Rancangan Sistem Proteksi Tegangan Pada Motor Listrik 3 Fasa Berbasis PC

(1)

TUGAS AKHIR

RANCANGAN SISTEM PROTEKSI TEGANGAN

PADA MOTOR LISTRIK 3 FASA BERBASIS PC

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik

Elektro

Oleh

020402003

NURSYAHRUL RITONGA

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

RANCANGAN SISTEM PROTEKSI TEGANGAN

PADA MOTOR LISTRIK 3 FASA BERBASIS PC

Oleh

020402003

NURSYAHRUL RITONGA

Tugas Akhir diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana Teknik Elektro

Disetujui oleh :

Pembimbing

NIP. 131 803349 Ir. Riswan Dinzi MT

Diketahui oleh :

Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU,

NIP. 131459554 Ir. Nasrul Abdi MT

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(3)

KATA PENGANTAR

Bismillahirrahmanirrahiim,

Dengan nama Allah Yang Maha Pengasih Lagi Maha Penyayang.

Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang setiap

saat membimbing dan memberikan rahmatNya sehingga sampai detik ini juga selalu

berada dalam keadaan sehat dan bersemangat serta dapat menyelesaikan Tugas Akhir

ini. Judul yang menjadi pembahasan penulis dalam Tugas Akhir ini adalah

“Rancangan Sistem Proteksi Tegangan Pada Motor Listrik Tiga Fasa Berbasis PC”.

Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan program strata

satu (S1) pada Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera

Utara.

Dalam penulisan Tugas Akhir ini penulis banyak mendapatkan bantuan baik

moril maupun materil dari berbagai pihak. Oleh karena itu pada kesempatan ini

penulis mengucapkan terima kasih yang setulus-tulusnya dan sedalam-dalamnya

kepada :

1. Ayahanda dan seluruh keluarga yang tidak terhitung kasih sayangnya serta

tidak bosan-bosannya memberikan support dalam penyelesaian Tugas Akhir

ini.

2. Sohibku yang senantiasa ada di sampingku, tempatku berbagi dalam susah

dan senang. Terima kasih untuk setiap iringan do’a yang menyertai tiap detik

langkah hidupku.

3. Bapak Ir. Riswan Dinzi, MT yang banyak memberikan masukan dan

membimbing penulis dalam Tugas Akhir ini.

4. Bapak Ir. Nasrul Abdi, MT dan Bapak Rahmat Fauzi, ST,MT selaku Ketua

dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Unversitas

Sumatera Utara.

5. Bapat Ir. Thalib Pasaribu, sebagai dosen wali penulis selama masa

(4)

6. Syahlel, patner penulis yang banyak memberikan ide dan pemikiran dalam

perancangan sistem proteksi dalam Tugas Akhir ini.

7. Rekan satu angkatan stambuk 2002, Zeta, Romi, Dedi, Usman, Dayat ST, Ajo

ST, Maulana ST, dan lainnya yang tidak dapat penulis sebutkan, yang selama

ini telah menjadi teman diskusi belajar dan bekerjasama dalam kegiatan

kampus. Serta adik stambuk: Eko, Made, Ronal, Adi yang banyak membantu

penulis dalam pengujian alat di Laboratorium Konversi.

8. Seluruh Staf Pengajar dan Pegawai di lingkungan Departemen Teknik Elektro

Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Akhir kata hanya kepada Allah SWT jualah kita berserah diri, penulis

menyadari banyak kekurangan pada Tugas Akhir ini namun penulis berharap semoga

penulisan Tugas Akhir ini dapat berguna dan memberikan ilmu pengetahuan bagi

kita semua.

Medan 02 Mei 2008

Penulis

(5)

Abstak

Perubahan tegangan pada sistem tiga fasa dapat terjadi ketika besaran arus

yang mengalir pada masing-masing fasa tidak sama sehingga resultan dari arus beban

tersebut tidak sama dengan nol atau bisa juga disebabkan karena perbedaan sudut

fasa pada arus beban.

Akibat dari ketidaksetimbangan fasa akan berdampak buruk pada motor

induksi 3 fasa jika hal ini berlangsung lama. Oleh karena itu untuk mengatasinya

diperlukan suatu alat proteksi.

Dalam Tugas Akhir ini akan dirancang sebuah sistem yang berguna untuk

memproteksi tegangan pada motor induksi 3 fasa yang akan dikombinasikan prinsip

kerjanya dengan perangkat komputer. Bentuk proteksi yang diberikan adalah

komputer akan memberikan intruksi kepada relay untuk memutuskan aliran listrik

apabila terjadi ketidakstimbangan fasa atau terjadi penurunan tegangan pada salah

(6)

DAFTAR ISI

Kata Pengantar ……… i

Abstrak ……… iii

Daftar Isi………. iv

Daftar Gambar ……… vii

Daftar Tabel ………... ix

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ……… 1

1.2 Tujuan Penulisan ……… 2

1.3 Batasan Masalah ……… 2

1.4 Cara Kerja Rancangan Sistem Proteksi ……….. 3

1.5 Metode Penulisan ……… 5

1.6 Sistematika Penulisan ………. 5

BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Relay ……… 7

2.2 Resistor ……… 9

2.3 Kapasitor ………. 12

2.4 Dioda ……… 13

2.4.1 LED ……… 15

2.5 Regulator Tegangan Tetap ………... 17

(7)

2.6.1 Prinsip Kerja Trafo ……… 21

2.6.2 Macam- Macam Trafo ……….. 21

2.7 Transistor ……… 22

2.8 Kontaktor ………. 23

2.9 Op-Amp ……….. 24

2.9.1 Prinsip Dasar Op-Amp ………. 26

2.10 Port Paralel ………. 28

2.10.1 Keluaran ……….. 30

2.10.2 Masukan ………. 31

2.11 Dampak Ketidak Seimbangan Fasa Pada Motor Listrik Tiga Fasa ………… 31

BAB III PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI TEGANGAN 3.1 Perancangan Blok Diagram Sistem ………. 37

3.2 Perancangan dan Pembuatan Alat (Hardware) ……….. 39

3.2.1Perancangan Modul Rangkain Catu Daya ……… 39

3.2.2Perancangan dan Pembuatan Modul Rangkaian Sistem Proteksi Tiga Fasa ……… 40

3.3Perancangan dan Pembuatan Program Sistem Proteksi (Software) …………... 42

3.4Pembuatan PCB ………. 45

3.5Pemeliharaan dan Perbaikan ………. 47

3.5.1Pemeliharaan ……….. 47

(8)

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA SISTEM

4.1 Pengujian dan Analisa Hardware ……… 49

4.1.1 Pengujian Rangkaian Power Supply ……….. 49

4.1.2 Pengujian Rangkaian Sistem Proteksi Tegangan Pada Motor Listrik

3 Fasa ……….. 51

4.2 Pengujian dan Analisa Software ……….. 53

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan ………. 57

5.2 Saran ……… 58

DAFTAR PUSTAKA ………. 59

(9)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Contoh Kontruksi Relay Dengan Kontak Tukar ……… 7

Gambar 2.2 Lambang Relay dengan berbagai macam kontak ………... 8

Gambar 2.3 Bentuk FisikResistor ……….. 9

Gambar 2.4 Penggunaan Tabel Kode Warna Resistor ………. 10

Gambar 2.5 Simbol dari Kapasitor……… 12

Gambar 2.6 Simbol dan Struktur Dioda ……… 13

Gambar 2.7 Dioda dengan bias Maju (forward bias) ………. 14

Gambar 2.8 Dioda dengan bias Mundur (reverse bias) ……….. 14

Gambar 2.9 Grafik arus Dioda ……… 15

Gambar 2.10 Simbol LED ……… 16

Gambar 2.11 Regulator 78XX dan 79XX ……….... 17

Gambar 2.12 Ekivalen Trafo ……….. 20

Gambar 2.13 Transistor PNP dan NPN ………. 22

Gambar 2.14 Simbol Op-Amp ……… 25

Gambar 2.15 Bentuk Fisik Op-Amp 741 dan Terminal ………. 26

Gambar 2.16 Karakteristik Perpindahan ………. 27

Gambar 2.17 Tata-letak pin parallel printer port………. 28

Gambar 2.18 Signal dan fungsi parallel printer port. ………. 30

Gambar 2.19 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi 3 fasa ………. 31

Gambar 2.20 Fluksi tiga fasa ...32

(10)

Gambar 3.2 Rangkaian Power Supply ……….. 39

Gambar 3.3 Kontruksi Power Supply ……… 40

Gambar 3.4 Rangkaian Proteksi Tegangan Pada Motor Listrik 3 Fasa ….. 41

Gambar 3.5 Kontruksi Rancangan Sistem Proteksi ……… 42

Gambar 3.6 Flowcart Program ………43

Gambar 4.1 Rangkaian Simulasi Rancangan Sistem Proteksi Tegangan

(11)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Kode Warna Tahanan ……… 10

Tabel 2.2 Karakteristik IC78XX dan 79XX ……….. 18

Tabel 4.1 Pengukuran Trafo sebagai Catu Daya ……….. 50

Tabel 4.2 Pengukuran Output Power Supply ………. 50

(12)

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Dunia industri adalah salah satu konsumen listrik terbesar pada saat ini,

karena umumnya industri banyak membutuhkan supply listrik. Setiap perusahaan

yang melakukan pengolahan bahan mentah menjadi barang jadi atau setengah jadi

banyak menggunakan motor-motor listrik tiga fasa terutama, motor induksi yang

fungsinya menjalankan mesin-mesin pengolahan, conveyor maupun penggunaan

lainnya.

Namun berkurangnya persediaan pasokan listrik dewasa ini, menyebabkan

sering terjadi pemadaman listrik dibeberapa daerah serta seringnya terjadi penurunan

tegangan listrik pada waktu beban puncak yang dapat berdampak buruk pada

peralatan yang terhubung dengan supply listrik.

Jika hal ini terjadi maka ketidakseimbangan fasa-fasa akan tidak dapat

dihindari, sehingga pada akhirnya peralatan yang terhubung dengan jala-jala 3 fasa

tersebut akan mengalami kerusakan terutama pada motor-motor listrik.

Melihat permasalahan diatas penulis merancang sebuah alat yang berfungsi

untuk memproteksi tegangan masukan motor listrik 3 fasa dimana cara kerjanya

disimulasikan melalui komputer yang telah diprogram sebelumnya. Penggunaan

komputer dalam rancangan ini akan menampilkan perubahan tegangan, waktu cut

(13)

I. 2 Tujuan Penulisan

Adapun tujuan penulisan tugas akhir ini adalah :

1. Untuk memperdalam pemahaman penulis tentang instrumentasi pada

elektronika analog dan digital terutama tentang prinsip kerja dari alat

proteksi tersebut.

2. Memberikan penjelasan tentang dampak ketidakseimbangan fasa pada

motor listrik 3 fasa.

1.3 Batasan Masalah

Dengan terbatasnya ilmu yang penulis miliki, maka dalam penulisan Tugas

Akhir ini perlu dibuat batasan masalah yakni :

1. Membahas tentang alat proteksi tegangan masukan pada motor listrik

3 fasa dengan menggunakan prinsip kerja Op-Amp sebagai window

komparator.

2. Hanya membahas dampak ketidak seimbangan tegangan fasa pada

motor induksi 3 fasa.

3. Program komputer yang digunakan adalah Visual Basic 6.0

4. Tidak membahas macam- macam gangguan pada sistem tiga fasa

5. Simulasi alat dilakukan pada laboratorium konversi Departemen

Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara dengan segala

(14)

1.4 Cara Kerja Rancangan Sistem Proteksi

Rancangan sistem proteksi motor listrik 3 fasa ini terdiri dari komponen

utama yaitu Operasional Amplifier 741 (Op-Amp) dan Trafo. Pada rancangan ini,

trafo berfungsi sebagai sensor yang mendeteksi tegangan dari jala-jala. Sedangkan

Op-Amp 741 berfungsi sebagai windaw komparator. Penguat Operasional atau

Op-Amp adalah penguat differensial dengan dua masukan dan satu keluaran yang

mempunyai penguatan tegangan yang amat tinggi.

Pada dasarnya sebuah Op-Amp merupakan kopling langsung (direct

coupling) dengan penguatan tegangan yang tinggi dan dapat menguatkan

sinyal-sinyal dalam batas frekuensi yang lebar termasuk sinyal-sinyal dc. Sejumlah besar penguat

operasional mempunyai masukan differensial dengan dua terminal tegangan

masukan yakni V1 dan V2 yang disalurkan masing-masing kepada terminal

pembalik (inverting) yang diberi tanda (-) dan terminal tak membalik (non inverting)

yang diberi tanda (+). Adapun yang dimaksud dengan masukan diffrensial adalah

suatu sinyal yang mengakibatkan suatu beda fraksi sebesar 1 milivolt di antara dua

masukan yang besar. Sebagai contoh, jika masukan inverting adalah 0 volt dan level

masukan inverting dibuat = 0,1 milivolt, maka keluaran akan menjadi -10 volt.

Amplifier memberikan tanggapan beda tegangan diantara dua masukan dan jika beda

ini nol, keluarannya juga seharusnya mendekati nol. Jadi Op-Amp harus disediakan

tegangan supply negatif dan positif sehingga keluarannya dapat berayun-ayun

disekitar nol. Karakteristik ideal dari sebuah Op-Amp adalah :

 Hambatan Masukan (R1) = Tak terhingga

(15)

 Batas Tegangan Av = Tak terhingga

 Lebar Pita = Tak terhingga

 Vo = 0

Dimana bila V1= V2 karakteristiknya tidak berubah terhadap suhu.

Operational Amplifier dalam rancangan ini bekerja secara paralel sehingga

disebut window komparator. Hal ini dilakukan agar proteksi yang dilakukan bukan

hanya under voltage tapi juga over voltage. Window komparator ini bekerja dengan

mem bandingkan tegangan yang masuk pada setiap fasanya.

Pada sistem kontrol rancangan ini menggunakan komputer yang telah

diprogram sebelumnya, yang berfungsi untuk menampilkan perubahan tegangan

dari ketiga fasa jika terjadi penurunan atau kenaikan tegangan listrik, waktu membuka kontak (off) dan melogging setiap perubahan per satuan waktu.

Selain itu komputer akan memberikan informasi sehingga jika terjadi sesuatu yang

tidak diinginkan seperti salah satu fasa tegangannya tidak seimbang, maka secara

otomatis alarm akan berbunyi. Hal ini tentunya akan sangat mempermudah operator

karena secara otentik dapat diketahui berapa besar penurunan atau kenaikan tegangan

yang terjadi melalui program yang telah disusun.

Rancangan proteksi tegangan ini sangat penting untuk dilakukan, seperti

pada motor-motor listrik 3 fasa, karena jika salah satu fasa tidak seimbang dan

(16)

1.5 Metode Penulisan

Metode yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah

1. Studi literatur, berupa studi kepustakaan dan kajian dari buku-buku teks

pendukung.

2. Metode diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing mengenai

masalah-masalah yang timbul selama penulisan tugas akhir ini berlangsung.

3. Melakukan simulasi di laboratorium konversi energi listrik Departemen Teknik

Elektro USU.

4. Menganalisa seluruh data dan hasil perhitungan serta membuat kesimpulan.

5. Pengujian kebenaran teoritis yang diperoleh pada studi literatur dengan cara

penerapan langsung pada peralatan yang dirancang pada laboratorium.

1.6 Sistematika Penulisan

Untuk memberikan gambaran terhadap Tugas Akhir ini, maka penulis

menyusun sistematika penulisan sebagai berikut;

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini merupakan pendahuluan yang berisikan tentang latar

belakang masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, cara kerja

rancangan, metode penulisan, dan sistematika penulisan.

BAB II LANDASAN TEORI

Bab ini membahas tentang komponen, dan alat pendukung yang

digunakan dalam perancangan sistem proteksi tegangan pada motor listrik

(17)

BAB III PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI TEGANGAN

Bab ini akan membahas tiap-tiap blok yaitu mengenai cara-cara

merancang sistem proteksi tegangan pada motor listrik 3 fasa secara

keseluruhan.

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA SISTEM

Dalam bab ini akan dibahas analisa pengujian dan pengukuran

masing-masing blok sistem dan cara kerja dari rangkaian secara

keseluruhan

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi kesimpulan penulis mengenai pembahasan pada

bab-bab sebelumnya serta saran dari penulis mengenai permasalahan di

dalam penulisan tugas akhir ini.

DAFTAR PUSTAKA

(18)

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Relay

Relay merupakan saklar elektromagnetik yang dapat di-on/off-kan oleh arus.

Pada dasarnya relay terdiri dari sebuah kumparan yang terlilit pada suatu inti dari

besi lunak, dan kontak-kontak. Jika kumparan dialiri arus listrik, maka besi lunak

berubah menjadi magnet dan menarik/menolak suatu pegas, sehingga kontak pun

menutup (membuka). Pada gambar 2.1 menunjukkan salah satu contoh

kontruksi relay.

Armatur Gerak

Poros

Pegas

Koneksi Ke Kontak Gerak Koneksi

Kumparan Koneksi

Ke Kontak Tetap Kumparan

Bingkai Plastik

(19)

Seperti halnya saklar atau tombol tekan, kontak-kontak relay terdiri dari :

normal tertutup (NC), normal terbuka (NO), dan kontak tukar.

Gambar dibawah ini menunjukkan lambang berbagai relay.

Gambar 2.2. Lambang Relay dengan berbagai macam kontak

Relay dapat digolongkan menjadi dua golongan utama, yakni

Relay netral, yaitu relay yang perubahan transisi dari status off dan

sebaliknya tidak tergantung pada arus penggeraknya.

Relay berkutub, yaitu relay yang perubahan transisi dari status on ke off dan

sebaliknya tergantung pada arah arus yang mengalir.

Relay elektromekanik, terdiri dari sebuah armatur inti besi yang ditarik oleh

medan magnet yang dibangkitkan oleh sebuah kumparan. Armatur membuka atau

menutup kontak-kontak relay. Arus “tarik” bergantung pada banyaknya kontak daya

yang diperlukan, lazimnya berada diantara kira-kira 30 dan 600mW. Relay dengan kontak

normal terbuka

Relay dengan kontak normal tertutup

(20)

Impedansi kumparan antara 350 dan 2200 ohm. Waktu swits “ON” dan “OFF”

berada diantara 10 mdet dan 3 mdet.

2.2. Resistor

Resistor adalah komponen elektronika yang digunakan untuk membatasi

jumlah arus yang mengalir dalam suatu rangkaian. Sesuai dengan namanya resistor

bersifat resistif dan umumnya terbuat dari bahan karbon. Dari hukum ohm diketahui,

resistansi berbanding terbalik dengan jumlah arus yang mengalir melaluinya. Satuan

dari resistansi dari suatu resistor disebut Ohm atau dilambangkan dengan simbol

Ω (omega).

Tipe resistor yang umum adalah berbentuk tabung dengan dua kaki tembaga

dikiri dan kanan. Pada badannya terdapat lingkaran membentuk gelang kode warna

untuk memudahkan pemakai mengenal besar resistansi tanpa mengukur besarnya

dengan ohmmeter.

(21)

Warna Nilai Faktor Pengali Toleransi

Hitam 0 1

Coklat 1 10 1%

Merah 2 100 2%

Jingga 3 1000

Kuning 4 10000

Hijau 5 100000

Biru 6 1000000

Violet 7 10000000

Abu-abu 8 100000000

Putih 9 1000000000

Emas - 0.1 5%

Perak - 0.01 10%

Tanpa Warna - - 20%

Tabel 2.1 Kode Warna Tahanan

Cara penggunaan tabel diatas dapat dilihat pada gambar berikut :

Gambar. 2.4 Penggunaan Tabel Kode Warna Resistor

Resistansi dibaca dari warna gelang yang paling depan kearah gelang

toleransi berwarna coklak, emas, merah, atau perak. Biasanya warna gelang toleransi

ini berada pada badan resistor yang paling pojok atau dengan lebar yang lebih

Ring IV

Ring III Ring II

(22)

menonjol, sedangkan warna gelang pertama agak sedikit kedalam. Dengan demikian

pemakai sudah langsung mengetahui berapa toleransi dari resistor tersebut.

Kalau anda telah bisa menentukan mana gelang yang pertama yang selanjutnya

adalah membaca nilai resistansinya.

Jumlah gelang yang melingkar pada resistor pada umumnya sesuai dengan

besar toleransinya. Biasanya resistor dengan toleransi 5%,10% atau 20% memiliki

tiga gelang (tidak termasuk gelang toleransi). Tetapi resistor dengan toleransi 1%

atau 2% (toleransi kecil) memiliki empat gelang (tidak termasuk gelang toleransi).

Gelang pertama dan seterusnya berturut-turut menunjukkan besar nilai satuan, dan

gelang terakhir adalah faktor pengalinya.

Spesifikasi lain yang perlu diperhatikan dalam memilih resistor pada suatu

rancangan selain besar resistansi adalah besar wattnya. Karena resistor bekerja

dengan dialiri arus listrik, maka akan terjadi disipasi daya berupa panas sebesar

W= I2R (watt). Umumnya resistor yang tersedia dipasaran berukuran

1/8,1/4,1,2,5,10, dan 20 watt. Resistor yang memiliki disipasi daya 5,10 dan 20 watt

umumnya berbentuk kubik memanjang persegi empat berwarna putih, namun ada

juga yang berbentuk silinder. Tetapi biasanya untuk resistor ukuran jumbo ini nilai

resistansinya dicetak langsung dibadannya, misalnya 100Ω/5W. Karakteristik

resistor yang paling penting diketahui adalah :

Nilai tahanan resistor (ohm)

Toleransi (%)

Rating Daya (Watt)

(23)

2. 3 Kapasitor

Kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan muatan listrik.

Struktur sebuah kapasitor terbuat dari dua buah plat metal yang dipisahkan oleh

suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara

vakum, keramik, gelas dan lain-lain. Jika kedua ujung plat metal diberi tegangan

listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki

(elektroda) metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif terkumpul

pada ujung metal yang lainnya. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung

kutub negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung positif,

karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non konduktif. Muatan elektrik ini

“tersimpan” selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kakinya.

Kapasitor mengisi energi listrik, memblok arus searah dan meluluhkan arus

bolak-balik. Disamping memiliki harga kapasitansi dalam satuan farad. Kapasitor

juga memiliki rating daya, dan berikut ini gambar dari simbol sebuah kapasitor.

+

-

Gambar 2.5. Simbol dari Kapasitor

Aplikasi-aplikasi penting dari kapasitor adalah sebagai berikut :

1. Menghilangkan lonjakan-lonjakan tegangan dengan waktu sangat kecil

(spike) dari catu daya yang sering menimbulkan trigger yang tidak diinginkan

(24)

dengan menempatkan kapasitor tersebut pada terminal-terminal power supply

IC tersebut.

2. Memfilter tegangan DC hasil penyearahan, semakin besar kapasitor yang

digunakan maka makin baik pemfilteran outputnya.

3. Sebagai kopling pada penguat (melewatkan tegangan DC dan menghambat

tegangan AC)

4. Memfilter bagian yang tidak diinginkan dari suatu fluktuasi sinyal.

2.4 Dioda

Dioda termasuk komponen elektronika yang terbuat dari bahan semikonduktor.

Beranjak dari penemuan dioda, para ahli menemukan juga komponen turunan

lainnya yang baik.

Dioda memiliki fungsi yang unik yaitu hanya dapat mengalirkan arus satu arah

saja. Struktur dioda tidak lain adalah sambungan semikonduktor P dan N. Satu sisi

adalah semikonduktor dengan tipe P dan satu sisinya yang lain adalah tipe N.

Dengan struktur demikian arus hanya akan dapat mengalir dari sisi P menuju sisi N.

Gambar. 2.6. Simbol dan Struktur Dioda Katoda Anoda

Depletion Layer

(25)

Gambar ilustrasi diatas menunjukkan sambungan PN dengan sedikit porsi kecil

yang disebut lapisan deplesi (depletion layer), dimana terdapat keseimbangan hole

(lubang) dan elektron. Seperti yang sudah diketahui, pada sisi P banyak terbentuk

hole-hole yang siap menerima elektron sedangkan disisi N banyak terdapat

elektron-elektron yang siap untuk bebas merdeka. Lalu jika diberi bias positif, dengan arti

kata memberi tegangan potensial sisi P lebih besar dari sisi N, maka elektron dari sisi

N akan tergerak untuk mengisi hole pada sisi P. Dimana, bila elektron mengisi hole

disisi P, maka akan terbentuk hole pada sisi N karena ditinggal elektron. Ini disebut

aliran hole dari P menuju N, kalau menggunakan terminologi arus listrik, maka

dikatakan terjadi aliran listrik dari sisi P ke sisi N.

Ir

+ -

Gambar 2. 7. Dioda dengan bias Maju (forward bias)

Sebaliknya, jika polaritas tegangan dibalik yaitu dengan memberikan bias

negatif (reverse bias). Dalam hal ini, sisi N mendapat polaritas tegangan lebih besar

dari sisi P.

Ir

- + V

(26)

Maka tidak akan terjadi perpindahan elektron dari P ke N maupun sebaliknya,

karena baik hole dan elektron masing-masing tertarik kearah kutub berlawanan yang

mengakibatkan lapisan deplesi (depletion layer) semakin besar dan menghalangi

mengalirnya arus.

Dengan demikian dioda hanya dapat mengalirkan arus satu arah saja, dimana

bila diberikan tegangan bias maju yang kecil dioda akan mengalami konduksi.

Untuk dioda yang terbuat dari bahan silikon tegangan konduksinya adalah diatas

0,7 volt dan 0,2 volt batas minimum untuk dioda yang terbuat dari bahan germanium

Gambar 2.9. Grafik arus Dioda

Sebaliknya untuk bias negatif dioda tidak dapat mengalirkan arus, namun ada

batasnya. Sampai beberapa puluh bahkan ratusan volt baru terjadi breakdown,

dimana dioda tidak mampu menahan aliran elektron yang terbentuk dilapisan deplesi.

2.4.1 LED

LED adalah singkatan dari Light Emiting Dioda, merupakan komponen yang

dapat mengeluarkan emisi cahaya. LED merupakan produk temuan lain setelah

dioda. Strukturnya juga sama dengan dioda, tetapi belakangan ditemukan bahwa

0,7 V I

1, 0 V

V

(27)

elektron yang menerjang sambungan P-N, juga melepaskan energi berupa energi

panas dan energi cahaya. LED dibuat agar lebih efisien jika mengeluarkan cahaya.

Untuk mendapatkan emisi cahaya pada semikonduktor, doping yang dipakai adalah

galium,arsenic dan phosporus. Jenis doping yang berbeda menghasilkan warna

cahaya yang berbeda pula.

Gambar 2.10. Simbol LED

Pada saat ini warna-warna cahaya LED yang banyak adalah warna merah,

kuning, dan hijau. LED berwarna biru sangat langka. Pada dasarnya semua warna

bisa dihasilkan, namun akan sangat mahal dan tidak efisien. Dalam memilih LED

selain warna, perlu diperhatikan tegangan kerja, arus maksimum dan disipasi

dayanya. Rumah (cashing) LED dan bentuknya juga bermacam-macam, ada yang

persegi empat, bulat dan lonjong.

Aplikasi

Dioda banyak diaplikasikan pada rangkaian penyearah arus (rectifier) power

supply atau converter AC ke DC. Dipasar banyak ditemukan dioda seperti

1N4001,1N4007 dan lain-lain. Masing-masing tipe berbeda tergantung dari arus

maksimum dan juga tegangan breakdown-nya.

(28)

LED sering dipakai sebagai indikator yang masing-masing warna bisa memiliki

arti yang berbeda. Menyala, padam, dan berkedip juga bisa berarti lain. LED dalam

bentuk susunan (array) bisa menjadi display yang besar. Dikenal juga LED dalam

bentuk 7 segment atau ada juga yang 14 segment. Biasanya digunakan untuk

menampilkan angka numerik dan alphabet.

2.5Regulator Tegangan Tetap (IC 78XX)

Catu daya merupakan sesuatu yang sangat penting untuk rangkaian elektronika.

Dewasa ini semua sistem elektronika sudah beroperasi dengan catu daya yang stabil.

Untuk mendapatkan tegangan yang benar-benar stabil dari suatu penyearah yang

telah difilter dengan kapasitor dapat digunakan rangkain yaitu :

Regulator Positif (IC78XX)

Regulator Negatif (IC79XX)

Regulator ini dimaksudkan untuk memberikan kemampuan catu yang mantap

dengan komponen extern seminim mungkin. Regulator ini bekerja berdasarkan

asas-asas, seperti penghambat panas, dan pembatas daerah aman yang mencegah

tingkat keluaran bergerak keluar dari disipasi daya aman.

Gambar 2.11. Regulator 78XX

IC 7805 IC 7805

AC 220V

Transformator

-05V + 05V

0 D2

D3 D4

(29)

Type 78/79XX

V(out) Volt

I out (Ampere) Vin (volt) Min Max Min Max

05 5 0.5 1 7.5 20

06 6 0.5 1 8.6 21

08 08 0.5 1 10.6 23

10 10 0.5 1 12.7 25

12 12 0.5 1 14.8 27

15 15 0.5 1 14.8 27

18 18 0.5 1 21 33

24 24 0.5 1 27.5 36

Tabel 2.2 Karakteristik IC78XX dan 79XX

Bila menggunakan regulator tegangan IC78XX ada beberapa hal tentang

kontruksi yang perlu diperhatikan :

Semua konduktor yang mengalirkan arus-arus besar harus diusahakan setebal

dan sependek mungkin.

Semua sambungan umum harus dihubungkan dengan kondensator.

Kondensator-kondensator kopling masukan dan keluaran harus dipasang

sedekat mungkin dengan masukan dan keluaran IC

Harus diadakan pendinginan yang memadai.

2.6 Transformator (trafo)

Transformator adalah sebuah peralatan listrik statis yang mampu mengubah

tenaga listrik arus bolak-balik pada suatu tingkatan tegangan ke tingkat tegangan

yang lain atau pada suatu tingkatan arus ke tingkatan arus lain melalui prinsip medan

magnetik. Pada transformator terdapat dua kumparan, satu dari kumparan

transformator dihubungkan ke sumber tenaga listrik arus bolak-balik, dan kumparan

(30)

tenaga listrik disebut kumparan primer, dan kumparan yang terhubung ke beban

disebut kumparan sekunder.

Selain sebagai pengubah tegangan, transformator juga dapat digunakan untuk

mengisolasi rangkaian, mengatur tegangan atau arus dan untuk pengukuran serta

sebagai rangkaian pelindung

2.6.1 Prinsip Kerja Transformator

Apabila kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik

maka fluks bolak-balik akan muncul di dalam inti yang dilaminasi, karena kumparan

tersebut membentuk jaringan tertutup maka mengalirlah arus primer. Akibat adanya

fluks di kumparan primer maka di kumparan primer terjadi induksi ( self induction ).

dan terjadi pula induksi di kumparan sekunder karena pengaruh induksi dari

kumparan primer atau disebut sebagai induksi bersama ( mutual induction ) yang

menyebabkan timbulnya fluks magnet di kumparan sekunder, maka mengalirlah arus

sekunder jika rangkaian sekunder di bebani, sehingga energi listrik dapat ditransfer

keseluruhan.

Besar tegangan yang muncul pada lilitan sekunder ini ditentukan oleh

banyaknya lilitan pada bagian primer. Adapun persamaan tegangan induksi dari

kedua belitan adalah :

E1 = 4,44 f N1 m ... (2.1)

(31)

Vs Ns

E2 = 4,44 f N2 m ... (2.2)

Untuk belitan sekunder

Perubahan tegangan input atau tegangan kumparan primer akan

mengakibatkan perubahan arus yang mengalir, sehingga menyebabkan fluksi

magnetik pada inti. Karena perubahan fluksi magnetik ini, maka tegangan yang di

induksikan pada output atau kumparan sekunder akan berubah.

Perbandingan tegangan antara kedua kumparan atau antara input dengan output

dapat dinyatakan dengan rumus berikut ini :

Vp Np

... ...(2.3)

Dimana :

Vp = Tegangan pada kumparan primer

Vs = Tegangan pada kumparan sekunder

Np = Jumlah gulungan pada primer

Ns = Jumlah gulungan pada sekunder

Adanya gandengan magnetik mengakibatkan terdapat dua rugi-rugi pada

transformator yaitu rugi-rugi tembaga ( Pcu ) dan rugi-rugi inti ( Pi ). Rugi-rugi inti

terdiri dari rugi-rugi hysterisis ( Ph ) dan rugi-rugi arus eddy ( Pe ). Rugi-rugi

(32)

transformator. Rugi-rugi hysterisis adalah rugi-rugi akibat fluks bolak-balik dalam

inti besi. Untuk memperkecil rugi tembaga dapat dilakukan dengan menggunakan

penampang tembaga yang lebih besar.

2.6.2 Macam-macam Transformator

Dari persamaan 2.3 diatas, transformator secara umum dapat digolongkan

menjadi dua, yakni :

1.Transformator step up

Tranformator step up adalah transformator yang bekerja untuk menaikkan

tegangan. Dimana belitan sekundernya lebih banyak dari belitan primer,

dengan kata lain Ns lebih besar dari Np.

2.Transformator Step- Down

Transformator ini adalah sama dengan trafo step-up hanya saja fungsinya yang

berbeda yakni, menurunkan tegangan.

Dalam rancangan ini transformator yang digunakan adalah transformator

step down yaitu transformator yang berfungsi sebagai penurun tegangan, karena

tegangan out put yang di inginkan adalah 6 volt, sementara tegangan inputnya

langsung dihubungkan ke jala – jala. Transformator tersebut dapat diperlihatkan

seperti gambar 2.12 .

(33)

+6V

[image:33.595.122.446.94.367.2]

CT

Gambar 2.12. Ekivalen Trafo

2.7Transistor

Transistor adalah komponen elektronika yang banyak digunakan dalam

berbagai rancangan rangkaian elektronika, baik sebagai penguat maupun sebagai

switch. Gambar dibawah ini merupakan simbol dari transistor jenis PNP dan NPN.

Arah pada emiter menunjukkan arah aliran konvensional emiter.

n p _n p n p

emiter

basis

kolektor emiter

basis

kolektor

[image:33.595.115.514.445.641.2]

(34)

Dalam keadaan normal transistor harus diberi polaritas sebagai berikut:

Pertemuan emiter~basis diberi polaritas dalam arah maju (konduksi)

Pertemuan emiter~colektor diberi polaritas mundur atau cut-off

Transistor sebagai penguat ketika arus basis berubah, perubahan arus

mengontrol perubahan besar arus yang mengalir dari kolektor ke emiter, dan

transistor dengan arus basis disebut dengan penguatan arus pada transistor.

Misalnya sebuah transistor memiliki arus basis IB=0,1mA dan arus kolektor

IC=10mA sehingga penguatan arusnya:

Ai=Ic/Ib Ai=10mA/0,1mA Ai=100A

2.8 Kontaktor

Kontaktor termasuk jenis saklar yang prinsip kerjanya sama dengan saklar.

Bila pada jepitan-jepitan a dan b kumparan magnet dipasangkan tegangan, maka

magnet akan menarik jangkar sehingga kontak-kontak bergerak yang berhubungan

dengan jangkar tersebut juga ikut bergerak atau tertarik. Tegangan yang harus

dipasangkan ini dapat tegangan bolak balik atau tegangan searah, tergantung dari

bagaimana magnet tersebut dirancang. Untuk beberapa keperluan dipakai juga

kumparan arus (bukan tegangan ), akan tetapi dari segi produksi lebih disukai

kumparan tegangan karena besarnya tegangan biasanya sudah di normalisasi dan

tidak tergantung dari keperluan alat pemakai tertentu.

Tergantung dari pelaksanaannya maka dengan tertariknya jangkar

kontak-kontak menutup atau membuka, kontak-kontak-kontak-kontak semacam 1-2, 3-4, dan sebagainya

(35)

Biasanya kontaktor mempunyai pasangan kontak-kontak kerja seperti 1-2,

3-4, 5-6, yang mengalirkan arus kerja. Disamping kontak-kontak kerja seringkali

masih dilengkapi dengan sejumlah kontak pembantu dalam contoh ini misalnya

kontak 7-8, 9-10,. Kontak-kontak pembantu ini digunakan untuk memberikan isyarat

atau keperluan lain, yang akan dijelaskan dalam uraian – uraian selanjutnya.

Misalnya kontak 7-8 dapat dihubungkan dengan lampu edaran isyarat, yang menyala

bila kontraktor bekerja. Tergantung keperluan suatu kontaktor dapat mempunyai

lebih dari dua pasang kontak pembantu.

Karena pergerakan elektromagnetis ini maka kontaktor sangat sesuai bagi

pelayanan-pelayanan jarak jauh dibandingkan dengan saklar motor yang harus

digerakkan dengan tegangan. Untuk keperluan itu, saklar komando yang

menghubungkan kumparan dengan tegangan tidak perlu diletakkan berdekatan

dengan kontaktor, karena antara kontaktor dengan saklar komando dapat dipasang

dua buah kawat.

2.9 Op- Amp

Pada tahun 1965, Fairchild Semiconductor memperkenalkan µ A709,

IC pertama yang menggunakan kaedah monolithic op amp. Walaupun penemuan ini

boleh dikatakan berjaya, penguat op amp ini mempunyai banyak kelemahan.

Kemudian komponen diperbaharui dengan nomor seri µ A741, diantara kelebihannya

ialah lebih murah dan lebih mudah digunakan. Kini banyak perusahaan elektronika

yang mengeluarkan IC tersebut dengan nomor seri 741. Sebagai contoh Motorola

(36)

Instruments mengeluarkan SN72741. Kesemua penguat ini adalah sama karena

[image:36.595.159.434.204.383.2]

mempunyai spesifikasi yang sama.

Gambar 2.14 Simbol Op-Amp

Penguat operasional atau Op- Amp adalah penguat differensial dengan dua

masukan dan satu keluaran yang mempunyai penguatan tegangan yang amat tinggi,

yaitu dalam ordo 105. Dengan penguatan yang tinggi ini, penguat operasional dengan

rangkaian balikan lebih banyak digunakan dari pada dalam lingkar terbuka.

Pemakaian Op- Amp sangatlah luas meliputi bidang elektronika audio,

pengatur tegangan dc, tapis aktif, penyearah presisi, pengubah analog ke digital dan

digital ke analog, pengolah isyarat seperti cuplikan tanah, penguat pengunci,

pengintegral, kendali otomatik, komputer analog, elektronika nuklir dan lain-lain.

Suatu Op-Amp ideal memiliki karakteristik-karakteristik sebagai berikut:

(37)

 Batas tegangan Av=tak terhingga;  Lebar pita = tak terhingga;  Vo=0 bilamana V1 = V2 ;

 karakteristik tidak berubah dengan suhu.

Operational Amplifier harus diberikan tegangan supply positif dan negatif.

Karakteristiknya yaitu jika Verror ( V1 – V2) positif keluaranya akan positif. Begitu

juga Verror negative keluaranya akan negatif.

[image:37.595.128.475.300.520.2]

2.9.1Prinsip-prinsip Dasar Op-Amp

Gambar 2.15 Bentuk Fisik Op-Amp 741 dan Terminal

Pada dasarnya op-amp Ic merupakan sebuah dc coupled differensial amplifier

dengan penguatan yang amat besar. Pada gambar 2.14 menunjukan tersedianya dua

buah masukan. Terminal pertama disebut masukan non inverting diberi tanda +,

terminal kedua adalah terminal inverting diberi tanda -. Penguatan tegangan loop

terbuka Av01 adalah 100dB (100 000 dalam perbandingan tegangan ), sehingga

hanya dibutuhkan masukan differensial kecil untuk mendapatkan perubahan

(38)

mengakibatkan suatu beda fraksi sebesar 1 milivolt di antara dua masukan yang

besar. Sebagai contoh, jika masukan inverting adalah 0 volt dan level masukan

inverting dibuat = 0,1 mV, keluaran akan menjadi -10 V. Amplifier memberikan

tanggapan beda tegangan diantara dua masukan dan jika beda ini nol, keluarannya

juga seharusnya mendekati nol. Jadi Op-Amp harus disediakan tegangan supply

negatif dan positif, sehingga keluarannya dapat berayun-ayun disekitar nol.

[image:38.595.141.509.284.547.2]

Gambar 2.16 Karakteristik Perpindahan

Dari gambar diatas diperlihatkan bahwa, jika (V1-V2) positif, keluaranya juga

akan positif. Keluaran ini akan jenuh jika (V1-V2) mencapai sekitar +0,1 mV. Begitu

juga, jika (V1-V2) negatif, keluaranya akan negatif. Karakteristik ini telah

digambarkan melalui nol dimana V1=V2. dalam praktek selalu menimbulkan offset,

dan untuk itu perlu ditambahkan sebuah potensiometer untuk “trimout” atau

menolkan (null) setiap tegangan offset ini.

Jenuh

+mV (V1-V2) +Vs

0.2

-Vs 0.1

0.1 0.2

-mV

12

(39)

2.10Port Paralel

Port Paralel adalah sebuah interface (sarana) yang menghubungkan suatu

perangkat (hardware) kepada perangkat komputer. Melalui port paralel masukan

(input) data dapat diterima oleh komputer yang kemudian diolah dan memberikan

intruksi yang disebut keluaran (output). Port paralel umumnya terdapat pada setiap

komputer, sehingga hingga saat ini senantiasa digunakan di dunia teknologi. Port

[image:39.595.119.490.327.637.2]

Printer nama lain dari port parallel memiliki 25 pin , sebagai mana terlihat pada

gambar 2.17 berikut.

Gambar 2.17 Tata-letak pin parallel printer port.

Pengaksesan peralatan I/O dapat dilakukan dengan mengakses langsung

(40)

terpasang pada komputer. Pengaksesan port I/O dapat dilakukan dengan semua

bahasa pemograman, baik bahasa tingkat tinggi maupun bahasa assembly.

Setiap port parallel (disebut juga port printer) memiliki tiga alamat port yaitu:

Port data, status dan kontrol. Ketiga alamat ini selalu berurutan, yaitu jika port data

berada pada alamat 0x378, maka port status berada pada alamat 0x379, dan port

control pada 0x37A.

Printer Data Port Status Port Kontrol Port

LPT1 0x03bc 0x03bd 0x03be

LPT2 0x0378 0x0379 0x037a

LPT3 0x0278 0x0279 0x027a

Biasanya alamat dasar untuk LPT1 adalah 0x378 atau 0x37bc. Untuk

mengidentifikasikan dengan alamat port printer pada komputer tertentu, dapat

digunakan program DEBUG dari DOS untuk menampilkan lokasi memori

0000:0040h sebagai contoh:

>debug

-d 0040:0008L8

0040:0008 78 03 78 02 00 00 00 00

Pada contoh ini LPT1 berada pada alamat 0x378, LPT2 pada 0x278,

sementara LPT3 dan LPT4 tidak ada, maka untuk komputer ini didapat :

Printer Data Port Status Port Kontrol Port

(41)

LPT2 0x0278 0x0279 0x027a

LPT3 tidak ada LPT4 tidak ada

2.10.1 Keluaran

Dari gambar 2.17 diatas diketahui pin 2 s/d 9 (Data D0-D7) berfungsi sebagai

output, yang selanjutnya dapat kita manfaatkan untuk mengontrol peralatan luar. Pin

10 s/d 13 dan pin 15 (Status S3-S7) berfungsi sebagai input, yang dapat dijadikan

[image:41.595.157.456.317.646.2]

untuk mendeteksi status peralatan luar.

Gambar 2.18 Signal dan fungsi parallel printer port.

(42)

Pada port printer terdapat lima bit status (BUSY,ACK,Paper empty,

SELECT,ERROR). Pemberian nama sinyal ini sesuai dengan namanya). Logika

tinggi pada select menunjukkan printer menerima sesuatu data. Logika rendah pada

error menunjukkan printer dalam kondisi error. Semua masukan ini di jemput

dengan membaca lima bit tertinggi dari status port.

Namun demikian perancangan asli rangkaian antar muka printer membalik

sinyal BUSY secara hardware. Artinya jika logika 0 ada pada masukan BUSY, bit

ini sebenarnya harus dibaca sebagai logika 1.

2.11Dampak Ketidak Seimbangan Fasa Pada Motor Listrik Tiga Fasa

1

V

2

SX

2

R

2

SE

1

E

2

I

1

R

X

1 [image:42.595.112.527.308.531.2]

m

X

1

I

' 2

I

o

I

c

I

m

I

c

R

Gambar 2.19 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi 3 Fasa

Prinsip Kerja Motor Induksi 3 Fasa

Bila sumber tegangan listrik tiga fasa yang seimbang, dihubungkan ke

terminal belitan stator dari suatu motor induksi tiga fasa maka pada masing-masing

belitan akan mengalir arus listrik yang sinusoidal yang besarnya dapat dituliskan

(43)

t I

I= m.sinω ... (2.4)

Arus pada masing-masing belitan stator akan menghasilkan fluksi (medan

magnet) yang juga berbentuk sinusoidal sehingga dapat dituliskan sebagai berikut :

t

m ω

φ

φ = .sin ... (2.5)

Dimana bentuk gelombang fluksi tiga fasa yang sama dan seimbang tersebut dapat

digambarkan sebagai berikut :

φ

1

φ φ2 φ3

t

[image:43.595.132.491.281.578.2]

ω

Gambar 2.20 Fluksi tiga fasa

Untuk sistem tiga fasa yang seimbang, maka persamaan masing-masing fluksi

adalah:

t Sin

m ω

φ

φ1 = . ... (2.6)

) 120 ( . 2 o m Sin t− =φ ω

φ ... (2.7)

) 240 ( . 3 o m Sin t− =φ ω

φ ... (2.8)

Medan putar pada motor induksi tiga fasa memiliki kecepatan, yang bisa

disimbolkan dengan n . Adapun besar kecepatan medan putar motor induksi tiga _s

fasa adalah :

P f n s s . 120

(44)

Di mana : n = Kecepatan medan putar stator (rpm) s

f = Frekuensi sumber tegangan (Hz) s

P = Jumlah kutub

Medan putar ini selanjutnya akan memotong batang-batang konduktor dari

kumparan-kumparan rotor sehingga pada ujung-ujung kumparan rotor akan timbul

tegangan induksi. Tegangan induksi ini disimbolkan dengan E . Adapun besar _r

tegangan induksi ini adalah :

m r s

r f N

E =4,44. . .φ ... (2.10)

Di mana : E = Tegangan induksi saat rotor start (Volt) r

r

N = Jumlah belitan efektif rotor

m

φ = Nilai fluksi maksimum (Weber)

Arus listrik yang mengalir pada kumparan-kumparan rotor motor induksi tiga

fasa ini akan menimbulkan gaya listrik. Adapun besarnya gaya listrik ini adalah :

L I B

F = . r. ... (2.11)

Di mana : F = Gaya listrik (Newton)

B = Kerapatan fluks (Weber/m2)

I = Arus rotor (ampere) _r

(45)

Hubungan Torsi dan Faktor Daya (Cos )

Sebagaimana pada motor dc, torsi adalah sebanding dengan perkalian antara

arus jangkar dan dan fluksi per kutub yaitu T~ Ia. Demikian juga halnya dengan

motor induksi, tetapi ada faktor lain diberikan dalam perhitungan, yaitu faktor daya

dari rotor. Sehingga diperoleh :

T~ I2 Cos Ø2 ... (2.12)

Atau

T = k I2 Cos Ø2 ... (2.13)

Dimana :

I2 = Arus rotor pada keadaan diam

Ø2 = sudut antara EMF dan arus rotor

K = Bilangan tetap

EMF rotor pada keadaan diam = E2, dimana E2 ~ , jadi

T~ E2 I2 Cos Ø2 atau

T = k1 E2 I2 Cos Ø2 ... (2.14)

dimana k1 = bilangan tetap lain dari k, dengan demikian torsi di pengaruhi oleh

besarnya Ø2.

Torsi Start (keadaan diam)

Dari gambar 2.19 diatas terlihat bahwa pada saat rotor berputar tegangan

induksi rotor (E2), (R2), dan reaktansi rotor (X2) turut dipengaruhi oleh slip, maka

(46)

2 2 2 2 2 2 ) ( )

(

R

X

E

I

= ₊ ………... (2.15)

Dan Cos Ø2 =

impedansi Tahanan

=

(

R

X

)

R

2 2 2 2 2 +

Maka torsi start adalah

Ts = k1 E2 I2 Cos Ø2

= K1E2

) (

)

( 2₂ 2₂

2 2 2 2 2 2

X

R

E

R

E

_X + +

Ts =

X

R

E

K

2 2 2 2 2 2 2 1 +

Jika tegangan supply V tetap, maka fluksi dan E2 juga tetap, jadi

T

s =

K

1

X

R

2 2 2 2 2

+ =

K

2

Z

R

2 2 2

... (2.16)

Sedangkan torsi rotor dalam keadaan jalan adalah :

T

=

2 2 2 2 2 2 2 1 )

(sX

R

E

s

K

+ Φ ………. (2.17)

Hubungan Torsi dan Tegangan

Dari persamaan 2.13 diatas, sebagaimana E2 ~ ~ V, dimana V adalah tegangan

supply, maka :

(47)

Bila V berubah menjadi V’, s ke s’ dan T berubah menjadi T’, maka berlaku

hubungan :

T

' =

V

s

2

' 2

'

... (2.18)

Kemudian arus keluaran dari rotor terdiri dari dua bagian yakni : Io dan I2’. Io

menimbulkan rugi-rugi besi dan Cu dalam stator sendiri. Jika sudut antara E1 dan I2’

adalah Ø, maka :

 Masukan per fasa rotor = E1 I2’ Cos Ø ... (2.19)  Masukan total rotor = 3 E1 I2’ Cos Ø ... (2.20)

Elektris yang masuk dalam rotor ada yang hilang dalam bentuk panas

sebesar : 3 E2 I2 Cos Ø atau

I

R

₂

(48)

BAB III

PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI TEGANGAN

3.1 Perancangan Blok Diagram Sistem

Dalam membuat suatu alat ada beberapa hal yang perlu diperhatikan yaitu

bagaimana cara merancang alat yang akan dibuat sesuai dasar teori, sebelum

merancang suatu sistem atau rangkaian terlebih dahulu membuat blok diagramnya.

Diagram blok merupakan salah satu cara yang paling sederhana untuk

menjelaskan cara kerja dari suatu sistem dan memudahkan untuk melokalisir

kesalahan dari suatu sistem. Dengan diagram blok kita dapat menganalisa cara kerja

rangkaian dan merancang hardware yang akan dibuat secara umum. Diagram

merupakan pernyataan hubungan yang berurutan dari suatu alat atau lebih komponen

yang memiliki kesatuan kerja tersendiri, dan setiap blok komponen mempengaruhi

komponen lainnya.

Diagram blok memiliki arti yang khusus dengan memberikan keterangan

didalamnya. Untuk setiap blok dihubungkan dengan suatu garis yang menunjukan

arah kerja dari setiap blok yang bersangkutan. Diagram blok dari sistem ini adalah :

Penyearah Fasa T

Komparator Op-Amp

PC Driver

Relay Kontaktor

Power Supply

R

T S

Motor Induksi 3 Fasa

Sistem Kontrol Rancangan Objek yang

Diproteksi Penyearah

Fasa R

Penyearah Fasa S

[image:48.595.146.516.558.726.2]

(49)

Dari blok diagram diatas dapat diketahui kerja dari keseluruhan sistem tiap –

tiap blok mempunyai fungsi sebagai berikut:

1. Penyearah, berfungsi untuk menyearahkan tegangan arus bolak balik yang masuk

langsung dari jala-jala menjadi tegangan arus searah untuk diteruskan pada

komparator.

2. Komparator, berfungsi untuk membandingkan besarnya tegangan keluaran dari

penyearah sebelum tegangan tersebut diteruskan ke PC melalui port parallel.

3. PC (personal computer), berfungsi sebagai media informasi yang memberikan

intruksi kepada relay untuk membuka aliran lsitrik antara sumber tegangan

dengan peralatan (motor induksi 3 fasa), bilamana terjadi ketidakseimbangan

fasa. Disamping itu komputer juga menampilkan perubahan tegangan, waktu cut

off, tanggal, hari, dan real time serta menyimpan seluruh data tersebut.

4. Power Supply berfungsi sebagai pensupply (sumber tegangan dc) untuk

rangkaian komparator dan driver relay (gambar 3.2).

5. Driver relay, berfungsi sebagai pengendali relay yang mana akan bekerja setelah

PC mengeluarkan informasi.

6. Kontaktor, alat yang digunakan sebagai penerus dari relay dimana kontaktor akan

bekerja jika ketiga fasanya tidak seimbang.

7. Jala-jala, berfungsi sebagai sumber tegangan.

(50)

3.2 Perancangan dan Pembuatan Perangkat Keras (hardware)

3.2.1 Perancangan dan pembuatan modul rangkaian catu daya

Modul rangkaian catu daya ini berfungsi untuk memberikan supply tegangan

keseluruh rangkaian yang ada. Rangkaian catu daya yang akan dibuat pada

perancangan ini terdiri dari pilihan tegangan keluaran yaitu tegangan +5Vdc,-5Vdc,

dan +12Vdc

Tegangan keluaran +5Vdc, -5Vdc digunakan untuk mensupply tegangan

kemodul rangkaian yang digunakan untuk mengaktifkan Op-Amp sebagai

komparator. Tegangan +12Vdc digunakan untuk memberikan supply pada rangkaian

driver relay. Rangkaian lengkap dari catu daya ini ditunjukkan pada gambar 3.2

dibawah ini.

3300uF 50V

100uF 50V

1N5401

7805

9Vac 12Vac CT 12Vac

9Vac

1N5401 +5V

0V

-5V

+12V

220 Vac

Sumber Tegangan DC untuk Komparator

[image:50.595.115.522.373.626.2]

Sumber Tegangan DC untuk Diver Relay

(51)

Untuk menghasilkan tegangan +5Vdc,-5Vdc yang stabil digunakan IC 7805 seperti

terlihat pada gambar diatas, dimana IC regulator ini akan menstabilkan tegangan

pada +5Vdc, -5Vdc. Untuk menghasilkan tegangan +12Vdc yang stabil digunakan

[image:51.595.139.495.250.552.2]

IC 7812, dimana IC regulator ini akan menstabilkan tegangan pada +12Vdc.

Gambar 3.3 Kontruksi Power Supply

3.2.2 Perancangan dan Pembuatan Modul Rangkaian Sistem Proteksi

Tegangan 3 Fasa

Blok-blok diagram sistem dapat diterjemahkan menjadi bentuk rangkaian

ataupun hanya terdiri dari beberapa komponen. Salah satu komponen utama pada

rangkaian ini adalah Op-Amp yang merupakan komparator atau pembanding dari

tegangan yang masuk dari jala-jala yang telah disearahkan oleh penyearah, dimana

hasil banding dari ketiga tegangan tersebut diteruskan ke PC malalui Port paralel.

Adapun komponen pendukung lainnya adalah reisitor, trimpot, transistor, dioda

(52)

Modul rangkaian proteksi tegangan tiga fasa ini berfungsi sesuai namanya

yaitu memproteksi. Adapun yang diproteksi oleh rancangan ini adalah fasa-fasa yang

tidak seimbang dari jala-jala. Jika salah satu fasa tidak seimbang maka sistem ini

akan di proteksi oleh komputer dan mengintruksikan pada relay untuk membuka

hubungan dengan motor induksi 3 fasa, sehingga motor tidak mengalami kerusakan.

Rangkaian pada sistem ini dapat dilihat pada gambar 3.4 dibawah ini.

K O M P U T E R

FASA T

330

R S T N

NC +12V IN4001 LOAD 1uF 0V 500mA 3V 380V, 220 V 2 3 100K 100K VCC VCC VCC 5V 5V 5V VRef 2 6 6 3 4 4 7 7 3 IC7432 OR GATE 270 NPN 2N3904

FASA S NPN

[image:52.595.120.524.284.562.2]

2N3904 TIP 31C VCC NPN 2N3904 NPN 2N3904 NPN 2N3904 NPN 2N3904 2K 2K 20K 220 220 330 330 100 1K VCC 5V 330 NPN 2N3904 330 1K 20K

(53)

[image:53.595.124.516.110.491.2]

Gambar 3.5 Kontruksi Rancangan Sistem Proteksi

3.3 Perancangan dan Pembuatan Perangkat Lunak (software)

Pada perancangan dan pembuatan perangkat lunak (software) ini akan

dijelaskan bagaimana cara dari sistem ini secara pemograman. Program komputer

yang digunakan untuk mensimulasikan rancangan ini adalah Visual Basic 6.0 yang

merupakan salah satu software pembuat program aplikasi yang handal hingga saat

ini. Software ini diambil dari nama bahasa pemograman yaitu Visual Basic. Bahasa

pemograman adalah perintah-perintah yang dapat dimengerti oleh komputer untuk

melakukan tugas-tugas tertentu.

Sebelum merancang program terlebih dahulu akan ditentukan flowcart dari

(54)

[image:54.595.159.519.139.634.2]

Gambar 3.6 Flowcart Program START

Inisialisasi Port Paralel

Deteksi Input Register Port Status pada Port Paralel

Membandingkan Ketiga Fasa

Setimbang ?

Display & Alarm

STOP

Display “Ketiga Fasa Dalam Keadaan

Setimbang”

TIDAK

YA

(55)

Pengaksesan Port Parallel Dengan Visual Basic

Sebelum melangkah lebih jauh, terlebih dahulu diketahui beberapa

keterbatasan dalam VB. Karena VB tidak bisa mengakses hardware secara langsung

dalam sistem operasi windows, maka semua permintaan pengaksesan hardware harus

melalui windows. Oleh karena itu harus menggunakan program eksternal untuk

melakukan pengaksesan hardware secara langsung pada program. Program tersebut

berupa file DLL (Dynamic Link Library). File DLL ini harus diletakkan (di

copy-kan) ke direktori / folder “ //windows/system “ atau diikutkan dalam satu folder

program yang kita buat.

File DLL yang akan digunakan adalah "inpout32.dll da io.dll“. Sebelum

menggunakan fungsi – fungsi yang ada dalam file DLL ini, terlebih dahulu harus di

deklarasikan di VB kedalam module.

Cara mendeklarasikannya adalah :

Public Declare Function Inp Lib "inpout32.dll" _

Alias "Inp32" (ByVal PortAddress As Integer) As Integer

Public Declare Sub Out Lib "inpout32.dll" _

Alias "Out32" (ByVal PortAddress As Integer, ByVal Value As Integer)

Jika file DLL tersebut telah dideklarasikan seperti diatas, maka fungsi Out (untuk

mengeluarkan data) dan Inp (untuk membaca data) siap digunakan pada VB. Untuk

mengirim data pada port parallel, digunakan fungsi Out . Sintak penulisannya adalah

sebagai berikut :

(56)

3.4 Pembuatan PCB

Dalam membuat rancangan layout PCB, hal-hal yang perlu dan penting untuk

diperhatikan adalah :

Letak komponen yang rapi dan sistematis

Hubungan pengawetan yang sependek mungkin

Hindari sudut pengawetan atau pembelokan yang tajam

Ukuran CB yang sehemat mungkin.

Sedangkan langkah-langkah dalam perancangan letak komponen adalah:

Mengukur ukuran komponen yang sebenarnya. Sebelum perancangan letak

komponen dan layout PCB, seluruhnya komponen harus sudah tersedia

lengkap dengan ukurannya

Mengatur tata letak komponen. Dalam pengaturan tata letak komponen ini

harus diperhatikan dengan baik supaya tidak terjadi over cross atau hubungan

dengan menggunakan kabel yang tumpang tindih, karena hal ini dapat

berbahaya jika dipergunakan kabel yang terbuka, dan juga mengurangi

kerapian pada rangkaian

Menggambar tata letak komponen. Setelah diperoleh susunan yang baik maka

tata letak komponen tersebut dituangkan kedalam bentuk gambar dengan

menggunakan skala 1:1 dan biasanya yang digambar adalah pandangan atas

dari komponen tersebut.

Pembuatan PCB dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu dengan direct etching dan

(57)

spidol permanent dan selanjutnya dilarutkan FeCl3 dan dalam pembuatan rancangan

ini mempergunakan teknik direct etching.

a. Bahan-bahan yang diperlukan

Adapun bahan-bahan yang diperlukan dalam pembuatan PCB melalui teknik

langsung (direct etching) ini adalah :

 Spidol permanent

 Papan PCB

 FeCl3

 Rugos

 Kertas pasir

b. Peralatan yang digunakan

Peralatan yang digunakan untuk pembuatan PCB rangkaian untuk pendukung

proyek ini adalah :

 Mesin potong

 Mesin Bor

 Peralatan tangan, misalnya penggaris,pensil, dan lain sebagainya

c Langkah kerja

Langkah kerja yang harus diperhatikan dalam pembuatan PCB pada

rancangan ini adalah :

 Membuat layout PCB

 Membersihkan PCB yang akan dilayout

 Mencetak layout dari kertas grafis diatas PCB, kemudian menggambarnya

(58)

dengan spidol permanent atau bisa saja membuat kembali layout di PCB

sesuai dengan layout PCB pada kertas grafis.

 Setelah semua layout rangkaian telah tercetak pada PCB maka PCB siap

untuk dilarutkan FeCl3.

 Pengeboran kaki-kaki komponen yang sisa atau belum dibor.  Mempertine, yaitu melapisi jalur PCB dengan timah.

3.5Pemeliharaan dan Perbaikan

Pada sistem peralatan elektronika diperlukan adanya pemeliharaan yang

terus-menerus untuk menghindari kerusakan-kerusakan yang mungkin terjadi, selain

itu juga diperlukan perbaikan bila terjadi kerusakan pada peralatan tersebut.

3.5.1 Pemeliharaan

Pada setiap peralatan elektronika diperlukan adanya pemeliharaan. Ini

dilakukan agar peralatan tersebut dapat tetap bekerja untuk jangka waktu yang lama

dengan kata lain untuk memperpanjang umur alat ini pemeliharaannya adalah :

Operasikan alat sesuai dengan spesifikasi yang telah ditentukan.

Letakkan alat pada permukaan yang stabil.

Jangan meletakkan benda diatas modul

Jangan disimpan pada ruangan yang terlalu panas maupun lembab

Jauhkan dari cairan

Pastikan bahwa power off ketika menghubungkan dan melepaskan kabel data

atau ketika menghubungkan alat kepada sinyal input.

(59)

3.5.2 Perbaikan

Perbaikan adalah kemampuan suatu alat untuk melaksanakan fungsinya yang

dibutuhkan tanpa kegagalan dalam kondisi tertentu selama periode tertentu.

Kegagalan adalah berakhirnya kemampuan suatu alat untuk melaksanakan fungsinya

baik untuk beberapa saat maupun untuk seterusnya. Dalam hal ini penulis merincikan

tahapan-tahapan untuk melakukan perbaikan, yakni :

Menentukan daerah kerusakan pada alat tersebut.

Periksa tegangan output dari catu daya sebelum dihubungkan langsung

dengan r