ELECTRONIC LOAD CONTROLLER (ELC)
PADA SISTEM
PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO (PLTM)
Disusun oleh :Maulana Jayalaksana 0822061
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Kristen Maranatha,
Jl.Prof.Drg.Suria Sumantri, MPH no.65, Bandung, Indonesia,
Email : maulanayogiee@gmail.com
ABSTRAK
Pada Tugas Akhir ini, dibuat sebuah rancangan rangkaian Electronic Load Controller
(ELC) yang berfungsi sebagai rangkaian elektronik yang berfungsi mengontrol beban
keluaran generator agar memiliki keluaran frekuensi yang stabil ketika di konsumsi
oleh beban konsumen. Tegangan keluaran generator yang kemudian menjadi
masukan pada ELC, selanjutnya di proses hingga frekuensinya berada pada frekuensi
yang diperbolehkan dengan melakukan pengaturan beban menggunakan teknik
ballast load dengan tujuan agar pembangkit listrik beroperasi pada frekuensi konstan.
Dengan memanfaatkan Mikrokontroler ATMEGA32 sebagai pengontrol utama pada
ELC yang diaplikasikan sebagai pencacah siklus listrik, mikrokontroler cukup
membutuhkan tambahan rangkaian Zero Crossing Detector sebagai pengubah
gelombang sinusiodal menjadi persegi, Thyristor sebagai komponen switching bagi
ballast load, serta rangkaian catu daya sebagai supply ELC. ELC mampu
mengendalikan ballast load sesuai dengan kapasitas sistem PLTM dengan
menggunakan komponen switching yang sesuai. Pada Tugas Akhir ini generator yang
digunakan adalah generator 1 fasa dengan kapasitas maksimum 3KVA, dan bekerja
pada beban konsumen 500Watt, serta menghasilkan frekuensi yang stabil.
ELECTRONIC LOAD CONTROLLER ON SYSTEM
MICROHYDRO POWER ELECTRIC
Composed by :
Maulana Jayalaksana 0822061
Electrical Engineering, Maranatha Christian University
Jl.Prof.Drg.Suria Sumantri, MPH no.65, Bandung, Indonesia,
Email : maulanayogiee@gmail.com
ABSTRACT
In this final project, was made the Electronic Load Controller (ELC) scheme, which
can control the generator current output to make it into stable output frequency. The
generator voltage output which being input from ELC, will process until the
frequency reach the limit. That process using the ballast load technic, perhaps the
power generator can operated in the constant frequency. By using the ATMEGA32 as
a main controller in ELC for amounted electric cycle, the microcontroller just need
Zero Crossing Dectector scheme for change the sinusoidal wave into square wave.
Thyristor as a switching for ballast load,and power supply scheme as the supply for
ELC. ELC can control the ballast load as well as the capacity PLTM system using the
right switching component. In this final project, has used single phase generator with
the maximum voltage capacity is 3kVA and operated in 500 watt consume energy,
also produce the stable frequency.
DAFTAR ISI
Abstrak ...i
Abstract ... ii
Kata Pengantar ... iii
Daftar Isi ... v
Daftar Tabel ... viii
Daftar Gambar... ix
Daftar Lampiran...x
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah………... 1
1.2. Identifikasi Masalah... 2
1.3. Rumusan Masalah... 2
1.4. Tujuan………...… 2
1.5. Pembatasan Masalah……….2
1.6. Sistematika Penulisan... 3
BAB II LANDASAN TEORI 2.1. Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro... 4
2.1.1 Forebay Tank... 5
2.1.2 Turbin Air...6
2.1.3 Generator... 7
2.2. Electronic Load Controller...11
2.3 IC Voltage Regulator 78XX & 79XX... 13
2.4 Mikrokontroler AVR ATMega32... 14
2.5 Penguat Operasional... 19
2.5.2 Karakteristik...20
2.6 Optoisolator/OptoTRIAC MOC3020... 23
2.7 TRIAC (Triode for Alternating Current)...24
2.7.1 Prinsip Kerja TRIAC... 24
2.7.2 Karakteristik TRIAC...26
2.8 LCD (Liquid Crystal Display)... 26
BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI 3.1 Switching Electronic Load Controller... 30
3.1.1 Penggunaan IC Optocoupler MOC3020...32
3.1.2 Rangkaian Switching dengan ATMEGA32... 34
3.2 Zero Crossing Detector... 38
3.3 Perancangan Sistem Electronic Load Controller... 40
3.3.1 Panel Sistem Electronic Load Controler... 40
3.3.2 Main Load dan Ballast Load... 42
3.4 Catu Daya...44
3.5 Frekuensi Counter...45
BAB IV DATA PENGAMATAN DAN ANALISA 4.1. Data Pengamatan………... 50
4.1.1.Pengujian Ballast Load Pada Sistem Electronic Load Controller...51
4.1.2 Penggunaan Sistem Electronic Load Controller... 52
4.2. Analisis Data………...54
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan... 56
DAFTAR PUSTAKA... 57
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Dimension Generator...9
Tabel 2.2 Part Name Generator... 10
Tabel 2.3 Spesifikasi generator...11
Tabel 2.4 Data Sheet IC 78XX... 13
Tabel 2.5 Data Sheet IC 79XX... 14
Tabel 2.6 Mikrokontroler AVR... 15
Tabel 2.7 Fungsi Khusus PORT B...18
Tabel 2.8 Fungsi Khusus PORT C...18
Tabel 2.9 Fungsi Khusus PORT D... 19
Tabel 2.10 Spesifikasi Penguat Operasional LM741...22
Tabel 2.11 Spesifikasi IC MOC3020...24
Tabel 2.12 Fungsi PIN LCD... ...28
Tabel 4.1 Pengujian Ballast Load... 51
Tabel 4.2 Pengamatan PLTM tanpa menggunakan ELC...52
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro...4
Gambar 2.2 Forebay Tank... 5
Gambar 2.3 Turbin Cross Flow T-14...6
Gambar 2.4 Rotor dan Stator... 7
Gambar 2.5 Generator Denyo FA-3...8
Gambar 2.6 Dimension generator Denyo FA-3...9
Gambar 2.7 Generator Denyo FA-3 Part... 10
Gambar 2.8 Power Generated... 11
Gambar 2.9 Pin Maping Voltage Regulator 78XX dan 79XX...12
Gambar 2.10 Positive Voltage Regulator 78XX... 13
Gambar 2.11 Negative Voltage Regulator 79XX... 14
Gambar 2.12 Pin Mapping ATMega32... 16
Gambar 2.13 Penguat Operasional... 21
Gambar 2.14 Operasional Amplifier LM741...22
Gambar 2.15 Zero Crossing...23
Gambar 2.16 Optoisolator MOC3020...24
Gambar 2.17 TRIAC...25
Gambar 2.18 Daerah Kerja TRIAC... 26
Gambar 2.19 LCD...28
Gambar 2.20 Tampilan LCD (2X16)...29
Gambar 3.1 Diagram Blok Electronic Load Controller... 30
Gambar 3.2 Diagram Alir Proses Utama... 31
Gambar 3.3 Switching optocoupler MOC3020... 32
Gambar 3.4 Rangkaian Switching dengan ATMega32...34
Gambar 3.5 Flow Chart Pin Interrupt... 36
Gambar 3.6 Flow Chart Pin Interrupt (INT0)...36
Gambar 3.8 Flow Chart Timer (Timer1)... 37
Gambar 3.9 Flow Chart Main Program Pada ATMega32... 37
Gambar 3.10 Zero crossing detector menggunakan Op-Amp LM741...38
Gambar 3.11 Perbandingan input dan output ZCD... 39
Gambar 3.12 Skema Sistem Panel ELC... 40
Gambar 3.13 Panel Sistem Electronic Load Controller... 41
Gambar 3.14 Skema Main Load dan Ballast Load...42
Gambar 3.15 Ballast Load dan Main Load...43
Gambar 3.16 Skema Catu Daya ELC... 44
Gambar 3.17 Blok Diagram Frekuensi Counter... 45
Gambar 3.18 Flow Chart Pin Interrupt... 47
Gambar 3.19 Flow Chart Timer1... 47
Gambar 3.20 Flow Chart Tampil...48
Gambar 3.21 Flow Chart Main Program... 48
Gambar 3.22 Konfigurasi Pin Frekuensi Counter Menggunakan ATMega32... 49
DAFTAR LAMPIRAN
LAMPIRAN A LIST PROGRAM
ELECTRONIC LOAD CONTROLLER... A – 1 FREKUENSI COUNTER... A –10 LAMPIRAN B
DATA SHEET
VOLTAGE REGULATOR 78XX&79XX ... B – 1 LCM MODUL...B – 3 LAMPIRAN C
ELECTRONIC LOAD CONTROLLER...C – 1 FREKUENSI COUNTER... C – 2 LAMPIRAN D
1 Universitas Kristen Maranatha
BAB I
PENDAHULUAN
Pada bab ini akan dibahas mengenai latar belakang, identifikasi masalah,
perumusan masalah, tujuan, pembatasan masalah, metodologi, dan sistematika
penulisan.
1.1 Latar Belakang Masalah
Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTM) adalah pembangkit listrik
berskala kecil (3KW-100KW), yang memanfaatkan tenaga aliran air sebagai
sumber penghasil energi. PLTM pada prinsipnya memanfaatkan beda ketinggian
dan jumlah debit air perdetik yang berada pada aliran air saluran irigasi, sungai
atau air terjun. Aliran air akan memutar poros turbin sehingga menghasilkan
energi mekanik. Energi ini selanjutnya menggerakkan generator dan
menghasilkan energi listrik.
Sistem tenaga listrik harus mampu menyediakan tenaga listrik bagi
pelanggan dengan frekuensi yang konstan yaitu 50 Hz. Penyimpangan frekuensi
harus selalu dalam batas toleransi yang diperbolehkan. Pada pembangkit,
peralatan kontrol diperlukan untuk mengendalikan frekuensi generator. Sistem
kontrol pada PLTM pada dasarnya ada dua macam yaitu, governor sebagai sistem
pengaturan debit air dan Electronic Load Controller (ELC) sebagai sistem
pengaturan pada bagian elektronik.
Sebagaimana diketahui bahwa governor merupakan peralatan kontrol yang
bersifat mekanik, di mana dalam proses pengaturan frekuensi lebih menitik
beratkan pada pengaturan jumlah energi primer yang masuk kedalam turbin.
Sedangkan ELC merupakan suatu kesatuan alat kontrol yang dapat dikatakan
lebih modern dari governor, dalam proses kerjanya lebih menitik beratkan pada
berapa daya yang harus dialirkan ke dalam beban komplemen untuk menjaga
2
Universitas Kristen Maranatha
1.2 Identifikasi Masalah
Berdasarkan latar belakang di atas, masalah utama yang akan diangkat
pada Tugas Akhir ini adalah bagaimana pengaturan ELC agar frekuensi yang
dihasilkan serta digunakan oleh konsumen selalu dalam batas toleransi yang
diperbolehkan.
1.3 Perumusan Masalah
Permasalahan yang akan dibahas dalam Tugas Akhir ini meliputi :
1. Bagaimana merancang serta merealisasikan ELC pada sistem PLTM ?
2. Bagaimana kinerja yang dihasilkan oleh PLTM sebelum dan setelah
menggunakan ELC ?
1.4 Tujuan
Tujuan yang ingin dicapai dari Tugas Akhir adalah :
1. Merancang serta merealisasikan ELC pada sistem PLTM.
2. Menganalisa kinerja sistem PLTM sebelum dan setelah menggunakan
ELC.
1.5 Pembatasan Masalah
Tugas akhir ini dibatasi sebagai berikut :
1. Model Turbin Air yang digunakan Turbin Cross Flow T-14.
2. Sumber air yang digunakan adalah aliran anak sungai cihanjuang.
3. Model generator yang digunakan adalah Denyo FA-3.
4. Perangkat keras yang digunakan berbasis mikrokontroler AVR
ATMega32.
5. Perangkat keras penghantar arus yang digunakan adalah TRIAC sebagai
3
Universitas Kristen Maranatha 6. Parameter kinerja sistem yang dianalisis adalah seberapa besar perubahan
frekuensi dari energi listrik yang dihasilkan pembangkit.
7. Ballast Load yang digunakan adalah heater empat Step Ballast Load
dengan total 3KVA.
8. Main Load yang digunakan merupakan beban lampu penerangan.
1.6 Sistematika Penulisan
Penyusunan Laporan Tugas Akhir terdiri dari lima bab sebagai berikut :
BAB I. PENDAHULUAN
Pada bab ini akan dibahas mengenai latar belakang, perumusan masalah,
identifikasi masalah, tujuan, pembatasan masalah, metodologi dan
sistematika penulisan
BAB II. LANDASAN TEORI
Pada bab ini akan dibahas teori-teori yang akan digunakan untuk
merancang PLTM, ELC, rangkaian zero crossing, serta
komponen-komponen yang digunakan seperti TRIAC, Mikrokontroller ATMega32,
Voltage Regulator, LCD, Ballast Load, dan beberapa komponen
elektronik lainnya.
BAB III. PERANCANGAN DAN REALISASI
Pada bab ini dijelaskan mengenai diagram blok ELC dalam mengontrol
beban agar memperoleh frekuensi yang di perbolehkan untuk di konsumsi
oleh konsumen, serta perancangan bagian-bagian ELC tersebut.
BAB IV. DATA PENGAMATAN DAN ANALISA
Pada bab ini berisi tentang hasil pengamatan yang telah dilakukan
terhadap frekuensi yang dihasilkan dari sistem PLTM setelah
menggunakan ELC.
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN
Pada bab ini berisi kesimpulan dari Tugas Akhir dan saran-saran yang
56 Universitas Kristen Maranatha
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini merupakan bab penutup yang berisi kesimpulan dari hasil penelitian dan
analisis dari Tugas Akhir ini serta saran bagi pihak yang terkait berkenaan dengan
pembuatan “Electronic Load Controller (ELC) pada Sistem Pembangkit Listrik Tenaga
Mikrohidro (PLTM)”.
5.1 Kesimpulan
1. Perancangan Electronic Load Controller pada sistem Pembangkit Listrik Tenaga
Mikrohidro berhasil direalisasikan.
2. Berdasarkan Grafik 4.1, ELC bekerja pada beban maksimal yang terbangkit
yaitu 500 watt, serta menghasilkan frekuensi yang stabil pada 50 Hz walaupun
terjadi perubahan variasi beban yang digunakan pada sistem PLTM.
3. Penggunaan variasi beban lampu induktif menghasilkan nilai Cos Phi yang
kurang baik pada sistem pembangkit.
5.2 Saran
1. Agar terjadi perbaikan nilai Cos Phi sehingga menjadi lebih baik, dapat
menggunakan kapasitor kompensasi.
2. Ballast Load yang di gunakan dapat di manfaatkan sebagai pemanas.
57 Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR PUSTAKA
1. Andrianto, Heri.2008 ,Mikrokontroler AVR ATMega 16,Informatika
Bandung, Bandung.
2. Gunawan, Hanapi, 2011. Diktat Kuliah Elektronika Industri, Bandung. 3. Gunawan, Hanapi, 2011. Diktat Kuliah Penguat Operasional, Bandung. 4. LCM MODULE TC1602A-01T. Tinsharp : Industrial Co., Ltd.
5. Marsudi, Djiteng, ”Pembangkitan Energi Listrik”, Penerbit Erlangga,2005. 6. http://andihasad.wordpress.com/2011/12/05/operasi-dan-aplikasi-triac/diakses 4
desember 2013
7. DATA SHEET ATMEGA32. Atmel : Industrial
Tersedia : www.atmel.com diakses 6 desember 2013-12-06
8. http://elektronika-dasar.web.id/teori-elektronika/operasional-amplifier-op-amp/diakses 6 desember 2013
9. FA Series Generator, DEIN.
Tersedia : http://dein.co.iddiakses 28 juli 2013 10. Galau, Nemo, 2002. Teori Motor Induksi
Tersedia : www.slideshare.net diakses 16 juli 2013 11. TCF (Turbin Cross Flow)
www.hanjuang.co.iddiakses 4 september 2013 12. Technical, Informastion service.Microhydro Power
