SISTEM CHARGING PADA MOBIL LISTRIK
TUGAS AKHIR
Oleh :
ARGON PUJI NUGROHO
3211001039
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
POLITEKNIK NEGERI BATAM
2014
SISTEM CHARGING PADA MOBIL LISTRIK
TUGAS AKHIR
Oleh :
ARGON PUJI NUGROHO
NIM : 3211001039
Disusun untuk memenuhi salah satu syarat kelulusan Program Diploma III
Program Studi Teknik Elektronika Politeknik Negeri Batam
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA
POLITEKNIK NEGERI BATAM
i PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR
Saya yang bertandatangan dibawah ini menyatakan bahwa isi sebagian maupun keseluruhan Tugas Akhir saya yang berjudul : “Sistem Charging Pada Mobil Listrik” adalah hasil karya sendiri, diselesaikan tanpa menggunakan bahan-bahan yang tidak diijinkan dan bukan merupakan karya pihak lain yang saya akui sebagai karya sendiri.
Semua referensi yang dikutip atau dirujuk telah ditulis secara lengkap pada daftar pustaka.
Apabila ternyata pernyataan saya ini tidak benar, saya bersedia menerima sanksi sesuai peraturan yang berlaku.
Batam, 6 Juni 2014
Argon Puji Nugroho 3211001039
ii LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR
Tugas Akhir disusun untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Ahli Madya (A. Md.)
di
Politeknik Negeri Batam Oleh
Argon Puji Nugroho 3211001039 Batam, 6 Juni 2014
Disetujui oleh :
Dosen Penguji : Dosen Pembimbing :
1. Nur Sakinah Asaad, M.T. NIK:113099 1. Didi Istardi, M.Sc. NIK:102022 2. Handri Toar, S.ST. NIK:113114 2. Hasnira, S.ST. NIK:113112
iii
SISTEM CHARGING PADA MOBIL LISTRIK
Nama Mahasiswa : Argon Puji Nugroho
NIM : 3211001039
Pembimbing 1 : Didi Istardi, M.Sc. Pembimbing 2 : Hasnira, S.ST.
Email : [email protected]
ABSTRAK
Seperti kita ketahui meningkatnya harga BBM (Bahan Bakar Minyak), maka sebagai pengganti dari BBM (Bahan Bakar Minyak) adalah dengan menggunakan baterai yang akan digunakan dibahan kendaraan sebuah mobil, agar bebas dari polusi. Maka perlu diupayakan sumber energi listrik alternatif, Sistem Charging Pada Mobil Listrik adalah catu daya yang dapat memberikan energi (daya) sementara pada peralatan elektronik yang akan dicharger selama beberapa jam.
Pada peralatan ini menggunakan komponen berupa transformator step-down 220/12 VAC yang bertujuan untuk menurunkan tegangan, diode bridge pada diode ini bertujuan sebagai penyearah tegangan dari AC disearahkan menjadi tegangan DC, kemudian kapasitor yang dipakai adalah kapasitor polar 220 µF 25 V dengan tegangan masukan pada
transformator sebesar 12 V. Kapasitor ini berfungsi sebagai perata ripple (riak) pada
tegangan keluaran penyearah.
Dalam tugas akhir ini dirancang sebuah sistem charging pada mobil listrik yang memiliki tegangan 12 V. Didalam charging digunakan peralatan penyearah berupa bridge
rectifier bertujuan untuk menyearahkan tegangan AC menjadi tegangan DC. Dari tegangan
220 VAC diturunkan menggunakan transformator step down menjadi 12VAC, kemudian ke masukan rectifier. Tegangan DC yang dihasilkan yaitu 12 V sesuai dengan kebutuhan, sistem penyearahnya menggunakan komponen diode bridge 4. Dengan luaran maksimum 13,39 VDC, kemudian keluaran tersebut disambungkan ke baterai 12VDC/35AH.
iv
CHARGING SYSTEM ON ELECTRIC CAR
Student Name : Argon Puji Nugroho
NIM : 3211001039
Supervisor1 : Didi Istardi, M.Sc. Supervisor2 : Hasnira, S.ST.
Email : [email protected]
ABSTRACT
As we have known that, the rising price of fuel (fuel oil), then in lieu of fuel (fuel oil ) is to use a battery that will be used by vehicle of car, to be free from pollution. Then it should be pursued alternative sources of electrical energy, Charging System On Electric Car is a power supply that can provide energy (power) while the electronic equipment that will charged for several hours.
In this equipment using components such as step-down transformer 220/12 VAC which aims to lower the voltage, the diode bridge rectifier diode is intended as a rectified
AC voltage into DC voltage, then the capacitor used is a polar capacitor 220 μF 25 V to
the input voltage the transformer at 12 V. These capacitors serve as levelers ripple (ripple) on the rectifier output voltage.
In this thesis designed a system of charging an electric car that has a charging voltage of 12 V. In use a rectifier bridge rectifier equipment aims to rectify AC voltage into DC voltage. Voltage of 220 VAC derived using a step-down transformer to 12 VAC, then the input to the rectifier. The resulting DC voltage is 12 V in accordance with the requirements, the system uses components diode bridge 4. The maximum of output 13.39 VDC, then the output VDC/35 connected to the battery 12 AH.
v
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Allah SWT yang telah memberikan kesempatan, kesehatan, kemampuan, kelapangan hati, pikiran, serta rahmat dan hidayahNya sehingga kami dapat menyelesaikan proyek akhir serta penulisan buku tugas akhir dengan judul “Sistem
Charging Pada Mobil Listrik” dengan baik dan lancar. Tugas akhir ini kami susun sebagai
syarat kelulusan program Diploma III Politeknik Negeri Batam.
Selama pengerjaan baik proyek akhir II maupun tugas akhir ini, kami menyadari banyak kekurangan dan hasilnya masih belum sempurna. Oleh Karena itu, saran dan kritik dari berbagai pihak kami harapkan dapat membantu untuk pengembangan sistem yang lebih baik lagi. Kami juga menyampaikan terima kasih kepada nama-nama berikut yang telah banyak membantu baik secara moril, bantuan tenaga, ilmu serta berbagi semangat sehingga kami dapat menyelesaikan proyek akhir II dan tugas akhir ini.
1. Kedua orang tua kami yang tak lepas mendoakan, merestui, membantu secara moril dan materil, memberikan berbagai pelajaran yang tak kami dapatkan di kampus, serta penyemangat terbaik yang karena jasa merekalah kami bertekad keras untuk bisa wisuda tepat waktu dengan hasil terbaik yang kami mampu. 2. Bapak Dr. Priyono Eko Sanyoto selaku Direktur Politeknik Negeri Batam.
3. Bapak Sumantri Kurniawan Risandriya, ST.MT. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro.
4. Bapak M. Syafei Gozali, MT. selaku Ketua Program Studi Teknik Elektronika yang selalu memberikan motivasi dan dorongan agar kami selalu semangat.
5. Bapak Didi Istardi, M.Sc. sebagai dosen wali kami yang telah menjadi orang tua kami selama kami menjalani pendidikan.
6. Bapak Didi Istardi, M.Sc. dan Ibu Hasnira, S.ST. sebagai dosen pembimbing atas segala bantuan dan kesabaran dalam memberikan bimbingan, arahan, dan masukan-masukan bagi kami disetiap kesempatan dan telah menjadi orang tua kami selama mengerjakan tugas akhir ini.
7. Semua dosen dan instruktur Teknik Elektro yang telah memberikan ilmu selama kami belajar di Politeknik Negeri Batam serta fasilitas, saran, kritikan yang membantu pengerjaan tugas ini dan Ibu Fanny selaku pengurus TPS yang memperlancar administrasi pengurusan proyek kami.
vi 8. Teman-teman seperjuangan dan seluruh pihak lain yang pernah membantu namun
tidak tersebutkan diatas.
Semoga Allah SWT membalas kebaikan dan ketulusan semua pihak yang telah membantu menyelesaikan tugas akhir ini. Suatu berkah yang tiada kiranya karena akhirnya perjalanan di kampus Politeknik Negeri Batam membuahkan hasil yang memuaskan. Semoga keberhasilan kami juga dapat diraih oleh teman-teman angkatan 2012 dan seterusnya.
Batam, 6 Juni 2014
vii
DAFTAR ISI
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR. ... i
LEMBAR PENGESAHAN ... ii
ABSTRAK……. ………...iii
ABSTRACK……. . ………...iv
KATA PENGANTAR.... ... v
DAFTAR ISI.. ... vii
DAFTAR GAMBAR ... ix DAFTAR TABEL ... x BAB I PENDAHULUAN ... 1 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Rumusan Masalah ... 1 1.3 Batasan Masalah ... 2
1.4 Tujuan dan Manfaat ... 2
1.5 Sistematika Penulisan ... 2
BAB II DASAR TEORI ... 3
2.1 Penyearah (Rectifier) ... 3
2.1.1 Penyearah Setengah Gelombang ... 3
2.1.2 Penyearah Gelombang Penuh ... 4
2.2 Transformator ... 7
2.2.1 Prinsip Kerja Transformator ... 7
2.2.2 Jenis-jenis Transformator ... 8
2.3 Baterai…. ... 9
2.3.1 Jenis-jenis Baterai ... 9
2.3.2 Kapasitas Baterai ... 10
2.3.3 Perhitungan Charger Baterai…. ... 10
2.3.4 Prinsip Kerja Baterai…. ... 10
BAB III PERANCANGAN SISTEM ... 12
3.1 Perancangan ... 12
3.1.1 Perancangan Box Rangkaian Rectifier ... 12
3.1.2 Perancangan Rangkaian Rectifier ... 14
viii
3.2.1 Pembuatan Rangkaian Rectifier... 15
3.2.2 Pembuatan Box Rectifier ... 16
3.3 Instrumen Penelitian ... 16
3.3.1 Pengujian Rectifier ... 17
3.3.2 Pengujian Pada Saat Charging ... 17
BAB IV HASIL DAN ANALISA DATA ... 19
4.1 Pengujian Rangkaian Rectifier ... 19
4.2 Analisa Data ... 24
4.2.1 Rangkaian Rectifier ... 24
4.2.2 Alat ... 24
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 25
4.1 Kesimpulan ... 25
4.1 Saran ... 25
DAFTAR PUSTAKA ... 26
LAMPIRAN... ... 27
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Rangkaian Penyearah Setengah Gelombang ... 3
Gambar 2.2 Bentuk Gelombang Penyearah Setengah Gelombang ... 4
Gambar 2.3 Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh Menggunakan 4 Diode ... 5
Gambar 2.4 Bentuk Gelombang Penyearah Gelombang Penuh Menggunakan 4 Diode ... 5
Gambar 2.5 Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh Sistem Centre Tap ... 6
Gambar 2.6 Bentuk Gelombang Penyearah Gelombang Penuh Sistem Centre Tap ... 6
Gambar 2.7 Transformator ... 7
Gambar 2.8 Simbol Transformator Step-Up ... 8
Gambar 2.9 Simbol Transformator Step-Down ... 9
Gambar 2.10 Baterai ... 9
Gambar 2.11 Proses Pengosongan dan Pengisian ... 11
Gambar 3.1 Diagram Blok Rectifier ... 12
Gambar 3.2 Box Rangkaian Rectifier ... 13
Gambar 3.3 Proficad Skematik Rectifier ... 14
Gambar 3.4 Layout dan Rangkaian Rectifier ... 16
Gambar 3.5 Box Rectifier ... 16
Gambar 3.6 Pengujian Rectifier ... 17
Gambar 3.7 Pengujian Rectifier Menggunakan Baterai ... 18
Gambar 4.1 Grafik Perbandingan Vo Pada Aki dan Arus... 21
Gambar 4.2 Gelombang Rectifier Tanpa Beban... 22
Gambar 4.3 Gelombang Rectifier Menggunakan Beban ... 22
Gambar 4.4 Titik Pengukuran Arus Input Rectifier ... 23
Gambar 4.5 Titik Pengukuran Arus Output Rectifier ... 23
Gambar 4.6 Titik Pengukuran Tegangan Input Rectifier ... 23
x
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Hasil Perhitungan Arus dan Jam ... 10
Tabel 3.1 Daftar dan Jumlah komponen Rangkaian Rectifier ... 18
Tabel 4.1 Pengujian Charger 1 ... 19
Tabel 4.2 Pengujian Charger 2 ... 19
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Energi merupakan suatu kebutuhan yang sangat penting dalam melakukan aktifitas ini. Semakin lama energi yang digunakan bukannya semakin bertambah tetapi semakin berkurang. Ditambah lagi pertumbuhan jumlah penduduk dunia yang semakin meningkat, mempercepat. Menipisnya cadangan energi yang dimiliki dunia. Segala usaha telah dilakukan baik. Itu dengan melakukan pencarian dan pengeboran sumber-sumber energi yang baru, sampai program dari pihak pemerintah yang melakukan program penghematan energi secara nasional.
Selain itu usaha mengubah energi konvensional (mesin bakar) menjadi energi listrik yang lebih ramah lingkungan telah banyak dilakukan pula. Sehingga muncul produsen-produsen listrik baik itu yang dibangun oleh pemerintah atau pun oleh swasta. Tapi yang ada, banyak dari produsen listrik itu menggunakan bahan bakar fosil dalam Operasi memproduksi listrik. Dan masih banyaknya masyarakat yang menggunakan. mesin bakar dalam kendaraan yang mereka gunakan. Hal ini mengakibatkan dampak polusi hasil buangan yang mencemari lingkungan baik itu air, tanah dan udara.
Dengan teknologi sekarang memaksa kita harus cerdas dalam mengatasi permasalahan energi. Di tambah lagi sekarang pemerintah akan menaikkan harga BBM (Bahan Bakar Minyak), hal ini jugalah yang mempelopori perencanaan pembuatan mobil listrik yang hemat energi dan bebas polusi sehingga tidak mencemari lingkungan baik tanah, air maupun udara.
1.2 Rumusan Masalah
Masalah-masalah yang muncul dalam pembuatan charging dan pembuatan rangkaian sistem kelistrikan meliputi :
1. Harus mengetahui cara kerja dari baterai, sebagai alat yang digunakan untuk sumber ke motor DC
2. Harus mengetahui cara kerja dari rectifier sebagai alat pengubah arus AC dari sumber ke arus DC
2
1.3 Batasan Masalah
Batasan masalah dari proyek akhir ini adalah 1. Hanya membahas rangkaian rectifier
2. Alat ini digunakan pada tegangan masukan 220 VAC dan menghasilkan tegangan luaran 12 VDC.
1.4 Tujuan dan Manfaat
Tujuannya membuat charger baterai untuk menghasilkan luaran 12 V.
Manfaat dari alat ini, di mana untuk mencharger sebuah baterai yaitu menggunakan rangkaian rectifier yang mengubah tegangan AC (Alternating Current) menjadi tegangan DC (Dirrect Current), yang digunakan untuk charging baterai.
1.5 Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan laporan merupakan bagian dari penulisan laporan yang mempunyai tujuan untuk mempermudah pembaca dalam memahami isi yang terkandung dalam laporan ini. Dalam penulisan laporan ini dibagi menjadi beberapa bagian bab berdasarkan pokok pembahasannya yaitu :
BAB I. PENDAHULUAN
Berisikan latar belakang masalah, tujuan dan manfaat, rumusan masalah, batasan masalah, metodologi penulisan, sistematika penulisan tugas akhir.
BAB II. DASAR TEORI
Pada bab ini berisi penjelasan tentang teori-teori yang digunakan penulis, untuk mendukung dalam menyelesaikan tugas akhir.
BAB III. PERANCANGAN SISTEM
Bab ini berisikan penjelasan mengenai cara kerja dari suatu charger baterai.
BAB IV. PENGUJIAN DAN ANALISA DATA
Berisikan data sistem menjelaskan tentang cara pengujian dan menganalisa sistem data tersebut.
BAB V. PENUTUP
Pada bab ini berisi kesimpulan yang ditarik penulis serta saran-saran yang dapat membantu dalam pengembangan lebih lanjut.
3
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Penyearah (Rectifier)
Rectifier adalah alat yang digunakan untuk mengubah sumber arus bolak-balik
(AC) menjadi sinyal sumber arus searah (DC). Rangkaian rectifier banyak menggunakan
transformator step down yang digunakan untuk menurunkan tegangan sesuai dengan
perbandingan transformasi transformator yang digunakan. [1]
Penyearah dibedakan menjadi 2 jenis, penyearah setengah gelombang dan penyearah gelombang penuh, sedangkan untuk penyearah gelombang penuh dibedakan menjadi penyearah gelombang penuh dengan centre tap (CT), dan penyearah gelombang penuh dengan menggunakan diode bridge.[1]
Rangkaian penyearah adalah rangkaian yang mengubah tegangan bolak balik (AC) menjadi tegangan searah (DC). Terdapat beberapa jenis rangkaian penyearah, yang masing-masing jenis memberikan hasil keluaran yang berbeda-beda terhadap bentuk tegangan DC yang keluar.[3]
2.1.1 Penyearah Setengah Gelombang
Rangkaian penyearah setengah gelombang merupakan rangkaian penyearah sederhana yang hanya menggunakan satu dioda sebagai komponen utama dalam menyearahkan gelombang AC, seperti pada Gambar 2.1 berikut.
Gambar 2.1 Rangkaian Penyearah Setengah Gelombang
Prinsip kerja dari rangkaian penyearah setengah gelombang ini adalah mengambil sisi sinyal positif dari gelombang AC dan transformator. Pada saat transformator memberikan luaran sisi positif dari gelombang AC maka diode dalam keadaan forward
4
bias sehingga sisi positif dari gelombang AC tersebut dilewatkan dan pada saat transformator memberikan sinyal sisi negatif gelombang AC maka diode dalam posisi reverse bias, sehingga sinyal sisi negatif tegangan AC tersebut ditahan atau tidak
dilewatkan seperti terlihat pada Gambar 2.2 sinyal luaran penyearah setengah gelombang berikut.
Gambar 2.2 Bentuk Gelombang Penyearah Setengah Gelombang
Besarnya tegangan luaran rata-rata pada penyearah setengah gelombang sebagai berikut.
Keterangan: Vo = Tegangan luaran (V)
Vage = Tegangan rata-rata (V)
Vm = Tegangan maksimum (V)
2.1.2 Penyearah Gelombang Penuh
Ada beberapa jenis rangkaian penyearah gelombang penuh dimana rangkaian ini dapat menyearahkan satu gelombang penuh (puncak dan lembah). Dua rangkaian penyearah gelombang penuh yaitu, menggunakan 4 diode dan 2 diode.
1. Penyearah Gelombang Penuh
Rangkaian penyearah gelombang penuh dapat dibuat dengan 2 macam yaitu, menggunakan 4 diode dan 2 diode. Untuk membuat penyearah gelombang penuh dengan 4
diode menggunakan transformator non-CT, seperti pada Gambar 2.3 berikut. 0 1 sin(wt) d(wt) 2 Vm Vo Vage πVm π π = =
∫
= ………...(2.1)5
Gambar 2.3 Rangkaian penyearah Gelombang Penuh Menggunakan 4 Diode
Prinsip kerja dari penyearah gelombang penuh dengan 4 diode diatas dimulai pada saat luaran transformator memberikan level tegangan sisi positif, maka D1, D4 pada posisi
forward bias dan D2, D3 pada posisi reverse bias sehingga level tegangan sisi puncak
positif tersebut akan di lewatkan melalui D1 ke D4. Kemudian pada saat luaran
transformator memberikan level tegangan sisi puncak negatif maka D2, D4 pada posisi forward bias dan D1, D2 pada posisi reverse bias sehingan level tegangan sisi negatif
tersebut dialirkan melalui D2, D4. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 2.4 grafik output berikut.
Gambar 2.4 Bentuk Gelombang Penyearah Gelombang Penuh Menggunakan 4 Diode
2. Penyearah Gelombang Penuh Centre Tap
Penyearah gelombang dengan 2 diode menggunakan tranformator dengan CT (Center Tap). Rangkaian penyearah gelombang penuh dengan 2 diode, seperti pada Gambar 2.5 berikut.
6
Gambar 2.5 Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh Sistem Centre Tap
Prinsip kerja rangkaian penyearah gelombang penuh dengan 2 dioda ini dapat bekerja karena menggunakan transformator dengan CT. Transformator dengan CT seperti pada gambar diatas dapat memberikan luaran tegangan AC pada kedua terminal luaran sekunder terhadap terminal CT dengan level tegangan yang berbeda fasa 180°. Pada saat terminal luaran transformator pada D1 memberikan sinyal puncak positif maka terminal luaran pada D2 memberikan sinyal puncak negatif, pada kondisi ini D1 pada posisi
forward dan D2 pada posisi reverse. Sehingga sisi puncak positif dilewatkan melalui D1.
Kemudian pada saat terminal luaran transformator pada D1 memberikan sinyal puncak negatif maka terminal luaran pada D2 memberikan sinyal puncak positif, pada kondisi ini D1 posisi reverse dan D2 pada posisi forward. Sehingga sinyal puncak positif dilewatkan melalui D2. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 2.6 luaran penyearah gelombang penuh berikut.
7 Besarnya tegangan luaran pada penyearah gelombang penuh sistem centre tap ditunjukan pada persamaan 2.3.
Vavg =
𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐
𝝅𝝅 ...(2.2) Keterangan: Vavg = Tegangan rata-rata (V)
Vm = Tegangan maksimum (V)
R = Tahanan pada beban (Ω)
2.2 Transformator
Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan mengubah
energi listrik satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain, melalui suatu gandeng magnet berdasarkan prinsip induksi-elektromagnet. Transformator adalah alat yang digunakan untuk mengubah tegangan bolak balik (AC) dari suatu nilai tertentu ke nilai yang kita inginkan terdiri dari kumparan primer dan sekunder.
Transformator digunakan pada peralatan listrik terutama yang memerlukan
perubahan atau penyesuaian besarnya tegangan bolak-balik. Misal radio memerlukan tegangan 12 V padahal listrik dari PLN 220 V, maka diperlukan transformator untuk mengubah tegangan listrik bolak-balik 220 V menjadi tegangan listrik bolak-balik 12 V dapat dilihat pada gambar 2.7.
Gambar 2.7 Transformator
2.2.1 Prinsip Kerja Transformator
Transformator adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan
tegangan bolak-balik (AC). Transformator terdiri dari dua komponen pokok yaitu: kumparan pertama (primer) yang bertindak sebagai input, kumparan kedua (skunder) yang bertindak sebagai luaran, dan inti besi yang berfungsi untuk memperkuat
8 medan magnet yang dihasilkan. Transformator bekerja ketika kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, perubahan arus listrik pada kumparan primer akan menimbulkan medan magnet yang berubah-ubah.
Transformator penurunan adalah transformator yang tegangan sekundernya lebih
rendah daripada tegangan primernya:
𝟐𝟐𝑽𝑽 𝟐𝟐𝑽𝑽
=
𝑵𝑵𝑽𝑽 𝑵𝑵𝑽𝑽=
𝑰𝑰𝑽𝑽 𝑰𝑰𝑽𝑽…...(2.7) Keterangan: Vp = Tegangan primer (V)Vs = Tegangan sekunder (V) Np = Jumlah lilitan primer Ns = Jumlah lilitan sekunder Ip = Arus Primer (A)
Is = Arus Sekunder (A)
2.2.2 Jenis – Jenis Transformator 1. Transformator Step – Up
Transformator step-up adalah transformator yang memiliki lilitan sekunder
lebih banyak daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penaik tegangan.
Transformator ini biasa ditemui pada pembangkit tenaga listrik sebagai penaik
tegangan yang dihasilkan generator menjadi tegangan tinggi yang digunakan dalam transmisi jarak jauh dapat dilihat pada Gambar 2.8.
Gambar 2.8 Simbol Transformator Step-Up 2. Transformator Step – Down
Transformator step-down adalah transformator yang memiliki lilitan
sekunder lebih sedikit dari pada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penurun tegangan. Transformator jenis ini sangat mudah ditemui, terutama dalam adaptor AC-DC dapat dilihat pada Gambar 2.9.
9
Gambar 2.9 Simbol Transformator Step-Down
2.3 Baterai
B
aterai adalah sebuah alat yang dapat menyimpan energi (umumnya energi listrik) dalam bentuk energi kimia. Fungsi baterai pada mobil berfungsi untuk menyimpan energi listrik dalam bentuk energi kimia, yang akan digunakan untuk mensuplai (menyediakan) listrik ke sistem starter, sistem pengapian, lampu-lampu dan komponen komponen kelistrikan lainnya.Gambar 2.10 Baterai
2.3.1 Jenis – jenis Baterai 1. Baterai Basah
Baterai Basah adalah media penyimpan arus listrik ini merupakan jenis paling umum digunakan. Baterai jenis ini masih perlu diberi air baterai yang dikenal dengan sebutan accu zuur.
2. Baterai Kering
Baterai Kering adalah sebuah sel atau elemen sekunder dan merupakan sumber arus listrik searah yang dapat mengubah energi kimia menjadi energi listrik.
Baterai termasuk elemen elektrokimia yang dapat mempengaruhi zat pereaksinya, sehingga disebut elemen sekunder. Kutub positif aki menggunakan lempeng oksida dan kutub negatifnya menggunakan lempeng timbale sedangkan larutan elektrolitnya adalah larutan asam sulfat.
10
2.3.2 Kapasitas Baterai
Kapasitas baterai adalah jumlah ampere jam (Ah= kuat arus atau ampere dikalikan waktu atau hours), artinya baterai dapat memberikan atau menyuplai sejumlah isinya secara rata-rata sebelum tiap selnya menyentuh tegangan atau voltase turun (drop voltage).
Untuk mencari jumlah daya dan efisiensi penggunaan pada sebuah baterai dapat menggunakan rumus sebagai berikut:
Tabel 2.1 Hasil perhitungan arus dan jam Contoh
Daya (watt) Hasil
100 W 100 W / 12 V = 8,3 A Tegangan Baterai
(Volt) Hasil
24 V 120 Ah 120 Ah / 8,3 = 14,46 Jam Baterai yang digunakan
Daya (watt) Hasil
400 W 12 V X 35 Ah = 420 Watt/jam Tegangan Baterai
(Volt) Hasil
12 V 35 Ah 420 W / 400 W = 1.05 Jam
Lama ketahanan baterai ditentukan oleh besarnya ampere baterai dan berapa watt beban.
2.3.3 Perhitungan Charger Baterai => Jumlah Daya
- Aki 35 AH x 12 Volt = 420 Watt => Waktu Pengecasan
- Aki 35 AH : 1,45 A = 25 Jam
Jadi, jika daya baterai 420 watt charger minimal dapat mencharger selama 25 jam.
2.3.4 Prinsip kerja Baterai
Bila sel dihubungkan dengan beban maka, negatif mengalir dari anoda melalui beban ke katoda, kemudian ion-ion negatif mengalir ke anoda dan ion-ion positif mengalir ke katoda. Arus listrik dapat mengalir disebabkan adanya negatif yang bergerak dari elektroda sel melalui reaksi ion antara molekul elektroda dengan molekul elektrolit sehingga memberikan jalan bagi negatif untuk mengalir.
11 1. Proses discharge pada sel berlangsung menurut skema Gambar 2.11(a). Bila sel dihubungkan dengan beban maka, negatif mengalir dari anoda melalui beban ke katoda, kemudian ion-ion negatif mengalir ke anoda dan ion-ion positif mengalir ke katoda. Arus listrik dapat mengalir disebabkan adanya negatif yang bergerak dari elektroda sel melalui reaksi ion antara molekul elektroda dengan molekul elektrolit sehingga memberikan jalan bagi negatif untuk mengalir.
2. Pada proses pengisian menurut skema Gambar 2.11(b). Dibawah ini adalah bila sel dihubungkan dengan power supply maka elektroda positif menjadi anoda dan
elektroda negative menjadi katoda dan proses kimia yang terjadi adalah sebagai
berikut.
(a) Proses pengosongan (discharge) (b) Proses pengisian (charge)
12
BAB III
PERANCANGAN SISTEM
3.1 Perancangan
Tugas akhir ini adalah merancang dan membuat aplikasi rangkaian rectifier sebagai
charger untuk mencharger sebuah
b
aterai yang berkapasitas 12 V. Dari rangkaianrectifier ini berfungsi untuk mengubah tegangan AC (Alternating Current) menjadi
tegangan DC (Direct Current). Setelah menjadi tegangan DC maka luaran menjadi 12 V kemudian dilanjutkan ke
b
aterai yang sedang dicharger, apabilab
aterai sudah mencapai nilai maksimal tegangannya, maka indikator led akan menyala. Adapun diagram blok rancangan rangkaian rectifier sebagai chargerb
aterai untuk mencharger sebuahb
aterai yang berkapasitas 12 V dapat dilihat pada Gambar 3.1.Gambar 3.1 Diagram Blok Rectifier
Dalam perancangan dan pembuatan rectifier sebagai sistem charging pada mobil listrik, transformer yang digunakan adalah transformer step down dengan tegangan 12 V dan arus 5 Ampere. Rectifier menggunakan diode bridge.
Berdasarkan Gambar 3.1 perancangan dan pembuatan alat tugas akhir ini meliputi : 1. Perancangan box rangkaian rectifier.
2. Pembuatan rangkaian rectifier. 3. Instrumen Penelitian.
3.1.1 Perancangan Box Rangkaian Rectifier
Untuk perancangan box rangkaian rectifier ini menggunakan box putih yang berukuran besar, box tersebut berisikan rangkaian yang telah dibuat. Bagian luar box tersebut terdapat switch yang memiliki fungsi sebagai on/off dan terdapat juga Jeck Banana sebagai luaran. Perancangan box ini digunakan untuk meletakkan rangkaian elektronika yaitu baterai charger dapat dilihat pada Gambar 3.2.
13
Gambar 3.2 Box Rangkaian Rectifier
Pada gambar di atas menunjukkan bagian-bagian dari box rangkaian rectifier dan
transformator terdiri dari :
1. Kipas pendingin
2. Konektor untuk sumber negatif luaran rectifier 3. Konektor untuk sumber positif luaran rectifier 4. Switch on/off
5. Led merah sebagai indikator pengisian 6. Led biru sebagai indikator aki penuh
7. Konektor untuk sumber negatif luaran rectifier 8. Konektor untuk sumber positif luaran rectifier 9. Switch on/off
10. Led biru sebagai indikator aki penuh 11. Led merah sebagai indikator pengisian
Pada gambar keterangan di atas dapat dijelaskan konektor yang berwarna hitam sebagai sumber negatif luaran pada rectifier dan konektor yang berwarna merah sebagai sumber positif luaran rectifier berupa tegangan DC (searah). Sedangkan switch on/off
rectifier berfungsi untuk menyalakan dan mematikan rangkaian rectifier. Led merah
14
3.1.2 Perancangan Rangkaian Rectifier
Berikut ini akan dijelaskan mengenai proses perancangan rectifier sebagai charger
baterai. Rangkaian rectifier mendapatkan masukan tegangan DC dari keluaran penyearah sebesar 12 V. Pada indikator LED1 berfungsi bahwa tegangan masuk dari rangkaian tersebut, sedangkan LED diaplikasikan sebagai lampu indikator saat baterai dalam keadaan penuh. Pada saat penggunaan pertama, pastikan lampu tanda penuh dalam keadaan mati, sambil cas baterai ukurlah tegangan pada baterai smpai batas skitar 13.8 V, jika sudah sampai angka 13.8 V putarlah potensiometer sehingga led menjadi terang dan proses pengisian baterai secara otomatis akan berhenti. Perancangan rangkaian rectifier secara lengkap ditunjukan pada Gambar 3.2 akan ditunjukkan hasil pendesainan rangkaian
rectifier menggunakan perangkat lunak proficad sebagai berikut :
15 Pada perancangan charger
b
aterai terdapat beberapa komponen utama yang digunakan, Sebagaimana yang sudah di jelaskan di bab II, Komponen tersebut mempunyai landasan penggunaan pada peracangan chargerb
aterai ini, adapun alasan penggunaan dari masing-masing komponen ini adalah : Komponen kapasitor yang dipakai adalah kapasitor polar 220 µF 25 V dengan tegangan masukan pada transformator sebesar 12 V. Kapasitor ini berfungsi sebagai perata ripple (riak) pada tegangan keluaran penyearah. BT151 adalah untuk pemutus dan penyambung (switching).
D1 1N4004 salah satu dioda yang dipakai bila mana tegangan pada
b
aterai sudah pada puncaknya 12 V atau lebih. Triac BT136 adalah untuk meningkatkan daya atau mengaliarkan arus. Sedangkan nilai daya yang dipilih 2 watt bertujuan untuk mereduksi hasil
panas yang dihasilkan setelah melakukan penahanan arus secara berlanjut, secara perhitungan daya total.
LED 1 adalah sebuah lampu indikator sebagai tegangan masuk pada rangakaian charger. Indicator ini bertujuan untuk memberikan petunjuk bahwasanya rangakaian charger tersebut sudah bekerja atau belum. Bila kondisi LED hidup maka arus kondisi bekerja dan sedangkan mati maka kondisi tidak bekerja.
Diode bridge pada diode ini bertujuan sebagai penyearah tegangan dari AC disearahkan menjadi tegangan DC
3.2 Pembuatan
Pada bagian pembuatan perangkat keras rangkaian rectifier akan dijelaskan proses pembuatan perangkat keras rectifier. Diantaranya pembuatan desain PCB, layout PCB dan tahap selesainya dan Box Rectifier.
3.2.1 Pembuatan Rangkaian Rectifier
Pada pembuatan perangkat keras Rectifier ini dilakukan dengan cara membuat skematik rangkaian dengan menggunakan perangkat lunak eagle 5.11.0 seperti yang terlihat pada Gambar 3.4 dibawah ini.
16 Rangkaian Rectifier yang telah selesai dibuat melalui proses yang sesuai dengan tahap pembuatan dan mendapatkan hasil yang diinginkan dapat dilihat pada Gambar 3.4 dibawah ini.
Gambar 3.4 Layout dan Rangkaian Rectifier
3.2.2 Pembuatan Box Rectifier
Berikut ini adalah hasil jadi perancangan dari kotak Box Rectifier yang telah dibuat dapat dilihat pada Gambar 3.5.
Gambar 3.5 Box Rectifier
3.3 Instrumen Penelitian
Penelitian ini membutuhkan alat dan bahan sebagai berikut: • 1 unit multimeter
• 2 buah battery 12v/35 ah • Rectifier
17
3.3.1 Pengujian Rectifier
Pada pengujian charging baterai penulis memaparkan keterangan dalam pengujian yang dapat dilihat dibawah ini.
Keterangan
Tempat : Workshop Robot ,Politeknik ruangan MRW
Waktu Pengerjaan : 05 Oktober 2013 dan 14 Januari 2014 s/d selesai Alat Ukur : KRISBOW (multumeter digital)
oscilloscope
Skala : 20 VDC
Gambar 3.6 Pengujian Rectifier
3.3.2 Pengujian Pada Saat Charging
Pada pengujian pengujian pada saat charging penulis memaparkan keterangan dalam proses Pengujian dapat dilihat dibawah ini.
Keterangan
Tempat : Workshop Robot
Waktu Pengerjaan : 5 Oktober 2013 s/d selasai 10 Januari 2014 s/d selesai
Alat Ukur : Multimeter SANWA RD 700 Analog Multimeter
KRISBOW DIGITAL MULTIMETER Skala : 20 VDC,200VAC
18
Gambar 3.7 Pengujian Rectifier Menggunakan Baterai
Tabel 3.1 Daftar dan Jumlah Komponen Rangkaian Rectifier
No. Nama Komponen Jumlah
1. SCR BT151 1
2. Kapasitor Polar 25 Volt / 220 µF 2
3. Dioda 1N4004 1 4. Resistor 330 Ω 2 5. Resistor 82 Ω 4 6. LED Merah 5mm 1 7. LED Biru 5mm 1 8. Dioda 1N4001 1 9. Resistor 1 KΩ 1
10. Dioda Zener 5.6 Volt 1
11. Triac BT136 1
12. Dioda Bridge 504 5 Volt 1
13. Resistor 100 Ω 1
14. Trimpot 100 Ω 1
19
BAB IV
HASIL DAN ANALISA DATA
4.1 Pengujian Rangkaian Rectifier
Pada Tabel 4.1 dan 4.2 dibawah ini dijelaskan bahwa pengujian ini dilakukan selama 20 menit dengan hasil pengukuran tegangan charger baterai yang berubah setiap 5 menit.
Tabel 4.1 Pengujian Charger 1
Hari : Kamis Tanggal : 16-01-2014 No Jam Tegangan Masukan 1 Tegangan Luaran 1 Arus Masukan 1 Arus Luaran 1 Tegangan Charger 1 1 15.00 13,1 V 13,81 V 78,8 mA 0,24 mA 10,87 V 2 15.05 11,9 V 14,12 V 78,8 mA 0,21 mA 10,88 V 3 15.10 11,9 V 14,15 V 78,8 mA 0,21 mA 10,88 V 4 15.15 11,8 V 14,25 V 79,0 mA 0,20 mA 10,91 V 5 15.20 12,0 V 14,27 V 79,0 mA 0,20 mA 11,12 V
Tabel 4.2 Pengujian Charger 2
Hari : Kamis Tanggal : 16-01-2014 No Jam Tegangan Masukan 2 Tegangan Luaran 2 Arus Masukan 2 Arus Luaran2 Tegangan Charger 2 1 15.00 13,2 V 5,64 V 0,24 mA 12,2 mA 11,35 V 2 15.05 13,2 V 5,76 V 0,24 mA 11,2 mA 11,36 V 3 15.10 13,2 V 5,83 V 0,23 mA 11,1 mA 11,38 V 4 15.15 13,1 V 5,83 V 0,22 mA 11,1 mA 11,38 V 5 15.20 13,3 V 5,84 V 0,22 mA 11,0 mA 11,40 V
Pengukuran keluaran pada baterai dilakukan dengan multimeter pada bagian yang diukur adalah tegangan keluaran pada baterai dan beserta arus keluaran baterai dengan pengujian yang diukur dalam waktu 20 Jam dapat dilihat pada Tabel 4.3 dan grafik perbandingannya dapat dilihat pada Gambar 4.1.
20 Tabel 4.3 Pengujian Charger
Hari: Kamis
Tanggal: 12-12-2013
No. Jam Tegangan Luaran
Rectifier (Volt) Tegangan Luaran Baterai (Volt) Arus (Ampere) 1 14.30 15,86 V 12,30 V 1,45 A 2 15.30 15,86 V 12,34 V 1,45 A 3 16.30 15,86 V 12,34 V 1,45 A 4 17. 30 15,86 V 12,36 V 1,45 A 5 18. 30 15,86 V 12,36 V 1,11 A 6 19. 30 15,86 V 12,38 V 1,11 A 7 20. 30 15,86 V 12,40 V 1,11 A 8 21. 30 15,86 V 12,40 V 1,11 A 9 22. 30 15,86 V 12,42 V 1,11 A 10 23. 30 15,86 V 12,45 V 1,11 A 11 00. 30 15,86 V 12,45 V 1,11 A 12 01. 30 15,86 V 12,46 V 150 mA 13 02. 30 15,86 V 12,48 V 150 mA 14 03. 30 15,86 V 12,50 V 150 mA 15 04. 30 15,86 V 12,50 V 150 mA 16 05. 30 15,86 V 12,52 V 150 mA 17 06. 30 15,86 V 12,52 V 150 mA 18 07. 30 15,86 V 12,54 V 150 mA 19 08. 30 15,86 V 12,54 V 150 mA 20 09. 30 15,86 V 12,54 V 150 mA
21
Gambar 4.1 Grafik Perbandingan Vo Tegangan Pada Baterai dan Arus
Dari Gambar 4.1 dapat dilihat bahwa proses pengujian pengisian baterai dilakukan selama 20 jam. Proses pengisian baterai dengan tegangan charger 15,86 V dilakukan mulai dari jam 14.30 tanggal (12/12/2013) dengan tegangan awal baterai dalam keadaan kosong 12,30 V dan arus yang terukur 1,45 A. Setelah dilakukan pengisian selama 10 jam, pada jam 23.30 tanggal (12/12/2013) tegangan mengalami kenaikan yakni 12,45 V sedangkan arus pengisian mengalami penurunan menjadi 1,11 A. Setelah dilakukan pengisian selama 20 jam pada jam 09.30 tanggal (13/12/2013) tegangan yang terukur tegangan maksimal
charger 15,86 V dan arus 150 mA.
Pada saat jam 14.30-17.30 arus terukur 1,45 A kemudian arus mengalami penurunan di jam 18.30-00.30 menjadi 1,11 A sampai ke jam berikutnya arus akan semakin menurun menjadi 150 mA. Arus bisa menurun Karena lamanya waktu pemakaian yang digunakan terhadap beban.
22 Dari hasil pengujian menggunakan Oscilloscope yang dilakukan pada keadaan tanpa beban. Didapatkan bahwa tegangan yang dihasilkan saat tanpa beban lebih besar dibandingkan dengan saat menggunakan beban dan dapat dilihat pada Gambar 4.2 Gelombang Rectifier Tanpa Beban.
Gambar 4.2 Gelombang Rectifier Tanpa Beban
Volt/div =5V Tinggi kotak =3
V=Volt/div x Tinggi kotak 5 V x 3=15V
Dari hasil pengujian Gambar 4.2 dan 4.3 didapatkan bahwa tegangan maksimum dari rangkaian rectifier 15 V, tegangan minimum 12,5 V dapat dilihat pada Gambar 4.2 Gelombang Rectifier Menggunakan Beban.
Gambar 4.3 Gelombang Rectifier Menggunakan Beban
Volt/div =5V Tinggi kotak =2.5
V=Volt/div x Tinggi kotak 5 V x 2.5=12.5 V
23 Titik pengukuran arus masukan Rectifier dilakukan pada titik A dan B , dan dapat dilihat pada Gambar 4.4 dibawah ini.
Gambar 4.4 Titik Pengukuran Arus Masukan Rectifier
Titik pengukuran arus luaran Rectifier dilakukan pada titik A dan B. Dapat dilihat pada Gambar 4.5 dibawah ini.
Gambar 4.5 Titik Pengukuran Arus Luaran Rectifier
Titik pengukuran tegangan masukan Rectifier dilakukan pada titik A dan B. Dapat dilihat pada Gambar 4.6 dibawah ini.
Gambar 4.6 Titik Pengukuran Tegangan Masukan Rectifier
Multimeter + -A B Aki A B Multimeter + - B A
24 Titik pengukuran tegangan luaran Rectifier dilakukan pada titik A dan B. Dapat dilihat pada Gambar 4.7 dibawah ini.
Gambar 4.7 Titik Pengukuran Tegangan Luaran Rectifier
4.2 Analisa Data
4.2.1 Rangkaian Rectifier
Dari hasil pengujian pada rangkaian rectifier didapatkan bahwa pengujian tegangan masukan dan luaran pada rectifier yang dilakukan pada Gambar 4.6 dan 4.7. Tegangan maksimum yang dihasilkan 13,39 V. Pengujian juga dilakukan pada titik-titik yang lainnya seperti yang tertera pada Gambar 4.4 dan 4.5 dan hasilnya pada Tabel 4.1 dan 4.7 dapat diketahui bahwa tegangan pada rectifier mengalami perubahan saat charging dan not
charging.
4.2.2 Alat
Dari hasil pengujian alat diketahui bahwa, alat (charge) dapat mengisi baterai hingga penuh dengan arus maksimal 1,45 A seperti yang tertera pada Tabel 4.3 dan grafik pada Gambar 4.1 dengan waktu pengisian 20 jam. Tetapi pada lampu indukator belum dapat mengindikasikan bahwa baterai dalam keadaan penuh atau kosong secara sempurna.
Pada lampu indikator belum bisa mendeteksi baterai dalam keadaan penuh, karena pada saat pengisian baterai, baterai belum dalam keadaan kosong sepenuhnya.
Saat pengisian awal terlihat bahwa tegangan naik dan arus mulai menurun hal ini disebut constant current. Setelah beberapa saat dilakukan pengisian terlihat pada pengukuran arus mengalami penurunan yang sangat signifikan sedangkan tegangan mengalami kenaikan hal ini disebut current decreases dan baterai dikatakan penuh.
Aki A
25
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Setelah dilakukan proses perencanaan, pembuatan dan pengujian alat, dan dari data yang telah di dapat dengan spesifikasi sebagai berikut:
1. Dari alat yang telah dibuat tegangan luaran maksimum 13,39 V.
2. Charger yang dibuat dapat digunakan untuk mengisi baterai 12 V/ 35 AH.
3. Aplikasi indikator LED belum bisa berfungsi dengan sempurna untuk mendeteksi baterai penuh atau kosong.
4. Charger ini melakukan pengisian (charging) selama 20 jam. 5. Rangkaian charger dapat bekerja dengan arus 1,45 A.
5.2 Saran
Pada pengerjaan Tugas Akhir ini tentu tidak lepas dari berbagai macam kelemahan dan kekurangan, baik itu pada sistem maupun pada peralatan yang telah dibuat. Untuk memperbaiki kekurangan dari peralatan tersebut, maka perlu melakukan hal-hal sebagai berikut:
1. Kedepannya untuk pembuatan alat charging ini bisa dikembangkan lagi dengan menggunakan relay sebagai pemutus arus dan tegangan ketika saat charging.
2. Menambah kuat arus pada saat melakukan charging sehingga dapat lebih mempercepat proses pengisian (charging).
26
DAFTAR PUSTAKA
[1] Wasito S, “Vademekum Elektronika”. Jakarta: Gramedia Pustaka Utama, 2001. [2] Muhammad H.Rashid, “Elektronika Daya”, PT Prenhallindo, Jakarta, 1999.
[3] Dimas Binara, “Rectifier 500 VA”, Buku Tugas Akhir Diploma III, Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Batam, 2013
[4] Didi Istardi, “Penyearah Aplikasi”, Elektronika Daya, Teknik Elektro, Politeknik Negeri Batam, 2012.
28
BIOGRAFI PENULIS
Nama : Argon Puji Nugroho Tempat/Tanggal Lahir : Batam, 22 Maret 1992 Agama : Islam
Alamat Rumah : Griya Prima Blok B No 2, Batu Aji. Email : [email protected] No. Telp. : +625767937296 Riwayat Pendidikan : 1. SMK Negeri 1 Batam (2007-2010). 2. SMP Negeri 11 Batam (2004-2007). 3. SD Negeri 009 Batam (1998-2004).
