Rancang Bangun Pemanas Induksi Berdaya Rendah Dengan Menggunakan Solenoid Coil Berbasis Mikrokontroler Atmega 8535

1

RANCANG BANGUN PEMANAS INDUKSI BERDAYA RENDAH
DENGAN MENGGUNAKAN SOLENOID COIL BERBASIS
MIKROKONTROLER ATMEGA 8535

SKRIPSI

JEPRI WANDES NABABAN
110801024

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015

2

RANCANG BANGUN PEMANAS INDUKSI BERDAYA RENDAH
DENGAN MENGGUNAKAN SOLENOID COIL BERBASIS

MIKROKONTROLER ATMEGA 8535

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar
Sarjana Sains

JEPRI WANDES NABABAN
110801024

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015

3

PERSETUJUAN

Judul

:RANCANG BANGUN PEMANAS INDUKSI
BERDAYA RENDAH DENGAN MENGGUNAKAN
SOLENOID COIL BERBASIS MIKROKONTROLER

ATMEGA 8535
Kategori

: SKRIPSI

Nama

: JEPRI WANDES NABABAN

Nomor Induk Siswa : 110801024
Program Studi

: SARJANA (S1) FISIKA

Departemen

: FISIKA

Fakultas

: MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN
ALAM (FMIPA) UNIVERSITAS SUMATERA
UTARA

Diluluskan di
Medan,

Oktober 2015

Komisi Pembimbing:

Pembimbing I

Pembimbing II

(Drs.Kurnia Brahmana, M.Si )

(Drs.Takdir Tamba, M.Eng.Sc)

NIP. 196009301986011001

NIP. 196006031986011002

Diketahui/ disetujui oleh :
Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua

(Dr. Marhaposan Situmorang)
NIP.195510301980031003

4

PERNYATAAN

RANCANG BANGUN PEMANAS INDUKSI BERDAYA RENDAH DENGAN
MENGGUNAKAN SOLENOID COIL BERBASIS MIKROKONTROLER
ATMEGA 8535

SKRIPSI

Saya mengaku bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa
Kutipan dan ringkasan yang masing – masing disebutkan sumbernya.

Medan, Oktober 2015

JEPRI WANDES NABABAN
110801024

5

PENGHARGAAN

Penulis memanjatkan puji dan syukur atas berkat Allah di dalam nama Tuhan Yesus
Kristus yang senantiasa melimpahkan Rahmat dan kasih KaruniaNya, sehingga penulis

dapat menyelesaikan Skripsi ini dengan judul “Rancang Bangun Pemanas Induksi
Berdaya Rendah Dengan Menggunakan Solenoid Coil Berbasis Mikrokontroler
Atmega 8535” guna melengkapi persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Fisika
pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
Medan.

Dalam menyelesaikan skripsi ini penulis banyak mendapat bimbingan dan
bantuan dari berbagai pihak, baik dalam bentuk materi, ide, dorongan semangat serta
doa yang tulus. Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya kepada :

1. Bapak Drs. Kurnia Brahmana, M.Si sebagai Dosen Pembimbing yang telah
banyak meluangkan waktu, pikiran, tenaga, dan saran – saran untuk
membimbing penulis menyelesaikan skripsi ini.
2. Bapak Drs. Takdir Tamba, M.Eng.Sc. sebagai Dosen Pembimbing yang telah
memberikan arahan dan saran kepada penulis untuk menyempurnakan skripsi
ini.
3. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang, sebagai dosen wali yang telah memberikan
arahan dan saran kepada penulis.
4. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang, sebagai Ketua Jurusan Fisika FMIPA USU.
5. Bapak Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc sebagai Sekretaris Jurusan Fisika FMIPA

USU.
6. Dekan dan Pembantu Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara.
7. Seluruh Bapak / Ibu staff pengajar Fisika USU serta para pegawai administrasi.
8. Ucapan terima kasih yang tulus penulis sampaikan kepada Bapak saya tersayang
Ramses Nababan & Mama saya tercinta Hotmauli br Sinaga, dan kakak saya
(Betaria agustina Nababan) dan adik-adik saya (Mei Eriyanti Nababan), (Samuel

6

Valentino Nababan), dan (Wendi pranji nababan) serta keluarga yang telah
memberikan dorongan baik moril maupun materi selama penulis kuliah sampai
penyelesaian skripsi ini.
9. Teman - teman stambuk 2011
10. Adik – Adik stambuk 2012/2013/2014 : dkk
Penulis menyadari bahwa penulisan Skripsi ini masih jauh dari
sempurna karena keterbatasan pengetahuan dan ilmu yang dimiliki penulis. Oleh
karena itu, penulis mengharapkan saran- saran dari pembaca untuk
menyempurnakan skripsi ini. Kiranya Skripsi ini dapat bermanfaat bagi
pembaca.

Penulis,

(Jepri Wandes Nababan)
Nim : 110801024

7

RANCANG BANGUN PEMANAS INDUKSI BERDAYA RENDAH DENGAN
MENGGUNAKAN SOLENOIDE COIL BERBASIS MIKROKONTROLER
ATMEGA 8535

ABSTRAK

Telah dilakukan penelitian tentang pemanas induksi terhadap pengujian bahan dengan
menggunakan solenoide coil, dimana pada pemanas induksi timbul panas pada beban
yang terkena induksi medan magnet, hal ini disebabkan karena pada logam timbul arus
eddy atau arus pusar yang arahnya melingkar akibat dari induksi magnet yang
menimbulkan fluks magnetik, sehingga menimbulkan panas pada beban. Untuk
membuat pemanas induksi diperlukan suatu alat yang mampu menghasilkan energi

listrik yang besar. Alat ini menggunakan pada tegangan 24 Volt ,dimana kuat arus yang
digunakan 40 Ampere. Rangkaian ini menggunakan power supply dan dirangkai
menggunakan komponen-komponen utama yang terdiri atas transfomator,dioda,
transistor mosfet, resistor,kapasitor, induktor dan alat ini dirancang berbasis
mirokontroller ATMega 8535. Pemanas induksi ini dirancang pada resonansi Frekuensi
50Khz, selanjutnya diuji coba untuk melakukan proses perlakuan panas permukaan
pada spesimen baja atau besi sehingga menimbulkan panas. Hasil pengujian yang
diperoleh dapat digunakan untuk menghitung besarnya energi kalor dan efisiensi energi
dari alat pemanas induksi.

Kata kunci : Pemanas Induksi, Solenoide, ATMega8535.

8

INDUCTION HEATING DESIGN USING LOW POWERED WITH
SOLENOIDE COIL BASED MICROCONTROLLER ATMEGA 8535

ABSTRACT

Has done research on the induction heating of the test material by using solenoide coil,

wherein the induction heaters generate heat in the load affected by the induction of the
magnetic field, this is because the metal arising eddy current or eddy currents whose
direction the circular as a result of magnetic induction causing flux magnetic, causing
heat to the load.Induction heating required to make a tool that is capable of generating
electrical energy. The tool is used at 24 Volts, where strong currents used 40 Ampere.
This circuit uses the power supply and assembled using major components consisting of
transfomator, diodes, MOSFET transistors, resistors, capacitors, inductors, and the tool
is designed based mirokontroller ATMega 8535.Induction heating is designed in the
resonance frequency of 50KHz, and then tested to make the process of heat treatment on
the surface of the specimen steel or iron, causing heat. The test results obtained can be
used to calculate the amount of heat energy and energy efficiency of induction heating
devices.

Keywords: Induction Heating, solenoide, ATMega8535.

9

DAFTAR ISI

Halaman

Persetujuan ............................................................................................................ i
Pernyataan ........................................................................................................... ii
Penghargaan ....................................................................................................... iii
Abstrak ................................................................................................................iv
Abstract ............................................................................................................... v
Daftar Isi...............................................................................................................vi
Daftar Tabel ......................................................................................................... vii
Daftar Gambar ................................................................................................... viii
Daftar Lampiran ....................................................................................................ix

Bab 1.

Pendahuluan
1.1

Latar Belakang ............................................................................... 1

1.2

Perumusan Masalah ....................................................................... 2

1.3

Batasan Masalah ........................................................................... 2

1.4

Tujuan Penelitian .......................................................................... 2

1.5

Manfaat Penelitian ......................................................................... 2

1.6

Sistematika Penulisan .................................................................... 3

Bab 2. Tinjauan Pustaka
2.1

Defenisi Pemanas Induksi .............................................................. 4
........................................................................................................

2.2

Cara Kerja Pemanas Induksi ........................................................... 4

2.3

Arus Eddy (Eddy Curent) ............................................................... 7

2.4

Induksi Magnet Pada Solenoide ...................................................... 9

10

2.5

Solenoide ...................................................................................... 11

2.6

Efek Histerisis ............................................................................... 13

2.7

Desain Lilitan Pemanas ................................................................. 15

2.8

Ukuran Pemanasan Dari Pemanas Induksi ..................................... 18

2.9

Mosfet ........................................................................................... 20

2.10 Termokopel ................................................................................... 22
2.10.1 Termokopel Tipe N ............................................................ 23
2.10.2 Prinsip Kerja Termokopel ................................................... 24

Bab 3. Metodologi Penelitian
3.1

Diagram Blok ................................................................................ 25

3.2

Penentuan Spesifikasi Alat ............................................................ 26
3.2.1 Rangkaian Solenoide ............................................................ 28
3.2.2 Rangkaian Toroida ............................................................... 33
3.2.3 Rangkaian Power Supply ...................................................... 35
3.2.4 Rangkaian Driver.................................................................. 39
3.2.5 Rangkaian Penyearah............................................................ 41
3.2.6 Rangkaian Daya ................................................................... 42

3.3. Diagram Alir .................................................................................. 45
........................................................................................................
3.3.1 Diagram Alir Program Mikrokontroler................................. 45
3.3.2 Diagram Alir Program Visual Basic V.6.0 ............................ 46

Bab 4. Hasil dan Pembahasan
4.1 Pengujian Pemanas Induksi............................................................ 47
4.1.1 Pengujian beban 50 gram ...................................................... 49
4.1.1 Pengujian beban 100 gram .................................................... 50
4.2

Perolehan Data Dan Perhitungan Data Dari Pengujian ................... 51
4.2.1 Konstanta Eddy .................................................................... 51

11

4.2.1 Konstanta Histerisis .............................................................. 52
4.2

Perolehan Data Dan Perhitungan Data Dari Pengujian ................... 52

Bab 5. Kesimpulan dan Saran
5.1

Kesimpulan .................................................................................. 66
........................................................................................................

5.2

Saran ............................................................................................ 67
........................................................................................................

Daftar Pustaka

12

DAFTAR TABEL

Nomor

Judul

Halaman

Tabel

3.1.1

Kabel vs Diameter Arus pada solenoide.

26

3.1.2

Kemampuan Hantar Arus

27

3.1.3

Hambatan jenis beberapa bahan

29

3.1.4

Tabel untuk lilitan primer & sekunder

34

4.3.1

Tabel pengujian beban 50 gram

48

4.3.2

Tabel pengujian beban 100 gram

49

4.3.3

Tabel pengujian beban 150 gram

51

4.3.4

Tabel pengujian beban 200gram

53

4.3.5

Tabel pengujian beban 250 gram

55

4.3.6

Tabel pengujian beban 300 gram

57

13

DAFTAR GAMBAR

Nomor

Judul

Halaman

Gambar

2.1

Lilitan Solenoide pada kawat

2.2

solenoide silinder panjang pada kumparan

8

Seperti pada kawat
2.3

11

Medan magnet pada titik P sejauh x dari sumbuh
sebuah kawat lingkaran berarus listrik

11

2.4

Solenoide dengan banyaknya lilitan n

12

2.5

Medan magnet dalam suatu solenoide

12

2.6

Grafik lingkar Histerisis

15

2.7

Induktansi pada kurva histerisis

16

2.8

Rangkaian pemanas induksi dengan sumber AC

18

2.9

Struktur Mosfet depletion-mode

21

2.10

Penampang D-Mosfet( depletion-mode)

22

3.1

Diagram Blok pemanas induksi dengan metode
solenoide

3.2

24

Diagram Alir Sistem kerja keseluruhan alat pemanas induksi
dengan Metode Solenoide

25

3.3

Gambar medan magnet pada solenoide

26

3.4

Tembaga berbentuk Pipa

26

3.5

Bentuk lilitan Solenoide

28

3.6

Rangkaian power supply

33

3.7

Konstruksi dan Symbol trafo

36

3.8

Rangkaian Mosfet

37

3.10

Rangkaian Driver

38

3.11

Penyearah 1fasa gelombang penuh dengan kapasitor 39

14

3.11

Rangkaian Daya

4.1

Grafik hubungan antara kenaikan Suhu dan
waktu pada massa beban yaitu 50 gram

4.2

54

Grafik hubungan antara kenaikan Suhu dan
waktu pada massa beban yaitu 250 gram

4.6

52

Grafik hubungan antara kenaikan Suhu dan
waktu pada massa beban yaitu 200 gram

4.5

50

Grafik hubungan antara kenaikan Suhu dan
waktu pada massa beban yaitu 150 gram

4.4

49

Grafik hubungan antara kenaikan Suhu dan
waktu pada massa beban yaitu 100 gram

4.3

40

57

Grafik hubungan antara kenaikan Suhu dan
waktu pada massa beban yaitu 300 gram

60

15

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor

Judul

Halaman

Lamp

1.

Gambar Alat percobaan

-

2.

Program Visual Basic V.6.0

-

3.

Program Code vision AVR

-

4.

Data Sheet Mosfet IRFP 260 N

-

5.

Data Sheet Atmega 8535

-