APLIKA APLIKA APLIKA
APLIKASI PEMBANGKIT PWM SINUSOIDA 1 FASA BERBASIS SI PEMBANGKIT PWM SINUSOIDA 1 FASA BERBASIS SI PEMBANGKIT PWM SINUSOIDA 1 FASA BERBASIS SI PEMBANGKIT PWM SINUSOIDA 1 FASA BERBASIS
MIKROKONTROLER ATMEGA8535 SEBAGAI PENGGERAK MIKROKONTROLER ATMEGA8535 SEBAGAI PENGGERAK MIKROKONTROLER ATMEGA8535 SEBAGAI PENGGERAK MIKROKONTROLER ATMEGA8535 SEBAGAI PENGGERAK
MOTOR INDUKSI MOTOR INDUKSI MOTOR INDUKSI MOTOR INDUKSI
Budi Santoso1, Bambang Sutopo2
1
Penulis, Mahasiswa S-1 Teknik Elektro – UGM, Yogyakarta
2 Dosen Pembimbing I, Staff Pengajar pada Jurusan Teknik Elektro – UGM, Yogyakarta
ABSTRACT
ABSTRACT ABSTRACT ABSTRACT
Single phase pulse width modulation inverter is a circuit which convert DC voltage to AC voltage for one phase. Generating SPWM signal digitally give good performance because their immune from noisy. Designing a SPWM signal generator using microcontroller has several advantages, such as easy to programmed and network inverter become modestly. The aim of this thesis is designing generating of SPWM signal one phase by using microcontroller ATMega8535. By using this inverter, hence operation of speed of motor AC can be controlled with more carefully. This network inverter is designed so that summarize, therefore a minimum system of microcontroler only rely on the single chip mode.
Observation shows that the design of SPWM generator work well. The SPWM signal which produced has 64 pulse each periode and frequency interval between 16 – 80 Hz with the increase and degradation of each every 1 Hz.
ABSTRAKSI ABSTRAKSIABSTRAKSI ABSTRAKSI
Pulse Width Modulation Inverter satu fase adalah rangkaian pengubah tegangan searah menjadi tegangan bolak balik untuk satu fase. Pembangkitan sinyal SPWM secara digital dapat memberikan unjuk kerja sistem yang bagus karena lebih kebal terhadap gangguan/derau. Perancangan sebuah pembangkit sinyal SPWM menggunakan mikrokontroler memiliki beberapa keuntungan yaitu mudah diprogram dan rangkaian inverter menjadi sederhana. Tujuan tugas akhir ini adalah merancang pembangkit sinyal SPWM satu fase dengan menggunakan mikrokontroler ATMega8535. Dengan menggunakan inverter ini, maka pengendalian kecepatan motor AC dapat dilakukan dengan lebih teliti. Rangkaian inverter ini dirancang supaya ringkas, oleh karena itu pada sistem minimal mikrokontroler hanya mengandalkan ragam chip tunggal.
Hasil pengamatan menunjukan bahwa rancangan pembangkit SPWM telah berfungsi dengan baik. Sinyal SPWM yang dibangkitkan memiliki 64 pulsa setiap periode dan rentang frekuensi antara 16 – 80 Hz dengan kenaikan dan penurunan setiap 1 Hz.
Keyword: Inverter SPWM Satu Fase,ATMega8535
1 1 1
1.Pendahuluan .Pendahuluan .Pendahuluan .Pendahuluan
Motor DC mempunyai kelemahan, yaitu disebabkan karena penggunaan sikat karbon. Sikat karbon bisa terkikis dan cepat habis karena bergesekan dengan konektor pada rotor. Selain itu sikat karbon membutuhkan perawatan yang teratur. Kelemahan motor DC ini menyebabkan pemakai mengeluarkan biaya tambahan untuk perawatan motor. Sedangkan Motor AC memiliki keunggulan dalam hal kesederhanaan dan murahnya biaya
perawatan sehingga jenis motor ini banyak dipakai di lingkungan industri maupun rumah tangga. Pengendalian kecepatan putaran motor AC dapat dilakukan dengan beberapa cara diantaranya dengan kendali tegangan dan frekuensi.
dengan melakukan penyaklaran. Penyaklaran biasanya dilakukan dengan menggunakan saklar elektronis.
Prinsip kerja inverter SPWM adalah mengatur lebar pulsa mengikuti pola gelombang sinusoida. Keuntungan operasi inverter SPWM sebagai teknik konversi dibanding dengan jenisjenis inverter lainnya adalah rendahnya distorsi harmonik pada tegangan keluaran dibanding dengan jenis inverter lainnya 2. Tinjauan Pustaka Tinjauan Pustaka Tinjauan Pustaka Tinjauan Pustaka
Perancangan dengan FPGA dapat dilakukan dengan cepat, mudah dimodifikasi dan sesuai untuk
prototyping, tetapi akan relatif mahal dan tidak
ekonomis untuk produksi yang besar (Sutopo, 2000). Penggunaan dengan ASIC (Application Specific
Integrated Circuit) akan lebih sesuai untuk produksi
besar, tetapi perancangan dengan ASIC akan lebih kompleks dan memerlukan waktu yang lebih lama.
Menurut Agus Bejo (2003), pembangkitan sinyal dengan menggunakan FPGA, di satu sisi dapat memenuhi tuntutan akan kecepatan tetapi disisi lain kurang fleksibel dalam pengoperasian kendalinya. Frekuensi sinyal PWM yang dihasilkan memiliki rentang antara 3 – 110 Hz dengan kenaikan terkecil 1 Hz. Penggunaan mikrokontroler dalam pembangkitan sinyal PWM di satu sisi memiliki kelebihan berupa fleksibilitas dan realibilitas namun disisi lain memiliki kekurangan dalam hal beban komputasi. Oleh karena itu diperlukan suatu cara agar komputasi PWM tidak membebani mikrokontroler.
3. Dasar Teori 3. Dasar Teori 3. Dasar Teori 3. Dasar Teori
Inverter SPWM menghasilkan tegangan AC efektif yang besarnya tergantung dari lebar pulsa yang dibangkitkan. Nilai tegangan efektifnya dirumuskan sebagai berikut : Vrms =
∫
T dt v T 0 2 1 (1) dengan Vrms = tegangan efektifv = fungsi tegangan T = perioda
Oleh karena pada inverter SPWM nilai tegangan masukan DC adalah konstan maka tegangan rms dapat juga dirumuskan
Vrms = VDC T tP
∑
(2) dengan Vrms = tegangan efektifVDC = tegangan searah inverter
t = lebar pulsa tinggi dalam 1 periode
T = perioda
Prinsip kerja SPWM adalah mengatur lebar pulsa mengikuti pola gelombang sinusoida. Sinyal sinus dengan frekuensi fm dan amplitudo maksimum Am
sebagai referensi digunakan untuk memodulasi sinyal pembawa yaitu sinyal segitiga dengan frekuensi fc dan amplitudo
maksimum Ac. Sebagai gelombang
pembawa, frekuensi sinyal segitiga harus lebih tinggi dari pada gelombang pemodulasi (sinyal sinus).
Untuk menghasilkan sinyal PWM tersebut dapat menggunakan 2 buah sinyal sinus dan 1 sinyal segitiga atau dengan menggunakan 1 buah sinyal sinus dan 2 buah sinyal segitiga.
Gambar 1 Gambar 1Gambar 1
Gambar 1 (a) Proses pembandingan antara sinyal pembawa dengan sinyal referensi, (b) Sinyal
penggerak AN, (c) Sinyal penggerak BN, (d) Sinyal SPWM 4. Metodologi Penelitian 4. Metodologi Penelitian 4. Metodologi Penelitian 4. Metodologi Penelitian
Metodologi yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
a. Studi literatur mengenai Inverter SPWM satu fase dan Mikrokontroler ATMega8535.
b. Merancang dan mensimulasi SPWM Satu Fase secara software dengan menggunakan bahasa C
c. Merancang perangkat lunak pembangkit sinyal penggerak dengan menggunakan bahasa Assembly.
d. Menguji dan mengambil data dari perancangan.
e. Menganalisa hasil dan membuat kesimpulan. 5. Hasil Implementasi dan Pembahasan
5. Hasil Implementasi dan Pembahasan 5. Hasil Implementasi dan Pembahasan 5. Hasil Implementasi dan Pembahasan 5.1 Perancangan Sistem
5.1 Perancangan Sistem 5.1 Perancangan Sistem 5.1 Perancangan Sistem
Hardware sitem yang digunakan dalam tugas
akhir ini merupakan sistem yang sudah jadi. Dalam tugas akhir ini penulis hanya melkukan pengembangan dari sisi perangkat lunaknya saja dan tidak melakukan perancangan hardware.
Sistem mempunyai beberapa bagian penting yaitu terdiri dari Atmega8535 sebagai pembangkit sinyal PWM, LCD sebagai penampil, IGBT yang digunakan sebagai inverter dan penggerak IGBT. Berikut ini merupkan gambar diagram blok sistem yang digunakan dalam tugas akhir ini.
Gambar 2. Gambar 2. Gambar 2.
Gambar 2. Diagram blok sistem 5.2 Peranc
5.2 5.2 PerancPeranc
5.2 Perancangan angan angan angan Perangkat Perangkat Perangkat Perangkat Lunak Lunak Lunak Lunak Penghitung Lebar Pulsa
Penghitung Lebar Pulsa Penghitung Lebar Pulsa Penghitung Lebar Pulsa
Sinyal PWM sinusoida dibangkitkan dengan cara mengukur lebar pulsa yang akan dibangkitkan. Hasil pengukuran lebar pulsa digunakan untuk menentukan nilai pengisi timer pada mikrokontroler agar dapat memberikan pengukuran lebar pulsa yang sama pula.
Gambar 3. Diagram Alir program penghitung lebar pulsa
Ketika program dijalankan, program akan meminta masukan berupa jumlah pulsa yang diinginkan dalam ¼ periode, frekuensi keluaran yang diharapkan, indeks modulasi, frekuensi kristal yang digunakan pada mikrokontroler, dan tingkat ketelitian yang diinginkan.. Hal ini ditunjukkan pada gambar 4. Program akan menampilkan hasil perhitungan berupa lebar pulsa dalam satuan
milidetik dan nilai pengisi timer0 dan timer1, serta menentukan iprescaler yang harus digunakan oleh timer. Program juga melakukan perhitungan besar tegangan efektif keluaran yang dihasilkan. Hal ini diperlihatkan dalam gambar 5
Gambar 4. Gambar 4. Gambar 4.
Gambar 4. Tampilan awal program pengukur lebar pulsa
Gambar 5 Gambar 5Gambar 5
Gambar 5.... Hasil pengukuran yang telah dilaksanakan program
5.3 5.3 5.3
5.3 Perancangan Program Pembangkit Perancangan Program Pembangkit Perancangan Program Pembangkit Perancangan Program Pembangkit Sinyal Penggerak
Sinyal Penggerak Sinyal Penggerak Sinyal Penggerak
Perancangan perangkat lunak dilaksanakan dengan menggunakan bahasa
assembly. Program dibuat untuk
untuk membangkitkan pulsa adalah look up table
berdasarkan data pengisi timer yang telah diperoleh dari program simulasi dalam bahasa C.
5.3.1 Metode Pembangkitan Pulsa 5.3.1 Metode Pembangkitan Pulsa 5.3.1 Metode Pembangkitan Pulsa 5.3.1 Metode Pembangkitan Pulsa
Pembangkitan pulsa PWM sinusoida pada terminal motor dapat dilakukan dengan cara mengirimkan sinyal PWM sinusoida ke IGBT tanpa menerapkan strategi apapun. Cara ini memberikan hasil yang baik untuk pulsa dengan lebar yang tidak terlalu sempit. Namun cara ini memberikan hasil yang tidak sesuai ketika membangkitkan pulsa dengan lebar yang sempit. Hal ini dikarenakan lebar pulsa yang sempit tidak memberikan cukup waktu bagi mikrokontroler untuk menjalankan subrutin program yang berungsi memperbaharui isi timer agar dapat membangkitkan pulsa berikutnya.
Permasalahan tersebut dapat diatasi dengan menggunakan strategi pembangkitan pulsa yang memanfaatkan irisan gelombang yang dibangkitkan pada penggerak A dan B, serta penggerak C dan D. Pada penggerak A, pulsa high dibangkitkan pada awal periode pulsa sampai batas atas lebar pulsa yang diharapkan. Sedangkan pada penggerak B, pulsa high
dibangkitakan mulai batas bawah lebar pulsa dan berakhir pada akhir periode pulsa. Gambar 6 memperlihatkan proses tersebut.
Gambar 6. Gambar 6. Gambar 6.
Gambar 6. Strategi pembangkitan pulsa
5.3.2 Pro 5.3.2 Pro 5.3.2 Pro
5.3.2 Program Utamagram Utamagram Utamagram Utama
Program utama dirancang agar dapat berjalan dalam 2 pilihan. Pilihan pertama adalah mode
autorun. Mikrokontroler kan membangkitkan pulsa
yang menyebabkan motor bergerak perlahan kemudian dipercepat secara teratur. Pilihan kedua adalah mode yang memungkinkan pengguna memberikan masukan berupa frekuensi sinus yang diinginkan untuk menggerakkan motor induksi.
Gambar 7 Gambar 7 Gambar 7
Gambar 7.... Diagram alir program utama Pembangkitan pulsa PWM sinusoida dilakukan sepenuhnya oleh timer0 dan timer1 melalui subrutin interupsi timer. Timer0 bertanggung jawab membangkitkan sinyal pada penggerak B dan D serta melakukan pengukuran periode pulsa. Sedangkan timer1 bertanggung jawab membangkit sinyal pada sisi penggerak A dan C.
Pembangkitan sinyal PWM sinusoida pada penggerak dilakukan secara bergantian. Setengah periode pertama sinyal dibangkitkan pada penggerak A dan B sebanyak 32 pulsa, kemudian setengah periode berikutnya 32 pulsa dibangkitkan pada penggerak C dan D.
5.4 Hasil Pengamatan 5.4 Hasil Pengamatan5.4 Hasil Pengamatan 5.4 Hasil Pengamatan
Gambar 8 Gambar 8Gambar 8
Gambar 8 sinyal penggerak A pada frekuensi input 50 Hz
Pengujian juga dilakukan untuk mengamati karakteristik motor induksi yang digunakan dalam tugas akhir. 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 16 26 36 46 56 66 76 Frekuensi (Hz) N e w to n a ta u A m p e re Gaya Arus Gambar 9. Gambar 9.Gambar 9.
Gambar 9. Grafik pengukuran arus dan torsi motor Dari hasil pengujian di atas, terlihat dengan menaikan frekuensi berpengaruh kemampuan putar motor. Grafik di atas menunjukan bahwa untuk frekuensi dibawah 62 Hz, semakin besar frekuensi yang diberikan maka semakin besar pula gaya dan torsi yang dihasilkan. Sedangkan untuk pemberian frekuensi yang lebih tinggi dari 62 Hz akan mangakibatkan penurunan torsi.
Pengujian kecepatan motor dilakukan dengan cara memberikan frekuensi tertentu kepada motor, kemudian kecepatan putar motor diukur dengan meggunakan tachometer yang dilengkapi dengan sensor putar sehingga tidak akan membebani putaran motor.. Berikut ini adalah grafik hasil pengukuran kecepatan motor terhadap perubahan frekuensi dan perubahan tegangan. (a) (b) Gambar 10. Gambar 10. Gambar 10.
Gambar 10. (a)Hubungan frekuensi dan kecepatan motor(tegangan tetap) (b) Hubungan frekuensi dan kecepatan
motor (frekuensi tetap)
6. Kesimpulan 6. Kesimpulan6. Kesimpulan 6. Kesimpulan
Setelah dilakukan perancangan, pembuatan alat dan pengujian alat serta pembahasan, maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut.
a. Pengaturan kecepatan motor induksi tidak dapat dilakukan dengan melakukan pengaturan tegangan. Pengaturan kecepatan motor dapat dilakukan dengan melakukan pengaturan frekuensi. b. Mikrokontroler ATMEGA8535
dengan clock sebesar 8 MHz dapat membangkitkan sinyal PWM sinusoida sebanyak 64 pulsa tiap
periode dengan dengan rentang frekuensi 15 Hz sampai 80 Hz.
c. Fasilitas pembangkit PWM pada ATMEGA8535 tidak dapat digunakan untuk membangkitkan sinyal PWM sinusoida 4 saluran.
d. Pembangkitan sinyal PWM sinusoida oleh mikrokontroler sangat terbantu oleh
penggunaan program simulasi dalam bahasa C.
e. Penggunaan metode look up table membantu mengurangi beban komputasi, namun membutuhkan penggunaan ruang memori yang lebih banyak.
7. Daftar Pustaka 7. Daftar Pustaka7. Daftar Pustaka 7. Daftar Pustaka
[1] Atmel, 2005. ‘8 Bit AVR
Microcontroller ATMEGA8535’
http://www.atmel.com, USA. [2] Rashid, H.M., 1999, ‘Power
Electronics Circuits,Devices, and
Applications’, Prentice Hall, New Delhi
[3] Wahyu, H dan Sutopo, B. ‘Aplikasi Mikrokontroler At89c51 Sebagai Pembangkit Pwm Sinusoida 1 Fasa Untuk Mengendalikan Putaran Motor
