TUGAS AKHIR FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO DENGAN JUDUL "Implementasi Motor Induksi Linier Berbasis Digital"

1. Implementasi Motor Induksi Linier Berbasis Digital
Agung Aminuddin1)
, Slamet Riyadi 2)
Program Studi Teknik Elektro, Universitas Katolik Soegijapranata
Jl. Pawiyatan Luhur IV / 1, 50234, Semarang, Indonesia
1)
agung.aminuddin@yahoo.co.id, 2)
s_riyadi672003@yahoo.com
Abstrak — Pada makalah ini akan dikaji suatu konsep
sederhana tentang pembuatan motor induksi linier yang
sistem kerjanya dikontrol oleh mikrokontrol PIC 18F4550.
Stator pada prototip ini adalah sembilan buah
elektromagnet yang dipasang berjajar. Sedangkan rotor
atau pada motor linier disebut mover yang pada bagian
bawahnya dilapisi inti besi. Pola pensaklaran yang
digunakan adalah dengan timing diagram berbentuk 3
gelombang kotak yang saling bergeser 1200
. Dari timing
diagram tersebut diperoleh kode-kode tiga digit untuk
diolah ke dalam bahasa pemrograman yang hidup-matinya
diatur secara sekuensial dan kontinyu agar mover dapat
bergerak maju mundur.
Kata kunci : Motor Induksi, Linier, PIC 18F4550.
I. PENDAHULUAN
Seiring dengan pesatnya perkembangan teknologi,
kebutuhan motor listrik sangatlah diperlukan di berbagai
bidang dari rumah tangga, industri hingga transportasi. Di
bidang rumah tangga penggunaan pompa air, kipas angin
dan mixer tak lepas dari kerja motor listrik jenis induksi.
Di bidang industri banyak pabrik menggunakan motor
induksi tiga fasa, sistem konveyor pun juga menggunakan
motor listrik. Di bidang transportasi, pada beberapa
negara berkembang seperti China, Jepang, Prancis dan
Jerman memanfaatkan induksi magnet pada kereta
Maglev (Magnetic Levitation). [4]
Berdasar arah geraknya, motor listrik dibedakan dalam
dua kategori. Kategori pertama adalah motor yang
bergerak secara berputar atau rotasional. Motor ini sangat
umum digunakan dalam perindustrian seperti motor
induksi 1 atau 3 fasa. Kategori kedua adalah motor yang
bergerak lurus, transversal atau akrab disebut linier.
Dimana banyak digunakan untuk transportasi dan militer
sebagai penggerak atau pemindah [2],[7].
Pemanfaatan kontrol digital sudah sangat banyak
diaplikasikan di berbagai bidang dewasa ini karena
dianggap lebih praktis sehingga mulai menggeser peran
kontrol analog. Di dunia perindustrian banyak digunakan
mikrokontroler jenis PLC (Programmable Logic Control)
dalam mengatur kerja mesin untuk proses produksi. Di
dunia pendidikan saat ini juga banyak memanfaatkan
mikrokontroler seperti AT Mega dan PIC.
Pada Tugas Akhir ini, sistem kerja stator atau
elektromagnet dikontrol berdasarkan referensi sinyal
masukan berbentuk gelombang kotak yang saling
bergeser 1200
yang diolah dalam bahasa C pada suatu
mikrokontroler jenis PIC 18F4550. Mikrokontroler jenis
ini tidak banyak digunakan dalam dunia perkuliahan
khususnya karena dirasa susah didapatkan dan harganya
relatif lebih mahal. Namun mikokontroler jenis PIC ini
memiliki keunggulan pada aspek kecepatan membaca
jika dibandingkan dengan mikrokontrol terdahulu.
II. DASAR TEORI
A. Motor Induksi Linier
Motor induksi adalah motor AC asinkron yang prinsip
kerjanya memanfaatkan induksi elektromagnet dari stator
ke rotornya. Induksi adalah fenomena fisika di mana
apabila pada suatu benda yang tadinya netral atau (tidak
bermuatan listrik) menjadi bermuatan listrik akibat adanya
pengaruh dari gaya listrik atau dari benda yang bermuatan
lain yang didekatkan padanya. Pada motor induksi, rotor
bergerak karena adanya GGL (Gaya Gerak Listrik) yang
memutar pada stator yang kemudian menghasilkan arus
induksi pada rotor.
Sama halnya dengan motor pada umumnya, secara
konstruksi motor induksi juga memiliki stator dan rotor.
Stator adalah bagian yang tak bergerak. Stator pada motor
induksi berupa belitan-belitan kawat tembaga yang
terdapat pada setiap alur-alur atau slotnya.
Gambar 1. Contoh slot belitan pada stator
Rotor motor induksi dibagi menjadi 2 jenis yaitu :
 Rotor belitan / Wound rotor
 Rotor Sangkar Tupai / Squirrel cage rotor
Setelah melihat jenis-jenis rotor motor induksi, maka
dapat disimpulkan bahwa prototip tugas akhir ini
termasuk menggunakan jenis rotor sangkar tupai.
Pada perkembangannya, motor induksi tidak hanya
berputar secara rotasional seperti pada umumnya, namun
juga ada yang bergerak secara transversal atau linier.
Perbedaannya hanya dari konstruksi saja. Pada stator,
seperti buah yang dibelah kemudian diluruskan begitu
pula dengan bentuk roto yang kemudian dikenal dengan
nama mover.

2. Gambar 2. Bentuk stator dan rotor / mover pada motor linier.
Aplikasi motor linier sering digunakan sebagai
pemindah, peluncur dan sarana transportasi. Pada dunia
militer, motor linier juga difungsikan sebagai peluncur
senjata atau rail gun.
Gambar 3. Rangkaian ekivalen motor linier
B. Induksi Elektromagnet
Definisi elektromagnet adalah perubahan energi listrik
menjadi energi magnetik. Lilitan kawat yang dialiri arus
listrik menimbulkan gaya magnet disekitar kawat dan
menimbulkan gaya ke atas seperti kaidah tangan kanan.
Medan magnet yang menembus suatu penampang
menimbulkan fluks magnet. Perubahan fluks magnet
terhadap waktu akan menghasilkan GGL induksi yang
kemudian muncul arus induksi di badan mover dan mover
mulai bergerak.
Gambar 4. Diagram alir teori pada motor induksi linier
III. PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI
Pada tugas akhir ini, akan dirancang kemudian
diimplementasikan Motor Induksi Linier berbasis PIC
18F4550. Pembuatan prototip secara keseluruhan
menggunakan bahan akrilik meliputi lintasan sepanjang
40 cm dan badan mover yang dilapisi inti besi di bagian
bawahnya.
Gambar 5. Rancang bangun elektromagnet, mover dan lintasan
Gambar 6. Rangkaian ekivalen tugas akhir
Mengacu pada rangkaian ekivalen di atas, alat
menggunakan sumber tegangan arus searah (DC) untuk
mensuplai beban yang merupakan bahan magnet. Bahan
magnet disusun berjajar dan diberi label: R1, R2, R3, S1,
S2, S3, T1, T2 dan T3. Sinyal digital dari mikrokontroler
PIC18F4550 diolah oleh driver untuk mengendalikan
saklar pada rangkaian daya motor linier induksi.
Mikrokontroler PIC juga memerlukan supplai daya, oleh
karena itu diperlukan catu daya sebesar +5 Volt agar
mikrokontroler dapat bekerja. Bentuk sinyal keluaran dari
mikrokontrol adalah gelombang kotak tergeser 1200
yang
mana memiliki prinsip kerja tiga fasa. Rangkaian buffer
pada alat berfungsi untuk menyangga tegangan keluaran
agar stabil sekaligus sebagai penegas logika keluaran
sebelum masuk ke Gate pada MOSFET IRF P460. Pada
buffer menggunakan IC 7414 atau bisa disebut IC
Schmitt Trigger .
A. Perancangan Elektromagnet dan Mover
Prinsip sederhana dari elektromagnet yaitu
pembangkitan magnet melalui arus listrik. Pada tugas
akhir ini, sumber elektromagnet berasal dari lilitan kawat
tembaga atau gulungan koil dengan inti besi ditengahnya
yang kemudian di aliri arus litrik searah (DC). Bahan –
bahan dalam pembuatan lilitan sebagai sumber
elektromagnet adalah sebagai berikut :
 Core
Core atau besi lunak yang terbentuk dari kumparan
besi lunak yang mengandung silicon dan berbentuk
seperti huruf E.
 Koker
Rumah atau tempat untuk menggulung kumparan.
 Kawat Email
Kawat email yang intinya terbuat dari tembaga dan
dilapisi bahan isolator tahan panas.
(a) (b)
Gambar 7. Desain elektromagnet (a) tampak samping (b)
tampak samping

3. INTI BESI
6 cm
4 cm
(a) (b)
Gambar 8. Desain mover (a)tampak samping (b) tampak bawah
Tabel 1. Parameter rancang bangun prototip
Tinggi Elektromagnet 3,7 cm
Ukuran Koker 3.5 x 3.5 cm
Ukuran Mover 6 x 4 cm
Panjang Lintasan 40 cm
B. Perancangan Sistem Kontrol
Pada Tugas Akhir ini, bentuk sinyal keluaran yang
dihasilkan adalah gelombang kotak tergeser 1200
.
Keluaran yang dihasilkan oleh mikrokontroller didapat
dari hasil pengkodean dari timing diagram. Timing
diagram ini digunakan untuk mempermudah penulis
membuat referensi kode sebelum diolah dalam bahasa
pemrograman. ).
Gambar 9. Timing diagram pulsa penyalaan magnet pada
program maju
Gambar 10.Timing diagram pulsa penyalaan magnet pada
program mundur
Dari timing diagram di atas diperoleh kode-kode yang
dikelompokkan sesuai dengan urutan step atau
periodenya. Metode pengambilan kode tiap periodenya
diambil dari atas ke bawah.
Tabel 2. Inisialisasi kode program maju dan mundur
Periode
I II III IV V VI
Program
Maju
101 100 110 010 011 001
Program
Mundur
110 100 101 001 011 010
Kode – kode di atas nantinya dimasukkan ke dalam
bahasa pemrograman diolah dengan bantuan software
microC untuk PIC. Tiap kode – kode tersebut diberi jeda
atau delay supaya terbentuk sinyal sesuai yang diinginkan
dan agar mover dapat berjalan dengan baik. Jika delay
terlalu cepat mover akan kesusahan dalam mengikuti
tempo. Untuk mendapatkan delay yang ideal penulis telah
melakukan berbagai parameter frekuensi mikro terlebih
dahulu. Ketiga digit kode-kode sampling tadi
mengisyaratkan nama magnet. Untuk digit pertama adalah
untuk magnet R1,R2 dan R3. Digit kedua untuk magnet
S1, S2 dan S3 sedangkan digit ketiga untuk magnet T1,
T2 dan T3.
Sistem pengontrolan magnetisasi di atas dapat
dirumuskan secara sederhana melalui flowchart
pemrograman sistem kontrol digitalnya di bawah ini :
Gambar 11. Flowchart pemrograman
C. Sistem Pengontrolan Magnetisasi
Sistem pengontrolan nyala magnet atau magnetisasi
sesuai dengan periode-periode pada program maju
dimulai dari kondisi 101 atau periode I. Saat kondisi ini
Gate MOSFET R dan T dalam keadaan tertutup dengan

4. begitu magnet R dan T aktif bersamaan. Periode II atau
kondisi 100 dimana Gate MOSFET R dalam keadaan
tertutup dengan begitu magnet R aktif. Periode III atau
saat kondisi 110, Gate MOSFET R dan S dalam keadaan
tertutup dengan begitu magnet R dan S aktif bersamaan.
Periode IV atau saat kondisi 010 Gate MOSFET S dalam
keadaan tertutup dengan begitu magnet S aktif. Periode V
atau saat kondisi 011 Gate MOSFET S dan T dalam
keadaan tertutup dengan begitu magnet S dan T aktif
bersamaan. Periode VI atau saat kondisi 001 Gate
MOSFET T dalam keadaan tertutup dengan begitu
magnet T aktif.
Untuk program mundur, periode I dimulai dari
kondisi 110. Saat kondisi ini Gate MOSFET R dan S
dalam keadaan tertutup dengan begitu magnet R dan T
aktif bersamaan. Periode II atau kondisi 100 dimana Gate
MOSFET R dalam keadaan tertutup dengan begitu
magnet R aktif. Periode III atau saat kondisi 101, Gate
MOSFET R dan T dalam keadaan tertutup dengan begitu
magnet R dan S aktif bersamaan. Periode IV atau saat
kondisi 001 Gate MOSFET S dalam keadaan tertutup
dengan begitu magnet T aktif. Periode V atau saat
kondisi 011 Gate MOSFET S dan T dalam keadaan
tertutup dengan begitu magnet S dan T aktif bersamaan.
Periode VI atau saat kondisi 010 Gate MOSFET T dalam
keadaan tertutup dengan begitu magnet S aktif. Berikut
gambar urutan magnetisasi di mana warna hijau
menandakan bahwa magnet dalam kondisi ON sedangkan
hitam kondisi OFF.
Periode I
Periode II
Periode III
Periode IV
Periode V
Periode VI
Gambar 12. Urutan magnetisasi pada program maju
Periode I
Periode II
Periode III
Periode IV
Periode V
Periode VI
Gambar 13. Urutan magnetisasi pada program mundur
IV. HASIL DAN ANALISA
Setelah perancangan konstruksi motor induksi linier
direalisasikan, kemudian dilakukan pengujian skala
laboraturium untuk menindaklanjuti kemudian
menganalisa prototipe meliputi pengujian hasil sinyal
keluaran menggunakan osciloscope, realisasi urutan
magnetisasi dan analisa lebih lanjut.
Gambar 14. Realisasi prototip
A. Pengujian Osciloscope
Hasil pengujian program maju pada osciloscope.
Sinyal R diperoleh dari portD.0, sinyal S diperoleh dari
portD.1 dan sinyal T diperoleh dari portD.2
mikrokontrol.
Hasil pengujian program mundur pada osciloscope.
Sinyal R diperoleh dari portD.0, sinyal T diperoleh dari
portD.1 dan sinyal S diperoleh dari portD.2 mikrokontrol
Dapat dilihat bahwa hasil sinyal keluaran sesuai dengan
referensi sampling yaitu sinyal berbentuk square wave
atau gelombang kotak yang tergeser 1200
.
Gambar 15. Sinyal keluaran pada program maju

5. Gambar 16. Sinyal keluaran pada program mundur
Gambar 17. Hasil urutan kerja magnetisasi
B. Pembahasan
Sesuai dengan landasan teori yang mendukung prinsip
kerja motor induksi, kekuatan fluks magnet untuk
menghasilkan GGL (Gaya Gerak Listrik) atau tegangan
induksi adalah salah satu faktor penting. Semakin besar
tegangan induksi yang dihasilkan maka kuat induksi ke
mover juga akan semakin besar dan respon mover akan
semakin baik. Agar dapat menghasilkan kekuatan fluks
magnet yang besar dapat dilakukan dengan cara
menambah lilitan pada bahan magnet, dan besar arus
listrik yang melewatinya lilitan tersebut. Tegangan DC
yang disupplai ke bahan magnet menimbulkan medan
magnet di sekitar kawat lilitan. Banyaknya medan magnet
pada tiap lilitan kawat menimbulkan fluks magnetik pada
permukaan bahan magnet yang mengarah ke atas.
Pergerakan mover di atas bahan magnet menimbulkan
perubahan fluks magnet terhadap waktu yang kemudian
menghasilkan GGL (Gaya Gerak Listrik) atau tegangan
induksi. .
Untuk penyebab mengapa mover dapat bergerak
antara lain karena adanya unsur medan magnet dan arus
induksi yang mengalir pada mover tersebut. Seperti
kaidah tangan kiri, dengan adanya arus induksi pada
mover dan adanya medan magnet yang ke atas maka
muncul F atau gaya yang mengakibatkan mover bergerak.
Gambar 18. (a)Arah gaya magnet pada koker (b)Induksi
elektromagnet ke mover
V. KESIMPULAN
Setelah realisasi seluruh rangkaian dan konstruksi
motor induksi linier dilakukan kemudian menganalisa
beberapa faktor yang terkait di dalamnya, maka dapat
diambil kesimpulan sebagai berikut :
 Besar induksi yang dihasilkan oleh elektromagnet
sangat mempengaruhi kuat gaya magnet yang
dihasilkan. Semakin besar induksi magnet maka
semakin mudah pula mover terespon. Faktor yang
mempengaruhi besar kecilnya induksi antara lain
adalah besar arus, jumlah lilitan dan kerapatan dan
jenis permeabilitas core yang digunakan.
 Celah udara atau air gap antara elektromagnet dan
logam diatur dengan jarak setipis mungkin. Semakin
tipis celah udara maka akan mudah arus dan tegangan
induksi yang ditimbulkan. Karena semakin dekat
jarak suatu magnet dan logam akan merapatkan dan
memperbanyak garis gaya magnet yang ditimbulkan.
 Delay ideal yang sesuai dengan prototip ini ± 400 µs,
tegangan ideal 24 Volt dengan arus sebesar 9 Ampere
dan air gap dengan jarak 0.5 cm.
.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Dr. Ir. Slamet Riyadi, 2007, “Diktat Kuliah Motor Listrik”,
Perpustakaan Unika Soegijapranata.
[2] Mochtar Wijaya S.T, 2009, “Dasar-Dasar Mesin Listrik”,
Penerbit Djambatan.
[3] Barry Woollard, 1999, “Elektronika Praktis”, PT Prehallindo.
[4] Prof. Ir. Abdul Khadir, 1986, “Mesin Tak Serempak”, Penerbit
Djambatan.
[5] Gendroyono, 1999, “Sistem Penggerak Motor Induksi Dengan
Beban Berubah Menggunakan Inverter PWM Berbasis
Mikrokontroler”, Perpustakaan UGM.
[6] A. E Fitzgerald, Charles Kingsley Jr, Stephen D Umans, 1989,
“Electrical Machines”, Penerbit Erlangga.
[7] Ismail Muchsin, ST, MT, 2010, “Elektronika dan Tenaga
Listrik”.