monitoring suplai tegangan pada motor induksi tiga …repository.unj.ac.id/3607/17/cover.pdf ·...
TRANSCRIPT
MONITORING SUPLAI TEGANGAN PADA MOTOR INDUKSI
TIGA FASA MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER ARDUINO
DAN SENSOR TEGANGAN ZMPT101B
SKRIPSI
Disajikan sebagai salah satu syarat
Untuk memperoleh gelar Sarjana Pendidikan
Program Studi S1 Pendidikan Teknik Elektro
Oleh:
PUTRI RAMADHANI ADAM
5115152457
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS NEGERI JAKARTA
2020
ii
iii
iv
v
ABSTRAK
PUTRI RAMADHANI ADAM, MONITORING SUPLAI TEGANGAN
PADA MOTOR INDUKSI TIGA FASA MENGGUNAKAN
MIKROKONTROLER ARDUINO DAN SENSOR TEGANGAN
ZMPT101B, Skripsi. Jakarta: Fakultas Teknik Universitas Negeri Jakarta 2020.
Dosen Pembimbing: Drs. Purwanto Gendroyono, MT., Nur Hanifah Yuninda,
ST.MT.
Penelitian ini bertujuan untuk membuat sistem monitoring suplai tegangan
motor induksi tiga fasa berbasis mikrokontroler Arduino Uno menggunakan sensor
tegangan ZMPT101B. Selain itu, dalam penelitian ini bertujuan untuk mengetahui
persentase ketidakseimbangan tegangan sumber yang masuk pada motor induksi 3
fasa berdasarkan standar The National Standard for Electric Power System and
Equipment ANSI Std C84.1-1995, NEMA Std MGI.2009 dari hasil monitoring alat
yang telah dibuat.
Metode penelitian yang digunakan penulis yaitu metode eksperimen
laboratorium yang meliputi manipulasi, pengendalian, dan pengamatan. Adapun
penelitian yang dilakukan yaitu membuat sistem monitoring tegangan
menggunakan tiga Arduino Uno dan tiga sensor tegangan ZMPT101B yang
dihubungkan pada laptop. Kemudian dibuat pemrograman untuk pembacaan
masing-masing sensor tegangan ZMPT101B yang telah dihubungkan pada sumber
tegangan yang masuk ke motor induksi tiga fasa. Setelah itu, hasil monitoring
pembacaan sensor dapat ditampilkan pada serial monitor yang ada di aplikasi
Arduino IDE pada laptop.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai persentase ketidakseimbangan
tegangan rata rata untuk di waktu pagi nilainya masih di bawah 1 %. Sedangkan
untuk nilai persentase ketidakseimbangan tegangan di waktu siang dan sore hari
nilainya sudah di atas 1 %. Jika sesuai dengan standar, persentase
ketidakseimbangan tegangan yang diijinkan tanpa melakukan derating (penurunan
daya) berdasarkan NEMA adalah 1 %. Sedangkan, maksimum persentase
ketidakseimbangan tegangan yang diijinkan adalah 5 %. Maka, hasil dari data
penelitian ketiga waktu tersebut yang paling aman kondisinya adalah di waktu pagi
hari. Sedangkan, data penelitian yang diambil saat siang dan sore hari kondisinya
masih aman tetapi akan ada penurunan daya. Selain itu, Perbandingan sensor
tegangan ZMPT101B dengan alat ukur AVO meter digital saat mendeteksi
tegangan memiliki error rata-rata yaitu 0,07 % untuk sensor tegangan ZMPT101B
yang pertama, 0,28 % untuk sensor tegangan ZMPT101B yang kedua dan 0,15 %
untuk sensor tegangan ZMPT101B yang ketiga. Sehingga dapat dikatakan bahwa
sistem monitoring tegangan yang dibuat sesuai dengan ketentuan dan bisa
diaplikasikan sebagai pembelajaran mahasiswa Pendidikan Teknik Elektro.
Kata Kunci: Ketidakseimbangan Tegangan, Monitoring, Motor Induksi 3 Fasa,
Arduino Uno, Sensor Tegangan ZMPT101B
vi
ABSTRACT
PUTRI RAMADHANI ADAM, VOLTAGE SUPPLY MONITORING ON
THREE PHASE INDUCTION MOTOR USING ARDUINO
MICROCONTROLLER AND ZMPT101B VOLTAGE SENSOR, Skripsi.
Jakarta: Faculty of Engineering, Jakarta State University 2020. Supervisor: Drs.
Purwanto Gendroyono, MT., Nur Hanifah Yuninda, ST.MT.
The purpose of this study is to create a three-phase induction motor voltage
monitoring system based on Arduino Uno microcontroller using a ZMPT101B
voltage sensor. In addition, this study aims to determine the percentage of voltage
unbalance on a 3 phase induction motor based on the National Standard for
Electric Power System and Equipment ANSI Std C84.1-1995, NEMA Std MGI.2009
from the results monitoring tools that have been made.
The research method used by the author in completing this research is the
laboratory experimental method which includes manipulation, control, and
observation. The research conducted is to create a voltage monitoring system using
three Arduino Uno and three ZMPT101B voltage sensors that are connected to a
laptop. Then programming is made for the reading of each ZMPT101B voltage
sensor which has been connected to the voltage source that enters the three-phase
induction motor. After that, the results of monitoring the sensor readings can be
displayed on the serial monitor in the Arduino IDE application on the laptop.
The results showed that the value of the percentage of voltage unbalance, the
average for the morning the value is still below 1%. As for the value of the
percentage of voltage unbalance in the afternoon and evening, the value is already
above 1%. If according to the standard, the percentage of voltage unbalance
permitted without derating (based on power reduction) based on NEMA is 1%.
Meanwhile, the maximum percentage of allowable voltage unbalance is 5%. So, the
results of the research data of the three times the safest condition is in the morning.
Meanwhile, research data taken during the afternoon and evening conditions are
still safe but there will be a decrease in power. In addition, the comparison of the
ZMPT101B voltage sensor with a digital AVO meter when detecting the voltage has
an average error of 0.07% for the first ZMPT101B voltage sensor, 0.28% for the
second ZMPT101B voltage sensor and 0.15% for the sensor the third voltage
ZMPT101B. So that it can be said that the voltage monitoring system that is made
in accordance with the provisions and can be applied as learning by students of
Electrical Engineering Education.
Keywords: Voltage Unbalance, Monitoring, 3 Phase Induction Motor, Arduino
Uno, ZMPT101B Voltage Sensor
vii
KATA PENGANTAR
Puji dan Syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah
melimpahkan rahmat, hidayah serta karunia-Nya, serta sholawat dan salam semoga
selalu tercurahkan kepada Nabi Muhammad SAW. Alhamdulillah penulis telah
menyelesaikan penelitian skripsi yang berjudul “MONITORING SUPLAI
TEGANGAN PADA MOTOR INDUKSI TIGA FASA MENGGUNAKAN
MIKROKONTROLER ARDUINO DAN SENSOR TEGANGAN ZMPT101B”
sebagai salah satu persyaratan kelulusan untuk menyelesaikan studi S1 Program
Studi Pendidikan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Jakarta.
Penulis sampaikan terimakasih kepada semua pihak yang telah membantu
hingga terselesaikannya skripsi ini, penulis haturkan terima kasih kasih kepada:
1. Bapak Massus Subekti, S.Pd., M.T, selaku Koordinator Program Studi
Pendidikan Teknik Elektro.
2. Bapak Drs. Purwanto Gendroyono, M.T selaku Dosen Pembimbing I dan
Ibu Nur Hanifah Yuninda, S.T., M.T selaku Dosen Pembimbing II yang
telah memberikan motivasi, ilmu yang bermanfaat, hal-hal baru dalam
membuka pemikiran saya dan selalu bersemangat untuk membimbing saya
untuk menyelesaikan skripsi ini.
3. Keluarga, terutama orangtua yang saya cintai yaitu ibu dan bapak yang
selalu menyemangati dan mendoakan saya, dava sebagai adik saya yang
membuat saya lebih termotivasi untuk menyelesaikan skripsi ini, dan ibi
yang menemani saya disini.
4. Kak Nadya dari Prodi Teknik Elektronika yang sudah meluangkan
waktunya untuk memberikan ilmu mikrokontrolernya kepada saya.
5. Teman-teman dekat saya yang selalu menyemangati dan menemani selama
saya mengerjakan skripsi ini yaitu Purnama Catur Pandini, Eka Mardiana,
Desitha Rosyanti, dan Nindiya Suhaerani.
6. Teman-teman Prodi Pendidikan Teknik Elektro angkatan 2015 yang sudah
menemani dan membantu mengajarkan saya tentang mikrokontroler
maupun rangkaian kendali motor induksi tiga fasa dintaranya Abrar Yusra,
viii
Dhelvian Gading, Danu Rizky Fadilla, Wildan Gunawan, Raihan Afif
Ruselando, Ahmad Saepul Bahri, Syahroni Kurniawan, Anjar, Fahrul, dan
yang lainnya yang tidak dapat disebutkan satu persatu.
7. Teman-teman Best Akhwat yang selalu menyemangati saya yaitu Nuraini
Azizah, Dinda Marta Astari, Rifma Vivi, Khoirina, Sheila Khoirunnisa,
Rizka Amalia, Iis, Irna, Nurul Annisa, dan Kak Nadya yang selalu
memberikan nasihat terbaiknya.
8. Teman-teman pejuang skripsi yang selalu saling menyemangati yaitu Eka
Mardiana, Purnama Catur Pandini, Desitha Rosyanti, Nindiya Suhaerani,
Ageng Khoirunnisa, Farras, Awalia, Nurhidayanti, Abdullah Fuad, Imam
Wahyudi, Irfan Nurhadi, Raihan Afif Ruselando, Anggi Hermawan, Wildan
Gunawan, Intan Agustina, dan Fajar Faturachman.
9. Seluruh dosen, staff tata usaha dan karyawan Prodi Pendidikan Teknik
Elektro, Universitas Negeri Jakarta yang saya hormati, yang telah
membantu saya dalam memberikan ilmu dalam menyelesaikan skripsi ini.
Mudah-mudahan segala sesuatu yang telah diberikan menjadi manfaat dan
bernilai ibadah dihadapan Allah SWT. Penulis memahami sepenuhnya bahwa
skrispi ini tidak luput dari kesalahan. Oleh karena itu, kritik dan saran yang
membangun sangat diharapkan demi perbaikan dimasa mendatang. Semoga skrispi
ini dapat memberikan inspirasi bagi para pembaca untuk melakukan hal yang lebih
baik lagi dan semoga skripsi ini bermanfaat bagi pembaca. Terima kasih.
Jakarta, 31 Januari 2020
Putri Ramadhani Adam
NIM. 5115152457
ix
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ...................................................................................... i
LEMBAR PENGESAHAN ......................................................................... ii
PERNYATAAN ORISINALITAS ............................................................. iii
ABSTRAK ................................................................................................... iv
ABSTRACT.................................................................................................. v
KATA PENGANTAR ................................................................................. vi
DAFTAR ISI ............................................................................................... viii
DAFTAR GAMBAR ................................................................................... xi
DAFTAR TABEL ....................................................................................... xiii
DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................... xiv
BAB I PENDAHULUAN .......................................................................... 1
1.1. Latar Belakang Masalah ........................................................... 1
1.2. Identifikasi Masalah ................................................................. 4
1.3. Pembatasan Masalah ................................................................ 5
1.4. Perumusan Masalah .................................................................. 5
1.5. Tujuan Penelitian...................................................................... 6
1.6. Manfaat Penelitian .................................................................... 6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ................................................................ 7
2.1. Kerangka Teoritik .............................................................. 7
2.1.1. Sistem Listrik 3 Fasa .......................................................... 7
2.1.1.1. Hubungan Bintang ............................................................. 8
2.1.1.2. Hubungan Segitiga ............................................................ 9
2.1.2. Motor Induksi Tiga Phasa ................................................. 10
2.1.3. Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Phasa ............................ 12
2.1.4. Gangguan Ketidakseimbangan Tegangan........................... 14
2.1.5. Mikrokontroler .................................................................. 17
2.1.6. Arduino Uno ...................................................................... 18
2.1.6.1. Software ArduinoIDE ........................................................ 19
2.1.7. Modul Sensor Tegangan ZMPT101B ................................. 21
2.1.7.1. Cara Kerja Sensor Tegangan ZMPT101B .......................... 23
2.1.7.2. Rangkaian Koneksi Arduino dengan Sensor Tegangan
ZMPT101B ....................................................................... 23
x
2.1.8. Kontaktor .......................................................................... 24
2.1.9. Thermal Overload Relay (TOR)......................................... 25
2.2. Kerangka Berpikir ............................................................. 26
2.2.1. Diagram Blok Alat............................................................. 26
2.2.2. Flowchart Penelitian .......................................................... 28
BAB III METODOLOGI PENELITIAN .................................................. 31
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian ............................................ 31
3.2. Metode Penelitian .............................................................. 31
3.3. Alat dan Bahan Penelitian .................................................. 32
3.4. Prosedur Penelitian ............................................................ 33
3.5. Tahap Perencanaan dan Perancangan Alat ......................... 34
3.5.1. Desain Mekanik Alat ......................................................... 34
3.5.2. Skematik Alat .................................................................... 35
3.5.3. Perancangan Input/Output Arduino Uno ............................ 36
3.5.4. Flowchart Alat .................................................................. 37
3.6. Deskripsi Kerja Alat .......................................................... 39
3.7. Teknik Pengumpulan Data ................................................. 40
3.7.1. Pengujian Arduino Uno ..................................................... 41
3.7.2. Pengujian Sensor Tegangan ZMPT101B............................ 42
3.7.3. Pengujian Alat Keseluruhan ............................................... 43
3.8. Teknik Analisis Data ......................................................... 44
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ............................. 46
4.1. Deskripsi Hasil Penelitian .................................................. 46
4.2. Pembuatan Hardware Alat................................................. 46
4.2.1. Pemasangan Sistem Kontrol Motor .................................... 47
4.2.2. Instalasi dan Pemasangan Sensor ....................................... 48
4.3. Pembuatan Software .......................................................... 48
4.3.1. Instalasi Software Arduino IDE ......................................... 49
4.3.2. Pemograman Kontrol Software Arduino IDE ..................... 50
4.3.3. Proses Compiling dan Peng-upload Arduino IDE .............. 51
4.4. Analisis Data Penelitian ..................................................... 52
xi
4.4.1. Hasil Pengujian Mikrokontroler Arduino Uno.................... 53
4.4.2. Hasil Pengujian Sensor Tegangan ZMPT101B .................. 56
4.4.3. Hasil Pengujian Alat Keseluruhan...................................... 61
4.4.3.1. Hasil Pengujian Ke-1 ......................................................... 61
4.4.3.2. Hasil Pengujian Ke-2 ......................................................... 66
4.4.3.3. Hasil Pengujian Ke-3 ......................................................... 71
4.5. Pembahasan Hasil Analisis Data Penelitian ........................ 76
4.6. Pembahasan Alat ............................................................... 80
4.6.1. Kelebihan Alat ................................................................... 80
4.6.2. Kekurangan Alat ................................................................ 81
4.7. Aplikasi Hasil Penelitian.................................................... 81
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...................................................... 82
5.1. Kesimpulan ....................................................................... 82
5.2. Saran ................................................................................. 83
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................. 84
LAMPIRAN ................................................................................................ 86
RIWAYAT HIDUP ..................................................................................... 97
xii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Gelombang Tegangan 3 Fasa .................................................. 7
Gambar 2.2. Hubungan Bintang (Y, wye) .................................................... 9
Gambar 2.3. Hubungan Segitiga (delta, Δ, D).............................................. 10
Gambar 2.4. Penampang Rotor dan Stator yang Memperlihatkan Medan
Magnet dalam Celah Udara .................................................... 13
Gambar 2.5. Unbalance Voltage pada Motor ............................................... 16
Gambar 2.6. Board Arduino Uno ............................................................... 18
Gambar 2.7. Software Arduino IDE 1.9.0 .................................................... 20
Gambar 2.8. Contoh Pemrograman Arduino ................................................ 21
Gambar 2.9. Modul Sensor Tegangan ZMPT101B ...................................... 22
Gambar 2.10. Rangkaian Koneksi Arduinodengan Modul Sensor Tegangan
ZMPT101B ............................................................................ 24
Gambar 2.11. Kontruksi Kontaktor Magnit ................................................... 24
Gambar 2.12. Thermal Overload Relay (TOR) .............................................. 25
Gambar 2.13. Diagram Blok Alat .................................................................. 28
Gambar 2.14. Flowchart Penelitian ............................................................... 30
Gambar 3.1. Maket Alat Monitoring Tegangan Motor Induksi 3 Fasa ......... 35
Gambar 3.2. Skematik Alat Monitoring Tegangan Motor Induksi 3 Fasa..... 36
Gambar 3.3. Flowchart Sistem Monitoring Tegangan ................................. 38
Gambar 4.1. Pemasangan Sistem Kontrol Motor pada Panel ....................... 47
Gambar 4.2. Pemasangan Sensor Tegangan ZMPT101B ............................. 48
Gambar 4.3. Tampilan Awal Arduino IDE .................................................. 49
Gambar 4.4. Tampilan Siap Program .......................................................... 50
Gambar 4.5. Tampilan Program Monitoring Suplai Tegangan pada Motor
Induksi Tiga Fasa ................................................................... 50
Gambar 4.6. Proses Compiling Program pada Arduino IDE ........................ 51
Gambar 4.7. Compiling Arduino IDE .......................................................... 52
Gambar 4.8. Grafik Pengujian Sensor Tegangan ZMPT101B 1 ................... 57
Gambar 4.9. Grafik Pengujian Sensor Tegangan ZMPT101B 2 ................... 59
xiii
Gambar 4.10. Grafik Pengujian Sensor Tegangan ZMPT101B 3 ................... 60
Gambar 4.11. Grafik Hasil Monitoring Tegangan Pengujian ke-1 ................. 63
Gambar 4.12. Grafik Nilai Tegangan Rata-rata (Vav) Pengujian ke-1 ........... 64
Gambar 4.13. Grafik Nilai Tegangan Fasa R (Va) Pengujian ke-1 ................. 64
Gambar 4.14. Grafik Nilai Tegangan Fasa S (Vb) Pengujian ke-1 ................. 65
Gambar 4.15. Grafik Nilai Tegangan Fasa T (Vc) Pengujian ke-1 ................. 66
Gambar 4.16. Grafik Hasil Monitoring Tegangan Pengujian ke-2 ................. 68
Gambar 4.17. Grafik Nilai Tegangan Rata-rata (Vav) Pengujian ke-2 ........... 69
Gambar 4.18. Grafik Nilai Tegangan Fasa R (Va) Pengujian ke-2 ................. 69
Gambar 4.19. Grafik Nilai Tegangan Fasa S (Vb) Pengujian ke-2 ................. 70
Gambar 4.20. Grafik Nilai Tegangan Fasa T (Vc) Pengujian ke-2 ................. 71
Gambar 4.21. Grafik Hasil Monitoring Tegangan Pengujian ke-3 ................. 73
Gambar 4.22. Grafik Nilai Tegangan Rata-rata (Vav) Pengujian ke-3 ........... 74
Gambar 4.23. Grafik Nilai Tegangan Fasa R (Va) Pengujian ke-3 ................. 74
Gambar 4.24. Grafik Nilai Tegangan Fasa S (Vb) Pengujian ke-3 ................. 75
Gambar 4.25. Grafik Nilai Tegangan Fasa T (Vc) Pengujian ke-3 ................. 76
Gambar 4.26. Grafik Hasil Rekapitulasi Nilai Persentase Ketidakseimbangan
Tegangan Sumber .................................................................. 79
xiv
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1. Spesifikasi Arduino Uno.................. ........................................ 19
Tabel 2.2. Spesifikasi Elektrik Sensor Tegangan ZMPT101B................... 22
Tabel 3.1. Perancangan Input / Output Arduino Uno 1 ............................. 37
Tabel 3.2. Perancangan Input / Output Arduino Uno 2 ............................. 37
Tabel 3.3. Perancangan Input / Output Arduino Uno 3 ............................. 37
Tabel 3.4. Pengujian Mikrokontroler Arduino Uno 1 ................................ 41
Tabel 3.5. Pengujian Mikrokontroler Arduino Uno 2 ................................ 41
Tabel 3.6. Pengujian Mikrokontroler Arduino Uno 3 ................................ 42
Tabel 3.7. Pengujian Sensor Tegangan ZMPT101B 1 ............................... 42
Tabel 3.8. Pengujian Sensor Tegangan ZMPT101B 2 ............................... 43
Tabel 3.9. Pengujian Sensor Tegangan ZMPT101B 3 ............................... 43
Tabel 3.10. Pengujian Alat Keseluruhan ..................................................... 44
Tabel 4.1. Hasil Pengujian Mikrokontroler Arduino Uno 1 ....................... 53
Tabel 4.2. Hasil Pengujian Mikrokontroler Arduino Uno 2 ....................... 54
Tabel 4.3. Hasil Pengujian Mikrokontroler Arduino Uno 3 ....................... 55
Tabel 4.4. Hasil Pengujian Sensor Tegangan ZMPT101B 1...................... 56
Tabel 4.5. Hasil Pengujian Sensor Tegangan ZMPT101B 2...................... 58
Tabel 4.6. Hasil Pengujian Sensor Tegangan ZMPT101B 3...................... 59
Tabel 4.7. Hasil Pengujian ke-1 pada Pagi Hari ........................................ 62
Tabel 4.8. Hasil Pengujian ke-2 pada Siang Hari ...................................... 67
Tabel 4.9. Hasil Pengujian ke-3 pada Sore Hari ........................................ 72
Tabel 4.10. Rekapitulasi Hasil Analisis Data Penelitian.............................. 77
xv
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Surat Permohonan Peminjaman Alat.................. ....................... 86
Lampiran 2. Dokumentasi Penelitian.................... ........................................ 87
Lampiran 3. Program Alat.................. .......................................................... 93