PERANCANGAN DAN PENGUJIAN KEKUATAN DIELEKTRIK OLI DENGAN ELEKTRODA BOLA MENGGUNAKAN FBT (FLYBACK TRANSFORMATOR)
SEBAGAI SUMBER TEGANGAN TINGGI
SKRIPSI
MEI SANDY RAYA SITEPU 140801035
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2019
MENGGUNAKAN FBT (FLYBACK TRANSFORMATOR) SEBAGAI SUMBER TEGANGAN TINGGI
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains
MEI SANDY RAYA SITEPU 140801035
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
i
PERNYATAAN ORISINALITAS
PERANCANGAN DAN PENGUJIAN KEKUATAN DIELEKTRIK OLI DENGAN ELEKTRODA BOLA MENGGUNAKAN FBT SEBAGAI SUMBER TEGANGAN
TINGGI
SKRIPSI
Saya menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya
Medan, 4 Januari 2019
MEI SANDY RAYA SITEPU 140801035
iii
PENGHARGAAN
Puji dan Syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas Kasih dan Rahmat-Nya yang senantiasa menyertai penulis sehingga dapat menyelesaikan skripsi ini. Pada kesempatan ini, penulis juga meyampaikan rasa hormat dan terimakasih yang sebesar besarnya selama di bangku perkuliahan ini, penulis dapat menerima banyak dukungan moral, moril, material, dorongan, serta bimbingan dari berbagai pihak.
Diantaranya kepada :
1. Kedua keduaorang tua, bapak Njujuri Sitepu dan Ibu Rosalina br Tarigan, yang telah mendidik dan membesarkan penulis dan selalu memberikan doa, kasih sayang, kepercayaan, serta senantiasa mengingatkan dan menyemangati untuk kuliah, belajar sampai penelitian skripsi.
2. Bapak Dr. Kerista Tarigan, M.Eng,Sc selaku Pembimbing yang telah bersedia membantu dan memberikan waktu, saran serta dukungan dalam penyelesaian skripsi ini.
3. Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji, MS, sebagai Ketua Departemen Fisika dan Bapak Awan Maghfirah, S.Si,M.Si selaku Sekretaris Departemen FisikaFMIPA USU, kak Tini, Kak Yuspa selaku satff Departemen Fisika, seluruh Dosen, staff dan pegawai Departemen Fisika FMIPA USU yang telah membantu dan membimbing dalam menyelesaikan skripsi ini.
4. Kepada abangda Bona Ventura Palma Sitepu, S.Sn yang telah membantu,menemani dan memberikan semangat kepada Penulis dalam proses penulisan skripsi ini.
5. Kepada Lewis Sirait yang telah membantu dan memberikan semangatkepada penulis dalam proses penulisan skripsi
6. Kepada sahabat (KKR) Dew Githa Arum Sijabat, Irma Surya Siregar, Mariana Panjaitan dan Nia Odilia Sitohang atas dukungan, semangat dan dorongan untuk membantu penulis dalam menylesaikan skripsi ini
7. Kepada teman-teman seperjuangan PHYSIC IMMORTAL (Fisika 2014) : Agustina Hutabalian, Ivana Cesarima, Andrian Syahputra, Cindy Sijabat, Romauli, Indra Siregar, Nanda Indri Yani Tarigan, Muhammad Alindra, Rini Tri Sandra Devi, Wiwid Wardia, Yola Barabai, Juli Eka, Tiarlin Nadapdap,
Ebta Jaya Wisuda, Diah Pratiwi, Emita Sembiring, Windy Wulandari, Vivi Maria, Gestin Siagian, Khairul Ilham dkk. Untuk 4 tahun perjalan kuliah kita selama ini terima kasih untuk semua dukungan, semangat, cerita dan pengalaman yang kita lewati bersama.
8. Kepada teman-teman di Unit 10 (Martin Putra, Elco Firdaus, Jacky Gunawan, Nanda Lubis, Mia Debora, Wilia Situmorang, Peter Jaya, Ibnu Fadhilah, Hartono Simanjuntak) atas kebersamaannya selama penyelesaian skripsi ini.
9. Kepada adik-adik FISIKA stambuk 2015, stambuk 2016 dan stambuk 2017 atas semua dukungan dan doa dalam penulisan skripsi ini.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam penyelesaian skripsi ini masih jauh dari sempurna, untuk itu kritik dan saran yang bersifat membangun sangat diharapkan dari para pembaca.
Medan,4 Januari 2019
Mei Sandy Raya Sitepu
v
PERANCANGAN DAN PENGUJIAN KEKUATAN DIELEKTRIK OLI DENGAN ELEKTRODA BOLA MENGGUNAKAN FBT (FLYBACK TRANSFORMATOR)
SEBAGAI SUMBER TEGANGAN TINGGI
ABSTRAK
Telah dirancang suatu pengujian kekuatan dielektrik oli dengan pembangkit pulsa tegangan tinggi menggunakan Flyback Transformator sebagai pembangkit utamanya.
Pemberian pulsa berasal dari ATMega 328 yang berfungsi sebagai PWM dan pengaturan duty cycle menggunakan potensiometer. Pengujian dilakukan pada 2 sampel oli yang baru dan bekas menggunakan elektroda berbentuk bola yang berdiameter 20 mm dan memvariasikan jarak sela 2 mm sampai 5 mm. Dari hasil pengujian diperoleh bahwa jarak sela mempengaruhi nilai tegangan breakdown dan kekuatan dielektrik dari oli baru dan bekas. Hasil pengujian dengan sistem alat menunjukkan nilai tegangan oli bekas dengan variasi jarak 2 mm, 3 mm, 4 mm dan5 mmberturut-turut40; 36,67; 30; 28 kilo volt dengan tren naik. Telah didapat suatu hubungan semakin jauh jarak sela elektroda, maka semakin besar nilai tegangannya.
Kata kunci :Flyback Transformator, Dielektrik, PWM, Duty cyle, Elektroda Bola
DESIGNING AND TESTING DIELECTRIC STRENGTH OF OIL WITH BALL ELECTRODES USES A FLYBACK
TRANSFORMATOR AS A HIGH VOLTAGE SOURCE
ABSTRACT
Has been designed an oil dielectric strength test with high voltage pulse generator use Flyback Transformer as the main generator giving pulses from ATMega328which functions as a PWM and duty cycle settings using potentiometers.
Tests were carried out on 2 samples of new and used oiluses spherical electrodes with a diameter of 20 mm and vary the intervals of 2 mm to 5 mm. From the test results found that interrupted distance work on voltage breakdown values and dielectric strength of new and used oil.Test results with the tool system shows the value of used oil voltages with a variation of distances of 2 mm, 3 mm, 4 mm and 5 mm successively 40; 66,67; 30; 28; kilo volt with an upward. Has been obtained a relationship getting further rinterrupted distance then the greater the voltage values.
Keywords: Flyback TranTransformer, Dielectric, PWM, Duty cycle, Ball Electrode
vii
DAFTAR ISI
Halaman
Persetujuan i
Pernyataan ii
Penghargaan iii
Abstrak v
Abstract vi
Daftar Isi vii
Daftar Tabel ix
Daftar Gambar x
Daftar Lampiran xii
Bab 1. Pendahuluan
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Perumusan Masalah 2
1.3 Batasan Masalah 2
1.4 Tujuan Penelitian 2
1.5 Manfaat Penelitian 3
1.6 Sistematika Penulisan 3
Bab 2. Tinjauan Pustaka
2.1 Transformator 4
2.1.1 Jenis-jenis transformator 4
2.1.2 FBT 5
2.2 Mikrokontroler Atmega328 6
2.2.1 Fitur Mikrokontroler Atmega328 7
2.2.2 Konfigurasi Pin ATMega 328 7
2.3 Kapasitor 9
2.3.1 Kapasitansi kapasitor 9
2.4 Dielektrikum 11
2.3.1 Kekuatan Dielektrikum 13
2.3.2 Bahan Dielektrik Cair 13
2.5 Oli 17
2.4.1 Sifat-sifat Oli 18
2.6 Mosfet 19
2.7 PWM 19
2.8 Lcd 16x2 20
2.7.1 Operasi Penulisan/Pembacaan Lcd 16x2 21
2.7.2 Busy Flag (BF) 22
Bab 3. Metode Penelitian
3.1 Diagram Blok Sistem 24
3.2 Rangkaian Power Supply 24
3.3 Rangkaian Minimum Sistem ATMega 328 25
3.4 Rangkaian Optocoupler 26
3.5 Rangkaian Driver 26
3.6 Rangkaian Lcd (Liquid Crystal Display) 27
3.7 Elektroda Uji 27
3.7 Flowchart (Diagram Alir) 29
Bab 4. Hasil Dan Pembahasan
4.1 Pengujian PSA 30
4.2 Pengujian Rangkaian Optocoupler 31
4.3 Pengujian Tegangan Tinggi
4.3.1 Pengujian Tegangan Terhadap Dutycycle 32
4.3.2 Pengujian PWM dan Dutycycle 32
4.3.3 Pengujian Terhadap Sample 33
Bab 5. Kesimpulan Dan Saran
5.1 Kesimpulan 34
5.2 Saran 34
Daftar Pustaka Lampiran
ix
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Konstanta Dielektrik 12
Tabel 2.2 Fungsi Dan Konfigurasi Lcd 16x2 20
Tabel 2.3 Operasional Baca/Tulis Lcd 16x2 21
Tabel 4.1 Pengujian input dan output 31
Tabel 4.2 Pengujian frekuensi optocoupler 31
Tabel 4.3 Pengujian duty cycle dan tegangannya 32
Tabel 4.4 Pengujian data sampel 33
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Flyback Transformator 5
Gambar 2.2 Bentuk Fisik Atmega328 7
Gambar 2.3 Oli Bekas 18
Gambar 2.4 IRF 540 19
Gambar 2.5 LCD 16x2 20
Gambar 2.6 DDRAM M1632 23
Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem 24
Gambar 3.2 Rangkaian Minimum Power Supply 24
Gamabar 3.3 Rangkaian Minimum Sistem Atmega328 25
Gambar 3.4 Rangkaian Minimum Optocoupler 26
Gambar 3.5 Rangkaian Minimum Driver 26
Gambar 3.6 Rangkaian LCD 16x2 27
Gambar 3.7 Elektroda Bola 27
Gambar 3.8 Chamber 28
Gambar 3.9 Flowchart 28
Gambar 4.1 Pengujian pada Regulator 7808 30
Gambar 4.2 Pengujian frekuensi Optocoupler 31
Gambar 4.3 Duty cyle dan Tegangannya 32
Gambar 4.4 Duty cycle 30 % dan 70 % 33
Gambar 4.5 Grafik Kekuatan dielektrik Oli Baru dan Bekas 34
xi
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1. Gambar RangkaianSecara Keseluruhan Lampiran 1 2. Kode program Dutycycle ke ATMega328 Lampiran 2
3. Gambar Alat Lampiran 3
4. Perhitungan Lampiran 4
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Peralatan listrik yang menggunakan tegangan tinggi memegang peranan sangat penting agar pendistribusian listrik berjalan dengan baik. Karena listrik ialahmedia yang menghantarkan elektron daripotensial tinggi ke potensial rendah.Sehingga bahan isolasi sangat diperlukan untuk memisahkan dua atau lebih penghantar listrik yang bertegangan, supaya antara penghantar-penghantar tersebut tidak terjadi lompatan listrik atau percikan api. Apabila tegangan yang diterapkan mencapai tingkat ketinggian tertentu maka bahan isolasi tersebut akan mengalami pelepasan muatan yang merupakan bentuk kegagalan listrik.
Syarat dari bahan isolasi listrik yaitu memiliki kekuatan menahan medan listrik yang dinamakan kekuatan isolasi.Bila pada bahan dielektrik diberikan medan listrik yang melebihi kemampuannya, maka isolasi akan mengalami peristiwa dielectric breakdown(kedadalan pada material dielektrik). Dadal yang terjadi pada saat peralatan listrik sedang beroperasi, dapat menyebabkan kerusakan alat sehingga kontinuitas sistem terganggu. Hal ini disebabkan oleh dua faktor yaitu adanya tegangan lebih (over voltage) dan pemanasan termal (thermal stress) karena adanya disipasi daya di dalam peralatan tegangan tinggi terutama transformator.
Pada penelitian sebelumnya, bahan dielektrik yang digunakan adalah udara, dan minyak trafo jenis Shell diala Bdengan elektroda bidang (pelat). Pada isolasi udara dengan jarak sela elektroda yang sama, memiliki nilai tegangan dadal lebih kecil dibandingkan pada bahan dielektrik minyak. Bentuk geometri elektroda sangat mempengaruhi nilai tegangan dadal berdasarkan besarnya tingkat kelengkungan elektroda. Elektroda bola-bola memiliki nilai tegangan dadal yang lebih besar dibandingkan dengan yang dihasilkan oleh elektrode jarum-setengah bola untuk jenis dielektrik yang sama. Sehingga untuk melanjutkan dan melengkapi penelitian sebelumnya, elektroda yang digunakan
2
sampel uji. Dan untuk mengetahui kelayakan dari bahan-bahan dielektrik tersebut sebagai alternatif isolasi peralatan listrik tegangan tinggi, maka dilakukan pengujian karakteristik listrikoli bekas menggunakan elektroda bola bola.
1.2 Rumusan Masalah
Dari uaraian latar belakang di atas, maka perumusan masalahnya adalah sebagai berikut :
1. Bagaimana merancang alat pengujian dielektrik
2. Bagaimana mengetahui karakteristik fisis oli bekas pada kondisi dadal (breakdown)
3. Bagaimana mendapatkan nilai konstanta dielektrik dari oli bekas
1.3 Batasan Masalah
Untuk menghindari adanya pembahasan di luar materi dalam mengerjakan penelitian ini, maka batasan masalah terdiri dari :
1. Pengujian dilakukan menggunakan sampel oli standart sepeda motor AHM MPX2 yang baru dan bekas (pemakaian 3 bulan)
2. Pengujian dilakukan menggunakan elektroda berbentuk bolayang berdiameter 20 mm
3. Pengamatan yang diteliti adalah kekuatan dielektrik pada oli baru dan bekas 4. Pengujian dilakukan dengan mengatur jarak sela 2 mm, 3 mm, 4 mm dan 5
mm, sehingga dapat diketahui karakteristik tegangan tembus pada jarak sela yang bervariasi
5. Tegangan yang diterapkan adalah tegangan AC dengan frekuensi 31,3 kHz
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dilakukan penelitian ini adalah :
1. Meperoleh suatu metode pengujian yang inovatif kekuatan dielektrik berbagai oli
2. Mengetahui pengaruh jarak sela antar elektroda terhadaptegangan tembus dan kekuatan dielektrik oli bekas dan bekas.
3. Mengetahui pengaruh DutyCycle terhadap Output tegangan yang dihasilkan
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat yang dapat diambil dari penelitian yaitu untuk mempermudah masyarakat untuk mengetahui kekuatan dielektrik oli pelumas mesin kendaraan maupun mesin-mesin lainnya seperti contoh mesin pabrik.
1.6 Sistematika Penulisan
Untuk mempermudah pembahasan dan pemahaman maka penulis membuat sistematikan pembahasan bagaimana sebenarnya prinsip kerja dari alat
PENGERANCANGAN DAN PENGUJIAN KEKUATAN DIELEKTRIK OLI DENGAN ELEKTRODA BOLA MENGGUNAKAN FBT SEBAGAI
SUMBER TEGANGAN TINGGI. Maka penulis menulis skripsi ini dengan sistematika penulisan sebagai berikut:
BAB 1 PENDAHULUAN
Bab ini berisikan pendahuluan yang menjelaskan mengenai latar belakang, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian serta sistematika penulisan.
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini menjelaskan tentang teori-teori pendukung dalam penelitian.Adapun teori pendukung dalam penelitian ini yaitu tentang mikrokontroler ATmega 328 (hardware dan software), resistor, dielektrikum, transistor, kapasitor, dioda, power supply, elektroda bola dan oli.
BAB 3 METODE PENELITIAN
Bab ini membahas tentang perancangan alat, diagram blok, diagram alir, skematik serta sistem kerja dari masing-masing rangkaian.
BAB 4 HASIL DAN ANALISIS
Bab ini berisikan tentang pengujian alat dan juga analisis penelitian yang telah dibuat.
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini merupakan bab penutup yang berisikan kesimpulan dan saran.
DAFTAR PUSTAKA
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Transformator
Transformator atau trafo adalah alat yang memindahkan tenaga listrik antar dua rangkaian listrik atau lebih melalui induksi elektromagnetik.Transformator bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Tegangan masukan bolak-balik yang membentangi primer menimbulkan fluks magnet yang idealnya semua bersambung dengan lilitan sekunder. Fluks bolak-balik ini menginduksikan gaya gerak listrik (ggl) dalam lilitan sekunder. Jika efisiensi sempurna, semua daya pada lilitan primer akan dilimpahkan ke lilitan sekunder.
2.1.1 Jenis jenis transformator
Trafo yang diklasifikasikan berdasarkan level tegangan ini merupakan trafo yang paling umum dan sering kita gunakan. Pengklasfikasian ini pada dasarnya tergantung pada rasio jumlah gulungan di kumparan Primer dengan jumlah kumparan Sekundernya. Jenis Trafo berdasarkan Level tegangan ini diantaranya adalah Trafo Step Up dan Trafo Step Down.
- Trafo Step Up
Seperti namanya, Trafo Step Up adalah Trafo yang berfungsi untuk menaikan taraf atau level tegangan AC dari rendah ke taraf yang lebih tinggi. Tegangan Sekunder sebagai tegangan Output yang lebih tinggi dapat ditingkatkan dengan cara memperbanyak jumlah lilitan di kumparan sekundernya daripada jumlah lilitan di kumparan primernya. Pada pembangkit listrik, Trafo jenis ini digunakan sebagai penghubung trafo generator ke grid.
- Trafo Step Down
Trafo Step Down adalah Trafo yang digunakan untuk menurunkan taraf level tegangan AC dari taraf yang tinggi ke taraf yang lebih rendah. Pada Trafo Step Down ini, Rasio jumlah lilitan pada kumparan primer lebih banyak jika dibandingkan dengan jumlah lilitan pada kumparan sekundernya. Di jaringan Distribusi, transformator atau trafo step down ini biasanya digunakan untuk mengubah tegangan
grid yang tinggi menjadi tegangan rendah yang bisa digunakan untuk peralatan rumah tangga. Sedangkan di rumah tangga, kita sering menggunakannya untuk menurunkan taraf tegangan listrik yang berasal dari PLN (220V) menjadi taraf tegangan yang sesuai dengan peralatan elektronik kita.
2.1.2 FBT
Transformator atau trafo flyback ada yang bentuknya seperti Gambar 1 dimana trafo telah diintegrasikan dengan dioda penyearah /pelipat, pembagi tegangan, capasitor resonansi dan beberapa kumparan tegangan rendah yang keseluruhannya dicor menjadi satu unit (bulk). Pada pesawat televisi trafo ini difungsikan sebagai pelipat tegangan pulsa flyback dari rangkaian defleksi horizontal
Gambar 2.1 flybacktransformator
Trafo ini mengggunakan batang ferrite sebagai inti kopling magnetnya yang permeabilitas magnetnya tinggi, histerisisnya rendah sehingga dapat bekerja optimal pada daerah frekuensi tinggi.[2] HV peak dengan frekuensi tinggi itu antara 0,95 s/d 0,99 karena ripelnya amat rendah 4 s/d 15% dibanding HV frekuensi rendah 50 s/d 60 Hz HV peak hanya 0,71 dengan ripel 100%.. Trafo flyback yang telah diintegrasikan dengan dioda pelipat dan capasitor resonansi maka angka/nilai transformasinya akan meningkat secara kuadratis.
- PrinsipKerja FBT
Pulsa horizontal digunakan untuk mengendalikan agar sinar electron melakukan penyapuan gambar secara horizontal dari bagian kiri layar ke bagian kanan. Kemudian dengan kecepatan tinggi pulsahorisontalakan mengembalikan sinar electron ke bagian kiri layar untuk memulai mengulang penyapuan garis horizontal berikutnya lagi.
6
Pulsapengembaliansinarelektron agar kembali ke bagiankirilayarinidinamakan
"pulsahorisontal retrace".Pulsa-pulsainilah yang dimanfaatkanuntukmembangkitkantegangantinggi anode dengan cara memasang sebuah trafo pada bagian horisontal-output. Oleh karena itu trafo ini dinamakan trafo flyback. Arus pulsa horisontal retrace yang berubah dengan sangat cepat pada bagian primer flyback mampu menginduksikan tegangan tinggi (HV) pada kumparan sekunder sekitar 25 hingga 30Kv ac. Dan menggunakan diode tegangan ini disearahkan menjadi tegangan dc. Sebagai filter tegangan tinggi adalah lapisan aquadaq pada tabung CRT.VR atau potensio sebagai pembagi tegangan tinggi dipasang didalam bodi flyback guna mendapatkan tegangan tinggi untuk Fokus sekitar 6Kv dantegangan Screen sekitar 500v. Kecuali itu flyback juga digunakan untuk menghasilkan tegangan-tegangan rendah lainnya seperti untuk suply bagian vertikal, heater dan 180v untuk video drive, dan tegangan lain misalnya untuk bagian sirkit video atau bagian audio (suara).
2.2 MikrokontrolerATMega328
ATmega328 merupakan mikrokontroler keluarga AVR 8-bit buatan ATMEL, Beberapa tipe mikrokontroler yang sama dengan ATMega328 ini antara lain ATMega8535, ATMega16, ATMega32, ATmega8, yang membedakan antara mikrokontroler antara lain adalah, ukuran memori, banyaknya GPIO (pin input/output), periferal (USART, timer, counter, dll).
ATMega328 adalah kit elektronik atau papan rangkaian elektronik open source yang didalamnya terdapat komponen utama yaitu sebuah chip mikrokontroler dengan jenis AVR dari perusahaan Atmel. Arduino bersifat open source, tidak hanya softwarenya arduino yang bersifat opensource melainkan hardware arduino pun bersifat open source. Arduino tidak hanya sekedar sebuah alat pengembangan, tetapi arduino merupakan kombinasi dari hardware, bahasa pemrograman dan Integrated Development Environment (IDE) yang canggih.
IDE adalah sebuah software yang sangat berperan untuk menulis program, meng- compile menjadi kode biner dan meng-upload ke dalam memori mikrokontroler. mikrokontroler adalah sebuah sistem microprocessor dimana didalamnya sudah terdapat CPU, ROM, RAM, I/0, clock dan peralatan internal
lainnya yang sudah terhubung dan terorganisasi dengan baik oleh pabrik pembuatannya dan dikemas dalam satu chip yang siap pakai, sehingga dapat langsung memprogram isi ROM sesuai dengan aturan penggunaan oleh pabrik pembuatannya. Mikrokontroler ada pada perangkat elektronik sehari-hari. Misalnya handphone, MP3 player, DVD, televisi, AC, dll. Mikrokontroler juga dipakai untuk keperluan mengendalikan robot, baik robot mainan, maupun robot industri.
Komponen utama arduino adalah mikrokontroler, maka arduino juga dapat diprogram menggunakan komputer sesuai kebutuhan.
2.2.1
Fitur Mikrokontroler ATmega328ATMega328 adalah salah satu mikrokontroler keluaran dari ATMEL yang mempunyai arsitektur RISC (Reduce Instruction Set Computer) yang mana setiap proses eksekusi data lebih cepat dari pada arsitektur CISC (Completed Instruction Set Computer) (Ardianto Heri, 2013). Mikrokontroler ini memiliki beberapa fitur antara lain:
Memiliki EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) sebesar 1KB sebagai tempat penyimpanan data semi permanen karena EEPROM tetap dapat menyimpan data meskipun catu daya dimatikan. Memiliki SRAM (Static Random Access Memory) sebesar 2KB.
Memiliki pin I/O digital sebanyak 23 pin 6 diantaranya PWM (Pulse Width Modulation) output. 32 x 8-bit register serba guna. Dengan clock 16 MHz kecepatan mencapai 16 MIPS. 32 KB Flash memory. 130 macam instruksi yang hampir semuanya dieksekusi dalam satu siklus clock.
Gambar 2.2 Bentuk fisik ATmega 328
2.2.2
Konfigurasi Pin ATMega3288
ATMega328 merupakan mikrokontroler keluarga AVR 8 bit. Beberapa tipe mikrokontroler yang sama dengan ATMega8 ini antara lain ATMega8535, ATMega16, ATMega32, ATmega328, yang membedakan antara mikrokontroler antara lain adalah, ukuran memori, banyaknya GPIO (pin input/output), peripherial(USART, timer, counter, dll). Dari segi ukuran fisik, ATMega328 memiliki ukuran fisik lebih kecil dibandingkan dengan beberapa mikrokontroler diatas. Namun untuk segi memori dan periperial lainnya ATMega328 tidak kalah dengan yang lainnya karena ukuran memori dan periperialnya relatif sama dengan ATMega8535, ATMega32, hanya saja jumlah GPIO lebih sedikit dibandingkan mikrokontroler diatas.
ATMega328 memiliki 3 buah PORT utama yaitu PORTB, PORTC, dan PORTD dengan total pin input/output sebanyak 23 pin. PORT tersebut dapat difungsikan sebagai input/output digital atau difungsikan sebagai periperallainnya.
1. PortB
Port B merupakan jalur data 8 bit yang dapat difungsikan sebagai input/output.
Selain itu PORTB juga dapat memiliki fungsi alternatif seperti di bawah ini.
a. ICP1 (PB0), berfungsi sebagai Timer Counter 1 input capture pin.
b. OC1A (PB1), OC1B (PB2) dan OC2 (PB3) dapat difungsikan sebagai keluaran PWM (Pulse Width Modulation).
c. MOSI (PB3), MISO (PB4), SCK (PB5), SS (PB2) merupakan jalur komunikasi SPI.
d. Selain itu pin ini juga berfungsi sebagai jalur pemograman serial (ISP).
e. TOSC1 (PB6) dan TOSC2 (PB7) dapat difungsikan sebagai sumber clock external untuk timer.
f. XTAL1 (PB6) dan XTAL2 (PB7) merupakan sumber clock utama mikrokontroler.
2. PortC
Port C merupakan jalur data 7 bit yang dapat difungsikan sebagai input/output digital. Fungsi alternatif PORTC antara lain sebagai berikut.
a. ADC6 channel (PC0,PC1,PC2,PC3,PC4,PC5) dengan resolusi sebesar 10 bit.
ADC dapat kita gunakan untuk mengubah input yang berupa tegangan analog menjadi data digital
b. I2C (SDA dan SDL) merupakan salah satu fitur yang terdapat pada PORTC. I2C digunakan untuk komunikasi dengan sensor atau device lain yang memiliki komunikasi data tipe I2C seperti sensor kompas, accelerometer nunchuck.
3. PortD
Port D merupakan jalur data 8 bit yang masing-masing pin-nya juga dapat difungsikan sebagai input/output. Sama seperti Port B dan Port C, Port D juga memiliki fungsi alternatif dibawah ini.
a. USART (TXD dan RXD) merupakan jalur data komunikasi serial dengan level sinyal TTL. Pin TXD berfungsi untuk mengirimkan data serial, sedangkan RXD kebalikannya yaitu sebagai pin yang berfungsi untuk menerima data serial.
b. Interrupt (INT0 dan INT1) merupakan pin dengan fungsi khusus sebagai interupsi hardware. Interupsi biasanya digunakan sebagai selaan dari program, misalkanpadasaat program berjalan kemudian terjadi interupsi hardware/software maka program utama akan berhenti dan akan menjalankan program interupsi.
c. XCK dapat difungsikan sebagai sumber clock external untuk USART, namun kita juga dapat memanfaatkan clock dari CPU, sehingga tidak perlu membutuhkan external clock.
d. T0 dan T1 berfungsi sebagai masukan counter external untuk timer 1 dan timer 0.
e. AIN0 dan AIN1 keduanya merupakan masukan input untuk analog comparator.
2.3 Kapasitor
Kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan muatan listrik.
Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara vakum, keramik, gelasdan lain-lain. Jika kedua ujung plat metal diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki elektroda metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negative terkumpul pada ujung metal yang satulagi. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutup negative dan sebaliknya muatan negative tidak bias menuju ke ujung kutup positif karena terpisah
10
oleh bahan elektrik yang non-konduktif. Muatan elektrik ini “tersimpan” selama tidak ada konduktif pada ujung- ujung kakinya
2.3.1 Kapasitansi Kapasitor
Kapasitansi didefinisikan sebagai kemampuan dari suatu kapasitor untuk dapat menampung muatan elektron. Coulombs pada abad 18 menghitung bahwa 1 coulomb
= 6.25 x 1018 elektron. Kemudian Michael Faraday membuat postulat bahwa sebuah kapasitor akan memiliki kapasitansi sebesar 1 farad jika dengan tegangan 1 volt dapat memuat muatan elektron sebanyak 1 coulombs. Dengan rumus dapat ditulis :
2.1
Dimana :
C = nilai kapasitasi (F)
Q = muatan elektron (Coloumb) V = tegangan (Volt)
Dalam praktek pembuatan kapasitor, kapasitansi dihitung dengan mengetahui luas area plat metal (A), jarak (t) antara kedua plat metal (tebal dielektrik) dan konstanta (k) bahan dielektrik. Dengan rumus dapat di tulis sebagai berikut :
2.2
Dimana :
C0 = kapasitas untuk ruang hampa
= permitivitas dielektrik ruang udara bebas = 8,854 x 10-12 F/m = luas permukaan kapasitor (m2)
= jarak sela (m)
Jika di dalam antara kapasitor diisi medium dielektrik k, maka kapasitasnya menjadi :
2.3
Dimana
Kapasitor Bola Kapasitor
Kapasitor bola adalah kapasitor yang berbentuk bola dengan jari jari tertentu. Perhitungan kapasitansinya adalah :
a. Beda potensial pada bola
V = K 2.4
b. Kapasitas kapasitor bola
2.5
Dimana :
V = beda potensial K = konstanta dielektrik R = jari jari kapasitor bola
2.4 Dielektrikum
Bahan dielektrik adalah suatu bahan yang memiliki daya hantar arus yang sangat kecil atau bahkan hampir tidak ada. Bahan dielektrik ini dapat berwujud padat, cair dan gas. Ketika bahan ini berada dalam medan listrik, muatan listrik yang terkandung di dalamnya tidak mengalami pergerakan sehingga tidak akan timbul arus seperti bahan konduktor ataupun semikonduktor, tetapi hanya sedikit bergeser dari posisi setimbangnya yang mengakibatkan terciptanya pengutuban dielektrik.
Pengutuban tersebut menyebabkan muatan positif bergerak menuju kutub negatif medan listrik, sedangkan muatan negatif bergerak pada arah berlawanan. Hal ini menimbulkan medan listrik internal yang menyebabkan jumlah keseluruhan medan listrik yang melingkupi bahan dielektrik menurun. Sifat inilah yang menyebabkan bahan bahan dielektrik itu merupakan isolator yang baik.
Meskipun isolator juga memiliki konduksi listrik yang rendah namun istilah dielektrik biasanya digunakan untuk bahan-bahan isolator yang memiliki tingkat kemampuan pengutuban tinggi yang besarannya diwakili oleh konstanta dielektrik.
Bahan dielektrik ada dua jenis, yakni polar dan non-polar. Molekul dielektrik polar berarti bahwa molekul dielektrik tersebut dalam keadaan tanpa medan listrik, antara elektron dan intinya telah membentuk dipol. Sedangkan molekul non-polar ketika tidak ada medan listrik antara elektron dan inti tidak tampak sebagai dua muatan terpisah.
12
Sifat dielektrik suatu medium ditentukan oleh harga konstanta dielektrik, atau permitivitas dielektrik dari medium tersebut. Permitivitas dielektrik suatu medium dalam sistem suatu standard Internasional skala besar mempergunakan satuan farad per meter (F/m). Pengertian fisis permitivitas dielektrik suatu medium menunjukkan ukuran kemampuan suatu medium atau suatu bahan untuk meredam internsitas medan listrik yang melalui medium itu, dan besaran ini dinyatakan dengan symbol menyatakan kemampuan medium untuk meredam intensitas medan listrik relatif terhadap ruang vakum, sehingga didefenisikan :
2.6
Di mana :
= permitivitas dielektrik ruang udara bebas = 8,854 x 10-12 F/m = permitivitas relatif suatu medium (tidak memiliki dimensi)
Setiap bahan dielektrik memiliki konstanta dielektrik lebih besar dari 1. Karena 1 adalah konstanta dielektrik ruang hampa. Keberadaan dielektrik dapat mengurangi kapasitansi dibawah 1 hanya pada kapasitor kosong saja jika elektronnya berpindah, ketika medan listrik digunakan, pada arah yang berlawanan terhadap resultan gaya.
Berikut adalah tabel beberapa konstanta dielektrik bahan.
Tabel 2.1. Konstanta dielektrik beberapa bahan yang sering dijumpai
Bahan Fasa Konstanta Dielektrik
Udara Gas, 0 oC, 1 atm 1,00059
Metana, CH4 Gas, 0 oC, 1 atm 1,00088
Hidogren Klorida, HCl Gas, 0 oC, 1 atm 1,0046 Air, H2O Gas, 110 oC, 1 atm
Liquid, 20 oC
1,0126 80,4
Benzana, C6H6 Liquid, 20 oC 2,28
Metanol, CH3OH Liquid, 20 oC 33,6
Amonia, NH3 Liquid, -34 oC 22,6
Minyak mineral Liquid, 20 oC 2,24
Natrium Klorida, NaCl Solid, 20 oC 6,12
Sulfur, S Solid, 20 oC 4,0
Silikon, Si Solid, 20 oC 11,7
Polietilena Solid, 20 oC 2,25 - 2,3
Porselen Solid, 20 oC 0,00 - 2,3
Lilin Parafin Solid, 20 oC 2,1 – 2,5
Gelas Pirex 7070 Solid, 20 oC 4,00
Coconut Oil (Kelapa) - 3,254
Olive oil (Zaitun) - 3,252
Castrol Oil ( Jarak) 4,478
Sumber: Purcell 1985 dan Paranjpe & Deshpand 1935
2.3.1. Kekuatan Dielektrik
Semua bahan dielektrik memiliki tingkat ketahanan yang disebut dengan
“kekuatan dielektrik”, diartikan sebagai tekanan listrik tertinggi yang dapat ditahan oleh dielektrik tersebut tanpa merubah sifatnya menjadi konduktif. Apabila suatu dielektrik berubah sifatnya menjadi konduktif, maka dielekrik tersebut telah tembus listrik (breakdown). Kekuatan dielektrik juga dapat diartikan sebagai tekanan listrik terendah yang mengakibatkan dielektrik tersebut tembus listrik. Kekuatan dielektrik ini disebut juga dengan kuat medan kritis. Tegangan tembus (breakdown voltage) suatu isolator adalah tegangan minimum yang dibutuhkan untuk merusak dielekrik tersebut. Kekuatan dielektrik dari suatu bahan isolasi dinyatakan dengan tegangan maksimum yang dapat ditahan oleh suatu medium tanpa merusaknya. Dengan kata lain, kekuatan dielektrik dinyatakan dengan gradien tegangan yang diperlukan supaya dielektrik itu mengalami tembus listrik.
2.3.2. Bahan Dielektrik Cair
Secara umum, dielektrik cair lebih banyak digunakan sebagai material isolasi dalam peralatan tegangan tinggi karena dielektrik cair mempunyai beberapa kelebihan yaitu (Tadjuddin,1998) :
1. Dielektrik cair memiliki kerapatan 1000 kali atau lebih dibandingkan dengan dielektrik gas, sehingga memiliki kekuatan dielektrikyang lebih tinggi.
14
2. Dielektrik cair akan mengisi celah atau ruang yang akan diisolasi secara serentak melalui proses konversi dengan menghilangkan panas yang timbul akibat rugi energi.
3. Dielektrik cair cenderung dapat memperbaiki diri sendiri (self healing) jika terjadi pelepasan muatan (discharge). Tetapi dielektrik cair juga memiliki kekurangan yaitu mudah terkontaminasi
Adanya tegangan lebih (over voltage) dan pemanasan termal (thermal stress) karena disipasi daya di dalam transformator menyebabkan pada bahan dielektrik cair akan timbul kontaminan yang berupa partikel padat, cair ataupun gas. Keberadaan kontaminan ini sangat merugikan, karena menurunkan kualitas dielektrik cair pada peralatan tegangan tinggi, terutama pada transformator. Bahkan untuk gas gas yang mudah terbakar, jika disertai dengan oksigen dan temperatur yang cukup tinggi dapat menyebabkan terjadinya kebakaran pada transformator.
Parameter fisis pada bahan dielektrik cair
Parameter fisis pada bahan dielektrik cair adalah (Pender & Del Mar, 1949) : 1.) Kerapatan (Density)
Densitas merupakan perbandingan massa dan volume material tertentu.
= 2.7
dengan m menyatakan massa dan V menyatakan volume zat cair. Densitas dielektrik cair (minyak dan oli) lebih kecil dibandingkan dengan air, oleh karena ituadanya air dalam minyak akan mudah terpisah.
2.) Kekentalan (Viscosity)
Viskositas adalah besaran yang menggambarkan kekuatan aliran zat cair. Bila sebuah bola bergerak dalam cairan statis, maka akan ada gaya penghambat.
Menurut hukum Stokes :
R = 6rv 2.8
dengan R menyatakan gaya penghambat, r jari-jari bola, v kecepatan relatif bola dan koefisien kekentalan yang digunakan dalam menentukan besarnya viskositas zat cair. Viskositas dielektrik cair diukur dari waktu alir minyak dengan volume dan kondisi tertentu. Dalam fungsinya sebagai media pendingin, maka viskositas bahan dielektrik cair merupakan faktor penting
dalam aliran konversi untuk memindahkan panas. Viskositas tergantung pada temperatur cairan.
3.) Tegangan Dadal (Breakdown Voltage)
Medan listrik memberi gaya kepada elektronelektron agar terlepas dari ikatannya dan menjadi elektron bebas. Dengan kata lain, medan listrik merupakan suatu beban yang menekan dielektrik agar berubah sifat menjadi konduktor. Beban dari dielektrik dapat disebut sebagai terpaan medan listrik.
Jika terpaan listrik melebihi batas kekuatan dielektrik dan berlangsung cukup lama, maka dielektrik akan menghantar arus atau berubah fungsinya sebagai bahan isolasi. Dalam hal ini, dielektrik mengalami dadal. Tegangan yang menyebabkan dielektrik tersebut mengalami dadal disebut tegangan dadal (breakdown voltage). Besarnya tegangan dadal pada dielektrik sama dengan atau lebih besar dari kekuatan dielektriknya
Dari semua teori yang membahas tentang tegangan dadal pada material cair, dapat ditarik suatu hubungan antara jarak sela elektroda dengan kekuatan maksimum dielektrik. Hubungan antara jarak sela elektroda dengan tegangan dadal pada dielektrik cair dapat dirumuskan ke dalam persamaan umum yaitu:
Vbd = A d n 2.9
dengan Vbdmenyatakan besarnya tegangan dadal dan d menyatakan jarak sela elektroda, A dan n konstanta yang merupakan pendekatan logaritmis dari hubungan jarak sela elektroda dan tegangan dadal, dengan nilai n selalu < 1
Tegangan dadal pada bahan dielektrik cair juga dipengaruhi oleh sifat alami tegangan, sistem tegangan, dan durasi waktu penggunaan tegangan. Hubungan dari faktorfaktor tersebut perlu mendapatkan perhatian, karena tekanan listrik (electrical stress) yang dialami minyak dapat ditentukan dari hubungan faktor-faktor tersebut.
Banyak riset yang telah dilakukan oleh para ahli yang bertujuan untuk mengukur tegangan awal (inception voltage), peristiwa pelepasan muatan (discharge) pada minyak, serta mengukur besarnya tegangan dadal dielektrik cair yang volumenya relatif besar pada berbagai kondisi yang berbeda.
Tegangan Dadal pada Bahan Dielektrik Cair
16
Fenomena fisis dari peristiwa dielectric breakdown adalah lucutan/percikan api dalam zatcair. Bila tegangan dinaikkan secara kontinyu,maka pada suatu tegangan kritis tertentu akanterjadi percikan api diantara kedua elektrodatersebut. Dielektrik ideal hanya terdiri darimolekul-molekul netral, sehingga tidak dapatmengalirkan arus listrik. Dadal yang terjadi padadielektrik cair tergantung pada jumlah elektronbebas yang ada dalam dielektrik tersebut.Konsentrasi elektron bebas dalam dielektrik padakeadaan normal sangat kecil dan ditentukan olehpengaruh gaya dari luar. Jika diantara elektrodaditerapkan suatu tegangan listrik, maka akantimbul medan listrik yang mempunyai besar danarah tertentu.
Di dalam medan listrik, elektronelektronbebas akan mendapat energi yang cukupkuat, sehingga dapat menyebabkan prosesionisasi dalam bahan dielektrik cair.
Jika gradientegangan cukup tinggi, maka jumlah elektronyang diionisasikan akan lebih banyak daripadajumlah ion yang ditangkap menjadi molekul-molekul. Tiap elektron ini kemudian akan menuju anoda secara kontinyu, dan mengalami benturan dengan molekul cairan yang membebaskan lebih banyak elektron. Dengan banyaknya elektron yang terbebas dari molekul dan atomnya, maka sifat dielektrik cair menjadi hilang karena adanya aliran elektron yang menyebabkan adanya arus konduksi. Dan besarnya medan listrik setelah percikan dapat terukur dalam bentuk tegangan dadal. Percikan api dalam dielektrik cair ini disebabkan oleh beberapa faktor sebagai berikut :
1. Besar medan listrik yang diaplikasikan pada dielektrik cair.
2. Gelembung gas dan butir-butir zat padat hasil dekomposisi zat cair (tergantung dari sifat kimiawi zat cair).
3. Lubang pada elektroda atau permukaan elektroda yang tidak rata.
4. Tekanan impulsif dalam zat cair disertai suara ledakan.
Terjadinya dadal disebabkan oleh elektron bebas yang terdapat pada zat cair.
Elektron bebasinilah yang akan memulai proses dadal. Walaupun kuat medannya cukup besar, tetapi jika tidak terdapat elektron bebas maka tidak akan terjadi dadal.
Jika diantara elektroda diterapkan suatu medan listrik yang kuat, sedangkan pada elektroda tersebut terdapat permukaan yang tidak rata (runcing), maka kuat medan yang terbesar terdapat pada bagian yang runcing tersebut. Kuat medan maksimum
akan mengeluarkan elektron e1, yang akan memulai terbentuknya banjiran elektron, sehingga terjadilah proses ionisasi.
Mekanisme dadal dalam dielektrik minyak pada keadaan yang sesungguhnya bukanlah peristiwa yang sederhana, apalagi penentuan besarnya tegangan dadal hanya didapat dari hasil eksperimen saja. Penentuan tegangan dadal pada minyak bervolume kecil tidak dapat digunakan pada minyak yang bervolume besar.
Penelitian dilakukan pada minyak bervolume kecil menyesuaikan dengan pengujian oleh SPLN (Standar Perusahaan Listrik Negara) maupun standard IEC (International ElectrotechnicalCommission).
2.5 Oli
Revolusi industri yang terjadi di Inggris, mengakibatkan terjadinya perkembangan mesin-mesin berskala besar yang terbuat dari besi dan baja. Mesin- mesin ini memerlukan pelumasan, sehingga digunakan minyak pelumas yang terbuat dari lemak binatang. Minyak bumi mulai diproduksi sebagai minyak pelumas mulai tahun 1850-an di Amerika, Canada, Rusia dan Rumania. Sejak saat itulah pelumas mulai banyak dikembangkan. Pada awal tahun 1920-an, produksi minyak pelumas dari minyak bumi semakin dikembangkan. Minyak pelumas dibuat dari bahan dasar yang disebut dengan base oil. Base oil ini yang nantinya dicampur dengan bahan aditif dan diproses sedemikian rupa sehingga menghasilkan pelumas yang dikehendaki. Tujuan penambahan aditif adalah untuk meningkatkan performa base oil. Dilihat dari fisiknya diklasifikasi menjadi, minyak pelumas, gemuk pelumas, dan cairan pelumas. Pelumas atau oli merupakan sejenis cairan kental yang berfungsi sebagai pelicin, pelindung, dan pembersih bagi bagian dalam mesin.
Kode pengenal Oli adalah berupa huruf SAE yang merupakan singkatan dari Society of Automotive Engineers. Selanjutnya angka yang mengikuti dibelakangnya, menunjukkan tingkat kekentalan oli tersebut. SAE 40 atau SAE 15W-50, semakin besar angka yang mengikuti kode oli menandakan semakin kentalnya oli tersebut.
Sedangkan huruf “W” yang terdapat dibelakang angka awal, merupakan singkatan dari Winter. SAE 15W-50, berarti oli tersebut memiliki tingkat kekentalan SAE 10 untuk kondisi suhu dingin dan SAE 50 pada kondisi suhu panas. Dengan kondisi seperti ini, oli akan memberikan perlindungan optimal saat mesin start pada kondisi
18
ekstrim sekalipun. Sementara itu dalam kondisi panas normal, idealnya oli akan bekerja pada kisaran angka kekentalan 40-50 menurut standar SAE.
Oli bekas adalah oli yang sudah digunakan.oli ini berasal dari mesinkendaraan bermotor seperti motor, mobil, kapal, dan alat bermotor lain nya. Jenisoli bekas sama dengan oli baru, hanya berbeda warna dan kekentalan akibatpemanasan dan gesekan saat melakukan proses pelumasan. Dilihat dari fisik diklasifikasi menjadi, minyak pelumas, gemuk pelumas, dan cairan pelumas.
Gambar 2.3 Oli Bekas 2.1.1 Sifat-sifat Oli Mesin
a. Lubricant oli mesin bertugas melumasi permukaan logam yang saling bergesekan satu sama lain dalam blok silinder. Caranya denganmembentuk semacam lapisan film yang mencegah permukaan logamsaling bergesekan atau kontak secara langsung.
b. Coolant pembakaran pada bagian kepala silinder dan blok mesin menimbulkan suhu tinggi dan menyebabkan komponen menjadi sangatpanas. Jika dibiarkan terus maka komponen mesin akan lebih cepat mengalami keausan. Oli mesin yang bersirkulasi di sekitar komponen mesin akan menurunkan suhu logam dan menyerap panas sertamemindahkannya ke tempat lain.
c. Sealant oli mesin akan membentuk sejenis lapisan film di antara piston dan dinding silinder. Karena itu oli mesin berfungsi sebagai perapat untuk mencegah kemungkinan kehilangan tenaga. Sebab jika celah antara pistondan dinding silinder semakin membesar maka akan terjadi kebocoran kompresi.
d. Detergentkotoran atau lumpur hasil pembakaran akan tertinggal dalam komponen mesin. Dampak buruk 'peninggalan' ini adalah menambah hambatan
gesekan pada logam sekaligus menyumbat saluran oli. Tugas olimesin adalah melakukan pencucian terhadap kotoran yang masih 'menginap'.
e. Pressure absorbtionoli mesin meredam dan menahan tekanan mekanikal setempat yang terjadi dan bereaksi pada komponen mesin yang dilumasi.
2.6 Mosfet
MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) adalah sebuah perangkat semionduktor yang secara luas di gunakan sebagai switch dan sebagai penguat sinyal pada perangkat elektronik. MOSFET adalah inti dari sebuah IC (integrated Circuit) yang di desain dan di fabrikasi dengan single chip karena ukurannya yang sangat kecil. MOSFET memiliki empat gerbang terminal antara lain adalah Source (S), Gate (G), Drain (D) dan Body(B)
Struktur dari Sebuah transistor efek-medan semikonduktor–logam–oksida (MOSFET) adalah berdasarkan pada modulasi konsentrasi muatan oleh kapasitansi MOS di antara elektrode badan dan elektrode gerbang yang terletak di atas badan dan diisolasikan dari semua daerah peranti dengan sebuah lapisan dielektrik gerbang yang dalam MOSFET adalah sebuah oksida, seperti silikon dioksida. Jika dielektriknya bukan merupakan oksida, peranti mungkin disebut sebagai FET semikonduktor–logam–terisolasi (MISFET) atau FET gerbang–terisolasi (IGFET).
Pada rangkaian ini mosfet yang dipakai pada rangkaian ini adalah IRF540 yang digunakan sebagai driver
Gambar 2.4 Mosfet IRF540
2.7 PWM
20
PWM ( Pulse Width Modulation) adalah salah satu teknik modulasi dengan mengubah lebar pulsa (duty cylce) dengan nilai amplitudo dan frekuensi yang tetap.
Satu siklus pulsa merupakan kondisi high kemudian berada di zona transisi ke kondisi low. Lebar pulsa PWM berbanding lurus dengan amplitudo sinyal asli yang belum termodulasi. Duty Cycle merupakan representasi dari kondisi logika high dalam suatu periode sinyal dan di nyatakan dalam bentuk (%) dengan range 0%
sampai 100%, sebagai contoh jika sinyal berada dalam kondisi high terus menerus artinya memiliki duty cycle sebesar 100%. Jika waktu sinyal keadaan high sama dengan keadaan low maka sinyal mempunyai duty cycle sebesar 50%.
Aplikasi penggunaan PWM biasanya ditemui untuk pengaturan kecepatan motor dc, pengaturan cerah/redup LED, dan pengendalian sudut pada motor servo.
Contoh penggunaan PWM pada pengaturan kecepatan motor dc semakin besar nilai duty cycle yang diberikan maka akan berpengaruh terhadap cepatnya putaran motor.
Apabila nilai duty cylce-nya kecil maka motor akan bergerak lambat.
2.8 LCD 16 x 2
LCD liquid cell display merupakan suatu alat yang dapat menampilkankarakter ASCI sehingga kita bisa menampilkan campuran huruf dan angka. LCD didalamnya terdapat sebuah mikroprosesor yang mengendalikantampilan, ukuran lcd ada berbagai macam seperti:
lcd 16 x 2 ada 16 colom dan 2 baris
lcd 16 x 4 ada 16 colom dan 4 baris
Gambar 2.5 LCD 16 x 2 Fungsi Pin-Pin Lcd Yaitu:
Modul LCD berukuran 16 karakter x 2 baris dengan fasilitas backlighting memiliki 16 pin yang terdiri dari 8 jalur data, 3 jalur kontrol dan jalur-jalur catu daya, dengan
menampilkan data yang dikeluarkan oleh mikrokontroler, secara ringkasfungsi dan konfigurasi pin-pin lcd 16 x 2 sebagai berikut.
Tabel 2.2 Fungsi dan konfigurasi Lcd 16 x 2
Pin Nama Fungsi
1 VSS Ground
2 VCC +5V
3 VEE Tegangan kontras
4 RS Register select
0 = Register instruksi 1 = Register data 5 R/W Read/Write, untuk memilih mode tulis ata baca
0 = mode tulis 1 = mode baca
6 E Enable
0 = Enable (mulai menahan data ke LCD) 1 = Disable
7 DB0 Data bit 0, LSB
8 DB1 Data bit 1
9 DB2 Data bit 2
10 DB3 Data bit 3
11 DB4 Data bit 4
12 DB5 Data bit 5
13 DB6 Data bit 6
14 DB7 Data bit 7, MSB
15 BPL Back Plane Light
16 GND Ground
2.7.1 Operasi Penulisan/Pembacaan LCD 16x2
Modul LCD 16x2 sudah dilengkapi dengan sebuah kontroler yang memiliki dua register 8 bit yaitu register instruksi (IR) dan register data (DR). IR menyimpan kode konstruksi, seperti display clear, cursor shift dan informasi address untuk display data RAM (DDRAM) dan character generator (CGRAM).
Tabel 2.3 Operasi baca/tulis LCD 16x2
22
RS R/W Operasi
0 0 Menulis instruksi ke IR, seperti display clear, cursor shift 0 1 Membaca busy flag (DB7) dan address counter (DB0 s/d
DB7)
1 0 Menulis data ke DDRAM atau CGRAM
1 1 Membaca data dari DDRAM atau CGRAM
2.7.2 Busy Flag(BF)
Busy flag = 1 saat kontroler sedang mengerjakan instruksi, selama instruksi tersebut belum selesai dikerjakan, kontroler tidak akan menerima instruksi apapun.
Ketika RS = 0 dan R/W = 1, busy flag mengeluarkan logika 1 pada DB7. Instruksi berikutnya akan siap diterima ketika busy flag = 0.
Address Counter (AC) berisi alamat DDRAM dan CGRAM. Display Data RAM (DDRAM) menyimpan data tampilan dalam bentuk kode karakter 8 bit.
Kapasitasnya adalah 80 karakter.
Tampilan karakter pada LCD diatur oleh pin E, RS dan RW. Pin E adalah kontrol Enable. Pin ini digunakan untuk mengindikasikan bahwa mengindikasikan bahwa LCD sedang mengirimkan sebuah data. Untuk mengirimkan data ke LCD, maka pin E harus dibuat logika low „0” dan set pada dua jalur kontrol yang lain RS dan RW. Ketika dua jalur yang lain telah siap, set E dengan logika high “1” dan tunggu sejumlah waktu tertentu dan berikutnya set E ke logika low “0” lagi. Pin RS adalah kontrol Register Select.
Ketika RS berlogika low “0”, data akan dianggap sebagai sebuah perintah atau instruksi khusus (seperti clear screen, posisi kursor dll). Ketika RS berlogika high
“1”, data yang dikirim adalah data teks yang akan ditampilkan pada LCD. Sebagai contoh, untuk menampilkan huruf “U” pada layar LCD maka RS harus diset logika high “1”. Pin RW adalah kontrol Read/Write. Ketika RW berlogika low “0”, maka informasi pada bus data akan dituliskan pada layar LCD. Ketika RW berlogika high
“1”, maka program akan melakukan pembacaan memori dari LCD. Sedangkan pada aplikasi umum pin RW selalu diberi logika low “0”.
Bus data dapat dipilih apakah menggunakan 4 jalur atau 8 jalur (bergantung pada mode operasi yang dipilih oleh user). Pada kasus bus data 8 bit, jalur yang digunakan DB0 – DB7 sedangkan untuk bus data 4 bit digunakan DB0 – DB3.
Beberapa perintah dasar yang harus dipahami adalah inisialisasi LCD.
M1632 adalah merupakan modul LCD dengan tampilan 16 x 2 baris dengan konsumsi daya yang rendah.Modul ini dilengkapi dengan mikrokontroler yang didisain khusus untuk mengendalikan LCD.Mikrokontroler HD44780 buatan Hitachi yang berfungsi sebagai pengendali LCD ini mempunyai CGROM (Character Generator Read Only Memory), CGRAM (Character Generator Random Access Memory) dan DDRAM (Display Data Random Access Memory).
DDRAM
DDRAM adalah merupakan memori tempat karakter yang ditampilkan berada.
Contoh, untukkarakter „A‟ atau 41H yang ditulis pada alamat 00, maka karakter tersebutakan tampil pada baris pertama dan kolom pertama dari LCD. Apabila karakter tersebut ditulis di alamat 40, maka karakter tersebut akantampil pada baris kedua kolom pertama dari LCD.
Gambar 2.6 DDRAM M1632 (diambil dari data sheet HD44780)
CGRAM
CGRAM adalah merupakan memori untuk menggambarkan pola sebuah karakterdi manabentuk dari karakter dapat diubah-ubah sesuai keinginan. Namun memori ini akan hilang saat power supply tidak aktif, sehingga pola karakter akan
24
CGROM
CGROM adalah merupakan memori untuk menggambarkan pola sebuah karakterdi mana polatersebut sudah ditentukan secara permanen dari HD44780 sehingga pengguna tidak dapat mengubah lagi.Namun karena ROM bersifat permanen, maka pola karakter tersebut tidak akan hilang walaupun power supply tidak aktif
BAB 3
METODE PENELITIAN
3.1 Diagram Blok
Gambar 3. 1 Diagram Blok Sistem
1. Blok Power Supply : Sumber tegangan yang akan dinaikkan 2. Blok Transformator Tegangan Tinggi : Sebagai Pembangkit Tegangan Tinggi 3. Blok chamber : Sebagai wadah untuk sampel
4. Blok Mikrokontroler ATMega328 : Pengendali keseluruhan sistem.
5. Blok Driver : Sebagai rangkaian pengendali arus
3.2 Rangkaian Power Supply
Pada rangkaian ini menggunakan tegangan AC 220V yang diturunkan menjadi tegangan DC 12V. Berikut gambar rangkaiannya
Gambar 3.2 Rangkaian Minimum Power Supply
Dalam penelitian ini, menggunakan power supply. Dimana tegangan AC dari PLN akan diubah menjadi tegangn DC sebesar 7,12V Pada rangkaian tersebut,
PSA CHAMBER
SAMPEL
MIKROKONTROLER TRANSFORMATOR TEGANGAN TINGGI
DRIVER
26
Regulator, Resistor 330 Ohm, 2 Transistor 2n3005, dan sebuah LED sebagai indikator
3.3 Rangkaian Minimum Sistem ATMega328
Rangkaian sistem minimum mikrokontoler ATMega328terdiri dari rangkaian sistem minimum dan rangkaian I/O. Rangkaian minimum mikrokontroler terdiridari rangkaian clock dan rangkaian reset.Rangkaian clock pada mikrokontroler ATMega328 membutuhkan osilator kristal dan 2 buah kapasitor non polar agar dapat berosilasi. Padaperancangan ini, besar frekuensi osilatorkristal yang digunakan adalah 16 MHzdan besar kapasitas kapasitor adalah 22 pF. Pemilihan frekuensi dan besar kapasitor tersebut dirancang berdasarkan datasheet mikrokontroler ATMega328.Rangkaian reset pada mikrokontroler ATMega328berfungsi untukmengembalikan mikrokontroler pada program awal (vektor reset). Berikut gambar rangkaian mikrokontroler ATMega328:
Gambar 3.3 Rangkaian Minimum Sistem ATMega328
Untuk pemrograman ke mikrokontroler ATMega328, maka diperlukan suatu programmer/downloader ISP (In System Programming). Programmer ISP mempunyai keuntungan yaitu dapat memprogram mikrokontroler yang sedang terpasang dengan rangkaian lainnya tanpa harus mencabut serpih (chip) mikrokontroler tersebut sehingga lebih praktis jika ingin melakukan pemrograman
secara berulang-ulang. Pemrograman berbasis ISP cukup menghubungkan antarapin MOSI, MISO, SCK, RESET, VCC dan Ground dengan programmer ISP tersebut.Programmer ISP yang digunakan adalah programmer USBISP yang dapatmemprogram hampir semua jenis chip AVR dan menggunakan catu daya yang telah ada pada USB.
3.4 Rangkaian Minimum Optocoupler
PadarangkaianinimenggunakanOptocouplerIRF540 tipe 6n136 merupakanHigh Speed Transistor yang dapatmelancarkanFrekuensi yang tinggiterhadap driver.Berikutgambarrangkaian yang menggunakan resistor 330 Ohm dan 5,1 Ohm.
Gambar 3.4 Rangkaian Optocoupler
3.5 Rangkaian Driver
Driver yang digunakan ialah Mosfet 540 yang merupakan Transistor untuktegangantinggi.Frekuensidan PWM yang sudahdiaturakanmasukke Gate dariMosfetdanakanditeruskanke kaki drain Mosfet yang ditujukanke kaki Flyback.
Gambar 3.5 RangkaianMosfet
3.6 Rangkaian LCD (Liquid Crystal Display)
Pada alat ini, display yang digunakan adalah LCD (Liquid Crystal Display) 16 x 2. Untuk blok ini tidak ada komponen tambahan karena mikrokontroler dapat memberi data langsung ke LCD, pada LCD Hitachi - M1632 sudah
28
terdapat driver untuk mengubah data ASCII output mikrokontroler menjadi tampilan karakter. Berikut merupakan gambar rangkaian LCD yang dihubungkan ke mikrokontroler.
Gambar 3.5 Rangkaian LCD 16x2
Pada gambar rangkaian di atas pin 2 dihubungkan ke Vcc (5V), pin 1 dan 16 dihubungkan ke Gnd (Ground), pin 3 merupakan pengaturan tegangan Contrast dari LCD, pin 4 merupakan Register Select (RS), pin 5 merupakan R/W (Read/Write), pin 6 merupakan Enable, pin 11-14 merupakan data. Reset, Enable, R/W dan data dihubungkan ke mikrokontroler arduino.Fungsi dari potensiometer (R2) adalah untuk mengatur gelap/terangnya karakter yang ditampilkan pada LCD.
3.7 Elektroda Uji
Elektroda yangdigunakan pada pengujian adalah 2 buah elektroda bola dengan diamater 20 mm dan terbuat dari bahan baja. Dengan panjang elektroda keseluruhan yaitu 60 mm untukelektroda positif (anoda) dan elektroda negatif(katoda).
Gambar 3.7 elektroda yang digunakan untuk pengujian
Chamber yang digunakan pada penelitian ini terbuat dari kaca berbentuk
kaca datar dilubangi, agar elektroda dapat dipasang secara vertikal. Posisi kedua elektroda tersebut dijaga agar selalu tegak lurus. Jarak sela dapat diatur dengan memutar ulir elektroda, dan besarnya diukur dari permukaan luar elektroda bola yang saling berhadapan.
Gambar 3.8 Desain chamber uji tegangan dadal pada dielektrik cair Desain elektroda mengacu pada persamaan kapasitor bola :
3.1
yang mana :
=
permivitas ruang hampa (8,85 x 10-12 C/Nm2 ) A=
permukaan bola ( ) (m2)d
=
jarak antara elektroda (m)30
3.8 Flowchart (Diagram Alir)
Mulai
Variasi jarak
Pengolahan data
selesai Persiapan elektroda dan
chamber uji
Analisa hasil
kesimpulan Masukkan sampel uji ke
dalam chamber
Menaikkan tegangan sampai terjadi percikan api
Mencatat nilai tegangan
Diulangi variasi jarak sela elektroda 10 mm, 15 mm, dan
20 mm
Gambar 3.9 Flawchart (Diagram Alir)
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengujian PSA
Pengujian rangkaian Regulator PSA ini bertujuan untuk mengetahui tegangan yang dikeluarkan oleh rangkaian tersebut, dengan mengukur tegangan keluaran dari IC Regulator menggunakan multimeter digital.
Pada pengujian yang dilakukan tegangan masuk dari Arus PLN keTransformator Pengujian Rangkaian Regulator ini dilakukan dengan mengukur tegangan keluaran menggunakan Voltmeter. Positif Voltmeter dihubungkan ke output regulator dan negative voltmeter dihubungkan ke ground. Pada voltmeter dibuktikkan bahwa nilai tegangan keluaran dari regulator adalah 7,75 V. Regulator dapat beroperasi dengan baik. Berikut adalah gambar pengukuran tegangan keluaran dari rangkaian Regulator.
(a)
(b)
32
Tabel 4.1 Pengujian Tegangan Input Dan Ouput Pada Rangkaian IC Regulator In (AC volt) Out (DC volt)
212,4 7,75
4.2 Pengujian Pengujian Rangkaian Optocoupler
Pengujian rangkaian mikrokontroler ini bertujuan untuk mengetahui apakah rangkaianOptocoupler bekerja dengan baik. Pengujian Optocoupler dilakukan dengan cara memberikan frekuensi dari program mikrokontroler lalu dicek frekuensi output pada optocoupler apakah sesuai dengan frekuensi yang dihasilkan mikrokontroler 328.
Tabel 4.2PengujianOptocoupler Frekuensi IN (Hz) FrekunsiOut (Hz)
31,3 KHz 31,3 KHz
Gambar 4.2 PengujianFrekuensiOptocoupler
4.3 Pengujian Tegangan Tinggi
Prinsip kerja dari system iniadalahmenaikkantegangan yang berasaldari PSA (Power Supply Adaptor) sampaimenjaditegangantinggi. Dimulaidengantegangandari PSA, yang diteruskanke Driver, yaituMosfet (IRF 540). Kemudian Frekuensi yang sudahdiatur/diprogram di Mikrokontroler AtMega 328 akanditeruskankeOptocoupler dan akan masukke Driver Mosfet yang akanmenghasilkanFrekuensi yang diinginkan.
Untuk DutyCycle akan diatur oleh inputan analog yaitu Potensiometer yang sudah
terhubung ke Mikrokontroler 328. Masukan yang sudah di dalam driver Mosfet akan diteruskan kembali ke Flyback Transformer sebagai alat utama untuk menaikkan tegangan menjadi tegangan tinggi.
4.3.1 Pengujian Tegangan terhadap Dutycycle
Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh DutyCycle terhadap Output dari MikrokontrolerAtMega 328. Pengujian dilakukan dengan cara mengubah dutycycle dan mengukur tegangan yang dihasilkan. Interval DutyCycle adalah per 10%. BerikutTabelnya:
Tabel 4.3 Pengujian Duty Cycle terhadap Tegangan
No Vin DutyCycle(%) Vout (KV)
1 7,75 40 11,87
2 7,75 50 13,72
3 7,75 60 15,93
4 7,5 70 17,60
(a) (b)
Gambar 4.3 (a) Dutycycle40%, (b) Tegangan yang didapatkan 4.3.2 Pengujian PWM danDutycycle
Pengujian PWM yang dilakukan dengan cara memprogram Frekuensi yang dimasukkan dan DutyCycle. DutyCycle yang terprogram akan terhubung
34
diprogram dan dijalankan/diupload, frekuensi keluar sesuai dengan yang telah di atur.DutyCycle dapat keluar dan diatur melalui potensiometer yang merupakan inputan analog.
Gambar 4.4 DutyCycledari 40% dan 70%
4.3.3 Hasil PengujianFlyback pada Sampel Uji
Sampeloli yang akandiujidibagidalam 2 sampel yauitu sampel pertama adalah oli baru dan smpel kedua adalah oli bekas.Pengujiansampeldilakukansebanyak 4 kali dengan memvariasikan jarak sela elektroda dan memakai duty cylce 50% untuk setiap sampel oli.
Setiap sampel dibuat dengan volume yang sama 150 ml. Sebelum dilakukan pengukuran pada sampel, chamber dan elektroda terlebih dahulu dibersihkan dan dikalibrasi, sehingga chamber dan elektroda bersih dan siap digunakan.
Hasil pengujian sampel oli ditunjukkan pada tabel berikut:
Tabel 4.4 hasil pengukuran tegangan sampel oli baru Jarak sela
(mm)
Tegangan rata-rata (kV) Kekuatan Dielektrik (kV/cm) Oli Baru Oli Bekas Oli Baru Oli Bekas
2 3,12 8,44 15,6 42,2
3 5,41 11,35 18,03 37,83
4 9,35 12,09 23,375 30,225
5 10,19 14,41 20,38 28,82
Gambar 4.5 grafik kekuatan dielektrik pada oli baru dan bekas
Dari data dan gambar grafik diatas menunjukkan hubungan jarak sela elektroda bola- bola terhadap kekuatan dielektri oli. Semakin bertambahnya jarak sela elektroda diikuti dengan semakin besarnya tegangan tembus yang dihasilkan. Sehingga dapat disimpulkan jika jarak sela antar elektroda bola semakin besar, maka dibutuhkan energi yang semakin besar pula untuk mencapai terjadinya breakdown pada oli yang membuat nilai tegangan tembus juga semakin besar.
Karena tegangan sebanding dengan konstanta dielektrik, maka data diatas juga menunjukkan hubungan kualitas oli dengan konstanta dielektriknya. Semakin buruk kualitas oli, maka semakin besar nilai konstanta dielektriknya.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
2 3 4 5
kekuatan dielektrik
jarak sela
grafik kekuatan dielektrik listrik oli baru dan bekas
kekuatan dielektrik oli baru
kekuatan dielektrik oli bekas
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
1. Jarak sela elektroda bola-bola sangat mempengaruhi hasil pengujian tegangan tembus. Semakin lebar jarak sela antar kedua elektrodanya maka nilai tegangan tembus akan semakin tinggi karena dengan semakin lebar jarak selanya secara umum membuat elektron-elektron akan semakin sulit bergerak untuk proses ionisasi menuju anoda jika energinya tidak mencukupi. Untuk pengujian oli baru pada jarak sela 2 mm, tegangan keluaran yang dihasilkan 3,12 kV dan pada jarak sela 5 mm tegangan keluarannya 10,19 kV
2. Berdasarkan pengujian,pengaruh duty cyle terhadap output berbanding lurus. semakin besar frekuensi duty cyle yang diukur, maka semakin besar juga output yang dihasilkan. Pada range duty cycle 40% hasil yang dikeluarkan 11,87 kV dan pada saat range duty cyle dinaikkan menjadi 70% output nya 17,60 kV
5.2 Saran
Saran yang dapat dikemukakan bagi para pembaca dapat meneruskan penelitian ini dengan menggunakan bentuk elektroda setengah bola, bola, beji, plat ( bidang ), jarum dengan dimensi yang berbeda, bahan isolasi dan kondisi yang berbeda serta tingkat kekasaran yang berbeda.
DAFTAR PUSTAKA
Albert, P. 1989.”Prinsip-prinsip Elektronika.” Yogyakarta : Penerbit ANDI
Arum, Z. 2009. Studi Pengukuran Nilai Konstanta Dielektrik Oli Berbagai Viskositas PadaFrekuensi 100 Hz – 2000 Hz [Jurnal]
Raharjo, P.W. 2009. Pemanfaatan Oli Bekas Dengan Pencampuran Minyak Tanah Sebagai Bahan Bakar Pada Atomizing Burner. Jurnal Penelitian Sains dan Teknologi Vol.10.
Sitompul,R.A.2016.Analisis Kekuatan Dielektrik Minyak Kedelai (Soybean Oil) dengan Variasi Suhu Sebagai Alternatif Minyak Isolasi [Jurnal Penelitian]
Sitorus, J.2015. RancangBangunAlatUkur Tingkat KerusakanOliMesinBerdasarkan KonstantaDielektrikBerbasis Pc [Skripsi]
Syarif, M.”Port dan Mikrokontroler Atmega.” 12 Maret 2014
Syakur,A. 2011. Pengukuran Teganga Tembus Dielektrik Pada Berbagai Sela dan Bentuk Elektroda dengan Variasi Temperatur Sekitar [Jurnal Penelitian]
Umiati, N. 2009.PengujianKekuatanDielektrikMinyakSawit Dan Minyak Castrol MenggunakanElektrode Bola-bola DenganVariasiJarakAntarElektrode Dan Temperatur [Jurnal]. Semarang : UNDIP
http://kl301.ilearning.me/2015/05/19/tentang-pwm-pulse-width-modulation/
Lampiran 1
Gambar Rangkaian Keseluruhan Alat
