## JEPCA

## Perancangan VFD Motor Induksi 1 Phase Untuk Pengaturan Awal Kecepatan Mobil Listrik
Leily W Johar, S. Umar Djufri, Hendi Matalata 1,2,3 Fakultas Teknik, Universitas Batanghari
* Corresponding author: leily.w.johar@unbari.ac.id
Abstrak . Teknologi penggerak kecepatan variabel dan pentingnya pengendalian kecepatan motor yang ada telah menarik banyak perhatian  dengan  munculnya  perangkat  listrik  baru  dan  bahan  magnetik.  Paper  ini  merupakan  tinjauan  komprehensif  tentang aplikasi VFD dalam penghematan energi motor listrik. Tujuannya adalah untuk mengidentifikasi peluang penghematan energi dan penerapan  penggerak  kecepatan  variabel  ke  aplikasi  motor  listrik  yang  ada.  Pada  paper  ini  penulis  berharap  dapat  memberikan informasi  yang  berguna  untuk  aplikasi  penggerak  kecepatan  variabel  di  masa  mendatang  seperti  kipas,  pompa,  pendingin, ventilator  dan  sebagai  penggerak  mobil  listrik.  Pada  penelitian  ini  telah  dilakukan  pengujian  rangkaian  perubahan  frekuensi sebagai  pengaturan  kecepaatan  motor  induksi  menggunakan  Variable  Frequency  Drive (VFD ),  yang  mana  pada  hasil  penelitian perubahan  frekuensi  ini  dapat  mengatur  kecepatan  motor  induksi.  Pada  penelitian  ini  perubahan  frekuensi  masih  diatur  secara analog  dengan  mengganti-ganti  besar  resistor  pada  IC  pembangkit  sinyal  PWM  untuk  driver  MOSFET.  Untuk  itu  penelitan berikutnya di harapkan perubahan frekuensi dapat dilakukan secara digital
Kata Kunci : Motor Listrik, VFD, Semikonduktor Analog
Abstract. Variable speed drives and the importance of controlling the speed of existing motors have attracted much attention with the advent of new electrical devices and magnetic materials. This paper is a comprehensive review of the application of VFD in energy  saving  electric  motors.  The  aim  is  to  identify  energy  saving  opportunities  and  apply  variable  speed  drives  to  existing electric  motor  applications.  In  this  paper  the  authors  hope  to  provide  useful  information  for  future  variable  speed  drive applications such as fans, pumps, coolers, ventilators and as electric car propulsion. In this study, a series of frequency changes has been tested as an induction motor speed regulation (VFD), which in the results of this frequency change research can regulate the speed of the induction motor. In this study, the frequency change is still regulated analogously by changing the resistor size on the PWM signal generator IC for the MOSFET driver. For that the next research is expected to change the frequency can be done digitally

## Keywords: Electric Motor, VFD, Analog Semiconductor

## PENDAHULUAN
VFD memainkan peran penting dalam mengoptimalkan  energi  listrik  yang  dikonsumsi  oleh motor  listrik  sebagai  fungsi  dari  energi  mekanik  yang diberikan  ke  motor  tersebut.  Hal  ini  dicapai  dengan meminimalkan  kehilangan  energi  panas  listrik.  Dalam tulisan  ini,  kami  mengusulkan  metode  asli  untuk optimasi  energi  listrik  untuk  sistem  yang  lengkap termasuk  motor  penggerak.  Tujuannya  adalah  untuk menentukan  kecepatan  optimal  yang  meminimalkan konsumsi  energi  listrik  untuk  titik  sistem  operasi termasuk  VFD  dan  motor  listrik.  Motor  listrik  banyak digunakan  dalam  berbagai  aplikasi  domestik  dan industri,  seperti  dalam  air  dan  air  limbah,  makanan  dan minuman,  dan  aplikasi  minyak  dan  gas.  Dalam kebanyakan  kasus,  motor  listrik  dapat  dihubungkan langsung  ke  sumber  listrik  yang  disebut  Direct  On  Line (DOL)  atau  dikendalikan  oleh  penggerak  kecepatan variabel  (VFD)[1].  Manajemen  energi  sistem  pengerak global  menjadi  sangat  penting  untuk  mengurangi  biaya energi  instalasi  dan  mengoptimalkan  biaya  perawatan, misalnya  dengan  meningkatkan  masa  pakai  peralatan. Sebuah  VFD  sangat  penting  untuk  meningkatkan efisiensi energi dari sistem pengerak secara keseluruhan. VFD  memungkinkan  memberikan  semua  kemungkinan
titik  kerja  mekanis  (kecepatan,  torsi)[2],  dan  akibatnya, hanya daya mekanik yang dibutuhkan oleh sistem. Hasil eksperimen menunjukkan relevansi pendekatan pengoptimalan  daya  ini  untuk  sistem  pengerak  motor listrik.  Kebanyakan  motor  dirancang  untuk  beroperasi pada  kecepatan  konstan  dan  memberikan  output  yang konstan; namun, teknologi modern memerlukan kecepatan  yang  berbeda  dalam  banyak  aplikasi  di  mana motor listrik penggerak kecepatan variabel (VFD) adalah perangkat yang mengatur kecepatan dan gaya rotasi, atau torsi  keluaran  peralatan  mekanis.  Efek  penerapan  VFD baik  dalam  peningkatan  produktivitas  maupun  dalam pompa, kipas angin, kompresor dan peralatan lainnya[3]. Teknologi penggerak kecepatan variabel dan pentingnya pengendalian  kecepatan  motor  yang  ada  telah  menarik banyak  perhatian  dengan  munculnya  perangkat  listrik baru  dan  bahan  magnetik.  Paper  ini  merupakan  tinjauan komprehensif tentang aplikasi VFD dalam penghematan energi motor listrik. Tujuannya adalah untuk mengidentifikasi  peluang  penghematan  energi  dan penerapan  penggerak  kecepatan  variabel  ke  aplikasi motor  listrik  yang  ada.  Penulis  berharap  dapat memberikan  informasi  yang  berguna  untuk  aplikasi penggerak kecepatan variabel di masa mendatang seperti
kipas,  pompa,  pendingin,  ventilator  dan  sebagai penggerak mobil listrik[4].

## Tinjauan Pustaka
VFD  berdasarkan  prinsip  kerja  untuk  mengatur kecepatan  motor  induksi  AC  3  Phase  dan  1  phase menggunakan  frekuensi  untuk  mengatur  kecepatan motor[5]. Adapun diagram blok variable frequency drive diperlihatkan pada gambar 1.
Gambar 1. Diagram Blok VFD
Prinsip kerja VFD yang sedehana adalah[3]:
1. Tegangan  yang  masuk  dari  jala-jala  50  Hz  PLN  di konversi dari AC ke DC melalui Blok Rectifier.
2. Tegangan DC yang dihasilkan kemudian dikonversikan  kembali  menjadi  sumber  AC  melalui blok  inverter,  yang  terdiri  dari  Semiconduktor  aktif seperti  MOSFET.  Dengan  menggunakan  frekuensi pensakelaran,  untuk  mencacah  tegangan  DC  dan dimodulasi  sehingga  keluar  frekuensi  sesuai  yang diinginkan.
3. Keluaran  Blok  inverter  kemudian  digunakan  sebagai sumber  tegangan  motor  induksi  dengan  frekuensi yang dapat diatur.
Secara  Matematis  hubungan  kecepatan  motor dengan perubahan frekuensi dapat diihat sebagai berikut:
............................................ (1)
Dimana : Ns = Medan Putar Stator p    = Jumlah Kutup f    = Frekuensi

## Topologi Multilevel Inverter Dioda Clamped
Inverter  digunakan  untuk  mengkonversi  sumber DC  menjadi  AC  yang  frekuensi  sumber  AC  nya  dapat diatur.  Adapun  konstruksi  dari  Inverter  seperti diperlihatkan pada gambar 2.
Gambar 2. Konstruksi Topologi Multilevel Inverter Dioda Clamped
Dari  gambar  2  diatas,  agar  konstruksi  dari Topologi  Multilevel  Inverter  Dioda  Clamped  dapat bekerja  maka  diperlukan  pola  pensakelaran  seperti diperlihatkan pada tabel 1.
Tabel 1. Pola Pensakelaran NO Pola Pensakelaran Tegangan Keluaran S1 S2 S3 S4 1  On Off Off Off 0 2  On On Off Off +VDC 3  Off On On Off 0 4  Off Off On On -VDC
Dari  penjelasan  Gambar  2  dan  tabel  1  diatas, maka  keluaran    multilevel  inverter  dioda  clamped sebagai  sumber  energi  listrik  bagi  motor  induksi diperlihatkan pada gambar 3.
Gambar 3. Modifikasi Keluaran Multilevel Inverter

## Dioda Clamped

## METODE
Pada  paper  ini  adapun  rancangan  rangkaian keseluruhan penelitian meliputi rangkaian pembangkitan gelombang PWM, Rangkaian MLI, Transformator Step- Up  dan  Transformator  Variabel.  Blok  Rangkaian keseluruhan  penelitian  diperlihatkan  seperti  gambar  4 dibawah:
Comparator
Comparator
MOSFET DRIVER Hin Lin Lo Ho IC IC Sinyal Sinus MOSFET Sinyal Sinus Sinyal Segitiga Sinyal Segitiga M TRAFO MOTOR INDUKSI 1 PHASA Gambar 4 . Blok Metode Penelitian
Pada  gambar  4,  untuk  mencacah  input  DC  dari rangkaian  MOSFET  (Multilevel  Inverter)  digunakan gelombang  PWM  melalui  driver  MOSFET[6],  dimana besar  frekuensinya  diatur  melalui  sinyal  sinus  sebagai referensi  yang  kemudian  dibandingkan  ( Comparator ) dengan  sinyal  segitiga  sebagai  pembawa  ( carrier )[7]. Besarnya frekuensi PWM ini, menggakibatkan perubahan  besar  frekuensi  dari  keluaran  Multilevel inverter  yang  digunakan  sebagai  sumber  energi  listrik pada VFD.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada  penelitian  ini,  untuk  membangkitkan  sinyal sinus,  sinyal  segitiga  dan  rangkaian  comparator menggunakan komponen semikonduktor Analog (IC).

## Pengujian Driver MOSFET Frekuensi 11,9 Hz
Pada  pengujian  frekuensi  11,8  Hz  driver MOSFET,  hasil  pengukuran  rangkaian  ditunjukan  pada gambar 5.
Gambar 5. Pengujian Driver MOSFET Frekuensi

## 11,9 Hz

## Pengujian Driver MOSFET Frekuensi 31,69 Hz
Pada  pengujian  frekuensi  31,69  Hz  driver MOSFET,  hasil  pengukuran  rangkaian  ditunjukan  pada gambar 6.
Gambar 6. Driver MOSFET Frekuensi 31,69 Hz

## Pengujian Driver Mosfet Frekuensi 45,91 Hz
Pada  pengujian  frekuensi  45,91  Hz  driver MOSFET, adapun hasil pengukuran rangkaian ditunjukan pada gambar 7.

## Gambar 7. Driver MOSFET Frekuensi 45,91 Hz

## Pengujian Driver MOSFET Frekuensi 71 Hz
Pada  pengujian  frekuensi  71,92  Hz  driver MOSFET, adapun Hasil pengukuran rangkaian ditunjukan pada gambar 8.

## Perubahan  Frekuensi  VS  Perubahan  Kecepatan Motor
Untuk memperlihatkan perubahan besar kecepatan motor  listrik  (induksi  1  phasa)  terhadap  perubahan frekuensi pada driver mosfet, diperlihatkan pada tabel 2.
Tabel 2. Frekuensi VS Kecepatan Motor Induksi 1 Phasa 175 Watt Frekuensi (Hz) Kecepatan (Rpm) 11,9 1675 31,69 2789 45,91 3012 71,92 3421
Grafik  hasil  pengukuran  antara  frekuensi  dan kecepatan ditunjukan pada gambar  9.

## Gambar 9. Grafik Frekuensi VS Kecepatan

## SIMPULAN
Dalam  Penelitian  ini  telah  dilakukan  pengujian rangkaian  perubahan  frekuensi  sebagai  pengaturan kecepaatan  motor  induksi  (VFD),  yang  mana  pada  hasil penelitian  perubahan  frekuensi  ini  dapat  mengatur kecepatan  motor  induksi.  Pada  penelitian  ini  perubahan frekuensi masih diatur secara analog dengan mengganti- ganti  besar  resistor  pada  IC  pembangkit  sinyal  PWM untuk driver MOSFET. Untuk itu penelitan berikutnya di harapkan  perubahan  frekuensi  dapat  dilakukan  secara digital

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  F.  Malrait,  A.  K.  Jebai,  and  K.  Ejjabraoui,  “Power conversion  optimization  for  hydraulic  systems controlled  by  variable  speed  drives,” J.  Process Control ,  vol.  74,  pp.  133–146,  2019,  doi: 10.1016/j.jprocont.2017.11.002.
[2]  M.  Eriyadi  and  I.  M.  L.  Putra,  “Implementasi Pengatur  Kecepatan  Motor  Pada  Mesin  Conveyor Penyortir  Logam  Otomatis,” JTT  (Jurnal  Teknol. Ter. ,  vol.  6,  no.  1,  p.  32,  2020,  doi: 10.31884/jtt.v6i1.248.
[3]  Gomgom  and  I.  Effendi,  “Penerapan  Variable Frequency  Drive  Pada  Motor  Fuel  Screw  Feeder Untuk  Bahan  Bakar  Pada  Sistem  Boiler,” J. Desiminasi  Teknol.  ISSN  9772503539042 ,  vol.  2, no. 1, pp. 50–59, 2015.
[4]  N.  Azizah,  G.  A.  Khoirunnisa,  N.  Nuzulia,  R.  S. Muhammad,  and  M.  Su’udi,  “Review:  Mekanisme Miko-Heterotrof  Tumbuhan  Monotropa,” JRST (Jurnal  Ris. Sains  dan  Teknol. ,  vol.  3,  no. 2,  p. 49, 2020, doi: 10.30595/jrst.v3i2.4142.
[5]  R. Saidur, S. Mekhilef, M. B. Ali, A. Safari, and H. A.  Mohammed,  “Applications  of  variable  speed drive  (VSD)  in  electrical  motors  energy  savings,” Renew.  Sustain.  Energy  Rev. ,  vol.  16,  no.  1,  pp. 543–550, 2012, doi: 10.1016/j.rser.2011.08.020.
[6]  H.  Matalata  and  F.  E.  Yandra,  “The  Performance Multilevel  Inverter  5  Level  1  Phase  by  Reducing Power  Switch  Components,” J.  Nas.  Tek.  Elektro , vol. 10, no. 2, pp. 10–16, 2021, doi: 10.25077/jnte.v10n2.831.2021.
[7]  M.  Tamilvani,  K.  Nithya,  M.  Srinivasan,  and  S.  . Prabha,  “Harmonic  Reduction  in  Variable Frequency Drives Using Active Power Filter,” Bull. Electr. Eng. Informatics , vol. 3, no. 2, pp. 119–126, 2014, doi: 10.12928/eei.v3i2.270.