PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI
BERBASIS METODE LOOKUP TABLE SPWM Volt/Hz
HALAMAN JUDUL
LAPORAN TUGAS AKHIR
Oleh :
PUNGKY SATRIO WIBOWO
15.F1.0013
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS KATOLIK SOEGIJAPRANATA
SEMARANG
ii 7
iv
ABSTRAK
Motor induksi sangat populer di dalam aplikasi industri karena konstruksinya yang sederhana, harganya yang murah, serta biaya perawatan tergolong rendah. Pengaturan kecepatan motor induksi memerlukan kontrol frekuensi dan tegangan. Beberapa strategi Volt / Hz kontrol diterapkan dalam pengaturan kecepatan motor induksi dengan berbagai metode seperti direct torque control, vector control, harmonic elimination. Metode ini sangat populer tetapi membutuhkan perhitungan yang rumit. Laporan ini akan membahas metode sederhana untuk mengoperasikan motor induksi menggunakan SPWM Volt / Hz, dengan menggunakan metode lookup table. Metode
lookup table mengandung angka penting sebagai modulasi untuk membentuk sinyal sinusoidal yang digunakan untuk menghasilkan sinyal SPWM, dengan membandingkan sinyal modulasi dan sinyal pembawa gelombang segitiga dari mikrokontrol dsPIC. Untuk mendukung analisis, simulasi dan pengujian laboratorium dilakukan.
Kata Kunci : Pengaturan kecepatan, Motor Induksi, SPWM Volt/Hz, Lookup table, dsPIC
v
KATA PENGANTAR
Puji dan rasa syukur mendalam penulis panjatkan kehadirat Tuhan yang Maha Esa atas rahmat dan karuniaNya maka skripsi ini dapat diselesaikan dengan baik. Skripsi yang berjudul “
Pengaturan Kecepatan Motor Induksi Berbasis
Metode Lookup Table SPWM Volt/Hz”
ini di susun untuk memenuhipersyaratan kurikulum sarjana strata-1 (S-1) pada Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Katolik Soegijapranata Semarang.
Penulis mengucapkan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya atas semua bantuan yang telah diberikan, baik secara langsung maupun tidak langsung selama penyusunan tugas akhir ini hingga selesai. Secara khusus rasa terimakasih tersebut saya sampaikan kepada :
1. Tuhan Allah Bapa yang senantiasa memberikan rahmat, kemudahan dan kelancaran dalam proses pelaksanaan Tugas Akhir dan penyusunan laporan akhir.
2. Kakak saya terutama kak Wahyu Ristiani atas perhatian, semangat, dan biaya yang telah diberikan kepada saya, serta Milka Natalia dan teman teman yang sudah memberi dukungan dan semangat kepada saya.
3. Bapak Prof. Dr. Ir. Slamet Riyadi, MT. Selaku dosen pembimbing Tugas Akhir, dan Dekan Fakultas Teknik yang telah membimbing dari awal sampai akhir dalam pelaksanaan Tugas Akhir yang selalu memberikan bantuan, kritik dan saran yang memberikan semnagat penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir tersebut.
vii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL i
LEMBAR PENGESAHAN ii
PERNYATAAN KEASLIAN LAPORAN TUGAS AKHIR (SKRIPSI) iii
ABSTRAK iv
KATA PENGANTAR v
DAFTAR ISI vii
DAFTAR GAMBAR ix
DAFTAR TABEL xiii
BAB I PENDAHULUAN 1
1.1. Latar Belakang 1
1.2. Perumusan Masalah 2
1.3. Pembatasan Masalah 2
1.4. Tujuan dan Manfaat 3
1.5. Metodologi Penelitian 3
1.6. Sistematika Penulisan 5
BAB II DASAR TEORI 6
viii
2.2. Motor induksi 7
2.3. IGBT (Saklar Statis) 11
2.4. Digital Signal Controller 12
2.5. IC optocoupler 12
2.6. Pendeteksi Arus 13
2.7. Power Supply 14
BAB III DESAIN DAN SIMULASI PENGATURAN KECEPATAN MOTOR
INDUKSI BERBASIS METODE LOOKUP TABLE SPWM Volt/Hz 15
3.1. Pendahuluan 15
3.2. Proses desain dan simulasi 15
3.3.1 Sistem kontrol 17
3.3.2 Rangkaian driver dan optocoupler 18
3.3.3 Rangkaian Sensor Arus HX 10-P 22
3.3.4 Rangkaian Inverter Tiga Fasa 23
3.3.5 Rangkaian Catu daya 25
3.4. Implementasi perangkat lunak dan algoritma program 26
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 31
4.1 Pendahuluan 31
4.2 Hasil Simulasi dari power simulator (PSIM) 31
ix
4.4 Hasil Pengujian Alat pada Sisi Rangkaian Driver 34 4.5 Hasil Pengujian Pada Sisi Rangkaian Daya Inverter SPWM 36
4.6 Pembahasan 44
BAB V P E N U T U P 46
5.1 Kesimpulan 46
5.2 Saran 47
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar-2.1 Bagan sistem umum inverter mode switching 6
Gambar-2.2 Stator Motor Induksi 9
Gambar-2.3 Medan magnet pada stator yang diproduksi oleh sumber 3 fasa
(https://www.galco.com/images/ac_motor_fig12.gif) 10
Gambar-2.4 Rotor Motor Induksi 10
Gambar-2.5 Konfigurasi Pin IGBT 11
Gambar-2.6 Kurva dan karakteristik rangkaian IGBT
(https://abdulelektro.blogspot.com/2019/07/transistor-igbt-insulated-gate-bipolar.html) 11
Gambar-2.7 IC optocoupler bagian transmitter (1 dan 2) dan receiver (3 dan 4) 13 Gambar-2.8 Diagram blok sistem kerja sensor arus 13 Gambar-3.1 Diagram blok desain kendali SPWM Volt/Hz 15
Gambar-3.2 Blok hardware diagram 17
Gambar-3.3 Konfigurasi pin dsPIC30F4012 17
Gambar-3.4 (a) susunan komponen dan (b) rangkaian sistem minimum
dsPIC30F4012 dan buffer 18
Gambar-3.5 (a) susunan komponen dan (b) rangkaian driver dan optocoupler
IR2132 19
Gambar-3.6 Konfigurasi pin HCPL 2531 19
Gambar-3.7 Konfigurasi pin IC buffer 74HC541 20 Gambar-3.8 Konfigurasi gerbang IC buffer 74HC541 21
x
Gambar-3.9 (a) perpindahan saklar statis sebelum penerapan deadtime dan (b)
setelah penerapan deadtime 22
Gambar-3.10 Skema Sistem Minimum IR2132 22
Gambar-3.11 Rangkaian sensor arus HX 0-P 23
Gambar-3.12 Rangkaian Power IGBT 24
Gambar-3.13 Pola pensaklaran inverter 3 fasa 24 Gambar-3.14 Konfigurasi pin IGBT FGL60N100BNTD 24 Gambar-3.15 (a) susunan komponen dan (b) rangkaian power supply B1212S
dan B1205S 25
Gambar-3.16 Flowchart sinusoidal pulse width modulation 26
Gambar-3.17 Metode lookup table 27
Gambar-3.18 Proses signal comparator 28
Gambar-3.19 Komparasi sinyal modulasi dan sinyal pembawa dengan
pergeseran sudut 0˚, 120˚, 240˚ 28
Gambar-3.20 Grafik Volt/Hz kontrol 29
Gambar-3.21 (a) implementasi pulsa – pulsa SPWM pada saklar atas dan (b)
pulsa – pulsa SPWM pada saklar bawah 30
Gambar-4.1 Diagram blok simulasi SPWM inverter 31 Gambar-4.2 Sinyal modulasi Va, Vb, Vc pada simulasi 32 Gambar-4.3 Sinyal pembawa (carrier) pada simulasi 32 Gambar-4.4 Hasil tegangan SPWM Va, Vb, Vc pada simulasi 33
xi
Gambar-4.6 Hasil pengujian sinyal SPWM pada frekuensi 50Hz untuk (a)
saklar statis atas dan (b) saklar statis bawah 34 Gambar-4.7 Hasil pengujian sinyal SPWM pada frekuensi 40Hz untuk (a)
saklar statis atas dan (b) saklar statis bawah 34 Gambar-4.8 Hasil pengujian sinyal SPWM dari rangkaian driver pada
frekuensi 50Hz 35
Gambar-4.9 Hasil pengujian sinyal SPWM dari rangkaian driver pada
frekuensi 40Hz 35
Gambar-4.10 Hasil pengujian tegangan keluaran SPWM inverter (a) fasa – fasa dan (b) fasa – netral pada frekuensi 50Hz 36 Gambar-4.11 Hasil pengujian tegangan keluaran SPWM inverter (a) fasa – fasa
dan (b) fasa – netral pada frekuensi 40Hz 36 Gambar-4.12 Hasil pengujian tegangan keluaran SPWM inverter (a) fasa – fasa
dan (b) fasa – netral pada frekuensi 30Hz 37 Gambar-4.13 Hasil pengujian tegangan keluaran SPWM inverter (a) fasa – fasa
dan (b) fasa – netral pada frekuensi 28Hz 37 Gambar-4.14 Hasil pengujian tegangan keluaran SPWM inverter (a) fasa – fasa
dan (b) fasa – netral pada frekuensi 25Hz 38
Gambar-4.15 Motor induksi tiga fasa 38
Gambar-4.16 Hasil pengujian tegangan keluaran pada frekuensi 50Hz 39 Gambar-4.17 Hasil pengujian arus keluaran pada frekuensi 50Hz 39 Gambar-4.18 Hasil pengujian kecepatan motor induksi pada frekuensi 50Hz 39 Gambar-4.19 Hasil pengujian tegangan keluaran pada frekuensi 40Hz 40
xii
Gambar-4.20 Hasil pengujian arus keluaran pada frekuensi 40Hz 40 Gambar-4.21 Hasil pengujian kecepatan motor induksi pada frekuensi 40Hz 40 Gambar-4.22 Hasil pengujian tegangan keluaran pada frekuensi 30Hz 41 Gambar-4.23 Hasil pengujian arus keluaran pada frekuensi 30Hz 41 Gambar-4.24 Hasil pengujian kecepatan motor induksi pada frekuensi 30Hz 41 Gambar-4.25 Hasil pengujian tegangan keluaran pada frekuensi 28Hz 42 Gambar-4.26 Hasil pengujian arus keluaran pada frekuensi 28Hz 42 Gambar-4.27 Hasil pengujian kecepatan motor induksi pada frekuensi 28Hz 42 Gambar-4.28 Hasil pengujian tegangan keluaran pada frekuensi 25Hz 43 Gambar-4.29 Hasil pengujian arus keluaran pada frekuensi 25Hz 43 Gambar-4.30 Hasil pengujian kecepatan motor induksi pada frekuensi 25Hz 43 Gambar-4.31 Hasil pengujian tegangan fasa – fasa pada frekuensi 50Hz, 40Hz,
25Hz 44
Gambar-4.32 Hasil pengujian konsumsi arus pada frekuensi 50Hz, 40Hz,
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel-3.1 Spesifikasi B1212S & B1205S 26
