Pengendalian Kecepatan Motor Induksi Melalui Inverter Altivar 18 Berdasarkan Kendali Fuzi Berbasis PLC

Transkripsi

1 Sgt Budh Santoso dan Ars Rakhmad, Pengendalan Kecepatan Motor Induks Melalu Inverter Altvar 18 Pengendalan Kecepatan Motor Induks Melalu Inverter Altvar 18 Berdasarkan Kendal Fuz Berbass PLC Sgt Budh Santoso, Ars Rakhmad Teknk Elektro Unverstas Gadjah Mada, Yogyakarta Abstrak Dengan adanya nverter Altvar 18, putaran motor nduks dapat datur dalam jangkauan yang lebar. Banyak aplkas yang bukan saja membutuhkan jangkauan putaran yang lebar tetap juga kestablan putarannya terhadap nla acuan yang dngnkan. Untuk menjawab kebutuhan n, maka harus dpasang suatu stem pengendalan. Sstem pengendalan yang dgunakan adalah sstem pengendal logka fuz. Pengendal logka fuz yang dbangun, berdasarkan pada pengendal PI konvensonal. Aktvtas pengendal fuz n dlakukan oleh programmable logc controller (PLC). Hasl peneltan menunjukkan bahwa pengendal logka fuz mempunya unjuk kerja yang lebh bak darpada pengendal PI konvensonal. Kata Kunc: Altvar 18, Pengendalan, Kendal Fuz. 1. Pendahuluan Motor AC, terutama motor nduks sangkar tupa, lebh banyak dgunakan darpada motor DC (Petruzella, 21). Hal n dkarenakan keunggulan yang dmlk oleh motor AC tersebut, dalam hal harga, ukuran, berat, konstruks, perawatan, dan efsens. Selan mempunya kelebhan motor nduks juga mempunya kekurangan dalam hal tors dan pengaturan kecepatannya. Namun setelah dtemukannya nverter, kecepatan motor nduks dapat datur dalam jangkauan yang sangat lebar (Wdjaya, 21). Ada banyak aplkas yang bukan hanya membutuhkan jangkauan kecepatan yang lebar, tetap juga kestablan putarannya terhadap nla acuan (set pont) yang dngnkan, sepert untuk pompa pencampur bahan kma, kecepatan alran, tekanan, dan sebaganya (Hosea et al., 1997). Sehngga dperlukan sebuah sstem pengendalan. Salah satunya adalah sstem pengendal logka fuz. Pengendal logka fuz yang dbangun, berdasarkan pada pengendal PI konvensonal (Msr et al. 1996). Aktvtas pengendal fuz n dlakukan oleh programmable logc controller (PLC). 2. Dasar Teor 2.1. Motor Induks Motor nduks adalah jens motor penggerak yang palng banyak dgunakan d ndustr. Hal n karena motor nduks mempunya banyak keuntungan dbandngkan dengan motor lstrk lannya, khususnya jens rotor sangkar tupa (Hosea et al., 1997). Motor nduks terdr dar dua bagan utama, yatu stator dan rotor. Stator adalah bagan yang tdak bergerak, terdr dar lapsan-lapsan bes dengan aluralur bers kumparan-kumparan. Kumparan-kumparan n dhubungkan dengan sumber daya 3 phasa, sehngga ddapatkan sebuah medan magnet putar. Kecepatan medan magnet putar tergantung pada jumlah kutub stator dan frekuens sumber dayanya. Kecepatan n dsebut kecepatan snkron, yang dtentukan dengan rumus: 12. f Ns = 1 P dengan Ns adalah kecepatan snkron (rpm), f adalah frekuens sumber daya (Hz), dan P adalah jumlah kutub stator. Rotor dar motor nduks ada dua macam, yatu rotor sangkar tupa (squrrel cage rotor) dan rotor llt (wound rotor). Pada jens rotor sangkar tupa, rotornya terdr dar bes yang dkellng oleh konduktorkonduktor yang terhubung sngkat. Sedangkan pada 15

2 JURNAL TEKNIK ELEKTRO DAN KOMPUTER EMITOR Vol. 3, No. 1, Maret 23 Gambar 1. Prnsp Dasar Inverter. Gambar 2. Instalas hubungan model smulas plant yang dkendalkan. rotor llt, rotornya terdr dar kumparan kawat yang umumnya terhubung bntang dan ujung yang lan dhubungkan keluar melalu slp rng dan dhubungkan dengan tahanan luar atau dhubung sngkat. Rotor motor nduks tdak berputar pada kecepatan snkron tetap sedkt ketnggalan (Petruzella, 21). Ketnggalan tersebut basanya dnyatakan sebaga persentase kecepatan snkron yang dsebut slp, dan drumuskan dengan: Ns Nr s =.1% 2 Ns dengan s adalah slp, Ns adalah kecepatan snkron (rpm), dan Nr adalah kecepatan putar (rpm) Inverter Inverter merupakan suatu peralatan yang dapat dgunakan untuk mengkonverskan sumber daya 3 phasa menjad tegangan DC yang kemudan dkonverskan lag menjad sumber daya 3 phasa dengan frekuens yang sesua. Cara n bsa dpaka karena dketahu bahwa kecepatan snkron motor nduks berbandng lurus dengan frekuens sumber dayanya, sepert terlhat pada persamaan (1). Sumber daya dar PLN mempunya frekuens yang konstan, yatu 5 Hz. Salah satu cara yang efektf untuk menghaslkan tegangan dengan frekuens yang bsa datur yatu dengan jalan membangktkannya sendr. Untuk tu dperlukan suatu sumber daya DC. Sumber daya n dperoleh dar sumber daya PLN yang dsearahkan dengan rectfer. Selanjutnya sumber daya n dtaps dengan flter DC untuk mendapatkan sumber daya DC yang lebh rata. Kemudan dengan melalu suatu rangkaan swtch (dsebut sebaga jembatan nverter) yang bsa dkendalkan sedemkan rupa, sumber daya tu bsa dubah menjad sumber daya 3 phasa pada ujung beban. Dengan cara mengontrol waktu pensaklaran dar swtch-swtch tersebut dengan menggunakan snyal PWM (Pulse Wdth Modulaton) sepert terlhat pada gambar 1 (Hosea et al., 1997). 16

3 Sgt Budh Santoso dan Ars Rakhmad, Pengendalan Kecepatan Motor Induks Melalu Inverter Altvar 18 Dengan menggunakan nverter, maka akan banyak dperoleh keuntungan secara tekns bla dbandngkan dengan cara lan. Beberapa keuntungan tersebut antara lan: mempunya jangkauan kecepatan yang lebh lebar, mempunya beberapa pola untuk hubungan tegangan dan frekuens, mempunya fasltas penunjukan meter, mempunya lereng akseleras dan deseleras yang dapat datur secara ndependen, kompak, serta sstem lebh aman (Chapman, 1991). 3. Metode Peneltan 3.1. Alat 1. Komputer. 2. PLC Mcro TSX Inverter Altvar Motor nduks 3 phasa sangkar tupa. 5. Tachogenerator. 6. Tachometer. 7. Generator DC shunt buah lampu pjar 1 Watt 22 V. Semua alat d atas kemudan drangka sepert pada gambar Pengukuran Sensor Tachogenerator Sebelum dlakukan pengujan terhadap model smulas plant, terlebh dahulu dlakukan pengukuran terhadap tachogenerator. Dar hasl pengukuran yang telah dlakukan, dperoleh grafk hubungan antara tegangan tachogenerator dengan kecepatan putar motor nduks sepert tampak pada gambar 3. Hubungan antara tegangan tachogenerator dan kecepatan putar motor nduks tersebut mengkut persamaan: V = 2,111*ωr 2,899 (3) dengan V adalah tegangan tachogenerator (mv) dan ωr adalah kecepatan putar motor nduks (rpm). 4. Fuzfkas, Aturan Kendal Fuz, dan Defuzfks 4.1. Fuzfkas Pengendal logka fuz menggunakan dua buah masukan, yatu snyal kesalahan (e) dan perubahan snyal kesalahan (de) dan sebuah keluaran kendal ncremental ( u). Fungs keanggotaan masukan dan keluaran n tampak sepert pada gambar 4. D mana nla m1 dan m2 masng-masng adalah 55 dan 22 untuk e, 26 dan 13 untuk de, serta 568 dan 284 untuk u Aturan Kendal Fuz Dar 5 buah masukan e dan 5 buah masukan de salng bernteraks sehngga menghaslkan 25 buah aturan kendal fuz. Ke-25 aturan tersebut dapat drngkas dalam sebuah tabel memor asosatf fuz sepert tampak pada tabel Defuzfkas Dalam langkah defuzfkas dgunakan formula rataan maksmum (Mean of Maxmum/MOM), yang dbangun untuk mendefuzfkaskan aks kendal Tegangan tachogenerator (mv) ncremental dar hukum kendal fuz. Formula n drumuskan dengan: u( k) = n α H = 1 n = 1 α H W dengan n adalah jumlah aturan, α kuat penyulutan aturan ke-, H adalah tngg maksmum fungs keanggotaan hmpunan fuz untuk keluaran kendal pada aturan ke-, dan W adalah nla kendal crsp sepanjang semesta pembcaraan keluaran. Sepert dsebutkan d atas, bahwa hasl defuzfkas n merupakan aks kendal ncremental, artnya bahwa aks kendal pada saat n merupakan hasl penjumlahan aks kendal sebelumnya dengan aks kendal dar hasl defuzfkas pada saat n. y = 2.111x Gambar 3. Grafk Hubungan antara Kecepatan Putar Motor Induks dengan Tegangan yang Dhaslkan oleh Tachogenerator. Gambar 4. Fungs Keanggotaan Masukan e, de dan Keluaran u. Tabel 1. Memor Asosatf Fuz (MAF) dar dua buah masukan (e dan de) dengan masng-masng 5 buah fungs keanggotaan. 4 17

4 JURNAL TEKNIK ELEKTRO DAN KOMPUTER EMITOR Vol. 3, No. 1, Maret Hasl dan Pembahasan Gambar 5. Grafk hubungan antara kecepatan motor nduks terhadap waktu dengan pengendal PI Gambar 6. Grafk hubungan antara kecepatan motor nduks terhadap waktu dengan pengendal fuz Gambar 7. Grafk perubahan kecepatan motor nduks menggunakan pengendal PI Gambar 8. Grafk perubahan kecepatan motor nduks menggunakan pengendal fuz Fuz Gambar 9. Grafk kecepatan motor nduks ketka dber dengan menggunakan pengendal PI dan pengendal fuz. Dar percobaan yang dlakukan, dperoleh hasl berupa snyal kesalahan yang merupakan selsh antara nla acuan dengan nla sebenarnya yang dperoleh dar tachogenerator. Kemudan dengan menggunakan persamaan (3), maka dapat dbuat grafk hubungan kecepatan motor nduks terhadap waktu sepert tampak pada gambar 5, 6, 7, 8, dan 9. Dar gambar-gambar tersebut, dapat dketahu bahwa pengendal logka fuz yang dgunakan lebh bak bla dbandngkan dengan pengendal PI konvensonal, terutama dalam hal waktu turun, overshoot, kemampuan dalam mengatas perubahan nla acuan, dan pembebanan. Pengendal fuz yang dgunakan mempunya kesalahan keadaan tunak yang lebh besar darpada pengendal PI, walaupun demkan kesalahan keadaan tunak n relatf kecl dan mash d bawah batas tolerans 2%. Hal n bsa terjad karena ketdakdealan sensor tachogenerator yang dgunakan, d mana mash terdapat tegangan rpple meskpun kecl (kurang dar 1%). 6. Kesmpulan Dar model smulas plant yang dbuat beserta pengujannya, maka dapat dtark kesmpulan, antara lan: 1. Pengaturan kecepatan motor nduks dengan menggunakan nverter mempunya jangkauan pengaturan kecepatan yang lebar. 2. Pengendal logka fuz yang dterapkan pada Altvar 18 mempunya kesalahan keadaan tunak yang lebh besar bla dbandngkan dengan pengendal PI. 3. Pengendal fuz yang dterapkan pada Altvar 18, secara umum, mempunya unjuk kerja yang lebh bak bla dbandngkan dengan pengendal PI. PI Daftar Pustaka [1] Chapman, S. J Electrc Machnery Fundamentals. McGraw-Hll, Inc. Sngapore. [2] Groupe Schneder PL7 Mcro/Junor: Reference Manual, Verson V1.2. Schneder Automaton S.A. Sopha Antpols. France. [3] Groupe Schneder TSX Mcro PLCs TSX 37-1/21/22: User s Manual. AEG Schneder Automaton GmbH. Selgenstadt. Germany. [4] Groupe Schneder Altvar 18, Adjustable Speed Drver Controllers for Asynchronous Motors: User s Manual. Schneder S.A. Ralegh. USA. [5] Hosea, E., A. Ongkodjojo. dan Samudra Pengaturan Kecepatan Putaran Motor Induks 3 Phasa Melalu Sysdrve Inverter Berdasarkan Kontrol PID dengan Bantuan IBM PC. Dmens eds Jurusan Teknk Elektro, Teknk Mesn, Teknk dan Manajemen Industr

5 Sgt Budh Santoso dan Ars Rakhmad, Pengendalan Kecepatan Motor Induks Melalu Inverter Altvar 18 [6] Msr, D., H. A. Malk. and Guanrong C Desgn and Analyss of a Fuzzy Proportonal-Integral- Dervatve Controller. Fuzzy Sets and Systems. 79. [7] Petruzella, F. D. 21. Industral Electroncs (Elektronk Industr, alh bahasa oleh Sumanto). Penerbt And. Yogyakarta. [8] Vas, P Electrcal Machnes and Drves: A Space-Vector Theory Approach. Oxford Unversty Press. Oxford. Great Brtan. [9] Wjaya, M. 21. Dasar-dasar Mesn Lstrk. Penerbt Djambatan. Jakarta. [1] Yan, J., M. Ryan, and J. Power Usng Fuzzy Logc: Towards Intellgent Systems. Prentce Hall Internatonal Ltd. Cambrdge. Unted Kngdom. 19