13
BAB I
PENDAHULUAN
I.1 LATAR BELAKANG
Sistem tenaga listrik belakangan ini menjadi sebuah aset yang vital dalam dunia produksi, terutama pada sistem produksi yang memerlukan sumber listrik secara keseluruhan (sebagai contoh: kilang minyak, pabrik-pabrik, server, dll.). Hilangnya pasokan listrik tentunya akan membuat proses produksi terhenti bahkan bisa merusak hasil produksi yang ada. Untuk menghindari permasalahan tersebut maka perlu dibuat sebuah sistem tenaga listrik cadangan (backup power). Pada awalnya backup power menggunakan diesel generator, disamping pemakaian bahan bakar yang besar tentunya backup power ini tidak akan handal 100%.
Untuk industri yang tidak memperbolehkan hilangnya sumber listrik tentunya harus menyiagakan diesel generator (standby) dalam kondisi mesin berjalan (running) agar apabila sewaktu-waktu sumber listrik hilang maka diesel generator segera mengambil alih dan memberikan sumber daya listrik yang hilang tersebut (diesel generator harus dalam kondisi synchro dengan sumber utama, misal: PLN). Hal inilah yang membuat pemakaian diesel generator kurang handal. Salah satu sumber daya listrik yang mudah dan handal untuk digunakan adalah batre yang dapat diisi ulang atau battery rechargeable (DC). Battery akan terisi arus listrik pada saat sumber utama masuk dan battery akan menyuplai arus listrik ketika sumber utama hilang, namun battery hanya bekerja pada sistem arus searah atau direct current (DC). Untuk sumber arus bolak-balik (AC) diperlukan peralatan semi-konduktor yang dapat merubah/menyearahkan arus bolak-balik menjadi searah (DC). Perangkat pengubah AC menjadi DC ini dinamakan rangkaian penyearah (rectifier) dengan komponen utamanya adalah dioda. Jika pemanfaatan teknologi semi-konduktor bisa merubah arus bolak-balik (AC) menjadi searah, kenapa tidak dicoba untuk sebaliknya (DC menjadi AC). Untuk memenuhi kebutuhan tersebut maka dirancanglah suatu rangkaian gabungan beberapa unit semi-konduktor menjadi satu paket dengan istilah inverter atau lebih dikenal sebagai UPS (uninterruptible power suply).
I.2. Tujuan
Tujuan praktikum ini adalah untuk merancang dan membangun perangkat inverter 12V DC ke 220V AC dengan frekuensi 50 Hz dan gelombang keluaran yang dihasilkan berupa gelombang sinusoidal.
I.3. Manfaat
Manfaat yang diharapakan dari praktikum ini adalah dapat meningkatkan wawasan dan kemampuan praktikan dalam merangkai alat elektronik khususnya inverter DC to AC.
BAB II
LANDASAN TEORI
II.1 INVERTER
Kualitas Inverter merupakan penentu dari kualitas daya yang dihasilkan oleh suatu sistem. Inverter berfungsi merubah tegangan DC baterai atau rangkaianrectifier-charger menjadi tegangan AC, sinyal atau gelombang output berbentuk kotak setelah melalui pembentukan gelombang dan rangkaian filter. Tegangan outputyang dihasilkan harus stabil baik amplitudo tegangan maupun frekuensinya. (Samson, 2005)
Inverter yang digunakan secara umum ada dua macam yaitu (Samson, 2005) :
Inverter dengan frekuensi dengan tegangan konstan atau CVCF (Constant Voltage Constant Frequency ). Pada umumnya Inverter ini digunakan untuk peralatan-peralatan elektronika atau peralatan listrik satu fasa.
2. Inverter dengan frekuensi dan tegangan berubah-ubah. Pada umumnya Inverter ini digunakan pada pemakaian khusus seperti pada motor listrik tiga fasa dengan sumber tegangan DC.
Inverter satu fasa segi empat adalah suatu Inverter yang bentuk sinyal atau gelombang keluarannya adalah segi empat (kotak).Inverter satu fasa ada 2 jenis yaitu Inverter
segi empat setengah jembatan (Inverter setengah gelombang) dan Inverter segi empat jembatan penuh (Inverter gelombang penuh). (Samson, 2005)
II.1.1 Rangkaian Inverter Setengah Gelombang
Inverter setengah gelombang dapat dijelaskan melalui gambar 2.1 di bawah ini (Samson, 2005):
Saklar S1 dan S2 ON-OFF bekerja secara bergantian. Pada saat S1 ON arus mengalir dari E/2 (+) – S1 – beban B-A – E/2 (-), sedangkan S2 dalam keadaan terbuka. Pada waktu S2 ON sedangkan S1 terbuka, maka arus dari E/2 (+) – beban AB– S2 – E/2 (-). Dengan demikian dalam satu periode ini beban merasakan adanya arus yang mengalir dalam dua arah (bolak-balik). Di mana pada gambar 2.1 (b) dapat dilihat bentuk grafik tegangan beban A-B. (Samson, 2005)
Besarnya tegangan pada beban adalah (Samson, 2005) :
Jika saklar S1 dan S2 diganti dengan suatu saklar elektronik yang dapat memenuhi kriteria di atas, minsalnya dengan dua buah Mosfet. Maka rangkaian Inverter segi empat setengah jembatan dapat dilihat pada gambar 2.2 sebagai berikut (Samson, 2005) :
II.1.2 Rangkaian Inverter Gelombang Penuh
Rangkaian Inverter jembatan gelombang penuh satu fasa dapat dijelaskan melalui gambar 2.3 berikut ini (Samson, 2005) :
Prinsip kerja dari Inverter segi empat jembatan penuh ini adalah sebagai berikut :
Pada saat S1, S2 ON dan S3, S4 OFF, maka arus akan mengalir dari sumber tegangan E (+) – S1 - beban – S2 – E(-). Pada saat saklar S3, S4 ON dan S1, S2 OFF, maka arus akan mengalir dari sumber tegangan E(+) – S3 – beban – S4 – E(-). Dengan demikian untuk satu perioda ini beban dialiri arus dalam dua arah (arus bolak-balik). (Samson, 2005)
Jika saklar S1, S2, S3 dan S4 diganti dengan komponen (saklar) elektronik yang memenuhi kriteria di atas, misalnya sebuah transistor, maka Inverter segi empat jembatan penuh dapat dilihat pada gambar 2.4 berikut (Samson, 2005) :
II.2 Resistor
Sebuah resistor sering disebut werstan, tahanan atau penghambat, adalah suatu komponen elektronik yang dapat menghambat gerak lajunya arus listrik. Resistor disingkat dengan huruf "R" (huruf R besar). Satuan resistor adalah Ohm, yang menemukan adalah George Ohm (1787-1854), seorang ahli Fisika bangsa Jerman. Tahanan bagian dalam ini dinamai Konduktansi. Satuan konduktansi ditulis dengan kebalikan dari Ohm yaitu mho. (Fauzi, 2007)
Kemampuan resistor untuk menghambat disebut juga resistensi atau hambatan listrik. Besarnya diekspresikan dalam satuan Ohm. Suatu resistor dikatakan memiliki hambatan 1 Ohm apabila resistor tersebut menjembatani beda tegangan sebesar 1 Volt dan arus listrik yang timbul akibat tegangan tersebut adalah sebesar 1 ampere, atau sama dengan sebanyak 6.241506 × 1018 elektron per detik mengalir menghadap arah yang berlawanan dari arus. (Fauzi, 2007)
Hubungan antara hambatan, tegangan, dan arus, dapat disimpulkan melalui hukum berikut ini, yang terkenal sebagai hukum Ohm. (Fauzi, 2007)
Dimana V adalah beda potensial antara kedua ujung benda penghambat, I adalah besar arus yang melalui benda penghambat, dan R adalah besarnya hambatan benda penghambat tersebut.
Berdasarkan penggunaanya, resistor dapat dibagi (Fauzi, 2007):
1. Resistor Biasa (Tetap Nilainya)
Adalah sebuah resistor penghambat gerak arus, yang nilainya tidak dapat Berubah, jadi selalu tetap (konstan). Resistor ini biasanya dibuat dari nikelin atau karbon. (Fauzi, 2007)
2.Resistor Berubah (variable)
Adalah sebuah resistor yang nilainya dapat berubah-ubah dengan jalan menggeser atau memutar toggle pada alat tersebut. Sehingga nilai resistor dapat kita tetapkan sesua dengan kebutuhan. Berdasarkan jenis ini kita bagi menjadi dua, Potensiometer, rheostat dan Trimpot (Trimmer Potensiometer) yang biasanya menempel pada papan rangkaian (Printed Circuit Board, PCB). (Fauzi, 2007)
3. Resistor NTC dan PTS , NTC (Negative Temperature Coefficient)
Adalah Resistor yang nilainya akan bertambah kecil bila terkena suhu panas. Sedangkan PTS (Positife Temperature Coefficient), ialah Resistor yang nilainya akan bertambah besar bila temperaturnya menjadi dingin. (Fauzi, 2007)
4. LDR (Light Dependent Resistor)
Adalah jenis Resistor yang berubah hambatannya karena pengaruh cahaya. Bila cahaya gelap nilai tahanannya semakin besar, sedangkan cahayanya terang nilainya menjadi semakin kecil. (Fauzi, 2007)
Gelang Warna pada Resistor
Pada Resistor biasanya memiliki 4 gelang warna, gelang pertama dan kedua menunjukkan angka, gelang ketiga adalah faktor kelipatan, sedangkan gelang ke empat menunjukkan toleransi hambatan. Pertengahan tahun 2006, perkembangan pada komponen Resistor terjadi pada jumlah gelang warna. Dengan komposisi: Gelang Pertama (Angka Pertama), Gelang Kedua (Angka
Kedua), Gelang Ketiga (Angka Ketiga), Gelang Keempat (Multiplier) dan Gelang Kelima (Toleransi).Berikut Gelang warna dimulai dari warna Hitam, Coklat, Merah, Jingga, Kuning, Hijau, Biru, Ungu (violet), Abu-abu dan Putih Sedangkan untuk gelang toleransi hambatan adalah: Coklat 1%, Merah 2%, Hijau 0,5%, Biru 0,25%, Ungu 0,1%, Emas 5% dan Perak 0%. Kebanyakan gelang toleransi yang dipakai oleh umum adalah warna Emas, Perak dan Coklat. (Fauzi, 2007)
II.3 Transistor
Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, pemotong (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau fungsi lainnya. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, dimana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya. (Fauzi, 2007)
Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal. Tegangan atau arus yang dipasang di satu terminalnya mengatur arus yang lebih besar yang melalui 2 terminal lainnya. Transistor adalah komponen yang sangat penting dalam dunia elektronik modern. Dalam rangkaian analog, transistor digunakan dalam amplifier (penguat). Rangkaian analog melingkupi pengeras suara, sumber listrik stabil, dan penguat sinyal radio. Dalam rangkaian-rangkaian digital, transistor digunakan sebagai saklar berkecepatan tinggi. Beberapa transistor juga dapat dirangkai sedemikian rupa sehingga berfungsi sebagai logic gate, memori, dan komponen-komponen lainnya. (Fauzi, 2007)
II.3.1 Transistor Bipolar
Transistor bipolar dinamakan demikian karena kanal konduksi utamanya menggunakan dua polaritas pembawa muatan: elektron dan lubang, untuk membawa arus listrik. Dalam BJT, arus listrik utama harus melewati satu daerah / lapisan pembatas dinamakan depletion zone, dan ketebalan lapisan ini dapa diatur dengan kecepatan tinggi dengan tujuan untuk mengatur aliran arus utama tersebut. (Fauzi, 2007)
BJT (Bipolar Junction Transistor) adalah salah satu dari dua jenis transistor. Cara kerja BJT dapat dibayangkan sebagai dua dioda yang terminal positif atau negatifnya berdempet, sehingga ada tiga terminal. Ketiga terminal tersebut adalah emiter (E), kolektor (C), dan basis (B). (Fauzi, 2007)
Perubahan arus listrik dalam jumlah kecil pada terminal basis dapat menghasilkan perubahan arus listrik dalam jumlah besar pada terminal kolektor. Prinsip inilah yang mendasari penggunaan transistor sebagai penguat elektronik. Rasio antara arus pada koletor dengan arus pada basis biasanya dilambangkan dengan β atau hFE. β biasanya berkisar sekitar 100 untuk transistor-transisor BJT. (Fauzi, 2007)
II.3.2 Transistor Unipolar
FET (juga dinamakan transistor unipolar) hanya menggunakan satu jenis pembawa muatan (elektron atau hole, tergantung dari tipe FET). Dalam FET, arus listrik utama mengalir dalam satu kanal konduksi sempit dengan depletion zone di kedua sisinya (dibandingkan dengan transistor bipolar dimana daerah Basis memotong arah arus listrik utama). Dan ketebalan dari daerah perbatasan ini dapat dirubah dengan perubahan tegangan yang diberikan, untuk mengubah ketebalan kanal konduksi tersebut. (Fauzi, 2007)
FET dibagi menjadi dua keluarga: Junction FET (JFET) dan Insulated Gate FET (IGFET) atau juga dikenal sebagai Metal Oxide Silicon (atau Semiconductor) FET (MOSFET). Berbeda dengan IGFET, terminal gate dalam JFET membentuk sebuah dioda dengan kanal (materi semikonduktor antara Source dan Drain). Secara fungsinya, ini membuat N-channel JFET menjadi sebuah versi solid-state dari tabung vakum, yang juga membentuk sebuah dioda
antara antara grid dan katode. Dan juga, keduanya (JFET dan tabung vakum) bekerja di "depletion mode", keduanya memiliki impedansi input tinggi, dan keduanya menghantarkan arus listrik dibawah kontrol tegangan input. (Fauzi, 2007)
II.4 Kapasitor
Kapasitor merupakan sebuah komponen dasar elektronika yang banyak digunakan pada komponen elektronik karena kapasitor berfungsi untuk menyimpan muatan listrik secara sementara waktu untuk kemudian dilepaskan.Besarnya muatan yang dapat ditampung oleh sebuah kapasitor disebut dengan Kapasitansi Kapasitor, yang dinyatakan dalam satuan mikro Farad (μF).
Pada dasarnya kapasitor terbagi atas 2 jenis yaitu (Fauzi, 2007):
a. Kapasitor Tetap
b. Kapasitor Tidak Tetap
II.4.1 Kapasitor Tetap
Kapasitor tetap adalah kapasitor yang nilai kapasitan penyimpanan muatan listrik tetap dan tidak dapat berubah-ubah. Kapasitor tetap terbagi menjadi dua (Fauzi, 2007) :
a. Kapasitor Non-Elektrolit
Kapasitor non-polar adalah kapasitor yang tidak memiliki polaritas sehingga pemasangan pada rangkaian tidak perlu memperhatikan polaritas pada kaki-kakinya.Contoh dari kapasitor non-elektrolit antara lain kapasitor yang terbuat dari bahan keramik dan mika. Pada skema kapasitor non-elektrolit symbol ditunjukan seperti pada gambar dibawah ini (Fauzi, 2007):
b. Kapasitor Elektrolit
Kapasitor elektrolit adalah sebuah kapasitor yang memiliki polaritas. Sehingga untuk pemasangan komponen pada rangkaian harus memperhatikan polaritas pada kaki-kakinya, antara kutub positif dan kutub negatif.Jika terjadi kesalahan pemasangan pada rangkaian maka dapat menyebabkan kerusakan pada komponen lainnya yang terdapat didalam rangkaian tersebut. Salah satu comtoh kapasitor elektrolit adalah ELCO (Electrilyte Condensator). (Fauzi, 2007)
Pada umumnya nilai kapasitansi dari kapasitor tetap dapat dilihat dari label permukaannya. Hanya saja ada perbedaan dalam pembacaan nilai dari masing-masing jenis kapasitor. Pada kapasitor elektrolit, untuk mengetahui nilai kapasitansinya cukup dengan membaca langsung label yang sudah tersedia dan umumnya disusun dalam satuan mikro Farad (μF) dan dilengkapi dengan batas tegangan kerjanya. (Fauzi, 2007)
Ada dua cara untuk membaca nilai kapasitansi yang terdapat pada badan kapasitor non-elektrolit.Untuk kapasitor non-elektrolit yang pada badannya tertera tiga angka,cara membacanya sebagai berikut. Angka pertama dan kedua adalah variabel nilai, sedangkan angka ketiga adalah faktor kali. Adapun satuan yang digunakan adalah pico Farad (pF). (Fauzi, 2007)
Sedangkan untuk kapasitor non-elektrolit yang pada permukaannya tertera satu tanda titik (.) dan dua angka, cara membacanya dua angka dibelakang titik diubah menjadi dua angka dibelakang koma. Adapun satuan yang digunakan adalah mikro Farad (μF). (Fauzi, 2007)
II.4.2 Kapasitor Tidak Tetap
Kapasitor tidak tetap adalah kapasitor yang nilai kapasitansinya dapat diubah-ubah. Contoh dari kapasitor tidak tetap antara lain Trimmer dan Varco (Variable Condensator). (Fauzi, 2007)
II.5 TRANSFORMATOR
Transformator adalah suatu alat yang dapat mengubah nilai tegangan AC selain itu transformator juga dapat menaikan dan menurunkan tegangan AC menurut output yang diperlukan oleh pencatu daya. Transformator bekerja berdasarkan prinsip induksi. Sebuah transformator terdiri atas dua kumparan kawat yang terisolasi yang dililitkan mengelilingi kepingan-kepingan inti besi lunak. Kumparan input disebut kumparan primer sedangkan kumparan output disebut kumparan sekunder. Tegangan bolak-balik dihubungkan pada input dari kumparan primer. Tegangan output yang dibutuhkan muncul pada ujung-ujung kumparan sekunder. Pada transformator ideal daya pada sisi primer dan sekunder adalah sama. (Malvino, 2003)
Atau
Kita dapat menyusun kembali persamaan tersebut
Tetapi persamaan 2.8 mengakibatkan V2 /V1 = N2 /N1 sehingga
Efesiensi Transformator
Efesiensi dapat didefinisikan sebagai perbandingan antara daya keluaran (output) dengan daya masukan (input). (Malvino, 2003)
Dalam masukan ialah daya keluaran + rugi-rugi
Adapun Kontruksi dan simbol dari transformator ditunjukkan pada gambar 2.12 dibawah ini :
Bila kawat pada kumparan sekunder lebih banyak dari pada kumparan primer, maka tegangan output lebih besar dari pada tegangan input. Ini yang disebut transformator step-up atau penaik tegangan. Bila lilitan kawat pada kumparan primer lebih banyak dari pada kumparan sekunder, maka tegangan output akan lebih kecil dari pada tegangan input. Ini yang disebut dengan transformator step-down atau penurun tegangan. (Malvino, 2003)
II.6 BATERAI
II.6.1 Pengertian Baterai
Baterai adalah salah satu alat yang mampu mengubah energi kimia yang terdapat didalam bahan aktifnya secara langsung, menjadi energi listrik dengan jalan reaksi elektro kimia. saat beterai digunakan maka energi kimia tersebut diubah menjadi energi listrik. Baterai yang digunakan sebagai sumber tenaga utama tegangan DC mempunyai tegangan sebesar 12 VDC. Adapun simbol baterai ditunjukkan pada gambar 2.13 dibawah ini (Malvino, 2003) :
Kapasitas baterai menyatakan berapa lama kemampuan untuk memberikan aliran listrik pada tegangan tertentu yang dinyatakan dalam Ampere Hour (AH). Kapasitas baterai tergantung pada jumlah rancangan dan ukuran sel, elekrolit dan cara pengisian. Banyaknya energi yang dapat diberikan oleh setiap baterai yang terisi penuh juga tergantung pada beberapa variable seperti laju pengosongan, temperature, dan berat jenis elektrolit. Sebagai contoh untuk baterai dengan kapasitas arus 45 Ampere Hour (AH), maka baterai tersebut dapat mencatu erus 45 Ampere selama 1 jam atau 1 Ampere selama 45 jam. (Malvino, 2003)
Adapun kapsitas baterai dinyatakan sebagai berikut (Malvino, 2003) :
Q = I x t ........................................................................................ (2.13)
Dimana :
Q = Kapasitas baterai dengan satuan AH.
I = Arus pengisian atau arus pemakaian dengan satuan Ampere.
t = waktu pengisian atau pemakaian dengan satuan Hour.
Menurut penggunaan baterai terdiri dari 2 jenis yaitu (Malvino, 2003) :
Baterai Primer adalah baterai yang sangat sulit sekali bila dilakukan pengisian kembali secara listrik,. oleh karena itu baterai ini hanya bias dipakai satu kali dan tidak bias dipakai kembali. Banyak sekali diantara baterai-baterai primer ini yang menggunakan elektrolit yang dipisahkan oleh absorbent atau bahan pemisah, baterai ini dinamakan sel kering. Contoh dari baterai primer ini adalah baterai alkaline, mercuri dan lainnya.
Baterai sekunder adalah baterai-baterai yang bisa dilakukan pengisian kembali secara elektirk setelah baterai tersebut kosong. Penggunaan baterai sekunder ini lebih ekonomis dan praktis, karena dapat dilakukan pengisian kembali seperti semula. Cara pengisian baterai dilakukan dengan mengalirkan arus DC ke baterai tersebut. Baterai jenis ini merupakan suatu alat yang bisa menyimpan energy listrik dan dikenal dengan accumulator.
II.6.2 Accumulator
Accumulator adalah sebuah sel listrik dimana didalamnya berlangsung prose elektrokimia yang revesibel (dapat berbalikan) dengan efisiensi yang tinggi. Yang dimaksud dengan proses elektrokimia revesibel, adalah didalam baterai dapat berlangsung proses pengubahan kimia menjadi tenaga listrik (proses pengosongan), dan sebaliknya dari tenaga listrik menjadi tenaga kimia pengisian kembali dengan cara regenerasi dari elektroda-elektroda yang dipakai, yaitu dengan melewatkan arus listrik dalam arah ( polaritas ) yang berlawanan didalam sel. Adapun konstruksi accumulator ditunjukkan oleh Gambar 2.15. (Malvino, 2003)
Bagian-bagian akumulator timah hitam dan fungsinya sebagai berikut (Malvino, 2003) :
1. Rangka, berfungsi sebagai rumah akumulator.
2. Kepala kutub positif, berfungsi sebagai terminal kutub positif.
3. Penghubung sel, berfungsi untuk menghubungkan sel-sel.
4. Tutup Ventilasi, berfungsi menutup lubang sel.
5. Penutup, berfungsi untuk menutup bagian atas akumulator.
6. Plat-plat, berfungsi sebagai bidang pereaktor.
7. Plat negatif, terbuat dari Pb, berfungsi sebagai bahan aktif akumulator.
8. Plat positif, terbuat dari PbO2, berfungsi sebagai bahan aktif akumulator.
9. Ruang sedimen, berfungsi untuk menampung kotoran.
10. Plastik pemisah, berfungsi untuk memisahkan plat positif dan negatif.
11. Sel-sel.
Tiap sel accumulator ini terdiri dari dua macam elektroda yang berlainan, yaitu elektroda positif dan elektroda negative yang dicelupkan dalam suatu larutan kimia. (Malvino, 2003)
Berikut prinsip kerja accumulator secara sederhana dapat dilihat pada gambar 2.16 dibawah ini (Malvino, 2003) :
a. Proses pengosongan (discharge) pada sel berlangsung menurut skema Gambar 2.15.(a). Bila sel dihubungkan dengan beban maka, elektron mengalir dari anoda melalui beban ke katoda, kemudian ion-ion negatif mengalir ke anoda dan ion ion positif mengalir ke katoda.
b. Pada proses pengisian (charge)menurut skema Gambar 2.15.(b) diatas adalah bila sel dihubungkan dengan power supply maka elektroda positif menjadi anoda dan elektroda negatif menjadi katoda dan proses kimia yang terjadi adalah sebagai berikut:
1). Aliran elektron menjadi terbalik, mengalir dari anoda melalui power suplai
ke katoda.
2). Ion-ion negatif mengalir dari katoda ke anoda
3). Ion-ion positif mengalir dari anoda ke katoda
Jadi reaksi kimia pada saat pengisian (charging) adalah kebalikan dari saat pengosongan (discharging). (Malvino, 2003)
II.7 DIODA
Dioda adalah komponen elektronika yang bersifat setengah penghantar (semikonduktor), berarti dioda hanya dapat mengalirkan arus listrik dari satu arah saja dan menghentikan arus listrik dari arah yang berlawanan. (Fauzi, 2007)
Dioda tersusun dari bahan semikonduktor tipe P dan semikonduktor tipe N. Pada dioda itu bahan semikonduktor tipe P dinamakan anoda sedangkan bahan semikonduktor tipe N dinamai dengan katoda. Simbol dioda dapat dilihat pada gambar 2.17. sebagai berikut (Fauzi, 2007):
Jika anoda yang terdapat pada dioda dihubungkan dengan kutub positif sumber arus, sedangkan katodanya dihubungkan dengan kutub negatif sumber arus, maka mengalirlah arus listrik dengan sempurna. Dapat dilihat pada gambar 2.18 a. Jika anoda dihubungkan dengan kutub negatif sumber arus sedangkan katodanya dengan kutub positif, maka tidak ada arus yang mengalir atau arus mengalir sangat lemah sekali. Dapat dilihat pada gambar 2.8 b. (Fauzi, 2007)
II.7.1 Karakteristik Dioda
Didalam penggunaan dioda ada beberapa hal yang harus diingat yaitu jatuh tegangan dalam arah maju, biasanya berharga kecil yaitu 0,7 V untuk dioda silicon dan 0,3 V untuk dioda germanium. Jika tegangan dioda melebihi harga tersebut, arus dioda akan bertambah dengan cepat. (Fauzi, 2007)
Karakteristik dioda menunjukkan bahwa dioda menghantar dengan mudah dalam arah maju dan bekerja sebagai penghantar buruk dalam arah sebaliknya, jadi bila digunakan secara tepat suatu dioda akan bekerja sebagai penghantar searah. Hal ini dapat dilihat pada karakteristik dioda dala gambar 2.19. (Fauzi, 2007)
II.7.2 Light Emiting Dioda (LED)
Light Emiting Dioda (LED) adalah komponen yang dapat memancarkan cahaya. LED merupakan produk temuan lain setelah dioda dan strukturnya sama dengan dioda. Bahan dasar yang digunakan dalam pembuatan LED adalah bahan Galium Arsenida (GaAs) atau Galium Arsenida Phospida (GaAsP) atau juga Galium Phospida (GaP), bahan-bahan ini memancarkan cahaya dengan warna yang berbeda-beda. Bahan GaAs memancarkan cahaya infra-merah, Bahan GaAsP memancarkan cahaya merah atau kuning, sedangkan bahan GaP memancarkan cahaya merah atau hijau. Bentuk fisik dan Simbol dioda LED ini ditunjukkan pada gambar 2.20 di bawah ini (Fauzi, 2007):
Dalam memilih LED selain warna, perlu diperhatikan tegangan kerja, arus maksimum, dan dayanya. Cashing dan bentuk fisik LED juga bermacam-macam ada yang bulat, persegi empat dan juga lonjong. (Fauzi, 2007)
II.7.3 Dioda Zener
Dioda zener adalah dioda yang dirancang khusus untuk beroperasi pada tegangan mundur. bentuknya sama dengan dioda biasa. Sifat dioda zener sama dengan dioda biasa, hanya saja dioda zener dapat menghantar walau dalam keadaan bias mundur yang rendah. Simbol diode zener ditunjukkan pada gambar 2.21 dibawah ini (Fauzi, 2007) :
Prinsip kerja doida zener yaitu dioda akan menghantar apabila tegangan sebesar tegangan tembusnya telah tercapai atau lebih. tetapi akam menyumbat bila tegangan kurang dari tegangan tembusnya. (Fauzi, 2007)
BAB III
METODOLOGI PERCOBAAN
III.1 Alat dan Bahan
III.1.1 Alat
a. Solder
solder merupakan alat yang dapat mengubah energy listrik menjadi energi panas dan berfungsi untuk melelehkan timah.
b. Setrika
setrika berfungsi sebagai alat sablon mini pada proses pembuatan PCB.
c. Tang
Tang berfungsi untuk memotong kaki-kaki komponen yang telah dipatri pada PCB.
d. Bor Mini
Bor mini digunakan untuk melubangi PCB sebagai tempat kaki-kaki komponen elektronika.
e. Multimeter
Multimeter disebut juga sebagai avometer karena digunakan mengukur besaran arus listrik, tegangan listrik, dan tahanan listrik. Selain itu digunakan juga untuk mengukur tegangan AC.
f. Cutter
Cutter digunakan untuk memotong bahan-bahan yang digunakan dalam penyusunan inverter, misalnya PCB.
g. Penyedot Timah
Penyedot timah berfungsi untuk mengambil timah yang sudah terpatri pada kaki komponen.
III.1.2 Bahan
a. Timah
Timah merupakan material perekat komponen elektronik.
b. PCB( Printed Circuit Board )
PCB adalah papan rangkaian yang terbuat dari bahan isolator dengan permukaan yang dilapisi tembaga. PCB berguna sebagai tempat pemasangan dan penghubung komponen-komponen elektronika.
c. Kertas Gosok (Ampelas)
Kertas gosok berguna untuk mengikis bagian luar tembaga yang berkarat atau tertutup debu.
d. Aki
Aki digunakan sebagai power supply dengan daya yang besar.
e. Resistor
Resistor yang digunakan dan digunakan untuk membatasi arus yang mengalir dalam rangkaian tertutup. Resistor yang digunakan yaitu 4,7 K dan 0.1R-5W
f. Potensiometer
potensiometer merupakan komponen resistor tiga terminal yang digunakan sebagai rangkaian pembagi tegangan. Potensiometer yang digunakan adalah 250K.
g. Kapasitor
Kapasior berfungsi untuk menyimpan muatan listrik sementara. Kapasitor yang digunakan ialah 0.022µF dan 220µF-25V.
h. Transistor
Transistor umumnya berfungsi sebagai sakelar dan komponen penguat tegangan atau arus listrik. Transistor yang digunakan adalah TIP122 dan 2N3055.
i. dioda
dioda berfungsi sebagai komponen penyearah. Dioda yang digunakan adalah BY127 dan 9.1 V Zener.
j. Transformator
Transformator berfungsi untuk mengubah nilai tegangan AC selain itu transformator juga dapat menaikan dan menurunkan tegangan AC menurut output yang diperlukan oleh pencatu daya.
k. IC (Integrated Circuit)
IC berfungsi Penguat Daya (Power Amplifier), Penguat Sinyal (Signal Amplifier), Penguat Operasional (Operational Amplifier / Op Amp), Penguat Sinyal Mikro (Microwave Amplifier), Penguat RF dan IF (RF and IF Amplifier), Comparator, Multiplier, Penerima Frekuensi Radio (Radio Receiver), dan Regulator Tegangan (Voltage Regulator). IC yang digunakan adalah CD4047.
l. Sekering atau fuse
Sekering adalah komponen yang berfungsi sebagai pengaman dalam Rangkaian Elektronika maupun perangkat listrik. Fuse (Sekering) pada dasarnya terdiri dari sebuah kawat halus pendek yang akan meleleh dan terputus jika dialiri oleh Arus Listrik yang berlebihan ataupun terjadinya hubungan arus pendek (short circuit) dalam sebuah peralatan listrik / Elektronika. Sekering yang digunakan adalah 10A Fuse.
m. kabel jumper
jumper berfungsi untuk menghubungkan satu rangkaian dengan rangkaian lainnya.
III.2 Prosedure Pengerjaan
Mempersiapkan alat dan bahan
Membuat skema rangkaian di computer dengan menggunakan software misalnya Eagle, dll.
Membuat jalur pada pcb dengan cara :
Mengfotokopi skema PCB ke kertas instruk
Mengampelas seluruh permukaan PCB
Memposisikan gambar PCB diatas papan PCB, jalur PCB (tinta Toner) menghadap ke papan PCB (tembaga)
Menekan Setrika agak kuat diatas PCB tadi sampai gambar menempel ke papan PCB dan lakukan penggosokan secara merata ke permukaan yg lain.
Melepaskan kertas dengan pelan-pelan dengan tangan sampai gambar/jalur nampak.
Menggunakan Spidol permanent untuk menyambung jika ada jalur yang putus.
Proses pelarutan PCB.
Memasukkan Ferric Cloride (FeCl3) secukupnya ke dalam wadah plastic (paling tidak 1 bungkus kemasan), dan memasukkan air panas/hangat secukupnya +/- 100ml (1/2 gelas), sampai seluruhnya lebur dengan air.
Memasukkan papan PCB kedalam larutan Ferri Cloride (FeCl3) tadi
Mengangkat papan PCB dan bersihkan dengan air yang mengalir (air kran).
Untuk membersihkan gambar/toner, menggosokan amplas pelan-pelan sambil menyiram air kran sampai benar-benar bersih.
Melubangi PCB dengan bor sesuai besarnya kaki komponen
Membersihkan papan PCB.
Merakit komponen disesuaikan dengan skema PCB
Melakukan penyolderan antara komponen PCB
Memasang kabel jumper untuk dihubungkan dengan trafo, aki, dan stop kontak.
Mengukur tegangan keluaran trafo
Menguji rangkaian dengan lampu, kipas angin, TV dan alat elektronik lain.
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
IV.1 Hasil
IV.1.1 Sketsa Rangkaian
IV.1.2 Simulasi Rangkaian
Pada hasil simulasi yang telah dilakukan, input yang dimasukkan pada inverter tersebut sebesar 12 volt DC yang berasal dari aki, dan keluaran yang didapatkan pada inverter tersebut sebesar 25 volt AC. Dan kemudian keluaran dari transistor rangkaian tersebut dihubungkan dengan bagian 18 volt pada transformator dan bagian positif dari rangkaian tersebut dihubungkan pada central tag pada pada transformator tersebut. Dan setelah diukur keluaran pada transformator tersebut menghasilkan 220 volt tegangan AC.
IV.1.3 Hasil Percobaaan
Pada hasil yang didapatkan setelah inverter dibuat pada PCB polos, didapatkan bahwa saat inverter tersebut diberikan input 12 volt DC, akan menghasilkan output sebesar 25 Volt AC, kemudian output tersebut disambungkan pada transformator, dan ternyata pada saat tegangan dari output transformator tersebut di ukur didapatkan tegangan ±150 volt.
IV.2 Pembahasan
Rangkaian inverter DC to AC diatas disusun dari beberapa bagian utama sebagai berikut.
1. Pembangkit pulsa , rangkaian ini berfungsi untuk membangkitkan frekuensi kerja inverter, bagian ini dibangun dengan IC CD4047.
2.Driver inverter, bagian ini berfungsi mengontrol sistem induksi transformer step up. komponen yang digunakan adalah 2 unit MOSFT IRF540.
3. Penaik tegangan (Tsep Up), bagian ini berfungsi untuk menaikan tegangan 12 volt menjadi 220 volt AC. bagan ini mengunakan transformer 10 A 12 V
Prinsip kerja dari rangkaian inverter DC 12V ke AC 220V diatas adalah sebagai berikut. Pulsa driver MOSFET IRF540 dibangkitkan oleh pembangkit pulsa IC CD4047, pulsa dari rangkaian multivibrator astabil ini adalah 2 pulsa dengan fasa yang saling berkebalikan 180°. Pulsa Q dan Q tersebut digunakan untuk memberikan driver ke gate MOSFET IRF540dan akan menginduksi transformato step up secara bergantian. Sehingga transformator step up akan mendapat induksi secara 2 arah dari titik CT. Karena proses induksi tersebut maka pada primer transformator akan memberikan tegangan AC induksi sebesar 220 volt dengan bentuk gelomabng kotak (square wave).
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
V.1 Kesimpulan
Inverter adalah salah satu alat untuk mengubah arus AC ke DC untuk menyuplay listrik ke dinamo motor dengan arus DC, jadi alat ini aslinya mempunyai multi fungsi, merubah AC ke DC kemudian mengeluarkannya dengan arus AC kembali. semua ini dilakukan dengan mengubah potensiner yang terdapat pada inverter tersebut. selain itu kita dapat dengan gampang mengubah daya sesuai dengan keinginan kita.
Pada rangakain kami, yang berfungsi untuk mengubah arus DC Ke AC adalah komponen yang disebut transistor. Untuk menaikkan tegangan hasil keluaran inverter ini disambungkan ke trafo sehingga menghasilkan keluaran sebesar 220 V.
V.2 Saran
Agar lebih memperkenalkan mesin-mesin listrik seperti generator dan motor listrik secara langsung agar lebih memahaminya secara mendalam bukan hanya teori tetapi praktiknya secara visual dapat dipahami karena jika hanya teorinya saja maka ilmunya hanyalah sebatas diketahui tidak dipahami dan lebih sulit dipahami jika ingin dipahami karena ilmu teknik merupakan ilmu terapan bukan ilmu teori semata jadi sekiranya kedepan alat dan mesin-mesin listriknya lebih diperkenalkan dan diperlihatkan cara kerjanya secara langsung dan untuk pembimbing terima kasih banyak telah membimbing dengan sebaik dan sebisa mungkin jadi mohon dipertahankan sikapnya.
DAFTAR PUSTAKA
Albert Paul Malvino, 2003, Prinsip-Prinsip Elektronika, Jakarta: Salemba Teknika.
Fauzi ,Ahmad, 2007,Aplikasi inverter Untuk mengurangi konsumsi daya pada beban puncak,Tugas Akhir Elektro Industri- EEPIS,.
Samson, DMS, 2005, Perancangan dan Pembuatan Inverter Tiga Fasa, Sekolah Tinggi Teknologi Pekanbaru, Indonesia.
