RANCANG BANGUN INVERTER 1 FASA SINYAL PWM BERBASIS MICROCONTROLLER AT89S52 SEBAGAI PENGATUR KECEPATAN MOTOR INDUKSI 1 FASA

Transkripsi

1 RANCANG BANGUN INVERTER 1 FASA SINYAL PWM BERBASIS MICROCONTROLLER AT89S52 SEBAGAI PENGATUR KECEPATAN MOTOR INDUKSI 1 FASA LAPORAN TUGAS AKHIR Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III Program Studi Teknik Konversi Energi oleh : 1. EMA AFRIANI NIM : WILSON KABAN NIM : SOLIHIN PARWIS PULUNGAN NIM : JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2013 v

2 INTISARI Judul Laporan Tugas Akhir ini adalah Rancang Bangun Inverter 1 Fasa Sinyal PWM Berbasis Microcontroller AT89S52 sebagai Pengatur Kecepatan Motor Induksi 1 Fasa. Inverter ini merupakan suatu alat yang digunakan untuk mengatur kecepatan motor induksi, karena pada industry yang menggunakan motor sebagai peralatan produksi tentunya membutuhkan beberapa variasi kecepatan. Dalam hal ini inverter ini juga menghasilkan sinyal PWM, sinyal ini dihasilkan dari sebuah microcontroller dan microcontroller yang digunakan yaitu jenis AT89S52, sinyal ini lah yang akan mengatur kecepatan motor induksi 1 fasa tersebut. Kata kunci : inverter, microcontroller AT89S52, PWM, Motor Induksi vi

3 ABSTRACT The title of this final report is "Design of Signal Phase PWM Inverter 1 Based Microcontroller AT89S52 as Induction Motor Speed Controller Phase 1".This inverter is a device used to regulate the speed of an induction motor, due to the use of the motor industry as a production equipment would require some changes in speed. In this case the inverter is also generating a PWM signal, this signal is generated from a microcontroller and microcontroller AT89S52 are used that kind, it was the signal that will control the speed of the induction motor 1 phase. Keywords: inverter, microcontroller AT89S52, PWM, Induction Motor vii

4 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Mahakuasa karena atas berkat Rahmat dan Kasihn-Nya yang telah memberikan kekuatan, kesehatan dan waktu kepada penulis sehingga Laporan Tugas Akhir ini dapat Terselesaikan dengan baik dan tepat pada waktunya. Laporan Tugas Akhir ini berjudul RANCANG BANGUN INVERTER 1 FASA SINYAL PWM BERBASIS MICROCONTLEROLR AT89S52 SEBAGAI PENGATUR KECEPATAN MOTOR INDUKSI 1 FASA. Disusun untuk menyelesaikan Mata Kuliah Tugas Akhir Semester VI, program pendidikan Diploma III, Jurusan Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan. Sesuai dengan judulnya, maka penulis akan membahas tentang dasar teori perancangan alat, pengujian alat yang dimana memiliki prinsip pengaturan kecepatan Motor Induksi 1 Fasa menggunakan Inverter 1 Fasa. Dalam penulisa Laporan Tugas Akhir ini, penulis telah banyak menerima bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak baik secara langsung maupun tidak langsung. Pada kesempatan ini, penulis tidak lupa mengucapkan terima kasih kepada : 1. M. Syahruddin, S.T.,M.T., selaku Direktur Politeknik Negeri Medan; 2. Ir. Gidion Sembiring, M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan; 3. Ir. Isman Harianda, M.T., selaku Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan; 4. Drs. Ir. Amran Rozan, M.M, M.T., selaku Dosen Pembimbing yang telah banyak membantu dalam Penyusunan Laporan Tugas Akhir ini; 5. Bapak/Ibu Dosen Politeknik Negeri Medan; 6. Teristimewa untuk kedua orang tua tercinta Ayahanda M. Ikhsandan IbundaIda Farida yang telah mengasuh, membimbing, memberi perhatian dan do anya selama ini; viii

5 7. Wilson Kaban dan Solihin Parwis, sebagai rekan satu kelompok dalam pembutan Tugas Akhir ini; 8. Rekan rekan Mahasiswa Teknik Konversi Energi angkatan 2010 khususnya kelas EN 6D yang telah memberikan semangat dan motivasi kepada penulis. Laporan tugas akhir ini adalah hasil karya penulis, bukan plagiat. Meskipun Penulis berusaha semaksimal mungkin, penulis menyadari bahwa dalam laporan ini Mungkin masih terdapat kekurangan-kekurangan. Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangununtuk kesempurnaan Laporan Tugas Akhir ini. Akhirnya penulis berharap semoga laporan tugas akhir ini bermanfaat bagi siapa saja yang membacanya, baik sebagai bahan masukan, ataupun segabai bahan pembanding. Medan, 31 Agustus 2013 Penulis, EMA AFRIANI NIM: ix

6 DAFTAR ISI SPESIFIKASI TUGAS AKHIR... ii LEMBAR PERSETUJUAN... iii LEMBAR PENGESAHAN... iv INTISARI... v ABSTRACT... vi KATA PENGANTAR... vii DAFTAR ISI... ix DAFTAR GAMBAR... xii DAFTAR TABEL... xiii DAFTAR GRAFIK... xiv DAFTAR LAMPIRAN... xv BAB I PENDAHULUAN... 1 A. Latar Belakang... 1 B. Batasan Masalah... 1 C. Tujuan... 2 D. Manfaat... 2 E. Metode Pengumpulan Data... 3 F. Sistematika Penulisan... 3 BAB II DASAR TEORI... 5 A. Umum... 5 B. Inverter 1 Fasa Inverter 1 Phasa Setengah Jembatan Inverter 1 Phasa Jembatan Penuh... 8 C. Inverter 1 Fasa dengan kontrol PWM... 9 D. Motor Induksi Pengertian Motor Induksi Motor Induksi 1 Fasa Kontruksi Motor Induksi 1 fasa x

7 E. Prinsip Kerja Motor Induksi 1 fasa Teori Medan Putar Silang Teori Medan Putar Ganda F. Microkontroler AT89S G. Optocoupler Pengertian Optocoupler Prinsip Kerja dari Rangkaian Optocoupler Kerugian dari Optocoupler BAB III PERANCANGAN ALAT A. Alat dan Bahan yang Digunakan Alat Bahan dan Komponen yang Digunakan B. Diagram Blok Pembuatan Rangkaian C. Gambar Alat D. Flowchart BAB IV HASIL PENGUJIAN A. Hasil Pengujian Motor Induksi tidak Berbeban Tabel Hasil Pengujian Motor Induksi Berbeban nol Karakteristik Hasil Pengujian Motor Induksi Berbeban nol B. Hasil Pengujian Motor Induksi Berbeban Kopling Tabel Pengujian Motor Induksi Berbeban Kopling Karakteristik Hasil Pengujian Motor Induksi Berbeban Kopling C. Hasil Analisa Bentuk Gelombang Keluaran Inverter BAB V PENUTUP A. Simpulan B. Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xi

8 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Rangkaian Inventer Sederhana... 5 Gambar 2.2. Inverter Satu Phasa Setengah Jembatan... 6 Gambar 2.3. Bentuk Gelombang Arus dan Tegangan keluaran dengan beban resistif... 7 Gambar 2.4. Inverter 1 Phasa Jembatan Penuh... 8 Gambar 2.5. Bentuk Gelombang Keluaran... 9 Gambar 2.6. Kontruksi Umum Motor Induksi Satu Fasa Gambar 2.7. Medan Magnet Stator Berpulsa Sepanjang Garis AC Gambar 2.8. Motor dalam Keadaan Berputar Gambar 2.9. Fluks Rotor Tertinggal Terhadap Fluks Stator Sebesar Gambar Medan Silang yang Dibangkitkan Arus Sensor Gambar Phasor Medan Putar yang Dihasilkan oleh Belitan Stator dan Rotor Gambar Konsep Medan Putar Ganda Gambar Kurva Fluks Resultan tehadap θ Gambar Karakteristik Torsi Kecepatan Motor Induksi Satu Fasa Gambar Konfigurasi Pin Mirokontroler AT89S Gambar Optocoupler Gambar Simbol Rangkaian Optocoupler Gambar Rangkaian Optocoupler Gambar 3.1. Blok Diagram Gambar 3.2. Bentuk Fisik Inverter 1 Fasa Gambar 3.3. Rangkaian Inverter 1 Fasa xii

9 Gambar 3.4. Rangkaian Tachometer Digital Gambar 3.5. Inverter 1 fasa sinyal PWM berbasis Microcontroller AT89S52 untuk mengatur kecepatan Motor Induksi 1 Fasa Gambar 3.6. Flow chart Gambar 4.1. Gelombang keluaran inverter sebelum diberi tegangan Gambar 4.2. Gelombang keluaran inverter sebesar 30 V xiii

10 DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Data Port 3 pin Tabel 3.1. Alat yang digunakan Dalam Pembuatan Alat Tabel 3.2. Bahan dan Komponen yang Digunakan Dalam Pembuatan Alat Tabel 4.1. Hasil Pengujian Data Motor Induksi Berbeban nol Tabel 4.2. Hasil Pengujian Data Motor Induksi Berbeban Kopling xiv

11 DAFTAR GRAFIK Grafik 4.1. Karakteristik Hubungan antara Tegangan dan Daya Grafik 4.2. Karakteristik Hubungan antara Tegangan dan Putaran Grafik 4.3. Karakteristik Hubungan antara Tegangan dan cos Grafik 4.4. Karakteristik Hubungan antara Tegangan dan Daya Grafik 4.5. Karakteristik Hubungan antara Tegangan dan Putaran Grafik 4.3. Karakteristik Hubungan antara Tegangan dan cos xv

12 BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Sekarang ini banyak sekali kegiatan industri yang menggunakan berbagai macam kegiatan yang membutuhkan motor sebagai alat kegiatan industri, baik itu motor induksi maupun motor DC. Dimana kecepatan motor itu harus stabil dan juga harus bisa diatur kecepatannya sesuai yang dibutuhkan di industri. Sekarang ini di dunia industri lebih banyak menggunakan motor induksi karena memiliki banyak kelebihan dibandingkan dengan motor DC, antara lain kelebihannya adalah harga dan pemeliharaan lebih murah dibandingkan motor DC, selain itu secara fisik lebih kecil dibandingkan motor DC. Oleh karena itu maka dibutuhkan alat untuk mengendalikan motor induksi tersebut. Pengendali motor induksi dapat dilakukan dengan menggunakan trafo namun dewasa ini sudah ditemukan teknologi semikoduktor pengendalian motor induksi yaitu menggunakan inverter. Inverter bekerja dengan mengatur besar tegangan AC. Inverter terbagi atas 2 macam yaitu inverter 1 fasa dan 3 fasa, biasanya inverter yang 1 fasa banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari misalnya seperti pengontrol suhu pada heater, sedangkan untuk inverter yang 3 fasa umumnya digunakan dalam industri skala besar. Dengan pemahaman cara kerja inverter untuk pengendalian motor induksi serta kegunaannya dalam kehidupan sehari-hari maka memungkinkan untuk merancang pembuatan sebuah inverter. Hal inilah yang menjadi latar belakang penulisan tugas akhir ini. B. Batasan Masalah Tugas akhir ini berkaitan dengan perancangan dan pembuatan inverter sebagai pengatur kecepatan motor induksi 1 fasa berbasis mikrokontroller xvi

13 AT89S52 untuk membangkitkan sinyal PWM, fungsi microcontroler AT89S52 dalam inverter, pengaruh besar kecilnya arus yang dikeluarkan oleh inverter terhadap motor induksi dengan merubah frekuensi serta pemilihan komponen inverter yang tepat agar kinerja inverter stabil mengikuti besar beban yang akan diberikan. Setelah tahap perancangan inverter dibangun dan diuji dengan memberikan beban yaitu motor induksi satu fasa, motor induksi 1 fasa inilah yang akan dikendalikan dan diatur kecepatannya. C. Tujuan Adapun yang menjadi tujuan dari penulisan Tugas Akhir ini adalah : 1. Untuk mengetahui komponen serta prinsip kerja inverter 1 fasa. 2. Untuk mengetahui fungsi mikrokontroller AT89S52 dalam perancangan inverter 1 fasa. 3. Untuk mengetahui kinerja inverter sebagai pengendali motor induksi 1 fasa. D. Manfaat Adapun manfaat penulisan Tugas Akhir ini adalah : 1. Menambah pengetahuan dan wawasan tentang proses dan perancangan inverter 1 fasa dalam mengendalikan motor induksi. 2. Membantu para pembaca yang ingin menambah pengetahuan dan yang berniat memodifikasi alat ini. xvii

14 E. Metode Pengumpulan Data Pengumpulan data mengenai rancang bangun ini diperoleh penulis dengan cara : 1. Studi literatur dengan buku-buku yang ada di Perpustakaan Politeknik Negeri Medan maupun sumber lain yang berkaitan dengan perancangan alat 2. Melakukan konsultasi dengan dosen pembimbing yang bersangkutan maupun pihak-pihak yang dapat membantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 3. Penelusuran situs-situs yang berkaitan dengan alat di Internet. 4. Melakukan percobaan Inverter 1 Fasa Sinyal PWM Berbasis Microcontroller AT89S52 untuk mengatur kecepatan Motor Induksi 1 fasa. F. Sistematika Penulisan Untuk mempermudah pembahasan dan pemahaman maka penulis membuat sistematika pembahasan bagaimana sebenarnya prinsip kerja dari pintu geser otomatis, maka penulis menulis laporan ini sebagai berikut : BAB I. PENDAHULUAN Dalam bab ini berisikan mengenai Latar Belakang, Batasan masalah, Tujuan, Manfaat, Teknik pengumulan data dan Sistematika penulisan. BAB II. DASAR TEORI Dalam bab ini akan dijelaskan mengenai penguraian alatalat yang digunakan dalam Tugas Akhir ini, serta fungsi dari masing-masing alat. xviii

15 BAB III. PERANCANGAN ALAT Pada bab ini akan dibahas mengenai perancangan alat, yaitu diagram blok dari rangkaian, gambar dari masing masing rangkaian serta cara kerja dari masing-masing rangkaian. BAB IV. PENGUJIAN ALAT Dalam bab ini akan dibahas mengenai pengukuran dan pengujian serta menganalisa data hasil pengujian. BAB V. PENUTUP Bab ini merupakan penutup yang meliputi tentang kesimpulan dari pembahasan yang dilakukan dari Tugas Akhir ini serta saran apakah rangkaian ini dapat dibuat lebih efisien dan dikembangkan perakitannya pada suatu metode lain yang mempunyai sistem kerja yang sama. xix