RANCANG BANGUN INVERTER DC KE AC SATU FASA MODE PUSH PULL BERBASIS ARDUINO
TUGAS AKHIR Disusun untuk Melengkapi Tugas Akhir dan Syarat-syarat untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Disusun Oleh : ANANG SUPRIYANTO D 400 110 056
FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2016
LEMBAR PERSETUJUAN
Tugas Akhir dengan judul “RANCANG BANGUN INVERTER DC KE AC SATU FASA MODE PUSH PULL BERBASIS ARDUINO” ini diajukan oleh :
Nama
: ANANG SUPRIYANTO
NIM
: D400110056
Guna memenuhi salah satu syarat untuk menyelesaikan program Sarjana jenjang pendidikan Strata-Satu (S1) pada Fakultas Teknik Program Studi Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta, telah diperiksa dan disetujui pada : Hari
:
Tanggal
:
Pembimbing I
Pembimbing II
(Hasyim Asy’ari, S.T., M.T.)
(Dedi Ari Prasetya, ST)
ii
LEMBAR PENGESAHAN Tugas Akhir ini telah dipertahankan dan dipertanggung jawabkan dihadapan dewan penguji Tugas Akhir guna melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat- syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta, pada :
Hari
:
Tanggal
: DENGAN JUDUL
RANCANG BANGUN INVERTER DC KE AC SATU FASA MODE PUSH PULL BERBASIS ARDUINO
Dosen Penguji:
1. Hasyim Asy’ari, ST, MT
............................
2. Dedi Ari Prasetya, ST
............................
3. Ir. Pratomo Budi S. , MT
............................
4. Umar, S.T., M.T.
............................
Mengetahui
Dekan Fakultas Teknik UMS
Ketua Jurusan Teknik Elektro UMS
( Ir. Sri Sunarjono, M.T., Ph.D. )
( Umar, S.T., M.T. )
iii
KATA PENGANTAR
Assalamu`alaikum Wr.Wb. Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan kenikmatan, hidayah serta taufiqnya sehingga sampai saat ini masih diberikan kesempatan untuk beribadah dan meyembah padaNYA dan telah menjadikanku manusia yang berakal dan berguna dalam dunia ini. Sholawat serta salam untuk junjungan kami, Nabi Muhammad S.A.W yang senantiasa memberikan syafa’atnya kepada kami untuk terus dicapai dan raih dalam hidup dan kehidupan umat manusia. Hanya karena Allah SWT akhirnya penulis bisa melewati kendala dan tantangan dalam menyelesaikan dan menyusun laporan tugas akhir ini. Tugas akhir ini disusun dan diajukan sebagai syarat untuk kelulusan dan mendapatkan gelar Sarjana Teknik di jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta. Adapun judul tugas akhir yang penulis ajukan : “RANCANG BANGUN INVERTER DC KE AC SATU FASA MODE PUSH PULL BERBASIS ARDUINO”. Selama penyusunan tugas akhir ini penulis mendapat dukungan, dan saran serta bantuan dari berbagai pihak, oleh karena itu dengan tulus ikhlas dan kerendahan hati penulis mengucapkan rasa terima kasih sebesar – besarnya kepada: 1.
Bapak Ir. Sri Sunarjono, M.T., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.
iv
2.
Bapak Umar, S.T., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta.
3.
Bapak Hasyim Asy’ari, S.T., M.T. dan Bapak Dedi Ari Prasetya, ST. Selaku Pembimbing yang telah memberikan bimbingan dan pengarahan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.
4.
Bapak dan Ibu dosen atas kesedianya membimbing dan memberikan waktunya
kepada
penuli
sselama
di
Teknik
Elektro
Universitas
Muhammadiyah Surakarta. 5.
Kedua orang tuaku tercinta dan seluruh keluarga terima kasih atas semua kasih sayang dan do’a yang tiada hentinya tidak pernah surut sehingga penulis bisa seperti saat ini.
6.
Seluruh Staf Tata Usaha, Staf Akademik maupun non Akademik, yang telah banyak membantu dan memberikan kemudahan kepada penulis selama menempuh studi di Fakultas Teknik Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta.
7.
Rekan-rekan seperjuangan Teknik Elektro 2011, rekan-rekan kerja di Robot dan temen-temen Elektro semuanya, semoga kekeluargaan ini tetap terjaga hingga nanti.
8.
Seluruh pihak yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
9.
Seluruh elemen kehidupan yang selalu menginspirasi perjalanan ini. Akhir kata, penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan.
v
10. Saran dan kritik yang membangun sangat penulis harapkan. Semoga karya ini dapat bermanfaat untuk rekan-rekan mahasiswa dan pihak-pihak yang berkepentingan.
Surakarta, Januari 2016
Penulis
vi
MOTTO
Tiada resah apabila kita berserah, Tiada keluh jikalau kita mampu bersimpuh, Tiada kalut jika kita mau bersujud.
Jangan pernah takut untuk mencoba meskipun kegagalan menantimu, karena kamu tak tahu apa yang kamu peroleh ketika kamu berhasil.
Lakukanlah apa yang kita sukai, konsistenlah dengan itu, maka kesuksesan akan menyertainya.
Hidup berakhir saat kamu berhenti bermimpi, harapan hilang saat kamu berhenti untuk percaya, dan cinta gagal saat kamu berhenti untuk peduli
vii
PERSEMBAHAN
Sedikit karya ini kupersembahkan untuk yang tercinta dan terkasih : Allah SWT yang senantiasa melimpahkan nikmat, karunia dan hidayahNya kepada kita semua. Bapak dan Ibuku tercinta. Kasih sayang, cinta yang tak bersyarat serta pengorbanan dan doa sepanjang masa yang telah kalian berikan kepada anakmu. Adikku tercinta Ane Febriani teruslah belajar, semangat untuk terus gapai citacitamu. Ratyh Matsalina, terimakasih untuk dorongan, motivasi, semangat, dan doa yang selalu ada hingga tugas akhir ini terselesaikan dengan target yang diinginkan. Sahabat-sahabatku yang selalu berbagikisah, tawa, canda dan kebahagiaan. Segenap Keluarga Mahasiswa Teknik Elektro ( KMTE )sx Teman-teman SeperjuanganTeknik Elektro 2011
viii
DAFTAR KONTRIBUSI
Tugas Akhir ini berawal dari suatu permasalahan saat terjadinya pemadaman listrik yang membutuhkan sumber listrik AC. Ketertarikan penulis juga terhadap energi alternatif sebagai penyedia listrik cadangan, khususnya energi tersebut mempunyai peran yang sangat penting dalam memenuhi kebutuhan listrik bagi masyarakat yang betempat tinggal didaerah terpencil. Ide Tugas Akhir ini berasal dari Bapak Dedi Ari Prasetya, ST. Sebagai pembimbing kedua, beliau menawarkan judul Tugas Akhir mengenai pengubah listrik AC satu Fasa menjadi tiga Fasa. Setelah beberapa tahap mencari referensi dan experiment selama satu semester penulis tidak mampu menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul Pengubah Listrik AC Satu Fasa menjadi Tiga Fasa, lalu penulis berkonsultasi dengan Bapak Hasyim Asy’ari, S.T., M.T. sebagai pembimbing pertama, beliau memutuskan untuk mengganti Tugas Akhirnya menjadi Rancang Bangun Inverter DC ke AC Satu Fasa Mode Push Pull Berbasis Arduino. Setelah berkonsultasi dengan Bapak Dedi Ari Prasetya, ST. mengenai judul Tugas Akhir yang digantikan dengan judul yang baru beliau bersedia untuk membimbing penulis dalam menyelesaikan serta menyusun laporan Tugas Akhir ini. Rancang Bangun Inverter DC ke AC Satu Fasa Mode Push Pull Berbasis Arduino ini dilakukan di Laboraturium Jurusan Teknik Elektro dan dirumah penulis, penelitian tugas akhir ini dilakukan penulis di Laboraturium Jurusan Teknik Elektro. Untuk pengambilan data dilakukan beberapa kali
ix
percobaan untuk mendapatkan seluruh data yang diperlukan dalam penelitian ini. Hasil pengujian dan analisis disusun dalam sebuah laporan Tugas Akhir. Demikian daftar konstribusi penulis menyusun dengan sejujurjujurnya.
Surakarta,
Januari 2016
MahasiswaTugasAkhir
Anang Supriyanto
Mengetahui
Dosen Pembimbing I
Dosen Pembimbing II
Hasyim Asy’ari, S.T., M.T.
Dedi Ari Prasetya, ST.
x
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR
Penulis menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul “RANCANG BANGUN INVERTER DC KE AC SATU FASA MODE PUSH PULL BERBASIS ARDUINO” yang dibuat untuk memenuhi sebagai syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Elektro
Universitas
Muhammadiyah Surakarta, sejauh yang penulis ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi Tugas Akhir yang sudah dipublikasikan atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di
lingkungan Universitas Muhammadiyah
Surakarta atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya saya cantumkan sebagaimana mestinya.
Surakarta, 27 January 2016 Yang menyatakan
Anang Supriyanto
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL........................................................................................
i
HALAMAN PERSETUJUAN .........................................................................
ii
HALAMAN PENGESAHAN ..........................................................................
iii
KATA PENGANTAR .....................................................................................
iv
MOTTO ...........................................................................................................
vii
PERSEMBAHAN ............................................................................................
viii
DAFTAR KONTRIBUSI.................................................................................
ix
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR..............................................
xi
DAFTAR ISI ....................................................................................................
xii
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................
xv
DAFTAR TABEL ............................................................................................ xvii ABSTRAKSI ................................................................................................... xviii ABSTRACT .....................................................................................................
xix
BAB I. PENDAHULUAN ...............................................................................
1
1.1. Latar Belakang .............................................................................
1
1.2. Perumusan Masalah ....................................................................
2
1.3. Batasan Masalah .........................................................................
2
1.4. Tujuan Penelitian ........................................................................
3
1.5. Manfaat Penelitian ......................................................................
3
1.6. Sistematika Penulisan ….……………………………………….
3
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA.....................................................................
5
xii
2.1. Telaah Penelitian .........................................................................
5
2.2. Landasan Teori ......................................................................
6
2.2.1. Inverter................................................................................
6
2.2.2. Inverter Dorong Tarik (Push Pull)........................................
8
2.2.3. Arduino UNO .....................................................................
9
2.2.4. Liquid Crystal Display .......................................................
12
2.2.4. Relay ...................................................................................
16
2.2.4. Rangkaian Sensor Tegangan ...........................................
17
2.2.4. Gerbang Logika Not ..........................................................
18
2.2.5. Low pass filter (LPF) Orde dua..........................................
18
2.2.6. Transformator......................................................................
21
2.2.7. Proteus 7.10 simulation.......................................................
23
BAB III. METODE PENELITIAN..................................................................
24
3.1. Prosedur penelitian......................................................................
24
3.1.1. Waktu dan tempat...............................................................
24
3.2. BahandanPeralatan ......................................................................
24
3.2.1. Bahan Perancangan.............................................................
24
3.2.2. Bahan Penelitian .................................................................
25
3.2.3. Peralatan.............................................................................
25
3.3. Metode yang digunakan ..............................................................
25
3.4. Diagram alir penelitian................................................................
27
BAB IV. PERANCANGAN DAN PEMBAHASAN .....................................
28
4.1. Perancangan Sistem ....................................................................
29
xiii
4.1.1. Pembangkit Gelombang......................................................
29
4.1.2. Rangkaian Pembalik Fasa....................................................
32
4.1.3. Low Pass Filter....................................................................
34
4.1.4. Rangkaian Penguat Sinyal...................................................
36
4.1.5. Rangkaian Driver.................................................................
38
4.1.6. Sensor Tegangan.................................................................
38
4.1.7. Rangkaian Display dan Relay ............................................
39
4.2. Pengujian Inverter........................................................................
42
4.2.1. Sumber Gelombang Kotak...................................................
43
4.2.2. Low Pass Filter dan Penguat Sinyal.....................................
44
4.2.3. Rangkaian Driver.................................................................
46
4.2.4. Pengujian Output Inverter....................................................
48
BAB V. PENUTUP ..........................................................................................
53
5.1. Kesimpulan ................................................................................. .
53
5.2. Saran ........................................................................................... .
54
DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... .
55
LAMPIRAN
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Gelombang kotak ...........................................................................
7
Gambar 2.2. Gelombang sinus modifikasi ..........................................................
7
Gambar 2.3. Gelombang sinus murni .................................................................
8
Gambar 2.4 Prinsip kerja inverter Push Pull .....................................................
8
Gambar 2.5. Arduino UNO ................................................................................. 10 Gambar 2.6. Siklus sinyal pwm pada Arduino uno ............................................ 11 Gambar 2.7. Liquid Crystal Display. .................................................................. 13 Gambar 2.8. LCD M1632 ................................................................................... 13 Gambar 2.9. Relay ............................................................................................... 15 Gambar 2.10. Rangkaian Detektor Tegangan.……….... .................................... 15 Gambar 2.11. Konfigurasi IC 74LS04. ............................................................... 12 Gambar 2.12. Rangkaian low pass filter ............................................................. 13 Gambar 2.13. Single-Supply Sallen-Key Low Pass Filter .................................. 15 Gambar 2.14. Tranformator tegangan atau arus.………..................................... 15 Gambar 2.15. (a) Gulungan CT pada kumparan sekunder (b) pada primer. ....... 16 Gambar 2.16. Gelombang frekuensi pada tiap output trafo. ............................... 17 Gambar 2.17 Program simulasi proteus 7.10. ..................................................... 17 Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitan................................................................... 21 Gambar 4.1. Rancangan Blok diagram Inverter.................................................. 28 Gambar 4.2. Siklus sinyal PWM pada Arduino...... ............................................ 30 Gambar 4.3. Modul Arduino dan osiloscope.... .................................................. 31
xv
Gambar 4.4. Code program Arduino menggunakan CV-AVR ........................... 31 Gambar 4.5. Luaran sinyal dari Arduino. ........................................................... 32 Gambar 4.6. Arduino dan pembalik fasa. ........................................................... 33 Gambar 4.7. keluaran pada pin IC LS04 ............................................................. 33 Gambar 4.8. Rangkaian Low Pass Filter ............................................................ 35 Gambar 4.9. Sinyal pada input dan output LPF .................................................. 36 Gambar 4.10. Skema pembangkit gelombang sinus, LPF dan noninverting amplifier.. ........................................................................ 37 Gambar 4.11. Rangkaian non-inverting amplifier terhadap output rangkaian low pass filter......................................................... ........ 37 Gambar 4.12. Rangkaian Push-pull dengan Mosfet IRFP460 ............................ 38 Gambar 4.13. Sensor Tegangan .......................................................................... 39 Gambar 4.14. Rangkaian Arduino terhubung dengan LCD ................................ 39 Gambar 4.15. Tampilan utama LCD ................................................................... 40 Gambar 4.16. Tampilan pengaturan besar drop tegangan................................... 40 Gambar 4.17. Rangkaian relay dengan Arduino ................................................. 41 Gambar 4.18. Arduino terhubung dengan push button ....................................... 41 Gambar 4.19. Inisialisasi push button ................................................................. 41 Gambar 4.20. Tombol yang akan dipakai ........................................................... 42 Gambar 4.21. Rangkaian alat sebenarnya ........................................................... 42 Gambar 4.22. Arduino dan IC LS04 ................................................................... 43 Gambar 4.23. Luaran Gelombang pada pin 4 IC LS04 ...................................... 44 Gambar 4.24. Rangkain Low Pass Filter dan Penguat Sinyal ............................ 44
xvi
Gambar 4.24. Sinyal keluaran Low Pass Filter dan penguat sinyal ................... 45 Gambar 4.26. PCB rangkaian Low pass filter dan penguat sinyal ...................... 46 Gambar 4.27. Rangkain push-pull dengan mosfet IRFP 460.............................. 46 Gambar 4.28. Sinyal Keluaran Rangkaian inverter ............................................ 47 Gambar 4.29. Rangkain inverter yang tlah dibuat .............................................. 48 Gambar 4.30. Output inverter dengan sumber batrai/aki .................................... 50 Gambar 4.31. Hasil percobaan menggunakan solder dan lampu ........................ 52
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Spesifikasi Arduino UNO ..................................................................
9
Tabel 2.2. Fungsi pin-pin pada Liquid Crystal Display ...................................... 13 Tabel 4.1. Pengujian output inverter menggunakan power supply ..................... 49 Tabel 4.2. Pengujian output inverter menggunakan batrai (aki) ......................... 50
xvii
ABSTRAKSI Inverter adalah salah satu piranti elektronika yang dipergunakan untuk mengubah tegangan DC (Direct Curent) menjadi tegangan AC (Alternating Curent). Output suatu inverter dapat berupa tegangan AC dengan bentuk gelombang sinus (sine wave), gelombang kotak (square wave) dan gelombang sinus modifikasi (sine wave modified). Inverter ini sangat berfungsi sebagai penyedia listrik cadangan baik di kendaraan maupun dirumah, sebagai emergency power saat aliran listrik rumah padam. Selain itu dimasa mendatang, inverter DC to AC akan memegang peranan penting dalam mengubah energi DC dari sumber energi terbarukan seperti sel surya menjadi energi listrik AC yang di gunakan sehari-hari. Rancang bangun inverter DC ke AC satu fasa ini menggunakan metode inverter type push pull,dimana modul arduino sebagai pembangkit gelombang frekuensi yang akan menghasilkan frekuensi sebesar 50hz, dan trafo center tap sebagai penaik tegangannya. Hasil rancangan sesungguhnya yaitu frekuensi yang dihasilkan oleh inverter mendekati sinus dengan frekuensi yang dihasilkan sebesar 55hz, dan tegangan yang dihasilkan saat tanpa beban dengan sumber aki 12v 7ah sebesar 215 vac dan arus yang dihasilkan sebesar 1amper, dari hasil pengujian alat mampu menghidupkan beban berupa lampu 10watt, kipas angin 10watt, dan solder 40watt, daya maksimal yang dikeluarkan inverter sebesar 50watt. Kata kunci : inverter, tegangan, frekuensi
xviii
ABSTRACT Inverter is one of the electronic devices that used to changing the voltage from DC (Direct Curent) into voltage AC (Alternating Curent). The output from inverter can be an AC voltage with the form of sine wave, square wave, and sine wave modification. This inverter serves as a provider of backup power, either in a vehicle or at home, as emergency power when the electricity die out home. Furthermore, a DC to AC inverter will play an important role in changing the DC energy from renewable energy sources such as solar cells became AC electrical energy that used daily. The design of DC to AC inverter of this phase using a push pull inverter type, where the arduino module as frequency wave generator that will generate a frequency of 50Hz, and the center-tap transformer as a step-up voltage. The actual results of the design is the frequency generated by the inverter approached sine with a frequency generated at 55Hz, and the voltage generated when no load with source 7ah 12v battery 215 vac and the current generated of 1 ampere, the results of the testing able to turn on 10 watt lamp as a load, 10 watt fan, and 40 watt solder, maximum power that generated bby the inverter is 50watt.
Keywoards : inverter, voltage, frequency
xix
