1. Jurnal.docx

Fakultas Teknik. Jurusan Teknik Elektro.Universitas Pamulang

ISSN : 2355 -5882

PENGUKURAN TEGANGAN OUTPUT DAN KECEPATAN PUTARAN GENERATOR DC PEMBANGKIT LISTRIK MIKROHIDRO BERBASIS MIKROKONTROLER AT-MEGA 8535 DENGAN DISPLAY LCD HEDY ADITYA BASKHARA, S.T., M.T. Jurusan Teknik Elektro - Fakultas Teknik - UNIVERSITAS PAMULANG e-mail: @gmail.com

ABSTRAK Generator adalah mesin yang mengubah tenaga mekanik menjadi tenaga listrik, biasanya dengan cara induksi elektromagnetik. Proses ini dikenal sebagai pembangkit listrik. Bagian utama komutator stator generator dan celah udara. Antara generator dan motor memiliki banyak kesamaan, tetapi motor adalah alat yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik, sedangkan generator adalah untuk mendorong muatan listrik untuk bergerak melalui sirkuit listrik extermal, tetapi generator tidak menciptakan listrik yang sudah ada di gulungan kawat. Ini analog dengan pompa air yang menciptakan aliran air tetapi tidak menciptakan air di dalamnya. Kata Kunci: Generator DC, Pengukuran, Kecepatan, TeganganABSTRACT Generator is a machine that converts mechanical power into electrical power, usually by means of electromagnetic induction. This process is know as electricity generation. The main part of the commutator of the generator stator and air gap. Between generators and motors have many similarities, but the motor is a device that converts electrical energy into mechanical energy, while the generator is to encourage electric charge to move through an external electrical circuit, but the generator does not create electricity that is already on the wire windings. This is analogous to a water pump that creates a flow of water but does not create water in it. Keyword: DC generator, Measurement, Speed, Voltage

dibangun untuk keperluan komunitas kecil

I. PENDAHULUAN Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) adalah sama seperti Pembangkit Listrik

Tenaga

Air

(PLTA)

yang

memanfaatkaan kondisi air sebagai sumber daya (resources). Yang membedakannya adalah kapasitas aliran dan ketinggian tertentu

dari

instalasi.

PLTA

dapat

menghasilkan daya dalam skala besar, sedangkan PLTMH hanya menghasilkan daya berskala kecil. PLTMH bisa dijadikan sebagai salah satu alternatif penghasil listrik yang murah dan juga ramah lingkungan. PLTMH umumnya hanya

dengan memanfaatkan laju aliran sungai II. LANDASAN TEORI 2.1 Pengertian PLTMH. Secara teknis, Mikrohidro memiliki tiga komponen utama yaitu air (sumber energi), turbin dan generator. Air yang mengalir

dengan

kapasitas

tertentu

disalurkan dengan ketinggian tertentu menuju rumah instalasi (rumah turbin). Didalam

instalasi

air

tersebut

akan

menumbuk turbin, dimana turbin sendiri dipastikan akan menerima energi air tersebut dan mengubahnya menjadi energi 1

Fakultas Teknik. Jurusan Teknik Elektro.Universitas Pamulang

mekanik berupa berputarnya poros turbin. Poros yang berputar tersebut kemudian ditransmisikan

Pada

generator

shunt

mempunyai

penguat eksitasi E1-E2 yang terhubung

menggunakan kopling. Dari generator akan

paralel dengan rotor (A1-A2). Tegangan

dihasilkan energi listrik yang akan masuk

awal generator diperoleh dari magnet sisa

ke sistem kontrol arus listrik sebelum

yang terdapat pada medan magnet stator.

dialirkan ke rumah-rumah atau keperluan

Rotor berputar dalam magnet yang lemah,

lainnya (beban).

dihasilkan tegangan yang akan memperkuat

2.2 Generator DC

medan stator, sampai dicapai tegangan

DC

generator

2. Generator Shunt

dengan

Generator

ke

ISSN : 2355 -5882

merupakan

sebuah

nominalnya. Pengaturan arus eksitasi yang

perangkat mesin listrik dinamis yang

melewati belitan shunt E1-E2 diatur oleh

mengubah energi dinamis menjadi listrik.

tahanan geser. Makin besar arus eksitasi

Generator menghasilkan arus DC/arus

shunt, makin besar medan penguat shunt

searah. Generator DC dibedakan menjadi

yang dihasilkan, dan tegangan terminal

beberapa jenis berdasarkan dari rangkaian

meningkat sampai mencapai tegangan

belitan magnet atau penguat eksitasinya

nominalnya.

terhadap jangkar (anker), jenis generator DC yaitu: 1. Generator Penguat terpisah Pada generator penguat terpisah, belitan eksitasi (penguat eksitasi) tidak terhubung menjadi satu dengan rotor. Terdapt dua jenis generator terpisah, yaitu:

Gambar 2. 2 Diagram rangkaian generator shunt

a. Penguat elektromagnetik b. Magnet permanent/ magnet tetap. Berikut ini adalah gambar generator penguat terpisah:

3. Generator kompon Generator gabungan

dari

kompon

merupakan

generator

shunt

dan

generator seri/generator penguat terpisah, yang dilengkapi dengan shunt dan seri dengan sifat yang dimiliki merupakan gabungan

dari

keduanya.

Generator

kompon bisa dihubungkan sebagai kompon pendek atau dalam kompon panjang. Gambar 2. 1 Generator penguat terpisah

Perbedaan dari kedua hubungan ini hampir 2

Fakultas Teknik. Jurusan Teknik Elektro.Universitas Pamulang

ISSN : 2355 -5882

tidak ada, karena tahanan kumparan seri kecil,

sehingga

kumparan

ini

tegangan ditinjau

drop

dari

pada

tegangan

Pengatur medan magnet (D1-D2) terletak di depan belitan shunt.

terminal kecil sekali dan terpengaruh. Biasanya kumparan seri dihubungkan sedemikian rupa, sehingga kumparan seri ini membantu kumparan shunt, yakni MMF nya searah. Bila generator ini dihubungkan seperti itu, maka dikatakan generator itu

Tenaga

mekanis

yang

memutar

kumparan kawat penghantar dalam medan magnetik ataupun sebaliknya memutar magnet

diantara

kumparan

kawat

penghantar. Tenaga listrik yang dihasilkan

mempunyai kumparan kompon bantu. Mesin yang mempunyai kumparan seri melawan medan shunt disebut kompon lawan dan ini biasanya digunakan untuk motor atau generator-generator khusus

oleh generator tersebut adalah arus searah (DC) atau bolak-balik (AC), hal ini tergantung

dari

susunan

pengambilan

arusnya.

seperti untuk mesin las. Dalam hungungan kompon bantu yang mempunyai peranan utama ialah kumparan shunt dan kumparan seri dirancang untuk kompensasi MMF akibat reaksi jangkar dan juga tegangan drop di jangkar pada range beban tertentu. Yang mengakibatkan tegangan generator akan diatur secara otomatis pasa satu range beban tertentu. Generator

2.3 Voltmeter Digital DC (Pengukuran Tegangan) Voltmeter merupakan suatu alat yang berfungsi untuk mengukur tegangan listrik. Dengan ditambah alat multiplier akan dapat meningkatkan kemampuan pengukuran alat voltmeter berkali-kali lipat. Dalam

kompon

mmempunyai

dua

mengukur

dunia tegangan

elektronika, listrik

untuk

biasanya

penguat eksitasi pada inti kutub utama yang

digunakan sebuah alat yang bernama

sama. Satu penguat eksitasi merupan

multimeter. Alat ini biasanya memiliki tiga

penguat shunt, dan lainnya merupakan seri.

fungsi sekaligus yaitu mengukur arus listrik (Ampere), mengukur tegangan (Volt), dan pengukur hambatan (Ohm). Oleh karena itu multimeter juga sering disebut sebagai avometer (Amper, Volt, Ohm meter).

Gambar 2. 3 Diagram rangkaian generator kompon 3

Fakultas Teknik. Jurusan Teknik Elektro.Universitas Pamulang

ISSN : 2355 -5882

2.4 Rotary Encoder Rotary

encoder

adalah

divais

elektromekanik yang dapat memonitor gerakan

dan

posisi.

Rotary

encoder

umumnya menggunakan sensor optik untuk menghasilkan serial pulsa yang dapat diartikan menjadi gerakan, posisi, dan arah. Sehingga posisi sudut suatu poros benda berputar dapat diolah menjadi informasi berupa kode digital oleh rotary encoder untuk diteruskan oleh rangkain kendari. Rotary encoder umumnya digunakan pada pengendalian robot motor drive dsb. Rotary encoder tersusun dari piringan tipis yang memiliki lubang-lubang pada bagian

lingkaran

piringan.

LED

ditempatkan pada salah satu sisi piringan sehingga cahaya akan menuju ke piringan. Disisi lain suatu photo-transistor diletakkan sehingga mendeteksi

photo-transistor cahaya

dari

ini

dapat

LED

yang

berseberangan. Piringan tipis tadi dikopel dengan poros motor, atau divais berputar lainnya yang ingin kita ketahui posisinya, sehingga ketika motor berputar piringan juga akan ikut berputar. Apabila posisi piringan mengakibatkan cahaya dari LED dapat mencapai phototransistor melauli lubang-lubang yang ada, maka photo-transistor akan mengalami saturasi dan akan menghasilkan suatu pulsa gelombang energi.

Gambar 2. 5 Blok penyusun rotary encoder

Pada

gambar

diatas

menunjukkan

bagan skematik sederhana dari rotary encoder. Semakin banyak deretan pulsa yang

dihasilkan

menentukan

pada

akurasi

satu

putaran

rotary

encoder

tersebut, akibatnya semakin banyak jumlah lubang yang dapat dibuat pada piringan menentukan ratary encoder tersebut.

2.5 Mikrokontroler AT-Mega8535 Mikrokontroler adalah pusat kerja dari suatu sistem elektronika seperti halnya mikroprosesor sebagai otak komputer. Adapun nilai plus bagi mikrokontroler adalah terdapatnya memori dan port input/output dalam suatu kemasan IC yang kompak.

Kemampuannya

yang

programmable, fitur yang lengkap seperti ADC internal, EEPROM internal, port I/O, komunikasi

serial.

Juga

harga

yang

terjangkau memungkinkan mikrokontroler digunakan

pada

berbagai

sistem

elektronika, seperti pada robot automatisasi industri,

sistem

alarm,

peralatan

komunikasi, sistem keamanan, hingga sistem pengontrolan pada suatu pembangkit 4

Fakultas Teknik. Jurusan Teknik Elektro.Universitas Pamulang

ISSN : 2355 -5882

listrik. Mikrokontroler AVR memiliki

karakter yang ditampilkan berada.

arsitektur RISC 8 bit, dimana semua

2. CDRAM

(Character

Generator

intruksi dikemas dalam kode 16 bit dan

Random Acces Memory) merupakan

sebagaimana besar intruksi dalam 1 (satu)

memori untuk menggambarkan pola

siklus clock. AVR berteknologi RISC

sebuah karakter dimana bentuk dari

(Reduced Instruction Set Computing).

karakter dapat diubah-ubah sesuai keinginan. Namun memori akan

Input untuk driver relay dan driver

hilang saat power supplay tidak

motor DC dikontrol oleh mikrokontroller.

aktif sehingga pola karakter akan

Mikrokontroller adalah suatu komponen

hilang.

semikonduktor yang didalamnya sudah terdapat

suatu

sistem

3. CGROM

mikroprosesor,

Generator

Read Only Memory) merupakan

saperti ALU, ROM, RAM, dan Port I/O. Di

memory

Indonesia banyak beredar mikrokontroller

untuk

menggambarkan

pola sebuah karakter dimana pola

dari bebagai pabrik, diantaranya Atmel,

tersebut sudah ditentukan secara

Microchip, dan Motorola.

permanent.

2.6 LCD LCD (Liquide Crystal Diplay) dalam hal ini digunakan sebagai tampilan dari instruksi-intruksi dari mikrokontroler. LCD yang dipakai adalah 2x16, LCD ini memiliki 2 baris dan 16 kolom dengan konsumsi daya rendah, selain itu juga sudah terdapat rangkaian yang digunakan untuk penjelasan ASCII dari mikrokontroller. Sehingga untuk pemprogrammannya tidak menambahkan rangkaian pengkodean. LCD

(Character

yang umumnya,

ada

yang

panjangnya hingga 2x40 dan 4x40, untuk

III. METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Gambaran Sistem Depenelitian Sistem Nama sistem: Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro berbasis Mikrokontroller ATMega8535 dengan Display LCD Fungsi sistem: Membangkitkan Tegangan DC. Spesifikasi Perencanaan mekanik sistem: 1. Panjang

= 60 cm

2. Lebar

= 50 cm

3. Tinggi

= 35 cm

mengatur tempat penyimpanan karakter adalah menggunakan DDRAM. Berikut bagian-bagian dari LCD: 1. DDRAM

(Display

data

Acces

Memomry) merupakan memori tempat

Gambar 3. 1 Perencanaan pembangkit listrik tenaga mikrohidro 5

Fakultas Teknik. Jurusan Teknik Elektro.Universitas Pamulang

ISSN : 2355 -5882

Spesifikasi Realisasi Mekanik Sistem:

3.2 Subsistem 1 dan 2 pada generator DC

1. Panjang 2. Lebar 3. Tinggi

a. Subsistem 1

= 60 cm = 50 cm = 35 cm

Nama subsistem 1: Pengukur Tegangan Output Generator DC Fungsi subsistem 1: Mengukur Tegangan Output Generator DC Target subsistem: Mengukur tegangan secara realtime dan berkelanjutan yang

Gambar 3. 2 Realisasi pembangkit listrik tenaga mikrohidro

dihasilkan generator DC.

b. Voltmeter DC Voltmeter merupakan suatu alat yang berfungsi untuk mengukur tegangan listrik. Dengan ditambah alat multiplier akan dapat meningkatkan kemampuan pengukuran alat Gambar 3. 3 Alur fungsi sistem Spesifikasi Elektrik Sistem Tegangan suplai: 5 sampai 12 VDC Arus Suplai: 250 mA

voltmeter berkali-kali lipat. Dalam mengukur

dunia

elektronika,

tegangan

listrik

untuk biasanya

digunakan sebuah alat yang bernama multimeter. Alat ini biasanya memiliki tiga fungsi sekaligus yaitu mengukur arus listrik (Ampere), mengukur tegangan (Volt), dan pengukur hambatan (Ohm). Oleh karena itu multimeter juga sering disebut sebagai avometer (Amper, Volt, Ohm meter). Karena generator dc mempunyai output

Gambar 3. 4 Diagram Elektrik sistem Berikut ini gambar generator DC:

tegangan dari 0 hingga 24 vdc, maka dipilihlah voltmeter dc dengan rentang 0 hingga 200 vdc, hal ini dikarenakan voltmeter yang tersedia dipasaran untuk panel adalah dalam rentang seperti diatas

Gambar 3. 5 Tampilan fisik dari generator dc Sayama Geared Motor 6

Fakultas Teknik. Jurusan Teknik Elektro.Universitas Pamulang

ISSN : 2355 -5882

Putaran Generator DC Target subsistem: Memonitoring kecepatan putar pada generator DC sesuai waktu yang telah ditentukan setiap satu detik. d. Rotary Encoder Rotary Gambar 3. 6 Tampilan fisik Voltmeter DC

adalah

divais

elektromekanik yang dapat memonitor gerakan

Konfigurasi instalasi pengukuran pada alat:

encoder

dan

posisi.

Rotary

encoder

umumnya menggunakan sensor optik untuk menghasilkan serial pulsa yang dapat diartikan menjadi gerakan, posisi, dan arah. Sehingga posisi sudut suatu poros benda berputar dapat diolah menjadi informasi berupa kode digital oleh rotary encoder

Gambar 3.7 Konfigurasi pengukuran

untuk diteruskan oleh rangkain kendali. Rotary encoder tersusun dari piringan

tegangan output pada generator DC

tipis yang memiliki lubang-lubang pada bagian

lingkaran

piringan.

LED

ditempatkan pada salah satu sisi piringan sehingga cahaya akan menuju ke piringan. Di Gambar 3. 8 Diagram elektrik penampil kecepatan generator dc

sisi

diletakkan

lain

suatu

photo-transistor

sehingga photo-transistor ini

dapat mendeteksi cahaya dari LED yang berseberangan. Piringan tipis tadi dikopel dengan poros generator dc.

Cara kerja: menampilkan

Apabila posisi piringan mengakibatkan

tegangan output yang dihasilkan oleh

cahaya dari LED dapat mencapai photo-

putaran generator DC.

transistor melauli lubang-lubang yang ada,

Voltmeter

digital

akan

maka photo-transistor akan mengalami c. Subssistem 2

saturasi dan akan menghasilkan logika ’1’

Nama subsistem 2: Pengukur Kecepatan

atau tegangan 5 vdc pada output rotary

Putaran Generator DC

encoder, demikian juga sebaliknya apabila

Fungsi subsistem 2: Mengukur Kecepatan

cahaya dari LED terhalang oleh piringan 7

Fakultas Teknik. Jurusan Teknik Elektro.Universitas Pamulang

maka menghasilkan logika sebaliknya yaitu logika ’0’ atau tegangan 0 vdc.

ISSN : 2355 -5882

Target Pengujian: Pengukuran tegangan sesuai dengan referensi yaitu voltmeter digital eksternal 4.2

Prosedur Pengujian Voltmeter DC Sebelum dilakukannya pengambilan

data tegangan output pada generator, maka terlebih dahulu harus dilakukan pengujian terhadap pembacaan pada voltmeter dc tersebut dengan membandingkan data tegangan yang ditampilkan oleh multitester digital lain, hal ini guna untuk mendapatkan hasil yang akurat dalam pengambilan data tegangan output (Vo) generator dc setiap detik oleh kecepatan putaran Gambar 3. 9 Piringan putar terdiri dari 36 lubang

(Rpm)

generator DC. Tabel 4. 1 Peralatan Pendukung Pengujian Voltmeter DC Nama Alat Ukur

Merk Tipe Simbol

Fungsi

Mengukur Gambar 3. 10 Konfigurasi pengukur kecepatan generator DC

Multimeter Digital

Fluke

87 III

tegangan -

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

output generator dc

4.1 Depenelitian Pengujian Nama Pengujian: Pengujian subsistem pengukur tegangan output (Vo) terhadap putaran generator DC Tujuan Pengujian: Mengetahui apakah subsistem pengukuran tegangan output generator bekerja dengan baik Gambar 4. 1 Pembacaan Voltmeter DC dengan Voltmeter eksternal 8

Fakultas Teknik. Jurusan Teknik Elektro.Universitas Pamulang

ISSN : 2355 -5882

Tabel 4. 2 Data hasil pengujian tegangan output dan kecepatan

Gambar 4. 2 Pengujian Voltmeter digital DC 4.3 Data

dan

Analisis

Data

Hasil

Pengujian Dari hasil pengujian keseluruhan telah diketahui bahwa sistem telah bekerja dengan baik sehingga sistem sudah siap untuk

dilakukan

pengambilan

data

pengukuran kecepatan dan tegangan output pada generator DC. Cara kerja singkat sistem adalah pada awalnya

pompa

menghasilkan

air

berputar

dorongan

air

dan yang

mengakibatkan kincir air pada pembangkit berputar

sehingga

No

Kecepatan (Rpm)

Tegangan Output (Vo. Dc)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

433 483 583 716 733 756 785 883 966 966 1000 1016 1033 1066 1183 1250 1266 1283 1300 1383

0.4 0.4 0.5 0.5 0.7 0.7 0.7 0.7 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.9 1 1 1 1.1 1.1

Berikut ini adalah gambar grafik pengujian tegangan terhadap kecepatan:

mengakibatkan Grafik Pengukuran Tegangan Output terhadap Kecepatan Generator

berputarnya generator melalui Van Belt yang terkopel oleh gear pada poros kincir,

sensor optik (optical encoder) yang terletak pada poros as generator dan disamping itu terminal tegangan pada generator dibaca (diukur) oleh voltmeter digital. Berikut

ini

adalah

data

hasil

pengukuran tegangan output generator terhadap kecepatan putaran:

Tegangan Output (Vo) Generator

kemudian putaran generator diukur melalui

1.5 1 0.5

Series1

0 0200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Kecepatan Sudut Generator (RPM)

Gambar 4. 3 Grafik data hasil pengujian tegangan output terhadap kecepatan

9

Fakultas Teknik. Jurusan Teknik Elektro.Universitas Pamulang

ISSN : 2355 -5882

(satu) detik setiap kecepatan putaran (rpm) generator dc. 4. Alternatif

lain

dapat

kita

buat

perbandingan rasio gear, antara gear pada kincir pembangkit dan kincir pada generator dengan Gambar 4. 4 Pengujian dan analisis data

dc

diperbesar.

putaran

yang

Sehingga

kecil

akan

menghasilkan putaran yang lebih besar pada generator. Sehingga menghasilkan tegangan output (Vo) yang lebih besar dengan kemampuan generator yang sama. V. PENUTUP 5.1 Kesimpulan

Gambar 4. 5 Pengujian dan analisis data

Semakin cepat putaran pada kincir

Dari data pengujian pada tabel 4.2.1 dapat

pembangkit, maka kecepatan putaran akan

dianalisis bahwa:

semakin cepat hingga mencapai 1383 Rpm

1. Semakin besarnya kecepatan putaran pada

generator

dc,

maka

akan

menimbulakan tegangan output (Vo) yang dihasilkan generator dc semakin membesar pula. 2. Tegangan output (Vo) generator dc ini

pada generator. Sehingga tegangan output akan semakin tinggi hingga 1.1 Volt DC. Sistem berjalan dengan baik karena penunjukkan tegangan output (Vo) 0.6 Volt DC pada voltmeter sistem sama dengan voltmer eksternal.

kecil, karena putaran pada kincir tidak

DAFTAR REFERENSI

berputar lebih cepat yang diakibatkan

[1] Ardi Winoto, 2010. Mikrokontroler AVR ATmega8/16/32/8535 dan Programannya denganbahasa C pada WinAVR. Bandung: Informatika. [2] Malvino. Electronical Principal prinsip-prinsip Electronika terjemahan. Hanapi gunawan. Erlangga, Jakarta. 1995. [3] Widodo Budiharto dan Sigit Firmansyah. Elektronika Digital dan Mikroprosesor. Andi, yogyakarta. 2004

oleh kecepatan debit air terbatas oleh kemampuan pompa air. 3. Data yang dihasilkan dari pengujian dengan perbandingan rasio gear kincir generator dc dan gear kincir pembangkit adalah 1:5 cm. Pengukuran tegangan output (Vo) generator dc dihitung per 1

10

Fakultas Teknik. Jurusan Teknik Elektro.Universitas Pamulang

ISSN : 2355 -5882

[4] http://en.wikipedia.org/wiki/Rotary_e ncoder. 28 juli 2011 [5] http://staff.ui.ac.id/internal/040603029 /material/PresentasiTTLKelompok1.p df 28 juli 2011 [6] ww.atmel.com datasheet ATmega8/16/32/8535 AVRstudio4 30 juli 2011 [7] LCD www.codeproject.com 1Agustus 2011www.freewebs.com/maheshwanh ede/1Agustus2011 www.myutorialcafe.com 1 Agustus 2011

11