Cover Perancangan Bangun Pembuat Inverter Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Angin
PERANCANGAN
NB
BANGUN PEMBUAT INVERTER
TER U
UNTUK
PEMBAN
NGKIT LISTRIK TENAGA ANGIN
N
TUGAS AKHIR
DELLY MARINTAN HUTAPEA
DE
122408021
PR
PROGRAM STUDI D-3 FISIKA
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMA
ALAM
MATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN AL
UNIV
NIVERSITAS SUMATRA UTARA
MEDAN
2015
Universitas Sumatera Utara
PERANCANGAN
NB
BANGUN PEMBUAT INVERTER
TER U
UNTUK
PEMBAN
NGKIT LISTRIK TENAGA ANGIN
N
TUGAS AKHIR
api Tugas Dan Memenuhi Syarat Memperol
Diajukan Untuk Melengkap
roleh Ahli Madya
DELLY MARINTAN HUTAPEA
DE
122408021
PROGRAM STUDI D-3 FISIKA
PR
DEPARTEMEN FISIKA
MATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN AL
ALAM
FAKULTAS MATEMA
NIVERSITAS SUMATRA UTARA
UNIV
MEDAN
2015
Universitas Sumatera Utara
PERSETUJUAN
Judul
Kategori
Nama
Nomor Induk Mahasiswa
Program Studi
Departemen
Fakultas
: Perancangan Bangun Pembuat
Inverter
Pembangkit Listrik Tenaga Angin
: Tugas Akhir
: Delly Marintan Hutapea
: 122408021
: Diploma III ( D-III) Fisika
: Fisika
: Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Untuk
Disetujui di
Medan, 04 Juli 2015
Disetujui Oleh
Prodi D-3 Fisika FMIPA USU
Ketua,
Pembimbing,
Dr. Susilawati, M.Si
NIP. 19741207200122001
Dr. Kurnia Brahmana, M.si
NIP. 196009301986011001
i
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN
PERANCANGAN BANGUN PEMBUAT INVERTER UNTUK PEMBANGKIT
LISTRIK TENAGA ANGIN
TUGAS AKHIR
Saya mengakui bahwa tugas akhir ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa
kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, 06 Juli 2015
DELLY MARINTAN HUTAPEA
122408021
ii
Universitas Sumatera Utara
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis ucapkan terima kasih kepada Tuhan Yang Maha Esa atas
segala rahmat dan keberkahan yang telah dilimpahkan-Nya kepada penulis sehingga
dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini yang berjudul PERANCANGAN BANGUN
PEMBUAT INVERTER UNTUK PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA ANGIN.
Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi untuk
menyelesaikan pendidikan Diploma III Jurusan Fisika Fakultas Matematika Dan Ilmu
pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
Penulis menyadari bahwa tersusunnya Tugas Akhir ini dari Doa, perhatian,
bimbingan, motivasi dan dukungan berbagai pihak, sehingga dengan keikhlasan dan
kerendahan hati pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada :
1. Teristimewa buat kedua orang tua penulis tercinta, atas perhatian dan
dukungannya serta doanya selama ini.
2. Bapak Dr. Sutarman.Msc, selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam Universitas Sumatra Utara.
3. Ibu Dr. Susilawati, M.Si, selaku Ketua Program Studi D – III Fisika Departemen
Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera
Utara.
4. Bapak Drs. Ferdinand Sinuhaji, M.S, selaku Sekretaris Program Studi Fisika
Instrumentasi Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam.
5. Bapak Drs. Kurnia Brahmana, M.Si, Selaku pembimbing, yang telah
membimbing dan mengarahkan kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas
Akhir ini.
6. Seluruh Staf pengajar / pegawai Program Studi Fisika Instrumentasi Fakultas
Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam.
7. Teman-teman dari stambuk 2012 yang telah banyak membantu dalam penulisan
Tugas akhir ini terutama Arman Hidayat Sirait.
8. Seluruh pihak yang telah banyak membantu penulis didalam menyelesaikan
Tugas Akhir yang namanya tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.
iii
Universitas Sumatera Utara
Penulis menyadari bahwa penyusunan laporan Tugas Akhir ini masih terdapat
banyak kekurangan dan kelemahan. Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran dari
semua pihak guna penyempurnaan laporan di masa yang akan datang.
Akhir kata, semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi rekan-rekan mahasiswa dan
pembaca sekalian demi menambah pengetahuan bagi pembaca.
Medan, Juni 2015
Penulis
iv
Universitas Sumatera Utara
PERANCANGAN BANGUN PEMBUAT INVERTER UNTUK PEMBANGKIT
LISTRIK TENAGA ANGIN
ABSTRAK
Telah dirancang sebuah alat Pembangkit Listrik Tenaga Angin yang merupakan suatu
metode untuk membangkitkan energi listrik dengan cara memutar turbin angin dengan
menggunakan IC 7408 berbasis mikrokontroler ATMEGA 8. Mikrokontroler ini sebagai
suatu system yang dapat bekerja sama untuk mendapatkan hasil yang lebih akurat. Alat
ini dapat bekerja secara manual dengan menghasilkan tegangan konstan 5 volt, tegangan
ouput pada rangkaian inverter 24 volt dan pada rangkaian regulator 6 volt. Jika kincir
angin berputar dan menghasilkan energi listrik maka lampu akan menyala dan jika kincir
angin tidak berputar maka lampu akan tetap menyala, karena diperlukan rangkaian
inverter yang akan menyuplay arus DC yang dikeluarkan oleh baterai menjadi tegangan
AC. Pada alat ini turbin akan dihubungkan ke generator, setelah dari generator langsung
ke sebuah rangkaian inverter yang akan mengubah tegangan input DC menjadi tegangan
output AC, kemudian energy listrik yang dihasilkan oleh generator disimpan dalam
elemen penyimpan energy listrik yaitu baterai. Energi listrik yang tersimpan dalam
elemen penyimpan akan dibebankan kepada beban beban rumah tangga yang berdaya
rendah.
Kata Kunci : Pembangkit Listrik Tenaga Angin, Mikrokontroller ATMega 8,
Regulator, Inverter, Baterai.
v
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
Persetujuan
i
Pernyataan
ii
Penghargaan
iii
Abstrak
v
Daftar Isi
vi
Daftar Tabel
viii
Daftar Gambar
ix
Bab I Pendahuluan …………………………………………………………… 1
1.1. Latar Belakang …………………………………………………… 1
1.2. Rumusan Masalah
…………………………………………… 2
1.3. Tujuan Penulisan …………………………………………………… 2
1.4. Batasan Masalah …………………………………………………… 2
1.5. Metodologi Penulisan …………………………………………… 3
1.6. Sistematika Penulisan …………………………………………… 3
Bab II Landasan Teori
…………………………………………………… 5
2.1. Turbin Angin
…………………………………………………………… 5
2.1.1. Komponen Tubin Angin
…………………………… 9
2.2. Alat Pengontrol (Controller)
…………………………………… 11
2.3. Penyimpanan Energi (Bateray) …………………………………… 11
2.4. Inverter …………………………………………………………… 13
2.5. Generator …………………………………………………………… 16
2.6. Regulator …………………………………………………………… 23
2.7. Mikrokontroler …………………………………………………… 26
2.7.1. Fitur ATMega 8
…………………………………… 27
2.7.2. Konfigurasi Pin ATMega 8 …………………………… 28
2.8. Komponen Pendukung ……………………………………………... 33
2.8.1. Resistor
…………………………………………
33
2.8.2 LED (Light Emitting Dioda ………………………...
35
2.8.3. Dioda ………………………………………………….
36
2.8.4. Lampu Pijar …………………………………………..
38
2.8.5. Kapasitor ……………………………………………..
39
2.8.6. Transformator
………………………………...
41
Bab III Perancangan Khusus
…………………………………………
44
3.1. Diagram Blok Sistem
…………………………………………
44
3.2. Perancangan Power Supply (PSA)
…………………………
46
3.3. Rangkaian Inverter
………………………………………….
47
3.4. Rangkaian Mikrokontroler ATMega 8 …………………………
50
3.5. Bagian Beban dan Inverter
…………………………………
55
3.6. Bagian Motor dan Baterai
…………………………………
56
3.7. Bagian Baterai dan Inverter
…………………………………
56
Bab IV Pengujian Rangkaian
…………………………………………
58
4.1. Pengujian Rangkaian Mikrokontroller ATMega 8
…………
58
vi
Universitas Sumatera Utara
4.2. Pengujian Rangkaian Power Suplay………………………………
4.3. Pengujian Rangkaian Inverter …………………………………
4.4. Pengujian Rangkaian Regulator …………………………………
Bab V Penutup
…………………………………………………………
5.1. Kesimpulan
…………………………………………………
5.2. Saran
…………………………………………………………
Daftar Pustaka
…………………………………………………
59
60
61
62
62
62
63
vii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Tabel 2.2
Tabel 2.3
Tabel 4.1
Tabel 4.2
Tabel 4.3
Penjelasan port B pins Alternate Functions
Penjelasan port C pins Alternate Functions
Penjelasan PORT D pins Alternate Functions
Data Pengujian Power Suplay
Data Pengujian Inverter
Data Pengujian Regulator
Halaman
30
31
32
59
60
61
viii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Gambar 2.2
Gambar 2.3
Gambar 2.4
Gambar 2.5
Gambar 2.6
Gambar 2.7
Gambar 2.8
Gambar 2.9
Gambar 2.10
Gambar 2.11
Gambar 2.12
Gambar 2.13
Gambar 3.1
Gambar 3.2
Gambar 3.3
Gambar 3.4
Gambar 3.5
Gambar 3.6
Gambar 3.7
Gambar 3.8
Gambar 3.9
Gambar 3.10
Gambar 3.11
Gambar 3.12
Gambar 3.13
Turbin Angin
Baling-baling
Baterai
Perbedaan Inverter AC dan DC
Rangkaian Dasar Regulator Tegangan
Konfigurasi Pin ATmega8 PDIP
Resistor
LED (Light Emitting Dioda)
Dioda
Lampu Pijar
Symbol dan Beberapa Model Kapasitor
Kapasitor Elektrolitik yang Khas
Transformator
Diagram Blok Sistem
Rangkaian Power Supply (PSA)
Rangkaian Inverter
Rangkaian Mikrokontroler ATMega 8
Rangkaian Driver
Rangkaian Mosfet
Rangkaian Driver
Rangkaian Osilator
Rangkaian Transformator Inverter
Rangkaian Penyearah
Bagian Beban dan Inverter
Bagian Motor dan Baterai
Bagian Baterai dan Inverter
Halaman
9
10
13
15
24
29
35
36
37
39
41
41
42
44
46
47
50
51
52
52
53
54
54
55
56
57
ix
Universitas Sumatera Utara
NB
BANGUN PEMBUAT INVERTER
TER U
UNTUK
PEMBAN
NGKIT LISTRIK TENAGA ANGIN
N
TUGAS AKHIR
DELLY MARINTAN HUTAPEA
DE
122408021
PR
PROGRAM STUDI D-3 FISIKA
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMA
ALAM
MATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN AL
UNIV
NIVERSITAS SUMATRA UTARA
MEDAN
2015
Universitas Sumatera Utara
PERANCANGAN
NB
BANGUN PEMBUAT INVERTER
TER U
UNTUK
PEMBAN
NGKIT LISTRIK TENAGA ANGIN
N
TUGAS AKHIR
api Tugas Dan Memenuhi Syarat Memperol
Diajukan Untuk Melengkap
roleh Ahli Madya
DELLY MARINTAN HUTAPEA
DE
122408021
PROGRAM STUDI D-3 FISIKA
PR
DEPARTEMEN FISIKA
MATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN AL
ALAM
FAKULTAS MATEMA
NIVERSITAS SUMATRA UTARA
UNIV
MEDAN
2015
Universitas Sumatera Utara
PERSETUJUAN
Judul
Kategori
Nama
Nomor Induk Mahasiswa
Program Studi
Departemen
Fakultas
: Perancangan Bangun Pembuat
Inverter
Pembangkit Listrik Tenaga Angin
: Tugas Akhir
: Delly Marintan Hutapea
: 122408021
: Diploma III ( D-III) Fisika
: Fisika
: Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Untuk
Disetujui di
Medan, 04 Juli 2015
Disetujui Oleh
Prodi D-3 Fisika FMIPA USU
Ketua,
Pembimbing,
Dr. Susilawati, M.Si
NIP. 19741207200122001
Dr. Kurnia Brahmana, M.si
NIP. 196009301986011001
i
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN
PERANCANGAN BANGUN PEMBUAT INVERTER UNTUK PEMBANGKIT
LISTRIK TENAGA ANGIN
TUGAS AKHIR
Saya mengakui bahwa tugas akhir ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa
kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, 06 Juli 2015
DELLY MARINTAN HUTAPEA
122408021
ii
Universitas Sumatera Utara
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis ucapkan terima kasih kepada Tuhan Yang Maha Esa atas
segala rahmat dan keberkahan yang telah dilimpahkan-Nya kepada penulis sehingga
dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini yang berjudul PERANCANGAN BANGUN
PEMBUAT INVERTER UNTUK PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA ANGIN.
Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi untuk
menyelesaikan pendidikan Diploma III Jurusan Fisika Fakultas Matematika Dan Ilmu
pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
Penulis menyadari bahwa tersusunnya Tugas Akhir ini dari Doa, perhatian,
bimbingan, motivasi dan dukungan berbagai pihak, sehingga dengan keikhlasan dan
kerendahan hati pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada :
1. Teristimewa buat kedua orang tua penulis tercinta, atas perhatian dan
dukungannya serta doanya selama ini.
2. Bapak Dr. Sutarman.Msc, selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam Universitas Sumatra Utara.
3. Ibu Dr. Susilawati, M.Si, selaku Ketua Program Studi D – III Fisika Departemen
Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera
Utara.
4. Bapak Drs. Ferdinand Sinuhaji, M.S, selaku Sekretaris Program Studi Fisika
Instrumentasi Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam.
5. Bapak Drs. Kurnia Brahmana, M.Si, Selaku pembimbing, yang telah
membimbing dan mengarahkan kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas
Akhir ini.
6. Seluruh Staf pengajar / pegawai Program Studi Fisika Instrumentasi Fakultas
Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam.
7. Teman-teman dari stambuk 2012 yang telah banyak membantu dalam penulisan
Tugas akhir ini terutama Arman Hidayat Sirait.
8. Seluruh pihak yang telah banyak membantu penulis didalam menyelesaikan
Tugas Akhir yang namanya tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.
iii
Universitas Sumatera Utara
Penulis menyadari bahwa penyusunan laporan Tugas Akhir ini masih terdapat
banyak kekurangan dan kelemahan. Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran dari
semua pihak guna penyempurnaan laporan di masa yang akan datang.
Akhir kata, semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi rekan-rekan mahasiswa dan
pembaca sekalian demi menambah pengetahuan bagi pembaca.
Medan, Juni 2015
Penulis
iv
Universitas Sumatera Utara
PERANCANGAN BANGUN PEMBUAT INVERTER UNTUK PEMBANGKIT
LISTRIK TENAGA ANGIN
ABSTRAK
Telah dirancang sebuah alat Pembangkit Listrik Tenaga Angin yang merupakan suatu
metode untuk membangkitkan energi listrik dengan cara memutar turbin angin dengan
menggunakan IC 7408 berbasis mikrokontroler ATMEGA 8. Mikrokontroler ini sebagai
suatu system yang dapat bekerja sama untuk mendapatkan hasil yang lebih akurat. Alat
ini dapat bekerja secara manual dengan menghasilkan tegangan konstan 5 volt, tegangan
ouput pada rangkaian inverter 24 volt dan pada rangkaian regulator 6 volt. Jika kincir
angin berputar dan menghasilkan energi listrik maka lampu akan menyala dan jika kincir
angin tidak berputar maka lampu akan tetap menyala, karena diperlukan rangkaian
inverter yang akan menyuplay arus DC yang dikeluarkan oleh baterai menjadi tegangan
AC. Pada alat ini turbin akan dihubungkan ke generator, setelah dari generator langsung
ke sebuah rangkaian inverter yang akan mengubah tegangan input DC menjadi tegangan
output AC, kemudian energy listrik yang dihasilkan oleh generator disimpan dalam
elemen penyimpan energy listrik yaitu baterai. Energi listrik yang tersimpan dalam
elemen penyimpan akan dibebankan kepada beban beban rumah tangga yang berdaya
rendah.
Kata Kunci : Pembangkit Listrik Tenaga Angin, Mikrokontroller ATMega 8,
Regulator, Inverter, Baterai.
v
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
Persetujuan
i
Pernyataan
ii
Penghargaan
iii
Abstrak
v
Daftar Isi
vi
Daftar Tabel
viii
Daftar Gambar
ix
Bab I Pendahuluan …………………………………………………………… 1
1.1. Latar Belakang …………………………………………………… 1
1.2. Rumusan Masalah
…………………………………………… 2
1.3. Tujuan Penulisan …………………………………………………… 2
1.4. Batasan Masalah …………………………………………………… 2
1.5. Metodologi Penulisan …………………………………………… 3
1.6. Sistematika Penulisan …………………………………………… 3
Bab II Landasan Teori
…………………………………………………… 5
2.1. Turbin Angin
…………………………………………………………… 5
2.1.1. Komponen Tubin Angin
…………………………… 9
2.2. Alat Pengontrol (Controller)
…………………………………… 11
2.3. Penyimpanan Energi (Bateray) …………………………………… 11
2.4. Inverter …………………………………………………………… 13
2.5. Generator …………………………………………………………… 16
2.6. Regulator …………………………………………………………… 23
2.7. Mikrokontroler …………………………………………………… 26
2.7.1. Fitur ATMega 8
…………………………………… 27
2.7.2. Konfigurasi Pin ATMega 8 …………………………… 28
2.8. Komponen Pendukung ……………………………………………... 33
2.8.1. Resistor
…………………………………………
33
2.8.2 LED (Light Emitting Dioda ………………………...
35
2.8.3. Dioda ………………………………………………….
36
2.8.4. Lampu Pijar …………………………………………..
38
2.8.5. Kapasitor ……………………………………………..
39
2.8.6. Transformator
………………………………...
41
Bab III Perancangan Khusus
…………………………………………
44
3.1. Diagram Blok Sistem
…………………………………………
44
3.2. Perancangan Power Supply (PSA)
…………………………
46
3.3. Rangkaian Inverter
………………………………………….
47
3.4. Rangkaian Mikrokontroler ATMega 8 …………………………
50
3.5. Bagian Beban dan Inverter
…………………………………
55
3.6. Bagian Motor dan Baterai
…………………………………
56
3.7. Bagian Baterai dan Inverter
…………………………………
56
Bab IV Pengujian Rangkaian
…………………………………………
58
4.1. Pengujian Rangkaian Mikrokontroller ATMega 8
…………
58
vi
Universitas Sumatera Utara
4.2. Pengujian Rangkaian Power Suplay………………………………
4.3. Pengujian Rangkaian Inverter …………………………………
4.4. Pengujian Rangkaian Regulator …………………………………
Bab V Penutup
…………………………………………………………
5.1. Kesimpulan
…………………………………………………
5.2. Saran
…………………………………………………………
Daftar Pustaka
…………………………………………………
59
60
61
62
62
62
63
vii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Tabel 2.2
Tabel 2.3
Tabel 4.1
Tabel 4.2
Tabel 4.3
Penjelasan port B pins Alternate Functions
Penjelasan port C pins Alternate Functions
Penjelasan PORT D pins Alternate Functions
Data Pengujian Power Suplay
Data Pengujian Inverter
Data Pengujian Regulator
Halaman
30
31
32
59
60
61
viii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Gambar 2.2
Gambar 2.3
Gambar 2.4
Gambar 2.5
Gambar 2.6
Gambar 2.7
Gambar 2.8
Gambar 2.9
Gambar 2.10
Gambar 2.11
Gambar 2.12
Gambar 2.13
Gambar 3.1
Gambar 3.2
Gambar 3.3
Gambar 3.4
Gambar 3.5
Gambar 3.6
Gambar 3.7
Gambar 3.8
Gambar 3.9
Gambar 3.10
Gambar 3.11
Gambar 3.12
Gambar 3.13
Turbin Angin
Baling-baling
Baterai
Perbedaan Inverter AC dan DC
Rangkaian Dasar Regulator Tegangan
Konfigurasi Pin ATmega8 PDIP
Resistor
LED (Light Emitting Dioda)
Dioda
Lampu Pijar
Symbol dan Beberapa Model Kapasitor
Kapasitor Elektrolitik yang Khas
Transformator
Diagram Blok Sistem
Rangkaian Power Supply (PSA)
Rangkaian Inverter
Rangkaian Mikrokontroler ATMega 8
Rangkaian Driver
Rangkaian Mosfet
Rangkaian Driver
Rangkaian Osilator
Rangkaian Transformator Inverter
Rangkaian Penyearah
Bagian Beban dan Inverter
Bagian Motor dan Baterai
Bagian Baterai dan Inverter
Halaman
9
10
13
15
24
29
35
36
37
39
41
41
42
44
46
47
50
51
52
52
53
54
54
55
56
57
ix
Universitas Sumatera Utara