Kendali Motor Induksi Tiga Fasa Tipe Volt/Hertz. Dengan Modulasi Vektor Ruang Berbasis Mikrokontrol. Atmega32

Transkripsi

1 Kendali Motor Induksi Tiga Fasa Tipe Volt/Hertz Dengan Modulasi Vektor Ruang Berbasis Mikrokontrol Atmega32 LAPORAN TUGAS AKHIR Oleh : NICOLAUS ADI NUGROHO PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS KATOLIK SOEGIJAPRANATA SEMARANG 2011

2 PENGESAHAN Laporan Tugas Akhir dengan judul Kendali Motor Induksi Tiga Fasa tipe Volt/Hertz dengan Modulasi Vektor Ruang berbasis Mikrokontrol Atmega32 diajukan untuk memenuhi salah satu syarat dalam memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro pada Program Studi Teknik Elektro di Fakultas Teknologi Industri Universitas Katolik Soegijapranata Semarang. Laporan Tugas Akhir ini disetujui pada tanggal...juli Menyetujui, Pembimbing Semarang,... Juli 2011 Leonardus Heru P., ST. MT. NPP Mengetahui, Dekan Fakultas Teknologi Industri Dr. Ir. Florentinus Budi Setiawan, MT. NPP ii

3 ABSTRAK Seiring berkembangnya perindustrian di Indonesia, penggunaan motor induksi semakin banyak digunakan. Walaupun motor induksi lebih sulit dikendalikan, namun karena harga yang terjangkau, perawatan yang mudah, serta efisiensi yang tinggi menjadikan motor ini tetap menjadi pilihan banyak pihak. Kecepatan motor induksi dapat diatur dengan mengubah tegangan dan frekuensi menggunakan inverter. Untuk mencapai kinerja motor induksi yang maksimal, digunakan metode Modulasi Vektor Ruang sebagai kontrol inverter. Pada Tugas Akhir ini mengimplementasikan sistem kendali motor induksi tiga fasa dengan modulasi vektor ruang menggunakan mikrokontrol atmega32. Seluruh perhitungan waktu pensaklaran dilakukan dengan komputer, dan diprogram pada mikrokontrol atmega32 sebagai kontrol inverter yang menyimpan semua data matematis hasil perhitungan komputer. Dengan metode ini, diharapkan kinerja motor induksi tiga fasa menjadi lebih maksimal dan rendahnya distorsi yang dihasilkan sehingga menjadi lebih efisien serta dengan menggunakan atmega32membuat sistem menjadi ekonomis. Kata kunci : Vektor Kontrol, Space Vector Modulation, Motor Induksi tiga Fasa iii

4 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa karena dengan segala rahmat dan karunia-nya sehinga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir beserta Laporan Tugas Akhir yang berjudul Kendali Motor Induksi Tiga Fasa Tipe Volt/Hertz Dengan Modulasi Vektor Ruang Berbasis Mikrokontrol Atmega32 yang menjadi tugas studi penulis sebagai mahasiswa Program Sarjana Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri Universitas Katolik Soegijapranta. Pembuatan Tugas Akhir dan penyusunan laporan Tugas Akhir ini tidak lepas dari bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak. Oleh sebab itu penulis ingin menyampaikan ucapan terimakasih kepada : 1. Tuhan Yesus Kristus yang senantiasa memberi terang dan solusi dari segala permasalahan lewat orang orang di sekitar penulis. 2. Bapak dan Ibu, yang selalu memberi dukungan dan teladan perjuangannya yang menjadi panutan bagi penulis untuk semangat menyelesaikan studi. 3. Bapak Dr. Ir. Florentinus Budi Setiawan, MT. Selaku Dekan Fakultas Teknologi Industri Universitas Katolik Soegijapranta Semarang yang telah memberikan banyak peluang untuk belajar lebih dalam di Fakultas Teknologi Industri lewat kegiatan kegiatan diluar perkuliahan. 4. Bapak Leonardus Heru Pratomo, MT. Selaku dosen pembimbing Tugas Akhir yang telah membimbing penulis dari awal hingga tersusunnya laporan ini, dan juga sebagai Pembantu Dekan III yang telah membimbing penulis iv

5 sehingga penulis dapat belajar lebih banyak dengan mengikuti kegiatan kemahasiswaan, lomba, serta proyek proyek diluar perkuliahan. 5. Bapak Dr. Ir. Slamet Riyadi, MT. Selaku dosen wali penulis yang memberikan saran dan masukan serta bimbingan selama penulis menempuh studi di Fakultas Teknologi Industri Universitas Katolik Soegijapranata. 6. Mas Agung dan Mas Ahmad yang telah memberikan banyak waktu untuk berdiskusi dan membantu penulis menyelesaikan Tugas Akhir ini. 7. Tabita Puspita dan keluarga yang telah memberikan doa dan dukungan. 8. Teman teman angkatan 2007, teman teman Lab, dan teman teman mudika Bongsari yang senantiasa menemani penulis dalam susah dan senang. 9. Semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan Tugas Akhir ini, yang pada kesempatan ini tidak dapat saya sebutkan satu persatu. Penulis menyadari bahwa laporan ini tidak lepas dari kekurangan, maka penulis sangat mengharapkan saran dan kritik dari berbagai pihak untuk perbaikan dimasa yang akan datang. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan permohonan maaf apabila terdapat hal hal yang kurang berkenan dalam penulisan laporan ini. Akhir kata besar harapan penulis bahwa laporan ini dapat memberikan sumbangan yang berarti bagi kemajuan ilmu dan teknologi di lingkungan kampus Fakultas Teknologi Industri Jurusan Teknik Elektro Universitas Katolik Soegijapranata. Semarang, 2011 v

6 DAFTAR ISI PENGESAHAN... ii ABSTRAK... iii KATA PENGANTAR... iv DAFTAR ISI... vi DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR TABEL... xii BAB I... 1 PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah Pembatasan Masalah Tujuan dan Manfaat Metodologi Penelitian Sistematika Penulisan... 5 BAB II... 7 LANDASAN TEORI Pendahuluan Tinjauan Mengenai Modulasi Vektor Ruang Pengendalian Motor Induksi Inverter (Konverter DC to AC) Algoritma Modulasi Vektor Ruang vi

7 2.6 Operasi Modulasi Vektor Ruang Mikrokontroler Atmega Analog To Digital Converter MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET) Opto Coupler TLP USB AVR Downloader LCD 48x CodeVision AVR (CVAVR) BAB III PERANCANGAN KENDALI MOTOR INDUKSI TIGA FASA TIPE VOLT/HERTZ DENGAN MODULASI VEKTOR RUANG BERBASIS ATMEGA Pendahuluan Perancangan Alat Pengolahan Sinyal ADC Pemrograman Modulasi Vektor Ruang Death Time Perancangan rangkaian daya inverter 3 fasa 3 lengan Rangkaian driver BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA Hasil Pengujian Memutar Balik Motor Induksi Tiga Fasa vii

8 BAB V PENUTUP Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA viii

9 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Perbandingan lokus dalam hal pemanfaatan tegangan DC antara SVM dan SPWM... 9 Gambar 2.2 Topologi Inverter Tiga Fasa Gambar 2.3 Topologi pensklaran pada inverter tiga fasa Gambar 2.4 Topologi switching dalam bentuk segi enam dan interpretasi tegangan referensi ke bentuk d-q Gambar 2.5 Grafik dari 4 sinyal modulasi tegangan dimana tegangan referensi di geser dari satu sektor ke sektor yang lain Gambar 2.6 Rangkaian ekivalen satu fase motor induksi tiga fase Gambar 2.7. Daerah pengaturan motor induksi Gambar 2.8. Konfigurasi inverter 3 fasa 3 lengan Gambar 2.9. Konfigurasi saklar daya inverter 3 fasa 3 lengan Gambar 2.10 Variasi algoritma penskalaran pada sektor Gambar 2.11 Sinyal keluaran pada alogritma Symmetrical Sequence di sektor 1 26 Gambar 2.12 Bentuk keluaran pada setiap sektor dengan symmetrical sequence Gambar 2.13 Vektor tegangan referensi Gambar 2.14 Memori Data AVR Atmega Gambar 2.15 Memori Program AVR Atmega Gambar 2.16 Status Register Atmega Gambar 2.17 Konfigurasi Kaki pada Mikrokontroler Atmega Gambar 2.18 Register ADMUX ix

10 Gambar 2.19 Register ADCSRA Gambar 2.21 Register SFIOR Gambar 2.22 MOSFET tipe deplesi (a) kanal n (b) kanal p Gambar MOSFET tipe enhancement (a) kanal N (b) kanal p Gambar Kontruksi Opto Coupler TLP Gambar 2.26 USBasp yang telah selesai dibuat Gambar Pin pin pada LCD Nokia Gambar 2.28 Skema pemasangan LCD dengan mikrokontroler Gambar 2.29 Software CodeVisionAVR Gambar 2.30 Wizard pada CVAVR Gambar 3.1 Skema rancangan alat Gambar 3.2 Tegangan keluaran pada potensiometer Gambar 3.3 Seting pada register register ADC Gambar 3.4 Program pembacaan dan pengiriman nilai adc sebagai frekuensi Gambar 3. 5 Flowchart program pada atmega Gambar 3.6 Susunan data Pensaklaran Gambar 3.7 Pemanggilan Pensaklaran di sektor 1 pada sampling a Gambar 3.8 Program pada frekuensi 50Hz Gambar 3.8 Flowchart pada mikrokontrol atmega Gambar 3.9 Skema rangkaian death time Gambar 3.10 Skema pada simulasi dengan Proteus Gambar 3.11 Perbandingan sinyal sebelum dan setelah masuk rangkaian Gambar Konfigurasi saklar daya inverter 3 fasa 3 lengan x

11 Gambar Rangkaian driver dengan deadtime Gambar 4.1 Grafik Indeks Modulasi dan Frekuensi Gambar 4.2 Grafik Indeks Modulasi terhadap Kecepatan Gambar 4.3 Hasil pengujian tegangan antar fasa keluaran inverter Gambar 4.4 Tegangan Fasa Netral dan Arus Gambar 4.5 Arus pada ketiga fasa Gambar 4.6 Perubahan program untuk memutar balik putaran motor Gambar 4.7 Pola Pensaklaran putar kiri Gambar 4.8 Pola pensaklaran putar kanan xi

12 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Perbandingan SPWM dan SVM... 8 Tabel 2.2 Kondisi pensaklaran inverter 3 fasa dan tegangan fasa netral [9] Tabel 2.3 Pemilihan Mode Tegangan Referensi ADC Tabel 2.4 Pilihan Saluran Masukan ADC Tabel 2.5 Pilihan Nilai Prescaler Tabel 2.6 Pilihan Sumber Trigger Tabel 2.7 Deskripsi Pin pin pada LCD Nokia Tabel 4.1 Spesifikasi Motor Induksi 3 Fasa Tabel 4.2 Perbandingan Frekuensi dan Indeks Modulasi Tabel 4.3 Indeks Modulasi terhadap Kecepatan xii