MOTOR SINKRON 3 FASA SEDERHANA DENGAN 2 KUTUB ROTOR BERBASIS DIGITAL TUGAS AKHIR Oleh : YOSAFAT ADITYAS NUGROHO 09.50.0005 PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS KATOLIK SOEGIJAPRANATA SEMARANG 2014 i
PENGESAHAN Laporan Tugas Akhir dengan judul MOTOR SINKRON 3 FASA SEDERHANA DENGAN 2 KUTUB ROTOR BERBASIS DIGITAL diajukan untuk memenuhi sebagian dari persyaratan dalam memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro pada Program Studi Teknik Elektro di Fakultas Teknik Universitas Katolik Soegijapranata Semarang. Laporan Tugas Akhir ini disetujui pada tanggal Juli 2014. Semarang, Juli 2014 Menyetujui, Dekan Program Studi Teknik Elektro Dosen Pembimbing Dr. Fl. Budi Setiawan,MT Dr. Ir. Ign. Slamet Riyadi, MT 058.1.1994.150 058.1.1992.110 ii
ABSTRAK Motor Sinkron adalah mesin sinkron yang digunakan untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Mesin sinkron mempunyai kumparan jangkar pada stator dan kumparan medan pada rotor. Pada motor sinkron, ketika motor masih bekerja maka rotor motor sinkron akan selalu terikat atau terkopel secara magnetis dengan medan putar dan dipaksa untuk turut berputar dengan kecepatan sinkronnya. Dengan demikian, penambahan beban tidak berpengaruh terhadap putaran motor. Namun jika penambahan beban melebihi batas kekuatan kopel rotor dan medan putar stator maka rotor motor akan berhenti bekerja. Pada makalah ini akan dikaji motor sinkron 3 fasa sederhana dengan 2 rotor. Dimana stator terbuat dari sebuah kumpulan lempengan besi yang dililit dengan kawat tembaga dan rotor dari magnet neyodium. Perputaran motor ini dengan memanfaatkan medan elektromagnetik serta program PWM yang tergeser 120 0. Kata kunci : Motor sinkron,pwm, PIC 18F 4550 iii
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena dengan segala rahmat dan anugerahnya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir beserta laporan Tugas Akhir yang berjudul MOTOR SINKRON 3 FASA SEDERHANA DENGAN 2 KUTUB ROTOR BERBASIS DIGITAL yang menjadi tugas studi penulis sebagai mahasiswa Program Sarjana Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Katolik Soegijapranata. Pembuatan Tugas Akhir dan penyusunan laporan Tugas Akhir ini tak lepas dari bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis ingin menyampaikan ucapan terimakasih kepada : 1. Bapak Dr. Florentinus Budi Setiawan, MT. selaku Dekan Program Studi Teknik Elektro Universitas Katolik Soegijapranata Semarang, yang telah memfasilitasi laboratoruim dan perlengkapannya. 2. Bapak Dr.Ir. Slamet Riyadi, MT. selaku dosen pembimbing Tugas Akhir, yang telah membimbing saya dalam penyelesaian Tugas Akhir ini dan yang juga memberikan saran, kritik, dan semangat pada saya. 3. Bapak Vincent, yang telah memberikan banyak bantuan, dukungan, dalam penyelesaian Tugas Akhir ini. 4. Seluruh Dosen dan Karyawan Fakultas Teknik Program Studi Teknik Elektro Universitas Katolik Soegijapranata Semarang, yang telah banyak membantu memberikan fasilitas sehingga pengerjaan Tugas Akhir ini dapat berjalan lancar. iv
5. Keluarga yang telah memberikan dukungan baik moril maupun materiil. 6. Teman temanku elektro : Catur, Lukas, Deli, Agung, Adi, Yuni, Mocos, Ram, Silvanus, Adit dan seluruh rekan yang lain, terimakasih untuk doa dan dukungannya. 7. Pihak-pihak lain yang telah banyak membantu dalam penulisan laporan Tugas Akhir ini, yang pada kesempatan ini tidak dapat disebutkan satu persatu. Penulis menyadari bahwa laporan ini masih banyak kekurangan, maka penulis sangat mengharapkan saran maupun 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. Akhirnya besar harapan penulis bahwa laporan ini dapat memberikan sumbangan yang berarti bagi kemajuan ilmu dan teknologi di lingkungan kampus Fakultas Teknik Program Studi Teknik Elektro Universitas Katolik Soegijapranata Semarang. Semarang, Juli 2014 Penulis v
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PENGESAHAN... ii ABSTRAK... iii KATA PENGANTAR... iv DAFTAR ISI... vi DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR TABEL... xi BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Perumusan Masalah... 2 1.3 Pembatasan Masalah... 2 1.4 Tujuan dan Manfaat... 3 1.5 Metodologi Penelitian... 3 1.6 Sistematika Penulisan... 4 BAB II LANDASAN TEORI... 6 2.1 Pendahuluan... 6 2.2 Motor Sinkron... 7 2.2.1 Konstruksi Motor Sinkron... 8 2.2.2 Karakteristik Motor Sinkron... 9 2.2.3 Perinsip Kerja Motor Sinkron... 11 2.3 Model dan Dinamika Mesin Sinkron... 12 vi
2.4 Elektromagnet... 14 2.4.1 Fluks Magnetik... 15 2.4.2 Tegangan GGL Induksi... 16 2.4.3 Arus Induksi... 17 2.5 Mosfet Irf P460... 17 2.6 Rangkaian Buffer... 21 2.7 Mikrokontroler PIC 18F4550... 22 BAB III PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI MOTOR SINKRON 3 FASA DENGAN 2 KUTUB ROTOR... 25 3.1 Pendahuluan... 25 3.1.1 Rotor... 26 3.1.2 Stator... 26 3.2 Rangkaian Kontrol... 28 3.3 Rangkaian Catu Daya... 31 3.4 Perancangan Blok Driver... 32 3.5 Perancangan Blok Sistem Kontrol Digital... 33 3.6 Pemrograman Pada Mikro PIC 18F4550... 34 3.6.1 Pembacaan Data PWM 3 Fasa... 34 3.6.2 Delay Program... 35 3.6.3 Keluaran Program Berupa Sinyal ON-OFF... 36 vii
BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA... 37 4.1 Pendahuluan... 37 4.2 Putaran Motor Sinkron 3 fasa dengan 2 kutub rotor... 37 4.3 Analisa Alat... 39 4.4 Pengujian Tegangan Dan Arus... 41 4.5 Pengujian Dengan Menggunakan Osiloskop... 42 4.6 Pengukuran Kecepatan Motor... 43 4.7 Realisasi Motor Sinkron 3 Fasa Dengan 2 Kutub Rotor... 44 4.8 Pembahasan... 46 BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan... 48 5.2 Saran... 48 DAFTAR PUSTAKA... 50 viii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Motor Sinkron... 7 Gambar 2.2 Rotor motor sinkron... 8 Gambar 2.3 Stator motor sinkron... 9 Gambar 2.4 Karakteristik motor sinkron... 10 Gambar 2.5 Terjadinya torsi pada motor sinkron (a) tanpa beban (b) kondisi Berbeban... 11 Gambar 2.6 Rangkaian Ekuivalen Motor Sinkron... 13 Gambar 2.7 Induktor yang digunakan sebagai Elektromagnet... 14 Gambar 2.8 Flux pada penampang elektromagnet...15 Gambar 2.9 GGL induksi... 16 Gambar 2.10 (a) Konfigurasi Mosfet Irf P460,(b) Realisasi mosfet Irf P460... 18 Gambar 2.11 Mosfet tipe deplesi kanal n... 19 Gambar 2.12 Mosfet tipe deplesi kanal p... 20 Gambar 2.13 Mosfet tipe enchancement kanal n... 20 Gambar 2.14 Mosfet tipe enhancement kanal p... 21 Gambar 2.15 (a) Konfigurasi IC Buffer DM74LS14 (b) Realisasi IC Buffer DM74LS14... 22 Gambar 2.16 (a) Konfigurasi Mikrokontroler PIC 18F4550 (b)realisasi Mikrokontroler PIC 18F4550... 23 Gambar 3.1 konstruksi motor sinkron... 25 ix
Gambar 3.2 konstruksi rotor motor sinkron... 26 Gambar 3.3 Elektromagnet yang digunakan pada stator... 27 Gambar 3.4 (a) Stator motor sinkron, (b) hubung bintang... 28 Gambar 3.5 (a) Rangkaian blok sistem, (b) Realisasi motor sinkron... 28 Gambar 3.6 Timing Diagram sinyal yang tergeser 120 0... 29 Gambar 3.7 Magnetisasi motor sinkron... 30 Gambar 3.8 Resultan motor sinkron... 30 Gambar 3.9 (a) Catu daya 5 Volt, (b) Catu daya 4 Volt... 32 Gambar 3.10 Rangkaian Blok Driver... 32 Gambar 3.11 Flow Chart Sistem Kontrol... 33 Gambar 3.12 Timing Diagram tergeser 120 0... 34 Gambar 3.13 Sinyal pwm kotak... 36 Gambar 4.1 Motor pada kondisi 101... 38 Gambar 4.2 Motor pada kondisi 110... 38 Gambar 4.3 Motor pada kondisi 011... 39 Gambar 4.4 Hasil Pengujian Dengan Catu Daya... 41 Gambar 4.5 Pengujian Dengan Osiloskop... 42 Gambar 4.6 Hasil Pengujian Dengan Osiloskop... 42 Gambar 4.7 Pengukuran kecepatan motor dengan menggunakan tachometer 43 Gambar 4.8 Realisasi Kontrol Motor sinkron... 44 Gambar 4.9 Motor sinkron tampak atas... 45 Gambar 4.10 Urutan putaran Motor sinkron... 45 x
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Fitur dan spesifikasi penting pada PIC 18F4550... 23 Tabel 3.1 Parameter elektromagnet... 27 Tabel 3.2 Data timing diagram... 36 xi