Dielektrika, ISSN 2086-9487 91 Vol. 2 , No. 2 : 91 - 96, Agustus 2015

1Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Mataram, Nusa Tenggara Barat, Indonesia

PERANCANGAN SOFT STARTING PADA MOTOR INDUKSI TIGA PHASE MENGGUNAKAN MIKROKONTROLLER ATMEGA328

Design of Soft Starting for Three Phase Induction Motor Using ATMega328 Microcontroller

Rizki Ardiansyah11, I Made Ari Nrartha21, I Made Budi Sukmadana31

ABSTRAK

Motor induksi adalah mesin listrik yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Motor induksi tiga phase tipe sangkar bajing banyak digunakan karena konstruksi yang sederhana dan perawatan yang mudah. Kendala operasi motor induksi ini adalah arus pengasutannya mencapai lima sampai tujuh kali arus nominal, sehingga diperlukan suatu metode pengasutan untuk mengatasi hal tersebut.

Metode soft starting pada penelitian ini memberikan tegangan input ke motor secara bertahap. Pemberian tegangan input diatur menggunakan triac yang ditrigger dengan mikrokontroler Atmega328. Rangkaian Soft starting digunakan pada saat pengasutan, dan motor terhubung secara langsung ke sumber tenaga ketika running.

Penelitian ini menghasilkan modul soft starting untuk kapasitas motor 1 kW. Arus pengasutan dalam kondisi tanpa beban didapatkan 2.19 A, dan kondisi berbeban 5.80 A. Arus pengasutan tersebut masih lebih kecil dibandingkan dengan arus pengasutan secara langsung yaitu 6.59 A dalam kondisi tanpa beban, dan 8.61 A pada kondisi berbeban.

Kata Kunci : Motor Induksi Tiga Phase, Soft Starting, Triac, Mikrokontrroller ATMega328

ABSTRACT

Induction motors is an electrical machines that convert electrical energy into mechanical energy. Three phase squirrel cage induction motor a widely used because it has a simple construction, and easy maintenance. Operating it’s problem is a starting currents that are five to seven times the nominal current. Therefore, we need a method to overcome this it.

Soft starting method in this research is provides an input voltage to the motor gradually. Giving the input voltage is set using a triac triggered by the microcontroller ATmega328. Soft starting circuit is used at starting time, and the motor connected directly to the power source while it’s running.

The result of this research is soft starting module for 1kW motor capacity. Starting current in the no-load condition is 2.19 A, and 5.80 A on the load condition. Starting current is still smaller than the direct starting current is 6.59 A in the no-load condition, and 8.61 A on the load condition.

Keywords : Three Phase Induction Motor, Soft Starting, Triac, Mikrokontroller ATMega328

PENDAHULUAN

Penggunaan motor-motor listrik sudah umum dalam kehidupan, baik untuk rumah tangga, industri, transportasi, dll. Motor AC yang banyak digunakan terutama dalam bidang industri adalah motor induksi tiga phase tipe sangkar bajing, karena mempunyai konstruksi yang sederhana, kokoh, harganya relatif murah, serta perawatannya yang mudah.

Motor induksi selain memiliki kelebihan juga memiliki kekurangan diantaranya adalah ketika pengasutan secara langsung, arus

awal motor besarnya antara lima sampai tujuh kali dari arus nominal. Metode untuk mengurangi tingginya arus pengasutan secara langsung diantaranya adalah dengan menggunakan metode star-delta, auto transformator, dan soft starting. Metode soft starting dilakukan dengan mengatur tegangan dan arus dari sumber tenaga agar mengalir masuk ke dalam motor secara bertahap. Tegangan dan arus yang masuk ke dalam motor induksi diatur dengan memberikan sinyal tunda dan waktu sulut pada komponen utama penyusun soft starting yaitu Triode Alternating Current (TRIAC).

92 Dielektrika, 2 (2),Agustus 2015

Sinyal tunda dan waktu sulut yang diberikan ke TRIAC diatur menggunakan mikrokontroler ATMega328.

Motor Induksi. Motor induksi adalah suatu mesin listrik yang mengubah energi listrik menjadi energi gerak menggunakan gandengan magnetik dan mempunyai slip antara medan stator dan medan rotor.

Gambar 1. Konstruksi Motor Induksi Tiga Phase

Metode Pengasutan (Starting) Motor Induksi. Metode pengasutan motor induksi harus dirancang dengan tepat, hal ini dikarenakan motor induksi memiliki arus starting mencapai tujuh kali arus nominal. Motor memerlukan arus untuk membangkitkan medan magnet di kumparan stator yang selanjutnya medan magnet ini akan terinduksikan ke rotor sehingga rotor dapat berputar.

Berbagai metode untuk pengasutan (starting) pada motor induksi, antara lain:

1. Metode Direct On Line (DOL) Starting

2. Metode Star-Delta (Y - ∆) Starting 3. Metode Auto-Transformator Starting 4. Metode Pengasutan Soft Staring

Metode Soft Starting. Soft starting merupakan metode pengasutan yang bekerja dengan cara mengurangi tegangan pengasutan motor induksi, kemudian menaikkan tegangan secara bertahap sampai tegangan penuh. Metode soft starting ini menjadi solusi tingginya nilai arus saat pengasutan motor induksi dan merupakan metode dengan nilai arus pengasutan yang rendah.

Gambar 2. Perbandingan Ist 1. Metode DOL, 2. Wye Delta dan 3. Soft Starting

Triode Alternating Current (TRIAC). TRIAC merupakan singkatan dari Triode Alternating Current Switch, yang berarti saklar elektronik untuk arus bolak-balik. TRIAC merupakan suatu komponen yang mempunyai susunan lima lapisan bahan jenis P dan N dalam arah lain antara terminal T1 dan T2 dan dapat menghantarkan dalam arah yang lain sebagaimana ditunjukkan secara jelas pada simbolnya.

Gambar 3. Triode Alternating Current (TRIAC)

TRIAC Optoisolators. Triode Alternating Current (TRIAC) Optoisolators merupakan jenis TRIAC yang mempunyai prinsip kerja seperti saklar elektronik yang diaktifkan oleh cahaya (LED). TRIAC ini tertanam bersama sebuah LED dalam sebuah rangkaian terintegrasi (Integrated Circuit).

Gambar 4. Konfigurasi IC MOC 3041

Sensor Arus ACS712. Sensor ini memiliki pembacaan dengan ketepatan yang tinggi, karena di dalamnya terdapat rangkaian low-offset linear hall dengan satu lintasan yang terbuat dari tembaga. Cara kerja sensor ini adalah arus yang dibaca mengalir melalui kabel tembaga yang terdapat di dalamnya dan menghasilkan medan magnet yang ditangkap oleh integrated Hall IC dan diubah menjadi tegangan proporsional.

Gambar 5. Sensor Arus ACS712

Minimum Sistem Arduino. Arduino adalah minimum sistem yang menggunakan

Rizki Ardiansyah ,I Made Ari Nrartha & I Made Budi Suksmadana : Perancangan Soft Starting Menggunakan 93

mikrokontroller ATMega328 sebagai komponen utama. Arduino merupakan pengendali mikro single-board yang bersifat open-source, diturunkan dari Wiring platform, dirancang untuk memudahkan penggunaan elektronik dalam berbagai bidang.

Gambar 6. Board Arduino

METODE PENELITIAN Perancangan Sistem. Penelitian ini bertujuan untuk membangun sebuah sistem soft starter yang dapat memperkecil arus motor induksi tiga phase ketika menggunakan metode pengasutan secara langsung, dengan melakukan pengukuran nilai-nilai kerja motor berupa tegangan, arus dan kecepatan dari motor induksi tiga phase, serta akan ditampilkan pada komputer dan kemudian dijadikan sebagai pembanding dari metode pengasutan motor induksi yang lain. Berdasarkan hal tersebut, maka dalam perancangan perangkat keras pada tugas akhir ini akan dibangun sebuah sistem dengan blok diagram sebagai berikut:

Gambar 7. Blok Diagram Rancangan Sistem

Perancangan Perangkat Keras. Perangkat keras penelitian ini menggunakan mikrokontroler ATMega328 yang tersedia dalam minimum sistem Arduino. Perancangan rangkaian driver menggunakan Optoisolator MOC 3041 untuk pentriggeran power TRIAC dan perancangan sensor sebagai deteksi variabel motor.

Perancangan Perangkat Lunak. Perancang-an perangkat lunak ini terbagi dalam pemrograman untuk mikrokontroller ATMega-328 dan pemrograman untuk interface hasil pembacaan arus soft starting.

Proses kerja metode soft starting motor induksi tiga phase ini pada dasarnya adalah membaca karakteristik arus pada saat start kemudian dibandingkan dengan karakteristik arus starting metode yang lain yaitu metode Direct On-Line (DOL).

Gambar 8. Diagram Alir Perancangan Sistem

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pengujian untuk mengetahui kinerja dan kemampuan dari sistem yang telah dibuat meliputi pengujian hardware (perangkat keras) dan pengujian software (perangkat lunak). Untuk memudahkan penulis dalam melakukan proses pengujian sistem, maka dilakukan pengujian secara terpisah dan secara keseluruhan. Adapun proses pengujian yang dilakukan meliputi:

1. Pengujian Rangkaian Sensor Arus 2. Pengujian Rangkaian Sensor

Tegangan 3. Pengujian Rangkaian Sensor

Kecepatan 4. Pengujian Sinyal Kontrol TRIAC 5. Pengujian Rangkaian Pensaklaran

Sebagai Driver Kontaktor 6. Pembuatan Antar Muka (Interface)

pada PC (Personal Computer)

94 Dielektrika, 2 (2),Agustus 2015

7. Pengukuran dan Pengujian Keseluruhan Sistem a. Metode Direct On-Line (DOL) dan

Soft Starting Tanpa Beban b. Metode Direct On-Line (DOL) dan

Soft Starting Dikopel Generator DC Pengujian Rangkaian Sensor Arus. Pengujian rangkaian sensor arus ini bertujuan untuk mengetahui kelinearan dari sensor arus yang digunakan. Pengujian dilakukan dengan mengubah-ubah nilai resistor variabel yang digunakan sebagai beban sehingga arus yang melewati sensor akan berubah-ubah juga.

DIG

ITA

L (~P

WM

)

AN

AL

OG

IN

AT

ME

GA

328P

-PU

1121

~~

~

~~

~

micro

controland

os.blog

spot.co

m

TXRX PD0/RXD 0

PD1/TXD 1PD2/INT0

2PD3/INT1

3PD4/T0/XCK

4PD5/T1

5PD6/AIN0 6PD7/AIN1 7

PB0/ICP1/CLKO 8PB1/OC1A

9PB2/SS/OC1B

10PB3/MOSI/OC2A

11PB4/MISO

12PB5/SCK 13

AREF

PC5/ADC5/SCLA5

PC4/ADC4/SDAA4PC3/ADC3A3PC2/ADC2A2PC1/ADC1A1PC0/ADC0A0

RESET

DUINO1

ARDUINO UNO R3

IP+1/2

IP-3/4

VIOUT 7VCC

8

GND 5FILTER 6

U1

ACS712ELCTR-05B-T

V3C1

0.1uF

C2

1nF

R1

2k

D1

DIODEC310uF

R210k

V1V3PHASE

OF

FO

N1 2 3

6 5 4

SOFT STARTINGDIPSW_3

+88.8

Gambar 9. Rangkaian Sensor Arus

Pengujian Rangkaian Sensor Tegangan. Tegangan input dari motor induksi agar dapat terukur dan terbaca oleh mikrokontroller sehingga mampu dijadikan sebagai variabel yang masuk ke dalam motor induksi 3 phasa, maka perlu dirancang sebuah rangkaian yang mampu mengukur dan membaca tegangan tersebut.

DIG

ITA

L (~P

WM

)

AN

AL

OG

IN

ATM

EG

A32

8P-P

U11

21

~~

~

~~

~

microcon

trolandos.blogspot.com

TXRX PD0/RXD 0

PD1/TXD 1PD2/INT0 2PD3/INT1 3

PD4/T0/XCK 4PD5/T1

5PD6/AIN0 6PD7/AIN1 7

PB0/ICP1/CLKO 8PB1/OC1A 9

PB2/SS/OC1B 10PB3/MOSI/OC2A 11

PB4/MISO 12PB5/SCK 13

AREF

PC5/ADC5/SCLA5PC4/ADC4/SDA

A4PC3/ADC3A3PC2/ADC2A2PC1/ADC1

A1PC0/ADC0A0

RESET

DUINO1

ARDUINO UNO R3

TR1

TRAN-2P2S

BR1

BRIDGE

C1470uF

C22200uF

R1

220

R2330

R3330

R4330

V1V3PHASE

OF

FO

N1 2 3

6 5 4

SOFT STARTINGDIPSW_3

+88.8

Gambar 10. Rangkaian Sensor Tegangan

Pengujian Rangkaian Sensor Kecepatan. Sensor kecepatan yang digunakan pada penelitian ini adalah tacho generator. Tacho generator dikopel langsung pada motor DC Shunt. Pada penelitian ini digunakan Motor DC Shunt sebagai objek pengujian karena lebih mudah dalam pengaturan kecepatan. Saat motor DC Shunt berputar, tachogenerator ikut berputar dan menghasilkan tegangan keluaran DC.

Gambar 11. Tachogenerator Sebagai Sensor

Kecepatan

Pengujian Sinyal Kontrol TRIAC. Pada pengujian sinyal kontrol TRIAC digunakan sebuah osiloskop untuk melihat hasil perpotongan sinyal yang terjadi pada TRIAC untuk berbagai pengaturan sinyal kontrol yang diberikan dari Mikrokontoller.

Sinyal TRIAC 15 %

Sinyal Triac 25 %

Sinyal TRIAC 50 %

Sinyal TRIAC 75 %

Gambar 12. Sinyal Kontrol Dengan Berbagai Sudut Picu

Pengujian Rangkaian Pensaklaran Sebagai Driver Kontaktor. Rangkaian pensaklaran ini berfungsi agar rangakain soft starting yang dibuat bekerja ketika motor induksi distart saja, ketika running maka kontaktor yang akan bekerja sehingga motor akan terhubung secara langsung ke sumber tegangan tiga phase. Berikut adalah driver kontaktor yang telah dibuat.

DIG

ITA

L (~P

WM

)

AN

AL

OG

IN

ATM

EG

A328

P-PU

1121

~~

~

~~

~

micro

contro

lando

s.blogspo

t.com

TXRX PD0/RXD 0

PD1/TXD1

PD2/INT0 2PD3/INT1 3

PD4/T0/XCK4

PD5/T15

PD6/AIN0 6PD7/AIN1 7

PB0/ICP1/CLKO8

PB1/OC1A 9PB2/SS/OC1B 10

PB3/MOSI/OC2A11

PB4/MISO 12PB5/SCK 13

AREF

PC5/ADC5/SCLA5PC4/ADC4/SDAA4PC3/ADC3

A3PC2/ADC2

A2PC1/ADC1A1PC0/ADC0A0

RESET

DUINO1

ARDUINO UNO R3

RL1RLY-SPCO

D2DIODE

R3

8.2k

Q1NPN

V

V1V3PHASE

OFF

ON

1 2 3

6 5 4

SOFT STARTINGDIPSW_3

+88.8

1 2 3 4

8 7 6 5KONTAKTOR

SW-DIP4

V2

VSINE

Gambar 13. Rangkaian pensaklaran untuk driver kontaktor

Rizki Ardiansyah ,I Made Ari Nrartha & I Made Budi Suksmadana : Perancangan Soft Starting Menggunakan 95

Pembuatan Antar Muka (Interface) pada PC (Personal Computer). Hasil pengukuran dan pengujian yang dilakukan membutuhkan media sebagai tempat ditampilkannya hasil pengukuan dan pengujian tersebut, untuk itu diperlukan suatu program untuk menampilkan secara visual nilai dari ADC (Arduino) pada port serial. Software yang digunakan untuk menampilkan secara visual tegangan, arus dan kecepatan dari Motor Induksi Tiga Phase ini adalah MATLAB.

Pengukuran dan Pengujian Keseluruhan Sistem. Pengujian keseluruhan sistem dimaksudkan untuk melihat kinerja dari setiap perangkat yang telah dirancang mulai dari perangkat keras berupa sensor-sensor untuk pengukuran, dan perangkat lunak berupa antarmuka yang dirancang pada PC, apakah telah mampu bekerja sesuai dengan yang diingikan.

BTA16_R

Q201E4

R1_R360

R4_R820

C1_R33 nF

ZeroCrossing

1

2

6

4

OPT_R

MOC3041M

V1

V3PHASE

R3_R330

R2_R

360

V2

DIGITAL (~PWM)

ANALOG IN

ATMEGA328P-PU1121

~ ~~

~~

~

microcontrolandos.blogspot.com

TX

RX

PD

0/R

XD

0P

D1/

TX

D1

PD

2/IN

T0

2P

D3/

INT

13

PD

4/T

0/X

CK

4P

D5/

T1

5P

D6

/AIN

06

PD

7/A

IN1

7

PB

0/IC

P1

/CLK

O8

PB

1/O

C1A

9P

B2/

SS

/OC

1B

10P

B3

/MO

SI/O

C2

A11

PB

4/M

ISO

12P

B5/

SC

K13

AR

EF

PC

5/A

DC

5/S

CL

A5

PC

4/A

DC

4/S

DA

A4

PC

3/A

DC

3A

3P

C2

/AD

C2

A2

PC

1/A

DC

1A

1P

C0

/AD

C0

A0

RE

SE

T

DUINO1ARDUINO UNO R3

BTA16_S

Q201E4

R1_S360

R4_S820

C1_S33 nF

ZeroCrossing

1

2

6

4

OPT_S

MOC3041M

R3_S330

R2_S

360

BTA16_T

Q201E4

R1_T360

R4_T820

C1_T33 nF

ZeroCrossing

1

2

6

4

OPT_T

MOC3041M

R3_T330

R2_T

360

IP+1/2

IP-3/4

VIOUT7

VCC8

GND5

FILTER6

U1

ACS712ELCTR-05B-T

V3 C1

0.1uF

C2

1nF

R1

2k

D1

DIODE

C310uF

R210k

RL1RLY-SPCO

D2DIODE

R3

10k

Q1NPN

D2(K)

TR1

TRAN-2P2S

BR1

BRIDGE

C1470uF

C22200uF

R1

220

R2330

R3330

R4330

+88

.8

OFF

ON

1 2 3 4

8 7 6 5

KONTAKTORDIPSW_4

V2VSINE

Gambar 14. Rangkaian Keseluruhan Sistem

Perbandingan Metode Direct On-Line (DOL) dengan Metode Soft Starting Tanpa Beban

Gambar 15. Perbandingan Metode Direct On-Line (DOL) dengan Metode Soft Starting tanpa beban

Grafik pada Gambar 15 memperlihat-

kan bahwa arus starting maksimal dengan Metode Direct On-Line (DOL) mencapai

6.58919 Ampere dan Energi tiap satuan waktu 0.683998 Watt. Sedangkan arus starting maksimal dengan Metode Soft Starting mencapai 2.191074 Ampere dengan Energi tiap satuan waktu 0.462584 Watt. Sehingga dapat dilihat selisih arus maksimal adalah 4.39812 Ampere dan selisih energi tiap satuan waktu adalah 0.221414 Watt.

Perbandingan Metode Direct On-Line (DOL) dengan Metode Soft Starting

Gambar 16. Perbandingan Metode Direct On-Line

(DOL) dengan Metode Soft Starting dikopel Generator DC

Grafik pada Gambar 16 memperlihat-

kan bahwa arus starting maksimal dengan Metode Direct On-Line (DOL) mencapai 8.610901 Ampere dan Energi tiap satuan waktu 1.02625 Watt. Sedangkan arus starting maksimal dengan Metode Soft Starting mencapai 5.80888 Ampere dengan Energi tiap satuan waktu 0.811874 Watt. Sehingga dapat dilihat selisih arus maksimal adalah 2.80203 Ampere dan selisih energi tiap satuan waktu adalah 0.214376 Watt.

KESIMPULAN

Berdasarkan perancangan, pengujian dan analisa yang telah dilakukan pada Penelitian ini, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut:

1. Antarmuka (Interface) yang dirancang pada komputer telah mampu digunakan untuk mengirim nilai setting penyalaan triac, menampilkan grafik tegangan, arus dan kecepatan hasil pengukuran secara real time.

2. Modul soft starting yang telah dibuat dapat bekerja dengan baik untuk pengasutan motor induksi 3 phase tipe

96 Dielektrika, 2 (2),Agustus 2015

sangkar bajing kapasitas 1 kW yang ada di Laboratorium Sistem Tenaga.

3. Sesuai dengan datasheet komponen (triac) yang digunakan, modul soft starting dapat bekerja sampai arus maksimal 16 A dan tegangan maksimal 600 V AC.

SARAN

Modul soft starting ini perlu dilakukan pengembangan. Hal-hal yang perlu dilakukan antara lain:

1. Penambahan sistem proteksi pada modul yang berupa sekering, Over Current Relay, Phase Failure Relay dan Thermal Overload Relay.

DAFTAR RUJUKAN Almon, 2008, “Metode Starting Motor Induksi”

http://almon-r.blogspot.com/2008/12/metode-starting-motor-induksi.html diakses pada tanggal 18 Januari 2014

Ansori, A.I., 2013, ”Jenis Motor Listrik”,

http://insyaansori.blogspot.com/2013/04/jenis-motor-listrik.html diakses pada tanggal 22 Januari 2014

Citarsa, I.B.F., 2013, ” Buku Ajar Mata Kuliah

Mesin Listrik II” , Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Mataram.

Djuandi, F., 2011, “Pengenalan Arduino”,dari www.tokobuku.com

Marliska, E.D., Tiyono dan Harnoko, 2009,

”Aplikasi Mikrokontroller ATMega32 Sebagai Pengendali Automatic Soft Starter Motor Induksi 3 Fase”, Yogyakarta.

Petruzella, F.D., 1996, “Industrial Electronics”,

Terjemahan oleh Sumanto.2001.Yogyakarta: Penerbit Andi.

Petruzella, F.D., 2010, “Electric Motor and

Control System ” dari http://www.freeebookzones.com/electric-motors-and-control-systems-by-petruzella/

Prabowo, A., Suhendi, D. dan Hariansyah, M.,

2013, ”Perancangan Dynamic Braking Pada Motor Induksi Tiga Fasa Berbasis Mikrokontroller ATMega16”, Bogor.

Priahutama, A.B., Sukmadi, T. dan Setiawan,

I., 2010, ”Perancangan Modul Soft Starting Motor Induksi 3 Fasa Dengan ATMega 8535”, Semarang.

Primatama, A., Soeprapto dan Wijono, 2013,

”Perancangan Soft Starter Motor Induksi Satu Fasa Dengan Metode Closed Loop Menggunakan Mikrokontroller Arduino”, Malang

Purnomo, D.W., Stephanus, H. dan Sarjiya,

2011, ”Memperkecil Arus Starting Motor Induksi Dengan Kombinasi Wye-Delta Dan Kapasitor”, Yogyakarta.

Universitas Sumatera Utara, “Mesin Induksi

Tiga Fasa”, http://repository.usu.ac.id diakses pada tanggal 18 Januari 2014