Chapter II Perancangan Bangun Pembuat Inverter Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Angin

BAB II
LANDASAN TEORI

Landasan teori sangat membantu untuk dapat memahami suatu sistem. Selain
dari pada itu dapat juga dijadikan sebagai bahan acuan didalam merencanakan
suatu sistem. Dengan pertimbangan hal-hal tersebut, maka landasan teori
merupakan bagian yang harus dipahami untuk pembahasan selanjutnya.
Pengetahuan yang mendukung perencanaan dan realisasi alat meliputi pemindah
energy otomatis dan inverter.

2.1. Turbin Angin
Turbin angin adalah kincir angin yang digunakan untuk membangkitkan
tenaga listrik. Turbin angin ini pada awalnya dibuat untuk mengakomodasi
kebutuhan para petani dalam melakukan penggilingan padi, keperluan irigasi, dll.
Turbin angin terdahulu banyak dibangun di Denmark, Belanda, dan negara-negara
Eropa lainnya dan lebih dikenal dengan Windmill.
Turbin angin mengambil energi angin dengan menurunkan kecepatannya.
Untuk bisa mencapai 100% efisien, maka sebuah turbin angin harus menahan
100% kecepatan angin yang ada, dan rotor harus terbuat dari piringan solid dan
tidak berputar sama sekali, yang artinya tidak ada energi kinetik yang akan
dikonversi. Energi angin bisa ditangkap dengan dua atau tiga buah bilah sudu

yang didesain seperti sayap pesawat terbang. Untuk mendapatkan kecepatan angin
yang cukup tinggi, konstan, dan tidak terlalu banyak turbulensi biasanya turbin

5
Universitas Sumatera Utara

angin dipasang di atas sebuah menara pada ketinggian 30 meter atau lebih. Bilah
sudu yang digunakan berfungsi seperti sayap pesawat udara.
Ketika angin bertiup melalui bilah tersebut, maka akan timbul udara
bertekanan rendah di bagian bawah dari sudu, Tekanan udara yang rendah akan
menarik sudu bergerak ke area tersebut. Gaya yang ditimbulkan dinamakan gaya
angkat.
Besarnya gaya angkat biasanya lebih kuat dari tekanan pada sisi depan
bilah, atau yang biasa disebut tarik. Kombinasi antara gaya angkat dan tarik
menyebabkan rotor berputar seperti propeler dan memutar generator. Turbin angin
bisa digunakan secara stand-alone, atau bisa dihubungkan ke jaringan transmisi
atau bisa dikombinasikan dengan sistem panel surya.
Untuk perusahaan listrik, sejumlah besar turbin angin dibangun berdekatan
untuk membentuk pembangkit listrik tenaga angin. Secara teori, efisiensi
maksimum yang bisa dicapai setiap desain turbin angin adalah 59%, artinya

energi angin yang bisa diserap hanyalah 59%. Jika faktor-faktor seperti kekuatan
dan durabilitas diperhitungkan, maka efisiensi sebenarnya hanya 35 - 45%,
bahkan untuk desain terbaik. Terlebih lagi jika ditambah inefisiensi sistem wind
turbin lengkap, termasuk generator, bearing, transmisi daya dan sebagainya, hanya
10-30% energi angin yang bisa dikonversikan ke listrik.
Keuntungan utama dari penggunaan turbin angin secara prinsipnya adalah
disebabkan karena sifatnya yang terbarukan. Hal ini berarti eksploitasi sumber
energi ini tidak akan membuat sumber daya angin yang berkurang seperti halnya
penggunaan bahan bakar fosil. Oleh karenanya tenaga angin dapat berkontribusi
dalam ketahanan energi dunia di masa depan.

6
Universitas Sumatera Utara

Turbin angin juga sumber energi yang ramah lingkungan, dimana
penggunaannya tidak mengakibatkan emisi gas buang atau polusi yang berarti ke
lingkungan. Sebuah pembangkit listrik tenaga angin dapat dibuat dengan
menggabungkan beberapa turbin angin sehingga menghasilkan listrik ke unit
penyalur listrik. Listrik dialirkan melalui kabel transmisi dan didistribusikan ke
rumah-rumah, kantor, sekolah, dan sebagainya.

Turbin angin dapat memiliki tiga buah bilah turbin. Jenis lain yang umum
adalah jenis turbin dua bilah.Angin akan memutar sudut turbin, kemudian
memutar sebuah poros yang dihubungkan dengan generator, lalu menghasilkan
listrik.
Turbin untuk pemakaian umum berukuran 50-750 kilowatt. Sebuah turbin
kecil, kapasitas 50 kilowatt, digunakan untuk perumahan, piringan parabola, atau
pemompaan air. Dalam perkembangannya, turbin angin dibagi menjadi jenis
turbin angin propeler dan turbin angin Darrieus. Kedua jenis turbin inilah yang
kini memperoleh perhatian besar untuk dikembangkan.
Pemanfaatannya yang umum sekarang sudah digunakan adalah untuk
memompa air dan pembangkit tenaga listrik. Jumlah putaran per menit dari poros
anemometer dihitung secara elektronik.
Biasanya, anemometer dilengkapi dengan sudut angin untuk mendeteksi
arah angin. Jenis anemometer lain adalah anemometer ultrasonik atau jenis laser
yang mendeteksi perbedaan fase dari suara atau cahaya koheren yang dipantulkan
dari molekul-molekul udara.
Kini turbin angin lebih banyak digunakan untuk mengakomodasi
kebutuhan listrik masyarakat, dengan menggunakan prinsip konversi energi dan

7

Universitas Sumatera Utara

menggunakan sumber daya alam yang dapat diperbaharui yaitu angin. Turbin
angin telah lama dimanfaatkan di tanah air kita sejak ratusan mungkin ribuan
tahun yang lalu, khususnya untuk menggerakkan kapal layar sampai sekarang, dan
yang banyak kita lihat sekarang digunakan dalam tambak-tambak ikan di tepi
pantai untuk menggerakkan baling-baling (atau turbin angin) untuk menjalankan
memompaan air. Namun baiklah kalau kita di Indonesia mulai mempopulerkan
tenaga angin, khususnya ukuran kecil.
Pembangkit listrik tenaga angin ukuran kecil adalah istilah yang biasanya
diberikan kepada unit 50 KW atau lebih kecil. Tempat-tempat terpencil yang
biasanya

menggunakan

diesel-generator

dapat

menggantikannya

atau

menambahkannya dengan PTLTA ukuran kecil iniWalaupun sampai saat ini
pembangunan turbin angin masih belum dapat menyaingi pembangkit listrik
konvensional (Contoh: PLTD,PLTU,dll).
Turbin angin masih lebih dikembangkan oleh para ilmuwan karena dalam
waktu dekat manusia akan dihadapkan dengan masalah kekurangan sumber daya
alam tak terbaharu (Contoh : batubara, minyak bumi) sebagai bahan dasar untuk
membangkitkan listrik. Pembangkit Listrik Tenaga Angin mengkonversikan
energi angin menjadi energi listrik dengan menggunakan turbin angin atau kincir
angin.
Prinsip dasar kerja dari turbin angin adalah mengubah energi mekanis dari
angin menjadi energi putar pada kincir, lalu putaran kincir digunakan untuk
memutar generator, yang akhirnya akan menghasilkan listrik. Energi Listrik ini
biasanya akan disimpan ke dalam baterai sebelum dapat dimanfaatkan.

8
Universitas Sumatera Utara

9
Universitas Sumatera Utara

10
Universitas Sumatera Utara

2.2. Alat pengontrol (Controller)
Bagian ini berfungsi mengubah arus listrik AC menjadi arus listrik DC
(jika menggunakan generator AC) dan mengontrol pengisian arus listrik ke dalam
battery agar tidak merusak battery karena pengisisan aki yang berlebihan (over
charging). Alat Pengontrol ini menstart turbin pada kecepatan angin kira-kira 1225 km/jam, dan mematikannya pada kecepatan 90 km/jam. Turbin tidak
beroperasi diatas 90 km/jam, karena anginnya terlalu kencang dan dapat
merusakkannya.

2.3. Penyimpanan Energi (Bateray)
Baterai adalah alat listrik kimiawi yang menyimpan energi dan mengeluar
kan tenaganya dalam bentuk listrik. Baterai atau aki, atau bisa juga accu adalah
sebuah sel listrik dimana di dalamnya berlangsung proses elektrokimia yang
reversibel (dapat berbalikan) dengan efisiensinya yang tinggi. Yang dimaksud
dengan proses elektrokimia reversibel, adalah di dalam baterai dapat berlangsung

proses pengubahan kimia menjadi tenaga listrik (proses pengosongan), dan
sebaliknya dari tenaga listrik menjadi tenaga kimia, pengisian kembali dengan
cara regenerasi dari elektroda-elektroda yang dipakai, yaitu dengan melewatkan
arus listrik dalam arah (polaritas) yang berlawanan di dalam sel.
Baterai berfungsi untuk menyimpan energi listrik dalam bentuk energi
kimia, yang akan digunakan untuk mensuplai (menyediakan) listik ke komponen komponen kelistrikan lainnya. Accu ini berisi air accu (cairan asam belerang /
sulfuric acid). Pada accu basah, terdapat lubang dengan tutup yang dapat dibuka-

11
Universitas Sumatera Utara

tutup untuk menambah air accu. Air accu dapat berkurang saat accu digunakan.
Hal ini terjadi karena reaksi kimia di dalam accu antara air accu dengan sel accu.
Baterai yang biasa dijual (disposable/sekali pakai) mempunyai tegangan listrik
1,5 volt. Baterai ada yang berbentuk tabung atau kotak. Ada juga yang dinamakan
rechargeable battery, yaitu baterai yang dapat diisi ulang, seperti yang biasa
terdapat pada telepon genggam. Baterai sekali pakai disebut juga dengan baterai
primer, sedangkan baterai isi ulang disebut dengan baterai sekunder. Baik baterai
primer maupun baterai sekunder, kedua-duanya bersifat mengubah energi kimia
menjadi energi listrik. Baterai primer hanya bisa dipakai sekali, karena

menggunakan reaksi kimia yang bersifat tidak bisa dibalik (irreversible reaction).
Sedangkan baterai sekunder dapat diisi ulang karena reaksi kimianya bersifat bisa
dibalik (reversible reaction).
Bagian baterai akan menyimpan arus listrik yang dihasilkan generator listrik
agar bisa digunakan setiap saat. Jenis aki yang digunakan sebaiknya jenis Deep
Cycle Battery. karena keterbatasan ketersediaan akan energi angin (tidak
sepanjang hari angin akan selalu tersedia), maka ketersediaan listrik juga tidak
menentu. Oleh karena itu digunakan alat penyimpan energi yang berfungsi
sebagai back-up energy listrik. ketika beban penggunaan daya listrik masyarakat
meningkat atau ketika kecepatan angin suatu daerah sedang menurun, maka
kebutuhan permintaan akan daya listrik tidak dapat terpenuhi.
Sebuah baterai biasanya terdiri dari tiga komponen penting, yaitu :
1. Batang karbon sebagai anoda (kutub positif baterai)
2. seng (Zn) sebagai katoda (kutub negatif baterai)
3. pasta sebagai elektrolit (penghantar)

12
Universitas Sumatera Utara

13

Universitas Sumatera Utara

kutub satu ke yang lainnya. Dengan berbagai fungsi itulah maka rangkaian
inverter sangat diperlukan dalam kehidupan sehari-hari. Karenanya sekarang telah
banyak toko elektronik yg menjajakan inverter dengan ukuran yg kecil, harga yg
murah, serta mempunyai kapasitan penyimpanan watt yg besar.
Cara kerja inverter secara umum memiliki kesamaan dengan komponen
power supply, yakni sebagai penyuplai arus DC ke AC serta berfungsi sebagai
pengubah arus DC jd tegangan AC. Sebagai contoh dalam penerapan kehidupan
sehari-hari adalah, saat mati lampu kita bisa menggunakan aki mobil (DC Direct
Current) untuk diubah jadi tegangan listrik PLN / AC (Alternatif Current). Dalam
hal ini aki/ battery yg kita gunakan serta bebannya merupakan penentu lamanya
ketahanan suatu rangkaian inverter. Fungsi inverter dimanfaatkan untuk
mengubah arus aki jadi arus listrik PLN, yg dengan begitu dapat dijadikan
pengganti listrik saat PLN melakukan pemadaman listrik, Bisa juga dimanfaatkan
untuk membangkitkan listrik di daerah yang tidak ada listrik dari PLN.
Rectifier berarti penyearah. Rectifier dapat menyearahkan gelombang
sinusodal(AC) yang dihasilkan oleh generator menjadi gelombang DC. Inverter
berarti pembalik. Ketika dibutuhkan daya dari penyimpan energy (aki/lainnya)
maka catu yang dihasilkan oleh aki akan berbentuk gelombang DC. Karena

kebanyakan kebutuhan rumah tangga menggunakan catu daya AC , maka
diperlukan inverter untuk mengubah gelombang DC yang dikeluarkan oleh aki
menjadi gelombang AC, agar dapat digunakan oleh rumah tangga. Output suatu
inverter dapat berupa tegangan AC dengan bentuk gelombang sinus (sine wave),
gelombang kotak (square wave) dan sinus modifikasi (sine wave modified).
Sumber tegangan input inverter dapat menggunakan battery, tenaga surya, atau

14
Universitas Sumatera Utara

15
Universitas Sumatera Utara

2.5. Generator
Generator listrik adalah sebuah alat yang memproduksi energi listrik dari
sumber energi mekanik, biasanya dengan menggunakan induksi elektromagnetik.
Proses ini dikenal sebagai pembangkit listrik. Ini adalah salah satu komponen
terpenting dalam pembuatan sistem turbin angin. Generator ini dapat mengubah
energi gerak menjadi energi listrik. Prinsip kerjanya dapat dipelajari dengan
menggunakan teori medan elektromagnetik. Singkatnya, (mengacu pada salah

satu cara kerja generator) poros pada generator dipasang dengan material
ferromagnetik permanen. Setelah itu disekeliling poros terdapat stator yang
bentuk fisisnya adalah kumparan-kumparan kawat yang membentuk loop. Ketika
poros generator mulai berputar maka akan terjadi perubahan fluks pada stator
yang akhirnya karena terjadi perubahan fluks ini akan dihasilkan tegangan dan
arus listrik tertentu. Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan ini disalurkan
melalui kabel jaringan listrik untuk akhirnya digunakan oleh masyarakat.
Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan oleh generator ini berupa
AC(alternating current) yang memiliki bentuk gelombang kurang lebih
sinusoidal.Walau generator dan motor punya banyak kesamaan, tapi motor adalah
alat yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik.
Generator mendorong muatan listrik untuk bergerak melalui sebuah sirkuit
listrikeksternal, tapi generator tidak menciptakan listrik yang sudah ada di dalam
kabel lilitannya. Hal ini bisa dianalogikan dengan sebuah pompa air, yang
menciptakan aliran air tapi tidak menciptakan air di dalamnya. Sumber enegi
mekanik bisa berupa resiprokat maupun turbin mesin uap, air yang jatuh melakui
sebuah

turbin

maupun

kincir

air, mesin

pembakaran

dalam, turbin

16
Universitas Sumatera Utara

angin, engkol tangan, energi surya ataumatahari, udara yang dimampatkan, atau
apa pun sumber energi mekanik yang lain.
Prinsip Generator :
1. Bila hanya sebuah konduktor saja yang diputar dalam sebuah medan
magnet, maka gaya yang dihasilkan juga sedikit (kecil)
2. Bila konduktor yang digunakan semakin banyak maka akan dihasilkan
gaya listrik semakin besar, Demikian pula bila konduktor diputar semakin
cepat didalam medan magnet, maka bertambah besar pula gaya listriknya.
3. Konduktor yang berbentuk coil (kumparan), jumlah gaya listrik yang
terjadi akan semakin besar.
Cara kerja generator adalah melalui pergerakan medan magnet yang ada di
rotor terhadapkumparan tetap yang terdapat di stator. Medan magnet tersebut
dihasilkan dengan caramemberikan tegangan DC (Direct Current) pada kumparan
penguat medan yang ada di rotoryang dapat dihasilkan melalui penguat sendiri
maupun penguat terpisah. Sumber teganganDC sendiri bisa didapat dari aki
(accumulator). Setelah itu pemotong medan magnet bisamenggunakan bahan
konduktor untuk memotong medan magnet yang ada, karena apabilatidak
memotong maka prinsip kerja generator tidak akan timbul yang berupa gaya
geraklistrik.Generator listrik mempunyai 2 macam jenis yaitu generator listrik AC
dan generator listrik DC. Generator listrik AC mempunyai dua kutub stator
sehingga apabila kutub-kutub magnet yang berlawanan dihadapkan maka akan
menimbulkan sebuah medan magnet. Sedangkangenerator listrik DC mempunyai
komulator sehingga arus listrik yang akan dihasilkan berupaarus listrik DC
sekalipun

sumbernya

berupa

arus

listrik

AC.

Adapun

alat

yang

17
Universitas Sumatera Utara

mampumengkonverter arus listrik searah (DC) menjadi arus listrik AC
yaitu inverter listrik.
Manfaat generator listrik adalah sebagai salah satu elemen mesin
pembangkit

listrik

yang

mana

berasal

dari

energi

mekanik

dan

semua pembangkit listrik menggunakan komponen generator di dalamnya.
Manfaat generator listrik pun sangat banyak baik itu untuk kalangan pribadi atau
pun industri. Untuk industri prinsip kerja generator sangat terasa pada pusat listrik
tenaga uap yang berjenis medan tutup dan menggunakan system udara yang
terbuka. Disini putaran turbin yang berasal dari air yang dibendung dalam waduk
mampu menghasilkan lisrtik.
Merancang Generator Angin Skala Kecil

dengan menggunakan

prinsip magnetic induction dan bekerja dengan prinsip left-hand rule ,yaitu:
1. Thumb Finger determine the direction of motion of inductor
2. Fore Finger determine the direction of flux
3. Other Finger determine the direction of current flow
Untuk membuat generator dengan tenaga angin sebagai sumber energinya.
Prinsipnya sederhana, 3 bilah kincir angin dibuat dengan sudut 120 derajat satu
sama lain dan kemiringan kurang lebih 12.75 derajat. Di titik pangkalnya,
dipasang poros generator yang kemudian terhubung dengan slip rings, stator,
sikat, komutator, dan armature. Angin yang berhembus akan memutar kincir
sehingga poros akan ikut berputar dan menyebabkan garis-garis fluks terpotong
dan menimbulkan tegangan induksi. Tegangan ini menyebabkan arus mengalir.
Namun,tegangan yang dihasilkan adalah tegangan AC, sehingga dibutuhkan
komutator untuk membuat arus yang mengalir adalah arus searah. Besarnya daya

18
Universitas Sumatera Utara

yang dihasilkan sangat tergantung dari kecepatan putaran kincir, yang artinya
sangat tergantung dari kecepatan hembusan angin.
Cara kerjanya cukup sederhana, energi angin yang memutar turbin angin,
diteruskan untuk memutar rotor pada generator dibagian belakang turbin angin,
sehingga akan menghasilkan energi listrik. Energi Listrik ini biasanya akan
disimpan kedalam baterai sebelum dapat dimanfaatkan. Angin kelas 3 adalah
batas minimum dan angin kelas 8 adalah batas maksimum energi angin yang
dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik.
Pemanfaatan energi angin merupakan pemanfaatan energi terbarukan yang
paling berkembang saat ini. Berdasarkan data dari WWEA (World Wind Energy
Association), sampai dengan tahun 2007 perkiraan energi listrik yang dihasilkan
oleh turbin angin mencapai 93.85 GigaWatts, menghasilkan lebih dari 1% dari
total kelistrikan secara global. Amerika, Spanyol dan China merupakan negara
terdepan dalam pemanfaatan energi angin. Diharapkan pada tahun 2010 total
kapasitas pembangkit listrik tenaga angin secara glogal mencapai 170 GigaWatt.
Di tengah potensi angin melimpah di kawasan pesisir Indonesia, total kapasitas
terpasang dalam sistem konversi energi angin saat ini kurang dari 800 kilowatt.
Di seluruh Indonesia, lima unit kincir angin pembangkit berkapasitas
masing-masing 80 kilowatt (kW) sudah dibangun. Tahun 2007, tujuh unit dengan
kapasitas sama menyusul dibangun di empat lokasi, masing-masing di Pulau
Selayar tiga unit, Sulawesi Utara dua unit, dan Nusa Penida, Bali, serta Bangka
Belitung, masing-masing satu unit. Mengacu pada kebijakan energi nasional,
maka pembangkit listrik tenaga bayu (PLTB) ditargetkan mencapai 250 megawatt
(MW) pada tahun 2025. Tenaga angin telah lama dimanfaatkan di tanah air kita

19
Universitas Sumatera Utara

sejak ratusan mungkin ribuan tahun yang lalu, khususnya untuk menggerakkan
kapal layar sampai sekarang, dan yang banyak kita lihat sekarang digunakan
dalam tambak-tambak ikan di tepi pantai untuk menggerakkan baling-baling (atau
turbin angin) untuk menjalankan memompaan air. Namun baiklah kalau kita di
Indonesia mulai mempopulerkan PLT Angin, khususnya ukuran kecil. PLT Angin
ukuran kecil adalah istilah yang biasanya diberikan kepada unit 50 KW atau lebih
kecil. Tempat-tempat terpencil yang biasanya menggunakan diesel-generator
dapat menggantikannya atau menambahkannya dengan PLT Angin ukuran kecil
ini.
Prinsip kerja generator listrik sekarang ini dan umumnya, merupakan
pergerakan medan magnet pada rotor terhadap kumparan tetap pada stator. Medan
magnet yang dihasilkan adalah dengan cara memberikan tegangan DC (Direct
Current) pada kumparan penguat medan pada rotor, yang bisa dihasilkan dari
penguat sendiri maupun penguat terpisah. Untuk penguat sendiri dapat dihasilkan
oleh tegangan dan arus sendiri yang dihasilkan oleh kumparan stator. Untuk
kumparan stator generator listrik ini tergantung dari pabrik pembuatnya bisa saja
dirancang dengan sistem 3 fasa maupun sistem 1 fasa dengan sifat tegangan bolak
balik (AC = Alternating Current), sehingga tegangan AC yang dihasilkan harus di
Jadikan tegangan DC oleh rangkaian Penyearah Dioda maupun slip-ring dialirkan
pada kumparan penguat medan magnet.
Generator Listrik dengan penguat sendiri selalu dirancang dengan AVR (
Automatic Voltage Regulator ) yang berfungsi pengontrol tegangan output stator.
Jika tengangan yang diharapkan adalah 220 Volt atau 380 Volt maka AVR akan
mengotrol besar kecilnya arus dan tegangan yang masuk pada kumparan pada

20
Universitas Sumatera Utara

penguat utama (Main Exciter), dan akan di lanjutkan dengan menyalurkan
tegangan DC pada pada lilitan penguat medan melalui slip ring maupun penyearah
Dioda. Untuk generator listrik dengan penguat terpisah yaitu dengan memberikan
suplay tegangan DC dari luar generator tersebut misalnya dari sistem penyearah
dari luar yang di alirkan ke kumparan penguat medan magnet. Namun jenis
generator dengan penguat terpisah mungkin tidak ada di pasaran disebabkan tidak
efektif kali.
Ada 2 cara untuk mengubah energy mekanik menjadi energy listrik, yaitu dengan:
1. Generator arus searah (DC Generator)
Generator arus searah (DC Generator) ialah alat yang mengubah energy
mekanik menjadi energy listrik searah (DC). Generator DC terdiri dua
bagian, yaitu stator, yaitu bagian mesin DC yang diam/tidak bergerak, dan
bagian rotor, yaitu bagian mesin DC yang berputar. Bagian stator terdiri
dari: rangka motor, belitan stator, sikat arang, bearing dan terminal
box. Sedangkan bagian rotor terdiri dari:komutator, belitan rotor, kipas
rotor dan poros rotor.
Prinsip kerja generator DC sama dengan generator AC. Namun, pada
generator DC arah arus induksinya tidak berubah. Hal ini disebabkan
cincin yang digunakan pada generator DC berupacincin belah (komutator).
Bagian yang harus menjadi perhatian untuk perawatan secara rutin
adalah sikat arang yang akan memendek dan harus diganti secara
periodik/berkala. Komutator harus dibersihkan dari kotoran sisa sikat
arang yang menempel dan serbuk arang yang mengisi celah-celah
komutator.

21
Universitas Sumatera Utara

2. Generator arus bolak-balik (AC Generator)
Generator arus searah (AC Generator) ialah alat yang mengubah energy
mekanik menjadi energy listrik bolak-balik (AC). Bagian utama generator
AC terdiri atas : magnet permanen (tetap), kumparan (solenoida),cincin
geser, dan sikat. Pada generator. perubahan garis gaya magnet diperoleh
dengan cara memutar kumparan di dalam medan magnet permanen.
Karena dihubungkan

dengan cincin

geser,

perputaran kumparan

menimbulkan GGL induksi AC. OIeh karena itu, arus induksi yang
ditimbulkan berupa arus AC. Adanya arus AC ini ditunjukkan oleh
menyalanya lampu pijar yang disusun seri dengan kedua sikat. Contoh
generator AC yang sering kita numpain dalam kehidupan sehari-hari
adalah dinamo sepeda. Bagian utama dinamo sepeda adalah sebuah
magnet tetap dan kumparan yang disisipi besi lunak. Jika magnet tetap
diputar, perputaran tersebut menimbulkan GGL induksi pada kumparan.
Jika sebuah lampu pijar (lampu sepeda) dipasang pada kabel yang
menghubungkan kedua ujung kumparan. lampu tersebut akan dilalui arus
induksi AC. Akibatnya, lampu tersebut menyala. Nyala lampu akan makin
terang jika perputaran magnet tetap makin cepat (laju sepeda makin
kencang)

22
Universitas Sumatera Utara

2.6. Regulator
Regulator tegangan adalah bagian power supply yang berfungsi untuk
memberikan stabilitas output pada suatu power supply. Output tegangan DC dari
penyearah tanpa regulator mempunyai kecenderungan berubah harganya saat
dioperasikan. Adanya perubahan pada masukan AC dan variasi beban merupakan
penyebab utama terjadinya ketidakstabilan pada power supply. Sebuah regulator
tegangan adalah suatu regulator listrik yang dirancang untuk secara otomatis
menjaga tingkat tegangan konstan. Sebuah regulator tegangan sederhana dapat
"umpan-maju" desain atau dapat mencakup loop umpan balik kontrol negatif. Ini
mungkin menggunakan mekanisme elektromekanik, atau komponen elektronik.
Tergantung pada desain, mungkin digunakan untuk mengatur satu atau lebih
tegangan AC atau DC.
Pada regulator digunakan untuk DC generator (tetapi tidak alternator) juga
melepas generator saat itu tidak memproduksi listrik, sehingga mencegah baterai
dari pemakaian kembali ke generator dan mencoba untuk menjalankannya sebagai
motor. Regulator dari sirkuit listrik AC dapat menggunakan silikon dikontrol
penyearah (SCR) sebagai perangkat seri. Setiap kali tegangan output di bawah
nilai yang diinginkan, maka SCR dipicu, yang memungkinkan listrik mengalir ke
beban sampai tegangan listrik AC melewati nol (mengakhiri siklus setengah).
SCR regulator memiliki keuntungan menjadi keduanya sangat efisien dan sangat
sederhana. Penyearah dioda dalam alternator secara otomatis melakukan fungsi ini
sehingga relay tertentu tidak diperlukan, ini desain regulator lumayan
disederhanakan. Desain yang lebih modern sekarang menggunakan teknologi
solid state (transistor) untuk melakukan fungsi yang sama bahwa relay

23
Universitas Sumatera Utara

24
Universitas Sumatera Utara

Sebuah regulator tegangan sederhana dapat dibuat dari sebuah resistor
secara seri dengan dioda (atau serangkaian dioda). tegangan melintasi dioda hanya
sedikit perubahan karena perubahan arus yang ditarik. Ketika kontrol tegangan
yang tepat tidak penting, desain ini dapat bekerja dengan baik. Umpan balik
regulator tegangan beroperasi dengan membandingkan tegangan output aktual
untuk beberapa tegangan referensi tetap. Setiap perbedaan yang diperkuat dan
digunakan untuk mengontrol elemen regulasi sedemikian rupa untuk mengurangi
kesalahan tegangan. Dalam regulator elektromekanik, regulasi tegangan mudah
dicapai dengan kawat melingkar penginderaan untuk membuat elektromagnet.
Medan magnet yang dihasilkan oleh arus menarik inti besi bergerak diadakan
kembali di bawah tegangan pegas atau tarik gravitasi. Seiring dengan peningkatan
tegangan, demikian juga saat ini, memperkuat medan magnet yang dihasilkan oleh
kumparan.
Dengan cara pemasangan ini, diode zener hanya akan berkonduksi saat
tegangan reverse bias mencapai tegangan breakdown dioda zener. Penyearah
berupa rangkaian diode tipe jembatan (bridge) dengan proses penyaringan atau
filter berupa filter-RC. Resistor seri pada rangkaian ini berfungsi ganda.Pertama,
resistor ini menghubungkan C1 dan C2 sebagai rangkaian filter. Kedua, resistor
ini berfungsi sebagai resistor seri untuk regulator tegangan (dioda zener). Diode
zener yang dipasang dapat dengan sembarang dioda zener dengan tegangan
breakdown misal dioda zener 9 volt. Tegangan output transformer harus lebih
tinggi dari tegangan breakdown dioda zener, misalnya untuk penggunaan dioda
zener 9 volt maka gunakan output transformer 12 volt. Tegangan breakdown
diode ziner biasanya tertulis pada body dari diode tersebut.

25
Universitas Sumatera Utara

2.7. Mikrokontroler ATMega 8
Mikrokontroler merupakan sebuah single chip yang didalamnya telah
dilengkapi dengan CPU (Central Processing Unit), RAM (Random Access
Memori), ROM (Read Only Memori), Input dan Output, Timer/Counter, Serial
com port secara spesifik digunakan untuk aplikasi – aplikasi kontrol dan aplikasi
serbaguna. Perangkat ini sering digunakan untuk kebutuhan kontrol tertentu
seperti pada sebuah penggerak motor. Read Only Memori (ROM) yang isinya
tidak berubah meskipun IC kehilangan catu daya. Memori penyimpanan program
dinamakan sebagai memori program. Random Access Memori (RAM) isinya akan
langsung hilang ketika IC kehilangan catudaya yang dipakai untuk menyimpan
data pada saat program bekerja. RAM yang dipakai untuk menyimpan data ini
disebut sebagai memori data.
Mikrokontroler

biasanya

dilengkapi

dengan

UART

(Universal

Asychronous Receiver Transmitter) yaitu port serial komunikasi serial asinkron,
USART (Universal Syncrhronous and Asyncrhronous Serial Receiver and
Transmitter) yaitu port yang digunakan untuk komunikasi serial sinkron dan
asinkron yang kecepatannya 16 kali lebih cepat dari UART, SPI (Serial Port
Interface), SCI (Serial Communication Interface), Bus RC (Intergrated circuit
Bus) merupakan 2 jalur yang terdapat 8 bit, CAN (Control Area Network)
merupakan standart pengkabelan SAE (Society of Automatic Engineers).
Mikrokontroler saat ini sudah dikenal dan digunakan secara luas pada
dunia industri. Banyak sekali penelitian atau proyek mahasiswa yang
menggunakan berbagai versi mikrokontroler yang dapat dibeli dengan harga yang
relative murah. Mikrokontroler saat ini merupakan chip utama pada hamper setiap

26
Universitas Sumatera Utara

peralatan elektronika canggih. Mikrokontroler AVR memiliki arsitektur RISC 8
bit, dimana semua instruksi dikemas dalam kode 16 bit (16 bit word) dan sebagian
besar instruksi dieksekusi dalam satu siklus clock, berbeda dengan instruksi CS51
yang membutuhkan siklus 12 clock. AVR berteknologi RISC (Reduce Instruction
Set Computing), sedangkan seri MCS51berteknologi CISC (Complex Instruction
Set Computing). Secara umum, AVR dikelompokkan menjadi beberapa kelas,
yaitu keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega dan AT86RFxx. Pada dasarnya yang
membedakan masing – masing kelas adalah memori, peripheral dan fungsinya.
Dari segi arsitektur dan instruksi yang digunakan, mereka bias dikatakan hamper
sama.

2.7.1. Fitur ATMega 8
Fitur-fitur yang dimiliki oleh mikrokontroler ATmega8 adalah sebagai
berikut:
1. Kinerja Tinggi.
2. Kemajuan Arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computing).
3. Daya Tahan Tinggi dan Segmen Memori non-volatile.
4. Fitur Perangkat.
5. Fitur Spesial.
6. Input Output dan Kemasan.
7. Tegangan yang Beroperasi dan Tingkat Kecepatan.
8. Konsumsi daya ketika 4 Mhz, 3V, 25°C.

27
Universitas Sumatera Utara

2.7.2. Konfigurasi Pin ATMega 8
Konfigurasi pin ATmega8 dengan kemasan 23 pin DIP (Dual Inline
Package) dapat dilihat pada gambar xxxxxx. Dari gambar di atas dapat
dijelaskan fungsi dari masing-masing pin Atmega8 sebagai berikut:
1. VCC merupakan suplay tagangan pada ATmega8 sekitar 4,5-5,5 V dc,
untuk ATmega8L sekitar 2,7-5,5 V dc dan berfungsi sebagai masukan catu
daya.
2. GND merukan pin Ground.
3. Port B (PB7..PB0) merupakan port input/output sesuai dengan kebutuhan,
di port B ini digunakan untuk mendownload program, karena di port B
terdapat pin MOSI, MISO, SCK, untuk reset terdapat pada port C.
4. Port C (PC5..PC0) merupakan port input/output. Di port ini terdapat ADC
(Analog Digital Converter). Fungsi ADC adalah untuk mengubah data
analog menjadi data digital yang nantinya akan diolah ke Mikrokontroller
ATmega8.
5. Port D (PD7..PD0) merupakan port input/output. Di port ini terdapat INT.
6. PC6/RESET fungsinya untuk me-reset ulang program dan resetnya pada
saat rendah atau aktif low.
7. AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC dan port lain.

28
Universitas Sumatera Utara

29
Universitas Sumatera Utara

mikrokontroler. Perlu diketahui, jika kita menggunakan clock internal
(tanpa crystal) maka PB6 dan PB7 dapat difungsikan sebagai input/output
digital biasa. Namun jika kita menggunakan clock dari crystal external
maka PB6 dan PB7 tidak dapat kita gunakan sebagai input/output.
Selain

itu

PORTB

juga

dapat

memiliki

fungsi

alternatif

seperti yang tertera pada tabel dibawah ini.

Tabel 2.1 Penjelasan port B pins Alternate Functions
Port Pin
PB7

Alternate Functions
XTAL2 ( Chip Clock Oscillator pin 2)
TOSC2 (Timer Oscillator pin 2)

PB6

XTAL1 Chip Clock Oscillator pin 1 or External Clock Input)
TOSC1 (Timer Oscillator pin 1)

PB5

SCK (SPI Bus Master Clock Input)

PB4

MISO (SPI Bus Master Input/ Slave Output

PB3

MOSI (SPI Bus Master Output/ Slave input)
OC2 ( Timer/Counter2 Output Compare Match Output)

PB2

SS (SPI BuS Master Slave Select)
OC1B (Timer/Counter1 Output Compare Match B Output)

PB1

OC1A(Timer/Counter1 Output Compare Match A Output)

PB0

ICP1 (Timer/Counter1 Input Capture Pin)

30
Universitas Sumatera Utara

2. PORTC
PORTC merupakan jalur data 7bit yang dapat difungsikan sebagai
input/output digital. Fungsi alternatif PORTC antara lain sebagai berikut.

Tabel 2.2 Penjelasan port C pins Alternate Functions
Port Pin

Alternate Functions

PC6

RESET (reset pin)

PC5

ADC5 (ADC input chanel 5)
SCL (Two-wire serial Bus Clock Line)

PC4

ADC4 (ADC input chanel 4)
SDA (Two-wire serial Bus Data Input/Output Line)

PC3

ADC3 (ADC input chanel 3)

PC2

ADC2 (ADC input chanel 2)

PC1

ADC1 (ADC input chanel 1)

PC0

ADC0 (ADC input chanel 0)

ADC 6 channel (PC0,PC1,PC2,PC3,PC4,PC5) dengan resolusi sebesar
10bit. ADC dapat kita gunakan untuk mengubah input yang berupa tegangan
analog menjadi data digital. SDA dan SDL) merupakan salah satu fitur yang
terdapat pada PORTC. I2C digunakan untuk komunikasi dengan sensor atau
device lain yang memiliki komunikasi data tipe I2C seperti sensor kompas,
accelerometer nunchuck,dll RESET merupakan salah satu pin penting di
mikrokontroler, RESET dapat digunakan untuk merestart program. Pada
ATMega8 pin RESET digabungkan dengan salah satu pin IO (PC6). Secara

31
Universitas Sumatera Utara

default PC6 ini didisable dan diganti menjadi pin RESET. Kita dapat
mendisable fungsi pin RESET tersebut untuk menjadikan PC6 sebagai pin
input/output. Kita dapat melakukan konfigurasi di fusebit untuk melakukan
pengaturannya, namun saya sarankan untuk tidak merubahnya karena jika pij
RESET di disable makan kita tidak dapat melakukan pemograman melalui
jalir ISP.
3. PORTD
PORTD merupakan jalur data 8bit yang masing-masing pin-nya juga dapat
difungsikan sebagai input/output. Sama seperti PORTB dan PORTC,
PORTD juga memiliki fungsi alternatif seperti terlihat pada gambar
dibawah ini,

Tabel 2.3 Penjelasan PORT D pins Alternate Functions
Port Pin

Alternate Function

PD7

AIN1 (Analaog Comparator Negative Input)

PD6

AIN0 (Analaog Comparator Positive Input)

PD5

T1 (Timer/Counter 1 External Counter Input)

PD4

XCK (USART External Clock Input/Output)
T0 (Timer Counter 0 External Counter Input)

PD3

INT1 (External Interrupt 1 Input)

PD2

INT0 (External Interrupt 0 Input)

PD1

TXD (USART Output Pin)

PD0

RXD (USART Input Pin)

32
Universitas Sumatera Utara

USART (TXD dan RXD) merupakan jalur data komunikasi serial dengan
level sinyal TTL. Pin TXD berfungsi untuk mengirimkan data serial, sedangkan
RXD kebalikannya yaitu sebagai pin yang berfungsi untuk menerima data serial.
Interrupt INT0 dan INT1) merupakan pin dengan fungsi khusus sebagai interupsi
hardware. Interupsi biasanya digunakan sebagai selaan dari program, misalkan
pada saat program berjalan kemudian terjadi interupsi hardware/software maka
program utama akan berhenti dan akan menjalankan program interupsi. XCK
dapat difungsikan sebagai sumber clock external untuk USART, namun kita juga
dapat memanfaatkan clock dari CPU, sehingga tidak perlu membutuhkan external
clock. T0 dan T1 berfungsi sebagai masukan counter external untuk timer 1 dan
timer 0. AIN0 dan AIN1 keduanya merupakan masukan input untuk analog
comparator.

2.8 Komponen-Komponen Pendukung
2.8.1. Resistor
Resistor adalah komponen dasar elektronika yang digunakan untuk
membatasi jumlah arus yang mengalir dalam suatu rangkaian. Kemampuan
resistor dalam menghambat arus listrik sangat beragam disesuaikan dengan nilai
resistansi resistor tersebut. Resistor bersifat resistif dan umumnya terbuat dari
bahan karbon. Satuan resistansi dari suatu resistor disebut Ohm atau
dilambangkan dengan simbol Ω

(Omega). Bentuk resistor yang umum adalah

seperti tabung dengan dua kaki di kiri dan kanan. Pada badannya terdapat
lingkaran membentuk cincin kode warna untuk mengetahui besar resistansi tanpa

33
Universitas Sumatera Utara

mengukur besarnya dengan Ohmmeter. Kode warna tersebut adalah standar
manufaktur yang dikeluarkan oleh EIA (Electronic Industries Association).
Didalam rangkaian elektronika resistor dilambangkan dengan angka " R
"Ada beberapa jenis resistor yang ada dipasaran antara lain : Resistor Carbon,
Wirewound, dan Metal Film. Ada juga Resistor yang dapat diubah-ubah nilai
resistansinya antara lain : Potensiometer dan Trimpot. Selain itu ada juga Resistor
yang nilai resistansinya berubah bila terkena cahaya namanya LDR ( Light
Dependent Resistor ) dan Resistor yang yang nilai resistansinya berubah
tergantung dari suhu disekitarnya namanya NTC ( Negative Thermal Resistance .
Fungsi resistor adalah sebagai pengatur dalam membatasi jumlah arus
yang mengalir dalam suatu rangkaian. Dengan adanya resistor menyebabkan arus
listrik dapat disalurkan sesuai dengan kebutuhan. Adapun fungsi resistor secara
lengkap adalah sebagai berikut :
1. Berfungsi untuk menahan sebagian arus listrik agar sesuai dengan
kebutuhan suatu rangkaian

elektronika.

2. Berfungsi untuk menurunkan tegangan sesuai dengan yang dibutuhkan
oleh rangkaian

elektronika.

3. Berfungsi untuk membagi tegangan.
4. Berfungsi untuk

membangkitkan frekuensi tinggi dan frekuensi rendah

dengan bantuan transistor daan kondensator (kapasitor).

34
Universitas Sumatera Utara

35
Universitas Sumatera Utara

36
Universitas Sumatera Utara

37
Universitas Sumatera Utara

Fungsi Dioda dalam komponen elektronika adalah sebagai, Untuk
penyerah arus, Sebagai catu daya, Sebagai penyaring atau pendeteksi dan Untuk
stabilisator tegangan. Dioda adalah komponen aktif yang memiliki dua terminal
yang melewatkan arus listrik hanya satu arah. Dioda memiliki dua elektroda aktif
dimana isyarat listrik dapat mengalir, dan kebanyakan dioda digunakan karena
karakteristik satu arah yang dimilikinya. Dioda varikap (VARIable CAPacitor /
kondensator variabel) digunakan sebagai kondensator terkendali tegangan.

2.8.4. Lampu Pijar
Lampu pijar adalah sumber cahaya buatan yang dihasilkan melalui
penyaluran arus listrik melalui filamen yang kemudian memanas dan
menghasilkan cahaya. Kaca yang menyelubungi filamen panas tersebut
menghalangi udara untuk berhubungan dengannya sehingga filamen tidak akan
langsung rusak akibat teroksidasi. Lampu pijar dipasarkan dalam berbagai macam
bentuk dan tersedia untuk tegangan (voltase) kerja yang bervariasi dari mulai 1,25
volt hingga 300 volt. Energi listrik yang diperlukan lampu pijar untuk
menghasilkan cahaya yang terang lebih besar dibandingkan dengan sumber
cahaya buatan lainnya seperti lampu pendar dan dioda cahaya, maka secara
bertahap pada beberapa negara peredaran lampu pijar mulai dibatasi.
Di samping memanfaatkan cahaya yang dihasilkan, beberapa penggunaan
lampu pijar lebih memanfaatkan panas yang dihasilkan, contohnya adalah
pemanas kandang ayam, dan pemanas inframerah dalam proses pemanasan di
bidang industri.

38
Universitas Sumatera Utara

39
Universitas Sumatera Utara

mengandung setidaknya dua konduktor listrik yang dipisahkan oleh dielektrik
(isolator). Kapasitor yang digunakan sebagai bagian dari sistem listrik, misalnya
terdiri dari foil logam yang dipisahkan oleh sebuah lapisan film isolasi. Ketika ada
perbedaan potensial (tegangan) di konduktor, statis medan listrik berkembang di
dielektrik, menyebabkan muatan positif untuk mengumpulkan pada satu pelat dan
muatan negatif di piring lain. Energi disimpan dalam medan elektrostatik. Sebuah
kapasitor ideal adalah ditandai dengan nilai konstan tunggal, kapasitansi , diukur
dalam farad. Ini adalah rasio dari muatan listrik pada setiap konduktor dengan
perbedaan potensial antara mereka. Kapasitansi adalah terbesar ketika ada
pemisahan sempit antara daerah besar konduktor, konduktor maka kapasitor ini
sering disebut "piring," mengacu pada sarana awal konstruksi. Dalam prakteknya,
dielektrik antara pelat melewati sejumlah kecil kebocoran arus dan juga memiliki
batas kekuatan medan listrik, menghasilkan tegangan tembus , sedangkan
konduktor dan memimpin memperkenalkan diinginkan induktansi dan resistansi .
Kapasitor banyak digunakan dalam sirkuit elektronik untuk memblokir
arus searah sementara memungkinkan alternating current untuk lulus, dalam
jaringan filter, untuk menghaluskan output dari pasokan listrik , di sirkuit
resonansi yang digemari khususnya radio untuk frekuensi dan untuk tujuan
lainnya.

40
Universitas Sumatera Utara

41
Universitas Sumatera Utara

42
Universitas Sumatera Utara

b. Prinsip Kerja Transformator
Prinsip kerja dari sebuah transformator adalah sebagai berikut. Ketika
Kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, perubahan
arus listrik pada kumparan primer menimbulkan medan magnet yang berubah.
Medan magnet yang berubah diperkuat oleh adanya inti besi dan dihantarkan inti
besi ke kumparan sekunder, sehingga pada ujung-ujung kumparan sekunder akan
timbul ggl induksi. Efek ini dinamakan induktansi timbal-balik (mutual
inductance).
c. Penggunaan Transformator
Transformator (trafo) digunakan pada peralatan listrik terutama yang
memerlukan perubahan atau penyesuaian besarnya tegangan bolak-balik. Misal
radio memerlukan tegangan 12 volt padahal listrik dari PLN 220 volt, maka
diperlukan transformator untuk mengubah tegangan listrik bolak-balik 220 volt
menjadi tegangan listrik bolak-balik 12 volt. Contoh alat listrik yang memerlukan
transformator adalah: TV, komputer, mesin foto kopi, gardu listrik dan
sebagainya.

43
Universitas Sumatera Utara