Kontrol Daya Motor Dc
-
Upload
aguskhumaidi -
Category
Documents
-
view
469 -
download
0
description
Transcript of Kontrol Daya Motor Dc
AGUS KHUMAIDI (6911040017)
TEKNIK OTOMASI
POLITEKNIK PERKAPALAN NEGERI SURABAYA
Penghematan daya pada motor listrik berbasis
mikrokontroller dan PID dengan interfacing
SISTEM PENGATURAN “ AGUS KHUMAIDI “_TEKNIK OTOMASI PPNS 2013 Page 1
ABSTRAK
Konsumsi daya yang paling banyak adalah beban – beban induktif Besarnya konsumsi
daya pada motor induksi dapat di pengaruhi oleh torque ( dan percepatan sudut putar
motor( . Besarnya daya dapat di atur melalui nilai putaran motor yang akan mempengaruhi
besarnya percepatan sudut , yaitu dengan metode pengaturan frekuensi menggunakan PID.
kontrol PID motor akan dengan otomatis menyesuaikan putaran motor berdasarkan setting point
yang telah ditetapkan. Tetapi terlebih dahulu harus dilakukan perubahan tegangang dari AC ke
DC dan dari DC- AC sehinggan mampu merubah frekuensi secara mudah. Setting point yang
digunakan berdasarkan arus nominal yang bekerja pada motor pada saat keadaan normal (In),
sensor yang digunakan adalah sensor arus ACS-712 ELC05B , Sensor ini memiliki pembacaan
dengan ketepatan yang tinggi, karena didalamnya terdapat rangkaian low-offset linear Hall
dengan satu lintasan yang terbuat dari tembaga. cara kerja sensor ini adalah arus yang dibaca
mengalir melalui kabel tembaga yang terdapat didalamnya yang menghasilkan medan magnet
yang di tangkap oleh integrated Hall IC dan diubah menjadi tegangan proporsional. Ketika arus
mengalamai kenaikan di atas setting point maka kontroler akan menyesuaikan nilai frekuensi
mendekati nilai setting point yang di tentukan. Proses switching berdasarkan frekuensi bias pada
basis transistor (IGBT) yang akan di kontrol secara otomatis oleh mikrokontroller.
Kata kunci: PWM, sensor arus, sensor tegangan, PID, inverter 1 phasa, mikrokontroller .
SISTEM PENGATURAN “ AGUS KHUMAIDI “_TEKNIK OTOMASI PPNS 2013 Page 2
Latar Belakang Masalah
Penghematan energi memang sudah menjadi hal yang patut diperhatikan. Apalagi
pemerintah sudah mengeluarkan Instruksi Presiden (Inpres) tentang penghematan energi sebagai
sarana konservasi alam . Melalui Inpres itu, anda harus mulai menghemat energi dalam bentuk
apapun, termasuk penggunaan di dalam rumah terutama beban – beban induktif (motor listrik,
kompresor,dll) yang akan mengambil daya cukup besar. Maka PLN harus mampu mencukupi
semua beban listrik yang di konsumsi oleh konsumen sehingga memerlukan bahan bakar ( batu
bara ) sebagai penggerak utama yang cukup besar selain pembangkitan dari energi air, uap, dan
gas alam. Untuk itu kita perlu melakukan berbagai macam penghematan. Salah satunya adalah
hemat listrik dalam rumah tangga. Disamping itu Penghematan pemakaian listrik juga termasuk
ke dalam gaya hidup ramah lingkungan.
Beban - beban induktif akan mencapai reting arus tertinggi yaitu pada saat peralatan
melakukan starting putar pertama dengan besarnya arus mencapai 4 sampai dengan 6 kali arus
nominal motor ( In ) inilah yang menyebabkan beban – beban induktif ( motor ) memerlukan
pemakaian daya yang sangat besar, oleh karena itu di butuhkan alat yang mampu mengatur
besarnya arus start motor ini.
Jika setiap konsumen mau menghemat antara 5 s/d 10% saja, maka berapa ribu watt daya
yang akan di hemat oleh negara, serta akan memberikan peluang pada saudara kita yang sedang
menunggu sambungan listrik, bisa segera dipenuhi tanpa menunggu dibangunnya pembangkit
listrik yang baru.
Terapkan prosedur operasional sederhana atau prosedur operational otomatis dalam
menggunakan semua beban listrik agar tepat waktu dan sasaran serta kebutuhan. Penerapan
prosedur operasional manual atau automatis sangat mudah dan tergantung adanya kemauan
untuk memperlakukan energy listrik secara hemat sesuai keperluan saja.
SISTEM PENGATURAN “ AGUS KHUMAIDI “_TEKNIK OTOMASI PPNS 2013 Page 3
Identifikasi Masalah
Berdasarkan beberapa pokok permasalahan yang telah dipaparkan pada latar belakang
masalah di atas, maka pada pembuatan tugas ini didasarkan pada asumsi yang diambil
sehubungan dengan analisis masalah yang ditangani sistem, yaitu :
1. Tingginya arus start motor yang mencapai 3 sampai 6 kali dari arus nominal (In).
2. Dibutuhkan alat yang secara otomatis mampu menyesuaikan keadaan dengan kondisi saat
starting motor
3. Dibutuhkan alat yang dapat dengan mudah dipasang dan dioperasikan melalui monitoring
yang userfriendly.
4. peralatan yang mampu menghemat energi sebagai sarana penghematan dan penyelamatan
lingkungan
Tujuan
1. Mengaplikasikan metode kecerdasan buatan PID pada pengaturan Arus Nominal motor.
2. Mengetahui kelemahan-kelemahan PID jika diaplikasikan sebagai metode kecerdasan
buatan.
3. Mampu melakukan penghematan energi sebaigai landasan konservasi alam.
4. Mengurangi besarnya biaya yang dikeluarkan untuk tarif dasar listrik.
Kegunaan
1. Didapatkan sebuah rumusan dengan metode yang dapat digunakan pada sistem Kontrol
PID.
2. Didapatkan sebuah kontrol dengan kecerdasan tingkat tinggi, sehingga diharapkan mampu
menghemat energi sebagai media konservasi alam.
3. Dapat menjadi acuan (tolak ukur) untuk pengembangan kecerdasan kontrol tingkat lanjut.
4. Media alternatif penghematan yang murah dan mampu di produksi secara masal.
SISTEM PENGATURAN “ AGUS KHUMAIDI “_TEKNIK OTOMASI PPNS 2013 Page 4
BAB II
LANDASAN TEORI
1. ATMEGA16
AVR merupakan seri mikrokontroler CMOS 8-bit buatan Atmel, berbasis arsitektur RISC
(Reduced Instruction Set Computer ). Hampir semua instruksi dieksekusi dalam satu siklus
clock. AVR mempunyai 32 register general-purpose, timer/counter fleksibel dengan mode
compare, interrupt internal dan eksternal, serial UART, programmable Watchdog Timer, dan
mode power saving, ADC dan PWM internal. AVR juga mempunyai In -System Programmable
Flash on-chip yang mengijinkan memori program untuk diprogram ulang dalam system
menggunakan hubungan serial SPI. ATMega16. ATMega16 mempunyai throughput mendekati
1 MIPS per MHz membuat disainer sistem untuk mengoptimasi konsumsi daya versus kecepatan
proses.
Beberapa keistimewaan dari AVR ATMega16 antara lain:
1. Advanced RISC Architecture
ƒ - 130 Powerful Instructions – Most Single Clock Cycle Execution
ƒ - 32 x 8 General Purpose Fully Static Operation
ƒ - Up to 16 MIPS Throughput at 16 MHz
ƒ - On-chip 2-cycle Multiplier
2. Nonvolatile Program and Data Memories
ƒ - 8K Bytes of In-System Self-Programmable Flash
ƒ - Optional Boot Code Section with Independent Lock Bits
ƒ - 512 Bytes EEPROM
ƒ - 512 Bytes Internal SRAM
ƒ - Programming Lock for Software Security
3. Peripheral Features
ƒ - Two 8-bit Timer/Counters with Separate Prescalers and Compare Mode
ƒ - Two 8-bit Timer/Counters with Separate Prescalers and Compare Modes
ƒ -One 16-bit Timer/Counter with Separate Prescaler, Compare Mode, and Capture
Mode
SISTEM PENGATURAN “ AGUS KHUMAIDI “_TEKNIK OTOMASI PPNS 2013 Page 5
ƒ -Real Time Counter with Separate Oscillator
ƒ -Four PWM Channels
ƒ -8-channel, 10-bit ADC
ƒ -Byte-oriented Two-wire Serial Interface
ƒ -Programmable Serial USART
4. Special Microcontroller Features
ƒ -Power-on Reset and Programmable Brown-out Detection
ƒ -Internal Calibrated RC Oscillator
ƒ -External and Internal Interrupt Sources
ƒ - Six Sleep Modes: Idle, ADC Noise Reduction, Power-save, Power-down, Standby
and
Extended Standby
5. I/O and Package
ƒ - 32 Programmable I/O Lines
ƒ - 40-pin PDIP, 44-lead TQFP, 44-lead PLCC, and 44-pad MLF
6. Operating Voltages
ƒ - 2.7 - 5.5V for Atmega16L
ƒ - 4.5 - 5.5V for Atmega16
SISTEM PENGATURAN “ AGUS KHUMAIDI “_TEKNIK OTOMASI PPNS 2013 Page 6
2. KOMUNIKASI SERIAL
Universal synchronous dan asynchronous pemancar dan penerima serial adalah suatu alat
komunikasi serial sangat fleksibel.
Jenis yang utama adalah :
a) Operasi full duplex (register penerima dan pengirim serial dapat berdiri sendiri)
b) Operasi Asychronous atau synchronous
c) Master atau slave mendapat clock dengan operasi synchronous
d) Pembangkit baud rate dengan resolusi tinggi
e) Dukung frames serial dengan 5, 6, 7, 8 atau 9 Data bit dan 1 atau 2 Stop bit
f) Tahap odd atau even parity dan parity check didukung oleh hardware
g) Pendeteksian data overrun
h) Pendeteksi framing error
i) Pemfilteran gangguan (noise) meliputi pendeteksian bit false start dan pendeteksian low
pass filter digital
j) Tiga interrupt terdiri dari TX complete, TX data register empty dan RX complete.
k) Mode komunikasi multi-processor
l) Mode komunikasi double speed asynchronous
A. Generator Clock
Logic generator clock menghasilkan dasar clock untuk pengirim dan penerima. USART
mendukung empat mode operasi clock: Normal Asynchronous , Double Speed Asynchronous
mode Master Synchronous dan Slave Synchronous. Bit UMSEL pada USART control dan status
register C (UCSRC) memilih antara operasi Asychronous dan Synchronous. Double speed
hanya pada mode Asynchronou ) dikontrol oleh U2X yang mana terdapat pada register CSRA.
Ketika mengunakan mode operasi synchronous (UMSEL = 1) dan data direction register untuk
pin XCk (DDR_XCK) mengendalikan apakah sumber clock tersebut adalah internal (master
mode ) atau eksternal (slave mode ) pin-pin XCK hanya akan aktif ketika menggunakan mode
Synchronous.
SISTEM PENGATURAN “ AGUS KHUMAIDI “_TEKNIK OTOMASI PPNS 2013 Page 7
Keterangan sinyal :
txclk : clock pengirim (internal clock )
rxclk : clock dasar penerima (internal clock )
xcki : input dari pin XCK (sinyal internal ). Digunakan untuk operasi slave synchronous .
xcko : clock output ke pin XCK (sinyal internal ). Digunakan untuk operasi master
synchronous.
fosc : frekuensi pin XTAL (system clock)
B. Generator Internal Clock – Pembangkit Baud rate
Generasi internal clock digunakan untuk mode – mode operasi master asynchronous dan
synchronous. Register USART baud rate (UBRR) dan down-counter dikoneksikan kepada
fungsinya sebagai programmable prescaler atau pembangkit baud rate . Down-counter,
dijalankan pada system clock ( fosc ), dibebani dengan nilai UBRR setiap counter telah dihitung
mundur ke nol atau ketika register UBRRL ditulisi. Clock dibangkitkan setiap counter mencapai
nol. Clock ini adalah pembangkit baud rate clock output (fosc/( UBBR+1)). Pemancar membagi
baud rete generator clock output dengan 2, 8, atau 16 cara tergantung pada mode. Pembangkit
output baud rate digunakan secara langsung oleh penerima clock dan unit-unit pelindung data.
Unit-unit recovery menggunakan suatu mesin status yang menggunakan 2, 8, atau 16 cara yang
SISTEM PENGATURAN “ AGUS KHUMAIDI “_TEKNIK OTOMASI PPNS 2013 Page 8
tergantung pada cara menyimpan status dari UMSEL, bit-bit U2X dan DDR_XCK. Tabel di
bawah menunjukan penyamaan perhitungan baud rate dan nilai UBRR tiap mode operasi
mengunakan sumber pembangkit clock internal.
BAUD :baud rate ( pada bit-bit per detik,bps ) fosc frekuensi sistem clock osilator.
UBRR : terdiri dari UBRRH dan UBBRL,( 0-4095 ).
3. SENSOR ARUS
SISTEM PENGATURAN “ AGUS KHUMAIDI “_TEKNIK OTOMASI PPNS 2013 Page 9
Sensor arus dari keluarga ACS-712 ELC-05B adalah solusi untuk pembacaan arus didalam
dunia industri, otomotif, komersil dan sistem-sistem komunikasi. Sensor ini biasanya digunakan
untuk mengontrol motor, deteksi beban listrik, switched-mode power supplies dan proteksi beban
berlebih. Sensor ini memiliki pembacaan dengan ketepatan yang tinggi, karena didalamnya
terdapat rangkaian low-offset linear Hall dengan satu lintasan yang terbuat dari tembaga. cara
kerja sensor ini adalah arus yang dibaca mengalir melalui kabel tembaga yang terdapat
didalamnya yang menghasilkan medan magnet yang di tangkap oleh integrated Hall IC dan
diubah menjadi tegangan proporsional. Ketelitian dalam pembacaan sensor dioptimalkan dengan
cara pemasangan komponen yang ada didalamnya antara penghantar yang menghasilkan medan
magnet dengan hall transducer secara berdekatan. Persisnya, tegangan proporsional yang rendah
akan menstabilkan Bi CMOS Hall IC yang didalamnya yang telah dibuat untuk ketelitian yang
tinggi oleh pabrik.
Dimana titik tengah output sensor sebesar (>VCC/2) saat peningkatan arus pada penghantar
arus yang digunakan untuk pendeteksian. Hambatan dalam penghantar sensor sebesar 1,5mΩ
dengan daya yang rendah. Ketebalan penghantar arus didalam sensor sebesar 3x kondisi
overcurrent. Sensor ini telah dikalibrasi oleh pabrik.
Beberapa fitur penting dari sensor arus ACS-712 ELC05B adalah:
▪ Jalur sinyal analog yang rendah noise
▪ Bandwidth perangkat diatur melalui pin FILTER yang baru
▪ Waktu naik keluaran 5 mikrodetik dalam menanggapi langkah masukan aktif
▪ Bandwith 50 kHz
▪ Total error keluaran 1,5% pada TA = 25°, dan 4% pada -40° C sampai 85° C
▪ Bentuk yang kecil, paket SOIC8 yang kompak.
▪ Resistansi internal 1.2 mΩ.
4. BASCOM-AVR
BASCOM-AVR adalah program basic compiler berbasis windows untuk mikrokontroler
keluarga AVR merupakan pemrograman dengan bahasa tingkat tinggi ” BASIC ” yang
SISTEM PENGATURAN “ AGUS KHUMAIDI “_TEKNIK OTOMASI PPNS 2013 Page 10
dikembangkan dan dikeluarkan oleh MCS elektronika sehingga dapat dengan mudah dimengerti
atau diterjemahkan. Dalam program BASCOM-AVR terdapat beberapa kemudahan, untuk
membuat program software ATMEGA 8535, seperti program simulasi yang sangat berguna
untuk melihat, simulasi hasil program yang telah kita buat, sebelum program tersebut kita
download ke IC atau ke mikrokontroler. Ketika program BASCOM-AVR dijalankan dengan
mengklik icon BASCOM-AVR, maka jendela berikut akan tampil :
BASCOM-AVR menyediakan pilihan yang dapat mensimulasikan program. Program simulasi
ini bertujuan untuk menguji suatu aplikasi yang dibuat dengan pergerakan LED yang ada pada
layar simulasi dan dapat juga langsung dilihat pada LCD, jika kita membuat aplikasi yang
berhubungan dengan LCD.
SISTEM PENGATURAN “ AGUS KHUMAIDI “_TEKNIK OTOMASI PPNS 2013 Page 11
Intruksi yang dapat digunakan pada editor Bascom-AVR relatif cukup banyak dan tergantung
dari tipe dan jenis AVR yang digunakan. Berikut ini beberapa instruksi-instruksi dasar yang
dapat digunakan pada mikrokontroler ATMEGA 8535.
SISTEM PENGATURAN “ AGUS KHUMAIDI “_TEKNIK OTOMASI PPNS 2013 Page 12
5. DELPHI
Delphi adalah suatu bahasa pemograman (development language) yang digunakan
untk merancang suatu aplikasi program. Delphi termasuk dalam pemrograman bahasa tingkat
tinggi (high level language ). Maksud dari bahasa tingkat tinggi yaitu perintah-perintah
programnya menggunakan bahasa yang mudah dipahami oleh manusia. Bahasa pemrograman
Delphi disebut bahasa prosedural artinya mengikuti urutan tertentu. Dalam membuat
aplikasi perintah-perintah, Delphi menggunakan lingkungan pemrograman visual.
Delphi merupakan generasi penerus dari Turbo Pascal. Pemrograman Delphi dirancang
untuk beroperasi dibawah sistem operasi Windows. Program ini mempunyai beberapa
keunggulan, yaitu produktivitas, kualitas, pengembangan perangkat lunak, kecepatan
kompiler, pola desain yang menarik serta diperkuat dengan bahasa perograman yang
terstruktur dalam struktur bahasa perograman Object Pascal.
Sebagaian besar pengembang Delphi menuliskan dan mengkompilasi kode program
di dalam lingkungan pengembang aplikasi atau Integrated Development Environment (IDE).
Lingkungan kerja IDE ini menyediakan sarana yang diperlukan untuk merancang,
membangun, mencoba, mencari atau melacak kesalahan, serta mendistribusikan aplikasi.
Sarana-sarana inilah yang memungkinkan pembuatan prototipe aplikasi menjadi lebih
mudah dan waktu yang diperlukan untuk mengembangkan aplikasi menjadi lebih singkat.
6. IC RS232
Standart RS232 ditetapkan oleh Electronic Industry Association dan
Telecomunication Industry Association pada tahun 1962. Nama lengkapnya adalah
EIA/TIA-232 Interface Between Data Terminal Equipment and Data Terminal equipment
Employing Serian Binary Data Interchage. Dengan demikian standard ini hanya menyangkut
komunikasi data antara komputer (Data Terminal Equipment - DTE) dengan alat-alat
pelengkap computer ( Data Circuit Terminal Equipment - DCE). Dalam banyak literatur,
DCE sering diartikan sebagai Data Communication Equipment, hal ini bisa dibenarkan
tetapi pengertiannya menjadi lebih sempit karena sebagai Data Communication Equipment
yang dimaksud dengan DTE hanya sebatas peralatan untuk komunikasi, misalnya modem .
Padahal yang dimaksud dengan Data Circuit Terminal Equipment bisa meliputi macam-
SISTEM PENGATURAN “ AGUS KHUMAIDI “_TEKNIK OTOMASI PPNS 2013 Page 13
macam alat pelengkap komputer yang dihubungkan ke komputer dengan standard RS232,
misalnya Printer , Optical Mark Reader, Card Register dan alat-alat lainnya yang bisa
dihubungkan ke komputer.
Pada prinsipnya, serial ialah pengiriman data dilakukan per bit, sehingga lebih
lambat dibandingkan parallel seperti pada port printer yang mampu mengirim 8 bit
sekaligus dalam sekali detak. Beberapa contoh serial ialah mouse, scanner dan system akuisisi
data yang terhubung ke port COM1/COM2.
Device pada serial port dibagi menjadi 2 (dua ) kelompok yaitu Data
Communication Equipment (DCE)dan Data Terminal Equipment (DTE). Contoh dari DCE
ialah modem, plotter, scanner dan lain lain sedangkan contoh dari DTE ialah terminal di
komputer.
Spesifikasi elektronik dari serial port merujuk pada Electronic Industry Association
(EIA ) :
1. “ Space” (logika 0) ialah tegangan antara + 3 hingga +25 V.
2. “ Mark” (logika 1) ialah tegangan antara –3 hingga –25 V.
3. Daerah antara + 3V hingga –3V tidak didefinisikan /tidak terpakai
4. Tegangan open circuit tidak boleh melebihi 25 V.
5. Arus hubungan singkat tidak boleh melebihi 500mA.
Komunikasi serial membutuhkan port sebagai saluran data. Berikut tampilan port serial
DB9 yang umum digunakan sebagai port serial .
SISTEM PENGATURAN “ AGUS KHUMAIDI “_TEKNIK OTOMASI PPNS 2013 Page 14
Keterangan
· Pin 1 = Data Carrier Detect (DCD)
· Pin 2 = Received Data (RxD)
· Pin 3 = Transmitted Data (TxD)
· Pin 4 = Data Terminal Ready (DTR)
· Pin 5 = Signal Ground (common)
· Pin 6 = Data Set Ready (DSR)
· Pin 7 = Request To Send (RTS)
· Pin 8 = Clear To Send (CTS)
· Pin 9 = Ring Indicator (RI)
Pada UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) , kecepatan pengiriman
data ( atau yang sering disebut dengan Baud Rate ) dan fase clock pada sisi transmitter
dan sisi receiver harus sinkron. Untuk itu diperlukan sinkronisasi antara Transmitter dan
Receiver. Hal ini dilakukan oleh bit “Start” dan bit “Stop”. Ketika saluran transmisi dalam
keadaan idle, output UART adalah dalam keadaan logika “1”.
Ketika Transmitter ingin mengirimkan data, output UART akan diset dulu ke logika
“0” untuk waktu satu bit. Sinyal ini pada receiver akan dikenali sebagai sinyal “Start” yang
digunakan untuk menyinkronkan fase clocknya sehingga sinkron dengan fase clock
transmitter. Selanjutnya data akan dikirimkan secara serial dari bit yang paling rendah
(bit0) sampai bit tertinggi. Selanjutnya akan dikirimkan sinyal “Stop” sebagai akhir dari
pengiriman data serial.
Untuk dapat menggunakan port serial harus diketahui dahulu alamat dari port serial
tersebut. Biasanya tersedia dua port serial pada CPU, yaitu COM1 dan COM2. Base Address
COM1 biasanya 1016 (3F8h) dan COM2 biasanya 760 (2F8h). Alamat tersebut adalah
alamat yang biasa digunakan, tergantung komputer yang digunakan.Tepatnya kita bisa
melihat pada peta memori tempat menyimpan alamat tersebut, yaitu memori 0000.0400h
untuk COM1 dan 0000.0402h untuk COM2.
SISTEM PENGATURAN “ AGUS KHUMAIDI “_TEKNIK OTOMASI PPNS 2013 Page 15
BAB III
SISTEM KERJA RANGKAIAN
A. Gambar Rangkaian
Pengukuran arus biasanya membutuhkan sebuah resistor shunt yaitu resistor yang
dihubungkan secara seri pada beban dan mengubah aliran arus menjadi tegangan. Tegangan
tersebut biasanya diumpankan ke current transformer terlebih dahulu sebelum masuk ke
rangkaian pengkondisi signal.
Teknologi Hall effect yang diterapkan oleh Allegro menggantikan fungsi resistor shunt
dan current transformer menjadi sebuah sensor dengan ukuran yang relatif jauh lebih kecil.
Aliran arus listrik yang mengakibatkan medan magnet yang menginduksi bagian dynamic offset
cancellation dari ACS712. bagian ini akan dikuatkan oleh amplifier dan melalui filter sebelum
dikeluarkan melalui kaki 6 dan 7, modul tersebut membantu penggunaan untuk mempermudah
SISTEM PENGATURAN “ AGUS KHUMAIDI “_TEKNIK OTOMASI PPNS 2013 Page 16
instalasi arus ini ke dalam sistem. ACS712 adalah Hall Effect current sensor. Hall effect allegro
ACS712 merupakan sensor yang presisi sebagai sensor arus AC atau DC dalam pembacaan arus
didalam dunia industri, otomotif, komersil dan sistem-sistem komunikasi. Pada umumnya
aplikasi sensor ini biasanya digunakan untuk mengontrol motor, deteksi beban listrik, switched-
mode power supplies dan proteksi beban berlebih. Sensor ini memiliki pembacaan dengan
ketepatan yang tinggi, karena didalamnya terdapat rangkaian low-offset linear Hall dengan satu
lintasan yang terbuat dari tembaga. cara kerja sensor ini adalah arus yang dibaca mengalir
melalui kabel tembaga yang terdapat didalamnya yang menghasilkan medan magnet yang di
tangkap oleh integrated Hall IC dan diubah menjadi tegangan proporsional. Ketelitian dalam
pembacaan sensor dioptimalkan dengan cara pemasangan komponen yang ada didalamnya antara
penghantar yang menghasilkan medan magnet dengan hall transducer secara berdekatan.
Persisnya, tegangan proporsional yang rendah akan menstabilkan Bi CMOS Hall IC yang
didalamnya yang telah dibuat untuk ketelitian yang tinggi oleh pabrik.
SISTEM PENGATURAN “ AGUS KHUMAIDI “_TEKNIK OTOMASI PPNS 2013 Page 17
Output/keluaran dari sensor ini sebesar (>VIOUT(Q)) saat peningkatan arus pada penghantar
arus (dari pin 1 dan pin 2 ke pin 3 dan 4), yang digunakan untuk pendeteksian atau perasa arus.
Hambatan dalam penghantar sensor sebesar 1,2 mΩ dengan daya yang rendah. Jalur terminal
konduktif secara kelistrikan diisolasi dari sensor leads/mengarah (pin 5 sampai pin 8). Hal ini
menjadikan sensor arus ACS712 dapat digunakan pada aplikasi-aplikasi yang membutuhkan
isolasi listrik tanpa menggunakan opto-isolator atau teknik isolasi lainnya yang mahal. Ketebalan
penghantar arus didalam sensor sebesar 3x kondisi overcurrent. Sensor ini telah dikalibrasi
oleh pabrik. Untuk lebih jelas dapat dilihat pada Gambar Blok Diagram berikut :
SISTEM PENGATURAN “ AGUS KHUMAIDI “_TEKNIK OTOMASI PPNS 2013 Page 18
Contoh dari gambar grafik diatas, IC yang digunakan adalah versi 30A, artinya IC ini dapat
dialiri arus dari -30A sampai 30A dengan sensitivitas 100mV/A.
Beberapa fitur penting dari sensor arus ACS712 adalah:
▪ Jalur sinyal analog yang rendah noise
▪ Bandwidth perangkat diatur melalui pin FILTER yang baru
▪ Waktu naik keluaran 5 mikrodetik dalam menanggapi langkah masukan aktif
▪ Bandwith 50 kHz
▪ Total error keluaran 1,5% pada TA = 25°, dan 4% pada -40° C sampai 85° C
▪ Bentuk yang kecil, paket SOIC8 yang kompak.
▪ Resistansi internal 1.2 mΩ.
▪ 2.1 kVRMS tegangan isolasi minimum dari pin 1-4 ke pin 5-8
▪ Operasi catu daya tunggal 5.0 V
▪ Sensitivitas keluaran 66-185 mV/A
▪ Tegangan keluaran sebanding dengan arus AC atau DC
▪ Akurasi sudah diatur oleh pabrik
▪ Tegangan offset yang sangat stabil
▪ Histeresis magnetic hampir mendekati nol
▪ Keluaran ratiometric diambil dari sumber daya
SISTEM PENGATURAN “ AGUS KHUMAIDI “_TEKNIK OTOMASI PPNS 2013 Page 19
Mikrokontroler ATmega16
B. Diagram Blok
In PID Frekuensi Rpm &
Daya
Sensor
arus
Iout
-
+
Diagram blok PID
Nilai masukan berupa besarnya arus nominal ( In ) sebagai acuan yang digunakan oleh
kontroller yaitu PID . pada dasarnya PID terdiri dari tiga komponen penyusun yaitu propotional
(berupa acuan keadaan normal) ,integral (penambahan nilai),defernsial (pengurangan nilai set
point). Ketika proses starting motor kontroller akan mengakumulasi nilai arus yang di keluarkan
oleh motor ketika nilai arus di atas nilai setting point maka PID akan merespon untuk mengatur
frekuensi keluaran yang akan mempegaruhi gerakan putaran motor di keadaan ini kontroller
SISTEM PENGATURAN “ AGUS KHUMAIDI “_TEKNIK OTOMASI PPNS 2013 Page 20
yang bekerja adalah P dan D sehingga putaran motor konstan pada kisaran setting point meski
mengalami starting arus transient .
C. SKEMA RANGKIAN UNTUK KONTROL ANALOG ANALOG
Cara kerja rangkaian di atas adalah dengan membandingkan antara tegangan keluaran
dengan tegangan referensi yag terdapat pada polaritas positif ( +) dan negatif (-) IC
komparator, ketika besar tegangan pada polaritas positif lebih besar di bandingkan polaritas
negatif ( V+ > V-) maka komparator akan menghasilkan logic 1 artinya IC akan mengeluarkan
tegangan sebesar sehingga akan menggerakkan beban, dan ketika terdapat arus beban lebih
maka secara linear IC akan mengeluarka tegangan output yang naik juga sehingga tegangan
output akan semakin besar, ketika tegangan pada polaritas negartif lebih besar dari polaritas
positif maka (V+<V-) maka komarator akan berlogic 0 artinya tidak mengeluarkan tegangan
atau 0 V. Maka peralatan akan berhenti bekerja.
SISTEM PENGATURAN “ AGUS KHUMAIDI “_TEKNIK OTOMASI PPNS 2013 Page 21
D. SKEMA RANGKIAN UNTUK MIKROKONTROLLER
Sensor
arus
Kontrol:
P
I
D
mikrokontroler
Catu daya
program
AC DC
ACRangkaian
invertermotor
DC
Penyearah /rectifier
inverting
frekuensi
E. HUMAN MACHINE INTERFACE
SISTEM PENGATURAN “ AGUS KHUMAIDI “_TEKNIK OTOMASI PPNS 2013 Page 22
F. PERHITUNGAN
Nameplate
Keadaan normal
nr = (1-s) x ns = (1-0.02) x 1500= 1470 rpm
Rumus1 . P = τ x ω = 7,2 x 153 = 1107 Watt
SISTEM PENGATURAN “ AGUS KHUMAIDI “_TEKNIK OTOMASI PPNS 2013 Page 23
Saat starting motor
Keadaan starting = In x ( = 15 A
Maka konsumsi daya saat starting P = V x Is = 220 x 15 =3300Watt
P normal = P start
1.5HP = 4,4 HP
G. RANGKAIAN
Rangkaian inverter ini digunakan untuk merubah tegangan DC keluaran dari full
bridge DC-DC converter menjadi tegangan AC sebesar 220 V. Komponen
semikonduktor yang digunakan adalah IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
Besarnya tegangan yang keluaran inverter bergantung pada sudut penyulutan dari base
MOSFET dan frekuensi bergantung pada banyaknya bias positif pada siklus perdetik
pada basis transistor. Pengaturan rangkaian trigger ini dilakukan dengan Pulse Width
Modulation (PWM).
SISTEM PENGATURAN “ AGUS KHUMAIDI “_TEKNIK OTOMASI PPNS 2013 Page 24
IGBT merupakan singkatan dari Insulated Gate Bipolar Transistor. Dari gambar dibawah
ini dapat kita ketahui bahwa IGBT merupakan salah satu jenis Transistor. Bedanya dengan
transistor, IGBT memiliki impedansi input yang sangat tinggi sehingga tidak membebani
rangkaian pengendalinya (atau sering disebut rangkaian driver). Kemudian disisi output, IGBT
memiliki tahanan(Roff) yang sangat besar pada saat tidak menghantar, sehingga arus bocor
sangat kecil. Sebaliknya pada saat menghantar, tahanan pensaklaran (Ron) sangat kecil,
mengakibatkan tegangan jatuh (voltage drop) lebih kecil daripada transistor pada umumnya.
Disamping itu, IGBT memiliki kecepatan pensaklaran/frekuensi kerja yang lebih tinggi
dibanding transistor lainnya. Oleh sebab itulah mengapa IGBT sering digunakan dalam drive(alat
penggerak motor) yang membutuhkan arus yang besar dan beroperasi di tegangan tinggi, karena
memiliki efisiensi yang lebih baik dibanding jenis transistor lainnya. Ketika bekerja/menghantar
input/gate IGBT harus diberi tegangan standby sekitar 2-15V tergantung spesifikasi IGBT.
Konstruksi IGBT
IGBT memiliki 2 type, kalau di transistor ada NPN dan PNP, maka di IGBT ada tipe N dan tipe P.
Sebagaimana gambar dibawah.
SISTEM PENGATURAN “ AGUS KHUMAIDI “_TEKNIK OTOMASI PPNS 2013 Page 25
Gambar rangkaian mikro dan inverter
Rangkaian daya Inverter satu fasa jembatan penuh terdiri dari 4 buahsaklar
semikonduktor dalam hal ini adalah mosfet. Saklar S1 dan S4 ON-OFF secara bersama-sama
demikian juga saklar S2 dan S3. Pada saat saklar S1 dan S4 ON, maka saklar S2 dan S3 OFF.
Oleh karena itu pada saat saklar S1 danS4 ON maka tegangan input +VDC akan melewati beban.
Dari penjelasan ini dapat digambarkan gelombang keluaran dan tegangan pada saklar
semikonduktor seperti ditunjukan pada Gambar dibawah ini.
keluaran Inverter 1 phasa
Karakteristik drive
SISTEM PENGATURAN “ AGUS KHUMAIDI “_TEKNIK OTOMASI PPNS 2013 Page 26
Typical IGBT applications include:
· Motor control: Frequency <20kHz, short circuit/in-rush limit protection
· Uninterruptible power supply (UPS): Constant load, typically low frequency
· Welding: High average current, low frequency (<50kHz), ZVS circuitry
· Low-power lighting: Low frequency (<100kHz)
MOSFETs are preferred in:
· High frequency applications (>200kHz)
· Wide line or load variations
· Long duty cycles
· Low-voltage applications (<250V)
· < 500W output power
Typical MOSFET applications include:
· Switch mode power supplies (SMPS): Hard switching above 200kHz
· Switch mode power supplies (SMPS): ZVS below 1000 watts
· Battery charging
H. PID-CONTROL ( SOFTWARE BASCOM AVR)
1.1 Gambaran Umum
Bahasa pemprograman BASIC dikenal di seluruh dunia sebagai bahasa pemrograman
handal, cepat, mudah dan tergolong kedalam bahasa pemprograman tingkat tinggi. Bahasa
BASIC adalah salah satu bahasa pemprograman yang banyak digunakan untuk aplikasi
mikrokontroler karena kemudahan dan kompatibel terhadap mikrokontroler jenis AVR dan
didikung oleh compiler software berupa BASCOM-AVR.
SISTEM PENGATURAN “ AGUS KHUMAIDI “_TEKNIK OTOMASI PPNS 2013 Page 27
1.2 Kontruksi bahasa BASIC pada BASCOM-AVR
Setiap bahasa pemprograman mempunyai standar penulisan program. Konstruksi
dari program bahasa BASIC harus mengikuti aturan sebagai berikut:
$regfile = “header”
‟inisialisasi
‟deklarasi variabel
‟deklarasi konstanta
Do
‟pernyataan-pernyataan
Loop
End
$regfile = “m16def.dat” merupakan pengarah pengarah preprosesor bahasa
BASIC yang memerintahkan untuk meyisipkan file lain, dalam hal ini
adalah file m16def.dat yang berisi deklarasi register dari mikrokonroller ATmega 16,
pengarah preprosesor lainnya yang sering digunakan ialah sebagai berikut:
$crystal = 12000000 „menggunakan crystal clock 12 MHz
$baud = 9600 „komunikasi serial dengan baudrate 9600
$eeprom „menggunakan fasilitas eeprom
Konstanta merupakan suatu nilai dengan tipe data tertentu yang tidak dapat
diubah-ubah selama proses program berlangsung. Konstanta harus didefinisikan terlebih
dahulu diawal program. Contoh : Kp = 35, Ki=15, Kd=40
Variabel adalah suatu pengenal (identifier) yang digunakan untuk mewakili suatu
nilai tertentu di dalam proses program yang dapat diubah-ubah sesuai dengan kebutuhan.
Bentuk umum pendeklarasian suatu variable
adalah Dim nama_variabel AS tipe_data. Contoh : Dim x As Integer „deklarasi x bertipe
SISTEM PENGATURAN “ AGUS KHUMAIDI “_TEKNIK OTOMASI PPNS 2013 Page 28
integer. Dalam Bahasa Basic konstanta di deklarasikan langsung. Contohnya : S = “Hello
world” „Assign string
Fungsi merupakan bagian yang terpisah dari program dan dapat dipanggil di
manapun di dalam program. Fungsi dalam Bahasa Basic ada yang sudah disediakan
sebagai fungsi pustaka seperti print, input data dan untuk menggunakannya tidak perlu
dideklarasikan.
Fungsi yang perlu dideklarasikan terlebih dahulu adalah fungsi yang dibuat oleh
programmer. Bentuk umum deklarasi sebuah fungsi adalah:
Sub Test ( byval variabel As type)
Operator Penugasan (Assignment operator) dalam Bahasa Basic berupa
“=”.Operator Aritmatika, yaitu:
* : untuk perkalian
/ : untuk pembagian
+ : untuk pertambahan
- : untuk pengurangan
% : untuk sisa pembagian (modulus)
Operator hubungan digunakan untuk membandingkan hubungan dua buah
operand atau sebuah nilai / variable, misalnya :
= ‟Equality X = Y
< ‟Less than X < Y
> ‟Greater than X > Y
<= ‟Less than or equal to X <= Y
>= ‟Greater than or equal to X >= Y
Operator lsogika digunakan untuk membandingkan logika hasil dari operator-
operator hubungan. Operator logika ada empat macam, yaitu :
NOT „Logical complement
AND „Conjunction
OR „Disjunction
SISTEM PENGATURAN “ AGUS KHUMAIDI “_TEKNIK OTOMASI PPNS 2013 Page 29
XOR „Exclusive or
Operator bitwise digunakan untuk memanipulasi bit dari data yang ada di memori.
Operator bitwise dalam Bahasa Basic :
Shift A, Left, 2 : Pergeseran bit ke kiri
Shift A, Right, 2 : Pergeseran bit ke kanan
Rotate A, Left, 2 : Putar bit ke kiri
Rotate A, right, 2 : Putar bit ke kanan
Pernyataan ini digunakan untuk melakukan pengambilan keputusan terhadap dua
buah bahkan lebih kemungkinan untuk melakukan suatu blok pernyataan atau tidak.
Konstruksi penulisan pernyatan IF-THEN-ELSE-END IF pada bahasa BASIC ialah
sebagai berikut:
IF pernyataan kondisi 1 THEN
„blok pernyataan 1 yang dikerjakan bila kondisi 1 terpenuhi
IF pernyataan kondisi 2 THEN
„blok pernyataan 2 yang dikerjakan bila kondisi 2 terpenuhi
IF pernyataan kondisi 3 THEN
„blok pernyataan 3 yang dikerjakan bila kondisi 3 terpenuhi
Setiap penggunaan pernyataan IF-THEN harus diakhiri dengan perintah END IF
sebagai akhir dari pernyatan kondisional.
Pernyataan ini digunakan untuk melakukan pengambilan keputusan terhadap
banyak kondisi. Konstruksi penulisan pernyatan SELECT-CASE-END SELECT pada
bahasa BASIC ialah sebagai berikut:
SELECT CASE var
CASE „kondisi1 : „blok perintah1
CASE „kondisi2 : „blok perintah2
CASE „kondisi3 : „blok perintah3
CASE „kondisi4 : „blok perintah4
CASE „kondisi5 : „blok perintah5
SISTEM PENGATURAN “ AGUS KHUMAIDI “_TEKNIK OTOMASI PPNS 2013 Page 30
CASE „kondisi‟n‟ : „blok perintah‟n‟
END SELECT „akhir dari pernyatan SELECT CASE
Contoh program PID pada bascom
SISTEM PENGATURAN “ AGUS KHUMAIDI “_TEKNIK OTOMASI PPNS 2013 Page 31
Kesimpulan
Dari seluruh tahapan yang sudah dilaksanakan pada penyusunan tugas ini, mulai dari
perancangan dan pembuatan sampai pada pengujiannya maka dapat disimpulkan bahwa :
1. kecepatan dapat mempengaruhi besarnya percepatan sudut
2. percepatan sudut akan mempengaruhi besarnya konsumsi daya yang dibutuhkan oleh motor
induksi
3. Berdasarkan pengujian rangkaian driver motor dan motor pompa dapat hidup dengan
kecepatan motor yang mampu menyesuaikan perubahan besarnya arus dan mati sesuai dengan
program pada mikrokontroler.
4. Pengujian seluruh alat, hasilnya dapat diketahui dari tampilan Human Machine Interface
(HMI) di Delphi. Hal ini menunjukkan bahwa program telah bekerja dengan baik.
Saran
Untuk lebih memperbaiki dan menyempurnakan kinerja dari alat ini, maka perlu disarankan :
1. Untuk tugas besar seperti ini saya sarankan seharusnya sudah di sosialisasikan sejak awal
agar mahasiswa mampu mengoptimalkan ide – ide mengenai motor listrik lebih optimal dan
dapat di peraktikkan.