DESAIN DAN IMPLEMENTASI POMPA AIR MOTOR BLDC DENGAN SUPLAI DARI PANEL SURYA LAPORAN TUGAS AKHIR - DESAIN DAN IMPLEMENTASI POMPA AIR MOTOR BLDC DENGAN SUPLAI DARI PANEL SURYA - Unika Repository
DESAIN DAN IMPLEMENTASI POMPA AIR MOTOR BLDC DENGAN SUPLAI DARI PANEL SURYA LAPORAN TUGAS AKHIR Oleh :
F. DIAN FAJAR WALUYO 12.50.0015 PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS KATOLIK SOEGIJAPRANATA SEMARANG 2016
LEMBAR PENGESAHAN
Laporan Tugas Akhir dengan judul “DESAIN DAN IMPLEMENTASI POMPA
AIR MOTOR BLDC DENGAN SUPLAI DARI PANEL SURYA
” diajukan untuk memenuhi sebagian dari persyaratan dalam memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro pada Program Studi Teknik Elektro di Fakultas Teknik Universitas Katolik Soegijapranata Semarang.
Laporan Tugas Akhir ini disetujui pada tanggal .... November 2016.
Semarang, .... November 2016 Menyetujui,
Pembimbing Koordinator Tugas Akhir Dr. Ir. Ign. Slamet Riyadi, MT. Dr. Ir. Ign. Slamet Riyadi, MT.
058.1.1992.110 058.1.1992.110
Mengetahui, Dekan Fakultas Teknik Ketua Progdi Teknik Elektro
Ir. Drs. Djoko Setijowarno, MT., IPM. Dr. Ir. Florentius Budi Setiawan, MT., IPM.
058.1.1988.032 058.1.1994.050
PERNYATAAN
KEASLIAN LAPORAN TUGAS AKHIR (SKRIPSI)
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir yang berjudul “DESAIN DAN IMPLEMENTASI POMPA AIR MOTOR BLDC DENGAN
SUPLAI DARI PANEL SURYA
” ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang sepengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Apabila di kemudian hari ternyata terbukti bahwa tugas akhir ini sebagian atau seluruhnya merupakan hasil plagiasi, maka saya rela untuk dibatalkan, dengan segala akibat hukumannya sesuai peraturan yang berlaku pada Universitas Katolik Soegijapranata dan / atau perundang-undangan yang berlaku.
Semarang, .... November 2016
( F. Dian Fajar Waluyo ) NIM : 12.50.0015
ABSTRAK
Indonesia merupakan negara agraris di mana sebagian besar penduduknya bermata pencaharian di bidang pertanian. Oleh karena itu pertanian merupakan salah satu sektor perekonomian Indonesia. Akan tetapi pekerjaan ini sudah banyak ditinggalkan karena terkendala sistem perairan yang kurang mendukung. Ini disebabkan oleh sumber air yang terbatas, ataupun sistem irigrasi yang letaknya lebih rendah dari daerah persawahan.
Untuk mengalirkan air dari sumber air atau sistem irigrasi menuju persawahan yang letaknya lebih tinggi, petani biasanya menggunakan pompa air.
Di mana pompa air yang sering digunakan adalah pompa air diesel karena di persawahan belum terjangkau listrik PLN. Padahal pompa air diesel menggunakan bahan bakar minyak yang harganya sangat mahal dan juga jumlahnya terbatas.
Oleh karena itu pada laporan tugas akhir ini mengkaji tentang Pompa Air
Brushless DC (BLDC) Tenaga Surya. Tugas akhir yang dibuat menggunakan
pompa air rumah tangga yang dimodifikasi dari motor kapasitor menjadi motor BLDC. Driver yang digunakan untuk memutar motor BLDC berupa inverter tiga fasa. Di mana driver ini juga berperan sekaligus sebagai Maximum Power Point
Tracker (MPPT). Suatu model analisis dan simulasi dilakukan menggunakan
software Power Simulator. Dan Implementasi menggunakan mikrokontrol
dsPIC30f4012. Dan sebagai tahap akhir dilakukan uji coba menggunakan 3 panel surya untuk menggerakan pompa air BLDC.
Kata Kunci: Pompa Air, motor BLDC, Tenaga Surya, MPPT, Panel Surya.
KATA PENGANTAR
Puji dan Syukur penulis haturkan kepada Allah Bapa yang ada di Surga, Tuhan Yesus dan Ibu Maria, karena atas berkat, rahmat dan mukjizat-Nya yang senantiasa menyertai penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir beserta Laporan Tugas Akhir yang berjudul
“DESAIN DAN IMPLEMENTASI
POMPA AIR MOTOR BLDC DENGAN SUPLAI DARI PANEL SURYA ”.
Tugas akhir beserta laporan ini sebagai tugas penulis untuk menyelesaikan perkuliahan di Program Studi S1 Teknik Elektro Universitas Katolik Soegijapranata.
Dalam proses pembuatan tugas akhir dan penyusunan laporan, penulis mendapat bimbingan dan support dari berbagai pihak baik secara langsung maupun secara tidak langsung. Pada kesempatan kali ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih yang kepada :
1. Tuhan Yesus Kristus yang senantiasa memberi rahmat, berkat, kemudahan dan kelancaran pelaksanaan Tugas Akhir dan penyusunan laporan.
2. Orang tua, kakak dan adik penulis yang selalu memberi semangat dan dukungan baik secara moril maupun materiil kepada penulis.
3. Bapak Dr. Ign. Slamet Riyadi, MT. selaku dosen pembimbing Tugas Akhir, yang telah membimbing dalam pelaksanaan Tugas Akhir ini dan yang memberikan saran, kritik, dan semangat serta subsidi komponen kepada penulis.
4. Bapak Dr. Ir. Djoko Setijowarno, MT., IPM. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Katolik Soegijapranata Semarang.
Bapak Ir. Dr. Florentinus Budi Setiawan, MT., IPM. selaku Ketua Program Studi Teknik Elektro, yang telah memfasilitasi laboratoruim dan perlengkapannya.
6. Seluruh Dosen dan Karyawan Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Katolik Soegijapranata Semarang, terutama Bapak Juang.
7. Bapak Alfon yang telah mengurus KRS saya dengan sepenuh hati.
8. Mas Enggar yang telah membantu terutama pada mekanik pompa air.
9. Teman-teman seperjuangan yaitu teman-teman elektro angkatan 2012 terimakasih sudah menemani dan saling berdinamika bersama selama kuliah.
10. Teman-teman Elektro angkatan 2009, 2010, 2011 dan 2013 terima kasih atas doa dan dukungannya.
11. Teman-teman Fakultas Teknik Program Studi Teknik Elektro Universitas Katolik Soegijapranata.
12. Teman-teman fakultas yang lain yang turut mendukung saya.
13. Gisela Evanti Andriani yang senantiasa telah mendampingi, mendukung dan menghibur penulis dalam proses pelaksanaan maupun penyusunan Tugas Akhir.
14. Teman-teman Tutor di Rumah Belajar GoBook yang selalu memberi saran dan kritikan dan dukungan dalam proses pembuatan laporan skripsi ini.
15. Semua pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan tugas akhir beserta laporannya yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.
Penulis menyadari bahwa laporan ini masih banyak kekurangan, maka penulis dengan rendah hati mengharapkan saran maupun kritik dari berbagai pihak untuk perbaikan dan perkembangan kedepannya. Penulis juga ingin menyampaikan Laporan Tugas Akhir ini.
Besar harapan penulis semoga laporan ini dapat memberikan sumbangan yang berarti bagi kemajuan Iptek di lingkungan kampus, masyarakat dan negara.
Semarang, .... November 2016
F. Dian Fajar Waluyo
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL i
LEMBAR PENGESAHAN ii
PERNYATAAN KEASLIAN LAPORAN TUGAS AKHIR iii ABSTRAK iv
KATA PENGANTAR v
DAFTAR ISI viii
DAFTAR GAMBAR xii
DAFTAR TABEL xviii
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
1
1.2. Perumusan Masalah
3
1.3. Pembatasan Masalah
3
1.4. Tujuan dan Manfaat
3
1.5. Metodologi Penelitian
4
1.6. Sistematika Penulisan
5 BAB II KAJIAN PUSTAKA
2.1. Pendahuluan
7
2.2. Motor BLDC
8
2.2.1 Konstruksi Motor BLDC
9
2.2.2. Prinsip Kerja Motor BLDC
13
2.3. Inverter Tiga Fasa 16 2.4.
39
35
3.2.3. Sensor Hall Effect
37
3.3. MPPT Perturb and Observe ( PO )
38
3.4. Sensor
3.4.1. Sensor Tegangan
32
39
3.4.2. Sensor Arus
41
3.5. Rangkaian Driver
42
3.6. Blok Kontrol
3.2.2. Rotor Pompa Air BLDC
3.2.1. Stator Pompa Air BLDC
IGBT Model CPV364M4F
IC Opotocoupler HCPL 2531
18 2.5.
Photovoltaic
19
2.6. Mikrokontroler dsPIC30f4012
23
2.7 Driver 26 2.7.1.
26 2.7.2.
32
IC Three Phase Bridge Driver IR2132
27
2.8. Catu Daya Switching Push Pull
28 BAB III RANCANGAN DESAIN DAN IMPLEMENTASI POMPA AIR MOTOR BLDC DENGAN SUPLAI DARI PANEL SURYA 3. 1. Pendahuluan
30
3.2. Pompa Air BLDC
45 BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA
4.1. Pendahuluan
4.3.1.3. Hasil Pengujian Ketika PWM Jenis 2
4.3.3. Pengujian Pompa Air BLDC dengan Magnet Permanen Kuat Sumber dari Panel Surya
75
4.3.2.2. Hasil Pengujian Menggunakan Mode MPPT
72
4.3.2.1. Hasil Pengujian Menggunakan Mode Potensio
71
4.3.2. Hasil Pengujian Pompa Air BLDC Magnet Permanen Sedang Sumber dari Panel Surya
67
63
51
4.3.1.2. Hasil Pengujian Ketika PWM Jenis 1
59
4.3.1.1. Hasil Pengujian Ketika Tanpa PWM
59
4.3.1. Pengujian Pompa Air BLDC dengan Magnet Permanen Sedang Sumber Menggunakan Catu Daya
57
4.3. Hasil Pengujian Labolatorium
51
4.2. Hasil Simulasi Pada Software PSIM
77 BAB V PENUTUP
5.1. Kesimpulan
82
5.2. Saran
83 DAFTAR PUSTAKA
84 LAMPIRAN
85
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Motor BLDC9 Gambar 2.2. Stator Motor BLDC
10 Gambar 2.3. Rangkaian ekuivalen stator motor BLDC
10 Gambar 2.4. Kurva karakteristik torka motor BLDC
12 Gambar 2.5. Rotor Motor BLDC
13 Gambar 2.6. Magnet permanen pada rotor dan
14 elektromagnet pada stator (a) untuk menghasilkan putaran berlawanan arah jarum jam (b) untuk menghasilkan putaran searah jarum jam
Gambar 2.7. Sensor Hall Effect14 Gambar 2.8. Sinyal keluaran hall effect sensor terhadap
15 kutub magnet
Gambar 2.9. Sinyal keluaran hall effect sensor terhadap16 posisi rotor
Gambar 2.10. Inverter tiga fasa17 Gambar 2.11. (a) IGBT model CPV364M4F (b)
18 Konfigurasi CPV364M4F
Gambar 2.12 Proses konversi energi matahari pada20
photovoltaic
Gambar 2.13. Rangkaian ekuivalen photovoltaic21 terhadap tegangan (b) Arus terhadap tegangan
Gambar 2.15 Konfigurasi pin dsPIC30F401236 Gambar 3.7. Posisi sensor Hall Effect
44 Gambar 3.14. Gelombang hasil pesaklaran pada inverter
43 Gambar 3.13. Fungsi pin IR2132
42 Gambar 3.12. Blok driver
41 Gambar 3.11. Skema blok sensor arus
40 Gambar 3.10. Skema blok sensor tegangan
38 Gambar 3.9. Sensor tegangan
37 Gambar 3.8. Kurva Kendali Perturb and Observe
35 Gambar 3.6. Rotor motor BLDC
24 Gambar 2.16. Konfigurasi pin HCPL 2531
34 Gambar 3.5. Hubungan bintang antar fasa
33 Gambar 3.4. (a) Hubungan Lilitan antar kutub (b) Rangkaian ekuivalen
33 Gambar 3.3. Bentuk lilitan pada stator
31 Gambar 3.2. Stator pada motor BLDC
29 Gambar 3.1. Diagram blok system
28 Gambar 2.18. Rangkaian Push Pull (a) Full Bridge (b) Half Bridge
27 Gambar 2.17. Konfigurasi pin IR 2132
45 dan buffer
Gambar 3.16. Flowchart Pemrograman50 Gambar 4.1. Skema simulasi menggunakan Power
52 Simulator
Gambar 4.2. Sinyal hall effect55 Gambar 4.3. PWM keluaran C Block
55 Gambar 4.4 Arus Motor BLDC
56 Gambar 4.5. Pmax dan PPV
57 Gambar 4.6. Rangkaian Implementasi Alat
58 Gambar 4.7 Gelombang arus dari catu daya (d = 1,
59 skala 5ms/div, 5A/div)
Gambar 4.8. Output Mikrokontrol (a) RE0, RE1, RE260 dan RE3 (b) RE0, RE4 dan RE5
Gambar 4.9. Gelombang tegangan dan arus per fasa61 skala (skala 5ms/div, CH1 20V/div, CH2
10A/div) (a) Van, Ia (b) Vbn, Ib (c) Vcn, Ic
Gambar 4.10. Gelombang Van,Vbn,Vcn dalam satu62 screen (skala 5ms/div, 20V/div)
Gambar 4.11. Gelombang tegangan antar fasa (skala62 5ms/div, 50V/div)
Gambar 4.12. Kecepatan pompa air Bldc sumber catu63 daya (d=1) RE0, RE1, RE2 dan RE3 (b) RE0, RE4 dan RE5 (skala 5ms/div, 5V/div)
Gambar 4.14. Gelombang tegangan dan arus per fasa65 PWM jenis 1 (skala 5ms/div, CH1
20V/div, CH2 10A/div) (a) Van, Ia (b) Vbn, Ib (c) Vcn, Ic
Gambar 4.15. Gelombang Van,Vbn,Vcn dalam satu66 screen PWM jenis 1 (skala 5ms/div,
50V/div)
Gambar 4.16. Tegangan antar fasa PWM1 PWM jenis 166 (skala 5ms/div, 50V/div)
Gambar 4.17. Kecepatan Pompa Air Bldc Sumber Catu67 Daya duty1
Gambar 4.18. Output Mikrokontrol PWM jenis 2 (a)68 RE0, RE1, RE2 dan RE3 (b) RE0, RE4 dan RE5 (skala 5ms/div, 5V/div)
Gambar 4.19. Gelombang tegangan dan arus per fasa69 PWM jenis 2 (skala 5ms/div, CH1
20V/div, CH2 10A/div) (a) Van, Ia (b) Vbn, Ib (c) Vcn, Ic
Gambar 4.20. Gelombang tegangan dan arus PWM jenis70 2 (skala 5ms/div, 50V/div (a) Tegangan antar fasa
Gambar 4.21. Kecepatan pompa air Bldc sumber catu71 daya duty2
Gambar 4.22. Gelombang Ia dan RE0 mode potensio72 (skala 5ms/div, CH1 5A/div, CH2 5V/div)
Gambar 4.23. Gelombang Ia dan RE0 mode potensio72 (skala 500us/div, CH1 5A/div, CH2
5V/div)
Gambar 4.24. (a) Gelombang Ipv dan RE0 (skala73 5ms/div, CH1 5A/div, CH2 5V/div) (b) Gelombang Ipv dan RE0 diperbesar (skala 500us/div, CH1 5A/div, CH2 5V/div)
Gambar 4.25. Hasil pengukuran tegangan dan arus PV74 (mode potensio)
Gambar 4.26. Kecepatan pompa air BLDC dan debit74 airnya (mode potensio)
Gambar 4.27. Ia dan RE0 (skala 2,5ms/div, CH1 5A/div,75 CH2 5V/div)
Gambar 4.28. Ia dan RE0 (skala 1ms/div, CH1 5A/div,75 CH2 5V/div)
Gambar 4.29. Gelombang Ipv dan RE0 (skala 2,5ms/div,76 CH1 5A/div, CH2 5V/div)
(mode MPPT)
Gambar 4.31. Kecepatan pompa air BLDC dan debit77 airnya (mode MPPT)
Gambar 4.32. (a) Gelombang Ia dan RE0 (skala78 2,5ms/div, CH1 5A/div, CH2 5V/div) (b) Gelombang Ia dan RE0 diperbesar (skala 1ms/div, CH1 5A/div, CH2 5V/div)
Gambar 4.33. Gelombang Ipv dan RE0 (skala 2,5ms/div,79 CH1 5A/div, CH2 5V/div)
Gambar 4.34. Hasil pengukuran tegangan dan arus PV79 (magnet kuat)
Gambar 4.35. Kecepatan pompa air BLDC 2 dan debit80 airnya
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Konfigurasi pensaklaran inverter tiga fasa17 Tabel 2.2. Spesifikasi dsPIC30f4012
25 Tabel 3.1. Pembacaan Hall Effect dan pensaklaran
44 Tabel 4.1. Parameter komponen pada simulasi
53 Tabel 4.2 Parameter Komponen Pada Implementasi
58