Analisa Pengaturan Kecepatan Motor Induksi 3
Phasa Berbasis PWM Kontrol Terkendali
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi
Persyaratan Guna Meraih Gelar Sarjana Strata I Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Oleh :
Muh Ikhwan Amir Subandi 201310130311122
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG 2018
vii
LEMBAR PERSEMBAHAN
Puji syukur kepada Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Dr. Ir Ermanu A.H., MT. dan Bapak Ir. Nurhadi, MT. selaku dosen pembimbing tugas akhir ini. Terimakasih banyak atas ilmu yang diberikan selama saya menyusun tugas akhir ini.
2. Bapak Dr. Ir. Samin, MT. Selaku Wakil Dekan I Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang.
3. Ibu Ir. Nur Alif Mardiyah, MT. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang.
4. Bapak Ir. H. Ihsan dan Ibu Hj. Juniarti sebagai orang tua yang telah mendidik, mendukung, dan mendoakan saya selama proses kuliah sampai menyeleseikan penelitian ini.
5. Seluruh keluarga dirumah, serta adik yang selalu memberikan semangat. 6. Keluarga besar lombok timur yang banyak memberikan nasehat kepada
saya.
7. Seluruh teman seperjuangan Teknik Elektro C angkatan 2013 Universitas Muhammadiyah Malang.
Malang, 29 Januari 2018
viii
KATA PENGANTAR
Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT. Atas limpahan rahmat dan hidayah-NYA sehingga peneliti dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul:
“Analisa Pengaturan Kecepatan Motor Induksi 3 Phasa Berbasis PWM Kontrol Terkendali”
Di dalam tulisan ini disajikan pokok-pokok bahasan yang meliputi perubahan beban dengan menggunakan kontrol PI sebagai salah satu kontrolnya dengan menggunakan metode Nichols – Ziegler sebagai paramerter dari kontrol PI dan
Field Oriented Control dengan menggunakan PWM.
Peneliti menyadari sepenuhnya bahwa dalam penulisan tugas akhir ini masih banyak kekurangan dan keterbatasan. Oleh karena itu peneliti mengharapkan saran yang membangun agar tulisan ini bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan kedepan.
Malang, 21 Februari 2018
ix
DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL ... i
LEMBAR PERSETUJUAN... ii
LEMBAR PENGESAHAN ... iii
LEMBAR PERNYATAAN ... iv
ABSTRAK ... v
LEMBAR PERSEMBAHAN ... vii
KATA PENGANTAR ... viii
DAFTAR ISI ... ix
DAFTAR GAMBAR ... xii
DAFTAR TABEL ... xiv
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Batasan Masalah... 2
1.4 Tujuan Penelitian ... 2
BAB II STUDI PUSTAKA 2.1 Motor Induksi ... 3
2.1.1 Struktur Motor ... 3
2.1.2 Medan Putar ... 4
2.1.3 Cara Kerja ... 4
2.1.4 Pengendalian Putaran Motor Induksi ... 5
2.2 Inverter ... 6
2.3 Pulse Width Modulation (PWM) ... 6
x
2.5 Kontroller Proposional Intergral ... 8
2.6 Metode Tunning Nichols – Ziegler ... 10
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Pemodelan Desain Sistem ... 11
3.1.1 Field Oriented Control Induksi Motor ... 11
3.1.2 Mode Bus Keluaran ... 13
3.1.3 Sistem Mekanik ... 14
3.1.4 Tab Mesin Asinkron ... 14
3.1.5 Bagian Rectifier ... 15
3.1.6 Bagian Bus DC ... 16
3.1.7 Bagian Braking Chopper ... 17
3.1.8 Bagian Inverter ... 18
3.1.9 Tab Pengontrol ... 19
3.1.10 Bagian Speed Controller ... 20
3.1.11 Bagian Field Oriented Control ... 22
3.1.12 Blok Input dan output ... 26
3.2 Spesifikasi Model ... 27
3.2.1 Spesifikasi Model Motor Induksi ... 27
3.3 Karakteristik Beban ... 28
3.4 Tahapan Penelitian ... 29
3.4.1 Menentukan Beban Torsi ... 29
3.4.2 Menentukan Kecepatan Referensi ... 29
3.4.3 Menentukan Sumber Tiga Phaa ... 29
3.4.4 Menentukan Field Oriented Control Induction Motor ... 29
3.4.5 Melihat Hasil Dari Scope ... 30
xi
BAB IV ANALISA DAN HASIL PENGUJIAN
4.1 Rangkaian Simulasi ... 33
4.2 Hasil Simulasi ... 36
4.2.1 Hasil Simulasi Tanpa Kontrol PI Beban Torsi 0 Nm ... 39
4.2.2 Hasil Simulasi Tanpa Kontrol PI Beban Torsi 20 Nm ... 40
4.2.3 Hasil Simulasi Tanpa Kontrol PI Beban Torsi 40 Nm ... 41
4.2.4 Hasil Simulasi Tanpa Kontrol PI Beban Torsi 60 Nm ... 41
4.2.5Hasil Simulasi Dengan Kontrol PI Beban Torsi 0 Nm ... 42
4.2.6 Hasil Simulasi Dengan Kontrol PI Beban Torsi 20 Nm ... 43
4.2.7 Hasil Simulasi Dengan Kontrol PI Beban Torsi 40 Nm ... 44
4.2.8 Hasil Simulasi Dengan Kontrol PI Beban Torsi 60 Nm ... 45
4.2.9 Hasil Dari Perubahan Beban Pada Kontrol PI Dengan Metode N-Z...46
4.3 Analisa Hasil Simulasi ... 47
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ... 50
5.2 Saran ... 51
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Konstruksi Motor Induksi Tiga Phasa ... 3
Gambar 2.2 Rangkaian inverter 3 phasa ... 6
Gambar 2.3 Proses PWM tiga fasa ... 6
Gambar 2.4 Diagram blok Motor Induksi Dengan Field Oriented Control ... 7
Gambar 2.5 (a) Kendali P , (b) Kendali I ... 9
Gambar 2.6 Kurva Tuning PID Nicholas-Zigler... 10
Gambar 3.1 Diagram Blok desain sistem ... 11
Gambar 3.2 Field Oriented Control Induction Motor pada Mathlab... 12
Gambar 3.3 Blok Field Oriented Control Induction Motor ... 12
Gambar 3.4 (a) Induksi Motor (b) Parameter Blok Motor Induksi Pada Mathlab ... 15
Gambar 3.5 (a) Rectifier 3 Phasa (b) Parameter Blok Rectifier (c) Rangkaian Rectifier Pada Mathlab ... 16
Gambar 3.6 (a) Braking Chopper(b) Parameter Blok Braking Chopper Pada Mathlab ... 17
Gambar 3.7 (a) Three-phase Inverter (b) Parameter Blok Inverter (c) Rangkaian Inverter Pada Mathlab ... 19
Gambar 3.8 (a) Speed Controller (b) Skema Speed Controller (c) Parameter Blok Pada Mathlab ... 21
Gambar 3.9 (a) Blok Field Oriented Control (b) Skema Field Oriented Control (c) Desain Kontrol PI (d) Parameter Blok Pada Mathlab ... 24
Gambar 3.10 Karakteristik Beban Pada Beban Torsi ... 28
Gambar 3.11 Flowchart tahapan penelitian ... 32
Gambar 4.1 Pemodelan rangkaian simulasi sebagai pengendalian motor induksi 3 phasa ... 33
xiii
Gambar 4.2 PWM Kontrol Tanpa FOC ... 34
Gambar 4.3 Field Oriented Control Induction Motor Drive pada Mathlab ... 34
Gambar 4.4 Simulasi Rangkaian Tanpa Kontrol PI ... 35
Gambar 4.5 Simulasi Rangkaian Dengan Kontrol PI ... 35
Gambar 4.6 Desain Kontrol PI ... 36
Gambar 4.7 PWM ... 36
Gambar 4.8 Hasil Uji PWM Kontrol Tanpa FOC ... 37
Gambar 4.9 Hasil Simulasi Dc Bus Voltage ... 37
Gambar 4.10 Hasil Simulasi Mencari L dan T Metode Ziegler-Nicholas ... 38
Gambar 4.11 Hasil Pengujian PWM beban 0, beban 20, dan beban 40 ... 39
Gambar 4.12 Kecepatan Rotor Tanpa Kontrol PI Dengan Beban 0 Nm ... 39
Gambar 4.13 Kecepatan Rotor Tanpa Kontrol PI Dengan Beban 20 Nm ... 40
Gambar 4.14 Kecepatan Rotor Tanpa Kontrol PI Dengan Beban 40 Nm ... 41
Gambar 4.15 Kecepatan Rotor Tanpa Kontrol PI Dengan Beban 60 Nm ... 42
Gambar 4.16 Kecepatan Rotor Dengan Kontrol PI Pada Beban 0 Nm ... 43
Gambar 4.17 Kecepatan Rotor Dengan Kontrol PI Pada Beban 20 Nm ... 44
Gambar 4.18 Kecepatan Rotor Dengan Kontrol PI Pada Beban 40 Nm ... 45
Gambar 4.19 Kecepatan Rotor Dengan Kontrol PI Pada Beban 60 Nm ... 46
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Merupakan Estimasi PID Pada Nicholas-Zigler ... 10 Tabel 3.1 Spesifikasi Motor Induksi ... 27 Tabel 4.1 Data Hasil Pengujian ... 47
51
DAFTAR PUSTAKA
1. Aripriharta. FIELD ORIENTED CONTROL SEBAGAI PENGGERAK MOTOR INDUKSI PADA MESIN CUCI. 2010.
2. Bose, B. K. Modern Power Electronics and AC Drives. Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall, 2002.
3. Diktat Elektronika Daya, Nurhadi 2013.
4. F. Rizana, H. Dedid, S. Indra, “Pengembangan PI Controller Sebagai Kendali Respon Cepat Pada Motor Induksi 3 Fasa Berbasis Indirect Field Oriented Control (IFOC)” Skripsi Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Surabaya, 2014.
5. I Putu Sutawinaya, PENGEMBANGAN MODEL FUZZY MAMDANI UNTUK PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI 3 FASA BERBASIS METODE KONTROL FIELD ORIENTED, 2013.
6. Irawan Dwi Rizky, “Analisa Kestabilan Kecepatan Motor Induksi 3 Phasa Berbasis Field Oriented Control (FOC)”,2016.
7. Krause, P. C. Analysis of Electric Machinery. New York: McGraw-Hill, 1986. 8. Library pada Mathlab 2015a.
9. Muhamad Majedi. SIMULASI SISTEM ELECTRONIC DIFFERENTIAL SEBAGAI PENGATUR MOTOR INDUKSI PADA MOBIL LISTRIK MENGGUNAKAN TEKNIK FIELD ORIENTED CONTROL. 2016.
10. Nicolaus Allu, Dr. Ir. Rhiza S. Sadjad, MSEE, Dr.-Ing. Faizal Arya Samman, S.T., M.T. Pengendalian Kecepatan Motor Arus Searah Terkendali Jangkar dengan Pengendali PID Tertala Berbasis Perhitungan Nilai Akar Kuadrat Rata-rata.
11. S. Ferdiansah D. S., Gigih Prabowo, “Pengaturan Kecepatan Motor Induksi 3ø dengan Kontrol PID melalui Metode Field Oriented Control (FOC) (Rectifier,
52
Inverter, Sensor arus dan Sensor tegangan,” Politenik Elektron. Negeri Surabaya - ITS, pp. 1–5, 2012.
12. W. A Pradana, H. Suryoatmojo dan M. Ashari. KONTROL MOTOR INDUKSI BERBASIS INDIRECT FIELD- ORIENTED CONTROL DAN OPTIMASI FAKTOR DAYA UNTUK SISTEM POMPA TENAGA SURYA. 2012.
