Kontrol Daya Motor Dc

32
AGUS KHUMAIDI (6911040017) TEKNIK OTOMASI POLITEKNIK PERKAPALAN NEGERI SURABAYA Penghematan daya pada motor listrik berbasis mikrokontroller dan PID dengan interfacing

description

kontrol daya menggunakan sensor arus

Transcript of Kontrol Daya Motor Dc

Page 1: Kontrol Daya Motor Dc

AGUS KHUMAIDI (6911040017)

TEKNIK OTOMASI

POLITEKNIK PERKAPALAN NEGERI SURABAYA

Penghematan daya pada motor listrik berbasis

mikrokontroller dan PID dengan interfacing

Page 2: Kontrol Daya Motor Dc

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 .

Page 3: Kontrol Daya Motor Dc

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.

Page 4: Kontrol Daya Motor Dc

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.

Page 5: Kontrol Daya Motor Dc

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

Page 6: Kontrol Daya Motor Dc

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

Page 7: Kontrol Daya Motor Dc

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.

Page 8: Kontrol Daya Motor Dc

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

Page 9: Kontrol Daya Motor Dc

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

Page 10: Kontrol Daya Motor Dc

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

Page 11: Kontrol Daya Motor Dc

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.

Page 12: Kontrol Daya Motor Dc

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.

Page 13: Kontrol Daya Motor Dc

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-

Page 14: Kontrol Daya Motor Dc

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 .

Page 15: Kontrol Daya Motor Dc

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.

Page 16: Kontrol Daya Motor Dc

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

Page 17: Kontrol Daya Motor Dc

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.

Page 18: Kontrol Daya Motor Dc

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 :

Page 19: Kontrol Daya Motor Dc

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

Page 20: Kontrol Daya Motor Dc

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

Page 21: Kontrol Daya Motor Dc

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.

Page 22: Kontrol Daya Motor Dc

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

Page 23: Kontrol Daya Motor Dc

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

Page 24: Kontrol Daya Motor Dc

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).

Page 25: Kontrol Daya Motor Dc

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.

Page 26: Kontrol Daya Motor Dc

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

Page 27: Kontrol Daya Motor Dc

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.

Page 28: Kontrol Daya Motor Dc

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

Page 29: Kontrol Daya Motor Dc

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

Page 30: Kontrol Daya Motor Dc

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

Page 31: Kontrol Daya Motor Dc

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

Page 32: Kontrol Daya Motor Dc

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.