Laporan Praktikum Pengukuran Tegangan AC dan DC Via Arduino (Wattmeter)

Transkripsi

1 Laporan Praktikum Pengukuran Tegangan AC dan DC Via Arduino (Wattmeter) Ahmad Fauzi#1, Ahmad Khafid S *2, Prisma Megantoro #3 #Metrologi dan Instrumentasi, Sekolah Vokasi, Universitas Gadjah Mada, Jln. Sekip Unit 1 Catur Tunggal Yogyakarta INDONESIA 1 dent.fauzi@gmail.com, 2 prisma.megantoro@giz.de ABSTRAK Tegangan listrik adalah perbedaan potensial listrik antara dua titik dalam listrik, dan dinyatakan dalam satuan volt. Besaran ini mengukur energi potensial dari sebuah medan listrik mengakibatkan adanya aliran listrik dalam sebuah konduktor listrik. Tergantung pada perbedaan potensial listriknya, suatu listrik dapat dikatakan sebagai ekstra rendah, rendah, tinggi atau ekstra tinggi. Secara definisi listrik menyebabkan obyek bermuatan listrik negatif tertarik dari tempat ber rendah menuju tempat ber lebih tinggi. Sehingga arah arus listrik konvensional di dalam suatu konduktor mengalir dari tinggi menuju rendah. Tegangan dibagi menjadi 2 yaitu AC dan DC. Tujuan dalam praktikum kali ini adalah mahasiswa dapat memahami AC dan DC dengan menggunakan mikrokontroler Arduino. Implementasi penggunaan mikrokontroler arduino uno ini dirancang untuk pembanding sistem pengukuran arus,, daya maupun energi listrik secara manual dan konvensional diwakili menggunakan clamp meter. Hasil dan kesimpulan dari praktikum ini adalah AC maupun DC dari listrik PLN (AC) atau sumber lain seperti aki dan baterai (DC) saat diukur mengalami fluktuasi karena sumber selalu mengalami perubahan kecil tidak teratur dan cepat sehingga menghasilkan data pengukuran besaran listrik tidak konsisten. Keywords Rangkaian Pembagi Tegangan, Theorema Thevenin dan Rangkaian Penyearah dan Regulator.

2 A. Pendahuluan Besar arus listrik mengalir dalam Tegangan listrik atau lebih suatu ditentukan oleh besar beda potensial (sumber) dan tahanan pada perbedaan potensial tersebut. Menurut G. S. Ohm listrik antara dua titik dalam besar arus mengalir dalam suatu listrik. Tegangan listrik merupakan ukuran beda dan berbanding terbalik dengan dikenal sebagai listrik adalah potensial mampu berbanding lurus membangkitkan medan listrik sehingga tahanannya. menyebabkan timbulnya arus listrik dalam Tegangan AC dan DC Via Arduino sebuak (Wattmeter) konduktor Berdasarkan ukuran listrik. perbedaan Praktikum dengan dapat Pengukuran dilakuakan dengan berbagai macam cara dan metode. Salah potensialnya, listrik memiliki satu empat tingkatan: listrik AC dan DC menggunakan Tegangan ekstra rendah (extra low Voltage) Tegangan rendah (low Voltage) Tegangan tinggi (high Voltage) Tegangan ekstra tinggi (extra high Voltage) Rumus untuk mencari adalah : V=I.R dimana V = ; R = hambatan; dan I =arus. Tegangan listrik memiliki satuan Volt. Simbol untuk listrik adalah V. namun dalam referensi-referensi akademis lebih sering digunakan simbol E untuk menyebutkan listrik. Hal contohnya adalah mikrokontroler Arduino. Metode ini dapat mengatasi keterbatasan dalam pencatatan listrik secara manual. Disisi lain, pemanfaatannya saat ini semakin populer dengan lahirnya aplikasi-aplikasi otomatis. Mikrokontroler Arduino Uno dapat digunakan untuk memonitor penggunaan energi listrik secara realtime terintegrasi dengan sistem informasi untuk memudahkan pihak penyedia energi listrik dan pelanggan dalam mengetahui pemakaian arus maupun daya sehingga dapat memonitor penggunaan energi listrik. ini dilakukan agar tidak tertukar dengan simbol satuan (Volt) juga disimbolkan dengan V. C. Dasar Teori B. Literature pengukuran langsung

3 Rangkaian pembagi biasanya digunakan untuk membuat suatu Nampak bahwa masukan terbagi referensi dari sumber menjadi dua bagian ( o S v, v ), masing- lebih besar, titik referensi masing sebading dengan harga resistor pada sensor, untuk memberikan bias pada dikenai tersebut. Sehingga penguat atau untuk memberi besarnya VO dapat dirumuskan sebagai bias pada komponen aktif. Rangkaian berikut. pembagi pada dasarnya dapat dibuat dengan 2 buah resistor, contoh dasar pembagi dengan output VO dari sumber VI menggunakan resistor pembagi Rangkaian Pembagi Tegangan Terbebani R1 dan R2 seperti pada gambar berikut. Gambar. Rangkaian Pembagi Tegangan Terbebani Gambar. Rangkaian Dasar Pembagi Tegangan dapat dirumuskan output VO. Arus (I) mengalir pada R1 dan R2 sehingga nilai sumber VI adalah penjumlahan VS dan VO sehingga dapat sebagai pembagi diatas memperlihatkan suatu pembagi dengan beban terpasang Dari pembagi diatas dirumuskan Gambar berikut. pada terminal keluarannya, mengambil arus io dan penurunan sebesar vo. Kita akan mencoba menemukan hubungan antara io dan vo. Jika arus mengalir melalui R1 sebesar i seperti ditunjukkan dalam gambar, maka arus mengalir lewat R2 adalah sebesar i io.

4 Dengan disederhanakan seperti diatas, maka dapat dengan mudah ditentukan tengangan Dimana Vo/c adalah besarnya vo output vo. Dengan beban adala RL maka tanpa adanya beban, yaitu saat io=0, dan besarnya output vo adalah. harga ini disebut sebagai keluaran saat terbuka (opencircuit output voltage) sebesar. Rangkaian pembagi (voltage divider) merupakan dasar untuk dengan memahami DC atau elektronika RP disebut sebagai resistansi sumber, dimana harganya sama dengan resistansi R1 dan R2 dihubungkan secara paralel. Harga vo/c atau RP tergantung pada sifat dari beban, sehingga efek vo akibat besarnya beban dapat dengan mudah dihitung dengan menggunakan penyederhanaan seperti terlihat pada gambar berikut. lebih komplek. Theorema thevenin adalah salah satu teori elektronika mempelajari tentang nilai pada listrik terbebani. Kembali pada pembahasan terbebani, pembagi hasil penyederhanaan diperoleh dari merupakan salah satu kasus dari teorema Thevenin. Secara singkat teorema Thevenin dapat dikatakan sebagai berikut. Jika suatu kumpulan sumber dan resistor dihubungkan dengan dua terminal keluaran, maka tersebut dapat digantikan dengan sebuah seri dari sebuah sumber terbuka v0/c dan sebuah resistor RP Gambar dibawah menunjukkan suatu Gambar. Penyederhanaan Rangkaian jaringan akan dihubungkan dengan sebuah beban RL. Kombinasi seri v0/c dan RP pada gambar

5 d dibawah merupakan ekivalen/setara hubung singkat Is/c sebesar : Thevenin. Pada beberapa, perhitungan v0/c ataupun Is/c kemungkinan sangat sulit untuk dilakukan. Langkah paling mudah adalah dengan menghitung harga RP (harga resistansi dilihat dari kedua ujung terminal keluaran). Dalam hal ini RP dihitung dengan melihat seolaholah tidak ada Penyearah sumber adalah. elektronika berfungsi menyearahkan gelombang arus listrik. Arus listrik Gambar. Rangkaian Terbentuknya semula berupa arus bolak-balik (AC) jika Rangkaian Setara Thevenin dilewatkan Penyearah akan berubah Ada beberapa kondisi ekstrem dari pada gambar setara thevenin diatas, seperti misalnya saat RL = dan RL = 0. Harga RL = berada pada kondisi terbuka, seolaholah RL dilepas dari terminal keluaran, dengan demikian diperoleh terbuka sebesar v0/c (lihat gambar b diatas). Saat RL = 0 (gambar c diatas) berarti berada pada kondisi hubung singkat (kedua ujung terminal terhubung langsung) dengan arus menjadi arus searah (DC). Jenis-jenis penyearah : a. Penyearah Setengah Gelombang Merupakan penyearah dibangun menggunakan satu dioda saja.

6 dituliskan dalam persamaan matematika adalah IAV sebagai = berikut; 0,318 IMAX Oleh sebab itu penyearah setengah digunakan gelombang lebih sering sebagai berfungsi untuk menurunkan daya pada suatu elektronika sederhana dan digunakan juga sebagai demodulator pada radio penerima AM. Gambar.Penyearah setengah gelombang b. Penyearah gelombang penuh Merupakan penyearah Prinsip kerja dari penyearah dibangun menggunakan dua diode. setengah gelombang ini adalah pada saat setengah gelombang pertama (puncak) melewati dioda bernilai positif menyebabkan dioda dalam keadaan forward bias sehingga arus dari setengah gelombang pertama ini bisa melewati dioda. Pada setengah gelombang kedua (lembah) menyebabkan dioda bernilai negatif dalam keadaan reverse bias sehingga arus dan setengah gelombang kedua bernilai negatif ini Gambar. Penyearah gelombang tidak bisa melewati dioda. Keadaan ini terus berlanjut dan penuh berulang. Cara Rangkaian penyearah setengah kerja penyearah gelombang penuh dengan 2 dioda ini dapat gelombang ini memiliki kelemahan pada bekerja kualitas arus DC dihasilkan. Arus DC transformator dengan CT. Transformator rata-rata dihasilkan dari ini dengan CT seperti pada gambar diatas hanya 0,318 dari arus maksimum-nya, jika dapat memberikan output AC karena menggunakan

7 pada kedua terminal output sekunder terhadap terminal CT dengan level berbeda fasa 180. Pada saat terminal output transformator pada D1 memberikan sinyal puncak positif maka terminal output 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. Kemnudian pada saat terminal output transformator pada D1 memberikan sinyal puncak negatif maka terminal output pada D2 memberikan sinyal puncak positif, pada kondisi ini D1 posisi reverse dan D2 pada posisi forward. Sehingga sinyal puncak positif dilewatkan penuh dengan 4 dioda (jembatan) Prinsip kerja saat output transformator memberikan level sisi positif, maka D1, D4 pada posisi forward bias dan D2, D3 pada posisi reverse bias sehingga level sisi puncak positif tersebut akan di leawatkan melalui D1 ke D4. Kemudian pada saat output transformator memberikan level sisi puncak negatif maka D2, D4 pada posisi forward bias dan D1, D2 pada posisi reverse bias sehingan c. Penyearah gelombang penuh dengan 4 dioda (jembatan) 4 menggunakan transformator non-ct. sisi negatif Regulator adalah bagian supply berfungsi untuk memberikan stabilitas output pada suatu power supply. Output DC dari penyearah tanpa regulator mempunyai Merupakan penyearah menggunakan level tersebut dialirkan melalui D2, D4. power melalui D2. dibangun Gambar. Penyearah gelombang dioda kecenderungan berubah harganya saat dioperasikan. Adanya perubahan pada masukan AC dan variasi beban merupakan penyebab utama terjadinya ketidakstabilan pada power peralatan supply. Pada elektronika, sebagian terjadinya perubahan catu daya akan berakibat cukup serius. Untuk mendapatkan pencatu daya stabil diperlukan regulator. Regulator untuk suatu power supply paling sederhana adalah menggunakan dioda zener. Rangkaian dasar penggunaan dioda zener sebagai regulator dapat dilihat pada

8 gambar dibawah. sembarang dioda zener dengan breakdown misal dioda zener 9 volt. Tegangan output transformer harus lebih tinggi dari breakdown dioda zener, misalnya untuk penggunaan dioda zener 9 volt maka gunakan output transformer 12 volt. Tegangan breakdown dioda zener biasanya tertulis pada body Gambar. Regulator Tegangan Pada Power dari dioda tersebut. Supply D. Langkah Kerja Rangkaian pencatu daya (power supply) dengan regulator diode zener pada Untuk melakukan pengukuran gambar diatas, merupakan AC dan DC Via Arduino contoh sederhana cara pemasangan (Wattmeter) adalah pertama dengan regulator dengan dioda zener. Diode zener dipasang paralel atau shunt menyiapkan alat dan bahan. Alat dan bahan : dengan L dan R. Regulator ini hanya memerlukan sebuah diode zener terhubung seri dengan resistor RS. Perhatikan bahwa diode zener dipasang dalam posisi reverse bias. Dengan cara pemasangan ini, diode zener hanya akan berkonduksi saat reverse bias mencapai breakdown dioda zener. Penyearah berupa Clampmeter Resistor, Kapasitor, Dioda DC Power Supply Arduino Training Kit Kabel-kabel jumper dan konektor Komputer Setelah alat dan bahan siap kemudian melakukan langkah kerja sebagai berikut : diode tipe jembatan (bridge) a. Membuat firmware menggunakan dengan proses penyaringan atau filter IDE Arduino pada computer : Menulis firmware berupa filter-rc. Resistor seri pada ini berfungsi ganda. Pertama, resistor ini menghubungkan C1 dan C2 sebagai filter. Kedua, resistor ini berfungsi sebagai resistor seri untuk regulator (dioda zener). Diode zener dipasang dapat dengan disajikan pada lampiran Klik tombol VERIFY pada software IDE, menunggu sampai proses selesai

9 Colokkan kabel data untuk mengkoneksikan d. Mengamati setiap datanya, mengukur skematik Arduino dengan menggunakan clampmeter. dan computer Melihat device manager, E. Hasil memastikan Arduino telah terbaca USB computer Pada IDE, melihat pada menu TOOL > SERIAL POR memastikan bahwa COM No Arduino diaksud sudah tercennntang (Melakukan poin b) Klik Pengukura Teg Teg n ke Serial Clamp (V) (V) Tabel. Data diperoleh dari pengukuran tombol UPLOAD pada software IDE, menunggu sampai proses selesai Memastikan firmware sudah sukses ter-upload ke chip Arduino b. Merangkai alat dan bahan seperti gambar berikut : Perbandingan nilai didapatkan oleh praktikan pada serial dan diukur menggunakan clampmeter semua data selisihnya tidak banyak dan semua data mengalami fluktuasi dari pengukuran pertama sampai pengukuran keempat. Kedua metode ini seharusnya mendapatkan nilai sama saat pengukuran/waktu sama, hal ini tidak bisa diperoleh disebakan oleh faktorfaktor diantaranya: Faktor alat Pembacaan pada display clammeter Gambar. Skema Pengukuran Tegangan AC dan DC Via Arduino (Wattmeter) c. Melihat data telah diunggah ke computer via komunikasi serial, dengan klik menu TOOL >> SERIAL MONITOR untuk menentukan nilai arus dan, nilainya mengalami naik turun sehingga menyebabkan sulitnya untuk penentuan nilai sebenarnya. Faktor manusia/pengamat

10 Pada pembacaan pada clamp meter praktikan tidak bisa sepenuhnya tepat pada menghasilkan data pengukuran besaran listrik tidak konsisten. waktu ditentukan, bisa saja lebih atau kurang dari beberapa detik dari waktu ditentukan, hal ini dikarenakan praktikan mengukur dan mencatat juga berdeda-beda. Saran untuk praktikum lain adalah alat dan bahan diperbanyak agar praktikan tidak saling menunggu untuk praktikum. F. Referensi E. Kesimpulan dan Saran 1. Nilai didapatkan dari pengukuran pertama sampai keempat untuk pengukuran diamati melalui serial adalah 220V, 219 V, 218V, melalui pengukuran pertama clampmeter sampai dari keempat didapatkan nilai 219V, 220V, elektronika.blogspot.co.id/2013/07/penyea rah.html Diakses pada 7 Desember V. Untuk pengukuran diamati Penyearah, 1] [2] Theorema Thevenin, Diakses pada 15 Desember V dan 219V. 2. Tegangan AC maupun DC dari listrik [3] Perbedaan listrik AC dan PLN (AC) atau sumber lain seperti aki dan baterai (DC) saat diukur -ac-dan-dc.html mengalami fluktuasi karena sumber selalu mengalami perubahan kecil tidak teratur dan cepat sehingga Diakses pada 15 Desember 2015 DC,

11

12 Lampiran

13

14

15