INVERTER VOLT/HERTZ KONTROL SEBAGAI PENGENDALI MOTOR AC 3 FASA

MAKALAH TUGAS AKHIR

Oleh EMMANUEL AGUNG NUGROHO NIM : C. 431. 05. 0022

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEMARANG 20091

INVERTER VOLT/HERTZ KONTROL SEBAGAI PENGENDALI MOTOR AC 3 FASAE. Agung Nugroho NIM : C. 431. 05. 0022 Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Semarang Sri Heranurweni, ST, MT NIS : 0655700301020070 Dosen Pembimbing II Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Semarang ABSTRAK Ada dua permasalahan pokok kelistrikan yang disebabkan oleh pemakaian motor induksi di industri yaitu munculnya daya reaktif induktif yang menyebabkan menurunnya kualitas daya dan faktor daya dengan impedansi tinggi, serta meningkatnya jatuh tegangan. Permasalahan kedua muncul sebagai akibat dari sistem kendali motor secara konvensional yang terbatas pada pengendalian pada saat start saja yang hanya mampu menekan arus mula tanpa memperhatikan sistem pengendalian yang proporsional dengan memperhatikan pemanfaatan daya pada saat motor berjalan. Sistem pengendalian yang konvensional ini menyebabkan konsumsi energi listrik tidak efisien, hasil produksi tidak fleksibel, dan sangat memungkinkan mudah rusaknya motor listrik karena selalu dipaksa bekerja pada kecepatan maksimal. Mengatasi permasalahan tersebut dalam perancangan alat tugas akhir ini menawarkan sistem pengendalian motor listrik yang memperhatikan permasalahan perbaikan kualitas daya dan faktor daya dan sekaligus mampu mengendalikan motor baik pada saat start ataupun pada saat motor berjalan yaitu dengan teknik Inverter SPWM (Sinusoidal Pulse Width Modulation) yang terkendali secara volt/hertz. Teknik ini bertujuan untuk mengendalikan tegangan keluaran dan frekuensi kerja inverter 3 fasa secara bersama-sama dan proporsional melalui satu pengaturan tegangan referensi pada rangkaian konverter Volt/Hertz. Pengaturan tegangan DC referensi pada konverter volt/hertz menghasilkan pulsa digital yang digunakan sebagai input data mikrokontroller yang diprogram untuk menghasilkan sinyal referensi SPWM berupa gelombang sinus 3 fasa. Gelombang sinus 3 fasa yang terkendali amplitudo dan frekuensi ini dibandingkan dengan sinyal Carrier gelombang segitiga sehingga terjadi perbandingan indeks modulasi pada teknik SPWM yang menentukan tegangan dan frekuensi keluaran inverter 3 fasa. Perancangan inverter volt/hertz berhasil membangkitkan sumber 3 fasa sebagai pengendali motor AC 3 fasa dari sumber tegangan 1 fasa dengan arus motor berupa gelombang sinus yang sefasa terhadap tegangan sumber sebagai bukti perbaikan faktor daya. Selain itu motor listrik mampu dikendalikan kecepatannya dari frekuensi 10 Hz hingga 50 Hz secara linier.. Kata kunci : Volt/hertz kontrol, SPWM inverter 3 fasa, Indeks Modulasi. 1. Pendahuluan Untuk menjalankan kecepatan suatu motor AC diperlukan beberapa metode pengaturan diantaranya adalah pengaturan jumlah kutub stator pada belitan stator motor atau bisa dilakukan dengan pengaturan tegangan yang mensuplay 1 belitan motor tersebut pada frekuensi tetap ataupun bisa juga dilakukan dengan mengatur frekuensi kerja motor tersebut dengan tegangan tetap, dan bisa juga dilakukan dengan pengaturan frekuensi dan tegangan secara bersamaan. Supari, ST, MT NIS : 0655700301020033 Dosen Pembimbing I Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Semarang

Pengaturan kutub pada kondisi operasional kerja motor jelas tidak mungkin karena jumlah kutub sudah ditentukan pada saat perancangan belitan stator motor sedangkan dengan hanya mengubah frekuensi sumber saja tidak cukup, karena pengendalian motor AC harus menjaga keseimbangan kerapatan fluks. Perancangan sistem yang diusulkan ini merupakan pilihan terbaik dalam sistem pengendalian motor saat ini yaitu dengan mengendalikan frekuensi dan tegangan keluaran inverter secara berimbang dan bersama-sama untuk mengendalikan kecepatan motor AC 3 fasa. Teknik pengendalian frekuensi dan tegangan keluaran inverter secara bersama-sama semacam ini dikenal dengan istilah Volt/ Hertz kontrol. Dalam perkembangan elektronika daya sistem seperti ini umumnya dinamakan Variable Speed Drive (VSD), tetapi karena kendalinya mengubah tegangan dan frekuensi maka divais ini dinamakan juga Variable Voltage Variable Frequency (VVVF). Pengendalian motor AC dengan menggunakan VVVF selain dapat mengendalikan torka dan kecepatan secara baik, juga mempunyai keuntungan lain, antara lain : 1. Penggunaan energi menjadi efisien, 2. Peningkatan fleksibelitas produksi, 3. Peningkatan umur komponen mekanik, 4. Memudahkan untuk pemeliharaan 2. Tinjauan Pustaka a. Variable Voltage Variable Frekuensi Skema daya VVVF yang digunakan untuk pengendalian arus bolak-balik (AC Drive) dilukiskan seperti pada Gambar 1. Bridge Rectifier yang terdiri dari enam dioda yang dihubungkan jembatan berfungsi untuk mengkonversikan tegangan bolak-balik menjadi tegangan searah (penyearah). Untuk meratakan tegangan keluaran dipasang tapis kapasitor elektronik C pada terminal keluaran penyearah. Jika nilai keluaran kapasitor 3

tersebut cukup besar, tegangan searah yang dihasilkan adalah :3 3 (1) Vp dengan Vdc dan Ep masing-masing adalah tegangan keluaran searah dan tegangan bolak-balik antar fasa-masukan. Vdc =

Gambar 1 Skema daya VVVF

Tegangan searah keluaran bridge rectifier setelah ditapis dengan kapasitor, selanjutnya dikonversi menjadi tegangan bolak-balik oleh inverter. Tegangan bolakbalik dan frekuensi keluaran inverter dapat bervariasi sesuai dengan kendali inverter tersebut. Inverter dikendalikan dengan menggunakan teknik modulasi lebar pulsa (PWM). Teknik PWM pada sistem VVVF dibentuk dari suatu gelombang referensi tiga fasa dibandingkan dengan gelombang pembawa (carrier) berupa gelombang segitiga frekuensi tinggi (5000 Hz). Misal untuk fasa U jika nilai sesaat gelombang frekuensi fasa U (Vu) lebih tinggi dari nilai sesaat gelombang segitiga (Vcarr) maka transistor T1 akan menerima sinyal ON. Pada kondisi ini tegangan fasa U bernilai jika nilai sesaat Vdc/2,sedangkan gelombang fasa U (Vu) lebih rendah dari nilai sesaat gelombang segitiga (Ecarr) maka transistor T2 akan menerima sinyal ON, pada kondisi ini tegangan nilai fasa U bernilai Ed/2. Komponen dasar gelombang tegangan keluaran VVVF akan mempunyai nilai sebagai berikut : V (2) V ph}= dc ksin t 2 dengan : V k = r (3) Vc

adalah factor modulasi dengan nilai maksimum sama dengan satu. Sin t adalah frekuensi sudut gelombang referensi, Vr dan Vc masing-masing adalah amplitudo gelombang referensi dan gelombang pembawa. Jadi, komponen dasar gelombang keluaran VVVF dapat diatur amplitudo dan frekuensinya dengan cara mengatur amplitude dan frekuensi gelombang referensi yang menentukan kualitas modulasi frekuensi yang didapat. Untuk VVVF factor modulasi maksimum adalah satu, maka tegangan keluaran maksimum VVVF adalah :V iimak = 3 Ed 2 2 = 3 3E n 2 = 0 . 83 E ii (4)

masing-masing dua saklar berpasangan untuk menghasilkan setiap fasa untuk setiap lengannya. Lengan a dibentuk oleh saklar A pada sisi positif dan saklar A pada sisi negatif yang bekerja secara bergantian demikian pula dengan saklar b dan c. Dengan teknik kendali SPWM maka konfigurasi saklar daya inverter diatas dapat menghasilkan beberapa kemungkinan pensaklaran seperti pada gambar berikut :

000

001

010

011

b.

Inverter 3 fasa Untuk menjalankan motor AC 3 fasa dengan sistem kendali volt/hertz control diperlukan rangkaian daya sebagai media pengasutan. Teknik SPWM inverter sangat tepat sebagai implementasikannya. Rangkaian daya inverter tiga fasa tiga lengan (three-leg inverter) yang memiliki enam buah saklar dan sumber tegangan DC. Suatu converter DC to AC jenis sumber tegangan (voltage-type inverter) harus memenuhi dua syarat, yaitu saklar yang terletak pada satu lengan tidak boleh konduksi secara bersamaan hingga menimbulkan arus hubung singkat, dan arus sisi AC harus selalu dijaga kontinuitasnya. Mengacu pada kedua syarat tersebut maka akan terdapat 23 kondisi (delapan kondisi saklar) seperti ditunjukan pada Gambar berikut

100

101

110

111

Gb. 3 Konfigurasi saklar daya inverter 3 fasa 3 lengan

Dari konfigurasi pensaklaran diatas maka dapat diturunkan suatu persamaan tegangan antar fasa sebagai berikut : Vab 1 1 0 a V = V 0 1 1 b (5) bc dc Vca 1 0 1 c Sedangkan persamaan tegangan fasa yang dihasilkan oleh inverter diatas adalah sebagai berikut : V a 2 1 1 a V = 1 V 1 (6) 2 1 b b 3 dc Vc 1 1 1 c Sehingga dari kedua persamaan diatas dapat dibuat suatu tabel nilai tegangan keluaran inverter sebagai berikut : Tabel 1 Nilai tegangan keluaran inverter 3 fasa

Gb. 2 Konfigurasi inverter 3 fasa 3 lengan

Konfigurasi inverter 3 fasa 3 lengan dibentuk oleh 6 buah saklar daya dengan 4

c.

Teknik Modulasi Lebar Pulsa Inverter sebagai rangkaian penyaklaran elektronik dapat mengubah sumber tegangan searah menjadi tegangan bolak-balik dengan besar tegangan dan frekuensi dapat diatur. Baker (1991) sebagaimana dikutip Gendroyono (1999), mengelompokkan inverter menjadi tiga kelompok utama, yaitu: a. Inverter tegangan berubah (VVI=Variable Voltage Inverter) b. Inverter sumber arus (CSI) c. Inverter PWM Faktor daya pada inverter VVI dan CSI menurun mengikuti kecepatan, sedangkan pada inverter PWM mempunyai faktor daya mendekati satu pada seluruh tingkat kecepatan. PWM adalah satu teknik yang terbukti baik untuk mengatur inverter guna mendapatkan tegangan berubah dan frekuensi berubah dari tegangan tetap sumber DC (Grant dan Seidner: 1981). Bentuk gelombang tegangan keluaran inverter tidak sinusoida murni karena mengandung banyak komponen frekuensi yang tidak diinginkan. Jika keluaran inverter ini dicatu ke motor AC, komponen tersebut akan menambah kerugian, getaran dan riak pada motor. Grant dan Seidner juga menyatakan bahwa harmonik yang timbul dapat dihindari jika frekuensi pembawa mempunyai variasi berupa kelipatan dari frekuensi pemodulasi. Teknik modulasi dengan perbandingan frekuensi pembawa dan pemodulasi yang demikian disebut PWM sinkron. Teknik PWM sinkron ini mampu menghasilkan bentuk gelombang dengan komponen harmonik berfrekuensi jauh lebih tinggi dari frekuensi fundamental. Frekuensi tinggi ini memberikan keuntungan pada sistem. Karena kebocoran induktansi motor menyebabkan impedansi tinggi pada komponen yang tidak diinginkan, maka secara efektif menapis keluaran inverter (Gendroyono: 1999). Untuk membangkitkan sinyal kontrol pada sistem PWM dilakukan dengan mengkomparasikan sinyal referensi 5

(biasanya sinusoidal) dengan sinyal Carrier (biasanya gelombang segitiga) dalam suatu perbandingan amplitudo tertentu yang disebut dengan indeks modulasi. Indeks modulasi adalah perbandingan antara amplitudo sinyal refrensi sinusoida (Ar) dan amplitudo sinyal carrier segitiga (Ac). Indeks modulasi dirumuskan: M = Ar/Ac (7) dengan M = Indeks modulasi Ar = Amplitudo sinyal referensi Ac = Amplitudo sinyal carrier Indeks modulasi yang nilainya antara 0 sampai 1 akan menentukan lebar pulsa tegangan rata-rata dalam satu periode.

Gambar 4 Pembangkitan PWM Sinusoida Satu Fasa Secara Analog

Prinsip kerja pembangkitan sinyal PWM sinusoida satu fasa adalah mengatur lebar pulsa mengikuti pola gelombang sinusoida. Frekuensi sinyal referensi menentukan frekuensi keluaran inverter. Dari gambar 4 pembangkitan sinyal PWM sinusoida satu fasa dapat dilakukan dengan menggunakan 2 buah sinyal sinus (sin(t) dan -sin(t)) dan 1 sinyal segitiga. Sedangkan pembangkitan sinyal PWM sinusoida satu fasa dapat dilakukan dengan menggunakan 1 sinyal sinus (sin(t)) dan 2 sinyal segitiga (sgt(t) dan sgt(t). Dari mekanisme teknik PWM (Gambar 4) diperoleh nilai rata-rata tegangan beban sebanding secara proporsional dengan nilai sesaat gelombang referensi. Sehingga dengan meningkatnya nilai sesaat gelombang referensi, tegangan keluaran juga akan meningkat dan sebaliknya jika menurun

maka tegangan keluaran akan menurun. Aplikasi teknik PWM dengan menggunakan referensi gelombang sinus selanjutnya dikenal dengan istilah SPWM (Sinusoidal Pulse Width Modulation) dengan prinsip yang sama dengan cara kerja teknik PWM diatas. Pada teknik ini sifat tegangan keluaran akan mengikuti referensi yang diberikan dan jika sinyal sinusoidal sebagai sinyal referensi yang diberikan berupa gelombang 3 fasa maka sinyal keluaran yang dihasilkan juga pola pensaklaran 3 fasa sesuai referensinya. 3. Perancangan inverter V/Hz kontrol Pengendalian inverter 3 fasa dengan metode kendali volt/hertz control ini menggunakan sistem open loop dengan bentuk yang sederhana mengambil perintah referensi dari sumber luar. Sumber luar ini berupa konverter tegangan ke frekuensi yang diaplikasikan dengan kombinasi rangkaian LM 331. Garis besar perancangan rangkaian kontrol inverter volt/hertz adalah sebagai berikut :

dihasilkan oleh rangkaian penyearah ini berfungsi sebagai tegangan sumber rangkaian daya inverter. Untuk mengendalikan inverter 3 fasa maka diperlukan adanya pulsa pemicu saklar daya dengan sistem kontrol 3 fasa. Pulsa-pulsa pemicu saklar daya pada sistem ini dihasilkan melalui metode SPWM inverter yang memadukan sinyal referensi 3 fasa dengan sebuah sinyal carrier frekuensi tinggi. Referensi 3 fasa dihasilkan dari pemrograman mikrokontrol yang memanfaatkan pulsa masukan berskala digital dari rangkaian V to F konverter. a. Volt/Hertz konverter Rangkaian volt /hertz mengubah nilai masukan berupa tegangan analog menjadi sinyal dalam bentuk pulsa pada sisi keluarannya. LM 331 merupakan IC monolitik yang didalamnya terdapat sebuah komparator yang berfungsi sebagai pembanding tegangan masukan pada pin 7 dengan tegangan lerengan secara periodik yang dihasilkan dari rangkaian RC pada pin 6. Jika kondisi tegangan pada pin 7 lebih positif dari tegangan pada pin 6 maka komparator akan membangkitkan sebuah pulsa yang memicu transistor untuk melewatkan tegangan pada sisi kolektor menjadi pulsa pada sisi keluarannya. Seiring dengan naiknya tegangan masukan pada pin 7 maka semakin sering komparator menghasilkan pulsa sehingga semakin tinggi frekuensi pulsa kotak yang dihasilkan oleh keluaran transistor. Untuk menghasilkan konversi tegangan menjadi frekuensi pada aplikasi LM 331 dirumuskan dengan persamaan berikut : V in Rs 1 f out = x x 2 . 09 Rl R .C

Gambar 5 Skema umum Inverter Volt/hertz Sumber AC yang tersedia oleh PLN merupakan sumber 1 fasa ataupun 3 fasa dengan tegangan tetap dan frekuensi yang tidak dapat diatur. Kondisi ini memaksa semua peralatan listrik seperti motor dan lain-lainnya bekerja pada frekuensi dan tegangan yang tetap. Hal ini sangat merugikan jika dilihat dari efisiensi daya listrik dan peralatan listrik itu sendiri. Untuk merancang suatu inverter baik satu fasa ataupun 3 fasa diperlukan tegangan DC sebagai masukannya sehingga tegangan AC yang disediakan oleh PLN perlu disearahkan terlebih dulu melalui rangkaian single phase rectifier ataupun three phase rectifier. Tegangan DC yang 6

proses pengisian data secara look up table untuk dimasukkan kedalam mikrokontrol maksimal 256 data. Sedangkan untuk menghasilkan sinyal 3 fasa dilakukan pemrograman aritmatik yang bertujuan menciptakan dua buah sinyal lainya yang saling tergeser 1200 dari sinyal pertama.

Gambar 6 Rangkaian konverter Voltage / Hertz LM 331 Sinyal keluaran LM 331 merupakan pulsa kotak dapat terkendali frekuensinya melalui perubahan tegangan referensi masukan. Pulsa persegi yang dihasilkan LM 331 merupakan pulsa clock untuk menghasilkan 8 bit pulsa dari rangkaian konter 4520. Delapan bit pulsa rangkaian konter 4520 merupakan data masukan yang diperlukan oleh mikrokontroller untuk membangkitkan referensi 3 fasa Referensi 3 fasa Sinyal referensi berupa sinyal sinusoidal 3 fasa yang masing-masing tergeser 1200. Proses pembentukan gelombang ini dilakukan dengan memasukkan data secara look up table dari suatu rangkaian simulasi dengan Power Simulator yang menghasilkan gelombang sinusoida 3 fasa. Metode look up table adalah suatu metode pengisian data-data kedalam mikrokontroller dengan mengambil data-data sampling yang membentuk suatu gelombang analog. Secara digital suatu gelombang sinusoidal analog terdiri dari beberapa sinyal diskret yang menjadi fundamental terbentuknya gelombang tersebut. Data-data diskret inilah yang diambil dan dialamatkan kedalam mikrokontroller untuk ditampilkan pada beberapa port keluarannya. Setiap port mikrokontroller jenis AT89S52 memiliki 8 bit data maka jumlah bit maksimal dalam satu kelompok port adalah 28 (256) data. Untuk itu data sampling diskret yang diambil dalam 7 b.

Gambar 7 Pengalokasian Port pada mikrokontroller AT 89S52 Sinyal 3 fasa yang dihasilkan oleh mikrokontroller juga masih berbentuk nilai-nilai diskret yang harus diubah kembali menjadi sinyal analog. Untuk itu diperlukan konverter Digital to Analog yang menterjemahkan sinyal diskret tersebut menjadi sinyal analog. Untuk realisasi ini keluaran mikrokontroller terkoneksi dengan rangkaian DAC 0808 yang terkombinasi dengan beberapa rangkaian penguat sebagai berikut :

Gambar 8 Sistem Minimum DAC. Pada rangkaian DAC ini juga diberikan rangkaian summing amplifier dan penguat operasional sehingga gelombang

persegi ataupun sinusoida yang dihasilkan dapat diatur posisi offset-nya hingga membentuk gelombang AC dan dapat diatur amplitudonya. c. Rangkaian Multiplier Multiplier AD 633 merupakan rangkaian pengali analog dengan dua buah sinyal masukan analog sebagai input device-nya.

modulasinya dan semakin besar juga tegangan yang dihasilkan oleh inverter. Sementara itu keluaran inverter akan selalu mengikuti frekuensi sinyal referensinya. e. Rangkaian Driver Saklar daya sejenis MOSFET atau IGBT bekerja berdasar pulsa pemicuan dari rangkaian kontrol pada gate-nya tetapi bekerja pada ordo daya yang lebih tinggi sehingga untuk mengendalikan setiap saklar daya diperlukan rangkaian driver. Rangkaian driver berfungsi untuk memindahkan sinyal picu dari sistem kontrol ke sistem daya dengan memisahkan bagian ground daya dari ground kontrol, karena keduanya bekerja pada catu tegangan yang berbeda. Kerusakan saklar statis MOSFET juga sering terjadi karena panas yang ditimbulkan dari gesekan pulsa yang melewatkan arus pada saklar tersebut, untuk keamanan saklar daya tersebut rangkaian driver juga dilengkapi dengan deadtime untuk mengatur perpindahan pulsa pemicuan pada setiap saklar dalam satu lengan.+15Dari SPWMBuffer CD 4050 VR 100k 200pF Inverting CD 4049 TLP 250

Gambar 9 Rangkaian pengali AD 633 Multiplier AD 633 diatas berfungsi sebagai pengali sinyal sinusoidal dari rangkaian DAC dengan tegangan referensi yang mengendalikan frekuensi rangkaian V to F. Gelombang sinusoidal yang dihasilkan oleh DAC merupakan gelombang yang terkendali frekuensinya oleh perubahan frekuensi dari rangkaian V to F. Frekuensi gelombang sinusoidal menjadi berubah jika tegangan refrensi pada rangkaian V to F tersebut juga berubah. Sehingga sinyal keluaran rangkaian pengali AD 633 mengalami dua bentuk perubahan seiring berubahnya tegangan DC referensi rangkaian V to F, yaitu perubahan amplitudo sekaligus perubahan frekuensinya. d. Rangkaian SPWM 3 fasa Teknik SPWM sebagai pengendali inverter memanfaatkan sinyal carier berupa gelombang segitiga yang bekerja pada frekuensi 5000Hz. Teknik SPWM ini diperlukan untuk menghasilkan pulsa pensaklaran inverter sekaligus pengatur tegangan keluaran inverter dengan mengatur indeks modulasi pada sistem SPWM tersebut. Semakin rendah amplitudo sinyal referensi indeks modulasinya semakin kecil hal ini berarti tegangan keluaran inverter juga kecil dan semakin naik amplitudo gelombang referensi maka semakin naik indek 8

5 0 18 V

1k5

Ground

Ground

Gambar 10 Rangkaian driver dengan deadtime Pada setiap aplikasi saklar daya antara gate dan source diberikan sebuah dioda Zener, (dalam aplikasi ini menggunakan zener 18 volt). Dioda zener berfungsi untuk melindungi driver TLP 250 dari umpan balik tegangan daya apabila terjadi hubung singkat pada rangkaian daya.

To Power MOSFET

4. Pengujian Inverter V/H kontrol a. Tabel 2 konversi rangkaianV/H

gelombang sinus resultan kedua sinyal tersebut. Dengan mempertimbangkan tegangan maksimum yang saturasi pada nilai 7 Vpp sedangkan tegangan DC dari referensi rangkaian V to F maksimal pada nilai 9 volt (tabel 1) maka gelombang sinus yang dihasilkan oleh rangkain DAC diatur sedemikian rupa sehingga pada nilai tegangan DC maksimal gelombang sinus yang dihasilkan tidak saturasi. Data-data pengukuran rangkain AD 633 ditunjukkan pada tabel berikut : Tabel 3 Data pengujian rangkaian AD 633

Dari tabel konversi diatas menghasilkan suatu grafik V/H sebagai berikut :Grafik Volt/Hertz kontrol60 50 40 Hertz 30 20 10 0 0.49 1.49 2.5 3.57 4.5 5.51 6.49 7.5 Volt 8.5 Frekuensi

Gb. 11 Grafik konversi rangkaian V/H Berdasar grafik yang ditunjukkan pada gambar 11 menghasilkan suatu rasio perubahan tegangan ke frekuensi yang konstan pada indeks 5,5 kecuali pada nilai tegangan 0,5 volt dengan indeks 8,6. Hal ini terjadi karena distribusi frekuensi pada tegangan dibawah 0,5 volt belum merata. Pengujian rangkaian multiplier Multiplier AD 633 dengan tegangan suply 12 volt menghasilkan tegangan keluaran saturasi pada amplitudo 7 VPP. Dengan mengalikan tegangan masukan pada pin x yang terhubung pada rangkaian DAC yang menghasilkan gelombang referensi sinus dan y dari tegangan DC referensi pada rangkaian V to F maka keluaran rangkaian AD 633 berupa 9 b.

c. Pengujian Inverter 3 fasa 3 lengan Pengendalian saklar daya inverter 3 fasa 3 lengan yang terdiri dari 6 buah saklar semikonduktor dilakukan dalam 8 mode konduksi pemicuan saklar semikonduktor tersebut. Ke delapan mode konduksi tersebut membentuk 3 buah siklus gelombang keluaran yang saling tergeser 1200 listrik atau sering disebut sebagai sistem 3 fasa.

Tabel 4 Data pengujian tegangan keluaran inverter 3 fasa 3 lengan

secara prinsip mempengaruhi perubahan kecepatan putaran motor. Hal ini dapat dibuktikan dengan tabel pengujian berikut : Tabel 5 Pengujian berbeban motor Induksi 3 fasa

Berdasar data pengujian dengan menggunakan tegangan DC sumber 240 volt menunjukkan perubahan tegangan fasa-fasa yang teratur terhadap perubahan frekuensi referensi yang diikuti oleh perubahan tegangan Fasa- Netral 1 3

Berdasar tabel perubahan frekuensi referensi inverter diikuti oleh perubahan kecepatan motor. Dengan rumus pada persamaan 1 kecepatan yang seharusnya dihasilkan motor adalah sebagai berikut : Tabel 6 Perhitungan kecepatan motor Induksi 3 fasa

dari tegangan antar fasa. Perubahan arus juga sangat linier dan sangat kecil sehingga tidak terjadi lonjakan pada saat motor mulai berjalan dan setelah motor berjalan. Pengujian arus keluaran inverter ini membuktikan indikator keberhasilan pengendali volt/hertz yang mampu menekan lonjakan arus mula motor. Berdasarkan data pengujian tabel 4 dapat dilihat suatu grafik yang menunjukkan tegangan AC yang dihasilkan dari sistem inverter volt/hertz kontrolGrafik Tegangan Inverter180 160 140 120 AC volt 100 80 60 40 20 0 11.2 13.6 16.3 19.4 21.8 24.5 29.9 32.9 35.2 38.4 40.8 43.5 46.4 50.5 8.02 8.65 9.84 27 Tegangan F-F Tegangan F-N

Dari kedua tabel pengukuran dan perhitungan kecepatan motor diatas menghasilkan suatu grafik pengukuran sebagai berikutGrafik perhitungan dan pengukuran RPM motor1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 8.02 8.65 9.84 11.2 13.6 16.3 19.4 21.8 24.5 27 29.9 32.9 35.2 38.4 40.8 43.5 46.4 50.5

Hertz

Gb. 12 Grafik tegangan inverter 3 fasaRPM

Pengukuran Perhitungan

d. Pengujian Inverter Dengan Pembebanan motor AC tiga fasa Sistem inverter volt/hertz tiga fasa ini dibebani dengan motor induksi tiga fasa 4 kutup. Perubahan frekuensi kerja inverter 3 fasa yang mensuplai motor 3 fasa ini 10

Hertz

Gambar 13 Grafik pengukuran dan perhitungan kecepatan motor

Dalam pengukuran putaran motor baru dimulai pada frekuensi 8,65 hertz dan hingga pada frekuensi 11,2 hertz baru menunjukkan perbandingan yang sama terhadap perhitungannya. Hal ini terjadi karena indeks modulasi SPWM inverter pada frekuensi tersebut masih sangat kecil sehingga tegangan yang dihasilkan oleh inverter juga masih sangat kecil sehingga pada kondisi ini belum memenuhi torka yang dibutuhkan untuk motor induksi 3 fasa melakukan start. Pada frekuensi 50 Hz pengukuran juga menunjukkan grafik kecepatan dibawah frekuensi perhitungan hal ini dipengaruhi oleh faktor slip pada motor induksi yang digunakan tersebut. Faktor slip pada motor induksi yang digunakan ini adalah sebagai berikut : 120 . f ns = P 120 . 50 ns = = 1500 RPM 4 n n S= s x 100 % ns 1500 1400 S = x 100 % 1500= 6 , 66 %

(a) tegangan antar fasa pada beban motor

(b) tegangan antara fasa dengan netral (tegangan saluran) pada beban motor

Deviasi kesalahan rata-rata dari keseluruhan sistem inverter volt/hertz sebagai pengendali torka dan kecepatan motor induksi 3 fasa pada pembuatan alat tugas akhir ini adalah : RPM hitung RPM ukur x 100 % (8) Ds = RPMhitung

= 5,8 % Dengan faktor deviasi terbesar pada frekuensi dibawah 11,2 hertz, dan sesudahnya sistem stabil. Jadi dengan pertimbangan faktor slip pada motor induksi diatas maka deviasi kesalahan masih dibawah toleransi faktor slip motor induksi. Dari sistem rangkaian inverter 3 fasa dengan pembebanan motor induksi melalui kendali volt/hertz kontrol ini menghasilkan tegangan dan arus keluaran pada motor seperti pada gambar 14

(c) arus pada salah satu fasa beban motor Gambar 14 Hasil pengujian sinyal keluaran Inverter 3 fasa pada beban motor

6. Kesimpulan 1. Perancangan alat volt/hertz control ini berfungsi sebagai sistem soft start dengan penyalaan yang sangat linier sehingga meredam lonjakan arus mula motor AC 3 fasa. Dengan sistem start yang lembut dan sistem menghentikan yang tidak konstan stop pada motor maka akan memperpanjang usia pemeliharaan motor induksi tersebut. 11

2. Dengan sistem Volt/hertz control ini maka Kecepatan kerja motor dapat diatur sesuai dengan kebutuhan kecepatan yang diperlukan oleh aplikasi beban motor dengan tetap menjaga kemampuan mekanik motor. Hal ini terjadi karena torka motor relatif konstan pada setiap perubahan frekuensi dan kecepatan motor. 3. Sistem Inverter volt/hertz kontrol yang terkendali SPWM ini juga menawarkan solusi terhadap permasalahan harmonisa arus listrik pada pembebanan motor induksi. Hal ini dibuktikan dengan bentuk gelombang arus motor induksi yang sinusoidal dan sefasa dengan tegangan masukannya. 4. Pengendalian motor AC dengan menggunakan inverter volt/hertz kontrol membuktikan beberapa keuntungan, yaitu : Penggunaan energi menjadi efisien, Peningkatan fleksebilitas putaran motor Peningkatan umur komponen mekanik Memudahkan untuk pemeliharaan. 7. DAFTAR PUSTAKA 1. Akhmad Musafa, Simulasi Pengendalian Kecepatan Motor Induksi tiga Fasa tanpa Sensor Kecepatan, Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik-Universitas Budi Luhur, email : musafa_81@yahoo.com, 2007.

2. Bambang Sutopo, F. Danang Wijaya, Supari, Perbaikan Faktor Daya Motor Induksi 3 fase menggunakan Mikrokontroler 68HC11, journal Teknik Elektro,2001. 3. Rahsyid M.H, Power Electronics: Circuits, Devices and Applications, PT Prehallindo, Jakarta, 1999. 4. Riyadi, Slamet, Diktat Kuliah Penggerak Listrik, Unika Soegijapranata, 2007. 5. Soemarto, Metode Baru Dalam Identifikasi Parameter Motor Induksi, Epsilon : Journal of Electrical Engineering and Information Technology Vol. 1, No. 1, July 2003. 6. Supari, Kendali Tegangan Motor Induksi untuk Penghematan Energi Berbasis Mikrokontroler, Tesis S2, TE-UGM, Yogyakarta, 2001. 7. SZAB C, Maria IMECS, Ioan Iov, INCZE, VOLT-HERTZ CONTROL OF THE SYNCHRONOUS MOTOR WITH RAMP EXCITING VOLTAGE, Annals of the University of Craiova, Electrical Engineering series, No. 30, 2006. 8. Zhenyu Yu and David Figoli, AC Induction Motor Control Using Constant V/Hz Principle and Space Vector PWM Technique with TMS320C240, Texas Instruments Incorporated, April 1998.

12