Pengendalian kecepatan motor induksi tiga fasa ini membutuhkan modul Inverter. Inverter terdiri dari saklar semikonduktor atau transistor yang disusun sedemikian rupa, dan memerlukan sinyal kendali yang digunakan untuk mengatur nyala-mati saklar semikonduktor tersebut. Metode untuk merubah sinyal analog menjadi durasi nyala atau mati tersebut adalah Pulse Width Modulation (PWM). Pada proyek akhir ini akan dilakukan pengaturan kecepatan motor induksi tiga fasa menggunakan metode Sine Wive Pulse With Modulation (SPWM). Implementasi control tersebut dilakukan pada mikrokontroler ARM Mikrokontroler STM32F4 untuk mengatur pulsa melalui switching Inverter. Sumber AC dari jala-jala akan diubah menjadi sumber DC oleh rangkaian rectifier untuk masukan Inverter. Kemudian Inverter akan mengubah sumber DC menjadi sumber AC untuk mensuplai motor induksi tiga fasa. Metode SPWM diimplementasikan untuk mencari nilai Frekuensi dari selisih antara Frekuensi referensi dan Frekuensi estimasi. Hasil menunjukkan bahwa kecepatan dengan set point 300 RPM, merupakan respon kecepatan motor dimana nilai kecepatan motor yang dihasilkan hampir sama dengan nilai set  point  kecepatan  yang telah  ditentukan yaitu dengan kecepatan 298.2 RPM, error yang dihasilkan adalah 0,6036%

Muharom, Syahri

Odinanto, Tjahya

Setiawan, Achmad Efendi

English

e-Jurnal ITATS (Institut Teknologi Adhi Tama Surabay)

Seminar Nasional Sains dan Teknologi Terapan IV 2016  ISBN 978-602-98569-1-0 
Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya  
 
B - 17 
RANCANG BANGUN INVERTER 3 FASA SEBAGAI PENGENDALI 
KECEPATAN MOTOR INDUKSI 3 FASA 1/2HP 0.37KW 
MENGGUNAKAN METODE SPWM BERBASIS ARM 
MIKROKONTROLER (STM32F4) 
 
Achmad Efendi Setiawan1, Tjahya Odinanto2 , Syahri Muharom3 
Jurusan Teknik Elektro, Institiut Teknologi Adhi Tama, Surabaya 
Email: fendixariel@yahoo.com , 
tjahjaodynanto@gmail.com , syahrimuharom@gmail.com   
 
 
ABSTRACT 
The speed controlling on three phase induction motor required an Inverter modules. Inverter consists of 
semiconductor switches or transistors in certain arrangement and appropriate control signals to control on-
off in semiconductor switch. The method to encoding analog signals to be on-off  duration is Pulse Width 
Modulation (PWM). This final  project conducted the speed controlling on the three phase induction motor 
by Sinusoidal Pulse With Modulation (SPWM). The control was Implemented on STM32F4 ARM 
Microcontroller control pulses through switching Inverter. The AC source of  grid will be converted to DC 
source of rectifier series as Inverter input. Inverter will convert DC source to AC source to supply three 
phase induction motor. SPWM method was implemented to seek frequency value obtained from the difference 
between reference frequency and estimation frequency. The research  results indicated that the speed with 
300 RPM  set point was the response of  motor speed in which the resulted  motor speed value  was  almost 
the same as  equal  the value of determined speed  set point i.e. 298.2 RPM, while the resulted error was  
0.6036%. 
Keywords : Sinusoidal  Pulse With Modulation (SPWM), 3 phase  Induction Motor, STM32F4. 
 
ABSTRAK 
Pengendalian kecepatan motor induksi tiga fasa ini membutuhkan modul Inverter. Inverter terdiri 
dari saklar semikonduktor atau transistor yang disusun sedemikian rupa, dan memerlukan sinyal 
kendali yang digunakan untuk mengatur nyala-mati saklar semikonduktor tersebut. Metode untuk 
merubah sinyal analog menjadi durasi nyala atau mati tersebut adalah Pulse Width Modulation 
(PWM). Pada proyek akhir ini akan dilakukan pengaturan kecepatan motor induksi tiga fasa 
menggunakan metode Sine Wive Pulse With Modulation (SPWM). Implementasi control tersebut 
dilakukan pada mikrokontroler ARM Mikrokontroler STM32F4 untuk mengatur pulsa melalui 
switching Inverter. Sumber AC dari jala-jala akan diubah menjadi sumber DC oleh rangkaian 
rectifier untuk masukan Inverter. Kemudian Inverter akan mengubah sumber DC menjadi 
sumber AC untuk mensuplai motor induksi tiga fasa. Metode SPWM diimplementasikan untuk 
mencari nilai Frekuensi dari selisih antara Frekuensi referensi dan Frekuensi estimasi. Hasil 
menunjukkan bahwa kecepatan dengan set point 300 RPM, merupakan respon kecepatan motor 
dimana nilai kecepatan motor yang dihasilkan hampir sama dengan nilai set  point  kecepatan  
yang telah  ditentukan yaitu dengan kecepatan 298.2 RPM, error yang dihasilkan adalah 0,6036%. 
Kata Kunci : Sine Wive Pulse With Modulation (SPWM), Motor Induksi 3 fasa, STM32F4. 
 
 
PENDAHULUAN  
Pada saat ini penggunaan motor induksi tiga fasa di industri maupun pada mesin-mesin yang 
menggunakan motor listrik sudah semakin banyak. Hal ini disebabkan karena motor induksi tiga 
fasa memiliki beberapa kelebihan yaitu handal, memiliki tenaga yang besar, konsumsi daya listrik 
rendah dan perawatannya mudah. Tetapi motor induksi tiga fasa juga memiliki beberapa 
kelemahan salah satunya adalah pada pengontrolan kecepatan. Kontrol kecepatan pada motor 
induksi tiga fasa hanya bergantung pada frekuensi masukan sedangkan sumber frekuensi yang 
brought to you by COREView metadata, citation and similar papers at core.ac.uk
provided by e-Jurnal ITATS (Institut Teknologi Adhi Tama Surabay)
Seminar Nasional Sains dan Teknologi Terapan IV 2016  ISBN 978-602-98569-1-0 
Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya  
 
B - 18 
tersedia memiliki frekuensi yang konstan atau tidak dapat diubah nilainya, sehingga pada 
penerapannya mengatur frekuensi tidak mudah dari pada mengatur besar tegangan sumber yang 
masuk ke motor induksi tiga fasa.  untuk mengontrol motor-motor tersebut dipelukan sebuah alat 
yang mampu mengendalikan kecepatan motor tersebut. Dengan ditemukannya inverter maka hal 
tersebut dapat direalisasikan. 
Permanfaatan inverter untuk mensupply motor 3 fasa memerlukan suatu rangkaian kontrol yang 
mampu mengendalikan Mosfet sehingga tegangan keluaran menjadi stabil dan mampu memenuhi 
kebutuhan beban tersebut. Kontrol Sinusoidal PWM pada Three Phase Full Bridge Inverter adalah 
salah satu metode yang dapat digunakan untuk pengaturan frekuensi dan tegangan keluaran 
inverter. Dengan menggunakan ARM Mikrokontroler  sebagai pembangkit PWM diharapkan dapat 
melakukan switching pada mosfet dengan maksimal, sehingga mampu mensupply beban 3 fasa 
pada motor dan mampu menjaga kecepatan putar motor pada set point tertentu. 
 
TINJAUAN PUSTAKA 
Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM) 
SPWM adalah suatu metode yang digunakan untuk menentukan sudut pemicuan dengan cara 
membandingkan gelombang segitiga dengan 3 gelombang sinus (fasa R, fasa S, dan fasa T) yang 
masing-masing berbeda fasa 120°, seperti ditunjukkan pada gambar berikut: 
 
 
Gambar 1. Pemicuan gelombang SPWM 
 
 Setelah didapatkan titik potong antara gelombang segitiga dan tiga gelombang sinus (R, S, dan 
T), maka ditiap titik dilakukan pemicuan secara bergantian antara MOSFET sisi atas dan bawah 
sampai satu periode. 
Inverter  
Inverter merupakan suatu peralatan yang dapat digunakan untuk mengkonversikan sumber 
tegangan AC satu fasa maupun tiga fasa dengan frekwensi yang konstan menjadi tegangan AC 3 
fasa dengan Frekwensi yang bisa diatur, sehingga dapat dipakai untuk mengatur  kecepatan motor 
induksi 3 fasa yang besarnya berbanding lurus dengan Frekwensi sumber tegangannya.  
 
 
Gambar 2. Inverter Sebagai Pengendali Motor AC 
Inverter Tiga Fasa 
Inverter tiga fasa digunakan untuk penerapan daya tinggi. Keluaran tiga fasa didapat dari sebuah 
konfigurasi dari enam transistor dan enam buah dioda, seperti yang terlihat pada Gambar 4. 
Apabila transistor Q1 di-ON-kan, terminal a dihubungkan ke terminal positif tegangan sumber DC. 
Apabila transistor Q4 di-ON-kan, terminal a dihubungkan ke terminal negatif sumber DC. 
Seminar Nasional Sains dan Teknologi Terapan IV 2016  ISBN 978-602-98569-1-0 
Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya  
 
B - 19 
 
 
Gambar 3. Full bridge inverter tiga fasa 
Motor Induksi Tiga Fasa 
Motor induksi atau motor arus bolak-balik adalah suatu mesin listrik yang merubah energi 
listrik menjadi energi gerak. Motor induksi disebut juga sebagai motor asinkron karena rotor 
berputar tidak serempak dengan putaran magnetik fluks yang berputar yang dihasilkan dalam 
kumparan stator. 
 
 
Gambar 4. Konstruksi Motor Induksi Tiga Fasa 
 
Prinsip kerja dari motor induksi ialah sebagai berikut: 
Apabila sumber tegangan 3Ø dipasang pada kumparan medan (stator), timbullah medan putar 
dengan kecepatan angular (ωs). Medan putar stator akan memotong batang konduktor pada rotor. 
Akibatnya pada kumparan jangkar (rotor) timbul tegangan induksi (ggl) yang mengakibatkan rotor 
berputar dengan kecepatan putar sinkron terhadap kecepatan putar stator. 
 
METODE 
Rangkaian Inverter 3 Fasa 
 Rangkaian Inverter tiga fasa terdiri dari enam buah mosfet dan 6 buah dioda.  
 
Gambar 5. Perancangan rangkaian utama Inverter tiga fasa 
 
 Mosfet yang digunakan adalah mosfet dengan tipe IRFP460. Pertimbangan memilih tipe 
IRFP460 adalah mosfet tipe tersebut memiliki tegangan drain source maksimum 500 V dan arus 
drain maksimum 20 A. Berdasarkan parameter tersebut dapat menjadi acuan mengingat beban yang 
akan ditangani sebesar 0,37 kW. 
 
Seminar Nasional Sains dan Teknologi Terapan IV 2016  ISBN 978-602-98569-1-0 
Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya  
 
B - 20 
Blok Diagram Rancangan Inverter Tiga Fasa 
 
Gambar 6. Blok Diagram Rancangan Inverter 
 
 Dari blok diagram pada gambar di atas sumber tenaga yang digunakan adalah dari jala-jala PLN 
sebesar 220Volt sebagai sumber tenaga listrik AC yang kemudian di searahkan menggunakan 
rangkaian rectifier satu fasa yang akan menghasilkan sumber DC, karena tegangan DC tersebut 
memiliki ripple maka memerlukan Capasitor DC sebagai filter agar mengurangi ripple yang di 
hasilkan oleh rangkaian rectifier tersebut yang kemudian di lanjutkan ke rangkaian Inverter sebagai 
sumber inputnya. Output dari Inverter tersebut selanjutnya akan digunakan untuk mensuply sebuah 
Motor Induksi 3 fasa. Kecepatan putar motor akan dikendalikan oleh rangkaian Mikrokontroler 
dengan cara mengubah frekuensi SPWM. 
 
HASIL DAN PEMBAHASAN 
Pengujian Pulsa SPWM Pada Mikrokontroller 
Pada pengujian ini yang dilakukan yaitu menguji signal pulsa yang dihasilkan oleh 
Mikrokontroler ARM STM32F407VG. Pulsa penyulutan SPWM dperoleh dengan membandingkan 
sinyal carrier berupa sinyal segitiga yang memiliki offset atau nilai maximal sebesar 1,25V dengan 
frekuensi 12,5KHz dengan sinyal referensi berupa sinyal sinus sebesar 50Hz dan juga memiliki 
nilai offset atau nilai maximal 1,25V. Pada gambar 7 sinyal referensi yaitu 50Hz dan sinyal carrier 
dengan nilai mf yang digunakan adalah sebesar 250 gelombang. Maka signal carrier yang terjadi 
yaitu 50Hz. 
 
                                                    
   (a)                                   (b) 
Gambar 7. a) Bentuk sinyal referensi 50Hz, b) Bentuk Pulsa SPWM 50 Hz 
 
Pengujian Driver Inverter 
Pengujian dilakukan untuk mengetahui bentuk gelombang output driver inverter dan bentuk 
gelombang trigger mikrokontroler yang masuk pada driver inverter. 
 
Seminar Nasional Sains dan Teknologi Terapan IV 2016  ISBN 978-602-98569-1-0 
Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya  
 
B - 21 
 
Gambar 8. Rangkaian driver IR2111 
 
Pengujian dilakukan dengan cara memberikan pulsa PWM pada input rangkain driver inverter 
dari output dari timer mikrokontroler 
 
Pengujian Output Inverter 
 Pengujian dilakukan untuk mengetahui bentuk gelombang output dan besar nilai tegangan 
output rangkain inverter. Berikut adalah bentuk gelombang output inverter : 
  
 
 
Gambar 9. Bentuk gelombang Output Inverter 
 
Pengujian Motor Tanpa Beban 
Tabel 1. Hasil pengujian motor tanpa beban 
 
 
Berdasarkan hasil percobaan pada tabel 1 dapat dilihat bahwa daya motor yang dihasilkan 
cenderung turun nilainya sebanding dengan turunnya nilai frekuensi inverter. Pada saat kecepatan 
Seminar Nasional Sains dan Teknologi Terapan IV 2016  ISBN 978-602-98569-1-0 
Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya  
 
B - 22 
300 RPM nilai kecepatan yang terbaca menunjukkan nilai sebesar 301.4 RPM. Sehingga dapat 
dihitung error perbandingan antara set point dan kecepatan yang terbaca sebagai berikut : 
 
Error(%) = 
set point−kec.  motor
set point
 x 
   100% 
Error(%) = 
300 −301.4
300
 x 100% 
Error(%) = 0.466% 
 
Pengujian Motor Berbeban 
 Pengujian dilakukan untuk mengetahui kerja dari sistem kontrol yang telah dibuat dengan 
cara memberikan tegangan input pada rectifier sebesar 220Volt. Berikut adalah data hasil 
pengujian motor saat berbeban: 
 
 
Tabel 2. Hasil pengujian motor saat berbeban 
 
 
KESIMPULAN 
Pada pengujian motor tanpa beban, saat set point bernilai 300 RPM, nilai kecepatan motor yang 
dihasilkan masih terdapat osilasi dengan nilai  error yang bervariasi dari 0% hingga 9%. Pada 
pengujian motor saat berbeban dapat dilihat bahwa nilai kecepatan motor berubah-ubah dengan 
nilai beban yang tetap. Sehingga kontrol sistem akan menyesuaikan kecepatan motor tersebut 
sesuai dengan set point yang diberikan. Namun dapat dikatakan bahwa respon kecepatan motor 
masih fluktuatif. Pada sample data kecepatan dengan set point 300 RPM, merupakan respon 
kecepatan motor dimana nilai kecepatan motor yang dihasilkan hampir sama dengan nilai set  
point  kecepatan  yang telah  ditentukan yaitu dengan kecepatan 298.2 RPM, error yang dihasilkan 
adalah 0,6036%. Sedangkan error yang tertinggi yaitu pada sampel data kecepatan pada set point 450 
RPM  yaitu dengan kecepatan 440.3 RPM dengan nilai error 2.203%. 
 
DAFTAR PUSTAKA 
[1]  Adrianto, H. 2013. Pemrograman Mikrokontroler AVR ATmega16 menggunakan 
Bahasa C (CodeVision AVR) edisi revisi. Bandung : Informatika. 
[2] Aswardi. 2009. e-learning Documen.Medan : BJJ FT UNP Padang – P4TK Medan. 
[3] Faisyal Rahman. 2013. Pengendalain Tegangan Inverter 3 FasaMenggunakan Space Vektor 
Pulse Width Modulation (SVPWM) Pada Beban Fluktuatif. Jember : Universitas Jember. 
[4] Junaidi. 2010. Analisa Switching Transistor untuk Pembentukan Gelombang Sinusoidal PWM. 
Depok : Universitas Indonesia. 
[5] M. Imam Jazuli. 2014. Perancangan Inverter 3 Fasa Dengan Kontrol Berbasis Mkrokontroler 
Atmega16. Jember : Fakultas Teknik Universitas Jember. 
Seminar Nasional Sains dan Teknologi Terapan IV 2016  ISBN 978-602-98569-1-0 
Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya  
 
B - 23 
[6] Munoz, O. D. 2011. Design Strategy for a 3-Phase Variable Frequency Drive (VFD). San 
Luis Obispo. California Polythecnic State University. 
[7] Mokhamad asrul afrizal. 2010. Perencanaan dan Pembuatan Modul Inverter 3 Phase Sebagai 
Suplai Motor Induksi Pada Pengembangan Modul Praktikum Pengemudi Listrik. Surabaya : 
Politeknik Elektronika Negeri Surabaya Institut Teknologi Sepuluh Nopember. 
[8] Pradana, D. P. 2010. Rancang Bangun Rangkaian Full Bridge Converter dan Three Phase 
Inverter sebagai Penggerak Mobil Listrik Berbasis Mikrokontroler (Three Phase Inverter). 
Surabaya : PENS Institut Teknologi Sepuluh November. 
[9] Prayogo, R. 2012. Modul Pengaturan PWM (Pulse With Modulation) Dengan PLC. Malang : 
Universitas Brawijaya. 
[10] Rashid, M. H. 2004. ”Power Electronics Circuits, Devices, and Application 3rd Edition”. 
USA : Prentice Hall. 
[11] Rashid, M. H. 2001. Power electronics handbook. Canada : Academic press 
[12] Tim Penulis, 2012. Panduan Kompetisi Mobil Listrik Indonesia IV. Bandung : Politeknik 
Negeri Bandung. 
[13] UPT Penerbitan Jember. 2009. Pedoman Karya Tulis Ilmiah. Jember : Jember University 
Press. 
[14] Wasono, Adi.2011. Rancang Bangun Aplikasi Programmable Logic Controller (PLC) Sebagai 
Pengendali Kecepatan Motor Induksi Tiga Fasa Melalui Iverter. Semarang : Staf Pengajar 
Jurusan Elektro Politeknik Negeri Semarang. 
[15] Yadi Yunus, Suyamto. 2008. Rancang Bangun Alat Pengatur Kecepatan  Motor Induksi 
Dengan Cara Mengatur Frekuensi. DIY : Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN. 
[16] Zuhal, 1995. Dasar Teknik Tenaga Listrik Dan Elektronika Daya. Jakarta : Gramedia Pustaka 
Utama. 
  
Seminar Nasional Sains dan Teknologi Terapan IV 2016  ISBN 978-602-98569-1-0 
Institut Teknologi Adhi Tama Surabaya  
 
B - 24 
- Halaman ini sengaja dikosongkan - 


RANCANG BANGUN INVERTER 3 FASA SEBAGAI PENGENDALI KECEPATAN MOTOR INDUKSI 3 FASA 1/2HP 0.37KW MENGGUNAKAN METODE SPWM BERBASIS ARM MIKROKONTROLER (STM32F4)

https://ejurnal.itats.ac.id/sntekpan/article/download/1317/1122

RANCANG BANGUN INVERTER 3 FASA SEBAGAI PENGENDALI KECEPATAN MOTOR INDUKSI 3 FASA 1/2HP 0.37KW MENGGUNAKAN METODE SPWM BERBASIS ARM MIKROKONTROLER (STM32F4)

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

e-Jurnal ITATS (Institut Teknologi Adhi Tama Surabay)