PERANCANGAN DAN PEMBUATAN RUMAH DC:
MULTIPLE INPUT SINGLE OUTPUT (MISO) DC-DC CONVERTER (PEMBANGKIT PWM DAN TRANSFORMER)
TUGAS AKHIR
Disusun Oleh :
FAJAR HUSEIN PRIMADANI 201010130311171
JURUSAN ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
LEMBAR PERSETUJUAN
PERENCANAAN DAN PEMBUATAN RUMAH DC :
MULTIPLE INPUT SINGLE OUTPUT
(MISO) DC-DC
CONVERTER
(PEMBANGKIT PWM DAN
TRANSFORMER
)
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana
(S1) Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh :
FAJAR HUSEIN PRIMADANI
201010130311171
Diperiksa dan disetujui Oleh
Pembimbing I Pembimbing II
Machmud Effendi,ST,M.Eng
NIP: 10802030363
LEMBAR PENGESAHAN
PERENCANAAN DAN PEMBUATAN RUMAH DC : MULTIPLE INPUT SINGLE OUTPUT (MISO) DC-DC CONVERTER (PEMBANGKIT PWM
DAN TRANSFORMER)
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1) Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh :
4. Drs. Budhi Priyanto, Msi NIP : 132093471
(Penguji II) Mengetahui,
Ketua Jurusan Teknik Elektro
LEMBAR PERNYATAAN
Yang bertanda tangan dibawah ini :
NAMA : FAJAR HUSEIN PRIMADANI Tempat/Tgl Lahir : Mojokerto/ 02 Januari 1992 NIM : 201010130311171
FAK./JUR. : TEKNIK/ELEKTRO
Dengan ini saya menyatakan bahwa Tugas Akhir kami dengan judul “
PERENCANAAN DAN PEMBUATAN RUMAH DC : MULTIPLE INPUT SINGLE OUTPUT (MISO) DC-DC CONVERTER (PEMBANGKIT PWM DAN TRANSFORMER)” beserta seluruh isinya adalah karya saya sendiri dan bukan merupakan karya tulis orang lain, baik sebagian maupun seluruhnya, kecuali dalam bentuk kutipan yang telah disebutkan sumbernya.
Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya. Apabila kemudian ditemukan adanya pelanggaran terhadap etika keilmuan dalam karya saya ini, atau ada klaim dari pihak lain terhadap keaslian karya saya ini maka saya siap menanggung segala bentuk resiko/sanksi yang berlaku.
Malang, 21 Agustus 2015 Yang Membuat Pernyataan
Fajar Husein Primadani
Mengetahui,
Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II
LEMBAR PERSEMBAHAN
Puji syukur kehadirat Allah SWT atas rahmatdan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Machmud Effendi, ST, M.Eng dan Bapak Khusnul Hidayat, ST selaku pembimbing tugas akhir.
2. Ibu Nur Alif Mardiyah, MT selaku dosen penguji 1, serta Bapak Drs. Budi Priyanto. Msi selaku dosen penguji.
3. Bapak Ir. Sudarman, MT selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang.
4. Ibu Nur Alif Mardiyah, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang.
5. Bapak M. Chasrun Hasani, ST. MT selaku dosen wali dosen.
6. Kedua Orang tua yaitu Bapak Abdul Khalim dan Ibu Kasening yang selalu mendoakan, mendukung dan memotivasi penulis sehingga bisa menyelesaikan tugas akhir ini.
7. M. Nizar Tamimi sebagai rekan setim tugas akhir ini.
8. M. Nizar T, Ardy, A. Junaedi, R. Putra, Ali B, Luthfan A, Tian R, Tasyar, Rosmala, M. Amin, Edo W dan Teman-teman elektro-D 2010 lainnya yang telah membantu penulis sampai di titik ini.
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT, atas limpahan Rahmat dan Karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan judul
“
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN RUMAH DC:
MULTIPLE
INPUT
SINGLE
OUTPUT
(MISO)
DC-DC
CONVERTER (PEMBANGKIT PWM DAN TRANSFORMER)
”
.
Ini untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan studi serta dalam rangka memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang.
Penghargaan dan terima kasih yang setulus-tulusnya kepada Ayahanda tercinta Abdul Khalim tercinta dan Ibunda yang kusayangi Kasening yang telah mencurahkan segenap cinta dan kasih sayang serta perhatian moril maupun materil. Semoga Allah SWT selalu melimpahkan Rahmat, Kesehatan, Karunia dan lenerkahan di dunia dan di akhirat atas budi baik yang telah diberikan kepada penulis.
Penghargaan dan terima kasih penulis kepada Bapak Mahmud E, ST, Meng selaku pembimbing I dan Bapak Khusnul Hidayat, ST selaku pembimbing II telah membantu penulisan skripsi ini.
Akhir kata penulis menyadari bahwa dalam penulisan skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan. Karena itu, penulis memohon saran dan kritik yang sifatnya membangun demi kesempurnaannya dan semoga bermanfaat bagi kita semua. Amiin
Malang, 06 Agustus 2015
DAFTAR ISI
1.4 Tujuan Penelitian ... 3
1.5 Metodelogi ... 3
1.6 Sistematika Pembahasan ... 4
BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN
3.1 Perancangan Driver PWM MOSFET ... 23
3.2 Pulse Width Modulation ... 25
3.3 Perancangan Transformator MISO ... 26
3.3.1 Parameter Inti ... 26
3.3.2 Menghitung Lilitan Primer ... 26
3.3.3 Menghitung Lilitan Sekunder ... 28
3.3.4 Ukuran Kawat ... 28
3.4 Pembuatan Simulasi MISO DC-DC Converter Menggunakan MATLAB R2010a ... 29
BAB IV IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN 4.1 Pengujian MISO DC-DC Converter Dengan Software MATLAB R2010a ... 33
4.2 Hasil Uji Laboratorium Perangkat MISO DC-DC Converter ... 35
4.2.1 Pengujian Pembangkit Pulse Width Modulation ... 35
4.2.2 Pengujian Tranformator ... 36
4.2.3 Hasil Uji Pengujian MISO DC-DC Converter ... 39
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ... 44
5.2 Saran ... 44
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Individualis Rumah DC: Sistem 1 ... 6
Gambar 2.2 Multiple Rumah DC: Sistem 2 ... 7
Gambar 2.3 Centralized DC: Sistem 3 ... 7
Gambar 2.4 Diagram Blok Rumah DC ... 7
Gambar 2.5 Blok Diagram Mikrokontroler ... 9
Gambar 2.6 ATTiny 2313 ... 12
Gambar 2.7 AT90S 1200 ... 12
Gambar 2.8 AT86RF 231 ... 12
Gambar 2.9 ATMEGA 8535 ... 12
Gambar 2.10 Konfigurasi Pin Mikrokontroler ATMEGA 16, 32, dan 8535 ... 13
Gambar 2.11 Konfigurasi Pin Mikrokontroler ATtiny2313 ... 13
Gambar 2.12 Arduino Uno ... 14
Gambar 2.13 Sinyal PWM dan rumus perhitungannya ... 19
Gambar 2.14 Pulsa PWM ... 19
Gambar 2.15 Pengontrolan tegangan Pulsa PWM ... 20
Gambar 2.16 Bagian-Bagian Transformator ... 21
Gambar 2.17 Contoh Transformator ... 21
Gambar 2.18 Lambang Transformator ... 21
Gambar 2.19 Skema Transformator ... 21
Gambar 3.1 Diagram Blok MISO DC-DC Converter ... 23
Gambar 3.2 Rangkaian Driver PWM ... 23
Gambar 3.3 Tabel tebal dan kemampuan kawat dilalui arus ... 29
Gambar 3.4 Perancangan MISO DC-DC Converter Pada MATLAB ... 30
Gambar 4. 1 Blok Pengujian Bagian-Bagian MISO DC-DC Converter ... 32
Gambar 4.2 Diagram Blok Pengujian MISO DC-DC Converter ... 34
Gambar 4.3 Diagram Blok Pengujian PWM... 36
Gambar 4.4 Gelombang keluaran pembangkit PWM ... 36
DAFTAR TABEL
DAFTAR PUSTAKA
[1] Chin, K.T.W., 2011. A Multiple-Input Single-Output DC-DC Converter For The DC House Project. California polytechnic State University.
[2] Owen, J., 2012. Multiple Input Single Output (MISO) DC-DC ConverterFor the DC House Project. California polytechnic State University.
[3] Johan, A.I., 2013. Perancangan Transformator Frekuensi Tinggi Untuk Konverter DC-DC Full-Bridge Phase-Shifted 200W. Universitas Gadjah Mada.
[4] Gerald, R., 2011. Basic Pulse Width Modulation.
[5] Saludin, M., 2014. Power Supply Jenis Switch Mode. 1st ed. Yogyakarta: Graha Ilmu.
[6] Liang. K., 2012.Design of DC Light Bulb for DC House Project, California Polytechnic State University San Luis Obispo.
1
BAB I PENDAHULUAN
1.1.Latar Belakang
Indonesia merupakan sebuah negara yang memiliki potensi energi yang sangat luas. Tetapi, sampai saat ini masih banyak wilayah terpencil yang belum tersentuh jaringan listrik dari PLN yang merupakan satu-satunya perusahaan yang menyediakan listrik di Indonesia.
Di luar negeri sudah terdapat beberapa penelitian yang memungkinkan untuk menyediakan akses listrik di daerah terpencil yang tidak terjangkau oleh PLN. Penelitian ini memanfaatkan sumber energi terbaharukan, salah satunya adalah dari photovoltaic (PV). PV sendiri memanfaatkan sumber energi dari sinar matahari yang kemudian dikonversi menjadi tegangan listrik.
Pada umumnya, tegangan keluaran dari PV yang merupakan tegangan Dirrect Current (DC) akan dikonversi menjadi tegangan Alternating Current (AC). Hal ini dikarenakan PLN dalam distribusinya menggunakan arus AC. Sistem ini tentu saja kurang efektif untuk digunakan pada daerah terpencil. Karena peralatan elektronik sudah banyak yang menggunakan arus DC. Sehingga muncul lah ide untuk membangun sebuah rumah DC, yang seluruh komponen elektroniknya sudah menggunakan arus DC.
Rumah DC sendiri bukanlah sebuah konsep baru, pada tahun 1880 masa perang arus, Thomas Edison merekomendasikan penggunaan arus DC untuk distribusi listrik sementara George Westinghouse mengusulkan distribusi AC. Edison percaya bahwa DC lebih baik daripada AC berdasarkan beberapa alasan, seperti DC bekerja lebih baik dengan lampu, motor. Sistem DC bisa dihubungkan secara langsung dari penyimpanan energi seperti baterai untuk menyediakan listrik saat terdapat gangguan pada generator.
2 Edison menyadari keterbatasan ini dan menyarankan untuk membangun pembangkit dekat dengan wilayah pengguna listrik. Tetapi, solusi ini membutuhkan biaya yang sangat mahal dan hampir mustahil untuk digunakan pada wilayah-wilayah tertentu. Pada sisi yang lain, AC dapat dengan mudah di distribusikan untuk jarak yang sangat jauh dengan tegangan yang sangat tinggi. Tegangan AC dapat diturunkan (stepped down) dengan biaya yang lebih murah untuk daerah penduduk. Beberapa saat kemudian Tesla dan Westinghouse memperkenalkan generator AC, trafo, motor, kabel dan lampu, disinilah akhirnya arus DC kalah.
Tanpa mempertimbangkan bagaimana menaikkan dan menurunkan tegangan pada DC, sistem transmisi pada DC secara keseluruhan lebih baik terutama efisiensinya dibandingkan transmisi AC yang terdapat rugi-rugi (losses). Transmisi AC terdapat rugi-rugi kapasitif dan induktif yang tidak terdapat pada transmisi DC.
Pada negara-negara berkembang, seperti Indonesia, terdapat banyak daerah terpencil yang masih belum tersedia listrik. Penduduk di daerah seperti ini masih bergantung pada lampu minyak pada malam hari, dan kompor kayu untuk memasak. Bagaimanapun juga, terlepas dari kelangkaan listrik tersebut, banyak daerah yang memiliki sumber energi terbaharukan yang melimpah seperti matahari, air dan energi angin. Akan sangat bermanfaat jika daerah terpencil ini mampu memanfaatkan sumber-sumer energi terbaharukan seperti ini tanpa harus bergantung pada minyak sebagai sumber energi.
Sebenarnya sudah banyak upaya untuk memanfaatkan sumber-sumer energi terbaharukan. Namun kebanyakan hanya menggunakan satu sumber energi seperti PLTMH, PLTS, PLTAg, dll. Lalu, bagaimanakah jika dari beberapa sumber energi tersebut dapat digabungkan menjadi satu sehingga bisa dimanfaatkan secara bersama-sama. Intisari dari penelitian ini adalah membangun Multiple Input Single Output (MISO) untuk rumah DC. MISO sendiri dibuat dengan tujuan sebagai jembatan penghubung dari beberapa sumber energi sehingga tegangan dari sumber-sumber seperti PV,
3
1.2.Rumusan Masalah
1) Bagaimana merencanakan pembuatan transformator dan pembangkit
Pulse Widht Modulation (PWM) untuk MISO DC-DC Converter dengan
2 input yang berbeda?
2) Bagaimana membuat transformator dan pembangkit Pulse Widht
Modulation (PWM) MISO DC-DC Converter dengan keluaran 48 VDC?
3) Bagaimana menguji transformator dan pembangkit Pulse Widht
Modulation (PWM) MISO DC-DC Converter?
1.3.Batasan Masalah
1) Pembangkit Pulse Widht Modulation (PWM) MISO DC to DC converter dirancang menggunakan Arduino Uno.
2) Tegangan masukan dari solar panel dan hydropower sudah di convert menjadi 24 VDC.
3) Transformator di rancang dengan menggunakan model inti PQ
1.4.Tujuan Penelitian
1) Menghasilkan transformator dan pembangkit Pulse Widht Modulation (PWM) untuk MISO DC-DC Converter
2) Menghasilkan MISO DC-DC Converter dengan dua sumber, PV dan generator air dengan keluaran 48 VDC
1.5.Metodelogi
1.5.1 Studi Literatur
1.5.2 Perancangan dan Pengujian Sistem
a) Merancang pembangkit Pulse Width Modulation dan transformator. Merancang pembangkit Pulse Width Modulation sendiri di bagi dalam beberapa tahap :
1. Menghitung Duty Cycle.
4 b) Menguji hasil run pembangkit PWM dengan menggunakan software
Arduino. Pengujian ini digunakan untuk mem-verifikasi kesalahan yang terdapat pada perhitungan sehingga dapat diperbaiki kembali sebelum di dimplementasikan ke dalam perangkat keras (hardware). c) Implementasi perancangan ke dalam perangkat keras (hardware). d) Menguji kinerja sistem MISO DC-DC Converter dengan
menggunakan pembangkit Pulse Width Modulation dan transformator. Kinerja sistem akan di nilai dari tegangan keluaran, dan efisiensi saat beban maximum.
1.5.3 Analisa Data
Hasil yang di dapat dari pengujian sistem akan digunakan sebagai data untuk di analisa dan di ketahui kenapa hasilnya bisa seperti itu.
1.5.4 Pengambilan Kesimpulan
Dari hasil analisis data di tarik kesimpulan apa saja kelebihan dan kelemahan pembangkit Pulse Width Modulation dan transformator. Dan apa saja yang di perlukan untuk memperbaiki kinerjanya.
1.6.Sistematika Pembahasan
Sistematika pembahasan pada tugas akhir “Perencanaan Dan Pembuatan
Rumah DC : Multiple Input Single Output (MISO) DC-DC Converter (Pembangkit Pulse Width Modulation dan Transformer)” adalah sebagai berikut:
A. BAB I Pendahuluan
5
B.BAB II Dasar Teori
Pada Bab II ini akan memaparkan teori yang mendasari penyusunan tugas akhir ini.
C.BAB III Perancangan
Pada Bab III ini akan membahas tentang perancangan Pembangkit Pulse Width Modulation dan transformator beserta perhitungan.
D.BAB IV Pengujian Alat dan Analisa
Pada Bab IV ini akan membahas tentang hasil pengujian hardware dari MISO DC-DC Converter dengan salah satu input, kemudian dengan dua input tegangan.
E.BAB V Penutup
