BAB 2 KAJIAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI
2.5 Peta Jalan Penelitian DC-DC Buck Converter
Tahun Peneliti Aplikasi Algoritma Pengendalian
Jenis
Penerapan Keterangan Hasil
2005 Ping-Zong
Eksperimen Dilakukan eksperimen dengan aksi kendali logika fuzzy tipe-2
Logika fuzzy tipe-2 dapat mengatasi ketidakpastian 2009 Gunawan DC-DC buck
converter
PID Diskrit Simulasi Dilakukan analisa kestabilan dari tanggapan melalui lingkar terbuka dan lingkar tertutup.
memiliki tanggapan transien yang cepat dan steady state error yang mendekati nol
Simulasi Logika fuzzy digunakan untuk menala nilai Kp, Ti, dan Td pada PID
Performansi lebih baik jika dibandingkan dengan aksi kendali PID saja
Tahun Peneliti Aplikasi Algoritma Pengendalian
Jenis
Penerapan Keterangan Hasil
2012 J.Solano
Eksperimen Membandingkan logika fuzzy tipe1 dengan logika fuzzy tipe -2
Simulasi Membandingkan aksi kendali PI dengan logika fuzzy
Logika fuzzy Eksperimen Diaplikasikan pada turbin angin skala kecil
Diberikan nilai set point sebesar 2 V pada RPM maksimum
PID Simulasi pemodelan DC-DC buck
converter menggunakan simulink
Penurunan model dari buck converter akurat
Tahun Peneliti Aplikasi Algoritma Pengendalian
Jenis
Penerapan Keterangan Hasil
S.S
Parthasarthy 2015 Majid Ali,
Saifullah Khan, Muhammad Waleed, Islamuddin
DC-DC buck converter
Logika fuzzy Simulasi Logika fuzzy digunakan untuk aksi kendali
Menghasilkan
tegangan konstan saat masukan bervariasi
BAB 3
METODA PENELITIAN
3.1 Diagram Alir Penelitian
Diagram alir penelitian ini menjelaskan tentang tahapan dari penelitian tesis yang dilakukan untuk mencapai tujuan. Tahapan penelitian ditunjukan dalam bentuk diagram alir Gambar 3.1
Gambar 3.1 Alur penelitian
3.2 Perancangan Simulasi Sistem Pengendalian Tegangan Pada DC-DC Buck Converter
Simulasi menggunakan perangkat lunak bertujuan untuk membandingkan performansi sistem terhadap hasil rancang bangun. Terdapat tiga tahap simulasi, yaitu simulasi sistem lingkar terbuka untuk DC-DC buck converter, simulasi sistem pengendalian tegangan lingkar tertutup untuk DC-DC buck converter, serta simulasi sistem pengendalian tegangan pada generator turbin angin. Diagram blok pada simulasi untuk masing-masing sistem ditampilkan pada Gambar 3.2, Gambar 3.3, Lampiran B.
Gambar 3.2 Diagram Blok DC-DC Buck Converter pada Simulasi
(a)
(b)
Gambar 3.3 Diagram Blok Sistem Pengendalian Tegangan DC-DC Buck Converter dengan (a) Satu Masukan (b) Dua Masukan Kendali Logika Fuzzy pada Simulasi
Sistem pengendalian tegangan pada DC-DC buck converter terdiri dari rangkaian DC-DC buck converter sebagai plant, kendali logika fuzzy sebagai pengendali, sinyal step sebagai set point. Rangkaian DC-DC buck converter terdiri dari sebuah dioda, sebuah mosfet, sebuah induktor, sebuah kapasitor, dan sebuah resistor. PWM generator (DC-DC) berfungsi merubah nilai duty cycle menjadi nilai PWM yaitu kondisi saklar on dan saklar off.
3.3 Perancangan Prototype Turbin Angin
Prototype turbin angin yang digunakan dalam penelitian ini bertipe turbin angin sumbu horizontal dengan arah orientasi rotor bertipe upwind. Bilah yang digunakan berjumlah tiga buah dan terbuat dari bahan fiber glass. Jumlah dan bahan bilah tersebut digunakan supaya turbin angin dapat beroperasi secara efisien dengan kecepatan angin yang bervariasi (Manyonge & Al., 2012).
Konfigurasi tersebut juga dapat menghasilkan frekuensi optimal yang dibutuhkan generator, meminimalkan ukuran, dan berat gearbox, serta meningkatkan efisiensi (Ragheb & Ragheb, 2011). Jenis airfoil yang digunakan adalah National Renewable Energy Laboratory (NREL) seri S83n (S833, S834, S835) dengan panjang bilah 100 cm. Airfoil seri S83n merupakan airfoil yang cocok digunakan untuk turbin angin dengan variabel keceptan angin yang rendah, variabel pitch dengan tipikal airfoil rendah, derau (noise) rendah, serta koefisien lift yang tinggi (Musyafa, 2012). Spesifikasi prototype turbin angin ditampilkan pada Tabel 3.1.
Tabel 3.1 Spesifikasi Umum Prototype Turbin Angin
Bagian Parameter Spesifikasi
Bilah
Jumlah 3 buah
Panjang 100 cm
Berat 990 g
Jenis airfoil
NREL S835 (bagian pangkal 25 cm), S833 (bagian tengah 35 cm), S834 (bagian ujung 40 cm)
Bahan fiber glass
Rotor shaft
Bahan Stainless Steel
Dimensi diameter = 1,5 cm,
panjang = 1,3 m
Penopang bilah Bahan Akrilik
Bagian Parameter Spesifikasi
Generator yang digunakan merupakan jenis generator DC. Pemilihan generator DC dikarenakan lebih memudahkan dalam konversi ke rangkaian DC-DC buck converter. Spesifikasi generator untuk turbin angin ditampilkan pada Tabel 3.2.
Tabel 3.2 Spesifikasi Generator untuk Prototype Turbin Angin
Parameter Nilai
Amature resistansi 7 Ohm Amature Induktansi 0,51 mH Torsi Konstan 0,609 N.m/A Momen Inersia 0,4 kg.m2 Friction Factor 0,01 p.u
Speed Base 375 RPM
3.4 Perancangan Prototype DC-DC Buck Converter
Perancangan DC-DC buck converter dimulai dengan pemilihan komponen elektronik seperti pemilihan jenis komponen untuk saklar (solid state electronic switch), microcontroller, resistor hingga kristal clock untuk minimum system. Komponen saklar yang digunakan berupa MOSFET dengan tipe IRFZ44N karena memiliki tingkat frekuensi switch yang lebih baik daripada komponen elektronik switch lainnya seperti Thyristor, IGBT, dan GTO.
Microcontrollrer untuk DC-DC buck converter yang digunakan adalah tipe Arduino karena memiliki memori yang besar untuk keperluan pengkodean dari algoritma logika fuzzy tipe-2. Arduino juga memiliki jumlah 54 digital masukan/keluaran pin dengan 14 pin dapat digunakan sebagai keluaran PWM, 16 masukan analog, serta kristal osilator dengan frekuensi 16 MHz (Silvia, Haritman, & Muladi, 2014).
Komponen pada DC-DC buck converter terdiri dari induktor, kapasitor dan resistor. Nilai induktor dihitung melalui persamaan 2.2, nilai kapasitor dihitung melalui persamaan 2.3 dan nilai resistor dihitung melalui persamaan 2.4.
Nilai-nilai kompenen pada DC-DC buck converter ditampilkan pada Tabel 3.3.
Tabel 3.3 Nilai Komponen DC-DC Buck Converter
Parameter Nilai Perhitungan Nilai Komponen
Tegangan Masukan 20 V 20 V
Persamaan fungsi alih dari rangkaian DC-DC buck converter berdasarkan persamaaan 2.8 dapat dilakukan substitusi dengan memasukan nilai L, C, dan R yang didapatkan dari perhitungan. Persamaan fungsi alih dari rangkaian DC-DC buck converter dengan nilai parameter sesuai dengan Tabel 3.3 ditampilkan melalui persamaan 3.1.
107 Nilai komponen-komponen DC-DC buck converter yang telah didapatkan pada Tabel 3.3 selanjutnya dirangkai sesuai Gambar 2.3. Jenis MOSFET yang digunakan adalah MOSFET IRLZ44N yang mempunyai tegangan Drain-Source Breakdown V(BR)DS sebesar 55 Volt dan arus Drain ID sebesar 47 Ampere. Dioda yang digunakan bertipe 1N5882 Schottky Barrier. Dioda ini digunakan karena memiliki spesifikasi 3 Ampere dan 40 Volt. MOSFET dan dioda jenis tersebut dipilih karena memiliki spesifikasi nilai tegangan dan arus di atas tegangan dan arus masukan maksimal DC-DC buck converter sehingga kompenen tersebut
aman untuk digunakan. Hasil realisasi perangkat keras ditampilkan pada Gambar 3.4.
Gambar 3.4 Realisasi Perangkat Keras DC-DC Buck Converter
Rangkaian DC-DC buck converter dilengkapi dengan rangkaian divider yang berfungsi sebagai sensor tegangan. Rangkaian divider mempunyai rentang maksimal keluaran sesuai dengan tegangan maksimal yang diperlukan. Tegangan keluaran dari divider ini mewakili tiap tegangan yang masuk pada DC-DC buck converter yang kemudian akan diubah ke sinyal digital oleh fitur microcontroller melalui ADC. Microcontroller akan memberikan perintah switch menurut duty cycle dengan sinyal PWM dari sinyal ADC yang terbaca.
Sinyal PWM merupakan variabel yang dimanipulasi dalam sistem pengendalian ini. Nilai dari sinyal PWM yang diberikan pada microcontroller sangat bergantung dari putaran turbin angin. Putaran turbin angin tersebut akan dikonversi menjadi daya listrik melalui generator. Nilai daya listrik yang dihasilkan sangat tergantung pada kecepatan putaran turbin angin, semakin cepat turbin angin berputar maka semakin besar juga daya listrik yang dihasilkan. DC-DC buck converter berfungsi untuk menurunkan tegangan menjadi tegangan setpoint meskipun tegangan masukan berfluktuatif mengikuti kecepatan angin yang berubah-ubah. Penurunan tegangan menjadi tegangan setpoint dikendalikan dengan cara mengatur switch MOSFET berdasarkan duty cycle dari sinyal PWM.
Penelitian ini menggunakan PWM dengan resolusi 8 bit yang berarti PWM
tersebut memiliki variasi perubahan nilai sebesar 28 atau 256 variasi mulai dari 0-255 perubahan nilai yang mewakili nilai duty cycle sebesar 0 – 100% dari keluaran PWM. Diagram blok sistem pengendalian DC-DC buck converter yang digunakan merupakan modifikasi dari penelitian yang dilakukan oleh Musyafa &
Ibrohim (2013). Diagram dengan blok sistem pengendalian DC-DC buck converter aksi kendali logika fuzzy tipe-2 pada turbin angin ditampilkan dalam Gambar 3.5.
Gambar 3.5 Diagram blok sistem pengendali DC-DC buck converter dengan aksi kendali logika fuzzy tipe-2 pada turbin angin
Pengendali logika fuzzy tipe-2 bekerja untuk memberikan nilai sinyal PWM yang akan diberikan pada gate MOSFET untuk pengaturan duty cycle pada DC-DC buck converter. Masukan dari pengendali logika fuzzy tipe-2 adalah error dan delta error keluaran dari sensor tegangan. Error merupakan selisih dari nilai tegangan setpoint dengan tegangan masukan, sedangkan delta error merupakan selisih error sekarang dikurangi error sebelumnya. Sensor tegangan berupa rangkaian pembagi tegangan berfungsi untuk membaca nilai tegangan masukan DC-DC buck converter.
3.4 Perancangan Kendali Logika Fuzzy Tipe-2
Perancangan kendali logika fuzzy tipe-2 menggunakan metode penalaran Sugeno. Penalaran dengan metode Sugeno hampir sama dengan penalaran Mamdani, namun keluaran (konsekuen) sistem tidak berupa himpunan fuzzy, melainkan berupa konstanta atau persamaan linear. Metode ini diperkenalkan oleh Takagi-Sugeno Kang pada tahun 1985. Sistem fuzzy tipe-2 yang dibangun terdiri dari dua variabel masukan yaitu error (e) dan delta error (de) serta menghasilkan
satu keluran nilai crips untuk membangkitkan sinyal PWM. Perancangan kendali logika fuzzy tipe-2 ini didasarkan pada penelitian yang dilakukan oleh Martinez et al., (2012). Gambaran umum dari sistem logika fuzzy yang dibangun ditampilkan pada Gambar 3.6.
Gambar 3.6 Gambaran Umum Sistem Fuzzy Tipe-2
Untuk membangun sistem fuzzy tipe-2 hingga dapat mengeluarkan sinyal kendali PWM pada DC-DC buck converter, dilakukan tahapan pembuatan sistem fuzzy tipe-2 yaitu,
a. Fuzzifikasi
b. Kaidah aturan (Rule base) c. Penegasan (deffuzzyfikasi) a. Fuzzifikasi
Fuzzifikasi dalam perancangan pengendali ini adalah merubah nilai dari error dan delta error menjadi nilai masukan fuzzy. Pembentukan himpunan fuzzy dilakukan dengan membagi variabel masukan menjadi beberapa fungsi keanggotaan (membership function). Masukan untuk sistem fuzzy tipe-2 ini terdiri dari dua variabel yaitu error (e) dan delta error (de), error disini didefinisikan sebagai hasil pengurangan dari nilai setpoint dengan tegangan aktual yang terbaca sensor.
Fungsi keanggotaan dari masukan error dibagi menjadi lima bagian dengan fungsi keanggotaan berbentuk segitiga. Masukan kedua untuk masukan sistem fuzzy tipe-2 adalah delta error (de), delta error didefinisikan sebagai selisih error aktual (error ke-n) dengan error pada kondisi sebelumnya (error ke
n-1). Fungsi keanggotaan delta error dibagi menjadi lima seperti halnya fungsi keanggotaan error. Lima bagian fungsi keanggotaan dari masukan yaitu: Negative Big (NB), Negative Small (NS), Zero (Z), Positive Small (PS), dan Positive Big (PB). Fungsi keanggotan segitiga digunakan pada pembentukan himpunan fuzzy dikarenakan memiliki bentuk paling sederhana dan paling efisien untuk berbagai aplikasi. Fungsi keanggotaan singleton digunakan sebagai keluaran kendali logika fuzzy dikarenakan memiliki kemudahan dalam perhitungan. Nilai dari masukan dan keluaran pengendali logika fuzzy dinormaslisasi menjadi [-1,1] dengan menggunakan faktor skala yang sesuai (Atacak & Bay, 2012). Penentuan FOU sebesar ±0.1, ±0.2, dan ±0.3 didasarkan pada penelitian yang dilakukan oleh (Adritya, 2014). Pembentukan himpunan fuzzy tipe-2 dengan masukan error dan delta error ditampilkan pada Gambar 3.7.
(a) (b)
(c) (d)
Gambar 3.7 Fungsi Keanggotaan Fuzzy (a) Tipe-1, (b) Tipe-2 dengan FOU±0.1, (c) Tipe-2 dengan FOU±0.2 (d) Tipe-2 dengan FOU±0.3
b. Kaidah Penalaran (Rule Base)
Pembuatan kaidah penalaran untuk penentuan kendali dari masukan error dan delta error didasarkan pada penelitian sebelumnya (Atacak & Bay, 2012).
Kaidah-kaidah yang dibentuk dalam perancangan ini memiliki 25 kaidah penalaran. Kendali logika fuzzy memiliki kaidah penalaran berbentuk matriks diagonal standar (Atacak & Bay, 2012). Penelitian ini dilakukan variasi kaidah penalaran dengan melakukan rekonfigurasi kaidah penalaran dengan matriks diagonal standar. Kaidah aturan yang digunakan pada penelitian ini ditampilkan pada Tabel 3.4 dan Tabel 3.5.
Tabel 3.4 Kaidah Penalaran Logika Fuzzy dengan Matriks Diagonal (Atacak &
Bay, 2012)
e/de NB NS Z PS PB
NB NB NB NB NS Z
NS NB NB NS Z PS
Z NB NS Z PS PB
PS NS Z PS PB PB
PB Z PS PB PB PB
Tabel 3.5 Kaidah Penalaran Logika Fuzzy dengan Matriks Diagonal Rekonfigurasi
e/de NB NS Z PS PB
NB NB NB NS NS Z
NS NB NS NS Z PS
Z NS NS Z PS PS
PS NS Z PS PS PB
PB Z PS PS PB PB
Perbedaan kaidah penalaran matriks diagonal standar dengan matriks diagonal rekonfigurasi terletak pada :
jika error NB dan delta error Z maka duty cycle NB, diubah menjadi NS jika error NS dan delta error NS maka duty cycle NB, diubah menjadi NS jika error Z dan delta error NB maka duty cycle NB, diubah menjadi NS jika error Z dan delta error PB maka duty cycle PB, diubah menjadi PS
jika error PS dan delta error PS maka duty cycle PB, diubah menjadi PS jika error PB dan delta error Z maka duty cycle PB, diubah menjadi PS
Proses kaidah penalaran yang telah dilakukan maka akan didapatkan rule viewer sistem fuzzy seperti Gambar 3.8.
Gambar 3.8 Rule Viewer Logika Fuzzy Tipe-2
Nilai keluaran dari sistem fuzzy disini sudah dideklarasikan sebagai nilai crisp (Gambar 3.7) untuk memanggil duty cycle sebesar nilai yang akan dikeluarkan.
c. Defuzzyfikasi
Tahap defuzzyfikasi dalam perancangan sistem fuzzy tipe-2 ini yaitu dilakukan dengan merubah nilai keluaran sistem fuzzy menjadi nilai crips atau nilai yang tegas dan sebenarnya. Keluaran dari nilai ini akan bergantung dengan perubahan nilai error dan delta error yang masuk pada pembacaan sensor tegangan. Metode yang digunakan untuk defuzzyfikasi adalah metode COA (Center of Area). Pemilihan metode COA ini dikarenakan jenis sistem fuzzy yang digunakan dalam perancangan adalah jenis Sugeno. Persamaan dari bentuk sugeno orde-1 dituliskan pada persamaan 3.2.
IF (x1 is A1)o…o(xN is AN) THEN z = p1*x1+…+pN*xN+q (3.2)
Persamaan 3.2 mendeklarasikan perancangan pada fuzzyfikasi dan rule base , sehingga didapatkan A adalah himpunan fuzzy yaitu error (e) dan delta error (de) sebagai antesesen, o adalah operator fuzzy AND, pi adalah suatu konstanta (tegas) ke-i dan q juga merupakan konstanta dalam konsekuen. Proses agregasi dan defuzzy untuk mendapatkan nilai tegas sebagai keluaran untuk M aturan fuzzy juga dilakukan dengan menggunakan rata-rata terbobot seperti persamaan 3.3.
3.6 Pengujian Sensor Tegangan
Pengujian sensor tegangan bertujuan untuk mengetahui karakteristik statik dari sensor tegangan. Karaketeristik statik yang akan dibahas meliputi linineritas dan histerisis. Linieritas merupakan hubungan antara masukan dan keluaran melalui sebuah garis lurus. Persamaan linieritas sensor secara umum ditampilkan pada persamaan 3.4 (John P. Bentley, 2005).
a
Perbedaan keluaran terjadi saat diberikan nilai masukan (I) pada saat pengujian naik dan pengujian turun. Nilai histeresis biasanya dihitung dalam bentuk prosentase skala penuh. Persamaan histerisis ditampilkan pada persamaan 3.8 (John P. Bentley, 2005).
Pengujian sensor tegangan dilakukan dengan prosedur sebagai berikut : a. sensor tegangan yang telah tersambung Arduino selanjutnya dirangkai dengan
power supply dan multimeter
b. diukur dan dicatat tegangan sensor yang tertera pada tampilan multimeter c. diukur dan dicatat tegangan keluaran sensor yang tertera pada serial monitor d. dilakukan pengulangan prosedur b dan c dengan variasi tegangan power
supply semakin naik dan semakin turun dengan rentang yang tetap e. dilakukan perhitungan linieritas melalui persamaan 3.3
f. dilakukan perhitungan histerisis dalam bentuk prosentase skala penuh melaui persamaan 3.7
3.7 Kalibrasi Sensor Tegangan
Kalibrasi sensor tegangan bertujuan untuk mengetahui nilai ketidakpastian hasil pengukuran. Kalibrasi sensor tegangan dilakukan dengan prosedur sebagai berikut :
a. dilakukan pengukuran dan pencatatan dengan sensor tegangan dan multimeter terhadap tegangan keluaran power supply sebanyak lima kali pada nilai 12 Volt
b. dilakukan pengukuran dan pencatatan dengan sensor tegangan dan multimeter terhadap tegangan keluaran power supply sebanyak sepuluh kali dengan rentang 1 Volt mulai dari tegangan 11 Volt hingga 20 Volt
c. dihitung nilai UA1, UA2, UB1, dan Uexp
3.8 Pengujian Prototype DC-DC Buck Converter
Pengujian hasil rancang bangun DC-DC buck converter dilakukan untuk mengetahui nilai parameter-parameter yang mempengaruhi performansi DC-DC buck converter. Parameter-parameter yang mempengaruhi yaitu nilai duty cycle dan tegangan masukan. Pengujian hasil rancang bangun DC-DC buck converter untuk variasi nilai duty cycle dilakukan dengan prosedur sebagai berikut :
a. dirangkai rangkaian DC-DC buck converter dengan Arduino dan disambungkan pada power supply
b. diberikan nilai tegangan masukan sebesar 20 Volt
d. dijalankan program
e. diukur dan dicatat nilai tegangan keluaran rangkaian DC-DC buck converter f. diulangi langkah c,d, dan e dengan nilai duty cycle yang berbeda
Pengujian hasil rancang bangun DC-DC buck converter untuk variasi nilai tegangan masukan dilakukan dengan prosedur sebagai berikut :
a. dirangkai rangkaian DC-DC buck converter dengan Arduino dan disambungkan pada power supply
b. diberikan nilai duty cycle pada program Arduino c. diberikan nilai tegangan masukan sebesar 20 Volt d. dijalankan program
e. diukur dan dicatat nilai tegangan keluaran rangkaian DC-DC buck converter f. diulangi langkah c,d, dan e dengan nilai tegangan yang berbeda yang
berbeda
3.9 Pengujian Sistem Pengendalian Tegangan Pada DC-DC Buck Converter Pengujian hasil rancang bangun sistem pengendalian tegangan DC-DC buck converter dilakukan untuk mengetahui performansi tanggapan sistem pengendalian logika fuzzy pada DC-DC buck converter. Pengujian ini dilakukan dengan variasi jenis kendali logika fuzzy yaitu kendali logika fuzzy tipe-1 dengan satu masukan, kendali logika fuzzy tipe-1 dengan dua masukan, serta kendali logika fuzzy tipe-2 dengan FOU ±0,1; ±0,2; dan ±0,3. Pengujian hasil rancang bangun sistem pengendalian tegangan DC-DC buck converter dilakukan dengan prosedur sebagai berikut :
a. dirangkai rangkaian DC-DC buck converter dengan Arduino dan disambungkan pada power supply
b. diberikan nilai tegangan masukan sebesar 20 Volt c. dijalankan program untuk sistem pengendalian tegangan
d. dipantau nilai tegangan keluaran rangkaian DC-DC buck converter melalui serial monitor
e. diulangi langkah b,c, dan d dengan nilai tegangan masukan yang berbeda
f. diulangi langkah e dengan program untuk sistem pengendalian tegangan yang berbeda
3.10 Pengujian Performansi Turbin Angin
Pengujian kecepatan putar turbin angin dilakukan dengan cara memberikan kecepatan angin yang bervariasi ke turbin angin. Terdapat tiga buah blower yang digunakan sebagai sumber angin yang akan diberikan pada turbin angin. Konfigurasi eksperimen untuk pengujian ini ditampilkan pada Gambar 3.8.
Gambar 3.9 Konfigurasi pengujian DC-DC buck converter dengan sumber daya listrik dari turbin angin
Setiap blower tersebut mempunyai tiga buah variasi kecepatan putar yaitu lambat (low), sedang (medium) dan cepat (high). Setiap blower diatur mode kecepatannya sehingga dapat diketahui hubungan antara kecepatan angin terhadap kecepatan putar turbin dan daya keluaran generator. Pengujian tegangan keluaran generator turbin angin dilakukan dengan menyambungkan sistem DC-DC buck converter dengan keluaran dari generator turbin angin. Pengujian ini seperti halnya pengujian kecepatan putar turbin angin, namun besaran fisis yang diamati adalah tegangan keluaran generator dan tegangan keluaran DC-DC buck converter.
Halaman ini sengaja dikosongkan
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini membahas mengenai hasil simulasi dan perancangan beserta analisis data dari sistem turbin angin yang terhubung dengan rangakain DC-DC buck converter. Terdapat tiga pengujian untuk simulasi yang dilakukan yaitu:
pengujian tanggapan lingkar terbuka, pengujian tanggapan lingkar tertutup untuk rangkaian DC-DC buck converter dan generator turbin angin. Terdapat enam pengujian yang dilakukan untuk prototype turbin angin yaitu : pengujian kecepatan putar rotor dan generator turbin angin, pengujian karakteristik statik sensor tegangan, kalibrasi sensor tegangan, karakterisasi generator turbin angin, karakterisasi dari hasil rancang bangun DC-DC buck converter, serta pengujian sistem pengendalian tegangan pada rangkaian DC-DC buck converter.
4.1 Hasil Tanggapan Lingkar Terbuka dari Simulasi DC-DC Buck Converter
Simulasi rangkaian DC-DC buck converter bertujuan untuk mengetahui pengaruh parameter rangkaian DC-DC buck converter terhadap tanggapan yang dihasilkan. Parameter yang berpengaruh terhadap tanggapan rangkaian DC-DC buck converter adalah nilai tegangan masukan dan nilai duty cycle. Simulasi dilakukan dengan sistem lingkar terbuka. Hasil simulasi tanggapan lingkar terbuka dari rangkaian DC-DC buck converter ditampilkan pada Gambar 4.1 dan Gambar 4.2. Gambar 4.1 merupakan hasil tanggapan lingkar terbuka dari rangkaian DC-DC buck converter dengan variasi nilai tegangan masukan sedangkan Gambar 4.2 merupakan hasil tanggapan lingkar terbuka dari rangkaian DC-DC buck converter dengan variasi nilai duty cycle.
Gambar 4.1 Grafik Hasil Simulasi untuk Tanggapan Lingkar Terbuka dari DC-DC Buck Converter dengan Variasi Nilai Duty Cycle
Gambar 4.1 menunjukan bahwa tegangan keluaran akan menurun saat nilai duty cycle diperkecil dengan nilai tegangan masukan tetap yaitu sebesar 20 Volt. Pernyataan tersebut sesuai dengan persamaan 2.1 yang menunjukan bahwa nilai duty cycle berbanding lurus dengan nilai tegangan keluaran. Gambar 4.1 menunjukan perbedaan nilai tegangan keluaran hasil simulasi dibandingkan dengan perhitungan secara manual. Perbedaan nilai tegangan ini disebut rugi-rugi tegangan keluaran. Rugi-rugi nilai tegangan keluaran yang didapatkan dengan variasi duty cycle selanjutnya ditampulkan pada Tabel 4.1.
Tanggapan lingkar terbuka dari rangkaian DC-DC buck converter tersebut dapat dianalisis melalui pendekatan fungsi alih rangkaian DC-DC buck converter. Masukan rangkaian DC-DC buck converter berupa nilai duty cycle dan keluaran rangkaian DC-DC buck converter berupa tegangan keluaran. Fungsi alih dari rangkaian DC-DC buck converter dengan nilai parameter sesuai ditampilkan melalui persamaan 3.1.
Persamaan 3.1 merupakan persamaan fungsi alih orde 2 dengan nilai frekuensi natural (ωn) sebesar 3,7113×103 dan nilai rasio redaman (ζ) sebesar
1,0206. Nilai rasio redaman sebesar 1,0206 menunjukan bahwa sistem DC-DC buck converter merupakan sistem teredam lebih (overdamping) dengan akar-akar persamaan karakteristik yang diperoleh sebesar -4545,5 dan -3030,3. Nilai
1,0206. Nilai rasio redaman sebesar 1,0206 menunjukan bahwa sistem DC-DC buck converter merupakan sistem teredam lebih (overdamping) dengan akar-akar persamaan karakteristik yang diperoleh sebesar -4545,5 dan -3030,3. Nilai