RANCANG BANGUN KONTROL TEGANGAN OUTPUT GENERATOR BERBASIS ARDUINO LAPORAN TUGAS AKHIR

Transkripsi

1 RANCANG BANGUN KONTROL TEGANGAN OUTPUT GENERATOR BERBASIS ARDUINO LAPORAN TUGAS AKHIR Ditulis Untuk Memenuhi Syarat Menyelesaikan Pendidikan Program Diploma III Oleh : MUSTHOPA HUSEIN MUHAMMAD ALI WARDANA NIM : NIM : MARDIANA HASIBUAN SINDY ROSALINA SIMARMATA NIM : NIM : PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2015

2 ABSTRAK Perkembangan teknologi yang tinggi dalam berbagai bidang khususnya dalam bidang elektronika, membuat manusia selalu mencari cara baru untuk mempermudah setiap aktifitas yang akan dilakukan. Salah satunya adalah cara untuk membuat kontrol tegangan output generator menggunakan Arduino Mega. Dalam perancangan alat kontrol ini menggunakan mesin motor matic sebagai penggerak mula alternator. Mesin motor matic akan dipasangkan dengan alternator dengan cara menggunakan belting. Setelah mesin dihidupkan dan alternator berputar sesuai dengan kecepatan yang di tentukan dan diinginkan maka output generator akan di deteksi tegangannya oleh sensor tegangan menggunakan trafo CT 500 ma. Perancangan sistem ini juga menggunakan Motor DC Power Window sebagai alat penghubung dari arduino ke mesin motor matic ataupun mesin penggerak awal mesin, untuk nantinya bisa di kontrol kecepatan dari mesin tersebut. Apabila terjadi kenaikan dan penurunan tegangan pada mesin atau alat generator, penulis menambahkan fitur kontrol sebagai tampilan untuk tegangan dan kecepatan motor. Kata kunci : Arduino Mega, Generator, Mesin motor Matic, Sensor Tegangan dan Motor DC Power Window. iii

3 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT atas berkat Rahmat dan hidayah-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dan penulisan laporan ini dengan baik. Judul laporan Tugas Akhir ini adalah Rancang Bangun Kontrol Tegangan Output Generator Berbasis Arduino. Laporan ini merupakan hasil pengerjaan Tugas Akhir di Departemen Teknik Elektro POLMED, disusun sebagai syarat kelulusan Diploma 3 jurusan Teknik Elektro Program Studi Teknik Elektronika Politeknik Negeri Medan. Dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, penulis banyak mengalami hambatan dan kesulitan, namun berkat bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak maka tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Pada kesempatan ini penulis sudah sepantasnya mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak M. Syahruddin, S.T.,M.T., selaku Direktur Politeknik Negeri Medan. 2. Bapak Junaidi, S.T.,M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Medan. 3. Bapak Berman Panjaitan, S.T.,M.T., selaku Kepala Program Studi Teknik Elektronika Politeknik Negeri Medan. 4. Bapak Drs. Imnadir, M.T., selaku penguji Bapak Ahmad Hidayat, S.T.,M.T., selaku penguji Bapak Benrad Simanjuntak, S.T.,M.T., selaku wali kelas EK 6-B. 7. Bapak Ir. Akhiruddin, M.T., selaku pembimbing penulis Bapak Herri Trisna Frianto, S.T.,M.T., selaku pembimbing penulis Bapak Ir. Akhiruddin, M.T., selaku Kepala Laboratorium Program Studi Teknik Elektronika sekaligus sebagai pembimbing, yang telah memberikan bimbingan dan fasilitas bagi penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini. 10. Bapak Harris Aminuddin, S.ST.,M.T., selaku Kepala Bengkel Program Studi Teknik Elektronika Politeknik Negeri Medan. iv

4 11. Segenap dosen staff pengajar dan pegawai Program Studi Teknik Elektronika Politeknik Negeri Medan yang berperan besar memberi ilmu pengetahuan. 12. Teristimewa Kepada Kedua Orang tua kami tercinta, terimakasih atas segala doa dan dukungannya. 13. Seluruh Teman-teman di Politeknik Negeri Medan Program Studi Teknik Elektronika, khususnya mahasiswa/i kelas EK 6-B Dan semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian Tugas Akhir ini. Semoga laporan Tugas Akhir ini dapat bermanfaat dan dapat digunakan untuk pengembangan dan penelitian lebih lanjut. Penulis menyadari terdapat banyak kekurangan dan kesalahan dalam penulisan laporan ini. Untuk itu penulis menyambut baik kritik dan saran yang membangun dari pembaca. Terimakasih. Medan, September 2015 Hormat kami, Penulis v

5 DAFTAR ISI Halaman LEMBAR PERSETUJUAN... LEMBAR PENGESAHAN... ABSTRAK... KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR TABEL... i ii iii iv vi ix xi BAB I PENDAHULUAN Latar belakang Rumusan Masalah Batasan Masalah Maksud dan Tujuan Manfaat Metodologi Pengumpulan Data Sistematika Penulisan Laporan... 4 BAB II DASAR TEORI Mesin Motor Sistem Stater pada Prime Mover Prinsip Kerja Motor Stater (ON) Sistem Stop pada Prime Mover Prinsip Kerja Stop pada Prime Mover (OFF) Mesin Motor Matic (Prime Mover)... 8 vi

6 2.1.4 Generator Menghitung Kecepatan Synchronous Konstruksi Generator Sinkron Stator Rotor Motor DC Power Window Mekanisme Kerja Motor DC Komponen Utama Motor DC Arduino Mega LCD (Liquid Crystal Digital) Baterai Aki (Lead Aci) MCB (Mini Circuit Breaker) Voltmeter Sensor Tegangan Transformator Prinsip Kerja Transformator Kapasitor Cara Kerja Kapasitor Dioda IC Regulator Menggunakan LM BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM Diagram Blok Pembuatan Rangkaian Kontrol Rangkaian Driver Motor DC vii

7 3.2.2 Rangkaian Catu Daya 12V dan 9V DC Rangkaian Sensor Tegangan Perancangan PCB Layout PCB dan Komponen Cara Kerja Alat Flowchart BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA Pengujian Alat Pengujian Catu Daya (Power Supply) Pengujian Arduino Mega Pengujian Mesin dan Alternator Pengujian Motor Power Window dan Driver Motor Pengujian pada Sensor Tegangan Pengujian LCD Hasil Program BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN viii

8 DAFTAR GAMBAR Gambar Halaman Gambar 2.1 Motor Stater... 5 Gambar 2.2 Bagian Utama Motor Stater... 6 Gambar 2.3 Motor Stater pada saat ON... 7 Gambar 2.4 Motor Stater pada saat OFF... 8 Gambar 2.5 Mesin Motor Matic... 9 Gambar 2.6 Sistem CVT... 9 Gambar 2.7 Putaran Langsam Gambar 2.8 Motor Saat Mulai Berjalan Gambar 2.9 Putaran Dengan Kecepatan Penuh Gambar 2.10 Putaran Dengan Kecepatan Tinggi Gambar 2.11 Sistem CVT Dengan Beban Ringan Gambar 2.12 Sistem CVT Dengan Tambahan Beban Gambar 2.13 Kontruksi Generator Sinkron Gambar 2.14 Tampilan Fisik Motor DC Power Window Gambar 2.15 Bentuk Fisik Arduino Mega Gambar 2.16 Skematik Arduino Mega Gambar 2.17 Bentuk Fisik LCD (Liquid Crystal Digital) Gambar 2.18 Skematik LCD 16x Gambar 2.19 Baterai Lead Acid (Aki) Gambar 2.20 MCB Gambar 2.21 Skema MCB Gambar 2.22 Voltmeter ix

9 Gambar 3.1 Contoh Diagram Blok Gambar 3.2 Diagram Blok Gambar 3.3 Rangkaian Driver Motor Gambar 3.4 Rangkaian Catu Daya Gambar 3.5 Rangkaian Sensor Tegangan Gambar 3.6 Layout Driver Motor Gambar 3.7 Layout Power Supply Gambar 3.8 Layout Sensor Tegangan Gambar 3.9 Flowchart x

10 DAFTAR TABEL Tabel Halaman Tabel 4.1 Hasil Pengukuran Power Supply Tabel 4.2 Hasil Pengukuran Mesin dan Alternator Tabel 4.3 Hasil Perhitungan Mesin dan Alternator Tabel 4.4 Hasil Pengukuran Tegangan Driver Motor Dc Tabel 4.5 Hasil Pengukuran Motor Power Window Tabel 4.6 Hasil Pengukuran pada Sensor Tegangan xi

11 BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Perkembangan teknologi semakin maju dengan pesat dan memberikan banyak kemudahan dalam menggunakan perangkat ataupun alat-alat yang berhubungan langsung dengan kebutuhan hidup manusia. Oleh karena itu tidak kalah pentingnya kita mengikuti perkembangan dalam bidang teknologi elektronika baik yang bersikap manual ataupun otomatis. Dalam hal ini penulis memberikan suatu inovasi dalam bidang kontrol, yaitu kontrol generator dengan menggunakan Arduino sebagai pengontrol tegangan, dimana kebanyakan generator yang ada dipasaran dikontrol dengan menggunakan AVR (Automatic Voltage Regulator) sebagai pengontrol tegangannya. Adapun dalam perancangan alat ini, penulis menggunakan mesin motor matic sebagai penggerak dari pada Alternator. Mesin motor matic akan dipasangkan dengan alternator dengan menggunakan belting. Setelah mesin dihidupkan dan alternator berputar sesuai dengan kecepatan yang ditentukan maka output generator akan dideteksi tegangannya oleh sensor tegangan menggunakan trafo CT 500 ma. Perancangan sistem ini juga menggunakan Motor DC Power Window sebagai alat penghubung dari Arduino kemesin motor matic ataupun mesin penggerak awal, untuk dikontrol kecepatan dari mesin tersebut. Dengan kemajuan teknologi yang ada pada bidang elektronika, penulis merencanakan membuat sistem kontrol otomatis yaitu RANCANG BANGUN KONTROL TEGANGAN OUTPUT GENERATOR BERBASIS ARDUINO sebagai judul tugas akhir penulis yang dapat di aplikasikan langsung pada generator. 1

12 1.2 Rumusan Masalah Adapun rumusan masalah yang diambil dalam laporan ini adalah sebagai berikut : 1. Bagaimana cara merancang alat kontrol tegangan output generator berbasis Arduino. 2. Bagaimana cara agar Generator dapat menghasilkan tegangan sebesar 220V. 1.3 Batasan Masalah Dalam perancangan dan pembuatan tugas akhir ini diberikan batasanbatasan masalah sebagai berikut : 1. Perancangan dan pembuatan sistem ini berbasis Arduino Mega. 2. Sensor yang digunakan pada sistem ini adalah sensor tegangan dengan menggunakan trafo CT 500 Ma. 3. Motor DC Power Window digunakan sebagai driver pengontrolan kecepatan motor atas perintah dari Arduino. 1.4 Maksud dan Tujuan Maksud dan tujuan dari pembuatan tugas akhir ini adalah: 1. Melengkapi syarat kelulusan program Diploma III (D-3) JurusanTeknik Elektro Program Studi Teknik Elektronika Politeknik Negeri Medan, serta sebagai syarat untuk memenuhi mata kuliah tugas akhir pada semester VI. 2. Arduino bisa di manfaatkan sebagai kontrol pada sistem tegangan secara otomatis. 3. Aplikasi dari Motor DC Power Window sebagai kendali kecepatan motor. 4. Mengetahui dan memahami secara umum sensor-sensor dan komponen yang terdapat pada pembuatan tugas akhir ini. 2

13 1.5 Manfaat Tugas Akhir ini sekiranya bermanfaat untuk : 1. Bermanfaat bagi penulis dalam memperluas wawasan dan pengembangan ilmu pengetahuan mengenai teknologi kontrol otomatis. 2. Bermanfaat bagi pembaca yang ingin menambah pengetahuannya mengenai topik yang dibahas dalam Tugas Akhir ini. 3. Menjadi bahan perbandingan bagi mahasiswa yang akan menyusun Tugas Akhir pada masa yang akan datang khususnya Mahasiswa Teknik Elektronika dalam bidang Instrumentasi dan Pengendalian. Adapun manfaat lain dari alat kontrol tegangan otomatis berbasis Arduino ini adalah : 1. Mengetahui berbagai macam pemanfaatan Arduino dan cara pengaplikasiannya. 2. Menjadi simulasi awal bagi produk generator yang sama dan dapat dikembangkan serta di aplikasikan untuk medium yang lebih besar. 3. Bisa di aplikasikan langsung untuk dalam keperluan home industri sebagai energi listrik cadangan dari PLN. 4. Bisa di aplikasikan langsung ke suatu daerah yang belum teraliri listrik. 1.6 Metodologi Pengumpulan Data Pengumpulan data yang dilakukan dalam penyusunan Laporan Tugas Akhir ini menggunakan beberapa teknik, yaitu : 1. Perumusan ide pokok dan gagasan pokok. 2. Akusisi data. 3. Pengaturan input. 4. Uji coba. 3

14 1.7 Sistematika Penulisan Laporan Dalam penyusunan Laporan Tugas Akhir ini dibagi dalam beberapa bab, masing-masing akan membahas topik-topik khusus. Adapun sistematika penulisan laporan ini adalah sebagai berikut : Bab I : Pendahuluan Bab ini berisi tentang latar belakang pemilihan judul, tujuan dan manfaat, batasan masalah, metodologi penulisan dan perancangan alat serta sistematika penulisan yang dilakukan untuk menyelesaikan masalah yang ada. Bab II : Dasar Teori Bab ini membahas tentang teori pendukung komponen dan alat pendukung yang digunakan dalam perancangan alat yang akan dibuat. Bab III : Perancangan dan Pembuatan alat Bab ini berisikan blog diagram, perancangan rangkaian dan flowchart. Bab IV : Pengujian dan Analisa Bab ini akan dibahas analisa, pengujian dan pengukuran masingmasing blok sistem dan cara kerja rangkaian. Bab V : Kesimpula dan Saran Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran yang akan diambil dari sistem yang sudah dibuat. DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN 4