TUGAS AKHIR - TF 145565 RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL TEGANGAN PADA BEBAN BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA16 Dimas Agus Aditya NRP 2414.031.059 Dosen Pembimbing Dr. Ir. Purwadi Agus Darwito, M.Sc NIP. 19620822 198803 1 001 PROGRAM STUDI D3 TEKNIK INSTRUMENTASI DEPARTEMEN TEKNIK INSTRUMENTASI FAKULTAS VOKASI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2017 TUGAS AKHIR - TF 145565 RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL TEGANGAN PADA BEBAN BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA 16 Dimas Agus Aditya NRP 2414.031.059 Dosen Pembimbing Dr. Ir. Purwadi Agus Darwito, M.Sc NIP. 19620822 198803 1 001 PROGRAM STUDI D3 TEKNIK INSTRUMENTASI DEPARTEMEN TEKNIK INSTRUMENTASI FAKULTAS VOKASI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2017 i FINAL PROJECT - TF 145565 DESIGN CONTROL SYSTEM VOLTAGE OF POWER BASED MICROCONTROLLER ATMEGA 16 Dimas Agus Aditya NRP 2414.031.032 Advisor Lecturer Dr. Ir. Purwadi Agus Darwito, M.Sc NIP. 19620822 198803 1 001 STUDY PROGRAM OF D3 INSTRUMENTATION ENGINEERING DEPARTEMENT OF ENGINEERING ENGINEERING FACULTY OF VOCATION INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2017 ii i KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan hidayah-Nya serta shalawat dan salam kepada Nabi Muhammad SAW sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul “Rancang Bangun Sistem Kontrol Tegangan Pada Beban Berbasis Mikrokontroler ATMEGA 16”. Penulis telah banyak mendapatkan bantuan dari berbagai pihak dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Bapak Dr.Ir.Purwadi Agus Darwito, M.Sc selaku Ketua Jurusan D3 Teknik Instrumentasi dan sekaligus, dosen pembimbing, Bapak Totok Ruki Biyanto,Ph.D selaku ketua laboratorium, dan Bapak Andi Rahmadiansyah ST, MT, selaku dosen wali yang senantiasa memberikan motivasi, bimbingan dan arahan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 2. Bapak dan Ibu dosen D3 Teknik Instrumentasi yang telah memberikan ilmu selama kuliah. 3. Seluruh Staf Jurusan D3 Teknik Instrumentasi yang telah membantu penulis dalam hal administrasi. 4. Ayah tercinta Mulyo Mudjiono serta Mama tercinta Farida Hanum dan seluruh keluarga besar tercinta yang senantiasa memberikan dukungan, semangat dan do’a kepada penulis. 5. Teman-teman seperjuangan dalam mengerjakan Tugas Akhir Teman-teman D3 Teknik Instrumentasi lainnya serta teman-teman angkatan F49 yang selalu memotivasi penulis. 6. Teman-teman seperjuangan dalam mengerjakan Tugas Akhir, aqidatul izzah, irenne citraningtyas, yunita kholidaziah arifiana yang selalu memotivasi penulis. 7. Teman-teman komunitas zelena yang senan tiasa mendukung dalam pengerjaan tugas akhir 8. Teman-teman komunitas kos abdilah yusrandi yunus, bagas priambodo, andi M, nur imam, syamsur rijal, gustian ubay, syaril arisdianta, pantau janur panjogi, fery agos k, haqqi vii dudayef dan alam firmansyah yang telah mendorang serta memotivasi dalam pengerjaan tugas akhir. Penulis menyadari bahwa penulisan laporan Tugas Akhir ini tidaklah sempurna. Oleh karena itu sangat diharapkan kritik dan saran yang membangun dari semua pihak sehingga mencapai sesuatu yang lebih baik lagi. Penulis juga berharap semoga laporan ini dapat menambah wawasan yang bermanfaat bagi pembacanya. Surabaya, 18 Juli 2017 Penulis. viii RANCANG BANGUN SISTEM KONTROL TEGANGAN PADA BEBAN BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA 16 Nama Mahasiswa NRP Departemen : Dimas Agus Aditya : 2414 031 059 : D3 Teknik Instrumentasi Fakultas Vokasi ITS Dosen Pembimbing : Dr. Ir. Purwadi Agus Darwito, M. Sc. Abstrak Dengan seiringnya perkembangan zaman energi menjadi kebutuhan primer yang diperlukan manusia. Salah satu kebutuhan energi yang terus meningkat adalah energi listrik. Meningkatnya konsumsi energi listrik disebabkan oleh bertambahnya penduduk setiap tahunnya. Maka dari itu, dibutuhkan energi baru terbarukan yang dapat digunakan untuk menurunkan penggunaan energi fosil sebagai energi primer yang paling banyak digunakan sebagai energi pembangkit listrik. Salah satu energi baru terbarukan yang dapat dikembangkan di Indonesia adalah pemanfaatan panas matahari yang diubah menjadi energi listrik. Panel surya adalah salah satu alat yang dapat mengubah energi matahari menjadi energi listrik .Pada tugas akhir ini akan dilakukan control tegangan, dimana tegangan dan arus pada panel surya dikontrol agar pemanfaatan energi yang tersimpan pada baterai(accu) dapat menjadi lebih efisien. Pada sistem monitoring ini mengunkan mikrokontroler ATMega16 sebagai alat pemroses sinyal analog ke digital maupun sebaliknya. Variabel yang dikontrol adalah arus dan tegangan yang berasal dari keluaran beterai(accu) dan rectifier. Pada sistem kontrol tegangan dan arus, didapat Nilai Ketidakpastian, akurasi, dan koreksi dari setiap sensor adalah sensor ACS712 0,055; 98%; 0,0068445. Kemudian sensor tegangan menggunakan AMC1100 mendapatkan hasil 0,140; 98,7 %; 0,0263. Dari hasil yang didapat, alat dapat dikatakan masih dalam keadaan baik dan tidak rusak. Kata kunci : Energi Listrik, ATMega16, ACS712, AMC1100 v DESIGN CONTROL SYSTEM VOLTAGE OF POWER BASED MICROCONTROLLER ATMEGA 16 Student Name NRP Department Advisor Lecturer : Dimas Agus Aditya : 2414 031 059 : D3 Teknik Instrumentasi Fakultas Vokasi ITS : Dr. Ir. Purwadi Agus Darwito, M. Sc. Abstrack With the development of the energy age into the primary needs of human need. One of the increasing energy needs is electrical energy. Increased consumption of electrical energy is caused by increasing population every year. Therefore, new renewable energy is needed that can be used to decrease the use of fossil energy as the primary energy most widely used for power generation. One of the new renewable energy that can be developed in Indonesia is the utilization of solar heat converted into electrical energy. Solar panels are one tool that can convert solar energy into electrical energy. In this final project will be controlled voltage, where the voltage and current on the solar panel is controlled so that the use of energy stored on the battery (batteries) can be more efficient. In this monitoring system using ATMega16 microcontroller as an analog signal processing device to digital or vice versa. The controlled variable is the current and voltage coming from the output of batteries (batteries) and rectifiers. In the voltage and current control system, obtained Value Uncertainty, accuracy, and correction of each sensor is sensor ACS712 0.055; 98%; 0.0068445. Then the voltage sensor using AMC1100 gets 0.140 result; 98.7%; 0.0263. From the results obtained, the tool can be said is still in good condition and not damaged. Keywords : Electrical energy, ATMega16, ACS712, AMC1100 vi DAFTAR ISI Hal HALAMAN JUDUL................................................................... i LEMBAR PENGESAHAN ...................................................... iii ABSTRAK...................................................................................v ABSTRACT .............................................................................. vi KATA PENGANTAR ............................................................. vii DAFTAR ISI ............................................................................. ix DAFTAR GAMBAR ................................................................ xi DAFTAR TABEL .................................................................. xvii BAB I. PENDAHULUAN ..........................................................1 1.1 Latar Belakang......................................................................1 1.2 Rumusan Permasalahan ........................................................2 1.3 Tujuan ...................................................................................2 1.4 Batasan Masalah ...................................................................3 1.5 Manfaat .................................................................................3 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA ...............................................5 2.1 Rectifier .................................................................................5 2.2 Arus Listrik .........................................................................11 2.3 Transformator.....................................................................13 2.4 Mikrokontroler ATMega16 ................................................15 BAB III. PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT ....21 3.1 Flowchart Perancangan Alat ...............................................21 3.2 Gambar Umum Tugas Akhir ..............................................22 3.3 Perancangan Alat Tugas Akhir ...........................................27 BAB IV. ANALISA DATA ......................................................31 4.1 Analisa Data .......................................................................31 4.1.1 Penempatan Alat Ukur .............................................31 4.1.2 Pengujian Tegangan Minimum System ATMega32 ..............................................................32 4.1.3 Pengujian Alat ..........................................................33 4.1.4 Data uji beban...........................................................45 ix 4.2 Pembahasan .......................................................................55 BAB V. PENUTUP ...................................................................59 5.1 Kesimpulan .........................................................................59 5.2 Saran ...................................................................................59 ................................................................................................ DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN x DAFTAR GAMBAR Hal Gambar 2.1 Blok Diagram Rectifier .......................................5 Gambar 2.2 Half Wave Rectifier ............................................6 Gambar 2.3 Half Wave Rectifier signal ..................................6 Gambar 2.4 Full Wave Rectifier Bridge .................................7 Gambar 2.5 Full Wave Rectifier Bridge Output .....................8 Gambar 2.6 Full Wave Rectifier CT .......................................8 Gambar 2.7 Full Wave Rectifier Output ...................................9 Gambar 2.8 Full Wave Rectifier Bridge Filter ........................10 Gambar 2.9 modulACS7 ......................................................12 Gambar 2.10 transformator ....................................................13 Gambar 211 fluks pada transformator ...................................14 Gambar 2.12 Blok Diagram ATMega16 ................................16 Gambar 2.13 Konfigurasi PIN ATMega16 SMD ........... 17 Gambar 2.14 Konfigurasi PIN ATMega16 PDIP ........... 18 Gambar 3.1 Blok Diagram Keseluruhan Alat .......................21 Gambar 3.2 Flowchart Pengerjaan Sistem ...........................22 Gambar 3.3 Aki Kering 12V 12Ah .......................................23 Gambar 3.4 Rangkaian Rectifier ...........................................24 Gambar 3.5 Rangkaian Buck Converter ...............................25 Gambar 3.6 Rangkaian Sensor arus dan sensor tegangan ....26 Gambar 3.7 Minimum System ATMega16 ...........................27 Gambar 4.1 Penempatan Alat Ukur Pada Rangkaian Gambar 4.2 Gambar 4.3 Gambar 4.4 Gambar 4.5 Gambar 4.6 Gambar 4.7 Kontrol Rectifier ........................................ 31 Letak Pengukuran Tegangan...................... 32 Grafik data Uji Sensor Tegangan ......................33 Grafik data Uji Sensor Arus ..............................35 Grafik Nilai Histerisis Tegangan ......................37 rafik Nilai Histerisis Arus .................................40 Grafik Hasil tegangan DC Mode listrik jala – jala dengan menggunakan beberapa beban .......................................... 47 xi Gambar 4.8 Grafik Hasil arus DC mode listrik jala - jala dengan menggunakan beberapa beban .............48 Grafik Hasil tegangan DC Mode baterai dengan menggunakan beberapa beban ...... 51 Gambar 4.10 Grafik Hasil arus DC Mode baterai dengan menggunakan beberapa beban ...... 52 Gambar 4.11 Grafik Hasil tegangan DC Mode summing dengan menggunakan beberapa beban ...... 54 Gambar 4.12 Grafik Hasil arus DC Mode summing dengan menggunakan beberapa beban .................. 55 Gambar 4.9 xii DAFTAR TABEL Hal Tabel 4.1 Data Hasil Pengukuran Tegangan Pada Minsys ATMega32 ................................................32 Tabel 4.2 Pengambilan data naik dan turun untuk tegangan ....35 Tabel 4.3 Pengambilan data naik dan turun untuk arus ............38 Tabel 4.4 Data Kalibrasi Tegangan ..........................................40 Tabel 4.5 Data Kalibrasi Tegangan ................................... 41 Tabel 4.6 Data Kalibrasi Arus ..................................................44 Tabel 4.7 Data Kalibrasi Arus ..................................................43 Tabel 4.8 Nilai Data plant dengan beban charger handphone dengan nilai daya sebesar 5 watt .... 46 Tabel 4.9 Nilai Data plant dengan beban charger handphone dan lampu dengan nilai daya sebesar 28 watt .................................................. 46 Tabel 4.10 Nilai Data plant dengan beban charger handphone, lampu, dan kipas dengan nilai daya sebesar 68 watt ......................................... 46 Tabel 4.11 Nilai Data plant dengan beban charger handphone, 2 lampu, kipas, dan charger laptop dengan nilai daya sebesar 156 watt ....... 47 Tabel 4.12Nilai Data plant dengan beban charger handphone dengan nilai daya sebesar 5 watt .... 49 Tabel 4.13 Nilai Data plant dengan beban charger handphone dan lampu dengan nilai daya sebesar 28 watt .................................................. 49 Tabel 4.14 Nilai Data plant dengan beban charger handphone, lampu, dan kipas dengan nilai daya sebesar 68 watt ......................................... 49 Tabel 4.15 Nilai Data plant dengan beban charger handphone, 2 lampu, kipas, dan charger laptop dengan nilai daya sebesar 156 watt ....... 50 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Energi listrik adalah energi yang berasal dari muatan listrik yang menimbulkan medan listrik statis atau bergeraknya elektron pada konduktor ( pengantar listrik ) atau ion ( positif atau negatif ) pada zat cair atau gas. Listrik memiliki satuan Ampere yang disimbolkan dengan A dan tegangan listrik yang disimbolkan dengan V dengan satuan volt dengan ketentuan kebutuhan pemakaian daya listrik Watt yang disimbolkan dengan W. Energi listrik dapat diciptakan oleh sebuah energi lain dan bahkan sanggup memberikan energi yang nantinya dapat dikonversikan pada energi yang lain. Kebutuhan listrik dalam kehidupan sehari – hari sangatlah bermanfaat bagi manusia. Peralatan elektronik adalah salah satu contoh dari beberapa alat yang menggunakan energi listrik sebagai sumbernya. Untuk menjalankan peralatan elektronik ini membutuhkan sebuah energi tegangan listrik. Tegangan listrik adalah perbedaan potensi listrik antara dua titik dalam rangkaian listrik, dinyatakan dalam satuan volt. Besaran ini mengukur energi potensial sebuah medan listrik untuk menyebabkan aliran listrik dalam sebuah konduktor listrik. Tegangan listrik dibagi menjad dua yaitu tegangan AC dan tegangan DC. Semakin banyak penggunaan energi listrik maka semakin banyak bahan bakar untuk pembuatan energi tersebut. Oleh sebab itu perlu adanya pemanfaatan sumber energi yang lain. Salah satu energi terbesar didunia adalah atahari. Pemanfaatan energi matahari adalah energi panas matahari yang dikonversi menjadi energi listrik. Untuk mengkonversi energi tersebut perlu adanya alat yaitu panel surya. Panel surya adalah alat pengubah energi panas matahari menjadi tegangan listrik. Untuk mengoptimalkan penggunaan panel sulya perlu adanya sebuah kontrol tegangan dan arus supaya kinerja panel tersebut lebih efisien. Hal ini memunculkan ide untuk membuat sebuah alat yang berfungsi untuk menginformasikan beban penggunaan listrik, dengan cara 1 2 menjumlahkan tegangan pada PLN dan tegangan yang terdapat pada baterai (ACCU pada panel surya) yang ditransmisikan pada summing aplifier. Keluaran dari summing amplifier dikonfersi oleh inverter untuk merubah tegangan DC menjadi tegangan AC. Untuk mendapatkan tegangan AC yang optimal diperlukan sensor untuk menghitung jumlah arus yang dihasilkan. Untuk menghitung tegangan perlu adanya controller untuk menghitung tegangan pada PLN dan ACCU. Pada pembuatan alat ini mengguankan microcontroller atmega16 sebagai kontrol. Adapun plant yang digunakan pada perancangan ini adalah skala rumah, sehingga diharapkan hasil percobaan tugas akhir ini dapat diterapkan di rumah - rumah penduduk Indonesia. 1.2. Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang dijelaskan diatas, maka rumusan masalah dalam Tugas Akhir ini adalah : 1 Bagaimana cara membuat sebuat perangkat sistem kontrol menggunakan mikrokontroller ATMEGA 16 yang mengontrol tegangan pada beban rumah tangga ? 2 Bagaimana cara mengontrol tegangan baterai dan rectifier agar sesuai dengan beban yang dibutuhkan ? 1.3. Tujuan Tujuan utama dari rancang bangun alat ini adalah untuk memenuhi mata kuliah tugas akhir sebagai syarat kelulusan dari program studi diploma 3 Teknik instrumentasi, serta untuk memberikan solusi pada rumusan masalah yaitu : 1 Untuk membuat sebuat alat sistem kontrol dengan menggunakan mikrokontroller ATMEGA 16 yang mengontrol tegangan pada beban rumah tangga. 2 Untuk mengontrol tegangan tegangan baterai dan rectifier agar sesuai dengan beban yang dibutuhkan. 3 1.4. Batasan Masalah Perlu diberikan beberapa batasan masalah agar pembahasan tidak meluas dan menyimpang dari tujuan. Adapun batasan masalah dari sistem yang dirancang ini adalah sebagai berikut : 1 Merancang sistem yang dibutuhkan dalam pembuatan rancang bangun sistem pengendalian sumber arus dan tegangan listrik jala – jala. 2 Alat ukur arus dan tegangan ini menggunakan mikrokontroller ATMEGA 16 1.5. Manfaat Manfaat dari tugas akhir ini adalah agar dapat digunakan sebagai sistem pengendalian sumber arus dan tegangan listrik jala - jala dengan mengukur tegangan yang dihasilkan oleh baterai (accu) dan rectifier menggunakan microcontroller ATMega16. 4 Halaman ini sengaja dikosongkan BAB II DASAR TEORI 2.1 Rectifier (penyearah gelombang) Konsep dasar penyearah gelombang yang dimaksud dalam artikel ini adalah konsep penyearah gelombang dalam suatu power supply atau catu daya. Penyearah gelombang (rectifier) adalah bagian dari power supply / catu daya yang berfungsi untuk mengubah sinyal tegangan AC (Alternating Current) menjadi tegangan DC (Direct Current). Komponen utama dalam penyearah gelombang adalah diode yang dikonfiguarsikan secara forward bias. Dalam sebuah power supply tegangan rendah, sebelum tegangan AC tersebut di ubah menjadi tegangan DC maka tegangan AC tersebut perlu di turunkan menggunakan transformator stepdown. Ada 3 bagian utama dalam penyearah gelombang pada suatu power supply yaitu, penurun tegangan (transformer), penyearah gelombang / rectifier (diode) dan filter (kapasitor) yang digambarkan dalam blok diagram berikut. Gambar 2.1 Blok Diagram Rectifier[1] Pada dasarnya konsep penyearah gelombang dibagi dalam 2 jenis yaitu, Penyearah setengah gelombang dan penyearah gelombang penuh. a. Penyearah Setengah Gelombang (Half Wave rectifier) Penyearah satu fasa setengah gelombang dapat dilihat seperti pada gambar 2.2 5 6 Gambar 2.2 Half Wave Rectifier[1] Penyearah setengah gelombang (half wave rectifer) hanya menggunakan 1 buah diode sebagai komponen utama dalam menyearahkan gelombang AC. Prinsip kerja dari penyearah setengah gelombang ini adalah mengambil sisi sinyal positif dari gelombang AC dari transformator. Pada saat transformator memberikan output sisi positif dari gelombang AC maka diode dalam keadaan forward bias sehingga sisi positif dari gelombang AC tersebut dilewatkan dan pada saat transformator memberikan sinyal sisi negatif gelombang AC maka dioda dalam posisi reverse bias, sehingga sinyal sisi negatif tegangan AC tersebut ditahan atau tidak dilewatkan seperti terlihat pada gambar sinyal output penyearah setengah gelombang berikut. Gambar 2.3 Half Wave Rectifier signal[1] 7 Formulasi yang digunakan gelombang sebagai berikut. πππ£π = pada penyearah setengah Vm ....................................................................... (2.1) πR b. Penyearah Gelombang Penuh (Full wave Rectifier) Penyearah gelombang penuh dapat dibuat dengan 2 macam yaitu, menggunakan 4 diode dan 2 diode. Untuk membuat penyearah gelombang penuh dengan 4 diode menggunakan transformator non-CT seperti terlihat pada gambar berikut : Input Output Gambar 2.4 Full Wave Rectifier Bridge[12] Prinsip kerja dari penyearah gelombang penuh dengan 4 diode diatas dimulai pada saat output transformator memberikan level tegangan sisi positif, maka D1, D4 pada posisi forward bias dan D2, D3 pada posisi reverse bias sehingga level tegangan sisi puncak positif tersebut akan di leawatkan melalui D1 ke D4. Kemudian pada saat output transformator memberikan level tegangan sisi puncak negatif maka D2, D4 pada posisi forward bias dan D1, D2 pada posisi reverse bias sehingan level tegangan sisi negatif tersebut dialirkan melalui D2, D4. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada grafik output berikut. 8 Gambar 2.5 Full Wave Rectifier Bridge output[12] penyearah 2 gelombang dioda menggunakan tranformator dengan CT (Center Tap). Rangkaian penyearah gelombang penuh dengan 2 diode dapat dilihat pada gambar Gambar 2.6 Full Wave Rectifier CT[1] 9 Prinsip kerja rangkaian penyearah gelombang penuh dengan 2 dioda ini dapat bekerja karena menggunakan transformator dengan CT. Transformator dengan CT seperti pada gambar diatas dapat memberikan output tegangan AC pada kedua terminal output sekunder terhadap terminal CT dengan level tegangan yang berbeda fasa 180°. Pada saat terminal output transformator pada D1 memberikan sinyal puncak positif maka terminal output pada D2 memberikan sinyal puncak negatif, pada kondisi ini D1 pada posisi forward dan D2 pada posisi reverse. Sehingga sisi puncak positif dilewatkan melalui D1. Kemnudian pada saat terminal output transformator pada D1 memberikan sinyal puncak negatif maka terminal output pada D2 memberikan sinyal puncak positif, pada kondisi ini D1 posisi reverse dan D2 pada posisi forward. Sehingga sinyal puncak positif dilewatkan melalui D2. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar output penyearah gelombang penuh berikut. Gambar 2.7 Full Wave Rectifier Output[12] Formulasi pada penyearah gelombang penuh sebagai berikut. πππ£π = 2Vm π ..................................................................... (2.2) 10 c. Penyearah Dilengkapi Filter Kapasitor Agar tegangan penyearahan gelombang AC lebih rata dan menjadi tegangan DC maka dipasang filter kapasitor pada bagian output rangkaian penyearah seperti terlihat pada gambar berikut. Gambar 2.8 Full Wave Rectifier Bridge Filter[1] Fungsi kapasitor pada rangkaian diatas untuk menekan riple yang terjadi dari proses penyearahan gelombang AC. Setelah dipasang filter kapasitor maka output dari rangkaian penyearah gelombang penuh ini akan menjadi tegangan DC (Direct Current) yang dpat diformulasikan sebagai berikut : πππ = 2Vmax ..................................................................... (2.3) π Kemudian untuk nilai riple tegangan yag ada dapat dirumuskan sebagai berikut : ππππππ = ILoad .................................................................. (2.4) fC 11 2.2 Arus listrik Arus listrik merupakan banyaknya muatan listrik yang disebabkan oleh pergerakan elektron-elektron, yang mengalir melalui suatu titik dalam sirkuit listrik dalam satuan waktu. Terjadi kondisi seperti itu dikarenakan adanya media penghantar antara dua titik yang mempunyai beda potensial. Semakin besar beda potensial listrik antara dua titik tersebut maka semakin besar pula arus yang mengalir. Dalam pengaplikasiannya, Arus listrik terjadi saat muatan pada tegangan listrik dialirkan melalui beban. Misalnya saat menyalakan komputer maka arus listrik rumah mengalir dari titik phase ke titik netral. Dalam hal ini komputer dianggap sebagai beban yang teraliri dan tenaga atau daya yang ditimbulkan karena aliran listrik inilah yang menyebabkan komputer bisa menyala. Berdasarkan arah alirannya, dibedakan menjadi dua jenis yaitu : a) Searah (Direct Current) mengalir secara searah dari titik yang memiliki potensial tinggi ke titik yang memiliki potensial lebih rendah. Jika dilihat bentuk gelombangnya dengan oscilloscope, terlihat sebagai garis lurus. b) Bolak-balik (Alternating Currrent) memiliki aliran arus yang berubah-ubah arahnya. Perubahan arah ini mengikuti garis waktu sehingga jika dilihat dengan oscilloscope, membentuk sebuah gelombang dengan frekuensi tertentu. Contoh bentuk gelombang yang beraturan adalah sinus, kotak. Adapun salah satu contoh sensor arus yaitu sebagai berikut : a) Karakateristik ACS712 • Memiliki sinyal analog dengan ganguan rendah (lownoise) • bandwidth 80 kHz • untuk output memiliki error 1.5% pada Ta = 25 °C • Range sensitivitas antara 66 – 185 mV/A • Memiliki resistansi sebesar 1.2 mΩ 12 • • • • Tegangan kerja pada 5.0 V Tegangan offset keluaran yang sangat stabil Hysterisis yang diakibatkan oleh medan magnet mendekati nol Perbandingan rasio keluaran sesuai tegangan sumber Gambar 2.9 modul ACS712[2] b) Varian dari ic ACS712 antara lain • ACS712ELCTR-05B-T jangkauan pengukuran = ±5 A, sensitivitas = 185 mV/A • ACS712ELCTR-20A-T jangkauan pengukuran = ±20 A, sensitivitas = 100 mV/A • ACS712ELCTR-30A-T jangkauan pengukuran = ±30 A, sensitivitas = 66 mv/A 2.3 Transformator (Trafo) Transformator atau sering disingkat dengan istilah Trafo adalah suatu alat listrik yang dapat mengubah taraf suatu tegangan AC ke taraf yang lain. Maksud dari pengubahan taraf tersebut diantaranya seperti menurunkan Tegangan AC dari 220VAC ke 12 VAC ataupun menaikkan Tegangan dari 110VAC ke 220 VAC. Transformator atau Trafo ini bekerja berdasarkan prinsip Induksi Elektromagnet dan hanya dapat bekerja pada tegangan yang berarus bolak balik (AC).Transformator (Trafo) memegang peranan yang sangat penting dalam pendistribusian tenaga listrik. Transformator menaikan listrik yang berasal dari pembangkit listrik PLN hingga ratusan kilo Volt untuk di 13 distribusikan, dan kemudian Transformator lainnya menurunkan tegangan listrik tersebut ke tegangan yang diperlukan oleh setiap rumah tangga maupun perkantoran yang pada umumnya menggunakan Tegangan AC 220Volt. N2 N1 Gambar 2.10 transformator[3] Adapun Prinsip Kerja Transformator (Trafo) Sebuah Transformator yang sederhana pada dasarnya terdiri dari 2 lilitan atau kumparan kawat yang terisolasi yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder. Pada kebanyakan Transformator, kumparan kawat terisolasi ini dililitkan pada sebuah besi yang dinamakan dengan Inti Besi (Core). Ketika kumparan primer dialiri arus AC (bolak-balik) maka akan menimbulkan medan magnet atau fluks magnetik disekitarnya. Kekuatan Medan magnet (densitas Fluks Magnet) tersebut dipengaruhi oleh besarnya arus listrik yang dialirinya. Semakin besar arus listriknya semakin besar pula medan magnetnya. Fluktuasi medan magnet yang terjadi di sekitar kumparan pertama (primer) akan menginduksi GGL (Gaya Gerak Listrik) dalam kumparan kedua (sekunder) dan akan terjadi pelimpahan daya dari kumparan primer ke kumparan sekunder. Dengan demikian, terjadilah pengubahan taraf tegangan listrik baik dari tegangan rendah menjadi tegangan yang lebih tinggi maupun dari tegangan tinggi menjadi tegangan yang rendah. Sedangkan Inti besi pada Transformator atau Trafo pada umumnya adalah kumpulan lempengan-lempengan besi tipis yang 14 terisolasi dan ditempel berlapis-lapis dengan kegunaanya untuk mempermudah jalannya Fluks Magnet yang ditimbulkan oleh arus listrik kumparan serta untuk mengurangi suhu panas yang ditimbulkan. Beberapa bentuk lempengan besi yang membentuk Inti Transformator tersebut diantaranya seperti : • E – I Lamination • E – E Lamination • L – L Lamination • U – I Lamination Gambar 2.11 fluks pada transformator[3] 2.4 Microcontroller ATMega16 Mikrokontroler adalah sebuah sistem komputer lengkap dalam satu chip. Mikrokontroler lebih dari sekedar sebuah mikroprosesor karena sudah terdapat atau berisikan ROM (ReadOnly Memory), RAM (Read-Write Memory), beberapa port 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, 15 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 serta komponen kendali lainnya. Berbeda dengan mikroprosesor, mikrokontroler menyediakan memori dalam chip yang sama dengen prosesornya a. Arsitektur ATMega16 Mikrokontroler ini menggunakan arsitektur Harvard yang memisahkan memori program dari memori data, baik bus alamat maupun bus data, sehingga pengaksesan program dan data dapat dilakukan secara bersamaan (concurrent), adapun blog diagram arsitektur ATMega16. Secara garis besar mikrokontroler ATMega16 terdiri dari : Arsitektur RISC dengan throughput mencapai 16 MIPS pada frekuensi 16Mhz. 1. Memiliki kapasitas Flash memori 16Kbyte, EEPROM 512 Byte, dan SRAM 1Kbyte 2. Saluran I/O 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, dan Port D. 3. CPU yang terdiri dari 32 buah register. 4. User interupsi internal dan eksternal 5. Port antarmuka SPI dan Port USART sebagai komunikasi serial 6. Fitur Peripheral 16 Gambar 2.12 Blok Diagram ATMega16[4] b. Konfigurasi Pin ATMega16 Konfigurasi pin mikrokontroler Atmega16 dengan kemasan 40. Dari gambar tersebut dapat terlihat ATMega16 memiliki 8 Pin untuk masing-masing Port A, Port B, Port C, dan Port D. 17 Gambar 2.13 Konfigurasi PIN ATMega16 SMD[4] 18 Gambar 2.14 Konfigurasi PIN ATMega16 PDIP[4] c. Deskripsi Mikrokontroler ATMega16 Port A (PA7..PA0) Port A berfungsi sebagai input analog pada konverter A/D. Port A juga sebagai suatu port I/O 8-bit dua arah, jika A/D konverter tidak digunakan. Pin - pin Port dapat menyediakan resistor internal pull-up (yang dipilih untuk masing-masing bit). Port A output buffer mempunyai karakteristik gerakan simetris dengan keduanya sink tinggi dan kemampuan sumber. Ketika pin PA0 ke PA7 1. 19 digunakan sebagai input dan secara eksternal ditarik rendah, pin–pin akan memungkinkan arus sumber jika resistor internal pull-up diaktifkan. Port A adalah tri-stated manakala suatu kondisi reset menjadi aktif, sekalipun waktu habis. 2. Port B (PB7..PB0) Pin B adalah suatu pin I/O 8-bit dua arah dengan resistor internal pull-up (yang dipilih untuk beberapa bit). Pin B output buffer mempunyai karakteristik gerakan simetris dengan keduanya sink tinggi dan kemampuan sumber. Sebagai input, Pin B yang secara eksternal ditarik rendah akan arus sumber jika resistor pull-up diaktifkan. Pin B adalah tri-stated manakala suatu kondisi reset menjadi aktif, sekalipun waktu habis. 3. Port C (PC7..PC0) Pin C adalah suatu pin I/O 8-bit dua arah dengan resistor internal pull-up (yang dipilih untuk beberapa bit). Pin C output buffer mempunyai karakteristik gerakan simetris dengan keduanya sink tinggi dan kemampuan sumber. Sebagai input, pin C yang secara eksternal ditarik rendah akan arus sumber jika resistor pull-up diaktifkan. pin C adalah tri-stated manakala suatu kondisi reset menjadi aktif, sekalipun waktu habis. 4. Port D (PD7..PD0) Pin D adalah suatu pin I/O 8-bit dua arah dengan resistor internal pull-up (yang dipilih untuk beberapa bit). Pin D output buffer mempunyai karakteristik gerakan simetris dengan keduanya sink tinggi dan kemampuan sumber. Sebagai input, pin D yang secara eksternal ditarik rendah akan arus sumber jika resistor pull-up diaktifkan. Pin D adalah tri-stated manakala suatu kondisi reset menjadi aktif, sekalipun waktu habis. • RESET (Reset input) 20 • • • • XTAL1 (Input Oscillator) XTAL2 (Output Oscillator) AVCC adalah pin penyedia tegangan untuk Port A dan Konverter A/D. AREF adalah pin referensi analog untuk konverter A/D. BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT 3.1 Flowchart Perancangan Alat Pada tugas akhir ini memiliki keterkaitan antara satu sistem dengan sistem yang lainnya. Adapun blok diagram keseluruhan alat adalah sebagai berikut : Gambar 3.1 Blok Diagram Keseluruhan Alat Dari blok diagram keseluruhan alat diatas, maka bagian yang akan dibahas pada tugas akhir ini yaitu sensor arus dan sensor tegangan, mikrokontroler ATMega16, PWM, rectifier, dimana bagian tersebut merupakan sistem monitoring serta sistem kontrol pemjumlahan energi baterai yang dihasilkan oleh panel surya dan rectifier dari jala-jala listrik negara. Dimana sistem ini menggunakan microkontroller ATMega16 sebagai kontrol tegangan sesuai kebutuhan. Adapun flowchart pengerjaan sistem tersebut adalah sebagai berikut : 21 22 Gambar 3.2 Flowchart Pengerjaan Sistem 3.2 Gambaran Umum Tugas Akhir Pada tugas akhir kali ini yaitu membuat sistem monitoring arus dan tegangan yang dikeluarkan oleh inverter. Sensor arus dan tegangan berfungsi sebagai pengukur hasil dari keluaran inverter, jika tegangan yang dikeluarkan oleh inverter kurang dari 220 volt. Maka microcontroller ATMega16 akan 23 memberitahukan tegangan yang dihasilkan kurang dari 220 volt. Pada summing amlifier telah terpasang sensor tegangan untuk mengetahui berapa besar tegangan yang dikeluarka oleh baterai. Secara otomatis microcontroller ATMega16 akan membandingkan tegangan pada listrik jala – jala dan tegangan dari baterai untuk mengetahui jumlah tegangan yang dibutuhkan untuk mencapai tegangan 220 volt. Terdapat bagian-bagian penting dalam tugas akhir ini yaitu : a. Accumulator (Aki) Accumulator atau aki merupakan jenis baterai yang berfungsi sebagai tempat penyimpanan energi listrik. Energi listrik yang terdapat di dalam aki dapat diperoleh dari muatan listrik yang dihasilkan oleh panel surya sebelumnya. Gambar 3.3 Aki Kering 12V 12Ah Seperti pada gambar 3.3, jenis aki yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah jenis aki kering dengan kapasitas sebesar 12V 12 Ah. b. Rectifier Rectifier adalah rangkaian elektronika yang mengubah tegangan bolak balik (AC) menjadi tegangan searah (DC). Dimana tegangan AC berasal dari jala-jala listrik. 24 1 2 3 Gambar 3.4 Rangkaian Rectifier Dari gambar 3.4 diatas, maka terdapat adanya komponenkomponen penting dari rectifier yaitu : 1. Kapasitor sebagai pengaman arus dan penyimpan tegangan juga sebagai filter 2. Dioda fungsi diode pada rangkaian rectifier yaitu sebagai penyearah yang semula tegangan bolak-balik (AC) menjadi tegangan searah (DC). Jenis diode yang digunakan yaitu 3. Trafo merupakan transformator yang berfungsi sebagai penurun tegangan AC 220 volt menjadi 48 volt dan memiliki arus sebesar 12 Ampere. 25 c. Buck Converter Buck converter merupakan rangkaian elektronika yang berfungsi sebagai penurun tegangan DC. Dimana rangkaian tegangan DC sebelumnya berasal dari keluaran rectifier. 4 8 2 9 5 6 7 3 1 Gambar 3.5 Rangkaian Buck Converter Dari gambar 3.5 diatas, maka terdapat adanya komponenkomponen penting dari buck converter yaitu : 1. Mosfet Mosfet yang digunakan yaitu tipe FCH041N60F 2. Induktor core Sebagai penurun tegangan 1 volt DC sampai 48 volt DC. Spesifikasi induktor core yang digunakan adalah PQ5050 3. Kapasitor sebagai pengaman arus dan penyimpan tegangan juga sebagai filter 4. Driver mosfet fungsi dari driver mosfet ini yaitu untuk menggerakkan kakikaki mosfet. Driver mosfet yang digunakan yaitu tipe FOD3182 5. Sensor tegangan Sebagai pengukur tegangan yang terdapat pada rectifier. Sensor tegangan yang digunakan yaitu tipe IC AMC 1100. 6. Dioda Sebagai rangkaian penyearah 7. Input rectifier 26 8. Input power supply 9. Output Buck Converter d. Minimum System ATMega16 ATMega16 merupakan salah satu jenis microcontroller buatan Atmel keluarga AVR dengan jumlah pin GPIO sebanyak 32 pin, yaitu PORTA, PORTB, PORTC, PORTD dan juga memiliki beberapa fitur seperti ADC, dan PWM. Minimum System ATMega16 ini juga berfungsi sebagai pengontrol rectifier. 6 4 5 2 3 1 Gambar 3.7 Minimum System ATMega16 Dari gambar 3.5 diatas, maka terdapat adanya komponenkomponen penting dari Minimum System ATMega16 sebagai berikut : 1. PORT A, PORT B, PORT C, PORT D PORT berfungsi sebagai penghubung komunikasi antar microcontroller sensor, dan ADC, LCD 27 2. IC ATMega 16 Berfungsi sebagai otak dari komunikasi antar komponen elektronika 3. Port Downloader Sebagai transfer data/ komunikasi antar PC 4. Power supply 5 volt sampai 9 volt 5. Crystal 8.000 MHz, sebagai kecepatan transfer data dalam satuan frekuensi 6. Tombol reset Sebagai reset data 3.3 Perancangan Alat Tugas Akhir Pada perancangan tugas akhir ini dijelaskan poin-poin sebagai berikut : a. Perancangan Sistem kontrol arus dan tegangan menggunakan Minimum System ATMega16 Perancangan dan pembuatan sistem kontro arus dan tegangan ini tentunya terdapat adanya diagram blok. Adapun diagram blok nya adalah sebagai berikut: Gambar 3.7 blok diagram sistem kontrol arus dan tegangan 28 Adapun penjelasan dari diagram blok diatas adalah sebagai berikut : 1. Rectifier tegangan yang berasal dari jala-jala listrik akan di searahkan menggunakan rangkaian rectifier supaya keluaran tegangan nya berupa tegangan searah (DC). 2. Buck converter tegangan dari rectifier akan diturunkan supaya bisa memenuhi kebutuhan dari sistem penjumlahan non inverting summing amplifier dengan cara di kontrol oleh mikrokontroler ATmega16. 3. Sensor arus dan sensor tegangan Sensor tegangan berfungsi sebagai pengukur tegangan yang dikeluarkan oleh inverter. Jenis sensor yang dipakai pada tugas akhir ini adalah ZMPT101B. Dan Sensor arus berfungsi sebagai pengukur arus yang dikeluarkan oleh inverter. Jeni sensor yang digunakan adalah ACS712 5 volt. 4. Mikrokontroler ATMega16 Mikrokontroler mendeteksi tegangan yang dikeluarkan oleh inverter. Mikrokontroler ini juga mengontrol tegangan yang berasal dari rectifier. 29 b. Perancangan dan Simulasi Rangkaian Sistem kontrol arus dan tegangan menggunakan Minimum System ATMega16 Gambar 3.8 Simulasi Rangkaian Arus 30 c. Perancangan Program Sistem kontrol arus dan tegangan menggunakan Minimum System ATMega16 Gambar 3.9 Data Souce pada CV AVR BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN 4.1 Analisis Data 4.1.1 Penempatan Alat Ukur Penempatan alat ukur setelah buck converter untuk mengukur arus dan tegangan dengan beban baterai 48 Volt dan untuk mengukur tegangan yang dihasilkan oleh rectifier 48 Volt 1 2 3 Gambar 4.1 Penempatan Alat Ukur Pada Rangkaian Kontrol Rectifier Pada Gambar 4.1 menunjukkan letak pengukuran arus dan tegangan pada buck converter sebagai berikut : 1. minimum system ATMega16 2. Sensor arus (ACS712 20 ampere) 3. Sensor tegangan (AMC1100) 31 32 4.1.2 Pengujian Tegangan Minimum System ATMega32 Pengujian tegangan minimum system ATMega16 dilakukan dengan mengukur tegangan sumber, tegangan yang masuk pada minimum system ATMega16, tegangan pada saat sensor bekerja , dan tegangan saat menggunakan LCD 16 x 2. PORT D PORT C PORT A Gambar 4.2 Letak Pengukuran Tegangan Pada Gambar 4.2 menunjukan letak pengukuran tegangan yang dilakukan untuk pengujian tegangan minimum system ATMega16. Pada Tabel 4.1 menunjukan hasil dari pengukuran tegangan pada minimum system ATMega16. Tabel 4.1 Data Hasil Pengukuran Tegangan Pada Minsys ATMega32 Port Tegangan Keterangan (Voltage) Pengukuran tegangan Vcc A 5,07 sumber sebagai ADC 33 Lanjutan Tabel 4.1 Data Hasil Pengukuran Tegangan Pada Minsys ATMega32 Port Tegangan Keterangan (Voltage) Pengukuran tegangan pada Vcc C 5,07 port c yang digunakan oleh LCD 16 x 2 Pengukuran tegangan pada Vcc D 5,06 port D sebagai sensor arus dan tegangan Tegangan (Volt) 4.1.3 Pengujian Alat Setelah dilakukan perancangan alat, dilakukan pengujian alat dengan mencari data pengujian dari input dan output alat sebagai nilai pengonversi dari nilai keluaran sensor menjadi nilai yang sesuai dengan besaran fisis yang diukur. Dengan data pengujian alat sebagai berikut : 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 y = 1,009x - 0,9766 Pembacaan STD Pembacaan Alat Linear (Pembacaan Alat) 0 10 20 Data Ke- Gambar 4. 3 Grafik data Uji Sensor Tegangan 34 7 y = 1,0243x - 1,0214 I (Ampere) 6 5 Pembacaan STD 4 3 Pembacaan Alat 2 Linear (Pembacaan Alat) 1 0 0 5 10 Data Ke- Gambar 4. 4 Grafik data Uji Sensor Arus Dari grafik diatas menunjukkan bahwa persamaan pengujian dari alat yang dibandingkan dengan alat ukur yang lebih standar, dimana persamaan yang muncul akan dijadikan acuan konversi keluaran dari sensor menjadi besaran yang telah sesuai dengan besaran fisis yang terukur. Persamaan grafik pengujian tegangan yaitu y = 1,009 π₯ − 0,9766 , sednagkan persamaan grafik pengujian arus yaitu π¦ = 1,0243π₯ − 1,0214 dimana y merupakan nilai dari pembacaan alat standar dan π₯ merupakan nilai pembacaan alat yang dibuat. 4.1.1. Data Spesifikasi Alat Berdasarkan data yang telah didapatkan dari pengujian spesifikasi alat melalui data karakteristik statik menghasilkan data sebagai berikut : 35 Tabel 4. 2 Pengambilan data naik dan turun untuk tegangan No Data Naik Data Turun H(I) (VstdValat)/V std NonLinierit as per Input Valat (V) VStd (V) Valat (V) 1. VS td (V) 0 0 0 0 0,00 ~ 0 2. 1 1,01 1 1,01 0,00 -0,01 0,004 3. 2 2,02 2 2,05 -0,03 -0,01 0,015 4. 3 3 3 3 0,00 0 -0,007 5. 4 4,06 4 4,06 0,00 -0,01 0,050 6. 5 5,07 5 5,07 0,00 -0,01 0,058 7. 6 6,13 6 6,13 0,00 -0,02 0,115 8. 7 7,14 7 7,14 0,00 -0,02 0,123 9. 8 8,18 8 8,18 0,00 -0,02 0,161 10. 9 9,19 9 9,16 0,03 -0.01 0,168 11. 10 10,16 10 10,16 0,00 -0,01 0,136 12. 11 11,14 11 11,14 0,00 -0,01 0,114 13. 12 12,06 12 12,06 0,00 -0,01 0,031 14. 13 13,24 13 13,24 0,00 -0,01 0,209 15. 14 14,17 14 14,17 0,00 -0,01 0,137 16. 15 15,17 15 15,17 0,00 -0,01 0,134 17. 16 16,18 16 16,21 -0,03 -0,01 0,142 18 17 17,04 17 17,04 0,00 0 -0,001 Rata-Rata Sehingga menghasilkan nilai : • Range • Span • Resolusi • Sensitivitas (K) 0,013 : Tegangan DC 0~17 V : Tegangan 17 V : 0,01 : 0,17 V (Dari data pengujian alat) 36 • • • • Maks. Non-Linieritas Histeresis Akurasi Kesalahan (error) : 1,22 % : 0,17 % : 0,987 : 1,3% Berikut ini hasil perhitungan nilai karakterisitik statik tegangan berdasarkan data pada table 4,1 : βO 2,88−0,00 • Sensitivitas = βI = 17−0,00 = 0,17 π • Non − Linieritas (π(πΌ)) = π(πΌ) − (πΎπΌ + π) ∗ (ππππππ πππππ πππ‘π ππππ) Μ π Non − Linieritas maks. per unit = π₯ 100% ππππ₯ − ππππ Dimana : π = ππππ − πΎπΌπππ βO 17,04−0,00 πΎ(ππππ ππππ‘ππ ) = = = 1,002 βI 17,00−0,00 π = 0 − (1,002 π₯ 0) π=0 Sehingga : Non − Linieritas maks. per unit = 0,209 π₯ 100% 17,04 − 0 Non − Linieritas = 1,22% • Histeresis : Μ = π»(πΌ)πππ₯ sehingga : π»(πΌ) = π(πΌ)πΌ↓ − π(πΌ)πΌ↑ , π» Μ π» % ππππ πππ’π βππ π‘ππππ ππ = π₯ 100% ππππ₯ − ππππ 0,03 % ππππ πππ’π βππ π‘ππππ ππ = π₯ 100% 17,04 − 0,00 % ππππ πππ’π βππ π‘ππππ ππ = 0,17% Tegangan (Volt) 37 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Pembacaan Naik Pembacaan Turun 0 10 20 Data Ke- Gambar 4. 5 Grafik Nilai Histerisis Tegangan • Akurasi : π −π π΄ = 1 − | ππ π |, dengan Yn = Pembacaan standar (I) dan π • Xn = Pembacaan alat (O) |0,013| π΄=1− = 0,987 % Kesalahan (error) : π =1−π΄ π = 1 − 0,987 π = 0,013*100% π = 1,3% 38 Tabel 4. 3 Pengambilan data naik dan turun untuk arus No. Data Naik Data Turun (IstdIalat)/Is td NonLinierit as per Input 1. I Std (A) 0 I Alat (A) 0 I Std (A) 0 I Alat (A) 0 0 ~ 0 2. 1 1,02 1 1,03 0,01 0,025 0 3. 2 2,04 2 2.05 0,022 0 4. 3 3,1 3 3,09 0,01 0,01 0,031 0,04 5. 4 4,12 4 4,11 0,01 0,028 0,04 6. 5 5,11 5 5,12 0,023 0,01 7. 6 6,14 6 6,13 0,01 0,01 0,022 0,02 3,07 3 Rata-Rata Sehingga menghasilkan nilai : • Range • Span • Resolusi • Sensitivitas (K) • • • • • H(I) Maks. Non-Linieritas Non-Linieritas Histeresis Akurasi Kesalahan (error) 0,021 : Arus DC 0~6 A : Arus 6 A : 0,01 : 0,9 V/A (Dari data pengujian alat) : 0,04 : 0,651% : 0,162% : 0,98 : 2% Berikut ini hasil perhitungan nilai karakterisitik statik tegangan berdasarkan data pada tabel 4.2 : βO 6 −0,01 • Sensitivitas = βI = 6−0,00 = 0,9 π/π΄ • Non − Linieritas (π(πΌ)) = π(πΌ) − (πΎπΌ + π) ∗ (ππππππ πππππ πππ‘π ππππ) 39 Non − Linieritas maks. per unit = Μ π π₯ 100% ππππ₯ − ππππ Dimana : π = ππππ − πΎπΌπππ βO 6,14 − 0 πΎ= = = 1,02 βI 6 − 0,00 π = 0 − (1,02 π₯ 0,00) π=0 Sehingga : Non − Linieritas maks. per unit = 0,04 π₯ 100% 6,14 − 0 Non − Linieritas = 0,651% • Histeresis : Μ = π»(πΌ)πππ₯ sehingga : π»(πΌ) = π(πΌ)πΌ↓ − π(πΌ)πΌ↑ , π» Μ π» % ππππ πππ’π βππ π‘ππππ ππ = π₯ 100% ππππ₯ − ππππ 0,01 % ππππ πππ’π βππ π‘ππππ ππ = π₯ 100% 6,14 − 0 0,01 % ππππ πππ’π βππ π‘ππππ ππ = π₯ 100% 6,14 % ππππ πππ’π βππ π‘ππππ ππ = 0,162% • Akurasi : π −π π΄ = 1 − | ππ π |, dengan Yn = Pembacaan standar (I) dan π Xn = Pembacaan alat (O) • π΄ = 1 − |0,02| = 0,98 % Kesalahan (error) : π =1−π΄ π = 1 − 0,98 π = 0,02*100% π = 2% 40 8 7 I (Ampere) 6 5 Pembacaan Naik 4 3 Pembacaan Turun 2 1 0 0 2 4 6 8 Data Ke- Gambar 4. 6 Grafik Nilai Histerisis Arus Berikut ini merupakan hasil pengukuran kalibrasi untuk mencari nilai ketidakpastian alat ukur : a. Nilai ketidakpastian untuk tegangan : Tabel 4.4 Data Kalibrasi Tegangan No Pemb. Std (t) Koreksi (y) Yregresi Residu (R) SR 1,06 RataRata Pemb. Alat (x) 1,01 1 0,050 0,0952 -0,0452 0,0020 2 2,07 2,03 0,038 0,0481 -0,0101 0,0001 3 3,09 3,00 0,090 0,0005 0,0895 0,0080 4 4,02 4,05 -0,031 -0,0429 0,0119 0,0001 5 4,95 5,07 -0,120 -0,0863 -0,0337 0,0011 6 6,02 6,12 -0,108 -0,1362 0,0282 0,0008 7 6,96 7,14 -0,180 -0,1800 0,0000 0,0000 8 7,90 8,18 -0,280 -0,2239 -0,0561 0,0031 9 8,90 9,16 -0,300 -0,2687 -0,0313 0,0010 41 Lanjutan Tabel 4.5 Data Kalibrasi Tegangan No. Pemb. Std (t) 10 Jumlah RataRata 9,90 54,82 5,482 • RataRata Pemb. Alat (x) 10,16 55,93 5,593 Korek si (y) Yregresi Residu (R) SR -0,270 0,2630 0,0263 -0,3167 -0,0467 SSR => 0,0022 0,0185 Nilai ketidakpastian tipe A : √∑(π¦ −π¦Μ )2 π π (ππ‘ππππππ‘ π·ππ£πππ π πΎπππππ π) = π−1 ..........(4.1) π = 0,145 Sehingga nilai ketidakpastian hasil pengukuran : π ππ1 = π ....................................................................(4.2) πΌππ = √ 0,145 √10 = π. πππ πππ Sedangkan nilai ketidakpastian regresi ππ2 = √π−2 (4.3) Dimana : SSR (Sum Square Residual) = ∑SR(Square Residual) SR = R2 (Residu)....................................................... (4.4) Yi (Nilai koreksi) = Pemb. standar (ti) – Pemb. alat (xi) ππππ = π + (π ∗ π‘π) ................................................. (4.5) π = π¦Μ π + (π ∗ π‘Μ π ) π .∑ π‘π π¦π − ∑ π¦ . ∑ π‘π π= ; π‘π = ππππ. π π‘πππππ, 2 2 π . ∑ π‘π − (∑ π‘π ) π¦π = πππππ ππππππ π, π = π½π’πππβ πππ‘π π= (10∗(−9,7521) –(−1,1110∗ 54,82) (10∗379,0232 )− (54,82)2 π= (−97,521) –(60,8502) (3790,232 )−(3005,232) Sehingga = -0,047 nilai : 42 π = −0,1111 + (−0,047 ∗ 5,482) π = π, πππ Jadi, persamaan regresi menjadi ππππ = (π, πππ) + (−π, πππ ∗ ππ) Yang menghasilkan nilai SSR = 0,0185 πππ 0,0185 πΌππ = √π−2 = √ 10−2 = π, πππ • Nilai ketidakpastian tipe B : Pada tipe ini terdapat 2 parameter ketidakpastian, yaitu ketidakpastian Resolusi (UB1) dan Ketidakpastian alat standar multimeter (UB2). Dengan perhitungan sebagai berikut : 1 π₯ π ππ πππ’π π UB1 = 2 √3 π , π = 1 π₯ 2 0,01 √3 = 0,003............................ (4.6) UB2 = dikarenakan pada alat standar tidak ada sertifikat kalibrasinya maka nilai a (ketidakpastian sertifikat kalibrasi) dianggap mendekati 0, dan nilai faktor cakupan dianggap 2,0. Sehingga hasil : UB2 = 0 • Nilai ketidakpastian kombinasi Uc : Uc = U AI ο« U A2 ο« U B1 ο« U B 2 ........................ (4.7) 2 2 2 2 Uc = 0,024 ο« 0,073 ο« 0,003 ο« 0 Uc = 0,067 Dengan kondisi V atau derajat kebebasan dari kedua tipe ketidakpastian, sebagai berikut : V = n-1, sehingga : V1 = 9; V2 = 9; V3 = ∞; V4 = 60 (berdasarkan table T) Dengan nilai Veff (Nilai derajat kebebasan effektif) sebagai berikut : 2 ππππ = (ππ )4 (ππ )4⁄ ∑ π 2 2 2 ........................................................ (4.8) π 43 ππππ = (0,067)4 (0, ,046)4⁄ (0,048)4⁄ (0,003)4⁄ (0,00)4⁄ ∞+ 9+ 9+ 60 Veff = 18,026, sehingga jika dibulatkan menjadi 18, dimana pada table T-student menghasilkan nilai k (faktor koreksi) sebesar 2,10 Oleh karena itu, hasil nilai ketidakpastian diperluang sebesar : πππ₯π = π π₯ ππ .......................................................... (4.9) πΌπππ = 2,10 π₯ 0,067 = π, πππ Sehingga berdasarkan perhitungan ketidakpastian diperluas di atas menghasilkan nilai ketidakpastian alat sebesar ±0,140 dengan tingkat kepercayaan 95% dari tabel T-Student. Nilai ketidakpastian tersebut akan menjadi acuan pembacaan alat ukur selama alat ukur tersebut digunakan. Dengan perhitungan yang sama dilakukan perhitungan kalibrasi arus, dimana kalibrasi dilakukan dalam kondisi suhu lingkungan sebesar 30°C dengan data sebagai berikut : b. Nilai ketidakpastian untuk arus : Tabel 4. 7 Data Kalibrasi Arus N o Pemb . Std (t) 1 2 3 4 5 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 RataRata Pemb. Alat (x) 0,05 0,11 0,16 0,21 0,26 Koreksi (y) Yreg Residu (R) SR 0,038 -0,029 -0,014 -0,007 0,008 -0,00103 0,00095 0,00282 0,00433 0,00607 0,039 -0,209 -0,016 -0,011 0,001 0,001523417 0,000896756 0,000268152 0,000128262 3,73954E-06 44 Lanjutan Tabel 4.6 Data Kalibrasi Arus N o. Pemb . Std (t) 6 7 8 9 10 Ju ml ah Ra taRa ta • Koreksi (y) Yreg Residu (R) SR 0,30 0,35 0,40 0,45 0,51 2,81 RataRata Pemb. Alat (x) 0,30 0,36 0,40 0,45 0,51 2,7395 0,010 0,026 -0,008 0,042 0,002 0,06844 0,00757 0,00941 0,01098 0,01269 0,01467 0,002 0,016 -0,018 0,029 -0,012 SSR => 5,91378E-06 0,000275179 0,000360306 0,000859164 0,000160487 0,004481376 0,281 0,2739 0,00684 Nilai ketidakpastian tipe A : 0,0229 πΌππ = 10 = π, πππππ; √ ππππ = π + (π ∗ π‘π) ππππ = (−πππππ) + (ππ π(π, πππ)); SSR = 0,00448; πππ πΌππ = √π−2 = √ 0,00448 10−2 = π, πππππ Nilai ketidakpastian tipe B : 1 π₯ π ππ πππ’π π UB1 = 2 √3 π , π = 1 π₯ 2 0,01 √3 = 0,003 UB2 = dikarenakan pada alat standar tidak ada sertifikat kalibrasinya maka nilai a (ketidakpastian sertifikat kalibrasi) dianggap mendekati 0, dan nilai faktor cakupan dianggap 2,0. Sehingga hasil : UB2 = 0 Uc = 0,00724 ο« 0,02367 ο« 0,003 ο« 0 Uc = 0,025 2 2 2 2 45 Dengan nilai V1 = 9; V2 = 9; V3 = ∞; V4 = 60 (berdasarkan table T), maka nilai derajat kebebasan efektif sebesar ππππ = (0,025)4 (0,00724)4⁄ (0,0236)4⁄ (0,003)4⁄ (0,00)4⁄ ∞+ 9+ 9+ 60 Veff = 11 yang dibulatkan menjadi 13, sehingga nilai k (faktor koreksi)nya berdasarkan tabel T-student sebesar 2,20. Sehingga nilai ketidakpastian diperluasnya sebesar 0,025. πΌπππ = 2,20 ∗ 0,025 = π, πππ Dengan hasil perhitungan nilai ketidakpastian diperluas sebesar ±0,055 Nilai ini merupakan acuan nilai ketidakpastian pembacaan alat dengan tingkat kepercayaan 95% berdasarkan tabel T-Student. 4.1.4 Data uji beban Terdapat 3 jenis mode dalam alat ini yaitu, mode listrik jala – jala, mode summing, dan mode baterai PV. Penjelasan sebagai berikut : a. Mode listrik jala – jala Mode ini hanya menggunakan tegangan yang terdapat pada listrik jala –jala supaya dapat dipakai oleh beban. Besar tegangan yang dihasilkan oleh listrik jala – jala adalah 220 volt AC yang diubah menjdi 48 volt DC sebelum masuk pada inverter. Berikut adalah data pengukuran beban menggunakan mode listrik jala – jala dengan menggunakan beban charger handphone, 2 buah lampu, kipas angin, dan charger laptop. Dimana jumlah beban tersebut memiliki kapasitas sebesar 156 watt. 46 Tabel 4.8 Nilai Data plant dengan beban charger handphone dengan nilai daya sebesar 5 watt Waktu (detik) Alat Standard Vo(v) Vb(v) Vt(v) Io (A) Vo(v) Vb(v) Vt(v) Io(A) 5 48 43 48 0,25 48,6 43,0 48,6 0,25 10 48 43 48 0,25 48,6 43,0 48,6 0,23 15 48 43 48 0,25 48,7 43,0 48,7 0,24 20 47 43 47 0,24 48,5 43,0 48,5 0,23 25 47 43 47 0,24 48,5 43,0 48,5 0,24 Tabel 4.9 Nilai Data plant dengan beban charger handphone dan lampu dengan nilai daya sebesar 28 watt Waktu (detik) Alat Standard Vo(v) Vb(v) Vt(v) Io (A) Vo(v) Vb(v) Vt(v) Io(A) 5 48 43 48 0,60 48,4 43,0 48,4 0,61 10 48 43 48 0,60 48,4 43,0 48,4 0,61 15 48 43 48 0,60 48,4 43,0 48,4 0,61 20 48 43 48 0,60 48,3 43,0 48,3 0,62 25 47 43 47 0,60 48,3 43,0 48,3 0,62 Tabel 4.10 Nilai Data plant dengan beban charger handphone, lampu, dan kipas dengan nilai daya sebesar 68 watt Waktu (detik) Alat Standard Vo(v) Vb(v) Vt(v) Io(A) Vb(v) Vb(v) Vt(v) Vb(A) 5 48 43 48 1,00 48,1 43,0 48,1 1,1 10 48 43 48 1,00 48,2 43,0 48,2 1,1 15 47 43 47 1,00 48,1 43,0 48,1 1,1 20 47 43 47 1,00 48 43,0 48,0 1 25 47 43 47 0,90 48 43,0 48,0 1 47 Tabel 4.11 Nilai Data plant dengan beban charger handphone, 2 lampu, kipas, dan charger laptop dengan nilai daya sebesar 156 watt Waktu (detik) Alat Standard Vo(v) Vb(v) Vt(v) Io(A) Vb(v) Vb(v) Vt(v) Io(A) 5 50 43 50 1,70 50,1 43,0 50,1 1,71 10 50 43 50 1,70 50,0 43,0 50,0 1,72 15 50 43 50 1,70 49,9 43,0 49,9 1,71 20 49 43 49 1,70 49,8 43,0 49,8 1,7 25 49 43 49 1,60 49,6 43,0 49,6 1,7 51 Beban 5 Watt 50,5 Beban 28 Watt tegangan (V) 50 Beban 68 Watt 49,5 49 Beban 156 Watt 48,5 standard 5 watt 48 standart 28 watt 47,5 standart 68 watt 47 5 10 15 waktu (s) 20 25 standart 156 watt Gambar 4.7 Grafik Hasil tegangan DC Mode listrik jala – jala dengan menggunakan beberapa beban Arus (A) 48 1,65 Beban 5 Watt 1,45 Beban 28 Watt 1,25 Beban 68 Watt 1,05 Beban 156 Watt 0,85 standard 5 watt 0,65 standart 28 watt 0,45 standart 68 watt 0,25 5 10 15 waktu (s) 20 25 standart 156 watt Gambar 4.8 Grafik Hasil arus DC mode listrik jala - jala dengan menggunakan beberapa beban Berdasarkan Gambar 4.10 dan Gambar 4.11 tegangan yang dihasilkan oleh mode listrik jala - jala menghasilkan tegangan naik turun sekitar 47 volt DC sampai 50,3 volt DC. Sedangkan range beban adalah 5 watt, 28, watt, 68 watt, dan 156 watt. Dari grafik diatas dapat disimpulkan bahwa semakin lama beban yang dipakai maka tegangan dan arus yang dikeluarkan semakin menurun. b. Mode baterai Mode baterai adalah mode dimana tegangan yang digunakan adalah tegangan pada baterai dengan range tegangan sebesar 43,5 49 sampai 49 volt DC. Berikut adalah data pengukuran beban menggunakan mode listrik jala – jala dengan menggunakan beban charger handphone, 2 buah lampu, kipas angin, dan charger laptop. Dimana jumlah beban tersebut memiliki kapasitas sebesar 156 watt. Tabel 4.12 Nilai Data plant dengan beban charger handphone dengan nilai daya sebesar 5 watt Waktu (detik) Alat Vb(v) Vt(v) Standard Vb(v) Vt(v) Io(A) Vo(v) 5 0 50 50 0,25 0,0 50,1 50,1 0,25 10 0 50 50 0,25 0,0 50,1 50,1 0,23 15 0 50 50 0,25 0,0 50,1 50,1 0,25 20 0 50 50 0,24 0,0 50 50,0 0,23 25 0 50 50 0,24 0,0 49,9 49,9 0,24 Vo(v) Io(A) Tabel 4.13 Nilai Data plant dengan beban charger handphone dan lampu dengan nilai daya sebesar 28 watt Waktu (detik) Alat Standard Vo(v) Vb(v) Vt(v) Io(A) Vo(v) Vb(v) Vt(v) Io(A) 5 0 50 50 0,60 0,0 50,1 50,1 0,61 10 0 50 50 0,60 0,0 49,9 49,9 0,61 15 0 50 50 0,60 0,0 50 50,0 0,62 20 0 50 50 0,60 0,0 50 49,9 0,63 25 0 50 50 0,60 0,0 49,9 49,9 0,62 50 Tabel 4.14 Nilai Data plant dengan beban charger handphone, lampu, dan kipas dengan nilai daya sebesar 68 watt Waktu (detik) Alat Standard Vo(v) Vb(v) Vt(v) 5 0 50 50 1,00 0,0 50,1 50,1 1,1 10 0 50 50 1,00 0,0 49,9 49,9 1,1 15 0 50 50 1,00 0,0 51 51,0 1,1 20 0 50 50 1,00 0,0 50 50,0 1 25 0 50 50 0,90 0,0 49,9 49,9 1 Io(A) Vo(v) Vb(v) Vt(v) Io(A) Tabel 4.15 Nilai Data plant dengan beban charger handphone, 2 lampu, kipas, dan charger laptop dengan nilai daya sebesar 156 watt Waktu (detik) Alat Standard Vo(v) Vb(v) Vt(v) 5 0 50 50 1,70 0,0 50,2 50,2 1,72 10 0 50 50 1,70 0,0 50,7 50,7 1,72 15 0 50 50 1,70 0,0 51 51,0 1,7 20 0 50 50 1,70 0,0 51 50,9 1,71 25 0 50 50 1,60 0,0 50,5 50,5 1,7 Io(A) Vo(v) Vb(v) Vt(v) Io(A) tegangan (V) 51 50,9 Beban 5 Watt 50,7 Beban 28 Watt 50,5 Beban 68 Watt 50,3 Beban 156 Watt 50,1 standard 5 watt 49,9 standart 28 watt 49,7 standart 68 watt 49,5 5 10 15 waktu (s) 20 25 standart 156 watt Gambar 4.9 Grafik Hasil tegangan DC Mode baterai dengan menggunakan beberapa beban 52 Beban 5 Watt 1,65 Beban 28 Watt Arus (A) 1,45 1,25 Beban 68 Watt 1,05 Beban 156 Watt 0,85 standard 5 watt 0,65 standart 28 watt 0,45 standart 68 watt 0,25 5 10 15 waktu (s) 20 25 standart 156 watt Gambar 4.10 Grafik Hasil arus DC Mode baterai dengan menggunakan beberapa beban Berdasarkan Gambar 4.11 dan Gambar 4.12 tegangan yang dihasilkan oleh mode baterai menghasilkan tegangan naik turun sekitar 49,9 volt DC sampai 51 volt DC. Sedangkan range beban adalah 5 watt, 28, watt, 68 watt, dan 156 watt. Dari grafik diatas dapat disimpulkan bahwa semakin lama beban yang dipakai maka tegangan dan arus yang dikeluarkan semakin menurun. c. Mode Summing Mode summing adalah mode penambahan tegangan pada Rectifier dan baterai sehingga dapat digunakan pada inverter sesuai kebutuhan beban. Berikut adalah data pengukuran beban menggunakan mode listrik jala – jala dengan menggunakan beban 53 charger handphone, 2 buah lampu, kipas angin, dan charger laptop. Dimana jumlah beban tersebut memiliki kapasitas sebesar 156 watt. Tabel 4.8 Nilai Data plant dengan beban charger handphone dengan nilai daya sebesar 5 watt Waktu (detik) Alat Standard Vo(v) Vb(v) Vt(v) Io(A) Vo(v) Vb(v) Vt(v) Io(A) 5 3 49 52 0,25 3,5 48,6 52,1 0,25 10 4 48 52 0,25 3,6 48,6 52,2 0,23 15 5 47 52 0,25 3,5 48,7 52,2 0,24 20 3 48 51 0,24 3,4 48,5 51,9 0,23 25 3 48 51 0,24 3,4 48,5 51,9 0,24 Tabel 4.9 Nilai Data plant dengan beban charger handphone dan lampu dengan nilai daya sebesar 28 watt Waktu (detik) Alat Standard Vo(v) Vb(v) Vt(v) 5 4 48 52 0,60 3,9 48,4 52,3 0,61 10 3 48 51 0,60 3,8 48,4 52,2 0,61 15 4 47 51 0,60 3,9 48,4 52,3 0,61 20 3 49 52 0,60 3,9 48,3 52,2 0,62 25 3 48 51 0,60 3,9 48,3 52,2 0,62 Io(A) Vo(v) Vb(v) Vt(v) Io(A) Tabel 4.10 Nilai Data plant dengan beban charger handphone, lampu, dan kipas dengan nilai daya sebesar 68 watt Waktu (detik) Alat Standard Vo(v) Vb(v) Vt(v) Io(A) Vo(v) Vb(v) Vt(v) Io(A) 5 4 48 52 1,00 4,4 48,1 52,5 1,1 10 3 49 52 1,00 4,4 48,1 52,5 1,1 15 4 47 51 1,00 4,4 48,1 52,5 1,1 20 4 47 51 1,00 4,3 48 52,3 1 25 4 48 52 0,90 4,3 48 52,3 1 54 Tabel 4.10 Nilai Data plant dengan beban charger handphone, 2 lampu, kipas, dan charger laptop dengan nilai daya sebesar 156 watt. Waktu (detik) Alat Standard Vo(v) Vb(v) Vt(v) Io(A) Vo(v) Vb(v) Vt(v) Io(A) 5 7 44 51 1,70 3,9 47,6 51,5 1,72 10 6 46 52 1,70 4,0 47,5 51,5 1,72 15 5 46 51 1,70 4,0 47,3 51,3 1,71 20 5 46 51 1,70 3,9 47,3 51,2 1,71 25 5 46 51 1,60 3,9 47,2 51,1 1,7 53 Beban 5 Watt 52,5 tegangan (V) Beban 28 Watt 52 Beban 68 Watt Beban 156 Watt 51,5 standard 5 watt 51 standart 28 watt 50,5 5 10 15 20 25 standart 68 watt waktu (s) Gambar 4.11 Grafik Hasil tegangan DC Mode summing dengan menggunakan beberapa beban 55 Beban 5 Watt 1,65 Beban 28 Watt Arus (A) 1,45 1,25 Beban 68 Watt 1,05 Beban 156 Watt 0,85 standard 5 watt 0,65 standart 28 watt 0,45 standart 68 watt 0,25 5 10 15 waktu (s) 20 25 standart 156 watt Gambar 4.12 Grafik Hasil arus DC Mode summing dengan menggunakan beberapa beban Berdasarkan Gambar 4.12 dan Gambar 4.13 tegangan yang dihasilkan oleh mode summing menghasilkan tegangan naik turun sekitar 51 volt DC sampai 52,5 volt DC. Sedangkan range beban adalah 5 watt, 28, watt, 68 watt, dan 156 watt. Dari grafik diatas dapat disimpulkan bahwa semakin lama beban yang dipakai maka tegangan dan arus yang dikeluarkan semakin menurun. 4.2 Pembahasan Agar sistem kontrol tegangan dapat berjalan sesuai keperluan listrik rumah, perlu adanya akurasi sensor tegangan dan 56 sensor arus yang akurat. Supaya mode summing dapat berjalan dengan baik berdasarkan kapasitas daya accu dan daya rectifier pada listrik jala - jala, maka perlu dilakukan pengujian sensor tegangan dan sensor arus listrik terlebih dahulu. Sensor arus listrik yang digunakan adalah sensor Allegro Hall Effect ACS712 20 A. Pengujian sensor arus listrik dilakukan untuk mendapatkan nilai daya beban rumah dengan menerapkan rumus P = V x I. Pengujian sensor dilakukan dengan menggunakan beban berupa 2 buah lampu pijar dengan total daya sebesar 46 watt. Berdasarkan pengujian sensor arus pada tabel 4.6 dapat diperoleh hasil perhitungan nilai ketidakpastian diperluas sebesar ±0,055 Nilai ini merupakan acuan nilai ketidakpastian pembacaan alat dengan tingkat kepercayaan 95% berdasarkan tabel T-Student dan sensor acs712 memiliki tingkat kesalahan sebesar 0,34 %. Sedangkan sensor tegangan yang digunakan adalah ic amc1100. Sedangkan pengujian sensor tegangan amc1100 menggunakan power supplay DC dengan range tegangan 0 volt sampai 17 volt. Sensor tegangan amc1100 memiliki pembacaan kesalahan (error) sebesar 1,3%. Untuk mengontrol tegangan sesuai kebutuhan beban rumah perlu adanya kontrol yang dapat mengoperasikan sistem kontrol tegangan berupa mikrokontroller ATMega16. Tedapat 3 mode dalam sistem kontrol tegangan, yaitu mode listrik jala – jala, mode baterai, dan mode summing. Mode listrik jala - jala menggunakan tegangan yang terdapat pada listrik jala – jala supaya dapat dipakai oleh beban. Besar tegangan yang dihasilkan oleh listrik jala – jala adalah 220 volt AC yang diubah menjdi 48 volt DC sebelum masuk pada inverter. Mode baterai adalah mode dimana tegangan yang digunakan adalah tegangan pada baterai dengan range tegangan sebesar 43,5 sampai 49 volt DC. Mode summing adalah mode penambahan tegangan pada Rectifier dan baterai sehingga dapat digunakan pada inverter sesuai kebutuhan beban. Agar sistem dapat menggunakan mode listrik jala – jala tegangan baterai harus dibawah 43.5 volt karena minimal tegangan baterai untuk menjalankan beban rumah tangga 57 adalah 43,5 volt DC. Sedangkan untuk menjalankan mode baterai tegangan pada baterai harus memiliki range sebesar 48 volt sampai 50 volt untuk memenuhi kebutuhan pada inverter. Mode summing dapat berfungsi jika range tegangan pada baterai lebih besar dari 43,5 volt sampai 48 volt. Sehingga tegangan pada rectifier dapat menambahkan tegangan yang dibutuhkan oleh inverter. 58 Halaman ini sengaja dikosongkan BAB V PENUTUP 5.1. Kesimpulan Berdasarkan rancang bangun dan analisa data yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan bahwa : 1. Sistem kontrol ini dapat berjalan dengan menggunakan sensor arus ACS712 20 A untuk mengukur nilai arus beban dan ic amc1100 sebagai sensor tegangan. sehingga didapatkan nilai tegangan DC total untuk memberikan masukkan pada inverter. 2. Tedapat 3 mode dalam sistem kontrol tegangan, yaitu mode listrik jala – jala dengan range baterai kurang dari 43,5 volt, mode baterai dengan range sebesar 48 volt sampai 50 volt, dan mode summing dengan range lebih dari 43,5 volt dari tegangan baterai sedangkan 1 volt sampai 8 volt sesuai kebutuhan beban. 5.2. Saran Adapun saran untuk penelitian selanjutnya, antara lain : 1. Pengujian sensor arus ACS712 20A sebaiknya dilakukan menggunakan ADC eksternal atau microcontroller yang memiliki ADC dengan resolusi tinggi yaitu 12 bit atau 16 bit agar pembacaan sensor memiliki tingkat ketelitian yang tinggi dan nilai error yang rendah. 59 60 Halaman ini sengaja dikosongkan DAFTAR PUSTAKA [1] Salwin Anwar, 2010. Pemakaian Remote Control Tv Dengan Menggunakan Mikrokontroler At89s51 Sebagai Alat Pemutus Dan Penghubung Tegangan Kwh Meter 1 Phasa. Teknik Elektro Politeknik Negeri Padang. Padang. [2] A. Akbar, 2013. Makalah Arus DC (Searah). Academia. Jakarta. [3] Aditya Prayoga, 2010. Transformers. Universitas Indonesia. Depok. [4] Dian Anggraini, 2012. Aplikasi Mikrokontroler Atmega16 Sebagai Pengontrol Sistem Emergency Dan Lampu Jalan Yang Dilengkapi Dengan Sensor Cahaya (Ldr) Pada Miniatur Kompleks Perumahan Modern, ITS. Surabaya [5] Anonim, "Datasheet ACS712," Allegro [6] Zakaria. 2014. Perancangan Dan Pembuatan Alat Monitoring Biaya Tagihan Listrik Portable Pada Peralatan Listrik. Malang : Teknik Elektro, Universitas Brawijaya [7] Kho, Dicson . 2016. Rumus dan Rangkaian Pembagi Tegangan (Voltage Divider). TeknikElektronika. Diakses 6 Mei 2016 http://teknikelektronika.com/rumus-rangkaianpembagi-tegangan-voltage-divider-resistor/ LAMPIRAN A (Listing Program di Mikrokontroller) /**************************************************** *** This program was created by the CodeWizardAVR V3.12 Advanced Automatic Program Generator © Copyright 1998-2014 Pavel Haiduc, HP InfoTech s.r.l. http://www.hpinfotech.com Project : Version : Date : 6/9/2017 Author : Company : Comments: Chip type : ATmega16A Program type : Application AVR Core Clock frequency: 8.000000 MHz Memory model : Small External RAM size :0 Data Stack size : 256 ***************************************************** **/ #include <mega16a.h> #include <delay.h> #include <stdio.h> // Alphanumeric LCD functions #include <alcd.h> #define MOSFET1 PORTD.2 #define MOSFET2 PORTD.4 #define MOSFET3 PORTD.3 // Declare your global variables here char pesan[20]; int mode=3, duty=0,iterasi=0, i; float Ibuck, Ibuck_sum, Ibuck_adc, Vbuck, Vbuck_sum, Vbuck_adc, Vbat, Vbat_sum, Vbat_adc, Vset, error, toleransi=0.5,Vt; // Voltage Reference: AREF pin #define ADC_VREF_TYPE ((0<<REFS1) | (0<<REFS0) | (0<<ADLAR)) // Read the AD conversion result unsigned int read_adc(unsigned char adc_input) { ADMUX=adc_input | ADC_VREF_TYPE; // Delay needed for the stabilization of the ADC input voltage delay_us(10); // Start the AD conversion ADCSRA|=(1<<ADSC); // Wait for the AD conversion to complete while ((ADCSRA & (1<<ADIF))==0); ADCSRA|=(1<<ADIF); return ADCW; } // Timer 0 overflow interrupt service routine interrupt [TIM0_OVF] void timer0_ovf_isr(void) { // Reinitialize Timer 0 value TCNT0=0x9C; // Place your code here } void main(void) { // Declare your local variables here // Input/Output Ports initialization // Port A initialization // Function: Bit7=In Bit6=In Bit5=In Bit4=In Bit3=In Bit2=In Bit1=In Bit0=In DDRA=(0<<DDA7) | (0<<DDA6) | (0<<DDA5) | (0<<DDA4) | (0<<DDA3) | (0<<DDA2) | (0<<DDA1) | (0<<DDA0); // State: Bit7=T Bit6=T Bit5=T Bit4=T Bit3=T Bit2=T Bit1=T Bit0=T PORTA=(0<<PORTA7) | (0<<PORTA6) | (0<<PORTA5) | (0<<PORTA4) | (0<<PORTA3) | (0<<PORTA2) | (0<<PORTA1) | (0<<PORTA0); // Port B initialization // Function: Bit7=In Bit6=In Bit5=In Bit4=In Bit3=In Bit2=In Bit1=In Bit0=In DDRB=(0<<DDB7) | (0<<DDB6) | (0<<DDB5) | (0<<DDB4) | (0<<DDB3) | (0<<DDB2) | (0<<DDB1) | (0<<DDB0); // State: Bit7=T Bit6=T Bit5=T Bit4=T Bit3=T Bit2=T Bit1=T Bit0=T PORTB=(0<<PORTB7) | (0<<PORTB6) | (0<<PORTB5) | (0<<PORTB4) | (0<<PORTB3) | (0<<PORTB2) | (0<<PORTB1) | (0<<PORTB0); // Port C initialization // Function: Bit7=In Bit6=In Bit5=In Bit4=In Bit3=In Bit2=In Bit1=In Bit0=In DDRC=(0<<DDC7) | (0<<DDC6) | (0<<DDC5) | (0<<DDC4) | (0<<DDC3) | (0<<DDC2) | (0<<DDC1) | (0<<DDC0); // State: Bit7=T Bit6=T Bit5=T Bit4=T Bit3=T Bit2=T Bit1=T Bit0=T PORTC=(0<<PORTC7) | (0<<PORTC6) | (0<<PORTC5) | (0<<PORTC4) | (0<<PORTC3) | (0<<PORTC2) | (0<<PORTC1) | (0<<PORTC0); // Port D initialization // Function: Bit7=Out Bit6=Out Bit5=Out Bit4=Out Bit3=Out Bit2=Out Bit1=Out Bit0=Out DDRD=(1<<DDD7) | (1<<DDD6) | (1<<DDD5) | (1<<DDD4) | (1<<DDD3) | (1<<DDD2) | (1<<DDD1) | (1<<DDD0); // State: Bit7=0 Bit6=0 Bit5=0 Bit4=0 Bit3=0 Bit2=0 Bit1=0 Bit0=0 PORTD=(0<<PORTD7) | (0<<PORTD6) | (0<<PORTD5) | (0<<PORTD4) | (0<<PORTD3) | (0<<PORTD2) | (0<<PORTD1) | (0<<PORTD0); // Timer/Counter 0 initialization // Clock source: System Clock // Clock value: 1000.000 kHz // Mode: Normal top=0xFF // OC0 output: Disconnected // Timer Period: 0.1 ms TCCR0=(0<<WGM00) | (0<<COM01) | (0<<COM00) | (0<<WGM01) | (0<<CS02) | (1<<CS01) | (0<<CS00); TCNT0=0x9C; OCR0=0x00; // Timer/Counter 1 initialization // Clock source: System Clock // Clock value: 8000.000 kHz // Mode: Ph. correct PWM top=ICR1 // OC1A output: Non-Inverted PWM // OC1B output: Disconnected // Noise Canceler: Off // Input Capture on Falling Edge // Timer Period: 0.05 ms // Output Pulse(s): // OC1A Period: 0.05 ms Width: 0 us // Timer1 Overflow Interrupt: Off // Input Capture Interrupt: Off // Compare A Match Interrupt: Off // Compare B Match Interrupt: Off TCCR1A=(1<<COM1A1) | (0<<COM1A0) | (0<<COM1B1) | (0<<COM1B0) | (1<<WGM11) | (0<<WGM10); TCCR1B=(0<<ICNC1) | (0<<ICES1) | (1<<WGM13) | (0<<WGM12) | (0<<CS12) | (0<<CS11) | (1<<CS10); TCNT1H=0x00; TCNT1L=0x00; ICR1H=0x00; ICR1L=0xC8; OCR1AH=0x00; OCR1AL=0x00; OCR1BH=0x00; OCR1BL=0x00; // Timer/Counter 2 initialization // Clock source: System Clock // Clock value: Timer2 Stopped // Mode: Normal top=0xFF // OC2 output: Disconnected ASSR=0<<AS2; TCCR2=(0<<PWM2) | (0<<COM21) | (0<<COM20) | (0<<CTC2) | (0<<CS22) | (0<<CS21) | (0<<CS20); TCNT2=0x00; OCR2=0x00; // Timer(s)/Counter(s) Interrupt(s) initialization TIMSK=(0<<OCIE2) | (0<<TOIE2) | (0<<TICIE1) | (0<<OCIE1A) | (0<<OCIE1B) | (0<<TOIE1) | (0<<OCIE0) | (1<<TOIE0); // External Interrupt(s) initialization // INT0: Off // INT1: Off // INT2: Off MCUCR=(0<<ISC11) | (0<<ISC10) | (0<<ISC01) | (0<<ISC00); MCUCSR=(0<<ISC2); // USART initialization // USART disabled UCSRB=(0<<RXCIE) | (0<<TXCIE) | (0<<UDRIE) | (0<<RXEN) | (0<<TXEN) | (0<<UCSZ2) | (0<<RXB8) | (0<<TXB8); // Analog Comparator initialization // Analog Comparator: Off // The Analog Comparator's positive input is // connected to the AIN0 pin // The Analog Comparator's negative input is // connected to the AIN1 pin ACSR=(1<<ACD) | (0<<ACBG) | (0<<ACO) | (0<<ACI) | (0<<ACIE) | (0<<ACIC) | (0<<ACIS1) | (0<<ACIS0); // ADC initialization // ADC Clock frequency: 1000.000 kHz // ADC Voltage Reference: AREF pin // ADC Auto Trigger Source: ADC Stopped ADMUX=ADC_VREF_TYPE; ADCSRA=(1<<ADEN) | (0<<ADSC) | (0<<ADATE) | (0<<ADIF) | (0<<ADIE) | (0<<ADPS2) | (1<<ADPS1) | (1<<ADPS0); SFIOR=(0<<ADTS2) | (0<<ADTS1) | (0<<ADTS0); // SPI initialization // SPI disabled SPCR=(0<<SPIE) | (0<<SPE) | (0<<DORD) | (0<<MSTR) | (0<<CPOL) | (0<<CPHA) | (0<<SPR1) | (0<<SPR0); // TWI initialization // TWI disabled TWCR=(0<<TWEA) | (0<<TWSTA) | (0<<TWSTO) | (0<<TWEN) | (0<<TWIE); // Alphanumeric LCD initialization // Connections are specified in the // Project|Configure|C Compiler|Libraries|Alphanumeric LCD menu: // RS - PORTC Bit 0 // RD - PORTC Bit 1 // EN - PORTC Bit 2 // D4 - PORTC Bit 4 // D5 - PORTC Bit 5 // D6 - PORTC Bit 6 // D7 - PORTC Bit 7 // Characters/line: 16 lcd_init(16); // Global enable interrupts #asm("sei") while (1) { // Place your code here //////////// Filter Sensor Tegangan ///////////////// if(iterasi<30) { Vbuck_sum+=read_adc(0); Ibuck_sum+=read_adc(2); Vbat_sum+=read_adc(1); iterasi++; } else if(iterasi==30) { Vbuck_adc= Vbuck_sum/30; Ibuck_adc= Ibuck_sum/30; Vbat_adc= Vbat_sum/30; iterasi=0; Vbuck_sum=0; Ibuck_sum=0; Vbat_sum=0; // // Vbuck=245-(Vbuck_adc*0.4824); Vbat=253.3-(Vbat_adc*0.4964); Ibuck=(((Ibuck_adc*5.0)/1023)-2.5)/0.1; Vac=0.70710678*Vac_max*100; Iac=0.70710678*Iac_max; if(mode==1) { MOSFET3= 0; //Mode 1 yaitu Summing hanya akan menggunakan tegangan dari Buck Converter dan memutus aliran dari Baterai MOSFET2= 0; MOSFET1= 1; error= 48-Vbuck; if(Vbat>=49) //Jika Tegangan Baterai lebih dari atau sama dengan 49V maka Summing masuk Mode 3 mode=3; else if(Vbat>44) //Jika Tegangan Baterai Lebih dari 44V maka Summing masuk Mode 2 mode=2; Vt=Vbuck; if(error>=toleransi) { duty++; } else if(error<=-toleransi) { duty--; } } else if (mode==2) { if(MOSFET1==1) { duty=0; OCR1A=duty; } MOSFET1=0; MOSFET3=0; MOSFET2=1; Vset= 48 - Vbat; Tegangan Output Buck error= Vset-Vbuck; Tegangan Real dengan Set Point //Perhitungan Set Point //Perhitungan Selisih if(Vbat>=49) //Jika Tegangan Baterai lebih dari atau sama dengan 48V maka Summing masuk Mode 3 mode=3; else if(Vbat<=43) //Jika Tegangan Baterai kurang dari atau sama dengan 43V maka Summing masuk Mode 1 mode=1; Vt=Vbat+Vbuck; if(error>=toleransi) { duty++; } else if(error<=-toleransi) { duty--; } } else if (mode==3) { MOSFET1=0; MOSFET2=0; MOSFET3=1; Vt=Vbat; if(Vbat<=43) //Jika Tegangan Baterai kurang dari atau sama dengan 43V maka Summing masuk Mode 1 mode=1; else if(Vbat<=48) //Jika Tegangan Baterai kurang dari atau sama dengan 48V maka Summing masuk Mode 2 mode=2; duty=0; } if(i>=6) { sprintf(pesan,"Vo=%3.0fV Io=%3.1fA",Vbuck,Ibuck); lcd_gotoxy(0,0); lcd_puts(pesan); sprintf(pesan,"Vb=%3.0fV Vt=%3.0fV",Vbat,Vt); lcd_gotoxy(0,1); lcd_puts(pesan); i=0; } else i++; delay_ms(50); OCR1A=duty; } delay_ms(1); } } LAMPIRAN B (Datasheet) • Datasheet ACS 712 LAMPIRAN C DATASHEET AMC 1100 LAMPIRAN D DATASHEET ATMEGA16 BIODATA PENULIS Nama lengkap penulis Dimas Agus Aditya dilahirkan di Kabupaten Sidoarjo pada tanggal 28 Agustus 1995 dari ayah bernama Mulyo Mudjiono dan ibu bernama Farida Hanum. Penulis merupakan anak ke-2 dari 3 bersaudara. Saat ini penulis tinggal di Gebang keputih Jl. Kejawan Gebang No. 44 Sukolilo, Surabaya. Tahun 2014 berhasil menyelesaikan pendidikan tingkat menengah atas di SMAK Untung Suropati Krian. Dan pada tahun 2017 ini, penulis mampu menyelesaikan gelar ahli madya di Program Studi DIII-Teknik Instrumentasi, Fakultas Vokasi Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya. Penulis berhasil menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul “Rancang Bangun Sistem Kontrol Tegangan Pada Beban Berbasis Mikrokontroler ATMEGA 16”. Selama perkuliahan penulis pernah aktif dalam bidang non akademis diantaranya, pernah menjabat sebagai staff Workshop Instrumentasi di Laboratorium Workshop Intrumentasi pada tahun 2014/2015, pernah aktif dalam UKM Sepak Bola ITS, dan Staff Konsep Kreatif di ITS EXPO. Penulis pernah melakukan kerja praktek di PT PJB UP Gresik, Jawa Timur. Bagi pembaca yang memiliki kritik, saran, atau ingin berdiskusi lebih lanjut mengenai Tugas Akhir ini maka dapat menghubungi penulis melalui kontak dibawah. *[email protected]/089675750315WA