BAB V PENGUJIAN SISTEM DAN ANALISIS HASIL 5.1 Respon Sensor Arus Pengujian terhadap sensor arus terbagi menjadi dua, yaitu pengujian tanpa rangkaian pengkodisisan sinyal (transformator arus dan sensor efek Hall) dan pengujian dengan menggunakan pengkondisian sinyal (sistem sensor). 5.1.1 Tranformator arus Kurva Respon Transformator Arus (RL=1000) Vbeban (volt) 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 y = 0.0442x 0.25 R 2 = 0.9975 y = 0.0047x 0.0075 R 2 = 1 y = 0.0014x 0.0005 R 2 = 0.9991 n=200 n=170 n=50 Linear (n=200) Linear (n=170) Linear (n=50) 0 0 20 40 60 80 100 120 P (watt) Gambar 40. Respon transformator arus terhadap jumlah lilitan Langkah awal pengujian transformator arus dilakukan dengan membandingkan respon sensor terhadap variasi perbandingan nilai lilitan dan juga terhadap variasi nilai hambatan beban. Hasil pengujian yang diperoleh, dapat dilihat pada Gambar 40 dan Gambar 41. Pada Gambar 40 terlihat bahwa tegangan output yang dihasilkan pada transformator arus sangat bergantung pada jumlah lilitan sekunder, apabila jumlah lilitan sekunder >> maka nilai tegangan output Tugas Akhir 10203067 48
>>, begitu pula dengan nilai hambatan beban, semakin besar nilai hambatan beban yang digunakan maka hasil tegangan outputnya pun akan lebih besar (lihat Gambar 41). Kurva Respon Transformator Arus (n=200) 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 y = 0.0442x 0.25 R 2 = 0.9975 y = 0.0333x 0.2 R 2 = 1 0 10 20 30 40 50 RL= 1000 RL=10 Linear (RL= 1000) Linear (RL=10) Gambar 41. Respon transformator arus terhadap hambatan beban Pada pegujian selanjutnya, dilakukan pengujian terhadap daerah kerja sensor untuk memastikan apakah sistem dapat bekerja dengan baik pada frekuensi PLN (50 Hz) atau tidak. Informasi mengenai daerah kerja dapat diperoleh dengan membuat kurva tanggapan amplitudo. Data yang digunakan untuk pengujian daerah kerja ini diberikan pada Tabel 6: Tabel 6. Data respon transformator arus P (watt) N p :N s RL VL 15 1:170 1000 0.062 30 1:170 1000 0.133 45 1:170 1000 0.203 30 1:170 1000 0.133 15 1:170 1000 0.063 15 1:170 1000 0.063 30 1:170 1000 0.133 Tugas Akhir 10203067 49
Gambar 42. Kurva tanggapan amplitudo (n=170, RL=1000) Dari kurva hasil pengujian daerah kerja (kurva tanggapan amplitudo) pada Gambar 42. dapat terlihat bahwa transformator arus yang didesain memiliki daerah kerja pada range 1000-100000 Hz. Sehingga tidak dapat dipastikan bahwa respon yang dihasilkan pada pengujian awal benar-benar akurat. Selain itu dari analisis desain rangkaian transformator arus yang dibuat ketidak akuratan respon sensor dapat terjadi karena terbebani. 5.1.2 Sensor efek Hall Gambar 43. Respon sensor efek Hall (B 0 =2.5V DC ) Tugas Akhir 10203067 50
Berdasarkan kurva respon sensor efek Hall pada Gambar 43. dapat terlihat bahwa tegangan output dari sensor efek Hall, UGN3503, linier terhadap daya listrik. Tegangan output yang dihasilkan merupakan tegangan AC. Walaupun demikian sensor UGN3503 masih memiliki tegangan DC bawaannya (saat B 0 ). Pengujian sensor efek Hall tersebut dilakukan secara langsung mengunakan plant sistem, yaitu lima buah lampu yang dirangkaiankan paralel. Sama halnya dengan alat ukur arus lainnya, rangkaian sensor yang ditunjukan oleh tanda panah pada Gambar 44 juga dirangkaikan seri dengan rangkaian lampu tersebut. Pengujian dilakukan dengan mengkombinasikan nilai daya listrik yang terdapat pada tiap lampu dengan range pengukuran yang dilkukukan berkisar dari 0-130 Watt. Gambar 44. Plant + sensor efek Hall Sensor efek Hall, UGN3503, mimiliki daerah kerja hingga 23 khz. Noise sistem akan semakin mengecil dengan bertambahnya nilai frekuensi kerja sistem. Kurva hubungan noise dengan frekuensi diberikan pada Gambar 45 [5]. Tugas Akhir 10203067 51
Gambar 45. Noise vs Frekuensi UGN3503 5.1.3 Sistem sensor Kurva Respon Sistem Sensor 2.5 2 y = 0.0179x + 0.0094 R 2 = 0.9982 Vout(VoltDC) 1.5 1 0.5 0 0 20 40 60 80 100 120 140 P(watt) Gambar 46. Respon sistem sensor (B 0 =2.5V DC ) Gambar 46. diatas menunjukan kurva respon dari sistem sensor dengan menggunakan sensor efek Hall. Sama halnya dengan pengujian pada sensor efek Hall, kurva yang dihasilkan memiliki hubungan yang linier antara tegangan output terhadap daya listrik yang digunakan. Hanya saja pada pengujian respon sistem sensor ini, dihasilkan tegangan output yang lebih besar dari pengujian sebelumnya Tugas Akhir 10203067 52
dan tegangan output yang dihasilkan merupakan tegangan DC. Hal ini terjadi karena pada rangkaian sistem sensor telah terdapat rangkaian penguat instrumentasi dan AC to DC converter. Perbandingan hasil pengujian yang dilakukan berulang-ulang disajikan beberapa data pada Tabel 7 dan Gambar 47 di bawah ini: Tabel 7. Data pengujian sistem sensor data 1 data 2 data 3 data 4 Watt Vo (Volt) Watt Vo (Volt) Watt Vo (Volt) Watt Vo (Volt) 0 0.0385 0 0.051 0 0.1062 0 0.764 15 0.275 15 0.578 15 0.2891 15 0.628 30 0.529 30 0.708 30 0.597 30 0.75 40 0.686 40 0.864 40 0.97 40 0.843 45 0.824 45 0.959 45 1.037 45 1.014 55 0.972 55 1.062 55 1.219 55 1.12 70 1.275 70 1.408 70 1.481 70 1.415 75 1.332 75 1.469 75 1.542 75 1.497 90 1.636 90 1.758 90 1.773 90 1.806 105 1.936 105 2.122 105 2.065 105 2.069 115 2.094 115 2.255 115 2.27 115 2.082 130 2.278 130 2.591 130 2.566 130 2.244 Gambar 47. Perbandingan respon sistem sensor (B 0 =2.5-2.75V DC ) Tugas Akhir 10203067 53
5.2 Respon Sistem Kontrol Rangkaian sistem kontrol secara keseluruhan diperlihatkan pada Gambar 48. Rangkaian tersebut terdiri dari rangkaian pengontrol, plant, aktuator dan rangkaian sistem sensor. Sistem dikontrol secara otomatis dengan membandingkan nilai set point dan input ADC, apabila nilai input dari ADC melebihi nilai set point maka triac akan memutuskan aliran listrik ke lampu satu persatu dan berhenti saat nilai set point lebih besar dari nilai input ADC. Lampu yang pertama kali dimatikan adalah lampu yang memiliki prioritas terakhir dan berurutan seterusnya hingga prioritas pertama. Penentuan prioritas dilakukan pada saat pembuatan program. Bila penentuan prioritas ditetapkan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 48, dimana aturan-aturan yang dipakai dalam penentuan prioritas tersebut adalah sebagai berikut: 1. Lampu yang memiliki daya terbesar merupakan prioritas pertama yang tidak boleh padam 2. Apabila terdapat beberapa lampu yang memiliki nilai daya yang sama maka urutan prioritas bergantung pada urutan lampu tersebut (urutan lampu yang paling awal memiliki prioritas paling tinggi diantara lampu lainnya) Urutan masing-masing lampu tersebut dapat dilihat pada Tabel 8: Tabel 8. Urutan dan skala prioritas rangkaian lampu Lampu A B C D E Daya (W) 15 40 15 75 15 Prioritas 3 2 4 1 5 Tugas Akhir 10203067 54
Hasil pengujian sistem pada penggunaan daya sebesar = 150 watt (gambar terlampir) dengan menggunakan aturan yang telah ditetapkan sebelumnya dapat dilihat pada Tabel 9 dibawah ini: Tabel 9. Aksi kontrol daya listrik pada penggunaan daya sebesar 150 watt Set point 160 W 140 W 130 W 110W 90W 50W Lampu A 1 1 1 0 0 0 Lampu B 1 1 1 1 0 0 Lampu C 1 1 0 0 0 0 Lampu D 1 1 1 1 1 0 Lampu E 1 0 0 0 0 0 3 2 4 1 5 Gambar 48. Rangkaian sistem kontrol Sistem kontrol daya listrik yang telah dibuat memiliki tegangan input maksimum sebesar 5 volt (Vref) maka resolusi ADC 10 bit yang dimiliki sistem ini sebesar 4,9 mv dengan kata lain sistem mampu mendeteksi setiap perubahan daya sebesar 0.28 watt dan batas pengukuran daya yang dimiliki sistem sebesar 286 watt atau sebanding dengan arus sebesar 1.3 Ampere pada tegangan 220 volt. Tugas Akhir 10203067 55
Sistem tidak dapat bekerja apabila penggunaan daya yang diukur melebihi batas maksimum pengukuran. Rangkaian inti dari sistem kontrol daya listrik diberikan pada Gambar 49. Gambar 49. Rangkaian pengontrol + aktuator Tugas Akhir 10203067 56