35

BAB III

METODE PENELITIAN

A. Tempat dan Waktu

Penelitian dan perancangan tugas akhir ini dimulai sejak bulan agustus 2014 sampai

febuari 2015, dilakukan laboratorium terpadu teknik elektro universitas lampung.

B. Alat dan Bahan

- Alat yang digunakan dalam penelitian ini diantaranya sebagai berikut:

1. Komputer (PC)

2. Voltmeter

3. Tang Ampere

4. Tang potong

5. Tang lancip

6. Obeng +

7. Obeng -

8. Solder

9. Bor Tangan

36

- Bahan-bahan yang digunakan ialah sebagai berikut:

1. Raspberry pi

2. Adaptor

3. SD Card 8GB

4. Trafo 1 A

5. ADC MCP3008

6. Komponen Elektronika

7. Jumper

8. ACS712-5A

9. Papan plastik mika (Accrilyc)

10. PCB

11. Timah solder

C. Prosedur Kerja

Dalam menyelesaian tugas akhir ini ada beberapa langkah kerja yang dilakukan

untuk mencapai hasil akhir yang diinginkan, diantaranya:

1. Studi literatur

2. Spesifikasi rancangan

3. Perancangan perangkat keras

4. Perancangan perangkat lunak

5. Pengujian

6. Pengambilan data

7. Pengolahan data

8. Analisa data dari pengujian alat

37

Studi literatur

Perancangan

Perangkat Keras

Realisasi Perancangan

Perangkat keras

Pemrograman

Rapsberry pi

Selesai

Pengujian alat

secara keseluruhan

Tidak

Ya

Pembuatan program

Tidak

Ya

Ya

Tidak

Gambar 3.1. Diagram alir pengerjaan tugas akhir

Program

bekerja

Ide

Perangkat

keras

bekerja

Sistem

bekerja

38

D. Studi Literatur

Dalam menyelesaikan tugas akhir perlu adanya studi literatur dilakukan pencarian

informasi mengenai dan berkaitan dengan penelitian ini, diantaranya adalah:

a. Karakteristik dan spesifikasi motor induksi 3 fasa yang menggunakan hubung

bintang segitiga.

b. Data sheet ACS712-5A

c. Karakteristik komponen-komponen yang akan digunakan serta prinsip kerjanya.

d. Cara kerja dan pemrograman Raspberry pi

E. Spesifikasi Rancangan

Secara garis besar perancangan sistem pada tugas akhir ini adalah seperti gambar

di bawah ini :

Gambar 3.2. Diagram Blok Perancangan Sistem

AC 3 Fasa

AC 1 Fasa

Pendeteksi

3 Fasa

Relay

Rapsberry

Pi

Kontaktor

Power

Supply

Y

3

Fas

a

∆

asa

Sensor

Arus

Push

Button

Motor

3 fasa

39

Pada gambar diatas menunjukan dari sumber tiga fasa mengalir ke pendektisi

tegangan tiga fasa disini untuk mengetahui adanya sumber tiga fasa antara fasa R,

fasa S dan fasa T serta tegangan pada tiap fasa terbaca sesuai dengan nilai tegangan

yang ditentukan. Setelah itu pada push button untuk memberi masukan ke rapsberry

menghidupkan relay. Relay ini digunakan menghidupkan kontaktor dan kemudian

kontaktor akan menyambungkan sumber tiga fasa ke motor serta menstart bintang-

segitiga sesuai pembacaan sensor arus.

F. Perancangan Perangkat Keras

Dari gambar diagram blok perancangan sistem perangkat keras yang digunakan

adalah sebagai berikut:

a. Push Button

Dalam perancangan push button yang dimana digunakan untuk memerintah alat

yang digunakan sebagai masukan kepada rapsberry menghidupkan relay. Relay

digunakan untuk memberi induksi pada kumparan kontaktor saat itu saluran tiga

fasa mengalirkan ke motor sambungan bintang-segitiga sesuai pembacaan sensor.

Berikut gambar rancangan push button yang dibuat:

40

Gambar 3.3. Push Button

c. Relay

Dalam rancangan relay ada tiga, digunakan untuk memberi tugas kontaktor

terhubung bintang-segitiga. Saat relay satu dan relay dua bekerja terhubung secara

bintang, sedangkan saat hubungan segitiga rapsberry memberi perintah relay satu

dan relay tiga mendapat masukan. Berikut gambar rancangan Relay yang

digunakan:

41

Gambar 3.4. Relay

c. Sensor Tegangan

Sensor tegangan berfungsi sebagai pendeteksi keberadaan sumber tiga fasa. Jika

salah satu sumber fasa mati maka motor tidak dapat melakukan starting atau saat

motor sedang beroperasi kemudian salah satu sumber fasa mati motor akan berhenti

beroperasi dan proteksi terhadap tegangan antara fasa sesuai nilai tegangan yang

telah ditentukan. Hal tersebut bertujuan untuk memproteksi motor tiga fasa yang

digunakan dari ketidakseimbangan fasa dan proteksi keseimbangan tegangan antara

fasa dan keberadaan sumber tiga fasa dalam mensuplay motor induksi tiga fasa.

Sensor tegangan dibuat seperti pada gambar berikut:

Gambar 3.5. Rangkain Sensor Tegangan

42

d. Sensor Arus

Sensor arus yang dipakai pada tugas akhir ini direncanakan mengukur arus pada

satu fasa sebagai nilai arus normal starting motor tiga fasa saat hubungan bintang

dan saat kondisi motor beroperasi sesuai nilai arus ditentukan dan memproteksi

nilai arus yang besar. Rangkaian sensor disearahkan agar tegangan outputnya

berupa sumber DC, tegangan yang keluaran dari penyearah maksimal sebesar 5V

untuk keamanan rapsberry tegangan diturunkan dengan rangkain pembagi tegangan

sebesar 3,3V. Kapasitor yang dipasang pada rangkain berguna sebagai filter untuk

mendapatkan sinyal yang baik. Sensor arus yang digunakan pada rangkaian

ACS712 30A. Rangkai sensor arus keseluruhan dapat dilihat pada gambar 3.6.

Gambar 3.6. Sensor Arus

43

e. Sensor, Push Button dan Relay dengan Rapsberry Pi

Setelah semua rangkaian selesai dibuat, langkah selanjutnya dalam perancangan

perangkat keras adalah menghubungkan semua sensor, Push Button dan relay ke

rapsberry pi. Hubungan tersebut ditampilkan sebagai gambar seperti dibawah ini:

Gambar 3.7. Rangkaian Hubungan Sensor, Push Button dan Relay dengan Rapsberry Pi

f. Sambungan Bintang-Segitiga

Motor induksi 3 fasa dengan beban yang besar membutuhkan arus yang besar

namun tidak terbebani tegangan penuh saat starting, jika dihubungkan secara

langsung segitiga arus starting yang dibutuhkan oleh motor listrik sebesar 5 s/d 7

arus nominal akan mempengaruhi suplay daya yang digunakan. Untuk mencegah

terjadinya lonjakan arus yang besar terlebih dahulu diasut dengan hubungan bintang

setelah berjalan normal, arus akan menurun setelah itu dipindahkan ke hubungan

segitiga sehingga mendapatkan nilai tegangan penuh bertujuan meningkatkan

kecepetan dan torsi motor untuk kebutuhan produksi. Sambungan bintang-segitiga

44

dirancang untuk starting motor induksi tiga fasa, saat kumparan kontaktor magnit

satu mendapat sumber tegangan dari relay satu, sumber tegangan mengalir kemotor

dan relay dua menghidupkan kontaktor dua pada saat itu motor menstart dalam

hubungan bintang. Setelah motor bekerja dalam hubungan bintang, arus akan turun

sampai arus normal dan rapsberry memerintah kontaktor dua mati dan kontaktor

tiga hidup untuk sambungan segitiga.[7] Hubungan pengasutan ini bertujuan untuk

menekan pembayaran listrik yang besar dan pemeliharan motor, bahkan pergantian

motor induksi yang terbakar akibat arus start tidak sesuai dengan arus nominal atau

kelebihan beban pada suplay daya. Gambar rangkaian dapat dilihat pada bab 2

bagian B.

G. Perancangan Perangkat Lunak

Perancangan perangkat lunak pada tugas akhir ini dilakukan dengan rapsberry pi,

program yang didalamnya meliputi:

1. Program pembacaan sensor, saklar start/stop serta program pengatur GPIO

rapsberry ke relay.

2. Program untuk mencatat kerja motor 3 fasa ke dalam database.

H. Kalibrasi

Untuk membuat sebuah alat ukur digital perlu diketahui bahwa nilai yang terukur

masih relative kecil, dimana belum menunjukan nilai pengukuran sebenarnya.

45

Misalnya pada penenelitian ini mengunakan trafo step-down sebagai sensor

tegangan. Masukan trafo sebesar 220V mengeluarkan tegangan 3V, maka

diperlukan kalibrasi nilai pengali yang mewakili tegangan 3V sebesar 220V pada

sensor tegangan yang dibuat. Pada penelitian ini yang perlu dikalibrasi yaitu sensor

tegangan dan sensor arus. Untuk pengkalibrasi sensor arus ACS712-30A

sebenarnya pada datasheet telah disebutkan nilai kalibrasinya, yaitu saat tegangan

output sensor bernilai 0V sampai 2,5V maka arus yang diukur yaitu -30A sampai

0A, dan saat tegangan output sensor sebesar 2,5V sampai 5V maka arus yang diukur

adalah 0A sampai 30A. Kemudian dari nilai kalibrasi sensor arus tersebut terlihat

bahwa nilai output maksimal sensor yaitu 5V, sedangkan pada GPIO Raspberry Pi

tegangan yang diizinkan maksimal hanya sebesar 3,3V, dengan demikian sebelum

masuk ke GPIO perlu dilakukan pengkondisian sinyal agar tegangan output sensor

tidak melebihi 3,3V, sehingga nilai kalibrasi pada datasheet sensor arus tersebut

tidak relevan lagi untuk digunakan.

Untuk melakukan kalibrasi sensor arus dan tegangan yang dibuat, digunakan alat

ukur digital yang sudah ada. Pada penelitian ini menggunkan Digital Power Clamp

Meter (gambar 3.8) yang tersedia di Laboratorium Teknik Pengukuran jurusan

Teknik elektro Unila. Digital Power Clamp Meter adalah sebuah alat ukur digital

yang dapat mengukur arus (A), tegangan (V), faktor daya (Cos θ), daya (W), dan

konsumsi energi (kWh). Sebagai contoh untuk melakukan kalibrasi misalkan output

sensor tegangan sebesar 3V, kemudian dilakukan pengukuran pada sisi input sensor

menggunakan alat ukur yang sudah ada dan hasil pengukurannya adalah 220V.

Agar alat ukur yang dibuat juga menunjukkan angka 220V maka dibuat nilai

pengali, nilai pengali tersebut didapat dengan persamaan berikut :

46

3V . x = 220V

x = 220V / 3V

x = 73,33

Dimana: 3V : Nilai tegangan output sensor.

220V : Nilai tegangan hasil pengukuran.

x : Nilai pengali.

Nilai pengali yang didapat dari metode diatas selanjutnya digunakan pada

pemrograman yang dibuat pada Raspberry Pi untuk membaca sensor dan

menampilkan hasil pengukurannya.

Gambar 3.8. Digital Power Clamp Meter (Tersedia di Lab. Teknik Pengukuran J.TE. Unila)

I. Pengujian

Pengujian dilakukan untuk mendapatkan apakah sistem bekerja sesuai dengan

keinginan atau tidak, maka dilakukan pengujian diantaranya:

47

a. Pengujian sensor tegangan

Pengujian sensor tegangan ini melakukan pengukuran nilai tegangan yang berubah-

ubah besarannya menggunakan dua buah alat ukur yang berbeda, yaitu sensor

tegangan yang dibuat dengan alat ukur Voltmeter. Dari pengujian yang dilakukan

bertujuan untuk membuktikan apakah sensor tegangan yang dibuat dapat

melakukan pengukuran yang baik dengan cara membandingkan hasil pengukuran

sensor yang dibuat dengan hasil pengukuran Voltmeter.

b. Pengujian sensor arus

Pengujian sensor arus dilakukan dengan cara memberikan beban listrik dengan

daya atau tegangan yang berubah-ubah, setelah itu dilakukan pengukuran arus yang

mengalir ke beban. Pengukuran arus menggunakan sensor arus yang dibuat dan alat

ukur Ampere meter, kemudian hasil pengukuran sensor yang dibuat dibandingkan

dengan pengukuran Ampere meter apakah sensor arus dibuat dapat bekerja dengan

baik atau tidak.

c. Pengujian sistem

Setelah pengujian yang dilakukan pada masing-masing sensor, kemudian dilakukan

pengujian keseluruhan sistem starting motor induksi tiga fasa. Setelah hardware

terpasang, membuat pemrograman Python untuk starting hubungan bintang-

segitiga serta proteksi pada motor. Selanjutnya merekam kinerja motor induksi pada

sebuah database. Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui apakah sistem yang

dibuat dapat bekerja dengan baik atau tidak.

48

Gambar 3.9. Alat Ukur Digital. (Tersedia di Lab. Konversi Energi Elektrik J.T.E. Unila)

Gambar 3.10. Regulator Tegangan (Tersedia di Lab. Konversi Energi Elektrik J.T.E. Unila)

Untuk pengujian yang dilakukan pada sensor tegangan, dibutuhkan tegangan yang

berubah-ubah dari regulator tegangan yang tersedia di Laboratorium Konversi

Energi Unila (Gambar 3.10. Sedangkan alat ukur yang digunakan pada pengujian

ini adalah Digital Power Clamp Meter atau Alat ukur digital (Gambar 3.8) tersedia

di Laboratorium Teknik Pengukuran Unila dan Alat ukur Digital (Gambar 3.9)

tersedia di Laboratorium Konversi Energi Unila.