i
POMPA AIR MOTOR BRUSHLESS DC DENGAN
MENGGUNAKAN dsPIC30F2020
LAPORAN TUGAS AKHIR
Oleh :
Aditya Chandra
12.50.0005
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS KATOLIK SOEGIJAPRANATA
SEMARANG
ii
LEMBAR PENGESAHAN
Laporan Tugas Akhir dengan judul “POMPA AIR MOTOR BRUSHLESS DC DENGAN MENGGUNAKAN dsPIC30F2020” diajukan untuk memenuhi sebagian dari persyaratan dalam memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro pada Program Studi Teknik Elektro di Fakultas Teknik Universitas Katolik Soegijapranata Semarang.
Laporan Tugas Akhir ini disetujui pada tanggal .... November 2016.
Semarang, .... Desember 2016
Menyetujui,
Pembimbing Koordinator Tugas Akhir
Dr. Ir. Ign. Slamet Riyadi, MT. 058.1.1992.110
Dr. Ir. Ign. Slamet Riyadi, MT. 058.1.1992.110
Mengetahui,
Dekan Fakultas Teknik Ketua Progdi Teknik Elektro
Dr. Ir. Djoko Suwarno, M. Si. 058.1.1988.032
iii
PERNYATAAN
KEASLIAN LAPORAN TUGAS AKHIR (SKRIPSI)
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir yang berjudul
“POMPA AIR MOTOR BRUSHLESS DC DENGAN MENGGUNAKAN dsPIC30F2020” ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang sepengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Apabila di kemudian hari ternyata terbukti bahwa tugas akhir ini sebagian atau seluruhnya merupakan hasil plagiasi, maka saya rela untuk dibatalkan, dengan segala akibat hukumannya sesuai peraturan yang berlaku pada Universitas Katolik Soegijapranata dan / atau perundang-undangan yang berlaku.
Semarang, .... Desember 2016
( Aditya Chandra )
iv
ABSTRAK
Masalah utama yang sering dihadapi oleh masyarakat global zaman sekarang adalah masalah pangan. Jumlah penduduk yang terus meningkat tidak sebanding dengan jumlah lahan pertanian yang menurun tiap tahunnya. Pertanian sendiri merupakan bidang pokok yang menunjang keberlangsungan hidup manusia. Kendala yang sering dihadapi pelaku bidang pertanian adalah sistem irigasi yang belum memadai. Ini karena sistem irigasi yang letaknya lebih rendah dari lahan pertanian.
Untuk mengalirkan air melalui sistem irigasi menuju lahan pertanian dibutuhkan pompa air. Namun pompa air yang biasanya dipakai dalam pertanian adalah pompa air motor induksi yang membutuhkan daya yang tinggi padahal lahan pertanian banyak yang belum terjangkau listrik.
Pada Laporan Tugas Akhir ini mengkaji tentang “POMPA AIR MOTOR BRUSHLESSS DC DENGAN MENGGUNAKAN dsPIC30F2020”. Pompa air BLDC ini dibuat dari modifikasi pompa air motor induksi. Pompa air motor BLDC ini dibuat karena daya yang dibutuhkan lebih rendah dibanding pompa air motor induksi sehingga cocok untuk lahan pertanian yang banyak kekurangan listrik.
v
KATA PENGANTAR
Puji Syukur dan terima kasih kepada Tuhan Yesus Kristus atas pernyataannya pada penulis sehingga oleh karena berkat, perlindungan, mukjizat, dan kuasa – Nya yang selalu menyertai, penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir
beserta dengan Laporan Tugas Akhir yang berjudul “POMPA AIR MOTOR BRUSHLESS DC DENGAN MENGGUNAKAN dsPIC30F2020”. Tugas Akhir dan Laporan Tugas Akhir ini disusun oleh penulis sebagai mahasiswa dalam tugasnya menyelesaikan perkuliahan di Program Studi S1 Teknik Elektro Universitas Katolik Soegijapranata.
Dalam proses pembuatan Tugas Akhir dan penyusunan Laporan Tugas
Akhir yang berjudul “POMPA AIR MOTOR BRUSHLESS DC DENGAN MENGGUNAKAN dsPIC30F2020” ini, penulis mengalami banyak hambatan selama proses pembuatan Tugas Akhir beserta Laporan Tugas Akhir tersebut. Penulis memperoleh banyak bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak baik secara teknis maupun non teknis. Pada kesempatan kali ini, penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar – besarnya kepada berbagai pihak yang telah membantu baik dalam proses pembuatan Tugas Akhir maupun dalam proses penyusunan laporan Tugas Akhir ini, yaitu :
A. Tuhan Yesus yang selalu menyertai, memberkati, dan melindungi penulis selama melakukan Tugas Akhir.
vi
C. Bapak Dr.Ir.Ign Slamet Riyadi,M.T. selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang membimbing dan pelaksanaan Tugas Akhir ini dengan memberi saran, kritik, bantuan baik secara teknis maupun non teknis kepada penulis.
D. Bapak Dr,Ir.Djoko Suwarno selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Katolik Soegijapranata Soegijapranata Semarang.
E. Bapak Dr. Florentinus Budi Setiawan, ST.MT. selaku Ketua Program Studi Teknik Elektro yang telah banyak membantu penulis selama perkuliahan maupun mengurus KRS penulis.
F. Bapak Felix Yustian Setiono, ST.MT. selaku Kepala Laboratorium Elektro Universitas Katolik Soegijapranata yang telah memfasilitasi laboratorium dan perlengkapannya selama pelaksanaan Tugas Akhir.
G. Bapak Leonardus Heru Pratomo, ST.MT. selaku Dosen Fakultas Teknik Elektro yang telah membantu selama penulis melaksanakan Tugas Akhir. H. Bapak Anjar Triyanto,S.Pd. selaku Staff Laboran.
I. Bapak Antonius Juang Saksono selaku Staff Tata Usaha Program Studi Teknik Elektro yang telah banyak membantu penulis baik dalam mengurus KRS maupun Transkip Akademik penulis.
J. Teman – teman Elektro Angkatan 2012, 2011, 2010.
K. Teman – teman Fakultas Teknik Program Studi Teknik Elektro Universitas Katolik Soegijapranata.
L. Teman – teman fakultas yang lain yang turut mendukung saya.
vii
Akhirnya dengan selesainya penyusunan Laporan Tugas Akhir ini, penulis berharap agar dapat memberikan wawasan dan pengetahauan kepada pembaca. Dalam penyusunan Laporan Tugas Akhir ini mungkin ada banyak kekurangan, sehingga penulis mengharapkan saran dan kritik dari pembaca.
Semarang, November 2016
viii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL i
LEMBAR PENGESAHAN ii
PERNYATAAN KEASLIAN LAPORAN TUGAS AKHIR iii
ABSTRAK iv
1.2. Perumusan Masalah 3
1.3. Pembatasan Masalah 3
1.4. Tujuan dan Manfaat 4
1.5. Metodologi Penelitian 4
1.6. Sistematika Penulisan 6
BAB II KAJIAN PUSTAKA
2.1. Pendahuluan 8
2.2. Motor BLDC 9
2.2.1. Konstruksi Motor BLDC 11
2.2.2. Prinsip Kerja Motor BLDC 15
2.3. Inverter 3 Fasa Motor BLDC 17
2.4. Mosfet jenis IRFP 250 18
ix
2.6. Sistem Minimum dsPIC30F2020 20
2.7. IC Buffer 74HC7541 22
2.8. Driver TLP 250 23
2.9. Fluks magnetik 25
BAB III PERANCANGAN DESAIN POMPA AIR BRUSHLESS
DC DENGAN MENGGUNAKAN dsPIC30F2020
3.1. Pendahuluan 26
3.2. Perancangan Alat 26
3.3. Perancangan Push Pull Converter 28
3.4. Perancangan Rangkaian Driver TLP 250 30
3.5. Perancangan Mikrokontroler dsPIC30F2020 32
3.5.1. Algoritma Pemrograman dsPIC30F2020 33
BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA
4.1. Pendahuluan 39
4.2. Simulasi Pompa Air Motor BLDC dengan PSIM 39
4.3. Hasil Pengujian Laboratorium 45
4.3.1. Hasil Pengujian Pompa Air Motor BLDC Saat Belitan Stator Dipasang Seri
47
x
DAFTAR PUSTAKA 66
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Stator motor BLDC 12
Gambar 2.2. Rotor motor BLDC 13
Gambar 2.3. UGN3503 14
Gambar 2.4. Prinsip kerja motor BLDC 16
Gambar 2.5. Inverter 3 fasa motor BLDC 17
Gambar 2.6. Gelombang persegi 3 fasa yang dihasilkan inverter 3 fasa 18 Gambar 2.7. (a) Mosfet jenis IRFP 250 (b) Konfigurasi IRFP 250 18
Gambar 2.8. Push pull converter 19
Gambar 2.9. Konfigurasi pin dsPIC30F2020 21
Gambar 2.10. IC 74HC7541 22
Gambar 2.11. Konfigurasi TLP 250 24
Gambar 3.1. Diagram blok perancangan alat 27
Gambar 3.2. Skema perancangan push pull converter 29
Gambar 3.3. Skema perancangan driver TLP 250 31
Gambar 3.4. Skema perancangan sistem minimum dsPIC30F2020 32 Gambar 3.5. Flowchart pemrograman dsPIC30F2020 34 Gambar 4.1. Simulasi rangkaian pompa air motor BLDC 40 Gambar 4.2. Sinyal 3 hall effect sensor (a) H1, (b) H2, (c) H3 43 Gambar 4.3. Enam sinyal PWM keluaran dari C block (a) PWM 1, (b)
PWM 2, (c) PWM 3, (d) PWM 4, (e) PWM 5, (f) PWM 6
44
xii
Gambar 4.6. Gelombang arus dari sumber tegangan (skala 10x, 2.5 ms/div, 1A/div)
48
Gambar 4.7. Keluaran mikrokontroler (RE0,RE1,RE2,RE3) 48 Gambar 4.8. Keluaran mikrokontroler (RE0,RE4,RE5) 49 Gambar 4.9. Gelombang tegangan dan arus per fasa (skala 10x,
2.5ms/div, CH1 50V/div, CH2 1A/div) (a) Van, Ia (b) Vbn, Ib (c) Vcn, Ic
50
Gambar 4.10. Gelombang tegangan Van, Vbn, Vcn (skala 10x, 5ms/div, 50 V/div)
51
Gambar 4.11. Gelombang tegangan antar fasa (skala 5 ms/div, 50 V/div) 51 Gambar 4.12. Gelombang arus dari sumber tegangan dengan PWM
(skala 10x, 2.5 ms/div, 1A/div)
52
Gambar 4.13. Keluaran mikrokontroler dengan PWM (RE0, RE1, RE2, RE3)
52
Gambar 4.14. Keluaran mikrokontroler dengan PWM (RE0,RE4,RE5) 52 Gambar 4.15. Gelombang tegangan dan arus per fasa dengan PWM
(skala 5 ms/div, CH1 50V/div, CH2 1A/div) (a) Van,Ia (b) Vbn, Ib
53
Gambar 4.16. Gelombang tegangan dan arus per fasa dengan PWM (skala 5 ms/div, CH1 50V/div, CH2 1A/div) Vcn,Ic
53
Gambar 4.17. Gelombang tegangan Van, Vbn, Vcn dengan PWM (skala 5ms/div, 50 V/div)
54
Gambar 4.18. Gelombang tegangan antar fasa dengan PWM (skala 5ms/div, 50 V/div)
xiii
Gambar 4.19. Kecepatan pompa air motor BLDC saat belitan stator seri 55 Gambar 4.20. Gelombang arus dari sumber tegangan saat belitan paralel (skala 1x, 5 ms/div, 5A/div)
56
Gambar 4.21. Keluaran mikrokontroler saat belitan paralel (a) RE0, RE1, RE2,RE3 (b) RE0,RE4, RE5
56
Gambar 4.22. Gelombang tegangan dan arus per fasa saat belitan paralel (CH1 skala 10x, CH2 skala 1X, 5ms/div, CH1 20V/div, CH2 5A/div) (a) Van, Ia (b) Vbn, Ib (c) Vcn, Ic
57
Gambar 4.23. Gelombang tegangan Van, Vbn, Vcn saat belitan paralel (skala 10x, 5ms/div, 20 V/div)
58
Gambar 4.24. Gelombang tegangan antar fasa saat belitan paralel (skala 5ms/div, 20 V/div)
58
Gambar 4.25. Gelombang arus dari sumber tegangan dengan PWM saat belitan paralel (skala 1x, 5 ms/div, 5A/div)
59
Gambar 4.26. Keluaran mikrokontroler dengan PWM saat belitan paralel (a) RE0, RE1,RE2,RE3 (b) RE0,RE4, RE5
59
Gambar 4.27. Gelombang tegangan dan arus per fasa dengan PWM saat belitan paralel (CH1 skala 10x,CH2 skala 1X, 5ms/div,CH1 10V/div, CH2 5A/div) (a) Van, Ia (b) Vbn, Ib
60
Gambar 4.28. Gelombang tegangan dan arus per fasa dengan PWM saat belitan paralel (CH1 skala 10x,CH2 skala 1X, 5ms/div,CH1 10V/div, CH2 5A/div) Vcn, Ic
60
Gambar 4.29. Gelombang tegangan Van, Vbn, Vcn dengan PWM saat belitan paralel (skala 10x, 5ms/div, 10 V/div)
xiv
Gambar 4.30. Gelombang tegangan antar fasa dengan PWM saat belitan paralel (skala 10x, 5ms/div, 20 V/div)
61
Gambar 4.31. (a) Kecepatan pompa air motor BLDC saat belitan stator paralel (b) Nilai arus dan tegangan antar fasa
xv
DAFTAR TABEL
