurunan arus terjadi akibat dari penurunan tegangan efektif tiga fasa (VRMS) yang masuk ke motor induksit tiga fasa akibat dari sudut penyalaan TRIAC yang diubah-ubah. Menurunnya arus pengasutan juga diimbangi dengan waktu peralihan ke kondisi mantap menjadi lebih lama, dikarenakan torsi dari motor induksi yang berkurang namun masih cukup untuk memutar beban. Torsi yang menurun diakibatkan oleh tegangan efektif yang menurun pula.

(a)

(b)

Hasil pengujian pengasutan motor induksi tanpa beban(a) Pengasutan langsung(b) Metode soft-start ( = 120)

(a)(b)

Hasil pengujian pengasutan motor induksi beban braker mekanik(a) Pengasutan langsung(b) Metode soft-start ( = 110)

(a)(b)

Hasil pengujian pengasutan motor induksi beban generator sinkron(a) Pengasutan langsung(b) Metode soft-start ( = 115)

Berdasarkan hasil pengujian pengasutan motor induksi tiga fasa tanpa beban, penurunan arus pengasutan untuk pengujian motor induksi tanpa beban ditunjukkan pada Gambar 4.6 dan untuk waktu peralihan dari proses pengasutan motor induksi ditunjukkan pada Gambar 4.7.

Penurunan arus pengasutan motor induksi tiga fasa tanpa beban.

Waktu peralihan proses pengasutan motor induksi tiga fasa tanpa beban.

Berdasarkan data penurunan arus pengasutan dan waktu peralihan motor induksi tanpa beban, didapatkan bahwa proses pengasutan tanpa beban menggunakan metode soft-starting mampu menurunkan arus pengasutan mencapai dua kali arus kondisi mantap, kondisi tersebut dicapai pada sudut penyalaan 135. Namun dengan waktu peralihan pengasutan yang mencapai 0,8 detik. Berdasarkan data di diatas pula diambil titik maksimum yaitu pada saat sudut penyalaan 125. Kondisi dimana arus pengasutan tidak terlalu besar dengan waktu peralihan yang dicapai tidak terlalu besar pula.Pengujian selanjutnya ialah pengujian motor induksi tiga fasa berbeban braker mekanis, penurunan arus pengasutan untuk pengujian motor induksi ditunjukkan pada Gambar 4.8 dan untuk waktu peralihan dari proses pengasutan motor induksi ditunjukkan pada Gambar 4.9.

Penurunan arus pengasutan motor induksi tiga fasa berbeban braker mekanik.

Waktu peralihan proses pengasutan motor induksi tiga fasa berbeban braker mekanis.

Berdasarkan data penurunan arus pengasutan dan waktu peralihan motor induksi berbeban braker mekanik, didapatkan bahwa proses pengasutan berbeban menggunakan metode soft-starting mampu menurunkan arus pengasutan mencapai empat kali arus kondisi mantap, kondisi tersebut dicapai pada sudut penyalaan 100 dengan waktu peralihan pengasutan yang mencapai 0,5 detik. Berdasarkan data di diatas pula diambil titik maksimum yaitu pada saat sudut penyalaan 100. Kondisi dimana arus pengasutan tidak terlalu besar dengan waktu peralihan yang dicapai tidak terlalu besar pula.Pada pengujian selanjutnya pengujian motor induksi tiga fasa berbeban generator sinkron, penurunan arus pengasutan untuk pengujian motor induksi ditunjukkan pada Gambar 4.10 dan untuk waktu peralihan dari proses pengasutan motor induksi ditunjukkan pada Gambar 4.11.

Penurunan arus pengasutan motor induksi tiga fasa berbeban generator sinkron.

Waktu peralihan proses pengasutan motor induksi tiga fasa berbeban generator sinkron.

Berdasarkan data penurunan arus pengasutan dan waktu peralihan motor induksi berbeban generator sinkron, didapatkan bahwa proses pengasutan berbeban menggunakan metode soft-starting mampu menurunkan arus pengasutan mencapai tiga kali arus kondisi mantap, kondisi tersebut dicapai pada sudut penyalaan 120. Namun dengan waktu peralihan pengasutan yang mencapai 1,5 detik. Berdasarkan data di diatas pula diambil titik maksimum yaitu pada saat sudut penyalaan 95. Kondisi dimana arus pengasutan tidak terlalu besar dengan waktu peralihan yang dicapai tidak terlalu besar pula.Hasil pengujian dan analisis modul pengasutan motor induksi metode soft-starting mampu untuk menurunkan arus pengasutan motor induksi tiga fasa, dengan waktu peralihan yang cukup berdasarkan sudut penyalaan tertentu. Metode soft-starting juga mampu untuk meredam kejut mekanik saat proses pengasutan terbukti proses pengasutan menjadi lebih halus. Berdasarkan hasil analisis pengujian ini modul soft-starter yang telah dirancang mampu untuk bekerja sesuai dengan tujuan awal ditulisnya penelitian ini yaitu menghasilkan alat yang mampu menurunkan arus dan mengurangi kejut meknik saat proses pengasutan dengan menggunakan komponen elektronika daya TRIAC.

V. KESIMPULAN5.1 Kesimpulan1. Komponen elektronika daya TRIAC mampu menurunkan tegangan dengan mengatur sudut penyalaan pada gate yang menjadi dasar dari metode soft-starting.2. Komponen optocoupler MOC3021 mampu memicu gate TRIAC berdasarkan reverensi sinyal logika 1 atau 0 dari mikrokontroler.3. Rangaian zero crossing detector mampu mengkondisikan sinyal sinusoida tegangan AC menjadi sinyal persegi bagi mikrokontroler untuk mendeteksi tegangan AC nol.4. Prinsip kerja modul soft-starter ialah tegangan dinaikkan seiring waktu dengan mengatur sudut penyalaan TRIAC menggunakan mikrokontroler dengan optocoupler sebagai rangkaian isolasi untuk mendapatkan lonjakan arus yang halus.5. Modul soft-starter mampu menurunkan arus dan kejut mekanik pada saat pengasutan baik dalam kondisi berbeban atau tanpa beban.

5.2 SaranPenggantian media motor induksi tiga fasa yang digunakan pada praktikum pengasutan motor induksi tiga fasa dengan motor induksi yang memiliki daya lebih kecil agar mampu dibebani mendekati beban nominal motor untuk lebih mengetahui karakteristik saat pegasutan beban penuh.

VI. DAFTAR PUSTAKAAtmel. 2002. AVR182: Zero Cross Detector. California: Atmel. Atmel. 2006. ATmega8535/ATmega8535L, 8-bit AVR Microcontroller with 8 Kbytes in-System Programmable Flash. California: Atmel. Boldea, Ion dan Syed A. Nasar. 2002. The Induction Machine Handbook. Florida: CRC Press. Bose, Bimal K. 2002. Modern Power Electronics and AC Drives. New Jersey: Prentice Hall PTR.Huges, Austin. 2006. Electric Motors and Drives Fundamentals, Types and Applications Third Edition. Oxford: Elsevier Ltd. Kjellberg, Magnus dan Soren Kling. 2003. Softstarter Handbook. Kanada : ABB. Krause, Paul C. dan Oleg Wasynczuk. 2005. Analysis of Electric Machinery and Drive Systems 2nd Edition. New York: Willey-InterscienceMazda, Fraidoon. 1997. Power Electronics Handbook 3rd Edition. Oxford: Newnes. Rashid, Muhammad H. 2001. Power Electronics Handbook. London: Academic Press. Fairchild. 2002. Application Note AN-3004: Applications of Zero Voltage crossing Optically Isolated Triac Drivers. Fairchild Semiconductor Corporation.

Mikrokontroler

Saklar,potensio danPush button

Optocoupler

TRIAC

MotorInduksi

Zero crossing detector

Mulai

While=1

Masukan

Sudut penyalaan, durasi pewaktu

Deteksi zero cross?

DeteksiZero cross

PemicuanTRIAC

ya

tidak

selesai

Terdeteksi tepi naik PORT interupt ?

DeteksiZero cross

Terdeteksi tegangan nol AC

ya

Tidak terdeteksi tegangan nol AC

kembali

tidak

PemicuanTRIAC

Hitungdelay_1

Pemicuan TRIAC

Hitungdelay_2

Pemicuan TRIAC

kembali