Perancangan Sistem Perbaikan Faktor Daya (Cos 4) Otomatis dengan Menggunakan Mikrokontroler ATMega8535

(1)

PERANCANGAN SISTEM PERBAIKAN FAKTOR DAYA (cos

φφφφ

)

OTOMATISDENGAN MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER

ATMega8535

SKRIPSI

MANONGGOR SITUMORANG

070801026

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2013

(2)

PERANCANGAN SISTEM PERBAIKAN FAKTOR DAYA (cos φ) OTOMATIS DENGAN MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER ATMega8535

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar sarjana sains

MANONGGOR SITUMORANG

070801026

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2013

(3)

PERSETUJUAN

Judul : PERANCANGAN SISTEM PERBAIKAN FAKTOR

DAYA (cos φφφφ) OTOMATIS DENGAN MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER ATMega8535

Kategori : SKRIPSI

Nama : MANONGGOR SITUMORANG

NIM : 070801026

Program Studi : SARJANA (S1) FISIKA Departemen : FISIKA

Fakultas : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

(MIPA) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Diluluskankan di : Medan, 7 Mei 2013

Diketahui/ Disetujui oleh

Ketua Departemen Fisika FMIPA USU Pembimbing

Dr. Marhaposan Situmorang Dr. Bisman Perangin-angin, M.Eng,Sc NIP : 195510301980031003 NIP: 195609181985031002

(4)

PERNYATAAN

PERANCANGAN SISTEM PERBAIKAN FAKTOR DAYA (cos φφφφ) OTOMATIS DENGAN MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER ATMega8535

SKRIPSI

Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dari ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.

Medan, 7 Mei 2013

MANONGGOR SITUMORANG 070801026

(5)

PENGHARGAAN

Segala Puji dan Syukur penulis panjatkan kepada Tuhan, karena dengan limpah karunia-Nya skripsi ini berhasil diselesaiakan dalam waktu yang telah ditetapkan.

Ucapan terimakasih kepada bapak Dr. BismanPerangin-angin, M.Eng,Sc selaku dosen pembimbing yang telah memberikan panduan dan penuh percaya kepada saya untuk menyempurnakan hingga pada penyelesaian tugas akhir ini. Panduan ringkas, padat dan professional telah diberikan agar penulis dapat menyelesaikan tugas ini dengan baik. Ucapan terimakasih juga ditujukan kepada Ketua Departemen Fisika FMIPA USU, Dr. Marhaposan Situmorang, Dekan dan Pembantu Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara, semua staf dosen di Departemen Fisika FMIPA USU, juga pegawai di FMIPA USU. Kepada semua rekan-rekan kuliah Fisika angkatan 2007 “PHYSICS I DO”, senior dan adik-adik yang telah memberikan bantuan, semangat serta dorongan. Kepada teman-teman alumni SMA Bintang Timur Balige yang memberikan dukungan dan dorongan. Kepada rekan-rekan asisten Lab. Elektronika Dasar FMIPA USU, Bang Fahry, Lyri, Vina, Emy, dan Rony. Kepada ito br. Tambunan yang telah memberikan waktu dan dukungan serta doa hingga selesainya tugas akhir ini. Juga tentunya kepada Ayah dan Bunda yang telah bersusah payah, serta tak bosan-bosannya memberikan perhatian dan cintanya, juga kepada kakak N.Mutiara, Ito Rose, Ito Hara, Dekrino dan semua sanak keluarga yang selama ini memberikan bantuan dan dorongan yang diperlukan. Puji Tuhan, semua yang baik akan dibalas oleh-Nya.

Akhir kata, semoga tulisan ini bermanfaat bagi pembaca dan penulis sangat mengharapkan saran yang membangun dalam penyempurnaan tulisan ini.

Medan, 7 Mei 2013

(6)

ABSTRAK

Beban listrik yang digunakan umumnya mempunyai beban bersifat reaktif induktif yang menyebabkan gelombang arus tertinggal dari gelombang tegangan. Hal ini mengakibatkan besarnya daya yang diserap dari sumber lebih besar daripada daya yang dipakai oleh beban, sehingga menimbulkan kerugian yang tidak sedikit. Kerugian daya yang disebabkan beban reaktif induktif bisa dikurangi dengan memperbaiki faktor daya. Sistem yang dirancang mencoba membuat suatu sistem yang menghubungkan rangkaian yang diukur faktor dayanya dengan suatu kombinasi kapasitor yang terangkai secara paralel. Dengan kombinasi ini diharapkan nilai faktor daya yang telah diperbaiki mampu mendekati nilai maksimumnya. Faktor daya dihitung dengan cara membandingkan antara sinyal analog arus bolak-balik yang dihasilkan oleh sensor arus dengan sinyal analog yang dihasilkan oleh sensor tegangan. Jika sinyal analog tegangan mendahului sinyal analog arus disebut beban induktif. Selanjutnya mikrokontoler akan mengendalikan switching kapasitor melalui relay sesuai dengan hasil perhitungan pada mikrokontroler. Pengujian dilakukan dengan menghubungkan beban induktif berupa lampu TL dengan daya yang bervariasi, dimulai dari beban daya 18 Watt sampai beban 108 Watt, sehingga data yang diperoleh merupakan data hasil penghematan daya listrik. Besarnya penghematan daya listrik yang dilakukan oleh alat bervariasi, tergantung dari besarnya kapasitor yang terhubung ke beban. Dari hasil pengujian didapat bahwa daya listrik yang berhasil dihemat bervariasi, dimana penghematan minimal sebesar 3,24 % dan maksimal mencapai 7,39 %.

(7)

DESIGNING POWER FACTOR (cos φφφφ) IMPROVEMENT SYSTEM USING MICROCONTROLLER ATMega8535

ABSTRACT

Electrical load is used generally have inductive reactive load that caused the current wave lags behind the voltage wave. This resulted in the amount of power absorbed from the power source is greater than that used by the load, causing a loss that is not small. Power loss caused by inductive reactive load can be reduced by improving the power factor. System designed try to make a system that connects the circuit power factor is measured by a combination of capacitors that are strung in parallel. With this combination, the expected value of the corrected power factor able to approach its maximum value. Power factor is calculated by comparing the analog signal of alternating current generated by the current sensor with analog signals generated by the voltage sensor. If the analog voltage signal precedes the current analog signal, this is called the load inductive. Furthermore microcontroller will control the switching of capacitors through a relay in accordance with the results of calculations on the microcontroller. Testing is done by connecting an inductive load of TL lamps with various power, starting from 18 watts to 108 Watt power load, so the data obtained by the data of electric power saving. The amount of electric power saving varies, depending on the size of the capacitor is connected to the load. From the test results obtained that the power is successfully saved varies, where the minimum savings is 3.24% and maximum is 7.39%.

(8)

DAFTAR ISI

Halaman

Persetujuan ... ii

Pernyataan ... iii

Penghargaan ... iv

Abstrak ... vi

Abstract ... vi

Daftar Isi ... vii

Daftar Tabel ... x

Daftar Gambar ... xi

Daftar Lampiran ... xii

Bab I Pendahuluan 1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 2

1.3 Batasan Masalah ... 2

1.4 Tujuan Penelitian ... 2

1.5 Manfaat Penelitian ... 2

1.6 Sistematika Penulisan ... 3

Bab II Tinjauan Pustaka 2.1 Daya ………..………. 4

2.2 Daya Kompleks ……….…...……….. 5

2.2.1Daya Nyata ... 6

2.2.2Daya Reaktif ... 6

2.2.3Daya Tampak ... 7

2.3 Faktor Daya ……… 7

2.3.1Beban Resistif Murni ……… 9

2.3.2Beban Induktif ………..………. 10

2.3.3Beban Kapasitif ... 11

2.4 Kapasitor Bank ... 12

2.4.1Struktur dan Defenisi Kapasitor ... 12

2.4.2Rangkaian Kapasitor ... 14

2.4.3Prinsip Perbaikan Kapasitor ... 14

2.5 Mikrokontroler ATMega8535 ... 16

2.5.1Arsistektur ATMega8535 ... 17

2.5.2Konfigurasi Pin ... 20

2.5.3Peta Memori ... 21

2.5.4Stack Pointer ... 23

2.5.5Komunikasi Serial dengan Uart ... 23

2.5.6Timer ATMega8535 ... 23

2.5.7Interupsi ... 23

2.5.8Fitur ... 24

2.5.8.1Analog to Digital Converter (ADC) ... 24

(9)

Bab III Perancangan Sistem

3.1Perancangan Perangkat Keras (Hardware) ………..……….. 26

3.1.1Konfigurasi Sistem ……….……….. 26

3.1.2Rangkaian Power Supply ... 28

3.1.3Sensor Arus ACS712 ………..……….. 29

3.1.4Sensor Tegangan ………..………. 30

3.1.5Rangkaian Relay Pengendali Kapasitor ………. 31

3.1.6Rangkaian Kapasitor Bank ………..………. 33

3.1.7Rangkaian Mikrokontroler ATMega8535 ……..…………... 36

3.1.8Rangkaian LCD (Liquid Crystal Display) ……..………….. 38

3.2Perancangan Perangkat Lunak (software) ………..………… 39

3.2.1Perancangan Program ... 39

3.2.2Metode Perhitungan cos φ ……….……..…………. 43

3.2.3Flowchart (Diagram Alir) Program …….………..………… 44

Bab IV Pengujian Sistem 4.1Data Hasil Pengujian ... 47

4.1.1Hasil Pengujian Daya Untuk Beban Tanpa Sambungan Kapasitor ... 47

4.1.2Hasil Pengujian Daya Dengan beban Tetap 108 W dan Kapasitor Manual ... 48

4.1.3Hasil Pengujian Daya Untuk Kapasitor Diatur Secara Otomatis ... 48

4.2Analisa Data Hasil Pengujian ... 49

4.2.1Untuk Beban Tanpa Sambungan Kapasitor ... 50

4.2.2Untuk Data Hasil Pengujian Beban Tetap dan Kapasitor Mode Manual ... 51

4.2.3Untuk Beban Diatur dan Kapasitor Diaktifkan Dengan Mode Otomatis Untuk Mendapatkan nilai cos φ Maksimum . 55 Bab V Kesimpulan dan Saran 5.1Kesimpulan ... 56

5.2Saran ... 58

Daftar Pustaka ... 60

(10)

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Deskripsi pin ATMega8535 …..…………..……….. 20

Tabel 2.2 Vektor interupsi ATMega5835 ………..……… 23

Tabel 3.1 Deskripsi pin terminal sensor arus ACS712 ………... 30

Tabel 3.2 Daftar masing-masing nilai kapasitor bank ……… 33

Tabel 3.3 Fungsi tombol inputan ……… 34

Tabel 3.4 Daftar relay yang aktif dan nilai kapasitansi setiap mode ……….. 35

Tabel 3.5 Peta memori LCD ………..……… 38

Tabel 4.1 Hasil pengujian daya untuk beban tanpa sambungan kapasitor …. 47 Tabel 4.2 Hasil pengujian untuk beban tetap dengan kapasitansi diatur …... 48

Tabel 4.3 Hasil perbandingan perhitungan dengan pengujian dengan beban tetap dan kapasitansi diatur ………... 48

Tabel 4.4 Hasil pengujian dengan kapasitansi diatur secara otomatis ……... 49

(11)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Diagram daya ……….. 5

Gambar 2.2 Sinyal arus dan tegangan untuk beban bersifat resistif murni …… 9

Gambar 2.3 Sinyal arus dan tegangan untuk beban bersifat induktif …………. 10

Gambar 2.4 Sifat beban induktif (arus tertinggal dari tegangan/ lagging) ……. 10

Gambar 2.5 Sinyal arus dan tegangan untuk beban kapasitif ………. 11

Gambar 2.6 Sifat beban kapasitif (arus menahului tegangan /leading) ……….. 11

Gambar 2.7 Prinsip dasar kapasitor ……… 13

Gambar 2.8 Rangkaian kapasitor secara seri ………. 14

Gambar 2.9 Rangkaian kapasitor secara parallel ……… 14

Gambar 2.10 Prinsip perbaikan faktor daya ………. 16

Gambar 2.11 Arsitektur ATMega8535 ………. 19

Gambar 2.12 Konfigurasi pin ATMega8535 ……… 21

Gambar 2.13 Peta memori program ………. 22

Gambar 2.14 Peta memori data ……… 22

Gambar 2.15 Koneksi dengan filter LC pada suplai ADC ……….. 25

Gambar 2.16 Register ADMUX ………... 25

Gambar 3.1 Diagram blok system ………. 26

Gambar 3.2 Bentuk fisik MCB 1 phase ………. 27

Gambar 3.3 Rangkaian power supply ………. 28

Gambar 3.4 Rangkaian sensor arus ACS712 ………. 29

Gambar 3.5 Diagram pin-out ACS712 ………... 29

Gambar 3.6 Diagram blok sensor arus ACS712 ……… 30

Gambar 3.7 Rangkaian sensor tegangan ……… 31

Gambar 3.8 Rangkaian relay pengendali kapasitor ……… 31

Gambar 3.9 Tombol inputan ke mikrokontroler ATMega8535 ……….. 34

Gambar 3.10 Rangkaian kapasitor bank ………. 35

Gambar 3.11 Rangkaian system minimum mikrokontroler ATMega8535 ……. 37

Gambar 3.12 Rangkaian skematik dari LCD ke mikrokontroler ………. 38

Gambar 3.13 Pemilihan tipe file ……… 39

Gambar 3.14 Dialog konfirmasi dengan penggunaan CodeWizardAVR ……… 40

Gambar 3.15 Pemilihan tipe mikrokontroler dan kristal ………. 40

Gambar 3.16 Seting PORTA dan PORTB ……… 41

Gambar 3.17 Seting penempatan LCD pada PORTC ……….. 42

Gambar 3.18 Generate, save dan exit ………... 43

Gambar 3.19 Metode perhitungan sinyal tegangan terhadap waktu ……… 44

(12)

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran A Gambar Rangkaian Keseluruhan

(13)

ABSTRAK

(14)

DESIGNING POWER FACTOR (cos φφφφ) IMPROVEMENT SYSTEM USING MICROCONTROLLER ATMega8535

ABSTRACT

(15)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dalam suatu sistem tenaga listrik, menurunnya nilai faktor daya PF (cos ϕ) adalah sebuah masalah yang harus diminimalisir. Sebab dengan menurunnya PF, baik konsumen dan pemasok energi listrik akan mengalami kerugian. Bagi konsumen, kerugiannya antara lain tegangan sistem menjadi drop, pasokan daya tidak bisa dimaksimalkan dan klimaksnya adalah pembengkakan tagihan rekening bulanan. Sedangkan bagi pemasok, kerugian tersebut adalah naiknya rugi-rugi daya. Faktor yang mempengaruhi turunnya PF adalah pemakaian beban induktif oleh konsumen.

Permasalahan yang ada pada konsumen PLN, terutama pada sambungan rumah tangga adalah rendahnya kualitas daya yang disebabkan beban induktif. Kualitas daya yang baik akan memperbaiki drop tegangan, faktor daya, rugi-rugi daya, kapasitas daya dan efisiensi energi listrik. Perbandingan antara daya nyata (W) dan daya tampak (VA) akan menghasilkan faktor daya PF (cos φ) yang rendah sebagai akibat dari pemakaian beban induktif.

Permasalahan yang kedua adalah tegangan jala-jala pada sambungan rumah tangga 2200 VA tidak stabil 220 volt, tetapi terjadi fluktuasi tegangan. Hal ini mengakibatkan risiko rusaknya peralatan rumah tangga. Sehingga alat ini dilengkapi juga dengan rangkaian penstabil tegangan. Apabila tegangan mengalami penurunan atau kenaikan, alat ini secara otomatis akan menstabilkan tegangan, sehingga risiko rusaknya peralatan rumah tangga bisa lebih diminimalisir lagi.

(16)

1.2 Rumusan Masalah

Untuk memperbaiki faktor daya PF (cos φ) pada sistem tenaga listrik dengan beban induktif diperlukan suatu kompensator daya reaktif yaitu salah satunya adalah kapasitor Bank. Sistem yang akan dirancang ini adalah sistem yang menghubungkan rangkaian yang diukur PF dengan suatu kombinasi kapasitor yang masing-masing kapasitornya terangkai paralel. Mikrokontroler ATMega8535 berperan penting dalam melakukan model switching untuk kombinasi kapasitor dan menampilkan faktor daya sitem secara digital. Dengan kombinasi ini diharapkan nilai PF yang telah diperbaiki mampu mendekati nilai maksimumnya.

1.3 Batasan Masalah

1. Sebagai pengontrol sistem pengkompensasi faktor daya ini menggunakan mikrokontroler ATMega8535.

2. Perbaikan faktor daya menggunakan kapasitor bank untuk mengkompensasi faktor daya dengan jenis beban induktif.

3. Sistem dirancang untuk digunakan dengan daya 1 fasa.

1.4Tujuan Penelitian

1. Memanfaatkan kapasitor bank sebagai salah satu solusi dalam perbaikan faktor daya untuk jenis beban induktif.

2. Memanfaatkan Mikrokontroler ATMega8535 untuk mengendalikan data serial yang diterimanya.

3. Menampilkan faktor daya sistem secara digital dengancara multiplexing.

1.5Manfaat Penelitian

1. Diharapkan dapat menjadi referensi dalam merancang perbaikan faktor daya dengan memanfaatkan kapasitor bank.

2. Sebagai salah satu solusi dalam mengurangi kerugian hilangnya daya yang didistribusi dalam suatu jaringan atau instalasi sistem tenaga listrik.

(17)

3. Sebagai salah satu solusi dalam penggunaan energi yang lebih efisien, terutama dalam mendukung kampanye “Stop Global Warming” dan juga nilai energi yang semakin mahal.

1.6Sistematika Penulisan

Untuk mempermudah pembahasan dan pemahaman maka penulis membuat sistematika pembahasan sebagai berikut:

BAB I. PENDAHULUAN

Dalam bab ini dibahas tentang latar belakang, rumusan masalah, tujuan penelitian, batasan masalah, manfaat serta sistematika penulisan.

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA

Pada bagian ini akan dibahas teori pendukung yang digunakan untuk pembahasan dan cara kerja dari mikrokontroler ATMega8535, Kapasitor Bank, dan komponen pendukung lainnya.

BAB III. PERANCANGAN SISTEM

Pada bagian ini akan dibahas tentang bagaimana perancangan Sensor Arus Efek Hall-Allegro ACS712, sensor pembagi tegangan, LCD 16 × 2, beban induktif (lampu TL). BAB IV. PENGUJIAN SISTEM

Pada Bab ini akan dibahas hasil analisa rangkaian dan sistem kerja alat, penjelasan mengenai rangkaian-rangkaian yang digunakan, penjelesan mengenai program yang di isikan ke mikrokontroler ATMega8535 dan pengujian alat atau karakterisasi alat secara keseluruhan.

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini merupakan penutup yang meliputi tentang kesimpulan dari pembahasan yang dilakukan dari perancangan sistem akuisisi data serta saran, apakah sistem ini dapat dibuat lebih efisien dan dikembangkan pada suatu metode lain yang mempunyai sistem kerja yang sama.

(18)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Daya

Daya adalah sebuah kuantitas yang penting dalam rangkaian-rangkaian praktis.Daya merupakan ukuran disipasi energi dalam sebuah alat. Karena tegangan dan arus dapat berubah sesuai fungsi dari waktu, kita segera memperkirakan bahwa nilai sesaat dan nilai rata-rata dapat digunakan untuk menggambarkan disipasi. Berdasarkan defenisi, daya sesaat adalah perkalian antara tegangan dan arus sesaat.

( ) = ( ) × ( ) (2.1 )

Jadi, kita dapat menggunakan p(t) untuk mempelajari intensitas disipasi energi pada setiap saat waktu tertentu.

Daya disipasi dalam rangkaian ac (arus bolak-balik) resistif didefinisikan sebagai hasil dari tegangan dan arus, yaitu, W = V × I, dimana W dalam Watt, V

dalam Volt, dan I dalam Ampere. Sehingga W dapat juga dihitung dengan menggunakan persamaan = = / . Tentunya V dan I adalah konstan, tidak berubah dan memiliki nilai.

Konsumsi daya dalam arus ac lebih rumit karena tegangannya sinusoidal dan arusnya berubah secara kontiniu dalam amplitudo, dan dapat keluar atau masuk fase. Ada beberapa sirkuit ac yang sekaligus memiliki komponen resistif dan juga reaktif. Komponen resistif mendisipasi (membuang) energi pada rangkaian ac, sama halnya dengan rangkaian dc. Ada kalanya komponen reaktif tidak mendisipasi energi, tetapi melepaskannya ke sumber daya dalam satu selang siklus tegangan sebanyak energi yang diserap sebelumnya. Hasil yang terjaring adalah energi total yang terdisipasi

(19)

pada suatu rangkaian ac yang mengandung komponen resistif, dan sama sekali tidak mengandung komponen reaktif.

Karena adanya disipasi energi yang diakibatkan oleh sifat komponen tertentu dalam sirkuit ac, maka sistem listrik arus ac dikelompokkan dalam 3 jenis daya, khususnya untuk beban yang memiliki impedansi (Z), yaitu:

1. Daya Nyata P atau WT (True Power)

2. Daya Reaktif Q (Reactive Power)

3. Daya Tampak S atau WAatau Papp (Apparent Power)

Ketiga jenis daya yang telah dikelompokkan di atas perlu dijabarkan dengan lebih detail lagi agar hubungan dan perbedaannya lebih terlihat. Dalam sub bab daya kompleks berikut ini akan dijelaskan rincian serta analoginya pada gambar 2.1.

2.2 Daya Kompleks

Istilah daya aktif dan daya nyata seringkali dipertukarkan dalam penggunaannya dengan merumuskan daya rata-rata yang didisipasikan di dalam sebuah alat. Untuk kasus impedansi umum Z, kita memperkirakan bahwa daya aktif adalah tidak-nol sedangkan total produk dapat lebih besar dari disipasi daya rata-rata. Situasi ini tampaknya agak rumit.

Daya nyata, reaktif, dan daya tampak dapat diuraikan dalam notasi bilangan kompleks.

Daya tampak kompleks didefenisikan sebagai hasil kali tegangan dengan konjugasi kompleks arus,

= . ∗ _{= | |. | |∠} _(2.2)

Dan ketiga pengelompokan daya ini dapat dianalogikan dengan menggambarkannya dalam bentuk segitiga daya, maka daya tampak S direpresentasikan oleh sisi miring sedangkan daya nyata dan daya reaktif direpresentasikan oleh sisi-sisi segitiga yang saling tegak lurus, seperti ditunjukkan pada gambar berikut:

(20)

Q (VAR)

S, WA (VA)

P, WT (Watt)

Gambar 2.1 Diagram Daya

Maka daya nyata atau daya aktif dan daya reaktif dapat diambil saja dari bagian real dan bagian imajiner dari S.

Daya nyata = ℜ! " = | |. | | cos (2.3)

Daya Reaktif + = ℑ! " = | |. | | sin (2.4)

2.2.1 Daya Nyata WT (True Power)

Daya yang diserap oleh suatu perangkat listrik yang memiliki komponen resistif dan reaktif didefenisikan sebagai daya aktif atau disebut juga daya nyata P. Daya nyata atau terkadang disebut juga daya aktif didefinisikan sebagai laju energi yang dibangkitkan atau dikonsumsi oleh suatu peralatan listrik, satuannya adalah Joule per detik atau sama dengan Watt.

Dalam sirkuit yang mengandung komponen reaktif, daya nyata P adalah bagian yang lebih kecil dibandingkan daya tampak S. Daya nyata didefenisikan sebagai hasil perkalian antara tegangan dan arus serta koefisien faktor dayanya.

= × cos (2.5)

Sedangkan dalam sirkuit yang mengandung resistif murni, daya nyata P sama dengan daya tampak S, karena koefisien faktor daya (cos φ) adalah 1, sehingga tidak ada daya yang terdisipasi.

(21)

2.2.2 Daya Reaktif Q (Reactive Power)

Selain daya aktif, dikenal juga daya reaktif Q (daya kuadratur) yaitu daya yang terdisipasi akibat sifat reaktansi komponen dalam sirkuit, memiliki satuan VAR (volt-amper reaktif). Daya reaktif dapat didefenisikan sebagai hasil perkalian antara tegangan dan arus serta nilai sin φ.

+ = × - .φ (2.6)

Daya reaktif tidak memiliki dampak positif dalam kerja suatu beban listrik. Dengan kata lain daya reaktif ini tidak berguna dalam konsumsi listrik. Daya ini adalah kuantitas daya baru yang muncul diakibatkan oleh komponen pasif (beban yang memiliki sifat induktif atau kapasitif) atau dapat dikatakan rugi-rugi daya yang tentunya tidak diinginkan. Daya ini tidak dapat dihilangkan sama sekali namun dapat diminimalisir dengan cara penyeimbangan antara sifat kapasitif dan induktif dalam sistem tenaga listrik ac tersebut.

2.2.3 Daya Tampak WT (Apparent Power)

Gabungan antara daya aktif dan reaktif adalah daya tampak S dengan satuan VA atau (volt-amper). Daya tampak (daya total) adalah daya yang masuk ke rangkaian ac atau dengan kata lain daya yang sebenarnya diterima dari pemasok sumber tegangan arus ac, adalah merupakan resultan daya antara daya aktif dan daya reaktif.

Daya tampak WA didefenisikan serbagai hasil perkalian dari tegangan dan arus

dalam rangkaian ac tanpa memperhatikan selisih sudut fase arus dan tegangan.

= × (2.7)

Sama halnya seperti defenisi dari daya disipasi dalam rangkain dc. Oleh karena itu daya tampak sering dinyatakan dengan satuan volt-ampere (VA). Peralatan listrik rumah tangga ditetapkan satuannya sebagai volt-ampere dengan catatan bahwa daya ini bukanlah daya yang diserap, namun satuan yang disebut dengan daya daya aktif P. Kapasitor dan induktor tidak mendisipasikan daya apapun dalam arti rata-rata, atau tidak memiliki disipasi daya nyata.

(22)

2.3 Faktor Daya cos φφφφ(Power Factor)

Faktor daya PF yang merupakan rasio daya nyata terhadap daya tampak merupakan faktor indikator penting tentang bagaimana efektifnya sebuah beban melaksanakan fungsinya sehubungan dengan disipasi daya, yang didefenisikan sebagai:

/ = 0₁ (2.8)

Maka faktor daya PF adalah perbandingan antara daya nyata P (Watt) dengan daya tampak S (VA). Dalam diagram daya, PF adalah cosinus sudut antara daya aktif dan daya tampak (Gambar 2.1).

Perlu dicatat bahwa notasi daya nyata P juga terkadang disimbolkan sebagai

WT dan daya tampak S juga disimbolkan dengan WA atau juga Papp tergantung

keinginan atau kebiasaan masing-masing menggunakan notasi yang dirasa lebih lumrah di mata umum. Jadi tidak ada salahnya jika faktor daya dapat juga ditulis sebagai:

/ = 23

24 (2.9)

Untuk kasus tegangan-tegangan dan arus-arus sinusoidal, dari defenisi dan persamaan (2.6) dan (2.7) maka dapat ditulis menjadi:

/ =0₁ = 1 567 8₁ (2.10) sehingga dapat ditulis menjadi:

/ = cos (2.11)

Dan

= × / = × × / (2.12)

Dari sana terlihat bahwa PF adalah cos φ, dimana φ adalah sudut fase antara sinyal tegangan dan sinyal arus di dalam sirkuit ac. Dalam diagram daya (Gambar 2.1), sudut

(23)

φ adalah sudut yang dibentuk antara sisi daya aktif P dan daya tampak S, sedangkan daya reaktif Q tegak lurus terhadap daya aktif P.

Maka oleh sebab itu nilai PF adalah antara 0 dan 1, apabila sirkuit tetap. Sekarang defenisi daya nyata telah dibuktikan dengan jelas dan telah ditulis secara matematis dalam persamaan (2.5).

Jika melihat persamaan (2.12) jelas bahwa ketika φ = 0, maka cos φ = 1 sehingga = = × . Keadaan ini terdapat dalam sirkuit resistif murni ketika sinyal tegangan dan arus satu fase. Sehingga kita dapat menghitung bahwa di dalam suatu sirkuit resistif murni, daya nyata dan daya tampak adalah sama. Sedangkan dalam sirkuit reaktif, nilai daya aktif selalu lebih kecil dari pada daya tampak, karena besar sudut fase munculnya arus dan tegangan berlarut antara lebih besar dari 0° sampai 90° (0° < φ≤ 90°). Untuk nilai sudut demikian, cos φ(faktor daya) lebih kecil dari 1. Efisiensi daya yang lebih adalah ketika P sama atau mendekati S, yaitu ketika cos φ = 1 atau mendekati 1.

Daya reaktif yang tinggi akan meningkatkan sudut ini dan sebagai hasilnya PF

akan menjadi lebih rendah (PF < 1), karena memang pada prinsipya PF pasti selalu lebih kecil atau sama dengan satu.

Secara teoritis, jika seluruh beban daya yang dipasok oleh perusahaan listrik memiliki PF = 1, maka daya maksimum yang ditransfer setara dengan kapasitas sistem pendistribusian. Sehingga, dengan beban yang terinduksi dan jika faktor daya berkisar dari 0,2 hingga 0,5 maka kapasitas jaringan distribusi listrik menjadi tertekan. Jadi, daya reaktif Q (VAR) harus serendah mungkin untuk keluaran kW yang sama dalam rangka meminimalisir kebutuhan daya tampak S (VA).

Bisa juga dikatakan bahwa PF menggambarkan cosinus sudut fase antara arus dan tegangan atau cosinus sudut antara daya nyata P dan daya tampak S (Gambar 2.1). Faktor daya yang rendah merugikan karena mengakibatkan arus beban tinggi, oleh karena itu dalam perbaikan PF diperlukan keseimbangan antara sifat kapasitif dan induktif dalam rangkaian. Maka nilai PF tergantung dari sifat beban yang ada.

(24)

2.3.1 Beban Resistif Murni

Dalam sebuah sumber arus bolak-balik, bila beban yang diaplikasikan bersifat resistif murni, maka gelombang tegangan dan arus adalah sefasa seperti tampak pada gambar 2.2 berikut.

Gambar 2.2 Sinyal arus dan tegangan untuk beban bersifat resistif

Apabila beban yang dimiliki suatu peralatan listrik tidak seimbang antara sifat kapasitif dan induktifnya, maka titik persilangan nol (zero cross) antara arus dan tegangan seperti yang terlihat sebelumnya pada gambar. Contoh beban induktif murni yaitu: lampu pijar dan pemanas.

Namun apabila sifat kapasitif dan induktif tidak seimbang, sinyalnya tidak akan sefase lagi karena gelombang arus dan tegangannya sudah saling bergeser.

(25)

2.3.2 Beban Induktif

Gambar 2.3 Sinyal arus dan tegangan untuk beban bersifat induktif

Apabila sifat bebannya adalah induktif, maka persilangan nol (zero cross) gelombang arus muncul beberapa saat setelah persilangan nol sinyal tegangan muncul, atau dengan kata lain sinyal arus tertinggal dari sinyal tegangan sebesar φ, dan keadaan ini disebut lagging. Apabila digambarkan dalam diagram vektor:

-ф

V (Volt)

I (A

_m

pe

re)

-ф

P (W)

S (V

A)

Q (VAR)

Gambar 2.4 Sifat beban induktif (arus tertiggal dari tegangan/ lagging)

Contoh beban yang bersifat induktif yaitu: motor induksi, transformator, lampu neon atau juga disebut TL (Tubular Lamp) yang memiliki ballast magnetik.

(26)

2.3.3 Beban Kapasitif

Gambar 2.5 Sinyal arus dan tegangan untuk beban kapasitif

Sedangkan untuk beban bersifat kapasitif, maka sebaliknya persilangan nol (zero cross) sinyal arus muncul beberapa saat sebelum sinyal tegangan muncul, atau dengan kata lain sinyal arus mendahului tegangan sebesar φ, keadaan ini disebut dengan

leading. Apabila digambar dalam diagram vektor:

V (Volt)

I (Am pere

)

P (W)

S (VA )

Q (VAR)

Gambar 2.6 Sifat beban kapasitif (arus mendahului tegangan/ leading) Contoh beban yang bersifat kapasitif yaitu: kapasitor, mesin–mesin sinkron.

(27)

Kita dapat mendefenisikan φ adalah besarnya sudut sinyal arus yang mendahului tegangan dalam suatu sirkuit kapasitif atau besarnya sudut sinyal arus yang tertinggal di dalam sirkuit induktif, dan cos φ adalah faktor daya, dengan menggunakan persamaan:

/ = cosφ =9_: =;_;< (2.13)

Dalam persamaan ini R adalah tahanan total rangkaian dalam ohm, Z adalah impedansi rangkaian dalam ohm, ₉ adalah tegangan yang melewati R, dan V adalah tegangan yang terpakai di dalam rangkaian.

Ada beberapa persamaan selain (2.9) untuk menghitung daya nyata, yaitu:

= = (;<)=

9 (2.14)

Dalam persamaan ini, I adalah arus rangkaian dalam ampere, R adalah tahanan total rangkaian dalam ohm, ₉ adalah tegangan yang melalui R, dan W satuannya adalah dalam Watt.

Beban-beban induktif dan kapasitif memiliki faktor daya yang lebih kecil dari satu, sedangkan beban resistif memiliki faktor daya satu.

0 ≤ / < 1 untuk beban-beban reaktif

(28)

2.4 Kapasitor Bank

2.4.1 Struktur dan Defenisi Kapasitor

Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara vakum, keramik, gelas dan lain-lain. Jika kedua ujung plat metal diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki (elektroda) metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutub negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutub positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif. Muatan elektrik ini tersimpan selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kakinya. Di alam bebas, fenomena kapasitor ini terjadi pada saat terkumpulnya muatan-muatan positif dan negatif di awan.

Kapasitor merupakan komponen yang dapat menyimpan muatan listrik.Kapasitansi didefenisikan sebagai kemampuan dari suatu kapasitor untuk dapat menampung muatan elektron. Sebuah kapasitor akan memiliki kapasitansi sebesar 1 farad jika dengan tegangan 1 volt dapat memuat muatan elektron sebanyak 1 coulomb atau setara dengan 6,25 x 1018 elektron. Struktur sebuah kapasitor yang terbuat dari 2 buah pelat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik ditunjukkan pada Gambar 2.7. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya keramik, gelas dan lain-lain. Jika kedua ujung pelat metal diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki elektroda metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang lain. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutub negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutub positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif. Muatan elektrik ini tersimpan selama tidak ada kondukif pada ujung-ujung kakinya.

(29)

Kapasitor bank adalah peralatan listrik yang mempunyai sifat kapasitif yang akan berfungsi sebagai penyeimbang sifat induktif. Kapasitas kapasitor diproduksi dalam berbagai kapasitas mulai dari ukuran 5 kVAR sampai 60 kVAR dengan interval tegangan kerja 230 V sampai 525 Volt tergantung nilai kapasitansi yang diperlukan. Kapasitor Bank terdiri dari beberapa kapasitor yang disambung secara paralel untuk mendapatkan kapasitas kapasitif tertentu. Besaran kapasitas kapasitor bank yang sering dipakai adalah kVAR (Kilovolt ampere reaktif) meskipun didalamnya tercantum besaran kapasitansi yaitu Farad. Kapasitor ini mempunyai sifat listrik yang kapasitif (leading). Sehingga mempunyai sifat mengurangi terhadap sifat induktif

(lagging). Sehingga dapat dikatakan dalam perbaikan faktor daya untuk arus ac dengan beban bersifat induktif, digunakan kapasitor daya atau kapasitor bank untuk arus ac.

2.4.2 Rangkaian Kapasitor

Untuk mendapatkan nilai kapasitor yang dibutuhkan, kapasitor tetap dapat disusun secara seri atau paralel.

Kapasitor yang terhubung secara seri akan mengakibatkan nilai kapasitansi total semakin kecil. Di bawah ini contoh kapasitor yang dirangkai secara seri.

Gambar 2.8 Rangkaian kapasitor secara seri. Pada rangkaian kapasitor yang dirangkai secara seri berlaku rumus :

B C3D34E=

B CFG

B C=G

CH (2.15)

atau:

(30)

Sedangkan kapasitor yang terhubung secara paralel akan mengakibatkan nilai kapasitansi pengganti semakin besar. Di bawah ini contoh kapasitor yang dirangkai secara paralel.

Gambar 2.9 Rangkaian kapasitor secara paralel. Pada rangkaian kapasitor yang dirangkai secara seri berlaku rumus:

IJKJLM = IBG I G IO (2.17)

2.4.3 Prinsip Perbaikan Faktor Daya (cos φφφφ)

Perhitungan nilai kapasitor digunakan untuk setiap beban yang terpasang pada sistem, sehingga dapat memperbaiki faktor daya PF dengan maksimal. Dalam menentukan kapasitansi kapasitor bank dilakukan terlebih dahulu perhitungan daya reaktif kompensator (Qc). Daya reaktif kompensator dibagi dengan banyaknya step VAR kompensator. Daya reaktif kompensator tiap step VAR kompensator digunakan untuk perhitungan kapasitansi kapasitor bank tiap step VAR kompensator. Dengan demikian akan didapatkan kapasitansi kapasitor untuk tiap step VAR kompensator yang digunakan.

Pada prinsipnya, dalam perbaikan PF agar nilai PF ≈ 1, sebuah kapasitor daya ac (kapasitor bank) harus mempunyai nilai daya reaktif kompensator Qc yang sama dengan nilai daya reaktif Q dari sistem yang akan diperbaiki faktor dayanya, atau dapat ditulis dengan:

Qc = Q (2.18)

(31)

Dari persamaan

= ∙ (2.19)

Maka: = 2

Q = ;∙R

Q =

S= < Q

=;₉= (2.20)

Jadi daya reaktif kompensator dalam beban yang bersifat reaktansi,

+T =;

UT (2.21)

Untuk menghitung daya reaktif kompensator yang dibutuhkan terhadap perubahan daya reaktif yang diinginkan, digunakan persamaan:

+T = +BV + (2.22)

Jika keadaan ini dipenuhi, kapasitor bank akan memperbaiki faktor daya menjadi bernilai maksimum (cos φ = 1). Besarnya nilai daya Qc kapasitor bank yang

diperlukan untukmengubah faktor daya dari cos

φ

1 menjadi cos

φ

2 dapat ditentukan

dengan:

+_T = (tanφ_BV tanφ ) (2.23)

Dimana:

Qc= daya reaktif kapasitor (VAR)

P = daya nyata (Watt)

φ1 = sudut fase sebelum perbaikan

φ2 = sudut fase seteleah perbaikan

(32)

Sedangkan untuk menghitung besarnya nilai kapasitor yang dibutuhkan agar didapat nilai sudut φ2 yang diinginkan dapat ditentukan dengan:

Dari persamaan:

WT = _XYCB (2.24)

atau sama dengan,

WT =_ωB_C (2.25)

Sehingga dari persamaan (2.21):

+T = B

ωC +T ωI =

Maka nilai kapasitor yang dibutuhkan sebagai daya reaktif kapasitif adalah:

I = Z[

;=ω (2.26)

Dari persamaan (2.20) maka untuk menentukan nilai kapasistansi kompensator dapat ditulis menjadi:

I =_;Z=ω (2.27)

Dimana: C = nilai kapasitansi kapasitor (Farad) Qc = daya reaktif kapasitor (VAR)

V = Tegangan (Volt)

(33)

2.5 Mikrokontroler AVR ATMega8535

Mikrokontroler AVR (Alf and Vegard’s Risc processor) dari Atmel ini menggunakan arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer) yang artinya prosesor tersebut memiliki set instruksi program yang lebih sedikit dibandingkan dengan MCS-51 yang menerapkan arsitektur CISC (Complex Instruction Set Computer).

Hampir semua instruksi prosesor RISC adalah instruksi dasar (belum tentu sederhana), sehingga instruksi-instruksi ini umumnya hanya memerlukan 1 siklus mesin untuk menjalankannya. Kecuali instruksi percabangan yang membutuhkan 2 siklus mesin. RISC biasanya dibuat dengan arsitektur Harvard, karena arsitektur ini yang memungkinkan untuk membuat eksekusi instruksi selesai dikerjakan dalam satu atau dua siklus mesin, sehingga akan semakin cepat dan handal. Proses downloading programnya relatif lebih mudah karena dapat dilakukan langsung pada sistemnya. Sekarang ini, AVR dapat dikelompokkan menjadi 6 kelas, yaitu keluarga ATiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega, keluarga AT90CAN, keluarga AT90PWM dan AT86RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori, peripheral, dan fungsinya, sedangkan dari segi arsitektur dan instruksi yang digunakan, mereka hampir sama. Sebagai pengendali utama dalam pembuatan robot ini, digunakan salah satu produk ATMEL dari keluarga ATMega yaitu ATMega8535.

2.5.1 Arsitektur ATMega8535

Mikrokontroler ATMega8535 memiliki fitur-fitur utama, seperti berikut. Saluran I/O sebanyak 32 buah yaitu Port A, Port B, Port C, dan Port D.

1. ADC 10 bit sebanyak 8 saluran.

2. Tiga unit Timer/Counter dengan kemampuan pembandingan. 3. CPU yang terdiri atas 32 buah register.

4. Watchdog Timer dengan osilator internal. 5. SRAM sebesar 512 byte.

(34)

7. Unit interupsi internal dan eksternal. 8. Port antarmuka SPI.

9. EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi. 10.Antarmuka komparator analog.

11.Port USART untuk komunikasi serial.

Mikrokontroler AVR ATMega8535 merupakan mikrokontroler produksi Atmel dengan 8 KByte In-System Programmable-Flash, 512 Byte EEPROM dan 512 Bytes Internal SRAM.AVR ATMega8535 memiliki seluruh fitur yang dimiliki AT90S8535.Selain itu, konfigurasi pin AVR ATMega8535 juga kompatibel dengan AT90S8535.

Diagram blok arsitektur ATMega8535 ditunjukkan oleh Gambar 2.11. Terdapat sebuah inti prosesor (processor core) yaitu Central Processing Unit, di mana terjadi proses pengumpanan instruksi (fetching) dan komputasi data. Seluruh register umum sebanyak 32 buah terhubung langsung dengan unit ALU (Arithmatic and Logic Unit). Tedapat empat buah port masing-masing delapan bit dapat difungsikan sebagai masukan maupun keluaran.

Media penyimpan program berupa Flash Memory, sedangkan penyimpan data berupa SRAM (Static Ramdom Access Memory) dan EEPROM (Electrical Erasable Programmable Read Only Memory). Untuk komunikasi data tersedia fasilitas SPI (Serial Peripheral Interface), USART (Universal Synchronous and Asynchronous serial Receiver and Transmitter), serta TWI (Two-wire Serial Interface).

Di samping itu terdapat fitur tambahan, antara lain AC (Analog Comparator), 8 kanal 10-bit ADC (Analog to Digital Converter), 3 buah Timer/Counter, WDT (Watchdog Timer), manajemen penghematan daya (Sleep Mode), serta osilator internal 8 MHz. Seluruh fitur terhubung ke bus 8 bit. Unit interupsi menyediakan sumber interupsi hingga 21 macam. Sebuah stack pointer selebar 16 bit dapat digunakan untuk menyimpan data sementara saat interupsi.

(35)

Gambar 2.11 Arsitektur ATmega8535

Mikrokontroler ATMega8535 dapat dipasang pada frekuensi kerja hingga 16 MHz (maksimal 8 MHz untuk versi ATMega8535L). Sumber frekuensi bisa dari luar berupa osilator kristal, atau menggunakan osilator internal.

Keluarga AVR dapat mengeksekusi instruksi dengan cepat karena menggunakan teknik “memegang sambil mengerjakan” (fetch during execution). Dalam satu siklus clock, terdapat dua register independen yang dapat diakses oleh satu instruksi.

(36)

2.5.2 Konfigurasi Pin

ATMega8535 terdiri atas 40 pin dengan konfigurasi seperti pada tabel 2.1. Tabel 2.1 Deskripsi pin ATMega8535

Nama Pin Fungsi

VCC Catu daya

GND Ground

Port A (PA7..PA0)

Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor pull-up internal.

Juga berfungsi sebagai masukan analog ke ADC (ADC0 s.d. ADC7)

Port B (PB7..PB0)

Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor pull-up internal. Fungsi khusus masing-masing pin :

Port Pin Fungsi lain

PB0 T0 (Timer/Counter0 External Counter Input) PB1 T1 (Timer/Counter1 External Counter Input) PB2 AIN0 (Analog Comparator Positive Input) PB3 AIN1 (Analog Comparator Negative Input) PB4 SS (SPI Slave Select Input)

PB5 MOSI (SPI Bus Master Output/Slave Input) PB6 MISO (SPI Bus Master Input/Slave Output) PB7 SCK (SPI Bus Serial Clock)

Port C (PC7..PC0)

Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor pull-up internal.

Dua pin yaitu PC6 dan PC7 berfungsi sebagai oscillator luar untuk

Timer/Counter2. Port D

(PD7..PD0)

Port I/O 8-bit dua arah dengan resistor pull-up internal. Fungsi khusus masing-masing pin :

Port Pin Fungsi lain

PD0 RXD (UART Input Line) PD1 TXD (UART Output Line) PD2 INT0 (External Interrupt 0 Input) PD3 INT1 (External Interrupt 1 Input)

(37)

Output)

PD5 OC1A (Timer/Counter1 Output CompareA Match Output)

PD6 ICP (Timer/Counter1 Input Capture Pin)

PD7 OC2 (Timer/Counter2 Output Compare Match Output) RESET Masukan reset. Sebuah reset terjadi jika pin ini diberi logika

rendah melebihi periode minimum yang diperlukan.

XTAL1 Masukan ke inverting oscillator amplifier dan masukan ke rangkaian clock internal.

XTAL2 Keluaran dari inverting oscillator amplifier. AVCC Catu daya untuk port A dan ADC.

AREF Referensi masukan analog untuk ADC. AGND Ground analog.

(38)

2.5.3 Peta Memori

Arsitektur AVR terdiri atas dua memori utama, yaitu Data Memori dan Program Memori.Sebagai tambahan fitur dari ATMega8535, terdapat EEPROM 512 byte sebagai memori data dan dapat diprogram saat operasi.

ATMega8535 terdiri atas 8K byte On-chip In-System Reprogrammable Flash memori untuk penyimpan program. Karena seluruh instruksi AVR dalam bentuk 16 bit atau 32 bit, maka Flash dirancang dengan komposisi 4K × 16. Untuk mendukung keamanan software atau program, Flash Program Memori dibagi menjadi dua bagian yaitu bagian Boot Program dan bagian Application Program.Gambar 2.13 mengilustrasikan susunan Memori Program Flash ATMega8535.

Gambar 2.13 Peta memori program

Memori data terbagi menjadi 3 bagian, yaitu 32 buah register umum, 64 buah register I/O, dan 512 byte SRAM Internal. Konfigurasi memori data ditunjukkan oleh gambar 2.14.

(39)

Gambar 2.14 Peta memori data

2.5.4 Stack Pointer

Stack pointer merupakan suatu bagian dari AVR yang berguna untuk menyimpan data sementara, variabel lokal, dan alamat kembali dari suatu interupsi ataupun subrutin. Stack pointer diwujudkan sebagai dua unit register, yaitu SPH dan SPL.

Saat awal, SPH dan SPL akan bernilai 0, sehingga perlu diinisialisasi terlebih dahulu. SPH merupakan byte atas (MSB), sedangkan SPL merupakan byte bawah (LSB). Hal ini hanya berlaku untuk AVR dengan kapasitas SRAM lebih dari 256 byte. Bila tidak, maka SPH tidak didefinisikan dan tidak dapat digunakan.

2.5.5 Komunikasi Serial Dengan Uart

AVR ATMega8535 memiliki 4 buah register I/O yang berkaitan dengan komunikasi UART, yaitu UART I/O Data Register (UDR), UART Baud Rate Register (UBRR), UART Status Register (USR) dan UART Control Register (UCR).

2.5.6 Timer ATMega8535

AVR ATMega8535 memiliki tiga buah timer, yaitu Timer/Counter0 (8 bit), Timer/Counter1 (16 bit), dan Timer/Counter2 (8 bit).

(40)

2.5.7 Interupsi

ATMega8535 memiliki 21 buah sumber interupsi. Interupsi tersebut bekerja jika bit I pada Register status atau Status Register (SREG) dan bit pada masing-masing register bernilai 1. Penjelasan sumber interupsi terdapat pada tabel 2.2

Tabel 2.2 Vektor interupsi ATMega 8535

No. Alamat Sumber Keterangan

1. 0x000 RESET Hardware Pin, Power-on Reset and

Watchdog Reset

2. 0x001 INT0 External Interrupt Request 0

3. 0x002 INT1 External Interrupt Request 1

4. 0x003 TIMER2 COMP Timer/Counter 2 Compare Match

5. 0x004 TIMER2 OVF Timer/Counter2 Overflow

6. 0x005 TIMER1 CAPT Timer/Counter1 Capture Event

7. 0x006 TIMER1 COMPA Timer/Counter1 Compare Match A

8. 0x007 TIMER1 COMPB Timer/Counter1 Compare Match B

9. 0x008 TIMER1 OVF Timer/Counter1 Overflow

10. 0x009 TIMER0 OVF Timer/Counter0 Overflow

11. 0x00A SPI, STC SPI Serial Transfer Complete

12. 0x00B UART, RX UART, RX Complete

13. 0x00C UART, UDRE UART, Data Register Empty

14. 0x00D UART, TX UART, TX Complete

15. 0x00E ADC ADC Conversion Complete

16. 0x00F EE_RDY EEPROM Ready

17. 0x010 ANA_COMP Analog Comparator

18. 0x011 TWI Two Wire Serial Interface

19. 0x012 INT2 External Interrupt Request 2

20. 0x013 TIMER0 COMP Timer/Counter Compare Match

(41)

2.5.8 Fitur

2.5.8.1Analog To Digital Converter (Adc)

ADC pada ATMega8535 merupakan ADC 10-bit tipe Successive Approximation, yang terhubung ke sebuah multiplekser analog yang akan memilih satu dari delapan kanal. Untuk menjaga validitas data, terdapat untai Sample and Hold. Tegangan suplai ADC terpisah dari tegangan suplai mikrokontroler, tetapi selisihnya tidak boleh lebih dari 0,3 V. Untuk mengatasinya, digunakan untai filter LC seperti ditunjukkan pada Gambar 2.15.

Terdapat 8 kanal ADC masing-masing selebar 10 bit. ADC dapat digunakan dengan memberikan masukan tegangan pada port ADC, yaitu port A.0 sampai dengan port A.7.

Ada dua mode ADC yang dapat digunakan, yaitu single conversion dan free running. Pada mode single conversion, pengguna harus mengaktifkan setiap kali ADC akandigunakan. Sedangkan pada mode free running, pengguna cukup sekali mengaktifkan, sehingga ADC akan terus mengkonversi tanpa henti.

Dalam kemasan TQFP (Thin Quad Flat Package) terdapat fasilitas tambahan, yaitu kanal diferensial dan kanal diferensial dengan penguatan, yang memungkinkan dua kanal ADC digunakan sekaligus. Kemasan PDIP tidak menyediakan fasilitas ini.

(42)

Terdapat beberapa register I/O yang terlibat dalam proses konversi ADC, antara lain: ADMUX (ADC Multiplexer Selection Register). Register ADMUX berisi bit-bit yang mengatur pilihan kanal (MUX4:0), bit pengatur penyajian data (ADLAR), dan bit-bit pemilih tegangan referensi (REFS1:0). Gambar 2.16 menunjukkan isi register ADMUX.

Gambar 2.16 Register ADMUX

2.5.8.2Pulse Width Modulation (PWM)

Mikrokontroler ATMega8535 menyediakan fitur Timer/Counter1 yang dapat diatur sebagai timer, pencacah (counter), perekam waktu kejadian (even occurance time capture), pembangkit isyarat PWM (Pulse Width Modulation), serta autoreload timer (Clear Timer on Compare/CTC). Dengan lebar 16 bit, Timer/Counter1 dapat digunakan secara fleksibel untuk berbagai tujuan yang berkaitan dengan waktu dan pembangkit gelombang.

(43)

BAB III

PERANCANGAN SISTEM

3.1 Perancangan Perangkat Keras (Hardware)

Perancangan perangkat keras meliputi perancangan sistem secara umum berupa blok diagram serta rangkaian dari masing-masing bagian.

3.1.1 Konfigurasi Sistem

Pemodelan alat dibuat dengan menggunakan diagram blok. Adapun diagram blok dari sistem yang dirancang adalah seperti yang diperlihatkan pada gambar 3.1 berikut ini:

MCB

TOMBOL SETING

M IK R O K O N T R O LE R A T M e g a 8 5 3 5 SENSOR TEGANGAN SENSOR ARUS

LCD

RELAY

KAPASITOR BANK BEBAN (MENGOSONGKAN KAPASITOR)

BEBAN UJI

JALA-JALA LISTRIK

(44)

Sebagai sumber daya, jala-jala listrik bersumber dari PLN dengan tegangan 220V 50Hz.

Gambar 3.2 Bentuk fisik MCB 1 phase

MCB (Mini Circuit Breaker) digunakan untuk memutuskan atau menghubungkan hubungan jala-jala listrik ke beban yang diuji apabila terjadi beban berlebih maupun hubungan singkat.

Untuk mengukur tegangan digunakan sensor tegangan. Sensor tegangan yang digunakan adalah trafo stepdown, lalu tegangannya diturunkan dengan menggunakan rangkaian pembagi tegangan. Output dari sensor tegangan akan menjadi masukan ke internal ADC dari mikrokontroler ATMega8535.

Sensor arus berfungsi untuk mengukur kuat arus. Output sensor arus akan menjadi input untuk ADC internal mikrokontroler ATMega8535.

Beban uji yang digunakan adalah beban induksi berupa lampu pendar berbentuk tabung panjang atau yang umum dikenal dengan lampu TL (tubular lamp) atau lampu neon. Lampu ini memiliki ballas atau pemberat yang bekerja sebagai pengatur arus listrik dan mengatur tegangan yang membuat beban ini bersifat induktif. Ballas jenis magnetik ini bekerja dengan prinsip pembatasan arus yang bekerja dengan cara mencekik (bahasa Inggris: choke) arus pada titik yang sudah ditentukan berdasarkan siklus arus bolak-balik pada frekuensi jala-jala sumber, atau 50/60Hz.

Beban untuk mengosongkan kapasitor menggunakan lampu. Apabila relay dalam keadaan tidak aktif (NC) maka kapasitor bank akan terhubung ke beban lampu ini.

(45)

Mikrokontroler berfungsi mengolah data input, menampilkannya pada display LCD dan melakukan tindakan sesuai dengan sistem kerja alat. Cos φ dihitung dengan cara membandingkan antara sinyal analog arus bolak balik yang dihasilkan oleh sensor arus dan sinyal analog yang dihasilkan oleh sensor tegangan. Jika sinyal analog tegangan mendahului sinyal analog arus, maka beban bersifat induktif, jika sebaliknya sinyal analog arus mendahului sinyal analog tegangan maka disebut beban bersifat kapasitif. Selanjutnya mikrokontoler akan mengendalikan model kombinasi kapasitor melalui relay sesuai dengan hasil perhitungan yang dilakukan pada mikrokontroler.

Tombol seting berfungsi untuk menentukan apakah sistem akan dijalankan secara manual atau otomatis.

3.1.2 Rangkaian Power Supply

Rangkaian ini berfungsi untuk mencatu tegangan ke seluruh rangkaian yang ada.Rangkaian PSA yang dibuat terdiri dari dua keluaran, yaitu 5 volt dan 12 volt. Keluaran 5 volt digunakan untuk mencatu tegangan ke rangkaian mikrokontroler, sedangkan +12 volt digunakan untuk menyalurkan tegangan ke rangkaian relay. Rangkaian power supply ditunjukkan pada gambar 3.3 berikut ini:

Gambar 3.3 Rangkaian Power Supply

Transformator CT (center tap) merupakan trafo step-down yang berfungsi untuk menurunkan tegangan dari 220 volt AC menjadi 12 volt AC. Kemudian tegangan 12

(46)

volt AC akan disearahkan dengan menggunakan dua buah dioda silikon, selanjutnya 12 volt DC akan diratakan oleh kapasitor 3300 µF. IC regulator tegangan 5 volt (7805) digunakan agar keluaran yang dihasilkan tetap (tidak melebihi) 5 volt kalaupun terjadi perubahan pada tegangan masukannya. LED berfungsi sebagai indikator apabila PSA dalam keadaan hidup. Sedangkan untuk tegangan 12 volt DC langsung diambil dari keluaran jembatan dioda.

3.1.3 Rangkaian Sensor Arus ACS712

ACS712 adalah Hall Effect current sensor (sensor arus). Hall effect allegro ACS712 merupakan sensor yang presisi sebagai sensor arus AC atau DC dalam pembacaan arus didalam dunia industri, otomotif, komersil dan sistem-sistem komunikasi. Pada umumnya aplikasi sensor ini biasanya digunakan untuk mengontrol motor, deteksi beban listrik, switched-mode power supplies dan proteksi beban berlebih.

Gambar 3.4 Rangkaian sensor arus ACS712

Sensor ini memiliki pembacaan dengan ketepatan yang tinggi, karena didalamnya terdapat rangkaian low-offset linear Hall dengan satu lintasan yang terbuat dari tembaga. Cara kerja sensor ini adalah arus yang dibaca mengalir melalui kabel tembaga yang terdapat didalamnya yang menghasilkan medan magnet yang ditangkap oleh integrated Hall IC dan diubah menjadi tegangan proporsional. Ketelitian dalam pembacaan sensor dioptimalkan dengan cara pemasangan komponen yang ada didalamnya antara penghantar yang menghasilkan medan magnet dengan hall transducer secara berdekatan. Persisnya, tegangan proporsional yang rendah akan menstabilkan Bi CMOS Hall IC yang didalamnya yang telah dibuat untuk ketelitian yang tinggi oleh pabrik.

(47)

Gambar 3.5 Diagram pin-out ACS712 Berikut deskripsi dari pin sensor arus ACS71.

Tabel 3.1 Deskripsi pin terminal sensor arus ACS712

Keluaran dari sensor ini sebesar (>VIOUT(Q)) saat peningkatan arus pada penghantar

arus (dari pin 1 dan pin 2 ke pin 3 dan 4), yang digunakan untuk pendeteksian atau perasa arus. Hambatan dalam penghantar sensor sebesar 1,2 mΩ dengan daya yang rendah. Jalur terminal konduktif secara kelistrikan diisolasi dari sensor leads/ mengarah (pin 5 sampai pin 8). Hal ini menjadikan sensor arus ACS712 dapat digunakan pada aplikasi-aplikasi yang membutuhkan isolasi listrik tanpa menggunakan opto-isolator atau teknik isolasi lainnya yang mahal. Ketebalan penghantar arus didalam sensor sebesar 3 kali kondisi overcurrent.Sensor ini telah dikalibrasi oleh pabrik. Untuk lebih jelas dapat dilihat pada gambar diagramblok berikut:

(48)

3.1.4 Rangkaian Sensor Tegangan

Sensor tegangan menggunakan resistor pembagi tegangan yang dipasang secara paralel antara fase dengan netral. Sensor tegangan ini berfungsi untuk mendeteksi sinyal tegangan dan juga sekaligus sebagai power supply. Disamping itu, resistor juga tidak merubah harga fase yang terjadi pada beban induktif yang terpasang. Dengan menggunakan transformator step down sebagai sumber tegangan, rangkaian sensor tegangan ditunjukkan pada gambar berikut ini:

Gambar 3.7 Rangkaian sensor tegangan

Resistor pembagi tegangan ini juga akan menurunkan tegangan dari tegangan sumber menjadi tegangan yang dikehendaki. Pergeseran fasa adalah hubungan antara tegangan yang diterapkan pada sisi tegangan tinggi dan tegangan yang dihasilkan pada tegangan rendah dan sebaliknya. Pergeseran fasa pada tegangan tinggi terhadap tegangan rendah biasanya sangatlah kecil. Apabila terjadi penuaan dan kerusakan pada inti trafo maka hal ini dapat diidentifikasikan dengan terjadinya perubahan sudut fasa yang sangat signifikan.

3.1.5 Rangkaian Relay Pengendali Kapasitor

Relay ini berfungsi sebagai saklar elektronik yang dapat menghubungkan dan memutuskan perangkat elektrik dan dalam hal ini adalah kapasitor. Disini relay akan menghubungkan kapasitor bank dengan lampu pengosongan kapasitor apabila dalam keadaan tidak aktif (NO), atau akan menghubungkannya dengan sumber daya apabila dalam keadaan aktif (NC). Rangkaian relay pengendali kapasitor tampak seperti gambar di bawah ini.

(49)

Gambar 3.8 Rangkaian relay pengendali kapasitor

Karena kapasitor bank yang akan dikendalikan ada 4 buah, maka rangkaian pengendali kapasitor seperti gambar di atas juga terdiri dari 4 buah (dapat dilihat dalam rangkaian keseluruhan). Relay 1 akan mengaktifkan kapasitor 1, relay 2 akan mengaktifkan kapasitor 2 dan begitu juga seterusnya ununtuk relay 3 dan 4.

Relay merupakan salah satu komponen elektronika yang terdiri dari lempengan logam sebagai saklar dan kumparan yang berfungsi untuk menghasilkan medan magnet. Pada rangkaian ini digunakan relay 12 volt, ini berarti jika positif relay (kaki1) dihubungkan ke sumber tegangan 12 volt dan negatif relay (kaki 2) dihubungkan ke ground, maka kumparan akan menghasilkan medan magnet, dimana medan magnet ini akan menarik lempengan yang mengakibatkan saklar (kaki 3) terhubung ke kaki 4. Dengan demikian, kita dapat mengunakan kaki 3 dan kaki 4 pada relay sebagai saklar untuk menghubungkan kapasitor ke sumber tegangan PLN.

Pada rangkaian ini untuk mengaktifkan atau menon-aktifkan relay membutuhkan transistor tipe NPN sebagai pemicu. Dari gambar dapat dilihat bahwa kutub negatif relay dihubungkan ke kolektor transistor NPN (2SC945), ini berarti jika transistor dalam keadaan aktif maka kolektor akan terhubung ke emitor dimana emitor langsung terhubung ke ground yang menyebabkan tegangan di kolektor menjadi 0 volt, keadaan ini akan mengakibatkan relay aktif. Sebaliknya jika transistor tidak aktif, maka kolektor tidak terhubung ke emitor, sehingga tegangan pada kolektor menjadi 12 volt, keadaan ini menyebabkan relay tidak aktif.

Kumparan pada relay akan menghasilkan tegangan seketika yang besar ketika relay dinon-aktifkan dan ini dapat merusak transistor yang ada pada rangkaian ini.

(50)

Untuk mencegah kerusakan pada transistor tersebut sebuah dioda harus dihubungkan ke relay tersebut. Dioda dihubungkan secara terbalik sehingga secara normal dioda ini tidak menghantarkan. Penghantaran hanya terjadi ketika relay dinonaktifkan, pada saat ini arus akan terus mengalir melalui kumparan dan arus ini akan dialirkan ke dioda. Tanpa adanya dioda arus sesaat yang besar itu akan mengalir ke transistor, yang mengakibatkan kerusakan pada transistor.

Untuk menentukan tipe transistor yang digunakan, maka harus diketahui arus yang mengalir pada relay. Relay yang digunakan adalah JQX-4453, relay ini membutuhkan arus 34 mA untuk dapat bekerja, maka transistor yang digunakan harus dapat mengalirkan arus 34 mA pada kolektornya. Pada alat ini digunakan transistor tipe NPN C945, yang dapat mengalirkan arus maksimal 100 mA pada kolektornya. Berikutnya akan dihitung hambatan yang digunakan pada basis. (hfe min = 90)

mA atau A A hf iC ib e 37 , 0 00037 , 0 90 034 , 0 = = =

dengan demikian nilai Rb maksimum yang harus digunakan adalah:

Ω = − = − = 11891 00037 , 0 6 , 0 5 A volt volt i V Vb R b be b

Daya = I × V = 0,00037 × 4,4 = 0,0016 Watt. Jadi dapat digunakan resistor ¼ Watt.

Rb minimum yang dapat digunakan adalah (ib Max = 20 mA):

Ω = − = − = 220 02 , 0 6 , 0 5 max A volt volt i V V R b be b b

Daya = I × V = 0,02 × 4,4 = 0,088 Watt.

(51)

3.1.6 Rangkaian Kapasitor Bank

Dalam sistem ini, ada 4 buah kapasitor ac (kapasitor bank) yang nilainya bervariasi. Kapasitor bank yang digunakan masing-masing nilainya dapat dilihat dalam tabel berikut.

Tabel 3.2 Daftar masing-masing nilai kapasitor No Nilai Kapasitor (µF)

1 1,5

2 2

3 2,5

4 4

Semua kapasitor ini dirangkai secara paralel, sehingga apabila kapasitor tersambung maka kapasitansinya akan bertambah. Untuk mengaktifkan kapasitor, dilengkapi dengan 2 jenis tombol yang akan memberikan inputan mikrokontroler dalam mengaktifakan kapasitor dengan cara mengaktifkan relay. Kedua mode inputan tersebut berfungsi untuk mengaktifkan kapasitor secara otomatis atau dengan mengaktifkan kapasitor satu per satu. Untuk memilih mode yang diinginkan, dilengkapi 5 tombol yang disediakan untuk melakukan mode inputan ke mikrokontroler ATMega8535 yang akan mengaktifkan relay sehingga kapasitor bank juga akan aktif.

(52)

Berikut penjelasan mengenai fungsi masing-masing tombol tersebut. Tabel 3.3 Fungsi tombol inputan

Tombol Kapasitor Yang Aktif

1 Otomatis

2 1

3 2

4 3

5 4

Pada mode manual, kita dapat menentukan kapasitor yang akan diaktifkan sesuai yang kita kehendai. Terlihat dalam tabel, apabila ditekan tombol 2 maka kapasitor 1 akan aktif, ditekan tombol 3 maka nilai kapasitansi akan bertambah dengan aktifnya kapasitor 2. Demikian sterusnya sampai tombol 5, dan untuk menonaktifkan kapasitor ini cukup dengan menekan tombol sekali lagi.

Pada mode otomatis, cukup dengan menekan tombol 1 maka keempat kapasitor ini akan terhubung paralel secara otomatis ke sumber daya oleh relay dengan 8 jenis mode kombinasi. Daftar nilai kapasitansi untuk semua kombinasi kapasitor diperlihatkan dalam tabel berikut:

Tabel 3.4 Daftar relay yang aktif dan nilai kapasitansi setiap mode Mode Konfigurasi relay yang aktif Kapasitansi (µF)

0 - 0

1 1 1,5

2 2 2

3 3 2,5

4 4 4

5 1, 4 5,5

6 1, 2, 4 7,4

7 1, 2, 3, 4 10

Ketujuh mode kombinasi kapasitor bank pada table di atas diaharapkan sudah mampu mengkompensasi daya daya reaktif yang diakibatkan oleh beban induktif. Pengaktifan

(53)

mode kapasitor ini dikendalikan oleh relay atas instruksi dari mikrokontroler ATMega8535 hingga cos φ yang dikehendaki (cos φ≥ 0,98) sudah memenuhi.

Sedangkan untuk rangkaian kapasitor bank sudah ada pada gambar (3.8). Masing-masing kapasitor bank memiliki rangkaian yang sama seperti gambar tersebut, untuk selengkapnya dapat dilihat dalam gambar rangkaian keseluruhan.

Relay akan mengendalikan kapasitor bank, apakah kapasitor bank akan terhubung ke lampu (untuk mengosongkan kapasitor) atau ke sumber tegangan dan juga sekaligus beban induksi (apabila dihubungkan dengan beban). NC (normally close) relay terhubung ke lampu pengosongan kapasitor, maka ini berarti pada saat relay tidak aktif, kapasitor bank akan terhubung ke lampu tersebut dengan tujuan agar kapasitor tidak bermuatan lagi. NO (normally open) relay terhubung ke sumber tegangan ac 220V 50Hz, maka pada saat relay aktif, kapasitor bank akan terhubung ke sumber tegangan tersebut.

3.1.7 Rangkaian Mikrokontroler ATMega8535

Pada perancangan alat ini akan digunakan mikrokontroler ATMega8535 yang berfungsi untuk membaca tegangan analog dari sensor tegangan dan sensor arus serta menghitung nilai cos φ, membaca inputan dari tombol, menampilkan data hasil perhitungan ke LCD dan mengendalikan relay.

Rangkaian ini berfungsi sebagai pusat kendali dari seluruh sistem yang ada.Komponen utama dari rangkaian ini adalah IC mikrokontroler ATMega8535. Pada IC inilah semua program diisikan, sehingga rangkaian dapat berjalan sesuai dengan yang dikehendaki. Dalam menjalankan chip IC mikrokontroler ATMega8535 memerlukan rangkaian tambahan beberapa komponen elektronikalain sebagai pendukung. Komponen pendukung ini akan dirangkai dalam bentuk sederhana dan minim sehingga disebut sebagai rangkaian sistem minimum. Dengan rangkaian sistem minimum ini, maka rangkaian mikrokontroler baru dapat bekerja. Dalam perancangan alat ini, sistem minimum mikrokontroler ATMega8535 terdiri dari:

(54)

1. Chip IC mikrokontroler ATMega8535 2. Kristal 11.0592 MHz

3. Kapasitor 4. Resistor

Rangkaian mikrokontroler ATMega8535 master ditunjukkan pada gambar berikut ini:

Gambar 3.10 Rangkaian sistem minimum mikrokontroler ATMega8535 Mikrokontroler ini memiliki 32 port I/O, yaitu port A, port B, port C dan port D. Pin 33 sampai 40 adalah Port A yang merupakan port ADC, dimana port ini dapat menerima data analog. Pin 1 sampai 8 adalah port B. Pin 22 sampai 29 adalah port C. Dan Pin 14 sampai 21 adalah port D. Pin 10 dihubungkan ke sumber tegangan 5 volt. Dan pin 11 dihubungkan ke ground. Rangkaian mikrokontroler ini menggunakan komponen kristal sebagai sumber clocknya. Nilai kristal ini akan mempengaruhi kecepatan mikrokontroler dalam mengeksekusi suatu perintah tertentu.

Pada pin 9 dihubungkan dengan sebuah kapasitor dan sebuah resistor yang terhubung ke ground. Kedua komponen ini berfungsi agar program pada mikrokontroler dijalankan beberapa saat setelah power aktif. Lamanya waktu antara aktifnya power pada IC mikrokontroler dan aktifnya program adalah sebesar perkalian antara kapasitor dan resistor tersebut.

(55)

3.1.8 Rangkaian LCD (Liquid Crystal Display)

LCD (Liquid Crystal Display) adalah modul indikator yang banyak digunakan karena tampilannya yang menarik. LCD yang paling banyak digunakan saat ini ialah LCD LMB162ABC karena harganya cukup murah. LCD LMB162ABC merupakan modul LCD dengan tampilan 2 × 16 (2 baris × 16 kolom) dengan konsumsi daya rendah. Modul tersebut dilengkapi dengan mikrokontroler yang didesain khusus untuk mengendalikan LCD.

Mikrokontroler HD44780 buatan Hitachi yang berfungsi sebagai pengendali LCD memiliki CGROM (Character Generator Read Only Memory), CGRAM (Character Generator Random Access Memory), dan DDRAM (Display Data Random Access Memory).

LCD yang umum, ada yang panjangnya hingga 40 karakter (2 × 40 dan 4 × 40), dimana kita menggunakan DDRAM untuk mengatur tempat penyimpanan karakter tersebut.

Tabel 3.5 Peta memori LCD

Gambar berikut menampilkan hubungan antara LCD dengan port mikrokontroler:

(56)

Pada gambar rangkaian di atas pin 1 dihubungkan ke Vcc (5V), pin 2 dan 16 dihubungkan ke GND (Ground), pin 3 merupakan pengaturan tegangan Contrast dari LCD, pin 4 merupakan Register Select (RS), pin 5 merupakan R/W (Read/Write), pin 6 merupakan Enable, pin 11-14 merupakan data. Reset, Enable, R/W dan data dihubungkan ke mikrokontroler Atmega8535. Fungsi dari potensiometer (R4) adalah untuk mengatur gelap/ terangnya karakter yang ditampilkan pada layar LCD.

3.2 Perancangan Perangkat Lunak (Software)

Perancangan perangkat lunak meliputi penjelasan mengenai perancangan program yang dipergunakan dan flowchart dari program untuk mengendalikan sistem.

3.2.1 Perancangan Program

Pada perancangan ini digunakan Code Vision AVR sebagai editor dan compiler dari program yang dirancang. Untuk memulai pemrograman Code Vision AVR dilakukan langkah sebagai berikut :

1. Buka software program CodeVisionAVR.

2. Pilih menu File New dan pilih Project kemudian tekan OK.

Gambar 3.12 Pemilihan tipe file

3. Kemudian pilih “Yes” saat ada pilihan menggunakan CodeWizardAVR, seperti tampakpada gambar berikut.

(57)

Gambar 3.13 Dialog konfirmasi tentang penggunaan CodeWizardAVR

4. Pada setingan CodeWizardAVR, atur konfigurasi chip menggunakanATMega8535 sesuai dengan yang ada pada modul, dengan nilai clock 11,059200 MHz.

Gambar 3.14 Pemilihan tipe Mikrokontroler dan Kristal

5. Kemudian pada tab Port, PortA diatur sebagai input, PortA digunakan sebagai input dari sensor yang akan digunakan untuk mendeteksi sinyal. Dan PortB diatur sebagai input dan output yang akan dihubungkan dengan keypad. Tampilannya adalah sebagai berikut.

(58)

Gambar 3.15 Seting PortA dan PortB

6. Selanjutnya mengatur penempatan LCD pada PortC. Tampilannya sebagai berikut:

(59)

7. Setelah itu, pilih menu File Generate, Save and Exit, dan simpan file dengan nama sesuai keinginan uji.

Gambar 3.17 Generate, Save dan Exit

8. Akan muncul file.c yang akan digunakan untuk pemrograman. Selanjutnya ditulis program yang akan dituliskan.

(60)

3.2.2 Perancangan Metode Penghitungan cos φφφφ oleh Mikrokontroler

Yang menjadi poin utama dalam penelitian ini adalah perbaikan faktor daya (cos φ), maka metode penghitungannya perlu ditegaskan. Disini mikrokontroler ATMega8535 akan menerima sinyal masukan dari sensor tegangan dan sensor arus lalu membandingkan keduanya terhadap waktu dan kemudian menghitung cos φ. Lalu kedua jenis sinyal yang akan ditinjau dalam bentuk sinyal tegangan saja, karena sensor arus akan memberikan keluaran ke mikrokontroler ATMega8535 dalam bentuk tegangan.

Karena daya yang bersumber dari jala-jala PLN adalah 220 V dan memiliki frekuensi 50 Hz, maka didapat perioda (T) dari sinyal tegangannya adalah 0,02 sekon.

Gambar 3.18 Metode perhitungan sinyal tegangan terhadap waktu

Sehingga pada sudut 90° perioda (T) sinyal tersebut adalah 5 ms. Maka lamanya waktu untuk sudut 1° adalah 0,055556 ms atau sama dengan 55,56 µs. Untuk sensor arus, metode perhitungan ini juga yang digunakan karena sensor arus arus tidak akan mengalami pergeseran fasa.

Dari hasil perhitungan di atas waktu untuk setiap 1° sudah diketahui, maka beda fasa sinyal arus dan tegangan sudah dapat dihitung. Dari hasil perhitungan yang telah didapatmaka untuk mendapatkan besarnya sudut beda fasa antara sinyal arus dan tegangan adalah dengan cara membagi selisih waktu munculnya sinyal arus dan tegangan (zero cross) dengan 55,56 µs. Setelah besar sudutnya diketahui, maka nilai cos φ sudah dapat dihitung oleh mikrokontroler ATMega8535 untuk kemudian melakukan perbaikan faktor daya (cos φ).

(61)

3.2.3 Flowchart Program

Flowchart (diagram alir) pemrograman ini merupakan algoritma perintah dalam bahasa mesin yang yang membuat sistem bekerja sesuai dengan perintah tersebut. Bahasa yang digunakan dalam perancangan alat ini adalah bahasa C mikrokontroler ATMega8535.

(62)

(63)

BAB IV

PENGUJIAN DAN ANALISA

Untuk mengetahui kinerja sistem ini, maka dilakukan pengujian dan analisa berdasarkan perancangan sistem yang telah dibuat.

4.1 Data HasilPengujian

Dilakukan pengujian beberapa tahap dalam berbagai beban dan kapasitansi dengan sedemikian rupa untuk dapat dianalisa apakah sistem bekerja sesuai dengan yang diharapkan.

4.1.1Pengujian Daya untuk Beban Tanpa Sambungan Kapasitor

Pada pengujian beban tanpa kapasitor ini, memperlihatkan nilai yang terukur oleh alat tanpa terhubung ke kapasitor dengan beban yang bervariasi.

Tabel 4.1 Hasil pengujian dayauntuk beban tanpa sambungan kapasitor

No. BEBAN ARUS

(Ampere)

TEGANGAN (Volt) cos φφφφ

DAYA (Watt)

1 TANPA BEBAN 0 210 1,00 0

2 LAMPU TL 18 W 0,1 210 0,96 20,16

3 LAMPU TL 36 W 0,22 210 0,94 43,43

4 LAMPU TL 36 W + 18 W 0,34 209 0,85 60,40

5 LAMPU TL 36 W + 36 W 0,47 209 0,82 80.54

6 LAMPU TL 36 W + 36 W + 18 W 0,82 208 0,59 100,63

(64)

4.1.2Pengujian Daya untuk Beban Tetap (108 W) dengan Kapasitansi diatur.

Pengujian untuk beban tetap (108 Watt) dilakukan dengan 6 jenis mode kombinasi sambungan kapasitor bank dilakukan untuk melihat daya yang dihasilkan.

Tabel 4.2 Hasil pengujian daya untuk beban tetap dengan kapasitansi diatur.

No. Kapasitor (µF)

Arus (Ampere)

Tegangan

(Volt) cos φφφφ

S (VA) P (Watt) Q (VAR) 1 1,5 1,328 207 0,506 274,896 139,098 236,960

2 2 1,299 207 0,517 268,893 139,017 229,903

3 4 1,190 207 0,564 246,330 138,930 203,222

4 6 1,085 207 0,619 224,595 138,383 176,307

5 8 0,986 207 0,681 204,102 138,993 149,198

6 10 0,895 207 0,750 185,265 138,948 122,460 Dilakukan juga hasil secara perhitungan agar terlihat perbandingannya apakah sistem sudah bekerja sesuai dengan apa yang diharapkan.

Tabel 4.3 Perbandingan hasil perhitungan dengan pengujian untuk beban tetap.

No. Kapasitor (µF)

Arus(Ampere) Tegangan (Volt) cos φφφφ

Perhitungan Pengukuran Perhitungan Pengukuran Perhitungan Pengukuran

1 1,5 1,328 1,05 207 208 0,64 0,506

2 2 1,299 0,93 207 208 0,68 0,517

3 4 1,190 0,82 207 208 0,77 0,564

4 6 1,085 0,72 207 209 0,79 0,619

5 8 0,986 0,7 207 209 0,84 0,681

6 10 0,895 0,5 207 209 0,97 0,750

4.1.3 Pengujian Dayauntuk Kapasitansi Diatur Secara Otomatis

Pada pengujian ini, nilai kapasitansi yang diatur oleh sistem (mikrokontroler ATMega8535) secara otomatis hingga cos φ mencapai nilai maksimum (cos φ≥ 0,98) dengan 8 mode kombinasi kapasitor.

(1)

// Select next ADC input

if (++input_index > (LAST_ADC_INPUT-FIRST_ADC_INPUT)) input_index=0;

ADMUX=(FIRST_ADC_INPUT | (ADC_VREF_TYPE & 0xff))+input_index;

// Start the AD conversion ADCSRA|=0x40;

}

// Declare your global variables here

int ind1, ind2, ind3, ind4, ind5, i, in1, mode, sudut; float nilai, nilai1, cos_phi, arus, tegangan, temp8,

cos(float x); unsigned char data[16];

void main(void) {

// Declare your local variables here // Input/Output Ports initialization // Port A initialization

// Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In

// State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T

PORTA=0x00; DDRA=0x00;

// Port B initialization

// Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In

// State7=T State6=T State5=T State4=P State3=P State2=P State1=P State0=P

PORTB=0x1F; DDRB=0x00;

// Port C initialization

// Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In

// State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T

PORTC=0x00; DDRC=0x00;

// Port D initialization

// Func7=In Func6=In Func5=Out Func4=Out Func3=Out Func2=Out Func1=In Func0=In

// State7=T State6=T State5=0 State4=0 State3=0 State2=0 State1=T State0=T

(2)

PORTD=0x00; DDRD=0x3C;

// Timer/Counter 0 initialization // Clock source: System Clock // Clock value: Timer 0 Stopped // Mode: Normal top=FFh

// OC0 output: Disconnected TCCR0=0x00;

TCNT0=0x00; OCR0=0x00;

// Timer/Counter 1 initialization // Clock source: System Clock // Clock value: Timer 1 Stopped // Mode: Normal top=FFFFh

// OC1A output: Discon. // OC1B output: Discon. // Noise Canceler: Off

// Input Capture on Falling Edge // Timer 1 Overflow Interrupt: Off // Input Capture Interrupt: Off // Compare A Match Interrupt: Off // Compare B Match Interrupt: Off TCCR1A=0x00;

TCCR1B=0x00; TCNT1H=0x00; TCNT1L=0x00; ICR1H=0x00; ICR1L=0x00; OCR1AH=0x00; OCR1AL=0x00; OCR1BH=0x00; OCR1BL=0x00;

// Timer/Counter 2 initialization // Clock source: System Clock // Clock value: Timer 2 Stopped // Mode: Normal top=FFh

// OC2 output: Disconnected ASSR=0x00;

TCCR2=0x00; TCNT2=0x00; OCR2=0x00;

// External Interrupt(s) initialization // INT0: Off

// INT1: Off // INT2: Off MCUCR=0x00;

(3)

MCUCSR=0x00;

// Timer(s)/Counter(s) Interrupt(s) initialization TIMSK=0x00;

// Analog Comparator initialization // Analog Comparator: Off

// Analog Comparator Input Capture by Timer/Counter 1: Off

ACSR=0x80; SFIOR=0x00;

// ADC initialization

// ADC Clock frequency: 554.202 kHz // ADC Voltage Reference: AVCC pin // ADC High Speed Mode: Off

// ADC Auto Trigger Source: None

ADMUX=FIRST_ADC_INPUT | (ADC_VREF_TYPE & 0xff); ADCSRA=0xCB;

SFIOR&=0xEF;

// LCD module initialization lcd_init(16);

// Global enable interrupts #asm("sei")

mode=0; in1=0; ind1=0; ind2=0; ind3=0; ind4=0; ind5=0; PORTD.2=0; PORTD.3=0; PORTD.4=0; PORTD.5=0; lcd_gotoxy(4,0);

lcd_putsf("Manonggor"); lcd_gotoxy(6,1);

lcd_putsf("USU"); delay_ms(500);

while (1) {

// Place your code here tegangan=0;

arus=0;

for(i=1;i<=10000;i++) {

(4)

temp8=nilai/51; nilai=(nilai-511)/51;

nilai1=adc_data[1]; nilai1=nilai1*0.26667;

if (nilai1>=tegangan) {tegangan=nilai1;} if (nilai>=arus) {arus=nilai;}

delay_us(20); }

while (adc_data[1]==0.0){delay_us(2);} while (adc_data[1]!=0.0){delay_us(2);}

if (adc_data[1]==0.0 && adc_data[0]==0.0) {cos_phi=1;} else

{

while (adc_data[1]==0.0){delay_us(2);} while (adc_data[1]!=0.0){delay_us(2);} sudut=0;

for(i=1;i<=100;i++) {

sudut=sudut+1;

if (adc_data[0]==0.0){break;} delay_us(50);

}}

cos_phi=cos(sudut);

/* if (sudut<=10) {cos_phi=sudut/10.15;} else

{if (sudut<=20) {cos_phi=sudut/21.28;} else

{if (sudut<=30) {cos_phi=sudut/34.64;} else

{if (sudut<=40) {cos_phi=sudut/52.21;} else

{if (sudut<=50) {cos_phi=sudut/77.78;} else

{if (sudut<=60) {cos_phi=sudut/120;} else

{if (sudut<=70) {cos_phi=sudut/204.67;} else

if (sudut<=80) {cos_phi=sudut/460.7;} else

{if (sudut<=90) {cos_phi=0;}}}}}}}} */

if (mode==7 && cos_phi <=0.82) {mode=0; PORTD.2=0; PORTD.3=0; PORTD.4=0; PORTD.5=0;}

(5)

{if (mode==6 && cos_phi <=0.82) {mode=7; PORTD.4=1;}

else

{if (mode==5 && cos_phi <=0.82) {mode=6; PORTD.3=1;}

else

{if (mode==4 && cos_phi <=0.82) {mode=5; PORTD.2=1;}

else

{if (mode==3 && cos_phi <=0.82) {mode=4; PORTD.4=0; PORTD.5=1;}

else

{if (mode==2 && cos_phi <=0.82) {mode=3; PORTD.3=0; PORTD.4=1;}

else

{if (mode==1 && cos_phi <=0.82) {mode=2; PORTD.2=0; PORTD.3=1;}

else

{if (ind1==1 && cos_phi <=0.82) {mode=1; PORTD.2=1;}}}}}}}}

lcd_clear();

sprintf(data,"Cos Phi=%0.2f",cos_phi); lcd_gotoxy(0,0);

lcd_puts(data);

sprintf(data,"A=%0.2f",arus); lcd_gotoxy(0,1);

lcd_puts(data); tegangan=arus*5;

tegangan=210-tegangan;

sprintf(data,"T=%0.0f",tegangan); lcd_gotoxy(8,1);

lcd_puts(data); if(PINB.1==0)

{

if(ind2==0) {ind2=1; PORTD.2=1;} else {ind2=0; PORTD.2=0;}

} if(PINB.2==0) {

if(ind3==0) {ind3=1; PORTD.3=1; } else {ind3=0; PORTD.3=0;}

}

if(PINB.3==0) {

(6)

if(ind4==0) {ind4=1; PORTD.4=1;} else {ind4=0; PORTD.4=0;}

} if(PINB.4==0)

{

if(ind5==0) {ind5=1; PORTD.5=1;} else {ind5=0; PORTD.5=0;}

}

if(PINB.0==0) {

if(ind1==0) {ind1=1;} else {ind1=0; PORTD.2=0; PORTD.3=0; PORTD.4=0; PORTD.5=0; mode=0;}

} if (ind1==1)

{sprintf(data,"OT",cos_phi); lcd_gotoxy(14,0);

lcd_puts(data);} else

{sprintf(data,"MA",cos_phi); lcd_gotoxy(14,0);

lcd_puts(data); } sprintf(data,"%d",mode); lcd_gotoxy(15,1); lcd_puts(data);

delay_ms(1000); };

Perancangan Sistem Perbaikan Faktor Daya (Cos 4) Otomatis dengan Menggunakan Mikrokontroler ATMega8535