Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Perancangan Kompor Listrik Menggunakan Teknologi Induksi Elektromagnetik T1 612009056 BAB IV

19

BAB IV

PENGUJIAN DAN ANALISIS

4.1. Modul Sumber

Pada modul ini ada 2 output yang tersedia, yaitu output setelah LM7815 dan output setelah LM7805. Saat dilakukan pengujian menggunakan multimeter, output setelah LM7815 terbaca 15 VDC, sedangkan setelah LM7805 terbaca 5 VDC.

4.2. Modul Mikrokontroler

Pengujian yang dilakukan saat ini hanya pengujian pembangkit PWM. Pin PD.5 pada mikrokontroler dihubungkan ke osiloskop dan terbaca sinyal kotak sebesar 5 Vpp, duty cycle 50%, dan frekuensi sebesar 20 kHz sesuai dengan program di mikrokontroler yang telah dibuat.

Gambar 4.1. Sinyal PWM pada pin PD.5 Mikrokontroler (V/div=5 & Time/div=10ms)

20 4.3. Modul Pemanas

Pengujian pertama yang dilakukan adalah pengujian driver IGBT. Photocoupler TLP250 mendapatkan masukan PWM dari Modul Mikrokontroler. Pin Vcc pada TLP250 diberi tegangan 15 V sehingga keluaran dari TLP250 terbaca sinyal kotak PWM sebesar 15 Vpp, duty cycle 50%, dan frekuensi 20 kHz.

Gambar 4.2. Sinyal Keluaran TLP250 (V/div=5 & Time/div=10ms)

Pengujian kedua dilakukan terhadap IGBT. Kaki gate terhubung pada output TLP250. Kaki emitor terhubung pada ground. Kaki kolektor terhubung pada resistor 20 Ohm yang diberi tegangan sebesar 15 V.

Pada output kolektor akan terbaca sinyal kotak sebesar 15 Vpp, duty cycle 50%, dan frekuensi 20 kHz sama seperti sinyal input pada kaki gate namun memiliki beda fase sebesar 1800.

21

Gambar 4.3. Sinyal pada pin kolektor IGBT (V/div=5 & Time/div=10ms)

Berikut adalah gambar dua kanal input gate IGBT dan output kolektor IGBT:

Gambar 4.4. Sinyal pada pin Gate dan Kolektor IGBT (Dua kanal) (V/div=5 & Time/div=10ms)

22 4.4. Modul Sensor Suhu

Pada modul ini, pengujian dilakukan dengan membakar sensor Thermocouple kemudian nilai suhu akan ditampilkan di LCD setelah diolah oleh mikrokontroler. Pada saat thermocouple tidak dipanaskan, maka suhu akan terbaca sekitar 28 oC.

Gambar 4.5. Thermocouple pada Suhu Normal

Setelah thermocouple dibakar menggunakan korek beberapa saat, suhu akan terus meningkat dan ditampilkan ke LCD.

23 4.5. Modul Pilihan Menu

Modul ini mempunyai tiga tombol pilihan menu, yaitu SLOW, NORMAL, dan FAST. Masing-masing pilihan menu mempunyai frekuensi PWM yang berbeda-beda. Menu yang dipilih akan ditampilkan di LCD.

Gambar 4.7. Tampilan Awal LCD

Menu pertama yang dipilih adalah SLOW, sehingga mikrokontroler akan mengeluarkan sinyal PWM sebesar 15 kHz.

Gambar 4.8. Sinyal PWM Mode Slow

24

Menu kedua yang dipilih adalah NORMAL, sehingga mikrokontroler akan mengeluarkan sinyal PWM sebesar 17.5 kHz.

Gambar 4.9. Sinyal PWM Mode Normal (V/div=5 & Time/div=20ms)

Menu terakhir yang dipilih adalah FAST, sehingga mikrokontroler akan mengeluarkan sinyal PWM sebesar 20 kHz.

Gambar 4.10. Sinyal PWM Mode Fast

25

4.6. Pengujian Kompor Induksi Elektromagnetik

Pada pengujian kali ini, kompor akan memasak air sebanyak 330 ml hingga mencapai suhu 55oC. Pengujian dilakukan sebanyak 3 kali percobaan untuk setiap mode pada kompor induksi. Perhitungan waktu akan menggunakan stopwatch. Hasil dari pengujian yang telah dilakukan dapat dilihat pada tabel 4.1.

Tabel 4.1. Pengujian Kompor Induksi

Slow Normal Fast

54 detik 44 detik 35 detik

56 detik 46 detik 37 detik

55 detik 47 detik 37 detik

Pengujian tidak memasak air sebanyak 2 liter seperti yang tercantum pada spesifikasi. Hal itu disebabkan karena kapasitor yang dihubungkan paralel pada kumparan tidak dapat bekerja dalam waktu yang lama. Kapasitor yang digunakan adalah kapasitor MPX 0,33 uF dengan batas tegangan sebesar 275 volt. Batas tegangan yang kurang tinggi tersebut menyebabkan kapasitor menjadi terlalu panas apabila sistem berjalan terlalu lama, bahkan hingga kapasitor meledak. Oleh karena keterbatasan komponen yang ada maka pengujian hanya memasak air sebanyak 330 ml.

Dari data tersebut, terlihat bahwa lama memasak air sesuai dengan mode-mode yang telah ditentukan. Perbedaan mode tersebut terletak pada frekuensi PWM yang dihasilkan oleh mikrokontroler. Pada mode SLOW digunakan frekuensi 15 kHz, kemudian meningkat pada mode NORMAL dengan frekuensi 17.5 kHz, dan pada mode tercepat FAST menggunakan frekuensi 20 kHz.

Berdasarkan prinsip kerja kompor induksi, pada logam konduktor (panci) dapat terjadi arus pusar (Eddy current) jika logam tersebut berada pada medan magnet yang besarnya berubah-ubah terhadap waktu. Panas pada logam ditimbulkan oleh arus pusar karena pengaruh perubahan medan magnet. Perubahan arus terhadap waktu yang ditimbulkan oleh induksi magnet mengakibatkan elektron-elektron bebas dalam logam saling bergerak dan bertumbukan.

26

Tumbukan antar elektron ini mengakibatkan terjadinya panas. Semakin cepat elektron bergerak maka tumbukan yang terjadi semakin keras sehingga menghasilkan panas yang lebih besar. Kecepatan gerak elektron dipengaruhi oleh kecepatan perubahan arus terhadap waktu. Kecepatan perubahan arus terhadap waktu tersebut ditentukan oleh besar frekuensi PWM yang akan memutus-hubungkan IGBT.

Resonansi terjadi saat besarnya reaktansi induktif (XL) sama dengan besarnya reaktansi kapasitif (XC). Besarnya frekuensi resonansi didapat dari perhitungan pada saat perancangan.

f = 1

2�√( �) =

1

2�√(98. 10−6� _{0,3. 10}−6₎ = 29,367 kHz

Namun menurut pengujiannya, frekuensi resonansi terdapat pada frekuensi sekitar 20 KHz. Oleh sebab itu frekuensi picu maksimal PWM dibuat sekitar 20 KHz. Saat terjadi resonansi, maka nilai impedansi mencapai nilai minimum. Pada saat impedansi minimum inilah arus yang mengalir mencapai maksimum.

Imaks =� �

� ……….…….……….. (4.1)

Arus maksimum tersebut yang akan mempengaruhi daya kompor induksi, sesuai dengan rumus:

P = V.I ………...………... (4.2)

Dimana P merupakan daya (watt), V merupakan tegangan (volt) dan I merupakan arus (ampere).

Untuk membandingkan hasil pengujian kompor induksi, maka dilakukan juga pengujian untuk memasak air dengan volume yang sama menggunakan kompor listrik biasa dan kompor gas. Berikut adalah hasil pengujian yang telah dilakukan.

27

Tabel 4.2. Pengujian Kompor Listrik dan Kompor Gas

Kompor Gas (Sanyo) Kompor Listrik (Maspion S-302)

1 menit 30 detik 6 menit 15 detik

1 menit 24 detik 6 menit 3 detik

1 menit 38 detik 5 menit 58 detik

Menurut pengujian tersebut, kompor induksi memiliki lama waktu memasak yang lebih cepat dibandingkan kompor gas dan kompor listrik biasa. Kompor listrik yang digunakan adalah kompor listrik Maspion S-302 dengan daya 600 watt sesuai dengan spesifikasi dari pabrik tersebut. Pada saat pengujian, kompor listrik dan kompor gas dinyalakan pada kemampuan maksimalnya.

Efisiensi waktu memasak kompor induksi terlihat lebih baik daripada kompor gas, apalagi dibandingkan dengan kompor listrik diatas. Tentunya hal ini juga akan memberikan keuntungan pada saat memasak dari segi waktu.

Kompor induksi memiliki efisiensi daya yang lebih baik daripada kompor lainnya. Pada saat perancangan menggunakan tegangan 127 volt, didapat efisiensi daya lebih dari 80%. Pada saat pengukuran menggunakan multimeter, didapat Vin sebesar 123,4 volt, Vout sebesar 117,5 volt, dan Iout sebesar 4,62 ampere. Besarnya Iin tidak dapat diukur dengan multimeter dengan beberapa kemungkinan sebab, diantaranya multimeter yang tidak bekerja dengan baik dan frekuensi yang terlalu tinggi. Namun apabila dilihat dari jembatan dioda yang dipasang di awal rangkaian pemanas, yakni sebesar 6 ampere, maka arus tidak akan lebih dari 6 ampere. Apabila diambil arus 5,5 ampere, maka perhitungan efisiensi dayanya:

�= � .�

�� .�� � 100%………..………. (4.3)

� =� .�

�� .�� � 100% =

117.5 � 4.62

28

Perhitungan tersebut tentu saja tidak valid namun nilai efisiensinya mendekati nilai tersebut. Pada pengujian akhir kompor, tegangan dan arus sama sekali tidak dapat diukur. Dibutuhkan wattmeter agar dapat mengetahui daya pada kompor induksi, namun alat tersebut tidak tersedia pada saat pengujian akhir.

Selain efisiensi daya, dapat dihitung juga efisiensi energi dari kompor induksi. Efisiensi energi dihitung dari besarnya energi keluaran dibagi dengan energi masukan kemudian dikalikan 100%.

�= _� � 100% = _��� .� � .��

.�� . �.� � 100%………….……… (4.4)

Dimana: � = efisiensi (%)

Qout = Energi keluaran (joule) Qin = Energi masukan (joule) Mair = Massa air (gram)

Cair = Panas jenis air (J/gr.0C)

�T = Perubahan suhu (0C) Vin = Tegangan masukan (volt) Iin = Arus masukan (ampere) PF = Power factor

�t = Perubahan waktu (sekon)

� =

� =

� .� � .��

�� .�� . �.� � 100% = 330�4.17�30

220�5.5�0.99�35 � 100% = 98.46%

Dari perhitungan diatas, efisiensi energi dapat mencapai sebesar 98.46% atau hampir mendekati 100%. Dapat dikatakan bahwa hampir seluruh energi panas yang dihasilkan kompor induksi berapa pada panci (logam konduktor) sehingga efisiensi energi dari kompor induksi sangat besar.

Apabila dilihat dari segi keamanan, kompor induksi jelas lebih aman daripada kompor gas, sebab kompor induksi tidak menggunakan gas dan tidak mengeluarkan api sehingga dapat meminimalisir kecelakaan pada saat memasak.

23 4.5. Modul Pilihan Menu

Modul ini mempunyai tiga tombol pilihan menu, yaitu SLOW, NORMAL, dan FAST. Masing-masing pilihan menu mempunyai frekuensi PWM yang berbeda-beda. Menu yang dipilih akan ditampilkan di LCD.

Gambar 4.7. Tampilan Awal LCD

Menu pertama yang dipilih adalah SLOW, sehingga mikrokontroler akan mengeluarkan sinyal PWM sebesar 15 kHz.

Gambar 4.8. Sinyal PWM Mode Slow (V/div=5 & Time/div=20ms)

24

Menu kedua yang dipilih adalah NORMAL, sehingga mikrokontroler akan mengeluarkan sinyal PWM sebesar 17.5 kHz.

Gambar 4.9. Sinyal PWM Mode Normal (V/div=5 & Time/div=20ms)

Menu terakhir yang dipilih adalah FAST, sehingga mikrokontroler akan mengeluarkan sinyal PWM sebesar 20 kHz.

Gambar 4.10. Sinyal PWM Mode Fast (V/div=5 & Time/div=20ms)

25

4.6. Pengujian Kompor Induksi Elektromagnetik

Pada pengujian kali ini, kompor akan memasak air sebanyak 330 ml hingga mencapai suhu 55oC. Pengujian dilakukan sebanyak 3 kali percobaan untuk setiap mode pada kompor induksi. Perhitungan waktu akan menggunakan stopwatch. Hasil dari pengujian yang telah dilakukan dapat dilihat pada tabel 4.1.

Tabel 4.1. Pengujian Kompor Induksi

Slow Normal Fast

54 detik 44 detik 35 detik

56 detik 46 detik 37 detik

55 detik 47 detik 37 detik

Pengujian tidak memasak air sebanyak 2 liter seperti yang tercantum pada spesifikasi. Hal itu disebabkan karena kapasitor yang dihubungkan paralel pada kumparan tidak dapat bekerja dalam waktu yang lama. Kapasitor yang digunakan adalah kapasitor MPX 0,33 uF dengan batas tegangan sebesar 275 volt. Batas tegangan yang kurang tinggi tersebut menyebabkan kapasitor menjadi terlalu panas apabila sistem berjalan terlalu lama, bahkan hingga kapasitor meledak. Oleh karena keterbatasan komponen yang ada maka pengujian hanya memasak air sebanyak 330 ml.

Dari data tersebut, terlihat bahwa lama memasak air sesuai dengan mode-mode yang telah ditentukan. Perbedaan mode tersebut terletak pada frekuensi PWM yang dihasilkan oleh mikrokontroler. Pada mode SLOW digunakan frekuensi 15 kHz, kemudian meningkat pada mode NORMAL dengan frekuensi 17.5 kHz, dan pada mode tercepat FAST menggunakan frekuensi 20 kHz.

Berdasarkan prinsip kerja kompor induksi, pada logam konduktor (panci) dapat terjadi arus pusar (Eddy current) jika logam tersebut berada pada medan magnet yang besarnya berubah-ubah terhadap waktu. Panas pada logam ditimbulkan oleh arus pusar karena pengaruh perubahan medan magnet. Perubahan arus terhadap waktu yang ditimbulkan oleh induksi magnet mengakibatkan elektron-elektron bebas dalam logam saling bergerak dan bertumbukan.

26

Tumbukan antar elektron ini mengakibatkan terjadinya panas. Semakin cepat elektron bergerak maka tumbukan yang terjadi semakin keras sehingga menghasilkan panas yang lebih besar. Kecepatan gerak elektron dipengaruhi oleh kecepatan perubahan arus terhadap waktu. Kecepatan perubahan arus terhadap waktu tersebut ditentukan oleh besar frekuensi PWM yang akan memutus-hubungkan IGBT.

Resonansi terjadi saat besarnya reaktansi induktif (XL) sama dengan besarnya

reaktansi kapasitif (XC). Besarnya frekuensi resonansi didapat dari perhitungan pada

saat perancangan.

f = 1

2�√( �) =

1

2�√(98. 10−6� _{0,3. 10}−6₎ = 29,367 kHz

Namun menurut pengujiannya, frekuensi resonansi terdapat pada frekuensi sekitar 20 KHz. Oleh sebab itu frekuensi picu maksimal PWM dibuat sekitar 20 KHz. Saat terjadi resonansi, maka nilai impedansi mencapai nilai minimum. Pada saat impedansi minimum inilah arus yang mengalir mencapai maksimum.

Imaks =� �

� ……….…….……….. (4.1)

Arus maksimum tersebut yang akan mempengaruhi daya kompor induksi, sesuai dengan rumus:

P = V.I ………...………... (4.2)

Dimana P merupakan daya (watt), V merupakan tegangan (volt) dan I merupakan arus (ampere).

Untuk membandingkan hasil pengujian kompor induksi, maka dilakukan juga pengujian untuk memasak air dengan volume yang sama menggunakan kompor listrik biasa dan kompor gas. Berikut adalah hasil pengujian yang telah dilakukan.

27

Tabel 4.2. Pengujian Kompor Listrik dan Kompor Gas

Kompor Gas (Sanyo) Kompor Listrik (Maspion S-302)

1 menit 30 detik 6 menit 15 detik

1 menit 24 detik 6 menit 3 detik

1 menit 38 detik 5 menit 58 detik

Menurut pengujian tersebut, kompor induksi memiliki lama waktu memasak yang lebih cepat dibandingkan kompor gas dan kompor listrik biasa. Kompor listrik yang digunakan adalah kompor listrik Maspion S-302 dengan daya 600 watt sesuai dengan spesifikasi dari pabrik tersebut. Pada saat pengujian, kompor listrik dan kompor gas dinyalakan pada kemampuan maksimalnya.

Efisiensi waktu memasak kompor induksi terlihat lebih baik daripada kompor gas, apalagi dibandingkan dengan kompor listrik diatas. Tentunya hal ini juga akan memberikan keuntungan pada saat memasak dari segi waktu.

Kompor induksi memiliki efisiensi daya yang lebih baik daripada kompor lainnya. Pada saat perancangan menggunakan tegangan 127 volt, didapat efisiensi daya lebih dari 80%. Pada saat pengukuran menggunakan multimeter, didapat Vin sebesar 123,4 volt, Vout sebesar 117,5 volt, dan Iout sebesar 4,62 ampere. Besarnya Iin tidak dapat diukur dengan multimeter dengan beberapa kemungkinan sebab, diantaranya multimeter yang tidak bekerja dengan baik dan frekuensi yang terlalu tinggi. Namun apabila dilihat dari jembatan dioda yang dipasang di awal rangkaian pemanas, yakni sebesar 6 ampere, maka arus tidak akan lebih dari 6 ampere. Apabila diambil arus 5,5 ampere, maka perhitungan efisiensi dayanya:

�= � .�

�� .�� � 100% ………..………. (4.3)

� =� .�

�� .�� � 100% =

117.5 � 4.62

28

Perhitungan tersebut tentu saja tidak valid namun nilai efisiensinya mendekati nilai tersebut. Pada pengujian akhir kompor, tegangan dan arus sama sekali tidak dapat diukur. Dibutuhkan wattmeter agar dapat mengetahui daya pada kompor induksi, namun alat tersebut tidak tersedia pada saat pengujian akhir.

Selain efisiensi daya, dapat dihitung juga efisiensi energi dari kompor induksi. Efisiensi energi dihitung dari besarnya energi keluaran dibagi dengan energi masukan kemudian dikalikan 100%.

�= _� � 100% = _��� .� � .��

.�� . �.� � 100% ………….……… (4.4)

Dimana: � = efisiensi (%)

Qout = Energi keluaran (joule)

Qin = Energi masukan (joule)

Mair = Massa air (gram)

Cair = Panas jenis air (J/gr.0C)

�T = Perubahan suhu (0C) Vin = Tegangan masukan (volt)

Iin = Arus masukan (ampere)

PF = Power factor

�t = Perubahan waktu (sekon)

� =

� =

� .� � .��

�� .�� . �.� � 100% = 330�4.17�30

220�5.5�0.99�35 � 100% = 98.46%

Dari perhitungan diatas, efisiensi energi dapat mencapai sebesar 98.46% atau hampir mendekati 100%. Dapat dikatakan bahwa hampir seluruh energi panas yang dihasilkan kompor induksi berapa pada panci (logam konduktor) sehingga efisiensi energi dari kompor induksi sangat besar.

Apabila dilihat dari segi keamanan, kompor induksi jelas lebih aman daripada kompor gas, sebab kompor induksi tidak menggunakan gas dan tidak mengeluarkan api sehingga dapat meminimalisir kecelakaan pada saat memasak.