Kendali Motor Induksi Tiga Fasa Tipe Volt/Hertz Dengan Modulasi Vektor Ruang Berbasis Mikrokontrol Atmega32 LAPORAN TUGAS AKHIR Oleh : NICOLAUS ADI NUGROHO 07.50.0002 PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS KATOLIK SOEGIJAPRANATA SEMARANG 2011
PENGESAHAN Laporan Tugas Akhir dengan judul Kendali Motor Induksi Tiga Fasa tipe Volt/Hertz dengan Modulasi Vektor Ruang berbasis Mikrokontrol Atmega32 diajukan untuk memenuhi salah satu syarat dalam memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro pada Program Studi Teknik Elektro di Fakultas Teknologi Industri Universitas Katolik Soegijapranata Semarang. Laporan Tugas Akhir ini disetujui pada tanggal...juli 2011. Menyetujui, Pembimbing Semarang,... Juli 2011 Leonardus Heru P., ST. MT. NPP. 058.1.2000.234 Mengetahui, Dekan Fakultas Teknologi Industri Dr. Ir. Florentinus Budi Setiawan, MT. NPP.058.1.1994.150 ii
ABSTRAK Seiring berkembangnya perindustrian di Indonesia, penggunaan motor induksi semakin banyak digunakan. Walaupun motor induksi lebih sulit dikendalikan, namun karena harga yang terjangkau, perawatan yang mudah, serta efisiensi yang tinggi menjadikan motor ini tetap menjadi pilihan banyak pihak. Kecepatan motor induksi dapat diatur dengan mengubah tegangan dan frekuensi menggunakan inverter. Untuk mencapai kinerja motor induksi yang maksimal, digunakan metode Modulasi Vektor Ruang sebagai kontrol inverter. Pada Tugas Akhir ini mengimplementasikan sistem kendali motor induksi tiga fasa dengan modulasi vektor ruang menggunakan mikrokontrol atmega32. Seluruh perhitungan waktu pensaklaran dilakukan dengan komputer, dan diprogram pada mikrokontrol atmega32 sebagai kontrol inverter yang menyimpan semua data matematis hasil perhitungan komputer. Dengan metode ini, diharapkan kinerja motor induksi tiga fasa menjadi lebih maksimal dan rendahnya distorsi yang dihasilkan sehingga menjadi lebih efisien serta dengan menggunakan atmega32membuat sistem menjadi ekonomis. Kata kunci : Vektor Kontrol, Space Vector Modulation, Motor Induksi tiga Fasa iii
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa karena dengan segala rahmat dan karunia-nya sehinga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir beserta Laporan Tugas Akhir yang berjudul Kendali Motor Induksi Tiga Fasa Tipe Volt/Hertz Dengan Modulasi Vektor Ruang Berbasis Mikrokontrol Atmega32 yang menjadi tugas studi penulis sebagai mahasiswa Program Sarjana Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri Universitas Katolik Soegijapranta. Pembuatan Tugas Akhir dan penyusunan laporan Tugas Akhir ini tidak lepas dari bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak. Oleh sebab itu penulis ingin menyampaikan ucapan terimakasih kepada : 1. Tuhan Yesus Kristus yang senantiasa memberi terang dan solusi dari segala permasalahan lewat orang orang di sekitar penulis. 2. Bapak dan Ibu, yang selalu memberi dukungan dan teladan perjuangannya yang menjadi panutan bagi penulis untuk semangat menyelesaikan studi. 3. Bapak Dr. Ir. Florentinus Budi Setiawan, MT. Selaku Dekan Fakultas Teknologi Industri Universitas Katolik Soegijapranta Semarang yang telah memberikan banyak peluang untuk belajar lebih dalam di Fakultas Teknologi Industri lewat kegiatan kegiatan diluar perkuliahan. 4. Bapak Leonardus Heru Pratomo, MT. Selaku dosen pembimbing Tugas Akhir yang telah membimbing penulis dari awal hingga tersusunnya laporan ini, dan juga sebagai Pembantu Dekan III yang telah membimbing penulis iv
sehingga penulis dapat belajar lebih banyak dengan mengikuti kegiatan kemahasiswaan, lomba, serta proyek proyek diluar perkuliahan. 5. Bapak Dr. Ir. Slamet Riyadi, MT. Selaku dosen wali penulis yang memberikan saran dan masukan serta bimbingan selama penulis menempuh studi di Fakultas Teknologi Industri Universitas Katolik Soegijapranata. 6. Mas Agung dan Mas Ahmad yang telah memberikan banyak waktu untuk berdiskusi dan membantu penulis menyelesaikan Tugas Akhir ini. 7. Tabita Puspita dan keluarga yang telah memberikan doa dan dukungan. 8. Teman teman angkatan 2007, teman teman Lab, dan teman teman mudika Bongsari yang senantiasa menemani penulis dalam susah dan senang. 9. Semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan Tugas Akhir ini, yang pada kesempatan ini tidak dapat saya sebutkan satu persatu. Penulis menyadari bahwa laporan ini tidak lepas dari kekurangan, maka penulis sangat mengharapkan saran dan kritik dari berbagai pihak untuk perbaikan dimasa yang akan datang. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan permohonan maaf apabila terdapat hal hal yang kurang berkenan dalam penulisan laporan ini. Akhir kata besar harapan penulis bahwa laporan ini dapat memberikan sumbangan yang berarti bagi kemajuan ilmu dan teknologi di lingkungan kampus Fakultas Teknologi Industri Jurusan Teknik Elektro Universitas Katolik Soegijapranata. Semarang, 2011 v
DAFTAR ISI PENGESAHAN... ii ABSTRAK... iii KATA PENGANTAR... iv DAFTAR ISI... vi DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR TABEL... xii BAB I... 1 PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Perumusan Masalah... 3 1.3 Pembatasan Masalah... 4 1.4 Tujuan dan Manfaat... 4 1.5 Metodologi Penelitian... 4 1.6 Sistematika Penulisan... 5 BAB II... 7 LANDASAN TEORI... 7 2.1 Pendahuluan... 7 2.2 Tinjauan Mengenai Modulasi Vektor Ruang... 9 2.3 Pengendalian Motor Induksi... 14 2.4 Inverter (Konverter DC to AC)... 18 2.5 Algoritma Modulasi Vektor Ruang... 24 vi
2.6 Operasi Modulasi Vektor Ruang... 27 2.7 Mikrokontroler Atmega32... 30 2.8 Analog To Digital Converter... 39 2.9 MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET)... 44 2.10 Opto Coupler TLP 250... 46 2.11 USB AVR Downloader... 47 2.12 LCD 48x84... 48 2.13 CodeVision AVR (CVAVR)... 51 BAB III... 56 PERANCANGAN KENDALI MOTOR INDUKSI TIGA FASA TIPE VOLT/HERTZ DENGAN MODULASI VEKTOR RUANG BERBASIS ATMEGA32... 56 3.1 Pendahuluan... 56 3.2 Perancangan Alat... 58 3.3 Pengolahan Sinyal ADC... 59 3.4 Pemrograman Modulasi Vektor Ruang... 63 3.5 Death Time... 69 3.6 Perancangan rangkaian daya inverter 3 fasa 3 lengan... 71 3.7 Rangkaian driver... 73 BAB IV... 75 HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA... 75 4.1 Hasil Pengujian... 75 4.2 Memutar Balik Motor Induksi Tiga Fasa... 86 vii
BAB V... 89 PENUTUP... 89 5.1 Kesimpulan... 89 5.2 Saran... 90 DAFTAR PUSTAKA... 91 viii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Perbandingan lokus dalam hal pemanfaatan tegangan DC antara SVM dan SPWM... 9 Gambar 2.2 Topologi Inverter Tiga Fasa... 10 Gambar 2.3 Topologi pensklaran pada inverter tiga fasa... 11 Gambar 2.4 Topologi switching dalam bentuk segi enam dan interpretasi tegangan referensi ke bentuk d-q... 12 Gambar 2.5 Grafik dari 4 sinyal modulasi tegangan dimana tegangan referensi di geser dari satu sektor ke sektor yang lain... 13 Gambar 2.6 Rangkaian ekivalen satu fase motor induksi tiga fase... 15 Gambar 2.7. Daerah pengaturan motor induksi... 18 Gambar 2.8. Konfigurasi inverter 3 fasa 3 lengan... 19 Gambar 2.9. Konfigurasi saklar daya inverter 3 fasa 3 lengan... 19 Gambar 2.10 Variasi algoritma penskalaran pada sektor 1... 24 Gambar 2.11 Sinyal keluaran pada alogritma Symmetrical Sequence di sektor 1 26 Gambar 2.12 Bentuk keluaran pada setiap sektor dengan symmetrical sequence... 27 Gambar 2.13 Vektor tegangan referensi... 28 Gambar 2.14 Memori Data AVR Atmega32... 33 Gambar 2.15 Memori Program AVR Atmega32... 34 Gambar 2.16 Status Register Atmega32... 34 Gambar 2.17 Konfigurasi Kaki pada Mikrokontroler Atmega32... 36 Gambar 2.18 Register ADMUX... 39 ix
Gambar 2.19 Register ADCSRA... 41 Gambar 2.21 Register SFIOR... 43 Gambar 2.22 MOSFET tipe deplesi (a) kanal n (b) kanal p... 45 Gambar 2.23. MOSFET tipe enhancement (a) kanal N (b) kanal p... 46 Gambar 2. 24. Kontruksi Opto Coupler TLP 250... 47 Gambar 2.26 USBasp yang telah selesai dibuat... 48 Gambar 2.127 Pin pin pada LCD Nokia 3310... 49 Gambar 2.28 Skema pemasangan LCD dengan mikrokontroler... 50 Gambar 2.29 Software CodeVisionAVR... 52 Gambar 2.30 Wizard pada CVAVR... 54 Gambar 3.1 Skema rancangan alat... 58 Gambar 3.2 Tegangan keluaran pada potensiometer... 60 Gambar 3.3 Seting pada register register ADC... 61 Gambar 3.4 Program pembacaan dan pengiriman nilai adc sebagai frekuensi... 61 Gambar 3. 5 Flowchart program pada atmega16... 62 Gambar 3.6 Susunan data Pensaklaran... 65 Gambar 3.7 Pemanggilan Pensaklaran di sektor 1 pada sampling a... 66 Gambar 3.8 Program pada frekuensi 50Hz... 67 Gambar 3.8 Flowchart pada mikrokontrol atmega32... 68 Gambar 3.9 Skema rangkaian death time... 69 Gambar 3.10 Skema pada simulasi dengan Proteus... 70 Gambar 3.11 Perbandingan sinyal sebelum dan setelah masuk rangkaian... 71 Gambar 3.12. Konfigurasi saklar daya inverter 3 fasa 3 lengan... 72 x
Gambar 3.13. Rangkaian driver dengan deadtime... 74 Gambar 4.1 Grafik Indeks Modulasi dan Frekuensi... 80 Gambar 4.2 Grafik Indeks Modulasi terhadap Kecepatan... 83 Gambar 4.3 Hasil pengujian tegangan antar fasa keluaran inverter... 84 Gambar 4.4 Tegangan Fasa Netral dan Arus... 85 Gambar 4.5 Arus pada ketiga fasa... 86 Gambar 4.6 Perubahan program untuk memutar balik putaran motor... 87 Gambar 4.7 Pola Pensaklaran putar kiri... 88 Gambar 4.8 Pola pensaklaran putar kanan... 88 xi
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Perbandingan SPWM dan SVM... 8 Tabel 2.2 Kondisi pensaklaran inverter 3 fasa dan tegangan fasa netral [9]... 13 Tabel 2.3 Pemilihan Mode Tegangan Referensi ADC... 40 Tabel 2.4 Pilihan Saluran Masukan ADC... 40 Tabel 2.5 Pilihan Nilai Prescaler... 42 Tabel 2.6 Pilihan Sumber Trigger... 43 Tabel 2.7 Deskripsi Pin pin pada LCD Nokia 3310... 49 Tabel 4.1 Spesifikasi Motor Induksi 3 Fasa... 77 Tabel 4.2 Perbandingan Frekuensi dan Indeks Modulasi... 78 Tabel 4.3 Indeks Modulasi terhadap Kecepatan... 81 xii