## KENDALI ARUS STARTING MOTOR INDUKSI  SATU FASA MENGGUNAKAN MAGNETIC ENERGY RECOVERY SWITCH ( MERS )
Ken Hasto 1 , Muhammad Haddin 2 , Dedi Nugroho 3
1,2,3 Jurusan MTE, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Islam Sultan Agung Semarang Jl. Raya Kaligawe KM 4, Semarang
Email : ken.hasto@yahoo.com, haddin@unissula.ac.id, dedinugroho@unissula.ac.id

## ABSTRACT
Control of Electrical Energy at the induction motor starting can be done by adjusting the input  Voltage  so  that  the  flow  generated  during  the  starting  of  the  motor  can  be  arranged magnitude.
The purphose  of this study was to determine the characteristic Magnetic Energi Recovery Switch(MERS), as the regulator of the input voltage at the time of induction motor starting so that the current can be controlled and can regulated the electrical energy consumed by the motor . The  method does is to design the input voltage of the motor control by magnetic energy recovery switch MERS . Aplication MERS as a motor input voltage controller firstly be simulated with PSim Software,  The  simulated  results,  as  a  reference  made  prototype  and  tasted  its  feasibility,  criteria feasible and not feasible Mers device can be determined, among others, large capacitance smaller than  the  capacitance  resonance  .maximum  voltage  capacitor  is  not  more  than  twice  the  voltage source and has low harmonic impact
Results Mers applications as controlling the input voltage at the beginning of starting an induction motor capable of improving lowers the voltage to 108 volts .
Keywords : Device Mers, the energy regulator, power factor improvement

## 1. P ENDAHULUAN

## Latar Belakang Permasalahan
Dewasa ini Energi listrik merupakan  kebutuhan  yang  sangat  fital bagi masyarakat, dari kebutuhan penerangan  untuk  masyarakat  langsung maupun  untuk    masyarakat  industri. Pengoperasikan  perangkat    lunak  hingga penggerak  perangkat  kerasnya      untuk kegiatan  produksi  dalam  dunia  Industri hampir  semuanya  menggunakan  tenaga listrik,    penggerak  utama    banyak menggunakan motor listrik dan salah satu
jenis  motor    yang  banyak  digunakan adalah  motor  induksi,  karena  motor induksi  mempunyai  konstruksi  yang sederhana  dan  sangat  mudah  pengaturan kecepatannya    namun  permasalahan pengasutan (starting) motor induksi  perlu menjadi perhatian, karena arus startingnya  dapat    mencapai  5  –  7    kali arus nominal (I n ) walaupaun dalam kurun waktu yang singkat. Bila terjadi kenaikan arus  yang  mendadak    dapat  mengganggu stabilitas  putaran  motor    yang  sedang
beroperasi atau memungkinkan terjadinya power trip.
Sistem  pengendalian  start  motor induksi  dapat  digunakan  antara  lain dengan memasang kapasitor pada terminal  masukan  ,  kapasitor  terpasang serie  dengan  kumparan  bantu,  kapasitor start  direncanakan  khususnya  untuk waktu pemakaian yang singkat,. Bila saat start dan setelah putaran motor mencapai 75%  dari  kecepatan  penuh,  saklar sentrifugal  otomatis  akan  terbuka  untuk memutuskan  kapasitor  dari  rangkaian, sehingga  yang  tinggal  selanjutnya  hanya kumparan  utama    dan    arus  startingnya terkendali.
Cara   lain dari  permasalahan ini adalah menggunakan
teknologi elektronika  daya Triode  for  alternating current (TRIAC)  digunakan  sebagai komponen  utama  dalam soft  starter . Pengaturannya juga diatur dengan mikrokontroler untuk memudahkan melakukan  pengasutan.  Mikrokontroler yang  digunakan  dapat    menggunakan Arduino.  Soft  starter  yang  dirancang mampu  menurunkan  arus  pengasutan hingga  2  kali  untuk  pengasutan  tanpa beban.
Pengendalian starting motor induksi  satu  fasa  dengan  cara  yang  lain lagi  adalah  Sakelar  Pemulih  Energi Magnetik  ( Magnetic  Energy  Recovery Switch /MERS)  bekerja  mengendalikan pengisian  dan  pengosongan  muatan kapasitor  dengan  mengontrol  pergeseran
sudut penyalaan Mosfet, rangkaian MERS  tersebut  dipasang  antara  motor induksi    satu  fasa   dan  sumber  tegangan, cara  pengendalian  starting  motor  adalah dengan  mengendalikan  reaktans  induktif yang  dihasilkan  oleh  motor  induksi dengan  mengatur  besarnya  reaktans kapasitif  yang  dihasilkan  oleh  rangkaian MERS  dengan  cara  mengatur  pengisian dan pengosongan kapasitor pada rangkaian MERS.

## Tinjauan Pustaka
Motor  induksi  biasa  disebut dengan  motor  tak  serempak  atau  motor Asinkroon,  karena  putaran  medan  stator selalu  mendahului  putaran  medan  rotor, kumparan  motor    induksi  terdiri  dari kumpara utama dan kumparan bantu yang berbeda  90 0 listrik  dengan  beda  besaran resistansi  dan  reaktansi  sehingga  aliran arus  tidak  sefasa,  beda  arus    antara kumparan  utama  dan  kumparan  bantu inilah yang akan menyebabkan terjadinya  perbedaan  fluks  medan  utama dan  fluks  medan  bantu  pada  stator, sehingga menghasilkan medan putar yang menimbulkan  kopel  mula  dan  arus  yang besar pada motor
Sistem    untuk  pengendalian  arus mula yang besar pada saat starting motor induksi  agar  tidak  mengganggu  jaringan listrik  terpasang,    maka    arus  starting harus dapat dikendalikan antara lain salah
satunya    dengan  memasang  kapasitor starting

## Motor Listrik Induksi 1 fasa
Motor  listrik  satu  fasa  memiliki dua  belitan  stator,  yaitu  belitan  fasa utama  (belitan  U1-U2)  dan  belitan  fasa bantu (belitan Z1-Z2),
Gambar 1. Medan Magnet Utama dan
Medan magnet Bantu Motor Satu fasa Belitan  utama  menggunakan  penampang kawat  tembaga  lebih  besar  sehingga memiliki impedansi lebih kecil.
Sedangkan  belitan  bantu  dibuat  dari tembaga  berpenampang  lebih  kecil  dan jumlah belitannya lebih banyak, sehingga impedansinya  lebih  besar  dibanding impedansi belitan utama
Gambar 2 Grafik gelombang arus medan bantu dan arus medan utama
Gambar 3 . Rangkaian ekivalen motor induksi sederhana.
Fenomena transien arus starting
Ketika  motor  induksi  di  jalankan maka  akan  timbul  arus  mula  yang  besar, hal  ini  dikarenakan  frekuensi  dan reaktans  yang  tinggi  dalam  kondisi  start yaitu  dengan  slip  seratus  persen.  Jadi dalam  rangkaian  rotor  yang  sangat reaktif,  arus  rotor  tertinggal  terhadap GGL  rotor  dengan  sudut  yang  besar,    ini berarti  bahwa  aliran  arus  maksimum terjadi  dalam  konduktor  rotor  pada  suatu waktu setelah kerapatan fluksi maksimum stator melewati
konduktor tersebut.sehingga
kondisi ini
menghasilkan  arus  mula  yang  besar dengan  faktor  daya  yang  rendah  dan menghasilkan  torsi  mula  yang  rendah. Jika rotor melakukan percepatan, frekuensi rotor menjadi berkurang dikarenakan  nilai  slip  yang  berkurang, berarti nilai reaktansi rotornya berkurang, sehingga menyebabkan nilai torsinya naik ke harga maksimum. Jika motor dipercepat  lebih  lanjut,torsi  akan  turun sesuai  dengan  harga  yang  diperlukan
untuk  memutar  beban  dengan  kecepatan konstan .
Saat motor starting, terjadi lonjakan arus yang besar, berkisar antara 5 – 7 kali dari arus nominal yang terjadi dalam waktu yang sangat singkat, dan mengakibatkan jatuh tegangan sesaat. Fenomena seperti ini akan menyebabkan efek seperti :
1. Torsi  pada  saat  arusnya  transien akan  menyebabkan    tekanan  pada sistem mekanisnya.
2. Menghambat  percepatan  putaran motor menuju putaran nominal.
3. Kagagalan  kerja  pada  peralatan lain seperti relai, kontaktor.
4. Mengganggu  putaran  motor  lain yang  sedang  bekerja  pada  satu jaringan yang sama
Pengertian  tentang  saklar  pemulih energi magnetik (MERS)
Saklar  pemulih  energi  magnetik berasal dari alih bahasa Magnetic Energy Recovery Switch disingkat MERS. Sesuai nama  dan  prinsip  fungsinya  saklar pemulih energi magnetik adalah
menyerap secara dinamis dan memancarkan  kembali  energi  magnetik untuk beban-beban induktif
Dasar  tata  letak  dan  penempatan perangkat saklar pemulih energi magnetik seperti full-bridge  converter ,  terdiri  dari sebuah  kapasitor  dihubungkan  ke  empat
pasang  dioda-transistor.  Proses  pengisian dan  pengosongan  kapasitor  dikendalikan oleh transistor sebagai saklar berpasangan,  yang  terdiri  dari  dua  saklar letaknya  berlawanan  diagonal  satu  sama lainya dengan satu pasang diaktifkan dan yang  lain  tidak  diaktifkan  dalam  setiap periode listrik.
Prinsip  kerja  saklar  pemulih  energi magnetik
Prinsip  kerja  saklar  pemulih energi magnetik (MERS) bekerja berdasarkan  pengisian  dan  pengosongan sebuah kapasitor dengan pengaturan aktif dan  non  aktif  dari  transistor  sebagai saklar berpasangan, pasangan satu diaktifkan  dan  yang  lain  tidak  diaktifkan dalam  setiap  periode  listrik.  Ketika MOSFET  on , drain lebih  positif  dari sourse maka arus akan mengalir melewati transistor.  Akan  tetapi  jika MOSFET  off drain lebih  negative  dari sourse maka arus mengalir melalui diode.
Rangkaian MERS
Gambar 4 . Rangkaian MERS dengan Motor Induksi 1 fasa
1.  Saklar  Pemulih  Energi  Magnetik (MERS)  yang  difungsikan  untuk mengatur  tegangan  masukan  pada motor induksi
2.  Parameter  Motor  Induksi  Pengukuran reaktansi  dan  resistansi  dari  motor Induksi  untuk  menentukan  besarnya nilai C pada rangkaian  MERS
3.  Picuan  MOSFET  .Untuk  mengisi  dan mengosongkan  kapasitor  dalam  untai MERS  dilakukan  dengan  memberikan tundaan picuan MOSFET .

## 2. M ETODOLOGI P ENELITIAN
Alat dan Bahan Penelitian a.    Modul  Zero  Cross  Detektor  dan OPAMP Lf 356
Modul  Zero  cross  detector  yang didalamnya  terdapat  sebuah  OPAMP yang  dikonfigurasikan  sebagai  rangkaian comparator (pembanding tegangan)
berfungsi untuk mendeteksi titik perubahan  siklus  positip  negatif  atau sebaliknya  pada  tegangan  AC.  Skematik untai  zero  Cross  Detektor  dapat  dilihat Gambar dibawah ini
Gambar 5. Zero Cross Detektor
b. Perangkat Lunak Pengendali Picuan Modul  Pengendali  yang  merupakan sebuah  sistem  minimum  mikrokontroler AVR  ATMEGA32  yang  difungsikan sebagai  pengatur  waktu  tunda  picuan MOSFET melalui modul isolasi.. Keluaran  dari  modul  zero  cross  detector dihubungkan  dengan  PIND.2  sebagai pind  pembangkit  interupsi  Ekstenal  0. Sebagai pemicu MOSFET modul MERS, PIND.4  dan  PIND.5  yang  mempunyai keluaran logika yang saling berkebalikan. Untuk  mengatur  besar  waktu  tunda pemicuan, sebuah potensiometer dihubungkan  dengan  pin  ADC0,  pada perangkat lunak akan diatur nilai konversi ADC mempengaruhi nilai TCNT0 yang merupakan register Timer0.
S1 & S3 S2 & S4 Zero Cross Detector
Gambar 6. Skematik Modul Pengendali

## 3. H ASIL DAN P EMBAHASAN

## Hasil Simulasi terhadap Tegangan Keluaran
Perubahan  terhadap  besar  tegangan efektif keluaran MERS karena diaplikasikan  ke  beban  yang  tetap mengakibatkan  perubahan  besar  arus efektif  yang  mengalir  ke  beban.  Pada rentang  tundaan  picuan  dari  0°  sampai dengan  90°  ,  tegangan  efektif  keluaran untai MERS berangsur membesar dengan rentang  108.68  Volt  sampai  dengan 260,88  Volt.  Keluaran  dari  MERS langsung  dihubungkan  dengan  beban yaitu  sebuah  motor  induksi  1fasa  ,  1  HP dengan  putaran  nominalnya  1450  Rpm, frek.  50  Hz,  hal  tersebut    dilakukan sebagai  simulasi  agar    mengetahui kecepatan putar, besar  tegangan keluaran MERS  dan besarnya Power factor  pada sudut  picu  yang  dilakukan,  serta  bear putaran nominalnya dari motor  induksi
Tabel  1 .  Hasil  Simulasi  Putaran  Motor dengan Psim
Tunda Picu V Out I Out PF Rpm 0 65.9 0.411 0,18 435 10 75.6 0.83 0,24 502 20 97.7 1.48 0,38 654 30 123.7 2.12 0,52 823 40 145.6 2.70 0,65 997 50 172.8 3.21 0,77 1151
60 192.1 3.63 0,87 1285 70 206.37 3.93 0,94 1379 80 215.16 4.12 0,98 1439 90 218.01 4.18 0,99 1460 100 216.25 4.15 0,99 1446 110 212.3 4.07 0,98 1419 120 206.28 3.95 0,97 1379 130 198.49 3.79 0,95 1326 140 189.30 3.61 0,93 1265 150 179.19 3.42 0,91 1198 160 168.70 3.22 0,89 1125 170 166.79 3.18 0,87 1111 180 149.10 2.85 0,85 997
Dari  tabel  yang  dihasilkan  pada simulasi  PSim  terlihat  bahwa  pada putaran  motor  1460  Rpm,  terjadi  pada picuan  90 0 pada  tegangan  input  sekitar 218.01  Volt,  arus  sekitar  4.18  Amp,  jadi sampai  pada  putaran  nominal  arus  yang muncul hanya 4.18 Amper
Pada name  plate motor    Arus nominalnya  adalah  4.3  Amper,  starting motor  induksi  ini  tidak  akan  menggangu jaringan yang dipakai karena tidak terjadi lonjakan  arus  yang  besar  pada  saat starting.

## 4. K ESIMPULAN
Kesimpulan yang diperoleh dari penelitian ini adalah sebagai berikut,
1. Dengan  pengaturan  tundaan  picuan MOSFET pada MERS, dapat mengatur besar tegangan efektif keluaran  rangkaian  MERS.sehingga
Arus  asutan  starting  motor  induksi terkendali
2. Dengan  pengaturan  tundaan  picuan MOSFET pada MERS, dapat mengatur  faktor  daya  dan  dapat memperbaiki nilai faktor daya
(mendekati  1)  dengan  pemilihan kapasitor MERS yang tepat X C = X L .
3. Pemasangan      MERS  pada    jaringan listrik  tidak  memberikan  kompensasi pada  reaktansi  motor  induksi,  karena pemasangan MERS hanya
memberikan  energi  kapasitif  pada beban.
4. Pada tundaan picuan MOSFET rentang  0°  sampai  dengan  90°  , kondisi  arus  beban  tertinggal  dengan tegangan sumber ( lagging ). Dan faktor daya berangsur optimal mendekati 1.
5. Pada  tundaan  picuan  MOSFET  >90°, kondisi arus beban mendahului tegangan sumber ( leading ),faktor daya berangsur  mengecil  kearah    0. tegangan  efektif  keluaran  berangsur mengecil.
Putaran  nominal  terjadi  pada  picuan 90 0 ,  karena  tegangan  keluaran  MERS sudah pada tegangan kerja dan arus yang muncul  4.18  Amp  ,  tidak  menggangu jaringan kerja

## 5. D AFTAR P USTAKA
Fauzan    “  Studi  Perbaikan  Faktor  daya Beban Induktif  Dengan Kompensator Reaktif  Seri  Menggunakan  Saklar Pemulih Energi Magnetik “ 2012 Isobe T, Takaku T, Munakata.H, Tsutsui,
Tsuji-Ilo  S,  Shimada  R,  “Voltage Rating  Reduction  of  Magnet  Power Supplies  Using  a  Magnetic  Energy
Recovery Switch”, IEEE Transactions on Applied
Superconductivity Vol. 16, Issue 2, pp. 1646-1649, 2006
Isobe T, Wiik J. A, Wijaya F. D, Inoue K,
Uzuki  K,  “Improved  Performance ofInduction  Motor  Using  Magnetic Energy  Recovery  Switch”,  Power Conversion  Conference  -  Nagoya, 2007, pp. 919-924, 2007.
Jun  Narushima,  Kouta  Inoue,  Taku Takaku,  Takanori  Isobe,  Tadayuki Kitahara, Ryuichi
Shimada
Application  of  Magnetic  Energy Recovery  Switch  forPower  Factor Correction, IPEC-Niigata, japan April 4-8, 2005.
Margono    “Aplikasi  MERS  untuk peredup  lampu  fluorescent.MERS digunakan  untuk  perbaikan  faktor daya “
Olav jakob Fonstelien dkk March 2009 “ A  Solution  for  Low  Voltage  Ride Through  of  Induction  Generators  in
Wind  Farms  using  Magnetic  Energy Recovery Switch , 2012
Takaku  T,  Homma  G,  Isobe  T,  Igarashi S, Uchida Y, Shimada R,”Improvedwind  power  conversion system using magnetic energy recovery  switch MERS” Conference
Record  of  the  2005  Fourtieth  IAS Annual  Meeting,Vol.  3,  pp.  2007- 2012, 2005
Wiik J. A, Isobe T, Takaku T, Wijaya  F.
D,  Usuki  K,  Arai  N,  Shimada
R.,“Feasible  series  compensation
applications  using  Magnetic  Energy
Recovery, 2010
Zuriman  Anthony.    Bahan  ajar  Mesin Listrik  AC.  Pengenalan  motor Induksi, 2012