http://journal.uny.ac.id/index.php/jee/

## PENGATUR POTENSIO GANDA BERJANGKAH UNTUK MODUL PEMBELAJARAN PENGOPERASIAN MOTOR AC TIGA FASA
Wulan Ramadani 1 , Sunomo 2
1, 2 Jurusan Pendidikan Teknik Elektro FT UNY Email: wulanramadani1995@gmail.com

## ABSTRACT
This research was conducted to be able to set voltage and frequency of three phase voltage source with range 0 - 13 V to supply motor of three phase motor in power electronics practice. The use of low voltage aims to secure the measuring instrument or student from the possibility of a dangerous error. Methods carried out by taking  steps,  namely  design,  needs  analysis,  identification  tools  and  materials,  manufacture  of  hardware  and software tools and testing. The designed system consists of four parts: (1) power supply, (2) minimum system, (3) motor driver strand, (4) program. Based on the test results obtained voltage range 0-13 volts, and frequency 0 - 31.25  Hz  in  four  positions  ie  stop,  low  speed,  medium  speed  and  high  speed.  The  voltage  and  frequency regulator signal is obtained by changing the resistor value on two HEF4047 oscillators  which controls the 3- phase  PWM  IC  HEF4752VP  to  produce  the  effect  of  simultaneous  changes  in  voltage  and  frequency.
Keywords : Microcontroller, Three-phase Motor, Speed Control.

## ABSTRAK
Penelitian ini dilakukan untuk dapat mengatur tegangan dan frekuensi sumber tegangan tiga fasa dengan rentang  0  –  13  V  untuk mencatu motor motor  tiga  fasa  dalam praktik  elektronika daya.  Penggunaan tegangan rendah  bertujuan  mengamankan  alat  ukur  maupun  praktikan  dari  kemungkinan  terjadi  kesalahan  yang membahayakan.  Metode  yang  dilakukan  dengan  menempuh  tahapan,  yakni  perancangan,  analisa  kebutuhan, identifikasi  alat  dan  bahan,  pembuatan  perangkat  keras  dan  perangkat  lunak  serta  pengujian  alat.  Sistem  yang dirancang  terdiri  dari  empat  bagian:  (1)  catu  daya,  (2)  sistem  minimum,  (3)  untai  driver  motor,  (4)  program. Berdasarkan hasil  pengujian  diperoleh rentang  tegangan  0  -  13  volt,  dan  frekuensi  0  -  31,25  Hz  dalam  empat posisi  yakni  stop,  kecepatan  rendah,  kecepatan  sedang  dan  kecepatan  tinggi.  Sinyal  pengatur  tegangan  dan frekuensi  diperoleh  dengan  mengubah  nilai  resistor  pada  dua  buah  osilator  HEF4047  yang  mengendalikan  IC PWM 3 fasa HEF4752VP untuk menghasilkan efek perubahan tegangan dan frekuensi secara serentak.
Kata kunci : Mikrokontroler, Motor Tiga Fasa, Pengatur Kecepatan.

## PENDAHULUAN
Pengaturan  kecepatan  motor  tiga  fasa  di industri  sudah lazim digunakan  sebagai pengganti  pengaturan  kecepatan  motor  arus searah  yang  boros  perawatan.  Menurut  Martin Brown dalam Siemens  Standard  Drives Application  Handbook (1997)  maupun  Hutt,
Volrath  dan  Care,  merawat  motor  arus  bolak- balik  lebih  mudah  dan  lebih  murah  daripada merawat  motor  arus  searah  karena  motor  arus bolak-balik  tidak  membutuhkan  sikat  atau borstel  sebagai  penghubung  aliran  listrik  ke
bagian  yang  bergerak  atau  rotornya.  Sikat  ini merupakan  masalah  besar  bagi  motor  karena bunga  api  listrik  yang  ditimbulkanya  akibat gesekan  maupun  hubung  singkat  antar  cabang lilitan rotornya ketika rotor berputar.
Dampaknya,  pada  periode  tertentu,  sikat  arang harus  diganti.  Sementara  itu,  perawatan  pada motor  arus  bolak-balik  hanyalah  pada  masalah pelumasan saja.
Dengan  pertimbangan  inilah  para  ahli berpikir  untuk  merancang  sumber  listrik  yang dapat  diatur  frekuensinya  untuk  mengatur kecepatan motor bolak-balik. Motor arus bolak-
balik  yang  digunakan  sebagai  penggerak, umumnya  tiga  fasa  karena  medan  putarnya otomatis  tidak  perlu  diciptakan  di  motornya, melainkan dari sumber listriknya sehingga pada daya yang motor yang sama, ukuran fisik motor arus  bolak-balik  tiga  fasa  menjadi  lebih  kecil daripada motor arus bolak-balik-balik satu fasa.
Karena kecepatan motor arus bolak-balik bergantung  pada  jumlah  kutub  dan  frekuensi, jadi  secara  praktis  jika  kutubnya  tetap,  yang diatur adalah frekuensinya. Jika frekuensi motor turun, putaran motor juga akan turun, demikian juga sebaliknya. Masalahnya, untuk mempertahankan  kekuatan  putar  (torsi  motor), tidak  hanya  frekuensi  yang  diatur  tetap  juga tegangannya, sehingga muncul teori pengaturan motor  tiga  fasa  yakni:  VOLT/HERTZ  dijaga konstan untuk menghasilkan torsi konstan. Pada frekuensi  yang  rendah,  rugi  tegangan  pada resistansi stator perlu dikompensasi.
Pengaturan  kecepatan  motor  tiga  fasa pada tegangan masukan 45 volt per fasa melalui perbandingan volt/hertz sudah dibuat modulnya oleh  Chandra  Murti  Agustina  (2013),  Nanda Christy (2013) dan Nurrohman (2014), sayangnya  ketiganya  masih  menggunakan  dua potensio  pengatur  terpisah,  masing-masing untuk  mengatur  nilai  tegangan  dan  nilai frekuensinya,  sehingga  tidak  praktis  karena harus memutar kedua potensio secara bersamaan  agar  perbandingan  volt/herzt  tetap konstan. Disisi lain dengan adanya perkembangan  teknologi  pengaturan  kecepatan putaran  motor  dapat  dilakukan  secara  otomatis dengan  bantuan  suatu  sistem  mikrokontroler. Penggunaan mikrokontroler dimaksudkan untuk memberikan kemudahan-kemudahan dalam penggunaannya. Dengan menggunakan mikrokontroler  pengendalian  kecepatan  dapat dilakukan  hanya  dengan  cara  menekan  tombol yang ada pada sistem tersebut.
Melalui  penelitian  ini,  pengaturan  kedua variable  tersebut  dilakukan  secara  otomatis tanpa gerakan mekanik, dan sifatnya berjangkah dengan bantuan mikrokontroler untuk mengatur besar  tegangan  dan  frekuensi  motor.  Dalam penelitian  ini  pengaturan  kecepatan  motor
dibatasi  pada  empat  kecepatan  motor  yaitu dalam  keadaan  berhenti,  berputar  lambat, berputar dengan kecepatan sedang dan berputar dengan kecepatan tinggi.

## METODE
Pemecahan  masalah  yang  dilakukan dalam  penelitian  ini  adalah  dengan  membuat pengatur  tegangan dan  frekuensi  secara serentak dengan cara menekan tombol mekanik. Adapun  diagram  blok  kerja  alat  yang  akan dibuat  dalam  penelitian  ini  dijelaskan  pada Gambar 1.
Gambar 1. Blok diagram kerja alat
Dari  gambar  diagram  blok  secara keseluruhan  yang  disajikan  dalam  gambar  2, dapat  dijelaskan  secara  singkat  prinsip  kerja dari sistem pengaturan kecepatan putaran motor arus bolak-balik tiga fasa berbasis mikrokotroler  ATMega  8535  ini,  sehingga mengakibatkan  terkendalinya  putaran  motor arus bolak-balik fasa tersebut.
Adapun  cara  kerja  dari  sistem  tersebut diuraikan  secara  singkat  sebagai  berikut;  1) Tombol tekan ( Push Button ) digunakan sebagai input  untuk  memerintahkan  mikrokontroler untuk  melakukan  perintah,  2)  ATmega  8535 menerjemahkan  perintah  dari  tombol  tekan,  3) LCD  sebagai  penampil  perintah  dari  tombol tekan yang telah diproses didalam
http://journal.uny.ac.id/index.php/jee/
mikrokontroler,  4)  Rangkaian  driver  motor berfungsi menerjemahkan perintah yang dikeluarkan oleh sistem mikrokontroller sebagai  pengatur  kecepatan  putaran  motor.

## Gambar 2. Diagram Blok Rangkaian
Perancangan  alat  ini dimulai dari perancangan  rangkaian  catu  daya,  sistem minimum  ATMega  8535  dan  driver  motor. Catu  daya  merupakan  peranti  yang  paling penting  dalam  rangkaian  elektronika,  karena suatu  rangkaian  elektronika  tidak  akan  bekerja jika  tidak  ada  catu  tegangan  searah.  Pada
perancangan  alat  ini  daya  yang  digunakan adalah  sebesar  5V  searah,  daya  tersebut digunakan  untuk  catu  daya  mikrokontroler. Karena  mikrokontroler  ATMega  8535  dapat bekerja  jika  diberi  catu  daya  5V  tegangan searah,  rangkaian  catu  daya  dapat  dilihat  pada Gambar 3.
Gambar 3 .Rangkaian Catu Daya
Sistem minimum merupakan sistem yang terdiri dari komponen-komponen yang minimum  sebagai  pendukung  kerja  dari mikrokontroler agar dapat menjalankan perintah sesuai  dengan  apa  yang  kita  inginkan.  Pada perancangan  alat  ini  terdapat  17  masukan  dan keluaran  yang  digunakan  yaitu  :  1)  PORT  A digunakan  sebagai  keluaran  sinyal  Motor  AC, 2) PORT B digunakan sebagai masukan tombol tekan sekaligus  digunakan untuk  mendownload program  dari  CodeVision  AVR,  3)  PORT  D
digunakan  sebagai  keluaran  LCD  untuk menampilkan perintah dari tombol tekan.
Gambar 4. Rangkaian Sistem Minimum ATmega 8535 Ranglaian  driver  motor  berfungsi  untuk membantu memperkuat sinyal keluaran mikrokontroler agar mampu  mengontrol  motor. Rangkaian  bekerja  dengan  membalik  sinyal keluaran  dari  mikrokontroler  sehingga  motor dapat  dikendalikan.  Rangkaian  ini  terdiri  dari Transistror  NPN  yang  dirangkai  agar  dapat membalik  sinyal  keluaran  dari  mikrokontroler, kemudian  sinyal  tersebut  masuk  ke  IC  4067 yang kemudian digunakan sebagai driver motor arus  bolakbalik  tiga  fasa.  Adapun  rangkaian driver  motor  yang  dirancang  adalah  sebagai berikut :
Gambar 5. Driver Motor
Perancangan  bahasa  program  digunakan untuk  menjalankan  sebuah  mikrokontroler  agar mikrokontroler  tersebut  bisa  bekerja  sesuai
dengan yang diinginkan. Pemrograman mikrokontroler ATMega 8535 dilakukan dengan  menggunakan  bahasa  C.  Perancangan bahasa  program  sangatlah  penting  karena merancang  secara  keseluruhan  program  yang akan dibuat dan dijalankan. Perancangan bahasa program  ini  menggunakan  perangkat  lunak CodeVision  AVR,  suatu  perangkat  lunak program  C  Compiler  berbasis  Windows  untuk mikrokontroler keluarga AVR seperti  ATmega, ATtiny,  AT90xx  dan  AT86xx.  CodeVision AVR  merupakan  perangkat  lunak  untuk pembuatan  program  dengan  menggunakan bahasa  C.  Sebelum  diunduh  ke  dalam  IC mikrokontroler,  bahasa  C  tersebut  di- compile terlebih  dahulu  ke  dalam  format  (Hex.), kemudian  baru  file  dengan  fomat  hex  tersebut diunduh dengan perangkat pengunduh ( Downloader ).
Gambar 6. Flowchart
Pengujian merupakan proses yang digunakan  untuk  mengetahui  apakah  alat
http://journal.uny.ac.id/index.php/jee/
bekerja  atau  tidak.  Pengujian  yang  dilakukan meliputi  Uji  Fungsional  dan  Uji  Unjuk  Kerja. Uji  Fungsional  dilakukan  dengan  cara  menguji setiap bagian alat berdasarkan karakteristik dan fungsi  masing-masing.  Pengujian  ini  dilakukan untuk  mengetahui  apakah  setiap  bagian  dari perangkat  telah  bekerja  sesuai  dengan  fungsi dan  keinginan.  Uji  Unjuk  Kerja  dilakukan dengan  cara  melihat  unjuk  kerja  alat.  Hal-hal yang perlu diamati antara lain: rangkaian sistem minimum,  rangkaian  dan  rangkaian driver motor . Dari pengujian ini akan diketahui kinerja dari alat yang dibuat.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengujian  dilakukan  untuk  mengetahui unjuk  kerja alat yaitu apakah alat dapat bekerja atau tidak dalam mengatur kecepatan motor tiga fasa  bolak-balik  dengan  menggunakan  tombol mekanik dan memanfaatkan perubahan frekuensi dan tegangan. Pengujian  dilakukan di Laboratorium Elektronika Daya Jurusan Pendidikan  Teknik  Elektro  Universitas  Negeri Yogyakarta.
Hasil pengujian  dan pengukuran pertama yaitu  pada  keluaran  catu  daya  menggunakan multimeter.  Hasil  pengukurannya  dapat  dilihat pada Tabel dibawah ini :
Tabel  1.  Hasil  pengukuran  regulator  tegangan LM7805
No. Pengukuran Tegangan Masukan (volt) Tegangan Keluaran (volt) 1. Tanpa Beban 12 5 2. Dengan Beban 12 5
Hasil pengujian logika keluaran mikrkontroler  dapat  dilihat  pada  Tabel  2 dibawah ini.
Tabel 2. Logika pada mikrokontroler
No Masukan Keluaran PB0  PB1  PB2  PB3  PA0  PA1  PA2 1 0 1 1 1 0 0 0 2 1 0 1 1 1 0 0 3 1 1 0 1 0 1 0 4 1 1 1 0 1 1 0

## Tabel 3 .Pengujian LCD
No Masukan Tampilan LCD PB0  PB1  PB2  PB3 1 0 1 1 1 STOP 2 1 0 1 1 LOW SPEED 3 1 1 0 1 MEDIUM SPEED 4 1 1 1 0

## HIGH SPEED
Pengujian  logika  pada  untai  kendali motor  dilakukan  dengan  mengecek  logika pada IC 4067, logika pada IC 4067 dikendalikan dari keluaran mikrokontroler,  tetapi logikanya berkebalikan  dengan  logika  keluaran  dari mikrokontroler.  Hal  ini  disebabkan  adanya untai  transistor common  emitter sebagai  saklar yang  rangkai  pada  keluaran  mikrokontroler  hal ini  dilakukan  karena  IC  4067  membutuhkan tegangan  masukan  sebesar  12  volt  sedangkan tegangan  keluaran  dari  mikrokontroler  hanya sebesar  5  volt,  sesuai  dengan  karakteristik  dari transistor common  emitter yaitu  sinyal  berbalik fasa  180  derajat  terhadap  sinyal  masukan,  jadi apabila  sinyal  dari  mikrokontroler  logika  0 maka  sinyal  keluaran  pada  transistor  adalah  1, sinyal  keluaran  transistor  tersebut  menjadi sinyal masukan pada IC 4067.
Tabel 4. Hasil pengujian logika pada IC 4067
No Logika Keluaran Mikrokontroler Logika Pada IC 4067 PA0  PA1  PA2 A B C D
1 0 0 0 1 1 1 0 2 1 0 0 0 1 1 0
3 0 1 0 1 0 1 0
4 1 1 0 0 0 1 0

## Tabel 5. Hasil saklar pada IC 4067
No Logika Pada IC 4067 Kaki yang aktif pada IC 4067 A B C D 1 1 1 1 0 2 2 0 1 1 0 3 3 1 0 1 0 4 4 0 0 1 0 5
Pada  pengujian  gelombang  frekuensi pengamatan dilakukan menggunakan osiloskop. Osiloskop  yang  digunakakan  adalah  osiloskop digital  tiga  fasa  berfasilitas  empat  kanal sehingga bentuk  gelombang dapat terlihat lebih jelas. Pengamatan ini bertujuan untuk
mengetahui lebar pulsa masukan IC HEF4752VP  pada  setiap  posisi  putaran  motor. Pengamatan  dilakukan  pada  kaki  12  (FCT), 4(RCT),  17  (VCT),  dan  6  (OCT).  Posisi  probe osiloskop  kanal  1  pada  kaki  FCT,  posisi  probe osiloskop  kanal  2  pada  kaki  RCT,  posisi  probe osiloskop  kanal  3  pada  kaki  VCT,  dan  posisi probe  osiloskop  kanal  4  pada  kaki  OCT.  Hasil pengamatan  dapat  dilihat  dari  gambar  dibawah ini.
Gambar 7. Frekuensi Masukan IC HEF4752VP Pada Posisi Stop
Gambar 8. Frekuensi Masukan IC HEF4752VP Pada Posisi Low
Gambar 9. Frekuensi Masukan IC HEF4752VP Pada Posisi Medium
Gambar 10. Frekuensi Masukan IC HEF4752VP Pada Posisi High
Dari  hasil  pengukuran  saat  posisi  motor berhenti  (STOP),  LOW,  MEDIUM  dan  HIGH dapat  dihitung  tinggi  tegangan  keluaran  dan lebar frekuensinya.
Tabel  6.  Hasil  Pengamatan  Frekuensi  Masukan IC HEF4752VP
Pengamatan  gelombang  frekuensi  dan tegangan pada beban simulasi ballast 50W/220VAC  sambungan  bintang  dilakukan dengan menggunakan osiloskop digital tiga fasa empat  kanal.  Pengamatan  ini  bertujuan  untuk mengetahui  lebar  dan  tinggi  gelombang  pada setiap  pengaturan  posisi  putaran motor. Pengamatan  dilakukan  pada  kaki  fasa  R,S  dan
http://journal.uny.ac.id/index.php/jee/
T.  Posisi  probe  osiloskop  kanal  1  pada  fasa  T, posisi  probe  osiloskop  kanal  2  pada  fasa  S, posisi probe osiloskop kanal 3 pada fasa R, dan posisi probe osiloskop kanal 4 pada sambungan bintang  beban.  Hasil  pengamatan  dapat  dilihat dari gambar dibawah ini.
Gambar 11. Frekuensi Keluaran Beban Pada Posisi Stop
Gambar 12. Frekuensi Keluaran Beban Pada
Posisi Low Gambar 13 . Frekuensi Keluaran Beban Pada Posisi Medium Gambar 14. Frekuensi Keluaran Beban Pada Posisi High
Tabel  7.  Hasil  Pengamatan  Frekuensi  Keluaran
Beban
Pengukuran tegangan keluaran IC HEF4752 dilakukan dengan osiloskop,
multimeter  analog  dan  multimeter  digital,  hasil pengukuran  tegangan  keluaran  dapat  dilihat pada Tabel 8.

## Tabel 8. Pengukuran Tegangan dan Frekuensi Keluaran IC HEF4752
Dari hasil pengamatan gelombang masukan  IC  HEF4752VP  pada  Tabel  6  dapat diketahui  bahwa  rentang  nilai  frekuensi  pada kaki FCT =1.42 Hz sampai 102.04 kHz, VCT = 208.33  kHz  sampai  357.14  kHz  dan  OCT= 416.67  kHz  sampai  806.45  kHz.  Besar  nilai frekuensi  dipengaruhi  oleh  besar  kecilnya  nilai resistor dan kapasitor penentu frekuensi pada IC HEF4047B.  Semakin  besar  hambatan  pada  IC HEF4047B  maka  nilai  frekuensi  akan  semakin kecil, sebaliknya jika nilai hambatan kecil maka nilai frekuensi semakin besar.
Dari  hasil  pengamatan  pada  Tabel  8 rentang  nilai  frekuensi  pada  beban  bekisar antara  0  sampai  31.25  Hz,  sedangkan  nilai tegangannya  bekisar  antara  0  sampai  13  Volt. Besar  nilai  frekuensi  dan  tegangan  pada  beban juga  dipengaruhi  oleh  nilai  resistor  pada  IC 4047.  Semakin  besar  nilai  resistor  maka  nilai frekuensi  dan  tegangan  semakin  kecil,  begitu juga  sebaliknya  jika  nilai  resistor  kecil  maka nilai  frekuensi  dan  tegangan  semakin  besar. Dari  perbandingan  volt/hertz  dapat  dilhat  pada Tabel 8 perbandingannya relatif konstan.

## SIMPULAN
Setelah  melakukan  uji  coba  alat  yang dibuat  dapat  mengubah  nilai  tegangan  dan frekuensi  secara  serentak  pada  empat  posisi, yakni: stop,  low,  medium dan high .  Rentang tegangan yang diperoleh adalah 0 – 13 volt dan rentang frekuensi 0 – 31.25 Hz.
Pengaturan  nilai  potensio  ganda  ini menggunakan mikrokontroler yang telah diprogram menggunakan  perangkat  lunak kemudian  keluaran  dari  mikrokontroler  inilah
yang  mengendalikan  IC4067  dan  dari  keluaran IC4067  ini  digunakan  untuk  mengendalikan IC4047  sebagai  pembangkit  frekuensi  dan tegangan.
Besar  nilai  tegangan  dan  frekuensi dipengaruhi  oleh  besarnya  hambatan  pada  IC pembangkit frekuensi dan pembangkit tegangan.  Semakin  besar  nilai  hambatan  maka semakin  kecil  frekuensi  dan  tegangan  yang dihasilkan.  Sebaliknya  jika  hambatan  semakin kecil  maka  nilai  tegangan  dan  frekuensi semakin besar.

## DAFTAR RUJUKAN
Amfa.  2011. Motor  Induksi  3  Fasa.  Diambil dari http://kuliahelektro.blogspot.com/
2011/01/motor-induksi-3-fasa_30.html pada tanggal 10 Maret 2015.
Atmel Corporation. 2003. 8-bit Microcontroller with  8K  Bytes  In-System  Programmable
Flash ATmega8535 ATmega8535L . Diambil dari : http://www.alldatasheet.com, pada tanggal 04 Januari 2015 .
Badruzzaman,  Yusnan.  2015. Pengereman Dinamik Pada Motor Induksi Tiga Fasa. Diambil  dari  https://www.academia.edu/ 8033690/PENGEREMAN_MOTOR_IND UKSI_TIGA_FASA  ,pada  tanggal  10 Maret 2015.
Bayu  Aji  Nugroho.  2014. Mesin  Induksi  Tiga Fasa .  Makalah.  Sekolah  Tinggi  Teknik PLN Jakarta.
http://journal.uny.ac.id/index.php/jee/
Edi  Permadi.  2005. Antarmuka  LED.  Diambil dari https://eepu.files.wordpress.com/
2007/09/antarmuka-led.pdf diunduh pada tanggal 10 Maret 2015.
Freescale  Semiconductor.  2005. 3-Phase  AC Motor  Control  with  V/Hz  Speed  Closed Loop  Using  the  56F800/E.  Diambil http://cache.freescale.com/files/dsp/doc/a pp_note/AN1958.pdf,  pada  10  Maret 2015.
Haryanto,  Heri.  2011. Pembuatan  Modul Inverter  sebagai  Kendali  Kecepatan Putaran  Motor  Induksi.  Diambil  dari http://lppm.trunojoyo.ac.id/upload/peneli tian/penerbitan_jurnal/02_REKAYASA
Nur  Rohman  Eko  Nugroho.  2014. Konverter Tegangan  dan  Frekuensi  Tiga  Fasa Variabel  dengan  Rangkaian  Kemudi  IC
HEF4752VP. Proyek  Akhir.  Universitas Negeri Yogyakarta.
Philips  Semiconductor.  1995. Datasheet  IC HEF4752VP. Diambil
dari http://pdf.datasheetcatalog.com/datashee
t/philips/HEF4752VP.pdf  ,  pada  10
Maret 2015.
Sunyoto.  1993. Mesin  Arus  Bolak-balik .
Yogyakarata: IKIP Yogyakarta.
Texas Instrument. 2003. Datasheet IC CD4067B. Diambil dari http://www.ti.com/lit/ds/symlink/cd4067b.
pdf, pada 04 Januari 2015.
Texas  Instrument.  2003. μA7800  SERIES POSITIVE-VOLTAGE REGULATORS . dari https://www.sparkfun.com/ datasheets/Components/LM7805.pdf, pada 04 Januari 2015.