TUGAS AKHIR - Pengaman motor listrik 3 Phasa dengan sensor suhu IC LM35 - USD Repository

(1)

PENGAMAN MOTOR LISTRIK 3 PHASA DENGAN

SENSOR SUHU IC LM 35

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar SarjanaTeknik

Program Studi Teknik Elektro

Oleh:

PAULUS YULIANTORO NIM: 085114008

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

(2)

ELECTRICAL SAFETY MOTOR 3 PHASE WITH

TEMPERATURE SENSOR IC LM35

Presented as Partial Fullfillment of Requirements To Obtain the Sarjana Teknik Degree In Electrical Engineering Study Program

PAULUS YULIANTORO NIM: 085114008

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

(3)

(4)

(5)

(6)

MOTTO

Jadikanlah Masalah Sebagai Sumber Pengembangan Diri

Dengan ini kupersembahkan karyaku ini untuk...

Yesus Kristus Pembimbingku yang setia,

Kedua orangtuaku tercinta,

Nining, Anton, dan Ardi saudaraku tersayang,

Ancilla Ansherlya kekasih hatiku,

Teman-teman seperjuanganku,

Dan semua orang yang mengasihiku

(7)

(8)

viii

INTISARI

Pada saat ini motor listrik menjadi suatu alat yang sering digunakan dalam proses produksi. Dalam dunia industri, pengoperasian motor listrik seringkali mengalami kerusakan baik mekanik maupun elektrik. Resiko kerusakan paling buruk yang dapat terjadi adalah ketika kumparan motor listrik tersebut terbakar. Pengaman motor listrik dengan sensor suhu LM35 memeberikan solusi untuk mencegah terbakarnya kumparan pada motor listrik.

Pada penelitian ini, pengaman motor listrik mendeteksi sedini mungkin panas yang dialami oleh bahan isolator kumparan motor menggunakan rangkaian terpadu atau Integrated Circuit (IC) LM35. Batasan suhu yang terdapat pada motor dapat diatur melalui keypad. Jika suhu pada motor melebihi suhu pengaturan dari keypad maka motor akan mati.

Pengaman motor listrik dengan sensor suhu LM35 dapat berfungsi dengan baik. Alat mampu mematikan motor ketika suhu pada lilitan kumparan motor melebihi suhu yang diatur oleh user. Tingkat keberhasilan alat dalam memutus sumber tegangan ketika suhu melebihi suhu pengaturan mencapai 92,1%.

(9)

ix

ABSTRACT

At this time the electric motor becomes a tool that is often used in the production process. In the industrial world, the operation of the electric motor often have both mechanical and electrical damage. Risk of damage to the worst that can happen is when the electric motor coil burning. Safety electric motor with LM35 temperature sensor creates realistic solutions to prevent burning of the coil on an electric motor.

In this study, the safety of electric motors to detect as early as possible the heat experienced by the motor coil insulation materials using an integrated circuit or integrated circuit (IC) LM35. Restrictions contained in the motor temperature can be set via the keypad. If the temperature of the motor temperature exceeds the setting of the keypad then the motor will die.

Safety electric motor with LM35 temperature sensor to function properly. The tool able to turn of the electric motor when the temperatur on electric motor coil winding temperature exceeds the temperature set by user. The success rate of voltage source tool in deciding when the temperature exceeds the setting temperature reaches 92,1%.

(10)

x

Puji dan Syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus karena telah memberikan berkat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan akhir ini dengan baik. Laporan akhir ini disusun untuk memenuhi syarat memperoleh gelar sarjana.

Penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. 2. Ketua Program Studi Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. 3. Petrus Setyo Prabowo, S.T., M.T., dosen pembimbing yang dengan penuh

pengertian dan ketulusan hati memberi bimbingan, kritik, saran, serta motivasi dalam penulisan skripsi ini.

4. Martanto, S.T., M.T., Ir. Tjendro, M.Kom., dosen penguji yang telah memberikan masukan, bimbingan, saran dalam merevisi skripsi ini.

5. Kedua orang tua dan kakak-kakak saya, atas dukungan, doa, cinta, perhatian, kasih sayang yang tiada henti.

6. Ancilla Ansherlya D.U. atas dukungan, doa, cinta, perhatian, kasih sayang yang tiada henti.

7. Staff sekretariat Teknik Elektro, atas bantuan dalam melayani mahasiswa.

8. Kawan-kawan seperjuangan angkatan 2008 Teknik Elektro dan semua kawan yang mendukung saya dalam mendukung dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

9. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu atas semua dukungan yang telah diberikan dalam penyelesaian skripsi ini.

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan laporan akhir ini masih mengalami

kesulitan dan tidak lepas dari kesalahan. Oleh karena itu, penulis mengharapkan masukan, kritik dan saran yang membangun agar skripsi ini menjadi lebih baik. Semoga skripsi ini

dapat bermanfaat sebagaimana mestinya.

Penulis

(11)

xi

HALAMAN JUDUL

... i

HALAMAN PERSETUJUAN

... iii

HALAMAN PENGESAHAN

... iv

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

... v

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP

... vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA

ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

... vii

INTISARI

... viii

ABSTRACT

... ix

KATA PENGANTAR

... x

DAFTAR ISI

... xi

DAFTAR GAMBAR

... xiv

DAFTAR TABEL

... xvi

DAFTAR LAMPIRAN

... xvii

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Tujuan dan Manfaat Penelitian ... 1

1.3. Batasan Masalah ... 2

1.4. Metodologi Penelitian ... 2

BAB II DASAR TEORI

2.1. Motor induksi ... 4

2.1.1. Konstruksi Motor 3 Phasa ... 4

2.1.2. Rugi Panas Internal Motor Listrik ... 5

2.1.3. Gangguan Panas Eksternal Motor Listrik ... 5

2.1.4. Kelas Isolasi dan Batas Kenaikan Suhu Pada Kumparan ... 6

(12)

xii

2.4. Mikrokontroler ATmega8535... 8

2.4.1. Konstruksi ATmega8535 ... 9

2.4.1.1. Memori Flash ... 9

2.4.1.2. Memori Data ... 9

2.4.1.3. Memori EEPROM ... 9

2.4.2. Reset dan Osilator Eksternal ... 12

2.4.3. ADC (Analog to Digital Converter) ... 13

3.2.2. Perancangan Input-Output Mikrokontroler ATmega8535………. 25

(13)

xiii

4.1. Hasil Implementasi Alat ... 34

4.1.1. Hasil Konstruksi Alat ... 34

4.1.2. Spesifikasi Motor ... 35

4.1.3. Pemasangan Sensor ... 35

4.2. Pengujian Keberhasilan ... 36

4.2.1. Pengujian Tanpa Beban ... 36

4.2.2. Pengujian dengan Beban ... 39

4.2.3. Pengujian Pada Pengaturan Suhu 30°C ... 42

4.3. Analisa Pengujian Beban ... 50

4.4. Pengujian Rangkaian Catu Daya ... 51

4.5. Pengujian Sensor LM35 ... 51

4.6. Pengujian Rangkaian SSR ... 52

4.7. Pengujian Rangkaian Komparator ... 54

4.8. Pembahasan Software ... 55

4.8.1. Program Utama ... 55

4.8.2. Program Keypad ... 57

4.8.3. Program Pengaturan ADC ... 58

4.8.4. Program Pemutus ... 59

BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan ... 61

5.2. Saran ... 61

DAFTAR PUSTAKA

... 62

(14)

xiv

Gambar 4.5. Grafik Suhu Yang Ditampilkan Pada LCD Terhadap Waktu ... 39

(15)

xv

Gambar 4.7. Grafik Suhu Yang Ditampilkan Pada LCD Terhadap Waktu ... 41

Gambar 4.8. Pengujian Sensor ... 51

Gambar 4.9. Program Utama ... 55

Gambar 4.10. Tampilan Awal ... 56

Gambar 4.11. Tampilan Saat Data Dimasukkan Sebesar 33 ... 56

Gambar 4.12. Tampilan Jika Data Masukkan Dari Keypad Benar ... 56

Gambar 4.13. Tampilan Saat Data Dimasukkan Sebesar 27 ... 57

Gambar 4.14. Tampilan Jika Data Masukkan Dari Keypad Salah ... 57

Gambar 4.15. Program Keypad ... 58

Gambar 4.16. Program Pengaturan ADC ... 59

(16)

xvi

Halaman

Tabel 2.1.KarakteristikOptoisolatorTipeMOC302x Dan MOC 304x ... 8

Tabel 2.2.Fungsi Khusus PortB ... 11

Tabel 2.3.Fungsi Khusus PortC ... 11

Tabel 2.4.Fungsi Khusus PortD ... 12

Tabel 2.5.Prescaler Timer/Counter0 ... 13

Tabel 2.6.RegisterADMUX ... 15

Tabel 2.7.PemilihanTeganganReferensi ... 15

Tabel 2.8.PemilihPin Input ADC ... 16

Tabel 2.9.Register ADCSRA ... 16

Tabel 2.10.ADCPrescaler ... 17

Tabel 2.11.RegisterData ADC, ADLAR=0 ... 18

Tabel 2.12.RegisterData ADC, ADLAR=1 ... 18

Tabel 2.13.Pin LCD ... 19

Tabel 3.1.KeluaranKeypad Yang DiterjemahkanOlehMikrokontroler ... 29

Tabel 4.1.HasilPengujianTanpaBeban ... 37

Tabel 4.2.HasilPengujianDenganBeban ... 40

Tabel 4.3.Pengujian Pada Pengaturan Suhu 30°C ... 42

Tabel 4.4.TabelKenaikanSuhuPadaPengujianPengaturanSuhu30°C ... 43

Tabel 4.11.Persentase Keberhasilan Untuk Tiap Pengaturan Suhu ... 50

Tabel 4.12.TeganganKeluaranCatuDaya ... 51

Tabel 4.13.PengukuranTeganganOutput Sensor LM35 ... 52

Tabel 4.14.HasilPerhitunganSuhu Sensor LM35 ... 53

Tabel 4.15.Pengujian Rangkaian SSR ... 54

Tabel 4.16.HasilPengujianRangkaianKomparator ... 54

(17)

xvii

(18)

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Pada saat ini motor listrik menjadi suatu alat yang sering digunakan dalam

proses produksi. Dalam dunia industri, pengoperasian motor listrik seringkali mengalami kerusakan baik mekanik maupun elektrik. Resiko kerusakan paling buruk yang dapat terjadi adalah ketika kumparan motor listrik tersebut terbakar. Meskipun telah dilakukan perawatan motor listrik secara berkala, tetapi hal tersebut belum bisa menjamin tidak terbakarnya kumparan pada motor listrik[1]. Akibat dari kerusakan tersebut menyebabkan terhambatnya pengoperasian pada peralatan lainnya dan menimbulkan biaya tambahan untuk perbaikan motor listrik. Motor listrik telah dilengkapi oleh sistem pengamanan yang standar menurut Peraturan Umum Instalasi Listrik (PUIL) 1977 yaitu, pengamanan termis atau magnetis[1]. Meskipun demikian, adakalanya kumparan pada motor listrik tersebut tetap terbakar, karena penggunaannya yang berkesinambungan. Untuk mencegah terbakarnya kumparan pada motor listrik tersebut, alangkah baiknya jika pada motor listrik ditambahkan pengaman lain untuk mendeteksi sedini mungkin panas yang dialami oleh bahan isolator kumparan motor. Pengaman ini adalah pengaman beban lebih internal. Pengaman internal ini dipasang berdekatan dengan masing-masing phasa isolator kumparan stator motor listrik. Pendeteksian ini bisa menggunakan suatu sensor suhu rangkaian terpadu atau Integrated Circuit (IC).

1.2. Tujuan dan Manfaat Penelitian

(19)

Manfaat dari penelitian ini adalah untuk meminimalisasi terjadinya kerusakan atau terbakarnya kumparan motor akibat adanya peningkatan suhu yang disebabkan gangguan eksternal maupun internal motor listrik.

1.3. Batasan Masalah

Batasan masalah dalam penelitian ini adalah:

a. Motor listrik yang digunakan adalah motor listrik 3 phasa konfigurasi Y (hubung bintang).

b. Menggunakan 3 IC LM35 sebagai sensor suhu perphasa. c. Pendeteksian dilakukan pada masing-masing phasa. d. Menggunakan keypad sebagai masukan suhu referensi.

e. Menggunakan mikrokontroler ATmega 8535 sebagai pengolah data dari sensor suhu dan menampilkan suhu terukur pada LCD (Liquid Crystal Display).

f. Sistem pengendali motor listrik menggunakan perantara SSR (solid state relay) sebagai saklar pemutus pengendali motor listrik.

1.4. Metodelogi Penelitian

Penulisan skripsi ini menggunakan metode :

a. Pengumpulan bahan-bahan referensi berupa buku-buku dan jurnal-jurnal. b. Perancangan subsistem hardware. Tahap ini bertujuan untuk mencari

bentuk model yang optimal dari sistem yang akan dibuat dengan mempertimbangan dari berbagai faktor-faktor permasalahan dan kebutuhan

yang telah ditentukan. Gambar 1.1 memperlihatkan blok model yang akan dirancang.

(20)

Gambar 1.1. Blok Model Perancangan

g. Proses pengambilan data. Teknik pengambilan data dilakukan dengan cara mendeteksi suhu pada isolasi kumparan yang diubah ke tegangan dan dikirim ke IC ATmega 8535. Pengujian alat dilakukan pada suhu rendah yaitu mulai dari suhu 30° C, 35° C, 40° C, dan 45° C.

d. Analisa dan penyimpulan hasil percobaan. Analisa data dilakukuan dengan mendeteksi kenaikan suhu dan mengecek sistem keamanan motor. Penyimpulan hasil percobaan dapat dilakukan dengan menghitung percentage error yang terjadi.

LCD Mikrokontroler

ATmega 8535

SSR

Sensor Suhu LM 35

Motor 3 phasa Keypad

(21)

4

BAB II

DASAR TEORI

2.1. Motor Induksi

Motor listrik arus bolak-balik berdasarkan prinsip pengoperasian terdapat

dua jenis yaitu motor asinkron (induksi) atau motor sinkron. Motor induksi adalah jenis motor dimana tidak ada tegangan eksternal yang diberikan pada rotornya, tetapi arus pada stator menginduksikan tegangan pada celah udara dan pada lilitan rotor untuk menghasilkan arus rotor dan medan magnet. Medan magnet stator dan rotor kemudian berinteraksi dan menyebabkan rotor motor berputar[1].

Gambar 2.1. Motor Induksi

2.1.1. Konstruksi Motor 3 Phasa

Konstruksi motor 3 Phasa terbagi menjadi 2 bagian, yaitu:  Stator

Stator adalah bagian dari mesin yang tidak berputar dan terletak pada bagian luar.

(22)

 Rotor.

Rotor adalah bagian dari mesin yang berputar dan terletak pada bagian dalam.

Gambar 2.3. Rotor

2.1.2. Rugi Panas Internal Motor Listrik

Pada dasarnya setiap motor listrik yang beroperasi cenderung mengeluarkan panas. Panas ini timbul oleh karena adanya kerugian-kerugian daya yang dihasilkan motor listrik. Kerugian ini antara lain [1]:

a. Rugi-rugi inti yaitu energi yang diperlukan untuk memagnetisasikan beban inti (histerisis) dan kerugian-kerugian karena timbulnya arus listrik yang kecil yang mengalir pada inti.

b. Rugi-rugi tembaga yaitu rugi-rugi pemanasan pada lilitan stator karena arus listrik mengalir melalui penghantar kumparan dengan tahanan.

c. Kerugian beban liar yaitu akibat dari fluks bocor yang diinduksikan oleh arus beban bervariasi sebagai kuadrat arus beban.

d. Kerugian angin dan gesekan, kerugian ini diakibat oleh gesekan angin dan bantalan terhadap putaran motor.

2.1.3. Gangguan Panas Eksternal Motor Listrik

Motor listrik sering difungsikan sebagai sumber tenaga mekanik untuk penggerak, sehingga dalam pengoperasiannya perlu dilindungi terhadap

gangguan-gangguan eksternal yang dapat menimbulkan panas pada motor listrik saat beroperasi. Karena panas yang terindikasi pada motor dapat menyebabkan

(23)

Gangguan-gangguan eksternal itu antara lain [1]: 1. Gangguan mekanik, meliputi:

a. Bantalan (bearing) yang sudah aus.

b. Salah satu tegangan fasa terbuka akibat kontaktor yang rusak. c. Kumparan stator yang terhubung singkat.

2. Gangguan fisik sekeliling, meliputi:

a. Terjadi kerusakan akibat terbentur sesuatu sehingga terjadi perubahan fisik pada motor listrik.

b. Suhu ruangan di tempat motor listrik tersebut dioperasikan. c. Pendinginan (kipas) motor yang tidak baik.

3. Gangguan dalam operasi dari sistem keseluruhan a. Akibat pembebanan lebih.

b. Akibat pengasutan motor listrik.

2.1.4. Kelas Isolasi dan Batas Kenaikan Suhu Pada Kumparan

Bila arus listrik (I) mengalir dalam rangkaian dengan tahanan (R) selama t detik, nilai kalorifik atau panas J (Joule) adalah [1]:

J= I² . R . t ( Joule ) ...………...…..………...…………...(2.1) Oleh karena itu, bila motor listrik dijalankan, suhu motor akan naik sebanding dengan waktu kerjanya sehingga jika motor beroperasi kenaikan suhunya dapat diketahui dengan mengukur tahanan kumparan sebelum dan sesudah dioperasikan selama beberapa jam dengan menggunakan persamaan [1]:

𝑅_𝐶 𝑅𝐻

=

1+𝛼(𝑡1)

1+ 𝛼(𝑡2)...(2.2)

dengan:

𝑅𝑐 = Tahanan kumparan sebelum dioperasikan (Ohm). Rh = Tahanan kumparan sesudah dioperasikan (Ohm).

α = Koefisien temperatur tahanan dari tembaga (0,00428 Ohm/ Ohm/ °C). t1 = Temperatur ruang awal (° C).

(24)

Saat motor listrik dalam kondisi mati, keadaan suhu kumparan motor sama dengan suhu ruangan. Ketika motor listrik berjalan stabil, suhu kumparannya sekitar 60°C[1]. Suhu maksimum kumparan motor listrik saat beroperasi adalah 95,2°C[2].

2.2. Sensor Suhu

LM 35 adalah sensor suhu yang terkemas dalam bentuk rangkaian terpadu (Integrated Circuit). Tegangan keluaran dari sensor tersebut linier dengan perubahan suhu. Sensor ini mempunyai koefisien sebesar 10 mV/°C yang berarti bahwa setiap kenaikan suhu 1°C maka akan menyebabkan kenaikan tegangan sebesar 10 mV[3].

LM 35 tidak memerlukan pengkalibrasian dari luar karena pada suhu 25°C kesalahan pengukurannya lebih kurang 0,5°C. Sensor suhu ini mempunyai jangkauan (range) pengukuran suhu yang cukup besar, yaitu dari suhu -55°C

sampai 150°C, serta tingkat ketelitian pengukuran cukup tinggi[3]. Setiap perubahan suhu 1°C tegangan keluaran berubah sebesar 0,01 volt (10 mV). Sensor ini bekerja pada tegangan sumber sebesar 4volt sampai 30volt dan arus pada

60µA. Impedansi output pada LM 35 kurang dari 1 Ω.

2.3. Optoisolator

Relay adalah komponen listrik yang dioperasikan sebagai saklar. Terdapat

banyak jenis relay, salah satunya adalah optoisolator. Optoisolator merupakan komponen semikonduktor yang tersusun dari LED (light emitting diode)

inframerah dan sebuah photo triac yang digunakan sebagai pengendali triac. Optoisolator digunakan sebagai antar muka (interface) antara rangkaian pengendali dengan rangkaian daya (triac). Optoisolator juga digunakan sebagai pengaman rangkaian kendali, karena antara LED inframerah dan photo triac tidak terhubung secara elektrik. Dalam penggunannya, jika terjadi kerusakan pada rangkaian daya (triac) maka rangkaian pengendali tidak ikut rusak[4].

(25)

rangkaian zero crossing detector. Optoisolator yang terintegrasi dengan rangkaian zero crossing detector biasanya menggunakan triac sebagai solid state relay

(SSR), sedangkan optoisolator yang tidak memiliki rangkaian zero crossing detector biasanya menggunkan triac untuk mengendalikan tegangan[4]. Simbol

dari optoisolator ini terlihat pada gambar 2.4.

Gambar 2.4. Simbol Optoisolator[4]

Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam menggunakan optoisolator adalah besarnya arus pada dioda infra merah untuk membuat photo triac terkunci (latch) dan juga besarnya arus maksimum yang mampu dilewati photo triac untuk mengalirkan arus gate pada triac daya.

Karakteristik optoisolator tipe MOC302x dan MOC 304x dalam mengisolasi tegangan antara rangkaian kontrol dan rangkaian daya dapat dilihat pada tabel 2.1[4].

Tabel 2.1. Karakteristik Optoisolator Tipe MOC302x dan MOC 304x[4]

2.4. Mikrokontroler Atmega8535

(26)

sudah saling terhubung dan terorganisasi (teralamati) dengan baik oleh pabrik pembuatnya dan dikemas dalam satu chip yang siap pakai, sehingga pengguna tinggal memprogram isi ROM sesuai aturan penggunaan oleh pabrik yang membuatnya[5].

2.4.1 Konstruksi ATmega8535

Mikrokontroler ATmega8535 memiliki 3 jenis memori, yaitu memori flash, memori data dan memori EEPROM [5]. Ketiganya memiliki ruang sendiri

dan terpisah.

2.4.1.1Memori Flash

ATmega8535 memiliki kapasitas memori flash sebesar 8 Kbyte yang terpetakan dari alamat 0000h – 0FFFh, masing-masing alamat memiliki lebar data 16 bit. Memori program ini terbagi menjadi 2 bagian yaitu bagian program boot dan bagian program aplikasi.

2.4.1.2. Memori Data

ATmega8535 memiliki kapasitas memori data sebesar 608 byte yang terbagi menjadi 3 bagian yaitu register serba guna, register I/O dan SRAM. ATmega8535 memiliki 32 byte register serba guna, 64 byte register I/O yang dapat diakses sebagai bagian dari memori RAM (menggunakan instuksi LD atau ST) atau dapat juga diakses sebagai I/O (menggunakan instruksi IN atau OUT), dan 512 byte digunakan untuk memori data SRAM.

2.4.1.3. Memori EEPROM

ATmega8535 memiliki memori EEPROM sebesar 512 byte yang terpisah dari memori program maupun memori data. Memori EEPROM ini hanya dapat

diakses dengan menggunakan register-register I/O yaitu register EEPROM Address, register EEPROM Data, dan register EEPROM Control. Memori

(27)

sehingga waktu eksekusinya relatif lebih lama bila dibandingkan dengan mengakses data dari SRAM.

Gambar 2.5. Konfigurasi pin ATmega8535 [5]

Konfigurasi pin ATmega8535 dapat dilihat pada Gambar 2.5. Dari gambar dapat dijelaskan fungsi dari masing-masing pin Atmega8535 sebagai berikut [5]:

a. VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai masukan catu daya. b. GND merupakan pin Ground.

c. Port A (PortA0…PortA7) merupakan pin input/output dua arah dan pin masukan ADC.

(28)

Tabel 2.2. Fungsi Khusus Port B [5]

Pin Fungsi Khusus

PB7 SCK (SPI Bus Serial Clock)

PB6 MISO (SPI Bus Master Input/ Slave Output)

PB5 MOSI (SPI Bus Master Output/ Slave Input)

PB4 SS (SPI Slave Select Input)

PB3

AIN1 (Analog Comparator Negative Input) OC0 (Timer/Counter0 Output Compare Match Output)

PB2 AIN0 (Analog Comparator Positive Input) INT2 (External Interrupt 2 Input)

PB1 T1 (Timer/ Counter1 External Counter Input)

PB0 T0 T1 (Timer/Counter External Counter Input) XCK (USART External Clock Input/Output)

e. Port C (PortC0…PortC7) merupakan pin input/output dua arah dan pin fungsi khusus, seperti dapat dilihat pada Tabel 2.3.

Tabel 2.3. Fungsi Khusus Port C [5]

Pin Fungsi khusus

PC7 TOSC2 ( Timer Oscillator Pin2)

PC6 TOSC1 ( Timer Oscillator Pin1)

PC5 Input/Output

PC4 Input/Output

PC3 Input/Output

PC2 Input/Output

PC1 SDA ( Two-wire Serial Buas Data Input/Output Line)

(29)

f. Port D (PortD0…PortD7) merupakan pin input/output dua arah dan pin fungsi khusus, seperti yang terlihat pada Tabel 2.4.

Tabel 2.4. Fungsi Khusus Port D [5]

Pin Fungsi khusus

PD7 OC2 (Timer/Counter Output Compare Match Output)

PD6 ICP (Timer/Counter1 Input Capture Pin)

PD5 OC1A (Timer/Counter1 Output Compare A Match Output)

PD4 OC1B (Timer/Counter1 Output Compare B Match Output)

PD3 INT1 (External Interrupt 1 Input)

PD2 INT0 (External Interrupt 0 Input)

PD1 TXD (USART Output Pin)

PD0 RXD (USART Input Pin)

g. RESET merupakan pin yang digunakan untuk mengatur ulang atau mengkondisikan mikrokontroler seperti pada awalnya.

h. XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal. i. AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC.

j. AREFF merupakan pin masukan tegangan referensi ADC.

2.4.2 Reset dan Osilator Eksternal

Chip akan reset jika tegangan catu nol atau pin RST dipaksa 0 [5]. Tombol

(30)

Gambar 2.6. Rangkaian reset [5]

Tabel 2.5. Prescaler Timer/Counter0 [5]

Tabel 2.5 menunjukkan tegangan dan frekuensi kerja pada mikroprosesor Atmega. Tegangan kerja Atmega8535 dapat beroperasi pada 4,5 – 5,5V.

2.4.3 ADC (Analog to Digital Converter)

Sinyal input dari pin ADC akan dipilih oleh multiplexer (register ADMUX) untuk diproses oleh ADC[5]. Karena converter ADC dalam chip hanya

satu buah sedangkan saluran masukannya (input) ada delapan, sehingga dibutuhkan multiplexer untuk memilih input pin ADC secara bergantian. ADC mempunyai rangkaian untuk mengambil sampel dan hold (menahan) tegangan input ADC mempunyai catu daya yang terpisah yaitu pin AVCC-AGND. AVCC

tidak boleh berbeda ±0,3V dari Vcc.

(31)

dengan kapasitor untuk mengurangi derau. Atau dapat menggunakan tegangan referensi internal sebesar 2,56V (pin Aref diberi kapasitor secara eksternal untuk menstabilkan tegangan referensi internal). ADC mengonversi tegangan input analog menjadi bilangan digital sebesar 10-bit. GND (0 volt) adalah nilai minimum yang mewakili ADC dan nilai maksimum ADC diwakili oleh tegangan pada pin AREF minus 1 LSB. Hasil konversi ADC disimpan dalam register pasangan ADCH:ADCL.

Sinyal input ADC tidak boleh melebihi tegangan referensi. Nilai digital input ADC untuk resolusi 10-bit (1024) adalah:

Kode digital = (Vinput/Vref) x1024……….………..(2.3)

Untuk resolusi 8-bit (256) :

Kode digital = (Vinput/Vref) x256……….…….………...(2.4) Misalnya input suatu pin ADC dengan resolusi 8-bit adalah 2,5V dan tegangan referensi yang digunakan Vref internal sebesar 2,56V sehingga kode digital-nya adalah kode digital = (2500 mV/2560 mV) x256 = 250 = 0xFA. Akurasi ADC dalam chip tidak sempurna, akurasinya ±2LSB sehingga kemungkinan kode yang dihasilkan tidak tepat 0xFA bisa jadi 0xF8, 0xF9, 0xFB, atau 0xFC.

2.4.3.1 Mode Operasi

2.4.3.1.1 Mode Konversi Tunggal

Dalam mode ini konversi dilakukan untuk sekali pembacaan sampel tegangan input. Jika ingin membaca lagi, maka harus disampel lagi, sehingga dapat mengkonversi tegangan input untuk saat-saat yang kita butuhkan saja [5]. Mode tunggal dipilih dengan menghapus (clear) bit-ADFR dalam register

ADCSRA. Konversi tunggal memulai konversi ketika bit-ADSC di-set, dan bit tersebut tetap sampai satu kali konversi selesai (complete), setelah (complete) itu otomatis oleh CPU bit-ADSC akan clear. Ketika konversi sedang berlangsung dan mengubah saluran (channel) input ADC, hal tersebut tidak akan diubah oleh

(32)

2.4.3.1.2 Mode Konversi Free Running

Dalam mode ini konversi dilakukan terus menerus secara kontinyu (ADC membaca sampel tegangan input lalu dikonversi hasilnya masukan ke register ADCH:ADCL) terus menerus [5]. Ketika membaca ADC selagi ADC mengkonversi tegangan sedang berlangsung, yang terbaca adalah hasil ADC yang terakhir yang dibaca oleh ADC.

Mode free running dipilih dengan mengatur (set) bit-ADFR dalam

register ADCSRA. Konversi pertama dalam mode ini dimulai dengan mengatur (set) bit-ADSC. Dalam mode ADC bekerja secara independen (tidak bergantung) dari flag interupsi ADC.

2.4.3.2 Register Pengendali ADC

2.4.3.2.1 ADC Multiplexer Selection Register– ADMUX

Tabel 2.6. Register ADMUX [5]

Tabel 2.6 menunjukkan register pada ADMUX dan Tabel 2.6

menunjukkan pemilihan tegangan referensi [5].

 Bit 7:6 – REFS1:0: Reference Selection Bits

Kedua bit ini bertugas memilih tegangan referensi yang digunakan.

Tabel 2.7. Pemilihan Tegangan Referensi [5]

(33)

 Bit 5 – ADLAR: ADC Left Adjust Result

Bit ini berakibat pada format data hasil konversi dalam register ADCH: ADCL

(lihat register tersebut)

 Bit 3:0 – MUX3:0: Analog Channel Selection Bits

Bit-bit ini memilih saluran input untuk ADC, seperti terlihat pada Tabel 2.8.

Tabel 2.8. Pemilih Pin Input ADC [5]

2.4.3.2.2 ADC Control and Status Register A – ADCSRA

Tabel 2.9. Register ADCSRA [5]

Tabel 2.9 menunjukkan register pada ADCSRA [5].  Bit 7 – ADEN : ADC Enable

Bit pengaktif ADC (ADEN=0 disable / ADEN =1 enable).  Bit 6 – ADSC: ADC Start Conversion

(34)

 Bit 5 – ADFR: ADC Free Running Select

Bit ini memilih mode operasi yang digunakan, ketika bit ini diatur (set) maka

ADC akan menggunakan Free running, dalam mode ini ADC disampel dan

diperbarui secara simultan/kontinyu. Ketika bit ini dikosongkan (clear), bit akan mengakhiri mode free running dan masuk ke mode konversi tunggal

(single conversion).

 Bit 4 – ADIF: ADC Interrupt Flag

Bit ini akan set secara otomatis ketika konversi ADC telah selesai(complete),

dan akan clear ketika eksekusi interupsi ADC conversion complete.  Bit 3 – ADIE: ADC Interrupt Enable

Bit ini bertugas untuk mengaktifkan interupsi ADC conversion complete

(ADIE=0 disable / ADIE=1 enable).

 Bit 2:0 – ADPS2:0: ADC Prescaler Select Bits

Bit – bit ini menentukan faktor pembagi frekuensi CPU yang digunakan untuk clock ADC, seperti yang terlihat pada Tabel 2.10.

(35)

2.4.3.2.3 The ADC Data Register – ADCL and ADCH

Tabel 2.11. Register Data ADC, ADLAR=0 [5]

Tabel 2.12. Register Data ADC, ADLAR=1 [5]

Tabel 2.11 menunjukkan register data ADC saat ADLAR=0 dan Tabel 2.12 menunjukkan register data ADC saat ADLAR=1 [5]. Ketika konversi selesai, hasilnya dapat ditemukan pada register ADCH : ADCL. Ketika ADCL dibaca, ADC tidak akan diperbarui sampai ADCH dibaca.

2.5 Keypad

Keypad Matriks adalah tombol-tombol yang disusun secara matriks (baris x

kolom) sehingga dapat mengurangi penggunaan pin input. Sebagai contoh, Keypad Matriks 4×4 cukup menggunakan 8 pin untuk 16 tombol[6]. Hal tersebut

dimungkinkan karena rangkaian tombol disusun secara horizontal membentuk

baris dan secara vertikal membentuk kolom:

Proses pengecekkan dari tombol yang dirangkai secara matriks adalah dengan teknik scanning, yaitu proses pengecekkan yang dilakukan dengan cara

(36)

Gambar 2.7. Keypad [6]

2.6 LCD

LCD (Liquid Crystal Display) merupakan alat penampil yang berguna untuk

memudahkan pengguna dalam pengamatan. Untuk mengakses LCD 2×16 kita harus mengkonfigurasikan pin dari LCD dengan pin I/O mikrokontroler tersebut. Konfigurasi dari pin-pin tersebut sebagai berikut[7]:

(37)

2.7 Komparator

Rangkaian dengan op-amp dapat digunakan sebagai pembanding tegangan yang akan membandingkan tegangan masukan (Vin) dengan tegangan referensi (Vref) [8]. Tegangan keluaran (Vo) tergantung besarnya Vin apakah lebih besar daripada Vref atau lebih kecil dari Vref.

Gambar 2.8. Op-amp Komparator dan Karakteristik Vo [8]

Gambar 2.8. memperlihatkan jika tegangan masukan (Vin) lebih besar daripada tegangan referensi (Vref), maka tegangan keluaran (Vout) adalah positif jenuh tegangan V+ atau (+Vsat). Sebaliknya jika tegangan masukan (Vin) lebih kecil daripada tegangan referensi (Vref) maka nilai tegangan keluaran (Vout) adalah negatif jenuh tegangan V- atau (-Vsat). Jadi Vout mempunyai nilai yang besarnya +Vsat dan –Vsat dan dapat pula bernilai 0V tergantung pemberian catu pada kaki V+ dan V-. Gambar 2.9. menunjukkan grafik antara Vin, Vout, dan Vref.

Gambar 2.9. Grafik Vout dan Vin Yang Sudah Dibandingkan Dengan

(38)

2.8 LM 324

IC LM324 merupakan sebuah IC komparator[9]. IC LM324 memiliki 4 buah op-amp di dalamnya. Satu buah komparator terdiri dari 2 input, yaitu Vin (input dari sensor) dan Vref (tegangan referensi). IC LM324 berfungsi untuk membandingkan antara Vin dan Vref pada op-amp. Pada dasarnya, jika tegangan Vin lebih besar dari Vref, maka Vo akan mengeluarkan logika 1 yang berarti

+Vsat atau setara dengan Vcc. Sebaliknya, jika tegangan Vin lebih kecil dari Vref, maka output Vo akan mengeluarkan logika 0 yang berarti –Vsat atau 0 Volt. Gambar 2.10. menunjukkan konfigurasi IC LM324.

Gambar 2.10. Konfigurasi IC LM324 [9]

2.9 Catu Daya

(39)

Gambar 2.11. Rangkaian Catu Daya

Tegangan jala-jala 220 volt dari listrik PLN diturunkan oleh trafo atau transformator penurun tegangan. Tegangan yang dihasilkan oleh trafo masih berbentuk gelombang AC dan harus disearahkan dengan menggunakan penyearah. Rangkaian penyearah yang digunakan memanfaatkan 4 buah dioda (penyearah gelombang penuh) yang telah dirancang untuk bisa meloloskan kedua siklus gelombang AC menjadi satu arah. Gelombang satu arah keluaran dari dioda bridge masih memiliki riak (ripple) atau masih memiliki amplitude tegangan yang

tidak rata. Hal ini dikarenakan dioda bridge hanya menghilangkan siklus negative dan menjadikannya siklus positif tetapi tidak merubah bentuk gelombang sama sekali. Kapasitor dimanfaatkan untuk filter yang membuat gelombang keluaran diode bridge menjadi rata. Harga kapasitansi kapasitor ditentukan dengan persamaan[10]: tegangan ripple puncak ke puncak dan Vr(rms) adalah tegangan ripple efektif. VDC

MIN adalah tegangan minimal yang dibutuhkan oleh IC regulator.

(40)

23

BAB III

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN

3.1. Arsitektur Sistem

Sistem ini bekerja apabila suhu pada isolasi kumparan motor melebihi batas

suhu referensi yang diatur pada keypad. Sensor suhu IC LM 35 mengambil data suhu panas pada isolator kumparan motor listrik, yang memberikan tegangan keluar yang berbanding langsung dengan suhu dalam satuan Celcius (C), besarnya keluaran tegangan ini adalah 10 mV/C. Cara kerja dari sensor ini adalah jika sensor suhu ini mendeteksi panas, maka sensor akan mengkonversi panas tersebut menjadi tegangan. Selanjutnya tegangan output sensor dikirimkan ke mikrokontroler.

Mikrokontroler mengubah tegangan analog dari sensor suhu ke digital menggunakan ADC. Mikrokontroler juga berfungsi memproses data dari sensor suhu dan membandingkan dengan suhu referensi yang dimasukkan melalui keypad.

Komparator membandingkan data dari mikrokontroler berlogika high atau low. Jika data dari mikrokontroler berlogika high maka tegangan keluaran

komparator sebesar 12V, namun jika data dari mikrokontroler bernilai low maka tegangan keluaran komparator bernilai 0V. Tegangan keluaran dari komparator akan disambungkan ke rangkaian SSR.

LCD berfungsi sebagai penampil suhu terukur pada motor dan untuk menunjukkan bahwa alat sensor suhu tersebut telah bekerja sebagaimana mestinya.

SSR berfungsi sebagai saklar penghubung antara alat sensor suhu dengan rangkaian pengendali motor listrik. Cara kerjanya adalah jika suhu pada kumparan

(41)

Gambar 3.1. Diagram Blok Rancangan

3.2 . Perancangan Perangkat Keras

3.2.1. Rangkaian Sensor Suhu

Pada alat ini sensor yang digunakan adalah sensor suhu LM35. Sensor ini akan medeteksi suhu yang terdapat pada sekitar kumparan motor 3 phasa sebagai masukan ke mikrokontroler. Suhu yang diukur antara 30-80°C.

Dari rangkaian gambar 3.2, untuk mengaktifkan sensor dibutuhkan tegangan catu sebesar 5 V. Pada kaki 1 dihubungkan pada supply positif, kaki 2 sebagai output sensor, dan kaki 3 dihubungkan ke ground. Selanjutnya output sensor dihubungkan pada portA ATmega8535.

Gambar 3.2 Rangkaian Sensor

KEYPAD

LM35

ATmega 8535

KOMPARATOR

LCD

SSR

SUMBER 3 PHASA

(42)

3.2.2. Perancangan

Input-Output

Mikrokontroler ATmega8535

Pada rangkaian mikrokontroler seperti pada gambar 3.3, port yang akan digunakan adalah port A, port C dan port D.

Gambar 3.3. Rangkaian Mikrokontroler

Port A digunakan sebagai port ADC (Analog to Digital Converter). Data

(43)

Terdapat saklar input pada rangkaian, berfungsi untuk mengatur ulang keadaan mikrokontroler.

3.2.3. Rangkaian Komparator

Komparator berfungsi sebagai pembanding antara output sensor jalur dengan tegangan referensi, tegangan referensi yang digunakan adalah 3V. IC yang

digunakan adalah LM324. Ketika komparator menerima tegangan lebih dari 3V ATmega8535, komparator akan mengirimkan memberikan tegangan 12V ke MOC3041 dan ketika komparator menerima tegangan kurang dari 3V, keluaran komparator akan menjadi 0V. Penentuan 3V sebagai tegangan pembanding diatur melalui pembagi tegangan yang berada pada rangkaian komparator.

Gambar 3.17. menunjukkan rangkaian komparator pada perancangan. Rangkaian komparator berfungsi membandingkan data dari mikrokontroler berlogika high (5V) atau low (0V). Jika data dari keluaran mikrokontroler berlogika high (5V) maka output komparator akan bernilai 12V dan LED menyala. Namun, jika data dari keluaran mikrokontroler berlogika low (5V) maka output komparator akan bernilai 0V dan LED mati.

(44)

Gambar 3.5. Rangkaian Pembagi Tegangan

Penentuan komponen resistor pada rangkaian komparator : Diketahui :

𝑉𝑖𝑛 = 12𝑉

Komponen 𝑅2ditentukan yaitu 1KΩ dan tegangan keluaran 𝑉𝑜 yang diinginkan

adalah 3V, maka nilai komponen 𝑅1 sebagai berikut :

𝑉𝑜𝑢𝑡= 𝑅2

𝑅1+𝑅2𝑉𝑖𝑛

3𝑉 = 1𝐾Ω

𝑅1+ 1𝐾Ω

12𝑉

3 12 =

1𝐾Ω

𝑅1+ 1𝐾Ω

3

12𝑥 𝑅1+ 1𝐾Ω = 1𝐾Ω 3

12𝑅1 + 3

12𝑥1𝐾Ω = 1𝐾Ω

3

12𝑅1 = 1𝐾Ω−0,25𝐾Ω

𝑅1 =

0,75𝐾Ω 0,25

(45)

3.2.4. Rangkaian LCD

LCD yang digunakan yaitu LCD LMB162 dengan lebar display 2 baris 16 kolom yang konfigurasinya dapat dilihat pada gambar 3.6. Pada perancangan LCD digunakan dua buah potensiometer sebesar 10KΩ dengan fungsi untuk mengatur contrast dan backlight dari LCD.

Gambar 3.6. Rangkaian LCD

3.2.5. Keypad

Antarmuka antara mikrokontroler ATmega8535 dengan keypad ditunjukkan pada gambar 3.7. Keypad dihubungkan dengan PortD 0….PortD 7

pada mikrokontroler ATmega8535. Mikrokontroler akan menerjemahkan keluaran keypad seperti pada tabel 3.1.

(46)

Tabel 3.1. Keluaran Keypad yang Diterjemahkan Oleh Mikrokontroler.

S0 S1 S2

S4 1 2 3

S5 4 5 6

S6 7 8 9

S7 Enter 0 Clear/Stop

3.2.6. Rangkaian Catu Daya

Rangkaian catu daya yang digunakan menghasilkan tegangan catu sebesar 5Volt dan 12Volt. Rangkaian catu daya memperoleh catu atau sumber tegangan dari jala-jala listrik PLN. Tegangan AC 220 volt harus diturunkan terlebih dahulu melalui trafo 1 A, penurunan tegangan menjadi sekitar 12VAC dan 18VAC. Tegangan AC tersebut kemudian diserahkan oleh dioda bridge, sehingga menghasilkan gelombang penuh.

Gambar 3.8. Rangkaian Catu Daya 5Volt dan 12 Volt

(47)

Perhitungan nilai kapasitor 𝐶1 pada penyearah 5 Volt dapat dilakukan melalui

persamaan 2.5 dengan nilai tegangan output trafo diketahui sebesar 12VAC (VM), arus maksimal yang diinginkan sebesar 1A dan tegangan input minimal IC

Pada perhitungan nilai minimal C1 yang didapat, C1 sebesar 1167 µ𝐹. Nilai tersebut tidak terdapat di pasaran, sehingga digunakan nilai kapasitor C1 sebesar 2200µF. Hal tersebut dikarenakan nilai C1 sebesar 2200 µF mendekati nilai perhitungan dan terdapat di pasaran. Kapasitor C1 sebesar 2200µF digunakan untuk memperkecil ripple. Jika nilai C1 sebesar 2200µF, maka diperoleh nilai ripple sebesar 1,312V. Penentuan nilai kapasitor C2 sebesar 100nF disesuaikan berdasarkan datasheet IC regulator LM7805.

Perhitungan nilai kapasitor untuk penyearah 12VDC, dilakukan seperti persamaan 2.5 dengan nilai tegangan output trafo diketahui sebesar 18VAC (VM), arus maksimal yang diinginkan sebesar 1A dan tegangan input minimal IC

(48)

VM = (18 2)−1,4 = 24,05V 2200µF yang mendekati nilai perhitungan dan terdapat di pasaran. Pemilihan nilai C3 sebesar 2200µF akan berdampak memperkecil ripple. Jika menggunakan C3 sebesar 2200µF, maka diperoleh nilai ripple sebesar 1,312V. Penentuan nilai kapasitor C4 yang digunakan adalah 100nF disesuaikan berdasarkan datasheet IC regulator LM7812T.

3.2.7. Rangkaian SSR

Rangkaian SSR digunakan sebagai pemutus antara sumber tegangan tiga

(49)

Gambar 3.9. Rangkaian SSR

Sumber tegangan akan terputus jika suhu terukur pada isolator motor sama dengan suhu referensi yang masukkan melalui keypad. SSR dipasang pada setiap phasa, sesuai datasheetarus pemicu pada rangkaian di atas kurang dari 15mA. Arus yang

dapat diberikan oleh chipATMega8535 berdasarkan datasheet adalah sebesar

20mA pada Vcc = 5V dan 10mA pada Vcc = 3V. Di sisi lain, arus pada motor 3

phasa sebesar 3A, sedangkan sesuai datasheet BT138 arus yang mampu dialirkan

oleh triac pada rangkaian ini maksimal sebesar 12 A.

3.3. Perancangan Perangkat Lunak

Alur program ditunjukan pada gambar 3.10. Pada saat sistem telah dimulai mikrokontroler akan menginisialisasi port-port yang digunakan. Kemudian suhu referensi dimasukan oleh user melalui keypad sebagai set point. Clear berfungsi untuk menghapus input suhu jika user salah memasukkan angka.

Ketika suhu sudah dimasukkan melalui keypad, maka langkah selanjutnya untuk meneruskan proses dapat dilakukan dengan menekan tombol enter. Setelah tombol enter ditekan, maka proses selanjutnya yaitu sensor 1, 2 dan 3 secara bergantian akan membaca keadaan suhu sekitar. Terdapat tunda pada proses pendekteksian antara masing-masing sensor. Jika suhu terdeteksi sama dengan suhu set point, maka pemutus akan bekerja dan proses kerja sistem akan berhenti. Sistem ini dapat bekerja kembali dengan cara menekan tombol ON.

(50)

(51)

34

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Hasil Implementasi Alat

4.1.1. Hasil Konstruksi Alat

Hasil akhir perancangan pengaman pada motor listrik dengan sensor suhu IC LM35 ditunjukkan pada gambar 4.1. Dalam konstruksi alat ini, peletakan LCD, keypad, dan pemasangan rangkaian elektronis diperlihatkan pada gambar 4.1.(a).

Konektor yang digunakan pada perancangan ini berjumlah 7 buah. Pada perancangan tugas akhir ini, konektor kabel R, S, T dan ground yang digunakan diperlihatkan pada gambar 4.1.(b). Pada gambar 4.1.(c) menunjukkan alat tampak dari samping.

(a) Tampak Atas

(b)Tampak Depan (c) Tampak Samping

(52)

4.1.2. Spesifikasi Motor

Gambar 4.2. Motor

Spesifikasi dari motor 3 phasa yang dijadikan penelitian adalah :

Merk : Tatung CO. Frekuensi : 60Hz

Daya : 2HP. 1,5 KW Model : FBFC

Pole : 4 Kecepatan : 1335 rpm Tegangan : 220/380 Vac Kelas isolasi : F

Arus : 6,05/8,5 A

4.1.3. Pemasangan Sensor

(53)

(a) Rotor (b) Stator

Gambar 4.3. Pemasangan Sensor

Pemasangan sensor diletakkan di sisi kiri motor yang diperlihatkan pada gambar 4.2. Hal ini dikarenakan pada sisi kanan motor terdapat kipas, sehingga suhu pada sisi kiri motor menjadi lebih panas. Hasil pemasangan sensor LM35 ditunjukkan pada gambar 4.3.(a). Ketiga sensor yang digunakan pada alat ini, masing-masing sensornya diletakkan mendekati phasa.

4.2. Pengujian Keberhasilan

Pengujian untuk mengukur tingkat keberhasilan dilakukan dengan 3 jenis percobaan, yaitu: pengujian daya tahan alat tanpa beban selama 240 menit, pengujian daya tahan alat berbeban selama 240 menit, dan pengujian pengaman alat dengan suhu bervariasi.

4.2.1. Pengujian Tanpa Beban

(54)

(55)

dengan cara mengambil suhu tertinggi yang muncul pada LCD. Perhitungan selisih antara suhu berdasarkan Vout dengan data suhu yang ditampilkan dilakukan dengan cara:

Selisih suhu =((suhu LCD∗10)−Vo LM35 )

Vo LM35 x 100%

Dalam data ke-240 selisih antara suhu berdasarkan Vout dengan data suhu yang ditampilkan adalah:

=((47,4∗10)−471 )

471 x 100%

= 0,637 % pembulatan jadi 0,6%

Melalui perhitungan selisih antara suhu berdasarkan Vout dengan data suhu yang ditampilkan, sensor 1 memiliki selisih sebesar 0,6% pada menit ke-240. Rata-rata selisih antara suhu berdasarkan Vout dengan data suhu yang ditampilkan, sensor 1 memiliki selisih 0,6%, sensor 2 sebesar 0,9% dan 0,7% pada sensor 3.

Gambar 4.4. Grafik Vo Sensor Terhadap Waktu

(56)

Gambar 4.5. Grafik Suhu Yang Ditampilkan Pada LCD Terhadap Waktu

Berdasarkan gambar 4.4 grafik kenaikan suhu yang terukur pada masing-masing sensor menunjukkan hasil yang hampir sama. Dalam hal ini, grafik suhu yang ditampilkan pada LCD diperlihatkan pada gambar 4.5. Pada pengujian yang dilakukan selama 240 menit, suhu yang terukur oleh sensor mencapai 47,9°C.

4.2.2. Pengujian Dengan Beban

Pengujian dengan beban dilakukan dengan cara menghubungkan poros rotor pada sebuah altenator. Tegangan keluaran dari kumparan ini disimpan

menggunakan accu, kemudian tegangan dari accu disalurkan ke beban lampu 55W. Pengisian tegangan accu dilakukan selama 160 menit atau tegangan pada

accu mencapai 12V, kemudian beban lampu dinyalakan. Pengujian ini dilakukan

untuk mengetahui kinerja alat dalam mengamankan motor selama 240 menit. Hasil pengujian diperlihatkan pada tabel 4.2.

0 10 20 30 40 50 60

sensor1

sensor2

sensor3

Tampilan Suhu di LCD

°C

(57)

(58)

terukur mengalami kenaikan hingga mencapai 56,7°C. Rata-rata error ADC pada masing-masing sensor adalah sensor 1 sebesar 0,6% , sensor 2 sebesar 0.5% dan sensor 3 sebesar 0.7%.

Gambar 4.6. Grafik Vo Sensor Terhadap Waktu

Gambar 4.7. Grafik Suhu Yang Ditampilkan Pada LCD Terhadap Waktu

(59)

Pada pengujian yang dilakukan dengan beban, dapat terlihat bahwa kenaikan suhu yang terukur pada masing-masing sensor menunjukkan hasil yang hampir sama. Dalam hal ini grafik Vo sensor diperlihatkan pada gambar 4.6, sedangkan grafik suhu yang ditampilkan pada LCD diperlihatkan pada gambar 4.7. Pada pengukuran suhu motor yang dilakukan selama 240 menit, suhu yang terdapat pada motor mencapai 56,7°C.

4.2.3. Pengujian Pada Pengaturan Suhu 30

°C

Pengujian pada suhu 30°C dilakukan dengan cara memasukkan angka 30 melalui keypad, setelah itu menekan tombol enter. Saat suhu pada motor terukur lebih dari 30°C, maka motor akan mati. Hambatan lilitan kumparan motor tiap phasanya diukur sebelum dan sesudah motor dihidupkan mengunakan Ohmmeter. Hasil pengukuran hambatan lilitan kumparan motor digunakan untuk menghitung kenaikan suhu pada lilitan motor, sehingga error pengukuran alat dapat diketahui. Dalam hal ini, pengujian dilakukan sebanyak 5 kali dan hasilnya diperlihatkan pada tabel 4.3.

Tabel 4.3. Pengujian Pada Pengaturan Suhu 30°C

Pengujian mengalami kenaikan, sehingga kenaikan suhu pada motor dapat dihitung

(60)

Dengan menggunakan persamaan 2.2 kenaikan suhu pada percobaan ke-1

Hasil perhitungan ditunjukkan pada tabel 4.4.

Tabel 4.4. Tabel Kenaikan Suhu Pada Pengujian Pengaturan Suhu 30°C

Pengujian Suhu Yang

Perhitungan error kenaikan suhu dilakukan dengan cara membandingkan hasil pengukuran suhu pada saat motor mati (stop) dengan kenaikan suhu melalui perhitungan persamaan 2.2. Error pada pengujian pertama adalah:

𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 kenaikan suhu =(suhu 𝑠𝑡𝑜𝑝 −kenaikan suhu)

kenaikan suhu x 100%

=(30.5−30.3 )

30.5 x 100%

(61)

Berdasarkan tabel 4.4 error terbesar terjadi pada pengujian ke-5, yaitu

sebesar 13.2%. Error terjadi karena sensor tidak menempel pada lilitan kumparan motor, sehingga menyebabkan terdapat selisih atau perbedaan antara pengukuran dengan perhitungan suhu yang terdapat pada lilitan kumparan motor. Rata-rata

persentase error dalam 5 kali pengujian sebesar 7,4%. Jadi, rata- rata persentase keberhasilan alat pada pengujian suhu 30°C sebesar 100% - 7,4% = 92,6%.

4.2.4. Pengujian Pada Pengaturan Suhu 35

°C

Pengujian pada suhu 35°C dilakukan dengan cara memasukkan angka 35 melalui keypad, setelah itu menekan tombol enter. Saat suhu pada motor terukur lebih dari 35°C, maka motor akan mati. Hambatan lilitan kumparan motor tiap phasanya diukur sebelum dan sesudah motor dihidupkan. Pengukuran hambatan diukur menggunakan Ohmmeter. Hasil pengukuran hambatan digunakan untuk menghitung suhu yang terdapat pada lilitan kumparan motor. Pengujian ini dilakukan sebanyak 5 kali dan hasil pengujian diperlihatkan pada tabel 4.5.

(62)

Dengan menggunakan persamaan 2.2 kenaikan suhu pada percobaan ke-1

Hasil perhitungan kenaikan suhu diperlihatkan pada tabel 4.6.

Tabel 4.6. Tabel Kenaikan Suhu Pada Pengujian Pengaturan Suhu 35°C

Pengujian Suhu Perhitungan

Kenaikan Error

=(35.2−35.4 )

35.4 x 100%

(63)

Berdasarkan tabel 4.6 error terbesar terjadi pada pengujian ke-3, yaitu

sebesar 18.7%. Error terjadi karena sensor tidak menempel pada lilitan kumparan motor, sehingga menyebabkan terdapat selisih atau perbedaan antara pengukuran dengan perhitungan suhu yang terdapat pada lilitan kumparan motor. Rata-rata

persentase error dalam 5 kali pengujian sebesar 9.3%. Jadi, rata- rata persentase keberhasilan alat pada pengujian suhu 35°C sebesar 100% - 9.3% = 90.7%.

4.2.5. Pengujian Pada Pengaturan Suhu 40

°C

Pengujian pada suhu 40°C dilakukan dengan cara memasukkan angka 40 melalui keypad, setelah itu menekan tombol enter. Saat suhu pada motor terukur mencapai lebih dari 40°C, maka motor akan mati. Hambatan lilitan kumparan motor tiap phasanya diukur sebelum dan sesudah motor dihidupkan. Hambatan diukur mengunakan Ohmmeter. Hasil pengukuran hambatan digunakan untuk menghitung suhu yang terdapat pada lilitan kumparan motor. Pengujian ini dilakukan sebanyak 5 kali dan hasil pegujian diperlihatkan pada tabel 4.7.

(64)

Dengan menggunakan persamaan 2.2 kenaikan suhu pada percobaan

Tabel 4.8. Tabel Kenaikan Suhu Pada Pengujian Pengaturan Suhu 40°C

Perhitungan error kenaikan suhu dilakukan dengan cara membandingkan hasil pengukuran suhu pada saat motor mati (stop) dengan kenaikan suhu melalui perhitungan persamaan 2.2. Error pada pengujian kedua adalah:

=(42.8−40.1 )

42.8 x 100%

(65)

Berdasarkan tabel 4.8 error terbesar terjadi pada pengujian ke-4, yaitu sebesar 12.1%. Error terjadi karena sensor tidak menempel pada lilitan kumparan motor, sehingga menyebabkan terdapat selisih atau perbedaan antara pengukuran dengan perhitungan suhu yang terdapat pada lilitan kumparan motor. Pada pengujian sebanyak 5 kali, rata-rata persentase error pengujian sebesar 3.5%. Jadi, rata-rata persentase keberhasilan alat pada pengujian suhu 40°C sebesar 100% - 6.8% = 93.2%.

4.2.6. Pengujian Pada Pengaturan Suhu 45

°C

Pengujian pada suhu 45°C dilakukan dengan cara memasukkan angka 45 melalui keypad, setelah itu menekan tombol enter. Saat suhu pada motor terukur mencapai lebih dari 45°C, maka motor akan mati. Hambatan lilitan kumparan motor tiap phasanya diukur sebelum dan sesudah motor dihidupkan. Hambatan diukur mengunakan Ohmmeter. Hasil pengukuran hambatan digunakan untuk menghitung suhu yang terdapat pada lilitan kumparan motor. Pengujian ini dilakukan sebanyak 5 kali dan hasil pegujian diperlihatkan pada tabel 4.9.

Pengujian Hambatan lilitan kumparan motor sebelum dan sesudah motor dihidupkan pada masing-masing pengujian diperlihatkan pada tabel 4.9. Setelah motor mati,

(66)

Perubahan suhu pada lilitan motor dapat dihitung menggunakan persamaan 2.2. kenaikan suhu pada percobaan pertama sebesar:

𝑅𝐶

Tabel 4.10. Tabel Kenaikan Suhu Pengujian Pengaturan Suhu 45°C

=(49−45.3 )

45.3 x 100%

(67)

Berdasarkan tabel 4.10 error terbesar terjadi pada pengujian ke-4, yaitu sebesar 13,3%. Error terjadi karena sensor tidak menempel pada lilitan kumparan motor, sehingga menyebabkan terdapat selisih atau perbedaan antara pengukuran dengan perhitungan suhu yang terdapat pada lilitan kumparan motor. Rata-rata

persentase error pengujian sebesar 7,9%. Jadi, rata-rata persentase keberhasilan alat pada pengujian suhu 45°C sebesar 100% - 7,9% = 92,1%.

4.3. Analisa Hasil Pengujian

Persentase keberhasilan alat dalam memutus sumber tegangan motor saat

suhu melebihi suhu pengaturan, secara keseluruhan ditunjukkan pada Tabel 4.11. Berdasarkan Tabel 4.11 kondisi alat dalam memutus sumber tegangan yang memiliki persentase keberhasilan paling besar adalah pada pengujian suhu 35°C. Jika user memasukkan angka 35 melalui keypad sebagai pengaturan batas suhu maksimal dan suhu terukur melebihi suhu pengaturan maka motor akan mati.

Tabel 4.11. Persentase Keberhasilan Pengujian Untuk Tiap Pengaturan Suhu

Pengujian Persentase

Perhitungan persentase rata-rata keberhasilan alat :

Persentase rata-rata = (92,6+90,7+93,2+92,1)

4

= 92,1%

(68)

4.4. Pengujian Rangkaian Catu Daya

Pengujian ini meliputi pengukuran tegangan keluaran catu daya 5V dan 12V. Tujuan dari pengamatan ini untuk mengetahui tegangan keluaran dari catu daya sudah sesuai dengan perancangan atau belum. Hasil pengujian catu daya ditunjukan pada tabel 4.12.

Tabel 4.12. Tegangan Keluaran Catu Daya

Perancangan Vout Catu Daya

5 Volt 5 Volt 12 Volt 12 Volt

Rangkaian catu daya menghasilkan tegangan keluaran yang sesuai dengan perancangan, hal ini diperlihatkan pada tabel 4.12.

4.5. Pengujian Sensor LM35

Pengujian ini meliputi pengukuran tegangan output sensor LM35. Tujuan dari pengamatan ini untuk mengetahui karakteristik sensor LM35. Pengujian dilakukan dengan cara mengukur tegangan output pada sensor LM35 dan membandingkannya dengan alat pengukur suhu yang sudah ada. Panas yang digunakan dalam pengujian sensor adalah panas yang dihasilkan oleh lampu 5W. Cara pengukurannya diperlihatkan pada gambar 4.8. Tabel 4.13 menunjukkan hasil pengukuran Vo sensor dan pengukuran dengan thermometer.

Gambar 4.8. Pengujian Sensor

Sensor LM35

thermometer thermometer

(69)

Tabel 4.13. Pengukuran Tegangan Output Sensor LM35

Perhitungan suhu dapat dilakukan dengan cara:

suhu = Vo sensor 10𝑚𝑉

Pada nomor enam, saat pengukuran thermometer sebesar 30°C, suhu perhitungan suhu pada sensor ke-3 adalah:

= 300𝑚𝑉 10𝑚𝑉 = 30

Melalui perhitungan dapat diketahui pada waktu suhu terukur pada thermometer sebesar 30°C, suhu pengukuran pada sensor 3 juga menunjukkan

(70)

Tabel 4.14. Hasil Perhitungan Suhu Sensor LM35 pengukuran menunjukkan bahwa hasil pengukuran sensor dan pengukuran

thermometer tidak memiliki selisih yang terlalu jauh untuk semua sensor. Dalam

pengujian ini, error sensor terhadap thermometer untuk sensor 1 sebesar 1,2; untuk sensor 2 sebesar 1,1; dan untuk sensor 3 sebesar 0,8. Berdasarkan selisih tersebut, error yang terjadi masih bisa ditoleransi. Sesuai dengan datasheet, sensor LM35 tidak memerlukan kalibrasi.

4.6. Pengujian Rangkaian SSR

(71)

Tabel 4.14. Pengujian Rangkaian SSR

Pengukuran Spesifikasi Selisih (Vac) motor (Vac) (Vac)

Berdasarkan tabel 4.14. hasil pengukuran menunjukkan rangkaian SSR dapat bekerja dengan baik. Selisih terbesar hasil pengukuran dan spesifikasi motor adalah 2 Vac. Dalam kinerjanya, rangkaian SSR dapat menghubungkan dan memutuskan sumber tegangan ke beban. Rangkaian snubber tidak dapat digunakan pada motor 3 phasa. Ketika rangkaian snubber terpasang pada rangkaian SSR motor menjadi terbebani dan kumparan motor menjadi panas, sehingga pada pengoperasiannya alat tidak menggunakan rangkaian snubber.

4.7. Pengujian Rangkaian Komparator

Pengujian rangkaian komparator dilakukan dengan mengukur output komparator. Hasil pengukuran diperlihatkan pada tabel 4.15.

Tabel 4.15. Hasil Pengujian Rangkaian Komparator

Komparator Vi

(72)

4.8. Pembahasan

Software

4.8.1. Program Utama

Program utama dan instruksi yang digunakan dapat dilihat pada gambar

4.9. Sebelumnya, program ini akan membaca masukkan data dari keypad. Ketika

user menekan tombol enter, program akan mengecek data yang dimasukkan melalui keypad benar atau salah. Jika data yang dimasukkan sudah benar, PortB pada mikrokontroler akan berlogika high. Namun, jika data yang dimasukkan oleh user melalui keypad salah maka program akan kembali ke awal.

(73)

Tampilan awal pada saat alat dinyalakan dapat terlihat pada gambar 4.10,

yaitu “SET: 0”. Ketika user memasukkan data dengan menekan angka 33 melalui keypad maka data yang ditampilkan dalam LCD ditunjukkan pada gambar 4.11,

yaitu “SET: 33”

Gambar 4.10. Tampilan Awal

Gambar 4.11. Tampilan Saat Data Yang Dimasukkan Sebesar 33

Setelah user menekan tombol enter, maka LCD menampilkan data yang ditunjukkan pada gambar 4.12. Dalam hal ini data yang dimasukkan melalui

keypad benar atau sesuai dengan pengaturan program yang telah dibuat, sehingga

LCD mulai menampilkan suhu yang dideteksi oleh sensor. Pada gambar 4.12 data

yang dideteksi oleh sensor 1 adalah 30,3°C, sensor 2 adalah 30,8°C, dan sensor 3 adalah 30,3°C.

Gambar 4.12. Tampilan Jika Data Masukkan Dari keypad Benar

(74)

jangkauan pengaturan program. Dalam hal ini batas jangkauan dalam pengaturan program yaitu sebesar 30°C hingga 80°C

Gambar 4.13. Tampilan Saat Data Yang Dimasukkan Sebesar 27

Gambar 4.14. Tampilan Jika Data Masukkan Dari keypad Salah

Tabel 4.15. Perbandingan Program Utama Dengan Pengukuran

Pin Yang Digunakan

Pin Kondisi Hasil

program pengukuran (V) PinB.0 0 0

PinB.1 0 0

PinB.2 0 0

PinB.0 1 5

PinB.1 1 5

PinB.2 1 5

Berdasarkan Tabel 4.15. pengukuran dilakukan pada pinB.0, pinB.1 dan

pinB.2 yang dihubungkan ke rangakaian komparator. Jika user memasukkan data

dari keypad dengan benar, maka pinB.0, pinB.1 dan pinB.2 berlogika high.

4.8.2. Program

Keypad

(75)

mikrokontroler. Program ini berfungsi untuk memasukkan data pengaturan batas suhu yang ditentukan oleh user.

Gambar 4.15. Program Keypad

4.8.3. Program Pengaturan ADC

Program pengaturan ADC pada perancangan tugas akhir ini berfungsi untuk mendeteksi suhu yang terdapat pada motor listrik. Jika tegangan pada

output sensor LM35 mengalami kenaikan 10mV, maka suhu pada motor listrik mengalami kenaikan 1°C.

(76)

suhu =

kode digital x 500

1023

Ketika kode digital hasil pembacaan dari ADC sebesar 61, maka suhu yang akan ditampilkan oleh LCD adalah:

suhu =

61 x 500

1023

= 29,8°

𝐶

Gambar 4.16. Program Pengaturan ADC

4.8.4. Program Pemutus

Program pemutus ini berfungsi memutus tegangan sumber ke motor listrik ketika suhu yang terukur melalui sensor melebihi batas suhu yang dimasukkan

user melalui keypad. Saat suhu yang terukur pada sensor masih di bawah suhu yang terukur melalui sensor melebihi batas suhu yang dimasukkan user melalui

(77)

(78)

61

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Dari hasil percobaan dan pengujian sistem pengaman suhu lebih pada motor 3 phasa dapat disimpulkan bahwa:

1. Pada pengujian daya tahan alat selama 240 menit, alat mampu bekerja dengan baik.

2. Alat mampu mematikan motor ketika suhu pada lilitan kumparan motor melebihi suhu yang diatur oleh user. Pengujian alat pengaman suhu lebih memiliki tingkat keberhasilan sebesar 92,1 %

3. Sensor LM35 bekerja dengan persentasi error sebesar 1,2% pada sensor 1, sensor 2 sebesar 1,1%, dan 0,8% pada sensor 3.

5.2. Saran

(79)

62

DAFTAR PUSTAKA

[1] Tua, M.S., Toni S., Suhardi, Wagiman. 2006. Penambahan Pengaman Motor Listrik Dengan Sensor Suhu IC LM 135. (http://www.batan.go.id/ptbn/php/pdf-publikasi/HP2006/36-SAUD.pdf,

diakses tanggal 11 September 2011)

[2] Suyamto, Rukimin. 2006. Aplikasi Transduser Suhu Untuk Pengaman Operasi Motor Pompa Demineraliser Reaktor Kartini.

(http://elib.pdii.lipi.go.id/katalog/index.php/searchkatalog/byId/115329, diakses tanggal 12 September 2012).

[3] ---, 1995, Data Sheet IC LM35, National Semiconductor. [4] http://elektronika-dasar.com/komponen/optoisolator-moc30/,

diakses tanggal 1 Juli 2012.

[5] Winoto, Ardi,Mikrokontroler AVR ATmega8/32/16/8535, Bandung, 2008. [6]

http://depokinstruments.com/2011/07/27/teori-keypad-matriks-4x4-dan-cara-penggunaannya/, diakses tanggal 17 September 2011.

[7]

http://sharekan.wordpress.com/2010/04/24/mengakses-lcd-2x16-dengan-microcontroller-avr8535/, diakses tanggal 17 September2011.

[8] D. Stanley, William, 1994, Operational Amplifier With Linear Integrated Circuit, New York : Old Dominion University.

[9] ---, 2002, Data Sheet IC LM324, ON Semiconductor.

(80)

63