RANCANG BANGUN SOFT STARTER MOTOR DC SHUNT 0.1 kw/ 220 V BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA 16 DESIGN AND IMPLEMENTATION OF SOFT STARTER DC SHUNT MOTOR 0.1 kw/ 220 V BASED MICROCONTROLLER ATMEGA 16 PROYEK AKHIR Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan pendidikan Diploma III Program Studi Teknik Listrik Jurusan Teknik Elektro Oleh: COSMAS MARIONES GALLA 091321007 POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2012
KATA PENGANTAR Puji Syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, yang telah melimpahkan nikmat, rahmat dan hidayah-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Laporan Proyek Akhir ini dengan judul : Rancang Bangun Soft Starter Motor DC Shunt 0.1 kw/ 220 V Berbasis Mikrokontroler ATMega 16. Terima kasih pula kepada kedua orang tuaku tercinta, ayahanda Musa Tandikapang dan ibunda Yustina Galla, yang selalu memberi dukungan, nasehat serta kasih sayang tanpa batas, kakak serta adikku tersayang, Angela Noviyanti Galla dan Imanuel Anderson Galla, yang selalu mendukung serta memberi motivasi kepada penulis. Laporan Akhir ini ditulis sebagai salah satu syarat menyelesaikan Pendidikan Diploma III Program Studi Teknik Listrik. Penulis menyadari sepenuhnya bahwa tanpa adanya bantuan berupa materi, semangat, motivasi, saran, bimbingan dan doa dari berbagai pihak, baik secara langsung maupun tidak langsung, maka laporan ini tidak dapat diselesaikan sesuai dengan harapan penulis. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang tulus dan ikhlas kepada: 1) Bapak Ir. Hari Purnama, M.Eng. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Bandung. 2) Bapak Sunarto, ST. M.Eng. selaku Ketua Program Studi Teknik Listrik Politeknik Negeri Bandung. 3) Bapak Drs. Baisrum, SST., M.Eng., selaku dosen pembimbing utama yang telah senantiasa membimbing, memberi ilmu, arahan, dan wejangan kepada Penulis. 4) Bapak Asikin S. Y., ST., selaku dosen pembimbing pendamping yang telah memberikan judul serta arahan kepada penulis. 5) Bapak-bapak dosen panitia Proyek Akhir 2012.
Terima kasih pula penulis haturkan kepada para dosen penguji, dosen serta staf pengajar, para teknisi, rekan-rekan di Listrik 3A secara khusus dan mahasiswa teknik Listrik angkatan 2009, serta seluruh pihak yang telah membantu dalam pengerjaan Proyek Akhir ini dan tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, terima kasih atsa jasa-jasanya. Semoga Allah selalu melimpahkan rahmat, hidayah dan karunia-nya atas segala bantuan yang diberikan kepada penulis. Akhir kata, penulis memanjatkan syukur yang sebesar-besarnya atas selesainya Laporan Proyek Akhir ini dan berharap semoga Laporan Proyek Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi diri penulis khususnya, maupun bagi semua orang yang mengerti akan sebuah hasil karya. Bandung, Juli 2012 Penulis
DAFTAR RIWAYAT HIDUP Nama : Cosmas Mariones Galla Tempat, tanggal lahir : Kendari, 21-10-1990 Agama : Katholik Alamat : Jl. Mekar Soraya II No. 5, Kadia, Kendari, 93117 Email : mariones_galla@yahoo.com No. Telp. : 085241630820 PENDIDIKAN FORMAL SD Katolik Pelangi, Kendari (1996-2002) SMP Frater, Kendari (2002-2005) SMA Katolik Cendrawasih, Makassar (2005-2007) SMA Negeri 1, Kendari (2007-2009) Politeknik Negeri Bandung, Teknik Listrik (2009-2012) HOBI Membaca, traveling, bermain bola PENGALAMAN BERORGANISASI 2006-2007 Ketua Divisi Olahraga Organisasi Intra Sekolah (OSIS) 2008-2009 Wakil Ketua Gabungan Siswa Katolik (GASIKA) SMA Negeri 1 Kendari 2009-2010 Ketua Divisi Humas Keluarga Mahasiswa Katolik (KMK) MOTTO HIDUP AGE QOUD AGIS (Lakukanlah apa yang sedang kamu lakukan)
KATA MUTIARA Hidup memerlukan pengorbanan. pengorbanan memerlukan perjuangan. Perjuangan memerlukan ketabahan. ketabahan memerlukan keyakinan. keyakinan pula menentukan kejayaan. kejayaan pula akan menentukan kebahagiaan Jangan biarkan harimu berlalu tanpa sesuatu yang berarti AGE QOUD AGIS (Lakukanlah apa yang sedang kamu lakukan) Dalam hal kehidupan melihatlah ke bawah, namun dalam hal pendidikan melihatlah ke atas Orang-orang yang berhenti belajar akan menjadi pemilik masa lalu. Orang-orang yang masih terus belajar, akan menjadi pemilik masa depan (Mario Teguh)
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PENGESAHAN... ii KATA PENGANTAR... iii DAFTAR RIWAYAT HIDUP... v KATA MUTIARA... vi ABSTRAK... vii ABSTRACT... viii DAFTAR ISI... ix DAFTAR GAMBAR... xiii DAFTAR TABEL... xvi DAFTAR LAMPIRAN... xvii BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang Masalah... 1 1.2 Tujuan... 2 1.3 Rumusan Masalah... 2 1.4 Batasan Masalah... 2 1.5 Metodologi... 2 1.6 Sistematika Penulisan... 4 BAB II LANDASAN TEORI... 5 2.1 Motor DC Shunt... 5 2.1.1 Pendahuluan... 5 2.1.2 Rangkaian dan persamaan... 6 2.1.3 Karakteristik... 7 2.1.3.1 Karakteristik putaran... 7 2.1.3.2 Karakteristik torsi... 8 2.1.3.3 Karakteristik mekanis... 8 2.1.4 Pengasutan... 9 2.1.4.1 Pengasutan Direct On Line (DOL)... 9
2.1.4.2 Pengasutan soft starter... 10 2.2 Power Supply... 11 2.2.1 Transformator... 11 2.2.2 Dioda bridge... 13 2.2.3 Kapasitor... 15 2.3 Komponen Switching (MOSFET)... 16 2.4 Rangkaian Kontrol... 18 2.4.1 Sismin (sistem minimum) mikrokontroler ATMega 16... 19 2.4.1.1 Pulse Width Modulation (PWM)... 19 2.4.1.2 AVR ATMega 16... 19 2.4.1.3 Konfigurasi pin AVR ATMega16... 20 2.4.1.4 Arsitektur ATMega 16... 22 2.4.1.5 Serial pada ATMega16... 23 2.4.1.6 Sistem minimum ATMega 16... 24 2.4.2 Optocoupler... 25 BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI ALAT... 27 3.1 Perancangan... 27 3.2 Tujuan Perancangan... 27 3.3 Langkah Perancangan... 28 3.4 Perancangan Power Supply... 30 3.4.1 MCB 1 fasa... 30 3.4.2 Transformator... 30 3.4.3 Dioda bridge... 31 3.4.4 Kapasitor... 32 3.5 Perancangan Komponen Switching (MOSFET)... 32 3.6 Perancangan Rangkaian Kontrol... 34 3.6.1 Perancangan rangkaian optocoupler TLP 250... 34 3.6.1.1 Rangkaian catu daya... 34 3.6.1.2 Rangkaian optocoupler TLP 250... 36 3.6.1.3 Pembuatan Printed Circuit Board (PCB)... 37 3.6.2 Perancangan perangkat lunak pada mikrokontroler ATMega 16... 38
3.7 Perancangan Rangkaian Sistem... 40 3.8 Langkah Kerja Pengoperasian Alat... 46 BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA... 47 4.1 Tujuan Pengujian... 47 4.2 Langkah Pengujian... 47 4.3 Pengujian Power Supply... 48 4.3.1 Tujuan pengujian... 48 4.3.2 Prosedur pengujian... 48 4.3.3 Data hasil pengujian... 48 4.3.4 Analisa... 49 4.4 Pengujian Rangkaian Kontrol... 49 4.4.1 Pengujian program pada mikrokontroler ATMega 16... 49 4.4.1.1 Tujuan pengujian... 49 4.4.1.2 Prosedur pengujian... 50 4.4.1.3 Data hasil pengujian... 50 4.4.1.4 Analisa... 51 4.4.2 Pengujian optocoupler... 52 4.4.2.1 Tujuan pengujian... 52 4.4.2.2 Prosedur pengujian... 52 4.4.2.3 Data hasil pengujian... 53 4.4.2.4 Analisa... 53 4.5 Pengujian Rangkaian Sistem... 54 4.5.1 Pengujian arus start secara Direct On Line (DOL) pada motor DC Shunt 0,1 kw... 54 4.5.1.1 Tujuan pengujian... 54 4.5.1.2 Prosedur pengujian... 54 4.5.1.3 Data hasil pengujian... 55 4.5.1.4 Analisa... 55 4.5.2 Pengujian metode soft starter dengan tanpa beban... 55 4.5.2.1 Tujuan pengujian... 55 4.5.2.2 Prosedur pengujian... 56
4.5.2.3 Data hasil pengujian... 56 4.5.2.4 Analisa... 57 4.5.3 Pengujian metode soft starter dengan beban lampu pijar 100 Watt... 58 4.5.3.1 Tujuan pengujian... 58 4.5.3.2 Prosedur pengujian... 58 4.5.3.3 Data hasil pengujian... 58 4.5.3.4 Analisa... 59 4.5.4 Pengujian metode soft starter dengan beban motor DC Shunt 0,1 kw... 60 4.5.4.1 Tujuan pengujian... 60 4.5.4.2 Prosedur pengujian... 60 4.5.4.3 Data hasil pengujian... 61 4.5.4.4 Analisa... 62 BAB IV PENUTUP... 65 5.1 Kesimpulan... 65 5.2 Saran... 65 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Motor DC Shunt... 6 Gambar 2.2 Karakteristik Putaran : n = f (Ia)... 7 Gambar 2.3 Karakteristik Torsi : T= f (Ia)... 8 Gambar 2.4 Karakteristik Mekanis : n= f (T)... 9 Gambar 2.5 Grafik Torsi Fungsi Kecepatan Pada Sistem Pengasutan DOL... 10 Gambar 2.6 Grafik Arus Fungsi Kecepatan Pada Sistem Pengasutan DOL... 10 Gambar 2.7 Grafik Arus Fungsi Kecepatan Pada Sistem Pengasutan Soft Starter... 11 Gambar 2.8 Rangkaian Transformator (trafo)... 12 Gambar 2.9 Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh Tidak Terkendali... 14 Gambar 2.10 Struktur Kapasitor... 15 Gambar 2.11 Simbol MOSFET... 16 Gambar 2.12 Konstruksi MOSFET... 16 Gambar 2.13 Karakteristik MOSFET... 18 Gambar 2.14 Contoh PWM Dengan Duty Cycle 50%... 19 Gambar 2.15 Konfigurasi Pin ATMega 16... 21 Gambar 2.16 Diagram Blok ATMega 16... 23 Gambar 2.17 Rangkaian Kristal... 25 Gambar 2.18 Konfigurasi Pin Optocoupler... 26 Gambar 3.1 Blok Diagram Perancangan Proyek Akhir... 28 Gambar 3.2 Diagram Alir Perancangan... 29 Gambar 3.3 Rangkaian Catu Daya Sistem... 30 Gambar 3.4 Penyulutan Tegangan Melalui Pengaturan Duty Cycle... 34 Gambar 3.5 Rangkaian Catu Daya +12 Volt... 35 Gambar 3.6 Gelombang Output DC + 12 Volt... 36 Gambar 3.7 Rangkaian Pengujian Optocoupler TLP 250... 37 Gambar 3.8 Realisasi Rangkaian Opctocoupler TLP 250... 37 Gambar 3.9 Sistem Minimum ATMega 16... 38 Gambar 3.10 Diagram Alir Perangkat Lunak... 38 Gambar 3.11 Voltmeter... 41
Gambar 3.12 Amperemeter... 41 Gambar 3.13 MCB 1 Fasa... 42 Gambar 3.14 Lampu Indikator... 42 Gambar 3.15 Push Button ON/OFF... 42 Gambar 3.16 Profil C... 43 Gambar 3.17 Wiring Channel... 43 Gambar 3.18 Receptacle... 43 Gambar 3.19 Toggle Switch... 44 Gambar 3.20 Rangkaian Sistem Pengasutan Motor DC Shunt 0.1 kw/ 220 Volt Berbasis Mikrokontroler ATMega 16... 45 Gambar 4.1 Tegangan Keluaran Power Supply DC Rata 220 Volt (50 V/Div ; 1 ms/div)... 49 Gambar 4.2 Gelombang Pulsa Dari Mikrokontroler ATMega 16 Dengan Duty Cycle Sebesar 10% (5 V/Div ; 1 ms/div)... 50 Gambar 4.3 Rangkaian Pengujian Power Supply DC + 12 V... 52 Gambar 4.4 Rangkaian Pengujian Optocoupler TLP 250... 53 Gambar 4.5 Gelombang Duty Cycle Dari Optocoupler TLP 250 Dengan Kenaikan 10% per Detik (5 V/Div ; 1mS/Div)... 53 Gambar 4.6 Karakteristik Arus Saat Pengasutan DOL... 55 Gambar 4.7 Rangkaian Pengujian Soft Starter Tanpa Beban... 56 Gambar 4.8 Karakteristik Tegangan Output Pada Pengujian Soft Starter Tanpa Beban... 57 Gambar 4.9 Rangkaian Pengujian Soft Starter Dengan Beban Lampu Pijar 100 Watt... 58 Gambar 4.10 Karaktreristik Tegangan Output Fungsi Duty Cycle Pada Metode Soft Starter Dengan Beban Lampu Pijar 100 Watt... 59 Gambar 4.11 Karaktreristik Arus Output Fungsi Duty Cycle Pada Metode Soft Starter Dengan Beban Lampu Pijar 100 Watt... 60 Gambar 4.12 Rangkaian Pengujian Soft Starter Dengan Beban Motor DC Shunt 0,1 kw... 61 Gambar 4.13 Karaktreristik Tegangan Output Pada Beban Motor DC Shunt 0,1 kw... 63
Gambar 4.14 Karaktreristik Arus Output Pada Beban Motor DC Shunt 0,1 kw... 63 Gambar 4.15 Karaktreristik Tegangan Output Fungsi rpm Pada Beban Motor DC Shunt 0,1 kw... 64 Gambar 4.16 Karaktreristik Arus Output Fungsi rpm Pada Beban Motor DC Shunt 0,1 kw... 64
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Mode Operasi Osilator Kristal... 24 Tabel 2.2 Contoh Pengaturan Frekuensi Osilator Untuk 16 MHz... 25 Tabel 3.1 Name Plate Motor DC Shunt... 41 Tabel 3.2 Identifikasi Alat Yang Digunakan... 44 Tabel 4.1 Data Hasil Pengujian Program Pada Mikrokontroler ATMega 16... 51 Tabel 4.2 Data Hasil Pengujian Soft Starter Tanpa Beban... 57 Tabel 4.3 Data Hasil Pengujian Soft Starter Dengan Beban Lampu Pijar 100 Watt... 59 Tabel 4.4 Data Hasil Pengujian Soft Starter Dengan Beban Motor DC Shunt 0,1 kw... 62
DAFTAR LAMPIRAN LAMPIRAN A (Datasheet Optocoupler TLP 250) LAMPIRAN B (Datasheet Dioda Bridge KBPC3510) LAMPIRAN C (Datasheet MOSFET IRFP 460) LAMPIRAN D (Datasheet Mikrokontroler ATMega 16) LAMPIRAN E (Program Pengaturan Pulsa / Duty Cycle Pada Mikrokontroler ATMega 16) LAMPIRAN F (Layout Perancangan Panel atau Cassing)
DAFTAR PUSTAKA [1] Fitzgerald, A. E.,SC.D., dkk (1993). Dasar-Dasar Elektroteknik. Jakarta : Penerbit Erlangga. [2] http//www.alldatasheet.com. [3] Kjellberg, Magnus dan Sören Kling. 2003. Softstarter Handbook. [4] Sumardjati, Prih, dkk. (2008). Teknik Pemanfaatan Tenaga Listrik. Jakarta : Departemen Pendidikan Nasional. [5] Surya, Hasan (2010). Buku I Bahan Ajar Elektronika Daya, Bandung. [6] Sutrisno (1986). Elektronika Teori dan Penerapannya (Jilid 1). Bandung : Penerbit ITB. [7] Zuhal. 2000. Dasar Teknik Tenaga Listrik Dan Elektronika Daya. Jakarta : PT. Gramedia.