1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA

8/19/2019 1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA

1/73

i

PROYEK AKHIR

RANCANG BANGUN INVERTER 1 FASA

PADA MESIN PEMARUT KELAPA

MENGGUNAKAN METODE KONTROL LOGIKA FUZZY

Oleh :

Amien Raharja

NRP. 1310.121.031

Dosen Pembimbing :

Ainur Rofiq Nansur, ST, MT

NIP. 19640713198903.1.005

Syechu Dwitya Nugraha, S.ST, MT

NIP. 19890508201504.1.001

PROGRAM STUDI DIPLOMA IV TEKNIK ELEKTRO INDUSTRI

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

POLITEKNIK ELEKTRONIKA NEGERI SURABAYA

2016


2/73

i

PROYEK AKHIR



MENGGUNAKAN METODE KONTROL LOGIKA

FUZZY

Oleh :

Amien Raharja

NRP. 1310.121.031

Dosen Pembimbing :

Ainur Rofiq Nansur, ST, MT

NIP. 196407131989031005

Syechu Dwitya Nugraha, S.ST, MT

NIP. 198905082015041001

PROGRAM STUDI DIPLOMA IV TEKNIK ELEKTRO

INDUSTRI

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

POLITEKNIK ELEKTRONIKA NEGERI SURABAYA

2016SURABAYA


3/73



MENGGUNAKAN METODE KONTROL LOGIKA FUZZY

Oleh :

Amien Raharja

NRP. 1310.121.031

Proyek Akhir ini Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk

Memperoleh Gelar Sarjana Terapan Teknik (S.Tr.T)

di Politeknik Elektronika Negeri Surabaya

Disetujui oleh:

Tim Penguji Proyek Akhir Dosen Pembimbing

Ir

Abdul Nasi31 964 534

Mengetahui,

Ketua Program Studi D4 Teknik Elektro Industri

Epyk Sunarno, S.ST, MT

NIP. 19620723.199103.1.002

1.

Ir. Gigih Prabowo, MT

NIP. 19621205.199103.1.003

2. Ir. Hendik Eko Hadi S., MT

NIP. 19621122.198701.1.001

3. Eka Prasetyono, S.ST, MT

NIP. 19831122.201012.1.004

1. Ainur Rofiq Nansur, ST, MT

NIP. 19640713198903.1.005

2. Syechu Dwitya Nugraha, S.ST, MT

NIP. 19890508201504.1.001


4/73

iii

ABSTRAK

Indonesia merupakan negara yang mempunyai

beranekaragam tanaman tropis khususnya buah kelapa yang sering

dijadikan masyarakat Indonesia sebagai bahan pembuat kue atau

penyedap masakan dengan mengolah daging buahnya sebagai kelapa

parut. Dalam proses pemarutan kelapa membutuhkan tenaga yang besar dan waktu yang cukup lama jika dilakukan secara

manual. Sebagai solusinya, kelapa diparut dengan menggunakan

mesin pemarut kelapa.

Namun mesin pemarut kelapa yang ada di pasaran belumefisien, karena motor induksi 1 fasa yang digunakan sebagai

penggerak pemarutnya tidak dikontrol sehingga ketika beban

berubah kecepatan motor penggerak pemarutnya juga ikut berubahdan hal ini dapat memperlambat waktu proses pemarutan kelapa.

Mesin pemarut kelapa dengan menggunakan metode kontrol

logika fuzzy untuk mengatur kecepatan motor penggerak pemarut

kelapa agar konstan walaupun beban berubah – ubah dan respon yang

lebih cepat untuk mencapai set point. Sistem ini disuplai dari sumber

jala – jala PLN 220 volt tegangan AC. Single phase uncontrolled fullwave rectifier akan mengkonversi tegangan 220 volt AC menjadi

198,17 volt DC. Tegangan output dari Single phase uncontrolled full

wave rectifier akan diinputkan pada inverter fullbridge 1 fasa untukmengkonversi tegangan DC ke AC, inverter menggunakan metode

switching Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM). Sistem kontrol

yang digunakan adalah kontrol logika fuzzy, penggunaan kontrol

logika fuzzy berfungsi untuk mengatur kecepatan putar motor induksi

1 fasa 125 watt agar tetap konstan melalui pengaturan perubahanfrekuensi pada inverter.

Kata kunci : Mesin pemarut kelapa, kontrol logika fuzzy , ARM

STM32F407VG, optocoupler, inverter 1 fasa, trafo step up, motor AC1 fasa.


5/73

iv

ABSTRACT

Indonesia is a country that has a wide variety of tropical plants, especially

palm fruit which is often used as an ingredient in Indonesian society cake or

flavoring dishes with meat processing fruit as grated coconut. In the process of

coconut grater requires great energy and considerable time if done manually.

As a solution, using the shredded coconut coconut grater machines.

But the coconut grater machines on the market is not efficient, because

the first-phase induction motor used as the driving grater not be controlled so

that when the load changes the speed of the grater motor also changed and this

may delay the processing time to grater the coconut.

Coconut grater machines using fuzzy logic control method to control the

speed of the motor of the coconut grater that although the burden of constant

change - change and respond faster to reach set point. This system is supplied from the source of the nets - nets PLN 220 volt AC voltage. Single phase full

wave uncontrolled rectifier converts AC voltage of 220 volts into198.17 volts

DC. The output voltage of the single phase full wave rectifier uncontrolled be

entered on single phase fullbridge inverter to convert the DC voltage to AC

inverter using a switching method Sinusoidal Pulse Width Modulation

(SPWM). The control system used is the fuzzy logic control, the use of fuzzy

logic control function to adjust the rotational speed induction motor 1 phase

125 watt to remain constant through the setting changes in the frequency

inverter.

Keywords: Coconut grater machines, fuzzy logic control, ARM

STM32F407VG, optocoupler, single phase fullbridge inverter, transformer step

up , 1 -phase AC motors .


6/73

v

KATA PENGANTAR

Syukur Alhamdulillah kami panjatkan kepada Allah SWT karena

berkat rahmat, hidayah, dan inayah-Nya penulis dapat menyelesaikan proyek akhir yang berjudul :

Rancang Bangun I nverter 1 Fasa Pada Mesin Pemarut Kelapa

Menggunakan Metode Kontrol Logika Fuzzy

Proyek akhir ini diajukan sebagai salah satu syarat untukmenyelesaikan studi Diploma 4 (D4) dan memperoleh gelar Sarjana

Terapan Teknik (S.Tr.T) di program studi D4 Teknik Elektro Industri

Departemen Elektro Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Institut

Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya.

Penulis berusaha secara optimal dengan segala pengetahuan dan

informasi yang didapatkan dalam menyusun buku proyek akhir ini.

Namun, penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam proses perencanaan dan pembuatan buku ini. Penulis sangat

mengharapkan masukan berupa kritik dan saran yang membangun demi

kesempurnaan buku proyek akhir ini. Besar harapan, semoga buku ini

dapat bermanfaat bagi pembaca dan perkembangan teknologi di

Indonesia.

Surabaya, 10 Februari 2016

Penulis


7/73

vi

UCAPAN TERIMA KASIH

Dengan penuh rasa syukur kehadirat Allah SWT dan terusmeningkatkan rasa cinta kepada Rosulullah SAW, saya selaku penyusun

dan penulis dengan penuh hormat mengucapkan terima kasih yang

sebesar - besarnya kepada pihak - pihak yang telah membantu secara

langsung maupun tak langsung dalam penyelesaian proyek akhir ini,

penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1.

Kedua Ayah, Ibu dan Adik tercinta yang selalu memberi dukungan

kepada penulis berupa kasih sayang yang tiada henti, doa, dan

motivasi.

2.

Bapak Indhana Sudiharto ST, MT selaku ketua program studi D4Teknik Elektro Industri PENS.

3. Bapak Novie Ayub Windarko, ST, MT, Ph.D dan Bapak EkaPrasetyono, SST, MT selaku dosen pembimbing proyek akhir dari

penulis.

4.

Bapak Ibu penguji selama sidang SPPA, Sidang Progres, dan

Sidang Proyek Akhir yang telah memberikan kritik dan saran demi

terselesainya proyek akhir ini.5. Seluruh Bapak dan Ibu dosen yang telah membimbing dan

membekali ilmu kepada penulis selama menempuh pendidikan di

kampus Politeknik Elektronika Negeri Surabaya (PENS).

6.

Teman - teman Teknik Elektro Industri angkatan 2012 khususnya

teman teman seperjuangan D4 Elektro Industri B yang telah

membantu dan memberikan dukungan langsung maupun tidak

langsung atas terselesainya proyek akhir ini.

7.

Semua keluarga besar Politeknik Elektronika Negeri Surabaya

8. Semua pihak yang telah membantu penulis hingga terselesainya

proyek akhir ini yang tidak dapat penulis sebutkan semua.

Semoga Allah SWT selalu memberikan perlindungan, rahmat dan

nikmat-Nya bagi kita. Aamiin


8/73

vii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL .................................................................... i

HALAMAN PENGESAHAN ..................................................... ii

ABSTRAK .................................................................................... iii

ABSTRACT .................................................................................. iv

KATA PENGANTAR .................................................................. v

UCAPAN TERIMA KASIH........................................................ vi

DAFTAR ISI ................................................................................. vii

DAFTAR GAMBAR .................................................................... ix

DAFTAR TABEL ........................................................................ xi

BAB I PENDAHULUAN 1

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

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

1.3 Perumusan Masalah .................................................. 2

1.4 Batasan Masalah........................................................ 2

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

1.6 Sistematika Pembahasan ........................................... 5

1.7 Tinjauan Pustaka ....................................................... 6

BAB II TEORI PENUNJANG 9

2.1 Single Phase Fullwave Rectifier ................................ 10

2.2 Single Phase Fullbridge Inverter .............................. 10

2.3 Driver Single Phase Fullbridge Inverter ................... 11

2.4 Filter Pasif ................................................................ 14

2.5 Motor Induksi 1 Fasa ................................................ 15

2.6 Mikrokontroller STM32F4 ........................................ 19

2.6.1 ADC(Analog to Digital Converter) .................. 202.7 Sensor Arus ACS 712 ............................................... 212.8 Sensor Tegangan ...................................................... 22

BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT 29

3.1 Blok Diagram Sistem ................................................ 29

3.2 Flowchart Sistem ...................................................... 30

3.3 Perencanaan Hardware ............................................ 32

3.3.1 Single Phase Fullwave Rectifier ....................... 32


9/73

viii

3.3.2 Single Phase Fullbridge Inverter ..................... 34

3.3.3 Driver Single Phase Fullbridge Inverter .......... 37

3.3.4 Perencanaan Low Pass Filter LC ..................... 393.3.5 Perencanaan Sensor Arus ................................. 41

3.3.6 Perencanaan Sensor Tegangan ......................... 42

3.3.7 Perencanaan Kecepatan .................................... 433.3.78 Perencanaan Algoritma Kontrol Fuzzy .......... 43

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA 47

4.1 Pengujian Partisi ....................................................... 47

4.1.1 Pengujian Motor Induksi 1 Fasa ....................... 47

4.1.2 Pengujian Single Phase Fullwave Rectifier ...... 50

4.1.3 Pengujian DC Power Supply 5 Volt ................ 52

4.1.4 Pengujian DC Power Supply 12 Volt .............. 52

4.1.5 Pengujian Driver Fullbridge Inverter .............. 534.1.6 Pengujian Single Phase Fullbridge Inverter .... 55

4.1.7 Pengujian Low Pass Filter LC .......................... 57

4.1.8 Pengujian Rotary Encoder ............................... 58

4.1.9 Pengujian Sensor Arus ACS 712 ..................... 60

4.1.10 Pengujian Sensor Tegangan AMC 1100 ........ 62


10/73

1

BAB I

PENDAHULUAN

Pada Bab ini akan dijelaskan mengenai latar belakang

diajukankannya judul berjudul “ Rancang Bangun Inverter 1 Fasa Pada

Mesin Pemarut Kelapa Menggunakan Metode Kontrol Logika Fuzzy” ,

metodologi dalam pengerjakan dan penyelesaian tugas akhir dan

beberapa tinjuan pustaka yang digunakan.

1.1 Latar Belakang

Indonesia merupakan negara yang mempunyai beranekaragam

tanaman tropis khususnya buah kelapa yang sering dijadikan masyarakat

Indonesia sebagai bahan pembuat kue atau penyedap masakan denganmengolah daging buahnya sebagai kelapa parut. Dalam proses

pemarutan kelapa membutuhkan tenaga yang besar dan waktu yang

cukup lama jika dilakukan secara manual. Sebagai solusinya, kelapa

diparut dengan menggunakan mesin pemarut kelapa. Namun mesin

pemarut kelapa yang ada di pasaran belum efisien, karena motor induksi

1 fasa yang digunakan sebagai penggerak pemarutnya tidak dikontrol

sehingga ketika beban berubah kecepatan motor penggerak pemarutnya

juga ikut berubah dan hal ini dapat memperlambat waktu proses

pemarutan kelapa.Dengan ini penulis akan membuat tugas akhir rancang bangun

inverter satu fasa pada mesin pemarut kelapa dengan menggunakan

metode kontrol logika fuzzy untuk mengatur kecepatan motor penggerak

pemarut kelapa agar konstan walaupun beban berubah – ubah dan

respon yang lebih cepat untuk mencapai set point. Sistem ini disuplai

dari sumber jala – jala PLN 220 volt tegangan AC. Single phase

uncontrolled full wave rectifier akan mengkonversi tegangan 220 volt

AC menjadi 198,17 volt DC. Tegangan Output Dari Single Phase

Uncontrolled Full Wave Rectifier akan diinputkan pada inverterfullbridge 1 fasa untuk mengkonversi tegangan DC ke AC, inverter

menggunakan metode switching Sinusoidal Pulse Width Modulation

(SPWM). Sistem kontrol yang digunakan adalah kontrol logika fuzzy,

penggunaan kontrol logika fuzzy berfungsi untuk mengatur kecepatan

putar motor induksi 1 fasa 125 watt agar tetap konstan melalui

pengaturan perubahan frekuensi pada inverter. Karena tegangan

keluaran inverter belum sinus murni, maka perlu dipasang sebuah filter

LC untuk meredam harmonisa. Tegangan yang keluar dari inverter 1

fasa sebesar 140,12 volt AC maka perlu dihubungkan dengan trafo stepup dengan ratio 1 : 2 untuk menaikan tegangan agar sesuai dengan


11/73

2

tegangan yang dibutuhkan beban motor induksi 1 fasa 220 volt sebagai penggerak pisau mesin pemarut kelapa. Putaran dari motor penggerak

pisau mesin pemarut kelapa akan dibaca oleh sensor kecepatan dan

outputnya akan dijadikan umpan balik untuk pengaturan kecepatan

motor penggerak pisau mesin pemarut kelapa agar tetap konstan sesuai

dengan set point.

1.2 Tujuan

Adapun tujuan dari proyek akhir yang berjudul “Rancang Bangun

Inverter 1 Fasa Pada Mesin Pemarut Kelapa Menggunakan Metode

Kontrol Logika Fuzzy” ini adalah:

1.2.1 Merancang bangun inverter 1 fasa untuk motor induksi

pada mesin pemarut kelapa menggunakan metode kontrollogika fuzzy.

1.2.2 Mendapatkan rule base dan membership function yang tepat

untuk kontrol logika fuzzy.

1.2.3

Mengatur kecepatan motor induksi 1 fasa pada mesin pemarut

kelapa agar tetap konstan walapun beban berubah – ubah.

1.3 Perumusan Masalah

Adapun permasalahan yang akan dibahas pada proyek akhir iniadalah

1.3.1 Berapa besar kapasitas inverter yang diperlukan untuk

menyuplai beban motor AC 125 watt ?

1.3.2 Bagaimana mendesain filter agar gelombang keluaran dari

inverter menjadi sinus murni atau setidaknya mendekati sinus ?

1.3.3 Bagaimana menentukan membership function, input dan

output serta rule base dari logika fuzzy yang akan digunakan ?

1.3.4 Bagaimana mendapatkan kualitas parutan kelapa yang baik

dibandingkan pada proses pemarutan secara tradisional ?

1.4 Batasan Masalah

Pada penyelesaian proyek akhir ini terdapat beberapa batasan

masalah seperti:

1.4.1 Motor yang digunakan Motor AC 1 fasa 125 W / 220 Volt.

1.4.2 Sumber listrik yang digunakan berasal jala – jala PLN 220 Volt.

1.4.3

Inverter yang digunakan fullbridge 1 fasa.

1.4.4

Pembangkitan sinyal inverter menggunakan metode SPWM.


12/73

3

1.4.5 Metode kontrol yang digunakan adalah logika fuzzy untukmengatur ma dari SPWM.

1.5

Metodologi

Prosedur yang dilakukan untuk menyelesaikan proyek akhir ini dapatdijelaskan sebagai berikut:

a. Studi Literatur

Studi literatur dilakukan dengan mencari dan memahami jurnal

dan penelitian milik orang lain yang berkaitan dengan proyek akhir

ini, seperti salah satu contohnya yang tertera pada tinjauan pustaka.

Selain itu studi literatur juga dilakukan dengan diskusi kepada

pembimbing dan pihak terkait yang ahli dengan ilmu yang berhubungan dengan proyek akhir ini.

b. Perancangan Sistem

Pada pengerjaan proyek akhir ini dilakukan perancagan dengan

simulasi menggunakan software PSIM untuk memprediksi apakah

teori yang berkaitan dengan proyek akhir sudah benar atau belum.

Simulasi PSIM dilakukan secara bertahap yaitu dengan simulasi tiap

bagian hardware terlebih dahulu. (penjelesan lebih detail ada dibab

3).

c. Perancangan Perangkat Keras

Untuk perencanaan hardware aplikasi dari blok diagram diatas

adalah:

1. Single Phase Uncontrolled Full Wave Rectifier

Single Phase Uncontrolled Full Wave Rectifier dirancang dengan

output tegangan DC adalah 311,12 volt dengan input

teganganAC 220 volt. Single Phase Uncontrolled Full Wave

Rectifier ini gunakan untuk supply dari single phase fullbridgeinverter untuk dikonversi menjadi tegangan AC 220 volt dengan

metode kontrol Logika Fuzzy.

2. Single Phase Fullbridge Inverter.

Single Phase Fullbridge Inverter dirancang untuk mengkonversi

tegangan 311,12 volt DC menjadi 220 volt AC. Inverter akan

dikontrol menggunakan kontrol Logika Fuzzy. Metode switching

yang digunakan adalah Sinusoidal Pulse Width Modulation.


13/73

4

3. Low Pass Filter LC

Low Pass Filter LC digunakan untuk memfilter frekuensi tinggi

yang keluar dari inverter dan meloloskan frekuensi 50 Hz. Filter

LC juga berfungsi membuat gelombang tegangan output inverter

menjadi sinus murni. Target nilai induktor (L) pada filter ini

sebesar 69,46 µH dan nilai capasitor sebesar 6 µF.

4. Trafo Set Up

Trafo ini digunakan untuk menaikan tegangan yang keluar dari

inverter yang telah difilter. Target nilai ratio dari trafo set up ini

adalah 1:2 dengan asumsi efisiensi trafo 80% dan daya input

528W serta arus input 1,15A.

5. Sensor Tegangan

Sensor tegangan yang digunakan adalah AMC 110 yangdigunakan untuk mensensing tegangan keluaran AC dari inverter

yang kemudian akan ditampilkan pada TFT untuk proses

monitoring.

6. Sensor Arus

Sensor arus yang digunakan adalah ACS 712 dengan arus

sensing maksimum 20A yang digunakan untuk mensensing arus

keluaran AC dari inverter yang kemudian akan ditampilkan pada

TFT untuk proses monitoring.

7.

Sensor Kecepatan

Sensor kecepatan yang digunakan adalah optocoupler yang

berfungsi untuk mensensing kecepatan putar dari pisau pemarut

kelapa yang telah dicouple dengan motor induksi 1 fasa yang

kemudian hasilnya akan ditampilkan pada TFT untuk proses

monitoring.

8. TFT

TFT digunakan untuk menampilkan data yang telah disensing

oleh sensor tegangan, arus, kecepatan dan untuk setting frekuensi

untuk mengatur kecepatan motor induksi 1 fasa 125W.

d. Perancangan Perangkat Lunak

Dalam pengerjakan untuk penyelesaian proyek ini dilakukan

perancangan perangkat lunak (software) dari sistem yang dikontrol.

Perancangan alat lunak meliputi:1. Perancangan algoritma sistem perangkat lunak serta akuisisi data

dari sensor untuk pengontrolan frekuensi dari single phase

fullbridge inverter.


14/73

5

2. Perancangan parameter algoritma fuzzy logic controller yang diaplikasikan ke ARM STM 32 F407VG.

e. Pembuatan dan Pengukuran/Pengujian Perangkat Sistem

Dari hasil perancangan, dilakukan realisasi/pembuatan baik

perangkat keras maupun perangkat lunak. Serta dilakukan

pengukuran/pengujian kinerja masing-masing bagian (sub-sistem)sebelum dilakukan integrasi.

f. Integrasi dan Pengujian Sistem

Pada tahap ini dilakukan integrasi sistem dari bagian-bagian yang

telah dibuat. Dilakukan pengujian sistem yang telah terintegrasi dan

dilakukan perbaikan jika terjadi fault ( kegagalan ).

g. Penyempurnaan Alat

Melakukan perbaikan terhadap kerusakan dan penyempurnaan dari

sistem yang telah dibuat apakah sistem ini telah sesuai dengan target

atau tujuan.

h. Pembuatan buku laporan

Tahap terakhir adalah pembuatan buku laporan yang berisi

tentang seluruh dokumentasi dan tahapan-tahapan selama pembuatan proyek akhir ini. Buku ini juga berisi saran-saran dari pembimbing

maupun penguji proyek akhir yang bertujuan untuk perbaikan dan

supaya kekurangannya tidak ditemukan lagi pada tahun-tahun

berikutnya.

1.6 Sistematika Pembahasan

Sistematika pembahasan penyusunan Proyek Akhir ini

direncanakan sebagai berikut:

BAB I : PENDAHULUANPada bab ini diuraikan tentang latar belakang, tujuan

yang ingin dicapai, ruang lingkup permasalahan,

batasan masalah, metodologi, sistematika

pembahasan serta tinjauan pustaka dari proyek akhir

ini.

BAB II : TEORI PENUNJANG

Bab ini membahas teori-teori yang menunjang dan

berkaitan dengan penyelesaian Proyek Akhir, antara


15/73

6

lain teori Single Phase Uncontrolled Rectifier,Single Phase Fullbridge Inverter, Sensor Tegangan,

Sensor Arus, Sensor Kecepatanpeturb and observe

maximum power point tracking, Motor Induksi 1

Fasa, LCD TFT, STM32F4 dan fuzzy logic.

BAB III : PERENCANAAN DAN PEMBUATAN

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.

BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN

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

Dalam pengerjaan proyek akhir ini penulis menggunakan beberapaliteratur yang digunakan sebagai acuan.

[1]. Andri Pradipta, Jurusan Teknik Elektro Industri,

Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Surabaya, Tugas

Akhir “Rancang bangun inverter satu fasa dengan filter pasif

untuk penggerak pompa pengairan pada miniature sawah”.Membahas tentang inverter 1 fasa yang digunakan untuk

meggerakkan motor induksi dengan daya 125 Watt yang akan

digunakan untuk pengairan sawah dengan sumber accumulator

24 Volt DC yang akan dinaikkan menjadi 80 Volt DC dengan

menggunakan boost converter, kemudian dimasukkan ke inverter

1 fasa dengan motode SPWM dengan efisiensi 60 % setelahdifilter oleh filter LC agar keluaran dari inverter mendekati sinus

murni. Kemudian tegangan AC hasil dari inverter tersebut


16/73

7

dinaikkan dengan menggunakan trafo step up agar teganganmencapai 220 Volt. Namun efisiensi menjadi 54 % setelah

keluar dari trafo tersebut.

[2]. Faisz Kasifalham, Bambang Dwi Argo, dan Musthofa

Lutfi, Jurusan Keteknikan Pertanian - Fakultas Teknologi

Pertanian - Universitas Brawijaya Jl. Veteran, Malang 65145.

2013 Melakukan penelitian “Uji Performansi Mesin PemarutKelapa dan Pemeras Santan Kelapa” dengan hasil bahwa mesin

pemarut dan pemeras santan kelapa mempunyai dua proses

mekanisme kerja, yaitu mekanisme transmisi daya dan mekanisme

proses pemerutan dan pemerasan. Uji performa mesin tersebut

juga menunjukkan bahwa semakin cepat putaran poros motor

bakar akan meningkatkan kapasitas kerja pemarutan, kapasitas pemerasan, rendemen santan, dan efisiensi pemerasan dengan

hubungan grafik logaritmik antara variabel dengan parameter

yang diamati. Namun, untuk kebutuhan energi terjadi hubungan

eksponensial, dengan semakin tinggi putaran poros motor bakar

akan menyebabkan penurunan kebutuhan energi.

[3]. Junaidi & Eka Sunitra Jurusan Teknik Mesin Politeknik

Negeri Padang Kampus Unand Limau Manis Padang 25163

tentang “ R ancang Bangun Mesin Pemeras Santan Dengan

Metode Kombinasi Pemarutan Dan Pemerasan Dengan SistemScrew” dengan hasil yaitu:

1. Suatu mesin pemeras santan dalam satu rangkaian unit

pemarut dan pemeras telah dirancang dengan kapasitas 114

kg/jam santan, dan kemudian dilakukan pembuatan.

2. Setelah dibuat kemudian mesin ini diuji dan telah berhasil

menghasilkan kapasitas santan dari rata 57,2 kg/jam menjadi

85,5 kg/jam, dan jumlah santan dari 1,44 kg dalam 15kelapa cukilan sampai 2,68 kg.

3. Terlihat biaya pemprosesan kelapa menjadi santan adalahlebih rendah, sehingga harga santan dengan alat ini rendah.

[4]. Dwi Lestari, Bambang Susilo, Rini Yulianingsih Jurusan

Keteknikan Pertanian - Fakultas Teknologi Pertanian -

Universitas Brawijaya Jl. Veteran, Malang 65145 tentang“Rancang Bangun Mesin Pemarut dan Pemeras Santan Kelapa

Portable Model Kontinyu” adalah Mesin ini dibuat melalui hasil

perhitungan analisa teknik meliputi semua komponenya dengan


17/73

8

beberapa macam bahan diantaranya adalah aluminium, steenlessteel dan plat besi. Mesin ini bekerja dengan sistem kerja continue

yang dapat digunakan sesuai fungsinya dan diuji

cobamenggunakan daya 0.5 HP. Kapasitas hasil pemarut sebesar

3.198 gr/menit dan kapasitas pemeras 0,021 gr/menit namun pada

hasil pengamatan kapasitas pemarut dan pemeras masing –

masing 8,71 gr/menit dan 6,138 gr/menit dengan karakteristiksantan sedikit berwarna hitam dikarenakan tercampur dengan

kotoran sisa perbaikan mesin dan ampas yang masih

mengandung santan kar ena pemerasan yang tidak sempurna.

Dibandingkan dengan manual, mesin memiliki tingkat

efisiensi yang lebih rendah karena mesin tidak dapat bekerja

dengan baik. Hasil diidentifikasi menunjukkan letak kegagalanmesin terletak pada screw pemeras yang terlalu rapat jarak pich

dan jarak antar ruang pemerasnya.

.


18/73

9

Halaman Ini Sengaja Dikosongkan


19/73

10

BAB II

TEORI PENUNJANG

Pada bab ini akan dijelaskan tentang teori Single Phase Uncontrolled

Full Wave Rectifier , Single Phase Full Bridge Inverter dengan teknik

switching (SPWM) sinusoidal pulse width modulation dan kontrol yang

digunakan adalah fuzzy logic kontroller.

2.1 Single Phase Uncontrolled Full Wave Rectifier

Single Phase Uncontrolled Full Wave Rectifier 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 atauempat buah dioda. Gelombang keluarannya lebih baik bila

dibandingkan dengan penyearah setengah gelombang. Gambar 2.1

menunjukan gambar rangkaian penyearah gelombang penuh model

jembatan

Gambar 2.1 Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh Model Jembatan

Gambar 2.2 Waveform Single Phase Uncontrolled Full Wave Rectifier


20/73

11

Prinsip kerja dari penyearah gelombang penuh dengan 4 diode diatas

dimulai pada saat output transformator memberikan level tegangan sisi

positif, maka D1, D4 pada posisi forward bias dan D2, D3 pada posisi

reverse bias sehingga level tegangan sisi puncak positif tersebut akan dileawatkan melalui D1 ke D4. Kemudian pada saat output transformator

memberikan level tegangan sisi puncak negatif maka D2, D4 pada posisi

forward bias dan D1, D2 pada posisi reverse bias sehingan level

tegangan sisi negatif tersebut dialirkan melalui D2, D4. Persamaan

untuk menentukan tegangan output penyearah:

= .........................................................................................(2.1)=0,636

...........................................................................(2.2)

2.2 Single Phase Fullbridge Inverter Inverter adalah perangkat elektronika yang dipergunakan untuk

mengubah tegangan DC (Direct Current) menjadi tegangan AC

(Alternating Curent). Output suatu inverter dapat berupa tegangan AC

dengan bentuk gelombang sinus (sine wave), gelombang kotak (square

wave) dan sinus modifikasi (sine wave modified). Sumber tegangan

input inverter dapat menggunakan battery, tenaga surya, atau sumber

tegangan DC yang lain.

Gambar 2.3 Rangkaian Dasar Inverter 4 Saklar

Prinsip kerja inverter dapat dijelaskan dengan menggunakan 4

saklar seperti ditunjukkan pada gambar 2.3. Bila saklar S1 dan S2

dalam kondisi on maka akan mengalir aliran arus DC ke beban R dari

arah kiri ke kanan, jika yang hidup adalah saklar S3 dan S4 maka akan

mengalir aliran arus DC ke beban R dari arah kanan ke kiri. Untuk


21/73

12

mengatur buka atau tutup keadaan saklar pada rangkaian inverter

tersebut dapat dilakukan dengan beberapa metode switching . Metode

switching yang sering digunakan adalah metode dengan

membangkitkan gelombang PWM atau SPWM. PWM atau Pulse

Width Modulation adalah salah satu teknik pemodulasian sinyal dimana

besar duty cycle pulsa dapat diubah-ubah. PWM biasa digunakan

untuk aplikasi-aplikasi analog yang menggunakan kontrol digital atau

mikrokontroler, hal ini dikarenakan mikrokontroler tidak mampu

menghasilkan tegangan analog secara langsung. Terdapat beberapa

teknik untuk membangkitkan sinyal PWM, namun secara garis besar

terbagi dalam 2 cara, yaitu pembangkitan sinyal dengan rangkaian

analog dan dengan kontrol digital (dengan Mikrokontroler).Secara

analog, pembangkitan sinyal PWM yang paling sederahana adalah

dengan cara membandingkan sebuah sinyal segitiga atau gigi gergajidengan tegangan referensi DC. Gelombang segitiga atau gigi gergaji

sebagai frekuensi pembawa yang juga merupakan frekuensi sinyal

keluaran PWM. Sedangkan tegangan referensi dc adalah tegangan yang

menentukan besarnya duty cycle dari keluaran sinyal PWM. Sedangkan

pembangkitan PWM pada mikrokontroler adalah dengan

membandingkan dua buah variable yang tersimpan dalam memori

Mikrokontroler. Yaitu variabel TCNTx dengan OCRxx. Apabila timer

yang digunakan adalah timer 0, maka variabel yang dipakai adalah

TCNT0 dan OCR0 seperti pada gambar 2.2.4 TCNT0 adalah suatu nilaivariabel yang terus bertambah setiap satu satuan waktu (bergantung

pada setting timer ) yang jika dianalogikan ke rangkaian analog adalah

sinyal ramp. Sedangkan OCR0 adalah suatu variabel yang berfungsi

sebagai nilai referensi saat keluaran PWM berubah dari high ke low

ataupun low ke high.

Gambar 2.4 Pembangkitan Sinyal PWM dengan Mikrokontroler.

Pada metode SPWM atau Sinusoidal Pulse Width Modulation

bentuk gelombang sinusoidal PWM (Unipolar ) diperoleh dengan

mengkomparasi antara gelombang segitiga (triangle wave) dengan 2

gelombang sinusoidal (yang berbeda 180°) seperti pada gambar 2.5.

Gelombang segitiga sebagai carrier dan gelombang sinusoidal

sebagai gelombang yang dimodulasi. Pada gelombang SPWM


22/73

13

unipolar terdapat perbedaan lebar pulsa pada fase positif dan fase

negatifnya, dan akan periodik sesuai dengan frekuensi dari tegangan

referensi (sinusoidal).

Gambar 2.5 Sinusoidal Pulse Width Modulation.

Dengan teknik pensaklaran SPWM ini keluaran dari comparatormempunyai bentuk hampir menyerupai gelombang sinusoidal,

sehingga cara ini digunakan untuk pensaklaran inverter agar gelombang

keluaran inverter mendekati sinusoidal.

2.3 Driver Single Phase Fullbridge Inverter

Rangkaian driver mosfet dibuat agar mosfet dapat bekerja ketika

mendapatkan penyulutan dari mikrokontroller. Digunakan IC IR2111

karena IC jenis ini mempunyai satu buah inputan, tetapi dapat

menghasilkan 2 buah inputan yang dilengkapi dengan dead time. Deadtime sendiri pengertiannya yaitu waktu yang dibutuhkan oleh sebuah

output untuk berubah dari kondisi high ke kondisi low. IC ini juga

dipilih karena dapat bekerja pada tegangan maksimum 600 Volt.

IC ini cukup sederhana dan praktis karena hanya membutuhkan

satu buah inputan pulsa untuk menghasilkan satu pasang pulsa (dua

buah pulsa yang berlawanan pada output driver). Sehingga IC IR2111

ini cocok untuk digunakan sebagai driver inverter pada sistem ini.

Digunakan dua buah IC dengan dua buah inputan, sehingga didapatkan

dua pasang pulsa output (dua buah output pulsa high dan dua buahoutput low) untuk trigger empat buah mosfet IXFH50N60. Berikut ini

adalah gambar dari functional blok diagram dari IR 2111.


23/73

14

Gambar 2.6 Functional blok diagram IR 2111

Untuk IC IR2111 yang pertama digunakan untuk mendrive

mosfet 1 dan mosfet 4. Sedangkan untuk IC IR2111 yang kedua

digunakan untuk mendrive mosfet 3 dan mosfet 4. Pemasangan ini tidak

boleh terbalik, karena jika terbalik maka timing switching akan tidak

tepat, sehingga berakibat mosfet akan rusak. Gambar 2.7 di bawah ini

adalah skematik dari IR 2111 yang terhubung ke gate masing masingmosfet.

Gambar 2.7 Skematik driver IR 211

Setelah dari IC IR 2111, dan sebelum ke gate mosfet, akan melewati

sebuah resitor yang dipararel dengan dioda fast recovery. Sinyal dari Ir

2111 ke gate mosfet akan melewati resistor ini. Sedangkan jika ada

Sebelum ke IC IR2111, output dari mikrokontroller akan

melewati TLP 521. Komponen ini merupakan gabungan dari

phototransistor dan led, dan digunakan agar mikrokontroler terisolasi

dari rangkaian yang memiliki arus kuat. Jika tidak memakai komponenini, dikhawatirkan akan ada arus balik dari inverter ke mikrokontroller


24/73

15

yang dapat mengakibatkan kerusakan pada mikrokontroller. Gambar 2.8

berikut ini menunjukkan konfigurasi dari TLP 521.

Gambar 2.8 Konfigurasi pin TLP 521

Sedangkan untuk gambar skematik dari TLP 521 dapat

ditunjukkan oleh Gambar 2.9 berikut ini.

Gambar 2.9 Skematik TLP 521

Selain sebagai pengaman atau isolated, IC ini juga berfungsi untuk

menghasilkan tegangan gate emitter sebesar 15 Volt. Hal inidikarenakan

sinyal PWM dari mikrokontroller memiliki tegangan yang kecil, yaitu

sebesar 3 Volt yang delum mampu untuk mentrigger mosfet.

2.4 Filter Pasif

Filter Pasif merupakan rangkaian paralel atau seri antara

komponen induktor (L) dan kapasitor (C). Rangkaian filter dapat ditala

pada suatu frekuensi tertentu dimana impedansi induktor bernilai sama

dengan impedansi kapasitor. Keefektifan kerja filter ditentukan oleh

perubahan impedansi jaringan, dan sebelum pemasangan diperlukan

study yang cermat.

Gambar 2.10 Rangkaian Passive Filter dalam Sistem


25/73

16

Dari Gambar 2.10 filter pasif dipasang pada sisi sumber yang

dipakai untuk melewatkan arus harmonisa agar tidak menuju ke sumber.

Filter Pasif tersusun dari kapasitor dan induktor dengan satu frekuensi

yang disetting pada frekuensi tegangan harmonisa yang akan dihilangkan

= √ ...............................................................................(2.3)Dimana: = Frekuensi setting. = Induktansi. = Kapasitansi.2.5 Motor Induksi 1 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 satu 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 satu 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.

Dalam pemakaian sehari, hari motor induksi akan bekerja apabilasesuai dengan beberapa prinsip kerjanya. Prinsip kerja dari motor

induksi ialah sebagai berikut ini:

a. Apabila sumber tegangan 1 phase dipasang pada kumparan

medan (stator), timbullah 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.

Sehingga berakibat pada kumparan jangkar (rotor) timbullah


26/73

17

tegangan induksi (GGL) yang mengakibatkan rotor berputar dengan

kecepatan putar sinkron terhadap kecepatan putar stator.

d. Apabila torsi awal yang dihasilkan cukup besar untuk memikul

beban, rotor akan berputar searah dengan medan putar stator.e.

Agar tegangan terinduksi, diperlukan adanya perbedaan antara

kecepatan angular dari medan putar stator (ωs) dan kecepatan putar

rotor (ωr).

2.5.1 Pengaturan Kecepatan Motor Induksi dengan Frekuensi dan

Tegangan Keluaran Jala-Jala yang diubah-ubah1

Mengacu pada persamaan kecepatan motor induksi terlihat

bahwa kecepatan motor induksi itu berbanding lurus dengan

frekuensi tegangan supply. Kecepatan motor induksi dapat diaturdengan halus dari nol sampai rating kecepatan atau yang lebih tinggi

dengan menaikkan frekuensi tegangan supply. Jika frekuensi supply

diturunkan dari rating tegangan dibuat konstan, berdasarkan persamaan

motor induksi Es = 4,44 ϕmf , terlihat bahwa flux motor akan naik.Akan tetapi, jika operasi diatas level flux yang sesuai dengan

perencanaan akan menghasilkan rugi inti yang berlebihan dan arusmagnetisasi yang tidak diinginkan. Sehingga untuk menjaga operasi

rating kerapatan flux pada saat kecepatan diubah-ubah perlu untuk

mengatur tegangan Es proporsional dengan perubahan frekuensi (f) yang

sering disebut dengan V/f konstan, atau dapat ditulis dalam bentuk

persamaan sebagai berikut:

=4,44ϕm=konstan............................................................. (2.4)

Dengan mengatur tegangan terminal V1, maka Emf E1 dapat

diatur secara tidak langsung . Untuk pengaturan interval frekuensi

yang biasa digunakan untuk pengaturan kecepatan motor 0 < f1 < 100

Hz, efek kulit dapat diabaikan dan tahanan primer R1 dan Rfdapat dianggap konstan. Reaktansi motor X1, X2dan Xm berbanding

lurus dengan frekuensi f1. Induksi magnetisasi Lm konstan bila

persamaan (1) dikombinasi dengan persamaan:

E1 = V1 – I1 .(R 1+jX1)......................................................................(2.5)

Maka akan diperoleh bentuk persamaan baru :

1 Sutejo Maspriyanto,”Pengaturan Kecepatan Motor Induksi 3 Phase Menggunakan

Kontrol PI berbasis DTC”,2010


27/73

18

= −I1.( )..................................................................(2.6)

Untuk I1 X1/f 1 tetap bernilai konstan, tetapi I1 R 1/f 1 menjadi

lebih besar pada kecepatan (frekuensi) yang rendah. Sebagian besar

pada interval kecepatan E1/f 1 dapat dijaga konstan dengan merubah-

ubah tegangan sehingga V1/f 1 adalah konstan. Pada kecepatan

rendah, bagaimanapun perbandingan Volt/frekuensi harus ditambah

untuk mengkompensasikan tegangan drop di R. Sehingga persamaan

torsi maksimum dapat ditulis.

Tm = 8 2.( )...........................................................................(2.7)2.5.2 Constant Volt/Hz (V/f) Control

Kontrol pada motor induksi berbasis pada model steady-state

dimodelkan dalam Gambar 2.10 berikut ini

Gambar 2.10 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi

Pada operasi pada frekuensi dengan mengatur nilai K dikalikan rated

frekuensi, maka diperoleh persamaan :

= , Sehingga

=, .................................................................. (2.8)Untuk tegangan pada stator dapat dituliskan sebagai berikut:

V s = ,,ℎ , ...........................................(2.9)Voltage-to-frequency ratio dapat dinyatakan dengan d. Nilai d=konstan

= ,,

...............................................................(2.10)


28/73

19

Sehingga torsi yang dihasilkan oleh motor dapat diperoleh melalui

persamaan berikut ini, dimana dan Vs didapatkan dari persamaan 9dan 10.

= ′ [+ +(+)] .................................................(2.11)

Untuk nilai slip pada torsi maksimum dapat dilihat dalam persamaan :

= ± ′ +(+) .............................................................(2.12)Dan nilai torsi maksimum yang diberikan adalah sebagai berikut,

dimana

dan Vs didapatkan dari persamaan 9 dan 10.

=

± +(+)....................................................(2.13)

Karakteristik torsi kecepatan pada frekuensi yang dapat diubah-ubah dan

V/f yang konstan dapat diperlihatkan pada Gambar 2.11 dibawah ini.

Gambar 2.11 Karakteristik torsi – kecepatan untuk frekuensi yang

berubah-ubah dan V/f yang konstan.


29/73

20

2.6

Mikrokontroler STM32F42

STM32F4 merupakan mikrokontroler dengan intruksi DSP buatan

STmicroelectronic yang baru dirilis pada tahun 2011. Selain dilengkapi

dengan DSP mikrokontroler ini juga dilengkapi dengan Hardware

Floating Point (FPU) sehingga memiliki kapabilitas perhitungan

bilangan pecahan sampai 17 kali lebih cepat dari pada mikrokontroler

yang ditidak dilengkapi dengan FPU. Detail fitur mikrokonntroler

STM32F4 ditunjukkan pada Gambar 2.12

Gambar 2.12 Fitur dasar dari mikrokontroler STM32F4

Mikrokontroler STM32F4 merupakan mikrokontroler ber- processor

ARM-Cortex M4(generasi terbaru), dimana vendor pembuat

processor ini ARM holding Company menyediakan layer struktur pemrogaman tunggal yaitu Cortex Microcontroller Software

Interface Standard (CMSIS), sehingga semua mikrokontroler ARM

mempunyai gayapemrogamanyang sama meskipun dari vendor

pembuat silicon (mikrokontroler) yang berbeda. Komponen CMSIS

dibagi menjadi beberapa bagian:

a. CMSIS-CORE: Aplication Interface (API) untuk processor

Cortex-M core dan peripheral yang menyediakan antarmuka yang

distandarkan untuk Cortex-M0, Cortex-M3, Cortex-M4, SC000,and SC300.

b.

CMSIS-DSP: merupakan library dari 60 fungsi untuk tipe data:

fix point(fractional q7,q15,q31) Dan single precision floating

point (32bit)

2 Data sheet ARM STM32F407VG,STmikroelektronik.diakses pada tanggal 17 juli 2013 .alamat http://www.st.com


30/73

21

c.

CMSIS-RTOS: Aplication Interface (API) umum untuk Real

Time Operating System (RTOS) yang menyediakan

pemrogamam yang distandarkan.

d.

CMSIS-SVD: System View Description untuk peripheral, berisifile dalam bentuk xml untuk keperluan debugging pada hardware

register.

Detail layer CMSIS ditunjukkan pada Gambar 2.13

Gambar 2.13 Layer dari CMSIS untuk processor ARM

2.6.1

ADC (Analog to Digital Converter)

Sinyal masukan dari pin ADC akan dipilih oleh multiplexer

(register ADMUX) untuk diproses oleh ADC. Karena converter

ADC dalam chip hanya satu buah sedangkan saluran masukannya

ada delapan maka dibutuhkan multiplexer untuk memilih masukan

pin ADC secara bergantian. ADC mempunyai rangkaian untuk

mengambil sampel dan hold (menahan) tegangan masukan

ADCsehingga dalam keadaan konstan selama proses konversi. ADC

mempunyai catu daya yang terpisah yaitu pin AVCC-AGND.

AVCC tidak boleh berbeda kurang lebih dari 0.3 volt dari VCC.Operasi ADC membutuhkan tegangan referensi Vref dan clock fade

(register ADCSRA). Tegangan referensi eksternal pada pin Areftidak boleh melebihi AVCC. Tegangan referensi eksternal dapat di-

decouple pada pin Aref dengan kapasitor untuk mengurangi derau atau

dapat menggunakan tegangan referensi internal sebesar 2.56 Volt

(pin AREF diberi kapasitor secara eksternal untuk menstabilkan

tegangan referensi internal). ADC mengkonversi tegangan masukan

analog menjadi bilangan digital sebesar 12-bit. GND (0 volt) adalah

nilai minimum yang mewakili ADC dan nilai maximum ADC diwakili


31/73

22

oleh tegangan pada pin AREF minus 1 LSB. Hasil konversi ADC

disimpan register pasangan ADCH:ADCI. Sinyal masukan ADC tidak

boleh melebihi tegangan referensi. Nilai digital sinyal masukan ADC

untuk resolusi 12-bit (4095) dapat dilihat pada persamaan 2.25.

Untuk mengetahui besarnya nilai dalam suatu resolusi dapat

digunakan dengan persamaan 2.14

2.7 Sensor Arus ACS 712

Sensor arus ini adalah salah satu produk dari allegro untuk solusi

ekonomis dan presisi dalam pengukuran arus AC maupun DC. Sensorini memiliki presisi, low-offset, dan rangkaian sensor linier hall dengan

konduksi tembaga yang ditempatkan denga permukaan dari aliran arus

yang disensor. Ketika arus mengalir pada permukaan konduktor maka

akan menghasilkan medan magnet yang dirasakan oleh IC hall efect

yang terintegrasi kemudian oleh piranti tersebut dapat dirubah ketegangan. Sensor ini memungkinkan untuk tidak menggunakan

optoisolator karena antara terminal input arus dengan outputnya sudah

terisolasi secara kelistrikannya. Hal ini karena yang dirasakan atau yang

disensor adalah efek hall dari arus input yang disensor.

Gambar 2.14 Salah Satu Contoh Skematik Aplikasi Acs7123

3 Data sheet acs712, “Fully Integrated,Hall Effect-Based Linear Current Sensor

IC With 2.1 KVRMS Isolation And A Low Resistance Current Conductor”,allegro. diakses pada tanggal 15 juli 2013 .alamat www.allegro.com

= (2 − 1)................................................(2.14)


32/73

23

Tabel 2.1 Penjelasan Pin Sensor Arus Acs 712

No. Kaki Nama Penjelasan

1 dan 2 IP+ Terminal untuk arus yang akan disensor

3 dan 4 IP- Terminal untuk arus yang akan disensor

5 GND Terminal GND

6 Filter Terminal untuk kapasitor eksternal

7 Vout Sinyal analog output

8 Vcc Power supply

Pada prisipnya sensor arus ACS 712 bekerja dengan sistem hall effect.

Sensor jenis ini dapat digunakan untuk mensensing arus DC maupun

AC. Pada Gambar 2.14 adalah kurva karakteristik input dan output

dari sensor arus ACS 712. Pada Gambar tersebut dapat dilihat

bahwa kurva karaktersitik linear. Hal ini sangat membantu dalam

pembuatan program pada mikrokontroler.

2.8

Sensor Tegangan

Pengukuran besarnya tegangan pada beban menggunakan

AMC1100. AMC1100 merupakan suatu komponen elektronika yang

dapat digunakan untuk mengukur besaran tegangan dan arus pada

sistem dengan memiliki 8 kaki.

Gambar 2.15 Pin Out Diagram AMC1100

Konfigurasi disetiap pin tersebut memiliki fungsi yang berbeda

seperti tampak pada gambar 2.15 dan pin deskripsinya akanditunjukan pada tabel 2.


33/73

24

Tabel.2 Pin Deskripsi AMC1100

2.9 Sensor Kecepatan

Optocoupler adalah suatu piranti yang terdiri dari 2 bagian yaitutransmitter dan receiver, yaitu antara bagian cahaya dengan bagian

deteksi sumber cahaya terpisah. Biasanya optocoupler digunakan

sebagai saklar elektrik, yang bekerja secara otomatis. Pada dasarnya

Optocoupler adalah suatu komponen penghubung (coupling) yang

bekerja berdasarkan picu cahaya optic. Dasar rangkaian dapat

ditunjukkan seperti pada gambar 2.16.

Gambar 2.16 Optocoupler

Optocoupler terdiri dari dua bagian yaitu:

1. Pada transmitter dibangun dari sebuah LED infra merah. Jika

dibandingkan dengan menggunakan LED biasa, LED infra merah

Nama No. Function Deskripsi

GND1 4 Power Sisi tinggi analog ground

GND2 5 Power Sisi rendah analog ground

VDD1 1 Power Sisi tinggi power supply

VDD2 8 Power Sisi rendah power supply

VINN 2 Analog

input

Inverting analog input

VINP 3 Analog

Input

Non inverting analog input

VOUTN 6 Analog

Output

Inverting analog output

VOUTP 7 Analog

Output

Non inverting analog output


34/73

25

memiliki ketahanan yang lebih baik terhadap sinyal tampak.

Cahaya yang dipancarkan oleh LED infra merah tidak terlihat

oleh mata telanjang.

2.

Pada bagian receiver dibangun dengan dasar komponenPhotodiode. Photodiode merupakan suatu transistor yang peka

terhadap tenaga cahaya. Suatu sumber cahaya menghasilkan energi

panas, begitu pula dengan spektrum infra merah. Karena spekrum

inframerah mempunyai efek panas yang lebih besar dari cahaya

tampak, maka Photodiode lebih peka untuk menangkap radiasi

dari sinar infra merah.

Oleh karena itu Optocoupler dapat dikatakan sebagai gabungan dari

LED infra merah dengan fototransistor yang terbungkus menjadi satu

chips. Cahaya infra merah termasuk dalam gelombang elektromagnetik

yang tidak tampak oleh mata telanjang. Sinar ini tidak tampak oleh

mata karena mempunyai panjang gelombang , berkas cahaya yang

terlalu panjang bagi tanggapan mata manusia. Sinar infra merahmempunyai daerah frekuensi 1 x 1012 Hz sampai dengan 1 x 1014 GHz

atau daerah frekuensi dengan panjang gelombang 1µ m – 1mm. LED

infra merah ini merupakan komponen elektronika yang memancarkan

cahaya infra merah dengan konsumsi daya sangat kecil. Jika diberi bias

maju, LED infra merah yang terdapat pada optocoupler akanmengeluarkan panjang gelombang sekitar 0,9 mikrometer. Proses

terjadinya pancaran cahaya pada LED infra merah dalam optocoupler

adalah sebagai berikut. Saat dioda menghantarkan arus, elektron lepas

dari ikatannya karena memerlukan tenaga dari catu daya listrik. Setelah

elektron lepas, banyak elektron yang bergabung dengan lubang yang ada

di sekitarnya (memasuki lubang lain yang kosong). Pada saat masuk

lubang yang lain, elektron melepaskan tenaga yang akan diradiasikan

dalam bentuk cahaya, sehingga dioda akan menyala atau memancarkan

cahaya pada saat dilewati arus. Cahaya infra merah yang terdapat pada

optocoupler tidak perlu lensa untuk memfokuskan cahaya karena dalamsatu chip mempunyai jarak yang dekat dengan penerimanya. Pada

optocoupler yang bertugas sebagai penerima cahaya infra merah adalahfototransistor. Fototransistor merupakan komponen elektronika yang

berfungsi sebagai detektor cahaya infra merah. Detektor cahaya ini

mengubah efek cahaya menjadi sinyal listrik, oleh sebab itu

fototransistor termasuk dalam golongan detektor optik. Fototransistor

memiliki sambungan kolektor – basis yang besar dengan cahaya infra

merah, karena cahaya ini dapat membangkitkan pasangan lubang

elektron. Dengan diberi bias maju, cahaya yang masuk akan


35/73

26

menimbulkan arus pada kolektor. Fototransistor memiliki bahan utama

yaitu germanium atau silikon yang sama dengan bahan pembuat

transistor. Tipe fototransistor juga sama dengan transistor pada

umumnya yaitu PNP dan NPN. Perbedaan transistor dengan

fototransistor hanya terletak pada dindingnya yang memungkinkan

cahaya infra merah mengaktifkan daerah basis, sedangkan transistor

biasa ditempatkan pada dinding logam yang tertutup. Ditinjau dari

penggunaanya, fisik optocoupler dapat berbentuk bermacam- macam.

Bila hanya digunakan untuk mengisolasi level tegangan atau data pada

sisi transmitter dan sisi receiver, maka optocoupler ini biasanya dibuat

dalam bentuk solid (tidak ada ruang antara LED dan Photodiode).

Sehingga sinyal listrik yang ada pada input dan output akan terisolasi.

Dengan kata lain optocoupler ini digunakan sebagai optoisolator jenis

IC. Prinsip kerja dari optocoupler adalah :1. Jika antara Photodiode dan LED terhalang maka Photodiode

tersebut akan off sehingga output dari kolektor akan berlogika high.

2. Sebaliknya jika antara Photodiode dan LED tidak terhalang makaPhotodiode dan LED tidak terhalang maka Photodiode tersebut akan

on sehingga outputnya akan berlogika low.

2.10 LCD TFT

LCD (Liquid Crystal Display) seperti yang ditunjukan pada

gambar 2.17. merupakan komponen elektronika yang berfungsi sebagaitampilan suatu data, baik karakter, huruf, angka ataupun grafik.

Perbedaan LED ( Light Emiting Diode ) dan LCD adalah LED

menghasilkan cahaya sedangkan LCD tergantung dari cahaya dari luar,sehingga bila cahaya dari luar semakin terang maka tampilan yang

terdapat pada LCD juga akan semakin jelas. Teknologi TFT LCD

berupa liquid crystal yang diisikan di antara dua pelat gelas, yaitu

colour filter glass dan TFT glass. Colour filter glass mempunyai filter

warna yang bertugas memancarkan warna, sedangkan TFT glass

mempunyai Thin Film transistor sebanyak pixel yang ditampilkan.

Gambar 2.17 LCD TFT


36/73

27

2.11 Fuzzy Logic Control4

Sistem fuzzy ditemukan pertama kali oleh Prof. Lotfi Zadeh pada

pertengahan tahun 1960 di Universitas California. Sistem fuzzy

diciptakan karena boolean logic tidak mempunyai ketelitian yang tinggi,hanya mempunyai logika 0 dan 1 saja. Sehingga untuk membuat sistem

yang mempunyai ketelitian yang tinggi tidak dapat menggunakan

boolean logic. Perbedaan fuzzy logic dengan boolean logic terlihat pada

Gambar 2.8.

Gambar 2.18 Perbedaan Boolean logic dengan fuzzy logic

2.11.1

Struktur Dasar Kontroller Logika Fuzzy

Kontroler logika fuzzy dikategorikan dalam kontrol cerdas

(intelligent control ). Unit logika fuzzy memiliki kemampuan

menyelesaikan masalah perilaku sistem yang komplek, yang tidakdimiliki oleh kontroler konvensional. Secara umum kontroler logika

fuzzy memiliki kemampuan sebagai berikut:

1. Beroperasi tanpa campur tangan manusia secara langsung, tetapi

memiliki efektifitas yang sama dengan kontroler manusia.

2. Mampu menangani sistem-sistem yang komplek, non-linier dan tidak

stasioner.

2.11.2

Fuzzyfikasi

Prosedur fuzzyfikasi merupakan proses untuk mengubah variabel

non fuzzy (variabel numerik) menjadi variabel fuzzy (variabel

linguistik). Nilai error dan delta error yang dikuantisasi sebelumnya

diolah oleh kontroler logika fuzzy, kemudian diubah terlebih dahulu ke

dalam variabel fuzzy. Melalui membership function (fungsi

keanggotaan) yang telah disusun, maka dari nilai error dan delta error

4 Agus Naba. 2009. Belajar Cepat Fuzzy Logic Menggunakan MATLAB. Yogya: ANDI.


37/73

28

kuantisasi akan didapatkan derajat keanggotaan bagi masing-masing

nilai error dan delta error. Alur proses fuzzifikasi ditunjukkan pada

Gambar 2.9

Gambar 2.19. Proses Fuzzyfikasi

2.11.3 Penentuan rule base

Rule base adalah sekelompok aturan fuzzy dalam berhubungan

dengan keadaan sinyal masukan dan sinyal keluaran. Rule base

merupakan dasar dari pengambilan keputusan atau inference proses

untuk mendapatkan aksi keluaran sinyal kontrol dari suatu kondisi

masukan yaitu error dan delta error dengan berdasarkan rule-rule yangtelah ditetapkan. Proses rule base berfungsi untuk mencari suatu nilai

fuzzy output dari fuzzy input. Alur pada proses Rule base ditunjukkan

pada Gambar 2.10.

Gambar 2.20. Proses Rule Base


38/73

29

2.11.4 Defuzzyfikasi

Defuzzyfikasi adalah proses pemetaan dari hasil aksi kontrol

inferensi fuzzi ke aksi kontrol non fuzzy. Dalam proses defuzzyfikasi

metoda yang umum digunakan adalah Center or Area (COA) danMaximum Of Mean (MOA). Alur proses defuzzyfikasi ditunjukkan

pada Gambar 2.11.

Gambar 2.21. Proses defuzzyfikasi


39/73

30

BAB III

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT

3.1 Block Diagram Sistem

Pada perencanaan dan pembuatan perangkat keras dari sistem

“Rancang Bangun Inverter 1 Fasa Pada Mesin Pemarut Kelapa

Menggunakan Metode Kontrol Logika Fuzzy” dibutuhkan beberapa

bagian yang mendukung seperti yang tergambar pada gambar 3.1.

Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem

Gambar 3.1 merupakan blok diagram dari sistem proyek akhir yang

akan dikerjakan dan sistem ini digunakan pada mesin pemarut kelapa.Sistem ini disuplai dari sumber jala – jala PLN 220 volt tegangan AC.

Single phase uncontrolled full wave rectifier akan mengkonversi

tegangan 220 volt AC menjadi 311,12 volt DC. Tegangan output dari

Single phase uncontrolled full wave rectifier akan diinputkan pada

inverter fullbridge 1 fasa untuk mengkonversi tegangan DC ke AC,

inverter menggunakan metode switching Sinusoidal Pulse Width

Modulation (SPWM). Sistem kontrol yang digunakan adalah kontrol

logika fuzzy, penggunaan kontrol logika fuzzy berfungsi untuk

mengatur kecepatan putar motor induksi 1 fasa 125 watt agar tetapkonstan melalui pengaturan perubahan frekuensi pada inverter. Karena


40/73

31

tegangan keluaran inverter belum sinus murni, maka perlu dipasang

sebuah filter LC untuk meredam harmonisa. Tegangan yang keluar dari

inverter 1 fasa sebesar 140,12 volt AC maka perlu dihubungkan dengan

trafo step up dengan ratio 1 : 2 untuk menaikan tegangan agar sesuaidengan tegangan yang dibutuhkan beban motor induksi 1 fasa 220 volt

sebagai penggerak pisau mesin pemarut kelapa. Putaran dari motor

penggerak pisau mesin pemarut kelapa akan dibaca oleh sensor kecepatan

dan outputnya akan dijadikan

Berdasarkan blok diagram pada gambar 3.1 diatas

perencanaan dan pembuatan perangkat keras pada Proyek Akhir ini

meliputi:

a. Perencanaan dan pembuatan Single phase uncontrolled full

wave rectifier . b. Perencanaan dan pembuatan Single phase fullbridge

inverter .

c. Perencanaan dan pembuatan Low Pass Filter LC

d. Perencanaan sensor kecepatan

e. Perencanaan sensor tegangan.

f. Perencanaan sensor arus.

g. Perencanaan algoritma fuzzy.

3.2 Flowchart Sistem

Secara garis besar blok diagram yang dijelaskan pada gambar 3.1

terdapat proses kerja yang terbagi ke dalam beberapa subrutin yaitu:a.

Penyearah yang digunakan adalah Single phase uncontrolled

full wave rectifier menggunakan filter C yang bernilai 1880 µF

yang mengkonversi tegangan 220 volt AC menjadi 311,12 volt

DC.

b.

Single phase fullbridge inverter menggunakan metode

switching Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM).

Inverter ini akan diatur frekuensinya menggunakan

metode kontrol logika fuzzy dengan nilai maksimum 50

Hz.

c. Filter yang digunakan untuk meredam harmonisa keluaran dari

Single phase fullbridge inverter adalah Low Pass Filter yangmeredam frekuensi tinggi dan meloloskan frekuensi rendah

sebesar 50 Hz. Nilai kapasitas kapasitornya 6 µF dan nilai

induktornya 69,46 µH.


41/73

32

Gambar 3.2 Flowchart Sistem

Dari gambar 3.2 dijelaskan bahwa hal yang pertama harus

dilakukan yaitu menentukan parameter – perameter variable yang

dibutuhkan. Dengan menginisialisasi St merupakan set point

kecepatan putar motor, rpm yaitu kecepatan putar motor yang

terjadi, f merupakan frekuensi variable, Vin merupakan

tegangan input dan Iin merupakan arus input. Untuk memulai

sistem ini, setelah inisialisasi kecepatan, set point, arus dan

tegangan sudah diinputkan maka motor akan berputar dan sensor

tegangan akan membaca kecepatan dari putaran motor tersebut.


42/73

33

Apabila rpm tidak sama dengan set point maka frekuensi pada

inisialisasi perlu ditunning dari 20 – 50 Hz agar kecepatan putar

motor tetap konstan walaupun beban berubah- ubah.

3.3 Perancangan Hardware

Pada Proyek Akhir ini perlu dilakukan proses perencanaan

hardware yang dibutuhkan pada sistem ini

3.3.1

Single Phase Uncontroll ed Ful l Wave Rectif ier

Listrik dari jala jala PLN akan digunakan sebagai sumber dari

Single phase fullbridge inverter setelah disearahkan menjadi tegangan

DC oleh Single phase uncontrolled full wave rectifier dengan nilai

tegangan input 220 V AC menjadi 311,12 V DC. Single phaseuncontrolled full wave rectifier ini menggunakan filter C dengan

kapasitas kapasitor 1880 µF dengan daya maksimum 7.778 W. Berikut

adalah perhitungannya :

Untuk menghitung : = √ 2 . .................................................................(3.1)

= √ 2 . 220

= 311,12 Dimana: = Tegangan maksimum (Volt) = Tegangan Jala-jala PLN (Volt)Untuk perhitungan Vdc menggunakan filter C:

Nilai dibuat tak hingga

= .........................................................................(3.2)= 311,122 50 ∞ 0,00188 = () = () ( )..................................................(3.3)

() =311,12 V


43/73

34

Dimana : = Ripple tegangan = Tegangan maksimum (Volt) f = frekuensi sumber

R = Nilai resistansi beban

C = Besarnya nilai kapasitor

Daya Output Rectifier :

= V x I ...................................................................................(3.4) = 311,12 x 25 = 1.778 Watt

( Arus 25 A berasalah dari diode bridge yang digunakan)

Simulai Single phase uncontrolled full wave rectifier dengan filter C

menggunakan software PSIM.

Gambar 3.3 Rangkaian Single phase uncontrolled full wave rectifier

Gambar 3.4 Gelombang Input Single phase uncontrolled

full wave rectifier


44/73

35

Gambar 3.5 Gelombang Output Single phase uncontrolled

full wave rectifier

Nilai arus dan tegangan output dari single phase uncontrolled full

wave rectifier adalah 23,88 A dan 219,99 Volt.

3.3.2 Single Phase Ful lbr idge I nverter

Single phase fullbridge inverter digunakan untuk mengkonversi

tegangan 311,12 Volt DC ke 220 Volt AC untuk pengaturankecepatan motor induksi 1 fasa 125 Watt dengan

menggunakan metode kontrol logika fuzzy. Metode

switching yang digunakan pada inverter ini adalah Sinusoidal

Pulse Width Modulation (SPWM).

Perhitungan Daya input dan inveter didesain dengan efisiensi 80%

%= ..............................................................(3.5)0,8= 422,4 = 422,40,8 = 528,5

=

........................................................................(3.6)

= 528,5220 . 0,8 = 3 ADimana : = Daya input (Watt) = Daya output (Watt) = Arus input (A)

cosφ= Power factor


45/73

36

Simulasi Single Phase Fullbridge Inverter metode switching SPWM

tanpa filter dengan menggunakan software PSIM.

Gambar 3.5 Rangkaian Single Phase Fullbridge Inverter Tanpa Low

Pass Filter LC Metode Switching SPWM

Gambar 3.6 Gelombang Tegangan Output Single Phase Fullbridge

Inverter Tanpa Low Pass Filter LC Metode Switching SPWM

Gambar gelombang tegangan output SPWM merupakan hasil

komparasi dari gelombang segitiga dan gelombang sinusoidal.

Prinsip kerja dari metode switching MOSFET SPWM adalah


46/73

37

mengatur lebar pulsa mengikuti pola gelombang sinusoidal.

Frekuensi sinyal referensi menentukan frekuensi keluaran inverter.

Gambar 3.7 Gelombang Arus Output Single Phase Fullbridge Inverter Tanpa Low Pass Filter LC Metode Switching SPWM

Dari simulasi Single Phase Fullbridge Inverter Tanpa Low Pass

Filter LC Metode Switching SPWM menggunakan software PSIM

diperoleh tegangan output sebesar 182,80 Volt dan arus output

13,91A. Gambar 3.7 adalah simulasi Single Phase Fullbridge

Inverter metode switching SPWM menggunakan Low Pass Filter LC

dengan nilai L = 69,46 µH dan C = 6 µF menggunakan software

PSIM .

Gambar 3.8 Rangkaian Single Phase Fullbridge Inverter dengan Low

Pass Filter LC Metode Switching SPWM


47/73

38

Gambar 3.9 Gelombang Tegangan Output Single Phase Fullbridge Inverter Menggunakan Low Pass Filter LC Metode Switching SPWM

Gambar 3.9 Gelombang Arus Output Single Phase Fullbridge Inverter

Menggunakan Low Pass Filter LC Metode Switching SPWM

Pada simulasi Single Phase Fullbridge Inverter Menggunakan Low Pass

Filter LC Metode Switching SPWM menggunakan software PSIM

diperoleh tegangan output sebesar 165,24 Volt dan arus output 13,89A.

3.3.3 Driver Single Phase Ful lbri dge I nverter

Driver ini menggunakan IC IR2111 karena IC jenis ini mempunyai satu

buah inputan, tetapi dapat menghasilkan 2 buah inputan yang dilengkapi

dengan dead time.. IC ini juga dipilih karena dapat bekerja pada

tegangan maksimum 600 Volt. IC ini cukup sederhana dan praktis

karena hanya membutuhkan satu buah inputan pulsa untukmenghasilkan satu pasang pulsa (dua buah pulsa yang berlawanan pada

output driver). Sehingga IC IR2111 ini cocok untuk digunakan sebagai

driver inverter pada sistem ini. Digunakan dua buah IC dengan dua buahinputan, sehingga didapatkan dua pasang pulsa output (dua buah output


48/73

39

pulsa high dan dua buah output low) untuk trigger empat buah mosfet

IXFH 50N60.

Gambar 3.10 Functional blok diagram IR 2111

Untuk IC IR2111 yang pertama digunakan untuk mendrive mosfet 1 danmosfet 4. Sedangkan untuk IC IR2111 yang kedua digunakan untuk

mendrive mosfet 3 dan mosfet 4.

Gambar 3.11 Skematik driver IR 2111

Gambar 3.11 adalah skematik dari IR 2111 yang terhubung ke gate

masing-masing mosfet. Setelah dari IC IR 2111, dan sebelum ke gate

mosfet, akan melewati sebuah resitor yang dipararel dengan dioda Ultra

Fast Recovery 1N4007. Sinyal dari Ir 2111 ke gate mosfet akan

melewati resistor ini. Sebelum ke IC IR2111, output darimikrokontroller akan melewati TLP 521 agar mikrokontroler terisolasi

dari rangkaian yang memiliki arus kuat.

Gambar 3.11 Skematik TLP 521


49/73

40

3.3.4 Perencanaan Low Pass F il ter LC

Untuk nilai capacitor nilainya fix sebesar 6 µF

Sedangkan perhitungan inductor adalah sebagai berikut :

Karena diharapkan antara capasitor dan inductor terjadi resonansi maka besar

Xl = Xc...............................................................................................(3.7)

2.π.f.L = .....................................................................................(3.8)

L =.................................................................................(3.9)

=

.

.

..

= ., = 69,46 µH

Desain induktor 69,46 µH untuk Low Pass Filter LC

Diketahui : µr = 3000 N/A2

µ0 = 4π × 10-7 N/A2

L = 1,69039 H

dm = 20 mm

dl = 30 mm

p = 14 mm

tebal = 5 mm

Diameter Toroid = + .......................................................................................(3.10)

=2 0 3 0

2

= 2 5 = = 12,5 ..........................................................................(3.11) = × ..................................................................................(3.12)= 1 4 × 5 = 7 0 = 2 × ().........................................................(3.13)= 2 × (1 4 5) =38


50/73

41

Banyak lilitan untuk induktor = ×× .....................................................................................(3.14) = ×× ....................................................................................(3.15) = 69,46 µ × 2 × 3,14 × 12,5 × 10−3 0 0 0 ×4 ×1 0− × 7 0 × 1 0−

= 5,452610−2,637610−

= 20,672 = 4,5 ≈ 5 Mengitung dimater kawat tembaga untuk induktor

Split time →() = = 0,5 ......................................................(3.16)

J = 4,5 A/mm2

= () = ,, =0,112......................................................(3.17) = = ×,, =0,376 ..........................................(3.18) ≈ 0,4 Mengitung panjang kawat tembaga untuk induktor

= ( × × ∑ ) 40%( × × ∑ )................(3.19) = (5 × 3 8 × 6) 40%(5 × 3 8 × 6) = 1.140 456 = 1,596 ≈ 2 Menghitung Jarak antar lilitan = .............................(3.20)= 3 8 (2×3,14×12,5) =116,5


51/73

42

= , = 23,3 .........................................(3.21)3.3.5

Perencanaan Sensor Arus

Pada proyek akhir ini arus yang akan disensing,yaitu arus keluarandari Single Phase Fullbridge Inverter yang sudah terhubung trafo step

up. Sensor arus yang digunakan adalah ACS712 seperti pada gambar

3.12. Sensor arus yang digunakan ada dua jenis yaitu ACS712 dengan

arus maksimal yang diukur 5A dan 20A. Pada proyek akhir ini

pembacaan sensor arus pada mikrokontroller menggunakan ADC 12 bit.

Pada LCD nilai yang arus terbaca berubah – ubah dengan cepat sehingganilai ADC dari sensor arus dirata-rata setiap 50 kali perubahan.

algoritma yang digunakan untuk pembacaan sensor arus ditunjukkan pada gambar 3.13.

Gambar 3.12 Rangkaian Sensor Arus

Gambar 3.13 Algoritma Pembacaan Sensor Arus


52/73

43

3.3.6 Perencanaan Sensor Tegangan

Proyek akhir ini menggunakan sensor tegangan yang digunakan

untuk mensensing tegangan output dari Single Phase Fullbridge Inverter

yang sudah terhubung trafo step up. Sensor tegangan yang digunakan pada proyek akhir ini adalah AMC 1100. Sensor ini mampu bekerja

pada tegangan puncak 1200 Volt sehingga dapat dikatakan sensor ini

cocok untuk diterapkan pada proyek akhir ini. Gambar 3.13 menjelaskan

tentang rangkaian dari sensor tegangan AMC 1100 dan gambar 3.14

yang menjelaskan kurva karakteristik perbandingan tegangan input dan

output sensor tegangan AMC 1100

Gambar 3.13 Rangkaian Sensor Tegangan AMC 1100

Gambar 3.14 Kurva Karakteristik Perbandingan Tegangan Input dan

Output Sensor Tegangan AMC 1100


53/73

44

3.3.7 Sensor Kecepatan

Sensor kecepatan yang digunakan yaitu sebuah piringan dengan

jumlah 10 lubang dan satu pasang optocoupler yang berfungsi untuk

membaca kondisi dari posisi lubang tersebut. Karena satu putaran penuh

adalah 3600 dan jumlah lubang 10, maka sudut antara dua buah lubang

yaitu 22,50 . Sensor ini memiliki Vcc dari 3,0 – 5,5 Volt.

Gambar 3.15 Sensor Kecepatan dan Piringannya

3.3.8

Perencanaan Algoritma Logika Fuzzy

Penggunaan logika fuzzy pada proyek akhir ini digunakan untuk

mengatur frekuensi dari rangkaian Single Phase Fullbridge Inverter agar

kecepatan motor induksi 1 fasa dapat diatur dan menjaga kecepatan

motor induksi 1 fasa dalam keadaan sesuai dengan set point.. Blok

diagram pengaturan dengan menggunakan logika fuzzy ditunjukkan

pada gambar 3.16.

Gambar 3.16 Blok Diagram

Pada proyek akhir ini Single Phase Fullbridge Inverter

diberikan set point yang berubah ubah sesuai nilai yang dibutuhkan

untuk memenuhi target. Logika fuzzy yang dirancang harus bisa


54/73

45

mempertahankan dan mengatur frekuensi Single Phase Fullbridge

Inverter untuk mencapai nilai set point. Logika fuzzy menggunakan

metode Sugeno. Pada dasarnya suatu sistem aturan fuzzy mempunyai

tahapan, yaitu fuzzyfikasi, inferensi dan defuzzifikasi. Untuk lebih jelasnya seperti yang ditunjukkan gambar 3.17.

Gambar 3.17 Tahapan Logika Fuzzy

Proses konversi variabel numerik (bilangan real) ke dalam variabel

linguistik (variabel fuzzy) disebut fuzzification. Variabel dari boost

converter adalah arus. Tegangan keluaran boost converter dikendalikanoleh fuzzy logic control sehingga tegangan keluarannya sesuai dengan

set point. Error () dan delta error ∆()digunakan sebagai input dari fuzzy logic control. Error didapatkan dengan cara membandingkan

tegangan keluaran () dengan tegangan referensi (). Sedangakandelta error

∆() didapatkan dari selisih antara eror sekarang dan eror

sebelum.Dari error ()dan previous error Eprev(k), perubahan padanilai error dapat dihitung dan kemudian dinormalisasikan. Persamaanuntuk mendapatkan error dan delta error ditunjukkan oleh persamaan

(3.22) dam (3.23) .() = () () ...................................................................(3.22)∆() = () () .................................................................(3.23)


55/73

46

Fuzzifikasi adalah mengubah masukan-masukan yang nilai

kebenarannya bersifat pasti (crisp input) ke dalam bentuk fuzzy input.

Proyek akhir ini digunakan masukan-masukan dari eror dan delta eror.

rule base yang digunakan 7 x 7. Gambar 3.18 dan 3.19 menunjukkanfuzzifikasi dari eror dan delta eror.

Gambar 3.18 Varibel Masukan Eror

Gambar 3.19 Varibel Masukan Delta Eror

Tujuh variabel linguistik yang digunakan untuk variabel input()dan ∆()yaitu negative big (NB), negative medium (NM), negative small (NS), zero (ZE), positive small (PS), positive medium (PM), dan

positive big (PB). delta negative big (DNB), delta negative medium(DNM), delta negative small (DNS), delta zero (DZE), delta positive

small (DPS), delta positive medium (DPM), dan delta positive big(DPB) . Membership function yang digunakan dapat dilihat pada Gambar

3.18, dan Gambar 3.19.

Langkah selanjutnya adalah menentukan rule base dari variabel

masukan yaitu eror dan delta eror. Penentuan dan pemulihan rule base

ini didasarkan pada knowledge base dari pengguna logika fuzzy

terhadap plan yang sedang dikerjakan.


56/73

47

Tabel 3.1 Fuzzy Logic Rule Base

NB NM NS ZE PS PM PB

DNB KBS KBS KBS KBS KB K BS

DNM KBS KBS KBS KB K BS T

DNS KBS KBS KB K BS T TB

DZE KBS KB K BS T TB TBS

DPS KB K BS T TB TBS TBS

DPM K BS T TB TBS TBS TBS

DPB BS T TB TBS TBS TBS TBS

∆()

()


57/73

47

BAB IV

PENGUJIAN DAN ANALISA

Pada Bab IV berisi tentang pengujian dan analisa sub-bagian padasistem sesuai dengan perencanaan yang telah dilakukan pada bab III.

Pengujian dimaksudkan untuk mendapatkan evaluasi terhadap keluaran

dari rangkaian maupun sistem agar diperoleh kinerja yang sesuai dengan

yang diharapkan. Evaluasi didasarkan pada hasil analisa tiap sub-bagian

pada sistem yang dirancang. Metode pengujian meliputi dua

pengambilan data, yaitu pengujian secara parsial dan pengujian

integrasi. Adapun pengujian parsial yang dilakukan dalam proyek akhir

ini, antara lain:

1.

Pengujian Motor Induksi 1 Fasa

2. Pengujian Single Phase Uncontrolled Full Wave Rectifier

3. Pengujian DC Power Supply 5 Volt

4. Pengujian DC Power Supply 12 Volt

5.

Pengujian Driver Single Phase Fullbridge Inverter

6.

Pengujian Single Phase Fullbridge Inverter Beban Lampu

7.

Pengujian Nilai Induktor Low Pass Filter LC

8. Pengujian Rotary Encoder.

9.

Pengujian Sensor Arus ACS 71210. Pengujian Sensor Tegangan AMC 110

4.1 Pengujian Partisi

4.1.1

Pengujian Motor Induksi 1 Fasa

Pada motor induksi satu fasa dilakukan pengujian untuk mencari

kecepatan putar motor induksi 1 fasa. Pengujian kecepatan putar motor

induksi 1 fasa ini dilakukan sebelum proses kontrol kecepatan.

Pengujian pengujian kecepatan putar motor induksi 1 fasa dilakukan

tanpa menggunakan beban.

Berikut adalah name plate yang tertera pada motor:

Tegangan Input = 220 Volt

Daya Output = 186,5 Watt

Arus Output = 4/2,4 A

N = 1420 rpm

F = 50 Hz


58/73

48

Pengujian kecepatan putar motor induksi 1 fasa tanpa beban.

Gambar 4.1 Wiring Pengujian Kecepatan Putar Motor Induksi 1 Fasa

Tanpa Beban.

Gambar 4.2 Pengujian Kecepatan Putar Motor Induksi 1 Fasa TanpaBeban.

Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui kecepatan putar motorinduksi 1 fasa dengan cara menggunakan tachometer untuk pembacaan

rpm, ampere meter untuk mengetahui arus input dari motor dan

voltmeter untuk mengetahui tegangan input yang masuk pada motor

agar sesuai dengan spesifikasi yang terdapat pada nameplate motor

induksi 1 fasa.


59/73

49

Dari pengujian ini diperoleh dara kecepatan putar motor induksi1 fasa

yang ditampilkan pada tabel 4.1

Tabel 4.1 Hasil Pengujian Kecepatan Putar Motor Induksi 1 Fasa

Tanpa Beban

50 0,3 720

100 0,68 940

150 1,21 1099

200 1,8 1362

220 2,12 1533

Gambar 4.3 Grafik Hubungan Vinput AC dan rpm Motor Induksi 1 Fasa

0

500

1000

1500

2000

0 50 100 150 200 250

Grafik Hubungan Vinput AC dan rpm Motor

Induksi 1 Fasarpm

Vinput AC


60/73

50

4.1.2 Pengujian Single Phase Uncontrol led Ful l Wave Rectif ier

Pengujian Single Phase Uncontrolled Full Wave Rectifier

dilakukan untuk mengetahui seberapa besar nilai () yang akan

digunakan sebagai suplai dari single phase fullbridge inverter . Pada

pengujian ini di mulai dari tegangan sumber 60 Volt () sampai

dengan 220 Volt () yang didapatkan dari variac satu fasa.

Pengujian ini harus dilakukan dari tegangan sumber yang kecil,

dilanjutkan ke tegangan yang lebih besar. Jika pengujian dilakukan dari

tegangan sumber dari yang besar ke yang kecil, maka hasilnya tidak

akan akurat. Hal ini karena kapasitor masih menyimpan muatan di

dalamnya. Saat melakukan pengujian ketika Single Phase Uncontrolled

Full Wave Rectifier langsung dihubungkan ke sumber jala – jala PLN

220 Volt maka fuse pada rangkaian Single Phase Uncontrolled Full

Wave Rectifier akan putus.

Gambar 4.4 Blok Diagram Pengujian Single Phase Uncontrolled Full

Wave Rectifier .

Gambar 4.5 Pengujian Single Phase Uncontrolled Full Wave Rectifier

Dari pengujian single phase uncontrolled full wave rectifier yang

dilakukan diperolah data yang disajikan pada tabel 4.2 dengan parameter

yang didapatkan adalah tegangan sumber AC dan tegangan output DC.

Voltmeter

Single phase

uncontrolled full wave

rectifier

Variac

220V


61/73

51

Tabel 4.2 Hasil Pengujian Single Phase Uncontrolled Full Wave

Rectifier

No. Input

Tegangan AC

(Volt)

Output

Tegangan

DC (Volt)

Teori

Output

Tegangan

DC (Volt)

Praktek

%Error

1. 60 84,85 84,1 0,89%

2. 100 141,42 140,3 0,79%

3. 160 226,27 223,4 1,26%

4. 200 282,84 279,5 1,18%

5. 205 289,91 287,6 0,73%

6. 210 296,98 294,3 0,90%

7. 220 311,12 310,3 0,26%

.

Gambar 4.6 Grafik Perbandingan Tegangan Input AC dan Tegangan

Output DC

0

100

200

300

400

0 50 100 150 200 250

Perbandingan VAC dan V DC

Vinput AC

Voutput DC


62/73

52

4.1.3

Pengujian DC Power Supply 5 Volt.

Rangkaian DC Power Supply ini 5 Volt digunakan sebagai supply

dari ARM STM32F407VG dan akan dilakukan pegujian untuk

mengetahui tegangan output DC nya.

Gambar 4.7 Blok Diagram Pengujian DC Power Supply 5 Volt

Gambar 4.8 Pengujian DC Power Supply 5 Volt

Pengujian yang dilakukan rangkaian diukur menggunakan multimeter

nilai tegangan output 5 Volt DC dengan nilai tegangan input 6 Volt AC.

4.1.4 Pengujian DC Power Supply 12 Volt.

Rangkaian DC power supply 12 Volt ini digunakan untuk supply

dari driver single phase fullbridge inverter. DC power supply ini

menggunakan tegangan input 15 Volt AC dengan target tegangan output

12 Volt DC.

Gambar 4.9 Blok Diagram Pengujian DC Power Supply 12 Volt

Voltmeter Power

Supply 5V

Trafo 1A

6V

Voltmeter Power

Supply 12V Trafo 1A

15V


63/73

53

Gambar 4.10 Pengujian DC Power Supply 12 Volt

4.1.5

Pengujian Driver Single Phase Ful lbr idge I nverter Pengujian Driver Single Phase Fullbridge Inverter IR2111 karena

IC ini cukup sederhana dan praktis karena hanya membutuhkan satu

buah inputan pulsa untuk menghasilkan satu pasang pulsa (dua buah

pulsa yang berlawanan pada output driver). Sehingga IC IR2111 ini

cocok untuk digunakan sebagai driver inverter pada sistem ini.

Digunakan dua buah IC dengan dua buah inputan, sehingga didapatkan

dua pasang pulsa output (dua buah output pulsa high dan dua buah

output low) un

Documents

1310121031_Amien Raharja Progres Buku PA