RANCANG BANGUN SISTEM UPS SEDERHANA UNTUK KEPERLUAN PENERANGAN MEMANFAATKAN INVERTER
PERSEGI EMPAT BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA328
TUGAS AKHIR
DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI TUGAS DAN MEMENUHI SYARAT MEMPEROLEH GELAR AHLI MADYA
NATASYA HUTAPEA 172408041
PROGRAM STUDI D3 FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM MEDAN
2020
PERNYATAAN ORISINALITAS
RANCANG BANGUN SISTEM UPS SEDERHANA UNTUK KEPERLUAN PENERANGAN MEMANFAATKAN INVERTER
PERSEGI EMPAT BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA328
TUGAS AKHIR
Saya menyatakan bahwa tugas akhir ini adalah hasil karya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, 20 Juli 2020
Natasya Hutapea 172408041
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa Pemurah dan Maha Penyayang, dengan limpah karunia-Nya Penulis dapat menyelesaikan penyusunan tugas akhir ini dengan judul Rancang Bangun Sistem Ups Sederhana Untuk Keperluan Penerangan Memanfaatkan Inverter Persegi Empat Berbasis Mikrokontroller Atmega328.
Dalam penyusunan tugas akhir ini tidak terlepas dukungan dari berbagai pihak.
Penulis secara khusus mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah membantu. Penulis banyak menerima bimbingan, petunjuk dan bantuan serta dorongan dari berbagai pihak baik yang bersifat moral maupun material. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Tuhan Yang Maha Esa dengan segala rahmat serta karunia-Nya yang memberikan kekuatan bagi penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
2. Kepada kedua orang tua tercinta yang selama ini telah membantu penulis dalam bentuk perhatian, kasih sayang, semangat, serta doa yang tidak henti- hentinya mengalir demi kelancaran dan kesuksesan penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
3. Kepada Bapak Drs.Kurnia Brahmana M.Si, selaku dosen pembimbing yang selalu memberikan bimbingan, arahan, dorongan, dan semangat kepada penulis, sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan dengan baik.
4. Kepada Drs. Takdir Tamba M.Eng.Sc, selaku ketua program studi D3 Fisika FMIPA-USU yang selalu memberi arahan dan bimbingan hingga menunjang dalam penyelesaian tugas akhir ini
5. Bapak Dr. Kerista Sebayang, M.Sc selaku Dekan FMIPA USU.
6. Segenap dosen dan seluruh staf D3 Fisika FMIPA-USU yang selalu membantu dalam memberikan fasilitas, ilmu, serta pendidikan pada peneliti hingga dapat menunjang dalam penyelesaian tugas akhir ini.
7. Teman-teman seperjuangan dari D3 Fisika FMIPA-USU stambuk 2017, yang telah memberikan banyak masukan serta dukungan kepada penulis.
8. Teman-teman, Dewi Susanti, Vici Panggabean, Krisnatalia, Enjelia Manalu, dan Dicky Pratama terimakasih telah menjadi teman terbaik bagi penulis yang selalu memberikan dukungan, semangat, motivasi, serta doa hingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik.
9. Kepada teman seperjuangan, Ilham Prananta Purba, Mega Oktavia Putri, Ranggawana Lumban Gaol dan Ruth Sitanggang yang telah memberi semangat satu sama lain.
10. Kepada Andri Wardana yang telah membantu penulis dalam bentuk perhatian, kasih sayang, semangat, serta doa.
11. Serta masih banyak lagi pihak-pihak yang sangat berpengaruh dalam proses penyelesaian tugas akhir yang yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu.
Semoga Tuhan Yang Maha Esa senantiasa membalas semua kebaikan yang telah diberikan. Semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi penulis umumnya kepada para pembaca.
Medan, 20 Juli 2020
Natasya Hutapea
RANCANG BANGUN SISTEM UPS SEDERHANA UNTUK KEPERLUAN PENERANGAN MEMANFAATKAN INVERTER
PERSEGI EMPAT BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA328
ABSTRAK
Banyak pemadaman listrik dilakukan di daerah-daerah secara bergilir.
Pemadaman listrik ini dilakukan karena kapasitas beban sudah melebihi kapasitas yang telah ditentukan. Kebutuhan energi listrik untuk mensupply peralatan elektronik semakin meningkat. Namun energi listrik yang disalurkan oleh PLN kepada konsumen tidak selamanya berjalan dengan baik, sewaktu – waktu bisa padam. Maka perlu diupayakan sumber energi listrik alternatif. Dalam tugas akhir ini Uninterruptible Power Supply (UPS) yang berbasis mikrokontroller dimanfaatkan sebagai catu daya untuk keperluan penerangan supaya dapat bekerja dalam kondisi sumber energi listrik dari PLN padam.
Alat ini menggunakan sensor arus,sensor tegangan, lampu, baterai, trafo, dan arduino nano. Dalam UPS digunakan peralatan penyearah yang berupa rectifier bertujuan untuk menyearahkan tegangan AC menjadi tegangan DC. Kemudian inverter yang akan merubah tegangan DC menjadi tegangan AC dan baterai yang akan bekerja ketika jala- jala dari PLN terputus.
Kata kuci : Sensor Arus, Sensor Tegangan, Rectifier, Inverter, Baterai, LCD.
DESIGN OF SIMPLE SYSTEM UPS FOR REQUIREMENTS OF LIGHT USING FOUR SQUARE INVERTER BASED ON MICROCONTROLLER ATMEGA328
ABSTRACT
Many power cuts are carried out in areas in turns. This power cut is done because the load capacity has exceeded the specified capacity. The need for electrical energy to supply electronic equipment is increasing. But the electricity supplied by PLN to consumers does not always run well, at times it can be extinguished. Then an alternative source of electrical energy needs to be sought. In this final project, microcontroller- based Uninterruptible Power Supply (UPS) is used as a power supply for lighting purposes so that it can work in the condition of a source of electrical energy from PLN outages. This tool uses current sensors, voltage sensors, lights, batteries, transformers, and Arduino Nano. In UPS used rectifier equipment in the form of a rectifier aims to rectify the AC voltage to DC voltage. Then the inverter will convert the DC voltage into AC voltage and the battery that will work when the grid from the PLN is cut off.
Key words: Current Sensors, Voltage Sensors, Rectifiers, Inverters, Batteries, LCD.
DAFTAR ISI
Halaman HALAMAN SAMPUL i
PENGESAHAN TUGAS AKHIR ii
PERNYATAAN iii
PENGHARGAAN iv
ABSTRAK vi
ABSTRACT vii
DAFTAR ISI viii
DAFTAR TABEL x
DAFTAR GAMBAR xi
DAFTAR LAMPIRAN xii
DAFTAR SINGKATAN xiii
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Rumusan Masalah 2
1.3 Tujuan 2
1.4 Batasan Masalah 2
1.5 Sistematika Penulisan 2
BAB 2 LANDASAN TEORI
2.1 Uninterruptible Power System (UPS) 4
2.2 Jenis-jenis UPS Berdasarkan Cara Kerjanya 5
2.3 Inverter 8
2.3.1 Inverter Tegangan Tinggi (3 Fasa) 8 2.3.2 Inverter Tegangan Rendah (1 Fasa) 9
2.4 Baterai 11
2.4.1Bagian-Bagian Baterai 11
2.4.2 Prinsip Kerja Baterai 12
2.5 Rectifier (penyearah)-Charger 14
2.6 Arduino Nano 16
2.6.1Konfigurasi Pin Arduino Nano 17
2.6.2Spesifikasi Arduino Nano 19
2.7 Relay 20
2.8 Sensor Arus 21
2.9 Sensor Tegangan 23
2.10 Transformator 23
2.11 LCD 16×2 24
BAB 3 PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM
3.1 Metedologi Perancangan 26
3.1.1 Tahap Persiapan 26
3.1.2 Tahap Pembuatan Sistem 26
3.1.3 Tahap Pengukuran ,Analisis dan Kesimpulan 27
3.2 Perancangan Sistem 28
3.2.1 Diagram Blok Sistem 29
3.2.2 Perancangan Rangkaian 29
3.2.2.1Rangkaian Mikrokontrroler 29
3.2.2.2Rangkaian Sensor Arus 30
3.2.2.3 Rangkaian Sensor Tegangan 31
3.2.2.4 Skema Rangkaian Charger 32
3.2.2.5 Rangkaian Trafo 32 3.2.2.6 Rangkaian LCD 32 3.2.2.7 Rangkaian Keseluruhan 33 3.2.3 Perancangan Perangkat Lunak Sistem 34
3.2.3.1 LCD 34
3.2.3.2 Sensor Arus 34
3.2.3.3 Sensor Tegangan 35
3.3 Flow Chart 36
BAB 4 PEMBAHASAN HASIL PENGUKURAN
4.1 Analisis Hasil Pengukuran 37
4.1.1 Pengujian Sensor Arus 37
4.1.2 Pengujian Sensor Tegangan 37
4.2 Uji Kerja Alat 38
BAB 5 PENUTUP
5,1 Kesimpulan 39
5.2 Saran 39
DAFTAR PUSTAKA 40
LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Konfigurasi Pin Arduino Nano 18
Tabel 4.1 Data Hasil Pengujian Sensor Arus 37
Tabel 4.2 Data Hasil Pengujian Sensor Tegangan 37
Tabel 4.3 Uji Kerja Alat 38
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Line-interactive UPS 5
Gambar 2.2 On-line UPS 6
Gambar 2.3 Off-line UPS 7
Gambar 2.4 Power Inverter 3 Fasa 9
Gambar 2.5 Power Inverter 1 Fasa 10
Gambar 2.6 Bagian-bagian Baterai 11
Gambar 2.7 Proses Pengisian dan Pengosongan Baterai 13 Gambar 2.8 Karakteristik Metode Constant Voltage dan Constant Current 16
Gambar 2.9 Bagian Depan Arduino Nano 17
Gambar 2.10 Bagian Belakang Arduino Nano 17
Gambar 2.11 Konfigurasi Pin Layout Arduino Nano 19
Gambar 2.12 Struktur Sederhana Relay 20
Gambar 2.13 Sensor Arus Acs712 22
Gambar 2.14 Stuktur Trafo 24
Gambar 2.15 LCD 16x2 25
Gambar 3.1 Rangkaian Board PCB 27
Gambar 3.2 Diagram Blok 29
Gambar 3.3 Perancangan Mikrokontroller 29
Gambar 3.4 Rangkaian Sensor Arus 31
Gambar 3.5 Rangkaian Sensor Tegangan 31
Gambar 3.6 Skema Rangkaian Charger 32
Gambar 3.7 Ramgkaian Trafo 32
Gambar 3.8 Rangkaian LCD 16x2 33
Gambar 3.9 Rangkaian Keseluruhan 33
Gambar 3.10 Flow Chart Sistem 36
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Lampiran Halaman
1. Data Sheet Sensor Acs172 41
2. Data Sheet Sensor Tegangan 42
3. Pemograman Keseluruhan Sistem 43
4. Gambar Rangkaian Alat 44
DAFTAR SINGKATAN
UPS = Uninterruptable Power Supply AC = Alternatif Current
DC = Dirrect Current PC = Personal Computer
V = Volt
HZ = Hertz
AVR = Automatic Voltage Regulator
NEMA = National Electical Manufacturer Association IDE = Integrated Development Environment LED = Light Emitting Diode
PWM = Pulse Width Modulation
NC = Normally Open
NO = Normally Close
IC = Integrated Circuit
I = Input
O = Output
kHz = Kilo Hertz GND = Ground
LCD = Liquid Crystal Display RS = Register Sellect
PCB = Papan sirkuit cetak ALU = Arithmatic Logic Unit
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Uninterruptable Power Supply (UPS) adalah peralatan listrik yang berfungsi untuk memberi daya sementara ketika daya utama dari jaringan padam, daya sementara ini bersumber dari daya DC yang disimpan pada baterai atau accu. Dengan demikian dalam piranti UPS, tersedia suatu rangkaian yang mengubah tegangan DC dari baterai menjadi tegangan AC, sehingga suatu UPS dapat menyuplai listrik seperti sumber listrik dari jaringan jala-jala PLN. Dalam teknologi pengubahan tegangan DC menjadi AC pada UPS. Pada sebagian penggunaan tegangan listrik untuk piranti elektronik, memang tegangan listrik dengan gelombang kotak ini tidak menjadi masalah, seperti untuk komputer, lampu-lampu, radio, player dan sebagainya.
Disisi lain, rangkaian pengubah tegangan DC menjadi AC dalam suatu UPS, biasanya menggunakan trafo biasa. Dalam system ups sederhana ini memanfaatkan inveter.
Power Inverter atau biasanya disebut dengan Inverter adalah suatu rangkaian atau perangkat elektronika yang dapat mengubah arus listrik searah (DC) ke arus listrik bolak-balik (AC) pada tegangan dan frekuensi yang dibutuhkan sesuai dengan perancangan rangkaiannya. Sumber-sumber arus listrik searah atau arus DC yang merupakan Input dari Power Inverter tersebut dapat berupa Baterai, Aki. Inverter ini akan sangat bermanfaat apabila digunakan di daerah-daerah yang memiliki keterbatasan pasokan arus listrik AC. Hal ini menjadikan harga UPS juga menjadi mahal dan bobot UPS menjadi berat dan beratnya akan semakin meningkat secara signifikan seiring dengan meningkatnya kemampuan suplai daya dari UPS tersebut. Pada tugas akhir ini penulis mencoba mengatasi masalah yang telah diuraikan diatas. Dimana penulis akan merancang suatu UPS dengan memanfaatkan inverter sehingga UPS ini dapat dimanfaatkan secara universal untuk keperluan penerangan. Oleh karena itu, judul dari tugas akhir ini adalah “ RANCANG BANGUN SISTEM UPS SEDERHANA UNTUK KEPERLUAN PENERANGAN MEMANFAATKAN INVERTER PERSEGI EMPAT BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA328”
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian latar belakang, maka permasalahan yang dikaji adalah sebagai berikut :
1. Bagaimana prinsip kerja dari sistem UPS sederhana ini
2. Bagaimana cara perancangan dan pembuatan sistem UPS sederhana 3. Bagaimana cara pemanfaatan inverter pada sistem UPS sederhana
1.3 Tujuan
Adapun tujuan dari tugas akhir ini adalah :
1. Untuk membuat sistem UPS sederhana sehingga objek utama yang perlu daya tidak berhenti bekerja akibat terputusnya aliran listrik dari jala-jala pln
1.4 Batasan Masalah
Mengingat keterbatasan waktu dan untuk menghindari topik yang tidak perlu maka penulis membatasi pembahasan pembuatan alat ini. Adapun permasalahan ini adalah :
1. Menggunakan mikrokontroller atmega328
2. Menggunakan inverter persegi yang sesuai untuk keperluan penerangan 3. Menggunakan lcd 16x2
4. Menggunakan baterai 12v 7ah
1.5 Sistematika Penulisan
Untuk mempermudah penulisan tugas akhir ini, penulis membuat suatu sistematika penulisan yang terdiri dari :
1. BAB I: PENDAHULUAN
Bab ini akan membahas latar belakang tugas akhir, identifikasi masalah, batasan masalah, tujuan, metode penelitian, tinjauan pustaka, dan sistematika penulisan.
2. BAB II: LANDASAN TEORI
Bab ini akan menjelaskan tentang teori pendukung yang digunakan untuk pembahasan.
3. BAB III: PERANCANG ALAT
Bab ini membahas tentang perencanaan dan pembuatan sistem secara keseluruhan.
4. BAB IV: HASIL DAN PEMBAHASAN
Berisi tentang uji coba alat yang telah dibuat, pengoperasian dan spesifikasi alat dan lain-lain.
5. BAB V: KESIMPULAN DAN SARAN
Sebagai bab akhir penulis akan menyimpulkan dari uraian bab-bab sebelumnya dan penulis akan berusaha memberikan saran yang akan bermanfaat.
BAB 2
LANDASAN TEORI
2.1 Uninterruptible Power System (UPS)
UPS merupakan singkatan dari uninterruptible power system atau sering juga disebut dengan uninterruptible power supply. Jika diterjemahkan ke dalam bahasa Indonesia akan berarti sistem daya kebal gangguan. Sesuai dengan namanya UPS dapat mengurangi gangguan-gangguan kelistrikan serta dapat memberikan daya listrik sementara pada saat suplai listrik utama padam. Uninterruptible power system (UPS) yang artinya suatu devais atau peralatan yang mampu bekerja independen meskipun kehilangan suplai atau sebagai back up suplai untuk peralatan yang lainnya. UPS juga berfungsi sebagai buffer antara power suplai dengan peralatan elektronik yang kita gunakan seperti komputer,printer,monitor. Penggunaan UPS pada awalnya hanya digunakan untuk industri-industri maupun pabrik-pabrik yang menggunakan alat-alat yang tidak boleh terputus dari sumber tegangan listrik, namun kini UPS telah digunakan di rumah dan biasanya digunakan pada komputer/PC.
UPS sendiri terdiri dari power suplai atau sering juga disebut baterai charger, baterai, dan inverter. Baterai backup pada UPS berguna sebagai catuan daya alternatif untuk dapat memberikan suplai daya yang tidak terganggu untuk perangkat elektronik yang terpasang. Tegangan pada baterai diubah menjadi tegangan AC 220 V-50 Hz yang dapat digunakan oleh perangkat elektonik.
Fungsi utama dari UPS adalah :
1. Dapat memberikan energi listrik sementara ketika terjadi kegagalan daya pada listrik utama
2. Memberikan kesempatan waktu yang cukup untuk segera menghidupkan genset sebagai pengganti listrik utama
3. Mengamankan suatu sistem dari gangguan-gangguan listrik yang dapat mengganggu sistem tersebut baik berupa kerusakan software ataupun kerusakan hardware
4. Dapat melakukan stabilisasi tegangan ketika terjadi perubahan tegangan pada input sehingga tegangan output yang digunakan oleh suatu sistem berupa tegangan yang stabil
2.2 Jenis-jenis UPS Berdasarkan Cara Kerjanya 1. Line-interactive UPS
Pada UPS jenis ini diberi tambahan alat AVR (Automatic Voltage Regulator) yang berfungsi mengatur tegangan dari suplai daya ke peralatan. UPS Line-interaktif indentik dengan garis-aktif dengan pengecualian menambahkan tap-switching regulator (AVR), dan melewati listrik secara langsung melalui unit ini saat aliran ada. Selama operasi normal utilitas, desain ini biasanya menyediakan cadangan baterai dan menawarkan perlindungan lebih tinggi pada tegangan transient dari trip. Hal ini memerlukan penambahan tap-switching regulator dengan tegangan otomatis. Ketika terjadi kondisi tegangan brownout utilitas rendah. AVR UPS Line-interaktif secara otomatis memerintahkan switch transformator PDAM untuk menambah atau meningkatkan tegangan output. AVR juga mengurangi tegangan keluaran saat kondisi tegangan listrik tinggi. Tegangan output regulasi untuk sebagian besar produk UPS Line-interaktif di pasaran saat ini biasanya +25%. Model biaya yang lebih tinggi mungkin memiliki output sinewave dan mendukung koneksi bank baterai diperpanjang.
Gambar 2.1 Line-interactive UPS
UPS Line-interaktif memberikan perlindungan terhadap : 1. Utility pemadaman
2. Tegangan berlebih 3. Arus kejut
4. Tegangan output yang terputus saat transfer ke baterai
2. On-line UPS
Pada UPS jenis ini terdapat 1 rectifier dan 1 inverter yang terpisah. Hal ini lebih mahal apabila dibandingkan dengan dua jenis UPS lainnya. Dalam keadaan gangguan, suplai daya ke rectifier akan diblok sehingga akan ada arus DC dari baterai ke inverter yang kemudian diubah menjadi AC.
Gambar 2.2 On-line UPS
Online UPS melindungi dan memecahkan sejumlah besar masalah tenaga listrik.
Teknologi unggul Falcon Electric On-line UPS tidak hanya menyediakan cadangan baterai, tetapi juga melindungi peralatan anda dengan menyediakan perlindungan daya tingkat tertinggi. Tidak seperti off-line dan Line-interaktif UPS produk di pasaran yang membuat anda sensitif peralatan terhubung langsung dengan listrik yang tidak stabil dan kadang-kadang destruktif. Dipatenkan Falcon’s On-line bertindak teknologi UPS seperti firewall elektronik dipasang di antara peralatan anda dan utilitas atau cadangan generator kekuasaaan.
Hal ini dilakukan dengan mengkonversi listrik AC yang masuk ke penyearah menjadi tegangan DC dan menghilangkan noise, transien, frekuensi dan masalah distori harmonik. Tegangan DC kemudian diumpankan ke tahap inverter. Tugas dari inverter ini mengubah tegangan DC kemudian diumpankan ke tahap inverter. Tugas dari inverter ini mengubah tegangan DC ke AC yang diatur secara ketat dan sinergi. Beberapa tahapan elektronik aktif memberikan sejumlah besar terhadap masalah perlindungan ditambahkan kekuatan yang dinyatakan akan menyebabkan kerusakan peralatan anda.
Karena On-line UPS memiliki tahap tugas inverter berkelanjutan, mendukung sambungan dari bank baterai diperpanjang, menyediakan waktu cadangan hingga beberapa jam.
On-line UPS memberikan perlindungan terhadap :
● Daya yang tidak stabil
● Nois
● Distorsi
●Arut kejut
● Pemadaman jangka panjang 3. Off-line UPS
UPS jenis ini merupakan UPS paling murah diantara jenis UPS yang lain. Karena rectifier dan inverter berada dalam satu unit. Dalam keadaan gangguan, switch akan berpindah sehingga suplai daya dari suplai utama terblok. Akibatnya akan mengalir arus DC dari baterai menuju inverter.
Gambar 2.3 Off-line UPS
Pada Off-line UPS, arus listrik akan melalui UPS selama perangkat masih terhubung ke sumber listrik. Selama operasi normal utilitas, desain ini biasanya menyediakan cadangan baterai jangka pendek dan menawarkan perlindungan lebih tinggi tegangan transient dari strip. Off-line UPS untuk inverter DC-AC internal memberikan daya baterai cadangan ketika terjadi pemadaman listrik. Kebanyakan Off- line desain tidak memiliki output sinewaver dan tidak mendukung sambungan bank baterai untuk diperpanjang. Pengaturan tegangan output yang sangat sederhana (±15%
sampai ±25%). Off-line UPS memberikan perlindungan terhadap :
● Utility pemadaman
● Penstabil tegangan
● Output tegangan drop-out selama transfer ke baterai.
2.3 Inverter
Kualitas inverter merupakan penentu dari kualitas daya yang dihasilkan oleh suatu sistem UPS. Inverter berfungsi merubah tegangan DC dari rangkaian rectifier- charger menjadi tegangan AC yang berupa sinyal sinus setelah melalui pembentukan gelombang dan rangkaian filter. Tegangan output yang dihasilkan harus stabil baik amplitude tegangan maupun frekuensinya, distorsi yang rendah, tidak terdapat tegangan transien. Selain itu, sistem inverter perlu adanya rangkaiam umpan-balik (feedback) dan rangkaian regulator untuk menjaga agar didapatkan tegangan konstan.
2.3.1 Inverter Tegangan Tinggi (3 Fasa)
Pada dasarnya prinsip kerja pada inverter 3 Phasa sama dengan inverter 1 phasa.
Yaitu dengan mengubah arus searah menjadi bolak-balik dengan frekuensi yan beragam.
Dimana tegangan arus DC ini dihasilkan oleh sirkuit coverter untuk kemudian diubah lagi menjadi arus AC oleh sirkuit inverter.
Inverter juga memiliki saklar-saklar seperti pada inverter 1 phasa yakni untuk membentuk tegangan bolak balik juga mengatur frekuensi keluaran inverter yaitu S1-S6.
Namun pada aplikasinya saklar-saklar ini diganti dengan menggunakan enam buah transistor. Hal ini disebabkan karena saklar konversional memiliki banyak kerugian diantaranya adalah pada kecepatan perpindahan saklar. Apabila saklar berubah-ubah
dengan kecepatan tidak konstan untuk setiap perubahan tegangan (dari positif ke negative), tentunya frekuensi yang dihasilkan akan tidak konstan pula. Setelah itu transistor dihidup matikan untuk menjalankan motor. Gambar dibawah ini menunjukkan hubungan antara tegangan inverter serta urutan penyalaan. Pulsa-pulsa penyalaan yang identik dengan tegangan inverter adalah memiliki pilsa rate = 1 dengan pengeseran phasa 120 derajat, duty cycle 50 %.
Gambar 2.4 Power Inverter 3 Fasa
Hubungan antara tegangan inverter (VRO, VSO, VTO) dan tegangan output (VRS, VST, VTR) dapat diturunkan sebagai berikut:
VRS = VRO-VSO VST = VSO-VTO VTR = VTO-VRO
Tegangan phasa (VRN, VSN, VTN) diberikan oleh tegangan netral pada kumparan stator motor akan timbul tegangan relative terhadap titik nol inverter yaitu sebesar:
VNO = VRO+VSO+VTO ≠ 0 (2.1)
3 2.3.2 Inverter Tegangan Rendah (1 Fasa)
Pada dasarnya inverter merupakan sebuah alat yang membuat tegangan
bolak-balik dari tegangan searah dengan cara pembentukan gelombang tegangan.
Namun gelombang tegangan yang terbentuk dari inverter tidak berbentuk sinusoida melainkan berbentuk gelombang dengan persegi. Pembentukan tegangan AC tersebut dilakukan dengan menggunakan dua pasang saklar. Berikut ini merupakan gambar yang akan menerangkan prinsip kerja inverter dalam pembentukan gelombang tegangan persegi.
Gambar 2.5 Power Inverter 1 Fasa
Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa untuk menghasilkan arus bolak-balik, maka kerja masing-masing transistor yang disuplay oleh tegangan dc harus bergantian. Inverter mengatur frekuensi keluarnnya dengan cara mengatur waktu ON- OFF saklar-saklarnya. Sebagai contoh apabila S1 dan S4 ON selama 0,5 detik begitu juga dengan S2 dan S3 secara berganti-gantian maka akan dihasilkan gelombang bolak-balik dengan frekunsi 1 Hz. Pada dasarnya saklar S1-S4 dan S2-S3 dihidupkan dengan jangka waktu yang sama. Jadi apabila dalam satu periode To = 1 detik, maka S1-S4 ON selama 0,5 detik dan S2-S3 ON selam 0,5 detik dan didapatkan frekuensi
sebesar 1 Hz. Jika dalam satu periode tersebut dinyatakan pada T maka nilai frekuensi yang dihasilkan adalah (F):
F=1/T (2.2)
Dimana: F = Frekuensi (Hertz) T = Periode (detik) 2.4 Baterai
Baterai atau akumulator adalah sebuah sel listrik dimana di dalamnya berlangsung proses elektrokimia yang reversible (dapat berbalikan) dengan efisiensinya yang tinggi. Yang dimaksud dengan proses elektrokimia reversible, adalah di dalam baterai dapat berlangsung proses pengubahan kimia menjadi tenaga listrik (proses pengosongan), dan sebaliknya dari tenaga listrik menjadi tenaga kimia, pengisian kembali dengan cara regenerasi dari elektroda-elektroda yang dipakai, yaitu dengan melewatkan arus listrik dalam arah (polaritas) yang berlawanan di dalam sel.
Baterai berfungsi untuk penyimpan daya listrik sementara. Baterai mengalirkan arus searah (DC) dan memiliki banyak tipe. Baterai dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu baterai basah dan baterai kering atau dapat diisi ulang dan tak dapat diisi ulang.
Baterai yang digunakan pada UPS adalah baterai yang dapat diisi ulang yaitu jenis baterai nikel kadmium. Karena sering terjadi pemadaman listrik yang paling penting back-up baterai harus kembali berfungsi optimal. Oleh karena itu pemantauan terhadap baterai adalah solusi yang efektif untuk menjamin efisiensi dan kapasitas baterai penuh. Selain itu, pemantauan menjamin berfungsinya seluruh instalasi.
2.4.1Bagian-Bagian Baterai
Gambar 2.6 Bagian-bagian baterai
Keterangan gambar :
1. Plat/ Elektroda positif 2. Plat/ Elektroda negatif 3. Separator
4. Kontainer atau wadah 5. Kutub baterai
6. Lubang pengisian elektrolit
Plat positif (PbO2) berwarna coklat, sedangkan plat negatif berwarna abu-abu.
Luas bidang reaksi plat positif
L = 2.p.l.n. (2.3)
dimana :
L = luas bidang plat positif (cm2) p = panjang plat positif (cm) l = lebar plat positif (cm)
n = jumlah plat positif tiap-tiap sel
Kapasitas tiap cm2 plat positif = 0,03 sampai dengan 0,05 AH (ampere jam).
Tiap sel akumulator timah hitam menghasilkan tegangan 2 volt.
2.4.2 Prinsip Kerja Baterai
Prinsip kerja baterai dapat dijelaskan sebagai berikut :
a. Proses pengosongan (discharge) pada sel berlangsung menurut gambar. Jika sel dihubungkan dengan beban maka, elektron mengalir dari anoda melalui beban melalui beban katoda, kemudian ion – ion negatif mengalir ke anoda dan ion – ion positif mengalir ke katoda.
b. Pada proses pengisian menurut gambar dibawah ini adalah bila sel dihubungkan dengan power supply maka elektroda positif menjadi anoda dan elektroda negatif menjadi katoda dan proses kimia yang terjadi pada gambar proses pengosongan dan pengisian baterai 2.7 adalah berikut.
Gambar 2.7 Proses Pengosongan dan Pengisian Baterai (Sumber) http://riza-electrical.blogspot.com/2012/07/baterai.html - Aliran 13ndicato menjadi terbalik, mengalir dari anoda melalui power supply ke katoda.
- Ion – ion 13ndicato mengalir dari katoda keanoda.
- Ion – ion positif mengalir dari anoda kekatoda
Jadi, reaksi kimia pada saat pengisian (charging) adalah kebalikan dari saat pengosongan (discharging).
Baterai adalah perangkat / alat sumber tenaga yang dapat menghasilkan tenaga/
energi berdasarkan reaksi kimia. Dari jenisnya baterai terbagi dalam dua yaitu ; baterai primer dan baterai sekunder. Baterai primer adalah perangkat sumber tenaga yang cara kerjanya mengubah energi kimia menjadi listrik semata mata digunakan hanya sekali hingga habis kemampuannya, contohnya baterai sel kering. Dan baterai sekunder adalah perangkat sumber tenaga yang cara kerjanya mengubah energi kimia menjadi listrik (reaksi primer) dan dapat pula mengubah energi listrik menjadi kimia dengan kata lain dapat menyimpan energi listrik (reaksi sekunder), serta lazim disebut accumulator atau disingkat menjadi accu/aki.
Baterai sekunder sebelum memberikan energi listrik (proses discharge) terlebih dahulu harus diisi (charging), yaitu dengan cara menghubungkannya dengan catu daya searah. Jenis baterai sekunder ada dua yaitu ; baterai asam /baterai timbal (load acid) dan baterai basa/alkali (nickel cadmium/NiCad). Dan berdasarkan wujud elektrolit terdiri dari baterai basah dan baterai kering. Susunan utama dari baterai terdiri dari ; plat positif (anoda), plat negatif (katoda), elektrolit, separator (pemisah), wadah.
a. Baterai load acid / baterai timbal
Susunan utama baterai adalah sebagai berikut ; kutup positif terdiri dari peroxida timbal (P6O2), kutup negatif terdiri dari timbal murni (P6) dan elektrolitnya terdiri dari larutan asam belerang (H2SO4) + air murni ( H2O), dengan reaksi kimia sebagai berikut P6O2 + 2 H2SO4 + P6 ⇒ 2P6SO4 + 2 H2O (reaksi discharging) (2.4) 2P6O4 + 2 H2O ⇒ P6O2 + P6 + 2 H2SO4 (reaksi charging) (2.5)
Keuntungan dari baterai lead acid adalah ; harganya relatif murah, tegangan nominal per cell 2 Volt, biaya perawatan relatif murah, ukuran dan berat lebih kecil.
Kerugian dari battery lead acid adalah ; umur lebih pendek, terpengaruh terhadap temperatur operasi, tidak tahan terhadap proses charging dan discharging yang berlebihan, tidak tahan terhadap arus hubung singkat, dan zat elektrolitnya bersifat merusak bahan aktif (anoda/katoda) yakni akan menimbulkan sulfat.
b. Baterai alkali / NiCad
Susunan utama battery adalah sebagai berikut ; kutup positif terdiri dari hidroksida nikel / Ni(OH)3, kutup negatif terdiri dari oxida cadmium (Cd) dan elektrolit nya terdiri dari larutan basa yaitu potasium hidroksida (KOH) + air murni (H2O), dengan reaksi kimia sebagai berikut :
2Ni (OH)9 + 2 KOH + Cd ⇒ 2Ni(OH)2 + 2 KOH + Cd(OH)2 (discharging) (2.6) 2Ni(OH)2 + 2 KOH + Cd (OH)2 ⇒ 2Ni(OH)2 + 2 KOH + Cd (charging) (2.7)
Keuntungan dari baterai alkali/NiCad adalah ; tahan terhadap goncangan, tahan terhadap charging dan discharging berlebihan, tahan terhadap hubung singkat, tahan terhadap kesalahan charging (polaritas terbalik), umur panjang. Kerugian dari battery alkali / NiCad adalah ; harga mahal, 4 buah baterai harga terdiri dari 1 set, tagangan nominal hanya 1,2 volt, memerlukan ruang penyimpanan yang lebih luas.
2.5 Rectifier (penyearah)- Charger
Bagian ini merupakan rangkaian yang dipakai untuk penyerahan dan pengisian baterai. Rangkaian blok rectifier-charger ini akan mensuplai daya yang dibutuhkan oleh inverter dalam kondisi beban penuh dan pada saat itu juga dapat mempertahankan muatan di dalam baterai. Selain itu blok ini harus mempunyai kemampuan mengalirkan daya output sebesar 125-130%. Karakteristik baterai juga perlu diperhitungkan dalam
desain rangkaian charger-nya karena jika sebuah baterai diisi ulang dengan arus yang melebihi batasan kemampuannya akan dapat memperpendek umur baterai tersebut.
Biasanya untuk arus pengisian sebuah baterai pada UPS ini sebesar 80% dari kondusi arus yang dikeluarkan oleh baterai pada saat beban penuh. Batasan sebuah sistem UPS yang baik menurut standar National Electical Manufacturer Association (NEMA) adalah dapat memberikan daya 100% terus-menerus (continuous load) dan 2 jam pada beban 125% tanpa terjadi penurunan kinerja (kerusakan). Baterai masih dapat dikategorikan sebagai kondisi layak pakai apabila masih mampu memberikan daya 100% selama 1 jam jika lama pengisiannya selama 8 jam (ditentukan oleh manufaktur baterai).
Charger adalah suatu rangkaian listrik yang berfungsi untuk mentransfer energi listrik dari sumber AC (Alternatif Current) maupun DC (Dirrect Current) kedalam baterai agar kapasitas baterai kembali penuh dan dapat digunakan kembali. Baterai diisi dengan kapasitas arus yang sesuai dengan kebutuhan baterai hingga tegangan baterai penuh. Pada pengisian baterai secara otomatis, ketika level tegangan yang ditentukan itu telah tercapai, maka arus pengisian akan turun secara otomatis ke level yang aman tepatnya yang telah ditentukan dan menahan arus pengisian hingga menjadi lebih lambat sehingga indikator menyala menandakan baterai telah terisi penuh. Pengisian baterai secara otomatis dapat memberikan efek awet pada baterai. Metode pengisian baterai kering diklasifikasi berdasarkan oleh aplikasi dari baterai. Klasifikasi aplikasi baterai dibagi menjadi 2 yaitu baterai sebagai catu daya utama dan baterai sebagai daya cadangan. Metode pengisian baterai kering sebagai catu daya yang termasuk standard charging terbagi menjadi 2 yaitu metode pengisian constant voltage dan metode pengisian constant current and constant voltage. Metode pengisian constant voltage adalah untuk mengisi baterai dengan menggunakan metode constant voltage diantara terminal baterai. Baterai kering dapat mengalami over-charged tanpa di kontrol menggunakan constant voltage. Ketika baterai mengalami over-charged, air didalam elektrolit terurai oleh elektrolisis untuk menghasilkan gas oksigen yang banyak daripada apa yang bisa diserap oleh elektroda negatif. Elektrolit diubah menjadi gas oksigen dan gas hydrogen dan hilang dari sistem baterai. oleh karena itu, kontrol tegangan yang pasti
dan waktu pengisian yang tepat dalam metode pengisian constant voltage sangat penting untuk menjaga life time yang diharapkan dari baterai.
Gambar 2.8 Karakteristik Metode Constant Voltage dan Constant Current
Pada Gambar 2.8 dengan menggunakan metode constant Voltage dan constant current, tegangan pada stage 1 akan naik namun arus akan konstan.
Dan pada tahap 2 arus akan turun dan tegangan akan naik perlahan karena baterai mulai terisi penuh sampai akhirnya arus pengisian bernilai nol dan tegangan konstan mencapai set pengisian.
2.6 Arduino Nano
Arduino merupakan sebuah platform dari physical computing yang bersifat open source. Pertama-tama perlu dipahami bahwa kata “platform” di sini adalah sebuah pilihan kata yang tepat. Arduino tidak hanya sekedar sebuah alat pengembangan, tetapi ia adalah 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 memory microcontroller Arduino Nano adalah salah satu papan pengembangan mikrokontroler yang berukuran kecil, lengkap dan mendukung penggunaan breadboard.Arduino Nano diciptakan dengan basis mikrokontroler ATmega328 (untuk
Arduino Nano versi 3.x) atau ATmega 168 (untuk Arduino versi 2.x). Arduino Nano kurang lebih memiliki fungsi yang sama dengan Arduino Duemilanove, tetapi dalam paket yang berbeda. Arduino Nano tidak menyertakan colokan DC berjenis Barrel Jack, dan dihubungkan ke komputer menggunakan port USB Mini-B. Arduino Nano dirancang dan diproduksi oleh perusahaan Gravitech.
Gambar 2.9 Bagian Depan Arduino Nano
Gambar 2.10 Bagian Belakang Arduino Nano
2.6.1Konfigurasi Pin Arduino Nano
Konfigurasi pin Arduino Nano.Arduino Nano memiliki 30 Pin. Berikut Konfigurasi pin Arduino Nano.
1. VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan catu daya digital.
2. GND merupakan pin ground untuk catu daya digital.
3. AREF merupakan Referensi tegangan untuk input analog. Digunakan denga fungsi analog Reference().
4. RESET merupakan Jalur LOW ini digunakan untuk me-reset (menghidupkan ulang) mikrokontroler. Biasanya digunakan untuk menambahkan tombol reset pada shield yang menghalangi papan utama Arduino
5. Serial RX (0) merupakan pin yang berfungsi sebagai penerima TTL data serial.
6. Serial TX (1) merupakan pin yang berfungsi sebagai pengirim TT data serial.
7. External Interrupt (Interupsi Eksternal) merupakan pin yang dapat dikonfigurasi untuk memicu sebuah interupsi pada nilai yang rendah, meningkat atau menurun, atau perubahan nilai.
8. Output PWM 8-Bitmerupakan pin yang berfungsi untuk analogWrite( ).
9. SPI merupakan pin yang berfungsi sebagai pendukung komunikasi.
10. LED merupakan pin yang berfungsi sebagai pin yag diset bernilai HIGH, maka LED akan menyala, ketika pin diset bernilai LOW maka LED padam.
LED Tersedia secara built-in pada papan Arduino Nano.
11. Input Analog (A0-A7) merupakan pin yang berfungsi sebagi pin yang dapat diukur/diatur dari mulai Ground sampai dengan 5 Volt, juga memungkinkan untuk mengubah titik jangkauan tertinggi atau terendah mereka
menggunakan fungsi analogReference().
Tabel 2.1 Konfigurasi Pin Arduino Nano
Nomor Pin Arduino Nano Nama Pin Arduino Nano
1 Digital Pin 1 (TX)
2 Digital Pin 0 (RX)
3&28 Reset
4&29 GND
5 Digital Pin 2
6 Digital Pin 3 (PWM)
7 Digital Pin 4
8 Digital Pin 5 (PWM)
9 Digital Pin 6 (PWM)
10 Digital Pin 7
11 Digital Pin 8
12 Digital Pin 9 (PWM)
13 Digital Pin 10 (PWM-SS)
14 Digital Pin 11 (PWM –MOSI)
Nomor Pin Arduino Nano Nano Pin Arduino Nano
15 Digital Pin 12 (MIS O)
16 Digital Pin 13 (SCK)
18 AREF
19 Analog Input 0
20 Analog Input 1
21 Analog Input 2
22 Analog Input 3
23 Analog Input 4
24 Analog Input 5
25 Analog Input 6
26 Analog Input 7
27 VCC
30 Vin
Gambar 2.11 Konfigurasi Pin Layout Arduino Nano
2.6.2Spesifikasi Arduino Nano
Berikut ini adalah Spesifikasi yang dimiliki oleh Arduino Nano:
1. MikrokontrolerAtmel ATmega168 atau ATmega328 2. 5 V Tegangan Operasi
3. 7-12VInput Voltage (disarankan) 4. 6-20VInput Voltage (limit)
5. Pin Digital I/O14 (6 pin digunakan sebagai output PWM) 6. 8 Pin Input Analog
7. 40 mA Arus DC per pin I/O
8. Flash Memory16KB (ATmega168) atau 32KB (ATmega328) 2KB digunakan oleh Bootloader
9. 1 KbyteSRAM (ATmega168) atau 2 Kbyte(ATmega328) 10. 512 ByteEEPROM (ATmega168) atau 1Kbyte (ATmega328) 11. 16 MHz Clock Speed
12. Ukuran1.85cm x 4.3cm
2.7 Relay
Relay adalah saklar (switch) yang dioperasikan secara listrik dan merupakan komponen Electromechanical (Elektromekanikal) yang terdiri dari 2 bagian utama yakni elektromagnet (coil) dan mekanikal (seperangkat kontak saklar/switch). Relay menggunakan Prinsip elektromagnetik untuk menggerakkan kontak saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi. Sebagai contoh, dengan relay yang menggunakan elektromagnet 5V dan 50 mA mampu menggerakan armature relay (yang berfungsi sebagai saklarnya) untuk menghantarkan listrik 220V 2A. Pada relay terdapat sebuah kumparan yang berinti besi yang bilamana kumparan tersebut dialiri listrik maka kumparan tersebut akan menjadi magnet dan menarik plat sehingga terjadilah kontak.
Saat kontak tersambung maka aliran listrik pada beban akan mengalir.
Gambar 2.12 Struktur Sederhana Relay
Berdasarkan gambar diatas, iron core (besi) yang dililitkan oleh kumparan coil berfungsi untuk mengendalikan iron core tersebut. Ketika kumparan coil di berikan arus listrik, maka akan timbul gaya elektromagnet sehingga akan menarik Armature berpindah posisi yang awalnya NC (tertutup) ke posisi NO (terbuka) sehingga menjadi saklar yang dapat menghantarkan arus listrik di posisi NO. Posisi Armature yang tadinya dalam kondisi CLOSE akan menjadi OPEN atau terhubung. Armature akan kembali keposisi CLOSE saat tidak dialiri listrik. Coil yang digunakan untuk menarik Contact Point ke posisi CLOSE umunnya hanyak membutuhkan arus llistrik yang relatif kecil.
Adapun fungsi relay sebagai berikut :
1. Relay digunakan untuk menjalankan fungsi logika (Logic Function)
2. Relay digunakan untuk memberikan fungsi penundaan waktu (Time Delay Function) 3. Relay digunakan untuk mengendalikan sirkuit tegangan tinggi dengan bantuan dari signal tegangan rendah.
4. Ada juga relay yang berfungsi untuk melindungi motor ataupun komponen lainnya dari kelebihan tegangan ataupun hubung singkat (Short).
2.8 Sensor Arus
Sensor arus digunakan untuk mengukur arus listrik melewati titik tertentu pada waktu tertentu. Allegro ACS712 menjadi solusi ekonomis dan tepat untuk sensor arus AC atau DC dalam sistem industri, komersial, dan komunikasi. Perangkat ini terdiri dari rangkaian sensor Hall linear yang presisi. Arus yang diterapkan yang mengalir melalui jalur konduksi tembaga ini menghasilkan medan magnet yang dibacaoleh IC Hall terintegrasi dan diubah menjadi tegangan proporsional. Keakurasian perangkat dioptimalkan melalui kedekatan sinyal magnetik dengan transduser Hall.
Sensor ini memiliki pembacaan dengan ketepatan yang tinggi, karena didalamnya terdapat rangkaian low-offset linear Hall dengan satu lintasan yang terbuat dari tembaga. Cara kerja sensor ini adalah arus yang dibaca mengalir melalui kabel tembaga yang terdapat didalamnya yang menghasilkan medan magnet yang di tangkap oleh integrated Hall IC dan diubah menjadi tegangan proporsional. Ketelitian dalam pembacaan sensor dioptimalkan dengan cara pemasangan komponen yang ada
didalamnya antara penghantar yang menghasilkan medan magnet dengan hall transducer secara berdekatan. Persisnya, tegangan proporsional yang rendah akan menstabilkan Bi CMOS Hall IC yang didalamnya yang telah dibuat untuk ketelitian yang tinggi oleh pabrik. tata letak posisi I/O dari sensor arus dan kegunaan dari masing-masing pin dari sensor arus ACS712. Hambatan dalam penghantar sensor sebesar 1,2 mΩ dengan daya yang rendah. Jalur terminal konduktif secara kelistrikan diisolasi dari sensor leads/mengarah (pin 5 sampai pin 8). Hal ini menjadikan sensor arus ACS712 dapat digunakan pada aplikasi-aplikasi yang membutuhkan isolasi listrik tanpa menggunakan opto-isolator atau teknik isolasi lainnya yang mahal.
Gambar 2.13 Sensor Arus Acs712 Spesifikasi Sensor Arus ACS712:
1.Berbasis ACS712 dengan fitur:
Waktu kenaikan perubahan luaran = 5 µs.
Lebar frekuensi sampai dengan 80 kHz.
Total kesalahan luaran 1,5% pada suhu kerja TA= 25°C.
Tahanan konduktor internal 1,2 mΏ.
Tegangan isolasi minimum 2,1 kVRMS antara pin1-4 dan pin 5-8.
Sensitivitas luaran 185 mV/A.
Mampu mengukur arus AC atau DC hingga 5 A.
Tegangan luaran proporsional terhadap masukan arus AC atau DC.
2. Tegangan kerja 5 VDC.
3. Dilengkapi dengan penguat operasional untuk menambah sensitivitas luaran. Sensor ini memiliki pembacaan dengan ketepatan yang tinggi, karena di dalamnya terdapat rangkaian offset rendah linier medan dengan satu lintasan yang terbuat dari tembaga.
Cara kerja sensor ini adalah arus yang dibaca mengalir melalui kabel tembaga yang terdapat didalamnya yang menghasilkan medan magnet yang di tangkap oleh IC medan terintegrasi dan diubah menjadi tegangan proporsional. Ketelitian dalam pembacaan sensor dioptimalkan dengan cara pemasangan komponen yang ada di dalamnya antara penghantar yang menghasilkan medan magnet dengan tranducer medan secara berdekatan.
2.9 Sensor Tegangan
Mikrokontroller mampu membaca input tegangan antara 0-5 V DC dan akan diukur tegangan itu menjadi nilai 10-bit, atau dari 0-1023. Jika pada tegangan 0 V ke input, maka nilai analog 0 dan jika 5 V maka nilai analog 1023 dan apapun di antaranya akan sebanding dengan tegangan pada input. Untuk membaca pin analog, digunakan perintah analogRead() dengan pin analog (A0-A5). Pada dasarnya, sensor tegangan 25V memiliki 5 pin. Dua buah pin merupakan pin yang dihubungkan ke sumber tegangan eksternal yang perlu diukur dan tiga merupakan pin header ditandai dengan S, + dan -.
Pin S adalah pin “Sense” dan harus terhubung dengan Input Analog dari Arduino. Pin "-
" harus terhubung ke GND Arduino. Pin yang ditandai sebagai "+" tidak terhubung dengan apapun (Pin N / C).
2.10 Transformator
Transformator merupakan suatu peralatan listrik yang bisa memindahkan energi listrik atau mengubah energi listrik bolak-balik dari satu level ke level tegangan yang lain berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Induksi elektromagnetik dapat terjadi karena pada kedua ujung kumparan terjadi perubahan jumlah garis- garis gaya medan magnet.
Pada umumnya transformator terdiri atas sebuah inti yang terbuat dari besi berlapis dan dua buah kumparan yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder dan
bersifat induktif yang berpisah secara elektris namun berhubungan secara magnetis melalui jalur yang memiliki reluktansi (reluctance) rendah.
Gambar 2.14 Struktur Trafo
Ketika kumparan primer dialiri arus AC (bolak-balik) maka akan menimbulkan medan magnet atau fluks magnetik disekitarnya. Kekuatan medan magnet (densitas fluks magnet) tersebut dipengaruhi oleh besarnya arus listrik yang dialirinya. Semakin besar arus listriknya semakin besar pula medan magnetnya. Fluktuasi medan magnet yang terjadi di sekitar kumparan pertama (primer) akan menginduksi GGL (gaya gerak listrik) dalam kumparan kedua (sekunder) dan akan terjadi pelimpahan daya dari kumparan primer ke kumparan sekunder. Dengan demikian, terjadilah pengubahan taraf tegangan listrik baik dari tegangan rendah menjadi tegangan yang lebih tinggi maupun dari tegangan tinggi menjadi tegangan yang rendah.
2.11 LCD 16×2
Liquid Crystal Display atau yang lebih dikenal dengan sebutan LCD merupakan sebuah komponen yang sering digunakan dalam aplikasi mikrokontroler. Arduino mendukung LCD keluarga Hitachi HD44780. Untuk aplikasi yang menggunakan LCD dibutuhkan pula sebuah potensiometer yang digunakan untuk mengatur tingkat kecerahan dari karakter yang akan ditampilkan di LCD. Pada sebuah LCD (Liquid Crystal Display) dapat ditampilkan angka-angka, huruf huruf, bahkan symbol tertentu.
LCD mempunyai kegunaan yang lebihdibandingkan dengan seven-segment LED. Ada banyak variasi bentuk dan ukuran LCD yang tersedia jumlah baris 1-4 dengan jumlah karakter per baris8,16, 20,40, dll. Display elektronik adalah salah satu komponen
elektronika yang berfungsi sebagai tampilan suatu data, baik karakter, huruf ataupun grafik.
Gambar 2.15 LCD 16×2
LCD adalah lapisan dari campuran organik antara lapisan kaca bening dengan elektroda transparan indium oksida dalam bentuk tampilan seven-segment dan lapisan elektroda pada kaca belakang. Ketika elektroda diaktifkan dengan medan listrik (tegangan), molekul organik yang panjang dan silindris menyesuaikan diri dengan elektroda dari segmen. Lapisan sandwich memiliki polarizer cahaya vertikal depan dan polarizer cahaya horisontal belakang yang diikuti dengan lapisan reflektor. Cahaya yang dipantulkan tidak dapat melewati molekul- molekul yang telah menyesuaikan diri dan segmen yang diaktifkan terlihat menjadi gelap dan membentuk karakter data yang ingin ditampilkan.
Fungsi Pin LCD (Liquid Cristal Display) 16×2 :
1. DB0 – DB7 adalah jalur data (data bus) yang berfungsi sebagai jalur komunikasi untuk mengirimkan dan menerima data atau instruksi dari mikrokontrooler ke modul LCD.
2. RS adalah pin yang berfungsi sebagai selektor register (register sellect) yaitu dengan memberikan logika low (0) sebagai register perintah dan logika high (1) sebagai register data.
3. R/W adalah pin yang berfungsi untuk menentukan mode baca atau tulis dari data yang terdapat pada DB0 – DB7. Yaitu dengan memberikan logika low (0) untuk fungsi read dan logika high (1) untuk mode write.
4. Enable (E), berfungsi sebagai Enable Clock LCD, logika 1 setiap kali pengiriman atau pembacaan data.
BAB 3
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM
3.1 Metedologi Perancangan 3.1.1 Tahap Persiapan
Tahap 1 : Pendesainan Prototipe Alat
Pada tahap ini kegiatan yang dilakukan adalah mendesain Alat dengan menggunakan software google sketch-up 2016. Pada tahap ini akan di desain komponen-komponen alat yaitu desain ruang alat sebagai tempat sistem.
Tahap 2 : Pembuatan Prototipe Alat
Ruang alat dibuat berbentuk persegi dari bahan akrilik.
Tahap 3 : Pembuatan Rangkaian Alat
Pada tahap ini akan dilakukan pembuatan rangkaian alat yang berfungsi untuk melakukan akusisi data secara otomatis yang diperoleh sistem.
Tahap 4 : Pengujian
Pada tahap ini akan dilakukan pengujian objek dengan memvariasikan sampel alat elektronik yang berbeda.
Tahap 5 : Analisa Data
Pada tahap ini akan dilakukan analisa terhadap data yang diperoleh dari hasil pengujian. Analisa ini meliputi mengeplotan data dalam bentuk tabel sehingga dapat dilihat dan dibuktikan keakuratan hasil pembacaan sistem.
3.1.2 Tahap Pembuatan Sistem
Pada tahap ini akan dilakukan pembuatan rangkaian alat yang berfungsi untuk melakukan akusisi data secara otomatis yang diperoleh sensor. Adapun tahapan- tahapan pelaksanaan pada tahap ini sebagai berikut:
a.Mendesain layout rangkaian dengan software Eagle.
b. Mencetak hasil layout pada kertas foto dengan menggunakan printer laser Z . c. Mencetak hasil cetakan pada PCB dengan cara memanaskanya pada suhu 160 0C kemudian dilarutkan dengan menggunakan larutan FeCl2.
d .Memasang komponen- komponen elektronik sesuai dengan jalur yang telah dibuat pada layout rangkaian.
Gambar 3.1 Rangkaian Board PCB
3.1.3 Tahap Pengujian Analisis dan Kesimpulan
Dalam menyusun tugas akhir ini penulis melakukan beberapa penerapan metode penelitian untuk menyelesaikan permasalahan. Metode penelitian yang dilakukan adalah dengan cara:
a) Studi pustaka untuk mengumpulkan, mempelajari serta menyeleksi bahan-bahan tentang pemograman berbasis mikrokontroller Arduino.
b) Pengumpulan data yang berhubungan dengan tugas akhir.
Data yang dibutuhkan adalah data-data tentang komponen-komponen elektronika yang akan digunakan dalam perancangan alat.
c) Analisis Sistem.
Melakukan analisis terhadap program yang akan dibuat serta komponen- komponen elektronika yang digunakan.
d) Perancangan sistem.
Merancang suatu sistem yang dapat menyuplai daya sementara berbasis mikrokontroller atmega328. Termasuk perancangan susunan rangkaian elektronika.
e) Impelentasi Sistem (Coding).
Menyusun kode program untuk sistem UPS berbasis mikrokontroller atmega328.
f) Testing
Melakukan pengujian sistem yang telah dibuat sehingga dapat melakukan perbaikan sistem apabila ditemukan kesalahan pada sistem.
g) Dokumentasi Sistem.
Pembuatan dokumentasi sistem,lengkap dengan analisis yang telah diperoleh.
Analisis Sistem Sedang Berjalan
Bahasa Pemograman yang digunakan pada alat adalah Bahasa Pemograman Arduino yang dimana bahasa pemograman Arduino adalah sebuah kit elektronik open source yang dirancang khusus dengan kemampuan komputasi yang dapat berinteraksi secara lebih dekat dengan dunia nyata dibandingkan komputer biasa, untuk memudahkan bagi para seniman, desainer, dan siapapun yang tertarik dalam menciptakan objek atau mengembangkan perangkat elektronik yang dapat berinteraksi dengan bermacam-macam sensor dan pengendali Arduino dapat di operasikan dengan cara menginstal terlebih dahulu software atau aplikasi pendukung untuk memprogram mikrokontroler arduino berupa program Sederhana, dengan programming environment turunan dari bahasa pemrograman C yang mudah dimengerti.
3.2 Perancangan Sistem
Perancangan merupakan suatu tahap yang sangat penting didalam penyelesaian pembuatan suatu alat ukur. Pada perancangan dan pembuatan alat ini akan ditempuh beberapa langkah yang termasuk kedalam langkah perancangan antara lain pemiihan komponen yang sesaui dengan kebutuhan serta pembuatan alat.
Tujuan perancangan adalah untuk memudahkan dalam pembuatan suatu alat serta mendapatkan suatu alat yang baik seperti yang diharapkan dengan memperhatikan penggunaan komponen dengan harga ekonomis serta mudah didapat dipasasaran. Selain itu, perancangan juga bertujuan untuk membuat solusi dari suatu permasalahan dengan penggabungan prinsip-prinsip elektronik dan mekanik, serta dengan literature dengan proyek yang ada.
3.2.1 Diagram Blok Sistem
Gambar 3.2 Diagram Blok
3.2.2 Perancangan Rangkaian
3.2.2.1 Rangkaian Mikrokontrroler
Rangkaian sistem minimum mikrokontroler ATMega328 dapat dilihat pada gambar di bawah ini :
Gambar 3.3 Perancangan Mikrokontroler
PLN
Switch Power Change Over
Batera i
INVERTER
Beban
Mikro Controller
Tombol
Rangkaian tersebut berfungsi sebagai pusat kendali dari seluruh sistem yang ada.
Komponen utama dari rangkaian ini adalah IC Mikrokontroler ATMega328. Semua program diisikan pada memori dari IC ini sehingga rangkaian dapat berjalan sesuai dengan yang dikehendaki.
Mikrokontroller ATmega 328 memiliki arsitektur Harvard, yaitu memisahkan memori untuk kode program dan memori untuk data sehingga dapat memaksimalkan kerja. Instruksi – instruksi dalam memori program dieksekusi dalam satu alur tunggal, dimana pada saat satu instruksi dikerjakan instruksi berikutnya sudah diambil dari memori program. Konsep inilah yang memungkinkan instruksi – instruksi dapat dieksekusi dalam setiap satu siklus clock. 32 x 8-bit register serba guna digunakan untuk mendukung operasi pada ALU (Arithmatic Logic unit) yang dapat dilakukan dalam satu siklus. 6 dari register serbaguna ini dapat digunakan sebagai 3 buah register pointer 16- bit pada mode pengalamatan tidak langsung untuk mengambil data pada ruang memori data Ketiga register pointer 16-bit ini disebut dengan register X (gabungan R26 dan R27), register Y (gabungan R28 dan R29), dan register Z (gabungan R30 dan R31).
3.2.2.2 Rangkaian Sensor Arus
Sensor arus yang digunakan dalam rangkaian ini adalah ASC712 5A. Sensor ini memiliki pembacaan dengan ketepatan yang tinggi, karena didalamnya terdapat rangkaian low-offset linear Hall dengan satu lintasan yang terbuat dari tembaga. Cara kerja sensor ini adalah arus yang dibaca mengalir melalui kabel tembaga yang terdapat didalamnya yang menghasilkan medan magnet yang di tangkap oleh integrated Hall IC dan diubah menjadi tegangan proporsional. Berikut rangkaian ACS712. Sensor arus ACS712 memiliki 5 pin, 2 pin terhubung dengan sumber tegangan VAC dan 3 pin terhubung dengan arduino. Tiga pin sensor arus yang terhubung dengan arduino adalah pin Vcc, pin out, dan pin ground. Pin Vcc terhubung dengan pin +5V pada arduino, pin out terhubung dengan pin analog A0 pada arduino, dan pin ground sensor terhubung pada pin ground arduino.Sensor arus 5 A ini merupakan modul sensor untuk mendeteksi besar arus yang mengalir lewat terminal blok menggunakan current sensor yang memanfaatkan efek Hall. Besar arus maksimum yang dapat dideteksi sebesar 5A di
mana tegangan pada pin keluaran akan berubah secara linear mulai dari 2,5 Volt (½×VCC, tegangan catu daya VCC = 5V) untuk kondisi tidak ada arus hingga 4,5V pada arus sebesar +5A atau 0,5V pada arus sebesar −5A(positif/negatif tergantung polaritas, nilai di bawah 0,5V atau di atas 4,5V dapat dianggap lebih dari batas maksimum). Perubahan tingkat tegangan berkorelasi linear terhadap besar arus sebesar 185mV / Ampere. Berikut adalah rangkaian sensor arus :
Gambar 3.4 Rangkaian Sensor Arus 3.2.2.3 Rangkaian Sensor Tegangan
Sensor tegangan yang digunakan dalam penelitian ini adalah rangkaian pembagi tegangan. Rangkaian pembagi tegangan terdiri atas dua resistor yang dihubungkan seri, kemudian dibaca oleh pin analog pada Arduino. Rangkaian pembagi tegangan ini berfungsi untuk membagi tegangan atau mengurangi tegangan yang masuk pada arduino (range 0 hinga 5 volt) sehingga tidak merusak arduino. Rangkaian pembagi tegangan ini ditambahkan buffer berupa kapasitor sebagai penyaring noise. Berikut adalah rangkaian tegangan pada penelitian ini:
Gambar 3.5 Rangkaian Sensor Tegangan
3.2.2.4 Skema Rangkaian Charger
Rangkaian ini berfungsi untuk menghasilkan tegangan pengecasan terhadap baterai. ICXL4015 bekerja menjaga tegangan konstan 14.1 volt untuk dapat mengisi baterai sampai penuh.
Gambar 3.6 Skema Rangkaian Charger
Rangkaian charger ini digunakan untuk mencharge accu saat jala-jala PLN bekerja normal. Rangkaian ini bekerja secara otomatis, artinya ketika accu memerlukan pengisian maka rangkaian ini akan mencharge accu dan ketika accu dalam keadaan normal maka rangkaian akan mendischarge accu.
3.2.2.5 Rangkaian Trafo
Gambar 3.7 Rangkaian Trafo
3.2.2.6 Rangkaian LCD
Penampil data yang digunakan dalam penelitian ini adalah LCD 16x2. LCD 16x2 memiliki 2 baris yang mampu memuat 16 karakter. Rangkaian dari LCD ini dihubungkan ke pin digital Arduino dan dapat diatur kecerahannya dengan mengunakan potensiometer. Berikut adalah rangkaian LCD 16x2 pada penelitian ini:
Gambar 3.8 Rangkaian LCD 16 x 2 3.2.2.7 Rangkaian Keseluruhan
Mikrokontroler yang digunakan dalam rangkaian ini adalah Arduino Uno.
Arduino Uno dalam rangkaian ini berfungsi sebagai pengontrol jalannya rangkaian.
Gambar 3.9 Rangkaian Keseluruhan
3.2.3 Perancangan Perangkat Lunak Sistem 3.2.3.1 LCD
#include <LiquidCrystal.h>
// initialize the library by associating any needed LCD interface pin // with the arduino pin number it is connected to
const int rs = 8, en = 9, d4 = 4, d5 = 5, d6 = 6, d7 = 7;
LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7);
void setup() {
// set up the LCD's number of columns and rows:
lcd.begin(16, 2);
// Print a message to the LCD.
lcd.print ("NATASYA");
}
void loop() {
// set the cursor to column 0, line 1
// (note: line 1 is the second row, since counting begins with 0):
lcd.setCursor(0, 1);
// print the number of seconds since reset:
lcd.print(millis() / 1000);
}
3.2.3.2 Sensor Arus
Pada pengujian rangkaian Sensor Arus dilakukan dengan menjalankan program berikut :
#include <LiquidCrystal.h>
void loop() {
digitalWrite(ledPin, HIGH);
Vin = analogRead(sensorV);
delay(100);
digitalWrite(ledPin, LOW);
Iout = analogRead(sensorI);
if (Iout < 0) Iout = 0;
delay(100);
lcd.setCursor(0, 1);
sprintf(buffer,"V:%2d.%1d I:%4d mA",Vin/10,Vin%10,Iout);
lcd.print(buffer);
}
3.2.3.3 Sensor Tegangan
Sensor tegangan AC mengeluarkan sinyal analog yang hasil pembacaan oleh sensor secara langsung diterima arduino melalui pin ADC (Analog Digital Converter), dimana dalam penelitian ini menggunakan pin A1 pada board Arduino. Dengan program sebagai berikut :
#include <Wire.h>
int Volt1;
int Volt;
void setup() {
Serial.begin(9600);
Serial.println("Voltage: ");
}
void loop() {
Volt1=analogRead(0);
Volt=((Volt1*0.00489)*5);
Serial.print(Volt);
Serial.println("V");
delay(1000);
}
3.3 Flow Chart
Gambar 3.10 Flowchart Sistem
BAB 4
PEMBAHASAN HASIL PENGUKURAN
4.1 Analisis Hasil Pengukuran 4.1.1 Pengujian Sensor Arus
Pengujian sensor arus dilakukan untuk mengetahui performansi arus ACS712 dan memastikan ke akurasiannya dengan pembaca arus.
Tabel 4.1 Data Hasil Pengujian Sensor Arus
V
OutR (Ω) I
AvoA
71212,1 11,1 1,10 1,11
13, 8 10 1,38 1,40
12,5 12 0,95 0,96
4.1.2 Pengujian Sensor Tegangan
Pengujian pada sensor tegangan dilakukan dengan mengukur keluaran dari rangkaian pembagi tegangan pada 2 buah resistor. Pengujian sensor tegangan dilakukan untuk menguji pembacaan sensor tegangan yang dibandingkan dengan pembacaan menggunakan multimeter. Pengujian ini dilakukan sebanyak 4 kali percobaan dengan menggunakan tegangan masukan dari power supply variabel.
Tabel 4.2 Data Hasil Pengujian Sensor Tegangan
V V
AvoV
Sensor12 12,10 12,05
12,5 12,45 12,40
13,0 13,15 13,05
13,5 13,60 13,60
4.2 Uji Kerja Alat
Tabel 4.3 Uji Kerja Alat
PLN Baterai Status
On On Lampu On
Off On Lampu On
On Off Lampu On
Off Off Lampu Off
Gambar 3.11 Gambar Uji Alat
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari perancangan dan pengujian alat dapat disimpulkan sebagai berikut :
UPS (uninteruptible power supply) bekerja dengan baik, pada saat energi utama mati maka secara otamatis energi cadangan mengambil alih daya untuk menyalakan lampu.
5.2 Saran
Beberapa saran untuk pengembangan penelitian lebih lanjut adalah sebagai berikut : 1. Dengan beberapa pengembangan dan penyempurnaan sistem dari alat ini
akan dapat lebih sempurna lagi hasilnya.
2. Pemrograman yang telah ada lebih disederhanakan lagi,dan dijelaskan lebih detail agar lebih mudah dipahami
DAFTAR PUSTAKA
https://docplayer.info/40198346-Tugas-akhir-pengoperasian-ups-uninteruptible-power- supply-sebagai-sumber-tenaga-cadangan-di-pt-rcti.html (Diakses pada tanggal 20
April 2020).
https://www.slideshare.net/donnybandit/bab-iii-sistem-kerja-ups-uninterruptible-power- system-pada-central-control-room- (Diakses pada tanggal 30 April 2020).
https://www.academia.edu/33763047/Rancang_Bangun_Battery_Charger_Dengan_Met ode_Incremental_Conductance_Menggunakan_Arm_Stm32f4. (Diakses pada tanggal 1 Mei 2020).
Kadir, A. 2017. Pemrograman Arduino dan Processing. Jakarta : PT Elex Media Komputindo.
Budiharto, W. 2008. Panduan Praktikum Mikrokontroler AVR ATmega16. Jakarta : PT Elex Media Komputindo.
Ardian.2008.Deskripsi Pin ATMega8.Jakarta: Erlangga
Lampiran-1 Data sheet Sensor Arus
Spesifikasi Sensor ACS712 : 1. Rise time output = 5 μs.
2. Bandwidth sampai dengan 80 kHz.
3. Total kesalahan output 1,5% pada suhu kerja TA= 25°C . 4. Tahanan konduktor internal 1,2 mΩ.
5. Tegangan isolasi minimum 2,1 kVRMS antara pin 1-4 dan pin 5-8.
6. Sensitivitas output 185 mV/A.
7. Mampu mengukur arus AC atau DC hingga 30 A.
8. Tegangan output proporsional terhadap input arus AC atau DC.
9. Tegangan kerja 5 VDC.
Untuk mengukur arus yang melewati sensor ini digunakan rumus tegangan pada pin Out = 2,5 ± ( 0,185 x I ) Volt, dimana I = arus yang terdeteksi dalam satuan Ampere.Sensor Arus ACS 712 dapat digunakan sebagai sensor untuk membaca aliran arus listrik maupun sebagai proteksi dari beban berlebih. Sensor ini biasanya gunakan pada project yang berbasis mikrokontroller seperti Arduino dan AVR.
Lampiran-2
Data Sheet Sensor Tegangan
a. Variasi Tegangan masukan: DC 0 - 25 V
b. Deteksi tegangan dengan jangkauan: DC 0.02445 V - 25 V c. Tegangan resolusi analog: 0,00489 V
d. Tegangan DC masukan antarmuka: terminal positif dengan VCC, negatif dengan GND
e. Output Interface: "+" Koneksi 5 / 3.3V, "-" terhubung GND, "s"
terhubung Arduino pin A0
f. DC antarmuka masukan: red terminal positif dengan VCC, negatif dengan GND
Lampiran-3
Pemrograman Keseluruhan Sistem
#include <LiquidCrystal.h>
const int rs = 8, en = 9, d4 = 4, d5 = 5, d6 = 6, d7 = 7;
LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7);
int Vin;
int ledPin = 13;
int sensorV = A0;
int sensorI = A1;
int Iout;
char buffer[17];
void setup() {
// set up the LCD's number of columns and rows:
lcd.begin(16, 2);
// Print a message to the LCD.
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print("Natasya UPS");
pinMode(ledPin, OUTPUT);
}
void loop() {
digitalWrite(ledPin, HIGH);
Vin = analogRead(sensorV);
delay(100);
digitalWrite(ledPin, LOW);
Iout = analogRead(sensorI);
if (Iout < 0) Iout = 0;
delay(100);
lcd.setCursor(0, 1);
sprintf(buffer,"V:%2d.%1d I:%4d mA",Vin/10,Vin%10,Iout);
lcd.print(buffer);
}
Lampiran-4
Gambar Rangkaian Alat
