perancangan kompensator daya reaktif variabel …...disadari bahwa masih banyak kekurangan dalam...

i

PERANCANGAN KOMPENSATOR DAYA REAKTIF

VARIABEL SEBAGAI ALAT PENGHEMAT ENERGI PADA

BEBAN MOTOR INDUKSI SATU FASA ¼ HP DENGAN

MONITORING BERBASIS INTERNET OF THINGS (IOT)

HALAMAN JUDUL

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat

untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik

Oleh :

LUTHFY MAKHMUDY

I0714019

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2019

library.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

v

Abstrak

Penghematan energi listrik pada motor induksi dapat dilakukan dengan

mengkompensasi daya reaktif, sehingga faktor daya dapat ditingkatkan. Tujuan dari

penelitian ini adalah untuk mengetahui karakteristik MERS sebagai kompensator

daya reaktif pada motor induksi ¼ HP. Metode yang digunakan adalah merancang

kompensator daya reaktif dengan saklar pemulih energi magnetik dan monitoring

daya berbasis Internet of Things untuk mempermudah pemantauan alat. Sebelum

merancang kompensator daya reaktif, dilakukan simulasi terlebih dahulu. Hasil

simulasi dijadikan acuan pada perancangan alat kompensator daya reaktif, sehingga

MERS dapat dilihat kelayakannya. Hasil aplikasi MERS sebagai kompensator daya

reaktif dapat meningkatkan faktor daya hingga 0,75 dari 0,70. Monitoring daya

memiliki kesalahan pembacaan pada tegangan sebesar 1%, arus 2,43%, daya

2,55%, dan faktor daya 0,8%.

Kata Kunci : MERS, kompensator daya reaktif, faktor daya.


vi

Abstract

Saving electricity in an induction motor can be done by compensating for reactive

power, so that the power factorcan be increased. The purpose of this study was to

determine the characteristics of the MERS as a reactive power compensator in a

induction motor. The method used is designing reactive power compensator using

magnetic energy recovery switch and IoT-based power monitoring. Before

designing a reactive power compensator, simulation be used as a reference in the

design of the reactive power compensator. The result of the application of MERS

as a reactive power compensator is to increase power factor to 0.75 form previous

0.70. Power monitoring has a reading eror at a voltage of 1%, current of 2.43%,

and power factor 0.8%.

Keyword : MERS, reactive power compensator, power factor


vii

KATA PENGANTAR

Dengan mengucap puji dan syukur kepada Allah, yang telah melimpahkan

begitu banyak nikmat dan karunia termasuk kemampuan dan kemauan sehingga

dapat menyelesaikan proyek tugas akhir dengan judul “PERANCANGAN

KOMPENSATOR DAYA REAKTIF VARIABEL SEBAGAI ALAT

PENGHEMAT ENERGI PADA BEBAN MOTOR INDUKSI SATU FASA ¼

HP DENGAN MONITORING BERBASIS INTERNET OF THINGS (IOT)”.

Laporan tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan menerapkan ilmu yang

didapat selama perkuliahan teknik elektro serta bimbingan dari berbagai pihak,

sehingga laporan tugas akhir ini dapat terselesaikan untuk memenuhi salah satu

syarat kelulusan mata kuliah Skripsi/Tugas Akhir pada Program Studi Teknik

Elektro Universitas Sebelas Maret Surakarta.

Selesainya tugas akhir hingga sampai tersusunnya laporan ini berkat bantuan

dari berbagai pihak. Dengan ini diucapkan terimakasih kepada pihak-pihak yang

telah membantu antara lain:

1. Bapak Irwan Iftadi S.T., M.Eng. selaku Kepala Prodi Teknik Elektro

Universitas Sebelas Maret Surakarta.

2. Bapak Chico Hermanu BA S.T., M.Eng. Selaku pembimbing pertama

proyek tugas akhir yang telah membimbing dalam menyelesaikan tugas

akhir ini dengan sabar memberikan ilmu, dukungan, motivasi serta arahan

kepada penulis selama melaksanakan tugas akhir.

3. Bapak Muhammad Hamka Ibrahim,S.T.,M.Eng. Selaku pembimbing

kedua sekaligus pembimbing akademik.

4. Segenap keluarga besar yang telah mendukung serta mendo’akan dan

memberikan semangat setiap saat.

5. Seluruh dosen Teknik Elektro Universitas Sebelas Maret Surakarta yang

telah mengajarkan dan membagikan pengalamannya kepada mahasiswa.


viii

6. Kepada seluruh teman-teman Teknik Elektro Universitas Sebelas Maret

Surakarta terutama angkatan 2014 yang terus membantu dan selalu menjadi

teman dalam bertukar pikiran.

Disadari bahwa masih banyak kekurangan dalam penyusunan laporan tugas

akhir ini. Oleh kareba itu diharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun

sebagai koreksi dan bekal untuk menyelesaikan hal-hal serupa dimasa yang akan

datang. Semoga laporan ini dapat memberi manfaat bagi penulis dan pembaca.

Surakarta, Januari 2019

Luthfy Makhmudy

NIM. I0714019


ix

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ................................................................................................ i

KATA PENGANTAR .......................................................................................... vii

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

DAFTAR TABEL .................................................................................................. ix

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xiii

BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang.......................................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah .................................................................................... 2

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

1.4 Manfaat Penelitian .................................................................................... 2

1.5 Sistematika Penulisan ............................................................................... 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................. 4

2.1 Daya Listrik .............................................................................................. 4

2.1.1 Faktor Daya ....................................................................................... 5

2.1.2 Perbaikan Faktor Daya ...................................................................... 5

2.2 Magnetic Energy Recovery Switch (MERS) ............................................ 6

2.2.1 Prinsip Kerja MERS .......................................................................... 7

2.2.2 Mode Operasi pada Kapasitor ........................................................... 7

2.2.3 Dasar Teori MERS ............................................................................ 9

2.2.4 Penelitian Sebelumnya .................................................................... 10

2.3 Beban-Beban Listrik ............................................................................... 12

2.3.1 Beban Resistif ................................................................................. 12

2.3.2 Beban Induktif ................................................................................. 13

2.3.3 Beban Kapasitif ............................................................................... 14

2.4 Motor Induksi ......................................................................................... 14

2.4.1 Konstruksi ....................................................................................... 15

2.4.2 Prinsip kerja .................................................................................... 17

2.4.3 Frekuensi rotor ................................................................................ 17

2.5 Mikrokontroler Arduino Uno ................................................................. 18

2.5.1 Pin power ........................................................................................ 19

2.5.2 Pin Digital ....................................................................................... 19

2.5.3 Pin Analog ....................................................................................... 20


x

2.6 MOSFET ................................................................................................ 20

2.7 Rangkaian Penggerak ............................................................................. 21

2.8 Monitoring Daya .................................................................................... 23

2.9 Internet of Things ................................................................................... 25

BAB III METODOLOGI PENELITIAN.............................................................. 26

3.1 Jalannya Penelitian ................................................................................. 26

3.2 Simulasi MERS ...................................................................................... 28

3.3 Alat dan Bahan ....................................................................................... 29

3.4 Perancangan Perangkat Keras ................................................................ 30

3.4.1 Sistem Kendali Utama..................................................................... 31

3.4.2 Rangkaian Zero Cross Detection (ZCD) ......................................... 32

3.4.3 Rangkaian Penggerak ...................................................................... 35

3.4.4 Rangkaian MERS ............................................................................ 36

3.5 Perancangan Perangkat Lunak ............................................................... 38

3.5.1 Prakondisi ........................................................................................ 39

3.5.2 Konversi Sudut Penyulutan menjadi Waktu ................................... 39

3.5.3 External Interrupt Routine............................................................... 39

3.6 Perancangan Monitoring Daya ............................................................... 41

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .............................................................. 43

4.1 Pengujian Simulasi MERS ..................................................................... 43

4.1.1 Pergeseran Sudut dari Simulasi ....................................................... 43

4.1.2 MERS Sebagai Kompensator Daya Reaktif dari Simulasi ............. 44

4.2 Pengujian Perangkat MERS ................................................................... 45

4.2.1 Pengujian Keluaran Rangkaian ZCD .............................................. 46

4.2.2 Pengujian Pergesaran Sudut Penyulutan ......................................... 46

4.2.3 Pengujian Keluaran Rangkaian Gerak ............................................ 49

4.3 Pengujian Monitoring Daya ................................................................... 49

4.3.1 Hasil Monitoring Tegangan (V) dan Arus (I) ................................. 50

4.3.2 Menampilkan Hasil Monitoring Melalui Smartphone .................... 51

4.4 Pengujian MERS sebagai Kompensator Daya Reaktif .......................... 51

4.4.1 Tegangan Motor Induksi ................................................................. 52

4.4.2 Arus Rangkaian dan Kapasitor MERS ............................................ 52

4.4.3 Konsumsi Daya Motor Induksi ....................................................... 53

4.4.4 Faktor Daya Motor Induksi ............................................................. 54


xi

4.4.5 Tegangan kapasitor MERS ............................................................. 55

BAB V PENUTUP ................................................................................................ 57

5.1 Kesimpulan ............................................................................................. 57

5.2 Saran ....................................................................................................... 57

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 58

LAMPIRAN .......................................................................................................... 60


xii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Fungsi pin power arduino uno .............................................................. 19

Tabel 2.2 Fungsi khusus pada pin digital .............................................................. 19

Tabel 2.3 Fungsi khusus pada pin analog ............................................................. 20

Tabel 2.4 Fungsi masing-masing pin IR2110 ....................................................... 22

Tabel 3.1 Parameter objek penelitian .................................................................... 28

Tabel 3.2 Bahan-bahan yang digunakan ............................................................... 30

Tabel 4.1 Perbandingan Alat Ukur........................................................................ 50

Tabel 4.2 Efisiensi Daya ....................................................................................... 50


xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Segitiga Daya. ..................................................................................... 4

Gambar 2.2 Perbandingan vektor diagram daya. .................................................... 5

Gambar 2.3 Segitiga daya setelah pemasangan kapasitor. ...................................... 6

Gambar 2.4 Konfigurasi dasar MERS .................................................................... 6

Gambar 2.5 Operasi MERS. (a) Pengisian kapasitor. (b) Pengosongan kapasitor. (c)

Kapasitor tidak bermuatan ...................................................................................... 7

Gambar 2.6 Mode operasi dc-offset ........................................................................ 8

Gambar 2.7 Mode operasi balance ......................................................................... 8

Gambar 2.8 Mode operasi discontinuous ................................................................ 9

Gambar 2.9 Hubungan antara selisih fase sinyal tegangan terhadap sinyal arus (φ)

dengan waktu yang dibutuhkan kapasitor untuk terisi penuh (δ) dan sudut geser

saklar (α). .............................................................................................................. 10

Gambar 2.10 Gelombang sinusoidal beban resistif............................................... 13

Gambar 2.11 Gelombang sinusoidal beban induktif ............................................. 14

Gambar 2.12 Gelombang sinusoidal beban kapasitif ............................................ 14

Gambar 2.13 Konstruksi motor induksi ................................................................ 15

Gambar 2.14 Konstruksi stator motor induksi ...................................................... 16

Gambar 2.15 Konsturksi rotor motor induksi ....................................................... 16

Gambar 2.16 Konfigurasi pin Arduino Uno ......................................................... 18

Gambar 2.17 Karakteristik ID vs VDS .................................................................... 21

Gambar 2.18 Konfigurasi IR2110 secara umum................................................... 22

Gambar 2.19 Prinsip kerja floating supply pada IR2110 ...................................... 23

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian ...................................................................... 27

Gambar 3.2 Rangkaian skematik simulasi menggunakan software PSIM ........... 29

Gambar 3.3 Diagram blok keseluruhan sistem. .................................................... 31

Gambar 3.4 Rangkaian skematik catu daya .......................................................... 32

Gambar 3.5 Rangkaian skematik sistem kendali utama........................................ 32

Gambar 3.6 Pin IC TL082 ..................................................................................... 33

Gambar 3.7 Rangkaian skematik pembagi tegangan dan komparator. ................. 34


xiv

Gambar 3.8 Rangkaian Skematik Zero Cross Detection ...................................... 34

Gambar 3.9 Rangkaian penggerak untuk full-bridge MERS. ............................... 35

Gambar 3.10 (a) Rangkaian kompensator seri, (b) diagram fasor saat rangkaian

bersifat induktif, (c) diagram fasor saat rangkaian bersifat kapasitif .................... 37

Gambar 3.11 Diagram alir program utama. .......................................................... 38

Gambar 3.12 Diagram alir External Interrupt Routine ......................................... 40

Gambar 3.13 Penyisipan dead-time pada sinyal sisi atas dan sisi bawah ............. 41

Gambar 3.14 Diagram blok monitoring daya ....................................................... 42

Gambar 4.1 Uji pergeseran sudut penyulutan dari sisi simulasi (a) 1º (b) 90º (c) 110º

............................................................................................................................... 43

Gambar 4.2 Hasil simulasi pada sudut penyulutan 56º ......................................... 45

Gambar 4.3 Hasil nilai RMS dari tegangan, arus, dan faktor daya pada sudut 56º

............................................................................................................................... 45

Gambar 4.4 Hasil pengujian rangkaian ZCD ........................................................ 46

Gambar 4.5 Sinyal keluaran arduino uno saat sudut penyulutan 1º (a) S1 dan S4

terhadap ZCD (b) S2 dan S3 terhadap ZCD ........................................................... 47





Gambar 4.8 Sinyal keluaran sisi atas dan bawah IC IR2110. ............................... 49

Gambar 4.9 Tampilan Monitoring melalui smartphone ....................................... 51

Gambar 4.10 Hasil simulasi tegangan kapasitor MERS saat mode balance ........ 52

Gambar 4.11 Hubungan sudut penyulutan terhadap tegangan motor. .................. 52

Gambar 4.12 Hubungan sudut penyulutan dengan arus rangkaian dan kapasitor

MERS .................................................................................................................... 53

Gambar 4.13 Hubungan sudut penyulutan terhadap daya aktif motor induksi ..... 54

Gambar 4.14 Hubungan sudut penyulutan terhadap faktor daya motor induksi... 54

Gambar 4.15 Hubungan sudut penyulutan terhadap tegangan kapasitor MERS .. 55


perancangan kompensator daya reaktif variabel …...disadari bahwa masih banyak kekurangan dalam...

Documents