METODE PENGATURAN KECEPATAN MOTOR DENGAN INVERTER SATU FASA TUGAS AKHIR OLEH: HERI BAMBANG SUTRISNO 01.50.0049 PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS KATOLIK SOEGIJAPRANATA SEMARANG 2006
PENGESAHAN Tugas Akhir dengan judul : Metode Pengaturan Kecepatan Motor dengan Inverter Satu Fasa diajukan untuk memenuhi sebagian dari persyaratan dalam memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro pada Program Studi Teknik Elektro di Fakultas Teknologi Industri Universitas Katolik Soegijapranata Semarang. Tugas Akhir ini telah disetujui pada tanggal...juli 2006. Semarang,...2005 Menyetujui Pembimbing I Pembimbing II ( Leonardus Heru P, ST,MT.) ( FX. Hendra Prasetya, ST, MT) Dekan Fakultas Teknologi Industri Unika Soegijapranata Semarang ( Yulianto Tejo, ST, MT ) ii
ABSTRAK Inverter meupakan suatu alat atau rangkaian yang berfungsi sebagai pengubah tegangan dc menjadi tegangan ac. Dengan menggunakan teknik SPWM (Sinusoidal Pulse Width Modulation) inverter dapat pula berfungsi sebagai pengatur kecepatan motor 1 fasa, yaitu dengan cara mengubah frekwensi dan indeks modulasi dari sinyal / gelombang referensi. Semakin rendah frekwensi maka semakin rendah pula kecepatan motor. Di dalam pembuatan Tugas Akhir ini penulis akan mencoba membuat rangkaian inverter dengan menggunakan teknik SPWM sebagai pengatur kecepatan motor 1 fasa. iii
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas Anugrah dan kemurahan-nya sehingga penyusunan Laporan Tugas Akhir dengan judul : Metode Pengaturan Kecepatan Motor dengan Inverter Satu Fasa dapat terselesaikan dengan baik. Laporan Tugas Akhir ini disusun dan diajukan untuk memenuhi sebagian dari persyaratan dalam memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro pada Program Studi Teknik Elektro di Fakultas Teknologi Industri Universitas Katholik Soegijapranata Semarang, disamping supaya mahasiswa lebih memahami prinsipprinsip elektronika yang sudah diperoleh dalam bangku kuliah dan menerapkannya. Dalam pelaksanaan Tugas Akhir sampai tersusunnya laporan ini penulis telah mendapatkan bantuan dan dukungan baik moril maupun materiil dari berbagai pihak. Oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya Kepada : 1. Tuhan Yesus Kristus atas kekuatan dan kemampuan yang diberikan selama mengerjakan Tugas Akhir. 2. Bapak Leonardus Heru P, ST,MT. selaku Dosen Pembibing I yang telah meluangkan waktu untuk membimbing saya dalam pelaksanaan tugas akhir ini 3. Bapak Fx Hendra Prasetya, ST, MT, selaku Dosen Pembibing II. Terima kasih atas masukan dan saran-sarannya pada pelaksanaan tugas akhir selama ini iv
4. Bapak Yulianto Tejo, ST, MT, Selaku Dekan Fakultas Teknologi Industri Universitas Katholik Soegijapranata, Semarang. 5. Seluruh Bapak dan Ibu Dosen Fakultas Teknologi Industri atas ilmu yang diberikan selama di bangku kuliah. 6. Seluruh staff Tata Usaha dan Laboran Fakultas Teknologi Industri Unika. 7. Orangtuaku, adik-adikku dan pacarku yang kukasihi dan kusayangi. 8. Sahabat-sahabat Genk IJO 01 (agus, ming2, dimas, alex, adi, vickey, domo), anak2 ROXiE (engkong, manto, iik, doni).thanks for your support and spirit...!!! 9. Teman-teman LAB khususnya angkatan 00 01 (tatang, timbul, beby, pram, dicky, frida, rina, alfred, kacuk) trim s atas kerjasamanya.. Laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, oleh Karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun. Akhir kata, penulis berharap semoga Laporan Tugas Akhir ini, dapat bermanfaat bagi masyarakat dan rekan-rekan mahasiswa Semarang..2006 Penulis v
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL.. LEMBAR PENGESAHAN... i ii ABSTRAK.. iii KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI. DAFTAR GAMBAR. DAFTAR TABEL. iv vi ix xi BAB I PENDAHULUAN. 1 1.1 Latar Belakang Masalah. 1 1.2 Batasan Masalah. 2 1.3 Tujuan dan Manfaat 2 1.4 Metode Penelitian... 2 1.5 Sistematika Peyusunan... 3 BAB II LANDASAN TEORI. 5 2.1 Inverter... 5 2.1.1 Inverter Satu Fasa Jembatan Penuh. 6 2.2 MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET) 7 2.2.1 Enhancement-Mode MOSFET 7 2.3 Penguat Operasional (Op-Amp). 9 2.3.1 Op-Amp sebagai Komparator. 12 2.3.2 Op-Amp sebagai Pembalik.. 13 vi
2.3.3 Op-Amp sebagai Penguat bukan Pembalik. 14 BAB III IMPLEMENTASI TEKNIK SPWM INVERTER SEBAGAI PENGENDALI KECEPATAN MOTOR 16 3.1 Perancangan Daya Inverter Gelombang Penuh.. 16 3.2 Peancangan Kontrol Inverter Gelombang Penuh 19 3.2.1 XR-2206 sebagai Pembangkit Gelombang Segitiga 21 3.2.2 Penguat Inverting 23 3.2.3 Pembangkit Gelombang Sinusoidal 24 3.2.4 SPWM (Sinusoidal Pulse Width Modulation) 25 3.2.5 Rangkaian Pembalik (inverting).. 27 3.2.6 Rangkaian Driver. 28 3.3 Motor Kapasitor.. 29 BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA... 33 4.1 Pengujian Rangkaian Kontrol Inverter Jembatan Penuh. 33 4.1.1 Pengukuran Pembangkit Gelombang Segitiga 34 4.1.2 Pengukuran Pembangkit Gelombang Sinus. 36 4.1.3 Pengukuran Gelombang Keluaran Rangkaian Kontrol 39 4.2 Pengujian Rangkaian Daya Inverter Gelombang Penuh. 42 4.2.1 Pengujian Efisiensi Daya Beban.. 42 4.2.2 Pengujian Efisiensi Kerja Inverter... 44 4.2.3 Pengujian Arus pada Pembebanan Motor 47 vii
BAB V PENUTUP.. 51 5.1 Kesimpulan. 51 5.2 Saran 52 DAFTAR PUSTAKA. 53 LAMPIRAN 54 viii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Rangkaian Inverter Satu Fasa Jembatan Penuh 6 Gambar 2.2 Bentuk Gelombang Tegangan Keluaran Inverter Segi Empat Jembatan Penuh. 7 Gambar 2.3 Enhancement-mode MOSFEF 8 Gambar 2.4 Grafik EMOS... 9 Gambar 2.5 Simbol skematis EMOS... 9 Gambar 2.6 Terminal Op-amp... 10 Gambar 2.7 Rangkaian dasar komparator... 12 Gambar 2.8 Rangkaian penguat pembalik... 14 Gambar 2.9 Penguat bukan pembalik... 14 Gambar 3.1 Rangkaian daya Inverter Gelombang penuh. 17 Gambar 3.2 Loop arus inverter pada siklus positif... 17 Gambar 3.3 Loop arus inverter pada siklus negative... 18 Gambar 3.4 Gelombang Keluaran Dasar Inverter gelombang penuh... 19 Gambar 3.5 Sinyal kontrol pemicu gate mosfet 20 Gambar 3.6 Diagram blok rangkaian kontrol inverter. 21 Gambar 3.7 Rangkaian XR-2206 sebagai pembangkit gelombang segitiga 22 Gambar 3.8 Gelombang segitiga dari XR-2206 22 Gambar 3.9 Rangkaian Penguat gelombang segitiga 23 Gambar 3.10 Rangkaian pembangkit gelombang sinus... 25 ix
Gambar 3.11 Rangkaian pembangkit SPWM. 26 Gambar 3.12 Gelombang SPWM 27 Gambar 3.13 Rangkaian Inverting Schmitt Trigger... 28 Gambar 3.14 Rangkaian Driver... 29 Gambar 3.15 Rangkaian motor start kapasitor... 30 Gambar 3.16 Diagram fasor saat motor dihidupkan... 30 Gambar 3.17 Rangkaian motor kapasitor terpisah tetap... 31 Gambar 3.18 Rangkaian motor kapasitor ganda... 32 Gambar 4.1 Gelombang segitiga keluaran XR-2206. 35 Gambar 4.2 Gelombang Sinusoidal keluaran XR-2206 38 Gambar 4.3 Komparasi gelombang sinus dan segitiga.. 40 Gambar 4.4 Pulsa kontrol SPWM inverter 41 Gambar 4.5 Rangkaian pengujian motor AC 42 Gambar 4.6 Grafik karakteristik kecepatan motor 46 Gambar 4.7 Vd pada pembebanan motor shaded pole.. 47 Gambar 4.8 Gelombang arus dan Vref.. 49 Gambar 4.9 Karakteristik arus motor AC terhadap frekuensi.. 49 x
DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Perbandingan karakteristik motor dengan sistem DOL. 43 Table 4.2 Perbandingan kecepatan terhadap frekuensi masukan 45 xi