PROYEK AKHIR

KONTROLLER PI-FUZZY UNTUK PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA TANPA SENSOR

KECEPATAN DENGAN METODE DIRECT TORQUE CONTROL

M. Rizqi Hadiyatullah NRP. 7308.040.018

Dosen Pembimbing :

Ir. Gigih Prabowo, MT NIP. 19621205199103.1.003

Arman Jaya, ST.MT

NIP. 19660208198903.1.002

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO INDUSTRI DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

POLITEKNIK ELEKTRONIKA NEGERI SURABAYA INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA 2012

1

PROYEK AKHIR

KONTROLLER PI-FUZZY UNTUK PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI

TIGA FASA TANPA SENSOR KECEPATAN DENGAN METODE DIRECT TORQUE

CONTROL

M. Rizqi Hadiyatullah

NRP. 7308.040.018

Dosen Pembimbing :

Ir. Gigih Prabowo, MT NIP. 19621205199103.1.003

Arman Jaya, ST.MT

NIP. 19660208 198903 1 002

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO INDUSTRI DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

POLITEKNIK ELEKTRONIKA NEGERI SURABAYA INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA 2012

KONTROLLER PI-FUZZY UNTUK PENGATURAN

KECEPATAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA TANPA

SENSOR KECEPATAN DENGAN METODE DIRECT

TORQUE CONTROL

Oleh :

M Rizqi Hadiyatullah

NRP. 7308.040.018

Proyek Akhir ini Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk

Memperoleh Gelar Sarjana Sains Terapan (S.ST)

Di Politeknik Elektronika Negeri Surabaya

Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya

Disetujui Oleh:

Tim Penguji Proyek Akhir

1. Ainur Rofiq Nansur, ST., MT.

NIP. 19640713.198903.1.005

2. Epyk Sunarno, S.ST., MT.

NIP. 19620723.199103.1.002

3. Novie Ayub Windarko, ST., MT., Ph.D.

NIP.19751114.200003.1.001

Dosen Pembimbing

1. Ir. Gigih Prabowo, MT.

NIP.19621205.199103.1.003

2. Arman Jaya, ST.MT

NIP. 19660208198903.1.002

Surabaya, 16 Juli 2012

Mengetahui

Ketua Program Studi Diploma IV

Teknik Elektro Industri

Indhana Sudiharto, ST., MT.

NIP. 19660227.199403.1.001

ABSTRACT

Three (3) phase induction motors are the current is often used in the

industry with a variety of applications because it has the advantage

of which is reliable, great strength and low electrical power

consumption when compared with DC motors for the same capacity.

Three (3) Phase Induction Motor has a weakness in controlling the

speed of which depends only on the input frequency, but this can be

overcome with inverter technology. Described in this proposal about

setting rotational speed induction motors are three (3) phase without

a speed sensor that is done by comparing the rotation of reference / reference to the estimated round. Direct Torque Control (DTC) is

used as a basis control parameter estimation. Estimation of rotor

rotation, torque and flux through the stator voltage and current

input. The final results obtained from the motor through the setting-

Fuzzy PI control with direct torque control method is to improve and

smooth the ripple in the torque and the motor stator currents, which

before were given control speed 1491rpm with a voltage of 220 volts

dc.

Keywords: Fuzzy-PI Controller, Inverter, Induction Motor, Direct

Torque Control.

iii

ABSTRAK

Motor Induksi tiga (3) fasa saat ini sering digunakan pada industri

dengan berbagai aplikasi karena memiliki keunggulan diantaranya

adalah handal, tenaganya besar dan konsumsi daya listrik rendah

bila dibandingkan dengan motor DC untuk kapasitas yang sama.

Motor Induksi Tiga (3) Fasa memiliki kelemahan pada pengontrolan

kecepatan yang hanya tergantung pada frekuensi input, tetapi hal ini

bisa diatasi dengan teknologi inverter. Dalam proposal ini

dijelaskan tentang pengaturan kecepatan putar motor induksi tiga

(3) fasa tanpa sensor kecepatan yaitu dilakukan dengan cara membandingkan putaran acuan/referensi dengan putaran estimasi.

Direct Torque Control (DTC) digunakan sebagai basis estimasi

parameter kontrol. Estimasi putaran rotor, torka dan fluks dilakukan

melalui tegangan input dan arus stator. Hasil akhir yang diperoleh

dari pengaturan putaran motor melalui kontrol PI-Fuzzy dengan

metode direct torque control ini adalah memperbaiki dan

memperhalus ripple pada torsi dan arus stator pada motor. Dan

dengan belum diberi control kecepatannya 1491 rpm dengan 220

volt dc.

Kata Kunci: Kontroller PI-Fuzzy, Inverter, Motor Induksi, Direct

torque Control.

iv

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah, segala puji syukur bagi Allah SWT karena

berkat rahmat dan hidayah-Nya, penulis dapat menyelesaikan proyek

akhir yang berjudul :

“KONTROLLER PI-FUZZY UNTUK PENGATURAN

KECEPATAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA DENGAN

METODE DIRECT TORQUE CONTROL”

Pembuatan dan penyusunan proyek akhir ini diajukan sebagai

salah satu syarat untuk menyelesaikan studi Diploma-4 (D4) dan memperoleh gelar Sarjana Sains Terapan (S.ST) di jurusan Elektro

Industri Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Institut Teknologi

Sepuluh Nopember Surabaya.

Penulis berusaha secara optimal dengan segala pengetahuan

dan informasi yang didapatkan dalam menyusun laporan proyek

akhir ini. Namun, penulis menyadari berbagai keterbatasannya,

karena itu penulis memohon maaf atas keterbatasan materi laporan

proyek akhir ini. Penulis sangat mengharapkan masukan berupa

saran dan kritik yang membangun demi kesempurnaan laporan

proyek akhir ini.

Besar harapan penulis agar laporan proyek akhir ini dapat

bermanfaat bagi pembaca, khususnya dalam mempelajari sistem pengaturan kecepatan motor induksi.

Surabaya, 18 Juli 2012

Penulis

v

UCAPAN TERIMA KASIH

Dengan penuh rasa syukur kehadirat Allah SWT dan tanpa

menghilangkan rasa hormat yang mendalam, saya selaku penyusun

dan penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya

kepada pihak-pihak yang telah membantu penulis untuk

menyelesaikan proyek akhir ini, penulis mengucapkan terima kasih

kepada :

1. Allah SWT, karena perlindungan, pertolongan dan ridho-Nya

penulis mampu menyelesaikan proyek akhir ini serta hambanya

yang termulia Nabi Besar Muhammad SAW. 2. Untuk Ibunda dan Ayahanda tercinta, kakak, adik, seluruh

keluarga dan orang tercinta yang selalu memberi dukungan dan

mendoakan.

3. Bapak Ir. Dadet Pramadihanto, M.Eng, Ph.D selaku Direktur

PENS-ITS.

4. Bapak Indhana Sudiharta, S.T,M.T. selaku Ketua Program

Studi Teknik Elektro Industri PENS-ITS.

5. Bapak Ir. Gigih Prabowo, M.T. dan Bapak Arman

Jaya,S.T.,M.T. selaku dosen pembimbing proyek akhir.

6. Seluruh Bapak dan Ibu dosen yang telah membimbing dan

membekali ilmu kepada penulis selama menempuh pendidikan di kampus tercinta ini, Politeknik Elektronika Negeri

Surabaya-ITS ( PENS-ITS ).

7. Teman-teman D4’07 dan ‘08 yang telah memberikan dukungan

langsung dan tidak langsung atas terselesainya proyek akhir ini.

8. Semua pihak yang telah membantu penulis hingga terselesainya

proyek akhir ini yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

Semoga Allah SWT selalu memberikan perlindungan, rahmat

dan nikmat-Nya bagi kita semua. Amin.

vi

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK ..................................................................................... i

KATA PENGANTAR ................................................................... iv

UCAPAN TERIMA KASIH........................................................... v

DAFTAR ISI ................................................................................ vi

DAFTAR TABEL ......................................................................... vi

DAFTAR GAMBAR ..................................................................... x

BAB I PENDAHULUAN............................................................... 1

1.1 Latar Belakang.............................................................................. 1

1.2 Tujuan........................................................................................... 2

1.3 Ruang Lingkup Permasalahan...................................................... 2

1.4 Batasan Masalah........................................................................... 3

1.5 Metodologi.................................................................................... 3

1.6 Sistematika Pembahasan............................................................... 6

1.7 Tinjauan Pustaka........................................................................... 7

BAB II TEORI PENUNJANG ....................................................... 9

2.1 Motor Induksi Tiga Fasa 9

2.1.1 Konstruksi Motor Induksi .................................................... 10

2.1.2 Slip Rotor ............................................................................ 11

2.1.3 Pembebanan pada Motor Induksi ......................................... 12

2.1.4 Pengaturan Kecepatan Motor Induksi dengan Frekwensi dan

Tegangan yang Diubah-ubah ................................................... 12

2.2 Rangkaian Penyearah 16

2.2.1 Dioda .................................................................................. 17

2.2.2 Rangkaiaan Penyearah ......................................................... 18

2.3 Rangkaian Filter.......................................................................... 21

2.4 Transistor Daya........................................................................... 22

2.4.1 Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (MOSFET)

............................................................................................... 23

vii

Halaman

2.4.2 Simbol Rangkaian MOSFET ...................................................24

2.5 Inverter........................................................................................ 25

2.5.1 Inverter Tiga Fasa ................................................................ 25

2.6 PCI............................................................................ 27

2.6.1 Koneksi PCI dengan perangkat luar.................................. 27

2.8 Sensor Tegangan......................................................................... 30

2.9 Sensor Arus ............................................................................ 30

2.10 Model Dinamik Motor Induksi Tiga Fasa................................ 33

2.11 Pengaturan Motor Induksi Tanpa Sensor Kecepatan dengan

Metode direct Torque control ............................................. 42

2.11.1 Metode direct torque control .................................................39

2.12 Kontroler PI-Fuzzy...................................................................41

2.12.1 Desain Rule Base...................................................................43

BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN PERALATAN

KERAS ............................................................................. 47

3.1 Perencanaan Sistem Hardware................................................... 47

3.2 Perencanaan dan Pembuatan Rangkaian Penyearah Gelombang

Penuh Tiga Fasa................................................................................ 48

3.3 Perencanaan dan Pembuatan Inverter Tiga Fasa........................ 49

3.4 Sensor Arus................................................................................ 53

3.5 Sensor Tegangan........................................................................ 54

3.6 Perencanaan Sistem Software.................................................... 55

3.6.1 Matlab .....................................................................................55

3.7 Perencanaan Kontroler PI-Fuzzy................................................ 60

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA ....................................... 67

4.1 Pengujian dan Analisa................................................................ 67

4.2 Pengujian Parameter Motor Induksi Tiga Fasa .........................67

4.3 Pengujian pada Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh Tiga

Fasa .................................................................................................68

4.4 Pengujian sensor Tegangan………………………………….…72

4.5 Pengujian sensor arus…………………………………………..74 4.6 Pengujian Rangkaian inverter 3 fasa + switching……………...79

viii

4.7 pengujian terhadap motor induksi 3 fasa 0,5 HP………………81

BAB V PENUTUP ..................................................................... 113

5.1 Kesimpulan............................................................................... 113

5.2 Saran......................................................................................... 113

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

PROFIL PENULIS

ix

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

2.1 Tabel daftar terminal .............................................................. 32

2.2.Rule base control logika fuzzy ................................................ 44

2.3 Setting parameter kontroller PI dengan Ziegler-Nichols ........... 46

2.4 Setting kontroler optimum dengan metode tanggapan tangga ... 47

3.1 Tabel rotasi switching berlawanan arah jarum jam ................... 58

3.2 Tabel rotasi switching searah jarum jam .................................. 59

3.3 Rotasi switching berlawanan arah dengan asumsi di sektor 2 ... 60

3.4 Range nilai membership function error.................................... 61

3.5 Range nilai membership function delta error ........................... 62

3.6 Range nilai membership function output .................................. 63

3.7 Rule base kontrol logika fuzzy ................................................. 63

4.1 Pengujian tanpa beban ............................................................ 68

4.2 Pengujian DC ......................................................................... 68 4.3 Pengujian Penyearah Gelombang Penuh Tiga Fasa .................. 70

4.4 Hasil Pengujian Sensor Tegangan AC ..................................... 73

4.5 Hasil Pengujian Sensor Arus (ACS) ......................................... 74

4.6 Hasil Pengujian Penguatan Sensor Arus (ACS) ........................ 77

4.7 Data hasil pengujian rangkaian inverter tiga fasa dengan beban

motor induksi tiga fasa, 0,5 HP ..................................... 81

4.8 Hasil pengujian kecepatan setelah diberi beban motor induksi 3

fasa 0,5 HP dengan frekuensi 50Hz ............................... 82

4.9 Hasil pengukuran kecepatan motor dengan frekuensi yang

berubah-ubah dengan tegangan input tetap 130Vac ....... 82

4.10 Hasil pengukuran dengan alat ukur ........................................ 83

4.11 Hasil pengukuran dengan menggunakan Power Harmonics Analyzer “FLUX 41B” ................................................. 84

x

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

1.1 Flowchart tahap-tahap pengerjaan proyek akhir ......................... 5

2.1 Penampang rotor dan stator motor induksi............................... 10

2.2 Bagian-bagian motor induksi tiga fasa..................................... 11 2.3 Rangkaian ekuivalen motor induksi ........................................ 13

2.4 Karakteristik torsi-kecepatan untuk frekwensi yang berubah-ubah

dan V/f yang konstan ................................................. 14

2.5 Rangkaian ekuivalen pengujian tanpa beban............................ 15

2.6 Rangkaian ekuivalen blocked rotor test ................................... 15

2.7(a) Simbol dioda ...................................................................... 18

2.7(b) Karakteristik ideal dioda..................................................... 18

2.8 Rangkaian penyearah gelombang penuh tiga fasa .................... 19

2.9(a) Gelombang input penyearah ............................................... 20

2.9(b) Gelombang output penyearah ............................................. 20

2.9(c) Gelombang tegangan rata-rata ............................................ 20

2.10 Rangkaian jembatan penyearah dengan filter C ..................... 21 2.11 Rangkaian penyearah gelombang penuh tiga fasa dengan filter

C ......................................................................................... 22

2.12 Gelombang output ................................................................ 22

2.13 Simbol MOSFET .................................................................. 24

2.14 Full bridge inverter tiga fasa ................................................. 26

2.15 Layar setup pada advanted automation software .................... 27

2.16 Differentoption for driver setup ............................................. 28

2.17 Test koneksi PCI dengan komputer ....................................... 28

2.18 Blok sistem DTC melalui PC ................................................ 29

2.19 Tampilan blok parameter output ............................................ 29

2.22 Rangkaian resistor pembagi tegangan .................................... 30 2.23 Pin out diagram .................................................................... 31

2.24 Contoh aplikasi dari rangkaian sensor arus ACS712 .............. 29

2.25 Blok diagram dari sensor arus ACS712 ................................. 35

2.26 Karakteristik input dan output dari ACS712 .......................... 35

2.27 Stator dan rotor dari motor induksi pada frame referensi ........ 36

2.28 Stator dan rotor dari motor induksi dalam system .................. 36

2.29 Rangkaian pengganti motor induksi tiga fasa sumbu d. .......... 40

xi

Gambar Halaman

2.30 Rangkaian pengganti motor induksi tiga fasa sumbu q. .......... 40

2.31 Blok diagram kontroler fuzzy ................................................ 42

2.32 Membership function untuk input error, input delta error dan

output ................................................................................... 42

2.33 Karakteristik plant dengan metode tanggapan tangga ............. 45

3.1 Blok diagram sistem secara keseluruhan .................................. 47

3.2 Rangkaian rectifier 3 fasa ........................................................ 48

3.3 Gambar skematik rangkaian inverter tiga fasa .......................... 50

3.4 Rangkaian perencanaan inverter tiga fasa ................................ 50

3.5 Simulasi rangkaian inverter tiga fasa dengan menggunakan PSIM ............................................................................................... 52

3.6 Gambar gelombang pulsa switching pulsa tiap mosfet ............. 53

3.7 Rangkaian aplikasi sensor arus ACS 712 ................................. 53

3.8 Rangkaian aplikasi sensor arus ACS 712 yang baru ................. 54

3.9 Rangkaian skematik sensor tegangan ....................................... 55

3.10 Blok diagram DTC................................................................ 56

3.11 (a) Karakteristik flukx control ............................................... 57

3.11 (b) Karakteristik Torsi control ............................................... 57

3.12 Perencanaan membership function ........................................ 61

3.13 Membership function error .................................................... 61

3.14 Membership function delta error ........................................... 62 3.15 Membership function output ................................................. 63

3.16 Perencanaan rule base ........................................................... 64

3.17 Logika PI-Fuzzy ................................................................... 65

4.1 Gambar pengujian penyearah gelombang penuh tiga fasa ........ 69

4.2 Respon tegangan input dari penyearah gelombang penuh tiga

fasa (Vin=380 VAC, Volt/div=50V dan Time/div=5ms)

.................................................................................. 69

4.3 Respon tegangan output dari penyearah gelombang penuh tiga

fasa (Vin=548 VDC, Volt/div=50V dan Time/div=5ms)

.................................................................................. 70

4.4 Grafik tegangan penyearah tiga fasa ........................................ 71 4.5 Rangkaian sensor tegangan ..................................................... 71

4.8 Grafik tegangan luaran sensor tegangan................................... 73

4.9 Blok Pengujian sensor arus ..................................................... 74

4.10 Grafik Tegangan luaran sensor arus ....................................... 75

xii

4.18 Program switching open loop ................................................ 80

4.19 Sinyal output inverter Vu dan Vv (50V/div;5ms/div) ............ 80

4.20 Sinyal output inverter Vv dan Vw (50V/div;5ms/div) ........... 80

4.21 Sinyal output inverter Vu dan Vw (50V/div;5ms/div) ........... 81

4.23 Simulasi Program secara close loop ...................................... 85

4.24 Respon motor sebelum PI ..................................................... 85 4.21 Respon motor setelah PI ....................................................... 86

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Motor DC adalah motor yang paling ideal untuk pengemudian

electric (Electric drive), karena arus medan dan arus jangkar dapat

dikontrol secara terpisah (decoupled system). Disamping itu

kecepatan motor dapat dikontrol tanpa bantuan converter. Namun

dengan adanya komutator didalam motor DC sehingga

membutuhkan pemeliharaan yang rutin, hal ini yang menyebabkan

sistem kurang handal. Pada saat ini motor dc pada industri mulai tergeser oleh motor induksi, baik motor induksi satu fasa maupun

motor induksi tiga (3) fasa. Pada tugas akhir ini akan digunakan

motor induksi tiga (3) fasa yang memiliki keunggulan diantaranya

handal, konstruksinya sederhana, kokoh, tenaga yang besar, daya

listrik rendah dan hampir tidak ada perawatan (perawatannya

mudah). Motor induksi tiga (3) fasa memiliki kelemahan pada

pengontrolan kecepatan karena kecepatanya hanya bergantung pada

frekuensi input sedangkan sumber yang ada memiliki frekuensi yang

konstan. Untuk mengubah frekuensi input lebih susah dibandingkan

mengatur tegangan input. Dengan ditemukannya teknologi inverter

maka hal tersebut menjadi mungkin dilakukan. Metode pengontrolan kecepatan motor induksi tiga (3) fasa

mengalami banyak perkembangan mulai dari kendali frekwensi

menggunakan pulse width modulation (pwm), fluks vektor kontrol

menggunakan pulse width modulation (pwm) sampai direct torque

control (DTC). Perkembangan ini disebabkan banyaknya penelitian

tentang kendali kecepatan motor induksi tiga (3) fasa untuk

meningkatkan performa dari motor induksi.

Melalui simulink pada matlab dapat disimulasikan kendali

kecepatan dengan metode DTC. Hasil melalui simulink untuk

mengimplementasikan pada hardware dengan menggunakan PCI

interface, tentunya dengan pengkondisian sinyal input atau output dari hardware ke PC atau sebaliknya sehingga dari simulasi dapat

dilakukan implementasi pada kondisi nyata.

Dalam tugas akhir ini akan dibuat pengembangan sistem

kendali PI-Fuzzy untuk pengaturan kecepatan motor induksi tiga (3)

2

fasa. Penggunaan kontroller PI pada sistem pengendalian sangat

populer dikarenakan kontroller PI punya struktur yang sederhana dan

punya performasi yang baik pada daerah operasi yang luas.

Perkembangan lebih jauh terjadi pada konsep optimasi terutama pada

penggunaan teori fuzzy

Untuk merancang kontroler PI diperlukan dua

parameter, yaitu proportional gain dan time integral.

perkembangan lebih jauh untuk lebih mengoptimalkan pemilihan

kedua parameter tersebut diatas ada dua kategori, yang

pertama adalah dengan mentuning seoptimal mungkin pada awal

proses dan yang kedua adalah dengan membuat estimasi parameter dengan metode simulasi dan pemodelan

system agar lebih adaptif berdasarkan pengetahuan yang pasti

tentang karakteristik plant.

Teori fuzzy yang digunakan untuk mengoptimasi

parameter kontroler PI. Fuzzy logic digunakan sebagai

penala parameter kontroller PI yaitu Kp dan Ki, sehingga

kontroller dapat bekerja secara optimal. Dengan kontroller

PI-Fuzzy diharapkan dapat mengontrol kecepatan motor.

1.2 Tujuan

Pada motor induksi (3) fasa bertujuan mengatur kecepatan motor induksi melalui kontroler PI-Fuzzy dan menggunakan metode

direct torque control untuk mendapatkan overshoot yang rendah

serta settling time yang pendek. Pengaturan kecepatan putaran motor

dilakukan untuk motor induksi dengan kondisi dinamis.

1.3 Ruang Lingkup Permasalahan

Pada penggunaannya, motor induksi sering dioperasikan pada

kecepatan yang konstan. Pada kondisi motor induksi yang dibebani

terjadi perubahan kecepatan pada motor induksi sehingga

mengakibatkan gangguan pada proses yang memerlukan kecepatan

motor induksi yang konstan. Selain itu, permasalahan yang muncul adalah penentuan sinyal kontrol yang sesuai dengan perubahan

kecepatan yang tidak menentu. Untuk itu dibuatlah proyek akhir

dengan judul, “Kontroller Pi-Fuzzy Untuk Pengaturan Kecepatan

3

Motor Induksi Tiga (3) Fasa Tanpa Sensor Kecepatan Dengan

Metode Direct Torque Control”

1.4 Batasan Masalah

Untuk lebih memfokuskan pembahasan proyek akhir ini,

maka masalah yang ditangani dari tugas akhir ini dibatasi pada

beberapa rincian sebagai berikut :

1. Penggunaan rangkaian penyearah gelombang penuh tiga

fasa sebagai penyearah AC – DC.

2. Penggunaan inverter tiga fasa sebagai konversi DC – AC. 3. Penggunaan motor induksi tiga fasa sebagai obyek

penelitian (plant).

4. Metode kontrol kecepatan motor induksi tiga fasa tanpa

sensor kecepatan yang digunakan adalah direct torque

control dengan kontroler PI-Fuzzy.

5. Perangkat interface yang digunakan adalah PCI 1710

6. Program untuk implementasi adalah simulink pada matlab

1.5 Metodologi

Langkah-langkah kerja dari pelaksanaan proyek ahir ini

adalah sebagai berikut:

a) Studi literatur

Studi literatur dilakukan dengan cara mencari sumber

data yang diperoleh dari makalah-makalah, buku teks yang

relevan dengan bahasan proyek akhir. Diantaranya referensi

mengenai :

Paper-paper dan presentasi yang membahas

direct torque control (DTC)

Buku-buku dan modul pelatihan tentang

perancangan pemodelan dengan program

matlab-simulink.

Buku-buku dan datasheet untuk menginterfacekan PCI 1710 dengan matlab-

simulink

Dari literatur atau sumber yang ada, kita dapat

mengambil poin-poin yang relevan dengan pokok

4

bahasan sehingga dapat membantu terselesainya proyek

akhir ini.

b) Perancangan sistem

Pada perencanaan sistem ini langkah awal yang

dilakukan adalah membuat simulasi PSIM serta Simulink

pada Matlab untuk menentukan parameter-parameter yang

digunakan dalam pengaturan kecepatan motor induksi. Kontroler PI-Fuzzy diatur melalui parameter Kp, Ki, rule

base serta membership functionnya.

Perancangan inverter tiga fasa dengan beban motor

induksi.

Dalam perancangan ini perlu dirancang terlebih dahulu

desain rangkaian penyearah gelombang penuh tiga fasa

sebagai peyearah dari tegangan jala-jala PLN dan inverter

tiga fasa dengan enam buah mosfet yang akan menghasilkan

gelombang kotak.

c) Pembuatan dan Pengujian Perangkat Lunak (software)

dan Perangkat Keras (Hardware)

Berdasarkan hasil perancangan, dilakukan

realisasi/pembuatan perangkat-perangkat yang dibutuhkan.

Serta diadakan pengukuran/pengujian masing-masing

bagian (sub-sistem) dari perangkat - perangkat tersebut

sebelum dilakukan integrasi.

d) Integrasi dan pengujian sistem

Dari hasil perancangan, dilakukan realisasi/pembuatan baik perangkat keras maupun perangkat lunak. Dan

diadakan pengukuran/pengujian masing-masing bagian

(sub-sistem) dari perangkat-perangkat tersebut sebelum

dilakukan integrasi. Untuk mengetahui semua sistem yang

telah dirancang sesuai dengan hasil yang diharapkan,

dilakukan integrasi terhadap masing-masing perangkat.

Secara detail tahap-tahap pengerjaan proyek akhir ini

terlihat pada flowchart pada gambar berikut:

5

MULAI

STUDI LITERATUR

DESAIN DAN PENGERJAAN

HARDWARE DAN

SOFTWARE

PENGUJIAN HARDWARE

DAN SOFTWARE DI

LABORATORIUM

APAKAH

PERFORMA SUDAH MEMENUHI

KRITERIA ?

AMBIL DATA

OUTPUT

TERAKHIR

SELESAI

Y

N

Gambar 1. Flowchart tahap-tahap pengerjaan proyek akhir

e) Penyusunan Buku

Pembuatan dan penyusunan buku dilakukan setelah

proyek akhir ini diuji dan dinyatakan sesuai dengan

standart. Didalam pembuatan buku, semua dari hasil

pengerjaan proyek akhir harus dijelaskan dengan baik dan

benar sesuai dengan hasil proyek akhir.

6

1.6 Sistematika Pembahasan

Setelah dilakukan proses pelaksanaan dan pembuatan alat

pada proyek akhir ini, mulai dari studi literatur, perencanaan,

pembuatan, pengujian dan perbaikan serta analisa hasil yang didapat,

maka untuk pembahasan secara lengkap diwujudkan dalam bentuk

buku laporan proyek akhir dengan sistematika pembahasan sebagai

berikut :

BAB I : PENDAHULUAN

Bab ini berisi tentang latar belakang pembuatan alat pada

proyek akhir, tujuan yang ingin dicapai, ruang lingkup permasalahan, batasan permasalahan, metodologi,

sistematika pembahasan dan tinjauan pustaka.

BAB II : TEORI PENUNJANG

Bab ini membahas mengenai teori-teori yang menunjang

dan berkaitan dengan penyelesaian proyek akhir, antara

lain teori kontrol PI-Fuzzy dengan metode direct torque

control, rangkaian sensor arus, rangkaian sensor tegangan,

rangkaian penyearah gelombang penuh tiga fasa,

rangkaian inverter tiga fasa, serta driver penyulutan

inverter tiga fasa.

BAB III : PERANCANGAN DAN PEMBUATAN PERALATAN

KERAS

Bab ini membahas tahap perencanaan dan proses

pembuatan perangkat keras proyek akhir.

BAB IV : PENGUJIAN DAN ANALISA

Bab ini membahas secara keseluruhan dari sistem dan

dilakukan pengujian serta analisa pada setiap percobaan

perangkat keras. Mengintegrasikan seluruh sistem dan

pengujian, kemudian berdasarkan data hasil pengujian dilakukan analisa terhadap keseluruhan sistem.

7

BAB V : PENUTUP

Bab ini membahas kesimpulan dari pembahasan,

perencanaan, pengujian dan analisa berdasarkan data hasil

pengujian sistem. Untuk meningkatkan hasil akhir yang

lebih baik diberikan saran-saran terhadap hasil pembuatan

proyek akhir.

1.7 Tinjauan Pustaka

Direct Torque Control (DTC) adalah kontrol berdasarkan

fluks stator dalam kerangka seferensi stator tetap menggunakan

kontrol langsung dari switching inverter. DTC pada motor induksi telah bertambah menjadi metode alternatif terbaik pada metode field

orientation atau vector kontrol.

Ide dasar dari DTC adalah perubahan torsi sebanding dengan

slip antara fluk stator dan fluk rotor pada kondisi fluk bocor stator

tetap. Hal ini banyak dikenali untuk pengaturan torsi dan fluk cepat

dan robust. Pada motor induksi dengan rotor sangkar untuk waktu

tetap rotor menjadi sangat besar, fluk bocor rotor berubah perlahan

dibanding dengan perubahan fluk bocor stator. Oleh karena itu, pada

keadaan perubahan yang cepat fluk rotor cenderung tidak berubah.

Perubahan cepat dari torsi elektromagnetik dapat dihasilkan dari

putaran fluk stator, sebagai arah torsi. Dengan kata lain fluk stator dapat seketika mempercepat atau memperlambat dengan

menggunakan vektor tegangan stator yang sesuai. Torsi dan fluk

kontrol bersama-sama dan decouple dicapai dengan pengaturan

langsung dari tegangan stator, dari error respon torsi dan fluk. DTC

biasanya digunakan sesuai vektor tegangan dalam hal ini untuk

memelihara torsi dan fluk stator dengan dua daerah histerisis, yang

menghasilkan perilaku bang bang dan variasi prosedur frekuensi

pensaklaran dan ripple fluk, torsi dan arus yang penting. DTC

biasanya digunakan sesuai vektor tegangan dalam hal ini untuk

memelihara torsi dan fluk stator dengan dua daerah histerisis.

Kontrol yang digunakan dalam proyek akhir ini adalah kontrol PI-Fuzzy. Kontrol ini menghasilkan keluaran berupa arus

acuan isq yang sebanding dengan besarnya arus isq penghasil torsi

motor. Metode ini menggunakan setting arus dan tegangan input

pada close loop untuk perhitungan parameter rotor.

8

Saat ini telah banyak dikembangkan metode pengaturan

kecepatan motor induksi tiga fasa dengan metode DTC. Beberapa

makalah yang menyatakan metode tersebut adalah :

1. Arman Jaya*, Mauridhi Heri Purnomo**, Soebagio**,

“Pengaturan Kecepatan Motor Induksi Tanpa Sensor

Kecepatan Menggunakan Metode Fuzzy Sliding Mode

Control Berbasis Direct Torque Control”, yang membahas

pengaturan kecepatan motor induksi tiga fasa tanpa sensor

kecepatan dengan metode self tunning fuzzy SMC dan

berbasis DTC yang mana respon kecepatan yang dihasilkan

baik.

2. Pramudya Rian Perdana, Gigih Prabowo, Ainur Rofiq

Nansur,” Pengaturan Kecepatan Motor Induksi 3Phasa

Melalui DTC Dengan Menggunakan Sliding Mode Control,

yang membahas Konvensional DTC akan memberikan cara

pengaturan putaran yang sederhana dan memberikan

respons yang cepat terhadap perubahan, tetapi akan

menimbulkan ripple di torsi, fluks dan arus pada kondisi

steady state.

9

BAB II

TEORI PENUNJANG

2.1 Motor Induksi Tiga Fasa

Motor induksi adalah suatu mesin listrik yang mengubah

energi listrik menjadi energi gerak melalui gandengan medan listrik

dan mempunyai slip antara medan stator dan medan rotor. Ciri yang

membedakan motor induksi dengan motor sinkron adalah motor

induksi tidak memerlukan sumber eksitasi DC tersendiri untuk

menghasilkan medan magnet rotor. Motor induksi disebut juga

sebagai motor asinkron karena rotor berputar tidak serempak dengan putaran magnetik fluks yang dihasilkann oleh kumparan statornya.

Motor induksi tiga fasa berputar pada kecepatan yang pada dasarnya

adalah konstan, mulai dari tidak berbeban sampai mencapai keadaan

beban penuh. Kecepatan putaran motor ini dipengaruhi oleh

frekuensi, dengan demikian pengaturan kecepatan tidak dapat

dengan mudah dilakukan terhadap motor ini. Walaupun demikian,

motor induksi tiga fasa memiliki beberapa keuntungan, yaitu

sederhana, konstruksinya kokoh, harganya relatif murah, mudah

dalam melakukan perawatan, dan dapat diproduksi dengan

karakteristik yang sesuai dengan kebutuhan industri.

Prinsip kerja dari motor induksi adalah sebagai berikut : a. Apabila sumber tegangan tiga fasa dipasang pada kumparan

medan (stator), timbulah medan putar dengan kecepatan

angular (𝜔s).

b. Karena rangkaian rotor merupakan rangkaian tertutup, maka

akan timbul arus rotor yang diakibatkan oleh GGL rotor.

c. Medan putar stator akan memotong batang konduktor pada

rotor. Akibatnya pada kumparan jangkar (rotor) timbul

tegangan induksi (GGL) yang mengakibatkan rotor berputar

dengan kecepatan putar sinkron terhadap kecepatan putar

stator.

d. Bila torsi awal yang dihasilkan cukup besar untuk memikul beban, rotor akan berputar searah dengan medan putar

stator.

10

e. Agar tegangan terinduksi, diperlukan adanya perbedaan

antara kecepatan angular dari medan putar stator (ns) dan

kecepatan putar rotor (nr).

2.1.1 Konstruksi Motor Induksi

Sebuah motor induksi tiga fasa memiliki konstruksi yang

hampir sama dengan motor listrik jenis lainnya. Motor ini memiliki

dua bagian utama, yaitu stator yang merupakan bagian yang diam,

dan rotor sebagai bagian yang berputar sebagaimana diperlihatkan

pada gambar 2.1. Antara bagian stator dan rotor dipisahkan oleh

celah udara yang sempit, dengan jarak berkisar dari 0,4 mm sampai 4 mm.

Gambar 2.1 Penampang rotor dan stator motor induksi

Konstruksi motor induksi ini seperti juga motor listrik yang sering dijumpai. Rotor motor induksi terdiri dari dua tipe, yaitu :

1. Rotor tipe Wound (Rotor Lilit)

2. Rotor tipe Squirrel Cage (Rotor Sangkar Bajing)

Motor induksi rotor squirrel cage adalah jenis paling

sederhana dan paling umum digunakan dari motor listrik yang lain.

Konstruksi rotor motor ini terdiri dari sejumlah batangan-batangan

tembaga yang diletakkan dalam alur-alur rotor dengan ujung-ujung

yang dihubungkan singkat dengan menggunakan cincin. Sehingga

dengan demikian motor induksi rotor squirrel cage tidak dapat

dihubungkan dengan tahanan seri pada rotor, karena rotor selalu terhubung singkat.

Karakteristik kopel putaran dari motor induksi sangat

dipengaruhi oleh besaran tahanan rangkaian sekunder yang

11

berpengaruh pada putaran, kopel maksimum dan kopel start. Karena

rangkaian rotor motor induksi ini selalu terhubung singkat, maka

kopel putaran relatif sesuai dengan besar tahanan sekunder.

Dalam proyek akhir ini akan digunakan motor induksi tiga

fasa tipe squirrel cage (sangkar bajing).

Gambar 2.2 Bagian-bagian motor induksi tiga fasa1

2.1.2 Slip Motor

Tegangan induksi pada batang rotor tergantung dari

kecepatan rotor relatif terhadap medan magnet putar, ketika

kecepatan rotor sama dengan kecepatan medan putar, maka pada

kawat rotor tidak terinduksi tegangan, hal ini akan menyebabkan

tidak adanya arus dan medan magnet pada rotor, sehingga tidak

dihasilkan torsi induksi dan motor akan melambat atau tidak berputar. Ada dua cara untuk menyatakan kecepatan relatif dari rotor

terhadap medan magnet putar, yaitu :

a. Slip speed yang didefinisikan sebagai :

nslip = ns- nr……….……………..……………….………….….. (2.1)

Keterangan :

ns = kecepatan stator

nr = kecepatan rotor

b. Slip (s) yang dinyatakan dalam per unit :

1 Ir.H.Sutedjo Abdurrahman, MT, “Diktat Mesin Listrik 2”, hal. 4KECEPN

MOTOR INDUKSI

12

s = nslip

ns

×100% = ns-nr

ns

×100.……………….……….……….. (2.2)

Atau,

s =ωs-ωr

ωs

×100%…………….……….……….………..………. (2.3)

Keterangan :

ωs = kecepatan sudut stator

ωr = kecepatan sudut rotor

2.1.3 Pembebanan Motor Induksi

Pembebanan yang digunakan pada motor induksi

menggunakan metode dinamometer tipe pumutus arus Eddy. Metode ini terdiri atas sebuah piringan dari tembaga yang ditempatkan pada

poros putar dan sebuah stator dengan sejumlah lilitan

elektromagnetik yang menyebabkan arus Eddy dapat mengalir ke

dalam piringan. Sehingga piringan logam yang berputar mendapat

gaya yang arahnya berlawanan dengan arah putar rotor yang pada

akhirnya rotor menjadi lambat atau terbebani. Stator memiliki lengan

untuk mengukur torsi pada kedua arah yang dapat diukur dengan

menambahkan spring balance. Sehingga daya output dapat diukur

sebagai berikut :

T = 9.8 W L……………….……………...……….….….………. (2.4)

Keterangan :

L = Panjang lengan dari pusat poros ke spring balance (m)

W = Pembacaan spring balance (kg)

2.1.4 Pengaturan Kecepatan Motor Induksi dengan Frekwensi

dan Tegangan yang Diubah-ubah

Dari persamaan kecepatan motor induksi terlihat bahwa

kecepatan motor induksi berbanding lurus dengan frekwensi

tegangan supply. Kecepatan motor dapat diatur dengan halus dari nol

sampai rating kecepatan atau yang lebih tinggi dengan menaikkan

13

frekwensi tegangan supply. Jika frekwensi supply diturunkan dari

rating tegangan dibuat konstan, berdasarkan persamaan motor

induksi Es = 4,44 Φmf, terlihat bahwa fluks motor akan naik. Tapi

operasi diatas level fluks yang sesuai dengan perencanaan akan

menghasilkan rugi inti yang berlebihan dan arus magnetisasi yang

tidak diinginkan untuk menjaga pada operasi rating kerapatan fluks

pada saat kecepatan diubah-ubah perlu untuk mengatur tegangan Es

proporsional dengan perubahan frekwensi F1, atau dapat ditulis

dalam bentuk persamaan,

𝐸1

𝑓1

= 4,44×𝜃𝑚= Konstan……….…….………………………… (2.5)

Emf E1 dapat diatur secara tidak langsung dengan mengatur

tegangan terminal V1. Untuk pengaturan interval frekwensi yang

biasa digunakan untuk pengaturan kecepatan motor 0 < f1 < 100 Hz,

efek kulit dapat diabaikan dan tahanan primer R1 dan Rf dapat dianggap konstan. Reaktansi motor X1, X2 dan Xm berbanding lurus

dengan frekwensi f1. Induksi magnetisasi Lm konstan bila persamaan

(2.5) dikombinasi dengan persamaan (2.6) berikut :

𝐸1 = 𝑉1 − 𝐼1 𝑅1 + 𝐽𝑋1 …………………………………………… (2.6)

Maka diperoleh persamaan (2.7) berikut :

𝐸

𝑓1

=𝑉1

𝑓1

− 𝐼1 𝑅1

𝑓1

+𝐽𝑋1

𝑓1

…………………………………………… (2.7)

I1 R1 JX1 JX2I2

R2

ROIm

Iw

JXm

+ ……...

- ……...

E1V1

R2/(1-S)/S

R2/S

Gambar 2.3 Rangkaian ekuivalen motor induksi2

2 Ibid, hal. 27

14

I1 X1/f1 tetap konstan tapi I1 R1/f1 menjadi lebih besar pada

kecepatan atau frekwensi yang rendah. Sebagian besar pada interval

kecepatan E1/f1 dapat dijaga konstan dengan mengubah-ubah

tegangan sehingga V1/f1 adalah konstan. Pada kecepatan rendah,

bagaimanapun perbandingan volt/frekwensi harus ditambah untuk

mengkompensasikan tegangan drop di R.

Sehingga persamaan torsi maksimum dapat ditulis :

𝑇𝑚 =𝑃

8𝜋𝐿2

𝐸1

𝑓1

…………………………………………………… (2.8)

Karakteristik torsi kecepatan pada frekwensi yang dapat

diubah-ubah dan E/f yang konstan dapat diperlihatkan pada Gambar

2.4.

Gambar 2.4 Karakteristik torsi – kecepatan untuk frekwensi yang

berubah-ubah dan V/f yang konstan3

Rangkaian ekuivalen motor induksi sangat berguna untuk

menganalisa respon motor terhadap perubahan beban. Nilai-nilai

parameter dari model rangkaian ekuivalen motor induksi tiga fasa

dapat diperoleh melalui serangkaian pengujian, yaitu :

3 Ibid,hal. 30

15

1. Pengujian Tanpa Beban

Pengujian tanpa beban motor induksi dimaksudkan untuk

mengukur rugi-rugi rotasi serta arus magnetisasi motor induksi.

Rangkaian ekuivalen pengujian tanpa beban dapat dilihat pada

Gambar 2.5

Gambar 2.5 Rangkaian ekuivalen pengujian tanpa beban

Wattmeter, voltmeter dan ampermeter dihubungkan pada

motor yang berputar bebas tanpa beban, motor hanya mengalami

rugi friksi dan rugi-rugi lilitan primer, jadi daya yang terbaca

merupakan rugi mekanik dan slip pada motor adalah sangat kecil

(mendekati nol).

2. Pengujian Rotor Ditahan (Blocked Rotor Test)

Pada pengujian ini rotor dikunci atau diblok sehingga tidak

dapat bergerak. Tujuan dari pengujian ini adalah untuk mencari

parameter Re dan Xe. Rangkaian ekuivalen pengujian rotor ditahan

dapat dilihat pada Gambar 2.6

Gambar 2.6 Rangkaian ekuivalen blocked rotor test

Adapun persamaan untuk mencari parameter Re dan Xe,

adalah :

𝑅𝑒 =𝑃𝐵𝑅

3𝐼𝐵𝑅2 ………………………………………………………… . (2.9)

16

𝑍𝑒 =𝑉𝐵𝑅

3𝐼𝐵𝑅

……………………………………………………… . . (2.10)

𝑋𝑒 = 𝑍𝑒2 − 𝑅𝑒

2 ………………………………………………… (2.11)

3. Pengujian DC (DC Test)

Pengujian DC dilakukan untuk mencari resistansi stator

dengan menerapkan tegangan DC pada terminal stator. Pemakaian

tegangan DC menyebabkan tidak terjadi induksi pada rangkaian

rotor, juga reaktansi rotor menjadi nol sehingga arus hanya dibatasi

oleh resistansi stator. Pengujian DC bertujuan untuk mencari parameter Rs dan R’R.

Persamaan untuk mencari parameter Rs dan R’R dalam

hubungan star (Y), adalah :

𝑅𝑑𝑐 = 𝑅𝑠 =𝑉𝑑𝑐

2𝐼𝑑𝑐………………………………………… . .…… (2.12)

𝑅′𝑅 = 𝑅𝑒 − 𝑅𝑠 …………………………………………………… . (2.13)

Sedangkan persamaan untuk mencari parameter Rs dan R’R

dalam hubungan delta (Δ), adalah :

𝑅𝑑𝑐 = 𝑅𝑠 =3𝑉𝑑𝑐

2𝐼𝑑𝑐………………………………………………… . (2.14)

𝑅′𝑅 = 𝑅𝑒 − 𝑅𝑠 ………………………………………………… . . (2.15)

2.2 Rangkaian Penyearah

Penyearah adalah alat pengubah sumber listrik dari AC

menjadi DC. Alat tersebut berupa rangkaian elektronik dengan komponen utama dioda. Dalam penyearahan tegangan bolak-balik

digunakan penyearah gelombang penuh dengan menggunakan

sebuah dioda jembatan/bridge atau empat buah dioda. Gelombang

keluarannya lebih baik bila dibandingkan dengan penyearah

setengah gelombang.

17

Dioda-dioda semikonduktor banyak ditemukan dalam

berbagai aplikasi dalam bidang rekayasa elektronika. Dioda juga

secara luas digunakan dalam aplikasi rangkaian elektronika daya

untuk mengkonversi daya elektrik. Beberapa rangkaian dioda yang

sering digunakan dalam rangkaian elektronika daya untuk

pemrosesan daya antara lain : rangkaian penyearah setengah

gelombang satu fasa, rangkaian penyearah gelombang penuh satu

fasa dan rangkaian penyearah gelombang penuh tiga fasa serta masih

banyak aplikasi lain.

2.2.1 Dioda Bahan dasar untuk membentuk suatu dioda adalah material

semi konduktor tipe P dan tipe N. Dioda sangat penting dalam dunia

elektronika. Banyak macam dari rangkaian-rangkaian yang

digunakan dari dioda untuk membentuk suatu gelombang listrik,

antara lain :

a) Penyearah

b) Rangkaian Clipping

c) Rangkaian Clamping

d) Freewheel diode

Dioda daya dapat diasumsikan sebagai saklar ideal untuk

banyak aplikasi. Pada Gambar 2.7 (b) menunjukkan karakteristik

ideal dari dioda. Dioda dalam praktek berbeda dengan karakteristik

ideal dan memiliki batasan yang cukup berarti. Dioda daya memiliki

karakteristik hampir sama dengan dioda sinyal p-n junction, dioda

daya memiliki kemampuan daya yang besar, kemampuan menangani

tegangan dan arus yang lebih besar jika dibandingkan dengan dioda

sinyal. Dioda daya memiliki kelemahan yaitu kecepatan pensaklaran

yang lebih rendah jika dibandingkan dengan diode sinyal.

18

(a) Simbol dioda (b) Karakteristik ideal

Gambar 2.7 Dioda4

2.2.2 Rangkaian Penyearah

Tegangan input sinusoidal Vin setengah gelombang positif,

dioda D1dan D2 dibias forward, sedangkan dioda D3 dan D4 dibias

reverse, sehingga arus mengalir ke beban RL melalui D1 dan D2.

Arus ini akan menghasilkan tegangan pada beban RL yang

mempunyai bentuk sama dengan tegangan input 𝑉𝑖𝑛 setengah

gelombang positif.

Ketika tegangan input Vin sinusoidal setengah gelombang

negatif, maka dioda D3 dan D4 dibias forward, sedangkan dioda

D1dan D2 dibias reverse, sehingga arus mengalir ke beban RL

melalui D3 dan D4 . Arus ini akan menghasilkan tegangan pada beban

RL yang mempunyai bentuk setengah gelombang positif. Demikian

seterusnya, sehingga membentuk deretan gelombang penuh (Full-

wave).

Tegangan output rata-rata adalah :

𝑉𝑑𝑐 = 2

T 𝑉𝑚 sin ωt dωt

T2

0

………………………………….... .(2.16)

=1

𝜋𝑉𝑚 − cos 𝜔𝑡

𝜋

0

=2𝑉𝑚

𝜋

4 Mike Tooley, “Komponen rangkaian elektronika”, Erlangga, hal. 10

19

= 0.6366𝑉𝑚

Vrms= 2

T

T2

0

𝑉𝑚 sin ωt 2dωt 1

2 ………………………..… (2.17)

= 1

πVm

2 π

0

sin ωt 2dωt 1

2

= Vm2

π

1 − cos2ωt

2

π

0

dωt 1

2

=Vm

2

= 0,707 Vm

Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh Tiga Fasa Rangkaian penyearah gelombang penuh tiga fasa,

menyearahkan setiap fasa dari sumber tegangan. Pada setiap fasa ada

perbedaan sudut 120° yang apabila disearahkan maka faktor ripel

tegangan yang dihasilkan menjadi berkurang, sehingga dapat

mengurangi kapasitansi kapasitor yang digunakan untuk filter.

Gambar 2.8 Rangkaian penyearah gelombang penuh tiga fasa

Sama halnya dengan penyearah satu fasa, penyearah

gelombang penuh tiga fasa menyearahkan tiap fasa menggunakan

dua buah diode. Seperti gambar dibawah ini hasil penyearahan dari

sumber tiga fasa dengan menggunakan penyearah gelombang penuh.

20

(a) Gelombang input penyearah

(b) Gelombang output penyearah

(c) Gelombang tegangan rata-rata

Gambar 2.9 Gelombang input dan output serta tegangan rata-rata

dari penyearah gelombang penuh tiga fasa

21

2.3 Rangkaian Filter

Rangkain filter yang dimaksud adalah rangkaian yang

berfungsi untuk mengurangi faktor ripel yang terjadi pada suatu

rangkaian penyearah. Komponen yang biasa digunakan untuk

rangkaian filter adalah induktor dan kapasitor. Konfigurasi yang

biasa dipakai dapat dilihat pada uraian di bawah :

Penggunaan Kapasitor C Sebagai Filter

Untuk membuat filter kapasitor kita dapat memasangkan

secara paralel sebuah kapasitor pada terminal output penyearah. Pada

keadaan 0< t < T/2, dioda konduksi dan kapasitor terisi muatan. Pada T/2<t<T, dioda off dan kapasitor akan membuang (discharge).

Berdasarkan sifat kapasitor yang menyatakan bahwa tegangan pada

kapasitor tidak dapat berubah dengan tiba-tiba dan berdasarkan

persamaan Vo(t)=Vc(t), maka diperoleh bentuk tegangan yang

terlihat pada gambar 2.10 (b)

a) Rangkaian jembatan b) Gelombang output

Gambar 2.10 Rangkaian jembatan penyearah dengan filter C5

Dengan pemasangan filter pada penyearah gelombang penuh

tiga fasa ini diharapkan dapat menurunkan ripel tegangan output dari

penyearah.

5 Bambang Hermanto, “Analisa motor induksi dinamik”, hal. 25

22

Gambar 2.11 Rangkaian penyearah gelombang penuh tiga fasa

dengan filter C

Gambar 2.12 Gelombang output

2.4 Transistor Daya Transistor daya memiliki karakteristik kontrol untuk menyala

atau mati. Transistor, digunakan sebagai elemen saklar dioperasikan

dalam wilayah saturasi, menghasilkan drop tegangan kondisi ON

yang rendah. Kecepatan pensaklaran transistor modern lebih tinggi

daripada thyristor dan transistor tersebut sering dipakai dalam

konverter DC-DC dan DC-AC, dengan diode terhubung paralel

terbalik untuk menghasilkan aliran arus dua arah (bidirectional).

23

Meskipun demikian, tingkat tegangan dan arusnya lebih rendah

daripada thyristor dan transistor secara normal digunakan dalam

aplikasi tegangan rendah sampai menengah. Transistor daya dapat

diklasifikasikan pada kategori :

a) Bipolar Junction Transistor (BJT)

b) Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor (MOSFET)

c) Static Induction Transistor (SIT)

d) Insulated-Gate Bipolar Transistor

Keempat jenis transistor diatas dapat diasumsikan sebagai saklar ideal untuk menjelaskan teknik konversi daya. Sebuah saklar

transistor jauh lebih sederhana dibanding sebuah saklar thyristor

komutasi paksa. Tetapi pemilihan antara BJT atau MOSFET dalam

rangkaian konverter tidak membingungkan, keduanya dapat

menggantikan sebuah thyristor, menghasilkan tingkat tegangan dan

arus yang sesuai dengan yang dibutuhkan sebuah konverter.

Transistor memiliki batasan yang berarti dan dibatasi untuk beberapa

aplikasi, tergantung dari karakteristik masing-masing transistor.

2.4.1 Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor

(MOSFET) Dalam JFET, besar keefektifan pada channel dikontrol oleh

medan listrik yang diberikan ke channel melalui P-N junction.

Bentuk lain dari piranti pengaruh medan dicapai dengan penggunaan

bahan elektroda gate yang dipisahkan oleh lapisan oxide dari

channel semikonduktor. Pengaturan Metal Oxide Semikonduktor

(MOS) mengijinkan karakteristik channel dikontrol oleh medan

listrik dengan memberikan tegangan diantara gate dan body

semikonduktor serta pemindahan melalui lapisan oxide. Seperti

halnya piranti yang disebut dengan MOSFET atau MOS Transistor.

Hal ini penting digaris bawahi dengan kenyataan bahwa IC lebih

banyak dibuat dengan piranti MOS dari pada jenis piranti semikonduktor lain.

Ada dua tipe MOSFET, deplesi MOSFET mempunyai

tingkah laku yang sama dengan JFET pada saat tegangan gate nol

dan tegangan drain tetap, arus akan maksimum dan kemudian

menurun dengan diberikan potensial gate dengan polaritas yang

benar (Normally on). Jenis yang lain dari piranti ini disebut dengan

24

enchancement MOSFET yang menunjukkan tidak ada arus pada saat

tegangan gate nol dan besar arus keluaran besar dengan bertambah

besar potensial gate (Normally off). Kedua tipe dapat berada dalam

salah satu jenis channel P atau N.

2.4.2 Simbol dan Rangkaian MOSFET

Terdapat empat simbol yang digunakan untuk MOSFET yang

ditunjukkan pada Gambar 2.13 Simbol-simbol pada Gambar (a) dan

(b) merupakan mosfet tipe N yang digunakan untuk enchancement

dan depletion device. Simbol pada Gambar (c) dan (d) merupakan

mosfet tipe P yang digunakan pada mode enchancement dan depletion device.

Gambar 2.13 Simbol MOSFET6

Pengertian positif untuk semua terminal arus menuju ke

dalam piranti. Kemudian mosfet chanel N, Id adalah positif dan Is

adalah negatif. Ketika Id=Is, Ig sebenarnya bernilai nol. Tegangan

drop diantara drain dan source didesain oleh Vds, Vgs digunakan

untuk menunjukkan tegangan drop dari gate ke source. Untuk mosfet channel P digunakan dengan arah reverse. Terminal arus dan

terminal tegangan adalah negatif sebanding dengan kualitas mosfet

channel N. Source dan substrate dihubung singkatkan didalam

mosfet channel P yang standart.

6 Mike Tooley, op. cit, hal. 23

25

2.5 Inverter

Konverter DC ke AC dinamakan inverter. Fungsi sebuah

inverter adalah mengubah tegangan input DC menjadi tegangan

output AC simetris dengan besar dan frekwensi yang diinginkan.

Tegangan outputnya bisa tertentu dan bisa juga diubah-ubah dengan

frekwensi tertentu atau frekwensi yang diubah-ubah. Tegangan

output variabel didapat dengan mengubah-ubah tegangan input DC

agar gain inverter konstan. Disisi lain, apabila tegangan input DC

adalah tertentu dan tidak bisa diubah-ubah, bisa didapatkan tegangan

output yang variabel dengan mengubah-ubah gain dari inverter.

Gain inverter didefinisikan sebagai rasio tegangan output AC terhadap tegangan input DC.

Bentuk gelombang tegangan output inverter ideal adalah

sinus. Tetapi kenyataanya bentuk gelombang tegangan output

inverter tidaklah sinus dan mengandung harmonisa tertentu. Untuk

penerapan dengan daya rendah dan menengah, gelombang kotak

simetri ataupun tidak simetri bisa digunakan, sedangkan untuk

penerapan dengan daya tinggi dibutuhkan untuk gelombang sinus

dengan sedikit distorsi. Dengan kemampuan piranti semikonduktor

daya kecepatan tinggi yang tersedia, kandungan harmonisa dalam

bentuk gelombang output bisa dikurangi dengan teknik pensaklaran

(Switching). Jenis inverter berdasarkan sistem fasa dibedakan menjadi satu fasa atau tiga fasa. Sedangkan jenis inverter

berdasarkan masukan yang digunakan meliputi : VSI (Voltage

Source Inverter) sumber masukan berupa tegangan dan CSI (Current

Source Inverter) sumber masukan berupa arus. Piranti switching

seperti BJT, MOSFET, IGBT atau THYRISTOR.

2.5.1 Inverter Tiga Fasa

Inverter tiga fasa digunakan untuk penerapan daya tinggi.

Keluaran tiga fasa didapat dari sebuah konfigurasi dari enam

transistor dan enam buah dioda, seperti yang terlihat pada Gambar

2.14. Apabila transistor Q1 di-ON-kan, terminal a dihubungkan ke terminal positif tegangan sumber DC. Apabila transistor Q4 di-ON-

kan, terminal a dihubungkan ke terminal negatif sumber DC.

26

Gambar 2.14 Full bridge inverter tiga fasa

Tegangan keluaran rms dapat dihitung sebagai berikut :

𝑉𝑜= 2

𝑇𝑜 𝑉𝑠

2dt

To/2

0

1/2

= 𝑉𝑠 .............................................…….. (2.18)

Untuk menyatakan tegangan keluaran sesaat dalam Fourrier

Serries sebagai berikut :

𝑉𝑜 = 4𝑉𝑠nπ

∞

n=1,3,5..

sin nωt.....................................................……. (2.19)

Dan untuk n = 1 pada Persamaan 2.19 maka nilai rms dari

komponen fundamental adalah :

V1=4𝑉𝑠

2π = 0.9𝑉𝑠 .......................................…........................... (2.20)

Persamaan arus beban sesaat Io untuk beban RL adalah :

𝐼𝑜 = 4Vs

nπ R2+ nωL 2

∞

n=1,3,5..

sin nωt-θn .............................……… (2.21)

27

Dengan :

θn = tan-1(nωL

R) ........................................................…………. (2.22)

2.6 PCI

Untuk mengkoneksikan antara PC dengan perangkat

keras,dibutuhkan suatu alat interface. Pada proyek akhir ini,

digunakan satu set interface (PCI 1710 dan PCLD 8710). Sebelum

melakukan instalasi driver pada PCI 1710 terlebih dahulu tancapkan

PCI 1710 pada slot PCI yang ada pada personal komputer pada saat

kondisi personal komputer mati. Setelah itu PCI-1710 kita

hubungkan ke PCLD – 8710 melalui kabel terminal 68 pin. Setelah

selesai kita lakukan proses instalasi kepada kedua device tersebut yaitu masukkan CD drivernya lalu program secara otomatis

melakukan Autorun enable pada sebuah sistem. Gambar 2.15

merupakan setup pada advantech automation software.

Gambar 2.15 layar setup pada advanted automation software

Pilihlah instalasi pilihlah yang sesuai dengan kebutuhan anda secara

satu persatu. Pilihlah device yang lebih spesifik ketika proses

intruksi setup secara satu persatu sampai dengan lengkap.

28

Gambar 2.16 different option for driver setup

Setelah selesai proses instalasi secara keseluruhan maka pada PC

kita lakukan proses restart untuk mengetahui apakah driver yang

kita instalasikan sudah benar terkoneksi pada PC. Gambar 2.17

adalah bagan tes koneksi PCI dengan PC apabila PCI telah berhasil

terkoneksi.

Gambar 2.17 test koneksi PCI dengan personal computer

Langkah selanjutnya adalah men-klik pada test board maka akan

muncul beberapa board interface yang sesuai dengan device

interface pada PCI 1710 HG. Hasil tes koneksi tiap port yang ada

29

akan menampilkan keluaran tegangan apabila koneksi dengan

personal komputer berhasil dengan baik.

2.6.1 Koneksi PCI dengan Perangkat Luar

Satu set interface pada proyek akhir ini digunakan untuk

penyulutan DTC dan juga digunakan untuk menampilkan hasil

keluaran sensor arus, sensor tegangan, dan sensor kecepatan. Proses

penyulutan DTC melalui PC dapat berjalan dengan baik, bila port

digital output pada PCLD 8710 terpasang pada perangkat keras

(inverter 3 fasa). Sedangkan hasil keluaran sensor arus dan sensor

tegangan terpasang pada port analog input.

Gambar 2.18 Blok sistem DTC melalui PC

Gambar 2.19 Tampilan blok parameter output

30

2.7 Sensor Tegangan

2.7.1 Pembagi Tegangan

Untuk mengambil sinyal tegangan agar bisa dibaca oleh

rangkaian digunakan resistor pembagi tegangan dipasang secara

paralel antara fasa dengan netral. Fungsi resistor ini adalah untuk

menurunkan tegangan dari tegangan sumber menjadi tegangan yang

dikehendaki. Selain itu, penggunaan resistor tidak mengubah nilai

beda fasa yang terjadi pada beban induktif yang terpasang.

Gambar 2.22 Rangkaian resistor pembagi tegangan

𝑉𝑜𝑢𝑡 = 𝑅2

𝑅1 + 𝑅2

× Vin………….……………………….…. (2.23)

Rangkaian resistor pembagi tegangan menggunakan dua

resistor dipasang seri (R1 dan R2). Dengan mengambil tegangan pada

R2 didapatkan tegangan output sesuai rumusan diatas.

2.8 Sensor Arus

Sensor arus ini adalah salah satu produk dari Allegro untuk

solusi ekonomis dan presisi dalam pengukuran arus AC maupun DC. Sensor ini memiliki presisi, low-offset dan rangkaian sensor linier

hall dengan konduksi tembaga yang ditempatkan dengan permukaan

dari aliran arus yang disensor. Ketika arus mengalir pada permukaan

konduktor maka akan menghasilkan medan magnet yang dirasakan

oleh IC Hall Effect yang terintegrasi kemudian oleh piranti tersebut

dapat dirubah ke tegangan. Sensor ini memungkinkan untuk tidak

menggunakan opto isolator karena antara terminal input arus dengan

outputnya sudah terisolasi secara kelistrikannya. Hal ini karena yang

31

dirasakan atau yang disensor adalah efek hall dari arus input yang

disensor. Berikut adalah gambar pin out diagram, tabel terminal,

aplikasi, blok diagram dan karakteristik input output dari sensor arus

ACS712.

Gambar 2.23 Pin out diagram7

7Data sheet ACS712,”Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear

Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance

Current Conductor” , Allegro MicroSystems , diakses pada tanggal 2

Januari 2011, Alamat www.datasheet.com, hal. 1

32

Tabel 2.1 Tabel daftar terminal

Nomor Nama Keterangan

1 dan 2 IP+ Terminal untuk arus

sensing; fuse internal

3 dan 4 IP- Terminal untuk arus

sensing; fuse internal

5 GND Sinyal terminal

ground

6 FILTER Terminal untuk

kapasitor eksternal

dengan set

bandwitch

7 VIOUT Sinyal analog output

8 VCC Terminal power

supply

Gambar 2.24 Contoh aplikasi dari rangkaian sensor arus ACS7128

8 Ibid, hal. 4

33

Gambar 2.25 Blok diagram dari sensor arus ACS712

Gambar 2.26 Karakteristik input dan output dari ACS7129

2.9 Model Dinamik Motor Induksi Tiga Fasa

Motor induksi tiga fasa yang simetris jika ditinjau dalam

rangkaian rotor yang berputar. Rangkaian stator digambarkan

sepanjang sumbu-sumbu as, bs dan cs. Sedangkan rangkaian rotor

digambarkan sepanjang sumbu-sumbu ar, br dan cr seperti terlihat pada Gambar 2.27. Untuk lebih mudah memahami, bila rangkaian

motor induksi tersebut digambarkan pada bidang datar dengan

memandang dari arah garis normal dari bidang, seperti terlihat pada

9 Ibid, hal. 4

34

Gambar 2.28, stator dan rotor dari motor induksi dalam sistem

adalah :

Gambar 2.27 Stator dan rotor dari motor induksi pada frame

referensi

Gambar 2.28 Stator dan rotor dari motor induksi dalam system

𝑉𝑞𝑠

𝑠

𝑉𝑑𝑠𝑠

0

= 0 Lm p 0

Rs + Ls p 0 Lm p−ωoLm Rr + Lr p −ωoLr

Iqss

Idss

Iqrs

....................(2.24)

𝑉𝑞𝑠𝑉𝑑𝑠

0

= ωeLs Lm p ωeLm

Rs + Ls p −ωeLm Lm pωrLm Rr + Lr p ωr Lr

Iqs

Ids

Iqr

.........................(2.25)

35

Sehingga diperoleh,

Vabcs = RsIabcs+pψabcs

……….………………………….……… (2.26)

Vabcr = RrIabcr+pψabcs

……….…………………………....……. (2.27)

pψabcs

= LsIabcs+LsIabc……….……….……….…………..…… (2.28)

pψabcr

= LrIabcs+LrIabc……….………………....……….…..….. (2.29)

Kemudian,

Vabcs = Vas Vbs Vcs ................................................……… (2.30)

Matriks Ls dan Lr dinyatakan sebagai berikut :

Ls =

Lls + Lms −

1

2Lms −

1

2Lms

−1

2Lms Lls + Lms −

1

2Lms

−1

2Lms −

1

2Lms Lls + Lms

……………………………… (2.31)

Lr =

Llr + Lmr −

1

2Lmr −

1

2Lmr

−1

2Lmr Llr + Lmr −

1

2Lmr

−1

2Lmr −

1

2Lmr Llr + Lmr

......................……. (2.32)

Karena rangkaian rotor berputar terhadap rangkaian stator

yang stasioner, maka matrik Lsr tidak lagi konstan tetapi merupakan

fungsi dari sudut mekanis dari rotasi rotor (θr), sehingga dapat

dinyatakan oleh :

Lsr =

cosθr cos θr +

2π

3 cos θr −

2π

3

cos θr −2π

3 cos θr cos θr +

2π

3

cos θr +2π

3 cos θr −

2π

3 cosθr

…... (2.33)

36

θr = θrmp

2……….……………...……….……….……….……. (2.34)

Dengan p adalah jumlah kutub magnet motor.

Sistem koordinat d-q-n

Persamaan tegangan motor induksi kondisi simetri dalam

koordinat d-q-n dapat dinyatakan dengan Persamaan 2.35 :

Vas = Rsias+d

dtψ

as

Vbs = Rsibs+d

dtψ

bs …….…………….……….………….. (2.35)

Vcs = Rsics+d

dtψ

cs

Dengan :

Vas, Vbs dan Vcs masing-masing menyatakan tegangan stator

fasa a, fasa b dan fasa c.

ias, ibs dan ics masing-masing menyatakan arus stator pada

fasa a, fasa b dan fasa c.

ψas, ψbs dan ψcs masing-masing menyatakan fluk stator fasa

a, fasa b dan fasa c.

Analisis motor induksi secara konvensional dilakukan dengan

menggunakan suatu model matematis yang berupa rangkaian

ekuivalen satu fasa. Analisis ini hanya dapat dilakukan untuk

permasalahan pada kondisi steady state, sumber tegangan tetap dan

parameter beban tetap. Untuk permasalahan yang timbul sebagai

akibat adanya perubahan yang terjadi pada sumber atau beban tidak

dapat menggunakan analisa diatas. Oleh karena itu diperlukan model

lain dari motor induksi yang lebih fleksibel agar dapat menyesuaikan kondisi tegangan sumber, parameter dan beban yang berubah-ubah.

Model yang digunakan pada kondisi ini adalah model motor induksi

model d-q-n dengan persamaan berikut :

37

Vsd = Rsisd + dψ

sd

dt - ωdAψ

sq……….…….….………..………... (2.36)

Vsq = Rsisq + dψ

sq

dt - ωdAψ

sd ………..………..……………...… (2.37)

Vrd = Rrird + dψ

rd

dt - ωdAψ

rq…………..…...……….……….…. (2.38)

Vrq = Rrirq + dψ

rq

dt – ωdAψ

rd……….……..…….……………… (2.39)

ωdA = ωd – ωm……….………………..….…….……………… (2.40)

ωm = p

2 ωmek……………..……….…………..….…….……. (2.41)

Dengan :

vsd dan vsq adalah tegangan stator pada sumbu d dan q

vrd dan vrq adalah tegangan rotor pada sumbu d dan q

isd dan isq adalah arus stator pada sumbu d dan q

ird dan irq adalah arus rotor pada sumbu d dan q

ψsd dan ψsq adalah fluk stator pada sumbu d dan q

ψrd dan ψrq adalah fluk rotor pada sumbu d dan q

ωd adalah putaran medan stator

ωdA adalah putaran medan rotor

ωm adalah putaran rotor dalam rad/detik

ωmek adalah putaran motor sebenarnya dalam rad/detik

Dengan memasukan nilai fluks stator dan fluk rotor, induktansi stator dan rotor dengan persamaan tegangan stator (2.38)

dan (2.39) dan tegangan rotor (2.40) dan (2.41) maka akan

didapatkan persamaan :

Vsd = Rsisd - ωdψsq

+ Lls

d

dtisd + Lm

d

dt isd + ird ……….……… (2.42)

Vsq = Rsisq - ωdψsd

+ Lls

d

dtisq + Lm

d

dt isq + irq ……….……… (2.43)

0 = Vrq = Rrirq - ωdAψrd

+ Llr

d

dtirq + Lm

d

dt isq + irq …….…… (2.44)

0 = Vrd = Rrird - ωdAψrq

+ Llr

d

dtird + Lm

d

dt isd + ird …………… (2.45)

38

Dengan :

Ls adalah induktansi stator

Lr adalah induktansi rotor

Lm adalah induktansi gandeng

Masing-masing persamaan sumbu stator dan rotor

dikombinasi dalam persamaan sumbu d-q dan menghasilkan

rangkaian pengganti motor induksi dalam sumbu d dan sumbu q

sebagai berikut :

Gambar2.29 Rangkaian pengganti motor induksi tiga fasa sumbu d

Gambar2.30 Rangkaian pengganti motor induksi tiga fasa sumbu q

Torsi elektromagnetik dapat ditentukan melalui persamaan :

Tem = 3

2

p

2Lm isqird - isdirq ……….…………….…………….... (2.46)

Akselerasi dari motor ditentukan oleh perbedaan antara torsi

elektromagnetik dengan torsi beban (termasuk torsi gesek) dengan

momen inersia (Jeq) motor. Sesuai dengan Persamaan 2.43 untuk

putaran (mekanik) rotor ωmek dapat dinyatakan menjadi :

ωmek= p

2 ωm ……………………………...…..…………….... (2.47)

39

Maka persamaan akselerasi motor menjadi :

d

dtωmek =

Te - T L

Jeq

……….……….……….……….…….……… (2.48)

Untuk mentransformasi persamaan dari sistem koordinat abc

ke sistem koordinat dq, menggunakan Persamaan 2.488, dengan

variabel f sebagai tegangan, arus atau fluks.

fqds = T θ fabcs ……...….………...……….……….……………(2.49)

2.10 Pengaturan Kecepatan Motor Induksi Tiga Fasa Dengan

Metode Direct Torque Control

Metode Direct Torque Control merupakan tipe kontrol close

loop. Kontrol close loop umum digunakan di dalam pengaturan

kecepatan motor induksi karena memberikan respon kecepatan yang

lebih baik daripada open loop. Kontrol close loop disebut juga

kontrol umpan balik yang menjadikan output sebagai perbandingan

dengan input (referensi) untuk memperoleh suatu error. Didalam suatu sistem yang handal, adanya error merupakan suatu kerugian.

2.10.1 Metode Direct Torque Control

Direct Torque Control (DTC) adalah kontrol berdasarkan fluks

stator dalam kerangka seferensi stator tetap menggunakan kontrol

langsung dari switching inverter. Dasar dari DTC adalah perubahan

torsi sebanding dengan slip antara fluk stator dan fluk rotor pada

kondisi fluk bocor stator tetap. Pada motor induksi dengan rotor

sangkar untuk waktu tetap rotor menjadi sangat besar, fluk bocor

rotor berubah perlahan dibanding dengan perubahan fluk bocor

stator. Oleh karena itu, pada keadaan perubahan yang cepat fluk

rotor cenderung tidak berubah. Perubahan cepat dari torsi elektromagnetik dapat dihasilkan dari putaran fluk stator, sebagai

arah torsi. Dengan kata lain fluk stator dapat seketika mempercepat

atau memperlambat dengan menggunakan vektor tegangan stator

yang sesuai. Torsi dan fluk kontrol bersama-sama dan decouple

dicapai dengan pengaturan langsung dari tegangan stator, dari error

respon torsi dan fluk. DTC biasanya digunakan sesuai vektor

40

tegangan dalam hal ini untuk memelihara torsi dan fluk stator dengan

dua daerah histerisis.

biasanya digunakan sesuai vektor tegangan dalam hal ini untuk

memelihara torsi dan fluk stator dengan dua daerah histerisis.

𝑉 𝑠(t)=2

3V(𝑆𝑎(t)+𝑆𝑏(t)a+𝑆𝑐(t) 𝑎2)..……….……….………… (2.50)

Dengan Vs adalah vektor tegangan

Sa, Sb dan Sc adalah saklar yang ada di inverter

a dan a2 adalah pergeseran 120

o dan 240

o

Persamaan tegangan stator, rotor dan fluks stator, motor dengan Space Vektor ditunjukkan melalui persamaan:

𝑉 𝑠=𝑅𝑠𝑖 𝑠 +𝑑𝜓 𝑠𝑑𝑡

..……….……….……………………...……… (2.51)

0 = 𝑅𝑟 𝑖′ 𝑟 +𝑑𝜓 ′𝑟𝑑𝑡

− 𝑗𝜔𝑟𝜓 ′𝑟.……….…..…..…..…..……….… (2.52)

𝜓 𝑠=𝐿𝑠𝑖 𝑠 + 𝐿𝑚 𝑖′ 𝑟……….………..…..………………………… (2.53)

𝜓′ 𝑟=𝐿𝑟 𝑖 ′𝑟 + 𝐿𝑚 𝑖 𝑠 .……….………..…..…………….....……… (2.54)

Persamaan direct fluk control untuk bentuk persamaan fluk stator

adalah :

𝑑𝜓 𝑠𝑑𝑡

= 𝑉 𝑠 − 𝑅𝑠𝑖 𝑠 .……….………..…..…………….....……… (2.55)

dengan mengabaikan Rs maka didapat

Δ𝜓 𝑠 = 𝑉 𝑠Δ𝑡.……….………..…..…………………......……… (2.56)

41

Persamaan torsi pada direct torque control yaitu :

𝑡𝑒𝑙𝑒𝑐 =3

2

𝐿𝑚

𝛿 𝐿𝑠𝐿𝑟

𝜓𝑠𝜓𝑟𝑠𝑖𝑛𝛿𝑠𝑟 .………..…………….....……… (2.57)

Dari persamaan 2.57 bisa diketahui fluks rotor mengikuti fluks stator

dengan waktu yang konstan r.

𝜓 𝑟𝑟 =

𝐿𝑚𝐿𝑠

1 + 𝜌𝜍𝜏𝑟𝜓 𝑠

𝑟 .………..……………………......……… (2.58)

sehingga persamaan fluk stator

𝜓 𝑠 = (𝑉 𝑠 − 𝑖 𝑅𝑠)𝑑𝑡 .………..……………….….....……… (2.59)

Stator fluks dan torsi estimasi didapatkan dari persamaan 11, dan

pada sumbu d dan q

𝑇 =3

2

𝑃

2𝐼𝑚 𝑖 𝑠𝜓𝑠

∗ 𝑇 = 1.5𝑃

2(𝜓 𝑠 . (−𝑗𝑖 𝑠)).….….….....……… (2.60)

𝑇 = 1.5𝑃

2(𝜓𝑠𝑑 𝑖𝑠𝑞 − 𝜓𝑠𝑞 𝑖𝑠𝑑 ).……………….….….....……… (2.61)

2.11 Kontroller PI-Fuzzy

Kontroler PI-Fuzzy merupakan kombinasi dari tiga jenis

kontroler. Jika masing-masing dari ketiga jenis kontroler tersebut berdiri sendiri maka hasil yang dicapai kurang bagus, sebab masing-

masing memiliki kelebihan dan kelemahan masing-masing.

Dikombinasikannya ketiga jenis kontroler tersebut menjadi satu

sistem kontrol tunggal, diharapkan mampu memberikan kontribusi

dari kelebihan masing-masing.

Kontroler PI-Fuzzy bekerja dengan cara menerima sinyal dari

sensor sebagai luaran dari plant yang dikontrol. Sinyal ini berupa

sinyal luaran yang kemudian dibandingkan dengan set point dan

menghasilkan error (selisih set point dengan luaran). Proses

perbandingan antara harga error dilakukan sehingga menghasilkan

delta error (selisih antara error sekarang dan terdahulu). Proses

42

fuzzyfikasi dilakukan dengan menyusun membership function dari

error dan delta error.

Adapun Blok diagram kontroler Fuzzy adalah sebagai berikut :

Gambar 2.31 Blok diagram kontroler fuzzy

Luaran dari kontroler masih berupa variabel fuzzy untuk itu

perlu dilakukan proses defuzzyfikasi untuk mengubah variabel fuzzy

menjadi variabel linguistik. Luaran dari kontroler yang telah

didefuzzyfikasi digunakan untuk menentukan nilai dari parameter-

parameter Kp. Fungsi fuzzy logic kontroler adalah untuk mengatur

parameter PI secara otomatis. Adapun membership function dari kontroler ini, adalah :

(a) (b)

(c)

Gambar 2.32 Membership function untuk masukan error ,masukan

delta error dan luaran

Kontrol proporsional adalah suatu penguat linier yang

dapat diatur penguatannya. Hubungan antara keluaran kontroler m(t) dan sinyal kesalahan e(t) adalah kecepatan motor induksi,

maka pada penelitian ini dikembangkan suatu metode kontrol field

oriented.

m t = Kpe t ……….……….……….……………….………. (2.62)

Dengan : Kp adalah gain proporsional

Δe(t)

e(t)

Kp Fuzzy

Kontroller

43

m(t) adalah keluaran kontrol

e(t) adalah sinyal kesalahan

Kontrol proporsional integral adalah merupakan perubahan

dari keluaran kontrol integral m(t), berubah dengan fungsi waktu

yang sebanding dengan sinyal kesalahan. Hubungan antara keluaran

kontroler m(t) dan sinyal kesalahan e(t) adalah :

m t = Kpe t + 𝐾𝑝

𝑇𝑖 e t dt

t

0

……….……………….………. (2.63)

Dengan : Kp adalah gain proporsional

Ti adalah time integral

Tetapan waktu integral Ti mengatur aksi kontrol integral,

sedangkan Kp memperkuat bagian proporsional maupun bagian

integral dari aksi kontrol. Kebalikan dari tetapan waktu integral Ti

disebut laju reset. Laju reset adalah banyaknya pengulangan bagian

proporsional dari aksi pengontrolan per detik. Kontrol proporsional

derivatif didefinisikan sebagai :

m t = Kpe t + KpTd

de (t)

dt ……….…………...…….………. (2.64)

Dengan: Kp adalah gain proporsional

Td adalah tetapan waktu derivative

2.11.1 Desain Rule Base

Proses ini berfungsi untuk mencari suatu nilai fuzzy output

dari nilai fuzzy input. Prosesnya adalah suatu nilai fuzzy input

dimasukkan kedalam sebuah rule yang telah dibuat kemudian

dijadikan fuzzy output. Sebagai contoh aturan-aturan fuzzy adalah :

If Error = NB and Delta error = NB then Kp = NB

If Error = NS and Delta error = PS then KP = ZE

If Error = PS and Delta error = NB then KP = NS

Ada beberapa operator yang digunakan dalam fuzzy, antara

lain and, or dan not. Dalam proyek akhir ini menggunakan operator

and maka input terkecil yang diambil, misal if error = -100(NB) and

Derror = -100 (NB) then Kp= 0 (NB) nilai fuzzy output dari nilai

diatas adalah 0. Nilai -100 diambil dari membership function input

44

dengan cara menarik garis lurus vertikal yang diinginkan. Aturan-

aturan (rule) mengikuti perilaku umum sistem dan ditulis dalam pola

label linguistic fungsi keanggotaan. Untuk dua input yaitu Error dan

Delta Error dan satu sistem output, aturan (rule) tersebut dapat

ditulis dalam bentuk matriks seperti tabel di bawah.

Tabel 2.2 Rule base kontrol logika fuzzy

Derr

Error

NB NS ZE PS PB

NB NB NB NS NS ZE

NS NB NS NS ZE PS

ZE NS NS ZE PS PS

PS NS ZE PS PS PB

PB ZE PS PS PB PB

Untuk memenuhi sistem yang diinginkan maka ketiga

parameter PI-Fuzzy harus ditetapkan secara optimal. Ada beberapa metode untuk menentukan parameter tersebut salah satu diantaranya

diantaranya adalah metode coba-coba (Cut and try method)

Metode Ziegler-Nichols

Metode ini dilakukan oleh Ziegler dan Nichols. Secara

ringkas dapat dilihat dalam tabel 2.4 berikut :

45

Tabel 2.3 Setting parameter kontroler PI dengan Ziegler-Nichols

Jenis

Kontroler

Kp Ti Td

Kontroler P T/L - 0

Kontroler PI 0.9 T/L L/0.3 0

Kontroler

PID

1.2 T/L 2L 0.5L

Metode Tanggapan Tangga

Pada metode ini, karakteristik plant yang akan dikontrol

diamati dengan tanggapan tangga dengan konstanta waktu Tp dan

waktu tunda TL. Karakeristik plant yang dimaksud adalah sebagai berikut :

Gambar 2.33 Karakteristik plant dengan metode tanggapan

Tangga10

10 I Wayan Raka Ardana, “Simulasi Sistem Kontroler PID untuk Motor

Induksi menggunakan perangkat lunak Matlab / Simulink”, hal. 4

46

Tabel 2.4 Setting kontroler optimum dengan metode tanggapan

Tangga

Kriteria

Optimum Kontroler P Kontroler PI Kontroler PID

Non-Overshoot Kc = 0,3

Tp/K TL

Kc = 0,6

Tp/K TL

Ti = 4 TL

Kc = 0,9

Tp/K TL

Ti = 24 TL

Td = 0,4 TL

20% Overshoot Kc = 0,7

Tp/K TL

Kc = 0,7

Tp/K TL

Ti = 2,3 TL

Kc = 0,7

Tp/K TL

Ti = 2 TL

Td = 0,4 TL

Non-Overshoot Kc = 0,3

Tp/K TL

Kc = 0,35

Tp/K TL

Ti = 4 Tp

Kc = 0,6

Tp/K TL

Ti = Tp

Td = 0,5 TL

20% Overshoot Kc = 0,7

Tp/K TL

Kc = 0,6

Tp/K TL

Ti = 2,3 Tp

Kc = 0,95

Tp/K TL

Ti = 1,35 Tp

Td = 0,47 TL

47

BAB III

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN PERALATAN KERAS

3.1 Perencanaan Sistem Hardware

Adapun blok diagram sistem secara keseluruhan pada

perencanaan dan pembuatan sistem kontroller pi-fuzzy untuk

pengaturan kecepatan motor induksi tiga fasa tanpa sensor kecepatan

dengan metode direct torque control (DTC), ditunjukkan pada

gambar di bawah ini :

Gambar 3.1 Blok diagram sistem secara keseluruhan

Proyek Akhir ini adalah mengatur kecepatan putaran motor

induksi 3 fasa melalui inverter 3 fasa yang disuplai dengan tegangan DC keluaran dari rectifier dengan sumber tegangan jala-jala 380 volt.

Sensor yang digunakan adalah sensor tegangan dan arus yang

diproses dengan metode Direct Torque Control melalui program

komputer Matlab. Pada program tersebut juga digunakan kontroller

PI-Fuzzy untuk mengontrol kecepatan dari motor induksi 3 fasa.

Berdasarkan Gambar 3.1 perencanaan dan pembuatan

perangkat keras pada proyek akhir ini meliputi:

1. Perencanaan dan pembuatan penyearah 3 fasa

2. Perencanaan dan pembuatan inverter 3 fasa

3. Perencanaan dan pembuatan rangkaian sensor arus dan

tegangan

48

4. Perancangan dan pemodelan motor serta pembuatan

simulink pada matlab.

5. Interface PCI dengan sensor arus, sensor tegangan dan

driver penyulutan inverter tiga fasa.

6. Perancangan kontrol PI-Fuzzy.

Selain perangkat keras diatas, perangkat lunak (software) juga

dibuat untuk mendukung proyek akhir ini. Perangkat lunaknya

berupa program matlab (simulink dan m-file) yang digunakan untuk

mengatur kecepatan motor induksi tiga (3) fasa

3.2. Perencanaan dan pembuatan penyearah 3 fasa

Rangkaian penyearah gelombang penuh ini digunakan untuk

mengubah tegangan AC menjadi tegangan DC. Pada gambar 3.2

dapat dilihat bahwa selain menggunakan diode, rangkaian penyearah

gelombang penuh juga dilengkapi dengan kapasitor. Hal ini

dikarenakan kapasitor berfungsi sebagai filter untuk mengurangi

ripple agar tegangan luaran dari penyearah gelombang penuh

mendekati tegangan DC murni..

Adapun gambar skematik rangkaian dan gambar hardware

penyearah gelombang penuh tiga fasa dapat dilihat pada gambar 3.2 :

Gambar 3.2. Rangkaian rectifier 3 fasa

Rangkaian penyearah digunakan untuk mengubah tegangan

AC menjadi tegangan DC. Pada gambar 3.2 diatas dapat dilihat

49

bahwa selain menggunakan 6 buah diode, rangkaian rectifier juga

dilengkapi dengan kapasitor. Hal ini dikarenakan kapasitor berfungsi

sebagai filter untuk mengurangi ripple agar output keluaran dari

rectifier mendekati tegangan DC murni.

Vs= 380 Volt

𝑉𝑚 = 2 𝑥 𝑉𝑠 ………………………………………(3.1)

𝑉𝑚 = 2 𝑥 380

𝑉𝑚 = 537,4 𝑉𝑜𝑙𝑡

𝑉𝑑𝑐 =3

𝜋𝑉𝑚 ………………………………………….(3.2)

𝑉𝑑𝑐 = 0,955 𝑥 𝑉𝑚

𝑉𝑑𝑐 = 513,217 𝑉𝑜𝑙𝑡

3.3 Perencanaan dan Pembuatan Inverter Tiga Fasa

Untuk merancang inverter tiga fasa yang dapat disulut melalui

mikrokontroler, digunakan rangkaian IR2130 sebelum masuk ke

rangkaian inverter untuk menghasilkan pulsa penyulutan yang

menyediakan death time antara pulsa High dan Low rangkaian

IR2130.

Rangkaian Three Phase Full Bridge Inverter ini terdiri dari

enam buah piranti switching (MOSFET) yang bekerja secara

berpasangan dan bekerja (on-off) secara bergantian. Maka membutuhkan enam buah pulsa yang bekerja on-off secara

bergantian. Rangkaian dasar Three Phase Full Bridge Inverter pada

Gambar 3.4. didesain untuk menghasilkan tegangan 380 Vac dan

arus 3 Ampere. Untuk memenuhi keadaan tersebut, piranti yang

sesuai untuk Three Phase Full Bridge Inverter ini menggunakan

MOSFET tipe IRFP 460. MOSFET ini memiliki kemampuan

switching diatas 50 KHz, batas kemampuan tegangan drain-source

sampai 500 V dan arus drain ID 20 Ampere, seperti yang ditunjukan

pada gambar 3.3

50

Gambar 3.3 Gambar skematik rangkaian inverter tiga fasa

Untuk penyulutan inverter ini ada tiga masukan penyulutan

yaitu Qa, Qb dan Qc ketika Qa ON maka Q1 akan ON dan Q4 akan

OFF, ketika Qb ON maka Q3 akan ON dan Q6 OFF dan ketika Qc ON maka Q5 ON dan Q2 OFF, dari karakteristik tersebut maka untuk

mendrive inverter ini dibutuhkan rangkaian logika not untuk

mendrive Q2, Q6 dan Q2. Gambar 3.4 adalah blok diagram sistem

keseluruhan :

Gambar 3.4 Rangkaian perencanaan inverter tiga fasa

Untuk mendesain rangkaian inverter tiga fasa yang baik

diperlukan perhitungan nilai komponen-komponen yang tepat.

Karena nilai komponen yang tidak tepat, dapat menyebabkan hasil

output yang kurang baik, seperti keluarnya ripple tegangan dan arus

yang terlalu besar.

51

Untuk mendesain rangkaian inverter tiga fasa, perlu

ditetapkan terlebih dahulu beberapa variable, yaitu :

Frekwensi inverter : 50Hz

Tegangan output : 380 Volt AC

Tegangan input : 513.217 Volt DC

Perhitungan Rangkaian Inverter Daya motor : 1.5 KW

Daya Inverter : - Tegangan motor : 380 Volt (Hubungan bintang)

Frekuensi inverter : 50 Hz

Mosfet yang digunakan adalah IRFP460LC

Maka tegangan input dari inverter tiga fasa adalah tegangan

output Vdc dari rangkaian penyearah gelombang penuh tiga fasa.

Vdc = Vs = 513,18 Volt

Vout= 2

3Vs ...…………………………………………………… (3.3)

= 0.8165 × Vs

= 419,01 Volt

Karena tegangan keluaran inverter yang dibutuhkan untuk

mensupply motor induksi tiga fasa adalah 380 Volt, maka :

Vout = 2

3Vs

380 = 2

3Vs

380 = 0.8165 × Vs

Vs = 380

0,8165

Vs = 465,4 Volt

52

Dari hasil perhitungan, seharusnya tegangan sumber

tegangan input dari penyearah gelombang penuh tiga fasa untuk

inverter adalah 465,4 Volt. Untuk memenuhi tegangan input inverter

tersebut maka harus mengubah tegangan input pada penyearah

gelombang penuh tiga fasa.

Vdc = 3

π × Vm

465,4 = 0,955 x Vm

Vm = 465,4

0,955 = 487,33 Volt

Vm = 2 x Vs

487,33 = 2 x Vs

Vs = 487,33

2 = 344,6 Volt

Tegangan input penyearah gelombang penuh tiga fasa yang

diperoleh dari perhitungan diatas adalah Vs= 344,6 Volt Untuk lebih memperjelas perencanaan mengenai inverter tiga

fasa, maka dibuat simulasi rangkaian inverter tiga fasa terlebih dulu

seperti terlihat pada Gambar 3.5

Gambar 3.5 Simulasi rangkaian inverter tiga fasa dengan menggunakan PSIM

53

Sehingga untuk pulsa switching tiap-tiap mosfet, dapat dilihat

seperti pada gambar 3.6

Gambar 3.6. Gambar gelombang pulsa switching pulsa tiap mosfet

3.4 Sensor Arus

Sensor arus yang digunakan adalah sensor arus jenis IC ACS

712. Pada datasheet IC ACS712 terdapat contoh rangkaian aplikasi. Contoh rangkaian aplikasi tersebut memiliki kelemahan pada saat

digunakan untuk sensor arus AC, hasil ouput sensor berupa tegangan

AC yang memiliki komponen DC sebesar 2,5 volt. Setiap perubahan

arus input maka output sensor hanya berubah tegangan puncak ke

puncaknya, sedangkan komponen DC masih tetap 2,5 Volt. Seperti

gambar 3.7 dibawah.

Gambar 3.7 Rangkaian aplikasi sensor arus ACS712

Agar ouput sensor berupa tegangan AC tanpa komponen DC

2,5 Volt, maka digunakan rangkaian yang baru setelah dilakukan

54

beberapa percobaan. Menggunakan power supply yang dimodifikasi

untuk menghasilkan tegangan ± 2,5 Volt dan ground. Power supply

menggunakan trafo CT yang dikontrol dengan transistor agar

menghasilkan tegangan ± 2,5 Volt dan ground. Dengan demikian

maka tegangan input sensor VCC-GND tetap 5 Volt dan output

sensor hanya berupa tegangan AC tanpa komponen DC.

Gambar 3.8 Rangkaian aplikasi sensor arus ACS712 yang baru

Dari rangkaian aplikasi IC ACS712 diatas, didapatkan hasil

output berupa tegangan AC tanpa komponen DC. Setiap perubahan 1

Ampere arus input maka hasil output berupa tegangan AC akan

berubah tiap 185 mV.

3.5 Sensor Tegangan

Sensor tegangan menggunakan resistor pembagi tegangan

dipasang secara paralel antara fasa dengan netral. Fungsi resistor ini adalah untuk menurunkan tegangan dari tegangan sumber menjadi

tegangan yang dikehendaki. Selain itu juga penggunaan resistor tidak

mengubah harga beda fasa yang terjadi pada beban induktif yang

terpasang.

Vout = R2

R1 + R2

× Vin ………………………………………… (3.4)

Dalam perhitungan Vin yang digunakan 380 Volt dan Vout

yang diharapkan adalah 5 Volt apabila menggunakan AVR

Mikrokontroler ATMega128 dan dimisalkan R1= 47 KΩ, sehingga:

55

Vout = R2

R1 + R2

× Vin

5 = R2

47000 + R2

× 380

5×47000 + 5R2 = 380R2

235000 + 5𝑅2 = 380𝑅2

375𝑅2 = 235000

𝑅2 = 626,67Ω

Maka komponen R2 yang digunakan, yang mendekati nilai

pasaran adalah 470 .

Gambar 3.9 Rangkaian skematik sensor tegangan

3.6 Perencanaan Sistem Software

3.6.1 Matlab

Implementasi kecepatan motor induksi tiga fasa dengan

sensor kecepatan dengan metode Direct Torque Control

menggunakan program matlab-simulink pada PC dengan interface

PCI 1710. Arus dan tegangan motor induksi dari luaran inverter di sensor melalui analog masukan dari PCI 1710, sedangkan luaran

berupa data biner yang akan dikeluarkan melalui digital luaran

mikrokontroler, digunakan untuk menyulut inverter

Dari blok diagram diatas maka dapat dirinci setiap bloknya

sebagai perhitungannya Direct Torque Control.

56

Gambar 3.10 Blok diagram DTC

Karakteristik 1 : Tegangan DC dan arus stator tiga fasa Iabcs dapat

diukur.

Karakteristik 2 : Tegangan vsdqs dan arus isdq

s ditentukan dalam Tegangan dan Arus Vector Synthesizer oleh persamaan berikut:

dimana Sa, Sb ,Sc = variable switching VSI dan

Karakteristik 3 : Flux vector s dan torque Te dihitung dalam Torque and Flux Calculator dengan persamaan berikut:

ssqv

ssd

vcSab

aSaSdc

Vssdq

j2

3

2v

abcs

s

sdq iTi abc

3

1

3

1

00

0

1abcT

dt ssdsR

ssd

ssd

ivψ

(3.7)

(3.8)

(3.9)

57

Karakteristik 4: Besarnyas dibandingkan dengan s* di flux

control loop.

Karakteristik 5 : Te dibandingkan dengan Te* di torque control

loop.

Karakteristik 6 : Kesalahan fluks dan torsi, s dan Te dimasukkan ke masing-masing bang-bang controllers, dengan

karakteristik berikut :

.

Langkah 7 : Pemilihan vector tegangan (i.e. inverter state)

didasarkan pada

dt ssqsR

ssq

ssq ivψ

ssq

ssd

issd

ssqi

PeT ψψ

22

3

22 ssq

ssds ψψψ

(3.10)

(3.11)

(3.12)

Gambar 3.11 (a) Karakteristik Fluks control

(b) karakteristik Torsi control

58

nilai b dan bT (yaitu output dari fluks dan bang-bang torsi pengendali).

Sudut flux vector s

Arah putaran motor (searah jarum jam atau

berlawanan jarum jam).

Spesifikasi vector tegangan yang diberikan:

Tabel 3.1 Rotasi switching berlawanan jarum jam

s

sd

s

sqss ψ

ψψ

1tan (3.13)

59

Untuk meminimalkan jumlah switching:

• V0 selalu mengikuti V1, V3 da V5

• V7 selalu mengikuti V2, V4 dan V6

Tabel 3.2 Rotasi switching searah jarum jam

• V0 selalu mengikuti V1, V3 da V5

• V7 selalu mengikuti V2, V4 dan V6

60

Misal :

s di seckor S2 (rotasi berlawanan dengan asumsi)

Kedua fluks dan torsi akan meningkat (b = 1 dan bT = 1) – berlaku V3 (State = [010])

Fluks menurun dan torsi meningkat (b = 0 dan bT = 1) – berlaku V4 (State = [011])

Tabel 3.3 Rotasi switching berlawanan dengan asumsi di sector 2

b

1 0

bT

1 0 -1 1 0 -1

S2

V3 V0 V1 V4 V7 V6

3.8 Perencanaan Kontrol PI – Fuzzy

Pada proyek akhir ini digunakan kontroler hybrid yaitu PI dan

Fuzzy. luaran dari kontrol fuzzy nantinya merupakan parameter Kp,

besarnya Kp dapat diatur – atur sesuai dengan perubahan kecepatan

61

motor induksi yang diproleh dari hasil pembacaan konter dari

sensing proximity di baca melalui rangkaian magnetic pickup berupa

pulsa.

Pada proyek akhir ini perancangan membership function dari

error, delta error,dan output di buat 5 membership function ( MF ).

Dibawah ini adalah rancangan membership function dari masukan

dan output yang digunakan.

Gambar 3.12 perencanaan Membership Funtion

perancangan range Membership funtion error

Gambar 3.13 Membership Funtion error

Dari gambar 3.13 range nilai yang digunakan ditunjukkan pada tabel

berikut :

Tabel 3.4 Range nilai membership function error

MF Nbe bse zee pse pbe

Nilai -255 -128 0 128 255

62

perancangan range Membership funtion delta error

Gambar 3.14 Membership Funtion delta error

Dari gambar 3.14 range nilai yang digunakan ditunjukkan pada

tabel berikut:

Tabel 3.5 Range nilai membership function delta error

MF Nbde Bsde zede psde pbde

Nilai -255 -128 0 128 255

perancangan range Membership funtion output

Sedangkan untuk gambar membership function output

ditunjukkan pada gambar 3.15 dan range nilai membership

function ditunjukkan pada tabel berikut:

63

Gambar 3.15 Membership Function output

Tabel 3.6 Range nilai membership function output

MF nbo nso zeo pso Pbo

Nilai 0 0.5 1 1.5 2

Setelah dibuat membership function maka dapat dibuat rule

base-nya untuk mengatur logika pembuatan keputusan fuzzy-nya atau aturan yang menghubungkan antara masukan dan luaran seperti

yang ditunjukkan pada diatas dibawah ini :

Tabel 3.7 Rule base kontrol logika fuzzy

Derr

Error NB NS ZE PS PB

NB NB NB NS NS ZE

NS NB NS NS ZE PS

ZE NS NS ZE PS PS

PS NS ZE PS PS PB

PB ZE PS PS PB PB

64

Gambar 3.16 Perencanaan Rule Base pada matlab

Setelah perancangan parameter dari kontrol Fuzzy-nya maka

setelah itu menentukan nilai Kp dan Ki yang digunakan yaitu melihat

dari respon respon kecepatan Motor Induksi tiga fasa. Sehingga dari

respon kecepatan tersebut yang natinya akan dikontrol menggunakan

PI-Fuzzy. Dimana dari respon kecepatan ini dapat menentukan

parameter Kp dan Ki dengan menggunakan metode Ziegler-Nichols.

Penyusunan dari logika PI-Fuzzy dapat dilihat pada gambar 3.17

seperti dibawah ini :

65

start

Baca Sensor

Hitung Error

Hitung DError

Fuzzifikasi Error, Derror dan Output

Rule evaluation

Defuziifikasi output

Output = Kp

Tentukan nilai Ki

U(t) = Kp*e(t)+Ki ʃe(t)dt

Perhitungan DTC

Gambar 3.17 Logika PI-FUZZY

66

(Halaman sengaja Dikosongkan)

67

BAB IV

PENGUJIAN DAN ANALISA

4.1 Pengujian dan analisa

Dalam proyek akhir ini akan dilakukan pengajuan dan analisa

rangkaian pada sistem sesuai dengan perencanaan yang telah

dilakukan pada bab III. Pada bab ini akan disajikan pengujian dan

hasil pengujian sebagai berikut :

1. Pengujian motor induksi tiga fasa

2. Pengujian pada rangkaian penyearah gelombang penuh tiga

fasa 3. Pengujian pada sensor arus

4. Pengujian pada sensor tegangan

Adapun beberapa alat yang digunakan dalam pengujian alat ini

adalah :

1. Variac tiga fasa

2. Osiloskop

3. Resistor Load satu fasa

4. Resistor Load tiga fasa

5. Voltmeter AC

6. Voltmeter DC 7. Amperemeter AC

8. Amperemeter DC

9. Modul motor induksi tiga fasa

4.2 Pengujian Parameter motor induksi tiga fasa

Pengujian terhadap motor induksi untuk mencari parameter-

parameter dari motor induksi tiga fasa, ada beberapa pengujian

sebagai berikut :

68

1. Pengujian tanpa beban

Pada pengujian tanpa beban terdapat pada tabel berikut

Tabel 4.1 Pengujian tanpa beban

Frekuensi

(Hz)

Vin

(Volt)

Iin

(Ampere)

RPM Cos θ I beban

(Ampere)

50 380 1.5 1498 0.46

(lag)

0

2. Pengujian berbeban

Pada pengujian berbeban terdapat pada tabel berikut

Tabel 4.2 Pengujian beban DC

Frek

(Hz)

Vin

(Volt)

Iin

(A)

RPM I

beban

(A)

Cos ѳ

I (A)

50 380 1.5 1495 0.1 0.5(lag) 0.1

50 380 1.5 1493 0.2 0.5(lag) 0.35

50 380 1.6 1488 0.3 0.63(lag) 0.7

50 380 1.65 1482 0.4 0.68(lag) 1.1

50 380 1.75 1473 0.5 0.72(lag) 1.6

50 380 2 1463 0.6 0.8(lag) 2.2

50 380 2.25 1453 0.7 0.84(lag) 2.8

50 380 2.6 1440 0.8 0.87(lag) 3.2

50 380 3 1425 0.9 0.91(lag) 3.6

50 380 3.45 1408 1 0.93(lag) 3.95

4.3 Pengujian pada rangkaian penyearah tiga fasa

Pengujian pada rangkaian penyearah tiga fasa, pengujian

diambil beberapa parameter, tegangan masukan (Vin), tegangan luaran (Vout), arus masukan (Iin), dan arus luaran (Iout).

Pengujian dilakukan dengan menggunakan sumber jala-jala

tegangan tiga fasa yang dimasukkan ke dalam variac tiga fasa,

sehingga tegangan masukan dinaikkan perlahan dan digunakan

beban berupa resistor load tiga fasa dan gambar 4.2 hasil pengujian

Penyearah gelombang penuh tiga fasa.

69

Gambar 4.1 Gambar pengujian Penyearah Gelombang penuh tiga

fasa

Gambar 4.2 Respon tegangan masukan dari Penyearah Gelombang

penuh tiga fasa (Vin=380VAC, Vol/Div=50 dan Time/Div=5ms)

70

Gambar 4.3 Respon tegangan output dari Penyearah tiga fasa

(Vout=541VDC, Vol/Div=50 dan Time/Div=05µs)

Dari percobaan tersebut diambil beberapa data dengan

menggunakan beban resistor Load 1.209KΩ adalah sebagai berikut:

Tabel 4.3 Hasil Pengujian Penyearah Gelombang Penuh Tiga Fasa

Vin AC

(Volt)

Vout DC

(Volt)

Vout DC

teori (V)

Iin AC

(Ampere)

Iout DC

(Ampere)

220 308,8 297,126 0,35 0,25

260 365,1 351,149 0,43 0,3

300 424 405,172 0,48 0,36

340 481 459,195 0,54 0,4

380 541 513,217 0,59 0,45

71

Gambar 4.4 Grafik Tegangan Penyearah tiga fasa

Dari data hasil pengujian diatas, ketika tegangan masukan

sebesar 380 VAC didapatkan nilai pengukuran tegangan luaran

rangkaian sebesar 541 VDC dengan ini prosentase kesalahan sebesar

5,4%. dan pada saat tegangan masukan sebesar 340 VAC didapatkan nilai pengukuran tegangan luaran rangkaian sebesar 481 VDC dengan

ini prosentase kesalahan sebesar 4.7%. Setelah diberikan tegangan

masukan sebesar 300 VAC didapatkan nilai pengukuran tegangan

luaran rangkaian sebesar 424 VDC dengan ini prosentase kesalahan

sebesar 4,6%. Dan ketika tegangan masukan sebesar 260 VAC

didapatkan nilai pengukuran tegangan luaran rangkaian sebesar

365.1 VDC dengan ini prosentase kesalahan sebesar 3,97%. begitu

pula saat tegangan masukan sebesar 220 VAC didapatkan nilai

pengukuran tegangan luaran rangkaian sebesar 308.5VDC dengan ini

prosentase kesalahan sebesar 3,9%. Dari data – data yang didapatkan

prosentase kesalahan rata – rata diperoleh sebesar 4,5%, hal ini disebabkan karena adanya kualitas komponen yang digunakan dan

kepresisian alat ukur yang digunakan. Tegangan luaran yang

dihasilkan oleh rangkaian penyearah gelombang penuh tiga fasa

0

100

200

300

400

500

600

220 260 300 340 380

Grafik PengujianTegangan rectifier

72

akan digunakan sebagai sumber masukan rangkaian inverter tiga

fasa.

4.4 Pengujian Sensor Tegangan

Pada pengujian sensor tegangan ini adalah mensensing

tegangan luaran dari inverter tiga fasa yang nantinya merupakan

masukan yang akan dibaca pada program yang mana menggunakan

interface berupa PCI. Dengan ini hasil dari pengujian sensor

tegangan AC dengan masukan sebesar tegangan 380 VAC, dan hasil

tegangan output yang diharapkan adalah 5 VDC yang sudah

disearahkan. Dibawah ini adalah gambar hasil pengujian beserta data pengujiannya.

Gambar 4.5. rangkaian sensor tegangan

Gambar 4.6 Respon tegangan masukan dari Variac tiga fasa

(Vin=380VAC, Vol/Div=50 dan Time/Div=5ms)

73

Gambar 4.7 Respon tegangan luaran dari Sensor Tegangan

(Vin=5.2, Vol/Div=0.5 dan Time/Div=5ms)

Table 4.4 Hasil Pengujian Sensor Tegangan

Vin AC

(Volt)

Vout DC

(Volt)

380 5.2

340 4.74

300 4.43

260 3.76

220 3.15

Gambar 4.8 Grafik Tegangan Luaran Sensor Tegangan

0

2

4

6

220 260 300 340 380

Grafik Tegangan Keluaran sensor Tegangan

74

Dari hasil pengujian sensor tegangan pada tabel 4.4 maka

untuk tegangan masukan 380 VAC hasil luaran pada sensor tegangan

adalah 5.21 VDC .

4.5 Pengujian Sensor Arus

Pada pengujian sensor arus ini menggunakan ACS712

dengan hasil sebagai berikut:

4.5.1 Pengujian Pada Luaran Tegangan Sensor Arus Pada pengujian sensor arus ACS diambil data luaran dari

sensor arus ini berupa tegangan yang proporsional dengan nilai arus

masukan yang dibaca, dengan sensitivitas 185 mV / A. Sehingga

setiap kenaikan tegangan 185 mV linier dengan arusnya.

Gambar 4.9 Blok pengujian Sensor Arus ACS 712

Tabel 4.5 Hasil Pengujian Sensor Arus (ACS)

I beban

(Ampere)

Vout DC

(mV)

1 183

2 367

3 550

4 738

5 920

75

%error = teori - praktek

teori × 100%

%error = 185 - 183

185 × 100% = 0.547%

Gambar 4.10 Grafik Tegangan Luaran Sensor Arus

Dengan melihat data sensing arus diatas maka dapat dianalisa

bahwa sensor Arus yang digunakan sudah linier, dimana pada data

saat sensing arus 1A adalah 183 mV dan data sebenarnya adalah 185

mV/1A, Sehingga persen errornya adalah 0.547%. dan pada saat

sensing arus 2A didapat luaran tegangan sebesar 367 mV dan data

sebenarnya adalah 370 mV, sehingga persen errornya adalah 0.81%.

Pada saat sensing arus 3A didapat luaran tegangan sebesar 550 mV

dan data sebenarnya adalah 555 mV, sehingga persen errornya

adalah 0.91%. Pada saat sensing arus 4A didapat luaran tegangan

sebesar 738 mV dan data sebenarnya adalah 740 mV, sehingga

persen errornya adalah 0.27%. begitu pula pada saat sensing arus 5A

didapat luaran tegangan sebesar 920 mV dan data sebenarnya adalah

925 mV, sehingga persen errornya adalah 0.54%. Sehingga dapat

dirata – rata persen error yang dihasilkan adalah 0.6126% .

0

200

400

600

800

1000

0 2 4 6

76

Gambar 4.11 Respon Gelombang tegangan luaran ACS sensing 1A

(CH1 Vol/Div=0.5V dan Time/Div=5ms)

Gambar 4.12 Respon Gelombang tegangan luaran ACS sensing 3A (CH1 Vol/Div=0.5V dan Time/Div=5ms)

Gambar 4.13 Respon Gelombang tegangan luaran ACS sensing 4A

(CH1 Vol/Div=0.5V dan Time/Div=5ms)

77

4.5.2 Pengujian Penguatan Tegangan Pada Sensor Arus

Pada pengujian ini tegangan luaran dari sensor arus ACS

nantinya dikuatkan dengan menggunakan rangkaian penguat op-Amp

LF256 untuk menghasilkan tegangan maksimum dari 5 VDC sebagai

masukan terhadapa ADC pada Mikrokontroller. Dimana untuk

menghasilkan teganagan maksimum 5 VDC dengan sensing Arus

maksimum pada sensor Arus ACS 5 A, maka dengan sensitivitas 185

mV/A dibutuhkan penguatan sebesar 5.4 kali dari tegangan luaran

yang dihasilkan dari sensor arus ACS.

Gambar 4.14 Blok pengujian Penguatan Sensor Arus ACS 712

Tabel 4.6 Hasil Pengujian Penguatan Sensor Arus (ACS)

I Beban Ampere

Vout ACS AC (Volt )

Vout Penguatan DC (Volt)

1 183 1.14

2 367 2.03

3 550 2.91

4 738 4

5 920 4.95

78

Gambar 4.15 Grafik Tegangan Luaran Sensor Arus ACS 712

Setelah di rubah menjadi tegangan DC dengan menggunakan

rangkaian penyearah half wave maka respon gelombang hasil

penguatan saat sensing 5A dapat dilihat dibawah ini.

Gambar 4.16 Respon Gelombang tegangan luaran penguatan ACS

sensing 5A (CH1 Vol/Div=2V dan Time/Div=5ms)

Dari hasil data pengutan diatas maka respon penguatan yang

digunakan sudah memenuhi keteria yang diinginkan. Dengan sensing

arus masukan 1 A data dari sensor Arus adalah sebesar 183 mV,

sehingga dibutuhkan penguatan untuk menjadikan 2 V. Karena

0

1

2

3

4

5

6

0 5 10Sensing Arus Masukan (Ampere)

Teg

ang

an K

elu

aran

Vd

c (V

olt

)

Grafik Tegangan Kleuaran Sensor Arus

79

Tegangan Maksimal pembacaan pada ADC adalah 5 VDC maka dari

kapasitas sensing Sensor Arus 5 Ampere harus dikuatkan menjadi 5

VDC, dimana data pada hasil penguatan saat sensing 5 A adalah 4.99

VDC.

4.6 Pengujian rangkaian inverter tiga fasa

Pada pengujian inverter tiga fasa, output tegangan DC dari

rectifier dimasukkan ke rangkaian inverter untuk diubah menjadi

tegangan AC. Pada pengujian awal dengan menggunakan pulsa

penyulut dari function generator. Maka didapatkan sinyal switching

mosfet dari totempole seperti gambar dibawah

Gambar4.17 Pulsa penyulut dari function generator (0.5 volt/div

dan 5 ms time/div)

Dengan mengetahui sinyal output inverter melalui simulasi,

maka dapat dijadikan referensi untuk pengujian rangkaian

hardwarenya. Pengujian dilakukan secara open loop dengan sinyal

switching dari matlab simulink dengan PCI card yang diintegrasi

dengan hardware melalui PCLD. Berikut gambar program switching

dari matlab simulink.

80

Gambar4.18 Program switching open loop

Dari program diatas maka dihasil outputan sebagai berikut

pada oscilloscope:

Gambar4.19 Sinyal output inverter Vu dan Vv (50 volt/div;5 ms/div)

Gambar4.20 Sinyal output inverter Vv dan Vw (50 volt/div;5 ms/div)

81

Gambar4.21 Sinyal output inverter Vu dan Vw (50 volt/div;5 ms/div)

4.7 Pengujian terhadap Motor Induksi 3 Fasa 0,5 HP

Dari pengujian inverter tiga fasa yang telah dilakukan, selanjutnya adalah melakukan pengujian menggunakan motor

induksi 3 fasa dengan daya 0,5 HP.. Tabel 4.7 berikut ini adalah hasil

dari pengujian rangkaian dengan menggunakan motor induksi 3 fasa

dengan daya 0,5 HP. Dimana untuk speksifikasi motor adalah

4 pole, VΔ VY P

1390RPM, 220V 380V 0,5HP (373W),

Tabel 4.7 Hasil pengujian dengan Motor Induksi 3 Fasa 0,5 HP

Vdc (V) Vuv (V) Vvw (V) Vuw

(V)

I fasa

(A)

20 14,72 14,74 14,75 0,09

50 37,74 37,82 37,8 0,16

80 60,3 60,4 60,9 0,18

100 73,4 73,4 73,7 0,21

150 112,6 112,7 112,9 0,22

175 131,7 132 131,6 0,25

200 150,5 150,3 150,1 0,28

220 189,4 189,2 189,8 0,33

Dari table 4.7 tersebut diketahui dengan tegangan dc yang

masuk pada inverter didapat tegangan keluaran dari inverter

seimbang yaitu pada saat tegangan dc 20 volt, didapat Vuv = 14,72

Vac, Vuw = 14,74 dan Vuw = 14,75. Dengan didapat hasil seperti itu

82

maka tegangan keluaran inverter seimbang. Dari hasil tersebut

dengan tegangan DC semakin besar maka tegangan keluaran inverter

juga semakin besar, serta arus yang didapat juga semakin besar.

Dimana dengan tegangan Vdc dari 20 Volt naik menjadi 220 Volt,

arus juga naik dari 0,09A menjadi 0,33A.

Pada pengujian motor ini juga diperoleh hasil kecepatan

dari perubahan tegangan dan perubahan frekuensi. Dimana pada

tabel 4.8 dibawah ini adalah pengujian kecepatan motor dengan

frekuensi tetap yaitu 50 Hz. Dan pada tabel 4.9 adalah pengukuran

kecepatan motor dengan tegangan yang tetap akan tetapi frekuensi

berubah-ubah.

Tabel 4.8 Hasil Pengujian RPM setelah diberi beban motor induksi 3

fasa 0,5 HP dengan frekuensi 50 Hz

Vdc Vac RPM

41 30.67 277

50 37,7 416

150 112,6 1436

200 150,4 1490

220 182 1491

250 211 1494

Tabel 4.9 Hasil pengukuran kecepatan motor dengan frekuensi yang

berubah-ubah dengan tegangan input tetap 130 Vac

Tegangan input AC

(Volt)

Frekuensi Inverter

(Hz)

Kecepatan (RPM)

130 50 1499,3

130 48 1494,2

130 45 1331,4

130 43 1322,1

130 40 1207,2

130 38 1197,2

130 35 1091,2

130 33 1000,2

130 30 924,9

130 28 837,3

130 25 754,6

83

Dari tabel 4.8 diketahui bahwa dengan adanya perubahan

tegangan yang semakin besar maka kecepatan motor akan bertambah

cepat. Pada saat tegangan 41Vdc didapat kecepetan motor 277 RPM

dan pada saat tegangan naik sampai 250 Vdc maka kecepatan motor

bertambah menjadi 1494 RPM. Sedangkan pada tabel 4.9 adalah

dengan tegangan tetap akan tetapi frekuensi berubah.pada percobaan

ini didapat dengan frekuensi yang semakin kecil maka kecepatan

motor akan semakin pelan. Dimana dengan frekuensi turun dari

50Hz menjadi 25Hz, maka kecepatan motor juga turun dari 1499,3

RPM menjadi 754,6 RPM.sehungga perubahan tegangan dan

frekuensi berpengaruh terhadap kecepatan motor. Pada tabel 4.10 dan 4,11 berikut ini adalah pengukuran

dengan menggunakan alat ukur dan menggunakan Power Harmonics

Analyzer “FLUKE 41B”. Dimana dengan menggunakan Power

Harmonics Analyzer “FLUKE 41B” adalah sebagai parameter

pembanding dari alat ukur.

Tabel 4.10 Pengukuran dengan alat ukur

Teg

Variac

(Vac)

Input

Rectifier

Output

rectifier

Output inverter

Teg

Vac

(V)

Arus

Iac

(A)

Teg

Vdc

(V)

Arus

Idc

(A)

Teg

V ac

(V)

Arus

Vac

(A)

30 30 0,18 41,1 0,13 30,8 0,095

50 50 0,1 67,7 0,08 50,5 0,12

80 80 0,1 111,4 0,06 83,5 0,17

100 100 0,09 142,4 0,06 106 022

130 130 0,09 182 0,06 136,6 0,26

150 150 0,09 282,6 0,06 158,1 0,3

180 180 0,1 251,5 0,06 188,6 0,36

200 200 0,1 282,6 0,08 212,4 0,41

220 220 0,1 307 0,09 230,5 0,45

84

Tabel 4.11 Pengukuran dengan menggunakan

Power Harmonics analyzer “FLUKE 41B”

Teg

Variac

(Vac)

Input Rectifier Output

rectifier

Output inverter

Teg

Vac

(V)

Arus

Iac

(A)

Daya

(W)

Teg

Vdc

(V)

Arus

Idc

(A)

Teg

V ac

(V)

Arus

Vac

(A)

Daya

(W)

30 30 0,23 7,67 41,1 0,13 34 0,23 7,67

50 50 0,16 7,67 67,7 0,08 55,4 0,17 7,67

80 80 0,13 7,67 111,4 0,06 91,2 0,22 10,33

100 100 0,12 10,33 142,4 0,06 116,6 0,26 13

130 130 0,41 15,67 182 0,06 148 0,33 18,33

150 150 0,14 21 282,6 0,06 171 0,38 23,67

180 180 0,15 26,33 251,5 0,06 206 0,47 30

200 200 0,17 31,67 282,6 0,08 228 0,52 33,33

220 220 0,18 37 307 0,09 252 0,58 43,33

Dari tabel 4.10 dan 4.11 diatas didapat semakin besar

tegangan input maka tegangan output penyearah dan tegangan output

inverter akan semakin besar. Akan tetapi untuk arus masukan

penyearah dan keluaran penyearah memiliki arus yang tidak konstan

akan tetapi pada arus keluaran inverter semakin besar. Untuk

perbandingan dengan dengan menggunakan Power Harmonics Analyzer “FLUKE 41B” tegangan yang dibaca pada Power

Harmonics Analyzer “FLUKE 41B” lebih besar di bandingkan

dengan menggunakan alat ukur biasa.

4.8 Pengujian perangkat lunak (Software)

Pengujian perangkat lunak (Software) pada tugas akhir ini

untuk sementara dilakukan dengan cara simulasi secara close loop

menggunakan matlab-simulink. Berikut program close loop:

85

Gambar 4.22 Simulasi program secara close loop

Dari simulasi pada gambar 4.22 didapat respon dari kontrol

PI sebagai berikut :

Gambar 2.24 Respon motor sebelum PI

Karakteristik yang dimiliki yakni sebagai berikut :

Settling Time = 0.6 s

Peak Time = 0.055 s

Delay Time = 0.025 s

Time Constant = 0.065 s

86

Gambar 4.23 Respon motor setelah PI

Karakteristik yang dimiliki yakni sebagai berikut :

Settling Time = 1.195 s

Peak Time = 0.095 s

Delay Time = 0.05 s

Time Constant = 0.08 s

87

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan perancangan dan perencanaan sistem dapat

ditarik kesimpulan sebagai berikut :

Dari pengujian sensor arus persentase error 2.31% dan sensor

tegangan AC persentase error 12% karena keterbatasan kemampuan komponen, sehingga antara pengujian dan

perhitungan secara teori terdapat perbedaan.

Optocoupler berfungsi untuk mengisolasi rangkaian masukan

dengan rangkaian keluaran. Supaya tidak terjadi kerusakan

yang fatal pada saat terjadi gangguan.

Pada pengujian rectifier didapat hasil tegangan yang linier

dimana tegangan input dan tegangan output linier.yaitu

semakin besar tegangan input AC yaitu mulai 220-380 volt

AC didapat tegangan 308-541 volt dc.

Dari pengujian motor induksi 3 fasa (0,5HP) didapat hasil

tegangan yang seimbang dimana keluaran Vuv,Vuw dan Vvw hamper sama 14,7 Vac dengan tegangan dc 20 volt.

Dari switching inverter yang di integrasikan melalui PCI Card

dapat untuk memutar motor induksi 3 fasa dengan daya 0,5

HP. Dimana kecepatan yang didapat 416 RPM dengan

tegangan DC yang digunakan 50Vdc.

Dari pengujian yang dilakukan diketahui bahwa perubahan

frekuensi dan tegangan mempengaruhi kecepatan putar

motor.

Terjadi perbedaan antara menggunakan Power Harmonics

Analyzer “FLUKE 41B” dengan menggunakan alat ukur

biasa.

5.2 Saran

Untuk mengantisipasi tegangan motor induksi 3 phase yang

tidak seimbang, terlebih dahulu melakukan pengecekan

pada metode switchingnya.

Untuk memperbaiki dari sistem pengontrolannya maka

dibutuhkan ketelitian pada saat mensetting program yang

88

digunakan serta didungkung dengan sensor yang memiliki

sensitivitas yang tinggi.

Sensor adalah hal yang penting pada sistem pengontrolan,

agar kontrol yang di harapakan sesuai dengan harapan.

Agar output yang dihasilkan sesuai dengan yang diharapkan

perlu diperhatikan tentang komponen yang digunakan.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Abdurrahman Sutedjo, “Mesin Listrik 2”, Politeknik

Elektronika Negeri Surabaya, Surabaya, 2008.

[2] Ardana I Wayan Raka, “Simulasi Sistem Kontroler PID untuk

Motor Induksi menggunakan perangkat lunak Matlab /

Simulink”, Politeknik Negeri Bali, Bali, 2008.

[3] Arman Jaya*, Mauridhi Heri Purnomo**, Soebagio**,

“Pengaturan Kecepatan Motor Induksi Tanpa Sensor

Kecepatan Menggunakan Metode Fuzzy Sliding Mode

Control Berbasis Direct Torque Control”, *Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, ITS **Jurusan Teknik Elektro,

Fakultas Teknologi Industri, ITS

[4] Datasheet ACS712, ”Fully Integrated, Hall Effect-Based

Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a

Low-Resistance Current Conductor”, Allegro MicroSystems,

2006.

[5] Domenico Casadei, Member, IEEE, Francesco Profumo,

Senior Member, IEEE, Giovanni Serra, Member, IEEE, and

Angelo Tani, “FOC and DTC: Two Viable Schemes for

Induction Motors Torque Control”, IEEE TRANSACTIONS

ON POWER ELECTRONICS, Vol. 17, No. 5, September 2002.

[6] Fajarwati*,Gigih Prabowo**,Ainur Rofiq N**,”Pengaturan

Kecepatan Motor Induksi Tiga (3) fasa tanpa sensor

menggunakan sliding mode control”Politeknik Elektronika

Negeri Surabaya,ITS.**Jurusan Teknik Elektro

Industri,PENS-ITS

[7] Hermanto Bambang, “Rancang Bangun Chooper Inverter”,

Proyek Akhir, 2007.

[8] H.F. Abdul Wahab, H. Sanusi, “ Simulink Model of Direct

Torque Control of Induction Machine” , Faculty of

Engineering, Universiti Kebangsaan Malaysia, 43600 UKM Bangi, Selangor DE, Malaysia.

[9] Krishnan, R., Electric Motor Drives: Modeling, Analysis and

Control, Prentice-Hall, New Jersey, 2001.

[10] Pramudya Rian Perdana, Gigih Prabowo, Ainur Rofiq

Nansur,” Pengaturan Kecepatan Motor Induksi 3Phasa

Melalui DTC Dengan Menggunakan Sliding Mode Control”,

Politeknik Elektronika Negeri Surabaya,ITS.**Jurusan

Teknik Elektro Industri,PENS-ITS

[11] Sutedjo Maspriyanto,”Pengaturan Kecepatan Motor Induksi 3

Phase menggunakan kontrol PID berbasis Direct Torque

Control (DTC)”, Politeknik Elektronika Negeri

Surabaya,ITS.**Jurusan Teknik Elektro Industri,PENS-ITS

[12] Tooley Mike, “Komponen rangkaian elektronika”, erlangga,

Bandung, 2007.

BIODATA PENULIS

Nama : M. Rizqi Hadiyatullah

TTL : Nganjuk, 22 januari 1990

Alamat : Dsn. Bancar, Ds. Singkalanyar RT/RW

19/09, Prambon, Nganjuk, Jawa Timur.

Email : kikifirdaus@ymail.com

No.HP : 085749075853

Motto :

Berusaha, berdoa and find the way.

Penulis dilahirkan di kota angin tanggal 22 Januari 1990,

terlahir sebagai anak ke-2 dari 2 bersaudara. Penulis memasuki

jenjang perkuliahan Diploma IV Jurusan Teknik elektro Industri di

PENS-ITS pada tahun 2008. Penulis pernah melakukan kerja praktek

di PLN APJ Surabaya Selatan pada tahun 2010 di bidang

maintenance GTT. Penulis merupakan orang yang mudah bergaul,

semangat, jujur, bekerja keras. Penulis juga mengucapkan banyak

terimaksih kepada semua pihak yang membantu walaupun masih

banyak sekali kekurangan pada Proyek akhir ini. Berikut adalah

riwayat pendidikan formal penulis.

SDN Singkalanyar II Prambon, Nganjuk (1996 - 2002)

SMP Negeri 1 Prambon, Nganjuk (2002 - 2005)

SMA Negeri 1 Kediri (2005 - 2008)

D4 Elektro Industri, PENS-ITS (2008 - 2012)

Dimana pada tanggal 12 Juli 2012 telah mengikuti Seminar

Proyek Akhir sebagai salah satu persyaratan untuk mendapatkan

gelar Sarjana Sains Terapan (S.ST) di Politeknik Elektronika Negeri

Surabaya (PENS), Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya

(ITS).

Skematik IR2130 Driver Inverter Tiga Fasa

IP+IP+

IP–IP–

IP

5GND

2

4

1

3ACS712

7

8+5 V

VIOUTVOUT

6FILTER

VCC

CBYP0.1 µF

CF1 nF

Application 1. The ACS712 outputs an analog signal, VOUT . that varies linearly with the uni- or bi-directional AC or DC primary sampled current, IP , within the range specified. CF is recommended for noise management, with values that depend on the application.

ACS712

DescriptionThe Allegro® ACS712 provides economical and precise solutions for AC or DC current sensing in industrial, commercial, and communications systems. The device package allows for easy implementation by the customer. Typical applications include motor control, load detection and management, switch-mode power supplies, and overcurrent fault protection. The device is not intended for automotive applications.

The device consists of a precise, low-offset, linear Hall circuit with a copper conduction path located near the surface of the die. Applied current flowing through this copper conduction path generates a magnetic field which the Hall IC converts into a proportional voltage. Device accuracy is optimized through the close proximity of the magnetic signal to the Hall transducer. A precise, proportional voltage is provided by the low-offset, chopper-stabilized BiCMOS Hall IC, which is programmed for accuracy after packaging.

The output of the device has a positive slope (>VIOUT(Q)) when an increasing current flows through the primary copper conduction path (from pins 1 and 2, to pins 3 and 4), which is the path used for current sampling. The internal resistance of this conductive path is 1.2 mΩ typical, providing low power loss. The thickness of the copper conductor allows survival of

ACS712-DS, Rev. 14

Features and Benefits Low-noise analog signal path Device bandwidth is set via the new FILTER pin 5 μs output rise time in response to step input current 80 kHz bandwidth Total output error 1.5% at TA = 25°C Small footprint, low-profile SOIC8 package 1.2 mΩ internal conductor resistance 2.1 kVRMS minimum isolation voltage from pins 1-4 to pins 5-8 5.0 V, single supply operation 66 to 185 mV/A output sensitivity Output voltage proportional to AC or DC currents Factory-trimmed for accuracy Extremely stable output offset voltage Nearly zero magnetic hysteresis Ratiometric output from supply voltage

Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current Conductor

Continued on the next page…

Approximate Scale 1:1

Package: 8 Lead SOIC (suffix LC)

Typical Application

TÜV AmericaCertificate Number:U8V 06 05 54214 010

Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current ConductorACS712

2Allegro MicroSystems, Inc.115 Northeast CutoffWorcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A.1.508.853.5000; www.allegromicro.com

Absolute Maximum RatingsCharacteristic Symbol Notes Rating Units

Supply Voltage VCC 8 V

Reverse Supply Voltage VRCC –0.1 V

Output Voltage VIOUT 8 V

Reverse Output Voltage VRIOUT –0.1 V

Reinforced Isolation Voltage VISO

Pins 1-4 and 5-8; 60 Hz, 1 minute, TA=25°C 2100 VAC

Maximum working voltage according to UL60950-1 184 Vpeak

Basic Isolation Voltage VISO(bsc)

Pins 1-4 and 5-8; 60 Hz, 1 minute, TA=25°C 1500 VAC

Maximum working voltage according to UL60950-1 354 Vpeak

Output Current Source IIOUT(Source) 3 mA

Output Current Sink IIOUT(Sink) 10 mA

Overcurrent Transient Tolerance IP 1 pulse, 100 ms 100 A

Nominal Operating Ambient Temperature TA Range E –40 to 85 ºC

Maximum Junction Temperature TJ(max) 165 ºC

Storage Temperature Tstg –65 to 170 ºC

Selection Guide

Part Number Packing* TA (°C)

Optimized Range, IP(A)

Sensitivity, Sens (Typ) (mV/A)

ACS712ELCTR-05B-T Tape and reel, 3000 pieces/reel –40 to 85 ±5 185

ACS712ELCTR-20A-T Tape and reel, 3000 pieces/reel –40 to 85 ±20 100

ACS712ELCTR-30A-T Tape and reel, 3000 pieces/reel –40 to 85 ±30 66

*Contact Allegro for additional packing options.

the device at up to 5× overcurrent conditions. The terminals of the conductive path are electrically isolated from the signal leads (pins 5 through 8). This allows the ACS712 to be used in applications requiring electrical isolation without the use of opto-isolators or other costly isolation techniques.

The ACS712 is provided in a small, surface mount SOIC8 package. The leadframe is plated with 100% matte tin, which is compatible with standard lead (Pb) free printed circuit board assembly processes. Internally, the device is Pb-free, except for flip-chip high-temperature Pb-based solder balls, currently exempt from RoHS. The device is fully calibrated prior to shipment from the factory.

Description (continued)

Parameter Specification

Fire and Electric ShockCAN/CSA-C22.2 No. 60950-1-03

UL 60950-1:2003EN 60950-1:2001

Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current ConductorACS712

3Allegro MicroSystems, Inc.115 Northeast CutoffWorcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A.1.508.853.5000; www.allegromicro.com

VCC(Pin 8)

(Pin 7)VIOUT

RF(INT)

GND(Pin 5)

FILTER(Pin 6)

Dyn

amic

Offs

et

Can

cella

tion

IP+(Pin 1)

IP+(Pin 2)

IP−(Pin 3)

IP−(Pin 4)

SenseTrim

SignalRecovery

Sense TemperatureCoefficient Trim

0 AmpereOffset Adjust

Hall CurrentDrive

+5 V

IP+

IP+

IP–

IP–

VCC

VIOUT

FILTER

GND

1

2

3

4

8

7

6

5

Terminal List TableNumber Name Description

1 and 2 IP+ Terminals for current being sampled; fused internally

3 and 4 IP– Terminals for current being sampled; fused internally

5 GND Signal ground terminal

6 FILTER Terminal for external capacitor that sets bandwidth

7 VIOUT Analog output signal

8 VCC Device power supply terminal

Functional Block Diagram

Pin-out Diagram

Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current ConductorACS712

4Allegro MicroSystems, Inc.115 Northeast CutoffWorcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A.1.508.853.5000; www.allegromicro.com

COMMON OPERATING CHARACTERISTICS1 over full range of TA , CF = 1 nF, and VCC = 5 V, unless otherwise specifiedCharacteristic Symbol Test Conditions Min. Typ. Max. Units

ELECTRICAL CHARACTERISTICSSupply Voltage VCC 4.5 5.0 5.5 VSupply Current ICC VCC = 5.0 V, output open – 10 13 mAOutput Capacitance Load CLOAD VIOUT to GND – – 10 nFOutput Resistive Load RLOAD VIOUT to GND 4.7 – – kΩPrimary Conductor Resistance RPRIMARY TA = 25°C – 1.2 – mΩRise Time tr IP = IP(max), TA = 25°C, COUT = open – 5 – μsFrequency Bandwidth f –3 dB, TA = 25°C; IP is 10 A peak-to-peak – 80 – kHzNonlinearity ELIN Over full range of IP – 1.5 – %Symmetry ESYM Over full range of IP 98 100 102 %

Zero Current Output Voltage VIOUT(Q) Bidirectional; IP = 0 A, TA = 25°C – VCC × 0.5 – V

Power-On Time tPOOutput reaches 90% of steady-state level, TJ = 25°C, 20 A present on leadframe – 35 – μs

Magnetic Coupling2 – 12 – G/AInternal Filter Resistance3 RF(INT) 1.7 kΩ1Device may be operated at higher primary current levels, IP, and ambient, TA , and internal leadframe temperatures, TA , provided that the Maximum Junction Temperature, TJ(max), is not exceeded.21G = 0.1 mT. 3RF(INT) forms an RC circuit via the FILTER pin.

COMMON THERMAL CHARACTERISTICS1

Min. Typ. Max. UnitsOperating Internal Leadframe Temperature TA E range –40 – 85 °C

Value UnitsJunction-to-Lead Thermal Resistance2 RθJL Mounted on the Allegro ASEK 712 evaluation board 5 °C/W

Junction-to-Ambient Thermal Resistance RθJAMounted on the Allegro 85-0322 evaluation board, includes the power con-sumed by the board 23 °C/W

1Additional thermal information is available on the Allegro website.2The Allegro evaluation board has 1500 mm2 of 2 oz. copper on each side, connected to pins 1 and 2, and to pins 3 and 4, with thermal vias connect-ing the layers. Performance values include the power consumed by the PCB. Further details on the board are available from the Frequently Asked Questions document on our website. Further information about board design and thermal performance also can be found in the Applications Informa-tion section of this datasheet.

Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current ConductorACS712

5Allegro MicroSystems, Inc.115 Northeast CutoffWorcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A.1.508.853.5000; www.allegromicro.com

x05B PERFORMANCE CHARACTERISTICS1 TA = –40°C to 85°C, CF = 1 nF, and VCC = 5 V, unless otherwise specifiedCharacteristic Symbol Test Conditions Min. Typ. Max. Units

Optimized Accuracy Range IP –5 – 5 ASensitivity Sens Over full range of IP, TA = 25°C 180 185 190 mV/A

Noise VNOISE(PP)Peak-to-peak, TA = 25°C, 185 mV/A programmed Sensitivity, CF = 47 nF, COUT = open, 2 kHz bandwidth – 21 – mV

Zero Current Output Slope ∆IOUT(Q)TA = –40°C to 25°C – –0.26 – mV/°CTA = 25°C to 150°C – –0.08 – mV/°C

Sensitivity Slope ∆SensTA = –40°C to 25°C – 0.054 – mV/A/°CTA = 25°C to 150°C – –0.008 – mV/A/°C

Total Output Error2 ETOT IP =±5 A, TA = 25°C – ±1.5 – %1Device may be operated at higher primary current levels, IP, and ambient temperatures, TA, provided that the Maximum Junction Temperature, TJ(max), is not exceeded.2Percentage of IP, with IP = 5 A. Output filtered.

x20A PERFORMANCE CHARACTERISTICS1 TA = –40°C to 85°C, CF = 1 nF, and VCC = 5 V, unless otherwise specifiedCharacteristic Symbol Test Conditions Min. Typ. Max. Units

Optimized Accuracy Range IP –20 – 20 ASensitivity Sens Over full range of IP, TA = 25°C 96 100 104 mV/A

Noise VNOISE(PP)Peak-to-peak, TA = 25°C, 100 mV/A programmed Sensitivity, CF = 47 nF, COUT = open, 2 kHz bandwidth – 11 – mV

Zero Current Output Slope ∆IOUT(Q)TA = –40°C to 25°C – –0.34 – mV/°CTA = 25°C to 150°C – –0.07 – mV/°C

Sensitivity Slope ∆SensTA = –40°C to 25°C – 0.017 – mV/A/°CTA = 25°C to 150°C – –0.004 – mV/A/°C

Total Output Error2 ETOT IP =±20 A, TA = 25°C – ±1.5 – %1Device may be operated at higher primary current levels, IP, and ambient temperatures, TA, provided that the Maximum Junction Temperature, TJ(max), is not exceeded.2Percentage of IP, with IP = 20 A. Output filtered.

x30A PERFORMANCE CHARACTERISTICS1 TA = –40°C to 85°C, CF = 1 nF, and VCC = 5 V, unless otherwise specifiedCharacteristic Symbol Test Conditions Min. Typ. Max. Units

Optimized Accuracy Range IP –30 – 30 ASensitivity Sens Over full range of IP , TA = 25°C 63 66 69 mV/A

Noise VNOISE(PP)Peak-to-peak, TA = 25°C, 66 mV/A programmed Sensitivity, CF = 47 nF, COUT = open, 2 kHz bandwidth – 7 – mV

Zero Current Output Slope ∆IOUT(Q)TA = –40°C to 25°C – –0.35 – mV/°CTA = 25°C to 150°C – –0.08 – mV/°C

Sensitivity Slope ∆SensTA = –40°C to 25°C – 0.007 – mV/A/°CTA = 25°C to 150°C – –0.002 – mV/A/°C

Total Output Error2 ETOT IP = ±30 A , TA = 25°C – ±1.5 – %1Device may be operated at higher primary current levels, IP, and ambient temperatures, TA, provided that the Maximum Junction Temperature, TJ(max), is not exceeded.2Percentage of IP, with IP = 30 A. Output filtered.

Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current ConductorACS712

6Allegro MicroSystems, Inc.115 Northeast CutoffWorcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A.1.508.853.5000; www.allegromicro.com

–402585

150

TA (°C)

–402585

150

TA (°C)

IP = 0 A IP = 0 A

VCC = 5 V VCC = 5 V

VCC = 5 V

VCC = 5 V; IP = 0 A,After excursion to 20 A

Mean Supply Current versus Ambient Temperature

Sensitivity versus Sensed Current200.00190.00180.00170.00160.00150.00140.00130.00120.00110.00100.00

Sens

(mV/

A)

186.5186.0185.5185.0184.5184.0183.5183.0182.5182.0181.5181.0

Sens

(mV/

A)

Ip (A)-6 -4 -2 0 2 4 6

TA (°C)

TA (°C) TA (°C)

Mea

n I C

C (m

A)

10.3010.2510.2010.1510.1010.0510.00

9.959.909.859.809.75

-50 -25 0 25 50 75 125100 150

I OM

(mA)

0–0.5–1.0–1.5–2.0–2.5–3.0–3.5–4.0–4.5–5.0

-50 -25 0 25 50 75 125100 150

Supply Current versus Supply Voltage10.9

10.8

10.7

10.6

10.5

10.4

10.3

10.2

10.1

10.04.5 4.6 4.84.7 4.9 5.0 5.35.1 5.2 5.4 5.5

VCC (V)

I CC (m

A)

TA (°C)

V IO

UT(Q

) (m

V)

2520

2515

2510

2505

2500

2495

2490

2485-50 -25 0 25 50 75 125100 150

TA (°C)

I OUT

(Q) (

A)

0.20

0.15

0.10

0.05

0

–0.05

–0.10

–0.15-50 -25 0 25 50 75 125100 150

Nonlinearity versus Ambient Temperature0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0–50 0–25 25 50 12575 100 150

E LIN

(%)

TA (°C)

Mean Total Output Error versus Ambient Temperature8

6

4

2

0

–2

–4

–6

–8–50 0–25 25 50 12575 100 150

E TO

T (%

)

TA (°C)

Sensitivity versus Ambient Temperature

–50 0–25 25 50 12575 100 150

IP (A)

Output Voltage versus Sensed Current4.0

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

0–7 –6 –5 –4 –3 –2 –1 0 1 2 3 4 5 6 7

V IO

UT

(V)

Magnetic Offset versus Ambient Temperature

VCC = 5 V

0 A Output Voltage versus Ambient Temperature 0 A Output Voltage Current versus Ambient Temperature

Characteristic PerformanceIP = 5 A, unless otherwise specified

Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current ConductorACS712

7Allegro MicroSystems, Inc.115 Northeast CutoffWorcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A.1.508.853.5000; www.allegromicro.com

–402585

150

TA (°C)

–40

25–20

85125

TA (°C)

IP = 0 A IP = 0 A

VCC = 5 V

VCC = 5 V

VCC = 5 V

VCC = 5 V; IP = 0 A,After excursion to 20 A

Mean Supply Current versus Ambient Temperature

Sensitivity versus Sensed Current110.00108.00106.00104.00102.00100.00

98.0096.0094.0092.0090.00

Sens

(mV/

A)

Ip (A)

TA (°C)

TA (°C)

Mea

n I C

C (m

A)

9.7

9.6

9.5

9.4

9.3

9.2

9.1-50 -25 0 25 50 75 125100 150

Supply Current versus Supply Voltage10.4

10.2

10.0

9.8

9.6

9.4

9.2

9.0

VCC (V)

I CC (m

A)

Nonlinearity versus Ambient Temperature0.35

0.30

0.25

0.20

0.15

0.10

0.05

0–50 0–25 25 50 12575 100 150

E LIN

(%)

TA (°C)

Mean Total Output Error versus Ambient Temperature8

6

4

2

0

–2

–4

–6

–8–50 0–25 25 50 12575 100 150

E TO

T (%

)

IP (A)

Output Voltage versus Sensed Current5.04.54.03.53.02.52.01.51.00.5

0–25 –20 –15 –10 –5 0 5 10 15 20 25

V IO

UT

(V)

4.5 4.6 4.84.7 4.9 5.0 5.35.1 5.2 5.4 5.5

–25 –20 –15 –10 –5 0 5 10 15 20 25

100.8

100.6

100.4

100.2

100.0

99.8

99.6

99.4

99.2

99.0

Sens

(mV/

A)

TA (°C)

Sensitivity versus Ambient Temperature

–50 0–25 25 50 12575 100 150

TA (°C)

I OM

(mA)

0–0.5–1.0–1.5–2.0–2.5–3.0–3.5–4.0–4.5–5.0

-50 -25 0 25 50 75 125100 150

Magnetic Offset versus Ambient Temperature

0 A Output Voltage versus Ambient Temperature

TA (°C)

V IO

UT(Q

) (m

V)

2525

2520

2515

2510

2505

2500

2495

2490

2485-50 -25 0 25 50 75 125100 150

0 A Output Voltage Current versus Ambient Temperature

TA (°C)

I OUT

(Q) (

A)

0.25

0.20

0.15

0.10

0.05

0

–0.05

–0.10

–0.15-50 -25 0 25 50 75 125100 150

Characteristic PerformanceIP = 20 A, unless otherwise specified

Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current ConductorACS712

8Allegro MicroSystems, Inc.115 Northeast CutoffWorcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A.1.508.853.5000; www.allegromicro.com

Characteristic PerformanceIP = 30 A, unless otherwise specified

–402585

150

TA (°C)–40

25–20

85125

TA (°C)

IP = 0 A IP = 0 A

VCC = 5 VVCC = 5 V

VCC = 5 V

VCC = 5 V; IP = 0 A,After excursion to 20 A

VCC = 5 V

Mean Supply Current versus Ambient Temperature

Sensitivity versus Sensed Current70.0069.0068.0067.0066.0065.0064.0063.0062.0061.0060.00

Sens

(mV/

A)

Ip (A)

TA (°C)

TA (°C)

Mea

n I C

C (m

A)

9.6

9.5

9.4

9.3

9.2

9.1

9.0

8.9-50 -25 0 25 50 75 125100 150

Supply Current versus Supply Voltage10.2

10.0

9.8

9.6

9.4

9.2

9.0

VCC (V)

I CC (m

A)

Nonlinearity versus Ambient Temperature0.45

0.40

0.35

0.30

0.25

0.20

0.15

0.10

0.05

0–50 0–25 25 50 12575 100 150

E LIN

(%)

TA (°C)

Mean Total Output Error versus Ambient Temperature8

6

4

2

0

–2

–4

–6

–8–50 0–25 25 50 12575 100 150

E TO

T (%

)

IP (A)

Output Voltage versus Sensed Current5.04.54.03.53.02.52.01.51.00.5

0–30 –20 –10 0 10 20 30

V IO

UT

(V)

4.5 4.6 4.84.7 4.9 5.0 5.35.1 5.2 5.4 5.5

–30 –20 –10 0 10 20 30

66.6

66.5

66.4

66.3

66.2

66.1

66.0

65.9

65.8

65.7

Sens

(mV/

A)

TA (°C)

Sensitivity versus Ambient Temperature

–50 0–25 25 50 12575 100 150

TA (°C)

I OM

(mA)

0–0.5–1.0–1.5–2.0–2.5–3.0–3.5–4.0–4.5–5.0

-50 -25 0 25 50 75 125100 150

Magnetic Offset versus Ambient Temperature

TA (°C)

V IO

UT(Q

) (m

V)

25352530252525202515251025052500249524902485

-50 -25 0 25 50 75 125100 150TA (°C)

I OUT

(Q) (

A)

0.350.300.250.200.150.100.05

0–0.05–0.10–0.15

-50 -25 0 25 50 75 125100 150

0 A Output Voltage versus Ambient Temperature 0 A Output Voltage Current versus Ambient Temperature

Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current ConductorACS712

9Allegro MicroSystems, Inc.115 Northeast CutoffWorcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A.1.508.853.5000; www.allegromicro.com

Sensitivity (Sens). The change in device output in response to a 1 A change through the primary conductor. The sensitivity is the product of the magnetic circuit sensitivity (G / A) and the linear IC amplifier gain (mV/G). The linear IC amplifier gain is pro-grammed at the factory to optimize the sensitivity (mV/A) for the full-scale current of the device.

Noise (VNOISE). The product of the linear IC amplifier gain (mV/G) and the noise floor for the Allegro Hall effect linear IC (≈1 G). The noise floor is derived from the thermal and shot noise observed in Hall elements. Dividing the noise (mV) by the sensitivity (mV/A) provides the smallest current that the device is able to resolve.

Linearity (ELIN). The degree to which the voltage output from the IC varies in direct proportion to the primary current through its full-scale amplitude. Nonlinearity in the output can be attrib-uted to the saturation of the flux concentrator approaching the full-scale current. The following equation is used to derive the linearity:

where VIOUT_full-scale amperes = the output voltage (V) when the sampled current approximates full-scale ±IP .

Symmetry (ESYM). The degree to which the absolute voltage output from the IC varies in proportion to either a positive or negative full-scale primary current. The following formula is used to derive symmetry:

Quiescent output voltage (VIOUT(Q)). The output of the device when the primary current is zero. For a unipolar supply voltage, it nominally remains at VCC ⁄ 2. Thus, VCC = 5 V translates into VIOUT(Q) = 2.5 V. Variation in VIOUT(Q) can be attributed to the resolution of the Allegro linear IC quiescent voltage trim and thermal drift.

Electrical offset voltage (VOE). The deviation of the device out-put from its ideal quiescent value of VCC / 2 due to nonmagnetic causes. To convert this voltage to amperes, divide by the device sensitivity, Sens.

Accuracy (ETOT). The accuracy represents the maximum devia-tion of the actual output from its ideal value. This is also known as the total output error. The accuracy is illustrated graphically in the output voltage versus current chart at right.

Accuracy is divided into four areas:

0 A at 25°C. Accuracy at the zero current flow at 25°C, with-out the effects of temperature.

0 A over Δ temperature. Accuracy at the zero current flow including temperature effects.

Full-scale current at 25°C. Accuracy at the the full-scale current at 25°C, without the effects of temperature.

Full-scale current over Δ temperature. Accuracy at the full-scale current flow including temperature effects.

Ratiometry. The ratiometric feature means that its 0 A output, VIOUT(Q), (nominally equal to VCC/2) and sensitivity, Sens, are proportional to its supply voltage, VCC . The following formula is used to derive the ratiometric change in 0 A output voltage,VIOUT(Q)RAT (%).

The ratiometric change in sensitivity, SensRAT (%), is defined as:

Definitions of Accuracy Characteristics

100 1– [ [ VIOUT_full-scale amperes – VIOUT(Q)Δ gain × % sat ( )2 (VIOUT_half-scale amperes – VIOUT(Q) )

100VIOUT_+ full-scale amperes – VIOUT(Q)

VIOUT(Q) – VIOUT_–full-scale amperes

100VIOUT(Q)VCC / VIOUT(Q)5V

VCC / 5 V

100

SensVCC / Sens5V

VCC / 5 V‰ Output Voltage versus Sampled Current

Accuracy at 0 A and at Full-Scale Current

Increasing VIOUT (V)

+IP (A)

Accuracy

Accuracy

Accuracy25°C Only

Accuracy25°C Only

Accuracy25°C Only

Accuracy

0 A

v rO e Temp erature

AverageVIOUT

–IP (A)

v rO e Temp erature

v rO e Temp erature

Decreasing VIOUT (V)

IP(min)

IP(max) Full Scale

Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current ConductorACS712

10Allegro MicroSystems, Inc.115 Northeast CutoffWorcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A.1.508.853.5000; www.allegromicro.com

Power on Time versus External Filter Capacitance

020406080

100120140160180200

0 10 20 30 40 50CF (nF)

CF (nF)

t PO

(μs)

IP = 5 A

IP = 0 A

Noise versus External Filter Capacitance

1

1000

10

100

10000

0.01 0.1 1 10 100 1000

Noi

se(p

-p) (

mA

)

Noise vs. Filter Cap

400350300250200150100

5000 5025 75 100 125 150

t r(μs

)

CF (nF)

Rise Time versus External Filter CapacitanceRise Time versus External Filter Capacitance

0

200

400

600

800

1000

1200

0 100 200 300 400 500

t r(μs

)

CF (nF)

Expanded in chart at right

Definitions of Dynamic Response Characteristics

Primary Current

Transducer Output

90

100

I (%)

Rise Time, trt

Rise time (tr). The time interval between a) when the device reaches 10% of its full scale value, and b) when it reaches 90% of its full scale value. The rise time to a step response is used to derive the bandwidth of the device, in which ƒ(–3 dB) = 0.35 / tr. Both tr and tRESPONSE are detrimentally affected by eddy current losses observed in the conductive IC ground plane.

Excitation Signal

Output (mV)

15 A

Step Response

TA=25°C

CF (nF) tr (μs)

0 6.6 1 7.7 4.7 17.4 10 32.1 22 68.2 47 88.2 100 291.3 220 623.0 470 1120.0

Power-On Time (tPO). When the supply is ramped to its operat-ing voltage, the device requires a finite time to power its internal components before responding to an input magnetic field.Power-On Time, tPO , is defined as the time it takes for the output voltage to settle within ±10% of its steady state value under an applied magnetic field, after the power supply has reached its minimum specified operating voltage, VCC(min), as shown in the chart at right.

Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current ConductorACS712

11Allegro MicroSystems, Inc.115 Northeast CutoffWorcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A.1.508.853.5000; www.allegromicro.com

Chopper Stabilization is an innovative circuit technique that is used to minimize the offset voltage of a Hall element and an asso-ciated on-chip amplifier. Allegro patented a Chopper Stabiliza-tion technique that nearly eliminates Hall IC output drift induced by temperature or package stress effects. This offset reduction technique is based on a signal modulation-demodulation process. Modulation is used to separate the undesired DC offset signal from the magnetically induced signal in the frequency domain. Then, using a low-pass filter, the modulated DC offset is sup-pressed while the magnetically induced signal passes through

the filter. As a result of this chopper stabilization approach, the output voltage from the Hall IC is desensitized to the effects of temperature and mechanical stress. This technique produces devices that have an extremely stable Electrical Offset Voltage, are immune to thermal stress, and have precise recoverability after temperature cycling.

This technique is made possible through the use of a BiCMOS process that allows the use of low-offset and low-noise amplifiers in combination with high-density logic integration and sample and hold circuits.

Chopper Stabilization Technique

Amp

Regulator

Clock/Logic

Hall Element

Sam

ple

and

Hol

d

Low-PassFilter

Concept of Chopper Stabilization Technique

Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current ConductorACS712

12Allegro MicroSystems, Inc.115 Northeast CutoffWorcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A.1.508.853.5000; www.allegromicro.com

+

–IP+IP+

IP–IP–

IP

7

5

5

8

+5 V

U1LMV7235

VIOUTVOUT

GND

6

2

4

41

1

23

3

FILTER

VCC

ACS712

D11N914

R2100 kΩ

R133 kΩ

RPU100 kΩ

Fault

CBYP0.1 μF

CF1 nF

+

–

IP+IP+

IP–IP–

7

5

8

+5 V

U1LT1178

Q12N7002

VIOUTVOUT

VPEAK

VRESET

GND

6

2

4

1

3D11N914

VCC

ACS712

R410 kΩ

R11 MΩ

R233 kΩ

RF10 kΩ

R3330 kΩ

CBYP0.1 μF

C10.1 μF

COUT0.1 μF

CF1 nF

C20.1 μF

FILTER

IP

IP+IP+

IP–IP–

IP

7

5

8

+5 V

D11N4448W

VIOUTVOUT

GND

6

2

4

1

3 FILTER

VCC

ACS712 R110 kΩ

CBYP0.1 μF

RF2 kΩ

CF1 nF

C1

A-to-DConverter

Typical Applications

Application 5. 10 A Overcurrent Fault Latch. Fault threshold set by R1 and R2. This circuit latches an overcurrent fault and holds it until the 5 V rail is powered down.

Application 2. Peak Detecting Circuit

Application 4. Rectified Output. 3.3 V scaling and rectification application for A-to-D converters. Replaces current transformer solutions with simpler ACS circuit. C1 is a function of the load resistance and filtering desired. R1 can be omitted if the full range is desired.

+

–IP+IP+

IP–IP–

IP

7

5

58

+5 V

LM321

VIOUT

VOUT

GND

6

2

4

11 4

2

3

3

FILTER

VCC

ACS712

R2100 kΩ

R1100 kΩ

R33.3 kΩ

CBYP0.1 μF

CF0.01 μF

C11000 pF

RF1 kΩ

Application 3. This configuration increases gain to 610 mV/A (tested using the ACS712ELC-05A).

Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current ConductorACS712

13Allegro MicroSystems, Inc.115 Northeast CutoffWorcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A.1.508.853.5000; www.allegromicro.com

Improving Sensing System Accuracy Using the FILTER Pin

In low-frequency sensing applications, it is often advantageous to add a simple RC filter to the output of the device. Such a low-pass filter improves the signal-to-noise ratio, and therefore the resolution, of the device output signal. However, the addition of an RC filter to the output of a sensor IC can result in undesirable device output attenuation — even for DC signals.

Signal attenuation, ∆VATT , is a result of the resistive divider effect between the resistance of the external filter, RF (see Application 6), and the input impedance and resistance of the customer interface circuit, RINTFC. The transfer function of this resistive divider is given by:

Even if RF and RINTFC are designed to match, the two individual resistance values will most likely drift by different amounts over

temperature. Therefore, signal attenuation will vary as a function of temperature. Note that, in many cases, the input impedance, RINTFC , of a typical analog-to-digital converter (ADC) can be as low as 10 kΩ.

The ACS712 contains an internal resistor, a FILTER pin connec-tion to the printed circuit board, and an internal buffer amplifier. With this circuit architecture, users can implement a simple RC filter via the addition of a capacitor, CF (see Application 7) from the FILTER pin to ground. The buffer amplifier inside of the ACS712 (located after the internal resistor and FILTER pin connection) eliminates the attenuation caused by the resistive divider effect described in the equation for ∆VATT. Therefore, the ACS712 device is ideal for use in high-accuracy applications that cannot afford the signal attenuation associated with the use of an external RC low-pass filter.

=∆VATTRINTFC

RF + RINTFCVIOUT ⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ .

Application 6. When a low pass filter is constructed externally to a standard Hall effect device, a resistive divider may exist between the filter resistor, RF, and the resistance of the customer interface circuit, RINTFC. This resistive divider will cause excessive attenuation, as given by the transfer function for ∆VATT.

Application 7. Using the FILTER pin provided on the ACS712 eliminates the attenuation effects of the resistor divider between RF and RINTFC, shown in Appli-cation 6.

ApplicationInterface

Circuit

Resistive Divider

RINTFC

Low Pass Filter

RFAmp Out

VCC

+5 V

Pin 8

Pin 7VIOUT

Pin 6N.C.

Input

GNDPin 5

Filte

r

Dyn

amic

Offs

et

Can

cella

tion

IP+ IP+

0.1 F

Pin 1 Pin 2

IP– IP–Pin 3 Pin 4

Gain TemperatureCoefficient Offset

VoltageRegulator

Trim Control

To all subcircuits

Input

VCCPin 8

Pin 7VIOUT

GNDPin 5

FILTERPin 6

Dyn

amic

Offs

et

Can

cella

tion

IP+Pin 1

IP+Pin 2

IP–Pin 3

IP–Pin 4

SenseTrim

SignalRecovery

Sense TemperatureCoefficient Trim

0 AmpereOffset Adjust

Hall CurrentDrive

+5 V

ApplicationInterface

Circuit

Buffer Amplifier and Resistor

RINTFC

Allegro ACS712

Allegro ACS706

CF1 nF

CF1 nF

Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current ConductorACS712

14Allegro MicroSystems, Inc.115 Northeast CutoffWorcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A.1.508.853.5000; www.allegromicro.com

Package LC, 8-pin SOIC

CSEATINGPLANE

1.27 BSC

GAUGE PLANESEATING PLANE

A Terminal #1 mark area

B

Reference land pattern layout (reference IPC7351 SOIC127P600X175-8M); all pads a minimum of 0.20 mm from all adjacent pads; adjust as necessary to meet application process requirements and PCB layout tolerances

B

D

C

21

8

Branding scale and appearance at supplier discretion

CSEATINGPLANEC0.10

8X

0.25 BSC

1.04 REF

1.75 MAX

For Reference Only; not for tooling use (reference MS-012AA)Dimensions in millimetersDimensions exclusive of mold flash, gate burrs, and dambar protrusions Exact case and lead configuration at supplier discretion within limits shown

4.90 ±0.10

3.90 ±0.10 6.00 ±0.20

0.510.31 0.25

0.10

0.250.17

1.270.40

8°0°

N = Device part number T = Device temperature range P = Package Designator A = Amperage L = Lot number Belly Brand = Country of Origin

NNNNNNN

LLLLL

1

TPP-AAA

A

Standard Branding Reference View

21

8

PCB Layout Reference ViewC

0.65 1.27

5.60

1.75

Branded Face

Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor IC with 2.1 kVRMS Isolation and a Low-Resistance Current ConductorACS712

15Allegro MicroSystems, Inc.115 Northeast CutoffWorcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A.1.508.853.5000; www.allegromicro.com

Copyright ©2006-2011, Allegro MicroSystems, Inc.The products described herein are protected by U.S. patents: 5,621,319; 7,598,601; and patent pending. Allegro MicroSystems, Inc. reserves the right to make, from time to time, such de par tures from the detail spec i fi ca tions as may be required to per-

mit improvements in the per for mance, reliability, or manufacturability of its products. Before placing an order, the user is cautioned to verify that the information being relied upon is current.

Allegro’s products are not to be used in life support devices or systems, if a failure of an Allegro product can reasonably be expected to cause the failure of that life support device or system, or to affect the safety or effectiveness of that device or system.

The in for ma tion in clud ed herein is believed to be ac cu rate and reliable. How ev er, Allegro MicroSystems, Inc. assumes no re spon si bil i ty for its use; nor for any in fringe ment of patents or other rights of third parties which may result from its use.

For the latest version of this document, visit our website:www.allegromicro.com

Revision HistoryRevision Revision Date Description of RevisionRev. 14 October 12, 2011 Update branding specifications