RANCANG BANGUN SISTEM PENGENDALI KECEPATAN DAN MEMBALIK ARAH PUTAR MOTOR ASINKRON 1 FASA

Transkripsi

1 RANCANG BANGUN SISTEM PENGENDALI KECEPATAN DAN MEMBALIK ARAH PUTAR MOTOR ASINKRON 1 FASA LAPORAN TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan Dalam Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI Oleh: 1. GRACE CHRISTINE SARAGIH NIM : IMELDA SIANTURI NIM : JIMMI C. MANURUNG NIM : JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2013

2 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkat, rahmat dan kasih-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 Sistem Pengendali Kecepatan dan Membalik Arah Putar Motor Asinkron 1 Fasa. Disusun sebagai salah satu syarat yang harus dipenuhi setiap mahasiswa untuk menyelesaikan program Diploma III Jurusan Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan. Dalam penulisan Laporan Tugas Akhir ini, penulis telah banyak mendapatkan bantuan baik moral maupun materil dari berbagai pihak. 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; 4. Darwis A.R, S.T., selaku Dosen Pembimbing yang telah banyak membantu dalam menyusun Laporan Tugas Akhir ini; 5. Ir.Burhanuddin Tarigan, M.T., yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini; 6. Seluruh dosen dan staff di Jurusan Teknik Mesin khususnya Dosen Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan yang telah memberikan banyak ilmu kepada penulis; 7. Teristimewa kepada kedua orangtua penulis, Ayahanda N.Saragih dan Ibunda S.Gultom yang selama ini telah memberikan dukungan baik secara moral dan material kepada penulis;

3 8. Untuk adik-adikku Hari Semarnasa Saragih, Paulus Junior Saragih, Geulis Fransiskanes Saragih atas segala doa, dukungan, perhatian dan semangatnya; 9. Teman-teman satu kelompok dalam pembuatan Tugas Akhir yaitu Jimmy C. Manurung dan Imelda Sianturi; 10. Rekan-rekan seperjuangan Mahasiswa Politeknik Negeri Medan Program Studi Teknik Konversi Energi angkatan 2010 khususnya EN- 6B untuk dukungannya, canda tawa, pengertiannya dan kerja samanya selama tiga tahun bersama dalam menuntut ilmu. Laporan Tugas Akhir ini merupakan hasil karya ilmiah yang memang benarbenar penulis kerjakan tanpa ada penciplakan dari buku lain. Penulis menyadari bahwa laporan Tugas Akhir ini masih belum sempurna karena keterbatasan penulis, maka penulis dengan tulus mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun agar lebih baik di masa yang akan datang. Akhir kata, semoga Laporan Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis sendiri dan juga pembaca. Medan, 30 Agustus 2013 Penulis, Grace Christine Saragih NIM

4 DAFTAR ISI Halaman LEMBAR JUDUL... i SPESIFIKASI TUGAS AKHIR... ii LEMBAR PERSETUJUAN... iii LEMBAR PENGESAHAN... iv KATA PENGANTAR... v DAFTAR ISI... vii DAFTAR GAMBAR... x DAFTAR TABEL... xii DAFTAR LAMPIRAN... xiii INTISARI... xiv ABSTRACT... xv BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Masalah 1 B. Tujuan Penulisan Tugas Akhir. 1 C. Batasan Masalah... 2 D. Metode Penulisan... 2 E. Sistematika Penulisan... 2

5 BAB II MOTOR ASINKRON 1 FASA A. Prinsip Kerja... 5 B. Konstruksi Motor Asinkron 1 Fasa Stator Rotor... 7 C. Jenis jenis Motor Asinkron 1 Fasa Motor Fasa Terbelah (Split Phase) Motor Kapasitor (Capasitor Motor) BAB III ELEKTRONIKA DAYA A. Resistor B. Kapasitor C. Thyristor Struktur Thyristor Jenis Thyristor. 19 D. PWM (Pulse Width Modulation) Konsep Dasar PWM Perhitungan Duty Cycle PWM BAB IV SISTEM PENGENDALI MOTOR ASINKRON 1 FASA A. Sistem Kontrol Sistem Kendali Loop Terbuka Sistem Kendali Loop Tertutup B. Sistem Pengendali Motor Asinkron 1 Fasa Pengendali Arah Putaran Mengatur Kecepatan Putar Motor AC 1 Fasa. 34 C. Pengujian Alat Alat dan Bahan Gambar Rangkaian... 36

6 3. Prosedur Pengujian Analisa Data BAB V PENUTUP A. Simpulan B. Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

7 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1. Contoh Motor 1 Fasa... 4 Gambar 2.2. Konstruksi Motor 1 Fasa... 6 Gambar 2.3. Stator... 7 Gambar 2.4. Konstruksi Rotor Sangkar... 8 Gambar 2.5. Motor Fasa Terbelah... 9 Gambar 2.6. Rangkaian Motor Fasa Terbelah Gambar 2.7. Rangkaian Motor Kapasitor Start Gambar 2.8. Rangkaian Motor Kapasitor Tetap Gambar 2.9. Rangkaian Motor Kapasitor Start/Running Gambar 3.1. Resistor dan Simbol Resistor Gambar 3.2. Kode Warna resistor Gambar 3.3. Struktur Thyristor Gambar 3.4. Struktur SCR Gambar 3.5. Karakteristik kurva I-V SCR Gambar 3.6. Rangkaian SCR Gambar 3.7. Struktur dan Simbol DIAC Gambar 3.8. Simbol TRIAC Gambar 3.9. Sinyal PWM... 25

8 Gambar Duty Cycle Gambar Perubahan Duty Cycle Gambar 4.1. Diagram Blok Sistem Kendali Loop Terbuka Gambar 4.2. Diagram Blok Sistem Kendali Loop Tertutup Gambar 4.3. Saklar Tekan dan Simbol Saklar Tekan Gambar 4.4. Prinsip Kerja Tombol Tekan Gambar 4.5. Relay Gambar 4.6. Prinsip Kerja Relay Gambar 4.7. Rangkaian Kontrol Sistem Pengendali Motor Asinkron 1 Fasa Gambar 4.8. Aplikasi Rangkaian Kontrol pada Motor Asinkron 1 Fasa... 37

9 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 3.1. Kode Warna pada Resistor Tabel 4.1. Data Pengukuran... 41

10 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Gambar Pengawatan Lampiran 2. Foto Pengujian Alat Lampiran 3. Data Sheet Thyristor Q4004LT Lampiran 4. Data Sheet Relay Omron 11 Pin

11 INTISARI Rancang Bangun Sistem Pengendali Kecepatan Dan Membalik Arah Putar Motor Asinkron 1 Fasa Motor asinkron 1 fasa banyak digunakan dalam berbagai industri seperti industri makanan, minuman, obat-obatan dan dalam peralatan listrik. Motor ini digunakan sebagai penggerak pada peralatan listrik dimana peralatan ini sangat penting dalam proses hasil akhir suatu produk dalam suatu industri. Motor asinkron adalah salah satu jenis dari motor listrik yang bekerja berdasarkan induksi electromagnet. Motor induksi menggunakan sebuah sumber energi listrik yaitu di sisi stator sedangkan sistem kelistrikan di sisi rotornya di induksikan melalui celah udara dari stator dengan media elektromagnet. Kecepatan motor asinkron dapat dikendalikan dengan mengatur tegangan masuk pada motor dengan cara mengatur tegangan yang masuk ke gate pada thyristor melalui pengaturan variasi tahanannya (R). Untuk mengendalikan kecepatannya menggunakan sistem kontrol relai dan juga sakelar tekan. Pada pengukuran diperoleh data bahwa pada saat kecepatan motor minimum tegangan motor 145 volt, tegangan thyristor 75 volt dan tahanannya 32,8 kω sedangkan pada saat kecepatan motor maksimum tegangan motornya 220 volt, tegangan thyristor 0 volt dan tahanannya 0 kω. Selain itu motor asinkron 1 fasa juga dapat dibalik arah putaranya dari searah jarum jam (CW) menjadi berlawanan arah jarum jam (CCW) atau sebaliknya. Proses pembalikan arah putarannya juga menggunakan sistem kontrol yang sama. Kata kunci : Motor Asinkron 1 Fasa, Pengendalian Kecepatan, Pembalik Arah Putar

12 ABSTRACT The Building Design of The Speed Control System and Reverse Rotary Turn 1 Phase Asynchronous Motors 1 phase asynchronous motors are widely used in various industries such as food, beverage, pharmaceuticals and in electrical equipments. This motor is used as the driving electrical equipment where the equipment is very important in the final outcome of a product in an industry. Asynchronous motor is a type of electric motor that works based on the electromagnetic induction. Induction motor using an electrical energy source that is at the stator side while the electrical system at the rotor side is induced through an air gap of stator with electromagnets media. Asynchronous motor speed can be controlled by adjusting the input voltage to the motor by regulating incoming voltage to the thyristor gate through a variety of arrangements prisoner (R). To control its speed used a controls system such as relays and push button also. On the measurement data showed that the minimum motor speed when the motor voltage 145 volt, 75 volt thyristor voltage and resistance 32.8 kω while at maximum motor speed motor voltage 220 volts, the voltage thyristor 0 volts and resistance 0 kω. Beside that, 1 phase asynchronous motor is expected to operate in two rounds of the clockwise (CW) or counter clockwise (CCW) or reverse its. Direction reversal process also uses the same control system. Keywords : 1 Phase Asynchronous Motor, Speed Control, Reverse Rotary

13 BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Motor asinkron 1 fasa sangat banyak digunakan dalam berbagai industri seperti industri makanan, minuman serta obat-obatan bahkan dalam peralatan listrik seperti kipas angin, blender. Motor ini digunakan sebagai penggerak peralatan-peralatan listrik yang mana peralatan ini sangat penting dalam proses hasil akhir suatu produk dalam suatu industri seperti industri farmasi untuk pengemasan botol. Jika motor ini diberi beban penuh akan mengakibatkan kecepatan putaran motor menurun, hal ini tidak diinginkan terjadi. Kondisi ini dapat diatasi dengan melakukan pengendalian kecepatan jika bebannya naik atau turun sehingga hasilnya sesuai dengan yang diharapkan, hal ini dapat dilakukan dengan cara mengubah frekuensinya. Sebuah motor diharapkan mampu beroperasi dalam dua putaran,misalnya searah jarum jam atau berlawanan jarum jam. Aplikasinya yaitu pada lift, pengemasan botol pada industri farmasi misalnya untuk posisi turun, putaran motornya berlawanan jarum jam dan posisi naik, putaran motornya searah jarum jam. Oleh karena itu perlu dibalik arah putar motornya. B. Tujuan Penulisan Adapun tujuan penulisan tugas akhir adalah dapat mengendalikan kecepatan putaran motor dengan mengubah tegangan yang masuk mulai dari minimum sampai maksimum, menginginkan motor bisa berputar dalam dua arah, serta menambah wawasan penulis.

14 C. Batasan Masalah Mengingat bahwa luas dan kompleksnya pembahasan yang akan dilakukan maka untuk lebih mengarahkan pembahasan, penulis melakukan pembatasan sebagai berikut : 1. Menggunakan motor asinkron 1 fasa 2. Tidak membahas rangkaian kontrol secara rinci 3. Tidak membahas elektronika daya secara rinci. D. Metode Penulisan adalah : Adapun metode yang dilakukan penulis dalam penyusunan tugas akhir ini 1. Studi literatur, yaitu berupa studi kepustakaan dan kajian dari buku-buku pendukung. 2. Metode diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing dan juga teman satu kelompok mengenai masalah-masalah yang timbul selama tugas akhir ini berlangsung. 3. Proses pembuatan alat dikerjakan di rumah dan mengujinya. 4. Menganalisa seluruh data dan membuat kesimpulan. E. Sistematika Penulisan Untuk memberikan gambaran terhadap tugas akhir ini, penulis menyusun sistematika penulisan sebagai berikut:

15 BAB I PENDAHULUAN Bab ini berisikan tentang latar belakang, tujuan penulisan, batasan masalah, metode penulisan serta sistematika penulisan. BAB II MOTOR ASINKRON 1 FASA Bab ini menjelaskan tentang prinsip kerja serta konstruksi motor asinkron 1 fasa. BAB III ELEKTRONIKA DAYA Bab ini membahas tentang komponen elektronika yaitu: resistor, thyristor serta PWM ( Pulse Width Modulation ). BAB IV SISTEM PENGENDALIAN MOTOR ASINKRON 1 FASA Bab ini berisikan tentang rangkaian kontrol seperti: sakelar tekan, relay dan juga menjelaskan sistem pengendalian motor asinkron 1 fasa yang meliputi cara mengendalikan kecepatan dan membalik arah putar motor asinkron 1 fasa serta uji peralatan dan pengambilan data. BAB V PENUTUP Pada bab ini dibahas tentang kesimpulan penulis mengenai pembahasan bab sebelumnya serta saran dari penulis mengenai permasalahan dalam penulisan serta rancang bangun alat dalam tugas akhir ini.