Diterima 20 November 2019; Dipublikasikan 2 Febuari 2019 Abstrak
Penelitian ini bertujuan untuk mereduksi arus awal yang besar pada sebuah motor induksi 1 fasa. Dimana motor induksi 1 fasa merupakan jenis motor yang banyak digunakan dari berbagai aplikasi baik itu rumah tangga ataupun industri. Akan tetapi motor induksi memiliki kekurangan pada arus awal (Start) yang sangat besar mencapai 5 sampai 7 kali dari arus nominal beban penuh ketika dihidupkan. Oleh karena itu, penulis mencoba membuat rangkaian soft starting motor induksi 1 fasa di penelitian ini agar didapatkan data sebelum dan sesudah penggunaan rangkaian tersebut. Rangkaian soft starting ini mengatur nilai tegangan yang masuk pada motor induksi dengan memanfaatkan komponen elektronika daya yaitu TRIAC, dan penyalaannya dikontrol oleh mikrokontroller Arduino Nano, dan setelah diuji motor induksi 1 fasa tersebut mengalami penurunan arus start yang cukup signifikan.
A. Pendahuluan
Pemanfaatan motor induksi saat ini semakin banyak digunakan mulai dari aplikasi di rumah tangga maupun di dunia industri. Motor induksi multi fasa sering dijumpai dalam berbagai aplikasi berdaya besar sebagai penggerak utama seperti yang sering dijumpai di dunia industri sebagai pompa, kipas angin, kompresor dan lain sebagainya. Motor induksi satu fasa dioperasikan pada sistem satu fasa yang banyak digunakan terutama pada penggunaan untuk peralatan rumah tangga seperti kipas angin, lemari es, pompa air, mesin cuci, dan sebagainya.
Motor induksi memiliki kekurangan yaitu pada arus start yang besar sekitar 5 hingga 7 kali dari arusnominal beban penuh ketika dihidupkan secara langsung atau lebih dikenal dengan metode pengasutan Direct On Line (DOL). Bila terjadi kenaikan arus yang mendadak dapat mengganggu stabilitas putaran motor yang sedang beroperasi.
Pada penelitian ini dilakukan perancangan pengontrolan tegangan AC dengan TRIAC. TRIAC dirangkai untuk dapat berkerja mengatur tegangan positif dan tegangan negatif (tegangan AC). Arduino Uno digunakan untuk mendeteksi zero crossing dan untuk memberikan sinyal kontrol pada TRIAC. Zero crossing detector sebagai pendeteksi titik persilangan nol di suatu sinyal AC baik sinusoidal maupun sinyal AC Lainnya, sehingga dapat memberikan sinyal acuan kepada sinyal trigger sebagai pemicu TRIAC. Pengontrolan tegangan AC satu fasa ini akan diaplikasikan pada rangkaian soft starting dengan cara mengatur tegangan masukan yang diberikan pada motor dengan mengatur putaran rotor sehingga slip pada motor kecil dan arus start pada motor pun kecil.
B. Metode Penelitian
Proses awal penelitian ini, penulis terlebih dahulu membuat rancangan rangkaian soft starting, dimana perancangan keseluruhan sistem soft starting dibagi menjadi 4 bagian, yaitu perancangan mekanik, perancangan programing pada Arduino Nano, perancangan rangkaian zero crossing detector, perancangan kendali TRIAC, serta kompilasi rangkaian soft starting. Adapun blok diagram rangkaian keseluruhan soft starting dapat dilihat pada gambar 1.
Gambar 1. Blok diagram rangkaian soft starting motor 1 fasa
B.1 Perancangan Mekanik
Kontruksi mekakanik yang dibuat merupakan wadah untuk menyimpan dan melindungi modul rangkaian soft starting motor, dimana meliputi sebuah kotak alat berukuran 18,5 cm x 11,2 cm x 6 cm.
Gambar 2. Box alat soft starting motor induksi satu fasa
B.2 Rangkaian Zero Crossing Detector
Rangkaian zero crossing detector digunakan untuk mendeteksi titik nol pada sinyal sinusoida pada saat peralihan dari siklus positif menuju negatif dan sebaliknya yang nantinya dipakai sebagai acuan awal dari pemberian sinyal pulsa PWM pada gate TRIAC. Berikut gambar 3 dibawah ini merupakan rangkaian zero crossing detector.
Gambar 3. Rangkaian zero crossing detector
B3. Rangkaian Kendali TRIAC
Rangkaian kendali TRIAC digunakan sebagai pemberian nilai pulsa squirrel PWM untuk mengendalikan sudut picu dan sudut tegangan output yang nantinya akan mengendalikan motor induksi satu fasa, pemberian pulsa squirrel PWM. Berikut gambar 10 dibawah ini merupakan rangkaian kendali TRIAC.
Gambar 4. Rangkaian Kendali TRIAC
B4. Kompilasi Rangkaian Soft Starting
Rangkaian keseluruhan ini merupakan gabungan dari perencanaan rangkaian sebelumnya dimana rangkaian ini akan berbentuk modul yang nantinya akan di fungsikan untuk mengatur tegangan jala – jala yang akan masuk ke motor induksi sehingga motor induksi satu fasa dapat dikendalikan. Berikut gambar 11 dibawah ini merupakan rangkaian soft starting motor induksi satu fasa.
Gambar 5. Kompilasi Rangkaian Soft Starting Motor Induksi Satu Fasa
C. Hasil dan Pembahasan
C.1 Pengujian Rangkaian Zero Crossing Detector
Sinyal keluaran yang dihasilkan dari rangkaian zero crossing detector merupakan pulsa periodik yang aktif ketika pembacaan sinusoida pada interasi nol. Tujuan pengujian rangkaian ini adalah untuk mengetahui sinyal gelombang keluaran dari zero crossing detector yang akan digunakan sebagai input pada microcontroller arduino sebagai referensi atau acuan untuk memulai pemberian arus dan tegangan gate pada TRIAC.
Gambar 6. Sinyal Output Hasil Pengujian Rangkaian Zero Crossing
C.2 Pengujian Gelombang Output Rangkaian Soft Starting
Gambar 7. Hasil Pengujian Gelombang Output Rangkaian Soft Starting (3sec)
Gambar 8. Hasil Pengujian Gelombang Output Rangkaian Soft Starting (7sec)
Gambar 9. Hasil Pengujian Gelombang Output Rangkaian Soft Starting (10sec)
Dari hasil pembacaan oscilloscope terlihat bahwa terjadi perubahan sinyal tegangan output alat soft starting dari nilai sudut 00 - 1800 dengan perhitungan waktu awal 0 detik sampai dengan 10 detik. Hasil pengujian ini akan diuraikan pada tabel 1 hasil output alat soft starting.
Tabel 1 Hasil Output Alat Soft Starting Motor Induksi Satu Fasa
5 1.44 220 2976 272.45
6 1.77 229 2979 348.58
7 1.36 220 2973 257.31
8 1.74 224 2973 335.19
9 1.77 230 2979 350.11
10 1.77 230 2979 350.11
Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 10 sampai 13 karakteristik alat soft starting motor induksi satu fasa.
Gambar 10. Karakteristik Arus (I) Terhadap Tegangan (U)
Dari gambar 17 karakteristik arus (I) terhadap tegangan (U) didapat bahwa tegangan dan arus output alat soft starting berbanding lurus dan pengaturan tegangan terminal dengan alat soft starting ini mampu menunda arus asut motor dengan kondisi tanpa beban dimulai dari mulai 0,6 A sampai dengan arus nominal 1.77 A dengan selang waktu 10 detik.
Gambar 11. Karakteristik Arus (I) Terhadap Waktu (s) 0
0.67 0.91 0.73
1.20 1.44 1.77
1.36
1.74 1.77 1.77
0 0.5 1 1.5 2
0 32 57 161 220 220 229 220 224 230 230
Arus (A)
Tegangan (V)
I(f)=U
0
0.67 0.91 0.73
1.20 1.44 1.77
1.36
1.74 1.77 1.77
0 0.5 1 1.5 2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Arus (A)
Waktu (s)
I(f)=s
Dari gambar 11 karakteristik arus (I) terhadap waktu (s) didapat bahwa arus asut pada motor kondisi tanpa beban akan perlahan naik dari arus yang kecil hinga mencapai arus nominal. Arus paling kecil didapat pada detik ke 1 yaitu 0,67 A dan arus lonjakan terbesar terjadi pada waktu 6 detik sebesar 1.77 A dan arus nominal tercapai pada detik 9 dengan arus 1.77. motor kondisi diberi beban mampu berputar pada arus 0,91 atau pada detik ke 2.
Gambar 12. Karakteristik Tegangan (U) Terhadap Waktu (s)
Dari gambar 12 karakteristik tegangan (U) terhadap waktu (s) didapat bahwa tegangan berbanding lurus dengan waktu asut yang dimana tegangan awal yang diperoleh sebesar 32 V terjadi pada detik pertama dan tegangan nominal didapat pada waktu 9 detik dan 10 detik. Motor mampu berputar pada saat berbeban pada saat tegangan yang diberikan pada motor sekitar 57 V yaitu pada detik ke 2.
Tabel 2. Hasil Pengujian Motor Satu Fasa Hubung Langsung (DOL) Pengujian ke- Waktu
(s)
Arus terminal (A)
Tegangan terminal (V)
n (rpm) 1
0 0 0 0
1 7.93 226 2810
2 1.67 228 2982
2
0 0 0 0
1 8.21 228 2818
2 1.65 229 2980
3
0 0 0 0
1 4.22 220 2782
2 1.66 228 2980
4
0 0 0 0
1 7.83 225 2790
2 1.69 229 2979
5
0 0 0 0
1 2.98 227 2782
2 1.67 230 2979
Rata-rata
0 0 0 0
1 6.23 225.2 2796
2 1.67 228.8 2980
0 32 57 161
220 220 229 220 224 230 230
0 50 100 150 200 250
0 2 4 6 8 10 12
U (V)
waktu (s)
U(f)=s
Gambar 13. Karakteristik Arus DOL Terhadap waktu
Pada gambar 13 karakteristik arus terhadap waktu didapat bahwa pada saat motor dihubung langsung arus melonjak hingga 6 sampai 7 kali arus nominal dan lama pengasutannya terjadi selama 2 detik hingga arus nomilal tercapai.
Setelah mendapatkan hasil pengujian antara penggunaan alat soft starting motor induksi satu fasa dengan pensakelaran biasa untuk pengasutan motor seperti yang ditunjukan pada tabel 1 dan tabel 2 maka didapat hasil karakteristik perbandingan seperti yang dijelaskan pada gambar 14 dibawah ini.
Gambar 14. Karakteristik Perbandingan Arus Asut DOL dan Soft Starting
Pada gambar 14 Karakteristik perbandingan arus asut DOL dan soft starting didapat bahwa arus asut yang besar dengan metode DOL mampu diturunkan dengan menggunakan alat soft starting. Penggunaan metode DOL menarik arus asut sebesar 6,23 A sedangkan penggunaan alat soft starting menarik arus asut awal sebesar 1,77 A maka dari itu penggunaan alat soft starting mampu menghemat arus sebesar 71.5 % dari pensakelaran biasa/langsung (DOL).
0
1.69 0
2 4 6 8
0 0.5 1 1.5 2 2.5
Arus (A)
Waktu (s)
0 6.23
1.67 1.67 1.67 1.67 1.67 1.67 1.67 1.67 1.67
0
0.67 0.91 0.73 1.20 1.44 1.77
1.36 1.74 1.77 1.77 0
1 2 3 4 5 6 7
0 2 4 6 8 10 12
Arus (A)
Waktu (s)
KarakterisCk Perbandingan Arus DOL dan SoL Staring
DOL SoL StarCng
D. Kesimpulan
Berdasarkan hasil pengujian maka dapat disimpulkan bahwa:
1. Alat soft starting motor induksi ini menggunakan TRIAC untuk mengatur tegangan terminal yang jadi acuan untuk mengatur putaran motor yang dibuat untuk memperkecil nilai arus mula motor yang besar dan penggunaan arduino digunakan untuk mendeteksi nilai zero cross sebagai picu awal PWM dan mengontrol sudut picu gate sebagai kendali TRIAC.
2. Pengaruh pengasutan menggunakan alat soft starting mampu membuat arus asut motor secara halus dari arus nilai aus terkecil 0.67 A sampai arus asut tertinggi yaitu 1,77 A dengan nilai arus nominalnya 1.77 A dengan waktu asut sebesar 10 detik sampai arus nominal tercapai. Pengaruh penggunaan alat soft starting mampu menghemat arus asut motor sebesar 71.5 %. Motor mulai mampu berputar pada kondisi berbeban ketika tegangan yang diberikan sebesar 57 V dan arus 0,97 A dan putaran motor 599 rpm.
Daftar Pustaka
Abidin, Zaenal. 2016. “Simulasi Pengaturan Kecepatan Motor Induksi Satu Fase Dengan Matlab”, Jurusan Teknik Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Islam Lamongan.
Erhaneli. 2008. “Perencanaan Filter Pasif Mengurangi Harmonik Pada Inventer”. Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Padang.
F, Rozi. 2014. “Pengujian Karateristik Pengasutan Motor Induksi 3 Fasa Rotor Sangkar menggunakan Metode Soft Starting”. Skripsi, Universitas Bengkulu, Bengkulu, Indonesia,
Firmansyah Z, Deni. 2016. “Pengereman Dinamik Motor Induksi Tiga Fasa Berbasis Smartphone” Android Dan Aplikasi Matlab”. Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Lampung.
Hasto Ken, Haddin Muhammad, Nugroho Dedi. 2015. “Perancangan Arus Starting Motor Induksi Satu Fasa Menggunakan Magnetic Energy Recovery Switch (MERS)”, Jurusan MTE, Fakultas Teknologi Industri , Universitas Islam Sultan Agung Semarang.
M Eriyadi. 2016. “Perancangan Prototipe Dasar Kendali Jarak Jauh Berbasis Mikrokontroler dan Teknologi SMS”, Program Studi Teknik Elektro. Politeknik Enjinering Indorama, Purwakarta, Indonesia.
Munthe, Brayan. 2015.”Mesin Listrik 2”. Departemen Teknik Listrik, Politeknik Enjinering Indorama.
Riyadi, Ellan. 2011. “Pembuatan Soft Starting Dan Dynamic Braking Pada Motor Induksi 1 Fasa ½ Hp Dengan Kapasitor Berbasis Mikrokontroller AT89S51”. Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Semarang.
Saputra, Agus. Syukriyadin. Sukri, Mahdi. 2017. “Perancangan Rangkaian Pengasutan Soft Starting Pada Motor Induksi 3 Fasa Berbasis Arduino Nano”. Teknik Elektro dan Komputer, Universitas Syiah Kuala.
Wijanarko Haris, Cahyadi Imam Dwi, A Kresna Muhammad. 2016. “Makalah Motor Induksi”, Jurusan Teknik Pertambangan, Fakultas Teknik, Universitas Sriwijaya.
Yandri, Yusuf M. Ismail, Khwee Kho Hie, Hiendro Ayong. 2014. “Perbandingan Pemilihan Komponen Pengasutan Motor Induksi Tiga Fasa antara Sistem Pengasutan Langsung ke Jala-Jala (DOL Starting) dengan Sistem Pengasutan Bintang Segitiga (Y-Δ Starting)”. Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Tanjungpura
Zuhal. 1989. Dasar Tenaga Listrik. Bandung: Penerbit ITB.
