32
BAB IV
PENGUJIAN DAN ANALISIS
Pada bab ini akan dibahas mengenai pengujian alat serta analisis dari hasil pengujian. Tujuan dilakukan pengujian adalah mengetahui sejauh mana kinerja hasil perancangan yang telah dibahas pada Bab III serta mengetahui tingkat keberhasilan setiap spesifikasi yang telah diajukan. Pengujian yang dilakukan meliputi pengujian perbagian maupun keseluruhan sistem. Bagian-bagian yang akan diuji adalah
- Modul charger aki kering
- Modul penghsil sinyal (kotak 1, kotak 2, PWM 1, PWM 2) - Modul H-bridge
- Modul step-up tegangan - Modul Filter
4.1. Pengujian Charger Aki Kering
Catu daya merupakan bagian yang sangat penting bagi seluruh bagian, karena bagian catu daya bertanggung jawab untuk menyediakan daya yang nantinya akan dibutuhkan oleh seluruh bagian pada sistem.
33
Gambar 4.1. Pengujian modul charger aki kering tanpa beban
Pengujian modul charger aki kering juga dilakukan dengan memberikan beban resistor yang dipasang paralel dengan multimeter merk FLUKE 115 TRUE RMS MULTIMETER. Hasil pengujian dengan memasang beban resistor dapat dilihat pada Tabel 4.1 berikut ini
Tabel 4.1. Uji beban modul charger aki kering
Beban (Ω) Tegangan Keluaran Saat
Dibebani (volt) Regulasi (%)
20 9,18 33,77
50 10,98 20,78
70 11,72 15,44
100 12,27 11,47
34 � = � − ��
�� �100%
Dimana
VR = Regulasi tegangan
VNL = Tegangan keluaran saat tidak dibebani
VFL = Tegangan keluaran saat dibebani maksimum
Dengan melihat hasil uji coba pada Tabel 4.1 dapat disimpulkan bahwa drop tegangan pada modul charger aki kering akan semakin besar jika diberi beban resistor yang mendekati 0 ohm.
4.2. Pengujian Modul Penghasil Sinyal
Tahap pengujian ini bertujuan untuk mengetahui hasil keluaran yang dihasilkan oleh modul-modul penghasil sinyal dimana sinyal-sinyal yang dihasilkan ini akan menentukan on atau off-nya MOSFET pada modul H-bridge. Gambar 4.2 berikut ini menunjukkan modul penghasil sinyal yang akan diuji.
Gambar 4.2. Modul penghasil sinyal
PWM 2 PWM 1
Kotak 1 Kotak 2
35
Sinyal-sinyal yang dihasilkan ada 4 yaitu sinyal PWM (PWM 1), PWM 2 (inverting PMW), kotak (kotak 1), dan kotak 2 (inverting kotak). Hasil pengujian modul penghasil sinyal dengan menggunakan osiloskop dapat dilihat pada Gambar 4.3, Gambar 4.4, Gambar 4.5, dan Gambar 4.6 berikut ini
Gambar 4.3. Sinyal PWM (PWM 1)
36
Gambar 4.5. Sinyal kotak (kotak 1)
Gambar 4.6. Sinyal inverting kotak (kotak 2)
Keempat sinyal yang dihasilkan ini mempunyai amplitudo dan frekuensi yang berbeda. Tabel 4.2 berikut ini akan menunjukkan amplitudo dan frekuensi yang dihasilkan oleh masing-masing sinyal
Tabel 4.2. Hasil uji coba modul penghasil sinyal
Sinyal Amplitudo (volt) Frekuensi (Hz)
PWM 1 11 1000
PWM 2 10,8 1041
Kotak 1 13 52,08
37
Keempat sinyal yang dihasilkan oleh modul penghasil sinyal diharapkan mempunyai amplitudo 12 volt dengan frekuensi 50Hz untuk sinyal kotak 1 dan kotak 2. Sedangkan untuk frekuensi sinyal PWM 1 dan PWM 2 yang diharapkan adalah 1kHz. Jika melihat hasil uji coba modul penghasil sinyal pada Tabel 4.2, keempat sinyal yang dihasilkan oleh modul penghasil sinyal ini sudah cukup sesuai dengan perancangan.
4.3. Pengujian Modul H-Bridge
Pengujian modul H-bridge ini dilakukan untuk mengetahui keluaran yang dihasilkan oleh modul H-bridge, dimana sinyal yang dihasilkan akan menentukan arah aliran arus listriknya. Gambar 4.7 berikut ini menunjukkan modul H-bridge yang akan diuji
Gambar 4.7. Modul H-bridge
Modul penghasil sinyal digabung dengan modul H-bridge kemudian keluaran dari modul H-bridge dilihat dengan menggunakan osiloskop. Sinyal yang dihasilkan oleh gabungan kedua modul ini dapat dilihat pada Gambar 4.8
PWM 2 PWM 1 Kotak 1
Kotak 2
Keluaran
H-bridge
Keluaran
38
Gambar 4.8. Sinyal PWM 3 level
Berdasarkan pengujian yang dilakukan, sinyal PWM 3 level keluaran dari modul H-bridge ini mempunyai mempunyai 3 level tegangan sebesar 13,2 volt untuk bagian high-nya, nol untuk bagian tengahnya, dan -14,6 volt untuk bagian low-nya. Dengan kata lain, sinyal PWM 3 level tersebut mempunyai amplitudo sebesar 13,2 – (-14,6) = 27,8 volt. Frekuensi sinyal PWM 3 level ini adalah 54,05 Hz. Jika keluaran modul H-bridge diukur dengan menggunakan multimeter merk FLUKE 115 TRUE RMS MULTIMETER, nilai yang terukur adalah 8,52 VAC atau setara dengan 12 VDC. Sinyal PWM 3 level yang dihasilkan ini sudah sesuai dengan perancangan.
4.4. Pengujian Modul Step-up Tegangan
39
Gambar 4.9. Modul step-up tegangan
Ketika modul step-up tegangan ini dihubungkan ke sistem untuk menaikkan tegangan PWM 3 level, nilai tegangan PWM 3 level keluaran modul H-bridge yang terukur oleh multimeter merk FLUKE 115 TRUE RMS MULTIMETER adalah 183,5 VAC atau setara dengan 259,5 VDC. Tegangan keluaran yang dihasilkan seharusnya adalah sekitar 220 VAC atau setara dengan 311 VDC. Hal ini menunjukkan bahwa terjadi drop tegangan yang cukup besar. Hal ini disebabkan oleh nilai hambatan masukan sistem yang dicatu lebih besar daripada hambatan keluaran dari modul step-up tegangan yang dibuat.
4.5. Pengujian Modul Filter
40
sinusoida yang dihasilkan oleh PLN atau belum. Gambar 4.10 berikut ini menunjukkan modul filter LC yang dibuat.
Gambar 4.10. Modul filter LC
Keluaran sinyal PWM 3 level setelah melewati modul filter LC yang dirancang seperti pada Gambar 4.10 dapat dilihat pada Gambar 4.11 berikut ini.
41
Hasil uji coba filter LC pada Gambar 4.11 menunjukkan bahwa sinyal sinus yang dihasilkan masih kurang bagus karena bentuk sinyal sinus yang dihasilkan agak kotak pada bagian kanannya. Sedangkan frekuensi yang keluaran filter LC sudah cukup sesuai dengan perancangan.
4.6. Pengujian Sistem Keseluruhan
4.6.1. Pengukuran Efisiensi Daya dan Kapasitas Maksimum
Uji coba ini bertujuan untuk mengetahui batas kemampuan maksimum sistem secara keseluruhan dalam melayani beban dan mengetahui besar efisiensi daya dari sistem yang dirancang. Efisiensi daya dapat dihitung dengan menggunakan persamaan
� =�
Pengujian dilakukan dengan cara memasang beban lampu yang mempunyai kapasitas daya bervariasi secara bergantian. Pengukuran dilakukan dengan menggunakan multimeter. Prinsip pengukuran efisiensi daya yang dilakukan adalah
Gambar 4.12. Pengukuran efisiensi daya
SISTEM UPS
Iin Iout
42
Tegangan masukan (Vin) merupakan tegangan searah (DC), sedangkan tegangan
keluarannya (Vout) merupakan tegangan efektif dari tegangan sinusoida (VRMS) yang
terukur melalui multimeter. Hal ini berlaku juga arus masukan (Iin) dan arus
keluarannya (Iout) juga. Hasil pengujian efisiensi daya dapat dilihat pada Tabel 4.3
berikut ini
Tabel 4.3. Pengukuran efisiensi daya
Beban
Berdasarkan Tabel 4.3 , sistem UPS dengan menggunakan inverter PWM 3 level yang dirancang mempunyai efisiensi daya rata-rata sebesar
ῆ = 67,27+61,6+58,71+50,15+43,52+33,87+19,8 7
= 334,92 7
= 47,85%
Dari hasil pengukuran efisiensi daya yang dilakukan, diketahui bahwa rata-rata efisiensi daya untuk beban yang bervariasi dari 7 watt sampai dengan 200 watt adalah 47,85% saja, sehingga dapat dikatakan bahwa spesifikasi alat dimana efisiensi daya yang dihasilkan seharusnya dapat mencapai 70% tidak terpenuhi.
43
daya yang dibutuhkan untuk mencatu sebuah komputer Pentium 4 kurang lebih sekitar 350 watt.
Kegagalan kedua spesifikasi tersebut dikarenakan modul step-up tegangan yang bekerja kurang baik dan daya maksimum yang seharusnya dapat dihasilkan masih kurang besar.
4.6.2. Pengukuran Waktu Kemampuan Aki Kering
Uji coba ini dilakukan untuk mengetahui berapa lama aki kering mampu mencatu sistem. Uji coba ini akan dilakukan dengan beberapa macam beban secara bergantian. Nilai beban ini akan mempengaruhi lamanya aki dalam mencatu sistem. Aki kering yang digunakan adalah 1 buah aki kering 12 V/7,2 Ah.
Hasil pengukuran waktu pembuangan muatan aki kering dengan nilai beban yang berbeda-beda dapat dilihat pada Tabel 4.4
Tabel 4.4. Pengukuran waktu kemampuan aki kering
Beban (watt) Iin (ampere) Waktu Iin x Waktu (Ah) mempengaruhi kapasitas ampere hournya, dimana semakin besar nilai beban maka semakin kecil kapasitas ampere hournya.
4.6.3. Pengukuran THD (Total Harmonic Distortion)
44
harmonik dengan ampitudo A1 yang mempunyai frekuensi 2f0, A2 yang mempunyai
frekuensi 3f0, dan seterusnya. Persamaan berikut akan menunjukkan definisi dari THD
berdasarkan penjelasan di atas
A0 = Amplitudo frekuensi dasar A1 = Amplitudo harmonik kedua A2 = Amplitudo harmonik ketiga A3 = Amplitudo harmonik keempat A4 = Amplitudo harmonik ke-n
Nilai � itu sendiri dapat dicari dengan � 2
Pada uji coba ini, pengukuran THD dilakukuan dengan menggunakan Automatic Distortion Meter merk GW GAD-201G. Alat ini dihubungkan secara parallel dengan beban yang dipasang.
Tabel 4.5. Pengukuran THD saat diberi beban
45
Hasil pengujian THD untuk beban 7 watt sampai 200 watt mempunyai THD lebih besar dari 5%. Hal ini menunjukkan bahwa spesifikasi sistem yang menyebutkan bahwa THD sistem kurang dari 5% tidak terpenuhi. Hal ini dikarenakan Band Pass Filter yang dirancang untuk menapis sinyal PWM 3 level masih kurang baik dalam meredam THD, sehingga bentuk sinyal sinus yang dihasilkan masih kurang bagus.
4.6.4. Pengukuran Regulasi Tegangan
Regulasi tegangan merupakan kemampuan suatu system untuk menghasilkan pendekatan nilai tegangan yang konstan melalui perubahan dari kondisi beban. Regulasi tegangan dapat dirumuskan
� = � − ��
�� �100%
Dimana
VR = Regulasi tegangan
VNL = Tegangan keluaran saat tidak dibebani
VFL = Tegangan keluaran saat dibebani maksimum
Hasil pengukuran untuk tegangan keluaran tanpa beban dengan menggunakan multimeter merk FLUKE 115 TRUE RMS MULTIMETER adalah 145,1 VAC. Untuk menentukan kualitas dari regulasi tegangan, terdapat 3 parameter utama dalam melakukan pengukuran kemampuan untuk mempertahankan nilai keluaran yaitu
Tabel 4.6. Tabel parameter untuk menentukan kualitas tegangan
Parameter Simbol Penjelasan
Line regulation Sv Berdasarkan perubahan tegangan input
Load regulation Ro Berdasarkan perubahan beban system
Temperatur
dependence ST
Berdasarkan perubahan suhu pada komponen-komponen elektronika
46
Berdasarkan hasil pengukuran pada Tabel 4.3 diperoleh nilai regulasi tegangan pada Tabel 4.7 berikut ini
Tabel 4.7. Pengukuran regulasi tegangan saat pembebanan
Beban (Watt) Vout Regulasi Tegangan (%)
7 137,2 5,44
10 119,2 17,85
25 109,2 24,74
40 90,2 37,84
60 77,3 46,73
100 51,69 64,38
200 19,21 86,76
