kontrol kecepatan dan monitoring motor induksi …digilib.unila.ac.id/61540/3/skripsi tanpa bab...
TRANSCRIPT
KONTROL KECEPATAN DAN MONITORING MOTOR INDUKSI SATUFASA BERBASIS IoT (INTERNET OF THINGS)
(Skripsi)
Oleh
HELMI
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG
2020
iii
ABSTRAK
KONTROL KECEPATAN DAN MONITORING MOTOR INDUKSI SATUFASA BERBASIS IoT (INTERNET OF THINGS)
OlehHelmi
Inverter merupakan peralatan yang dapat mengubah besaran listrik arus searahmenjadi besaran listrik arus bolak-balik. Terdapat berbagai macam inverter sepertiinverter full-bridge, half-bridge, multi-inverter dan push-pull, khususnya padapenelitian ini menggunakan inverter push-pull. Untuk mengatur inverter sendirimembutuhkan panel kendali dengan ruang kendali khusus yang telah disediakan,dengan adanya teknologi internet of things pengaturan inverter dapat dilakukandimana saja dan kapan saja dari jarak yang jauh. Metode yang digunakan untukmengatur kecepatan motor dilakukan dengan cara merubah frekuensi sumberstator yang didapat dari switching mosfet pada inverter dengan teknik modulasilebar pulsa (PWM). Monitoring dilakukan untuk mengetahui keadaan dan kinerjamotor. Terdapat 4 macam sensor yang digunakan pada motor yaitu sensortegangan ZMPT101B, sensor arus ACS712, sensor suhu DHT22, sensorkecepatan FC-51 dan sebuah modul relay. Hasil pengujian menunjukkan bahwakecepatan motor dapat di kontrol sekaligus di monitoring dari tempat yang jauhmelalui website. Dengan menggunakan hosting dari 000webhost.com motor dapatdiatur dengan frekuensi inverter dari 40hz sampai 65hz dengan kenaikan 5hz danmenghasilkan kecepatan motor dari 566 rpm sampai 802 rpm.
Kata kunci : Kontrol Kecepatan dan Monitoring, Motor Induksi Satu Fasa,Internet of Things, Inverter, Website
ABSTRACT
SPEED CONTROL AND MONITORING ONE PHASE INDUCTION MOTOR
BASED ON IoT (INTERNET OF THINGS)
By
Helmi
Inverter is a device that changes direct current (DC) to alternating current (AC).
There are various kinds of inverters such as full bridge, half bridge, multi-inverter
and push-pull inverters, especially in this case using push-pull inverters. To control
the inverter need a special control panel provided, with internet of things, the
inverter control can be done anywhere and anytime over long distances. The method
used to change the motor speed by changing the frequency of the stator source
obtained from switching MOSFETs on the inverter. Monitoring is carried out to
determine the situation and performance of the motor. There are 4 types of sensors
used in the motor ZMPT101B for voltage sensor, ACS712 for current sensor, DHT22
for temperature sensor, FC-51 for speed sensor and relay module. By using hosting
from 000webhost.com, motor can set the inverter frequency from 40hz to 65hz with
an increase of 5hz and produce motor speeds from 566 rpm to 802 rpm.
Keywords : Speed Control and Monitoring, One Phase Induction Motor, Internet of
Things, Inverter, Website
iii
KONTROL KECEPATAN DAN MONITORING MOTOR INDUKSI SATUFASA BERBASIS IoT (INTERNET OF THINGS)
Oleh
HELMI
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar
SARJANA TEKNIK
Pada
Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Lampung
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG
2020
iv
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Kec. Wonosari, Kab. Prabumulih Utara,
Provinsi Sumatera Selatan pada tanggal 22 Januari 1998.
Penulis merupakan anak dari pasangan Bapak Suprapto dan
Ibu Fatimah. Penulis merupakan anak kedua dari 3 bersaudara.
Penulis memulai pendidikan Sekolah Dasar di SDN 18 Prabumulih dan lulus
pada tahun 2009. Selanjutnya penulis melanjutkan pendidikan di SMP Negeri 1
Prabumulih dan lulus pada tahun 2012, Sekolah Menengah Atas di SMA Negeri 1
Prabumulih dan lulus pada tahun 2015. Kemudian penulis diterima di Jurusan S1-
Teknik Elektro Universitas Lampung pada tahun 2015 melalui jalur Seleksi
Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SNMPTN).
Selama menjadi mahasiswa, penulis aktif organisasi di Himpunan Mahasiswa
Teknik Elektro (HIMATRO) sebagai anggota Divisi Kominfo pada tahun 2016
dan 2017, di Koperasi Mahasiswa sebagai Staff Penelitian dan Pengembangan
tahun 2017. Penulis juga pernah menjuarai lomba bergengsi yaitu Kontes Robot
Indonesia (KRI) dengan cabang Robot Sepak Bola Beroda pada tahun 2017.
Selain itu penulis juga menjadi Asisten di Laboratorium Konversi Energi Listrik.
Penulis juga pernah melakukan Kerja Praktik di PT Multi Bintang Indonesia dan
mengangkat topik bahasan laporan kerja praktik dengan judul “Perawatan
(Maintenance) Peralatan Listrik di PT. MULTI BINTANG INDONESIA Tbk
Brewery Tangerang”.
Dengan Ridho Allah SWT.
teriring shalawat kepada Nabi Muhammad SAW.
Karya Tulis ini kupersembahkan untuk :
Kedua orang tuaku tercinta
Bapak Suprapto & Ibu Fatimah
Kakak dan adik ku tersayang
FaridLuluk
Seluruh dosen, teman - teman seperjuangan danalmamater.
i
MOTTO
“Kejar dan raihlah impian di dunia tetapi jangan pernah
lupakan bahwa ajal dapat menjemput kapan saja,
kerjakanlah sholat dan bacalah alquran sesungguhnya
itulah yang membuat sukses dunia akhirat”
“Bermain game dan menghabiskan waktu tidak terlepas
dari kehidupan tetapi ingat kamu punya target dan
tujuan atas hidupmu, berikan dia waktu dan membuat
rencana kedepannya dengan matang”
“Ada sebuah cheat di dunia ini untuk menggandakan hartayaitu dengan cara menginfaqkan dan mensedekahkan
sebagian dari harta kita, sesungguhnya Allah tidak
pernah mengingkari janjinya”
“Jadikanlah Islam sebagai gaya hidupmu”
~ Helmi
ii
SANWACANA
Alhamdulillahirabbil’alamin, segala puji bagi Allah atas limpahan rahmat dan
karunia-Nya yang telah memberikan kesehatan, keselamatan, kesempatan,
kekuatan, dan kemampuan berpikir kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan
skripsi ini. Skripsi yang berjudul “KONTROL KECEPATAN DAN
MONITORING MOTOR INDUKSI SATU FASA BERBASIS IoT
(INTERNET OF THINGS)” ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh
gelar Sarjana Teknik pada jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas
Lampung. Selama melaksanakan penelitian ini, penulis banyak mendapatkan
bantuan pemikiran baik moril, materi, maupun petunjuk serta bimbingan dan
saran dari berbagai pihak yang didapat secara langsung maupun tidak langsung.
Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Bapak Prof. Karomani, M.Si. selaku Rektor Universitas Lampung.
2. Bapak Prof. Drs. Ir. Suharno, Ph.D., IPU., ASEAN. Eng. selaku Dekan
Fakultas Teknik Universitas Lampung.
3. Bapak Khairudin, S.T., M.Sc., Ph.D.Eng. selaku Ketua Jurusan Teknik
Elektro Universitas Lampung.
4. Bapak Noer Soedjarwanto, S.T.,M.T. selaku dosen Pembimbing Utama tugas
akhir penulis atas kesediannya untuk memberikan ilmu, bimbingan, masukan
dan saran dalam pengerjaan Tugas Akhir ini.
iii
5. Bapak Osea Zebua, S.T.,M.T. selaku dosen Pembimbing Pendamping tugas
akhir penulis atas kesediaannya untuk membimbing dan memberikan
masukan dan saran dalam pengerjaan Tugas Akhir ini.
6. Bapak Dr. Charles Ronald H, S.T., M.T selaku dosen Penguji yang telah
memberikan masukan, kritik, dan saran kepada penulis.
7. Bapak Dr. Eng. FX. Arinto Setyawan, S.T., M.T. selaku dosen Pembimbing
Akademik penulis atas saran serta arahan yang telah diberikan kepada penulis
selama menempuh pendidikan di Jurusan Teknik Elektro.
8. Bapak Noer Soedjarwanto, S.T.,M.T. selaku Kepala Konversi Energi Listrik
dan Mba Anizar selaku Teknisi Laboratorium.
9. Seluruh Dosen Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung atas ilmu dan
bimbingan yang diberikan kepada penulis.
10. Seluruh Staf Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung atas bantuannya
dalam menyelesaikan urusan administrasi.
11. Segenap panitia tim Ekspedisi Merah meliputi Boy Gojek, Ajis Pelor, Malik
Hacker, Fajar Farmantot, Bayu Pance, Mang Cing, Muhlisin Bucin, Rizki
Toxic, Bobskipapap, Yoda PublicPlr dan Ocid Mesin atas momen-momen
yang tak akan terlupakan.
12. Keluarga besar Laboratorium Konversi Energi Listrik diantaranya Bang
Yayan yang meminjamkan alat, Bang Dharma, Kak Bangkit, Rizki Toxic,
Arnold Batak Empire, Aan, Anjas, Awi, Aby Public, Farhan, Faisal, Asoy,
Tio, Sandy, Rahmat Illegal, Syahrel Ass Baru.
iv
13. Keluarga besar EIE 2015 atas kebersamaannya selama menempuh pendidikan
di Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung. Kalian adalah bagian
terindah dari perjalanan hidup penulis.
14. Player-player Mobile Legends YsqxToxic, PredatorNob, Donxioute, Zytrosn,
Akame, Pepulqueria, BangDhar, ReekKuePancong, UAR240, ObFRogue,
Hazardous, Bobskipapap, Muthia, Warpath, EndangLooker, Esge.16,
Bagaswaw, ZeroVolt yang menghibur dan menghabiskan waktu penulis.
15. Cah cah kosan Eka, Irfan, Dani, Eko, Mas Febryan, Komandan Zuki, Om
Kaslan, Mas Pemo, Mba Nita, Mas Rooon, Alm Edo, Yoga, dan Septi telah
menemani penulis jika tidak berada dikampus.
16. Keluarga Besar HIMATRO dan Koperasi Mahasiswa atas pengalaman dan
pelajaran baik berorganisasi atau bersosialisasi yang diberikan.
17. Kepadamu yang selalu menemani penulis baik saat suka, duka, bahagia,
sedih, bingung, sebagai teman curhat, teman berantem, melakukan hal
konyol, ngomongin gk jelas, selalu kuat menghadapi sifat penulis yang dari
awal perkuliahan hingga sekarang dan kedepannya, Vini Meiriska.
18. Semua pihak yang tidak dapat disebut satu per satu yang telah membantu
serta mendukung penulis.
Semoga Allah SWT membalas kebaikan semua pihak yang telah membantu dalam
penyelesaian Tugas Akhir ini.
Bandarlampung, 24 Februari 2020
Penulis,
Helmi
iii
DAFTAR ISI
halaman
ABSTRAK .........................................................................................................ii
ABSTRACT.......................................................................................................ii
DAFTAR ISI...................................................................................................... iii
DAFTAR GAMBAR......................................................................................... vi
DAFTAR TABEL ............................................................................................. x
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang ....................................................................................... 1
1.2. Tujuan Penelitian ................................................................................... 3
1.3. Manfaat Penelitian ................................................................................. 3
1.4. Rumusan Masalah.................................................................................. 3
1.5. Batasan Masalah .................................................................................... 4
1.6. Hipotesis ................................................................................................ 4
1.7. Sistematika Penulisan ............................................................................ 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Motor Induksi Satu Fasa ........................................................................ 6
iv
2.1.1 Motor Induksi................................................................................ 6
2.1.2 Konstruksi Motor Induksi Satu Fasa ............................................ 7
2.1.3 Prinsip Kerja Motor Induksi ......................................................... 9
2.1.4 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Satu Fasa.............................. 10
2.1.5 Pengaturan Kecepatan Menggunakan Frekuensi Inverter ............ 13
2.2. Inverter Push Pull................................................................................... 13
2.3. Rangkaian Gate Driver .......................................................................... 16
2.4. Switching Mode Power Supply (SMPS)................................................ 16
2.5. Modul Mikrokontroller .......................................................................... 18
2.6. Modul WiFi ESP8266-01 ...................................................................... 22
2.7. Internet of Things .................................................................................. 23
2.8. Sensor Arus ACS712 ............................................................................ 24
2.9. Sensor Tegangan ZMPT101B................................................................ 25
2.10 Sensor Suhu DHT22 ............................................................................ 25
2.11 Sensor Infrared FC-51 ......................................................................... 26
2.12 LCD16x02 ........................................................................................... 27
2.13 Modul Relay ........................................................................................ 28
2.14 Website dan Database .......................................................................... 29
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat ................................................................................. 31
3.2 Alat dan Bahan........................................................................................ 31
3.3 Spesifikasi Alat ....................................................................................... 32
3.4 Metode Penelitian.................................................................................... 35
3.4.1 Studi Literatur ............................................................................... 35
v
3.4.2 Perancangan Alat dan Sistem ........................................................ 36
3.4.3 Pengujian Alat dan Sistem ............................................................ 38
3.4.4 Analisa dan Pengujian ................................................................... 38
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Perancangan Prototipe dan Website ............................................. 39
4.1.1 Website dan Database .................................................................. 40
4.1.2 Modul ESP-01 .............................................................................. 41
4.1.3 Modul Mikrokontroller Arduino .................................................. 42
4.1.4 Modul Power Supply ................................................................... 44
4.1.5 Modul Transformator Arus .......................................................... 45
4.1.6 Modul Gate Driver ....................................................................... 46
4.1.7 Modul Inverter ............................................................................. 46
4.1.8 Modul Filter C .............................................................................. 48
4.1.9 Modul ZMPT101B dan ACS712 ................................................. 48
4.1.10 Modul DHT22 dan FC-51 ........................................................... 49
4.1.11 Modul LCD16x02 dan Relay ...................................................... 50
4.2 Analisa Data Hasil Pengujian ............................................................... 50
4.2.1 Hasil Pengujian Komponen / Alat Ukur ...................................... 50
4.2.2 Hasil Pengujian Website dan Database ........................................ 51
4.2.3 Hasil Pengujian Modul ESP-01 ................................................... 55
4.2.4 Hasil Pengujian Modul Mikrokontroller Arduino ....................... 57
4.2.5 Hasil Pengujian Modul Power Supply dan Modul Gate Driver ... 59
4.2.6 Hasil Pengujian Modul Inverter dan Filter C ............................... 61
4.2.7 Hasil Pengujian Modul ZMPT101B dan ACS712 ....................... 62
vi
4.2.8 Hasil Pengujian Modul DHT22 dan FC-51 ................................. 63
4.2.9 Hasil Pengujian Relay dan LCD16x02 ........................................ 65
4.2.10 Hasil Pengujian Prototipe ........................................................... 67
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ............................................................................................ 75
5.2 Saran ...................................................................................................... 76
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
vii
DAFTAR GAMBAR
halaman
Gambar 2.1. Konstruksi Motor Induksi Satu Fasa ............................................ 7
Gambar 2.2. Stator Motor Induksi Satu Fasa ................................................... 8
Gambar 2.3 Rotor Motor Induksi Satu Fasa Sangkar Tupai ............................ 8
Gambar 2.4 Fluks pada Stator ......................................................................... 9
Gambar 2.5 Rangkaian Ekivalen pada Stator .................................................. 10
Gambar 2.6 Rangkaian Ekivalen pada Rotor .................................................. 11
Gambar 2.7 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi ............................................. 12
Gambar 2.8 Grafik Hubungan Torsi dengan Kecepatan Motor ...................... 13
Gambar 2.9 Inverter ......................................................................................... 14
Gambar 2.10 Mosfet IRF540N ......................................................................... 15
Gambar 2.11 Gambar Konfigurasi Pin IC Gate Driver .................................... 16
Gambar 2.12 Rangkaian Switching Mode Power Supply ................................ 17
Gambar 2.13 Rectifier dengan Dioda Bridge dan Tegangan Output ............... 17
Gambar 2.14 Tegangan Output Power Supply ................................................. 18
Gambar 2.15 Arduino Mega 2560 .................................................................... 19
Gambar 2.16 Arduino Nano 328 ...................................................................... 20
Gambar 2.17 PWM Arduino ............................................................................. 21
viii
Gambar 2.18 Sinyal PWM ................................................................................ 21
Gambar 2.19 Modul ESP8266 Tipe 01 ............................................................ 22
Gambar 2.20 Gambaran Sistem IoT pada Kehidupan ...................................... 24
Gambar 2.21 Sensor Arus ACS712 .................................................................. 24
Gambar 2.22 Sensor Tegangan ZMPT101B .................................................... 25
Gambar 2.23 Sensor Suhu DHT22 ................................................................... 26
Gambar 2.24 Sensor Infrared FC-51 ................................................................ 27
Gambar 2.25 Modul LCD16x02 ....................................................................... 27
Gambar 2.26 Modul I2C untuk LCD16x02 ..................................................... 28
Gambar 2.27 Modul Relay atau Switch ........................................................... 28
Gambar 2.28 Prinsip Kerja Sebuah Website .................................................... 30
Gambar 3.1 Flowchart Perancangan Alat dan Sistem ...................................... 36
Gambar 3.2 Diagram Blok Perancangan Alat dan Sistem Keseluruhan .......... 37
Gambar 3.3 Diagram Blok Perancangan Sistem Website ................................ 37
Gambar 4.1 Tampilan 000webhost.com Untuk Membuat Database ................ 40
Gambar 4.2 Skematik ESP-01 .......................................................................... 41
Gambar 4.3 Modul ESP-01 pada PCB ............................................................. 41
Gambar 4.4 Modul Arduino Mega dan Nano ................................................... 42
Gambar 4.5 Modul SMPS ................................................................................ 44
Gambar 4.6 Modul Transformator Arus ........................................................... 45
Gambar 4.7 Realisasi dan Skematik Modul Gate Driver ................................. 46
Gambar 4.8 Skematik dan Realisasi Inverter Satu Fasa ................................... 47
Gambar 4.9 Modul Filter C .............................................................................. 48
Gambar 4.10 Modul ZMPT101B dan ACS712 ................................................ 49
ix
Gambar 4.11 Modul DHT22 dan FC-51 .......................................................... 49
Gambar 4.12 Modul LCD16x02 dan Relay ..................................................... 50
Gambar 4.13 Hasil Pengujian Komponen dan Alat Ukut ................................ 51
Gambar 4.14 Tampilan Dari Website ............................................................... 52
Gambar 4.15 Manipulasi Data di Database MySQL ........................................ 54
Gambar 4.16 Tempat Penyimpanan File Web pada Hosting ........................... 54
Gambar 4.17 Halaman Login Website .............................................................. 55
Gambar 4.18 Pengujian Modul ESP-01 ........................................................... 56
Gambar 4.19 Pengujian Arduino Mega ............................................................ 58
Gambar 4.20 Sinyal PWM Arduino Nano ....................................................... 59
Gambar 4.21 Pengujian Modul SMPS ............................................................. 60
Gambar 4.22 Pengujian Modul Gate Driver ..................................................... 60
Gambar 4.23 Pengujian Switching Inverter ..................................................... 61
Gambar 4.24 Pengujian Modul Filter C ........................................................... 62
Gambar 4.25 Pengujian Modul Relay .............................................................. 66
Gambar 4.26 Pengujian Modul LCD16x02 ...................................................... 67
Gambar 4.27 Blok Sistem Kendali Frekuensi dan Kecepatan........................... 68
Gambar 4.28 Keseluruhan Prototipe dan Skematik Prototipe .......................... 70
Gambar 4.29 Kipas Angin ................................................................................ 71
Gambar 4.30 Gelombang Output Inverter Setiap Frekuensi ............................ 73
Gambar 4.31 Grafik Hubungan Tegangan dengan Kecepatan .......................... 74
x
DAFTAR TABEL
halaman
Tabel 2.1 Spesifikasi IC Gate Driver ................................................................ 16
Tabel 2.2 Spesifikasi Arduino Mega 2560 ........................................................ 19
Tabel 2.3 Spesifikasi Arduino Nano 328 .......................................................... 20
Tabel 4.1 Pengujian Modul ZMPT101B dan ACS712 ..................................... 62
Tabel 4.2 Pengujian Modul DHT22 .................................................................. 64
Tabel 4.3 Pengujian Modul FC-51 .................................................................... 65
Tabel 4.4 Spesifikasi Kipas Angin .................................................................... 70
Tabel 4.5 Hasil Pengukuran Tegangan, Arus dan Kecepatan ........................... 72
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kemajuan teknologi membawa dampak yang signifikan terhadap kehidupan
masyarakat terbukti semakin banyak peralatan rumah tangga dan industri yang
menggunakan hasil pengembangan teknologi berupa penggunaan motor induksi
satu phasa. Menurut B. L. Theraja dan A. K. Theraja dalam buku yang berjudul
“Electrical Technology Volume I: Basic Electrical Engineering”, pengaturan
kecepatan motor induksi memiliki kelemahan dalam pengaturan kecepatan motor.
Pengaturan kecepatan motor dapat dilakukan dengan mengubah jumlah kutub atau
frekuensi motor. Pengaturan dengan mengubah jumlah kutub sulit untuk
dilakukan karena akan merubah konstruksi motor. Pengaturan dengan mengubah
frekuensi sumber pada stator lebih mudah dilakukan karena tidak merubah
konstruksi motor yang sudah jadi[1].
Teknologi pengendali kecepatan motor induksi saat ini masih menggunakan panel
kendali atau remot berkabel. Pengendali kecepatan motor induksi menggunakan
panel kendali atau remot memiliki kelemahan yaitu memerlukan ruang kendali
2
khusus sebagai tempat pengoperasian motor. Jika menggunakan sistem remot
kontrol maka operator tidak dapat terlalu jauh karena adanya kabel remot yang
panjangnya terbatas. Sebagai khazanah teknologi pengendali putaran motor,
timbul suatu ide untuk membuat rancang bangun (prototipe) pengendali kecepatan
dan monitoring motor induksi berbasis IoT (Internet of things) yang dapat diakses
dari manapun dan kapanpun tanpa adanya jarak tertentu.
Aplikasi daripada penilitian ini yaitu bisa diterapkan pada motor induksi 1 fasa
pada kipas angin, dimana jika pemilik rumah lupa untuk mematikan kipas ketika
berpergian ataupun hendak menyalakan kipas maka pemilik rumah pun dapat
mengontrol kipas tersebut dari jarak jauh. Dengan demikian pengaturan kecepatan
motor induksi satu fasa dapat dilakukan dengan mengatur perubahan frekuensi
menggunakan inverter satu fasa.
Berdasarkan penelitian yang sudah dilakukan sebelumnya timbul ide untuk
membuat prototipe pengaturan kecepatan motor induksi satu fasa dengan
perubahan frekuensi menggunakan sistem IoT. Penjelasan diatas melatarbelakangi
penulis untuk melakukan penelitian tugas akhir yang berjudul “Kontrol Kecepatan
dan Monitoring Motor Induksi Satu Fasa Berbasis IoT (Internet of things)”.
3
1.2 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah membuat sebuah alat pengendali kecepatan dan
monitoring motor induksi satu fasa yang diatur menggunakan sistem berbasis IoT
(Internet of things) yang dapat diakses dimanapun melalui perangkat smartphone
ataupun komputer yang terkoneksi dengan jaringan internet sebagai penghubung
antara device yang digunakan dengan prototipe.
1.3 Manfaat Penelitian
Penelitian ini memiliki manfaat sebagai berikut:
1. Sebagai referensi dalam pengembangan aplikasi motor induksi satu fasa
dengan menggunakan teknologi Internet of things.
2. Sebagai penambah wawasan pengetahuan tentang teknologi pengendali motor
induksi satu fasa menggunakan semua perangkat yang terhubung dengan
jaringan internet.
1.4 Rumusan Masalah
Rumusan masalah dalam penelitian adalah sebagai berikut:
1. Bagaimana merancang sistem pengendali pengaturan kecepatan motor
induksi satu fasa berbasis sistem Internet of things.
2. Bagaimana membuat inverter satu fasa untuk mengatur kecepatan motor
induksi satu fasa.
3. Bagaimana menerapkan jaringan internet pada perangkat prototipe sebagai
pengganti kabel penguhubung.
4. Bagaimana membuat sistem internet, tampilan antarmuka, untuk diterapkan
di sebuah alamat website.
4
1.5 Batasan Masalah
Penelitian ini memiliki batasan – batasan masalah sebagai berikut:
1. Motor yang digunakan hanya motor induksi 1 fasa.
2. Hanya membahas bagaimana prinsip kerja dari pengaturan kecepatan putar
motor ac satu fasa menggunakan mikrokontroler arduino.
3. Hanya mengatur kecepatan putar motor ac satu fasa menggunakan
mikrokontroler arduino dengan pengatur frekuensi.
4. Menggunakan metode Pulse Width Modulation (PWM).
1.6 Hipotesis
Prototipe pengaturan kecepatan motor induksi satu fasa dengan perubahan
frekuensi menggunakan sistem IoT (Internet of things) dapat dijadikan referensi
dalam membuat suatu perangkat pengendali motor induksi tanpa kabel sebagai
khazanah ilmu pengetahuan dan dapat meminimalisasi penggunaan ruangan
kendali.
1.7 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan penelitian ini terbagi menjadi beberapa bab sebagai berikut:
I. PENDAHULUAN
Bab ini berisi tentang latar belakang penelitian, tujuan penelitian, manfaat
penelitian, rumusan masalah, batasan masalah, hipotesis, dan sistematika
penulisan laporan penelitian.
II. TINJAUAN PUSTAKA
5
Bab ini berisi tentang penjelasan secara umum tentang teori dasar yang digunakan
sebagai referensi dalam penelitian.
III. METODE PENELITIAN
Bab ini berisi tentang tahapan penelitian yang meliputi waktu, tempat, alat, bahan,
spesifikasi alat, dan metode penelitian.
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini berisi tentang hasil dan pengolahan data serta analisa hasil penelitian.
V. KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi tentang kesimpulan dari penelitian dan saran untuk referensi dalam
melanjutkan penelitian.
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Motor Induksi Satu Fasa
2.1.1 Motor Induksi
Motor induksi termasuk dalam jenis motor asinkron. Motor ini bekerja
berdasarkan induksi medan magnet yang terjadi pada stator ke rotor. Arus yang
timbul pada rotor bukan diperoleh dari sumber, tetapi akibat perbedaan relatif
antara putaran rotor dengan medan putar (rotating magnetic field). Berdasarkan
penjelasan tersebut motor ini disebut sebagai motor induksi. Berikut ini adalah
kelebihan dan kekurangan dari motor induksi[2]:
Kelebihan:
1. Konstruksi motor yang sederhana dan kokoh.
2. Harga yang murah dan handal.
3. Efisiensi yang cukup tinggi. Tidak ada brushes (sikat) maka rugi – rugi
gesek berkurang dan faktor daya cukup baik.
4. Estimasi biaya perawatan yang rendah.
5. Pengaturan starting motor yang sederhana.
7
Kekurangan:
1. Kecepatan tidak dapat divariasikan tanpa mengabaikan beberapa efisiensi.
2. Kecepatan mengalami penurunan seiring penambahan beban.
3. Torsi starting lebih rendah dari jenis motor dc shunt.
2.1.2 Konstruksi Motor Induksi Satu fasa
Motor induksi satu fasa terdiri dari dua bagian yaitu stator dan rotor seperti jenis
motor lainnya. Stator stasioner luar memiliki kumparan yang dipasok dengan arus
AC untuk menghasilkan medan magnet yang berputar. Rotor bagian dalam
terpasang pada poros keluaran yang diberi torsi oleh medan putar.. Berikut ini
adalah gambar konstruksi motor induksi[3]:
Gambar 2.1. Konstruksi Motor Induksi Satu Fasa[3].
1. Stator
Stator motor induksi adalah inti besi berlapis dengan slot mirip dengan stator
motor sinkron. Gulungan ditempatkan dalam slot untuk membentuk belitan fase
tiga atau tunggal yang akan disuplai oleh sumber tegangan bolak-balik (ac) satu
fasa. Belitan ini yang akan menentukan jumlah kutub pada stator. Penentuan
jumlah kutub berpengaruh pada kecepatan sinkron motor induksi satu fasa.
Berikut ini adalah gambar bagian stator motor induksi satu fasa:
8
Gambar 2.2. Stator Motor Induksi Satu Fasa[3].
2. Rotor
Rotor sangkar tupai (squirrel cage rotor) memiliki konstruksi yang sederhana dan
kokoh. Dalam rotor sangkar tupai, belitan rotor terdiri dari batang tembaga atau
aluminium tunggal yang ditempatkan dalam slot dan dishortkan oleh cincin akhir
di kedua sisi rotor. Sebagian besar motor induksi satu fasa memiliki rotor
Squirrel-Cage. Satu atau 2 kipas terpasang pada poros di sisi rotor untuk
mendinginkan sirkuit. Berikut ini adalah gambar konstruksi motor induksi satu
fasa rotor sangkar tupai:
Gambar 2.3. Rotor Motor Induksi Satu Fasa Sangkar Tupai[3].
9
2.1.3 Prinsip Kerja Motor Induksi
Sebuah motor induksi 1 fasa ketika disuplai oleh tegangan AC 1 fasa yang masuk
pada bagian stator winding dari motor, maka arus pun mengalir di bagian tersebut.
Fluks dapat dihasilkan oleh tegangan AC pada stator winding tersebut sebagai fluks
utama. Karena inilah maka fluks medan magnet dapat dihasilkan di stator.
Gambar 2.4 Fluks pada Stator[3].
Ketika bagian rotor sudah diputar sedikit, dikatakan bahwa konduktor di rotor akan
bergerak melewati stator winding. Rotor bergerak relatif terhadap fluks pada stator
winding, oleh karena itu muncul tegangan ggl (gaya gerak listrik) pada konduktor
rotor sesuai dengan hukum faraday. Ketika motor terhubung dengan beban maka
arus mengalir di rotor disebut dengan arus rotor. Ingat bahwa arus rotor
menghasilkan juga fluks rotor. Interaksi antara kedua fluks di stator dan rotor inilah
yang dapat menyebabkan motor dapat berputar.
10
Pada motor induksi terdapat slip yang disebabkan oleh perbedaan medan putar
stator dan medan putar rotor dapat dirumuskan sebagai berikut :
%slip 100ns n
xns
...................................................................................................(2.2)
Dimana :
n = Kecepatan motor (rpm)[4]
2.1.4 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi Satu fasa
Motor induksi identik dengan sebuah transformator, sehingga rangkaian ekivalen
motor induksi sama dengan rangkaian ekivalen pada transformator. Perbedaan
antara rangkaian ekivalen motor induksi dengan transformator terletak pada
bagian rotor yang dihubung singkat dan dapat berputar akibat induksi magnetik.
Gambar rangkaian ekivalen pada sisi stator ditunjukkan pada gambar 2.5.
Gambar 2.5 Rangkaian Ekivalen Pada Stator.[5]
11
Nilai tegangan induksi stator yang dihasilkan berdasarkan gambar diatas adalah
pada persamaan 2.3.E1=V-I1(R1+jX1) .........................................................................................(2.3)
Dimana:
V : tegangan sumber (V)
N1: kumparan stator
E1: tegangan induksi stator (V)
I1: arus stator (A)
R1: tahanan stator (Ohm)
X1: reaktansi stator (Ohm)
Im: arus penguatan (A)
Rm: tahanan inti (Ohm)
Xm: reaktansi inti (Ohm)
Gambar rangkaian ekivalen pada rotor ditunjukkan pada gambar 2.7.
Gambar 2.6 Rangkaian Ekivalen Pada Rotor[5]
12
Gambar 2.7 menunujukkan rotor dalam kondisi rangkaian tertutup (close loop)
sehingga akan menimbulkan arus rotor. Nilai arus pada rotor pada persamaan
sebagai berikut:
2
2 2
Ir=1
1
E
R jXs
........................................................................................... (2.4)
Dimana :
E2 : tegangan induksi rotor (V)
Ir : arus rotor (A)
R2 : tahanan rotor (Ohm)
X2 : reaktansi rotor (Ohm)
Kedua rangkaian ekivalen stator dan rotor dapat digabungkan menjadi satu
rangkaian ekivalen motor induksi satu fasa. Gambar rangkaian ekivalen motor
induksi satu fasa ditunjukkan pada 2.8.
Gambar 2.7 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi.[5]
13
2.1.5 Pengaturan Kecepatan Menggunakan Frekuensi Inverter
Nilai frekuensi inverter berbanding lurus dengan nilai kecepatan sinkron, ini
membuktikan ketika nilai frekuensi bertambah maka kecepatan motor akan ikut
bertambah. Nilai torsi berbanding terbalik dengan kecepatan motor, sehingga
semakin besar kecepatan motor maka semakin kecil nilai torsi. Peristiwa ini terjadi
disebabkan nilai frekuensi berbanding lurus dengan nilai kecepatan motor dan
berbanding terbalik dengan nilai torsi. Grafik hubungan antara kecepatan motor
dengan torsi ditunjukkan pada gambar berikut[3]:
Gambar 2.8 Grafik Hubungan Torsi dengan Kecepatan Motor[3].
2.2 Inverter Push Pull
Inverter adalah suatu rangkaian elektronika daya yang memiliki fungsi untuk
mengubah sumber arus dc menjadi sumber arus ac. Inverter terdiri dari komponen
semikonduktor mosfet atau IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) yang
berfungsi sebagai pensaklaran. Berdasarkan tegangan yang dihasilkan, inverter
dibagi menjadi inverter satu fasa dan inverter tiga fasa. Terdapat beberapa jenis
topologi pada inverter diantaranya push-pull, full bridge, half bridge, dll. Pada
topologi push-pull, inverter membutuhkan bantuan transformator arus untuk
mengubah tegangan DC menjadi AC dengan cara memanfaatkan Center Tapped
pada transformator, sehingga tegangan hanya melewati satu sisi secara bergantian
pada trafo tergantung pensaklaran pada mosfet.
14
Berikut ini adalah gambar rangkaian inverter satu fasa dengan topologi push pull:
Simpel Inverter Push-Pull Auto-Switching Diterapkan pada Inverter
Gambar 2.9 Inverter[4].
Inverter satu fasa dapat digunakan sebagai alat pengatur kecepatan motor induksi
satu fasa. Dengan menggunakan prinsip pensaklaran pada inverter satu fasa,
frekuensi motor induksi satu fasa dapat diubah–ubah untuk menghasilkan
kecepatan yang diinginkan. Transformator CT atau transformator arus termasuk
jenis transformator step-down.
Mosfet memiliki efesiensi yang lebih baik daripada BJT. Mosfet memiliki lebih
sedikit resistansi internal yang berarti dapat menghasilkan sedikit panas yang
dilewati arus. BJT sebagian besar tidak dapat dinyalakan oleh IC atau
mikrokontroller secara langsung karena kemampuan arus yang terbatas dari
mikrokontroller. Jika BJT tidak dapat bias dengan maksimal di terminal base maka
mendapatkan sedikit daya pada outputnya, meskipun transformator dan supply
lainnya dapat memberika daya yang cukup. Mosfet yang dapat mengatasi hal
tersebut disarankan IRF540N, sebenarnya bisa mosfet jenis N-channel apapun.
Mosfet IRF540 dapat melewatkan arus maksimum 33A dengan batas suhu
maksimum sesuai datasheet. Sebagai perhitungan kasar, mosfet ini dapat
menghasilkan:
15
(Tegangan suplai) 12VDC x 33A = 396 Watt
Mosfet dapat menghantarkan 396 Watt dengan satu buah mosfet. Jika ingin hasil
daya yang lebih besar dapat dilakukan dengan cara menghubungkan dua mosfet
secara paralel untuk menggandakan daya output asalkan tegangan supply dan
transformator dapat memenuhi kebutuhan.
Gambar 2.10 Mosfet IRF540N
Tegangan keluaran dari arduino dinyatakan dengan besaran:
2Out On
In On Off
V T T
V T T
........................................................................................ (2.7)
Untuk menentukan frekuensi keluaran dari inverter, maka setiap mosfet akan
bekerja secara bergantian. Setiap satu kali mosfet bekerja yaitu dengan siklus satu
kali menyala dan satu kali mati maka siklus ini disebut satu periode. Maka
didapatkan rumus perhitungan seperti berikut :
1 1
On Off
fT T T
.................................................................................................. (2.8)
Sehingga setiap waktu untuk mosfet menyala dan mati adalah :
/ 2On Off
TMosfet .............................................................................................. (2.9)
16
2.3 Rangkaian Gate driver
Rangkaian gate driver adalah rangkaian yang berfungsi sebagai pemicu kaki gate
pada mosfet sehingga mosfet dapat berfungsi sebagai saklar semikonduktor.
Transistor yang digunakan sebagai gate driver adalah BC548. Transistor ini
merupakan jenis amplifier transistor NPN silicon. Dalam satu transistor ini dapat
menjadi driver untuk empat mosfet. Transistor ini berfungsi sebagai pembangkit
PWM kontrol dan menguatkan tegangan pada arduino dari 5 Volt menjadi 12 Volt.
Berikut ini adalah gambar konfigurasi pin transistor BC548[5]:
Gambar 2.11 Gambar dan Konfigurasi Pin IC Gate driver[5].
Berikut ini adalah tabel spesifikasi transistor gate driver:
Tabel 2.1. Spesifikasi IC Gate driver[5].
2.4 Switching Mode Power supply (SMPS)
Power supply adalah rangkaian elektronika daya yang menghasilkan tegangan
ouput dc fixed atau variabel. Rangkaian ini terdiri dari beberapa komponen, yaitu
transformator, penyearah gelombang (rectifier), filter, dan regulator tegangan.
Rangkaian ini berfungsi untuk memberi supply tegangan dc ke perangkat keras
yang membutuhkan tegangan dc. Regulator Swithing adalah rangkaian elektronik
Vin 6 VDCIo +/- 1 ampereVout 30 VDC MaxDissipation 1.5 WattTemperature -55 sampai 150 C
17
yang digunakan untuk menstabilkan tegangan keluaran seperti karena tegangan
yang keluar tidak optimal. Berikut ini adalah gambar rangkaian SMPS:
Gambar 2.12 Rangkaian Switching Mode Power supply[1].
Pada rangkaian catu daya terdapat transformator step down yang berfungsi
menurunkan tegangan sumber dari PLN (AC 220 volt) menjadi tegangan output
yang diiginkan. Berikut ini adalah gambar output dari rangkaian catu daya:
Gambar 2.13 Rectifier dengan Dioda Bridge dan Tegangan Output[1].
Power supply tanpa filter menghasilkan gelombang dc yang masih memiliki ripple.
Oleh karena perlu digunakan filter untuk menghasilkan gelombang dc yang lebih
18
halus. Berikut ini adalah gelombang dc output dengan menggunakan filter
kapasitor:
Tanpa Filter Dengan Filter
Gambar 2.14 Tegangan Output Power supply[1].
Lalu garis kerja yang lain terdapat konverter yaitu merubah tegangan dc menjadi
tegangan keluaran yang sesuai dengan kebutuhan. Regulasi agar tegangan keluaran
stabil terhadap tegangan masukan dan perubahan beban. Isolasi yang bertujuan
untuk mengisolasi bagian sekunder dari bagian primer agar chasis tidak timbul
sengatan listrik dan protikesi berfungsi melindungi peralatan dari tegangan
keluaran yang over dan terhindar dari kerusakan jika terjadi suatu kesalahan.
2.5 Modul Mikrokontroller
Arduino merupakan suatu modul mikrokontroller yang sangat populer saat ini,
terdapat beberapa macam arduino sesuai kebutuhan. Pada penelitian ini,
menggunakan 2 Arduino yaitu Arduino Mega dan Arduino Nano. Arduino Mega
merupakan salah satu papan mikrokontroler berdasarkan Atmega 2560. Arduino
MEGA memiliki 54 pin digital keluaran / masukan yang mana 15 diantaranya
dapat digunakan sebagai PWM, 16 masukan, dan osilator Kristal 16 MHz. Arduino
MEGA menggunakan kabel koneksi USB, sebuah power jack, ICSP header, serta
tombol reset.
Berikut adalah gambar arduino mega 2560[6]:
19
Gambar 2.15 Arduino mega 2560[6].
Berikut adalah spesifikasi dari Arduino mega 2560:
Tabel 2.2. Spesifikasi Arduino mega 2560[6].
A
r
d
u
i
n
o
Nano sama seperti arduino mega yaitu modul mikrokontroller tetapi dengan ukuran
kecil dan cukup untuk membangkitkan sinyal PWM pada penelitian ini. Arduino
nano menggunakan chip ATmega328. Arduino nano tidak ada port barrel jack DC
tetapi port USB mini-B.
Dibawah ini gambar dari Aduino Nano.
Mikrokontroler ATmega 2560
Tegangan kerja 5VTegangan input (disarankan) 7 – 12VTegangan input (batas) 6 – 20VPin I/O digital 54 pin (15 pin output PWM)Pin input analog 16 pinArus DC setiap pin I/O 20 mAArus DC untuk pin 3.3V 50 mAMemori flash 256 KB yang 8 KB bootloaderSRAM 8 KBEEPROM 4 KBKecepatan clock 16 MHzPanjang 101.52 mmLebar 53.3 mmBerat 37 g
20
Gambar 2.16 Arduino nano328.
Berikut adalah spesifikasi dari Arduino mega 2560:
Tabel 2.3. Spesifikasi Arduino nano328.
Mikrokontroler Atmel ATmega328Tegangan Operasi 5VInput Voltage (disarankan) 7-12VInput Voltage (limit) 6-20VPin Digital I/O 14 (6 pin digunakan sebagai output PWM)Pins Input Analog 8Arus DC per pin I/O 40 mAFlash Memory 32KB (ATmega328) 2KB BootloaderSRAM 2 KB (ATmega328)EEPROM 1KB (ATmega328)Clock Speed 16 MHzUkuran 1.85cm x 4.3cm
Teknik PWM dilakukan dengan mengontrol gelombang digital menjadi ON/OFF
secara bergantian dalam satu periode gelombang. Perbandingan waktu antara saat
gelombang ON dengan waktu gelombang dalam satu periode disebut dengan duty
cycle. Rumus untuk menghitung siklus kerja atau duty cycle dapat ditunjukkan
seperti persamaan di bawah ini.
( )On
On Off
TDutyCycle
T T
................................................................................. (2.10)
Berikut adalah ilustrasi dari PWM dari arduino
21
Gambar 2.17 PWM Arduino
Duty cycle dapat diubah-ubah pada tiap gelombang. Syntax analogWrite(0) akan
menghasilkan duty cycle 0%, sementara analogWrite(255) akan menghasilkan duty
cycle 100%. Rentang PWM 0 hingga 255 akan menghasilkan duty cycle dari 0%
hingga 100%. Adapun rentang 0 hingga 255 ini adalah PWM pada Arduino yang
hanya memiliki resolusi 8-bit saja (8 bit = 2 dipangkatkan 8 = 256).
Gambar 2.18 Sinyal PWM
Frekuensi sinyal PWM menentukan seberapa cepat PWM menyelesaikan satu
periode. Satu Periode adalah waktu ON dan OFF penuh dari sinyal PWM seperti
yang ditunjukkan pada gambar di atas dengan rumus perhitungan yang ditunjukkan
pada 2.7. Biasanya sinyal PWM yang dihasilkan oleh mikrokontroler akan sekitar
500 Hz, frekuensi tinggi tersebut akan digunakan dalam perangkat switching yang
berkecepatan tinggi seperti inverter atau konverter.[6]
22
2.6 Modul Wifi ESP8266-01
Modul ESP8266 merupakan platform yang sangat murah tetapi benar-benar efektif
untuk digunakan berkomunikasi atau kontrol melalui internet baik digunakan
secara standalone (berdiri sendiri) maupun dengan menggunakan mikrokontroler
tambahan dalam hal ini Arduino sebagai pengendalinya untuk mengontrol
perangkat elektronika melalui internet dimanapun dan kapanpun. Dan hal ini sering
disebut dengan istilah Internet of things (IoT).
Di pasaran ada beberapa tipe dari keluarga ESP8266 yang beredar, tetapi yang
paling banyak dan mudah dicari di Indonesia yaitu tipe ESP-01, ESP-07, dan ESP-
12. Untuk secara fungsi hampir sama tetapi perbedaannya terletak pada pin GPIO
(General Purpose Input Output) pada masing – masing tipe.
Modul ini tergolong StandAlone atau System on Chip yang tidak selalu
membutuhkan mikrokontroler untuk mengontrol Input Ouput yang biasa dilakukan
pada Arduino disebabkan ESP-01 dapat bertindak sebagai mini komputer, tetapi
dengan kondisi jumlah GPIO yang terbatas. Berikut adalah gambar dari modul Wifi
ESP8266 tipe ESP-01[7]:
Gambar 2.19 Modul ESP8266 Tipe 01[7]
23
2.7 Internet of things
Perkembangan internet sudah sangat membantu kehidupan masyarakat yang mana
pengguna layanan internet dapat mengakses berbagai informasi baik berupa
informasi gambar, berita, video, audio, maupun file. Adanya internet juga
memberikan kemudahan dalam berinteraksi dan berkomunikasi jarak jauh antar
penggunanya. Perkembangan internet sendiri sudah cukup pesat mengingat sudah
banyak perangkat keras maupun perangkat lunak yang memicu adanya
perkembangan teknologi dengan memanfaatkan jaringan internet.
Internet of things merupakan salah satu bentuk teknologi masa kini dari
perkembangan jaringan internet. Internet of things dapat digambarkan sebagai
koneksi dari perangkat pintar, komputer pribadi, sensor, aktuator maupun
perangkat lain yang terhubung melalui jaringan internet sehingga dapat
meghasilkan informasi yang dapat diakses dan digunakan oleh masyrakat umum
maupun sistem lainnya[8].
Teknologi ini melakukan interaksi dari embedded computing devices melalui
bantuan jaringan internet. Bentuk daripada perangkat ini sendiri berupa
mikrokontroler seperti Arduino, Intel MCS-96, maupun Atmel 8051.
Mikrokontroler berbeda dengan mikroprosessor, dimana mikrokontroler mampun
melakukan pembacaan memori internal seperti EEPROM. Peralatan yang
menggunakan embedded system dapat dijumpai pada kehidupan sehari hari seperti
pencetak tiket otomatis, kontrol AC, mesin cuci maupun microwave. Selain itu
bentuk nyata adanya penerapan teknologi Internet of things dapat dilihat dari
pengendalian suatu peralatan maupun sensor dari jarak jauh. Pengendalian dari
24
jarak jauh dapat membantu dalam memonitoring suatu pergerakan maupun kondisi
dari suatu objek dan tempat. Jaringan internet yang sudah menjangkau sampai ke
pelosok negeri dengan penerapan daripada teknologi Internet of things sudah
meramba sampai bidang kehidupan manusia seperti pada bidang ekonomi,
pertambangna, perkebunan maupun kesehatan[8].
Gambar 2.20 Gambaran Sistem IoT pada Kehidupan[8]
2.8 Sensor Arus ACS712
Fungsi Transfer dapat didefinisikan sebagai persamaan matematika yang
memberikan informasi korelasi antara keluaran dengan masukan dalam suatu
sistem. Dalam sistem elektronika, masukan dapat berupa Sensor atau perintah
langsung dari pengguna. Sedangkan keluaran dapat berupa aktuator atau tampilan
atau informasi lainnya.Untuk kasus Sensor ACS712 ini, fungsi transfer adalah
korelasi antara nilai besaran fisis yang terukur oleh Sensor terhadap nilai ADC
(Analog to Digital Converter) yang membacanya [9].
Gambar 2.21 Sensor Arus ACS712[9]
25
2.9 Sensor Tegangan ZMPT101B
Sensor tegangan AC ZMPT101B merupakan module yang digunakan untuk
mengukur tegangan bolak balik 1 phasa. Sensor ini dirancang dengan
menggunakan transformator sehingga hanya dapat digunakan dalam membaca
tegangan AC.
Gambar 2.22 Sensor tegangan AC ZMPT101B[10].
Sensor tegangan ini berkisar antara 110 V- 250 V, sangat cocok dalam penggunaan
Arduino maupun AVR. Sensor ini akan terhubung langsung dengan tegangan PLN
yakni 220 V. sensorini berukuran 50x19 mm dengan nilai arus masukan maksimal
2 mA.
Pengecekan sensor tegangan ini membutuhkan multitester digital, adaptor 5Vdc
dan juga tegangan AC. Dalam mengakses sensor tegangan menggunakan Arduino
membutuhkan modul Arduino, komputer, software IDE Arduino, sensor tegangan,
resistor 220 ohm, lampu LED dan juga kabel jumper. Sumber pengujian dapat
langsung dari tegangan PLN 220 V atau dapat diuji dengan kode
pemrograman[10].
2.10 Sensor Suhu DHT22
DHT-22 atau AM2302 adalah sensor suhu dan kelembaban, sensor ini memiliki
keluaran berupa sinyal digital dengan konversi dan perhitungan dilakukan oleh
26
MCU 8-bit terpadu. Sensor ini memiliki kalibrasi akurat dengan kompensasi suhu
ruang penyesuaian dengan nilai koefisien tersimpan dalam memori OTP terpadu.
Sensor DHT22 memiliki rentang pengukuran suhu dan kelembaban yang luas,
DHT22 mampu mentransmisikan sinyal keluaran melewati kabel hingga 20 meter
sehingga sesuai untuk ditempatkan di mana saja, tapi jika kabel yang panjang di
atas 2 meter harus ditambahkan buffer capacitor 0,33μF antara pin#1 (VCC)
dengan pin#4 (GND)[11].
Gambar 2.23 Sensor Suhu DHT22[11]
Spesifikasi Teknis DHT22 / AM-2302:
a. Catu daya: 3,3 - 6 Volt DC (tipikal 5 VDC)
b. Elemen pendeteksi: kapasitor polimer (polymer capacitor)
c. Jenis sensor: kapasitif (capacitive sensing)
d. Rentang deteksi kelembapan : 0-100% RH (akurasi ±2% RH)
e. Rentang deteksi suhu : -40° - +80° Celcius (akurasi ±0,5°C)
f. Resolusi sensitivitas : 0,1%RH; 0,1°C
g. Histeresis kelembaban: ±0,3% RH
2.11 Sensor Infrared FC-51
27
Sensor infrared FC-51 merupakan sebuah sensor untuk menentukan adanya sebuah
objek atau penghalang didepan sensor atau tidak. Sensor ini mempunyai dua lampu
LED. LED berwarna putih sebagai pengirim sinyal infrared dan LED berwarna hitam
sebagai penerima sinyal infrared. Prinsip kerja dari sensor ini adalah ketika sinyal
infrared yang dikirim dari LED putih lalu dipantulkan oleh sebuah objek didepannya
lalu sinyal infrared diterima oleh LED hitam. Satu modul sensor sudah dilengkapi
dengan indikator tegangan berwarna merah dan indikator sinyal berwarna hijau ketika
ada objek penghalang. Jarak deteksi dapat diatur dari resistor variabel dengan jarak dari
2 cm hingga 30 cm dengan kemiringan sudut 35 derajat. Sensor bekerja dengan
tegangan 3-5 VDC dengan keluaran sinyal 1 dan 0. Dibawah ini gambar dari sensor
infrared FC-51.[12]
Gambar 2.24 Sensor Infrared FC-51
2.12 LCD16x02
Modul LCD atau Liquid Crystal Display merupakan suatu media untuk menampilkan
atau sebagai indikator yang didalamnya menggunakan kristal cair sebagai penampil
utama. LCD ini berjenis dot matrik dengan jumlah karakter yang dapat ditampilkan 16
buah pada baris pertama dan kedua. LCD sangat berfungsi sebagai penampil yang
nantinya digunakan untuk menampilkan status kerja alat. Didalam LCD sudah
tersimpan 192 karakter dan LCD dapat dialamati dengan mode 4 bit dan 8 bit juga
dilengkapi dengan back light. Berikut ini adalah gambar dari LCD16x02.[13]
28
Gambar 2.25 Modul LCD16x02
Untuk menghidupkan LCD16x02 ini dibutuhkan banyak pin inputan dan rangkaian
tambahan, oleh karena itu dibutuhkan modul I2C sebagai penghemat untuk pin inputan
yang nantinya ketika dihubungkan ke arduino hanya tersisa 4 pin inputan yaitu pin
VCC, GND, SDA, dan SCL. Berikut adalah gambar dari modul I2C.[13]
Gambar 2.26 Modul I2C untuk LCD16x02
2.13 Modul Relay
Modul relay adalah sebuah modul yang secara ringkas sebagai relay atau penghubung
dan pemutus jalur rangkaian yang dapat dioperasikan secara elektrik dengan bantuan
mikrokontroller seperti arduino, nodeMCU, dll. Relay atau switch terdiri dari 2 bagian
yaitu elektromagnet (coil) dan mekanikal (seperangkat kontak switch). Prinsip kerja
dari switch menggunakan prinsip elektromagnetik untuk menggerakan kontak saklar
sehingga dengan arus yang kecil dapat menghantarkan listrik bertegangan tinggi
sebagai contoh dengan relay yang menggunakan tegangan kerja 5V dan 5mA mampu
menggerakan armature relay untuk menghantarkan listrik 220V 2A. Berikut adalah
bentuk fisik dari modul relay.[13]
29
Gambar 2.27 Modul Relay atau Switch
2.14 Website dan Database
Untuk membangun sebuah laman website maka diperlukan pengetahuan tentang dunia
web. Bagi orang awam istilah seperti website dan database mungkin diartikan sama
tetapi hal tersebut sama sekali berbeda. Database adalah kumpulan data seperti tabel,
query, laporan untuk memberikan proses informasi pada halaman website. Pada
dasarnya database adalah kumpulan data yang disimpan secara sistematis di dalam
komputer yang dapat diolah menggunakan software untuk menghasilkan informasi.
Proses menginput dan mengambil data ke dan dari media penyimpanan data
memerlukan software yang disebut dengan sistem manajemen basis data atau database
management system (DBMS) seperti MySQL, MariaDB, dll. Untuk mempermudah
menggunakan DBMS maka digunakan PHPMyAdmin sehingga pengguna tidak perlu
mengetikan sebuah baris kode yang kompleks dan rumit. Sebuah database disimpan
didalam sebuah perangkat keras bernama server yang mempunyai hak atas layanan
penyimpanan internet atau penyedia database biasanya disebut dengan hosting. Hosting
merupakan rumah atau lapak untuk meletakan file aplikasi web itu sendiri dan data
pendukung informasi yang ingin kita sajikan dalam bentuk website misalnya gambar,
tulisan dan video. Terdapat banyak perusahaan penyedia hosting berbayar untuk orang
yang ingin membuat sebuah website seperti Hostinger, Niagarahoster, dll meskipun
demikian ada juga penyedia yang memberikan hosting secara gratis dengan jangka
waktu tertentu sebagai percobaan seperti 000webhostapp.com. Didalam hosting inilah
30
seseorang dapat menempatkan sebuah file untuk membangun sebuah website seperti
file yang harus ada di setiap website yaitu index.php. Sebuah atau kumpulan file inilah
yang nantinya di upload ke hosting kita sebagai file website kita meliputi GUI (Guest
User Interface) yang termasuk di dalam file index.php, file penghubung ke sistem
database, dll. Pada saat user membuka sebuah website maka saat itu komputer user atau
client melakukan request ke komputer server dengan alamat yang dituju lalu dapat
memanipulasi data didalam database sesuai request dari pengguna lalu komputer server
mengirimkan kembali data yang diminta oleh user ke komputer user atau client. Berikut
adalah gambar prinsip kerja sebuah website.[14]
Gambar 2.28 Prinsip Kerja Sebuah Website
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat
Penelitian tugas akhir dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Elektrik,
Laboratorium Terpadu Teknik Elektro, Jurusan Teknik Elektro Universitas
Lampung. Penelitian dimulai pada bulan Juni 2019 sampai dengan Januari 2020.
3.2 Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan pada penelitian ini dibagi menjadi perangkat keras
(hardware) dan perangkat lunak (software) sebagai berikut:
Perangkat keras yang digunakan, yaitu:
1. Switching Mode Power supply (SMPS)
2. Rangkaian inverter
3. Rangkaian gate driver mosfet
4. Motor induksi satu fasa
5. Transformator arus
6. Arduino Mega 2560
7. Arduino Nano
32
8. Modul ESP-01
9. Laptop
10. Osiloskop digital
11. Sensor Suhu DHT22
12. Sensor Tegangan ZMPT101B
13. Sensor Arus ACS712
14. Sensor Infrared FC-51
15. Modul Relay
16. LCD 16x02
Perangkat lunak yang digunakan, yaitu:
1. Eagle
2. Visual Studio Code
3. Database dari Hosting
4. PHPMyAdmin
5. Arduino IDE
6. Web Browser
3.3 Spesifikasi Alat
Spesifikasi alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
Spesifikasi perangkat keras yang digunakan:
1. Menggunakan SMPS dengan output 12 volt untuk mensuplai tegangan ke
arduino, inverter satu fasa, gate driver dan transformator arus.
2. Menggunakan rangkaian inverter satu fasa untuk merubah arus dc menjadi
arus ac dengan pensaklaran dari transformator arus.
33
3. Menggunakan rangkaian gate driver dengan BC548 sebanyak dua buah untuk
memberi sudut penyalaan pada gate mosfet agar mosfet dapat berfungsi
sebagai saklar elektronik.
4. Menggunakan motor induksi satu fasa dengan daya watt yang kecil yaitu
kipas angin sebagai objek yang akan dikendalikan oleh alat penelitian ini.
5. Menggunakan Transformator arus untuk mengubah tegangan dc ke ac dan
menaikkan tegangan output ke 220VAC.
6. Menggunakan arduino mega 2560 untuk mengolah perintah berupa data
informasi dari sensor dan modul ESP-01.
7. Menggunakan Arduino nano untuk memberi trigger PWM ke modul gate
driver.
8. Menggunakan modul ESP-01 yang berfungsi untuk menghubungkan prototipe ke
jaringan internet melalui koneksi WiFi.
9. Menggunakan laptop untuk merancang alat, sistem keseluruhan, mengerjakan
laporan penelitian serta menjadi tempat uji coba mengakses website untuk
mengontrol alat dari jarak jauh.
10. Menggunakan osiloskop untuk melihat bentuk dari gelombang pada
prototipe.
11. Menggunakan sensor suhu DHT22 untuk mengetahui suhu dan kelembaban
di sekitar motor induksi yang nantinya menjadi umpan balik kepada arduino.
12. Menggunakan sensor tegangan ZMPT101B untuk mengetahui seberapa besar
tegangan yang masuk kedalam motor sebagai acuan pengendalian motor.
13. Menggunakan sensor arus ACS712 untuk mengetahui seberapa besar arus
yang melewati motor sebagai acuan pengendalian motor.
34
14. Menggunakan sensor infrared FC-51 untuk mengukur kecepatan putaran
RPM motor induksi satu fasa.
15. Menggunakan modul Relay untuk menghubungkan dan membuka jalur
sirkuit dari power supply ke trafo arus secara elektrik.
16. Menggunakan LCD 16x02 untuk menampilkan kondisi prototipe seperti
berapa tegangan dan arus yang masuk ke motor.
Spesifikasi perangkat lunak yang digunakan:
1. Menggunakan Eagle untuk membuat gambar rangkaian pada laporan
penelitian dan mencetak jalur pada PCB.
2. Menggunakan Visual Studio Code untuk membuat coding pada website.
3. Menggunakan Database yang di dapat dari Hosting gratis sebagai penyimpan
data pada internet.
4. Menggunakan PHPMyAdmin sebagai software untuk menangani administrasi
MySQL.
5. Menggunakan software arduino IDE untuk memprogram arduino.
6. Menggunakan Web Browser untuk melihat tampilan antar muka dan
mengontrol prototipe melalui internet baik di laptop ataupun HP.
35
3.4 Metode Penelitian
Pembuatan tugas akhir ini dibagi menjadi beberapa tahapan yang dijelaskan sebagai
berikut:
3.4.1 Studi Literatur
Pada tahapan studi literatur dilakukan pengumpulan referensi terkait berupa buku
atau jurnal penelitian sebelumnya sebagai pedoman dalam pelaksanaan penelitian.
Tahapan ini bertujuan untuk memahami dan mengerti tentang penelitian yang akan
dilakukan. Berikut ini adalah daftar referensi yang digunakan dalam penelitian ini:
1. Motor induksi satu fasa.
Referensi:
a. Electrical Technology Volume I: Basic Electrical Engineering karya B. L.Theraja dan A. K. Theraja.
b. Penggunaan dan Pengaturan Motor Listrik karya Radita Arindya.
2. Inverter satu fasa. Referensi:
a. Power Electronics karya Daniel W. Hart.b. Tobing. Bonggas L, Peralatan Tegangan Tinggi, Jakarta: Gramedia
Pustaka Utama,2003.
3. Penggunaan ESP-01 sebagai koneksi ke internet. Referensi:
a. Website resmi arduino. https://www.arduino.cc/
4. Pemrograman website, database, visual studio code. Referensi:
a. Vision and Challenges for Realizing the Internet of things, European Union2010, ISBN 9789279150883.
36
3.4.2 Perancangan Alat dan Sistem
Pada tahapan alat dan sistem dilakukan suatu perancangan alat secara keseluruhan
membentuk suatu sistem pengendali kecepatan motor induksi satu fasa berbasis
IoT. Tahapan perancangan alat dan sistem ini digambarkan dalam diagram alir
perancangan alat sebagai berikut:
Gambar 3.1. Flowchart Perancangan Alat Dan Sistem
37
Berikut ini adalah penjelasan tentang perancangan dari perangkat keras dan
perangkat lunak dalam penelitian ini:
a. Perancangan Perangkat Keras
Diagram blok perancangan perangkat keras ini terlihat pada gambar berikut:
Gambar 3.2. Diagram Blok Perancangan Alat dan Sistem Keseluruhan
b. Perancangan Sistem Website
Diagram blok perancangan sistem website terlihat pada berikut ini:
Gambar 3.3. Diagram Blok Perancangan Sistem Website
38
3.4.3 Pengujian Alat dan Sistem
Pengujian alat dan sistem dilakukan untuk mengetahui tingkat keberhasilan alat
yang dibuat pada penelitian ini. Pengujian dilakukan secara bertahap dari
pengujian komponen/ alat, pengujian setiap alat, dan pengujian sistem
keseluruhan. Berikut ini adalah penjelasan dari tahapan pengujian yang dilakukan:
1. Pengujian Komponen/ Alat Ukur
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui komponen atau alat pendukung
yang akan digunakan dapat berfungsi dengan baik. Pengujian komponen
dapat dilakukan dengan menggunakan alat ukur seperti multimeter dan
osiloskop. Sementara pengujian alat pendukung seperti multimeter dan
osiloskop dapat dilakukan dengan cara pengkalibrasian alat.
2. Pengujian Modul
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui fungsi kerja dari setiap modul.
Fungsi kerja tersebut berupa nilai tegangan dan arus yang terukur.
3. Pengujian Prototipe
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui apakah serangkaian modul dalam
sistem dapat bekerja dan bersinergi dengan baik. Pengujian ini bertujuan
untuk pengambilan data secara keseluruhan yang kemudian akan dianalisa.
3.4.4 Analisa Pengujian
Analisa dilakukan dari perolehan data seperti nilai tegangan, arus, suhu serta
pengiriman data yang didapat saat melakukan pengujian. Analisa dilakukan untuk
mengetahui tingkat keberhasilan dan kesesuaian alat terhadap tujuan penelitian.
Proses analisa data menghasilkan kesimpulan dan saran terhadap penelitian yang
sudah dilakukan.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Analisa dan data hasil penelitian yang berjudul “KONTROL KECEPATAN DAN
MONITORING MOTOR INDUKSI SATU FASA BERBASIS IoT (INTERNET
OF THINGS)” menghasilkan kesimpulan sebagai berikut:
1. Prototipe kontrol kecepatan dan monitoring motor induksi satu fasa berbasis IoT
dapat berfungsi dengan baik untuk mengatur kecepatan motor melalui web.
2. Prototipe mengatur frekuensi inverter dari 40 sampai 65 Hz dengan tahap
kenaikan sebesar 5 Hz dan menghasilkan rentang kecepatan motor dari 566
sampai 802 Rpm.
3. Pengaturan switching mosfet dapat dilakukan menggunakan teknik Pulse Width
Modulation (PWM) dengan delay tertentu untuk setiap nilai frekuensinya.
4. Pengaturan prototipe menggunakan internet dapat dilakukan dimanapun user
berada dan device apapun yang terhubung ke internet dengan cara masuk ke
alamat website www.motorinduksiiot.000webhostapp.com pada web browser.
5. Nilai frekuensi inverter yang semakin naik akan menghasilkan kecepatan putaran
motor yang lebih rendah hal ini disebabkan drop tegangan yang terjadi dan tidak
menggunakan rangkaian feedback untuk mengatur tegangan.
76
5.2 Saran
Adapun saran dari penulis untuk pengembangan prototipe penelitian ini agar lebih
baik lagi adalah sebagai berikut:
1. Perlu ditambahkan rangkaian feedback pada keluaran transformator yang menjadi
acuan ketika terjadi drop tegangan sehingga dapat menstabilkan input SMPS.
2. Perlu perbaikan dalam program perhitungan nilai tegangan yang diperoleh dari
sensor tegangan dan sensor arus secara akurat.
3. Perlu dilakukan pergantian transformator arus dengan kapasitas arus dan tegangan
input yang lebih besar sehingga dapat menghasilkan daya yang lebih besar.
DAFTAR PUSTAKA
[1]. Theraja, B.L., dan Theraja, A.K. 2005. ”Electrical Technology Volume
I:Basic Electrical Engineering”. New Dehli: S. Chand & Company LTD
[2]. Arindya, Radita. 2013. ”Penggunaan dan Pengaturan Motor
Listrik”.Yogyakarta: Graha Ilmu.
[3]. Tobing. Bonggas L, Peralatan Tegangan Tinggi, Jakarta: Gramedia Pustaka
Utama, 2003.
[4]. W. Hart, Daniel. 2011. ”Power Electronics”. New York: Mc.Graw-Hill
Companies.
[5]. W. H. Hayt dan K. Jack E, Rangkaian Listrik, Jakarta: Erlangga, 1999 .
[6]. Https://www.arduino.cc/
[7]. Mehta, Mannan. 2015. “Esp 8266: A Breakthrough In Wireless Sensor
Networks And Internet Of Things”. International Journal of Electronics and
Communication Engineering & Technology ..
[8]. Oris Krianto Sulaiman, Adi Widarma, Sitem Internet of Things Berbasis
Cloud Computing dalam Campus Area Network, Universitas Islam
Sumatera Utara, 2012
[9]. 14core Editor, Introduction of ACS712 Current Sensor Module – 30A with
Arduino [Online], diakses pada tanggal 19 Juni 2017, Available :
http://www.14core.com/introduction-of-ACS.
[10]. I. Abubakar, Saifulnizam Abd Khalid, Saifulnizam Abd Khalid, M.
Mustapha, “Calibration Of Zmpt101b Voltage Sensor Module Using
Polynomial Regression For Accurate Load Monitoring “, Journal of
Engineering and Applied Sciences, vol. 12, no. 4, pp. 1077-1079, 2017.
[11]. Putri Mandarani, Zaini, “Pengembangan Sistem Monitoring Pada Building
Automation System (Bas) Berbasis Web Di Fakultas Teknik Universitas
Andalas”, Jurnal Teknik Elektro ITP, vol. 4, no. 2,pp. 10-11, 2015.
[12]. Kirtan Gopal Panda*, Deepak Agrawal, Arcade Nshimiyimana, Ashraf
Hossain, “The effects of environment on accuracy of ultrasonic sensor
operates in millimetre range”, 20 February 2016.
[13]. Andrianto, H., & Darmawan, A. (2016). Arduino Belajar Cepat Dan
Pemograman. Bandung: Informatika.
[14]. Puspitosari, Heni A. “ Pemrograman Web Database dengan PHP dan
MySQL Tingkat Lanjut ”. Penerbit : Skripta. Malang, Juli 2010.