PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI MOTOR LISTRIK BERBASIS MIKROKONTROLER ARDUINO

(1)

PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI MOTOR LISTRIK BERBASIS MIKROKONTROLER ARDUINO

MUHHAJIR 105 82 270 09

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MAKASSAR MAKASSAR

2014

(2)

PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI MOTOR LIASTRIK BERBASIS MIKROKONTROLER ARDUINO

Skripsi

Diajukan sebagai salah satu syarat Untuk memperoleh gelar sarjana

Program Studi Teknik Elektro Jurusan Teknik Elektro

Fakultas Teknik

Disusun dan diajukan oleh

SAMSUL 105 82 255 09

MUHHAJIR 105 82 270 09

PADA

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MAKASSAR MAKASSAR

2014

(3)

ABSTRAK

Samsul dan Muhhajir, 2014. Perancangan Sistem Proteksi Motor Listrik Berbasis Mikrokontroler Arduino. Skripsi Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Makassar. Pembimbing I Dr.Ir.H.Zulfajri Basri Hasanuddin, M,Eg dan Pembimbing II Andi Faharuddin, ST.,MT.

Penelitian ini bertujuan untuk : 1) menganalisa cara untuk mendeteksi dan memutus arus ketika terjadi gangguan. 2) Memutus motor yang mengalami gangguan tampa menggagu kinerja motor yang sedang beroperasi. Proteksi sistem tenaga listrik adalah sistem proteksi yang dipasang pada peralatan- peralatan listrik suatu sistem tenaga listrik, misalnya generator, transformator, jaringan dan lain-lain, terhadap kondisi abnormal operasi sistem itu sendiri.

Ada beberapa mesin yang bekerja untuk mengoperasikan suatu industri, industri beroperasi selama dua puluh empat jam non stop setiap hari oleh sebab itu dibutuhkan sistem proteksi yang handal untuk mengurangi tingkat kerusakan ketika terjadi gangguan, setiap industri sudah mempunyai sistem proteksi masing-masing tetapi masih belum efisiendalam mengisolir ketika terjadi gangguan atau kerusakan pada mesin industri.

Kata kunci : Motor AC, Mikrokontroler Arduino, Relay, Sensor Arus.

(4)

KATA PENGANTAR

Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT, karena rahmat dan hidayah-Nyalah sehingga penulis dapat menyusun skripsi ini, dapat kami selesaikan dengan baik.

Tugas akhir ini disusun sebagai salah satu persyaratan akademik yang harus ditempuh dalam rangka menyelesaikan Program Studi pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Makassar. Adapun judul tugas akhir kami adalah: “PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI MOTOR LISTRIK BERASIS MIKROKONTROLER ARDUINO”

Penulis menyadari sepenuhnya bahwa di dalam penulisan sebagai manusia biasa tidak lepas dari kesalahan dan kekurangan baik itu ditinjau dari segi teknis penulisan maupun dari perhitungan-perhitungan. Oleh karena itu penulis menerima dengan ikhlas dan senang hati segala koreksi serta perbaikan guna penyempurnaan tulisan ini agar kelak dapat bermanfaat.

Skripsi ini dapat terwujud berkat adanya bantuan, arahan, dan bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu dengan segala ketulusan dan kerendahan hati, kami mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada:

1. Bapak Hamzah Al Imran, S.T., M.T. sebagai Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Makassar.

(5)

2. Bapak Umar Katu, S.T., M.T. sebagai Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Makassar.

3. Bapak Dr.Ir.H.Zulfajri Basri Hasanuddin, M.Eg selaku pembimbing I yang telah memberikan petunjuk dan bimbingan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan tugas akhir ini.

4. Bapak Andi Faharuddin, S.T., M.T. selaku pembimbing II yang telah memberikan bimbingan kepada penulis, sehingga skripsi ini dapat selesai.

5. Bapak dan ibu dosen serta staf pegawai pada Fakultas Teknik atas segala waktunya telah mendidik dan melayani penulis selama mengikuti proses belajar mengajar di Universitas Muhammadiyah Makassar.

6. Ayahanda dan ibunda yang tercinta, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya atas segala limpahan kasih saying, doa, dan pengorbanannya terutama dalam bentuk materi dalam menyelesaikan kuliah.

7. Saudara-saudaraku serta rekan-rekan mahasiswa Fakultas Teknik Jurusan Elektro Angkatan 2009 yang dengan keakraban dan persaudaraanya banyak membantu dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

8. Semua pihak yang telah memberikan bantuan dan dorongan, baik moril maupun materi selama penelitian dan perancangan berlangsung.

(6)

Semoga Allah SWT memberikan balasan atas jasa-jasa beliau yang telah membantu dan membimbing penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini. Akhir kata , tugas akhir ini masih jauh dari kesempurnaan, masih banyak kesalahan dan kekurangan, namun penulis berharap semoga tugas akhir ini bisa bermanfaat dan memberikan inspirasi tambahan ilmu bagi yang membacanya.

Makassar, Mei 2014

penulis

(7)

ii DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

HALAMAN PENGESAHAN ... ii

HALAMAN PERSETUJUAN ... iii

ABSTRAK ... iv

KATA PENGANTAR ... v

DAFTAR ISI ... vi

DAFTAR GAMBAR ... vii

DAFTAR TABEL ... viii

DAFTAR SINGKATAN ... ix

BAB 1. PENDAHULUAN

A.

Latar Belakang ... 1

B.

Rumusan Masalah ... 2

C.

Batasan Masalah ... ... 3

D.

Tujuan ... 3

E.

Sistimatika penulisan ... 3

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA

A.

Sistem proteksi... ... 5

A.1. Defenisi Sistem Proteksi ... 5

A.2. Proteksi Thermal Terkunci ... 12

A.3. Motor dan Ketidak seimbangan ... 15

(8)

ii

A.4. Proteksi Tegangan kurang ... 17

B.

Motor Listrik ... 18

B.1. Cara Kerja Motor Listrik ... 18

B.2. Beban Motor ... 19

B.3. Jenis Motor Listrik ... 20

B.4. Gronded Coil (kumparan tertanahkan) ... 20

B.5. Open Circuit ... 22

B.6. Shorted Coil (Hubung singkat pada kumparan) ... 23

C.

Mikrokontroler ... 24

C.1. Cara Kerja Mikrokontroler ... 25

C.2. Perkembangan Mikrokontroler ... 27

D.

Arduino ... 29

Bagian – bangian Dari Arduino ... 31

E.

Relay ... 33

E.1. Prinsip Kerja Relay ... 35

E.2. Jenis Relay ... 35

E.3. Rangkaian dan Simbol Relay ... 36

BAB 111. METODE PENELITIAN

A.

Lokasi ... 39

B.

Data/Parameter ... 39

C.

Peralatan ... 39

D.

Cara Kerja ... 41

(9)

ii

E.

Diagram blok sistem ... 42

F.

Flowchart alur penelitian ... 43

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Umum ... 44

B. Realisasi ... 44

C. Alur kerja rangkaian ... 52

D. Pembahasan hasil pengukuran ... 53

BAB V. PENUTUP A. Kesimpulan ... 60

B. Saran ... 60

DAFTAR PUSTAKA ... ... 61

LAMPIRAN…... ... 62

(10)

DAFTAR TABEL

Tabel alat pada perancangan sistem proteksi motor listrik berbasis

mikrokontroler arduino ... .... 40

Tabel bahan pada perancangan sistem proteksi motor listrik berbasis mikrokontroler arduino ... 40

Tabel pengujian arus normal yang masuk ke motor 1 dan motor 2 putaran motor yang dihasilkan ... 53

Tabel gangguan beban lebih pada motor 1 ... 54

Tabel gangguan beban lebih pada motor 2 ... 55

Tabel gangguan rotor terkunci pada motor 1 ... 56

Tabel gangguan rotor terkunci pada motor 2 ... 57

(11)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Tipikal proteksi beban lebih, rotor terkunci, dan gangguan

pada motor ... 13

Gambar 2. Representasi komponen simetris yang disederhanakan pada fase terbuka ... 16

Gambar 3. Rekomendasi tipikal proteksi motor ... 17

Gambar 4. Prinsip kerja motor listrik ... 19

Gambar 5. Klasifikasi jenis motor listrik ... 20

Gambar 6. Mikrokontroler ... 27

Gambar 7. Arduino ... 33

Gambar 8. Relay ... 34

Gambar 9. Skema relay elektronik ... 34

Gambar 10. Relay jenis Single Pole DoubleThrow (SPDT) ... 36

Gambar 11. Relay dengan contact lebih dari satu ... 36

Gambar 12. Diagram blok sistem perancangan sistem proteksi motor listrik berbasis mikrokontroler arduino ... 42

Gambar 13. Flowchart Alur Penelitian... 43

Gambar 14. Alat sistem proteksi motor listrik berbasis mikrokontroler arduino ... 46

Gambar 15. Mikrokontroler Arduino ... 46

Gambar 16 Sensor Arus ... 47

Gambar 17. Relay 5 VDC ... 48

(12)

Gambar 18. Motor induksi satu fase ... 49

Gambar 19. Rangkaian kontrol arus ... 52

Gambar 20. Hasil pengukuran arus normal 1... 53

Gambar 24. Hasil arus beban lebih motor 1 ... 55

Gambar 25. Hasil arus beban lebih motor 1 ... 55

Gambar 26. Hasil arus beban rotor terkunci 1 ... 56

(13)

DAFTAR SINGKATAN

DC : Direct Current AC : Alternating Current CB : circuit breaker CT : Current Transformer

ADC : Analog to Digital Converter LCD : Liquid Cristal Display

IC : Integrated Circuit

UART : Universal Asynchronous Receiver/Transmitter Diac : Dioda Alternating Current

NC : normaly close NO : Negative open LED : Light Emitting Diode MI1F : Motor Induksi 1 fase

(14)

1 BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Seiring dengan perkembangan zaman yang semakin modern, maka manusia dan teknologi saat ini tidak dapat dipisahkan lagi,tidak bisa dipungkiri bahwa untuk mendukung aktivitas manusia baik secara umum atau individu dalam menjalani kehidupan sehari-hari tidak terlepas dari teknologi. Perkembangan industripun saat ini sudah berkembang sangat pesat dan pembangunan industri mulai ditingkatkan untuk menunjang kinerja masyarakat suatu wilayah.

Proteksi sistem tenaga listrik adalah sistem proteksi yang dipasang pada peralatan-peralatan listrik suatu sistem tenaga listrik, misalnya generator, transformator, jaringan dan lain-lain, terhadap kondisi abnormal operasi sistem itu sendiri. Ada beberapa mesin yang bekerja untuk mengoperasikan suatu industri, industri beroperasi selama dua puluh empat jam non stop setiap hari oleh sebab itu dibutuhkan sistem proteksi yang handal untuk mengurangi tingkat kerusakan ketika terjadi gangguan, setiap industri sudah mempunyai sistem proteksi masing-masing tetapi masih belum efisiendalam mengisolir ketika terjadi gangguan atau kerusakan pada mesin industri.

Proses kerja sistem proteksi saat ini adalah, ketika terjadi gangguan pada salah satu mesin industri yang sedang beroperasi maka akan

(15)

2

mengganggu kinerja mesin yang lain, sehingga dapat mempengaruhi hasil produksi. Sistem proteksi motor listrik berbasis mikrokontroler arduino bekerja efisien yaitu, ketika terjadi gangguan pada salah satu motor listrik yang sedang beroperasi, maka pada sistem proteksi motorbagian yang lain tetap beroperasi,karena relay hanya memisahkansecara automatis motoryang bermasalah, melalui intruksi dari mikrokontroler arduino.

Pada permasalahan di atas, realisasi pengembangan sistem proteksi motor listrik berbasis mikrokontroler arduino, bertujuan mengurangi kerugian dan kerusakan motor listrik pada industri. Pada perancangan tersebut terdapat fungsi proses kerja yaitu, mengisolir atau mamisahkan motor yang mengalami gangguan tanpa mengganggu motor listrik yang beroperasi.Menghindari ataupun untuk mengurangi kerusakan peralatan- peralatan akibat gangguan (kondisi abnormal operasi sistem). Semakin cepat reaksi perangkat proteksi yang digunakan maka akan semakin sedikit pengaruh gangguan kepada kemungkinan kerusakan alat. Cepat melokalisir luas daerah yang mengalami gangguan, menjadi sekecil mungkin.

B. Rumusan Masalah

Berdasarkan uraian latar belakang di atas, maka yang menjadi rumusan masalah pada perancangan prototipe ini yaitu :

1. Bagaimana caramemproteksi motor listrik dengan relay yang dikontrol oleh mikrokontroler arduino.

(16)

3

2. Bagaimana kinerja sistem proteksi motor listrik dengan menggunakan mikrokontroler arduino.

C. Batasan Masalah

Penulis hanya membatasi pada masalah hal berikut :

“Pada perancangan sistem proteksi beban lebih motor listrik berbasis mikrokontroler arduino pada industri”.

D. Tujuan

1. Mendesain dan merealisasikan sistem proteksi motor listrik berbasis mikrokontroler arduino.

2. Relai akan memutus arus ketika terjadi beban lebih pada motor.

E. Sistematika penulisan

Untuk memudahakan membahas dan memahami draf proposal ini maka penulisan membagi menjadi lima bab, yaitu sebagai berikut:

1. BAB I PENDAHULUAN

Pendahuluan dimaksudkan untuk mengantar pembaca memasuki uraian-uraian tentang masalah yang dibahas dalam proposal ini, yang memuat lima sub bab yaitu latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan pustaka, dan sistematika penulisan.

(17)

4 2. BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Pada penulisan bab ini dapat dibahas teori-teori pokok tentang perancangan sistem proteksi motor listrik berbasis mikrokontroler arduino.

3. BAB III METODE PENELITIAN

Pada penulisan bab ini mengemukakan tentang metode-metode perancangan yang terdiri dari sub bab yaitu lokasi, data/parameter, peralatan, dan cara kerja.

4. BAB IV ANALISA HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada penulisan bab ini memaparkan hasil hasil perancangan dan mengemukakan pemikiran penulisnya.

5. BAB V PENUTUP

Merupaka bab penutup yang berisi kesimpulan dari hasil pembahasan, kemudian berisi saran-saran yang sifatnya membangun.

(18)

5 BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

A. Sistem Proteksi

Keandalan dan kemampuan suatu sistem tenaga listrik dalam melayani konsumen sangat tergantung pada sistem proteksi yang digunakan. Oleh sebab itu dalam perencangan suatu sistem tenaga listrik, perlu dipertimbangkan kondisi-kondisi gangguan yang mungkin terjadi pada sistem, melalui analisa gangguan.Dari hasil analisa gangguan, dapat ditentukan sistem proteksi yang akan digunakan, seperti: spesifikasi switchgear, rating circuit breaker (CB) serta penetapan besaran besaran

yang menentukan bekerjanya suatu relay (setting relay) untuk keperluan proteksi. Artikel ini akan membahas tentang karakter serta gangguan- gangguan dan sistem proteksi yang digunakan pada sistem tenaga listrik yang meliputi: generator,transformer, jaringan dan busbar.

A.1. Definisi Sistem Proteksi

Proteksi sistem tenaga listrik adalah sistem proteksi yang dipasang pada peralatan-peralatan listrik suatu sistem tenaga listrik, misalnya generator, transformator, jaringan dan lain-lain, terhadap kondisi abnormal operasi sistem itu sendiri.Kondisi abnormal itu dapat berupa antara lain: hubung singkat, tegangan lebih,beban lebih, frekuensi sistem

(19)

6

rendah, asinkron dan lain-lain. Dengan kata lain sistem proteksi itu bermanfaat untuk:

1. Menghindari ataupun untuk mengurangi kerusakan peralatan-peralatan akibat gangguan (kondisi abnormal operasi sistem). Semakin cepat reaksi perangkat proteksi yang digunakan maka akan semakin sedikit pengaruh gangguan kepada kemungkinan kerusakan alat.

2. Cepat melokalisir luas daerah yang mengalami gangguan, menjadi sekecil mungkin.

3. Dapat memberikan pelayanan listrik dengan keandalan yang tinggi kepada konsumen dan juga mutu listrik yang baik.

4. Mengamankan manusia terhadap bahaya yang ditimbulkan oleh listrik.

Pengetahuan mengenai arus-arus yang timbul dari berbagai tipe gangguan pada suatu lokasi merupakan hal yang sangat esensial bagi pengoperasian sistem proteksi secara efektif. Jika terjadi gangguan pada sistem, para operator yang merasakan adanya gangguan tersebut diharapkan segera dapat mengoperasikan circuit Breaker yang tepat untuk mengeluarkan sistem yang terganggu atau memisahkannya dari jaringan yang terganggu. Sangat sulit bagi seorang operator untuk mengawasi gangguan-gangguan yang mungkin terjadi dan menentukan CB mana yang dioperasikan untuk mengisolir gangguan tersebut secara manual.Mengingat arus gangguan yang cukup besar, maka perlu secepat mungkin dilakukan pengamanan. Hal ini perlu suatu

(20)

7

peralatan yang digunakan untuk mendeteksi keadaan-keadaan yang tidak normal tersebut dan selanjutnya menginstruksikan circuit breaker yang tepat untuk bekerja memutuskan rangkaian atau sistem yang terganggu. Dan peralatan tersebut kita kenal dengan relay.Ringkasnya proteksi dan tripping otomatik circuit breaker yang berhubungan, mempunyai dua fungsi pokok:

1. Mengisolir peralatan yang terganggu, agar bagian-bagian yang lainnya tetap beroperasi seperti biasa.

2. Membatasi kerusakan peralatan akibat panas lebih (over heating), pengaruh gaya-gaya mekanik.Koordinasi antara relay dan circuit breaker(CB) dalam mengamati dan memutuskan gangguan disebut sebagai sistem proteksi.Banyak hal yang harus dipertimbangkan dalam mempertahankan arus kerja maksimum yang aman. Jika arus kerja bertambah melampaui batas aman yang ditentukan dan tidak ada proteksi atau jika proteksi tidak memadai atau tidak efektif, maka keadaan tidak normal dan akan mengakibatkan kerusakan isolasi.

Pertambahan arus yang berkelebihan menyebabkan rugi-rugi daya pada konduktor akan berkelebihan pula, sedangkan pengaruh pemanasan adalah sebanding dengan kwadrat dari arus:

H = 𝐼² 𝑅. 𝑡

Dimana :

(21)

8 H = panas yang dihasilkan (Joule) I = arus listrik (ampere)

R = tahanan konduktor (ohm)

t = waktu atau lamanya arus yang mengalir (detik)

Proteksi harus sanggup menghentikan arus gangguan sebelum arus tersebut naik mencapai harga yang berbahaya. Proteksi dapat dilakukan dengan Sekering atau Circuit Breaker.Proteksi juga harus sanggup menghilangkan gangguan tanpa merusak peralatan proteksi itu sendiri. Untuk ini pemilihan peralatan proteksi harus sesuai dengan kapasitas arus hubung singkat “breaking capacity” atau Repturing Capacity.Disamping itu, sistem proteksi yang diperlukan harus

memenuhi persyaratan sebagai berikut:

1. Circuit breaker harus sanggup dilalui arus nominal secara terus menerus tanpa pemanasan yang berlebihan (overheating).

2. Overload yang kecil pada selang waktu yang pendek seharusnya tidak menyebabkan peralatan bekerja.

3. Sistem Proteksi harus bekerja walaupun pada overload yang kecil tetapi cukup lama, sehingga dapat menyebabkan overheating pada rangkaian penghantar.

(22)

9

4. Sistem Proteksi harus membuka rangkaian sebelum kerusakan yang disebabkan oleh arus gangguan yang dapat terjadi.

5. Proteksi harus dapat melakukan “pemisahan” (discriminative) hanya pada rangkaian yang terganggu yang dipisahkan dari rangkaian yang lain yang tetap beroperasi.Proteksi overload dikembangkan jika dalam semua hal rangkaian listrik diputuskan sebelum terjadi overheating.

Jadi disini overload action relatif lebih lama dan mempunyai fungsi inverse terhadap 𝐼² dari arus. Proteksi gangguan hubung singkat dikembangkan jika kerjacircuit breaker cukup cepat untuk membuka rangkaian sebelum arus dapat mencapai harga yang dapat merusak akibat overheating.Persyaratan Kualitas Sistem Proteksi ada beberapa persyaratan yang sangat perlu diperhatikan dalam suatu perencanaan sistem proteksi yang efektif, yaitu:

a). Selektivitas danEfektivitas suatu sistem proteksi dapat dilihat dari kemampuan sistem dalam mengisolir bagian yang mengalami gangguan saja.

b). Stabilitassifat yang tetap efektif apabila gangguan-gangguan terjadi diluar zona yang melindungi (gangguan luar).

c). Kecepatan Operasi, Sifat ini lebih jelas, semakin lama arus gangguan terus mengalir, semakin besar kemungkinan kerusakan pada peralatan. Hal yang paling penting adalah perlunya membuka bagian-bagian yang terganggu sebelum motor yang dihubungkan

(23)

10

sinkron kehilangan sinkronisasi dengan sistem. Waktu pembebasan gangguan yang tipikal dalam sistem-sistem tegangan tinggi adalah 140 ms. Dimana dimasa mendatang waktu ini hendak dipersingkat menjadi 80 ms sehingga memerlukan relay dengan kecepatan yang sangat tinggi (very high speed relaying).

d). Sensitivitas (kepekaan)

Yaitu besarnya arus gangguan agar alat bekerja. Harga ini dapat dinyatakan dengan besarnya arus dalam jaringan aktual (arus primer) atau sebagai prosentase dari arus sekunder (trafo arus).

e). Pertimbangan ekonomis

Dalam sistem distribusi aspek ekonomis hampir mengatasi aspek teknis, oleh karena jumlah feeder, trafo dan sebagainya yang begitu banyak, asal saja persyaratan keamanan yang pokok dipenuhi.

Dalam suatu sistem transmisi justru aspek teknis yang penting.

Proteksi relatif mahal, namun demikian pula sistem atau peralatan yang dilindungi dan jaminan terhadap kelangsungan peralatan sistem adalah vital.Biasanya digunakan dua sistem proteksi yang terpisah, yaitu proteksi primer atau proteksi utama dan proteksi pendukung (back up).

f). Realiabilitas (keandalan)

(24)

11

Sifat ini jelas, penyebab utama dari “outage” rangkaian adalah tidak bekerjanya proteksi sebagaimana mestinya (mal operation).

g). Proteksi Pendukung

Proteksi pendukung (back up) merupakan susunan yang sepenuhnya terpisah dan yang bekerja untuk mengeluarkan bagian yang terganggu apabila proteksi utama tidak bekerja (fail). Sistem pendukung ini sedapat mungkin indenpenden seperti halnya proteksi utama, memiliki trafo-trafo dan relay-relay tersendiri. Seringkali hanya triping CB dan trafo -trafo tegangan yang dimiliki bersama oleh keduanya. Tiap-tiap sistem proteksi utama melindungi suatu area atau zona sistem daya tertentu. Ada kemungkinan suatu daerah kecil diantara zona -zona yang berdekatan misalnya antara trafo- trafo arus dan circuit breaker-circuit breaker tidak dilindungi. Dalam keadaan seperti ini sistem back up (yang dinamakan, remote back up) akan memberikan perlindungan karena berlapis dengan zona-

zona utama.Pada sistem distribusi aplikasi back up digunakan tidak seluas dalam sistem transmisi,cukup jika hanya mencakup titik-titik strategis saja. Remote back up akan bereaksi lambat dan biasanya memutus lebih banyak dari yang diperlukan untuk mengeluarkan bagian yang terganggu.

Komponen-Komponen Sistem ProteksiSecara umum, komponen - komponen sistem proteksi terdiri dari:

(25)

12

1. Circuit Breaker, CB (Sakelar Pemutus, PMT)

2. Relay

3. Trafo arus (Current Transformer, CT)

4. Trafo tegangan (Potential Transformer, PT) 5. Kabel kontrol

6. Catu daya, Supply (batere)

A.2. Proteksi Thermal Terkunci

Proteksi ini melibatkan aplikasi relay yang sedekat mungkin cocok dengan kurva termal dan rotor terkunci Motor. Sekali lagi perlu diingat bahwa kurva termal Motor adalah pendekatan dari representasi zona kerusakan termis untuk operasi umum atau normal. Relay harus beroperasi sebelum batasan ini tercapai atau terlampaui. Selama ini keinginan tersebut dicapai dengan menggunakan relay termis untuk proteksi termis, dan relay arus lebih waktu terbalik untuk proteksi rotor terkunci. Proteksi ini didesain dan dikemas dalam berbagai cara, memberikan proteksi yang baik untuk kebanyakan Motor.

Relay Termis tersedia dalam beberapa bentuk:

1. Tipe „Replica‟ dimana karakteristik pemanasan Motor dekat dengan elemen bimetal diantara unit arus pemanas. Relayini beroprasi hanya karena arus saja.

(26)

13

2. Operasi relay berasal dari koil eksplorasi, biasanya berupa Tahanan pengindera Temperatur atau dalam bahasa aslinya disingkat RTD, disatukan pada belitan Motor. Relay beroperasi hanya karena temperatur belitan dan pengindera diletakkan pada motor oleh desainer pada titik panas yang paling mungkin atau pada areal yang berbahaya. Hal ini biasanya dipakai pada Motor-Motor 250 HP keatas, dan mungkin pula tidak terpasang pada Motor ukuran tertentu, kecualidinyatakan.

3. Relay yang beroperasi berdasarkan kombinaso arus dan temperatur.

Gambar 1. Tipikal proteksi beban lebih, rotor terkunci, dan gangguan pada Motor

(27)

14

Perbandingan antara kurva pengasutan Motor dan kurva relay arus lebih waktu terbalik yang diplot bersama seperti diperlihatkan pada Gambar 5, dapat memberikan informasi yang salah. Hal ini dapat terjadi dimana ruang antara arus pengasutan dan batas arus rotor terkunci sangat sempit, yang umum terdapat pada motor bear. Seringkali pada khusus ini, kelihatannya mungkin untuk menyetel relay asus lebih sehingga karakteristiknya diatas kurva, pengasutan motor dan dibawah arus rotor terkunci, hanya untuk menemukan pada pelayan bahwa relay arus lebih beroperasi pada saat pengasutan normal dilakukan.

Sesungguhnya, kurva pengasutan Motor dan operasi relay adalah dua kurva karakteristik yang sedikit berbeda. Kurva pengasutan Motor adalah penggambaran dari perubahan arus terhadap waktu mulai dari saat rotor terkunci atau kondisi pengasutan sampai arus operasi Motor.

Karakteristik operasi relay menyatakan waktu operasi untuk berbagai harga arus konstan. Dengan relay arus lebih di setel pada 1,5 kali arus rotor terkunci atau lebih kecil, yang akan mulai beroperasi pada waktu Motor energise, kecuali arus pengasutan turun dibawah arus pick- up sebelum waktu kerja relay tercapai, hal ini akanmenginisiasi Pemutusan yang tidak diinginkan. Waktu operasi relay tidak langsung tersedia dari karakteristiknya. Hal ini merupakan perhitungan yang komplek, namunpabrik telah mengembangkan kriteria bagi penggunaan relay individu.

(28)

15

A.3. Motor dan Ketidak Seimbangan Sistem

Penyebab umum ketidak seimbangan pada Motor 3 fasedikarenakan oleh kehilangan fase akibat Fuse terbuka, konektor atau konduktor terbuka. Ketidakseimbangan pada beban dapat pula mempengaruhi Motor. Ketidak seimbangan tegangan sebesar 3,5% akan mengakibatkan kenaikan 25% atau lebih temperatur Motor.

Hal ini terutamaakibat arus urutan negatif yang dihasilkan oleh ketidak seimbanga. Arus ini menimbulkan fluks pada celah udara Motor, berputar berlawanan arah putaran Motor sesungguhnya. Efek kulit meyebabkan resistansi tinggi, dan seperti disebut diatas, impedansi urutan negatif merupakan hal penting pada harga rotor terkunci. Jadi arus tinggi akan menimbulkan pengaruh pemanasan.

Total pemanasan pada Motor sebanding dengan: I1 t  K I2 t. Dimana I1dan I2 adalah arus-arus urutan positif dan negatif, dan Kadalah:

Dimana Rr1 dan Rr2 adalah resistansi urutan positif dan negatif dari rotor Motor. ILR arus rotor terkunci dalam pu. Persamaan diatas menunjukkan bahwa komponen urutannegatif mempengaruhi kenaikan temperatur Motor.

Jaringan komponen simetris untuk satu fase terbuka ditunjukkan pada Gambar 6. Ini adalah sirkit yang merupakan penyederhanaan dari suatu sistem yang direpresentasikan dengan sebuah sumber dengan

(29)

16

impedansinya ZS1 = ZS2. Untuk kasus-kasus spesifik, sirkit ini dapat diekspansi untuk menunjukkan detail yang ada dari sumber atau beban.

Transformator dapat direpresentasikan dengan reaktansinya, XTR atau XT. Untukkeadaan fase terbuka antara Transformator dan Motor, XT harus ditambahkan secara seri dengan impedansi sumber sebagai harga ekivalen ZS1 dan ZS2. Bilamana fase terbuka terjadi diantara sisitem dan Transformator, XT tidak termasuk dalam ekivalen sumber, tetapi ditambahkan secara seri dengan impedansi Motor. Sirkit ini untuk Motor yang tidak ditanahkan, seperti umumnya dipakai. Jaringan urutan nol tidak terlibat pada keadaan satu fase terbuka, kecuali kedua sisi sistem maupun Motor ditanahkan.

Gambar 2. Representasi komponen simetris yang disederhanakan pada fase terbuka .

(30)

17

Distribusi arus untuk fase terbuka menggunakan jaringan untuk beberapa kasus. Sudut ini dimasukkan pada perhitungan, tetapi untuk penyederhanaan diasumsikan seluruh impedansi pada sudut sama dan cenderung tidak berubah. Dengan seluruh harga pada 900, contoh ; IS1 = 0,87 tidak 0,96 pu seperti dalam Gambar 9-8a. Dari arus-arus urutan ini, dapat dilihat bahwa pada kedua sisi terbuka Ia = I +(-I2) = 0.

A.4. Proteksi Tegangan Kurang

Tegangan kurang pada Motor dapat berakibat meningkatkan arus dan kegagaln pengasutan untuk mencapai rating kecepatan Motor atau kehilangan kecepatan dan mungkin berhenti berulang, proteksi tegangan kurang termasuk bagian dari peralatan Starter Motor, tetapi sebuah relay tegangan kurang waktu terbalik direkomendasikan untuk digunakan guna memutus kondisi ini agar tidak berlangsung lama dan sebagai relay cadangan.

Gambar 3. Rekomendasi tipikal proteksi Motor : (a) untuk Motor tanpalead netral dan tersedia RTD;

(b)untuk Motor yang memiliki lead netral dan tersedia

(31)

18 B. Motor listrik

Motor listrik adalah sebuah perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan, dll.

Motor listrik digunakan juga di rumah (mixer, bor listrik, fan angin) dan di industri. Motor listrik kadangkala disebut “kuda kerja” nya industri sebab diperkirakan bahwa motor-motor menggunakan sekitar 70% beban listrik total di industri.

B.1. Cara Kerja Motor Listrik

Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum sama (Gambar1) :

a. Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gayaJika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran/loop, makakedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya adaarah yang berlawanan.

b. Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar/ torque untuk memutar kumparan. Motor-motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk memberikan tenaga putaran yang lebih seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh susunan elektromagnetik yang disebut kumparan medan.

(32)

19

Gambar 4. Prinsip kerja motor listrik

B.2. Beban Motor

Dalam memahami sebuah motor, penting untuk mengerti apa yang dimaksud dengan beban motor. Beban mengacu kepada keluaran tenaga putar/ torque sesuai dengan kecepatan yang diperlukan. Beban umumnya dapat dikategorikan kedalam tiga kelompok (BEE India, 2004):

a. Beban torque konstan adalah beban dimana permintaan keluaran energinya bervariasi dengan kecepatan operasinya namun torque nya tidak bervariasi. Contoh beban dengan torque konstan adalah conveyors, rotary kilns, dan pompa displacement konstan.

b. Beban dengan variabel torque adalah beban dengan torque yang bervariasi dengan kecepatan operasi. Contoh beban dengan variabel torque adalah pompa sentrifugal dan fan (torquebervariasi sebagai kwadrat kecepatan).

(33)

20

c. Beban dengan energi konstan adalah beban dengan permintaan torque yang berubah dan berbanding terbalik dengan kecepatan. Contoh untuk beban dengan daya konstan adalah peralatan-peralatan mesin.

B.3 Jenis Motor listrik

Bagian ini menjelaskan tentang dua jenis utama motor listrik: DC dan AC motor. Daftar parapemasok motor listrik tersedia di

Gambar 3 memperlihatkan motor listrik yang paling umum. Motor tersebut dikategorikan berdasarkan pasokan input, konstruksi, dan mekanisme operasi, dan dijelaskan lebih lanjut dibawah ini.

Gambar 5. Klasifikasi jenis motor listrik

B.4. Grounded Coil (kumparan tertanahkan)

Ground lilitan disebut grounded atau tertanahkan, yaitu saat pada lilitan tersebut timbul kontak listrik dengan frame body motor.

Penyebabyang biasa muncul termasuk baut pada penutup body motor

(34)

21

(endplates) yang menyentuh lilitan motor kawat menekan pelat padasudut salah satu sudut slot atau centrifugal switch (saklar sentrifugal) tertanahkan ke satu sisi penutup motor.

Kumparan yang tertanahkan di lilitan motor pada umumnya menyebabkan trip berulang pada CB. Ikuti langkah berikut untuk menguji grounded coil menggunakan continuity tester :

1. Buka dan amankan (lock out) peralatan pemutus arus, yakinkan motor pada kondisi deenergized (tanpa suplai power listrik).

2. Tempatkan satu probe test lead pada body motor dan probe lainnya pada tiap kumparan power yang biasanya dialiri arus suplai motor. Jika terjadi grounded coil pada salah satu titik dari kumparan, lampu pada continuity tester akan menyala, atau indikasi display meter menunjukkan nilai tak hingga (infinity).

3. Untuk motor tiga fase, uji pada tiap fase secara terpisah, dengan sebelumnya melepas hubungan star atau delta pada sambungan motor.

4. Moisture (uap air) seringkali terdapat pada isolasi motor yang sudah tua menyebabkan resistans tinggi ke tanah yang sukar dideteksi dengan tes lampu. Megger dapat digunakan untuk mendeteksi nilai tersebut.

5. Test lilitan jangkar dan komutator ke ground dengan cara yang sama.

(35)

22

6. Pada beberapa motor, brush holder di tanahkan pada end plate.

Sebelum pengujian ground pada lilitan jangkar, angkat brush dari Komutator.

B.5. Open Circuit (Hubung buka)

Open circuit adalah sambungan yang terkontaminasi debu atau kendor, bisa jugakawat yang putus dapat menyebabkan open circuit pada motor listrik.

1. Saat satu atau lebih kumparan menjadi terhubung buka karena terputusnya belitan pada end connection (sambungan akhir), hal ini dapat diuji dengan continuity tester seperti penjelasan sebelumnya.

jika tes ini di lakukan pada akhir dari tiap belitan kumparan, gejala open circuit dapat dideteksi dengan kondisi lampu yang tidak menyala. pisahkan koneksi dari tiap kumparan dan lakukan pengujian tiap group kumparan secara terpisah.

2. Open circuit pada kumparan starting biasanya sulit diperkirakan lokasinya, karena permasalahan mungkin muncul di saklar sentrifugal bukannya di kumparan motor karena beberapa bagian menjadi usang dan kotor. Pressure yang tidak cukup dari bagian yang berputar dari saklar sentrifugal terhadap bagian yang diam akan mencegah kontak untuk close, sehingga menghasilkan open circuit.

(36)

23

B.6. Shorted Coil (Hubung singkat pada kumparan)

Shorted Coil adalah jika terjadi hubungan listrik antara dua atau

lebih belitan pada lilitan motor. Kondisi ini dapat timbul di lilitan baru jika lilitan terlalu kencang dan sedikit pemukulan diperlukan untuk menempatkan kawat pada posisinya. Pada kasus lain, panas berlebih disebabkan overload akan berakibat menurunnya kualitas isolasi dan menyebabkan shortcoil. Short circuit sering dideteksi dengan mengamati munculnya asap dari lilitan saat motor beroperasi, atau jika motor menarik arus berlebihan pada saat kondisi tanpa beban.

Hubung singkat antar belitan pada kumparan biasanya adalah akibat dari kegagalan isolasi dari kawat kumparan, disebabkan minyak, uap air, dan sejenisnya. Salah satu cara murah untuk mengetahui lokasi hubung singkat kumparan adalah dengan menggunakan growler dan kepingan besi tipis, caranya :

1. Tempatkan growler pada inti dengan kepingan tipis besi dengan jarak satu jangka dari jarak antar kumparan dari pusat growler.

2. Tes kumparan dengan menggerakkan growler disekitar bore dari stator dan selalu perhatikan jarak kepingan besi dijaga dengan jarak yang tetap sama jauh dengannya.

3. Jika ada kumparan yang memiliki satu atau lebih hubung singkat antar belitan, kepingan besi akan bergetar cepat menyebabkan suara berdengung keras. Dengan merunut lokasi pada dua slot

(37)

24

dimana besi bergetar, akan ditemukan kumparan yang terhubung singkat.

4. Kadangkala satu kumparan atau satu grup kumparan komplit terhubung singkat pada akhir koneksi lilitan. Pengujian jenis gangguan ini sama dengan pengujian gangguan hubung singkat pada kumparan.

C. Mikrokontroler

Mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang bisa ditulis dan dihapus dengan cara khusus. Sederhananya, cara kerja mikrokontroler sebenarnya hanya membaca dan menulis data. Sekedar contoh, bayangkan diri Anda saat mulai belajar membaca dan menulis, ketika Anda sudah bisa melakukan hal itu Anda mulai bisa membaca tulisan apapun baik itu tulisan buku, cerpen, artikel dan sebagainya, dan Andapun mulai bisa menulis hal-hal sebaliknya. Begitu pula jika Anda sudah mahir membaca dan menulis data pada mikrokontroler maka Anda dapat membuat program untuk membuat suatu sistem pengaturan menggunakan mikrokontroler sesuai dengan keinginan Anda.

Mikrokontroler merupakan komputer didalam chip yang digunakan untuk mengontrol peralatan elektronik, yang menekankan efisiensi dan efektifitas biaya. Secara harfiahnya bisa disebut "pengendali kecil" dimana sebuah sistem elektronik yang sebelumnya banyak memerlukan

(38)

25

komponen-komponen pendukung seperti IC TTL dan CMOS dapat direduksi/diperkecil dan akhirnya terpusat serta dikendalikan oleh mikrokontroler ini. Dengan penggunaan mikrokontroler ini maka : Sistem elektronik akan menjadi lebih ringkas.

Rancang bangun sistem elektronik akan lebih cepat karena sebagian besar dari sistem adalah perangkat lunak yang mudah dimodifikasi Pencarian gangguan lebih mudah ditelusuri karena sistemnya yang kompak

Namun demikian tidak sepenuhnya mikrokontroler bisa mereduksi komponen IC TTL dan CMOS yang seringkali masih diperlukan untuk aplikasi kecepatan tinggi atau sekedar menambah jumlah saluran masukan dan keluaran (I/O). Dengan kata lain, mikrokontroler adalah versi mini atau mikro dari sebuah komputer karena mikrokontroler sudah mengandung beberapa periferal yang langsung bisa dimanfaatkan, misalnya port paralel, port serial, komparator, konversi digital ke analog (DAC), konversi analog ke digital dan sebagainya hanya menggunakan sistem minimum yang tidak rumit atau kompleks.

C.1. Cara Kerja Mikrokontroler.

Prinsip kerja mikrokontroler adalah :

a. Berdasarkan nilai yang berada pada register Program Counter,

mikrokontroler mengambil data pada ROM

dengan address sebagaimana nilai yang tertera padaProgram Counter. Selanjutnya Program Counter ditambah nilainya dengan 1

(39)

26

(increment) secara otomatis. Data yang diambil tersebut adalah urutan instruksi program pengendali mikrokontroler yang sebelumnya telah dibuat oleh pemakai.

b. Instruksi tersebut diolah dan dijalankan. Proses pengerjaan bergantung pada jenis instruksi: bisa membaca, mengubah nilai- nilai pada register, RAM, isi port atau melakukan pembacaan dan dilanjutkan dengan pengubahan data.

c. Program Counter telah berubah nilainya (baik karena penambahan otomatis sebagaimana pada langkah a di atas atau karena pengubahan pada langkah b. Selanjutnya yang dilakukan mikrokontroler adalah mengulang kembali siklus ini pada langkah . Demikian seterusnya hingga power dimatikan. Dari pengertian di atas dapat disimpulkan bahwa pada dasarnya unjuk kerja mikrokontroler sangatlah bergantung pada urutan instruksi yang dijalankannya, yaitu program yang ditulis di ROM.

Dengan membuat program yang bermacam-macam, maka tentunya mikrokontroler dapat mengerjakan proses yang bermacam-macam pula.

Fasilitas-fasilitas yang ada misalnyatimer/counter, port I/O, serial port, Analog to Digital Converter (ADC) dapat dimanfaatkan oleh program untuk

menghasilkan proses yang diinginkan. Misalnya saja ADC dipergunakan oleh sebuah mikrokontroler pengendali alat ukur digital untuk mengukur tegangan sinyal input. Kemudian hasil pembacaan ADC diolah untuk kemudian dikirimkan ke sebuah display yang terhubung pada port I/O,

(40)

27

menampilkan hasil pembacaan yang telah diolah. Proses pengendalian ADC, pemberian sinyal-sinyal yang tepat pada display, kesemuanya dikerjakan secara berurutan pada program yang ditulis di ROM.

Penulisan program mikrokontroler pada umumnya adalah menggunakan bahasa assembly untuk mikrokontroler yang bersangkutan (setiap mikrokontroler memiliki instruksi bahasa assembly yang berlainan).

Kemudian dengan bantuan sebuah komputer, bahasa assembly tersebut diubah menjadi bahasa mesin mikrokontroler, dan disalin ke dalam ROM mikrokontroler.

Pada buku ini akan dibahas mikrokontroler dari keluarga MCS-51, dengan beberapa contoh aplikasi sederhana. Selanjutnya dari pengertian yang didapat, diharapkan dapat dikembangkan sendiri aplikasi-aplikasi lain sebagaimana yang diinginkan.

C.2. Perkembangan mikrokontroler

Gambar. 6 Mikrokontroler

(41)

28

Mikrokontroler pertama kali dikenalkan oleh Texas Instrument dengan seri TMS 1000 pada tahun 1974 yang merupakan mikrokontroler 4 bit pertama. Mikrokontroler ini mulai dibuat sejak 1971. Merupakan mikrokomputer dalam sebuah chip, lengkap dengan RAM dan ROM.

Kemudian, pada tahun 1976 Intel mengeluarkan mikrokontroler yang kelak menjadi populer dengan nama 8748 yang merupakan mikrokontroler 8 bit, yang merupakan mikrokontroler dari keluarga MCS 48. Sekarang di pasaran banyak sekali ditemui mikrokontroler mulai dari 8 bit sampai dengan 64 bit, sehingga perbedaan antara mikrokontroler dan mikroprosesor sangat tipis. Masing2 vendor mengeluarkan mikrokontroler dengan dilengkapi fasilitas2 yang cenderung memudahkan user untuk merancang sebuah sistem dengan komponen luar yang relatif lebih sedikit.Saat ini mikrokontroler yang banyak beredar dipasaran adalah mikrokontroler 8 bit varian keluarga MCS51(CISC) yang dikeluarkan oleh Atmel dengan seri AT89Sxx, dan mikrokontroler AVR yang merupakan mikrokontroler RISC dengan seri ATMEGA8535 (walaupun varian dari mikrokontroler AVR sangatlah banyak, dengan masing2 memiliki fitur yang berbeda2). Dengan mikrokontroler tersebut pengguna (pemula) sudah bisa membuat sebuah sistem untuk keperluan sehari-hari, seperti pengendali peralatan rumah tangga jarak jauh yang menggunakan remote control televisi, radio frekuensi, maupun menggunakan ponsel, membuat jam digital, termometer digital dan sebagainya.

(42)

29 D. Arduino

Arduino adalah pengendali mikro single-board yang bersifat open- source, diturunkan dari Wiring platform, dirancang untuk memudahkan

penggunaan elektronik dalam berbagai bidang. Perangkat kerasnya memiliki prosesor Atmel AVR dan perangkat lunaknya memiliki bahasa pemrograman yang dinamakan processing.

Arduino dikatakan sebagai sebuah platform dari physical computing yang bersifat open source. Pertama-tama perlu dipahami bahwa kata

“platform” di sini adalah sebuah pilihan kata yang tepat. Arduino tidak hanya sekedar sebuah alat pengembangan, tetapi ia adalah kombinasi darihardware, bahasa pemrograman dan Integrated Development Environment (IDE) yang canggih IDE adalah sebuah software yang sangat

berperan untuk menulis program, meng-compile menjadi kode biner dan meng-upload ke dalam memory microcontroller. Ada banyak projek dan

alat-alat dikembangkan oleh akademisi dan profesional dengan menggunakan Arduino, selain itu juga ada banyak modul-modul pendukung (sensor, tampilan, penggerak dan sebagainya) yang dibuat oleh pihak lain untuk bisa disambungkan dengan Arduino. Arduino berevolusi menjadi sebuah platform karena ia menjadi pilihan dan acuan bagi banyak praktisi.

Salah satu yang membuat Arduino memikat hati banyak orang adalah karena sifatnya yang open source, baik untuk hardware maupun software- nya. Diagram rangkaian elektronik Arduino digratiskan kepada semua

(43)

30

orang. Anda bisa bebas men-download gambarnya, membeli komponen- komponennya, membuat PCB-nya dan merangkainya sendiri tanpa harus membayar kepada para pembuat Arduino. Sama halnya dengan IDE Arduino yang bisa di-download dan diinstal pada komputer secara gratis.

Papan Arduino dengan spesifikasi yang lebih tinggi, dilengkapi tambahan pin digital, pin analog, port serial dan sebagainya. Contoh: Arduino Mega Arduino Mega 2560 .

Komponen utama di dalam papan Arduino adalah sebuah microcontroller 8 bit dengan merk ATmega yang dibuat oleh perusahaan Atmel Corporation. Berbagai papan Arduino menggunakan tipe ATmega yang berbeda-beda tergantung dari spesifikasinya, sebagai contoh Arduino Uno menggunakan ATmega328 sedangkan Arduino Mega 2560 yang lebih canggih menggunakan ATmega2560.

Untuk memberikan gambaran mengenai apa saja yang terdapat di dalam sebuah microcontroller, pada gambar berikut ini diperlihatkan contoh diagram blok sederhana dari microcontroller ATmega328 (dipakai pada Arduino Uno).

Blok-blok di atas dijelaskan sebagai berikut:

1. Universal Asynchronous Receiver/Transmitter (UART) adalah antar muka yang digunakan untuk komunikasi serial seperti pada RS-232, RS-422 dan RS-485.

2. 2KB RAM pada memory kerja bersifat volatile (hilang saat daya dimatikan), digunakan oleh variable-variabel di dalam program.

(44)

31

3. 32KB RAM flash memory bersifat non-volatile, digunakan untuk menyimpan program yang dimuat dari komputer. Selain program, flash memory juga menyimpan bootloader

4. Bootloader adalah program inisiasi yang ukurannya kecil, dijalankan oleh CPU saat daya dihidupkan. Setelah bootloader selesai dijalankan, berikutnya program di dalam RAM akan dieksekusi.

5. 1KB EEPROM bersifat non-volatile, digunakan untuk menyimpan data yang tidak boleh hilang saat daya dimatikan. Tidak digunakan pada papan Arduino.

6. Central Processing Unit (CPU), bagian dari microcontroller untuk menjalankan setiap instruksi dari program.

7. Port input/output, pin-pin untuk menerima data (input) digital atau analog, dan mengeluarkan data (output) digital atau analog.

D.1. Bagian-bagian dari Arduino

a. Soket USB adalah soket untuk kabel USB yang disambungkan ke komputer atau laptop. Berfungsi untuk mengirimkan program ke Arduino dan juga sebagai port komunikasi serial. Input / Output Digital

b. Input/Output Digital atau digital pin adalah pin-pin untuk m enghubungkan Arduino dengan komponen atau rangkaian digital.

Pada Arduino Mega

(45)

32

c. Terdapat 53 I/O Digital dimana 16 diantaranya dapat dijadikan sebagai output PWM. Input Analog

d. Input Analog atau analog pin adalah pin-pin yang berfungsi untuk menerima sinyal dari komponen atau rangkaian analog. Misalnya dari potensiometer, sensor suhu, sensor cahaya, dsb. Terdapat 16 input analog pada arduino mega 2560. Pin POWER

e. Pin-pin catu daya adalah pin yang memberikan tegangan untuk komponen atau rangkaian yang dihubungkan dengan Arduino.

Pada bagian catu daya ini terdapat juga pin Vin dan Reset. Vin digunakan untuk memberikan tegangan langsung kepada Arduino tanpa melalui tegangan USB atau adaptor. Tombol RESET

f. Reset adalah pin untuk memberikan sinyal reset melaui tombol atau rangkaian eksternal. Jack Baterai/Adaptor

g. Soket baterai atau adaptor digunakan untuk menyuplai Arduino dengan tegangan dari baterai/adaptor 9V pada saat Arduino sedang tidak disambungkan ke komputer. Kalau Arduino sedang disambungkan ke komputer melalui USB, Arduino mendapatkan suplai tegangan dari USB, jadi tidak perlu memasang baterai/adaptor saat memprogram Arduino.

(46)

33

Gambar 7. Arduino

E. Relay

Relay merupakan komponen elektronika yang dapat mengimplementasikan logika switching. Relay yang digunakan sebelum tahun 70an, merupakan “otak” dari rangkaian pengendali. Setelah tahun 70-an digantikan posisi posisinya oleh PLC

Relay yang paling sederhana ialah relay elektromekanis yang memberikan pergerakan mekanis saat mendapatkan energi listrik. Secara sederhana relay elektromekanis ini didefinisikan sebagai berikut :

1. Alat yang menggunakan gaya elektromagnetik untuk menutup (atau membuka) kontak saklar.

2. Saklar yang digerakkan (secara mekanis) oleh daya/energi listrik.

Jadi secara sederhana dapat disimpulkan bahwa Relay adalah komponen elektronika berupa saklar elektronik yang digerakkan oleh arus listrik.

(47)

34

Secara umum, relay digunakan untuk memenuhi fungsi – fungsi berikut:

1. Remote control : dapat menyalakan atau mematikan alat dari jarak jauh

2. Penguatan daya : menguatkan arus atau tegangan

3. Contoh : starting relay pada mesin mobil

4. Pengatur logika kontrol suatu sistem

Gambar 8. Relay

Gambar 9. Skema relay elektromekanik

(48)

35 E.1. Prinsip Kerja Relai

Relai terdiri dari coil dan contact. Perhatikan gambar diatas, coil adalah gulungan kawat yang mendapat arus listrik, sedang contact adalah sejenis saklar yang pergerakannya tergantung dari ada tidaknya arus listrik di coil.

Contact ada 2 jenis :

a. Normally Open (kondisi awal sebelum diaktifkan open) b. Normally Closed (kondisi awal sebelum diaktifkan close)

Prinsip kerja dari relay :

Ketika Coil mendapat energi listrik (energized), akan timbul gaya elektromagnet yang akan menarik armature yang berpegas, dan contact akan menutup

.

E.2. Jenis Relai

1. Timing relay adalah jenis relay yang khusus. Cara kerjanya ialah

sebagai berikut : jika coil dari timing relay ON, maka beberapa detik kemudian, baru contact relay akan ON atau OFF (sesuai jenis NO/NC contact).

2. Latching relay ialah jenis relay digunakan untuk latching atau mempertahankan kondisi aktif input sekalipun input sebenarnya sudah mati. Cara kerjanya ialah sebagai berikut : jika latch coil

(49)

36

diaktifkan, ia tidak akan bisa dimatikan kecuali unlatch coil diaktifkan.

Simbol dari latching relay

E.3. Rangkaian dan Simbol Relay

Gambar 10. Relay jenis Single Pole DoubleThrow (SPDT)

Gambar 11. Relay dengan contact lebih dari satu

a. Mengamankan beban lebih

Biasanya palanggan telah mengontrak listrik dengan PLN, kontrak yang dilakukan adalah berapa daya yang telah dikontrak oleh

(50)

37

palanggan. Misalnya pelanggan mengontrak daya 450 VA maka jika daya sudah digunakan sudah melebihi 450 VA secara otomatis MCB akan trip (putus). Pemasangan instalasi yang dilakukan PLN dirumah palanggan yang disesuaikan dengan kontrak yang telah di sepakati, misalnya dengan daya 450 maka kabel yang akan di pasang adalah yang sesuai untuk daya 450. Semakin besar daya yang akan dikontrak maka penyusaian kabel juga akan di lakukan.

Kabel memiliki daya hantar listrik tersendiri, jika kita menghantarkan arus 30A dengan kabel kecil maka kabel tersebut tidak akan kuat dan akhirnya panas dan terbakar. Bayangkan jika MCB yang kita gunakankan tidak membatasi pemakaian arus bisa jadi terhubung banyak orng yang awam tentang listrik terjadilah kebakaran dimana- mana akibat listrik.

b. Sebagai saklar utama

MCB yang terpasang dirumah kita selain berfungsi sebagai pengaman dari terjadinya hubung singkat dan beban lebih juga bisa difungsikan sebagai saklar utama instalasi rumah kita. Jika kita ingin memasang lampu atau kontak-kontak (staker) dirumah kita, maka kita hanya perlu menggunakan MCB untuk memutus arus listrik didalam rumah. Selain itu MCB bisa juga digunakan sebagai pemutus aliran listrik saat anda berpergian pada waktu yang lama.

Misalkan anda ingin pergi ke luar kota selama 1 minggu jangan lupa untuk mematikan aliran listrikdirumah anda dengan cara turunkan

(51)

38

sakelar MCB.Pada dasaranya pemutusan aliran listrik yang dilakukan oleh MCB berasal dari dua prinsip, yakni prinsip panas dan prinsip elektromagnetik. Prinsip digunakan pada saat MCB memutus arus karena beban lebih sedangkan prinsip elektromagnetik digunakan saat MCB mendeteksi adanya hubung singkat.

1. Pemutusan MCB kerena elektromagnetik

Pemutusan dilakukan oleh koil yang terinduksi dan mempunyai medan magnet. Akibat poros yang terdapat didekatnya akan tertarik dan menjalankan tuas pemutus. Pada saat MCB bekerja kerena hubung singkat (kosleting) akan terdapat panas yang sangat tinggi, MCB dilengkapi dengan pengaman busur api untuk meredam panas tersebut.

2. Pemutusan MCB karena panas

Pemutusan dilakukan karena terdapat beban lebih. Kerena beban lebih maka akan menimbulkan panas. Panas ini kan membuat bimetal melengkung dan mendorong tuas penghubung akibatnya MCB akan trip (memutuskan arus).

(52)

39 BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

A. Lokasi

Pada perancangan sistem proteksi motor listrk berbasis mikrokontroler arduinoterdapat beberapa tahap, dimana menentukan tempat/lokasi penelitian. Dibawah ini terdapat tempat penelitian realisai perancangan sistem proteksi motor listrik berbasis mikrokontroler arduino yaitu sebagai berikut:

Tempat penelititian : “Laboratorium teknik Jurusan Elektro Fakultas Teknik Universitas Hsanuddin Makassar”.

B. Data / Parameter

Pada perancangan sistemproteksi motor listrik berbasis mikrokontroler arduino yang paling penting dengan menentukan data parameternya, sebagai berikut:

(53)

40

Kinerja sistem proteksi saat belum efisien dan maksimal dalam mengisolir mesin motor listrik ketika terjadi gangguan.

C. Peralatan

Adapun alat-alat yang sangat penting pada perancangan prototipe sistem interkoneksi relay pada mesin induksi dengan menggunakan mikrokontroler arduino adalah sebagai berikut :

Alat dan bahan

Tabel 1. Alat pada perancangan sistem proteksi motor listrik berbasis mikrokontroler arduino

Alat Jumlah Fungsi

Tang

kombinasi 1 Untuk memotong kabel rangkain

Obeng 1 Menguatkan dan melepas baut

rangkaian

Mistar 1 Untuk mengukur panjang dan lebar Bor kecil 1

Tabel 2. Bahan pada perancangan sistem proteksi motorlistrik berbasis mikrokontroler

Bahan Jumlah Fungsi

Mikrokontroler 1 Sebagai pengontrol dan penyimpan

(54)

41

arduino program

Relay 2 Untuk memutus arus ketika ada gangguan

Motor listrik 2 Untuk mengubah tenaga listrik menjadi tenaga mekanik

Kabel Secukupnya Sebagi penghubung antara alat ke alat yang lainya

Sensor arus 2 Pambaca gangguan pada motor Saklar 1 Sebagai pemutus dan penghubung

arus

D. Cara kerja

Tahap pengumpulan data dan perancangan a. Stadi pustaka

1. Mempelajari sistem proteksi yang ada pada setiap industri 2. Melakukan pengamatan pada setiap koponen

b. Tahap perancangan

1. Menganalisa kebutuhan tehadap sistem proteksi motor listrik 2. Membuat diagram/digaram blok pada perancanga sistem

proteksi motor listrik berbasis mikrokontroler arduino

3. Membuat desain rangkaian pada “perancangan sistem proteksi motor listrik berbasis mikrokontroler arduino”

4. Merangkai sistem proteksi sesuai dengan desain rangkain 5. Melakukan pengujian sistem proteksi pada motor listrik, untuk

memastikan tidak ada kesalah pada setiap perakitan alat, jika

(55)

42

ditemukan ada kealahan pada penyambungan alat ke alat yang lain, maka akan di lakukan prbaikan pada alat yang telah mengalimi gangguan, dan akhirnya diadakan pengujian kembali hinggal hasil perancangan dinyatakan sesuai dengan yang diinginkan.

A. Diagram blok Sistem

(56)

43 B. Flowchart sofeware

\

GAMBAR 12. DIAGRAM BLOK PERANCANGAN SISTEM PROTEKSI MOTOR LISTRIK BERBASIS MIKROKONTROLER ARDUINO

MIKROKONTROLER ARDUINO

SENSOR RR SENSOR

R

MOTOR MOTOR

POWER SUPPLY

S

RELAY RELAY

start

(57)

44

Gambar 13. Flowchart sofeware

(58)

45 BAB IV

ANALISA HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Umum

Sistem proteksi motor listrik ini pada prinsipnya mamisahkan motor listrik yang mengalami gangguan tanpa mengganggu kinerja motor listrik yang sedang beroperasi. Adapun bebrapa gangguan yang dapat di ujikan pada sistem proteksi motor listrik berbasis mikrokontroler arduino yaitu:

1. Beban lebih

beban lebih adalah suatu keadaan abnormal yang apabila dibiarkan terusberlangsung dapat membahayakan peralatan, jadi harus diamankan, makabeban lebih harus ikut ditinjau.

2. Rotor terkunci

Proteksi ini melibatkan aplikasi relay yang sedekat mungkin cocok dengan kurva termal dan rotor terkunci Motor. Sekali lagi perlu diingat bahwa kurva termal Motor adalah pendekatan dari representasi zona kerusakan termis untuk operasi umum atau normal

B. Realisasi

Perakitan sistem proteksi berbasis mikrokontroler arduino menggunkana beberapa alat seperti dua buah dua buah relay, dua buah sensor arus ACS721, dua buah MI1F, dan sebuah mikrokontroler arduino.

(59)

46

Gambar 14. a. Tampak luar

Keterangan :

1. Motor induksi satu fase 2. LCD

Gambar 15. b. Tampak dalam 1

2

3 1

4 5

6

2

(60)

47 Keterangan :

1. Mikrokontroler Arduino 2. Senasor Arus ACS712 3. Relay

4. trafo 5. Capasitor 6. Transistor

Gambar 14. Sistem proteksi motor listrik berbasis mikrokontroler arduino Pada perancangan ini merupakan komponen- komponen dan peralatan antara lain.

1. Mikrokontroler arduino

Gambar 15. Mikrokonroler Arduino Uno

Merupakan alat pengendali mikro single-board yang bersifat open- source, diturunkan dari Wiring platform, dirancang untuk memudahkan penggunaan elektronik dalam berbagai bidang.

(61)

48 2. Sensor arus

Spesifikasi Sensor Arus ACS712 1. Arus AC/DC = 5 A

2. Sensitivitas = 185 mV/A 3. Tegangan Suplai = 5 VDC

Gambar 16. Sensor Arus ACS712

Merupakan alat sensor yang presisi sebagai sensor arus AC atau DC dalam pembacaan arus didalam dunia industri, otomotif, komersil dan sistem-sistem komunikasi. Pada umumnya aplikasi sensor ini biasanya digunakan untuk mengontrol motor, deteksi beban listrik, switched-mode power supplies dan proteksi beban berlebih.

(62)

49 3. Relay 5 VDC

Gambar 17. Relay

merupakan komponen elektronika yang dapat mengimplementasikan logika switching. Relay yang digunakan sebelum tahun 70an, merupakan

“otak” dari rangkaian pengendali.

4. Motor Induksi 1 fase

Motor yang kami gunakan pada perancangan ini adalah motor AC satu fase:

Type : MI1F rotor belitan

P = 100 W V = 220 V I = 0,5 A F = 50/60 Hz Nr = 6000 RPM

(63)

50

Gambar 18. Motor induksi satu fase

MI1F sering digunakan sebagai penggerak pada peralatan yang memerlukan daya rendah dan kecepatan yang relatif konstan. Hal ini disebabkan karena MI1F memiliki beberapa kelebihan yaitu konstruksi yang cukup sederhana, kecepatan putar yang hampir konstan terhadap perubahan beban, dan umumnya digunakan pada sumber jala-jala satu fasa yang banyak terdapat pada peralatan domestik. Walaupun demikian motor ini juga memiliki beberapa kekurangan, yaitu kapasitas pembebanan yang relatif rendah, idak dapat melakukan pengasutan sendiri tanpa pertolongan alat bantu dan efisiensi yang rendah.

5. LCD

Kegunaan LCD banyak sekali dalam perancangan suatu sistem dengan menggunakan mikrokontroler, LCD (Liquid Crysral Display) dapat berfungsi untuk menampilakan suatu nilai hasil sensor, menampilakan teks, atau menampilakan menu pada aplikasi mikrokontroler. M1632 merupakan modul LCD matrix dengan konfigurasi 16 karakter dan 2 baris

(64)

51

dengan setiap karakternya dibentuk oleh baris pixel dan 5 kolom pixel (1 baris pixel terakhir adalah kursor).

6. Transformator (trafo)

Komponen yang berfungsi untuk mentransfer sumber energy atau tenaga dari suatu rangkaian AC ke rangkaian lainnya.

Perpindahan/transfer energy tersebut bisa menaikkan atau menurunkan energy yang ditransfer, hal ini disesuaikan dengan kebutuhan. Untuk menaikkan tegangan dibutuhkan trafo step-up sedangkan untuk menurunkan tegangan dibutuhkan trafo step-down.

7. Kondensator (kapasitor)

Kondensator atau biasa disebut sebagai kapasitor adalah suatu alat yang dapat menyimpan energi didalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik.

Kondensator memiliki satuan yang disebut farad, ditemukan oleh Michael Faraday (1791-1867). Kondensator kini juga dikenal sebagai “kapasitor”.

Berdasarkan kegunaannya, ada tiga jenis kondensator, yaitu :

1. Kondensator tetap (nilai kapasitasnya tetap) adalah kondensator yang nilainya konstan. Ada tiga macam bentuk kondensator tetap :

- Kondensator keramik (ceramik capasitor), memiliki bentuk bulat tipis, ada yang segi empat berwarna merah, hijau, coklat dan lain-lain. Dalam pemasangan di papan rangkaian (PCB), boleh dibolak-balik karena tidak mempunyai kaki

(65)

52

positif dan negative. Mempunyai kapasitas mulai dari beberapa piko farad sampai dengan ratusan kilopiko farad (KpF). Dengan tegangan kerja maksimal 25 Volt sampai 100 Volt, dan juga ada sampai ribuan Volt.

- Kondensator polyester, pada dasarnya sama saja dengan kondensator keramik begitu juga cara menghitung nilainya.

Bentuk persegi empat seperti permen.

- Kondensator kertas, sering disebut juga kondensator padder. Misal pada radio dipasang seri dari spul osilator ke variable kondensator.

2. Kondensator elektrolit (electrolyte condenser = elco) adalah kondensator yang biasanya berbentuk tabung, mempunyai dua kutub kaki berpolaritas positif dan negative. Nilai kapasitasnya dari 0,47 uF (microfarad) sampai ribuan microfarad dengan voltase kerja dari beberapa Volt hingga ribuan Volt.

3. Kondensator variable (nilai kapasitasnya dapat diubah-ubah), kondensator ini dapat berubah kapasitasnya karena secara fisik mempunyai poros yang dapat diputar dengan menggunakan obeng.

(66)

53 C. Rangkaian kontrol arus

Gambar 19. Rangkaian kontrol arus

(67)

54 D. Pembahasan hasil pengukuran

Setelah kami melakukan pengujian terhadap sistem proteksi motor listrik berbasis mikrokontroler arduino maka hasil yang didapatkan adalah:

1. Tabel pengujian arus normal yang masuk ke motor 1 dan motor 2 putaran motor yang dihasilkan :

Arus normal pada motor (A) Putaran Motor (rpm) Motor 1 Motor 2 Motor 1 Motor 2

1, 15 1, 17 3452 3658

1, 22 1, 22 3490 3398

1,19 1, 16 3087 3402

1. Pengukuran pertama