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 BLDC

  9 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 Effect

  14 Gambar 2.8. Sinyal keluaran hall effect sensor terhadap

  15 kutub magnet

Gambar 2.9. Sinyal keluaran hall effect sensor terhadap

  16 posisi rotor

Gambar 2.10. Inverter tiga fasa

  17 Gambar 2.11. (a) IGBT model CPV364M4F (b)

  18 Konfigurasi CPV364M4F

Gambar 2.12 Proses konversi energi matahari pada

  20

  photovoltaic

Gambar 2.13. Rangkaian ekuivalen photovoltaic

  21 terhadap tegangan (b) Arus terhadap tegangan

Gambar 2.15 Konfigurasi pin dsPIC30F4012

  36 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 Pemrograman

  50 Gambar 4.1. Skema simulasi menggunakan Power

  52 Simulator

Gambar 4.2. Sinyal hall effect

  55 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, RE2

  60 dan RE3 (b) RE0, RE4 dan RE5

Gambar 4.9. Gelombang tegangan dan arus per fasa

  61 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 satu

  62 screen (skala 5ms/div, 20V/div)

Gambar 4.11. Gelombang tegangan antar fasa (skala

  62 5ms/div, 50V/div)

Gambar 4.12. Kecepatan pompa air Bldc sumber catu

  63 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 fasa

  65 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 satu

  66 screen PWM jenis 1 (skala 5ms/div,

  50V/div)

Gambar 4.16. Tegangan antar fasa PWM1 PWM jenis 1

  66 (skala 5ms/div, 50V/div)

Gambar 4.17. Kecepatan Pompa Air Bldc Sumber Catu

  67 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 fasa

  69 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 jenis

  70 2 (skala 5ms/div, 50V/div (a) Tegangan antar fasa

Gambar 4.21. Kecepatan pompa air Bldc sumber catu

  71 daya duty2

Gambar 4.22. Gelombang Ia dan RE0 mode potensio

  72 (skala 5ms/div, CH1 5A/div, CH2 5V/div)

Gambar 4.23. Gelombang Ia dan RE0 mode potensio

  72 (skala 500us/div, CH1 5A/div, CH2

  5V/div)

Gambar 4.24. (a) Gelombang Ipv dan RE0 (skala

  73 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 PV

  74 (mode potensio)

Gambar 4.26. Kecepatan pompa air BLDC dan debit

  74 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 debit

  77 airnya (mode MPPT)

Gambar 4.32. (a) Gelombang Ia dan RE0 (skala

  78 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 PV

  79 (magnet kuat)

Gambar 4.35. Kecepatan pompa air BLDC 2 dan debit

  80 airnya

  

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Konfigurasi pensaklaran inverter tiga fasa

  17 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