1310121031 amien raharja(revisi3)
DESCRIPTION
Rancang Bangun Sistem Battery Charging pada mesin pemarut kelapa menggunakan metode logika fuzzyTRANSCRIPT
-
i
PROPOSAL PROYEK AKHIR
RANCANG BANGUN SISTEM BATTERY CHARGING PADA
MESIN PEMARUT KELAPA MENGGUNAKAN METODE
KONTROL LOGIKA FUZZY
Diusulkan oleh :
Amien Raharja
NRP. 1310121031
PROGRAM STUDI D4 TEKNIK ELEKTRO INDUSTRI
POLITEKNIK ELEKTRONIKA NEGERI SURABAYA
2015
-
ii
LEMBAR PENGESAHAN
PROPOSAL PROYEK AKHIR
TAHUN 2015/2016
RANCANG BANGUN SISTEM BATTERY CHARGING PADA
MESIN PEMARUT KELAPA MENGGUNAKAN METODE
KONTROL LOGIKA FUZZY
Oleh :
Amien Raharja
NRP. 1310121031
Proposal Tugas Akhir ini Diajukan untuk
Dilanjutkan sebagai Proyek Akhir
di
Program Studi D4 Teknik Elektro Industri
Politeknik Elektronika Negeri Surabaya,
Disetujui Oleh :
Tim Penguji : Dosen Pembimbing :
1. ......................................... 1. Ainur Rofiq Nansur, ST, MT.
NIP. NIP. 196407131989031005
2. ......................................... 2. Syechu Dwitya Nugraha, S.ST, MT
NIP. NIP. 2000000051
3. .........................................
NIP.
-
iii
DAFTAR ISI
Lembar Depan i
Lembar Persetujuan ii
Daftar Isi iii
Abstrak iv
1. Pendahuluan 1
1.1. Tujuan 1
1.2. Latar Belakang 1
1.3. Perumusan Masalah dan Batasan Masalah 2
2. Tinjauan Pustaka 3
2.1. Penelitian yang pernah dilakukan 3
2.2. Teori penunjang yang digunakan dalam penelitian 5.
3. Metodologi Penentian 30
3.1. Perencanaan Sistem 30
3.2. Implementasi Sistem 31
3.3. Pengujian Hasil Penelitian 32
3.3. Kesimpulan 33
4. Hasil yang Diharapkan 33
5. Relevansi 33
6. Biaya Dan Jadwal Kegiatan 33
6.1. Anggaran Biaya 33
6.2. Jadwal Penelitian 34
7. Daftar Pustaka 36
-
iv
ABSTRAK
Mesin pemarut kelapa yang ada di pasaran banyak yang menggunakan
sumber PLN sebagai supplynya sehingga menambah beban listrik rumah
tangga dan pembayaran tagihan listrik kepada PLN. Dengan ini diperlukan
mesin pemarut kelapa yang yang memanfaatkan energi terbarukan berupa
sinar matahari dan memiliki efisiensi yang sama dengan mesin pemarut
kelapa yang ada di pasaran.Sinar matahari akan di konversi menjadi energi
listrik dengan menggunakan solar cell 150 WP yang terhubung dengan boost
konverter dan accoumulator. Boost konverter akan menaikan tegangan
keluaran solar cell menggunakan metode kontrol logika fuzzy sebagai
penyulutan PWM pada ARM STM32F407VG dari 18 Volt menjadi 52,8 Volt
yang akan disimpan di accumulator 48 Volt berkapasitas 10 Ah. Tegangan
keluaran accumulator akan dinaikan menggunakan boost konverter dari 48
Volt menjadi 80 Volt menggunakan increment dan dicrement. Boost
konverter akan dihubungan dengan inverter1 fasa fullbridge untuk
mengkonversi tegangan DC menjadi AC dari 80 Volt DC ke 56,57 Volt AC.
Tegangan keluaran inverter akan di filter oleh filter LC dan akan dinaikan
menggunakan trafo step up ratio 1 : 4 untuk menggerakan motor AC 1 fasa
220 Volt dengan daya 125 Watt. Kecepatan putar motor disensing
menggunakan Optocoupler yang data akan diolah pada ARM
STM32F407VG sebagai parameter kontrol kecepatan.
Kata kunci : Mesin Pemarut Kelapa, Kontrol Logika Fuzzy ,Boost Converter,
ARM STM32F407VG, Optocoupler,Solar Cell, Accumulator, Inverter 1 fasa,
Trafo Step Up, Motor AC.
-
1
1. PENDAHULUAN
1.1 TUJUAN
Adapun tujuan dari pembuatan tugas akhir ini dibedakan menjadi tujuan
umum dan tujuan khusus.
TUJUAN UMUM
Untuk memenuhi persyaratan akademis menyelesaikan studi pada Program
Studi Teknik Elektro Industri Program D4 di Politeknik Elektronika Negeri
Surabaya
TUJUAN KHUSUS .
Sedangkan tujuan khusus pemuatan alat pemarut kelapa hemat energi ini
adalah:
1. Mendapatkan daya maksimum solar cell yang digunakan untuk charge
accumulator.
2. Menghasilkan rangkaian charger (boost konverter) yang sesuai untuk
pengisian accumulator.
3. Memperoleh perhitungan yang tepat terhadap kebutuhan solar cell baik dari
besaran WP maupun jumlah layernya.
4. Memperoleh perhitungan yang tepat terhadap kebutuhan accumulator dari
kapasitas Ah nya.
5. Mendapatkan rule base dan membership function yang tepat untuk kontrol
logika fuzzy.
6. Mendapatkan sistem yang effisien.
1.2. LATAR BELAKANG
Indonesia merupakan negara yang akan kaya akan beranekaragam tanaman
khususnya buah kelapa yang sering dijadikan masyarakat Indonesia sebagai bahan
pembuat kue atau penyedap masakan. Dengan demikian banyak masyarakat
Indonesia yang membutuhkan mesin pemarut kelapa untuk mempermudah
pengolahan buah kelapa, namun kebanyakan pemarut kelapa yang ada di pasaran
efisiensinya sangat rendah dan masih belum hemat energi karena menggunakan
sumber listrik PLN sebagai supplynya . Indonesia juga terkenal dengan cuacanya
yang tropis dimana cahaya mataharinya sangat melimpah.
Dengan ini penulis akan membuat tugas akhir sebuah alat pemarut kelapa
dengan memanfaatkan tenaga surya sebagai supplynya. Tenaga surya akan
konversi menjadi tegangan melalui solar cell berkapasitas 150 WP yang kemudian
akan di naikkan tegangnya menggunakan Boost Converter dengan metode kontrol
-
2
logika fuzzy pada ARM STM32F407VG.Tegangan yang keluar dari solar cell 150
WP adalah 18 Volt dan akan naikan menggunakan boost converter menjadi 52,8
Volt dengan duty cycle 0,66. Tegangan dan arus yang keluar dari Boost
Converter akan disimpan dalam accumulator berkapasitas 48 Volt 10 Ah yang
outputnya akan dipasang sensor tegangan dan sensor arus sebagi monitoring dan
data yang akan diinputkan ke ARM STM32F407VG. Accumulator akan
dihubungkan dengan Boost Converter untuk menaikan tegangan DC dari 48 Volt
ke 80 Volt dengan duty cycle 0,4 kemudian dihubungkan dengan inverter 1 fasa
untuk mengubah tegangan DC ke AC. Agar output inverter 1 fasa sinus murni
maka inverter akan dihubungkan dengan rangkaian filter pasif LC untuk
mengurangi distorsi. Filter LC akan dihubungkan dengan trafo step up 1:4 untuk
menaikan tegangan dari 56,57 Volt ke 220 Volt AC. Output trafo Step Up akan
digunakan untuk mensupply motor AC 1 fasa 220 Volt 125 watt untuk
menggerakkan alat pemarut kelapa kemudian dipasang sensor kecepatan rotary
encoder yang datanya akan diinputkan ke ARM STM32F407VGuntuk proses
kontrol kecepatannya agar tetap konstan dengan menggunakan metode logika
fuzzy melaui PWM boost converter. Hasil sensing dari sensor kecepatan,
tegangan dan arus akan ditampilan pada LCD.
1.3. PERUMUSAN MASALAH DAN BATASAN MASALAH
PERUMUSAN MASALAH
Berdasarkan latar belakang pembuatan Proyek Akhir ini, rumusan masalah
yang akan diangkat meliputi:
1. Bagaimana membangkitkan energi yang bisa untuk mensupply sistem agar
bisa melakukan proses pemarutan kelapa selama 3 jam setiap harinya.?
2. Berapa jumlah Solar cell dan berapa besar kapasitas WP yang dibutuhkan
untuk menghasilkan energi yang dibutuhkan tersebut?
3. Berapa besar Ah dari accu untuk menyuplai beban motor AC yang terkoneksi
?
4. Berapa besar kapasitas inverter yang diperlukan untuk menyuplai beban
motor AC 125 watt ?
5. Bagaimana mendesain filter agar gelombang keluaran dari inverter menjadi
sinus murni atau setidaknya mendekati sinus ?
6. Bagaimana menentukan membership function, input dan output serta rule
base dari logika fuzzy yang akan digunakan ?
7. Bagaimana mendapatkan sistem yang efisien untuk proses ini ?
8. Bagaimana mendapatkan kualitas parutan kelapa yang baik dibandingkan
pada proses pemarutan secara tradisional ?
-
3
BATASAN MASALAH
Untuk menyelesaikam masalah dalam Proyek akhir ini maka perlu diberi
batasan-batasan dan asumsi sebagai berikut:
1. Motor yang digunakan Motor AC satu fasa Motor AC 1 fasa 125 W / 220
Volt
2. Tenaga listrik yang digunakan berasal dari solar cell berkapasitas 150 WP.
3. DC DC Converter yang digunakan jenis boost converter untuk menaikkan
tegangan output sari solar cell dan tegangan output pada accumulator.
4. Menggunakan metode logika fuzzy untuk mengatur PWM pada boost
converter yang menaikan tegangan output solar cell.
5. Bost converter pada output aki dikontrol menggunakan increment dicrement.
6. Inverter yang digunakan fullbridge 1 fasa dengan tegangan dan frekuensi fix.
7. Tidak membahas mekanik dari sistem pemarut kelapa.
8. Accumulator yang digunakan tegangan 48 Volt 10 Ah yang terdiri dari 4
buah accumulator tegangan 12 volt yang disusun seri.
9. Tidak membahas mengenai harmonisa yang dihasilkan oleh inverter 1 fasa.
2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. PENELITIAN YANG PERNAH DILAKUKAN (SEBAGAI
REFERENSI)
1. Andri Pradipta, Jurusan Teknik Elektro Industri, Politeknik
Elektronika Negeri Surabaya, Surabaya, Tugas Akhir Rancang bangun
inverter satu fasa dengan filter pasif untuk penggerak pompa pengairan pada
miniature sawah. Membahas tentang inverter 1 fasa yang digunakan untuk
meggerakkan motor induksi dengan daya 125 Watt yang akan digunakan
untuk pengairan sawah dengan sumber accumulator 24 Volt DC yang akan
dinaikkan menjadi 80 Volt DC dengan menggunakan boost converter,
kemudian dimasukkan ke inverter 1 fasa dengan motode SPWM dengan
efisiensi 60 % setelah difilter oleh filter LC agar keluaran dari inverter
mendekati sinus murni. Kemudian tegangan AC hasil dari inverter tersebut
dinaikkan dengan menggunakan trafo step up agar tegangan mencapai 220
Volt. Namun efisiensi menjadi 54 % setelah keluar dari trafo tersebut.
2. Faisz Kasifalham, Bambang Dwi Argo, dan Musthofa Lutfi, Jurusan
Keteknikan Pertanian - Fakultas Teknologi Pertanian - Universitas
Brawijaya Jl. Veteran, Malang 65145. 2013 Melakukan penelitian Uji
Performansi Mesin Pemarut Kelapa dan Pemeras Santan Kelapa dengan
hasil bahwa mesin pemarut dan pemeras santan kelapa mempunyai dua
proses mekanisme kerja, yaitu mekanisme transmisi daya dan mekanisme
-
4
proses pemerutan dan pemerasan. Uji performa mesin tersebut juga
menunjukkan bahwa semakin cepat putaran poros motor bakar akan
meningkatkan kapasitas kerja pemarutan, kapasitas pemerasan, rendemen
santan, dan efisiensi pemerasan dengan hubungan grafik logaritmik antara
variabel dengan parameter yang diamati. Namun, untuk kebutuhan energi
terjadi hubungan eksponensial, dengan semakin tinggi putaran poros motor
bakar akan menyebabkan penurunan kebutuhan energi.
3. Junaidi & Eka Sunitra Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Padang
Kampus Unand Limau Manis Padang 25163 tentang Rancang Bangun
Mesin Pemeras Santan Dengan Metode Kombinasi Pemarutan Dan
Pemerasan Dengan Sistem Screw dengan hasil yaitu:
1. Suatu mesin pemeras santan dalam satu rangkaian unit pemarut dan
pemeras telah dirancang dengan kapasitas 114 kg/jam santan, dan
kemudian dilakukan pembuatan.
2. Setelah dibuat kemudian mesin ini diuji dan telah berhasil menghasilkan
kapasitas santan dari rata 57,2 kg/jam menjadi 85,5 kg/jam, dan
jumlah santan dari 1,44 kg dalam 15 kelapa cukilan sampai 2,68 kg.
3. Putaran dan celah sangat berpengaruh terhadap kapasitas namun jarak
celah juga sangat berpengaruh terhadap jumlah santan, sedangkan
putaran tidak berpengaruh terhadap jumlah santan.
4. Terlihat biaya pemprosesan kelapa menjadi santan adalah lebih rendah,
sehingga harga santan dengan alat ini rendah.
4. Dwi Lestari*, Bambang Susilo, Rini Yulianingsih Jurusan Keteknikan
Pertanian - Fakultas Teknologi Pertanian - Universitas Brawijaya Jl.
Veteran, Malang 65145 tentang Rancang Bangun Mesin Pemarut dan
Pemeras Santan Kelapa Portable Model Kontinyu dengan hasil Rancang
Bangun Mesin Pemarut Dan Pemeras Santan Kelapa Portable Model
Continue adalah Mesin ini dibuat melalui hasil perhitungan analisa teknik
meliputi semua komponenya dengan beberapa macam bahan diantaranya
adalah aluminium, steenles steel dan plat besi. Mesin ini bekerja dengan
sistem kerja continue yang dapat digunakan sesuai fungsinya dan diuji
cobamenggunakan daya 0.5 HP. Kapasitas hasil pemarut sebesar 3.198
gr/menit dan kapasitas pemeras 0,021 gr/menit namun pada hasil pengamatan
kapasitas pemarut dan pemeras masing masing 8,71 gr/menit dan 6,138
gr/menit dengan karakteristik santan sedikit berwarna hitam dikarenakan
tercampur dengan kotoran sisa perbaikan mesin dan ampas yang masih
mengandung santan kar ena pemerasan yang tidak sempurna.
Dibandingkan dengan manual, mesin memiliki tingkat efisiensi yang lebih
rendah karena mesin tidak dapat bekerja dengan baik. Hasil diidentifikasi
menunjukkan letak kegagalan mesin terletak pada screw pemeras yang terlalu
rapat jarak pich dan jarak antar ruang pemerasnya.
-
5
2.2. TEORI PENUNJANG
2.2.1 Solar Cell
Solar Cell atau Photovoltaic adalah suatu alat yang dapat mengkonversi
radiasi tenaga matahari menjadi sumber energy listrik secara langsung. Dalam
sebuah modul PV (Photovoltaic) terdiri dari banyak sel surya yang bisa
terpasang secara seri maupun pararel. Surya adalah sebuah elemen
semikonduktor yang dapat mengkonversi energi surya menjadi energy listrik
atas dasar efek Photovoltaic. Solar Cell mulai banyak digunakan seiring
dengan menipisnya energy fosil serta terjadinya isu global warming. Berikut
adalah skema kinerja dari solarcell yang terdapat pada Gambar 2.2.1.1
dibawah ini.
Gambar 2.2.1.1 Skema Photovoltaic
Bentuk karakteristik keluaran dari Photovoltaic dapat dilihat dari kurva
performansi, disebut kurva V-I yang menunjukan hubungan antara tegangan
dan arus.
Gambar 2.2.1.2. Karakteristik P-V untuk level Radiasi yang berbeda
.
Gambar 2.2.1.3 Karakteristik Photovoltaic Antara tegangan dan arus
-
6
Gambar 2.2.1.2 diatas merupakan grafik karakteristik antara daya (P)
dengan tegangan (V) dengan tingkat intensitas cahaya matahari yang berbeda-
beda. Sedangkan Gambar 2.2.1.3 diatas merupakan karakteristik kurva V-I
dengan sumbu horizontal adalah tegangan (V) dan sumbu vertical kiri adalah
arus (I) dan vertikal kanan menyatakan daya (P). Pada kurva diatas dalam
standar Test Conditions 1000 Watt per meter persegi radiasi atau bisa disebut
satu matahari puncak/one peak sun hour dan 25C adalah suhu modul
Photovoltaic.
Gambar 2.2.1.4. Karakteristik P-V terhadap Temperatur
Gambar 2.2.1.5. Kurva V-I terhadap temperatur
Pada Gambar 2.2.1.4. Photovoltaic dapat beroperasi secara maksimum jika
temperatur sel photovoltaic dalam kondisi normal (25oC). semakin naiknya
temperatur photovoltaic akan melemahkan tegangan keluaran / tegangan open
circuit (Voc). Pelemahan arus ini menyebabkan berkurangnya. Pelemahan
tegangan keluaran menyebabkan berkurangnya daya keluar dari photovoltaic
seperti pada Gambar 2.2.1.5.
2.2.2 Boost Converter
a. Konverter Penaik Tegangan (BOOST CONVERTER)
Konverter boost berfungsi untuk menghasilkan tegangan keluaran yang lebih
tinggi dibanding tegangan masukannya, atau biasa disebut dengan konverter
-
7
penaik tegangan. Konverter ini banyak dimanfaatkan untuk aplikasi
pembangkit listrik tenaga surya dan turbin angin.
Seperti halnya konverter buck, konverter boost memiliki rangkaian yang
terdiri dari induktansi, kapasitor, diode frewheel, dan komponen switching
seperti Thyristor, MOSFET, IGBT, dan GTO. Proses switching pada
konverter ini juga disulut oleh PWM sebagai pengaturan duty cycle yang
sangat berpengaruh pada besar kecilnya tegangan output dari konverter boost.
Gambar 2.2.2.1 berikut merupakan rangkaian sederhana dari boost converter.
Gambar 2.2.2.1. Rangkaian Converter DC-DC Tipe Boost
Prinsip Kerja Boost Converter ada 2 yaitu :
Ketika Mosfet On (Tertutup) dan dioda off seperti pada gambar 8, arus searah
jarum jam dari sumber menuju induktor (terjadi pengisian arus pada
induktor). Polaritas induktor pada sisi kiri lebih positif dibandingkan sisi
kanannya.
Gambar 2.2.2.2. Mosfet Boost Converter ON
Diode mendapatkan tegangan balik dan dengan menggunakan hukum
khirchhoff tegangan :
= =
=
(1)
Laju perubahan arus konstan, sehingga arus naik secara linier pada saat saklar
ditutup. Perubahan arus induktor dapat dihitung dengan :
-
8
=
=
(2)
() =
(3)
Ketika Mosfet off (Terbuka) dan dioda on seperti gambar 9, arus yang
disimpan di induktor akan berkurang karena impedansi yang lebih tinggi.
Berkurangnya arus pada induktor meyebabkan induktor tersebut melawannya
dengan membalik polaritasnya lebih negatif pada sisi kiri). Sehingga, arus
yang mengalir pada dioda dan pada beban adalah penjumlahan antara arus
pada sumber dan arus pada induktor (seri). Disaat yang bersamaan kapasitor
juga akan melakukan penyimpanan energi dalam bentuk tegangan. Itulah
sebabnya boost converter memiliki keluaran lebih tinggi dibandingkan
dengan masukannya.
Gambar 2.2.2.3. Mosfet Boost Converter OFF
Dengan asumsi bahwa tegangan keluaran konstan, maka tegangan pada
induktor :
= =
(4)
=
(5)
Laju perubahan arus induktor konstan, sehingga arys berubah secara linier.
Perubahan arus induktor ketika saklar dibuka adalah :
=
(1 )=
(6)
() =( )(1 )
(7)
Pada operasi steady state, total perubahan arus induktor adalah Nol.
-
9
() + () = 0 (8)
+
( )(1 )
= 0 (9)
Yang akan menghasilka Vo :
( + 1 ) (1 ) = 0 (10)
=
1
Dari rangkaian Boost Converter seperti diatas, didapatkan gelombang keluaran
secara terperinci seperti gambar 2.2.2.4 dibawah ini :
Gambar 2.2.2.4. Gelombang Keluaran DC Chopper Tipe Boost
Dari gambar 2.2.2.4., dapat dilihat bahwa arus pada beban (IL) akan naik
secara linier ketika Mosfet dalam kondisi off dan turun secara linier pula ketika
Mosfet dalam kondidi on. Namun penurunan arus beban (IL) tersebut tidak
mencapai nol. Sehingga gambar diatas dapat digolongkan menjadi Boost
Converter Mode Continous. Semakin besar duty cycle, maka semakin besar
pula tegangan keluaran yang dihasilkan Boost Converter. Namun, tegangan
keluaran tersebut selalu lebih besar atau sama dengan tegangan masukkan DC
Chopper. Semakin besarnya duty cycle dapat dilihat dari semakin besarnya
area yang diwarnai biru muda pada gambar diatas.
Rangkaian Snubber
Pada rangkaian converter DC-DC dibutuhkan rangkaian snubber untuk
memotong tegangan Vds yang mempunyai spike terlalu tinggi/melampaui
tegangan Vds pada MOSFET. Untuk rangkaian boost converter setelah di-
-
10
supply tegangan pada sisi masukan, tegangan spike yang ditimbulkan oleh
induktansi bocor (leakage inductance) cukup tinggi. Untuk itu digunakan
rangkaian snubber yang akan meredam tegangan spike tersebut. Berikut
rangkaian snubber yang ditunjukkan pada gambar 2.2.2.5 dibawah ini :
Gambar 2.2.2.5 Rangkaian Snubber
2.2.3 Baterai
Baterai atau aki, atau bisa juga disebut accu adalah sebuah sel listrik
dimana didalamnya berlangsung proses elektrokimia yang reversible (dapat
berbalikan) dengan efisiensinya yang tinggi. Proses elektrokimia reversible
yang dimaksud 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 atau aki berfungsi untuk
menyimpan energi listrik dalam bentuk energi kimia, yang akan digunakan
untuk mensuplai (menyediakan) listrik ke dalam sebuah sistem atau
komponen-komponen kelistrikan lainnya. Bagian-bagian pada baterai dapat
dilihat pada gambar 2.2.3.1
Gambar 2.2.3.1 Konstruksi Pada Baterai
-
11
Jumlah tenaga listrik yang disimpan dalam baterai dapat digunakan sebagai
sumber tenaga listrik tergantung pada kapasitas baterai dalam satuan Ampere
Hour (AH). Jika pada kotak baterai tertulis 12 V 60 AH, berarti baterai baterai
tersebut mempunyai tegangan 12 V dimana jika baterai tersebut digunakan
selama 1 jam dengan arus pemakaian 60 A, maka kapasitas baterai tersebut
setelah 1 jam akan kosong (habis). Kapasitas baterai tersebut juga dapat
menjadi kosong setelah 2 jam jika arus pemakaian hanya 30 A. Disini terlihat
bahwa lamanya pengosongan baterai ditentukan oleh besarnya pemakaian arus
listrik dari baterai tersebut. Semakin besar arus yang digunakan, maka akan
semakin cepat terjadi pengosongan baterai, dan sebaliknya, semakin kecil arus
yang digunakan, maka akan semakin lama pula baterai mengalami
pengosongan. Besarnya kapasitas baterai sangat ditentukan oleh luas
permukaan plat atau banyaknya plat baterai. Jadi dengan bertambahnya luas
plat atau dengan bertambahnya jumlah plat baterai maka kapasitas baterai juga
akan bertambah. Sedangkan tegangan accu ditentukan oleh jumlah daripada sel
baterai, dimana satu sel baterai biasanya dapat menghasilkan tegangan kira kira
2 sampai 2,1 V. Tegangan listrik yang terbentuk sama dengan jumlah tegangan
listrik tiap-tiap sel. Jika baterai mempunyai enam sel, maka tegangan baterai
standar tersebut adalah 12 V sampai 12,6 V. Biasanya setiap sel baterai
ditandai dengan adanya satu lubang pada kotak accu bagian atas untuk mengisi
elektrolit aki.
2.2.4 Inverter 1 Fasa
Inverter adalah perangkat elektronika yang dipergunakan untuk mengubah
tegangan DC (Direct Current) menjadi tegangan AC (Alternating Curent).
Output suatu inverter dapat berupa tegangan AC dengan bentuk gelombang
sinus (sine wave), gelombang kotak (square wave) dan sinus modifikasi (sine
wave modified). Sumber tegangan input inverter dapat menggunakan battery,
tenaga surya, atau sumber tegangan DC yang lain.
Gambar 2.2.4.1 Rangkaian Dasar Inverter 4 Saklar
-
12
Prinsip kerja inverter dapat dijelaskan dengan menggunakan 4 saklar seperti
ditunjukkan pada gambar 2.2.4.1. Bila saklar S1 dan S2 dalam kondisi on maka
akan mengalir aliran arus DC ke beban R dari arah kiri ke kanan, jika yang
hidup adalah saklar S3 dan S4 maka akan mengalir aliran arus DC ke beban R
dari arah kanan ke kiri. Untuk mengatur buka atau tutup keadaan saklar pada
rangkaian inverter tersebut dapat dilakukan dengan beberapa metode switching.
Metode switching yang sering digunakan adalah metode dengan
membangkitkan gelombang PWM atau SPWM. PWM atau Pulse Width
Modulation adalah salah satu teknik pemodulasian sinyal dimana besar duty
cycle pulsa dapat diubah-ubah. PWM biasa digunakan untuk aplikasi-aplikasi
analog yang menggunakan kontrol digital atau mikrokontroler, hal ini
dikarenakan mikrokontroler tidak mampu menghasilkan tegangan analog
secara langsung. Terdapat beberapa teknik untuk membangkitkan sinyal PWM,
namun secara garis besar terbagi dalam 2 cara, yaitu pembangkitan sinyal
dengan rangkaian analog dan dengan kontrol digital (dengan
Mikrokontroler).Secara analog, pembangkitan sinyal PWM yang paling
sederahana adalah dengan cara membandingkan sebuah sinyal segitiga atau
gigi gergaji dengan tegangan referensi DC. Gelombang segitiga atau gigi
gergaji sebagai frekuensi pembawa yang juga merupakan frekuensi sinyal
keluaran PWM. Sedangkan tegangan referensi dc adalah tegangan yang
menentukan besarnya duty cycle dari keluaran sinyal PWM.
Sedangkan pembangkitan PWM pada mikrokontroler adalah dengan
membandingkan dua buah variable yang tersimpan dalam memori
Mikrokontroler. Yaitu variabel TCNTx dengan OCRxx. Apabila timer yang
digunakan adalah timer 0, maka variabel yang dipakai adalah TCNT0 dan
OCR0 seperti pada gambar 2.2.4.2 TCNT0 adalah suatu nilai variabel yang
terus bertambah setiap satu satuan waktu (bergantung pada setting timer) yang
jika dianalogikan ke rangkaian analog adalah sinyal ramp. Sedangkan OCR0
adalah suatu variabel yang berfungsi sebagai nilai referensi saat keluaran PWM
berubah dari high ke low ataupun low ke high.
Gambar 2.2.4.2 Pembangkitan Sinyal PWM dengan Mikrokontroler.
Pada metode SPWM atau Sinusoidal Pulse Width Modulation bentuk
gelombang sinusoidal PWM (Unipolar) diperoleh dengan mengkomparasi
antara gelombang segitiga (triangle wave) dengan 2 gelombang sinusoidal
-
13
(yang berbeda 180) seperti pada gambar 2.2.4.2 Gelombang segitiga sebagai
carrier dan gelombang sinusoidal sebagai gelombang yang dimodulasi. Pada
gelombang SPWM unipolar terdapat perbedaan lebar pulsa pada fase positif
dan fase negatifnya, dan akan periodik sesuai dengan frekuensi dari tegangan
referensi (sinusoidal).
Gambar 2.2.4.3 Sinusoidal Pulse Width Modulation.
Dengan teknik pensaklaran SPWM ini keluaran dari comparator mempunyai
bentuk hampir menyerupai gelombang sinusoidal, sehingga cara ini digunakan
untuk pensaklaran inverter agar gelombang keluaran inverter mendekati
sinusoidal.
2.2.5 Motor Induksi Satu Fasa
Motor induksi adalah adalah motor listrik bolak-balik (ac) yang putaran
rotornya tidak sama dengan putaran medan stator, dengan kata lain putaran
rotor dengan putaran medan stator terdapat selisih putaran yang disebut
slip. Pada umumnya motor induksi dikenal ada dua macam berdasarkan
jumlah fasa yang digunakan, yaitu: motor induksi satu fasa dan motor induksi
tiga fasa. Sesuai dengan namanya motor induksi satu fasa dirancang
untuk beroperasi menggunakan suplai tegangan satu fasa.
Motor induksi satu fasa sering digunakan sebagai penggerak pada
peralatan yang memerlukan daya rendah dan kecepatan yang relatif konstan.
Hal ini disebabkan karena motor induksi satu fasa memiliki beberapa
kelebihan yaitu konstruksi yang cukup sederhana, kecepatan putar yang
hampir konstan terhadap perubahan beban, dan umumnya digunakan pada
sumber jala-jala satu fasa yang banyak terdapat pada peralatan domestik.
-
14
Walaupun demikian motor ini juga memiliki beberapa kekurangan, yaitu
kapasitas pembebanan yang relatif rendah, tidak dapat melakukan pengasutan
sendiri tanpa pertolongan alat bantu dan efisiensi yang rendah.
Konstruksi Umum
Konstruksi motor induksi satu fasa hampir sama dengan konstruksi motor
induksi tiga fasa, yaitu terdiri dari dua bagian utama yaitu stator dan
rotor. Keduanya merupakan rangkaian magnetik yang berbentuk silinder dan
simetris. Di antara rotor dan stator ini terdapat celah udara yang sempit.
Gambar 2.2.5.1. Konstruksi Umum Motor Induksi Satu Fasa.
Stator merupakan bagian yang diam sebagai rangka tempat kumparan
stator yang terpasang. Stator terdiri dari : inti stator, kumparan stator, dan alur
stator. Motor induksi satu fasa dilengkapi dengan dua kumparan stator yang
dipasang terpisah, yaitu kumparan utama (main winding) atau sering disebut
dengan kumparan berputar dan kumparan bantu (auxiliary winding) atau sering
disebut dengan kumparan start.
Rotor merupakan bagian yang berputar. Bagian ini terdiri dari : inti rotor,
kumparan rotor dan alur rotor. Pada umumnya ada dua jenis rotor yang sering
digunakan pada motor induksi, yaitu rotor belitan (wound rotor) dan rotor
sangkar (squirrel cage rotor).
Prinsip Kerja Motor Induksi Satu Fasa
Teori Medan Putar Silang
Prinsip kerja motor induksi satu fasa dapat dijelaskan dengan
menggunakan teori medan putar silang (cross-field theory). Jika motor
induksi satu fasa diberikan tegangan bolak-balik satu fasa maka arus bolak-
balik akan mengalir pada kumparan stator. Arus pada kumparan stator ini
menghasilkan medan magnet seperti yang di tunjukkan oleh garis putus-putus
pada Gambar 2.2.5.2
-
15
Gambar 2.2.5.2. Medan Magnet Stator Berpulsa Sepanjang Garis AC.
Arus stator yang mengalir setengah periode pertama akan
membentuk kutub utara di A dan kutub selatan di C pada permukaan stator.
Pada setengah periode berikutnya, arah kutub-kutub stator menjadi
terbalik. Meskipun kuat medan magnet stator berubah-ubah yaitu
maksimum pada saat arus maksimum dan nol pada saat arus nol serta
polaritasnya terbalik secara periodik, aksi ini akan terjadi hanya sepanjang
sumbu AC. Dengan demikian, medan magnet ini tidak berputar tetapi hanya
merupakan sebuah medan magnet yang berpulsa pada posisi yang tetap
(stationary).
Seperti halnya pada transformator, tegangan terinduksi pada belitan
sekunder, dalam hal ini adalah kumparan rotor. Karena rotor dari motor
induksi satu fasa pada umumnya adalah rotor sangkar dimana belitannya
terhubung singkat, maka arus akan mengalir pada kumparan rotor tersebut.
Sesuai dengan hukum Lenz, arah dari arus ini (seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 2.2.5.2 adalah sedemikian rupa sehingga medan magnet yang
dihasilkan melawan medan magnet yang menghasilkannya. Arus rotor ini akan
menghasilkan medan magnet rotor dan membentuk kutub-kutub pada
permukaan rotor. Karena kutub-kutub ini juga berada pada sumbu AC dengan
arah yang berlawanan terhadap kutub-kutub stator, maka tidak ada momen
putar yang dihasilkan pada kedua arah sehingga rotor tetap diam. Dengan
demikian, motor induksi satu fasa tidak dapat diasut sendiri dan
membutuhkan rangkaian bantu untuk menjalankannya.
Belitan Rotor Belitan Stator A
C
-
16
Gambar 2.2.5.3. Motor Dalam Keadaan Berputar
Misalkan sekarang motor sedang berputar. Hal ini dapat dilakukan dengan
memutar secara manual (dengan tangan) atau dengan rangkaian bantu.
Konduktor-konduktor rotor akan memotong medan magnet stator sehingga
timbul gaya gerak listrik pada konduktor-konduktor tersebut. Hal ini
diperlihatkan pada Gambar 2.2.5.3 yang menunjukkan rotor sedang berputar
searah jarum jam.
Jika fluks rotor seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.2.5.3
mengarah ke atas sesuai dengan kaidah tangan kanan Fleming, arah gaya
gerak listrik (ggl) rotor akan mengarah keluar kertas pada setengah bagian
atas rotor dan mengarah ke dalam kertas pada setengah bagian bawah rotor.
Pada setengah periode berikutnya arah dari gaya gerak listrik yang
dibangkitkan akan terbalik. Gaya gerak listrik yang diinduksikan ke rotor
adalah berbeda dengan arus dan fluks stator. Karena konduktor-konduktor
rotor terbuat dari bahan dengan tahanan rendah dan induktansi tinggi, maka
arus rotor yang dihasilkan akan tertinggal terhadap gaya gerak listrik
rotor mendekati 90o. Gambar 2.2.5.4 menunjukkan hubungan fasa dari arus
dan fluks stator, gaya gerak listrik, arus dan fluks rotor.
Teori Medan Putar Ganda
Teori medan putar ganda (double revolving-field theory) adalah suatu metode
lain untuk menganalisis prinsip perputaran motor induksi satu fasa disamping
teori medan putar silang. Menurut teori ini, medan magnet yang berpulsa
dalam waktu tetapi diam dalam ruangan dapat dibagi menjadi dua medan
magnet, dimana besar kedua medan magnet ini sama dan berputar dalam
arah yang berlawanan. Dengan kata lain, suatu fluks sinusoidal bolak-balik
dapat diwakili oleh dua fluks yang berputar, yang masing-masing nilainya
sama dengan setengah dari nilai fluks bolak-balik tersebut dan masing-masing
berputar secara sinkron dengan arah yang berlawanan.
-
17
Gambar 2.2.5.4. Fluks Rotor Tertinggal Terhadap Fluks Stator Sebesar 90
Sesuai dengan kaidah tangan kanan Fleming, arus rotor ini akan
menghasilkan medan magnet, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2.5.4
karena medan rotor ini terpisah sebesar 90o
dari medan stator, maka
disebut sebagai medan silang (cross-field). Nilai maksimum dari medan ini
seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 2.2.5.4, terjadi pada saat seperempat
periode setelah gaya gerak listrik rotor yang dibangkitkan adalah telah
mencapai nilai maksimumnya. Karena arus rotor yang mengalir disebabkan
oleh suatu gaya gerak listrik bolak- balik maka medan magnet yang
dihasilkan oleh arus ini adalah juga bolak-balik dan aksi ini terjadi sepanjang
sumbu DB (lihat Gambar 2.2.5.5).
Gambar 2.2.5.5. Medan Silang yang Dibangkitkan Arus Stator
Karena medan silang beraksi pada sudut 90o
terhadap medan magnet
stator dengan sudut fasa yang juga tertinggal 90o
terhadap medan stator, kedua
medan bersatu untuk membentuk sebuah medan putar resultan yang
berputar dengan kecepatan sinkron yang ditunjukkan pada Gambar 2.2.5.6.
-
18
Gambar 2.2.5.6. Phasor Medan Putar yang Dihasilkan Oleh Belitan Stator dan Rotor.
Teori Medan Putar Ganda
Teori medan putar ganda (double revolving-field theory) adalah suatu metode
lain untuk menganalisis prinsip perputaran motor induksi satu fasa disamping
teori medan putar silang. Menurut teori ini, medan magnet yang berpulsa
dalam waktu tetapi diam dalam ruangan dapat dibagi menjadi dua medan
magnet, dimana besar kedua medan magnet ini sama dan berputar dalam arah
yang berlawanan. Dengan kata lain, suatu fluks sinusoidal bolak-balik dapat
diwakili oleh dua fluks yang berputar, yang masing-masing nilainya sama
dengan setengah dari nilai fluks bolak-balik tersebut dan masing-masing
berputar secara sinkron dengan arah yang berlawanan.
Pada Gambar 2.2.5.7.a menunjukkan suatu fluks bolak-balik yang mempunyai
nilai maksimum m . Komponen fluksnya A dan B mempunyai nilai yang
sama yaitu m /2, berputar dengan arah yang berlawanan dan searah jarum
jam, seperti ditunjukkan anak panah.
Gambar 2.2.5.7. Konsep Medan Putar Ganda.
-
19
Pada beberapa saat ketika A dan B telah berputar dengan sudut + dan
seperti pada Gambar 2.2.5.7.b, maka besar fluks resultan adalah :
dimana :
r = fluks resultan ( weber )
m = fluks maksimum ( weber )
= sudut ruang
Setelah seperempat periode putaran, fluks A dan B akan berlawanan arah
seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2.5.7.c, sehingga resultan fluksnya
sama
dengan nol. Setelah setengah putaran, fluks A dan B akan mempunyai resultan
sebesar -2 x m /2 = - m , seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2.5.7.d.
Setelah tiga perempat putaran, resultan akan kembali nol seperti yang
ditunjukkan pada Gambar 2.2.5.7.e dan demikianlah seterusnya. Jika nilai-nilai
dari fluks resultan digambarkan terhadap diantara = 0o sampai = 360o,
maka akan didapat suatu kurva seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2.5.8.
Gambar 2.2.5.8. Kurva Fluks Resultan Terhadap
-
20
Pada saat rotor berputar sesuai dengan arah momen putar medan maju dengan
kecepatan tertentu, maka besar slip terhadap momen putar medan maju (sf)
yang terjadi adalah :
s f = ns nr / ns = s .......................................(2.2)
dimana :
ns = kecepatan sinkron ( rpm )
nr = kecepatan putaran rotor (rpm)
2.2.6 ARM STM32F407VG
Gambar 2.2.6.1 ARM Cortex
ARM itu merupakan mikrokontroler yang lagi panas-panasnya di koar-koarin
di elins, karena penggunaan AT MEGA dari ATMEL sudah mulai ditinggalkan
dengan alasan sudah terlalu banyak aplikasi dengan AT MEGA maka harus
berkembang dengan ARM yang harganya relatif lebih murah dengan
teknologi yang lebih canggih. Sedikit sejarahnya, ARM adalah prosesor
dengan arsitektur set instruksi 32bit RISC (Reduced Instruction Set Computer)
yang dikembangkan oleh ARM Holdings. ARM merupakan singkatan dari
Advanced RISC Machine (sebelumnya lebih dikenal dengan kepanjangan
Acorn RISC Machine). Pada awalnya ARM prosesor dikembangkan untuk
PC (Personal Computer) oleh Acorn Computers, sebelum dominasi Intel x86
prosesorMicrosoft di IBM PC kompatibel menyebabkan Acorn Computers
bangkrut. Setelah Acorn Computers bangkrut, Apple Computers (sekarang
Apple Inc) dan VLSI Technology Inc membeli kekayaan intelektual Acorn
Computer, dan mendirikan ARM Ltd. ARM Ltd kemudian melanjutkan proyek
Acorn Computer untuk mengembangkan prosesor 32bit dengan arsitektur
RISC yang sederhana dan hemat energi. Prosesor yang dikembangkan
ARM Ltd ternyata tidak diminati oleh kalangan produsen PC,
dengan alasan tidak kompatibel dengan arsitektur Intel x86. ARM
Ltd kemudian memutuskan untuk tidak memproduksi ARM prosesor, tetapi
melisensikan desain prosesor tersebut untuk digabungkan dengan ASIC
(Application Specific IC) yang membutuhkan kontroler embedded (contoh:
-
21
kontroler printer, kontroler mesin cuci, kontroler video dekoder, kontroler
ethernet hub/router, dan sebagainya).
Saat ini, selain digunakan untuk ASIC, ARM prosesor juga diproduksi oleh
berbagai perusahaan semikonduktor sebagai mikroprosesor terpisah
(sebelumnya ARM prosesor selalu diembeddedkan dengan ASIC) maupun
mikrokontroler (dengan pengurangan berbagai fitur yang diperlukan
mikroprosesor). Perusahaan yang dulu ataupun saat ini menggunakan lisensi
ARM prosesor meliputi AlcatelLucent, Apple Inc., Atmel, Broadcom, Cirrus
Logic, Digital Equipment Corporation (DEC), Freescale, Intel (melalui akuisisi
DEC), LG, Marvell Technology Group, Microsoft, NEC, Nuvoton, Nvidia,
NXP (dulu Philips), Oki, Qualcomm, Samsung, Sharp, STMicroelectronics,
Symbios Logic, Texas Instruments, VLSI Technology, Yamaha and
ZiiLABS. Berbagai macam kontroler berbasis ARM yang terkenal meliputi
DEC StrongARM (digunakan Intel untuk prosesor PDA), Marvell Xscale
(desain Xscale dibeli Marvell dari Intel), Nintendo (untuk prosesor Gameboy,
DSi, dan 3DS), Nvidia Tegra, STEricsson Nomadik, Qualcomm Snapdragon,
Texas Instruments OMAP product line, Samsung Hummingbird and Apple A4.
ARM STM32F407VG
Spesifikasi:
Gambar 2.2.6.2 ARM STM32F407VG
-
22
2.2.7 Sensor Arus
ACS712 merupakan suatu IC terpaket yang mana berguna untuk sensor arus
menggantikan trafo arus yang relatif besar dalam hal ukuran. Pada prinsipnya
ACS712 sama dengan sensor efek hall lainnya yaitu dengan memanfaatkan
medan magnetik di sekitar arus kemudian dikonversi menjadi tegangan yang
linier dengan perubahan arus. Nilai variabel dari sensor ini merupakan input
untuk mikrokontroller yang kemudian diolah.
ACS712 memiliki bentuk fisik seperti yang akan ditunjukan pada gambar
2.2.7.1 dan disetiap pin yang terdapat pada ACS712 memiliki fungsi yang
berbeda beda seperti ditunjukan pada tabel 2.2.7.1.
keluaran dari ACS712 masih berupa sinyal tegangan AC, agar dapat diolah
oleh mikrokontroller maka sinyal tegangan AC ini di searahkan oleh rangkaian
penyearah. Seperti pada gambar dibawah ini.
Gambar 2.2.7.1 Aplikasi Rangkaian Sensor Arus ACS712.
Gambar 2.2.7.2 Pin Out Diagram ACS712
-
23
Tabel 2.7.1 Pin Deskripsi ACS 712
Nomor Nama Deskripsi
1 dan 2 IP+ Terminal arus dengan fuse yang menyatu
3 dan 4 IP- Terminal arus dengan fuse yang menyatu
5 GND Terminal ground signal
6 FILTER Terminal untuk kapasitor external
pengaturan bandwith
7 VIOUT Signal output analog
8 VCC Perangkat terminal power supply
2.2.8 Sensor Tegangan
Pengukuran besarnya tegangan pada beban menggunakan AMC1100.
AMC1100 merupakan suatu komponen elektronika yang dapat digunakan
untuk mengukur besaran tegangan dan arus pada sistem dengan memiliki 8
kaki.
Gambar 2.2.8.1 Pin Out Diagram AMC1100
konfigurasi disetiap pin tersebut memiliki fungsi yang berbeda seperti tampak
pada gambar 2.8.1 dan pin deskripsinya akan ditunjukan pada tabel 2.2.8.1
Tabel 2.2.8.1 Pin Deskripsi AMC1100
Nama No. Function Deskripsi
GND1 4 Power Sisi tinggi analog ground
GND2 5 Power Sisi rendah analog ground
VDD1 1 Power Sisi tinggi power supply
VDD2 8 Power Sisi rendah power supply
VINN 2 Analog
input
Inverting analog input
VINP 3 Analog
Input
Non inverting analog input
VOUTN 6 Analog Inverting analog output
-
24
Output
VOUTP 7 Analog
Output
Non inverting analog output
2.2.9 Kontrol Logika Fuzzy
Logika fuzzy, adalah peningkatan dari logika boolean yang berhadapan dengan
konsep kebenaran sebagian. Dimana logika klasik menyatakan bahwa segala
hal dapat diekspresikan dalam istilah binery (0 atau 1, ya atau tidak), logika
fuzzy menggantikan kebenaran boolean dengan tingkat kebenaran. Logika
fuzzy memungkinkan nilai keanggotaan antara 0 dan 1, tingkat keabuan dan
juga hitam dan putih, dalam bentuk linguistik, konsep tidak pasti seperti
sedikit, lumayan, danbanyak. Dalam logika fuzzy, nilai-nilai linguistik
dan ekspresi digunakan untuk menggambarkan variabel fisik.
Gambar 2.2.9.1 Struktur dan elemen fungsi dari kontrol fuzzy.
Kontrol logika fuzzy berarti kontrol terbuka dan loop tertutup dari proses
teknis, termasuk pengolahan nilai yang terukur, berasal dari variabel terukur,
dan set poin. Variabel keluaran dalam bentuk variabel pengoreksi.
Transformasi harus dilakukan antara masukan dan variabel keluaran dari
proses dan dunia fuzzy (fuzzifikasi, defuzzifikasi) komponen inti pengendalian
fuzzy terdiri dari linguistik aturan dasar (rule base) dan kesimpulan
(inference).
Fuzzyfikasi
Penentuan dan pencocokan variabel masukan dengan istilah linguistik
disebut sebagai fuzzifikasi. Untuk tujuan ini, tingkatan aktual keanggotaan
untuk variabel masukan ditentukan untuk masing-masing linguistik.
-
25
Gambar 2.2.9.2 Prinsip dan proses fuzzifikasi.
Aturan Dasar (rule base)
Basis aturan (rule base) berisi pengetahuan empiris mengenai operasi dari
suatu proses dibawah pertimbangan tertentu. Aturan linguistik digunakan untuk
mewakili pengetahuan terhadap suatu plant.
Keputusan (Inference)
Definisi yang lebih umum dan matematis terbukti basis aturan fuzzy
didasarkan pada umum, modus ponens dan prinsip implikasi fuzzy. Prinsip-
prinsip dan definisi yang digunakan disisni berlaku untuk kasus sederhana dari
basis aturan fuzzy, pada dasarnya terinspirasi dari inferensi mamdani banyak
digunakan dalam skema kontrol. Skema inferensi lebih rumit tidak dalam
dalam bidang standar ini. Inferensi terdiri dari tiga aktivasi subfunction
agregasi, dan accumulation.
a. Pengumpulan (Aggregation)
Menentukan tingkat pencapaian kondisi dari derajat keanggotaan subkondisi.
b. Aktivasi (Activation)
Dalam kesimpulan, sub-conclusion berhubungan dengan variabel keluaran
tingkat keanggotaan kesimpulan ini kemudian ditentukan berdasarkan tingkat
pemenuhan kondisi ditentukan dalam aggregation (kesimpulan jika A maka
B). secara umum, min atau prod digunakan untuk aktivasi.
c. Pengumpulan (Accumulation)
Adalah hasil aturan yang dikombinasikan untuk mendapatkan hasil secara
keseluruhan. Algoritma maksimum biasanya digunakan untuk akumulasi.
Bergantung pada kombinasi operator dalam langkah-langkah individu, strategi
strategi inference yang terkenal adalah max-min inferensi yang artinya metode
minimum untuk akumulasi dan maksimum untuk aktivasi. Max-min Inferensi,
fungsi keanggotaan dari fuzzy set kesimpulan terbatas pada tingkat pemenuhan
kondisi dan kemudian, pada gilirannya,dikombinasikan untuk menciptakan
fuzzy set oleh membentuk maksimal. Dalam Inferensi maxprod sebaliknya,
-
26
fungsi keanggotaan fuzzy set dari kesimpulan yang berbobot, yaitu dikalikan,
dengan tingkat pencapaian kondisi dan kemudian digabungkan.
Fungsi Membership
Kondisi hanya fungsi keanggotaan harus benar-benar memuaskan adalah
bahwa ia harus bervariasi antara 0 dan 1. Fungsi itu sendiri bisa menjadi kurva
yang sewenang-wenang yang bentuknya kita dapat mendefinisikan sebagai
fungsi yang sesuai dengan kita dari sudut pandang kesederhanaan,
kenyamanan, kecepatan, dan efisiensi.
Gambar 2.2.9.3 Macam-macam fungsi membership.
Langkah penyusunan fuzzy adalah sebagai berikut :
1. Menentukan proses fuzzyfikasi proses memetakan nilai masukan sistem
kedalam fungsi keanggotaan untuk menentukan resultan nilai kebenaran
untuk setiap label (fungsi keanggotaan), hasilnya adalah masukan fuzzy.
2. Menentukan rule, perhitungan relatif yang dapat digunakan, atau nilai
kebenaran tiap rule. Dalam inferen min-max, hal ini sama dengan nilai
minimum anticedent (masukan fuzzy) untuk rule tersebut. Keluaran fuzzy
dihitung dengan menentukan nilai maksimum rule strength untuk tiap label
keluaran.
3. Proses defuzzyfikasi Proses penghitung center of gravity (COG) seluruh
keluaran fuzzy untuk variabel keluaran yang diberikan untuk menentukan
nilai keluaran yang diberikan. Keluaran dari COG akan digunakan sebagai
set point baru.
2.2.10 Sensor Optocoupler
Optocoupler adalah suatu piranti yang terdiri dari 2 bagian yaitu transmitter
dan receiver, yaitu antara bagian cahaya dengan bagian deteksi sumber cahaya
terpisah. Biasanya optocoupler digunakan sebagai saklar elektrik, yang bekerja
-
27
secara otomatis. Pada dasarnya Optocoupler adalah suatu komponen
penghubung (coupling) yang bekerja berdasarkan picu cahaya optic.
Optocoupler terdiri dari dua bagian yaitu:
1. Pada transmitter dibangun dari sebuah LED infra merah. Jika
dibandingkan dengan menggunakan LED biasa, LED infra merah
memiliki ketahanan yang lebih baik terhadap sinyal tampak. Cahaya yang
dipancarkan oleh LED infra merah tidak terlihat oleh mata telanjang.
2. Pada bagian receiver dibangun dengan dasar komponen Photodiode.
Photodiode merupakan suatu transistor yang peka terhadap tenaga cahaya.
Suatu sumber cahaya menghasilkan energi panas, begitu pula dengan
spektrum infra merah. Karena spekrum inframerah mempunyai efek panas
yang lebih besar dari cahaya tampak, maka Photodiode lebih peka untuk
menangkap radiasi dari sinar infra merah.
Oleh karena itu Optocoupler dapat dikatakan sebagai gabungan dari LED
infra merah dengan fototransistor yang terbungkus menjadi satu chips. Cahaya
infra merah termasuk dalam gelombang elektromagnetik yang tidak tampak
oleh mata telanjang. Sinar ini tidak tampak oleh mata karena mempunyai
panjang gelombang , berkas cahaya yang terlalu panjang bagi tanggapan mata
manusia. Sinar infra merah mempunyai daerah frekuensi 1 x 1012 Hz sampai
dengan 1 x 1014 GHz atau daerah frekuensi dengan panjang gelombang 1 m
1mm. LED infra merah ini merupakan komponen elektronika yang
memancarkan cahaya infra merah dengan konsumsi daya sangat kecil. Jika
diberi bias maju, LED infra merah yang terdapat pada optocoupler akan
mengeluarkan panjang gelombang sekitar 0,9 mikrometer. Proses terjadinya
pancaran cahaya pada LED infra merah dalam optocoupler adalah sebagai
berikut. Saat dioda menghantarkan arus, elektron lepas dari ikatannya karena
memerlukan tenaga dari catu daya listrik. Setelah elektron lepas, banyak
elektron yang bergabung dengan lubang yang ada di sekitarnya (memasuki
lubang lain yang kosong). Pada saat masuk lubang yang lain, elektron
melepaskan tenaga yang akan diradiasikan dalam bentuk cahaya, sehingga
dioda akan menyala atau memancarkan cahaya pada saat dilewati arus. Cahaya
infra merah yang terdapat pada optocoupler tidak perlu lensa untuk
memfokuskan cahaya karena dalam satu chip mempunyai jarak yang dekat
dengan penerimanya. Pada optocoupler yang bertugas sebagai penerima cahaya
infra merah adalah fototransistor. Fototransistor merupakan komponen
elektronika yang berfungsi sebagai detektor cahaya infra merah. Detektor
cahaya ini mengubah efek cahaya menjadi sinyal listrik, oleh sebab itu
fototransistor termasuk dalam golongan detektor optik. Fototransistor memiliki
sambungan kolektorbasis yang besar dengan cahaya infra merah, karena
cahaya ini dapat membangkitkan pasangan lubang elektron. Dengan diberi bias
-
28
maju, cahaya yang masuk akan menimbulkan arus pada kolektor.
Fototransistor memiliki bahan utama yaitu germanium atau silikon yang
sama dengan bahan pembuat transistor. Tipe fototransistor juga sama
dengan transistor pada umumnya yaitu PNP dan NPN. Perbedaan transistor
dengan fototransistor hanya terletak pada dindingnya yang memungkinkan
cahaya infra merah mengaktifkan daerah basis, sedangkan transistor biasa
ditempatkan pada dinding logam yang tertutup.
Ditinjau dari penggunaanya, fisik optocoupler dapat berbentuk bermacam-
macam. Bila hanya digunakan untuk mengisolasi level tegangan atau data pada
sisi transmitter dan sisi receiver, maka optocoupler ini biasanya dibuat dalam
bentuk solid (tidak ada ruang antara LED dan Photodiode). Sehingga sinyal
listrik yang ada pada input dan output akan terisolasi. Dengan kata lain
optocoupler ini digunakan sebagai optoisolator jenis IC.
Prinsip kerja dari optocoupler adalah :
1. Jika antara Photodiode dan LED terhalang maka Photodiode tersebut
akan off sehingga output dari kolektor akan berlogika high.
2. Sebaliknya jika antara Photodiode dan LED tidak terhalang maka
Photodiode dan LED tidak terhalang maka Photodiode tersebut akan on
sehingga output- nya akan berlogika low.
Sebagai piranti elektronika yang berfungsi sebagai pemisah antara rangkaian
power dengan rangkaian control. Komponen ini merupakan salah satu jenis
komponen yang memanfaatkan sinar sebagai pemicu on/off-nya. Opto berarti
optic dan coupler berarti pemicu. Sehingga bisa diartikan bahwa
optocoupler merupakan suatu komponen yang bekerja berdasarkan picu
cahaya optic opto-coupler termasuk dalam sensor, dimana terdiri dari dua
bagian yaitu transmitter dan receiver. Dasar rangkaian dapat ditunjukkan
seperti pada gambar dibawah ini:
Gambar 2.2.10.1 Optocoupler
Sebagai pemancar atau transmitter dibangun dari sebuah led infra merah untuk
mendapatkan ketahanan yang lebih baik daripada menggunakan led biasa.
Sensor ini bisa digunakan sebagai isolator dari rangkaian tegangan
rendah kerangkaian tegangan tinggi. Selain itu juga bisa dipakai sebagai
-
29
pendeteksi adanya penghalang antara transmitter dan receiver dengan memberi
ruang uji dibagian tengah antara led dengan photo transistor. Penggunaan ini
bisa diterapkan untuk mendeteksi putaran motor atau mendeteksi lubang
penanda disket pada disk drive computer. Tapi pada alat yang penulis buat
optocoupler untuk mendeteksi putaran. Penggunaan dari optocoupler
tergantung dari kebutuhannya. Ada berbagai macam bentuk, jenis, dan type.
Seperti MOC 3040 atau 3020, 4N25 atau 4N33dan sebagainya. Pada umumnya
semua jenis optocoupler pada lembar datanya mampu dibebani tegangan
sampai 7500 Volt tanpa terjadi kerusakan atau kebocoran. Biasanya dipasaran
optocoupler tersedianya dengan type 4NXX atau MOC XXXX dengan X
adalah angka part valuenya. Untuk type 4N25 ini mempunyai tegangan isolasi
sebesar 2500 Volt dengan kemampuan maksimal led dialiri arus fordward
sebesar 80 mA. Namun besarnya arus led yang digunakan berkisar antara
15mA - 30 mA dan untuk menghubungkan-nya dengan tegangan +5 Volt
diperlukan tahanan sekitar 1Kohm.
2.2.11 TFT Touchscreen
LCD (Liquid Crystal Display) seperti yang ditunjukan pada gambar 2.2.11.1
merupakan komponen elektronika yang berfungsi sebagai tampilan suatu data,
baik karakter, huruf, angka ataupun grafik. Perbedaan LED ( Light Emiting
Diode ) dan LCD adalah LED menghasilkan cahaya sedangkan LCD
tergantung dari cahaya dari luar, sehingga bila cahaya dari luar semakin terang
maka tampilan yang terdapat pada LCD juga akan semakin jelas.
Gambar 2.2.11.1 TFT Touchscreen
Teknologi TFT LCD berupa liquid crystal yang diisikan di antara dua pelat
gelas, yaitu colour filter glass dan TFT glass. Colour filter glass mempunyai
filter warna yang bertugas memancarkan warna, sedangkan TFT glass
mempunyai Thin Film transistor sebanyak pixel yang ditampilkan. Liquid
crystal bergerak sesuai dengan perbedaan voltase antara colour filter glass
-
30
dengan TFT glass. Jumlah cahaya yang dipasok oleh Back Light ditentukan
oleh jumlah pergerakan liquid crystal yang pada gilirannya akan membentuk
warna.
3. METODOLOGI
3.1 Perencanaan Sistem (Hardware / Software)
Perancangan Perangkat Lunak (Software)
Pada perencanaan sistem ini langkah awal yang dilakukan adalah
membuat pengendali berbasis logika fuzzy dengan menentukan parameter -
parameter yang digunakan dalam pengaturan kecepatan motor induksi.
Menentukan rule base dan membership functionnya, untuk pemrograman pada
ARM STM32F407VG menggunakan software Keil untuk membakitkan PWM
boost converter
Perancangan Perangkat Keras (Hardware)
Gambar 3.1.1 Blok Diagram Sistem
SPWM
DAC
Vs(rms)=220Volt
Vo = 48 Volt
Vo= 80 Volt
Duty Cycle = 0,66
Duty Cycle= 0,4
Vo(rms)=56,57 Volt
Vo = 52,8 Volt Vin = 18 Volt
Solar Cell
150 WP
Vo=1822Volt Boost
Converter
Accu 48 Volt
10 Ah
Inverter
1 fasa
(fullbridge)
Motor AC
1 fasa
125 watt/ 220 Volt
Sensor
Kecepatan
ARM
Sensor Tegangan
dan Sensor Arus
Sensor
Tegangan
LCD
Touchscreen
Trafo Step Up
Ratio 1:4
Filter Pasif
(LC)
Boost
Converter
Mekanik Alat
Logika Fuzzy
Control
Profesional
ADC
DAC
DAC
ADC
ADC
-
31
Mesin pemarut kelapa yang efiensinya tinggi dengan mengontrol kecepatan
motor menggunakan metode logika fuzzy berdasarkan ketebalan dari daging
kelapa dan mesin pemarut kelapa yang hemat energi dengan memanfaatkan
tenaga surya sebagai supplynya. Tenaga surya akan konversi menjadi tegangan
melalui solar cell berkapasitas 150 WP yang kemudian akan di naikkan tegangnya
menggunakan Boost Converter dengan metode kontrol logika fuzzy pada ARM
STM32F407VG. Tegangan yang keluar dari solar cell 150 WP adalah 18 Volt dan
akan naikan menggunakan boost converter menjadi 52,8 Volt dengan duty cycle
0,66. Tegangan dan arus yang keluar dari Boost Converter akan disimpan dalam
accumulator berkapasitas 48 Volt 10 Ah yang outputnya akan dipasang sensor
tegangan dan sensor arus sebagi monitoring dan data yang akan diinputkan ke
ARM STM32F407VG. Accumulator akan dihubungkan dengan Boost Converter
untuk menaikan tegangan DC dari 48 Volt ke 80 Volt dengan duty cycle 0,4
kemudian dihubungkan dengan inverter 1 fasa untuk mengubah tegangan DC ke
AC. Agar output inverter 1 fasa sinus murni maka inverter akan dihubungkan
dengan rangkaian filter pasif LC untuk mengurangi distorsi. Filter LC akan
dihubungkan dengan trafo step up 1:4 untuk menaikan tegangan dari 56,57 Volt
ke 220 Volt AC. Output trafo Step Up akan digunakan untuk mensupply motor
AC 1 fasa 220 Volt 125 watt untuk menggerakkan alat pemarut kelapa kemudian
dipasang sensor kecepatan rotary encoder yang datanya akan diinputkan ke ARM
STM32F407VG untuk proses kontrol kecepatannya agar tetap konstan dengan
menggunakan metode logika fuzzy melaui PWM boost converter. Hasil sensing
dari sensor kecepatan, tegangan dan arus akan ditampilan pada LCD.
3.2 Implementasi Sistem
Dari hasil perancangan, dilakukan realisasi / pembuatan baik perangkat keras
maupun perangkat lunak. Diadakan pengukuran / pengujian masing - masing
bagian (sub-sistem) dari perangkat - perangkat tersebut sebelum dilakukan
integrasi. Untuk mengetahui semua sistem yang telah dirancang sesuai dengan
hasil yang diharapkan, dilakukan integrasi terhadap masing-masing perangkat.
Secara detail tahap-tahap pengerjaan proyek akhir ini terlihat pada flowchart
berikut
-
32
3.1 Flowchart tahap-tahap pengerjaan proyek akhir
3.3 Pengujian / Analisa Hasil Penelitian
Setelah dilakukan perancangan dan beberapa pengujian pada sistem, maka
akan diperoleh data data hasil kinerja sistem yang dapat dilihat melalui
karakteristik solar cell. Solar cell menghasilkan tegangan yang berubah-ubah,
karena tegangan ini dipengaruhi oleh intensitas cahaya matahari. Saat intensitas
cahaya tinggi maka tegangan yang dihasilkan juga tinggi, begitupun
sebaliknya. Tegangan yang dihasilkan solar cell 150 WP sekitar 18volt sampai
22Volt. Dari parameter tegangan tersebut selanjutnya akan diproses pada
mikrokontroler yaitu dengan menyuplai boost converter berupa sinyal PWM
untuk mengatur besarnya duty cycle. Sinyal PWM tersebut digunakan untuk
menyulut boost converter agar dapat mengontrol tegangan untuk mencharger
accumulator 48 volt 10 Ah yang outputnya akan dipasang sensor tegangan dan
sensor arus sebagi monitoring dan data yang akan diinputkan ke ARM
STM32F407VG. Accumulator akan dihubungkan dengan Boost Converter
untuk menaikan tegangan DC dari 48 Volt ke 80 Volt dengan duty cycle 0,4
kemudian dihubungkan dengan inverter 1 fasa untuk mengubah tegangan DC
ke AC. Agar output inverter 1 fasa sinus murni maka inverter akan
dihubungkan dengan rangkaian filter pasif LC untuk mengurangi distorsi. Filter
LC akan dihubungkan dengan trafo step up 1:4 untuk menaikan tegangan dari
-
33
Tabel 6.1 Rincian Biaya
56,57 Volt ke 220 Volt AC. Output trafo Step Up akan digunakan untuk
mensupply motor AC 1 fasa 220 Volt 125 watt untuk menggerakkan alat
pemarut kelapa kemudian dipasang sensor kecepatan rotary encoder yang
datanya akan diinputkan ke ARM STM32F407VG untuk proses kontrol
kecepatannya agar tetap konstan dengan menggunakan metode logika fuzzy
melaui PWM boost converter. Hasil sensing dari sensor kecepatan, tegangan
dan arus akan ditampilan pada LCD.
3.4 Kesimpulan
Setelah melakukan pengujian dan analisa hasil penelitian sistem, maka akan
diperoleh kesimpulan dari sistem yang dibuat. Kita juga akan mengetahui
kelebihan dan kelemahan dari sistem yang kita buat.
4. HASIL YANG DIHARAPKAN
Target luaran yang diharapkan adalah terciptanya suatu produk teknologi dari
mahasiswa yang berguna untuk masyarakat dan mempermudah manyarakat dalam
bekerja serta sinar matahari benar-benar dapat dimanfaatkan sehingga dapat
dikonfersi menladi suatu sumber yang ramah lingkungan dan dapat menjadi
sumber yang dapat dimanfaatkan untuk sumber energi dari alat pemarut kelapa.
5. RELEVANSI
Target luaran yang diharapkan adalah terciptanya suatu produk teknologi
dari mahasiswa yang dapat mengkonversi panas matahari menjadi energi listrik
yang efektif, efisien dan memenuhi kriteria untuk proses pemarutan kelapa
sehingga dapat menjadi contoh pemanfaatan energi terbarukan yang akan terus
dikembangkan dan kelak akan berguna bagi seluruh masyarakat Indonesia.
6. BIAYA DAN JADWAL KEGIATAN
6.1 Biaya
No Jenis Pengeluaran Harga
Satuan/Unit Volume Jumlah
A. Peralatan Penunjang
1. Tool Box Rp. 42.500/Buah 1 Rp. 42.500
2. Solder Rp. 35.000/Buah 1 Rp. 35.000
3. Tool Set Rp.105.000/Set 1 Rp.105.000
4. Organizer Box Rp. 32.900/Buah 1 Rp. 32.900
5. Penyedot Timah Rp. 40.000/Buah 1 Rp. 40.000
6. Adaptor Selector Rp. 35.000/Buah 1 Rp. 35.000
-
34
6.2 Jadwal Kegiatan
6.2.1 Jadwal Kegiatan Pembuatan Proposal Proyek Akhir
Tabel 6.2.1 Rencana Jadwal Kegiatan Pembuatan Proposal Proyek Akhir
NO KEGIATAN BULAN
1 2 3 4 5 6
1 Studi Literatur
2 Sharing dengan Dosen
Pembimbing
3 Pembuatan Blok
Diagram
4 Pembuatan Simulasi
5 Penyusunan Proposal
7. Bor Rp.60.000/Buah 1 Rp.60.000
B. Bahan Habis Pakai
1. Solar Cell
150 WP Rp.3.300.000/Buah 1 Rp.3.300.000
2. Accumulator .150.000/Buah 4 Rp.600.000
3. ARM
STM32F407VG
Rp. 250.000/Buah 1
Rp. 250.000
4. Timah Rp. 12.500/Buah 1 Rp. 12.500
5. Pasta Solder Rp. 30.000/Buah 1 Rp. 30.000
6. LCD TFT Rp. 260.000/Buah 1 Rp. 260.000
7. Trafo Step Up Rp. 500.000/Buah 1 Rp.500.000
8. Komponen Boost
Converter Rp. 200.000/Buah 1 Rp. 200.000
9. Komponen
Inverter Rp. 200.000/Buah 1 Rp. 200.000
10. Sensor Arus Rp. 90.000/Buah 1 Rp. 90.000
11. Sensor Tegangan Rp. 40.000/Buah 2 Rp. 80.000
12. Komponen Filter
LC Rp. 50.000/Buah 1 Rp. 50.000
13. Sensor Kecepatan Rp. 50.000/Buah 1 Rp. 50.000
E Jumlah Pengeluaran Rp. 5.972.900
-
35
6.2.2 Jadwal Kegiatan Progres Proyek Akhir
Tabel 6.2.2 Rencana Jadwal Kegiatan Pembuatan Proposal Proyek Akhir
NO KEGIATAN BULAN
1 2 3 4 5 6
1 Survei Komponen
2 Sharing dengan Dosen
Pembimbing
3 Perencanaan
Komponen
4 Uji Coba Sensor
5 Pembuatan Mekanik
6 Pembuatan Elektrik
Sistem
6.2.3 Jadwal Kegiatan Proyek Akhir
Tabel 6.2.3 Rencana Jadwal Kegiatan Pembuatan Proposal Proyek Akhir
NO KEGIATAN BULAN
1 2 3 4 5 6
1 Uji Coba Elektrik
Sistem
2 Sharing dengan Dosen
Pembimbing
3 Uji Coba Mekanik
4 Integrasi Sistem
5 Uji Coba dan Analisa
Sistem
6 Penyusunan Buku
-
36
DAFTAR PUSTAKA
1. Ecy Dwiasta Rosella, 2014, Solar Cell Sebagai Sumber Energi
Penggerak Aerator Pada Tambak Udang (Battery Charger), Tugas
Akhir, Teknik Elektro Industri Politeknik Elektronika Negeri Surabaya.
2. Achmad Erfan Prihadana, 2014, Rancang Bangun Battery Charger
ON/OFF Regulator Sebagai Sumber Listrik Pompa Air, Tugas Akhir,
Teknik Elektro Industri Politektik Elektronika Negeri Surabaya.
3. Junaidi dan Eka, 2008. Rancang Bangun Mesin Pemeras Santan Dengan
Metode Kombinasi Pemarutan Dan Pemerasan Dengan Sistem Screw.
POLI REKAYASA Volume 4, Nomor ISSN : 1858-370, 1 Oktober
2008. Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Padang Kampus Unand
Limau Manis Padang : Sumatera Barat.
4. Arismunandar W. 1998. Motor Bakar Torak. ITB. Bandung Bergeyk,
K.V. and A.J. Leidekerken. 1981. Teknologi Proses, Jilid 1
(Penerjemah : B.S.Anwir). Penerbit Bharata Karya Aksara. Jakarta
5. Benzon, J.A. dan R.V. Jose . 1982. Coconut, Production and
Utilization. Philipine Coconut Font Inc. Amber Avenue. Metro Manila
6. Chen, James and Chou, Cung Ci. 1991. Cane Sugar Hand Book. John
Wiley and Sons, Inc. New York
7. Dachlan, M.A. 1984. Pengembangan Pembuatan Santan Awet :
Laporan Majalah Industri Hasil Pertanian. Balai Besar Industri
Pertanian. Bogor
8. Djatmiko, B. 1983. Minyak dan Lemak. Departemen Teknologi
Hasil Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian (Fateta). Institut Pertanian
Bogor.
9. Dirjen Industri Agro. 2010. Roadmap Industri Pengolahan Kelapa.
Kementerian Perindustrian. Jakarta
COVER(Revisi3).pdfProposal PA (Revisi3).pdf