sistem perencanaan AVR berbasis mikrokontroller

PROYEK AKHIR

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

ELCA WIRYANTI W.S NRP. 7308.040.022

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

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

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO INDUSTRI DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK ELEKTRONIKA NEGERI SURABAYA INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2012

PROYEK AKHIR

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

ELCA WIRYANTI W.S NRP. 7308.040.022

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

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

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO INDUSTRI DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK ELEKTRONIKA NEGERI SURABAYA INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2012

ABSTRAK   Ketidakstabilan  Ketidakstabilan tegangan kebanyakan kebanyakan disebabkan disebabkan oleh adanya variasi beban akibat terjadi distribusi beban yang tidak seimbang pada tiap fasa.  Ketidakstabilan  Ketidakstabilan tegangan umumnya terjadi pada beban-beban beban-beban besar. Untuk  mengatasi ketidakstabilan tegangan ini digunakan AVR (automatic voltage regulator). Pada penelitian ini akan dirancang suatu alat yang berfungsi untuk  mengatur kestabilan tegangan pada generator sinkron yang berupa Automatic Voltage Regulator (AVR). Automatic Voltage Regulator terdiri atas rangkaian rectifier (halfwave controlled rectifier), boost converter yang menghasilkan tegangan DC yang selanjutnya tegangan DC ini akan digunakan untuk menaikkan tegangan di kumparan medan yang menghasilkan tegangan sebesar 50 volt dengan duty cycle yang dapat diatur secara otomatis menggunakan sinyal PWM melalui mikrokontroler. Sinyal PWM akan dikontrol melalui kontrol logika fuzzy. Kata Kunci  : AVR (Automatic Voltage Regulator), kontrollogika fuzzy , dan

 generator sinkrontiga sinkrontigafasa. fasa.

ABSTRACT  Voltage unstable is caused mostly by the presence of load variations occur due to an unbalanced load distributionin each phase. Voltage unstable  generally occurs in large loads. To overcome the instability of this voltage is used AVR (automatic voltage regulator). Voltage regulator output voltage  serves as the controller so that the output voltage from the generator can be adjusted by regulating the magnetic field coils. Therefore, to regulate the  stability of the voltage at the required three-phase synchronous generator AVR (Automatic Voltage Regulator). In this study will be designed a tool that serves to regulate the voltage stability in the form of synchronous generator   Automatic Voltage Regulator (AVR) ..PWM signal will be controlled by fuzzy logic control. Keywords  : AVR (Automatic Voltage Regulator), fuzzy logic control, and three-

 phase synchronous generator.

KATA PENGANTAR 

Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan ridho-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan menyelesaikan buku proyek proyek akhir yang berjudul ”Sistem Perencanaan  AVR (Automatic Voltage Voltage Regulator) Metode Metode Kontrol Logika Fuzzy Fuzzy Berbasis  Mikrokontroller”. Buku ini disusun sebagai gambaran proyek akhir yang akan kami kerjakan. Buku ini berisi tentang alasan pemilihan judul dan proses  pembuatan AVR (Automatic Voltage Regulator) sebagai penstabil tegangan output pada generator sinkron tiga fasa. Selama pembuatan buku ini kami telah banyak memperoleh  bimbingan dan arahan. Oleh karena itu kami mengucapkan banyak terima kasih kepada : 1. Epyk Sunarno, S.ST, MT selaku dosen pembimbing 1 Tugas Akhir. 2. Ir. Indhana Sudiharto, MT selaku dosen pembimbing 2 Tugas Akhir. 3. Teman-teman, serta semua pihak yang tidak dapat saya sebutkan satu  per-satu. Dengan menyadari keterbatasan ilmu kami, tentu buku ini masih  jauh dari sempurna. Untuk itu kami selaku penulis dengan senang hati menerima kritik dan saran yang bersifat membangun dari para pembaca  buku ini.

UCAPAN TERIMA KASIH

Dengan penuh rasa syukur kehadirat Allah SWT dan tanpa menghilangkan rasa hormat yang mendalam, saya selaku penyusun dan  penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar sebesar-besarny -besarnyaa kepada pihak pihak yang telah membantu penulis untuk menyelesaikan menyelesaikan proyek proyek akhir  ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Allah SWT, karena perlindungan, pertolongan dan ridho-Nya saya mampu menyelesaikan Proyek Akhir ini serta hambanya yang termulia Nabi Besar  Muhammad SAW. 2. Untuk kedua orangtua ku yang telah memberikan semangat dan nasihat terbaik bagiku. 3. Bapak  Ir. Dadet Pramadihanto, M.Eng Ph.D selaku direktur  PENS-ITS. 4. Bapak  Indhana Sudiharto S.T, M.T selaku ketua program studi Teknik Elektro Industri PENS-ITS. PE NS-ITS. 5. Bapak  Epyk Sunarno SST, M.T dan Bapak  Indhana Sudiharto, saya. S.T., M.T. selaku dosen pembimbing proyek akhir saya. 6. Bapak  Hariono A.md selaku teknisi Laboratorium Rangkaian listrik yang telah membantu dan memberikat dukungan serta nasihat terhadap saya. 7. Seluruh Bapak dan Ibu dosen yang telah membimbing dan membekali ilmu kepada penulis selama penulis menempuh  pendidikan di kampus tercinta ini, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya-ITS ( PENS-ITS ). 8. Teman-teman D4 08 yang telah memberikan pengalaman yang  belum pernah dialami sebelumnya sebelumnya seperti ini sehingga menjadikan saya bersemangat dan motivasi tinggi kelak dikemudian hari. 9. Lia kurniawati dan Aprilya Elsandari yang telah mengorbankan waktunya untuk memberikan motivasi dan menemaniku saat menemui kegalauan dalam tugas akhir sehingga memiliki semangat tak terbatas seperti sekarang ini. 10. Mbak Suci Ramadhani yang telah merelakan kamarnya untuk  tempat saya mengerjakan tugas akhir. ’

Semoga Allah SWT selalu memberikan m emberikan perlindungan, rahmat dan nikmat-Nya bagi kita semua. Amin

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL .................................................................

i ii HALAMAN PENGESAHAN ................................................... ABSTRAK ................................................................................ iii KATAPENGANTAR ............................................................... iv v UCAPAN TERIMA KASIH ..................................................... DAFTAR ISI............................................................................. vi DAFTAR GAMBAR ................................................................ viii DAFTAR TABEL ................................................................... xviii BAB I. PENDAHULUAN

Halaman

1.1 Latar Latar Belaka Belakang ng .............................. .............. ............................... ............................... ........................ ........ 1.2 Tujuan Tujuan ............................... ............... .............................. .............................. .............................. ..................... ....... 1.3 Permasalah Permasalahan an............................... ............... ............................... .............................. .......................... ........... 1.4 Metodolo Metodologi gi ................................ ................ .............................. .............................. ............................. ............. 1.5 Sistemati Sistematika ka Pembahasan Pembahasan ............................... ................ ............................... ........................ ........ 1.6 Tinjauan Tinjauan Pustaka Pustaka .............................. .............. .............................. .............................. ...................... ......

1 1 2 3 5 6

BAB II. TEORI PENUNJANG

2.1 AVR (Automatic Voltage Regulator) ......... .... .......... .......... ......... ......... ......... ........ .... 2.2 Generator Generator Sinkron Sinkron............................... ................ .............................. ............................... ................... ... 2.3 DC-DC Converter (Boost (Boost Converter) ......... .... .......... .......... ......... ......... ......... ........ .... 2.3.1Prinsip 2.3.1Prinsip Kerja Kerja ............................... ................ .............................. ............................... ................... ... 2.4 Desain Desain Induktor Induktor ................................ ................ .............................. .............................. ...................... ...... 2.5 Rangkaian Penyearah Penyearah Setengah Setengah Gelombang Gelombang ......... .... ......... ......... .......... ........ ... 2.5.1Silico 2.5.1Silicon n Controlled Controlled Rectif Rectifier ier ........................... ................ ............... . 2.5.2Karakte 2.5.2Karakteristik ristik SCR.............. SCR.............................. .............................. ............................ .............. 2.5.3Penga 2.5.3Pengaruh ruh Temperatu Temperaturr Pada Suhu ................................ ................ ................... ... 2.5.4Rangkaia 2.5.4Rangkaian n Penyearah Penyearah................ ................................ .............................. ..................... ....... 2.5.5Penyearah 2.5.5Penyearah Setengah Setengah Gelombang Gelombang Terkontrol Terkontrol ......... .... ......... ......... ....... 2.5.6Rangkaian Penyearah Penyearah Setengah Setengah Gelombang Gelombang Satu Satu Fasa ... 2.6 Sensor Sensor Tegangan Tegangan .............................. .............. .............................. .............................. ...................... ...... 2.7 PWM Kontrol Kontrol .............................. .............. ............................... .............................. .......................... ........... 2.8 Mikroko Mikrokontrole ntrolerr Atmega 16 16............................... ............... .............................. ..................... ....... 2.9 Kontro Kontroll Logika Logika Fuzzy ............................... ............... .............................. ............................ .............. 2.9.1Desai 2.9.1Desain n Rule Base.................... Base................................... ............................... ........................ ........

7 7 10 11 12 13 13 15 17 19 19 20 22 22 23 29 13

2.10 Code Vision AVR ............................................................... 2.11MOSFET ............................................................................. 2.11.1Simbol Rangkaian MOSFET .................................................................. 2.12Optocoupler ......................................................................... 2.13Rangkaian Drive Totempole ................................................. 2.14Mikrokontroler .................................................................... 2.14.1Konsep Mikrokontroler .............................................. 2.15IC TCA 785.........................................................................

33 35 36 37 37 40 40 41

BAB III. PERANCANGAN DAN PEMBUATAN

3.1 Blok Diagram ....................................................................... 3.2 Perencanaan Boost Converter................................................ 3.3 Perencanaan Halfwave Controlled Rectifier .................................................................... 3.4 Perencanaan Sensor Tegangan .............................................. 3.5 Perencanaan Kontrol Logika Fuzzy ......................................................................................... 3.6 Pembuatan ATMEGA 16 ...................................................... 3.7 Perencanaan Hardware pada mikrokontroler (Optocoupler) .....................................................

45 47 53 56 58 61 63

BAB IV. PENGUJIAN DAN ANALISA

4.1 Pengujian PWM.................................................................... 4.1.1 Pengujian PWM Mikrokontroler ................................... 4.1.2Pengujian Optocoupler .................................................. 4.1.3 Pengujian Rangkaian Totempole............................................................................. 4.2 Pengujian Driver TCA 785.................................................... 4.3 Pengujian Halfwaved Controlled Rectifier ..................................................................................... 4.4 Pengujian Sensor Tegangan .................................................. 4.5 Pengujian Boost Converter ....................................................

65 65 66 68 70 72 75 77

DAFTAR GAMBAR  Gambar

Halaman

2.1.Generator AC Konvensional ................................................. 2.2.Generator AC Penguat Statis ................................................. 2.3.Rangkaian Boost Converter................................................... 2.4.a Switching Mode Saklar ON ................................................ 2.4.b.Switching Mode Saklar OFF .............................................. 2.5.a Bentuk Fisik Toroid (Tampak Depan) ................................. 2.5.b Bentuk Fisik Toroid (Tampak Samping) ............................. 2.6.Susunan SCR........................................................................ 2.7.Konfigurasi SCR .................................................................. 2.8.Karakteristik Tegangan dan Arus SCR .................................. 2.9.Perubahan Break Over Voltage ............................................. 2.10.Rangkaian Halfwave Controlled Rectifier............................ 2.11.Rangkaian Halfwave Controlled Rectifier............................ 2.12.Bentuk Gelombang Tegangan Input Penyearah .................... 2.13.Bentuk Gelombang Tegangan Output Penyearah ................. 2.14.Bentuk Gelombang Arus Output ......................................... 2.15.Rangkaian Resistor Pembagi Tegangan ............................... 2.16.Rangkaian PWM Kontrol .................................................... 2.17.Gelombang Pulsa Keluaran PWM ....................................... 2.18.Pin-Pin ATMEGA 16 kemasan 40 pin ............................... 2.19.Arsitektur CPU dari AVR ................................................... 2.20.Konfigurasi Pin Port ........................................................... 2.21.Blok Diagram Timer/Counter ............................................ 2.22.Timing Diagram Timer/Counter Tanpa Prescalling .............. 2.23.Timing Diagram Timer/Counter Dengan Prescaling............. 2.24.Timing Diagram Timer/Counter, menyeting OCF0 dengan  prescaler (fclk_I/O/8) ................................................................. 2.25. Timing Diagram Timer/Counter, menyeting OCF0 Pengosongan Data Timer Sesuai Dengan Data Pembanding Data Prescaler (fclk_I/O/8) ................................................................ 2.26.Blok Diagram Fuzzy ........................................................... 2.27.Membership Function ERROR............................................ 2.28. Membership Function DERROR ........................................ 2.29. Membership Function DUTY CYCLE ............................... 2.30.Code Vision AVR ............................................................... 2.31.Membuat Projek Baru menggunakan Code Vision AVR ......

9 10 11 11 11 12 12 13 14 16 16 19 20 21 21 21 22 23 23 25 26 28 29 29 30 31

31 32 33 33 33 35 36

2.32.Pengaturan Komponen Pada Code Vision AVR................... 36 2.33.Simbol MOSFET ................................................................ 38 2.34.Rangkaian Dasar Optocoupler ............................................. 39 2.35 Rangkaian Dasar Totempole ............................................... 40 2.36 IC TCA 785 ........................................................................ 41 2.37 Rangkaian Pembangkit IC TCA 785.................................... 42 3.1. Blok Diagram Sistem ........................................................... 45 3.2 .Rangkaian Simulasi Boost Converter ................................... 52 3.3 .Bentuk Gelombang Tegangan Output Boost ......................... 52 3.4.Bentuk Gelombang Arus Output Boost.................................. 53 3.5.Rangkaian Boost Converter................................................... 53 3.6. Rangkaian Single Phase Halfwave Controlled Rectifier  Resistive Load (R) ............................................................... 54 3.7. Bentuk Gelombang Single Phase Halfwave Controlled Rectifier54 3.8. Bentuk Gelombang Output Single Phase Halfwave Controlled Rectifier .............................................................................. 55 3.9.Rangkaian Halfwave Controlled Rectifier ............................. 56 3.10.Rangkaian Skematik Sensor Tegangan ................................ 57 3.11.Rangkaian Sensor Tegangan ............................................... 57 3.12.Perencanaan Membership Function ..................................... 58 3.13.Membership Function ERROR............................................ 58 3.14.Membership Function DERROR ......................................... 59 3.15.Membership Function Output.............................................. 59 3.16.Perencanaan Rule Base Pada Matlab ................................... 61 3.17.Minimum Sistem ATMEGA 16 .......................................... 62 3.18.Rangkaian Optocoupler ....................................................... 63 4.1.Pengujian PWM Mikro ......................................................... 65 4.2.Bentuk Gelombang PWM Mikrokontroler ............................. 66 4.3.Rangkaian Hardware Optocoupler ......................................... 67 4.4. Rangkaian Optocoupler........................................................ 67 4.5. Bentuk Gelombang Output Keluaran .................................... 68 4.6.Rangkaian Drive Totempole.................................................. 68 4.7.Rangkaian Keluaran Totempole ............................................ 69 4.8.Bentuk Gelombang Pada Kaki no 5 ....................................... 70 4.9.Bentuk Gelombang Pada Kaki no 10 ..................................... 70 4.10.Bentuk Gelombang Pada Kaki no 14 ................................... 70 4.11.Bentuk Gelombang Pada Kaki no 15 ................................... 71 4.12.Pengujian Halfwave Controlled Rectifier ............................. 72 4.13.Gelombang Output Penyulutan 90° ..................................... 72

4.14.Bentuk Gelombang Output Pada Kaki No 14....................... 4.15. Gelombang Output Penyulutan 150°................................... 4.16. Bentuk Gelombang Output Pada Kaki No 14 ...................... 4.17. Gelombang Output Penyulutan 180°................................... 4.18. Bentuk Gelombang Output Pada Kaki No 14 ...................... 4.19.Pengujian Sensor Tegangan................................................. 4.20. Grafik Luaran Sensor Tegangan ......................................... 4.21.Pengukuran Nilai Induktor .................................................. 4.22.Gelombang Output PWM pada Kaki Gate dan Source Pada Mosfet Rangkaian Boost Converter .................................... 4.23. Gelombang Output PWM pada Kaki Drain dan Source Pada Mosfet Rangkaian Boost Converter ....................................

73 73 74 74 75 76 77 78 79 80

DAFTAR TABEL Tabel

Halaman

2.1. Rule Base Kontrol Logika Fuzzy.......................................... 2.2. Tabel Fungsi Kaki TCA 785 ................................................ 3.1.Kondisi Tak Berbeban .......................................................... 3.2. Kondisi Berbeban (Drop Tegangan) .................................... 3.3. Kondisi Berbeban (Tegangan Dinaikkan) ............................. 4.1. Hasil Pengujian Halfwave Controlled Rectifier ..................... 4.2. Hasil Pengujian Sensor Tegangan......................................... 4.3.Pengujian Boost Converter....................................................

34 42 29 46 47 75 76 78

BAB I PENDAHULUAN 1.1

LATAR BELAKANG Ketidakstabilan tegangan dapat terjadi di sistem distribusi dimana saja. Ketidakstabilan tegangan dapat menimbulkan masalah serius pada peralatan-peralatan listrik dengan sistem induksi tiga fasa. Kondisi yang tidak stabil lebih sering disebabkan oleh adanya variasi dari beban (beban yang tidak seimbang). Ketika beban satu fasa dengan fasa lain berbeda, maka saat itulah kondisi yang tidak  stabil terjadi. Ketidakseimbangan tegangan disebabkan oleh impendansi, tipe beban, atau jumlah beban yang berbeda antara fasa yang satu dengan fasa lain.Ketidakseimbangan ini jika dibiarkan terus menerus akan menyebabkan kerusakan pada peralatan peralatan listrik misalnya motor, generator, dan peralatan listrik  lainnya. Saat kondisi berbeban tegangan eksitasinya sebesar 49 volt menghasilkan tegangan pada generator sebesar 380 volt. Oleh sebab itu, pada proyek akhir ini kami memfokuskan untuk mendesain AVR  yang berfungsi untuk mengatur tegangan output pada generator agar  tegangan menjadi konstan atau stabil. Dalam perencanaan AVR diperlukan beberapa komponen rangkaian penyusun seperti rangkaian halfwave controlled rectifier, rangkaian boost converter. Boost converter berfungsi untuk  menaikkan tegangan dengan cara mengontrol duty cycle. Pengaturan duty cycle dari boost converter digunakan untuk  mengatur tegangan keluaran generator sinkron tiga fasa. Pengontrolan duty cycle dilakukan melalui mikrokontroler  menggunakan metode kontrol logika fuzzy.

1.2

TUJUAN PROYEK AKHIR  Umum : Untuk memenuhi salah satu persyaratan kelulusan dari program diploma 4 (D4) pada jurusan Teknik Elektro Industri Politeknik  Elektronika Negeri Surabaya Institut Teknologi Sepuluh November.

2

Khusus : Tujuan dri pembuatan proyek akhir ini adalah merancang dan merealisasikan sebuah alat untuk mengatasi ketidakstabilan tegangan yang terjadi pada generator sinkron tiga fasa sehingga nantinya akan didapatkan tegangan konstan sebesar 380 V AC. Pada proyek akhir  ini akan dilakukan pengaturan duty cycle boost converter melalui mikrokontroler menggunakan metode kontrol logika fuzzy. Hasil yang diharapkan adalah didapatkan tegangan keluaran boost converter yang sesuai untuk menaikan tegangan di kumparan medan sebesar 50 volt yang nantinya akan menghasilkan tegangan konstan sebesar 380 V AC. 1.3

PERUMUSAN MASALAH DAN BATASAN MASALAH 1.3.1.

BATASAN MASALAH Pada pengerjaan proyek akhir ini memiliki beberapa batasan masalah diantaranya : 1. Jenis DC-DC converter yang digunakan adalah rangkaian  boost converter. 2. Pengontrolan duty cycle dari boost converter digunakan untuk mengatur tegangan keluaran pada generator sinkron tiga fasa. 3. Sensor tegangan yang digunakan untuk mendeteksi tegangan yang keluar dari generator adalah sensor tegangan  pembagi tegangan. 4. Jenis beban (load) yang digunakan adalah beban lampu. 5. LCD 16x2 yang digunakan untuk menampilkan tegangan yang dikirim dari mikrokontroler. 1.3.2. RUMUSAN MASALAH 1. Bagaimana cara mengontrol tegangan keluaran generator  sinkron tiga fasa melalui mikrokontroler dengan menggunakan metode kontrol logika fuzzy. 2. Bagaimana cara mendesain komponen induktor yang ideal untuk boost converter 

3

3.

1.4

Bagaimana cara mendesain boost converter sehingga didapatkan tegangan pada kumparan medan sebesar 50 Volt.

METODOLOGI 1.4.1 STUDI LITERATUR  Pada tahap studi literatur ini dilakukan pemahaman materi dengan beberapa literatur yang berupa makalah makalah, buku teori  penunjang, paper, jurnal, serta artikel yang didapat dari internet tentang Automatic Voltage Regulator (AVR), kontrol logika fuzzy, generator sinkron tiga fasa dan komponen-komponen yang digunakan dalam pembuatan proyek akhir ini. Serta pengambilan literatur lain baik secara hardware maupun software sebagai acuan untuk menyelesaikan tugas akhir. 1.4.2

PERANCANGAN SISTEM Pada tahap perancangan sistem ini direncanakan pembuatan sistem perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak (software). 1.4.2.1 Perangkat keras Tahap ini merupakan pembuatan perangkat keras meliputi 1. Rectifier satu fasa (halfwave controlled rectifier) yang digunakan untuk mengubah tegangan AC (keluaran dari generator). Dalam hal ini hanya tegangan tiap fasa yang digunakan yaitu sebesar 220 volt menjadi tegangan DC untuk masukan boost converter. 2. DC-DC converter yang berupa boost converter untuk  menaikkan tegangan sehingga didapatkan tegangan sebesar  50 Volt. 3. Sensor tegangan pembagi tegangan untuk mendeteksi tegangan keluaran generator sinkron tiga fasa. 4. PWM kontrol digunakan untuk switching mosfet pada boost converter sebesar 40kHz. 1.4.2.2 Perangkat lunak 

4

Tahap ini merupakan pembuatan perangkat lunak meliputi : 1. Pembuatan software pada mikrokontroler dengan CodeVision AVR. 2. Pembuatan program display untuk menampilkan arus dan tegangan pada lcd dan program keypad. 3. Pembuatan software pada kontrol logika fuzzy dengan matlab. 1.4.3

PENGUJIAN SISTEM, INTEGRASI SOFTWARE DAN HARDWARE SERTA PENGAMBILAN DATA. Pada tahap ini dilakukan pengujian sistem secara keseluruhan. Pengujian dilakukan secara bertahap yaitu tahap pertama adalah  pengujian hardware dengan melakukan trouble shooting dan tahap kedua adalah pengujian software dengan mengcompilenya dengan hardware agar dapat diketahui kesalahan-kesalahan yang ada, sehingga bias diperbaiki lagi. Setelah itu dapat dilakukan  pengambilan data-data sebagai acuan untuk membuat laporan tugas akhir. 1.4.4

ANALISA DAN KESIMPULAN HASIL SISTEM DAN PEMBUATAN LAPORAN TUGAS AKHIR. Pada tahap terakhir ini dilakukan analisa dan penarikan kesimpulan dari sistem yang telah dibuat dan telah diuji coba untuk  digunakan dalam penulisan laporan proyek akhir. Laporan tersebut berisi tentang semua hal yang berhubungan dengan tugas akhir dari mulai proses pembuatan alat hingga hasil  pengujian akhir dari alat tersebut. 1.5

SISTEMATIKA PEMBAHASAN Bab I Pendahuluan Membahas secara singkat hal-hal yang berkaitan dengan latar   belakang, alasan pemilihan, tujuan, batasan masalah, metodologi, dan sistematika pembahasan.

5

Bab 2 Teori Penunjang Membahas tentang semua landasan teori yang menunjang dalam  pengerjaan Tugas Akhir. Teori yang tercantum adalah AVR, boost converter, single phase halfwaved controlled rectifier, sensor  tegangan, PWM control dari mikrokontroler, ATMEGA 16, Code Vision AVR, dan kontrol logika fuzzy. Bab 3 Perancangan dan Pembuatan Hardware dan Software Pada bab ini menguraikan tentang tahap perancangan dan pembuatan hardware dan software. Bab 4 Analisa Hasil Pengujian Dalam bab ini menjelaskan tentang hasil pengujian hardware. Pengintegrasian software dan hardware secara keseluruhan sehingga dapat diketahui kesalahan dari sistem yang dibuat. Bab ini juga berisi analisa dari pengujian alat tersebut. Bab 5 Kesimpulan dan Saran Bab ini merupakan bab penutup yang berisikan kesimpulan yang diperoleh dari hasil pengujian sistem secara keseluruhan setelah dibandingkan dengan teori, serta berisi tentang saran-saran atau kekurangan dari proyek akhir ini. 1.6

TINJAUAN PUSTAKA Tinjauan pustaka yang digunakan pengerjaan proyek akhir ini adalah proyek akhir yang dibuat oleh Amien Setiadji yang berjudul „‟Kontrol PI untuk AVR sebagai penstabil tegangan generator  sinkron 3 fasa‟‟. Pada proyek akhir ini dijelaskan bahwa sistem  pengontrolan tegangan output dilakukan menggunakan kontrol PI. Jenis converter yang digunakani untuk menaikkan tegangan pada kumparan medan menggunakan DC-DC converter berupa buckboost converter. Serta tugas akhir yang disusun oleh M.rasouli yang berjudul “Pengaruh Sistem Pengendalian Eksitasi Pada Pengoperasian Pararel

6

Pada Generator Terdistribusi dan Grid Utama”. Pada proyek akhir  ini menitikberatkan pada pengaturan tegangan pada kumparan medan menggunakan voltage regulator yang dilengkapi dengan kompensasi reaktif.

BAB II TEORI PENUNJANG

2.1. AVR (Automatic Voltage Regulator) Automatic Voltage Regulator (AVR) adalah sebuah peralatan yang berfungsi sebagai pengatur atau penstabil tegangan yang  berfungsi secara otomatis. Automatic voltage regulator berbentuk  rangkaian circuit yang dipasang pada suatu generator pembangkit listrik. Genset adalah suatu generator pembangkit (biasa disebut geno) dan rangkaian mesin yang digabungkan menjadi satu kesatuan yang digunakan untuk membangkitkan arus listrik untuk kebutuhan listrik sehari-hari. Rangkaian mesin yang berputar akan menghasilkan energi. Energi yang dihasilkan kemudian akan disalurkan ke generator untuk menghasilkan tegangan listrik. Namun yang menjadi  persoalan bahwa tegangan listrik yang dihasilkan harus stabil dan konstan. Apabila tegangan listrik yang dihasilkan tidak konstan dan Cenderung fluktuatif maka diperlukan adanya AVR (Automatic Voltage Regulator) sebagai penstabil tegangan output generator.

2.2. Generator Sinkron Generator sinkron adalah mesin sinkron yang mengkonversikan energy mekanik menjadi energi listrik. Generator  sinkron digunakan sebagai generator arus bolak-balik (generator  AC). Prinsip dasar kerja generator AC adalah berdasarkan hokum Faraday, yaitu apabila suatu batang konduktor digerakkan berputar  dengan kecepatan n memotong medan magnet Φ, maka pada konduktor tersebut akan timbul tegangan listrik E. besar tegangan listrik yang ditimbulkan adalah sebagai berikut :

 E 



Cxnx  ……………………………………………………..……..…2.1

Dimana :

E = tegangan listrik yang ditimbulkan (V) C = konstanta mesin

8

n = kecepatan putaran (rpm) Φ= fluks yang dihasilkan oleh arus medan (Weber) Ditinjau dari bentuknya generator AC dibedakan menjadi 2 macam yaitu dengan kutub utama didalam dan kutub utama diluar. Kutub utama adalah yang menghasilkan medan magnet Φ. Untuk  generator besar digunakan jenis dengan kutub utama di dalam yaitu kutub berada di rotor dan magnet dalam generator sinkron adalah tetap. Pada generator kecil medan magnet dapat ditimbulkan oleh magnet tetap, tetapi pada umumnya medan ini dihasilkan dengan memberikan arus searah (arus eksitasi) pada kumparan medan. Kumparan utama dapat terletak di stator atau di rotor. Biasanya kumparan utama terletak di stator karena sulit untuk  memberi atau mengambil arus besar dan tegangan tinggi pada bagian yang berputar. Bila kumparan utama terletak di rotor maka stator  terdiri dari kutub menonjol yang diberi arus searah. Mesin ini disebut mesin kutub luar. Bila kumparan utama terletak di stator terdapat 2 jenis yaitu : a. Mesin dengan kutub yang menonjol di rotor, digunakan untuk mesin dengan putaran yang rendah (sampai dengan 1500 rpm) dengan diameter besar dan pendek   b. Mesin dengan kutub silindris di rotor digunakan untuk mesin dengan putaran tinggi (lebih dari 1500 rpm) dengan diameter  kecil dan panjang. Apabila medan magnet ditimbulkan pada saat rotor berputar  maka akan dibangkitkan tegangan bolak-balik pada kumparan utama yang terletak di stator. Pada generator konvensional, arus eksitasi diperoleh dari dc kecil yang bertindak sebagai exciter. Generator konvensional digantikan generator AC dengan  penguat statis. Arus searah diperoleh dari tegangan AC output generator yang dilewatkan transformator dan disearahkan oleh rectifier. Transformator digunakan untuk menurunkan tegangan output generator sehingga didapat tegangan rendah yang sesuai untuk rectifier karena rectifier tidak ikut berputar bersama rotor  maka disebut generator AC dengan penguat statis.

9

Pada mulanya terdapat medan magnet sisa pada kumparan rotor. Jika rotor diputar, medan magnet sisa menimbulkan tegangan AC kecil pada kumparan stator. Tegangan disearahkan dan dimasukkan ke kumparan rotor sehingga medan magnet yang dihasilkan makin besar dan tegangan naik. Proses ini dilakukan  berulang-ulang sampai dicapai tegangan nominal. Bersama dengan  penyearah tersebut terdapat juga rangkaian pengatur untuk  mendapatkan tegangan nominal yang konstan. Rangkaian ini disebut  pengatur tegangan otomatis (Automatic Voltage Regulator,AVR). Pada generator AC konvensional maupun generator AC dengan penguat statis, system eksitasi menggunakan slip ring dan sikat arang yang menekannya untuk memasukkan arus eksitasi ke kumparan rotor. Selain itu pada generator AC konvensional terdapat generator dc kecil yang menggunakan komutator dan sikat arang yang menekannya untuk menghasilkan arus dc. Komponen komutator dengan sikat arang dan slip ring memerlukan maintenance (pemeliharaan) yang teratur karena keausan yang terjadi akibat gesekan komponen tersebut

1

Gambar 2.1 Generator AC konvensional 

Gambar 2.1 diatas merupakan gambar rangkaian generator AC secara konvensional. Generator tersebut tidak dilengkapi dengan  penguat statis. 1

Automatic Voltage Regulator. [Didownload pada tanggal 24 Desember 2011. Sumber: http:// localhost/F:/rezky/automatic-voltage-regulator-avr.html].

10

2

Gambar 2.2 Generator AC dengan Penguat Statis

Gambar 2.2 diatas merupakan gambar rangkaian generator AC yang telah dilengkapi dengan penguat statis sehingga tegangan eksitasi dapat diatur melalui penguat statis.

2.3. DC-DC Converter (Boost converter) Boost converter bekerja dengan menghasilkan tegangan keluaran yang lebih tinggi dari tegangan masukannya. BesarnΦya tegangan keluaran dapat dihitung menggunakan persamaan :

Vo

Vin 

……………………………………….2.2

1   D 

Dalam perancangan proyek akhir ini akan dibuat boost converter yang memiliki kemampuan untuk menaikkan tegangan masukan sebesar 4 volt menjadi 20 volt dengan arus keluaran sebesar  2,5 ampere. Boost memiliki efisiensi tinggi, rangkaian sederhana, tanpa transformer dan tingkat ripple yang rendah pada arus masukan. Tetapi boost tidak memiliki isolasi antara masukan dan keluaran, hanya satu keluaran yang dihasilkan, dan tingkatan ripple yang tinggi  pada tegangan keluaran.

2

Automatic Voltage Regulator. [Didownload pada tanggal 24 Desember 2011. Sumber: http:// localhost/F:/rezky/automatic-voltage-regulator-avr.html].

11

V 3

Gambar 2.3 Rangkaian boost converter 

Gambar 2.3 merupakan gambar rangkaian boost converter dimana  boost converter terdiri dari inductor, kapasitor, dan diode.

2.3.1.

Prinsip Kerja

Boost converter memiliki 2 mode yaitu mode switch on dan switch off. Pada mode 1 (transistor on). Arus masukan meningkat mengalir melalui inductor L dan switch 1. Seperti gambar rangkaian 2.a. pada mode 2 saat switch 1 dimatikan arus mengalir melalui resistor yang berasal dari inductor L dan difilter oleh kapasitor C seperti pada gambar rangkaian 2.b

Gambar 2.4.a switch mode saklar ON 

3

Mursyida. Dina “Rancang Bangun Modul Praktikum Elektronika Daya (Buck  Converter dan Boost Converter)”. PENS-ITS. 2008. Hal 13

12

Gambar 2.4.b switch mode saklar off 

Gambar 2.4 merupakan gambar boost converter dengan mode switch saklar ON dan switch saklar OFF. Dimana switch saklar mode ON merupakan saklar normally close dan switch saklat OFF merupakan saklar normally open.

2.4. Design Induktor Suatu bahan induktor dapat diartikan sebagai sepotong kawat yang dililit dalam bentuk kumparan, dimana induktansi yang terbentuk berlawanan dengan perubahan arus. Induktor dapat dikatakan merupakan sebuah rangkaian yang menyimpan energy dalam bentuk medan elektromagnetik. Berdasarkan hukum Faraday, induktansi L boleh diartikan sebagai pembangkit EMF yang  berlawanan dengan arus yang diberikan dari sumber. Induktansi Toroid Menemukan medan magnet didalam toroid adalah contoh dari hukum ampere. Arus diwakilkan oleh garis yang putus-putus yang merupakan banyaknya arus mengalir pada tiap loop. Kemudian hokum ampere menentukan medan magnet pada garis tengah toroid sebagai berikut :  B2  r   vNI  ………………………………..……………………………………….…. 2.3

Atau  B

uNI  

2  r 

…………………….…………………………………..…………………….. ..2.4

 bentuk fisik dari inductor dengan inti toroid ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

13

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

(Tampak Depan) (Tampak Samping)4 Induktansi dapat dihitung dengan cara yang sama seperti pada coil kawat. Penerapan hukum Faraday untuk menghitung tegangan induksi untuk bentuk toroid 2

 L

vN   A 

2  r 

………………………………………………….…… ..…………………… .2.5

r = jari-jari toroid dari garis tengah A = luas penampang

2.5. Rangkaian Penyearah setengah gelombang 2.5.1. Silicon Controlled Rectifier (SCR) Seiring dengan perkembangan sistem kontrol, maka kebutuhan akan peralatan juga tidak dapat dihindari. Adapun salah satu peralatan yang mudah diperoleh serta mudah dalam  penggunaannya antara lain adalah SCR, dimana SCR merupakan sebuah bahan semikonduktor 4 lapis dengan susunan P-N-P-N dan 3 buah elektroda yang disebut Anoda, katoda, dan Gate yang menggunakan umpan balik dalam (internal feedback ) untuk memperoleh perilaku penahanan (penguncian latching). Sedangkan pemakaian yang paling utama dari komponen ini adalah pada pengendalian arus beban yang besar pada motor,  pemanas, sistem penerangan, dan sebagainya. Adapun susunan dari konfigurasinya seperti pada Gambar di bawah ini: 4

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

14

5

Gambar 2.6 Susunan SCR 

Gambar 2.6 pada tugas akhir ini SCR direncanakan seperti  penyearah, tetapi berbeda dengan dioda yang biasanya, karena pada SCR terdapat elektroda ketiga yang disebut gate. Melalui gate inilah diadakan pengontrolan dengan memasukkan arus atau tegangan dari rangkaian driver, dimana dengan arus gate yang cukup kecil SCR  dapat mengatur arus beban yang besar.

Gambar 2.7 Konfigurasi SCR 

Gambar 2.7 merupakan konfigurasi dari SCR. Prinsip kerja dari SCR  dapat diuraikan menjadi beberapa tahap sebagai berikut : a. Hantaran maju ( Forward Bias ) Anoda lebih positif terhadap katoda, tetapi tidak terdapat  penyulutan pada gate, SCR dikatakan tertahan maju karena memiliki resistansi yang besar. Pada kondisi ini masih terdapat arus bocor  yang mengalir dalam jumlah yang kecil. Dari gambar diatas dapat terlihat bahwa meskipun J1 dan J3 mendapat hantaran maju pada

5

Septianto. David Candra. “Rancang Bangun Penstabil Tegangan Pada Generator  Sinkron Tiga Phase Akibat Fluktuasi Beban Dengan PI-Fuzzy Logic Control”. PENSITS. 2011. Hal 20

15

 persambungan dengan J2 mendapat hantaran mundur ( Reverse Bias). Dengan mengacu pada rangkaian ekuivalen dari dua transistor dapat dijelaskan bahwa hantaran maju tanpa ada sinyal pada gate akan membuat Tr2 hanya arus bocor yang mengalir.  b. Hantaran mundur ( Reversed Bias ) Pada kondisi ini kaki anoda lebih bersifat negatif terhadap kaki katoda. SCR berada pada kondisi penahanan mundur, sehingga arus yang dapat mengalir hanyalah arus bocor yang bernilai relatif kecil sekali. Pada daerah persambungan SCR, J1 dan J3 mendapat hantaran mundur. Pada kondisi hantaran mundur inilah, SCR tidak   pernah dapat beroperasi walaupun sudah diberi sinyal trigger pada daerah terminal gate. c. Hantaran maju dengan memberikan sinyal pada gate Pada kondisi forward bias, bila SCR diberikan pulsa  penyulutan pada gerbang gate, maka SCR mulai beroperasi pada daerah sudut dimana pulsa penyulutan tersebut diberikan. Pulsa  penyulutan tersebut dapat menghantar arus sampai SCR mengalami komutasi. Waktu hantaran dan besarnya arus yang dilewatkan oleh SCR hanya dibatasi oleh resistansi luar saja, sehingga besarnya tegangan yang melewati anoda - katoda turun pada harga yang sangat rendah. Kondisi ini dapat dijelaskan dengan menggunakan rangkaian padanan dengan memperhatikan bahwa pulsa gate menyebabkan Tr2 dapat berfungsi untuk menghantar. Rangkaian dua transistor ini mempunyai loop umpan balik positif, karena masingmasing kolektor dihubungkan secara langsung pada kaki basis yang lain. Dengan demikian kedua transistor tersambung on meskipun sinyal gate dihilangkan atau dimatikan. SCR akan off jika mengalami komutasi. 2.5.2. Karakteristik SCR  Dengan memiliki karakteristik yang sama pada saat kondisi reverse maka besarnya tegangan dan arus yang dihasilkan SCR sama dengan besarnya tegangan dan arus yang dihasilkan pada dioda, namun pada saat kondisi forward SCR mempunyai karakteristik  sendiri dimana arus yang masuk melewati gerbang gate berbentuk 

16

 pulsa-pulsa dengan daya yang relatif cukup kecil. Pulsa-pulsa tersebut diatur waktunya sesuai dengan kebutuhan. Karakteristik   pada waktu forward bias sama dengan pada saat kondisi reverse bias, tahanan antara anoda dan katoda pada SCR memiliki harga yang sangat tinggi. Pada kondisi tersebut SCR menahan aliran arus, dimana aliran arus yang mengalir dalam jumlah yang kecil tersebut merupakan arus bocor atau Forward Holding Current . Untuk nilai tegangan pada Anoda dan Katoda sama dengan nilai tegangan supply. Pada kondisi seperti ini diusahakan agar tegangan  peak (puncak) dari tegangan supplai tidak melebihi  Forward   Breakdown Over Voltage dari SCR. Tegangan supply tertahan di SCR sampai SCR mendapat pulsa penyulutan pada terminal gate. Bila tegangan supplai merupakan pulsa sinus, maka selama SCR  dalam keadaan off tegangan antara anoda-katoda membentuk  tegangan sinus. Keadaan ini berlangsung sampai gate mendapat trigger. Setelah  pulsa trigger mandapat pulsa dari gate, maka pulsa trigger tersebut menyebabkan perubahan yang cepat dari kondisi off menuju kondisi on dari SCR dengan cepat dan memiliki kondisi yang sama dengan forward silicon bias, sehingga tegangan anoda-katoda terus turun sampai mencapai titik yang disebut  Forward Avalance Region. Disinilah SCR mulai konduksi, sehingga SCR digunakan sebagai switch yang terpasang atau terpasang secara tertutup. Pada saat SCR dalam keadaan on, arus anoda (arus beban) tidak  dipengaruhi lagi oleh adanya pulsa - pulsa trigger, kecuali saat arus anoda sangat kecil. Tegangan antara anoda - katoda lebih kecil dari yang diperlukan untuk mempertahankan holding current (Arus  bocor) , maka saat itu SCR akan kembali ke keadaan off dan tidak  ada arus konduksi yang mengalir melalui anoda dan katoda lagi. Keadaan off dari SCR terus tertahan sampai diberikannya pulsa trigger pada gate yang akan membuat SCR menjadi on. Pulsa trigger  yang diberikan membuat SCR terkonduksi bila tegangan pada anoda lebih positif dibandingkan dengan tegangan pada katoda dan tegangan supply belum mencapai harga breakover point dari SCR itu sendiri. Untuk menjaga kondisi SCR tetap dalam keadaan on, diperlukan arus anoda minimum. Karena jika arus anoda turun, maka SCR  kembali kekeadaan blocking. Agar SCR melai mendapat konduksi, maka diperlukan arus yang lebih besar dari arus holding.

17

Pada Gambar 2.19 menunjukkan Karakteristik Tegangan dan Arus pada SCR dan Gambar 2.20 menunjukkan Perubahan Break  Over Voltage pada komponen SCR.

Gambar 2.8 Karakteristik Tegangan dan Arus pada SCR 

Gambar 2.8 merupakan gambar karakteristik tegangan dan arus pada SCR. Kurva karakteristik menggambar kondisi ON dan OFF pada SCR (Silicon Controlled Rectifier).

Gambar 2.9 Perubahan Break Over Voltage

Gambar 2.9 merupakan gambar perubahan kondisi saat SCR  mengalami fase break over voltage. Kurva perubahan break over  voltage linier. 2.5.3.

Pengaruh Temperatur pada SCR  Pengaruh temperatur pada SCR yang didominasi adalah sebagai berikut:

 A. Temperatur Jungtion suhu

Karakteristik dari SCR dipengaruhi oleh temperatur atau dari persambungan setiap layer dari silikon. Batas

18

 pengoperasian temperatur yang diijinkan dari masing-masing SCR   bermacam-macam tergantung dari setiap tipe. Batas temperatur  tersebut tergantung pada tegangan tembus ( Breakdown Over  Voltage) SCR itu sendiri. Dalam pemilihan SCR, harus diperhatikan  besar temperatur persambungan yang dimiliki oleh setiap SCR tidak   boleh lebih kecil dari pada batas temperatur dari peralatan yang dioperasikan oleh SCR tersebut.  B. Thermal Resistance Thermal resistance adalah suatu besaran yang menunjukkan kemampuan dari SCR untuk membuang panas yang terjadi pada sisi  plat dari SCR. Panas ini timbul dikarenakan kondisi dari SCR berada  pada kondisi forward conducting, dimana besarnya tergantung dari konduksi dari bahan - bahan yang digunakan. Biasanya pada sisi plat dari SCR tersebut dipasang pendingin yang terbuat dari plat aluminium (heat sting). Untuk menentukan plat heat sting yang dipasang pada SCR dapat ditentukan dari persamaan 2.38 : θja= T*Ta/P..................................................................................(2.6) Keterangan : θja = Tahananthermis antara junction atmosfer  (° C/Watt) Tj = Temperatur junction (°C ) Ta = Temperatur ambient (°C ) P = Rugi – rugi ( Watt ) Pada SCR mempunyai thermal resistance yang tinggi, temperatur jungtion dari SCR dalam waktu yang lama akan menjadi  panas, sehingga bila SCR mempunyai thermal yang rendah pada harga tertentu, maka SCR akan lebih cepat panas karena  pembuangan tidak lagi sebanding dengan panas arus yang mengalir. C. Turn On Time Arus penyalaan yang diberikan pada gate SCR tidak akan merubah keadaan forward blocking ke keadaan fully on, tetapi untuk  suatu periode waktu yang pendek SCR menahan tegangan anoda yang digunakan. Kemudian forward impedance dikurangi dan setelah perioda waktu SCR akan hidup.

19

Pada kondisi awal SCR berada pada keadaan blocking. Kemudian gate mendapat trigger atau ditrigger dan kondisi anoda naik sampai 10% dari harga akhir yang disebut dengan “Time delay”. Waktu yang dibutuhkan untuk kekondisi tersebut tergantung dari besar arus penyalaan gate yang akan diberikan. Sedangkan untuk waktu menaikkan arus anode dari 10% sampai 90% dari harga akhir disebut rise time. Periode-periode waktu ini dinyatakan dalam bentuk  gelombang arus dan tegangan anoda yang digunakan dalam rangkaian ini beban terdiri dari tahanan murni. Jadi turn on time-nya adalah merupakan jumlah delay time dan rise atau dapat ditulis seperti pada persamaan 2.32 : Ton=td+tr............................................................................(2.32) Keterangan : T on = Perioda mulai On ( ms ) Td = PeriodaTime delay ( ms ) Tr = Perioda Rise time ( ms ) Faktor - faktor yang dapat mempengaruhi dari waktu  penyalaan atau penundaan dari SCR antara lain : 1. Forward Blocking Voltage. 2. Forward Peack Current Level 3. Besar Pulsa Penyalaan Gate Dari faktor-faktor diatas yang sangat mempengaruhi penyulutan atau  penundaan penyalaan pada gate, maka time delay akan diperkecil dan akan menimbulkan turn on time menjadi kecil. 2.5.4.

Rangkaian Penyearah Penyearah tipe ini menggunakan thyristor (SCR) sebagai komponen penyearahnya. Pada penyearahnya ini tegangan rata-rata dan rms nya dapat diatur dengan cara mengatur nilai α / sudut  penyalaan SCR. Prinsip kerja SCR menyerupai diode yaitu akan melewatkan arus jika anoda lebih positif dari katoda namun itu

20

 berlaku jika gate pada SCR mendapatkan arus yang cukup untuk  mentriger sebesar α.

R

Gambar 2.10 Rangkaian Halfwaved Control Rectifier 

Gambar 2.10 merupakan gambar rangkaian halfwaved controlled rectifier. Dimana rangkaian halfwaved controlled rectifier  menggunakan satu SCR (Silicon Controlled Rectifier) yang disulut oleh driver TCA 785.

2.5.5. Penyearah Setengah Gelombang Terkontrol Rangkaian dan bentuk gelombang penyearah 1 phasa setengah gelombang terkendali dengan beban resistif ditunjukkan  pada gambar 4.1 Terlihat bahwa thyristor akan konduksi saat = dan kondisi ini akan terus berlangsung sampai polaritas dari tegangannya berubah atau sampai I T  ≤ I  H  , yaitu ketika = . Oleh karena beban resistif, arus bebannya akan mengikuti bentuk  gelombang dari teganganya. Jadi dengan mengatur tegangan rata-rata yang muncul pada beban. Tegangan rata-rata ( Vdc ) pada beban resistif dinyatakan

   

sebagai berikut :

 sin()(ωt)…………….………………….(2.7)    Vdc= 1 + cos  …………………………………………………...(2.8)  Vdc=Vo=

1

2

2

0

21

Daya yang diserap oleh beban resistif adalah V 2rms / R dengan tegangan efektif ( rms ) yang melalui beban resistif yang dinyatakan sebagai berikut:

     ()……………………….…………..….(2/9)  Vrms =    ²()……………………………..(2.10)    ……………………………………………(2.11) Vrms = 1 − +   Vrms=

1

2

1

2

2 0

20

2 0

sin (2 ) 2

2.5.6.

Rangkaian penyearah setengah gelombang satu fasa Seperti gambar di bawah ini hasil penyearahan dari sumber 

satu fasa dengan menggunakan penyearah setengah gelombang maka didapatkan :

Gambar 2.11 Rangkaian halfwave rectifier terkontrol 

Gambar 2.11 merupakan gambar simulasi rangkaian halfwave rectifier terkontrol menggunakan PSIM. Dimana dilakukan simulasi diatas berfungsi untuk membandingkan tegangan keluaran rectifier  dan arus keluaran dari rectifier dengan teori dasar dari rectifier.

22

Gambar 2.12 bentuk gelombang tegangan input penyearah

Gambar 2.12 merupakan bentuk gelombang tegangan masukan yang dihasilkan dari simulasi diatas. Dimana tegangan masukan yang didapat sebesar 12 volt.

Gambar 2.13 bentuk gelombang tegangan output penyearah

Gambar 2.13 merupakan bentuk gelombang tegangan keluaran dari rectifier yang dihasilkan dari simulasi diatas. Dimana tegangan keluaran yang dihasilkan ialah sebesar 5 volt.

23

Gambar 2.14 bentuk gelombang arus output 

Gambar 2.14 merupakan bentuk gelombang arus keluaran dari rectifier yang dihasilkan dari simulasi diatas. Dimana tegangan keluaran yang dihasilkan ialah sebesar 5 volt.

2.6. Sensor Tegangan Sensor tegangan merupakan suatu alat yang digunakan untuk  mendeteksi tegangan yang keluar dari generator. Untuk mengambil sinyal tegangan agar bias dibaca oleh rangkaian digunakan resistor   pembagi tegangan dipasang secara pararel antara fasa dengan netral. Fungsi resistor ini adalah untuk menurunkan tegangan dari tegangan sumber menjadi tegangan yang dikehendaki. Selain itu, penggunaan resistor tidak merubah nilai beda fasa yang terjadi pada beban induktif yang terpasang

24

Rangkai an 2.15   Rangkaian resistor pembagi tegangan

Gambar 2.15 merupakan rangkaian resistor pembagi tegangan dimana nilai R2 lebih besar dari R1. V ou t 



 R2  R1

  R

 V in …………………………………..(2.12)

6 

2

Rangkaian resistor pembagi tegangan menggunakan 2 resistor  dipasang seri (R1 dan R2). Dengan mengambil tegangan pada R2 didapatkan tegangan luaran sesuai rumusan di atas.

2.7.

PWM Control

PWM merupakan pulsa yang mempunyai lebar pulsa (duty cycle) yang dapat diubah-ubah. Pada Gambar 2.8 merupakan proses  pembuatan PWM yang terdiri dari gelombang segitiga, tegangan referensi dan komparator. Komparator merupakan piranti yang digunakan untuk membandingkan dua buah sinyal masukan. Dua sinyal masukan yang dibandingkan adalah gelombang segitigadengan tegangan referensi yaitu tegangan DC.

Gambar 2.16 Rangkaian PWM

7

kontrol

Pada Gambar 2.16 adalah hasil perbandingan gelombang segitiga dengan tegangan DC yang menghasilkan gelombang kotak  6

Anang Lubis. Moh Ali. “Pengaturan Motor Induksi Tiga Fasa Dengan Teknik  Artificial Intellegent Berbasis Vektor Kontrol”. EEPIS-ITS. 2011. Hal 52 7

Mursyida. Dina. “Rancang Bangun Modul Praktikum Elektronika Daya (Buck  Converter dan Boost Converter)”. PENS-ITS. 2010. Hal 33.

25

dengan lebar pulsa yang dapat diatur. Pengaturan lebar pulsa dapat dilakukan dengan cara mengubah-ubah nilai tegangan DC referensi.

Gambar 2.17 Gelombang Pulsa Keluaran PWM 

Pada Gambar 2.17 adalah hasil perbandingan gelombang segitiga dengan tegangan DC yang menghasilkan gelombang kotak  dengan lebar pulsa yang dapat diatur. Pengaturan lebar pulsa dapat dilakukan dengan cara mengubah-ubah nilai tegangan DC referensi. Masukan yang berupa gelombang segitiga akan menghasilkan keluaran pulsa.

2.8.

Mikrokontroler ATMEGA 16 Mikrokontroler ATMega16 adalah mikrokontroler CMOS8 bit dan merupakan keluarga dari mikrokontroler AVR  (AVRFamilys) yang beraksitektur RISC (Reduced Instruction SetComputing), dimana semua instruksi dikemas dalam 1 (satu) siklusclock, berbeda dengan instruksi MCS51 yang membutuhkan 12siklus clock. Tentu saja itu terjadi karena kedua jenis mikrokontroller tersebut memiliki arsitektur yang berbeda. AVR berteknologi RISC(Reduced Instruction Set Computing), sedangkan seri MCS51berteknologi CISC (Complex Instruction Set Computing). Secara umum, AVR dapat dikelompokkan menjadi 4 kelas, yaitu keluarga Attiny, keluarga

26

AT90Sxx, keluarga ATMega, dan AT86RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori, peripheral, dan fungsinya. Dari segi arsitektur dan instruksi yang digunakan, bisa dikatakan hampir sama. Beberapa fitur yang disediakan oleh mikrokontroler ini adalah sebagai beikut: 1. Advanced RISC Architecture a) 130 Powerful Instructions  –  Most Single Clock Cycle Execution  b) 32 x 8 General Purpose Fully Static Operation c) Up to 16 MIPS Throughput at 16 MHz d) On-chip 2-cycle Multiplier  2.  Nonvolatile Program and Data Memories a) 8K Bytes of In-System Self-Programmable Flash  b) Optional Boot Code Section with Independent Lock  Bits c) 512 Bytes EEPROM d) 512 Bytes Internal SRAM e) Programming Lock for Software Security 1. Peripheral Features a) Two 8-bit Timer/Counters with Separate Prescalers and Compare Mode  b) Two 8-bit Timer/Counters with Separate Prescalers and Compare Modes c) One 16-bit Timer/Counter with Separate Prescaler, Compare Mode, and Capture Mode d) Real Time Counter with Separate Oscillator  e) Four PWM Channels f) 8-channel, 10-bit ADC g) Byte-oriented Two-wire Serial Interface h) Programmable Serial USART 4. Special Microcontroller Features a) Power-on Reset and Programmable Brown-out Detection  b) Internal Calibrated RC Oscillator  c) External and Internal Interrupt Sources 23

27

d) Six Sleep Modes: Idle, ADC Noise Reduction, Powersave, Powerdown, Standby and Extended Standby 5. I/O and Package a) 32 Programmable I/O Lines  b) 40-pin PDIP, 44-lead TQFP, 44-lead PLCC, and 44- pad MLF 6. Operating Voltages a) 2.7 - 5.5V for Atmega16L  b) 4.5 - 5.5V for Atmega16

Gambar 2.18 Pin-Pin ATMEGA 16 kemasan 40 pin

Gambar 2.18 merupakan pin-pin pada ATMega16 dengan kemasan 40-pin DIP (dual inline package) ditunjukkan oleh gambar  2.12.Guna memaksimalkan performa, AVR menggunakan arsitektur  Harvard (dengan memori dan bus terpisah untuk program dan data). Arsitektur CPU dari AVR ditunjukkan oleh gambar 2.13. Instruksi  pada memori program dieksekusi dengan pipelining single level. Selagi sebuah instruksi sedang dikerjakan, instruksi berikutnya diambil dari memori program.

28

Gambar 2.19   Arsitektur CPU CPU dari AVR

Gambar 2.19 merupakan arsitektur dari CPU AVR. Konfigurasi ini menggambarkan fungsi dan komponen-komponen apa sajakah yang terdapat di dalam CPU AVR. Port sebagai input/output digital ATMega16 mempunyai empat buah port yang bernama  PortA, PortB, PortC, dan PortD. PortD. Keempat port tersebut merupakan  jalur  bidirectional  dengan pilihan internal pull-up. pull-up. Tiap port mempunyai tiga buah tiga buah register bit, yaitu DDxn, DDxn, PORTxn, dan PINxn. PINxn. Huruf „x‟mewakili nama huruf dari port sedangkan huruf „n‟ mewakili nomor bit. Bit DDxn terdapat pada I/O address DDRx, bit PORTxn terdapat pada I/O address PORTx, dan bit PINxn terdapat  pada I/O address PINx.Bit DDxn DDxn dalam register DDRx DDRx ( Data  Data  Direction Register ) menentukan arah pin. Bila DDxn diset 1 maka Px berfungsi sebagai pin output. Bila DDxn diset 0 maka Px  berfungsi sebagai pin input.Bila PORTxn PORTxn diset 1 pada saat pin

29

terkonfigurasi sebagai pin input, maka resistor   pull-up akan diaktifkan. Untuk mematikan resistor  pull-up,  pull-up, PORTxn harus diset 0 atau pin dikonfigurasi sebagai pin output. Pin port adalah tri-state setelah kondisi reset. Bila PORTxn diset 1 pada saat pin terkonfigurasi sebagai pin output maka pin port akan berlogika 1. Dan bila PORTxn diset 0 pada saat pin terkonfigurasi sebagai pin output maka pin port akan berlogika 0. Saat mengubah kondisi port dari kondisi tri-state (DDxn=0, PORTxn=0) ke kondisi output high (DDxn=1, PORTxn=1) PORTxn=1) maka harus ada a da kondisi peralihan apakah itu kondisi  pull-up enabled  (DDxn=0, PORTxn=1) atau kondisi output  low (DDxn=1, PORTxn=0). Biasanya, Biasanya, kondisi kondi si pull-up enabled dapat diterima sepenuhnya, selama lingkungan impedansi tinggi tidak memperhatikan perbedaan antara sebuah  strong high driver  dengan sebuah  pull-up.  pull-up. Jika ini  bukan suatu masalah, maka bit PUD pada register SFIOR dapat diset 1 untuk mematikan semua pull-up semua  pull-up dalam semua port. Peralihan dari kondisi input dengan pull-up ke kondisi output low  juga menimbulkan masalah yang sama. Kita harus menggunakan kondisi tri-state (DDxn=0, PORTxn=0) atau kondisi output high (DDxn=1, PORTxn=0) sebagai kondisi transisi.

Gambar 2.20 Konfigurasi Pin Port 

Gambar 2.10 merupakan gambar konfigurasi pin port. Bit 2 –  2 – PUD PUD :  Pull-up Disable

30

Bila bit diset bernilai 1 maka  pull-up  pada port I/O akan dimatikan walaupun register  DDxn dan PORTxn dikonfigurasikan untuk menyalakan pull-up menyalakan pull-up (DDxn=0, PORTxn=1).

Timer Timer/counter adalah fasilitas dari ATMega16 yang digunakan untuk perhitungan pewaktuan. Beberapa fasilitas chanel  dari timer counter antara lain: counter channel tunggal, channel tunggal, pengosongan data timer sesuai dengan data pembanding, bebas  glitch, - glitch, tahap yang tepat  Pulse Width Modulation (PWM),  pembangkit frekuensi, event  counter external. counter external. Gambar diagram block  timer/counter 8 bit ditunjukan pada gambar 2. Untuk penempatan pin I/O telah di jelaskan pada bagian I/O di atas. CPU dapat diakses register I/O, termasuk dalam pin-pin I/O dan bit I/O.  Device khusus register I/O dan lokasi bit terdaftar   pada deskripsi timer/counter timer/counter 8 bit.

 Blok  Blok diagram diagram timer/count timer/counter  er  Gambar 2.21  2.21 

Gambar 2.21 menggambarkan Timing Diagram Timer/Counter.Timer/counter didesain sinkron clock  timer (clkT0) oleh karena itu ditunjukkan sebagai sinyal enable clock pada gambar  3. Gambar ini termasuk informasi ketika flag ketika flag interrupt dalam interrupt dalam kondisi set. Data timing digunakan sebagai dasar dari operasi timer/counter.

31

Gambar 2.22 Timing diagram timer/counter, tanpa prescaling 

Sesuai dengan gambar 2.22 diatas timing diagram timer/counter dengan  prescaling  maksudnya adalah counter akan menambahkan data counter (TCNTn) ketika terjadi pulsa clock telah mencapai 8 kali pulsa dan sinyal clock  pembagi aktif  clock  dan ketika telah mencapai nilai maksimal maka nilai TCNTn akan kembali ke nol. Dan kondisi  flag  timer  akan aktif ketika TCNTn maksimal.

Gambar 2.23  Timing diagram timer/counter, dengan prescaling 

Sama halnya timing timer diatas, gambar 2.23 timing timer/counter dengan seting OCFO timer mode ini memasukan data ORCn sebagai data input timer. Ketika nilai ORCn sama dengan nilaiTCNTn maka pulsa  flag timer  akan aktif. TCNTn akan

32

 bertambah nilainya ketika pulsa clock  telah mencapai 8 pulsa. Dan kondisi flag akan berbalik (komplemen) kondisi ketika nilai TCNTn kembali kenilai 0 (overflow).

Gambar 2.24  Timing diagram timer/counter, menyeting OCFO,

dengan pescaler (fclk_I/O/8)

Gambar 2.24 merupakan gambar timing diagram. Ketika nilai ORCn sama dengan nilai TCNTn maka pulsa flag timer akan aktif. TCNTn akan bertambah nilainya ketika pulsa clock telah mencapai 8 pulsa. Dan kondisi  flag  akan berbalik (komplemen) kondisi ketika nilai TCNTn kembali kenilai 0 (overflow).

Gambar 2.25 Timing diagram timer/counter, menyeting OCFO,

 pengosongan data timer sesuai dengan data pembanding,dengan  pescaler (fclk_I/O/8)

33

Gambar 2.25 merupakan gambar timing diagram. OCRn akan aktif  dan gelombang pulsa akan aktif.

2.9.

Kontrol Logika Fuzzy

Logika fuzzy yang pertama kali diperkenalkan oleh Lotfi A. Zadeh, memiliki derajat keanggotaan dalam rentang 0 (nol) hingga 1 (satu), berbeda dengan logika digital yang hanya memiliki dua nilai yaitu 1(satu) atau 0(nol). Logika fuzzy digunakan untuk  menerjemahkan suatu besaran yang diekspresikan menggunakan  bahasa (linguistic), misalkan besaran kecepatan laju kendaraan yang diekspresikan dengan pelan, agak cepat, cepat dan sangat cepat. Secara umum dalam sistem logika fuzzy terdapat empat buah elemen dasar, yaitu: 1. Basis kaidah (rule base), yang berisi aturan-aturan secara linguistik yang bersumber dari para pakar; 2. Suatu mekanisme pengambilan keputusan (inference engine), yang memperagakan bagaimana para pakar mengambil suatu keputusan dengan menerapkan pengetahuan (knowledge); 3. Proses fuzzifikasi (fuzzification), yang mengubah besaran tegas (crisp) ke besaran fuzzy; 4. Proses defuzzifikasi (defuzzification), yang mengubah besaran fuzzy hasil dari inference engine, menjadi besaran tegas (crisp). Kontroler fuzzy bekerja dengan cara menerima sinyal dari sensor  tegangan sebagai luaran dari plant yang dikontrol. Sinyal ini berupa sinyal luaran yang kemudian dibandingkan dengan set point dan menghasilkan error (selisih set point dengan luaran). Proses  perbandingan antara harga error dilakukan sehingga menghasilkan delta error (selisih antara error sekarang dan terdahulu). Proses fuzzyfikasi dilakukan dengan menyusun membership function dari error dan delta error. Adapun blok diagram controller fuzzy adalah sebagai berikut :

34

Error (t)

Delta Error t

FUZZY KONTROLLER 

Duty Cycle

Gambar 2.26 Blok diagram fuzzy

Gambar 2.26 merupakan luaran dari kontroler masih berupa variable fuzzy untuk itu perlu dilakukan proses defuzzyfikasi untuk  mengubah variable fuzzy menjadi variable linguistik. Fungsi fuzzy logic kontroler adalah untuk mengatur duty cycle dari rangkaian  boost converter secara otomatis. Adapun membership function dari controller ini adalah :

Gambar 2.27 Membership Function ERROR 

Gambar 2.27 merupakan gambar membership function ERROR. Membership function menggunakan tiga membership function.

35

Gambar 2.28 Membership Function DERROR 

Gambar 2.28 merupakan gambar membership function DERROR. Membership function menggunakan tiga membership function.

Gambar 2.29 Membership Function DUTY CYCLE

Gambar 2.29 merupakan gambar membership function OUTPUT. Menggunakan tiga membership function. 2.9.1. Desain RULE BASE Proses ini berfungsi untuk mencari suatu nilai fuzzy luaran dari nilai fuzzy masukan. Prosesnya adalah suatu nilai fuzzy masukan dimasukkan kedalam sebuah rule yang telah dibuat kemudian dijadikan fuzzy luaran. Sebagai contoh aturan-aturan fuzzy adalah : 

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



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



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

36

Ada beberapa operator yang digunakan dalam fuzzy, antara lain and, or, dan not. Dalam proyek akhir ini menggunakan operator  and maka masukan terkecil yang diambil, misal if error = -10(R) and Derror = 20(T) then DC = 60 (BT) nilai fuzzy luaran dari nilai diatas adalah 79. Nilai -10 diambil dari membership function masukan dengan cara menarik garis lurus vertical yang diinginkan. Aturanaturan (rule) mengikuti perilaku umum sistem dan ditulis dalam pola label linguistic fungsi keanggotaan. Untuk dua masukan yaitu Error  dan Delta Error dan satu sistem luaran, aturan (rule) tersebut dapat ditulis dalam bentuk matriks seperti tabel di bawah. Tabel 2.1 Rule Base Kontrol Logika Fuzzy

Derror error R

K

S

T

KR

BT

BT

S

KR

S

BT

T

BT

S

BT

Tabel 2.1 merupakan tabel rule base dari kontrol logika fuzzy. Dimana dari tiga membership function terbentuk Sembilan rule  base(9).

2.10. Code Vision AVR  Code Vision AVR adalah software compiler yang digunakarn untuk mikrokontroler AVR. Software ini compatible terhadap semua OS yang biasa digunakan seperti windows XP, 2000, Vista, Seven, dan lain-lain. Code Vision AVR ini masih bahasa C sebagai bahasa  pemrogramannya.

37

Gambar 2.30 CodeVision AVR

Gambar 2.30 pada Code Vision AVR disediakan bermacammacam IC diantaranya adalah atmega 16 dan 128. Pada tugas akhir  menggunakan IC atmega 16. Code Vision AVR juga menyediakan  pengaturan komunikasi serial, LCD, RTC, ADC, DAC, Timer, dan lain-lain yang berhubungan dengan mikrokontroler. Berikut ini akan diuraikan tentang langkah-langkah dalam membuat project baru menggunakan code vision avr. Berikut ini akan diuraikan tentang langkah-langkah membuat  project dalam menggunakan Code Vision AVR. Klik pada menu file  new  pilih project untuk membuat project yang baru, lalu klik  OK.

38

Gambar 2.31 Membuat Projek Baru Menggunakan Code Vision AVR

Gambar 2.31 merupakan window projek baru menggunakan code vision AVR. Kemudian aturlah IC mikrokontroller, port, usart, timer, LCD, dan lain-lain sesuai dengan kebuthan pemrograman.

Gambar 2. 32   Pengaturan Komponen Pada Code Vision AVR

Gambar 2.32 merupakan komponen pada code vision AVR. lalu simpan dengan mengklik menu filegenerate,save, dan exit. Untuk mendownloadkan program yang sudah dibuat maka perlu untukdecompile terlebih dahulu, setelah klik icon make project untuk  mendownloadkan program ke IC mikrokontroller.

2.11. Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (MOSFET)

Dalam  JFET , besar keefektifan pada channel  dikontrol oleh medan listrik yang diberikan ke channel  melalui  P-N junction. Bentuk lain dari piranti pengaruh medan dicapai dengan penggunaan  bahan elektroda gate yang dipisahkan oleh lapisan oxide dari channel   semikonduktor . Pengaturan metal oxide semikonduktor (MOS) mengijinkan karakteristik  channel  dikontrol oleh medan listrik 

39

dengan memberikan tegangan diantara gate dan body semikonduktor  serta pemindahan melalui lapisan oxide. Seperti halnya piranti yang disebut dengan  MOSFET  atau  MOS Transistor . Hal ini penting digaris bawahi dengan kenyataan bahwa  IC  lebih banyak dibuat dengan piranti MOS dari pada jenis piranti semikonduktor lain. Ada dua tipe MOSFET , deplesi MOSFET mempunyai tingkah laku yang sama dengan JFET pada saat tegangan gate nol dan tegangan drain tetap, arus akan maksimum dan kemudian menurun dengan diberikan potensial gate dengan polaritas yang benar (piranti normally on). Jenis yang lain dari piranti ini disebut dengan  Enhancement MOSFET yang menunjukkan tidak ada arus pada saat tegangan gate nol dan besar arus keluaran besar dengan bertambah  besar potensial  gate (normally off). Kedua tipe dapat berada dalam salah satu jenis channel P atau N.

2.11.1.

Simbol Rangkaian Mosfet

Terdapat 4 simbol yang digunakan untuk MOSFET yang ditunjukkan pada Gambar 2.10 Simbol-simbol pada Gambar (a) dan (b) merupakan Mosfet tipe N yang digunakan untuk  enchancement  dan depletion device. Simbol pada Gambar (c) dan (d) merupakan Mosfet tipe P yang digunakan pada mode enchancement  dan depletion device.

8

Gambar 2.33 Simbol Mosfet  8

Mursyida. Dina “Rancang Bangun Modul Praktikum Elektronika Daya (Buck  Converter dan Boost Converter)”. PENS-ITS. 2010. Hal 37

40

Gambar 2.33 merupakan symbol dari MOSFET. Pengertian  positif untuk semua terminal arus menuju ke dalam piranti. Kemudian mosfet channel  N, Id adalah positif dan Is adalah negatif. Ketika Id=Is, Ig sebenarnya berharga nol. Tegangan drop diantara drain dan  source didesain oleh Vds, Vgs digunakan untuk  menunjukkan tegangan drop dari  gate ke  source. Untuk mosfet channel  P digunakan dengan arah reverse. Terminal arus dan terminal tegangan adalah negative sebanding dengan kualitas mosfet channel N. source dan substrate dihubung singkatkan di dalam Mosfet channel P yang standard.

2.12. Optocoupler Optocoupler  atau optotransistor merupakan salah satu jenis komponen yang memanfaatkan sinar sebagai pemicu on-off. Opto  berarti optic dan coupler berarti pemicu. Sehingga bisa diartikan  bahwa optocoupler merupakan suatu komponen yang bekerja  berdasarkan pemicu cahaya optic. Optocoupler termasuk dalam sensor, yang terdiri dari dua bagian yaitu transmiter  dan receiver .Dasar rangkaian optocoupler ditunjukkan pada Gambar  2.34.

Gambar 2.34  .Rangkaian dasar optocoupler 

41

Gambar 2.34 Bagian pemancar atau transmiter dibangun dari sebuah infra led merah untuk mendapatkan ketahanan yang lebih  baik terhadap sinar tampak daripada menggunakan led biasa. Sensor  ini bisa digunakan sebagai isolator dari rangkaian tegangan rendah ke rangkaian bertegangan tinggi, selain itu juga bisa dipakai sebagai  pendeteksi terhadap penghalang antara transmiter dan receiver  dengan memberikan ruang uji dibagian tengah antara led dan  phototransistor. Penggunaan seperti ini bisa diterapkan untuk  mendeteksi putaran motor atau mendeteksi lubang penanda pada disk  drive komputer. Penggunaan optocoupler tergantung pada kebutuhan. Ada berbagai macam tipe dan jenis, diantaranya 4N25, 4N26, TLP 250 dan lain-lain. Salah satu yang terpenting dari aplikasi phototransistor adalah  photocoupler (optocoupler). Optocoupler biasa digunakan pada rangkaian elektronik yang diisolasi dari rangkaian lain, sehingga disebut juga photoisolator. Hanya cahaya yang menghubungkan rangkaian masukan ke rangkaian keluaran.

2.13.

Rangkaian Drive Totempole

Sudah menjadi hal yang sangat penting untuk dapat mengurangi atau meminimalkan power losses pada switching elektronik (electronic switching) pada saat mendesain suatu rangkaian elektronika daya. Switch losses terjadi karena terdapat  perubahan dari kondisi satu ke kondisi (low) yang lain (high) secara cepat. Drive citcuit MOSFET harus dapat dengan cepat memberikan arus dan membuang arus pada saat berada pada switching frekuensi tinggi. Rangkaian yang sangat cocok untuk digunakan sebagai dri circuit pada MOSFET adalah yang dinamakan “totem- pole”, yang terdiri dari transistor NPN dan PNP. Rangkaian totem-pole ditunjukkan pada Gambar 2.35.

42

Gambar 2.35 rangkaian drive Totempole

Gambar 2.35 merupakan gambar rangkaian drive totempole. Totempole menggunakan BD 139 dan 140.

2.14. Mikrokontroller 2.14.1. Konsep Mikrokontroller Mikrokontroler adalah sebuah sistem microprosesor di mana didalamnya sudah terdapat CPU, ROM, RAM, I/O, Clock  dan  peralatan internal lainnya yang sudah saling terhubung dan terorganisasi (teralamati) dengan baik oleh pabrik pembuatnya dan dikemas dalam satu chip yang siap pakai. Sehingga kita tinggal memprogram isi  ROM  sesuai aturan penggunaan oleh pabrik yang membuatnya. Seperti umumnya komputer, mikrokontroler adalah alat yang mengerjakan intruksi-intruksi yang diberikan kepadanya. Artinya, bagian terpenting dan utama dari suatu sistem komputerisasi adalah program itu sendiri yang dibuat oleh seorang programmer. Program ini mengintruksikan komputer untuk melakukan jalinan yang panjang dan aksi-aksi sederhana untuk melakukan tugas yang lebih kompleks yang diinginkan oleh programmer. Dalam proyek  akhir ini mikrokontroler yang digunakan adalah AVR ATmega 16. 2.13 IC TCA 785 Rangkaian driver berfungsi sebagai pembangkit pulsa dari rangkaian AC-DC terkontrol, pengaturan AC DC yang akan dikontrol melalui

43

 potensiometer. Pengontrolan dengan menggunakan IC TCA 785 akan diperoleh keuntungan sebagai berikut : a.Penetapan titik nol lebih pasti  b.Pengaturan sudut penyulutan dari 0°-180° c.Daerah pemakaian yang lebih luas d.Arus kerja yang relatif kecil 250 sampai dengan 400mA e.Tegangan kerja 18 Volt f. Dapat digunakan untuk kontrol tiga phasa. Untuk penyearah terkontrol 1 fasa siklus positf dengan siklus negatif berbeda 180o maka akan dihasilkan sebuah pulsa penyalaan yang memiliki perbedaan fasa sebesar 180o.

Gambar 2.36 IC TCA 785

Gambar 2.36 digunakan untuk penyearah gelombang 1 fasa yang terkontrol, karena masukkan dari tegangan jala-jala mempunyai  beda fase 180° maka dibutuhkan pulsa penyalaan yang mempunyai  beda phase 180° untuk setiap siklus tegangan positif dan negatif. Hal ini dapat diatasi dengan cara mengambil tegangan input dari singkronisasi IC diatas ( terdapat pada kaki no 5)

44

9

Gambar 2.37 Rangkaian Pembangkit IC TCA 785

9

. [didownload pada Desember 2011. Sumber:http://en.wikipedia.org/wiki/TCA_785 Datasheet of TCA 785

45

Tabel 2.2 Tabel fungsi kaki TCA 785

PIN 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

SIMBOL KAKI GND Q2 QU Q2 Vsync I QZ Vref R9 C10 V11 C12 L Q1 Q2 Vs

FUNGSI Ground Output 2 inverted Output U Output 1 inverted Synchronous voltage

Inhibit Output Z Stabilized voltage Ramp resistance Ramp capacitance Control voltage Pulse extension Long pulse Output 1 Output 2 Supply voltage

46

H alaman ini sengaja dikosongkan 

BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN HARDWARE DAN SOFTWARE 3.1 Blok Diagram Pada pengerjaan tugas akhir ini dibagi menjadi 2 yaitu yang  pertama adalah hardware dimana akan difokuskan pada pembuatan rangkaian AVR (Automatic Voltage Regulator) sebagai penstabil tegangan output generator. Dan yang kedua adalah software yang difokuskan pada pemrograman penyulutan mosfet melalui mikrokontroler dan pengaturan sinyal PWM menggunakan kontrol logika fuzzy. Berikut ini adalah perencanaan dari sistem pengerjaan.

GENERATOR RECTIFIER

TRAFO

BOOST

KUMPARAN

SINKRON TIGA

CONVERTER

MEDAN

FASA

SENSOR KEYPAD

MIKROKONTROLER

TEGANGAN

LCD

Gambar 3.1 Blok

Diagram Sistem

Dari gambar 3.1 tegangan output pada generator tidak stabil disebabkan adanya pemakaian beban yang bervariasi sehingga menyebabkan tegangan output menjadi tidak stabil. Oleh karena itu diperlukan suatu alat yang dapat menstabilkan tegangan output generator. Sebelum mendesain AVR (Automatic Voltage Regulator) terlebih dahulu mengambil data awal yaitu pengukuran tegangan output generator  dalam kondisi tak berbeban dan berbeban.

LOAD

48

Tabel 3.1.  Kondisi Tak Berbeban

NO 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

V eksitasi (DC) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 22 24 28 30 34 36 40

I eksitasi (DC) 0,06 0,09 0,11 0,15 0,18 0,20 0,22 0,24 0,29 0,31 0,34 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,3

Vo generator (AC) 18 54 57 59 61 68 77 83 95 104 122 240 260 280 300 320 340 360 380

Dari tabel 3.1 merupakan tabel pengukuran pada generator saat kondisi tak berbeban (generator tidak dihubungkan ke beban).

49

Tabel 3.2.  Kondisi Berbeban (drop tegangan)

NO 1 2 3

Vexcitasi (volt) 40 40 48

I excitasi (ampere) 1,2 1,4 1,4

I beban (ampere) 1 1,5 2,1

Tegangan (volt) 380 360 380

Frekuensi (Hz) 50 50 50

Dari tabel 3.2 merupakan tabel pengukuran kondisi berbeban (saat generator dihubungkan ke beban). Tabel 3.3 Kondisi

Berbeban

(Tegangan dikumparan medan dinaikkan hingga mencapai 50V)

NO 1 2 3

Vexcitasi (volt) 42 48 49

I excitasi (ampere) 1,4 1,38 1,5

I beban (ampere) 1 1,5 2,1

Tegangan Frekuensi (volt) (Hz) 380 50 380 50 380 50

Dari tabel 3.3 merupakan tabel pengukuran generator kondisi  berbeban namun tegangan di kumparan medan dinaikkan hingga mencapai 50 V dc. 3.2 Perencanaan Boost Converter Boost converter bekerja dengan menghasilkan tegangan keluaran yang lebih tinggi dari tegangan masukannya. Besarnya tegangan keluaran yang dihasilkan dapat dihitung dengan menggunakan  persamaan :

Vin-min = 4 V Vin-max = 10 V Vout = 20 V Io = 2,5 A

50

Fs = 40 KHz

  −    −    −  a.

Duty Cycle

=

1

4

= 1

100%

100%

20

= 80 %

 b.

Nilai Induktor

Δ

= 0,4

 I  L

  I  R 

    −                 −             =

=

= 0,4

Vo  R

8

Δ

1

40000

4

1

1

0,8

1

3,2

Arus Max Inductor + =

= 2,5

20 + 0,7 4

= 12,9375

I

 1

40000 = 0,00008 = 80 µ

I

20

1

=

c.



=

+

Δ

2 = 12,9375 + = 13,4375

1 2

(1

2,5 A

)

= 0,4 x [

4 (1  0,8) x8

]=1

51

d.

I

               

Arus RMS Inductor



Δ

=

2

2

2 3

1

=

12,93752

2

2 3

= 3,734 e.



Arus Puncak Diode



I

= =

2,5

        

0,8 = 3,125 f.

Arus RMS Diode



I

=I

= 3,125

0,8

= 2,79

g.

Arus RMS Kapasitor

    −

I

2

=

   −−      

2

=

2,792

2,52

=

7,231

6,25

= 1,5341 = 1,23

h. Δ

Ripple Tegangan Output = 1% = 0,01 20

52

      = 0,2

i.

Kapasitas Output

=

Δ

=

0,2 =

xT

RCf  20 0,8

8 x C x 40000 64000 = 16 C= 0,00025F  C=250uF   j.



Jumlah Lilitan

=

n=

 

L x Imax x 10

4

Bmax x 80 x 10

6

x 13,4375 x 104

0,25 x 2,0096 2

= 1075 x10 = 10,75 lilitan k. Panjang kawat Lg = keliling bobin x jumlah lilitan x split x 40%

Lg = 5,652 x 11 x 6 x 40 % Lg = 373,032 + 149,2128 Lg = 522,2448 cm

Split : 3 IL(rms) setelah di split = 3,734 : 6 = 0,622 A Jadi dengan melihat data sheet tabel winding data, yang digunakan adalah AWG 21 dengan arus 0,622 A dan diameter kawat yang digunakan 0,45.

l.

Desain rangkaian snubber

53

 I on

  I in   I  L  12,9375

V off    V in

 V ou t 

V off    4  20  24V  t  fall 



Cs =

Cs =

43ns

Ion x Tfall 2 x Voff 

−

12,9375 x 43.10 2 x 24

9

= 11,58 nF

    − = 0,8

0,8 2

25

10

11,58

6

= 690,84 

Gambar 3.2 Rangkaian Simulasi Boost Converter 

Gambar 3.2 merupakan gambar rangkaian simulasi boost converter  dengan nilai inductor sebesar 80uH.

54

Gambar 3.3 Bentuk Gelombang Tegangan Output Boost Converter 

Gambar 3.3 merupakan bentuk gelombang tegangan output boost converter dari simulasi rangkaian boost converter di atas.

Gambar 3.4 Bentuk Gelombang Arus Output Boost Converter 

Gambar 3.4 merupakan bentuk gelombang dari arus keluaran boost converter dari simulasi di atas.

55

Gambar 3.5 Rangkaian Boost Converter 

Gambar 3.5 merupakan perencanaan boost converter yang telah dibuat berdasarkan perhitungan teori. 3.3 Perencanaan Halfwaved Controlled Rectifier Penyearah satu fasa terkontrol digunakan untuk  mengubah tegangan keluaran pada generator (AC) menjadi tegangan DC. Tegangan DC inilah yang nantinya akan digunakan sebagai inputan untuk rangkaian boost converter. Penyearah satu fasa terkontrol dikendalikan oleh semikonduktor  yang berupa thyristor (Semiconductor Controlled Rectifier). Suatu rangkaian penyearah satu fasa terkontrol setengah gelombang menggunakan satu (1) buah thyristor.

56

Gambar 3.6 Rangkaian

Single Phase Halfwaved Controlled   Rectifier Resistive (R) Load 

Gambar 3.6 merupakan gambar rangkaian single phase halfwave controlled rectifier dengan beban R 

Gambar 3.7 Bentuk Gelombang Single Phase Halfwaved Controlled rectifier Resistive Load (R)

Gambar 3.7 merupakan bentuk gelombang tegangan input yang  berasal dari simulasi rectifier di atas.

Gambar 3.8 Bentuk Gelombang Single Phase Halfwaved Controlled   Rectifier 

57

Gambar 3.8 diatas menunjukkan bentuk gelombang arus dan tegangan output halfwaved controlled rectifier dengan beban R. Jika penyearah memiliki beban yang bersifat induktif, ketika tegangan sumber atau tegangan masukan sudah mencapai 180°, thyristor masih tetap menghantar karena arus masih mengalir oleh karena adanya sifat induktif beban, bahkan ketika tegangan sudah mengayun ke negative (>180°). Thyristor baru mati ketika arus  beban sudah di bawah arus genggamnya. Dalam gambar 3.6 jelas  bahwa jika thyristor dipicu dengan sudut α, maka secara praktis thyristor baru mati setelah tegangan mengayun ke negative sebesar  180° + αi. Penjelasan lain yang lebih mudah ditangkap adalah sebagai berikut : ketika tegangan sumber di anode SCR sudah masuk  ke nol, (pada titik atau 180°), logikanya SCR tidak mendapat tegangan panjar maju yang cukup untuk mempertahankan arus genggamnya (holding current), tetapi dengan adanya inductor di jalur  katodanya, ujung atas inductor (titik A) berpolaritas negative terhadap ujung bahwanya (titik B) akibat tegangan induksi yang muncul di induktor. Dengan fenomena seperti inilah SCR tetap terjaga dalam panjar maju, karena anodenya berpolaritas nol, katodanya berpolaritas negative. Anode tetap lebih positif daripada katodanya. SCR baru mati setelah tegangan pada anodanya bergerak  lebih jauh menuju negative (gelombang bergerak dari π menuju 2π). Apabila menyatakan sudut fasa yang diukur dari titik persilangan nol tegangan (π atau 180°) ke titik ketika SCR yang sedang menghantar  menjadi mati secara alamiah saat katodanya lebih positif dari anodanya.

58

Gambar 3.9   Rangkaian

Halfwave Controlled Rectifier 

Gambar 3.9 merupakan rangkaian halfwave controlled rectifier yang telah dibuat dan diuji. 3.4 Pembuatan Sensor Tegangan Sensor tegangan menggunakan resistor pembagi tegangan dipasang secara pararel antara fasa dengan netral. Fungsi resistor ini adalah untuk menurunkan tegangan dari tegangan sumber menjadi tegangan yang dikehendaki. Selain itu juga penggunaan resistor tidak  mengubah harga beda fase yang terjadi pada beban induktif yang terpasang.

V out  

 R2  R1   R2

 V in

………….……………………………..…(3.1)

Dalam perhitungan Vin yang digunakan adalah 380 volt dan Vout yang diharapkan adalah 5 volt apabila menggunakan AVR  Mikrokontroler ATMEGA 16 dan dimisalkan R1 = 10KΩ, sehingga didapatkan :

59

Vout  

5

 R2

 xV in

 R1   R2  R2

 x380

10000   R2

(5 x10000)  5 R2 50000  5 R2 375 R2







380 R2

380 R2

50000

 R 2  133,33

Maka komponen R 2 yang digunakan, yang mendekati nilai  pasaran adalah 100Ω.

Gambar 3.10 Rangkaian Skematik Sensor Tegangan

Gambar 3.10 merupakan gambar rangkaian skematik dari sensor  tegangan secara teori.

Gambar 3.11 Rangkaian Sensor Tegangan Gambar 3.11 merupakan perencanaan sensor tegangan yang telah dibuat dan diuji.

60

3.5 Perencanaan kontrol logika fuzzy Pada proyek akhir ini digunakan kontroler fuzzy. Luaran dari kontrol fuzzy nantinya digunakan untuk pengaturan duty cycle dari boost converter. Pada proyek akhir ini perancangan membership function diambil dari error, delta error, dan output dibuat 3 membership function (MF). Dibawah ini adalah rancangan membership function dari masukan dan output yang digunakan.

Gambar 3.12 Perencanaan Membership Function 

Perancangan range membership function ERROR 

Gambar 3.13 Membership Function ERROR

Gambar 3.13 merupakan gambar membership function ERROR.

61

Tabel 3.4 Range nilai membership function ERROR  MF  Nilai

R 105.8

S 165

T 297

Tabel 3.4 merupakan tabel membership function kontrol logika fuzzy dari ERROR. Dengan batas nilai rule base antara 105.8 sampai dengan 297. 

Perancangan Membership Function DERROR 

Gambar 3.14 Membership Function DERROR

Gambar 3.14 merupakan gambar membership function dari DERROR.membership function DERROR menggunakan tiga membership function. Tabel 3.5 Range nilai membership function DERROR  MF  Nilai

K -132

S 165

T 296.1

Tabel 3.4 merupakan tabel membership function kontrol logika fuzzy dari DERROR. Dengan batas nilai rule base antara 132 sampai dengan 296.1.

62



Perancangan range membership function OUTPUT

Gambar 3.15 Membership Function OUTPUT 

Gambar 3.14 merupakan gambar membership function dari OUTPUT. .membership function OUTPUT menggunakan tiga membership function. Tabel 3.6 Range nilai membership function OUTPUT MF  Nilai

KR -15

S 50

BT 105

Tabel 3.6 merupakan tabel membership function OUTPUT. Setelah dibuat membership function maka dapat dibuat rule basenya untuk mengatur logika pembuatan keputusan fuzzy-nya atau aturan yang menghubungkan antara masukan dan luaran seperti yang ditunjukkan di atas :

63

Tabel 3.7 Rule Base Kontrol Logika Fuzzy K

S

T

error R

KR

BT

BT

S

KR

S

BT

T

BT

S

BT

derr or

Tabel 3.7 merupakan tabel rule base dari kontrol logika fuzzy

Gambar 3.16 Perencanaan Rule Base pada Matlab

Gambar 3.16 merupakan perencanaan rule base pada matlab

64

3.6

Pembuatan ATMEGA 16 Mikrokontroler adalah sebuah sistem komputer lengkap dalam satu serpih (chip). Mikrokontroler lebih dari sekedar sebuah mikroprosesor karena sudah terdapat atau berisikan ROM (ReadOnly Memory), RAM (Read-Write Memory), beberapa bandar  masukan maupun keluaran, dan beberapa peripheral seperti  pencacah/pewaktu, ADC (Analog to Digital converter), DAC (Digital to Analog converter) dan serial komunikasi. Salah satu mikrokontroler yang banyak digunakan saat ini yaitu mikrokontroler  AVR. AVR adalah mikrokontroler RISC (Reduce Instuction Set Compute) 8 bit berdasarkan arsitektur Harvard. Secara umum mikrokontroler AVR dapat dapat dikelompokkan menjadi 3 kelompok, yaitu keluarga AT90Sxx, ATMega dan ATtiny. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori,  peripheral , dan fiturnya. Seperti mikroprosesor pada umumnya, secara internal mikrokontroler ATMega16 terdiri atas unit-unit fungsionalnya  Arithmetic and Logical Unit  (ALU), himpunan register kerja, register dan dekoder instruksi, dan pewaktu beserta komponen kendali lainnya. Berbeda dengan mikroprosesor, mikrokontroler menyediakan memori dalam serpih yang sama dengen prosesornya (in chip).

Gambar 3.17   Minimum System

ATMEGA 16 

65

Gambar 3.17 merupakan gambar minimum sistem ATMEGA 16. Mikrokontroler ATMEGA 16 arsitektur havard yang memisahkan memory program dari memori data baik alamat bus dan data bus, sehingga pengaksesan program dan data dapat diakses secara bersamaan. Secara garis besar ATMEGA 16 terdiri dari : 1. Arsitektur RISC dengan throughput mencapai 16 MIPS pada frekuensi 16 MHz. 2. Memiliki kapasitas memory flash 16 Kbyte, EEPROM 512 Byte dan SRAM 1 Kbyte. 3. Saluran I/O 32 buah. 4. User interrupt terdiri dari user internal dan eksternal. 5. Bandar interface SPI dan USART. 6. Fitur peripheral a. Dua buah timer/counter 8 bit dengan prescaler terpisah dan mode compare.  b. Satu buah timer/counter 16 bit dengan prescaler terpisah mode compare dan mode capture. c. Real Time Clock dengan osilator tersendiri. d. 8 kanal 10 bit ADC. e. Watchdog timer sebagai osilator internal. f. Byte-oriented Two-wire Serial Interface. 3.7

Perencanaan Hardware Pada Mikrokontroller Pada proyek akhir ini kami menggunakan Mikrokontroler  menggunakan bahasa C untuk mengprogram chip IC-nya. Software CodeVision C Compiler digunakan untuk memprogram AT Mega16. Dimana nantinya Mikrikontroler tersebut digunakan sebagai  penyulutan mosfet menggunakan PWM kontrol pada mikrokontroler. Pada proyek akhir ini penyulutan yang digunakan menggunakan PWM. PWM dibangkitkan dari mikrokontroller ATMEGA 16. PWM pada proyek akhir akan disulut maximal antara 80%. PWM ini akan digunakan untuk pengaturan frekuensi pada boost converter.

66

Amplitude PWM pada proyek akhir sebesar 15 V, dipilih besar  tegangan 15 V karena IRFP 460 bekerja pada tegangan sebesar 15 Volt. Sebagai pembatas antara PWM kontrol dengan mikrokontroller  digunakan rangkaian yang disebut rangkaian optocoupler. Dimana rangkaian optcoupler ini menggunakan NV 25.

Gambar 3.18 Rangkaian Optocoupler 

Gambar 3.18 merupakan gambar rangkaian optocoupler yang telah dibuat dan telah diuji.

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA

Pada bab IV dibahas tentang pengujian terhadap sistem yang dibuat dan disertai dengan analisa. Metode pengujian pada  proyek akhir ini dilakukan untuk mengetahui prinsip kerja dari alat yang dirancang serta untuk mengetahui pengukuran arus, tegangan. Kemudian setelah itu hasil pengukurannya dibandingkan dengan teori yang telah dipelajari. Pada bab ini akan disajikan pengujian dan hasil pengujian sebagai berikut : 4.1. Pengujian PWM Penyulutan yang dipakai pada proyek akhir ini menggunakan metode PWM. PWM dibangkitkan dari mikrokontroler ATMEGA 16. PWM pada proyek akhir ini disulut sebesar 80%. PWM ini akan digunakan untuk pengaturan duty cycle pada boost converter . Amplitudo PWM pada proyek  akhir ini sebesar 15 volt, dipilih tegangan 15 volt karena MOSFET IRFP460 bekerja pada tegangan 15 volt. 4.1.1. Pengujian PWM Mikrokontroler Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui respon dari keluaran boost converter yang akan disulut pada kaki Gate dari mosfet tersebut. Berikut ini adalah hasil dari  pengujian PWM analog yang akan digunakan untuk   penyulutan kaki gate pada mosfet IRFP460.

68

Gambar 4.1 Pengujian PWM mikrokontroler 

Gambar 4.1 merupakan pengujian pwm mikro. Apabila kita ingin mengatur duty sebesar 80% (delapan puluh persen) maka kita setting pwm mikrokontroler sebesar 181. Duty cycle sebesar  delapan puluh persen tersebut kita ubah kedalam bentuk 255.

Gambar 4.2 Bentuk Gelombang PWM mikrokontroler 

Gambar 4.2 merupakan bentuk gelombang keluaran pwm (berbentuk  gelombang pulsa).

69

4.1.2. Pengujian Optocopler Rangkaian optocoupler  pada Gambar 4.5 menggunakan IC 4N25 dan dihubungkan dengan transistor C 9013. Ground  pada sisi masukan harus dipisahkan dengan ground  pada sisi keluaran. Pemisahan ground terkait dengan sifat dasar dari optocoupler yang  berfungsi mengisolasi rangkaian masukan dengan rangkaian keluaran. Pada saat optocoupler  diberi masukan sinyal dari rangkaian PWM yang dihasilkan mikrokontroller ATmega-16, maka frekuensi keluaran juga sama dengan masukan yang membedakan adalah besar amplitudo yaitu 12 volt. Perbedaan amplitudo antara masukan dan keluaran karena keluaran dari rangkaian optocoupler dihubungkan dengan transistor C 9013 untuk dikuatkan.

Gambar 4.3 Rangkaian Hardware Optocoupler 

Gambar 4.3 merupakan gambar perencanaan hardware dari optocoupler. Optocoupler ini berfungsi sebagai pemisah antara rangkaian boost converter dengan mikrokontroler. Jika terjadi gangguan dengan mikrokontroler, gangguan tersebut tidak mengenai rangkaian boost converter.

70

Gambar 4.4 Rangkaian Optocoupler 

Gambar 4.4 merupakan gambar rangkaian optocoupler secara teori. Dan akan diaplikasikan seperti gambar rangkaian di atas.

Gambar 4.5 Bentuk Gelombang Keluaran Optocoupler 

Gambar 4.5 merupakan bentuk gelombang keluaran optocoupler   berdasarkan rangkaian hardware yang telah dibuat dan dilakukan  pengujian . 4.1.3. Pengujian Rangkaian Totempole Rangkaian yang ditunjukkan pada Gambar 4.6 dibawah ini difungsikan sebagai sinkronisasi sinyal gelombang kotak ke MOSFET,agar pengisian dan pembuangan pulsa dapat dilakukan dengan cepat. Rangkaian ini memerlukan tegangan supply sebesar  12 Voltagar tegangan output gelombang juga sebesar 12 Volt. Pada rangkaian ini ground tegangan supply totem-pole dapat digabung dengan  ground   pada tegangan supply optocoupler . Keluaran dari totem-pole ini langsung disambungkan dengan gate

71

dan  source MOSFET. Dan akan diperoleh hasil gelombang keluaran totem-pole seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.6

Gambar 4.6 Rangkaian drive totempole

Gambar 4.6 merupakan gambar rangkaian dari driver totempole.

Gambar 4.7 Rangkaian keluaran totempol 

Gambar 4.7 merupakan bentuk gelombang keluaran dari totempol. 4.2. Pengujian TCA 785 Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui bentuk  gelombang output kaki TCA 785. Pertama-tama kita mengukur  tegangan input untuk TCA 785 apakah telah sesuai dengan

72

tegangan referensi yaitu sebesar 12 volt. Setelah itu ukur  gelombang pada kaki nomor lima, sepuluh, empat belas, dan lima belas.

Gambar 4.8   Bentuk Gelombang pada kaki no 5

Gambar 4.8 merupakan gambar bentuk gelombang pada kaki no 5. Kaki no 5 merupakan tegangan sinkronisasinya.

Gambar 4.9 Bentuk Gelombang pada kaki no 10

Gambar 4.9 merupakan bentuk gelombang pada kaki no 10. Kaki no 10 merupakan tegangan DC besarnya kisaran antara 012 volt.

73

Gambar 4.10   Bentuk Gelombang pada kaki no 14

Gambar 4.10 merupakan bentuk gelombang pada kaki no 14 (berbentuk pulsa).

Gambar 4.11 Bentuk Gelombang pada kaki no 15

Gambar 4.11 merupakan bentuk gelombang pada kaki no 15 (berbentuk pulsa). Hasil pengujian data gelombang diatas telah sesuai dengan teori yang terdapat pada datasheet TCA 785. 4.3. Pengujian Halfwave Controlled Rectifier

74

Pengujian halfwave controlled rectifier bertujuan untuk  mengetahui tegangan keluaran dari rectifier dengan sudut penyulutan yang berubah-ubah. Tegangan keluaran ini nantinya akan digunakan untuk masukan boost converter.

Gambar 4.12 Pengujian rangkaian halfwave controlled rectifier 

Gambar 4.12 merupakan gambar pengujian rangkaian halfwave controlled rectifier.

Gambar 4.13 Gelombang output penyulutan 90°

Gambar 4.13 merupakan bentuk gelombang keluaran rectifier (saat  penyulutan sebesar 90°).

75

Gambar 4.14 Bentuk Gelombang pada kaki no 14 (dengan  penyulutan 90°)

Gambar 4.14 merupakan bentuk gelombang rectifier terkontrol pada kaki no 14 (saat penyulutan 90°)

Gambar 4.15 Gelombang Output Penyulutan 150°

Gambar 4.15 merupakan bentuk gelombang keluaran halfwave terkontrol dengan pengaturan sudut penyalaan sebesar 150°.

76

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

Gambar 4.16 merupakan bentuk gelombang pada kaki no 14 dengan sudut penyalaan sebesar 150°.

Gambar 4.17 Gelombang Output penyulutan 180°

Gambar 4.17 merupakan bentuk gelombang keluaran dari halfwave controlled rectifier dengan sudut p enyulutan sebesar 180°.

77

Gambar 4.18 Bentuk Gelombang Output pada kaki 14 (saat   penyulutan 180°)

Gambar 4.18 merupakan bentuk gelombang keluaran pada halfwave controlled rectifier pada kaki no 14 (saat sudut penyulutan sebesar  180°). Tabel 4.1. Pengujian Halfwave Controlled Rectifier 

 NO

1 2 3 4 5 6 7

TEGANGAN INPUT (VOLT) 12 12 12 12 12 12 12

SUDUT PENYULUTAN(°) 0 30 60 90 120 150 180

TEGANGAN OUTPUT (VOLT) 5.26 5.24 4.23 2.27 1.99 0.32 0

Tabel 4.1 merupakan tebel pengujian halfwave controlled rectifier  dengan tegangan masukan konstan sebesar 12 volt dengan sudut  penyulutan yang diubah-ubah dari 0° hingga 180°.

78

4.4. Pengujian sensor tegangan Pengujian sensor tegangan ini bertujuan untuk memsensing tegangan luaran dari generator sinkron yang nantinya menjadi suatu masukan yang akan dibaca ke dalam mikrokontroler ATMEGA 16 melalui ADC port A. dengan ini hasil dari pengujian sensor tegangan AC dengan masukan sebesar 380 Vac, dan hasil tegangan output yang diharapkan adalah 5 Vdc yang sudah disearahkan, sehingga  bisa langsung dimasukkan ke dalam mikrokontroller. Dibawah ini adalah gambar hasil pengujian beserta data pengujian.

Gambar 4.19 Pengujian Sensor Tegangan

Gambar 4.19 merupakan pengujian sensor tegangan dengan tegangan maximal sebesar 380 V AC.

Gambar 4.20 Pengujian Sensor Tegangan

79

Gambar 4.20 merupakan pengujian sensor tegangan dan hasil tegangan keluaran dari sensor tegangan dengan tegangan maximal sebesar 380 V AC. Tabel 4.2 Hasil Pengujian Sensor Tegangan

NO

TEGANGAN INPUT (VOLT)

TEGANGAN OUTPUT (TEORI) (VOLT)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

50 100 150 200 220 250 300 330 350 380

0.65 1.315 1.97 2.63 2.89 3.28 3.94 4.34 4.6 5

TEGANGAN OUTPUT (PRAKTEK) (VOLT) 0.45 0.85 1.43 2.11 2.4 2.72 3.3 3.68 3.99 4.47

Tabel 4.2 merupakan hasil pengujian dari sensor tegangan. Pengujian sensor dilakukan mulai dari tegangan terkecil hingga tegangan maximal yaitu antara 50  –  380 volt. Lalu tegangan keluaran yang dihasilkan dibandingkan dengan tegangan keluaran secara  perhitungan teori.

80

400 Vac (Volt) 350 300

TEGANGAN INPUT

250 200 150

TEGANGAN OUTPUT (PRAKTEK)

100 50 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Vdc (Volt)

Gambar 4.21 Grafik luaran sensor tegangan

Gambar 4.21 merupakan grafik luaran sensor tegangan dari hasil pengujian sensor tegangan pada tabel 4.2 maka untuk  teganagan masukan 380 VAC hasil luaran pada sensor tegangan adalah 4.47 VDC dimana pada pembacaan maksimal ADC adalah 5 VDC sesuai dengan nilai  AVCC  atau  AREF   pada  ADC  yang digunkan pada mikrokontroller. Begitupun selanjutnya semakin turun tegangan masukan dari sensor tegangan maka semakin kecil nilai tegangan luaran yang dihasilkan. Oleh karena ini maka sensor  tegangan yang digunakan sudah linier untuk dimasukan kedalam  pembacaan ADC  pada mikrikontroller. 4.5. Pengujian boost converter 4.5.1. Pengukuran Nilai Induktor Pengukuran nilai inductor dimaksudkan untuk  mengetahui induktansi yang telah dibuat. Hal ini dilakukan untuk mengetahui apabila nilai induktansi inductor terlalu kecil atau lebih kecil dari desain yang direncanakan maka hal ini akan menyebabkan converter tidak dapat menghasilkan tegangan keluaran maksimal. Pengukuran induktansi inductor  menggunakan LCR meter didapatkan hasil seperti gambar 4.22

81

Gambar 4.22 Pengukuran Nilai Induktor 

Gambar 4.22 merupakan pengukuran dari inductor. Pengukuran ini  bertujuan untuk mengetahui besar atau kecilnya nilai inductor agar  apabila inductor nilainya kurang maka akan dilakukan lilit ulang agar  sesuai dengan perhitungan teori.

Gambar 4.23 Rangkaian Integrasi Boost dengan rectifier 

Gambar 4.23 merupakan rangkaian integrasi antara boost converter  dengan halfwave controlled rectifier. Halfwave controlled rectifier  digunakan sebagai masukan untuk boost converter.

82

Tabel 4.3 Pengujian Boost Converter  (Dengan beban lampu 1 buah)  Duty Cycle (%)

TEGANGAN   INPUT (dc)

TEGANGAN  OUTPUT  (TEORI) (VOLT) (dc)

TEGANGAN  OUTPUT  (PRAKTEK) (VOLT) (dc)

 ARUS   INPUT  (A)

 ARUS  OUTPU  T (A)

 DAYA  INPUT  (kW)

 DAYA OUTPUT  (kW )

 Efisiensi

10%

4

4.44

3.97

0.08

0.06

0.32

0.2382

74.43%

20%

4

5

4.45

0.1

0.07

0.4

0.3115

77.87%

30%

4

5.71

5.07

0.12

0.07

0.48

0.3549

73.93%

40%

4

6.67

6.08

0.15

0.08

0.6

0.4864

81.06%

50%

4

8

7.79

0.21

0.09

0.84

0.7011

83.46%

60%

4

10

9.52

0.29

0.1

1.16

0.952

82.06%

Tabel 4.3 merupakan hasil pengujian dari boost converter (dengan  beban satu buah lampu). Apabila duty cycle dibuat maximum maka tegangan keluaran yang dihasilkan semakin tinggi. Nilai efisiensi dari boost converter tinggi hingga mencapai 82%. Tabel 4.4 Penguj ian B oost Converter (Dengan beban motor)   Duty Cycle (%)

TEGANG  AN   INPUT  (dc)

TEGANGAN  OUTPUT  (TEORI) (VOLT) (dc)

TEGANGAN  OUTPUT  (PRAKTEK) (VOLT) (dc)

10%

 ARUS  OUTPUT  (A)

 ARUS   INPU  T (A)

 DAYA  INPUT  (kW)

 DAYA OUTPU  T (kW )

 EFISIENSI 

4

4.44

3.826

0.24

0.3

1.2

0.91824

76.52%

20%

4

5

4.14

0.25

0.33

1.32

1.035

78.4%

30%

4

5.71

4.72

0.25

0.38

1.52

1.18

77.63%

40%

4

6.67

5.76

0.27

0.48

1.92

1.5552

81%

50%

4

8

7.31

0.29

0.67

2.68

2.1199

79.1%

60%

4

10

8.58

0.31

0.86

3.44

2.659

77.33%

83

Tabel 4.4 merupakan tabel pengujian boost converter dengan beban motor. Pada pengujian boost dengan beban motor arus input dari  boost relative tinggi karena dalam motor mengandung komponen induktor. Apabila duty cycle dibuat maximum maka tegangan keluaran yang dihasilkan semakin tinggi. Nilai efisiensi dari boost converter tinggi hingga mencapai 77%. Tabel 4.5 Pengujian Boost Converter  (Dengan beban lampu 4 buah) NO

VINPUT  IOUT  I I N  VOUT  PINPUT (VOLT)  (AMPERE)  (AMPERE)  (VOLT) 

POUTPUT

EF I SI EN  SI (   )  ɳ

1

4

0.39

1.06

8.37

4.24

3.2643

76.98%

2

5

0.42

1.15

10.61

5.75

4.4562

77.49%

3

6

0.46

1.24

12.96

6.2

5.9616

96.15%

4

7

0.47

1.31

15.31

9.17

7.1957

78.47%

5

8

0.49

1.38

17.54

11.04

8.5946

77.84%

6

9

0.53

1.46

20.34

13.14

10.7802

82.04%

7

10

0.56

1.52

22.64

15.2

12.678

83.4%

Selain melakukan pengukuran hasil keluaran dari rangkaian  boost konverter, juga perlu dilakukan pengamatan terhadap gelombang keluaran PWM pada MOSFET seperti yang tampak pada Gambar 4.23 dan gelombang keluaran Vds pada kaki drain dan source pada MOSFET seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.24 untuk mengetahui kualitas kerja dari komponen switching (MOSFET).

84

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

Gambar 4.24 merupakan bentuk gelombang pada kaki gate dan source pada mosfet. Bentuk gelombang GS (Gate Source) menyerupai sirp ikan hiu.

Gambar 4.25 Gelombang output gelombang Vds pada kaki drain dan source pada MOSFET rangkaian boost konverter 

Gambar 4.25 merupakan bentuk gelombang keluaran pada kaki DS (Drain Source) pada mosfet.

BAB V

5.1. Kesimpulan Setelah dilakukan proses perencanaan, pembuatan dan  pengujian alat dan simulasi serta dengan membandingkan dengan teori-teori penunjang, dan dari data yang didapat maka dapat di ambil kesimpulan mengenai sistem perencanaan AVR metode kontrol logika fuzzy berbasis mikrokontroler yaitu: 1. Dari pengujian sensor tegangan didapatkan tegangan keluaran sebesar 4.47 volt. 2. Kesalahan persen error (% error) yang terjadi pada rangkaian boost konverter dengan setpoint 4 volt 3. Pendesainan boost converter telah sesuai dengan  perhitungan dan tegangan yang dibutuhkan 4. Saat dilakukan pengintegrasian boost converter dengan halfwaved controlled rectifier tegangan keluaran boost converter tidak dapat diatur-atur melalui penyulutan duty cycle PWM. Hal ini dikarenakan boost seolah-seolah terisolasi sehingga saat dilakukan penyulutan duty cycle yang bervariasi tegangan konstan. 5.2. Saran Saran-saran sistem perencanaan automatic voltage regulator  (AVR) metode kontrol logika fuzzy berbasis mikrokontroler  antara lain: 1. Penggunaan BT 151 sebagai pengganti BTA 12 pada rangkaian halfwaved controlled rectifier dikarenakan BT 151 lebih kuat karena memiliki rating arus dan tegangan yang lebih baik. 2. Penggunaan resistor pembagi tegangan mengggunakan 10kΩ dan 100Ω karena lebih presisi dari 47100Ω dan 570Ω namun penggunaan resistor ini lebih cepat panas daripada  penggunaan resistor 47100Ω dan 570Ω.

86

3.

Pengujian boost converter belum mencapai hasil yang maksimal sesuai dengan hasil perhitungan. Hal ini dikarenakan nilai faktor kualitas dan nilai inductor kurang sesuai dengan yang diharapkan.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Sain, M Patrick. “Sensor dan Komunikasi Segments” Hughest Aircraft Company, Inc, 1999. [2] Rezende Costa, Angelina Borges de. “Eksitasi sederhana sistem kontrol fuzzy (avr) dalam analisis stabilitas sistem tenaga” Fakultas Teknik Elektro, Federal Universitas Uberlandia, 2008. [3] S. Kazemi. “Pengaruh Sistem Pengendalian Eksitasi pada Paralel Pengoperasian Dirjen dengan Grid Utama ”, Tugas Akhir, Universitas Muhammadiyah Malang, Malang, 2010. [4] Sumardjati, Prih. “AVR untuk generator sinkron 3 fasa” Fakultas Teknik Elektro Universitas Diponegoro. [5] Mursyida, Dina. „‟Rancang Bangun Modul Praktikum Elektronika Daya (Buck-Boost Converter)” Fakultas Teknik  Elektro Industri Politeknik Elektronika Negeri Surabaya. 2010. [6] Ali Anang Lubis, Muhammad “Pengaturan Kecepatan Motor  Induksi Tiga Fasa Dengan Teknik Artificial Intelegent Berbasis Vektor Kontrol” Fakultas Teknik  Elektro Industri Politeknik  Elektronika Negeri Surabaya [8] Putra Perdana, Wahyu Surya “Pengontrolan Kecepatan Exhaust Pada Ruang Merokok Berdasar Kendali Logika Fuzzy Berbasis Mikrokontroler ATMEGA 16” Fakultas Teknik Elektro Industri Politeknik Elektronika Negeri Surabaya. [9] http://en.wikipedia.org/wiki/TCA_785.