sistem perencanaan AVR berbasis mikrokontroller

PROYEK AKHIR

SISTEM PERENCANAAN AUTOMATIC VOLTAGE REGULATOR (AVR) METODE KONTROL LOGIKA FUZZY BERBASIS

MIKROKONTROLLER

ELCA WIRYANTI W.S

NRP. 7308.040.022

Dosen Pembimbing :

Epyk Sunarno, S.ST, MT NIP. 19620723 199103 1 002

Indhana Sudiharto, ST.MT NIP. 19660227 199403 1 001

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO INDUSTRI

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK ELEKTRONIKA NEGERI SURABAYA

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA

2012

PROYEK AKHIR

SISTEM PERENCANAAN AUTOMATIC

VOLTAGE REGULATOR (AVR) METODE KONTROL LOGIKA FUZZY BERBASIS

MIKROKONTROLLER

ELCA WIRYANTI W.S

NRP. 7308.040.022

Dosen Pembimbing :

Epyk Sunarno, S.ST, MT

NIP. 19620723 199103 1 002

Indhana Sudiharto, ST.MT NIP. 19660227 199403 1 001

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO INDUSTRI

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK ELEKTRONIKA NEGERI SURABAYA

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA

2012

iii

ABSTRAK

Ketidakstabilan tegangan kebanyakan disebabkan oleh adanya variasi

beban akibat terjadi distribusi beban yang tidak seimbang pada tiap fasa.

Ketidakstabilan tegangan umumnya terjadi pada beban-beban besar. Untuk

mengatasi ketidakstabilan tegangan ini digunakan AVR (automatic voltage

regulator). Pada penelitian ini akan dirancang suatu alat yang berfungsi untuk

mengatur kestabilan tegangan pada generator sinkron yang berupa Automatic

Voltage Regulator (AVR). Automatic Voltage Regulator terdiri atas rangkaian

rectifier (halfwave controlled rectifier), boost converter yang menghasilkan

tegangan DC yang selanjutnya tegangan DC ini akan digunakan untuk menaikkan

tegangan di kumparan medan yang menghasilkan tegangan sebesar 50 volt dengan

duty cycle yang dapat diatur secara otomatis menggunakan sinyal PWM melalui

mikrokontroler. Sinyal PWM akan dikontrol melalui kontrol logika fuzzy.

Kata Kunci : AVR (Automatic Voltage Regulator), kontrollogika fuzzy , dan

generator sinkrontigafasa.

iv

ABSTRACT

Voltage unstable is caused mostly by the presence of load variations

occur due to an unbalanced load distributionin each phase. Voltage unstable

generally occurs in large loads. To overcome the instability of this voltage is

used AVR (automatic voltage regulator). Voltage regulator output voltage

serves as the controller so that the output voltage from the generator can be

adjusted by regulating the magnetic field coils. Therefore, to regulate the

stability of the voltage at the required three-phase synchronous generator AVR

(Automatic Voltage Regulator). In this study will be designed a tool that serves

to regulate the voltage stability in the form of synchronous generator

Automatic Voltage Regulator (AVR) ..PWM signal will be controlled by fuzzy

logic control.

Keywords: AVR (Automatic Voltage Regulator), fuzzy logic control, and three-

phase synchronous generator.

v

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang

telah memberikan rahmat dan ridho-Nya sehingga penulis dapat

menyelesaikan buku proyek akhir yang berjudul ”Sistem Perencanaan

AVR (Automatic Voltage Regulator) Metode Kontrol Logika Fuzzy Berbasis

Mikrokontroller”.

Buku ini disusun sebagai gambaran proyek akhir yang akan kami

kerjakan. Buku ini berisi tentang alasan pemilihan judul dan proses

pembuatan AVR (Automatic Voltage Regulator) sebagai penstabil

tegangan output pada generator sinkron tiga fasa.

Selama pembuatan buku ini kami telah banyak memperoleh

bimbingan dan arahan. Oleh karena itu kami mengucapkan banyak terima

kasih kepada :

1. Epyk Sunarno, S.ST, MT selaku dosen pembimbing 1 Tugas Akhir.

2. Ir. Indhana Sudiharto, MT selaku dosen pembimbing 2 Tugas Akhir.

3. Teman-teman, serta semua pihak yang tidak dapat saya sebutkan satu

per-satu.

Dengan menyadari keterbatasan ilmu kami, tentu buku ini masih

jauh dari sempurna. Untuk itu kami selaku penulis dengan senang hati

menerima kritik dan saran yang bersifat membangun dari para pembaca

buku ini.

UCAPAN TERIMA KASIH

Dengan penuh rasa syukur kehadirat Allah SWT dan tanpa

menghilangkan rasa hormat yang mendalam, saya selaku penyusun dan

penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada pihak-

pihak yang telah membantu penulis untuk menyelesaikan proyek akhir ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Allah SWT, karena perlindungan, pertolongan dan ridho-Nya saya

mampu menyelesaikan Proyek Akhir ini serta hambanya yang

termulia Nabi Besar Muhammad SAW.

2. Untuk kedua orangtua ku yang telah memberikan semangat dan

nasihat terbaik bagiku.

3. Bapak Ir. Dadet Pramadihanto, M.Eng Ph.D selaku direktur

PENS-ITS.

4. Bapak Indhana Sudiharto S.T, M.T selaku ketua program studi

Teknik Elektro Industri PENS-ITS.

5. Bapak Epyk Sunarno SST, M.T dan Bapak Indhana Sudiharto,

S.T., M.T. selaku dosen pembimbing proyek akhir saya. 6. Bapak Hariono A.md selaku teknisi Laboratorium Rangkaian

listrik yang telah membantu dan memberikat dukungan serta nasihat

terhadap saya.

7. Seluruh Bapak dan Ibu dosen yang telah membimbing dan

membekali ilmu kepada penulis selama penulis menempuh

pendidikan di kampus tercinta ini, Politeknik Elektronika Negeri

Surabaya-ITS ( PENS-ITS ).

8. Teman-teman D4’08 yang telah memberikan pengalaman yang

belum pernah dialami sebelumnya seperti ini sehingga menjadikan

saya bersemangat dan motivasi tinggi kelak dikemudian hari.

9. Lia kurniawati dan Aprilya Elsandari yang telah mengorbankan waktunya untuk memberikan motivasi dan menemaniku saat

menemui kegalauan dalam tugas akhir sehingga memiliki semangat

tak terbatas seperti sekarang ini.

10. Mbak Suci Ramadhani yang telah merelakan kamarnya untuk

tempat saya mengerjakan tugas akhir.

Semoga Allah SWT selalu memberikan perlindungan, rahmat dan

nikmat-Nya bagi kita semua. Amin

vii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ................................................................. i

HALAMAN PENGESAHAN ................................................... ii

ABSTRAK ................................................................................ iii

KATAPENGANTAR ............................................................... iv

UCAPAN TERIMA KASIH ..................................................... v

DAFTAR ISI............................................................................. vi

DAFTAR GAMBAR ................................................................ viii

DAFTAR TABEL ................................................................... xviii

BAB I. PENDAHULUAN Halaman 1.1 Latar Belakang ..................................................................... 1

1.2 Tujuan .................................................................................. 1

1.3 Permasalahan ........................................................................ 2

1.4 Metodologi ........................................................................... 3

1.5 Sistematika Pembahasan ....................................................... 5

1.6 Tinjauan Pustaka .................................................................. 6

BAB II. TEORI PENUNJANG 2.1 AVR (Automatic Voltage Regulator) .................................... 7 2.2 Generator Sinkron ................................................................. 7

2.3 DC-DC Converter (Boost Converter) .................................... 10

2.3.1Prinsip Kerja ................................................................. 11

2.4 Desain Induktor .................................................................... 12

2.5 Rangkaian Penyearah Setengah Gelombang .......................... 13

2.5.1Silicon Controlled Rectifier ........................................... 13

2.5.2Karakteristik SCR.......................................................... 15

2.5.3Pengaruh Temperatur Pada Suhu ................................... 17

2.5.4Rangkaian Penyearah..................................................... 19

2.5.5Penyearah Setengah Gelombang Terkontrol ................... 19

2.5.6Rangkaian Penyearah Setengah Gelombang Satu Fasa ... 20

2.6 Sensor Tegangan .................................................................. 22 2.7 PWM Kontrol ....................................................................... 22

2.8 Mikrokontroler Atmega 16 .................................................... 23

2.9 Kontrol Logika Fuzzy ........................................................... 29

2.9.1Desain Rule Base........................................................... 13

viii

2.10 Code Vision AVR ............................................................... 33

2.11MOSFET ............................................................................. 35

2.11.1Simbol Rangkaian

MOSFET .................................................................. 36

2.12Optocoupler ......................................................................... 37

2.13Rangkaian Drive Totempole ................................................. 37

2.14Mikrokontroler .................................................................... 40

2.14.1Konsep Mikrokontroler .............................................. 40

2.15IC TCA 785 ......................................................................... 41

BAB III. PERANCANGAN DAN PEMBUATAN 3.1 Blok Diagram ....................................................................... 45

3.2 Perencanaan Boost Converter ................................................ 47

3.3 Perencanaan Halfwave

Controlled Rectifier .................................................................... 53

3.4 Perencanaan Sensor Tegangan .............................................. 56

3.5 Perencanaan Kontrol Logika

Fuzzy ......................................................................................... 58

3.6 Pembuatan ATMEGA 16 ...................................................... 61

3.7 Perencanaan Hardware pada

mikrokontroler (Optocoupler) ..................................................... 63

BAB IV. PENGUJIAN DAN ANALISA 4.1 Pengujian PWM.................................................................... 65

4.1.1 Pengujian PWM Mikrokontroler ................................... 65

4.1.2Pengujian Optocoupler .................................................. 66

4.1.3 Pengujian Rangkaian

Totempole ............................................................................. 68

4.2 Pengujian Driver TCA 785.................................................... 70

4.3 Pengujian Halfwaved Controlled

Rectifier ..................................................................................... 72

4.4 Pengujian Sensor Tegangan .................................................. 75

4.5 Pengujian Boost Converter .................................................... 77

ix

DAFTAR GAMBAR

Gambar Halaman

2.1.Generator AC Konvensional ................................................. 9

2.2.Generator AC Penguat Statis ................................................. 10

2.3.Rangkaian Boost Converter ................................................... 11

2.4.a Switching Mode Saklar ON ................................................ 11

2.4.b.Switching Mode Saklar OFF .............................................. 11

2.5.a Bentuk Fisik Toroid (Tampak Depan) ................................. 12

2.5.b Bentuk Fisik Toroid (Tampak Samping) ............................. 12

2.6.Susunan SCR ........................................................................ 13 2.7.Konfigurasi SCR .................................................................. 14

2.8.Karakteristik Tegangan dan Arus SCR .................................. 16

2.9.Perubahan Break Over Voltage ............................................. 16

2.10.Rangkaian Halfwave Controlled Rectifier............................ 19

2.11.Rangkaian Halfwave Controlled Rectifier............................ 20

2.12.Bentuk Gelombang Tegangan Input Penyearah .................... 21

2.13.Bentuk Gelombang Tegangan Output Penyearah ................. 21

2.14.Bentuk Gelombang Arus Output ......................................... 21

2.15.Rangkaian Resistor Pembagi Tegangan ............................... 22

2.16.Rangkaian PWM Kontrol .................................................... 23

2.17.Gelombang Pulsa Keluaran PWM ....................................... 23 2.18.Pin-Pin ATMEGA 16 kemasan 40 pin ............................... 25

2.19.Arsitektur CPU dari AVR ................................................... 26

2.20.Konfigurasi Pin Port ........................................................... 28

2.21.Blok Diagram Timer/Counter ............................................ 29

2.22.Timing Diagram Timer/Counter Tanpa Prescalling .............. 29

2.23.Timing Diagram Timer/Counter Dengan Prescaling............. 30

2.24.Timing Diagram Timer/Counter, menyeting OCF0 dengan

prescaler (fclk_I/O/8) ................................................................. 31

2.25. Timing Diagram Timer/Counter, menyeting OCF0

Pengosongan Data Timer Sesuai Dengan Data Pembanding Data

Prescaler (fclk_I/O/8) ................................................................ 31

2.26.Blok Diagram Fuzzy ........................................................... 32 2.27.Membership Function ERROR ............................................ 33

2.28. Membership Function DERROR ........................................ 33

2.29. Membership Function DUTY CYCLE ............................... 33

2.30.Code Vision AVR ............................................................... 35

2.31.Membuat Projek Baru menggunakan Code Vision AVR ...... 36

x

2.32.Pengaturan Komponen Pada Code Vision AVR ................... 36

2.33.Simbol MOSFET ................................................................ 38

2.34.Rangkaian Dasar Optocoupler ............................................. 39

2.35 Rangkaian Dasar Totempole ............................................... 40

2.36 IC TCA 785 ........................................................................ 41

2.37 Rangkaian Pembangkit IC TCA 785 .................................... 42

3.1. Blok Diagram Sistem ........................................................... 45

3.2 .Rangkaian Simulasi Boost Converter ................................... 52

3.3 .Bentuk Gelombang Tegangan Output Boost ......................... 52

3.4.Bentuk Gelombang Arus Output Boost.................................. 53

3.5.Rangkaian Boost Converter ................................................... 53 3.6. Rangkaian Single Phase Halfwave Controlled Rectifier

Resistive Load (R) ............................................................... 54

3.7. Bentuk Gelombang Single Phase Halfwave Controlled Rectifier54

3.8. Bentuk Gelombang Output Single Phase Halfwave Controlled

Rectifier .............................................................................. 55

3.9.Rangkaian Halfwave Controlled Rectifier ............................. 56

3.10.Rangkaian Skematik Sensor Tegangan ................................ 57

3.11.Rangkaian Sensor Tegangan ............................................... 57

3.12.Perencanaan Membership Function ..................................... 58

3.13.Membership Function ERROR ............................................ 58

3.14.Membership Function DERROR ......................................... 59 3.15.Membership Function Output .............................................. 59

3.16.Perencanaan Rule Base Pada Matlab ................................... 61

3.17.Minimum Sistem ATMEGA 16 .......................................... 62

3.18.Rangkaian Optocoupler ....................................................... 63

4.1.Pengujian PWM Mikro ......................................................... 65

4.2.Bentuk Gelombang PWM Mikrokontroler ............................. 66

4.3.Rangkaian Hardware Optocoupler ......................................... 67

4.4. Rangkaian Optocoupler ........................................................ 67

4.5. Bentuk Gelombang Output Keluaran .................................... 68

4.6.Rangkaian Drive Totempole.................................................. 68

4.7.Rangkaian Keluaran Totempole ............................................ 69

4.8.Bentuk Gelombang Pada Kaki no 5 ....................................... 70 4.9.Bentuk Gelombang Pada Kaki no 10 ..................................... 70

4.10.Bentuk Gelombang Pada Kaki no 14 ................................... 70

4.11.Bentuk Gelombang Pada Kaki no 15 ................................... 71

4.12.Pengujian Halfwave Controlled Rectifier ............................. 72

4.13.Gelombang Output Penyulutan 90° ..................................... 72

xi

4.14.Bentuk Gelombang Output Pada Kaki No 14 ....................... 73

4.15. Gelombang Output Penyulutan 150°................................... 73

4.16. Bentuk Gelombang Output Pada Kaki No 14 ...................... 74

4.17. Gelombang Output Penyulutan 180°................................... 74

4.18. Bentuk Gelombang Output Pada Kaki No 14 ...................... 75

4.19.Pengujian Sensor Tegangan................................................. 76

4.20. Grafik Luaran Sensor Tegangan ......................................... 77

4.21.Pengukuran Nilai Induktor .................................................. 78

4.22.Gelombang Output PWM pada Kaki Gate dan Source Pada

Mosfet Rangkaian Boost Converter .................................... 79

4.23. Gelombang Output PWM pada Kaki Drain dan Source Pada Mosfet Rangkaian Boost Converter .................................... 80

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

2.1. Rule Base Kontrol Logika Fuzzy .......................................... 34

2.2. Tabel Fungsi Kaki TCA 785 ................................................ 42

3.1.Kondisi Tak Berbeban .......................................................... 29

3.2. Kondisi Berbeban (Drop Tegangan) .................................... 46

3.3. Kondisi Berbeban (Tegangan Dinaikkan) ............................. 47 4.1. Hasil Pengujian Halfwave Controlled Rectifier ..................... 75

4.2. Hasil Pengujian Sensor Tegangan......................................... 76

4.3.Pengujian Boost Converter .................................................... 78

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Ketidakstabilan tegangan dapat terjadi di sistem distribusi

dimana saja. Ketidakstabilan tegangan dapat menimbulkan masalah

serius pada peralatan-peralatan listrik dengan sistem induksi tiga

fasa. Kondisi yang tidak stabil lebih sering disebabkan oleh adanya

variasi dari beban (beban yang tidak seimbang). Ketika beban satu

fasa dengan fasa lain berbeda, maka saat itulah kondisi yang tidak

stabil terjadi. Ketidakseimbangan tegangan disebabkan oleh

impendansi, tipe beban, atau jumlah beban yang berbeda antara fasa

yang satu dengan fasa lain.Ketidakseimbangan ini jika dibiarkan

terus menerus akan menyebabkan kerusakan pada peralatan-

peralatan listrik misalnya motor, generator, dan peralatan listrik

lainnya. Saat kondisi berbeban tegangan eksitasinya sebesar 49 volt

menghasilkan tegangan pada generator sebesar 380 volt. Oleh sebab

itu, pada proyek akhir ini kami memfokuskan untuk mendesain AVR

yang berfungsi untuk mengatur tegangan output pada generator agar

tegangan menjadi konstan atau stabil.

Dalam perencanaan AVR diperlukan beberapa komponen

rangkaian penyusun seperti rangkaian halfwave controlled rectifier,

rangkaian boost converter. Boost converter berfungsi untuk

menaikkan tegangan dengan cara mengontrol duty cycle.

Pengaturan duty cycle dari boost converter digunakan untuk

mengatur tegangan keluaran generator sinkron tiga fasa.

Pengontrolan duty cycle dilakukan melalui mikrokontroler

menggunakan metode kontrol logika fuzzy.

1.2 TUJUAN PROYEK AKHIR

Umum :

Untuk memenuhi salah satu persyaratan kelulusan dari program

diploma 4 (D4) pada jurusan Teknik Elektro Industri Politeknik

Elektronika Negeri Surabaya Institut Teknologi Sepuluh November.

2

Khusus :

Tujuan dri pembuatan proyek akhir ini adalah merancang dan

merealisasikan sebuah alat untuk mengatasi ketidakstabilan tegangan

yang terjadi pada generator sinkron tiga fasa sehingga nantinya akan

didapatkan tegangan konstan sebesar 380 V AC. Pada proyek akhir

ini akan dilakukan pengaturan duty cycle boost converter melalui

mikrokontroler menggunakan metode kontrol logika fuzzy. Hasil

yang diharapkan adalah didapatkan tegangan keluaran boost

converter yang sesuai untuk menaikan tegangan di kumparan medan

sebesar 50 volt yang nantinya akan menghasilkan tegangan konstan

sebesar 380 V AC.

1.3 PERUMUSAN MASALAH DAN BATASAN MASALAH

1.3.1. BATASAN MASALAH

Pada pengerjaan proyek akhir ini memiliki beberapa batasan

masalah diantaranya :

1. Jenis DC-DC converter yang digunakan adalah rangkaian

boost converter.

2. Pengontrolan duty cycle dari boost converter digunakan

untuk mengatur tegangan keluaran pada generator sinkron

tiga fasa.

3. Sensor tegangan yang digunakan untuk mendeteksi

tegangan yang keluar dari generator adalah sensor tegangan

pembagi tegangan.

4. Jenis beban (load) yang digunakan adalah beban lampu.

5. LCD 16x2 yang digunakan untuk menampilkan tegangan

yang dikirim dari mikrokontroler.

1.3.2. RUMUSAN MASALAH

1. Bagaimana cara mengontrol tegangan keluaran generator

sinkron tiga fasa melalui mikrokontroler dengan

menggunakan metode kontrol logika fuzzy.

2. Bagaimana cara mendesain komponen induktor yang ideal

untuk boost converter

3

3. Bagaimana cara mendesain boost converter sehingga

didapatkan tegangan pada kumparan medan sebesar 50

Volt.

1.4 METODOLOGI

1.4.1 STUDI LITERATUR

Pada tahap studi literatur ini dilakukan pemahaman materi

dengan beberapa literatur yang berupa makalah makalah, buku teori

penunjang, paper, jurnal, serta artikel yang didapat dari internet

tentang Automatic Voltage Regulator (AVR), kontrol logika fuzzy,

generator sinkron tiga fasa dan komponen-komponen yang

digunakan dalam pembuatan proyek akhir ini. Serta pengambilan

literatur lain baik secara hardware maupun software sebagai acuan

untuk menyelesaikan tugas akhir.

1.4.2 PERANCANGAN SISTEM

Pada tahap perancangan sistem ini direncanakan pembuatan

sistem perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak (software).

1.4.2.1 Perangkat keras

Tahap ini merupakan pembuatan perangkat keras meliputi

1. Rectifier satu fasa (halfwave controlled rectifier) yang

digunakan untuk mengubah tegangan AC (keluaran dari

generator). Dalam hal ini hanya tegangan tiap fasa yang

digunakan yaitu sebesar 220 volt menjadi tegangan DC

untuk masukan boost converter.

2. DC-DC converter yang berupa boost converter untuk

menaikkan tegangan sehingga didapatkan tegangan sebesar

50 Volt.

3. Sensor tegangan pembagi tegangan untuk mendeteksi

tegangan keluaran generator sinkron tiga fasa.

4. PWM kontrol digunakan untuk switching mosfet pada boost

converter sebesar 40kHz.

1.4.2.2 Perangkat lunak

4

Tahap ini merupakan pembuatan perangkat lunak meliputi :

1. Pembuatan software pada mikrokontroler dengan

CodeVision AVR.

2. Pembuatan program display untuk menampilkan arus dan

tegangan pada lcd dan program keypad.

3. Pembuatan software pada kontrol logika fuzzy dengan

matlab.

1.4.3 PENGUJIAN SISTEM, INTEGRASI SOFTWARE

DAN HARDWARE SERTA PENGAMBILAN DATA.

Pada tahap ini dilakukan pengujian sistem secara keseluruhan.

Pengujian dilakukan secara bertahap yaitu tahap pertama adalah

pengujian hardware dengan melakukan trouble shooting dan tahap

kedua adalah pengujian software dengan mengcompilenya dengan

hardware agar dapat diketahui kesalahan-kesalahan yang ada,

sehingga bias diperbaiki lagi. Setelah itu dapat dilakukan

pengambilan data-data sebagai acuan untuk membuat laporan tugas

akhir.

1.4.4 ANALISA DAN KESIMPULAN HASIL SISTEM

DAN PEMBUATAN LAPORAN TUGAS AKHIR.

Pada tahap terakhir ini dilakukan analisa dan penarikan

kesimpulan dari sistem yang telah dibuat dan telah diuji coba untuk

digunakan dalam penulisan laporan proyek akhir.

Laporan tersebut berisi tentang semua hal yang berhubungan

dengan tugas akhir dari mulai proses pembuatan alat hingga hasil

pengujian akhir dari alat tersebut.

1.5 SISTEMATIKA PEMBAHASAN

Bab I Pendahuluan

Membahas secara singkat hal-hal yang berkaitan dengan latar

belakang, alasan pemilihan, tujuan, batasan masalah, metodologi,

dan sistematika pembahasan.

5

Bab 2 Teori Penunjang

Membahas tentang semua landasan teori yang menunjang dalam

pengerjaan Tugas Akhir. Teori yang tercantum adalah AVR, boost

converter, single phase halfwaved controlled rectifier, sensor

tegangan, PWM control dari mikrokontroler, ATMEGA 16, Code

Vision AVR, dan kontrol logika fuzzy.

Bab 3 Perancangan dan Pembuatan Hardware dan Software

Pada bab ini menguraikan tentang tahap perancangan dan pembuatan

hardware dan software.

Bab 4 Analisa Hasil Pengujian

Dalam bab ini menjelaskan tentang hasil pengujian hardware.

Pengintegrasian software dan hardware secara keseluruhan sehingga

dapat diketahui kesalahan dari sistem yang dibuat. Bab ini juga berisi

analisa dari pengujian alat tersebut.

Bab 5 Kesimpulan dan Saran

Bab ini merupakan bab penutup yang berisikan kesimpulan yang

diperoleh dari hasil pengujian sistem secara keseluruhan setelah

dibandingkan dengan teori, serta berisi tentang saran-saran atau

kekurangan dari proyek akhir ini.

1.6 TINJAUAN PUSTAKA

Tinjauan pustaka yang digunakan pengerjaan proyek akhir ini

adalah proyek akhir yang dibuat oleh Amien Setiadji yang berjudul

„‟Kontrol PI untuk AVR sebagai penstabil tegangan generator

sinkron 3 fasa‟‟. Pada proyek akhir ini dijelaskan bahwa sistem

pengontrolan tegangan output dilakukan menggunakan kontrol PI.

Jenis converter yang digunakani untuk menaikkan tegangan pada

kumparan medan menggunakan DC-DC converter berupa buckboost

converter.

Serta tugas akhir yang disusun oleh M.rasouli yang berjudul

“Pengaruh Sistem Pengendalian Eksitasi Pada Pengoperasian Pararel

6

Pada Generator Terdistribusi dan Grid Utama”. Pada proyek akhir

ini menitikberatkan pada pengaturan tegangan pada kumparan

medan menggunakan voltage regulator yang dilengkapi dengan

kompensasi reaktif.

7

CxnxE

BAB II

TEORI PENUNJANG

2.1. AVR (Automatic Voltage Regulator)

Automatic Voltage Regulator (AVR) adalah sebuah peralatan

yang berfungsi sebagai pengatur atau penstabil tegangan yang

berfungsi secara otomatis. Automatic voltage regulator berbentuk

rangkaian circuit yang dipasang pada suatu generator pembangkit

listrik. Genset adalah suatu generator pembangkit (biasa disebut

geno) dan rangkaian mesin yang digabungkan menjadi satu kesatuan

yang digunakan untuk membangkitkan arus listrik untuk kebutuhan

listrik sehari-hari. Rangkaian mesin yang berputar akan

menghasilkan energi.

Energi yang dihasilkan kemudian akan disalurkan ke

generator untuk menghasilkan tegangan listrik. Namun yang menjadi

persoalan bahwa tegangan listrik yang dihasilkan harus stabil dan

konstan. Apabila tegangan listrik yang dihasilkan tidak konstan dan

Cenderung fluktuatif maka diperlukan adanya AVR (Automatic

Voltage Regulator) sebagai penstabil tegangan output generator.

2.2. Generator Sinkron

Generator sinkron adalah mesin sinkron yang

mengkonversikan energy mekanik menjadi energi listrik. Generator

sinkron digunakan sebagai generator arus bolak-balik (generator

AC). Prinsip dasar kerja generator AC adalah berdasarkan hokum

Faraday, yaitu apabila suatu batang konduktor digerakkan berputar

dengan kecepatan n memotong medan magnet Φ, maka pada

konduktor tersebut akan timbul tegangan listrik E. besar tegangan

listrik yang ditimbulkan adalah sebagai berikut : ……………………………………………………..……..…2.1

Dimana : E = tegangan listrik yang ditimbulkan (V)

C = konstanta mesin

8

n = kecepatan putaran (rpm)

Φ= fluks yang dihasilkan oleh arus medan (Weber)

Ditinjau dari bentuknya generator AC dibedakan menjadi 2

macam yaitu dengan kutub utama didalam dan kutub utama diluar.

Kutub utama adalah yang menghasilkan medan magnet Φ. Untuk

generator besar digunakan jenis dengan kutub utama di dalam yaitu

kutub berada di rotor dan magnet dalam generator sinkron adalah

tetap. Pada generator kecil medan magnet dapat ditimbulkan oleh

magnet tetap, tetapi pada umumnya medan ini dihasilkan dengan

memberikan arus searah (arus eksitasi) pada kumparan medan.

Kumparan utama dapat terletak di stator atau di rotor.

Biasanya kumparan utama terletak di stator karena sulit untuk

memberi atau mengambil arus besar dan tegangan tinggi pada bagian

yang berputar. Bila kumparan utama terletak di rotor maka stator

terdiri dari kutub menonjol yang diberi arus searah. Mesin ini disebut

mesin kutub luar.

Bila kumparan utama terletak di stator terdapat 2 jenis yaitu :

a. Mesin dengan kutub yang menonjol di rotor, digunakan

untuk mesin dengan putaran yang rendah (sampai dengan

1500 rpm) dengan diameter besar dan pendek

b. Mesin dengan kutub silindris di rotor digunakan untuk mesin

dengan putaran tinggi (lebih dari 1500 rpm) dengan diameter

kecil dan panjang.

Apabila medan magnet ditimbulkan pada saat rotor berputar

maka akan dibangkitkan tegangan bolak-balik pada kumparan utama

yang terletak di stator. Pada generator konvensional, arus eksitasi

diperoleh dari dc kecil yang bertindak sebagai exciter.

Generator konvensional digantikan generator AC dengan

penguat statis. Arus searah diperoleh dari tegangan AC output

generator yang dilewatkan transformator dan disearahkan oleh

rectifier. Transformator digunakan untuk menurunkan tegangan

output generator sehingga didapat tegangan rendah yang sesuai

untuk rectifier karena rectifier tidak ikut berputar bersama rotor

maka disebut generator AC dengan penguat statis.

9

Pada mulanya terdapat medan magnet sisa pada kumparan

rotor. Jika rotor diputar, medan magnet sisa menimbulkan tegangan

AC kecil pada kumparan stator. Tegangan disearahkan dan

dimasukkan ke kumparan rotor sehingga medan magnet yang

dihasilkan makin besar dan tegangan naik. Proses ini dilakukan

berulang-ulang sampai dicapai tegangan nominal. Bersama dengan

penyearah tersebut terdapat juga rangkaian pengatur untuk

mendapatkan tegangan nominal yang konstan. Rangkaian ini disebut

pengatur tegangan otomatis (Automatic Voltage Regulator,AVR).

Pada generator AC konvensional maupun generator AC

dengan penguat statis, system eksitasi menggunakan slip ring dan

sikat arang yang menekannya untuk memasukkan arus eksitasi ke

kumparan rotor. Selain itu pada generator AC konvensional terdapat

generator dc kecil yang menggunakan komutator dan sikat arang

yang menekannya untuk menghasilkan arus dc. Komponen

komutator dengan sikat arang dan slip ring memerlukan maintenance

(pemeliharaan) yang teratur karena keausan yang terjadi akibat

gesekan komponen tersebut

Gambar 2.1 Generator AC konvensional1

Gambar 2.1 diatas merupakan gambar rangkaian generator AC

secara konvensional. Generator tersebut tidak dilengkapi dengan

penguat statis.

1Automatic Voltage Regulator. [Didownload pada tanggal 24 Desember 2011.

Sumber: http:// localhost/F:/rezky/automatic-voltage-regulator-avr.html].

10

D

VinVo

1

Gambar 2.2 Generator AC dengan Penguat Statis2

Gambar 2.2 diatas merupakan gambar rangkaian generator AC yang

telah dilengkapi dengan penguat statis sehingga tegangan eksitasi

dapat diatur melalui penguat statis.

2.3. DC-DC Converter (Boost converter)

Boost converter bekerja dengan menghasilkan tegangan

keluaran yang lebih tinggi dari tegangan masukannya. BesarnΦya

tegangan keluaran dapat dihitung menggunakan persamaan :

……………………………………….2.2

Dalam perancangan proyek akhir ini akan dibuat boost

converter yang memiliki kemampuan untuk menaikkan tegangan

masukan sebesar 4 volt menjadi 20 volt dengan arus keluaran sebesar

2,5 ampere.

Boost memiliki efisiensi tinggi, rangkaian sederhana, tanpa

transformer dan tingkat ripple yang rendah pada arus masukan.

Tetapi boost tidak memiliki isolasi antara masukan dan keluaran,

hanya satu keluaran yang dihasilkan, dan tingkatan ripple yang tinggi

pada tegangan keluaran.

2 Automatic Voltage Regulator. [Didownload pada tanggal 24 Desember 2011.

Sumber: http:// localhost/F:/rezky/automatic-voltage-regulator-avr.html].

11

Gambar 2.3 Rangkaian boost converter3

Gambar 2.3 merupakan gambar rangkaian boost converter dimana

boost converter terdiri dari inductor, kapasitor, dan diode.

2.3.1. Prinsip Kerja

Boost converter memiliki 2 mode yaitu mode switch on dan

switch off. Pada mode 1 (transistor on). Arus masukan meningkat

mengalir melalui inductor L dan switch 1. Seperti gambar rangkaian

2.a. pada mode 2 saat switch 1 dimatikan arus mengalir melalui

resistor yang berasal dari inductor L dan difilter oleh kapasitor C

seperti pada gambar rangkaian 2.b

Gambar 2.4.a switch mode saklar ON

3 Mursyida. Dina “Rancang Bangun Modul Praktikum Elektronika Daya (Buck

Converter dan Boost Converter)”. PENS-ITS. 2008. Hal 13

V

12

Gambar 2.4.b switch mode saklar off

Gambar 2.4 merupakan gambar boost converter dengan mode switch

saklar ON dan switch saklar OFF. Dimana switch saklar mode ON

merupakan saklar normally close dan switch saklat OFF merupakan

saklar normally open.

2.4. Design Induktor

Suatu bahan induktor dapat diartikan sebagai sepotong kawat

yang dililit dalam bentuk kumparan, dimana induktansi yang

terbentuk berlawanan dengan perubahan arus. Induktor dapat

dikatakan merupakan sebuah rangkaian yang menyimpan energy

dalam bentuk medan elektromagnetik. Berdasarkan hukum Faraday,

induktansi L boleh diartikan sebagai pembangkit EMF yang

berlawanan dengan arus yang diberikan dari sumber.

Induktansi Toroid

Menemukan medan magnet didalam toroid adalah contoh dari

hukum ampere. Arus diwakilkan oleh garis yang putus-putus yang

merupakan banyaknya arus mengalir pada tiap loop. Kemudian

hokum ampere menentukan medan magnet pada garis tengah toroid

sebagai berikut :

vNIrB 2 ………………………………..……………………………………….….2.3

Atau

r

uNIB

2 …………………….…………………………………..……………………....2.4

bentuk fisik dari inductor dengan inti toroid ditunjukkan pada

gambar di bawah ini.

13

Gambar 2.5.a Bentuk Fisik Toroid Gambar2.5.b Bentuk fisik Toroid

(Tampak Depan) (Tampak Samping)4

Induktansi dapat dihitung dengan cara yang sama seperti pada

coil kawat. Penerapan hukum Faraday untuk menghitung tegangan

induksi untuk bentuk toroid

r

AvNL

2

2

………………………………………………….……..…………………….2.5

r = jari-jari toroid dari garis tengah

A = luas penampang

2.5. Rangkaian Penyearah setengah gelombang

2.5.1. Silicon Controlled Rectifier (SCR)

Seiring dengan perkembangan sistem kontrol, maka

kebutuhan akan peralatan juga tidak dapat dihindari. Adapun

salah satu peralatan yang mudah diperoleh serta mudah dalam

penggunaannya antara lain adalah SCR, dimana SCR merupakan

sebuah bahan semikonduktor 4 lapis dengan susunan P-N-P-N

dan 3 buah elektroda yang disebut Anoda, katoda, dan Gate

yang menggunakan umpan balik dalam (internal feedback)

untuk memperoleh perilaku penahanan (penguncian latching). Sedangkan pemakaian yang paling utama dari komponen ini

adalah pada pengendalian arus beban yang besar pada motor,

pemanas, sistem penerangan, dan sebagainya. Adapun susunan

dari konfigurasinya seperti pada Gambar di bawah ini:

4 Effendi. Zaenal Mohammad. “Design Of Inductor-07”. EEPIS-ITS. 2007. Hal 7

14

Gambar 2.6 Susunan SCR5

Gambar 2.6 pada tugas akhir ini SCR direncanakan seperti

penyearah, tetapi berbeda dengan dioda yang biasanya, karena pada

SCR terdapat elektroda ketiga yang disebut gate. Melalui gate inilah

diadakan pengontrolan dengan memasukkan arus atau tegangan dari

rangkaian driver, dimana dengan arus gate yang cukup kecil SCR

dapat mengatur arus beban yang besar.

Gambar 2.7 Konfigurasi SCR

Gambar 2.7 merupakan konfigurasi dari SCR. Prinsip kerja dari SCR

dapat diuraikan menjadi beberapa tahap sebagai berikut :

a. Hantaran maju ( Forward Bias )

Anoda lebih positif terhadap katoda, tetapi tidak terdapat

penyulutan pada gate, SCR dikatakan tertahan maju karena memiliki

resistansi yang besar. Pada kondisi ini masih terdapat arus bocor

yang mengalir dalam jumlah yang kecil. Dari gambar diatas dapat

terlihat bahwa meskipun J1 dan J3 mendapat hantaran maju pada

5 Septianto. David Candra. “Rancang Bangun Penstabil Tegangan Pada Generator

Sinkron Tiga Phase Akibat Fluktuasi Beban Dengan PI-Fuzzy Logic Control”. PENS-

ITS. 2011. Hal 20

15

persambungan dengan J2 mendapat hantaran mundur (Reverse Bias).

Dengan mengacu pada rangkaian ekuivalen dari dua transistor dapat

dijelaskan bahwa hantaran maju tanpa ada sinyal pada gate akan

membuat Tr2 hanya arus bocor yang mengalir.

b. Hantaran mundur ( Reversed Bias )

Pada kondisi ini kaki anoda lebih bersifat negatif terhadap kaki

katoda. SCR berada pada kondisi penahanan mundur, sehingga arus

yang dapat mengalir hanyalah arus bocor yang bernilai relatif kecil

sekali. Pada daerah persambungan SCR, J1 dan J3 mendapat

hantaran mundur. Pada kondisi hantaran mundur inilah, SCR tidak

pernah dapat beroperasi walaupun sudah diberi sinyal trigger pada

daerah terminal gate.

c. Hantaran maju dengan memberikan sinyal pada gate

Pada kondisi forward bias, bila SCR diberikan pulsa

penyulutan pada gerbang gate, maka SCR mulai beroperasi pada

daerah sudut dimana pulsa penyulutan tersebut diberikan. Pulsa

penyulutan tersebut dapat menghantar arus sampai SCR mengalami komutasi. Waktu hantaran dan besarnya arus yang dilewatkan oleh

SCR hanya dibatasi oleh resistansi luar saja, sehingga besarnya

tegangan yang melewati anoda - katoda turun pada harga yang

sangat rendah. Kondisi ini dapat dijelaskan dengan menggunakan

rangkaian padanan dengan memperhatikan bahwa pulsa gate

menyebabkan Tr2 dapat berfungsi untuk menghantar. Rangkaian dua

transistor ini mempunyai loop umpan balik positif, karena masing-

masing kolektor dihubungkan secara langsung pada kaki basis yang

lain. Dengan demikian kedua transistor tersambung on meskipun

sinyal gate dihilangkan atau dimatikan. SCR akan off jika

mengalami komutasi.

2.5.2. Karakteristik SCR

Dengan memiliki karakteristik yang sama pada saat kondisi

reverse maka besarnya tegangan dan arus yang dihasilkan SCR sama

dengan besarnya tegangan dan arus yang dihasilkan pada dioda,

namun pada saat kondisi forward SCR mempunyai karakteristik

sendiri dimana arus yang masuk melewati gerbang gate berbentuk

16

pulsa-pulsa dengan daya yang relatif cukup kecil. Pulsa-pulsa

tersebut diatur waktunya sesuai dengan kebutuhan. Karakteristik

pada waktu forward bias sama dengan pada saat kondisi reverse bias,

tahanan antara anoda dan katoda pada SCR memiliki harga yang

sangat tinggi. Pada kondisi tersebut SCR menahan aliran arus,

dimana aliran arus yang mengalir dalam jumlah yang kecil tersebut

merupakan arus bocor atau Forward Holding Current.

Untuk nilai tegangan pada Anoda dan Katoda sama dengan nilai

tegangan supply. Pada kondisi seperti ini diusahakan agar tegangan

peak (puncak) dari tegangan supplai tidak melebihi Forward

Breakdown Over Voltage dari SCR. Tegangan supply tertahan di SCR sampai SCR mendapat pulsa penyulutan pada terminal gate.

Bila tegangan supplai merupakan pulsa sinus, maka selama SCR

dalam keadaan off tegangan antara anoda-katoda membentuk

tegangan sinus.

Keadaan ini berlangsung sampai gate mendapat trigger. Setelah

pulsa trigger mandapat pulsa dari gate, maka pulsa trigger tersebut

menyebabkan perubahan yang cepat dari kondisi off menuju kondisi

on dari SCR dengan cepat dan memiliki kondisi yang sama dengan

forward silicon bias, sehingga tegangan anoda-katoda terus turun

sampai mencapai titik yang disebut Forward Avalance Region.

Disinilah SCR mulai konduksi, sehingga SCR digunakan sebagai switch yang terpasang atau terpasang secara tertutup.

Pada saat SCR dalam keadaan on, arus anoda (arus beban) tidak

dipengaruhi lagi oleh adanya pulsa - pulsa trigger, kecuali saat arus

anoda sangat kecil. Tegangan antara anoda - katoda lebih kecil dari

yang diperlukan untuk mempertahankan holding current (Arus

bocor) , maka saat itu SCR akan kembali ke keadaan off dan tidak

ada arus konduksi yang mengalir melalui anoda dan katoda lagi.

Keadaan off dari SCR terus tertahan sampai diberikannya pulsa

trigger pada gate yang akan membuat SCR menjadi on. Pulsa trigger

yang diberikan membuat SCR terkonduksi bila tegangan pada anoda

lebih positif dibandingkan dengan tegangan pada katoda dan tegangan supply belum mencapai harga breakover point dari SCR itu

sendiri.

Untuk menjaga kondisi SCR tetap dalam keadaan on, diperlukan

arus anoda minimum. Karena jika arus anoda turun, maka SCR

kembali kekeadaan blocking. Agar SCR melai mendapat konduksi,

maka diperlukan arus yang lebih besar dari arus holding.

17

Pada Gambar 2.19 menunjukkan Karakteristik Tegangan dan

Arus pada SCR dan Gambar 2.20 menunjukkan Perubahan Break

Over Voltage pada komponen SCR.

Gambar 2.8 Karakteristik Tegangan dan Arus pada SCR

Gambar 2.8 merupakan gambar karakteristik tegangan dan arus pada

SCR. Kurva karakteristik menggambar kondisi ON dan OFF pada

SCR (Silicon Controlled Rectifier).

Gambar 2.9 Perubahan Break Over Voltage

Gambar 2.9 merupakan gambar perubahan kondisi saat SCR

mengalami fase break over voltage. Kurva perubahan break over

voltage linier.

2.5.3. Pengaruh Temperatur pada SCR Pengaruh temperatur pada SCR yang didominasi adalah

sebagai berikut:

A. Temperatur Jungtion

Karakteristik dari SCR dipengaruhi oleh temperatur atau

suhu dari persambungan setiap layer dari silikon. Batas

18

pengoperasian temperatur yang diijinkan dari masing-masing SCR

bermacam-macam tergantung dari setiap tipe. Batas temperatur

tersebut tergantung pada tegangan tembus (Breakdown Over

Voltage) SCR itu sendiri. Dalam pemilihan SCR, harus diperhatikan

besar temperatur persambungan yang dimiliki oleh setiap SCR tidak

boleh lebih kecil dari pada batas temperatur dari peralatan yang

dioperasikan oleh SCR tersebut.

B. Thermal Resistance

Thermal resistance adalah suatu besaran yang menunjukkan

kemampuan dari SCR untuk membuang panas yang terjadi pada sisi

plat dari SCR. Panas ini timbul dikarenakan kondisi dari SCR berada pada kondisi forward conducting, dimana besarnya tergantung dari

konduksi dari bahan - bahan yang digunakan. Biasanya pada sisi plat

dari SCR tersebut dipasang pendingin yang terbuat dari plat

aluminium (heat sting). Untuk menentukan plat heat sting yang

dipasang pada SCR dapat ditentukan dari persamaan 2.38 :

θja= T*Ta/P..................................................................................(2.6)

Keterangan :

θja = Tahananthermis antara junction atmosfer (° C/Watt)

Tj = Temperatur junction (°C )

Ta = Temperatur ambient (°C )

P = Rugi – rugi ( Watt )

Pada SCR mempunyai thermal resistance yang tinggi,

temperatur jungtion dari SCR dalam waktu yang lama akan menjadi

panas, sehingga bila SCR mempunyai thermal yang rendah pada

harga tertentu, maka SCR akan lebih cepat panas karena

pembuangan tidak lagi sebanding dengan panas arus yang mengalir.

C. Turn On Time

Arus penyalaan yang diberikan pada gate SCR tidak akan

merubah keadaan forward blocking ke keadaan fully on, tetapi untuk

suatu periode waktu yang pendek SCR menahan tegangan anoda

yang digunakan. Kemudian forward impedance dikurangi dan

setelah perioda waktu SCR akan hidup.

19

Pada kondisi awal SCR berada pada keadaan blocking.

Kemudian gate mendapat trigger atau ditrigger dan kondisi anoda

naik sampai 10% dari harga akhir yang disebut dengan “Time

delay”. Waktu yang dibutuhkan untuk kekondisi tersebut tergantung

dari besar arus penyalaan gate yang akan diberikan. Sedangkan

untuk waktu menaikkan arus anode dari 10% sampai 90% dari harga

akhir disebut rise time.

Periode-periode waktu ini dinyatakan dalam bentuk

gelombang arus dan tegangan anoda yang digunakan dalam

rangkaian ini beban terdiri dari tahanan murni. Jadi turn on time-nya

adalah merupakan jumlah delay time dan rise atau dapat ditulis seperti pada persamaan 2.32 :

Ton=td+tr............................................................................(2.32)

Keterangan :

T on = Perioda mulai On ( ms )

Td = PeriodaTime delay ( ms )

Tr = Perioda Rise time ( ms )

Faktor - faktor yang dapat mempengaruhi dari waktu

penyalaan atau penundaan dari SCR antara lain :

1. Forward Blocking Voltage.

2. Forward Peack Current Level

3. Besar Pulsa Penyalaan Gate

Dari faktor-faktor diatas yang sangat mempengaruhi penyulutan atau

penundaan penyalaan pada gate, maka time delay akan diperkecil dan

akan menimbulkan turn on time menjadi kecil.

2.5.4. Rangkaian Penyearah

Penyearah tipe ini menggunakan thyristor (SCR) sebagai

komponen penyearahnya. Pada penyearahnya ini tegangan rata-rata

dan rms nya dapat diatur dengan cara mengatur nilai α / sudut

penyalaan SCR. Prinsip kerja SCR menyerupai diode yaitu akan

melewatkan arus jika anoda lebih positif dari katoda namun itu

20

berlaku jika gate pada SCR mendapatkan arus yang cukup untuk

mentriger sebesar α.

Gambar 2.10 Rangkaian Halfwaved Control Rectifier

Gambar 2.10 merupakan gambar rangkaian halfwaved controlled

rectifier. Dimana rangkaian halfwaved controlled rectifier

menggunakan satu SCR (Silicon Controlled Rectifier) yang disulut

oleh driver TCA 785.

2.5.5. Penyearah Setengah Gelombang Terkontrol

Rangkaian dan bentuk gelombang penyearah 1 phasa

setengah gelombang terkendali dengan beban resistif ditunjukkan

pada gambar 4.1 Terlihat bahwa thyristor akan konduksi saat 𝜔𝑡 = 𝛼

dan kondisi ini akan terus berlangsung sampai polaritas dari

tegangannya berubah atau sampai IT ≤ IH, yaitu ketika 𝜔𝑡 = 𝜋. Oleh

karena beban resistif, arus bebannya akan mengikuti bentuk

gelombang dari teganganya. Jadi dengan mengatur tegangan rata-rata

yang muncul pada beban.

Tegangan rata-rata ( Vdc ) pada beban resistif dinyatakan

sebagai berikut :

Vdc=Vo=1

2𝜋 𝑉𝑚

𝜋

0sin(𝜔𝑡)𝑑(ωt)…………….………………….(2.7)

Vdc=𝑉𝑚

2𝜋 1 + cos𝛼 …………………………………………………...(2.8)

R

21

Daya yang diserap oleh beban resistif adalah V2

rms / R dengan

tegangan efektif ( rms ) yang melalui beban resistif yang dinyatakan

sebagai berikut:

Vrms= 1

2𝜋 𝑣20 𝜔𝑡 𝑑(𝜔𝑡)2𝜋

0……………………….…………..….(2/9)

Vrms = 1

2𝜋 𝑉𝑚𝑠𝑖𝑛 𝜔𝑡 ²𝑑(𝜔𝑡)2𝜋

0……………………………..(2.10)

Vrms = 1−𝛼

𝜋+

sin(2𝛼)

2𝜋……………………………………………(2.11)

2.5.6. Rangkaian penyearah setengah gelombang satu fasa

Seperti gambar di bawah ini hasil penyearahan dari sumber

satu fasa dengan menggunakan penyearah setengah gelombang maka

didapatkan :

Gambar 2.11 Rangkaian halfwave rectifier terkontrol

Gambar 2.11 merupakan gambar simulasi rangkaian halfwave

rectifier terkontrol menggunakan PSIM. Dimana dilakukan simulasi

diatas berfungsi untuk membandingkan tegangan keluaran rectifier

dan arus keluaran dari rectifier dengan teori dasar dari rectifier.

22

Gambar 2.12 bentuk gelombang tegangan input penyearah

Gambar 2.12 merupakan bentuk gelombang tegangan masukan yang

dihasilkan dari simulasi diatas. Dimana tegangan masukan yang

didapat sebesar 12 volt.

Gambar 2.13 bentuk gelombang tegangan output penyearah

Gambar 2.13 merupakan bentuk gelombang tegangan keluaran

dari rectifier yang dihasilkan dari simulasi diatas. Dimana

tegangan keluaran yang dihasilkan ialah sebesar 5 volt.

23

Gambar 2.14 bentuk gelombang arus output

Gambar 2.14 merupakan bentuk gelombang arus keluaran dari

rectifier yang dihasilkan dari simulasi diatas. Dimana tegangan

keluaran yang dihasilkan ialah sebesar 5 volt.

2.6. Sensor Tegangan

Sensor tegangan merupakan suatu alat yang digunakan untuk

mendeteksi tegangan yang keluar dari generator. Untuk mengambil

sinyal tegangan agar bias dibaca oleh rangkaian digunakan resistor

pembagi tegangan dipasang secara pararel antara fasa dengan netral.

Fungsi resistor ini adalah untuk menurunkan tegangan dari tegangan

sumber menjadi tegangan yang dikehendaki. Selain itu, penggunaan

resistor tidak merubah nilai beda fasa yang terjadi pada beban

induktif yang terpasang

24

Rangkaian 2.15Rangkaian resistor pembagi tegangan

Gambar 2.15 merupakan rangkaian resistor pembagi tegangan

dimana nilai R2 lebih besar dari R1.

inout VRR

RV

21

2…………………………………..(2.12)6

Rangkaian resistor pembagi tegangan menggunakan 2 resistor

dipasang seri (R1 dan R2). Dengan mengambil tegangan pada R2

didapatkan tegangan luaran sesuai rumusan di atas.

2.7. PWM Control

PWM merupakan pulsa yang mempunyai lebar pulsa (duty

cycle) yang dapat diubah-ubah. Pada Gambar 2.8 merupakan proses

pembuatan PWM yang terdiri dari gelombang segitiga, tegangan

referensi dan komparator. Komparator merupakan piranti yang

digunakan untuk membandingkan dua buah sinyal masukan. Dua

sinyal masukan yang dibandingkan adalah gelombang

segitigadengan tegangan referensi yaitu tegangan DC.

Gambar 2.16 Rangkaian PWM kontrol

7

Pada Gambar 2.16 adalah hasil perbandingan gelombang

segitiga dengan tegangan DC yang menghasilkan gelombang kotak

6 Anang Lubis. Moh Ali. “Pengaturan Motor Induksi Tiga Fasa Dengan Teknik

Artificial Intellegent Berbasis Vektor Kontrol”. EEPIS-ITS. 2011. Hal 52

7 Mursyida. Dina. “Rancang Bangun Modul Praktikum Elektronika Daya (Buck

Converter dan Boost Converter)”. PENS-ITS. 2010. Hal 33.

25

dengan lebar pulsa yang dapat diatur. Pengaturan lebar pulsa dapat

dilakukan dengan cara mengubah-ubah nilai tegangan DC referensi.

Gambar 2.17 Gelombang Pulsa Keluaran PWM

Pada Gambar 2.17 adalah hasil perbandingan gelombang

segitiga dengan tegangan DC yang menghasilkan gelombang kotak

dengan lebar pulsa yang dapat diatur. Pengaturan lebar pulsa dapat

dilakukan dengan cara mengubah-ubah nilai tegangan DC referensi.

Masukan yang berupa gelombang segitiga akan menghasilkan

keluaran pulsa.

2.8. Mikrokontroler ATMEGA 16

Mikrokontroler ATMega16 adalah mikrokontroler CMOS8-

bit dan merupakan keluarga dari mikrokontroler AVR

(AVRFamilys) yang beraksitektur RISC (Reduced Instruction

SetComputing), dimana semua instruksi dikemas dalam 1 (satu)

siklusclock, berbeda dengan instruksi MCS51 yang membutuhkan

12siklus clock. Tentu saja itu terjadi karena kedua jenis

mikrokontroller tersebut memiliki arsitektur yang berbeda.

AVR berteknologi RISC(Reduced Instruction Set

Computing), sedangkan seri MCS51berteknologi CISC (Complex

Instruction Set Computing). Secara umum, AVR dapat

dikelompokkan menjadi 4 kelas, yaitu keluarga Attiny, keluarga

26

AT90Sxx, keluarga ATMega, dan AT86RFxx. Pada dasarnya yang

membedakan masing-masing kelas adalah memori, peripheral, dan

fungsinya. Dari segi arsitektur dan instruksi yang digunakan, bisa

dikatakan hampir sama. Beberapa fitur yang disediakan oleh

mikrokontroler ini adalah sebagai beikut:

1. Advanced RISC Architecture

a) 130 Powerful Instructions – Most Single Clock Cycle

Execution

b) 32 x 8 General Purpose Fully Static Operation

c) Up to 16 MIPS Throughput at 16 MHz

d) On-chip 2-cycle Multiplier

2. Nonvolatile Program and Data Memories

a) 8K Bytes of In-System Self-Programmable Flash

b) Optional Boot Code Section with Independent Lock

Bits

c) 512 Bytes EEPROM

d) 512 Bytes Internal SRAM

e) Programming Lock for Software Security

1. Peripheral Features

a) Two 8-bit Timer/Counters with Separate Prescalers and Compare

Mode

b) Two 8-bit Timer/Counters with Separate Prescalers and Compare

Modes

c) One 16-bit Timer/Counter with Separate Prescaler, Compare

Mode, and Capture Mode

d) Real Time Counter with Separate Oscillator

e) Four PWM Channels

f) 8-channel, 10-bit ADC

g) Byte-oriented Two-wire Serial Interface

h) Programmable Serial USART

4. Special Microcontroller Features

a) Power-on Reset and Programmable Brown-out Detection

b) Internal Calibrated RC Oscillator

c) External and Internal Interrupt Sources 23

27

d) Six Sleep Modes: Idle, ADC Noise Reduction, Powersave, Power-

down, Standby and Extended Standby

5. I/O and Package

a) 32 Programmable I/O Lines

b) 40-pin PDIP, 44-lead TQFP, 44-lead PLCC, and 44- pad MLF

6. Operating Voltages

a) 2.7 - 5.5V for Atmega16L

b) 4.5 - 5.5V for Atmega16

Gambar 2.18 Pin-Pin ATMEGA 16 kemasan 40 pin

Gambar 2.18 merupakan pin-pin pada ATMega16 dengan

kemasan 40-pin DIP (dual inline package) ditunjukkan oleh gambar

2.12.Guna memaksimalkan performa, AVR menggunakan arsitektur

Harvard (dengan memori dan bus terpisah untuk program dan data).

Arsitektur CPU dari AVR ditunjukkan oleh gambar 2.13. Instruksi

pada memori program dieksekusi dengan pipelining single level.

Selagi sebuah instruksi sedang dikerjakan, instruksi berikutnya

diambil dari memori program.

28

Gambar 2.19Arsitektur CPU dari AVR

Gambar 2.19 merupakan arsitektur dari CPU AVR. Konfigurasi ini

menggambarkan fungsi dan komponen-komponen apa sajakah yang

terdapat di dalam CPU AVR.

Port sebagai input/output digital

ATMega16 mempunyai empat buah port yang bernama

PortA, PortB, PortC, dan PortD. Keempat port tersebut merupakan

jalur bidirectional dengan pilihan internal pull-up. Tiap port

mempunyai tiga buah register bit, yaitu DDxn, PORTxn, dan PINxn.

Huruf „x‟mewakili nama huruf dari port sedangkan huruf „n‟

mewakili nomor bit. Bit DDxn terdapat pada I/O address DDRx, bit

PORTxn terdapat pada I/O address PORTx, dan bit PINxn terdapat

pada I/O address PINx.Bit DDxn dalam register DDRx (Data

Direction Register) menentukan arah pin. Bila DDxn diset 1 maka

Px berfungsi sebagai pin output. Bila DDxn diset 0 maka Px

berfungsi sebagai pin input.Bila PORTxn diset 1 pada saat pin

29

terkonfigurasi sebagai pin input, maka resistor pull-up akan

diaktifkan. Untuk mematikan resistor pull-up, PORTxn harus diset 0

atau pin dikonfigurasi sebagai pin output. Pin port adalah tri-state

setelah kondisi reset. Bila PORTxn diset 1 pada saat pin

terkonfigurasi sebagai pin output maka pin port akan berlogika 1.

Dan bila PORTxn diset 0 pada saat pin terkonfigurasi sebagai pin

output maka pin port akan berlogika 0. Saat mengubah kondisi port

dari kondisi tri-state (DDxn=0, PORTxn=0) ke kondisi output high

(DDxn=1, PORTxn=1) maka harus ada kondisi peralihan apakah itu

kondisi pull-up enabled (DDxn=0, PORTxn=1) atau kondisi output

low (DDxn=1, PORTxn=0).

Biasanya, kondisi pull-up enabled dapat diterima sepenuhnya,

selama lingkungan impedansi tinggi tidak memperhatikan perbedaan

antara sebuah strong high driver dengan sebuah pull-up. Jika ini

bukan suatu masalah, maka bit PUD pada register SFIOR dapat diset

1 untuk mematikan semua pull-up dalam semua port. Peralihan dari

kondisi input dengan pull-up ke kondisi output low juga

menimbulkan masalah yang sama. Kita harus menggunakan kondisi

tri-state (DDxn=0, PORTxn=0) atau kondisi output high (DDxn=1,

PORTxn=0) sebagai kondisi transisi.

Gambar 2.20 Konfigurasi Pin Port

Gambar 2.10 merupakan gambar konfigurasi pin port. Bit 2 – PUD :

Pull-up Disable

30

Bila bit diset bernilai 1 maka pull-up pada port I/O akan

dimatikan walaupun register DDxn dan PORTxn dikonfigurasikan

untuk menyalakan pull-up (DDxn=0, PORTxn=1).

Timer Timer/counter adalah fasilitas dari ATMega16 yang

digunakan untuk perhitungan pewaktuan. Beberapa fasilitas chanel

dari timer counter antara lain: counter channel tunggal, pengosongan

data timer sesuai dengan data pembanding, bebas -glitch, tahap yang

tepat Pulse Width Modulation (PWM), pembangkit frekuensi, event

counter external.

Gambar diagram block timer/counter 8 bit ditunjukan pada

gambar 2. Untuk penempatan pin I/O telah di jelaskan pada bagian

I/O di atas. CPU dapat diakses register I/O, termasuk dalam pin-pin

I/O dan bit I/O. Device khusus register I/O dan lokasi bit terdaftar

pada deskripsi timer/counter 8 bit.

Gambar 2.21 Blok diagram timer/counter

Gambar 2.21 menggambarkan Timing Diagram

Timer/Counter.Timer/counter didesain sinkron clock timer (clkT0)

oleh karena itu ditunjukkan sebagai sinyal enable clock pada gambar

3. Gambar ini termasuk informasi ketika flag interrupt dalam kondisi

set. Data timing digunakan sebagai dasar dari operasi timer/counter.

31

Gambar 2.22 Timing diagram timer/counter, tanpa prescaling

Sesuai dengan gambar 2.22 diatas timing diagram

timer/counter dengan prescaling maksudnya adalah counter akan

menambahkan data counter (TCNTn) ketika terjadi pulsa clock telah

mencapai 8 kali pulsa dan sinyal clock pembagi aktif clock dan

ketika telah mencapai nilai maksimal maka nilai TCNTn akan

kembali ke nol. Dan kondisi flag timer akan aktif ketika TCNTn

maksimal.

Gambar 2.23Timing diagram timer/counter, dengan prescaling

Sama halnya timing timer diatas, gambar 2.23 timing

timer/counter dengan seting OCFO timer mode ini memasukan data

ORCn sebagai data input timer. Ketika nilai ORCn sama dengan

nilaiTCNTn maka pulsa flag timer akan aktif. TCNTn akan

32

bertambah nilainya ketika pulsa clock telah mencapai 8 pulsa. Dan

kondisi flag akan berbalik (komplemen) kondisi ketika nilai TCNTn

kembali kenilai 0 (overflow).

Gambar 2.24 Timing diagram timer/counter, menyeting OCFO,

dengan pescaler (fclk_I/O/8)

Gambar 2.24 merupakan gambar timing diagram. Ketika nilai ORCn

sama dengan nilai TCNTn maka pulsa flag timer akan aktif. TCNTn

akan bertambah nilainya ketika pulsa clock telah mencapai 8 pulsa.

Dan kondisi flag akan berbalik (komplemen) kondisi ketika nilai

TCNTn kembali kenilai 0 (overflow).

Gambar 2.25 Timing diagram timer/counter, menyeting OCFO,

pengosongan data timer sesuai dengan data pembanding,dengan

pescaler (fclk_I/O/8)

33

Gambar 2.25 merupakan gambar timing diagram. OCRn akan aktif

dan gelombang pulsa akan aktif.

2.9. Kontrol Logika Fuzzy

Logika fuzzy yang pertama kali diperkenalkan oleh Lotfi A.

Zadeh, memiliki derajat keanggotaan dalam rentang 0 (nol) hingga 1

(satu), berbeda dengan logika digital yang hanya memiliki dua nilai

yaitu 1(satu) atau 0(nol). Logika fuzzy digunakan untuk

menerjemahkan suatu besaran yang diekspresikan menggunakan

bahasa (linguistic), misalkan besaran kecepatan laju kendaraan yang

diekspresikan dengan pelan, agak cepat, cepat dan sangat cepat.

Secara umum dalam sistem logika fuzzy terdapat empat buah elemen

dasar, yaitu:

1. Basis kaidah (rule base), yang berisi aturan-aturan secara

linguistik yang bersumber dari para pakar;

2. Suatu mekanisme pengambilan keputusan (inference engine),

yang memperagakan bagaimana para pakar mengambil suatu

keputusan dengan menerapkan pengetahuan (knowledge);

3. Proses fuzzifikasi (fuzzification), yang mengubah besaran tegas

(crisp) ke besaran fuzzy;

4. Proses defuzzifikasi (defuzzification), yang mengubah besaran

fuzzy hasil dari inference engine, menjadi besaran tegas (crisp).

Kontroler fuzzy bekerja dengan cara menerima sinyal dari sensor

tegangan sebagai luaran dari plant yang dikontrol. Sinyal ini berupa

sinyal luaran yang kemudian dibandingkan dengan set point dan

menghasilkan error (selisih set point dengan luaran). Proses

perbandingan antara harga error dilakukan sehingga menghasilkan

delta error (selisih antara error sekarang dan terdahulu). Proses

fuzzyfikasi dilakukan dengan menyusun membership function dari

error dan delta error. Adapun blok diagram controller fuzzy adalah

sebagai berikut :

34

Gambar 2.26 Blok diagram fuzzy

Gambar 2.26 merupakan luaran dari kontroler masih berupa

variable fuzzy untuk itu perlu dilakukan proses defuzzyfikasi untuk

mengubah variable fuzzy menjadi variable linguistik. Fungsi fuzzy

logic kontroler adalah untuk mengatur duty cycle dari rangkaian

boost converter secara otomatis. Adapun membership function dari

controller ini adalah :

Gambar 2.27 Membership Function ERROR

Gambar 2.27 merupakan gambar membership function ERROR.

Membership function menggunakan tiga membership function.

Error (t)

Delta Error (t)

FUZZY

KONTROLLER Duty Cycle

35

Gambar 2.28 Membership Function DERROR

Gambar 2.28 merupakan gambar membership function DERROR.

Membership function menggunakan tiga membership function.

Gambar 2.29 Membership Function DUTY CYCLE

Gambar 2.29 merupakan gambar membership function OUTPUT.

Menggunakan tiga membership function.

2.9.1. Desain RULE BASE

Proses ini berfungsi untuk mencari suatu nilai fuzzy luaran

dari nilai fuzzy masukan. Prosesnya adalah suatu nilai fuzzy

masukan dimasukkan kedalam sebuah rule yang telah dibuat

kemudian dijadikan fuzzy luaran. Sebagai contoh aturan-aturan

fuzzy adalah :

If Error = R and Delta Error = K then DC = KR

If Error = S and Delta Error = S then DC = S

If Error = T and Delta Error = T then DC = BT

36

Ada beberapa operator yang digunakan dalam fuzzy, antara

lain and, or, dan not. Dalam proyek akhir ini menggunakan operator

and maka masukan terkecil yang diambil, misal if error = -10(R) and

Derror = 20(T) then DC = 60 (BT) nilai fuzzy luaran dari nilai diatas

adalah 79. Nilai -10 diambil dari membership function masukan

dengan cara menarik garis lurus vertical yang diinginkan. Aturan-

aturan (rule) mengikuti perilaku umum sistem dan ditulis dalam pola

label linguistic fungsi keanggotaan. Untuk dua masukan yaitu Error

dan Delta Error dan satu sistem luaran, aturan (rule) tersebut dapat

ditulis dalam bentuk matriks seperti tabel di bawah.

Tabel 2.1 Rule Base Kontrol Logika Fuzzy

K S T

R KR BT BT

S KR S BT

T BT S BT

Tabel 2.1 merupakan tabel rule base dari kontrol logika fuzzy.

Dimana dari tiga membership function terbentuk Sembilan rule

base(9).

2.10. Code Vision AVR

Code Vision AVR adalah software compiler yang digunakarn

untuk mikrokontroler AVR. Software ini compatible terhadap semua

OS yang biasa digunakan seperti windows XP, 2000, Vista, Seven,

dan lain-lain. Code Vision AVR ini masih bahasa C sebagai bahasa

pemrogramannya.

Derror

error

37

Gambar 2.30 CodeVision AVR

Gambar 2.30 pada Code Vision AVR disediakan bermacam-

macam IC diantaranya adalah atmega 16 dan 128. Pada tugas akhir

menggunakan IC atmega 16. Code Vision AVR juga menyediakan

pengaturan komunikasi serial, LCD, RTC, ADC, DAC, Timer, dan

lain-lain yang berhubungan dengan mikrokontroler. Berikut ini akan

diuraikan tentang langkah-langkah dalam membuat project baru

menggunakan code vision avr.

Berikut ini akan diuraikan tentang langkah-langkah membuat

project dalam menggunakan Code Vision AVR. Klik pada menu file

new pilih project untuk membuat project yang baru, lalu klik

OK.

38

Gambar 2.31 Membuat Projek Baru Menggunakan Code Vision AVR

Gambar 2.31 merupakan window projek baru menggunakan code

vision AVR. Kemudian aturlah IC mikrokontroller, port, usart,

timer, LCD, dan lain-lain sesuai dengan kebuthan pemrograman.

Gambar 2. 32 Pengaturan Komponen Pada Code Vision AVR

Gambar 2.32 merupakan komponen pada code vision AVR.

lalu simpan dengan mengklik menu filegenerate,save, dan exit.

Untuk mendownloadkan program yang sudah dibuat maka perlu

untukdecompile terlebih dahulu, setelah klik icon make project untuk

mendownloadkan program ke IC mikrokontroller.

2.11. Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor

(MOSFET)

Dalam JFET, besar keefektifan pada channel dikontrol oleh

medan listrik yang diberikan ke channel melalui P-N junction.

Bentuk lain dari piranti pengaruh medan dicapai dengan penggunaan

bahan elektroda gate yang dipisahkan oleh lapisan oxide dari channel

semikonduktor. Pengaturan metal oxide semikonduktor (MOS)

mengijinkan karakteristik channel dikontrol oleh medan listrik

39

dengan memberikan tegangan diantara gate dan body semikonduktor

serta pemindahan melalui lapisan oxide. Seperti halnya piranti yang

disebut dengan MOSFET atau MOS Transistor. Hal ini penting

digaris bawahi dengan kenyataan bahwa IC lebih banyak dibuat

dengan piranti MOS dari pada jenis piranti semikonduktor lain.

Ada dua tipe MOSFET, deplesi MOSFET mempunyai tingkah

laku yang sama dengan JFET pada saat tegangan gate nol dan

tegangan drain tetap, arus akan maksimum dan kemudian menurun

dengan diberikan potensial gate dengan polaritas yang benar (piranti

normally on). Jenis yang lain dari piranti ini disebut dengan

Enhancement MOSFET yang menunjukkan tidak ada arus pada saat

tegangan gate nol dan besar arus keluaran besar dengan bertambah

besar potensial gate (normally off). Kedua tipe dapat berada dalam

salah satu jenis channel P atau N.

2.11.1. Simbol Rangkaian Mosfet

Terdapat 4 simbol yang digunakan untuk MOSFET yang

ditunjukkan pada Gambar 2.10 Simbol-simbol pada Gambar (a) dan

(b) merupakan Mosfet tipe N yang digunakan untuk enchancement

dan depletion device. Simbol pada Gambar (c) dan (d) merupakan

Mosfet tipe P yang digunakan pada mode enchancement dan

depletion device.

Gambar 2.33 Simbol Mosfet8

8 Mursyida. Dina “Rancang Bangun Modul Praktikum Elektronika Daya (Buck

Converter dan Boost Converter)”. PENS-ITS. 2010. Hal 37

40

Gambar 2.33 merupakan symbol dari MOSFET. Pengertian

positif untuk semua terminal arus menuju ke dalam piranti.

Kemudian mosfet channel N, Id adalah positif dan Is adalah negatif.

Ketika Id=Is, Ig sebenarnya berharga nol. Tegangan drop diantara

drain dan source didesain oleh Vds, Vgs digunakan untuk

menunjukkan tegangan drop dari gate ke source. Untuk mosfet

channel P digunakan dengan arah reverse. Terminal arus dan

terminal tegangan adalah negative sebanding dengan kualitas mosfet

channel N. source dan substrate dihubung singkatkan di dalam

Mosfet channel P yang standard.

2.12. Optocoupler

Optocoupler atau optotransistor merupakan salah satu jenis

komponen yang memanfaatkan sinar sebagai pemicu on-off. Opto

berarti optic dan coupler berarti pemicu. Sehingga bisa diartikan

bahwa optocoupler merupakan suatu komponen yang bekerja

berdasarkan pemicu cahaya optic. Optocoupler termasuk dalam

sensor, yang terdiri dari dua bagian yaitu transmiter dan

receiver.Dasar rangkaian optocoupler ditunjukkan pada Gambar

2.34.

Gambar 2.34.Rangkaian dasar optocoupler

41

Gambar 2.34 Bagian pemancar atau transmiter dibangun dari

sebuah infra led merah untuk mendapatkan ketahanan yang lebih

baik terhadap sinar tampak daripada menggunakan led biasa. Sensor

ini bisa digunakan sebagai isolator dari rangkaian tegangan rendah

ke rangkaian bertegangan tinggi, selain itu juga bisa dipakai sebagai

pendeteksi terhadap penghalang antara transmiter dan receiver

dengan memberikan ruang uji dibagian tengah antara led dan

phototransistor. Penggunaan seperti ini bisa diterapkan untuk

mendeteksi putaran motor atau mendeteksi lubang penanda pada disk

drive komputer. Penggunaan optocoupler tergantung pada

kebutuhan. Ada berbagai macam tipe dan jenis, diantaranya 4N25,

4N26, TLP 250 dan lain-lain.

Salah satu yang terpenting dari aplikasi phototransistor adalah

photocoupler (optocoupler). Optocoupler biasa digunakan pada

rangkaian elektronik yang diisolasi dari rangkaian lain, sehingga

disebut juga photoisolator. Hanya cahaya yang menghubungkan

rangkaian masukan ke rangkaian keluaran.

2.13. Rangkaian Drive Totempole

Sudah menjadi hal yang sangat penting untuk dapat

mengurangi atau meminimalkan power losses pada switching

elektronik (electronic switching) pada saat mendesain suatu

rangkaian elektronika daya. Switch losses terjadi karena terdapat

perubahan dari kondisi satu ke kondisi (low) yang lain (high) secara

cepat. Drive citcuit MOSFET harus dapat dengan cepat memberikan

arus dan membuang arus pada saat berada pada switching frekuensi

tinggi. Rangkaian yang sangat cocok untuk digunakan sebagai dri

circuit pada MOSFET adalah yang dinamakan “totem-pole”, yang

terdiri dari transistor NPN dan PNP. Rangkaian totem-pole

ditunjukkan pada Gambar 2.35.

42

Gambar 2.35 rangkaian drive Totempole

Gambar 2.35 merupakan gambar rangkaian drive totempole.

Totempole menggunakan BD 139 dan 140.

2.14. Mikrokontroller

2.14.1. Konsep Mikrokontroller

Mikrokontroler adalah sebuah sistem microprosesor di mana

didalamnya sudah terdapat CPU, ROM, RAM, I/O, Clock dan

peralatan internal lainnya yang sudah saling terhubung dan

terorganisasi (teralamati) dengan baik oleh pabrik pembuatnya dan

dikemas dalam satu chip yang siap pakai. Sehingga kita tinggal

memprogram isi ROM sesuai aturan penggunaan oleh pabrik yang

membuatnya. Seperti umumnya komputer, mikrokontroler adalah

alat yang mengerjakan intruksi-intruksi yang diberikan kepadanya.

Artinya, bagian terpenting dan utama dari suatu sistem komputerisasi adalah program itu sendiri yang dibuat oleh seorang programmer.

Program ini mengintruksikan komputer untuk melakukan jalinan

yang panjang dan aksi-aksi sederhana untuk melakukan tugas yang

lebih kompleks yang diinginkan oleh programmer. Dalam proyek

akhir ini mikrokontroler yang digunakan adalah AVR ATmega 16.

2.13 IC TCA 785

Rangkaian driver berfungsi sebagai pembangkit pulsa dari rangkaian

AC-DC terkontrol, pengaturan AC DC yang akan dikontrol melalui

43

potensiometer. Pengontrolan dengan menggunakan IC TCA 785 akan

diperoleh keuntungan sebagai berikut :

a. Penetapan titik nol lebih pasti b. Pengaturan sudut penyulutan dari 0°-180°

c. Daerah pemakaian yang lebih luas

d. Arus kerja yang relatif kecil 250 sampai dengan 400mA

e. Tegangan kerja 18 Volt

f. Dapat digunakan untuk kontrol tiga phasa.

Untuk penyearah terkontrol 1 fasa siklus positf dengan siklus

negatif berbeda 180o maka akan dihasilkan sebuah pulsa penyalaan

yang memiliki perbedaan fasa sebesar 180o.

Gambar 2.36 IC TCA 785

Gambar 2.36 digunakan untuk penyearah gelombang 1 fasa

yang terkontrol, karena masukkan dari tegangan jala-jala mempunyai

beda fase 180° maka dibutuhkan pulsa penyalaan yang mempunyai

beda phase 180° untuk setiap siklus tegangan positif dan negatif. Hal

ini dapat diatasi dengan cara mengambil tegangan input dari

singkronisasi IC diatas ( terdapat pada kaki no 5)

44

Gambar 2.37 Rangkaian Pembangkit IC TCA 7859

9 Datasheet of TCA 785 . [didownload pada Desember 2011.

Sumber:http://en.wikipedia.org/wiki/TCA_785

45

Tabel 2.2 Tabel fungsi kaki TCA 785

PIN SIMBOL KAKI FUNGSI

1 GND Ground

2 Q2 Output 2 inverted

3 QU Output U

4 Q2 Output 1 inverted

5 Vsync Synchronous voltage

6 I Inhibit

7 QZ Output Z

8 Vref Stabilized voltage

9 R9 Ramp resistance

10 C10 Ramp capacitance

11 V11 Control voltage

12 C12 Pulse extension

13 L Long pulse

14 Q1 Output 1

15 Q2 Output 2

16 Vs Supply voltage

46

Halaman ini sengaja dikosongkan

47

RECTIFIERTRAFO

BOOST

CONVERTER

KUMPARAN

MEDAN

GENERATOR

SINKRON TIGA

FASA

MIKROKONTROLER

LOAD

SENSOR

TEGANGANKEYPAD

LCD

BAB III

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN

HARDWARE DAN SOFTWARE

3.1 Blok Diagram

Pada pengerjaan tugas akhir ini dibagi menjadi 2 yaitu yang

pertama adalah hardware dimana akan difokuskan pada pembuatan

rangkaian AVR (Automatic Voltage Regulator) sebagai penstabil

tegangan output generator. Dan yang kedua adalah software yang

difokuskan pada pemrograman penyulutan mosfet melalui

mikrokontroler dan pengaturan sinyal PWM menggunakan kontrol

logika fuzzy. Berikut ini adalah perencanaan dari sistem pengerjaan.

Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem

Dari gambar 3.1 tegangan output pada generator tidak stabil

disebabkan adanya pemakaian beban yang bervariasi sehingga menyebabkan

tegangan output menjadi tidak stabil. Oleh karena itu diperlukan suatu alat

yang dapat menstabilkan tegangan output generator.

Sebelum mendesain AVR (Automatic Voltage Regulator) terlebih

dahulu mengambil data awal yaitu pengukuran tegangan output generator

dalam kondisi tak berbeban dan berbeban.

48

Tabel 3.1. Kondisi Tak Berbeban

NO V eksitasi (DC)

I eksitasi (DC)

Vo generator (AC)

1 0 0,06 18

2 1 0,09 54

3 2 0,11 57

4 3 0,15 59

5 4 0,18 61

6 5 0,20 68

7 6 0,22 77

8 7 0,24 83

9 8 0,29 95

10 9 0,31 104

11 10 0,34 122

12 20 0,5 240

13 22 0,6 260

14 24 0,7 280

15 28 0,8 300

16 30 0,9 320

17 34 1,0 340

18 36 1,1 360

19 40 1,3 380

Dari tabel 3.1 merupakan tabel pengukuran pada generator saat

kondisi tak berbeban (generator tidak dihubungkan ke beban).

49

Tabel 3.2. Kondisi Berbeban (drop tegangan)

NO Vexcitasi (volt)

I excitasi (ampere)

I beban (ampere)

Tegangan (volt)

Frekuensi (Hz)

1 40 1,2 1 380 50

2 40 1,4 1,5 360 50

3 48 1,4 2,1 380 50

Dari tabel 3.2 merupakan tabel pengukuran kondisi berbeban (saat

generator dihubungkan ke beban).

Tabel 3.3 Kondisi Berbeban

(Tegangan dikumparan medan dinaikkan hingga mencapai 50V)

Dari tabel 3.3 merupakan tabel pengukuran generator kondisi

berbeban namun tegangan di kumparan medan dinaikkan hingga

mencapai 50 V dc.

3.2 Perencanaan Boost Converter

Boost converter bekerja dengan menghasilkan tegangan keluaran

yang lebih tinggi dari tegangan masukannya. Besarnya tegangan

keluaran yang dihasilkan dapat dihitung dengan menggunakan

persamaan :

Vin-min = 4 V

Vin-max = 10 V

Vout = 20 V

Io = 2,5 A

NO Vexcitasi (volt)

I excitasi (ampere)

I beban (ampere)

Tegangan (volt)

Frekuensi (Hz)

1 42 1,4 1 380 50

2 48 1,38 1,5 380 50

3 49 1,5 2,1 380 50

50

Fs = 40 KHz

a. Duty Cycle

𝐷 = 1 − 𝑉𝑖𝑛 − 𝑚𝑖𝑛

𝑉𝑜 𝑥 100%

= 1 − 4

20 𝑥100%

= 80 %

b. Nilai Induktor

Δ𝐼𝐿 = 0,4 𝑥 𝐼𝑖𝑛 = 0,4 𝑥 𝑉𝑠

(1−𝐷)𝑅 = 0,4 x [

8)8,01(

4

x] = 1

AR

VoII RL 5,2

8

20

𝐿 = 1

𝑓 𝑥 𝑉𝑖𝑛 𝑥 𝐷 𝑥

1

Δ𝐼𝐿

=1

40000 𝑥 4 𝑥 0,8𝑥

1

1

=1

40000 𝑥 3,2

= 0,00008𝐻

= 80 µ𝐻

c. Arus Max Inductor

I𝑖𝑛 = 𝐼𝑜𝑢𝑡 𝑥 𝑉𝑜𝑢𝑡 + 𝑉𝑡

𝑉𝑖𝑛−𝑚𝑖𝑛

= 2,5 𝑥 20 + 0,7

4

= 12,9375 𝐴

I𝑚𝑎𝑥 = 𝐼𝑖𝑛 + Δ𝐼𝐿2

= 12,9375 + 1

2

= 13,4375 𝐴

51

d. Arus RMS Inductor

I𝑟𝑚𝑠 = 𝐼𝑖𝑛2 𝑥

Δ𝐼𝐿2

3

2

= 12,93752 𝑥 1

2

3

2

= 3,734 𝐴

e. Arus Puncak Diode

I𝐷 𝑃𝑒𝑎𝑘 =𝐼𝑜𝐷

=2,5

0,8

= 3,125 𝐴

f. Arus RMS Diode

I𝐷 𝑟𝑚𝑠 = I𝐷 𝑃𝑒𝑎𝑘 𝑥 𝐷

= 3,125 𝑥 0,8

= 2,79 𝐴

g. Arus RMS Kapasitor

I𝐶 𝑟𝑚𝑠 = 𝐼𝐷 𝑟𝑚𝑠2 − 𝐼𝑜

2

= 2,792 − 2,52

= 7,231 − 6,25

= 1,5341

= 1,23 𝐴

h. Ripple Tegangan Output

Δ𝑉𝑜 = 1% 𝑥 𝑉𝑜𝑢𝑡

= 0,01 𝑥 20

52

= 0,2 𝑉

i. Kapasitas Output

Δ𝑉𝑜 =𝑉𝑜 𝑥𝐷 x T

𝑅𝐶

=𝑉𝑜𝑥𝐷

RCf

0,2 =20𝑥0,8

8 x C x 40000

64000 𝐶 = 16

C= 0,00025F

C=250uF

j. Jumlah Lilitan

𝑛 =L x Imax x 10

4

Bmax x 𝐴𝑐

n = 80 x 10

6x 13,4375 x 104

0,25 x 2,0096

= 1075 x102

= 10,75 lilitan

k. Panjang kawat

Lg = keliling bobin x jumlah lilitan x split x 40%

Lg = 5,652 x 11 x 6 x 40 %

Lg = 373,032 + 149,2128

Lg = 522,2448 cm

Split : 3

IL(rms) setelah di split = 3,734 : 6 = 0,622 A

Jadi dengan melihat data sheet tabel winding data, yang digunakan adalah

AWG 21 dengan arus 0,622 A dan diameter kawat yang digunakan 0,45.

l. Desain rangkaian snubber

53

nst

VV

VVV

III

fall

off

outinoff

Linon

43

24204

9375,12

Cs = Ion x Tfall

2 x Voff

Cs = 12,9375 x 43.10−9

2 x 24

= 11,58 nF

𝑅𝑠 = 0,8𝑥0,8 𝑥 25 𝑥 10−6

2 𝑥 11,58 𝑛𝐹 = 690,84

Gambar 3.2 Rangkaian Simulasi Boost Converter

Gambar 3.2 merupakan gambar rangkaian simulasi boost converter

dengan nilai inductor sebesar 80uH.

54

Gambar 3.3 Bentuk Gelombang Tegangan Output Boost Converter

Gambar 3.3 merupakan bentuk gelombang tegangan output boost

converter dari simulasi rangkaian boost converter di atas.

Gambar 3.4 Bentuk Gelombang Arus Output Boost Converter

Gambar 3.4 merupakan bentuk gelombang dari arus keluaran boost

converter dari simulasi di atas.

55

Gambar 3.5 Rangkaian Boost Converter

Gambar 3.5 merupakan perencanaan boost converter yang telah

dibuat berdasarkan perhitungan teori.

3.3 Perencanaan Halfwaved Controlled Rectifier

Penyearah satu fasa terkontrol digunakan untuk

mengubah tegangan keluaran pada generator (AC) menjadi

tegangan DC. Tegangan DC inilah yang nantinya akan

digunakan sebagai inputan untuk rangkaian boost converter.

Penyearah satu fasa terkontrol dikendalikan oleh semikonduktor

yang berupa thyristor (Semiconductor Controlled Rectifier).

Suatu rangkaian penyearah satu fasa terkontrol setengah

gelombang menggunakan satu (1) buah thyristor.

56

Gambar 3.6 Rangkaian Single Phase Halfwaved Controlled

Rectifier Resistive (R) Load

Gambar 3.6 merupakan gambar rangkaian single phase halfwave

controlled rectifier dengan beban R

Gambar 3.7 Bentuk Gelombang Single Phase Halfwaved Controlled

rectifier Resistive Load (R)

Gambar 3.7 merupakan bentuk gelombang tegangan input yang

berasal dari simulasi rectifier di atas.

Gambar 3.8 Bentuk Gelombang Single Phase Halfwaved Controlled

Rectifier

57

Gambar 3.8 diatas menunjukkan bentuk gelombang arus

dan tegangan output halfwaved controlled rectifier dengan beban R.

Jika penyearah memiliki beban yang bersifat induktif, ketika

tegangan sumber atau tegangan masukan sudah mencapai 180°,

thyristor masih tetap menghantar karena arus masih mengalir oleh

karena adanya sifat induktif beban, bahkan ketika tegangan sudah

mengayun ke negative (>180°). Thyristor baru mati ketika arus

beban sudah di bawah arus genggamnya. Dalam gambar 3.6 jelas

bahwa jika thyristor dipicu dengan sudut α, maka secara praktis

thyristor baru mati setelah tegangan mengayun ke negative sebesar

180° + αi. Penjelasan lain yang lebih mudah ditangkap adalah

sebagai berikut : ketika tegangan sumber di anode SCR sudah masuk

ke nol, (pada titik atau 180°), logikanya SCR tidak mendapat

tegangan panjar maju yang cukup untuk mempertahankan arus

genggamnya (holding current), tetapi dengan adanya inductor di jalur

katodanya, ujung atas inductor (titik A) berpolaritas negative

terhadap ujung bahwanya (titik B) akibat tegangan induksi yang

muncul di induktor. Dengan fenomena seperti inilah SCR tetap

terjaga dalam panjar maju, karena anodenya berpolaritas nol,

katodanya berpolaritas negative. Anode tetap lebih positif daripada

katodanya. SCR baru mati setelah tegangan pada anodanya bergerak

lebih jauh menuju negative (gelombang bergerak dari π menuju 2π).

Apabila menyatakan sudut fasa yang diukur dari titik persilangan nol

tegangan (π atau 180°) ke titik ketika SCR yang sedang menghantar

menjadi mati secara alamiah saat katodanya lebih positif dari

anodanya.

58

Gambar 3.9 Rangkaian Halfwave Controlled Rectifier

Gambar 3.9 merupakan rangkaian halfwave controlled rectifier yang

telah dibuat dan diuji.

3.4 Pembuatan Sensor Tegangan

Sensor tegangan menggunakan resistor pembagi tegangan

dipasang secara pararel antara fasa dengan netral. Fungsi resistor ini

adalah untuk menurunkan tegangan dari tegangan sumber menjadi

tegangan yang dikehendaki. Selain itu juga penggunaan resistor tidak

mengubah harga beda fase yang terjadi pada beban induktif yang

terpasang.

inout VRR

RV

21

2

………….……………………………..…(3.1)

Dalam perhitungan Vin yang digunakan adalah 380 volt dan Vout

yang diharapkan adalah 5 volt apabila menggunakan AVR

Mikrokontroler ATMEGA 16 dan dimisalkan R1 = 10KΩ, sehingga

didapatkan :

59

33,133

50000375

380550000

3805)100005(

38010000

5

2

2

22

22

2

2

21

2

R

R

RR

RRx

xR

R

xVRR

RVout in

Maka komponen R2 yang digunakan, yang mendekati nilai

pasaran adalah 100Ω.

Gambar 3.10 Rangkaian Skematik Sensor Tegangan

Gambar 3.10 merupakan gambar rangkaian skematik dari sensor

tegangan secara teori.

Gambar 3.11 Rangkaian Sensor Tegangan

Gambar 3.11 merupakan perencanaan sensor tegangan yang telah

dibuat dan diuji.

60

3.5 Perencanaan kontrol logika fuzzy

Pada proyek akhir ini digunakan kontroler fuzzy. Luaran dari kontrol

fuzzy nantinya digunakan untuk pengaturan duty cycle dari boost

converter. Pada proyek akhir ini perancangan membership function

diambil dari error, delta error, dan output dibuat 3 membership

function (MF). Dibawah ini adalah rancangan membership function

dari masukan dan output yang digunakan.

Gambar 3.12 Perencanaan Membership Function

Perancangan range membership function ERROR

Gambar 3.13 Membership Function ERROR

Gambar 3.13 merupakan gambar membership function ERROR.

61

Tabel 3.4 Range nilai membership function ERROR

MF R S T

Nilai 105.8 165 297

Tabel 3.4 merupakan tabel membership function kontrol logika fuzzy

dari ERROR. Dengan batas nilai rule base antara 105.8 sampai

dengan 297.

Perancangan Membership Function DERROR

Gambar 3.14 Membership Function DERROR

Gambar 3.14 merupakan gambar membership function dari

DERROR.membership function DERROR menggunakan tiga

membership function.

Tabel 3.5 Range nilai membership function DERROR

MF K S T

Nilai -132 165 296.1

Tabel 3.4 merupakan tabel membership function kontrol logika fuzzy

dari DERROR. Dengan batas nilai rule base antara 132 sampai

dengan 296.1.

62

Perancangan range membership function OUTPUT

Gambar 3.15 Membership Function OUTPUT

Gambar 3.14 merupakan gambar membership function dari

OUTPUT. .membership function OUTPUT menggunakan tiga

membership function.

Tabel 3.6 Range nilai membership function OUTPUT

MF KR S BT

Nilai -15 50 105

Tabel 3.6 merupakan tabel membership function OUTPUT.

Setelah dibuat membership function maka dapat dibuat rule basenya untuk mengatur logika pembuatan keputusan fuzzy-nya atau aturan

yang menghubungkan antara masukan dan luaran seperti yang

ditunjukkan di atas :

63

Tabel 3.7 Rule Base Kontrol Logika Fuzzy

K S T

R KR BT BT

S KR S BT

T BT S BT

Tabel 3.7 merupakan tabel rule base dari kontrol logika fuzzy

Gambar 3.16 Perencanaan Rule Base pada Matlab

Gambar 3.16 merupakan perencanaan rule base pada matlab

error

derror

64

3.6 Pembuatan ATMEGA 16

Mikrokontroler adalah sebuah sistem komputer lengkap dalam

satu serpih (chip). Mikrokontroler lebih dari sekedar sebuah

mikroprosesor karena sudah terdapat atau berisikan ROM (Read-

Only Memory), RAM (Read-Write Memory), beberapa bandar

masukan maupun keluaran, dan beberapa peripheral seperti

pencacah/pewaktu, ADC (Analog to Digital converter), DAC

(Digital to Analog converter) dan serial komunikasi. Salah satu

mikrokontroler yang banyak digunakan saat ini yaitu mikrokontroler

AVR. AVR adalah mikrokontroler RISC (Reduce Instuction Set

Compute) 8 bit berdasarkan arsitektur Harvard. Secara umum

mikrokontroler AVR dapat dapat dikelompokkan menjadi 3

kelompok, yaitu keluarga AT90Sxx, ATMega dan ATtiny. Pada

dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori,

peripheral, dan fiturnya. Seperti mikroprosesor pada umumnya,

secara internal mikrokontroler ATMega16 terdiri atas unit-unit

fungsionalnya Arithmetic and Logical Unit (ALU), himpunan

register kerja, register dan dekoder instruksi, dan pewaktu beserta

komponen kendali lainnya. Berbeda dengan mikroprosesor,

mikrokontroler menyediakan memori dalam serpih yang sama

dengen prosesornya (in chip).

Gambar 3.17Minimum System ATMEGA 16

65

Gambar 3.17 merupakan gambar minimum sistem

ATMEGA 16. Mikrokontroler ATMEGA 16 arsitektur havard yang

memisahkan memory program dari memori data baik alamat bus dan

data bus, sehingga pengaksesan program dan data dapat diakses

secara bersamaan.

Secara garis besar ATMEGA 16 terdiri dari :

1. Arsitektur RISC dengan throughput mencapai 16 MIPS pada

frekuensi 16 MHz.

2. Memiliki kapasitas memory flash 16 Kbyte, EEPROM 512 Byte

dan SRAM 1 Kbyte.

3. Saluran I/O 32 buah.

4. User interrupt terdiri dari user internal dan eksternal.

5. Bandar interface SPI dan USART.

6. Fitur peripheral

a. Dua buah timer/counter 8 bit dengan prescaler terpisah dan

mode compare.

b. Satu buah timer/counter 16 bit dengan prescaler terpisah mode

compare dan mode capture.

c. Real Time Clock dengan osilator tersendiri.

d. 8 kanal 10 bit ADC.

e. Watchdog timer sebagai osilator internal.

f. Byte-oriented Two-wire Serial Interface.

3.7 Perencanaan Hardware Pada Mikrokontroller

Pada proyek akhir ini kami menggunakan Mikrokontroler

menggunakan bahasa C untuk mengprogram chip IC-nya. Software

CodeVision C Compiler digunakan untuk memprogram AT Mega16.

Dimana nantinya Mikrikontroler tersebut digunakan sebagai

penyulutan mosfet menggunakan PWM kontrol pada mikrokontroler.

Pada proyek akhir ini penyulutan yang digunakan menggunakan

PWM. PWM dibangkitkan dari mikrokontroller ATMEGA 16.

PWM pada proyek akhir akan disulut maximal antara 80%. PWM ini

akan digunakan untuk pengaturan frekuensi pada boost converter.

66

Amplitude PWM pada proyek akhir sebesar 15 V, dipilih besar

tegangan 15 V karena IRFP 460 bekerja pada tegangan sebesar 15

Volt. Sebagai pembatas antara PWM kontrol dengan mikrokontroller

digunakan rangkaian yang disebut rangkaian optocoupler. Dimana

rangkaian optcoupler ini menggunakan NV 25.

Gambar 3.18 Rangkaian Optocoupler

Gambar 3.18 merupakan gambar rangkaian optocoupler yang

telah dibuat dan telah diuji.

67

BAB IV

PENGUJIAN DAN ANALISA

Pada bab IV dibahas tentang pengujian terhadap sistem

yang dibuat dan disertai dengan analisa. Metode pengujian pada

proyek akhir ini dilakukan untuk mengetahui prinsip kerja dari

alat yang dirancang serta untuk mengetahui pengukuran arus,

tegangan. Kemudian setelah itu hasil pengukurannya

dibandingkan dengan teori yang telah dipelajari. Pada bab ini

akan disajikan pengujian dan hasil pengujian sebagai berikut :

4.1. Pengujian PWM

Penyulutan yang dipakai pada proyek akhir ini

menggunakan metode PWM. PWM dibangkitkan dari

mikrokontroler ATMEGA 16. PWM pada proyek akhir ini

disulut sebesar 80%. PWM ini akan digunakan untuk pengaturan

duty cycle pada boost converter . Amplitudo PWM pada proyek

akhir ini sebesar 15 volt, dipilih tegangan 15 volt karena

MOSFET IRFP460 bekerja pada tegangan 15 volt.

4.1.1. Pengujian PWM Mikrokontroler

Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui respon

dari keluaran boost converter yang akan disulut pada kaki

Gate dari mosfet tersebut. Berikut ini adalah hasil dari

pengujian PWM analog yang akan digunakan untuk

penyulutan kaki gate pada mosfet IRFP460.

68

Gambar 4.1 Pengujian PWM mikrokontroler

Gambar 4.1 merupakan pengujian pwm mikro. Apabila kita ingin

mengatur duty sebesar 80% (delapan puluh persen) maka kita

setting pwm mikrokontroler sebesar 181. Duty cycle sebesar

delapan puluh persen tersebut kita ubah kedalam bentuk 255.

Gambar 4.2 Bentuk Gelombang PWM mikrokontroler

Gambar 4.2 merupakan bentuk gelombang keluaran pwm (berbentuk

gelombang pulsa).

69

4.1.2. Pengujian Optocopler

Rangkaian optocoupler pada Gambar 4.5 menggunakan

IC 4N25 dan dihubungkan dengan transistor C 9013. Ground pada

sisi masukan harus dipisahkan dengan ground pada sisi keluaran.

Pemisahan ground terkait dengan sifat dasar dari optocoupler yang

berfungsi mengisolasi rangkaian masukan dengan rangkaian

keluaran. Pada saat optocoupler diberi masukan sinyal dari

rangkaian PWM yang dihasilkan mikrokontroller ATmega-16,

maka frekuensi keluaran juga sama dengan masukan yang

membedakan adalah besar amplitudo yaitu 12 volt. Perbedaan

amplitudo antara masukan dan keluaran karena keluaran dari

rangkaian optocoupler dihubungkan dengan transistor C 9013

untuk dikuatkan.

Gambar 4.3 Rangkaian Hardware Optocoupler

Gambar 4.3 merupakan gambar perencanaan hardware dari

optocoupler. Optocoupler ini berfungsi sebagai pemisah antara

rangkaian boost converter dengan mikrokontroler. Jika terjadi

gangguan dengan mikrokontroler, gangguan tersebut tidak mengenai

rangkaian boost converter.

70

Gambar 4.4 Rangkaian Optocoupler

Gambar 4.4 merupakan gambar rangkaian optocoupler secara teori.

Dan akan diaplikasikan seperti gambar rangkaian di atas.

Gambar 4.5 Bentuk Gelombang Keluaran Optocoupler

Gambar 4.5 merupakan bentuk gelombang keluaran optocoupler

berdasarkan rangkaian hardware yang telah dibuat dan dilakukan

pengujian .

4.1.3. Pengujian Rangkaian Totempole

Rangkaian yang ditunjukkan pada Gambar 4.6 dibawah

ini difungsikan sebagai sinkronisasi sinyal gelombang kotak ke

MOSFET,agar pengisian dan pembuangan pulsa dapat dilakukan

dengan cepat. Rangkaian ini memerlukan tegangan supply sebesar

12 Voltagar tegangan output gelombang juga sebesar 12 Volt.

Pada rangkaian ini ground tegangan supply totem-pole dapat

digabung dengan ground pada tegangan supply optocoupler.

Keluaran dari totem-pole ini langsung disambungkan dengan gate

71

dan source MOSFET. Dan akan diperoleh hasil gelombang

keluaran totem-pole seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.6

Gambar 4.6 Rangkaian drive totempole

Gambar 4.6 merupakan gambar rangkaian dari driver totempole.

Gambar 4.7 Rangkaian keluaran totempol

Gambar 4.7 merupakan bentuk gelombang keluaran dari totempol.

4.2. Pengujian TCA 785

Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui bentuk

gelombang output kaki TCA 785. Pertama-tama kita mengukur

tegangan input untuk TCA 785 apakah telah sesuai dengan

72

tegangan referensi yaitu sebesar 12 volt. Setelah itu ukur

gelombang pada kaki nomor lima, sepuluh, empat belas, dan

lima belas.

Gambar 4.8 Bentuk Gelombang pada kaki no 5

Gambar 4.8 merupakan gambar bentuk gelombang pada kaki no 5.

Kaki no 5 merupakan tegangan sinkronisasinya.


Gambar 4.9 merupakan bentuk gelombang pada kaki no 10.

Kaki no 10 merupakan tegangan DC besarnya kisaran antara 0-

12 volt.

73


Gambar 4.10 merupakan bentuk gelombang pada kaki no 14

(berbentuk pulsa).


Gambar 4.11 merupakan bentuk gelombang pada kaki no 15

(berbentuk pulsa).

Hasil pengujian data gelombang diatas telah sesuai dengan teori

yang terdapat pada datasheet TCA 785.

4.3. Pengujian Halfwave Controlled Rectifier

74

Pengujian halfwave controlled rectifier bertujuan untuk

mengetahui tegangan keluaran dari rectifier dengan sudut penyulutan

yang berubah-ubah. Tegangan keluaran ini nantinya akan digunakan

untuk masukan boost converter.

Gambar 4.12 Pengujian rangkaian halfwave controlled rectifier

Gambar 4.12 merupakan gambar pengujian rangkaian halfwave

controlled rectifier.

Gambar 4.13 Gelombang output penyulutan 90°

Gambar 4.13 merupakan bentuk gelombang keluaran rectifier (saat

penyulutan sebesar 90°).

75

Gambar 4.14 Bentuk Gelombang pada kaki no 14 (dengan

penyulutan 90°)

Gambar 4.14 merupakan bentuk gelombang rectifier terkontrol pada

kaki no 14 (saat penyulutan 90°)

Gambar 4.15 Gelombang Output Penyulutan 150°

Gambar 4.15 merupakan bentuk gelombang keluaran halfwave

terkontrol dengan pengaturan sudut penyalaan sebesar 150°.

76

Gambar 4.16 Bentuk gelombang pada kaki no 14 (penyulutan 150°

Gambar 4.16 merupakan bentuk gelombang pada kaki no 14 dengan

sudut penyalaan sebesar 150°.

Gambar 4.17 Gelombang Output penyulutan 180°

Gambar 4.17 merupakan bentuk gelombang keluaran dari halfwave

controlled rectifier dengan sudut p enyulutan sebesar 180°.

77

Gambar 4.18 Bentuk Gelombang Output pada kaki 14 (saat

penyulutan 180°)

Gambar 4.18 merupakan bentuk gelombang keluaran pada halfwave

controlled rectifier pada kaki no 14 (saat sudut penyulutan sebesar

180°).

Tabel 4.1. Pengujian Halfwave Controlled Rectifier

NO TEGANGAN

INPUT (VOLT)

SUDUT

PENYULUTAN(°)

TEGANGAN

OUTPUT (VOLT)

1 12 0 5.26

2 12 30 5.24

3 12 60 4.23

4 12 90 2.27

5 12 120 1.99

6 12 150 0.32

7 12 180 0

Tabel 4.1 merupakan tebel pengujian halfwave controlled rectifier

dengan tegangan masukan konstan sebesar 12 volt dengan sudut

penyulutan yang diubah-ubah dari 0° hingga 180°.

78

4.4. Pengujian sensor tegangan

Pengujian sensor tegangan ini bertujuan untuk memsensing

tegangan luaran dari generator sinkron yang nantinya menjadi suatu

masukan yang akan dibaca ke dalam mikrokontroler ATMEGA 16

melalui ADC port A. dengan ini hasil dari pengujian sensor tegangan

AC dengan masukan sebesar 380 Vac, dan hasil tegangan output

yang diharapkan adalah 5 Vdc yang sudah disearahkan, sehingga

bisa langsung dimasukkan ke dalam mikrokontroller. Dibawah ini

adalah gambar hasil pengujian beserta data pengujian.

Gambar 4.19 Pengujian Sensor Tegangan

Gambar 4.19 merupakan pengujian sensor tegangan dengan tegangan

maximal sebesar 380 V AC.

Gambar 4.20 Pengujian Sensor Tegangan

79

Gambar 4.20 merupakan pengujian sensor tegangan dan hasil

tegangan keluaran dari sensor tegangan dengan tegangan maximal

sebesar 380 V AC.

Tabel 4.2 Hasil Pengujian Sensor Tegangan

NO TEGANGAN INPUT (VOLT)

TEGANGAN OUTPUT

(TEORI) (VOLT)

TEGANGAN OUTPUT

(PRAKTEK) (VOLT)

1 50 0.65 0.45

2 100 1.315 0.85

3 150 1.97 1.43

4 200 2.63 2.11

5 220 2.89 2.4

6 250 3.28 2.72

7 300 3.94 3.3

8 330 4.34 3.68

9 350 4.6 3.99

10 380 5 4.47

Tabel 4.2 merupakan hasil pengujian dari sensor tegangan. Pengujian

sensor dilakukan mulai dari tegangan terkecil hingga tegangan

maximal yaitu antara 50 – 380 volt. Lalu tegangan keluaran yang

dihasilkan dibandingkan dengan tegangan keluaran secara

perhitungan teori.

80

Gambar 4.21 Grafik luaran sensor tegangan

Gambar 4.21 merupakan grafik luaran sensor tegangan dari

hasil pengujian sensor tegangan pada tabel 4.2 maka untuk

teganagan masukan 380 VAC hasil luaran pada sensor tegangan

adalah 4.47 VDC dimana pada pembacaan maksimal ADC adalah 5

VDC sesuai dengan nilai AVCC atau AREF pada ADC yang

digunkan pada mikrokontroller. Begitupun selanjutnya semakin

turun tegangan masukan dari sensor tegangan maka semakin kecil

nilai tegangan luaran yang dihasilkan. Oleh karena ini maka sensor

tegangan yang digunakan sudah linier untuk dimasukan kedalam

pembacaan ADC pada mikrikontroller.

4.5. Pengujian boost converter

4.5.1. Pengukuran Nilai Induktor

Pengukuran nilai inductor dimaksudkan untuk

mengetahui induktansi yang telah dibuat. Hal ini dilakukan

untuk mengetahui apabila nilai induktansi inductor terlalu kecil atau lebih kecil dari desain yang direncanakan maka hal ini akan

menyebabkan converter tidak dapat menghasilkan tegangan

keluaran maksimal. Pengukuran induktansi inductor

menggunakan LCR meter didapatkan hasil seperti gambar 4.22

0

50

100

150

200

250

300

350

400

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

TEGANGAN INPUT

TEGANGAN OUTPUT (PRAKTEK)

Vac (Volt)

Vdc (Volt)

81

Gambar 4.22 Pengukuran Nilai Induktor

Gambar 4.22 merupakan pengukuran dari inductor. Pengukuran ini

bertujuan untuk mengetahui besar atau kecilnya nilai inductor agar

apabila inductor nilainya kurang maka akan dilakukan lilit ulang agar

sesuai dengan perhitungan teori.

Gambar 4.23 Rangkaian Integrasi Boost dengan rectifier

Gambar 4.23 merupakan rangkaian integrasi antara boost converter

dengan halfwave controlled rectifier. Halfwave controlled rectifier

digunakan sebagai masukan untuk boost converter.

82

Tabel 4.3 Pengujian Boost Converter

(Dengan beban lampu 1 buah)

Duty

Cycle (%)

TEGANGAN

INPUT (dc)

TEGANGAN

OUTPUT

(TEORI)

(VOLT) (dc)

TEGANGAN

OUTPUT

(PRAKTEK)

(VOLT) (dc)

ARUS

INPUT

(A)

ARUS

OUTPU

T (A)

DAYA

INPUT

(kW)

DAYA

OUTPUT

(kW )

Efisiensi

10% 4 4.44 3.97 0.08 0.06 0.32 0.2382 74.43%

20% 4 5 4.45 0.1 0.07 0.4 0.3115 77.87%

30% 4 5.71 5.07 0.12 0.07 0.48 0.3549 73.93%

40% 4 6.67 6.08 0.15 0.08 0.6 0.4864 81.06%

50% 4 8 7.79 0.21 0.09 0.84 0.7011 83.46%

60% 4 10 9.52 0.29 0.1 1.16 0.952 82.06%

Tabel 4.3 merupakan hasil pengujian dari boost converter (dengan

beban satu buah lampu). Apabila duty cycle dibuat maximum maka

tegangan keluaran yang dihasilkan semakin tinggi. Nilai efisiensi

dari boost converter tinggi hingga mencapai 82%.

Tabel 4.4 Pengujian Boost Converter (Dengan beban motor)

Duty

Cycle

(%)

TEGANG

AN

INPUT

(dc)

TEGANGAN

OUTPUT

(TEORI)

(VOLT) (dc)

TEGANGAN

OUTPUT

(PRAKTEK)

(VOLT) (dc)

ARUS

OUTPUT

(A)

ARUS

INPU

T (A)

DAYA

INPUT

(kW)

DAYA

OUTPU

T (kW )

EFISIENSI

10% 4 4.44 3.826 0.24 0.3 1.2 0.91824 76.52%

20% 4 5 4.14 0.25 0.33 1.32 1.035 78.4%

30% 4 5.71 4.72 0.25 0.38 1.52 1.18 77.63%

40% 4 6.67 5.76 0.27 0.48 1.92 1.5552 81%

50% 4 8 7.31 0.29 0.67 2.68 2.1199 79.1%

60% 4 10 8.58 0.31 0.86 3.44 2.659 77.33%

83

Tabel 4.4 merupakan tabel pengujian boost converter dengan beban

motor. Pada pengujian boost dengan beban motor arus input dari

boost relative tinggi karena dalam motor mengandung komponen

induktor. Apabila duty cycle dibuat maximum maka tegangan

keluaran yang dihasilkan semakin tinggi. Nilai efisiensi dari boost

converter tinggi hingga mencapai 77%.

Tabel 4.5 Pengujian Boost Converter

(Dengan beban lampu 4 buah)

NO VINPUT

(VOLT)

IOUT

(AMPERE)

IIN

(AMPERE)

VOUT

(VOLT)

PINPUT POUTPUT EFISIEN

SI (ɳ)

1 4 0.39 1.06 8.37 4.24 3.2643 76.98%

2 5 0.42 1.15 10.61 5.75 4.4562 77.49%

3 6 0.46 1.24 12.96 6.2 5.9616 96.15%

4 7 0.47 1.31 15.31 9.17 7.1957 78.47%

5 8 0.49 1.38 17.54 11.04 8.5946 77.84%

6 9 0.53 1.46 20.34 13.14 10.7802 82.04%

7 10 0.56 1.52 22.64 15.2 12.678 83.4%

Selain melakukan pengukuran hasil keluaran dari rangkaian boost konverter, juga perlu dilakukan pengamatan terhadap

gelombang keluaran PWM pada MOSFET seperti yang tampak pada

Gambar 4.23 dan gelombang keluaran Vds pada kaki drain dan

source pada MOSFET seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.24

untuk mengetahui kualitas kerja dari komponen switching

(MOSFET).

84

Gambar 4.24 Gelombang output PWM pada kaki gate dan source pada MOSFET rangkaian boost converter

Gambar 4.24 merupakan bentuk gelombang pada kaki gate dan

source pada mosfet. Bentuk gelombang GS (Gate Source)

menyerupai sirp ikan hiu.

Gambar 4.25 Gelombang output gelombang Vds pada kaki drain

dan source pada MOSFET rangkaian boost konverter

Gambar 4.25 merupakan bentuk gelombang keluaran pada kaki DS

(Drain Source) pada mosfet.

85

BAB V

5.1. Kesimpulan

Setelah dilakukan proses perencanaan, pembuatan dan

pengujian alat dan simulasi serta dengan membandingkan dengan

teori-teori penunjang, dan dari data yang didapat maka dapat di

ambil kesimpulan mengenai sistem perencanaan AVR metode

kontrol logika fuzzy berbasis mikrokontroler yaitu:

1. Dari pengujian sensor tegangan didapatkan tegangan

keluaran sebesar 4.47 volt.

2. Kesalahan persen error (% error) yang terjadi pada

rangkaian boost konverter dengan setpoint 4 volt

3. Pendesainan boost converter telah sesuai dengan

perhitungan dan tegangan yang dibutuhkan

4. Saat dilakukan pengintegrasian boost converter dengan

halfwaved controlled rectifier tegangan keluaran boost

converter tidak dapat diatur-atur melalui penyulutan duty

cycle PWM. Hal ini dikarenakan boost seolah-seolah

terisolasi sehingga saat dilakukan penyulutan duty cycle

yang bervariasi tegangan konstan.

5.2. Saran

Saran-saran sistem perencanaan automatic voltage regulator

(AVR) metode kontrol logika fuzzy berbasis mikrokontroler

antara lain:

1. Penggunaan BT 151 sebagai pengganti BTA 12 pada

rangkaian halfwaved controlled rectifier dikarenakan BT

151 lebih kuat karena memiliki rating arus dan tegangan

yang lebih baik.

2. Penggunaan resistor pembagi tegangan mengggunakan

10kΩ dan 100Ω karena lebih presisi dari 47100Ω dan 570Ω

namun penggunaan resistor ini lebih cepat panas daripada

penggunaan resistor 47100Ω dan 570Ω.

86

3. Pengujian boost converter belum mencapai hasil yang

maksimal sesuai dengan hasil perhitungan. Hal ini

dikarenakan nilai faktor kualitas dan nilai inductor kurang

sesuai dengan yang diharapkan.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Sain, M Patrick. “Sensor dan Komunikasi Segments” Hughest

Aircraft Company, Inc, 1999.

[2] Rezende Costa, Angelina Borges de. “Eksitasi sederhana sistem

kontrol fuzzy (avr) dalam analisis stabilitas sistem tenaga”

Fakultas Teknik Elektro, Federal Universitas Uberlandia, 2008.

[3] S. Kazemi. “Pengaruh Sistem Pengendalian Eksitasi pada

Paralel Pengoperasian Dirjen dengan Grid Utama ”, Tugas

Akhir, Universitas Muhammadiyah Malang, Malang, 2010.

[4] Sumardjati, Prih. “AVR untuk generator sinkron 3 fasa”

Fakultas Teknik Elektro Universitas Diponegoro.

[5] Mursyida, Dina. „‟Rancang Bangun Modul Praktikum

Elektronika Daya (Buck-Boost Converter)” Fakultas Teknik

Elektro Industri Politeknik Elektronika Negeri Surabaya. 2010.

[6] Ali Anang Lubis, Muhammad “Pengaturan Kecepatan Motor

Induksi Tiga Fasa Dengan Teknik Artificial Intelegent Berbasis

Vektor Kontrol” Fakultas Teknik Elektro Industri Politeknik

Elektronika Negeri Surabaya

[8] Putra Perdana, Wahyu Surya “Pengontrolan Kecepatan Exhaust

Pada Ruang Merokok Berdasar Kendali Logika Fuzzy Berbasis

Mikrokontroler ATMEGA 16” Fakultas Teknik Elektro Industri

Politeknik Elektronika Negeri Surabaya.

[9] http://en.wikipedia.org/wiki/TCA_785.

BIOGRAFI PENULIS

Nama : Elca Wiryanti W.S

Tempat tanggal lahir : Bekasi, 24 juli 1990

Alamat : Jl. Puyuh III Blok F/262 PTI Bekasi

Telepon / HP : +6285648570136

Email : [email protected] ; [email protected]

Hobi : bersepeda, dengerin music jazz

Motto : “dimana ada kemauan disitu ada jalan allah tak

kan tidur melihat hambanya diperlakukan tak adil oleh orang lain….!!”

Riwayat Pendidikan :

SD Angkasa, Tahun 1996 – 2002

SMPN 18 Surabaya, Tahun 2002 – 2005

SMAN 9 Surabaya, Tahun 2005 – 2008

Politeknik Elektronika Negeri Surabaya-ITS, tahun 2008 –

2012 Jurusan D4 Teknik Elektro Industri

mailto:[email protected]

sistem perencanaan AVR berbasis mikrokontroller

Documents

Transcript of sistem perencanaan AVR berbasis mikrokontroller