PEMBUATAN PENYEARAH TERKONTROL PENUH SATU FASA SEBAGAI PENGEMUDI MOTOR DC 3 HP Khrl Aji Whyu Hudy (LF3498) Jurusn Teknik Elektro, Fkults Teknik, Universits Diponegoro Abstrk Pengturn keceptn motor DC dlh pling mudh dintr pengturn keceptn pd motor lin. Pd ms sekrng ini msih bnyk yng menggunkn kendli konvensionl dengn cr memutr utotrfo. Seperti kit kethui bhw pengturn dengn utotrfo terdpt berbgi mcm kelemhn. Antr lin ditinju dri segi ekonomis, sebuh utotrfo yng menglmi keruskn mk untuk mendptkn komponen tu penggntin dengn yng bru kn menglmi kesulitn kren hrgny yng cukup mhl Sebuh penyerh terkontrol dengn IC TCA 785 digunkn pd pengturn sudut pemicun thyristor untuk supli dy motor rus serh dibut untuk mengtsi mslh tersebut. Kren dengn penggunn IC TCA 785, kontrol lebih mudh dn tidk menglmi kesulitn pd st perbikn lt pbil terjdi keruskn. Alt ini dibut untuk mengtur tegngn pd lilitn jngkr dengn menggunkn penyerh terkontrol penuh dengn tegngn kelurn mksiml 19 Vdc. Pd tugs khir ini pembutn lt menggunkn IC TCA 785 untuk pengturn sudut pemicun pd thyristor, kemudin tegngn yng dihsilkn disuplikn ke lilitn jngkr motor. Sebgi obyek percobn digunkn motor rus serh berkpsits 3 HP yng terdpt di lbortorium Konversi Energi dn Sistem Teng Listrik Teknik Elektro Universits Diponegoro. Setelh dilkukn pengujin dn lt bekerj, dpt mengemudikn motor DC tnp lonjkn rus setip kenikn tegngn hingg mencpi putrn yng diinginkn ( rpm) dn selnjutny dikopel ke genertor sinkron AC 3 fs sebgi simulsi bebn pd motor DC dengn cr memsng lmpu pijr pd output genertor 3 fs. I. PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG Rngkin Penyerh merupkn rngkin yng mengkonversikn tegngn AC menjdi DC. Penyerh terkontrol merupkn rngkin yng menggunkn thyristor sebgi komponen penyerh yng dpt mengendlikn tegngn kelurn DC. Penyerh terkontrol dpt dibedkn menjdi penyerh terkontrol penuh dn setengh terkontrol. Penyerh ini dpt digunkn untuk pengturn keceptn motor DC. Pengturn keceptn motor DC dpt dilkukn dengn beberp cr, ntr lin dengn cr mengtur tegngn terminl (V t ). Pengturn tegngn terminl pd lilitn jngkr dpt lngsung digunkn untuk mengtur keceptn pd st pengsutn (strting) dn sekligus pd st berjln (running). Pengturn pd V t menjdi lebih mudh dn efisien jik menggunkn perltn elektronik dy. Dlm perncngn tugs khir ini digunkn motor DC 3 HP berpengutn terpish sebgi plnt yng kn dikontrol. Pengturn keceptn motor DC dilkukn dengn menikkn fluks mgnet dri kumprn medn dengn menggunkn penyerh setengh terkontrol 1 fs smpi mencpi nominl yng diinginkn dn mengtur tegngn jngkr dengn menggunkn penyerh terkontrol penuh 1 fs. 1. TUJUAN Tujun tugs khir ini dlh membut penyerh thyristor terkontrol stu fs sebgi pengemudi motor DC 3 HP dengn pengturn tegngn jngkr dri motor oleh penyerh thyristor terkontrol penuh dn pengturn fluks mgnet pd kumprn medn oleh penyerh setengh terkontrol. Fluks mgnet dinikkn pd nili nominl tertentu dn tidk diubhubh. Yng ditur perubhn nik turunny dlh tegngn jngkr, nili besrnny ditur smpi mencpi putrn motor yng diinginkn. 1.3 PEMBATASAN MASALAH Pembtsn mslh dlm tugs khir ini, yitu : 1. Pembutn penyerh thyristor meliputi penyerh terkontrol penuh yng digunkn untuk pengturn pd st pengsutn dn st motor berjln sert penyerh setengh terkontrol.. Rngkin kontrol thyristor menggunkn kontrol nlog dengn IC TCA 785. 3. Tegngn medn pd motor 198 Vdc(mx), tegngn jngkr 19 Vdc(mx) dengn kemmpun rus 13,5 A. Frekuensi tegngn bolk-blik 5 Hz. 4. Pengturn keceptn motor DC hny dilkukn dengn mengtur tegngn jngkr mellui penyerh terkontrol penuh, tegngn pd medn niliny tetp. 5. Simulsi menggunkn motor DC 3 HP dengn bebn genertor induksi 3 fs yng menyupli tegngn pd lmpu pijr, genertor induksi 3 fs tidk dibhs. 6. Hrmonis yng terjdi pd lt tidk dibhs. 7. Rngkin elektronik yng digunkn hny dibhs pd fungsi kerjny. II. DASAR TEORI.1 Motor Arus Serh Dri rumus umum motor rus serh untuk menentukn titik dimn dpt dilkukn pengturn keceptn dlh sebgi berikut : E b C N (.1) dimn : E b : gy gerk listrik lwn (V) C : konstnt N : keceptn putrn jngkr (rps) : fluks mgnet (Wb) E V I R b t (.) dimn : V t : tegngn terminl (V) I : rus jngkr (A) R : thnn jngkr () Dri persmn.1 dn. digbungkn : Vt I R N C (.3) Dri persmn dits, dpt diperoleh kesimpuln bhw keceptn putr jngkr dpt ditur dintrny dengn mengubh nili (mengubh tegngn tu rus lilitn medn), R (memberikn resistor seri terhdp R), dn V t (mengubh tegngn terminl lilitn jngkr). Untuk torsi yng dibngkitkn digunkn persmn berikut : E I b T N (.4) Pd st motor rus serh disut, rus pengsutn (strting current) mencpi hingg 3 kli lebih besr dibndingkn rus nominl st pembebnn penuh. Dri persmn. dpt ditunjukkn sebgi berikut [11][1] : V E I R t b V E t b I R Pd st pengsutn E b = sehingg : Vt I I st (.5) R 1
. Penyerh Terkontrol Penuh Stu Fs Penyerh terkontrol penuh stu fs tersusun dri 4 buh thyristor dn 1 diod freewheeling seperti pd gmbr.1, digunkn untuk mensupli dy listrik pd lilitn jngkr dimn tegngn lilitn jngkr digunkn untuk mengtur keceptn putr motor rus serh bik untuk strting mupun running st kerj pd klng terbuk (openloop). Tegngn rus serh (V dc ) tu tegngn kelurn (V o ) diperoleh dri persmn.6. Vo Vdc Vm sin t d( t) (.6).5 TCA785 Prinsip kerj IC TCA 785 dpt diliht pd gmbr blok digrm berikut ini. Gmbr.5. Blok digrm prinsip kerj IC TCA785 Dt bentuk gelombng dri IC TCA785 dpt diliht pd gmbr dibwh ini. () (b) Gmbr.1 () penyerh gelombng penuh terkontrol penuh (b) bentuk gelombng V c, I gte, V R, dn I R.3 Penyerh Setengh Terkontrol Stu Fs Pengturn rngkin dri semikonverter stu fs diperlihtkn pd gmbr.. dengn bebn resistif. Gmbr.6. Digrm puls.6 Isoltor Puls (Optocoupler) Rngkin optocoupler berfungsi untuk melindungi rngkin kontrol pbil terjdi keslhn tu gnggun pd rngkin dy. Rngkin optocoupler diperlihtkn pd gmbr.6 dibwh ini. + VCC Input R AC I S Thy Thy c Dfw I dc R Output R G d b () (b) Gmbr. () Rngkin setengh terkontrol 1 fs (b) Bentuk gelombng V-in, V-out, I-in, I-out.3 Thyristor Thyristor dlh komponen yng prinsip kerjny mirip diod, nmun dilengkpi gte yng dpt ditur besr fs konduksi. Optocoupler Gmbr.7 Rngkin Optocoupler III. PERANCANGAN ALAT 3.1 Perncngn Perngkt Kers Blok digrmny dpt diliht pd gmbr dibwh ini. R E () (b) Gmbr.3 () Struktur dsr thyristor (b) Simbol thyristor +IA Ltching Current tegngn jtuh Holding Current Tegngn Brekdown blik - VAK Arus bocor blik -IA IG IG1 IG Derh penhn tegngn mju Gmbr.4 Krkteristik thyristor + VAK Tegngn mju mksimum Gmbr 3.1 Blok digrm rngkin penyerh terkontrol penuh stu fs sebgi pengemudi motor DC 3 HP 3.1.1 Supli AC 1 Fs Supli AC 1 Fs yng digunkn bersl dri jl-jl PLN dengn tegngn Volt dn frekuensi 5 Hz.
3.1. Penyerh Penyerh (rectifier) berfungsi untuk mengubh tegngn bolk-blik menjdi tegngn DC. Pd tugs khir ini menggunkn : 1. Penyerh terkontrol penuh. Penyerh setengh terkontrol 3.1..1 Penyerh terkontrol penuh Penyerh terkontrol penuh dirncng menggunkn 4 buh Thyristor. Dimn tegngn AC sumber merupkn gelombng sinus murni. Rngkin penyerh terkontrol penuh digunkn sebgi input tegngn pd rngkin jngkr motor DC. 3. Sumber Tegngn Perncngn sumber tegngn yng digunkn d tig mcm yitu: 1. Sumber tegngn V digunkn untuk mensupli rngkin Dy penyerh terkontrol yng dihubungkn ke motor DC.. Sumber tegngn V dengn rus 1 A untuk mensupli rngkin power supli pemicun dengn menggunkn IC TCA 785. 3. Sumber tegngn 1 V dengn rus,5 A untuk mensupli rngkin isoltor puls (optocoupler). Vc /V/1A uf/5v. 1. 78 3 47 uf/16v 1 nf 1k + Vdc 33K Gmbr 3.6 Sumber tegngn pemicun TCA 785 33K Vc /1V/.5A 1A 1 uf/5v. 1. 3 781 47 uf/16v 1nF 1k +1 Vdc Gmbr 3. Rngkin penyerh terkontrol penuh 3.1.. Penyerh Setengh Terkontrol Penyerh setengh terkontrol dirncng dengn menggunkn buh thyristor dn buh diod bridge. Rngkin penyerh setengh terkontrol digunkn sebgi input tegngn medn pd motor DC. Rngkin penyerh setengh terkontrol seperti ditunjukkn pd gmbr 3.3 dibwh ini : Gmbr 3.7 Sumber tegngn isoltor puls 3.3 Perncngn Pemicun Pengendli Fs (Phse- Control Trigger) Rngkin keseluruhn dri rncngn pemicun dpt diliht pd gmbr 3.8 dibwh ini. + V TRAFO CENTER TAP 11 k 1.5k 1k 1k 4148 4148 RANGKAIAN PEMICUAN 1 TCA 785 3 4 5 6 7.47F 16 14 13 1 11 1 IN41.1nF 1k IN41 1 33k 1k 1 1 1 PROTEKSI THYRISTOR OUTPUT OUTPUT 8 9 1nF k 33k Gmbr 3.3. Rngkin penyerh setengh terkontrol 3.1.3 Diod Freewheeling (Diod Dm, MUR 46) Diod ini digunkn pd rngkin yng mempunyi bebn induktif. Gmbr 3.4. Konstruksi Diod Freewheeling (MUR 46) 3.1.4 Phse-Control Thyristor SCR BT 1-5R (Silicon- Controlled Rectifier) SCR BT 1-5R produksi Phillips Semiconductor merupkn komponen utm yng nntiny kn digunkn dlm rngkin komutsi thyristor. Bentuk dn konfigursi pin dri SCR BT 1-5R ini dpt diliht dri gmbr 3.5 dibwh ini. Gmbr 3.5. Konfigursi SCR BT 1-5R 3 1k Gmbr 3.8. Rngkin pemicun pengendli fs 3.4 Isoltor Puls Rngkin rncngn optocoupler dpt diliht pd gmbr 3.9 dibwh ini. Input 1 4N35 + VCC 33k 1 Gmbr 3.9 Rngkin isoltor puls Output IV. PENGUJIAN DAN ANALISA 4.1 Pengujin Sumber Tegngn Pengujin sumber tegngn dengn menggunkn osiloskop menghsilkn gmbr-gmbr sebgi berikut :
Gmbr 4.1 Gelombng sumber tegngn rngkin dy( Vc) Gmbr 4. Gelombng sumber tegngn pemicun ( Vdc) Gmbr 4.7. Gelombng kelurn pemicun 4.. Pengujin Kelurn Optocoupler Kelurn dri Optocoupler ini digunkn untuk memicu thyristor pd rngkin dy. Bentuk gelombng kelurn dri Optocoupler terbc pd osiloskop seperti gmbr di bwh ini: Gmbr 4.3 Gelombng sumber tegngn optocoupler (1 Vdc) 4.1 Pengujin Rngkin Pemicun (Phse control trigger) Output rngkin pemicun nntiny digunkn untuk supli tegngn thyristor setelh mellui rngkin isoltor puls. 4.1.1 Pengujin Pembngkit Gelombng Gigi Gergji Pengujin pembngkit gelombng gigi gergji dilkukn pd pin 1 dri IC TCA 785 terhdp ground dengn menggunkn osiloskop. Gmbr 4.8 Gelombng kelurn optocoupler 4.3. Pengujin Rngkin Dy Pengujin rngkin dengn menggunkn bebn lmpu pijr dn ditur pd = 1, menghsilkn bentuk gelombng seperti pd gmbr 4.9. Gmbr 4.4. Bentuk gelombng gigi gergji 4.1. Pengujin Tegngn kontrol Pengujin tegngn kontrol ini dilkukn pd pin 11 dri TCA 785 terhdp ground. Pengujin dilkukn untuk meliht bts miniml dn bts mksiml dri tegngn kontrol dengn mengtur sebuh thnn vribel. Bentuk Gelombng yng dihsilkn osiloskop seperti gmbr berikut. Gmbr 4.5. Bts miniml tegngn kontrol Gmbr 4.9 Bentuk gelombng pd bebn lmpu yng dipicu 1 Pengujin rngkin dengn menggunkn bebn motor DC dn ditur pd = 1, menghsilkn bentuk gelombng seperti pd gmbr 4.1. Gmbr 4.1 Bentuk gelombng pd bebn motor DC yng dipicu 1 4.4 Pengujin Alt Dilkukn pd kondisi tnp bebn dn berbebn 4.4.1 Pengujin Alt Tnp Bebn Percobn ini dilkukn dengn tidk memberikn bebn pd genertor. Setelh didptkn dt percobn diperoleh grfik sebgi berikut : Perubhn tegngn jngkr (Vt) yng dihsilkn, terhdp perubhn rus jngkr (I) kn tmpk jels dengn meliht grfik pd gmbr 4.11. Gmbr 4.6. Bts mksiml tegngn kontrol 4.1.3 Pengujin kelurn Pemicun Pengukurn tegngn kelurn pemicun diperoleh nili tegngn 1,7 V. Bentuk gelombng kelurn pemicun yng dihsilkn osiloskop terliht pd gmbr 4.7. Bik hsil pengukurn mupun bentuk gelombng osiloskop berlku untuk output 1 mupun output, kren hsilny sm. 4 Vt (Volt) 1 9 6 3 1.95..35.7.96 I (Amp) Gmbr 4.11 Grfik perbndingn Vt terhdp I Pd gmbr 4.11 dits terliht bhw setip kenikn Vt (tegngn pd jngkr motor) tidk terjdi lonjkn rus I yng tinggi.
N (rpm) 1 1.95..35.7.96 I (Amp) Gmbr 4.1 Grfik perbndingn N terhdp I Gmbr 4.1 memperlihtkn perbndingn N dengn I, dengn kondisi bil V t dinikkn, dn terliht kenikn I diikuti kenikn N..4.. 1.95..35.7.96 I (Amp) Gmbr 4.13 Grfik perbndingn T terhdp I Gmbr 4.13 memperlihtkn perbndingn T dengn I, dlm kondisi V t dinikkn, dn terliht perubhn I terhdp T dlh berbnding lurus. N (rpm) 1.33.56.69.33.331 Gmbr 4. Grfik perbndingn N terhdp T 4.4. Pengujin Berbebn Cr pengmbiln dtny dlm kondisi wl tnp bebn dengn cr memutr regultor hingg keceptn motor DC mencpi rpm, kemudin berikn bebn berup lmpu pijr pd genertor sesui dengn tbel 4. tnp mengubh posisi regultor. Setelh didptkn dt percobn diperoleh grfik sebgi berikut : Untuk mengethui perubhn tegngn jngkr (Vt) yng dihsilkn, terhdp perubhn rus jngkr (I) kn tmpk jels dengn meliht grfik pd gmbr 4.16. Vt (Volt) 1 5.81 3.7 3.4 4.55 4.7 5.8 5.93 I (Amp) Gmbr 4.16 Grfik perbndingn Vt terhdp I.8.6.4...81 3.7 3.4 4.55 4.7 5.8 5.93 I (Amp) Gmbr 4.17 Grfik perbndingn T terhdp I Gmbr 4.17 memperlihtkn perbndingn T dengn I, dlm kondisi V t semkin berkurng, terliht perubhn I terhdp T dlh berbnding lurus. N (rpm) 1 5.81 3.7 3.4 4.55 4.7 5.8 5.93 I (Amp) Gmbr 4.18 Grfik perbndingn N terhdp I Gmbr 4.18 memperlihtkn perbndingn N dengn I. Penmbhn bebn mengkibtkn tegngn V t semkin berkurng, nmun rus I mkin bertmbh dengn diikuti penurunn putrn N. N (rpm) 1 5.35.4.41.5.53.63.64 Gmbr 4.19 Grfik perbndingn N terhdp T V. PENUTUP 5.1 Kesimpuln Hsil perncngn, pengujin dn nlis tentng pembutn penyerh terkontrol penuh stu fs sebgi pengemudi motor DC 3 HP dpt ditrik kesimpuln sebgi berikut: 1. Pembutn penyerh terkontrol penuh stu fs dengn pengturn output tegngn pd jngkr motor (mksiml 19 Vdc) dn eksitsi pd medn motor (mksiml 198 Vdc) dpt menjlnkn motor DC 3 HP dengn bik.. Pengturn tegngn pd jngkr motor dilkukn setelh eksitsi medn dinikkn smpi mencpi tegngn nominl yng diinginkn, nili tegngn eksitsi tetp dn tidk diubh-ubh. Yng ditur perubhnny hny pd tegngn jngkr motor hingg mencpi putrn pd motor mksiml 175 rpm. 3. Vribel rus serh kelurn penyerh terkontrol penuh dpt ditur dengn menggunkn kendli sudut fs thyristor pd rngkin pemicun kendli fs IC TCA 785. 4. Pembebnn motor DC dilkukn setelh motor mencpi putrn miniml rpm dengn cr output genertor AC dihubungkn ke lmpu pijr wtt, penmbhn bebn lmpu secr berthp smpi bebn mencpi 75 wtt kn mengkibtkn penurunn pd keceptn motor. 5. Bentuk gelombng kelurn pemicun yng dihsilkn menglmi perubhn setelh dilewtkn pd rngkin isoltor kren dny wktu nik (rise time) dn wktu turun (fll time) dri optocoupler 5. Srn Untuk kepentingn pengembngn tugs khir ini, mk dpt diberikn srn-srn sebgi berikut: 1. Untuk pemicun kendli fs thyristor dpt menggunkn mikrokontroller AT89S51 gr menghsilkn kelurn yng lebih presisi.. Tegngn sinkron pd pemicun IC TCA 785 perlu diperhtikn gr gelombng tegngnny sefs dengn gelombng dri sumber tegngn untuk rngkin dyny (penyerh setengh terkontrol dn terkontrol penuh). Hl ini disebbkn rngkin dy tidk kn menghsilkn kelurn 5
yng bik pbil gelombng tegngn sinkron dn sumber tegngn rngkin dy tidk sefs. DAFTAR PUSTAKA 1. Agrwl Ji P. Power Electronic Systems: Theory nd Design, Person Eduction Pte, Ltd... Bolde Ion, S. A. Nsr, Electric Driving, United Sttes of Americ, 1999. 3. Dvid E. J, Johnny R. J, John L. H, Electric Circuit Anlysis, Prentice-Hll, Second edition. 4. Jcob M. Ph.D, C.C. Hlkis, Ph.D, Elektronik Terpdu, Penerbit Erlngg, 199. 5. Rshid, Muhmmd H., Power Electronics: Circuits, Devices nd Appliction, Prentice-Hll Interntionl Inc, Second Edition, New Jersey, 1993. 6. Mlvino Albert Poul, Prinsip-prinsip Elektronik, Penerbit Erlngg, Jkrt,1984. 7. Presmn I. Abrhm, Switching Power Supply Design, The McGrw-Hill Compny Inc, 1998. 8. Drs. Prsumo R, Elektronik Dy, Politeknik Negeri Semrng, 1997. 9. Mohn.Ned, Tore M.Undelnd, Willim P Robbins, Power Electronics : Converter, Applictions, nd Design, John Wiley nd Sons Inc, Cnd, 1995. 1. Zuhl, Dsr Teng Listrik Dn Elektronik Dy, Grmedi, 1995. 11. B.L. Therj, Electricl Technology, Nirj Construction & Dev. Co. Ltd, 198. 1. Theodore Wildi, Electricl Mchines, Drives nd Power Systems 3 rd,prentige Hll Inc, New Jersey, 1997. 13. P C Sen, Power Electronics, Tt McGrw-Hill, 1987. 14. Richrd AH, Op Amps nd Linier Integrted Circuit, Delmr Publishers Inc, 1988.. Ir. Muslimin Mrpung, Teori Sol Penyelesin Teknik Teng Listrik (TTL), Armico, Bndung, 1979. 16. Rmknt A.G, Op-Amps nd Linier Integrted Circuit 4 th, Prentice-Hll Interntionl Inc,. 17. Sndewn H. Tutut ST, Tugs Akhir: Pembutn Prototipe AVR (Automtic Voltge Regultor) Genertor Sinkron Tig Fs, Universits Diponegoro Semrng, 1. 18. I J Ngrth, DP Kothri, Electric Mchines, Tt Mc Grw- Hill, 1985. Mengethui / Mengeshkn : Dosen Pembimbing Pembimbing I Pembimbing II Ir. Agung Wrsito, DHET NIP. 131 668 485 Mochmmd Fct, ST MT NIP. 131 31 134 Khrl Aji Whyu Hudy LF3498 Mhsisw Jurusn Teknik Elektro, Fkults Teknik Universits Diponegoro Semrng, dengn pilihn konsentrsi Teng listrik. 6