RANCANG BANGUN

ALAT PERBAIKAN FAKTOR DAYA OTOMATIS

MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER AT89S52

SEBAGAI PENGGERAK RELAI

PADA KAPASITOR BANK

LAPORAN TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan Dalam Menyelesaikan

Program Pendidikan Diploma III

PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI

Oleh

KARMANTO

NIM. 0905051025

JURUSAN TEKNIK MESIN

POLITEKNIK NEGERI MEDAN

MEDAN

2012

RANCANG BANGUN

ALAT PERBAIKAN FAKTOR DAYA OTOMATIS

MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER AT89S52

SEBAGAI PENGGERAK RELAI

PADA KAPASITOR BANK

LAPORAN TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan Dalam Menyelesaikan

Program Pendidikan Diploma III

PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI

Oleh :

HALIL HUSYAIRI (0905051018)

KARMANTO (0905051025)

SENTI FEBRUARTA S. (0905051041)

JURUSAN TEKNIK MESIN

POLITEKNIK NEGERI MEDAN

MEDAN

2012

KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN

POLITEKNIK NEGERI MEDAN

JURUSAN TEKNIK MESIN

PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI Jl. Almamater No. 1 Kampus USU, Medan 20155, Indonesia

Telp.(061) 8210371, 8211235, 8210436 Fax.(061) 8215845 Ext. 301 dan 255

http://www.polmed.ac.id Email : mesin@polmed.ac.id

Document No. : F-PDI-02-02 Rev. No. : 00 Date of Issue : 20 November 2008

iiii ii iiii

ii

SPESIFIKASI TUGAS AKHIR

Nama Mahasiswa : Karmanto

NIM : 0905051025

Jurusan/Program Studi : Teknik Mesin/Teknik Konversi Energi

Judul Tugas Akhir : RANCANG BANGUN ALAT PERBAIKAN

FAKTOR DAYA OTOMATIS MENGGUNAKAN

MIKROKONTROLER AT89S52 SEBAGAI

PENGGERAK RELAI PADA KAPASITOR BANK

Uraian Tugas :

1. Membuat blok diagram sistem kerja.

2. Membuat diagram alir.

3. Merancang alat.

4. Merancang program.

5. Mengisi program ke mikrokontroler.

6. Melakukan pengujian kerja alat.

7. Membuat Laporan Tugas Akhir.

Diberikan tanggal : 26 Maret 2012

Selesai tanggal : 14 Juli 2012

Mengetahui, Medan, 26 Maret 2012

Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi, Dosen Pembimbing,

Ir. Isman Harianda, M.T. Ir. Silmi, M.T.

NIP.19590124 198911 1 001 NIP.19591028 198803 1 002

KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN

POLITEKNIK NEGERI MEDAN

JURUSAN TEKNIK MESIN

PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI Jl. Almamater No. 1 Kampus USU, Medan 20155, Indonesia

Telp.(061) 8210371, 8211235, 8210436 Fax.(061) 8215845 Ext. 301 dan 255

http://www.polmed.ac.id Email : mesin@polmed.ac.id

Document No. : F-PDI-02-02 Rev. No. : 00 Date of Issue : 20 November 2008

iiii ii iiii

iii

PERSETUJUAN

LAPORAN TUGAS AKHIR

RANCANG BANGUN ALAT PERBAIKAN FAKTOR DAYA

OTOMATIS MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER

AT89S52 SEBAGAI PENGGERAK RELAI PADA KAPASITOR

BANK

Disusun Oleh :

Nama : Karmanto

NIM. : 0905051025

Telah diperiksa dan dinyatakan selesai serta dapat diajukan dalam sidang tugas akhir.

Mengetahui, Medan, 29 Agustus 2012

Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi, Dosen Pembimbing,

Ir. Isman Harianda, M.T. Ir. Silmi, M.T.

NIP.19590124 198911 1 001 NIP.19591028 198803 1 002

KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN

POLITEKNIK NEGERI MEDAN

JURUSAN TEKNIK MESIN

PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI Jl. Almamater No. 1 Kampus USU, Medan 20155, Indonesia

Telp.(061) 8210371, 8211235, 8210436 Fax.(061) 8215845 Ext. 301 dan 255

http://www.polmed.ac.id Email : mesin@polmed.ac.id

Document No. : F-PDI-02-02 Rev. No. : 00 Date of Issue : 20 November 2008

iiii ii iiii

iv

PENGESAHAN

LAPORAN TUGAS AKHIR

RANCANG BANGUN ALAT PERBAIKAN FAKTOR

DAYA OTOMATIS MENGGUNAKAN

MIKROKONTROLER AT89S52 SEBAGAI PENGGERAK

RELAI PADA KAPASITOR BANK

Yang dipersiapkan dan disusun oleh :

Nama : Karmanto

NIM. : 0905051025

Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji pada

Tanggal 1 Sertember 2012

di Ruang RA-207 Politeknik Negeri Medan,

telah dinyatakan lulus dan memenuhi syarat

Penguji 1, Penguji 2,

Ir. Roket Angkasa, M.T. Ir. Suprapto, M.T.

NIP.19610112 198903 1 001 NIP.19590203 198903 1 002

Ketua Penguji, Ketua Jurusan Teknik Mesin,

Marlon Tua P. Sibarani, S.T., M.T. Ir. Gidion Sembiring, M.T.

NIP.19770325 200312 1 004 NIP.19570307 198811 1 001

v

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis haturkan kehadirat ALLAH SWT atas

limpahan rahmat dan hidayah-Nya telah memberikan pengetahuan dan kesehatan

sehingga penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini dengan baik dan

tepat pada waktunya.

Laporan Tugas Akhir ini berjudul “Rancang Bangun Alat Perbaikan

Faktor Daya Otomatis Menggunakan Mikrokontroler AT89S52 Sebagai

Penggerak Relai Pada Kapasitor Bank” disusun untuk memenuhi sebagian

persyaratan dalam menyelesaikan Program Pendidikan Diploma III Jurusan

Teknik Mesin Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan.

Tentunya ucapan terima kasih penulis haturkan teristimewa untuk kedua

orang tua penulis, ayahanda Supono dan ibunda Misni yang tiada henti

menyemangati secara moril dan materil kepada penulis sehingga Laporan Tugas

Akhir ini bisa terselesaikan.

Dalam menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini, penulis menemukan

hambatan dan tantangan. Namun berkat bantuan dari semua pihak, penulis mampu

menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini. Oleh sebab itu pada kesempatan ini

penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. M. Syahruddin, S.T., M.T., selaku Direktur Politeknik Negeri Medan.

2. Ir. Gidion sembiring M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin.

3. Ir. Isman Harianda, M.T., selaku Kepala Program Studi Teknik Konversi

Energi.

4. Ir. Silmi, M.T., selaku Dosen Pembimbing dalam Penyusunan Laporan

Tugas Akhir ini, serta motivasi dan nasehat yang diberikan kepada penulis.

5. Bapak dan Ibu staf pengajar di Jurusan Teknik Mesin, khususnya Dosen

Program Studi Teknik Konversi Energi yang telah memberikan ilmunya

kepada penulis di Politeknik Negeri Medan. Terimakasih atas semua

bimbingan, nasehat serta didikan yang Bapak/Ibu berikan kepada penulis

selama dalam pengajaran.

vi

6. Ir. Burhanuddin Tarigan, M.T., terima kasih atas perhatian dan motivasi

Bapak yang luar biasa kepada penulis.

7. Teman-teman satu Tugas Akhir, Halil Husyairy dan Senti Februarta,

terima kasih atas kerjasamanya dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

8. Teman-temanku tercinta Abdul Rahman Simbolon, Ogeta Indrawan Purba,

Fajar Prasiswo, Mifta Al-Husna Humairah, Rusmania Melani, Silvia Misy

Andriany, Agung Mulia Pulungan, dan Yasir Habibi Pardosi. Kalian

mengajarkanku arti persahabatan yang menakjubkan.

9. Teman-teman seperjuangan di kelas EN-6A angkatan 2009. Terimakasih

untuk semua kenangan selama berkuliah di kampus POLMED tercinta.

10. Kakak-kakakku tersayang Tutik Handayani dan Rohayati. Terima kasih

telah bersedia menjadi kakak yang peduli.

11. Maulida Elsa Lubis, semoga segala cita-citamu terwujud, dapat jodoh

yang terbaik, dan berhasil membentuk keluarga yang harmoni.

12. Semua pihak yang telah membantu penulis baik dukungan materil, spirit,

dan dukungan do’anya untuk penulis.

Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih banyak kekurangan dari

segi sistematika maupun referensi berhubung karena keterbatasan waktu,

pengetahuan dan tenaga. Untuk itu diharapkan partisipasi semua pihak dalam

menyumbangkan pikiran atau ide demi perbaikan ke arah yang lebih sempurna.

Semoga laporan ini bermanfaat bagi siapa saja yang membacanya.

Medan, 25 September 2012

Hormat Penulis

Karmanto

0905051025

vii

DAFTAR ISI

JUDUL.. .................................................................................................................. i

SPESIFIKASI TUGAS AKHIR .......................................................................... ii

LEMBAR PERSETUJUAN ................................................................................ iii

LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................. iv

KATA PENGANTAR ............................................................................................ v

DAFTAR ISI ........................................................................................................ vii

DAFTAR GAMBAR .............................................................................................. x

DAFTAR TABEL................................................................................................ xii

INTISARI ........................................................................................................... xiii

ABSTRACT ........................................................................................................ xiv

BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................... 1

A. Latar Belakang Pemilihan Judul ........................................................... 1

B. Pembatasan Masalah ............................................................................. 2

C. Tujuan Tugas Akhir .............................................................................. 2

D. Manfaat Tugas Akhir ............................................................................ 2

BAB II LANDASAN TEORI ................................................................................ 4

A. Mikrokontroler AT89S52 ...................................................................... 4

1. Karakteristik Mikrokontroler AT89S52 ......................................... 5

2. Fungsi Pin-Pin Pada Mikrokontroler AT89S52 ............................. 5

3. Register Pada mikrokontroler AT89S52 ........................................ 7

B. Daya dan Faktor Daya ........................................................................... 9

1. Faktor Daya Sepasa (Unity) ......................................................... 10

2. Faktor Daya Terbelakang (Lagging) ............................................ 11

3. Faktor Daya Mendahului (Leading) ............................................. 12

C. Perbaikan Faktor Daya ........................................................................ 13

D. Kapasitor ............................................................................................. 14

viii

1. Kapasitor Dalam Hubungan Seri ................................................. 16

2. Kapasitor Dalam Hubungan Paralel ............................................ 16

E. Dioda ................................................................................................... 17

F. Resistor ................................................................................................ 18

G. Regulator Tegangan ............................................................................ 21

H. Transistor ............................................................................................. 21

I. Operational Amplifier (Op-Amp) ....................................................... 22

J. Relai .................................................................................................... 23

K. Gerbang Logika XOR ......................................................................... 25

BAB III PERANCANGAN ALAT ..................................................................... 27

A. Blok Diagram dan Prinsip Kerjaya ..................................................... 27

B. Perancangan Alat................................................................................. 28

1. Rangkaian Catu Daya ................................................................... 28

2. Rangkaian Pengkondisi Sinyal ..................................................... 29

3. Rangkaian Mikrokontroler (Sistem Minimum AT89S52) ........... 31

4. Rangkaian Penampil Tujuh Segmen ............................................ 31

5. Rangkaian Saklar Pemilihan Mode .............................................. 32

6. Rangkaian Penggerak Relai dan Kapasitor Bank......................... 33

C. Alat dan Bahan yang Digunakan ......................................................... 38

1. Alat yang Digunakan.................................................................... 38

2. Bahan dan Komponen yang Digunakan ....................................... 38

D. Perancangan Diagram Alir Program ................................................... 40

E. Uraian Kerja Alat ................................................................................ 41

BAB IV PENGUJIAN ALAT .............................................................................. 49

A. Pengecekan Nilai Faktor Daya Beban ................................................. 49

B. Perbaikan Faktor Daya ........................................................................ 49

BAB V PENUTUP ................................................................................................ 51

ix

A. Kesimpulan.......................................................................................... 51

B. Saran .................................................................................................... 51

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

x

DAFTAR GAMBAR

No. Judul Gambar Halaman

1. Konfigurasi pin (kaki) pada mikrokontroler AT89S52 5

2. Segitiga daya 10

3. Arus sepasa dengan tegangan 11

4. Arus tertinggal dari tegangan sebesar sudut ⱷ 11

5. Perbandingan daya aktif, daya reaktif, dan daya semu pada faktor

daya tertinggal (lagging) 12

6. Arus mendahului tegangan sebesar sudut ⱷ 12

7. Perbandingan daya aktif, daya reaktif, dan daya semu pada faktor

daya mendahului (leading) 13

8. Sistem dengan faktor daya lagging 14

9. Sistem setelah dipasang kapasitor (faktor daya sistem diperbaiki) 14

10. Segitiga daya dari perbaikan faktor daya 14

11. Rangkaian kapasitor 17

12. Sebelah kiri lambang dioda, sebelah kanan contoh komponen 17

13. Tiga buah resistor untuk komposisi karbon 19

14. IC regulator tegangan 21

15. Berbagai jenis transistor 22

16. Rangkaian komparator 23

17. Konstruksi relai 24

18 Gerbang XOR 25

19 Penjelasan tiap kaki terminal IC 7486 26

20. Diagram blok rancang bangun alat perbaikan faktor daya otomatis

menggunakan mikrokontroler AT89S52 sebagai penggerak relai

pada kapasitor bank 27

21. Trafo CT step-down untuk rangkaian catu daya 28

22. Rangkaian catu daya dengan keluaran bervariasi 29

23. Rangkaian pengkondisi sinyal beda fasa 30

24. Rangkaian pengkondisi sinyal fasa tegangan 31

xi

25. Sistem minimum AT89S52 31

26. Rangkaian penampil nilai cos phi 32

27. Rangkaian penampil kondisi leading atau lagging 32

28. Rangkaian saklar pemilihan mode 33

29. Rangkaian penggerak relai dan kapasitor bank 34

30. Diagram alir program alat perbaikan faktor daya 41

31. Titik-titik keluaran sensor arus dan sensor tegangan yang masuk

ke pengkondisi sinyal 42

32. Hubungan tegangan di titik A-B dan tegangan di titik C-D 42

33. Hubungan rangkaian pengkondisi sinyal beda fasa dengan titik

A-B dan titik C-D 43

34. Tegangan di titik K dan titik L (terhadap grounding) 43

35. Tegangan di titik M dan titik N (terhadap grounding) 44

36. Tegangan di titik O (terhadap grounding) 44

37. Hubungan rangkaian pengkondisi sinyal fasa tegangan dengan

titik C-D 45

38. Fasa tegangan di titik O dengan fasa tegangan di titik Q 45

xii

DAFTAR TABEL

No. Judul Tabel Halaman

1. Perhitungan nilai resistansi 20

2. Tabel kebenaran logika XOR 25

4. Daftar relai aktif beserta nilai kapasitansi dari kapasitor bank 36

5. Peralatan yang digunakan pada rancang bangun 38

6. Bahan dan komponen yang digunakan 38

8. Nilai faktor daya beban 49

9. Data percobaan perbaikan faktor daya 50

xiii

INTISARI

Energi listrik telah menjadi kebutuhan pokok bagi kehidupan manusia.

Berkembangnya teknologi dan melonjaknya jumlah penduduk berakibat pada

meningkatnya kebutuhan listrik rumah tangga. Beban-beban listrik rumah tangga

yang bersifat induktif dapat menurunkan faktor daya dan mengakibatkan daya

aktif yang tersedia semakin kecil. Perbaikan faktor daya merupakan solusi dari

masalah tersebut. Dengan sejumlah kapasitor, sensor tegangan, sensor arus, serta

rangkaian kontrol berbasis mikrokontroler AT89S52 yang terintegrasi dapat

digunakan untuk memperbaiki faktor daya. Sistem ini akan menghitung nilai

faktor daya dari beban lalu mengkonfigurasi rangkaian kapasitor untuk

menghasilkan nilai faktor daya mendekati 1. Semakin tinggi nilai faktor daya akan

semakin banyak pula daya aktif yang tersedia.

Kata Kunci : Mikrokontroler AT89S52, Sensor Tegangan, Sensor Arus, Relai,

Kapasitor Bank, Faktor Daya.

xiv

ABSTRACT

Electrical energy has become a basic requirement for human life.

Development of technology and the increase in population led to an increase

household electricity needs. Electrical loads that inductive can reduce power

factor and reduce available active power. Power factor improvement is a solution

of the problem. With the number of capacitors,Vage sensor, current sensor, and a

control circuit based microcontroller AT89S52 integrated can be used to improve

the power factor. The system will calculate power factor value of the load and

configure settings of capacitor to generate value power factor close to 1. The

higher the value of the power factor will be the more active power is available.

Keyword : Microcontroller AT89S52,Voltage Sensor, Current Sensor, Relay,

Capacitor Bank, Power Factor.

1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Pemilihan Judul

Energi listrik merupakan bentuk energi paling praktis penggunaanya oleh

manusia sehingga energi listrik telah menjadi kebutuhan pokok bagi kehidupan

manusia sekarang ini dan di masa yang akan datang. Kebutuhan energi listrik

merambah di bidang perumahan, industri, pendidikan dan pemerintahan hingga

berdampak pada aspek-aspek kehidupan kita.

Seiring berkembangnya teknologi dan melonjaknya pertumbuhan

penduduk maka kebutuhan akan energi listik akan meningkat. Peralatan listrik

rumah tangga seperti AC, mesin cuci, pompa air, kompor listrik, penanak nasi,

refrigrator, penerangan, dan sebagainya menyebabkan kebutuhan daya listrik

rumah tangga semakin meningkat pula.

Beban-beban induktif dalam rumah tangga seperti mesin cuci,

refrigrator, pompa air, lampu TL (Tube Lamp), dan sebagainya dapat

menyebabkan nilai faktor daya menurun. Penurunan nilai faktor daya ini

mengakibatkan daya yang tersedia pada rumah tangga semakin kecil. Artinya

semakin sedikit peralatan listrik rumah tangga yang dapat digunakan sekaligus.

Perbaikan faktor daya adalah jalan keluar dari masalah di atas. Prinsip

dasarnya adalah memasang beberapa kapasitor dengan nilai tertentu yang

dipasang sedemikian rupa (paralel, seri, maupun kombinasi) pada instalasi listrik

untuk menekan beban induktif dari peralatan listrik rumah tangga.

Dalam kenyataannya beban listrik rumah tangga selalu berubah-ubah

selama 24 jam sehari. Hal ini berpengaruh terhadap beban induktif yang juga akan

berubah-ubah. Untuk menaikkan nilai faktor daya setinggi mungkin (mendekati 1)

maka nilai beban kapasitif yang dipasang harus mendekati nilai beban induktif

yang sedang terpasang. Akibatnya beban kapasitif yang harus dipasang akan

selalu berubah-ubah. Mengubah beban kapasitif secara manual akan terasa kurang

2

praktis karena kita dituntut untuk selalu mengecek nilai faktor daya saat terjadi

perubahan beban.

Masalah tersebutlah yang menjadi latar belakang penulis memilih judul

“Rancang Bangun Alat Perbaikan Faktor Daya Otomatis Menggunakan

Mikrokontroler AT89S52 Sebagai Penggerak Relai Pada Kapasitor Bank” sebagai

judul tugas akhir.

B. Pembatasan Masalah

Mengingat kompleksnya permasalahan yang ada maka pada tugas akhir

ini diberikan batasan masalah sebagai berikut:

1. Sebagai sistem kontrol alat perbaikan faktor daya ini digunakan

mikrokontroler AT89S52.

2. Alat perbaikan faktor daya ini digunakan pada beban satu fasa.

3. Jenis beban yang dapat diperbaiki adalah beban yang bersifat induktif.

4. Kapasitor yang digunakan untuk memperbaiki faktor daya ini berjumlah 9

(sembilan) buah dengan masing-masing berkapasitas 4,7µF.

5. Rentang kerja alat perbaikan faktor daya ini adalah pada beban reaktif antara

7,94VAR sampai 642,86VAR.

C. Tujuan Tugas Akhir

Tujuan laporan tugas akhir ini adalah untuk membuat alat perbaikan

faktor daya yang dapat bekerja secara otomatis pada beban satu fasa

menggunakan mikrokontroler AT89S52 sebagai sistem kontrol.

D. Manfaat Tugas Akhir

Penulis berharap bahwa laporan tugas akhir ini memberikan beberapa

manfaat, antara lain :

3

1. Manfaat bagi penulis sendiri untuk menambah khasanah ilmu pengetahuan

dan pengalaman agar mampu memberikan solusi dari permasalahan tentang

krisis energi.

2. Dapat digunakan untuk memperbaiki faktor daya beban listrik rumah tangga

dan menjadi bahan referensi tambahan dalam pengembangan pengetahuan

mahasiswa/i tentang perbaikan faktor daya.

4

BAB II

LANDASAN TEORI

A. Mikrokontroler AT89S52

Mikrokontroler AT89S52 adalah mikrokomputer CMOS 8 bit yang

memiliki 8 KB Programmable and Erasable Read Only Memory (PEROM).

Mikrokontroler berteknologi memori non-volatile (tidak kehilangan data bila

kehilangan daya listrik). Set instruksi dan kaki keluaran AT89S52 sesuai dengan

standar industri 80C51 dan 80C52. Atmel AT89S52 adalah mikrokontroler yang

sangat bagus dan fleksibel dengan harga yang relatif murah untuk banyak

aplikasi. Sistem kendali berkerapatan tinggi dari Atmel ini sangat kompatibel

dengan mikrokontroler MCS-51, misalnya mikrokontroler AT80S52 terkenal dan

banyak digunakan dan telah menjadi standar industri baik dalam jumlah pin IC

maupun set instruksinya.

Mikrokontroler AT89S52 memiliki fasilitas-fasilitas pendukung yang

membuatnya menjadi mikrokontroler yang sangat banyak digunakan dalam

berbagai aplikasi. Fasilitas-fasilitas yang dimiliki oleh mikrokontroler AT89S52

adalah :

1. Sesuai dengan produk-produk MCS-51.

2. Terdapat memori flash yang terintegrasi dalam sistem. Dapat ditulis ulang

hingga 1000 kali.

3. Beroperasi pada frekuensi 0 sampai 24MHz.

4. Tiga tingkat kunci memori program.

5. Memiliki 256 x 8 bit RAM internal.

6. Terdapat 32 jalur masukan/keluaran terprogram.

7. Tiga pewaktu/pencacah 6-bit (untuk AT89S52) & dua pewaktu/pencacah 16-

bit (untukAT89S51).

8. Memiliki 8 sumber interupsi(untuk AT89S52) & 6 sumber instruksi untuk

AT89S51

9. Kanal serial terprogram.

10. Mode daya rendah dan mode daya mati.

5

1. Karakteristik Mikrokontroler AT89S52

AT89S52 mempunyai memori yang terdiri dari RAM internal dan

Special Function Register. RAM internal pada mikrokontroler AT89S52

memiliki ukuran 256 byte dan beralamatkan 00H-7FH serta dapat di akses

menggunakan RAM address register. RAM internal terdiri dari delapan buah

register (R0-R7) yang membentuk register banks. Special Function Register

yang berjumlah 21 buah berada di alamat 80H- FFH. RAM ini berbeda pada

lokasi dengan Flash PEROM dengan alamat 000H-7FFH.

IC AT89S52 mempunyai pin sebanyak 40 buah yang sesuai dengan

mikrokontroler 8031 dan memiliki susunan pin seperti gambar di bawah ini:

Gambar 2.1 Konfigurasi pin (kaki) pada mikrokontroler AT89S52

2. Fungsi Pin-Pin Pada Mikrokontroler AT89S52

a. Pin 1 sampai pin 8

Pin 1 – 8 adalah port 1 yang merupakan saluran atau bus I/O 8 bit dua arah

dengan internal pull-up yang dapat digunakan untuk berbagai keperluan

seperti mengendalikan empat input TTL. Port ini juga digunakan sebagai

saluran alamat saat pemrograman dan verifikasi.

b. Pin 9

Merupakan masukan reset (aktif tinggi). Pulsa transisi dari rendah ke tinggi

6

akan me- reset mikrokontroler ini.

c. Pin 10 sampai pin 17

Pin 10 – pin 17 merupakan saluran atau bus I/O 8 bit dua arah dengan

internal pull- ups yang memiliki fungsi pengganti. Bila fungsi pengganti

tidak dipakai maka dapat digunakan sebagai port paralel 8 bit serbaguna.

Selain itu, sebagian port 3 dapat berfungsi sebagai sinyal kontrol saat proses

pemrograman dan verifikasi.

d. Pin 18 dan pin 19

Pin-pin ini merupakan jalur masukan ke penguat osilator berpenguat tinggi.

Mikrokontroler ini memiliki seluruh rangkaian osilator yang diperlukan pada

chip, kecuali rangkaian kristal yang mengendalikan frekuensi osilator. Oleh

karena itu, pin 18 dan 19 ini sangat diperlukan untuk dihubungkan dengan

kristal. Selain itu XTAL1 juga dapat digunakan sebagai input untuk

inverting osilator amplifier dan input rangkaian internal clock, sedangkan

XTAL 2 merupakan output dari inverting oscillator amplifier.

e. Pin 20

Pin 20 merupakan ground sumber tegangan dan diberi simbol “gnd”.

f. Pin 21 sampai pin 28

Pin-pin ini adalah port 2 yang merupakan saluran atau bus I/O 8 bit dua arah

dengan internal pull-ups. Saat pengambilan data dari program memori

eksternal atau selama pengaksesan data memori eksternal yang menggunakan

alamat 16 bit (MOVX@DPTR), port 2 berfungsi sebagai saluran /bus

alamat tinggi (A8-A15). Akan tetapi, saat mengakses data memori eksternal

yang menggunakan alamat 8 bit (MOVX@DPTR), port 2 mengeluarkan isi

P2 pada special function register.

g. Pin 29

Pin 29 merupakan program Store Enable (PSEN) merupakan sinyal

pengontrol untuk mengakses program memori eksternal agar masuk ke dalam

bus selama proses pemberian/pengambilan instruksi (fetching).

h. Pin 30

Pin 30 sebagai Adress Lacth Enable (ALE)/PROG merupakan penahan

7

alamat memori eksternal (pada port 1) selama mengakses ke memori. Pin ini

juga berfungsi sebagai pulsa/sinyal input pemograman (PROG) selama proses

pemograman.

i. Pin 31

Pin 31 adalah External Access Enable (EA) merupakan sinyal kontrol untuk

pembacaan memori program. Apabila diset rendah (L) maka mikrokontroler

akan melaksanakan seluruh instruksi dari memori program eksternal,

sedangkan jika diset tinggi (H) maka mikrokontroler akan melaksanakan

seluruh instruksi dari memori program internal ketika isi program counter

kurang dari 4096. Port ini juga berfungsi sebagai tegangan pemograman

(Vpp=+12V) selama proses pemograman.

j. Pin 32 sampai pin 39

Pin 32-pin 39 adalah port 0 yang merupakan saluran bus I/O 8 bit open

collector, dapat juga digunakan sebagai multipleks bus alamat rendah dan

bus data selama adanya akses ke memori program eksternal. Saat proses

pemograman dan verifikasi, port 0 digunakan sebagai saluran/bus data. Pull-

up eksternal diperlukan selama proses verifikasi.

k. Pin 40

Pin 40 merupakan sumber tegangan positif yang diberi simbol Vcc.

3. Register Pada Mikrokontroler AT89S52

Register adalah penampung data sementara yang terletak dalam CPU.

Pada mikrokontroler AT89S52, register-registernya adalah sebagai berikut :

a. Register A ( Accumulator)

Accumulator ialah sebuah register 8 bit yang merupakan pusat dari semua

operasi. Accumulator, termasuk dalam operasi aritmatika dan operasi logika.

b. Register B

Register ini memiliki fungsi yang sama dengan register A.

c. Program counter (PC)

Program counter (Pencacah program) merupakan sebuah register 16 bit yang

selalu menunjukkan lokasi memori instruksi yang akan diakses.

8

d. Data pointer

Data pointer atau DPATR merupakan register 16 bit yang terletak di alamat

82H untuk DPL dan 83H untuk DPH. Biasanya Data pointer digunakan

untuk mengakses data atau source kode yang terletak di memori eksternal.

e. Stack Pointer (SP)

Stack Pointer adalah register 8 bit yang mempunyai fungsi khusus sebagai

penunjuk alamat atau data paling atas pada operasi penumpukan di

RAM. Stack Pointer terletak di alamat 81H. Penunjuk penumpukan selalu

berkurang dua tiap kali data didorong masuk kedalam lokasi penumpukan dan

selalu bertambah dua tiap kali data ditarik keluar dari lokasi penumpukan.

f. Program Status Word

Program Status Word merupakan register yang berisi beberapa bit status yang

mencerminkan keadaaan mikrokontroler.

g. Bit Carry Flag (CY)

Bit carry merupakan bit ke 8 yang memiliki dua fungsi :

1) Carry akan menunjukkan apakah operasi penjumlahan mengandung carry

(sisa) atau apakah operasi pengurangan mengandung borrow (kurang).

Apabila operasi ini mengandung carry, bit ini akan diset agar bernilai satu,

sedangkan jika mengandung borrow, bit ini akan di set agar bernilai nol

(0).

2) Carry dimanfaatkan sebagai bit ke-8 untuk operasi pergeseran (shift) atau

perputaran.

h. Bit Auxiliary Carry (AC)

Bit ini menunjukkan adanya carry (bawaan) dari bit ketiga menuju bit

keempat atau dari empat bit rendah ke empat bit tinggi pada operasi

aritmatika. Bit ini jarang digunakan dalam program, tetapi digunakan oleh

mikrokontroler secara implisit pada operasi aritmatika bilangan BCD.

i. Bit Flag 0 (F0)

Bit ini menunjukkan apakah hasil operasi bernilai nol atau tidak. Apabila

hasil operasi adalah nol (0), bit ini akan diset agar bernilai 1, sedangkan

apabila hasil operasinya bukan nol (0) maka bit ini akan di-reset. Bit ini juga

9

digunakan pada perbandingan dua buah data. Jika kedua data bernilai sama

maka bit ini akan diset agar bernilai satu, sedangkan jika kedua data itu

berbeda maka bit ini akan direset agar bernilai nol (0).

j. Bit Register Select (RS)

RS0 dan RS1 digunakan untuk memilih bank register. Delapan buah register

ini merupakan register serbaguna. Lokasinya pada awal 32 byte RAM internal

yang memiliki alamat dari 00H sampai 1FH. Register ini dapat diakses

melalui simbol assembler (R0,R1,R2,R3,R4,R5,R6 dan R7).

B. Daya dan Faktor Daya

Dalam listrik arus bolak-balik, daya terbagi menjadi 3 (tiga), yaitu daya

aktif (P), daya reaktif (Q), dan daya semu (S). Daya aktif adalah perkalian antara

tegangan dengan arus yang sepasa dengan tegangan.

(W)

Daya reaktif adalah perkalian antara tegangan dengan arus yang berbeda fasa 900

terhadap tegangan.

(VAR)

Daya semu adalah penjumlahan daya aktif dengan daya reaktif.

√( ) ( )

√( ) ( ) ( ) ( )

√( )

(VA)

Hubungan antara daya aktif, daya reaktif, dan daya semu dapat dilihat

pada gambar 2.2.

10

Gambar 2.2 Segitiga daya

Faktor daya adalah perbandingan antara daya aktif dengan daya semu.

Nilai faktor daya adalah antara 0 sampai 1. Semakin besar nilai faktor daya maka

besar daya aktif akan semakin mendekati besar daya semu. Untuk daya aktif (P)

dan tegangan (V) yang sama, semakin besar nilai faktor daya maka semakin kecil

arus (I) yang mengalir di kawat penghantar. Hal ini berarti arus (I) berbanding

terbalik dengan faktor daya (Cos ).

Dalam sistem tenaga listrik dikenal 3 jenis faktor daya yaitu faktor daya

sepasa (unity), faktor daya terbelakang (lagging) dan faktor daya terdahulu

(leading) yang ditentukan oleh jenis beban yang ada pada sistem.

1. Faktor Daya Sepasa (Unity)

Faktor daya sepasa adalah keadaan dimana tegangan sepasa dengan arus.

Nilai faktor dayanya adalah 1. Faktor daya sepasa akan terjadi bila jenis beban

adalah resistif murni.

ⱷ

P (W)

S (VA) Q (VAR)

11

(a). Diagram fasor (b). Hubungan tegangan dan arus terhadap waktu

Gambar 2.3 Arus sepasa dengan tegangan

Pada gambar terlihat bahwa sudut yang dibentuk oleh tegangan dan arus

(sudut ⱷ) adalah 00. Nilai cos ⱷ adalah 1 sehingga daya aktif sama dengan daya

semu.

2. Faktor Daya Terbelakang (Lagging)

Faktor daya terbelakang (lagging) adalah keadaan dimana arus tertinggal

terhadap tegangan sebesar ⱷ.

(a). Diagram fasor (b). Hubungan tegangan dan arus terhadap waktu

Gambar 2.4 Arus tertinggal dari tegangan sebesar sudut ⱷ

t

V

I

V

I

ⱷ

ⱷ

t

V

I

V

I

12

Hubungan antara daya aktif, daya reaktif, dan daya semu pada faktor

daya terbelakang dapat dilihat pada gambar 2.5.

Gambar 2.5 Perbandingan daya aktif, daya reaktif, dan daya semu pada faktor

daya tertinggal (lagging)

3. Faktor Daya Mendahului (Leading)

Faktor daya mendahului (leading) adalah keadaan dimana arus

mendahului tegangan sebesar ⱷ.

(a). Diagram fasor (b). Hubungan tegangan dan arus terhadap waktu

Gambar 2.6 Arus mendahului tegangan sebesar sudut ⱷ

ⱷ

V

I

ⱷ V

t

I

ⱷ

P

S

13

Hubungan antara daya aktif, daya reaktif, dan daya semu pada faktor

daya mendahului dapat dilihat pada gambar 2.7.

Gambar 2.7 Perbandingan daya aktif, daya reaktif, dan daya semu pada faktor

daya mendahului (leading)

C. Perbaikan Faktor Daya

Beban-beban yang bersifat induktif seperti motor induksi dan lampu TL

akan menyebabkan nilai faktor daya dari keseluruhan sistem (total beban)

menurun. Hal ini terjadi karena beban-beban induktif menyebabkan fasa arus

tertinggal terhadap tegangan (faktor daya lagging) sehingga menimbulkan daya

reaktif. Nilai faktor daya yang menurun berdampak pada menurunnya efisiensi

pemakaian daya aktif. Untuk itu diperlukan perbaikan faktor daya agar efisiensi

pemakaian daya aktif meningkat.

Dengan memasang kapasitor dengan nilai tertentu yang dipasang paralel

dengan beban-beban induktif dapat meningkatkan nilai faktor daya sistem. Hal ini

dikarenakan beban yang bersifat kapasitif ini (kapasitor) menyebabkan fasa arus

mendahului tegangan (faktor daya leading) sehingga daya reaktif yang

ditimbulkan oleh beban induktif dapat dikompensasi dengan adanya daya reaktif

yang ditimbulkan oleh kapasitor.

P

ⱷ

Q

Q

S

14

2.8 Sistem dengan faktor daya lagging

2.9 Sistem setelah dipasang kapasitor (faktor daya sistem diperbaiki)

2.10 Segitiga daya dari perbaikan faktor daya

Keterangan :

SL = Daya semu dari beban

P = Daya aktif dari keseluruhan sistem

QL = Daya reaktif dari beban

QK = Daya reaktif dari kapasitor

QT = Daya reaktif terkoreksi (daya reaktif total)

ST = Daya semu keseluruhan sistem

D. Kapasitor

Kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan muatan

listrik. Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 lembar plat metal yang dipisahkan

oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya

P

QL SL QK

QT ST

15

udara vakum, keramik, gelas, dan lain-lain. Jika kedua ujung plat metal diberi

tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu

kaki (elektroda) metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif

terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat mengalir

menuju ujung kutup negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke

ujung kutup positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif.

Muatan elektrik ini "tersimpan" selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung

kakinya. Di alam bebas, fenomena kapasitor ini terjadi pada saat terkumpulnya

muatan-muatan positif dan negatif di awan. Coulombs pada abad 18 menghitung

bahwa 1 coulomb = 6,25 x 1018 elektron. Kemudian Michael Faraday membuat

postulat bahwa sebuah kapasitor akan memiliki kapasitansi sebesar 1 farad jika

dengan tegangan 1V dapat memuat muatan elektron sebanyak 1 coulomb. Dengan

rumus dapat ditulis :

Q = CV

Dengan asumsi :

Q = muatan elektron (Coulomb)

C = nilai kapasitansi (Farad)

V = tegangan (Volt)

Dalam praktek pembuatan kapasitor, kapasitansi dihitung dengan

mengetahui luas area plat metal (A), jarak (t) antara kedua plat metal (tebal

dielektrik) dan konstanta (k) bahan dielektrik. Dengan rumusan dapat ditulis

sebagai berikut :

C = (8.85 x 10^-12) (k A/t)

Untuk mencari nilai dari kapasitor biasanya dilakukan dengan

melihat angka atau kode yang tertera pada badan kapasitor tersebut. Untuk

kapasitor jenis elektrolit memang mudah, karena nilai kapasitansinya telah

tertera dengan jelas pada tubuhnya. Sedangkan untuk kapasitor keramik dan

beberapa jenis yang lain nilainya dikodekan. Biasanya kode tersebut terdiri atas

4 digit, dengan 3 digit pertama merupakan angka dan digit terakhir berupa huruf

yang menyatakan toleransinya. Fungsi dari kapasitor, yaitu:

1. Menyimpan tenaga listrik (dalam dielektriknya).

16

2. Menahan arus searah.

3. Penapis.

Kemampuan menyimpan muatan listrik suatu kapasitor dinyatakan dalam

satuan Farad dan dipengaruhi oleh :

1. Luas penampang keping penghantar.

2. Jarak antar keeping.

3. Jenis dielektrika.

Dituliskan dalam persamaan sebagai berikut :

Dd

C ..56,12

Di mana :

C = kapasitas kapasitor

ε = konstanta dielektrikum

D = luas bidang plat

d = jarak antara plat

1. Kapasitor Dalam Hubungan Seri

Jika dua atau lebih kapasitor dirangkai secara berderet / seri seperti pada

gambar 2.7. (b), maka kapasitas kapasitannya menjadi kecil karena terkait seperti

rumus :

C

QV maka

CnCCCCt

1...

1111

321

2. Kapasitor Dalam Hubungan Paralel

Untuk memperoleh kapasitas kapasitor yang lebih besar, dua atau lebih

kapasitor dirangkai secara paralel seperti pada gambar 2.7. (a), maka kapasitas

kapasitannya menjadi besar karena terkait dengan rumus :

Vt = V1+V2+V3 maka Ct = C1 + C2 + C3 +…+ Cn

17

C1

C2

C3

+ -

C1 C2 C3

+ -

(a) (b)

a. Kapasitor hubung paralel

b. Kapasitor hubung seri

Gambar 2.11 Rangkaian kapasitor

E. Dioda

Satu komponen yang paling penting dalam elektronika adalah dioda. Dari

lambang sudah dilihat bahwa arus mempengaruhi sifat dari dioda. Satu sisi dari

dioda disebut anoda dan yang lain katoda. Katoda ada pada ujung depan dari

ujung segitiga. Komponen dioda sering berbentuk silinder kecil dan biasanya

diberi lingkaran pada katoda untuk menunjukkan posisi garis pada lambang.

Kalau bentuk dioda lain dan lingkaran itu tidak ada, posisi dari katoda dan anoda

dapat diketahui dari bentuk komponen dan informasi di buku data.

Contoh dioda dan simbolnya dapat dilihat pada gambar 2.8.

Gambar 2.12 Sebelah kiri lambang dioda, sebelah kanan contoh komponen

Sebagai pendekatan pertama bisa dikatakan bahwa dioda mengizinkan

arus untuk mengalir ke satu arah saja. Ketika anoda mendapatkan tegangan yang

lebih positif daripada katoda, maka arus bisa mengalir dengan bebas. Dalam

situasi ini dikatakan dioda dibias maju. Kalau tegangan dibalikkan, berarti katoda

18

positif terhadap anoda, arus tidak bisa mengalir kecuali suatu arus yang sangat

kecil. Dalam situasi ini dikatakan dioda dibias balik disebut arus balik atau arus

bocor dari dioda dan arus itu begitu kecil sehingga dalam kebanyakan rangkaian

bisa diabaikan. Arus bias mengalir kearah segitiga dalam lambang skema

rangkaian, supaya arus bisa mengalir kearah maju, tegangan harus mendekati

0,7V pada diode silikon disingkat (Si) dan mendekati 0,3V pada diode

Germanium disingkat Ge dan tegangan yang lebih besar lagi untuk LED. Kalau

tegangan lebih kecil daripada batas-batas tersebut sebenarnya juga terdapat arus,

tetapi arus itu kecil.

F. Resistor

Resistor adalah komponen elektronik dua kutub yang didesain untuk

menahan arus listrik dengan memproduksi tegangan listrik di antara kedua

kutubnya, nilai tegangan terhadap resistansi berbanding dengan arus yang

mengalir, berdasarkan hukum Ohm:

V = IR

Resistor digunakan sebagai bagian dari jejaring elektronik dan sirkuit

elektronik, dan merupakan salah satu komponen yang paling sering digunakan.

Resistor dapat dibuat dari bermacam-macam kompon dan film, bahkan kawat

resistansi (kawat yang dibuat dari paduan resistivitas tinggi seperti nikel-

kromium).

Karakteristik utama dari resistor adalah resistansinya dan daya listrik

yang dapat dihantarkan. Karakteristik lain termasuk koefisien suhu, desah listrik,

dan induktansi. Resistor dapat diintegrasikan kedalam sirkuit hibrida dan papan

sirkuit cetak, bahkan sirkuit terpadu. Ukuran dan letak kaki bergantung pada

desain sirkuit, kebutuhan daya resistor harus cukup dan disesuaikan dengan

kebutuhan arus rangkaian agar tidak terbakar.

19

Gambar 2.13 Tiga buah resistor untuk komposisi karbon

Resistor aksial biasanya menggunakan pola pita warna untuk

menunjukkan resistansi. Resistor pasang-permukaan ditandas secara numerik jika

cukup besar untuk dapat ditandai, biasanya resistor ukuran kecil yang sekarang

digunakan terlalu kecil untuk dapat ditandai. Kemasan biasanya cokelat muda,

cokelat, biru, atau hijau, walaupun begitu warna lain juga mungkin, seperti merah

tua atau abu-abu.

Resistor awal abad ke-20 biasanya tidak diisolasi, dan dicelupkan ke cat

untuk menutupi seluruh badan untuk pengkodean warna. Warna kedua diberikan

pada salah satu ujung, dan sebuah titik (atau pita) warna di tengah memberikan

digit ketiga. Aturannya adalah "badan, ujung, titik" memberikan urutan dua digit

resistansi dan pengali desimal. Toleransi dasarnya adalah ±20%. Resistor dengan

toleransi yang lebih rapat menggunakan warna perak (±10%) atau emas (±5%)

pada ujung lainnya.

Identifikasi empat pita adalah skema kode warna yang paling sering

digunakan. Ini terdiri dari empat pita warna yang dicetak mengelilingi badan

resistor. Dua pita pertama merupakan informasi dua digit harga resistansi, pita

ketiga merupakan faktor pengali (jumlah nol yang ditambahkan setelah dua digit

resistansi) dan pita keempat merupakan toleransi harga resistansi. Kadang-kadang

terdapat pita kelima yang menunjukkan koefisien suhu, tetapi ini harus dibedakan

dengan sistem lima warna sejati yang menggunakan tiga digit resistansi.

Sebagai contoh, hijau-biru-kuning-merah adalah 56 x 104Ω = 560 kΩ ±

2%. Deskripsi yang lebih mudah adalah: pita pertama, hijau, mempunyai harga 5

20

dan pita kedua, biru, mempunyai harga 6, dan keduanya dihitung sebagai 56. Pita

ketiga,kuning, mempunyai harga 104, yang menambahkan empat nol di belakang

56, sedangkan pita keempat, merah, merupakan kode untuk toleransi ± 2%,

memberikan nilai 560.000Ω pada keakuratan ± 2%.

Tabel 2.1 Perhitungan Nilai Resistansi

Warna Pita

pertama

Pita

kedua

Pita

ketiga

(pengali)

Pita

keempat

(toleransi)

Pita kelima

(koefisien

suhu)

Hitam 0 0 × 100

Cokelat 1 1 ×101 ± 1% (F) 100 ppm

Merah 2 2 × 102 ± 2% (G) 50 ppm

Jingga

(oranye)

3 3 × 103 15 ppm

Kuning 4 4 × 104 25 ppm

Hijau 5 5 × 105 ± 0.5% (D)

Biru 6 6 × 106 ± 0.25% (C)

Ungu 7 7 × 107 ± 0.1% (B)

Abu-abu 8 8 × 108 ± 0.05% (A)

Putih 9 9 × 109

Emas × 10-1 ± 5% (J)

Perak × 10-2 ± 10% (K)

Kosong ± 20% (M)

Fungsi dari Resistor adalah :

1. Sebagai pembagi arus.

2. Sebagai penurun tegangan.

3. Sebagai pembagi tegangan.

4. Sebagai penghambat aliran arus listrik,dan lain-lain.

Resistor berdasarkan nilainya dapat dibagi dalam 3 jenis yaitu :

1. Fixed Resistor

2. Variable Resistor

3. Resistor Non

Linier

:

:

:

Yaitu resistor yang nilai hambatannya tetap.

Yaitu resistor yang nilai hambatannya dapat diubah-ubah.

Yaitu resistor yang nilai hambatannya tidak linier karena

pengaruh faktor lingkungan misalnya suhu dan cahaya.

21

G. Regulator Tegangan

Cara yang sederhana untuk menyempurnakan pengaturan tegangan

adalah dengan menggunakan regulator tegangan. Tegangan yang berasal dari catu

daya yang tidak diatur digunakan sebagai input Vin terhadap regulator.

LM 78xx dan LM 79xx adalah komponen yang digunakan untuk

pengaturan tegangan yang terdiri dari 3 terminal yaitu terminal input, terminal

ground, dan terminal output. LM78xx merupakan regulator tegangan positif,

sedangkan 79xx merupakan regulator tegangan negatif.

LM 78xx tersedia dengan tegangan keluaran yang berbeda dari 5V

sampai 24V dengan arus keluaran bervariasi dari 100mA sampai 1A. Untuk IC

7805 batas tegangan masukannya sebesar 7,5V sampai 20V DC dengan arus

keluaran 1A dan tegangan keluaran sebesar 5V DC. sedangkan untuk IC 7812

batas tegangan masukannya yaitu 14,8V sampai dengan 27V dengan arus

keluaran 1A dan tegangan keluaran sebesar 12V DC.

LM 78xx tersedia dengan tegangan keluaran yang berbeda dari -5V

sampai -24V dengan arus keluaran bervariasi dari 100mA sampai 1A. Untuk IC

7905 batas tegangan masukannya sebesar -7,5V sampai -20V DC dengan arus

keluaran 1A dan tegangan keluaran sebesar -5V DC. sedangkan untuk IC 7912

batas tegangan masukannya yaitu -14,8V sampai dengan -27Volt dengan arus

keluaran 1A dan tegangan keluaran sebesar -12V DC.

Gambar 2.14 IC regulator tegangan

H. Transistor

Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat,

sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan,

22

modulasi sinyal, atau sebagai fungsi lainnya. Transistor dapat berfungsi semacam

kran listrik, dimana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya

(FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber

listriknya.

Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal, yaitu Basis (B), Emitor

(E) dan Kolektor (C). Tegangan yang di satu terminalnya misalnya Emitor dapat

dipakai untuk mengatur arus dan tegangan yang lebih besar daripada arus input

Basis, yaitu pada keluaran tegangan dan arus output Kolektor. Transistor

merupakan komponen yang sangat penting dalam dunia elektronik modern.

Dalam rangkaian analog, transistor digunakan dalam amplifier (penguat).

Rangkaian analog melingkupi pengeras suara, sumber listrik stabil (stabilisator),

dan penguat sinyal radio. Dalam rangkaian-rangkaian digital, transistor digunakan

sebagai saklar berkecepatan tinggi. Beberapa transistor juga dapat dirangkai

sedemikian rupa sehingga berfungsi sebagai logic gate, memori, dan fungsi

rangkaian-rangkaian.

Gambar 2.15 Berbagai jenis transistor

I. Operational Amplifier (Op-Amp)

Penguat operasional (Operational Amplifier) atau yang biasa disebut op-

amp merupakan suatu jenis penguat elektronika dengan sambatan (coupling) arus

searah yang memiliki faktor penguatan sangat besar dengan dua masukan dan satu

keluaran. Penguat operasional pada umumnya tersedia dalam bentuk sirkuit

terpadu dan yang paling banyak digunakan adalah seri 741.

23

Penguat operasional adalah perangkat yang sangat efisien dan serba

guna. Contoh penggunaan penguat operasional adalah untuk operasi matematika

sederhana seperti penjumlahan dan pengurangan terhadap tegangan listrik hingga

dikembangkan kepada penggunaan aplikatif seperti osilator dengan distorsi

rendah dan komparator.

Rangkaian komparator digunakan untuk membandingkan apakah sinyal

tegangan lebih besar daripada sinyal tegangan lainnya. Rangkaian ini adalah

rangkaian op-amp tanpa menggunakan feedback. Kemungkinan nilai tegangan

output dari rangkaian ini hanya ada dua yaitu:

Berikut ini gambar rangkaian komparator seperti yang terlihat pada

gambar 2.12.

Gambar 2.16 Rangkaian komparator

J. Relai

Relai adalah suatu rangkaian switch magnetik yang bekerja bila

mendapat catu dan suatu rangkaian trigger. Relai memiliki tegangan dan arus

nominal yang harus dipenuhi output rangkaian pendriver atau pengemudinya.

Arus yang digunakan pada rangkaian adalah arus DC.

Terlihat pada gambar 2.13, konstruksi dalam suatu relai terdiri dari lilitan

kawat (coil) yang dililiitkan pada inti besi lunak.

24

Gambar 2.17 Konstruksi relai

Jika lilitan kawat mendapatkan aliran arus, inti besi lunak kontak

menghasilkan medan dan menarik switch kontak. Switch kontak mengalami gaya

listrik magnet sehingga berpindah posisi ke kutub lain atau terlepas dari kutub

asalnya. Keadaan ini akan bertahan selama arus mengalir pada kumparan relai dan

relai akan kembali ke posis semula, yaitu Normaly Open atau Normaly Close, bila

tidak ada lagi arus yang mengalir padanya, posisi normal relai tergantung pada

jenis relai yang digunakan dan pemakaian jenis relai tergantung pada keadaan

yang diinginkan dalam suatu rangkaian. Ada berbagai tipe relai, yang

diklarifikasikan berdasarkan ukuran, bentuk, kapasitas, daya, jumlah, dan tipe

kontak. Menurut kerjanya relai dapat dibedakan menjadi:

1. Tipe Normaly Open (NO), prinsipnya, kontak/switch akan tertutup jika

kumparan dialiri dan terbuka jika tidak ada aliran arus,

2. Tipe Normaly Close (NC), prinsipnya, kontak/switch akan tertutup jika tidak

dialiri arus dan terbuka saat kumparan dialiri arus,

3. Change Over (CO), relai ini mempunyai saklar tunggal yang normalnya

tertutup yang lama, bila kumparan 1 dialiri arus maka saklar aka terhubung ke

25

terminal A, sebaliknya bila kumparan 2 dialiri arus, maka saklar akan

terhubung ke terminal B.

K. Gerbang Logika XOR

Gerbang XOR (dari kata exclusive OR) adalah gerbang logika yangakan

memberikan keluaran 1 jika masukan masukannya mempunyai keadaan yang

berbeda.

Gambar 2.18 Gerbang XOR

Tabel 2.2 Tabel kebenaran logika XOR

Masukan Keluaran

Y A B

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 0

IC 7486 adalah IC gerbang logika XOR yang memiliki 14 (empat belas)

terminal dengan 4 (empat) buah gerbang XOR. IC ini membutuhkan suplai

tegangan 5V agar dapat bekerja.

26

Gambar 2.19 Penjelasan tiap kaki terminal IC 7486

27

BAB III

PERANCANGAN ALAT

A. Blok Diagram dan Prinsip Kerjanya

Diagram blok merupakan penyederhanaan dari rangkaian yang

menyatakan hubungan berurutan dari satu atau lebih rangkaian yang memiliki

kesatuan kerja tersendiri. Diagram blok tidak mempunyai bentuk atau ukuran

yang khusus. Diagram blok Rancang Bangun Alat Perbaikan Faktor Daya

Otomatis Menggunakan Mikrokontroler AT89S52 Sebagai Penggerak Relai Pada

Kapasitor Bank dapat dilihat pada gambar 3.1.

Gambar 3.1 Diagram blok rancang bangun alat perbaikan faktor daya otomatis

menggunakan mikrokontroler AT89S52 sebagai penggerak relai pada kapasitor

bank

28

B. Perancangan Alat

Alat perbaikan faktor daya ini terdiri dari 6 rangkaian dengan tugas yang

berbeda-beda, diantaranya rangkaian catu daya, rangkaian pengkondisi sinyal,

sistem minimum AT89S52, rangkaian penampil tujuh segmen, rangkaian saklar

pemilihan mode, serta rangkaian penggerak relai dan kapasitor bank. Setiap

komponen dalam masing-masing rangkaian dirakit di atas PCB titik dan

dihubungkan dengan komponen lainnya oleh kabel serabut berdiameter 1mm.

Penghubung antar rangkaian adalah soket ISP 10 pin. Sedangkan penghubung

antara rangkaian dengan suplai tegangan PLN adalah soket banana.

1. Rangkaian Catu Daya

Rangkaian catu daya terdiri dari sebuah trafo CT step-down 1A dengan

masukan (input) 220V serta keluaran (output) 12V, 15V, dan 18V. Tegangan

kemudian disearahkan oleh dioda, diratakan oleh kapasitor polar, kemudian

tegangan distabilkan oleh IC regulator tegangan. Dalam rangkaian ini digunakan

beberapa IC Regulator Tegangan, diantaranya 7805 (untuk +5V DC), 7808 (untuk

+8V DC), 7908 (untuk -8V DC), dan 7812 (untuk +12V DC). Tegangan

kemudian diratakan lagi oleh kapasitor polar dan non-polar. Rangkaian catu daya

tersebut dapat dilihat pada gambar 3.2. sebuah kipas pendingin 12 V dipasang

untuk mendinginkan IC regulator tegangan dan Trafo CT.

Gambar 3.2 Trafo CT step-down untuk rangkaian catu daya

29

(a) Catu daya -8V

(b) Catu daya +5V

(c) Catu daya +12V

(d) Catu daya +8V

Gambar 3.3 Rangkaian catu daya dengan keluaran bervariasi

2. Rangkaian Pengkondisi Sinyal

Rangkaian pengkondisi sinyal terdiri dari 1 buah rangkaian pengkondisi

sinyal beda fasa dan 1 buah rangkaian pengkondisi sinyal fasa tegangan.

30

Rangkaian pengkondisi sinyal beda fasa terdiri dari 2 buah IC OP-AMP

741, 1 buah IC gerbang XOR 7486, dua buah dioda, 2 buah resistor 10kΩ, 1 buah

resistor 900Ω dan 1 buah resistor 1010Ω. IC 741 digunakan untuk mengubah

gelombang masukan dari sensor tegangan dan sensor arus menjadi gelombang

kotak. Gelombang ini kemudian disearahkan oleh dioda menjadi sinyal digital.

Sinyal digital dari tegangan dan arus kemudian masuk ke IC 7486 untuk

menghasilkan sinyal beda fasa di keluaran IC 7486 ini.

Rangkaian pengkondisi sinyal fasa tegangan terdiri dari sebuah IC 741, 3

buah dioda, 1 buah resistor 900Ω dan sebuah resistor 10kΩ. Gelombang sinus dari

sensor tegangan diubah menjadi gelombang kotak oleh IC 741, kemudian

disearahkan lagi oleh 3 buah dioda menjadi sinyal digital agar dapat dibaca oleh

mikrokontroler.

Sinyal beda fasa berguna dalam pembacaan nilai cos phi, sedangkan

sinyal fasa tegangan nantinya akan dibandingkan dengan sinyal beda fasa untuk

mengetahui apakah arus tertinggal atau mendahului tegangan.

Rangkaian pengkondisi sinyal beda fasa dapat dilihat pada gambar 3.3

serta rangkaian pengkondisi sinyal fasa tegangan dapat dilihat pada gambar 3.4.

Gambar 3.4 Rangkaian pengkondisi sinyal beda fasa

31

Gambar 3.5 Rangkaian pengkondisi sinyal fasa tegangan

3. Rangkaian Mikrokontroler (Sistem Minimum AT89S52)

Rangkaian sistem minimum AT89S52 pada perancangan kali ini dapat

dilihat pada gambar 3.5.

Gambar 3.6 Sistem minimum AT89S52

4. Rangkaian Penampil Tujuh Segmen

Tujuh segmen digunakan untuk menampilkan nilai cos phi. Rangkaian

penampil tujuh segmen terdiri dari 3 buah tujuh segmen yang dilengkapi dengan

32

dua buah IC 7447. IC ini berguna untuk mengubah 4 digit data (1 nibble) menjadi

bilangan hexadesimal jika dihubungkan dengan tujuh segmen comon anoda.

Dari 3 buah tujuh segmen, 2 buah tujuh segmen digunakan untuk

menampilkan nilai cos phi, sedangkan 1 buah tujuh segmen digunakan untuk

menampilkan tanda minus atau blank (kondisi leading atau lagging). Tujuh

segmen yang digunakan adalah yang berjenis comon anoda. Rangkaian penampil

tujuh segmen pada perancangan kali ini dapat dilihat pada gambar 3.7 dan gambar

3.8.

Gambar 3.7 Rangkaian penampil nilai cos phi

Gambar 3.8 Rangkaian penampil kondisi leading atau lagging

5. Rangkaian Saklar Pemilihan Mode

Saklar pemilihan mode ini berfungsi untuk memilh mode kerja dari alat

perbaikan faktor daya ini, apakah akan bekerja pada mode pembacaan nilai cos

phi dan perbaikan faktor daya, atau hanya bekerja pada mode pembacaan nilai cos

phi saja.

33

Gambar 3.9 Rangkaian saklar pemilihan mode

6. Rangkaian Penggerak Relai dan Kapasitor Bank

Dalam rangkaian ini terdiri dari 17 buah relai 12V DC, 17 buah transistor

NPN C945, 17 buah resistor 10kΩ, dan 9 buah kapasitor (kapasitor bank) dengan

nilai masing-masing 4,7µF. Dari 17 buah relai, 16 buah berfungsi untuk

mengkonfigurasi rangkaian kapasitor yang berguna dalam penentuan nilai

kapasitansi keseluruhan, sedangkan 1 buah lagi berfungsi untuk menghubungkan

atau memutuskan rangkaian kapasitor dengan beban. Transistor dan resistor

digunakan untuk membantu mikrokontroler yang bekerja pada tegangan 5V DC

agar dapat mengendalikan relai yang bekerja pada tegangan 12V DC. Rangkaian

penggerak relai dan kapsitor bank dapat dilihat pada gambar 3.10.

34

Gambar 3.10 Rangkaian penggerak relai dan kapasitor bank

35

Saat mikrokontroler memberikan logika 1 (tegangan 5V), maka akan

timbul arus di basis transistor yang mengakibatkan arus mengalir pada kolektor

transistor yang besarnya 100 kali arus di basis transistor. Terminal koil dari relai

terhubung seri dengan kolektor transistor sehingga arus yang mengalir di kolektor

transistor sama dengan arus yang mengalir di koil relai. Arus yang mengalir di

koil relai itu adalah sebesar :

orArusKolektArusKoil

sis100xArusBaorArusKolekt

iTahananSer

sicEmiterTeganganBaerkrokontrolTeganganMiArusBasis

10000

0,75ArusBasis

10000

4,3ArusBasis

sis100xArusBaorArusKolekt

10000

4,3100xorArusKolekt

0,043AorArusKolekt

0,043AorArusKolektArusKoil

Tahanan internal koil adalah sebesar 400Ω, sehingga tegangan di

terminal koil adalah :

ahananKoilArusKoilxTilTeganganKo

0,043x400ilTeganganKo

17,2VilTeganganKo

Karena tegangan suplai relai hanya sebesar 12V, maka tegangan koil

hanya sebesar 12V.

36

Dari perhitungan tersebut didapat bahwa saat mikrokontroler

memberikan logika 1 (tegangan 5V) maka relai akan bekerja (karena

mendapatkan tegangan 12V), namun saat mikrokontroler memberikan logika 0

(tegangan 0V) maka relai tidak bekerja. Jadi untuk mengkonfigurasi rangkaian

kapasitor maka mikrokontroler cukup memberikan sinyal ke masing-masing

transistor.

Untuk mengetahui aktif atau tidaknya masing-masing relai maka sebuah

LED dan resistor 680Ω dipasang paralel dengan masing-masing relai.

Pada rancang bangun alat perbaikan faktor daya ini, ada 45 jenis

konfigurasi rangkaian kapasitor. Daftar relai aktif beserta nilai kapasitansinya

dapat dilihat pada tabel 3.1.

Tabel 3.1 Daftar relai aktif beserta nilai kapasitansi dari kapasitor bank

No. Relai Aktif Nilai Kapasitansi (µF)

1. - 47/90

2. 4, 12, 1, 9 329/330

3. 5, 13, 4, 12, 3, 11, 2, 10, 1, 9 141/95

4. 6, 14, 5, 13, 3, 11, 1 611/310

5. 7, 15 188/75

6. 7, 15, 5, 13, 4, 12, 3 329/110

7. 7, 15, 6, 14, 5 3,525

8. 7, 15, 6, 14, 5, 13, 4, 12, 3, 11, 2 141/35

9. 8 4,7

10. 8, 16, 2, 10, 1 611/110

11. 8, 16, 4, 12, 3 423/70

12. 8, 16, 5, 13, 4 6,58

13. 8, 16, 6 7,05

14. 8, 16, 6, 14, 4 7,52

15. 8, 16, 6, 14, 5, 13, 4 8,225

16. 8, 16, 6, 14, 5, 13, 4, 12, 3, 11, 2 517/60

17. 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 1 9,4

37

18. 8, 16, 7, 15 141/14

19. 8, 16, 7, 15, 3 10,575

20. 8, 16, 7, 15, 4, 12 1551/140

21. 8, 16, 7, 15, 5, 13 658/55

22. 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 1, 2 14,1

23. 8, 16, 7, 15, 6, 14 893/60

24. 8, 16, 7, 15, 6, 14, 2, 10 846/55

25. 8, 16, 7, 15, 6, 14, 3, 11 1739/110

26. 8, 16, 7, 15, 6, 14, 4 16,45

27. 8, 16, 7, 15, 6, 14, 4, 12, 2 16,92

28. 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 1, 2, 3 18,8

29. 8, 16, 7, 15, 6, 14, 5, 13 19,74

30. 8, 16, 7, 15, 6, 14, 5, 13, 2 611/30

31. 8, 16, 7, 15, 6, 14, 5, 13, 3 21,15

32. 8, 16, 7, 15, 6, 14, 5, 13, 3, 11, 1 21,62

33. 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 1, 2, 3, 4 23,5

34. 8, 16, 7, 15, 6, 14, 5, 13, 4, 12 24,675

35. 8, 16, 7, 15, 6, 14, 5, 13, 4, 12, 1 376/15

36. 8, 16, 7, 15, 6, 14, 5, 13, 4, 12, 2 25,85

37. 8, 16, 7, 14, 6, 14, 5, 13, 4, 12, 2, 10 26,32

38. 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 1, 2, 3, 4, 5 28,2

39. 8, 16, 7, 15, 6, 14, 5, 13, 2 893/30

40. 8, 16, 7, 15, 6, 14, 5, 13, 4, 12, 3, 11, 1 30,55

41. 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 1, 2, 3, 4, 5, 6 32,9

42. 8, 16, 7, 15, 6, 14, 5, 13, 4, 12, 3, 11, 2, 10 35,25

43. 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 37,6

44. 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 42,3

45. 17 0

38

C. Alat dan Bahan yang Digunakan

Dalam pembuatan alat perbaikan faktor daya ini dibutuhkan alat-alat

pendukung yang sesuai serta penentuan bahan dan komponen yang tepat untuk

meminimalisir tingkat kegagalan serta mempercepat proses pembuatannya.

1. Alat yang Digunakan

Secara lengkap peralatan yang digunakan dapat dillihat pada tabel 3.2 di

bawah ini.

Tabel 3.2 Peralatan yang digunakan pada rancang bangun

No. Alat yang Digunakan Unit Jumlah

1. Obeng Set Set 1

2. Testpen Buah 1

3. Tang Set Set 1

4. Solder Buah 1

5. Sedot Timah Buah 1

6. Multitester Buah 1

7. Lampu Duduk Buah 1

8. Bor Buah 1

9. Palu Buah 1

10. Gergaji Buah 1

11. Cutter Buah 1

2. Bahan dan Komponen yang Digunakan

Bahan dan komponen yang digunakan dapat dilihat pada tabel 3.3.

Tabel 3.3 Bahan dan komponen yang digunakan

No. Bahan / Komponen yang Digunakan Unit Jumlah

1. Kawat Timah meter 100

2. Kabel Serabut Ø 1mm meter x 10 10

3. PCB titik Buah 6

4. Stop Kontak soket “8” Set 1

39

5. Soket 10 Pin Set 6

6. Dudukan Rangkaian Set 1

7. Fuse 4A Set 1

8. Soket 4 Pin set 1

9. Soket Banana Set 6

10. Stop Kontak Buah 1

11. Fan 12V DC Buah 1

12. Heat Sink Buah 1

13. Kapasitor 1nF Buah 3

14. IC OP-AMP 741 Set 3

15. IC Gerbang XOR 7486 Set 1

16. IC AT89S52 Set 1

17. Kristal 12 MHz Buah 1

18. Saklar Tekan Buah 1

19. Relai 12V DC Buah 17

20. Kapasitor 4,7 µF 250V Buah 9

21. Transistor NPN C945 Buah 17

22. LED Buah 17

23. Tujuh Segmen comon anoda Buah 3

24. Dioda 3A 1N5401 Buah 4

25. Dioda 1A 1N4001 Buah 13

26. Resistor 6,8kΩ 2W Buah 1

27. Resistor 680kΩ 2W Buah 1

28. Resistor 680Ω 1/4W Buah 17

29. Resistor 10kΩ 1/4W Buah 28

30. Resistor 330Ω 1/4W Buah 15

31. Resistor 4,7kΩ 1/4W Buah 1

32. Saklar Buah 1

33. Kapasitor Polar 1000µF Buah 4

34. Kapasitor Polar 100µF Buah 3

40

35. Kapasitor Polar 330µF Buah 1

36. Kapasitor 10nF Buah 1

37. Kapasitor 100nF Buah 1

38. Kapasitor 22pF Buah 2

39. Kapasitor 22µF Buah 1

40. IC Regulator Tegangan 7805 Buah 1

41. IC Regulator Tegangan 7808 Buah 1

42. IC Regulator Tegangan 7908 Buah 1

43. IC Regulator Tegangan 7812 Buah 1

D. Perancangan Diagram Alir Program

Perancangan program pada alat perbaikan faktor daya dibuat dengan

algoritma pemrograman. Untuk itu diperlukan pembuatan flowchart. Diagram alir

program dari rancang bangun alat perbaikan faktor daya ini dapat dilihat pada

gambar 3.11.

41

Gambar 3.11 Diagram alir program alat perbaikan faktor daya

E. Uraian Kerja Alat

Alat bekerja secara otomatis, dimulai dengan tegangan dari sensor arus

dan tegangan dari sensor tegangan yang masih berupa tegangan bolak-balik (AC).

Nilai kapasitansi dari kapasitor bank sama dengan 0µF (relai 17 aktif).

42

Gambar 3.12 Titik-titik keluaran sensor arus dan sensor tegangan yang masuk ke

pengkondisi sinyal

Jika beban Z memiliki faktor daya 0,5 lagging, sudut antara tegangan dan arus

adalah :

Maka gambar hubungan tegangan di titik A-B dan tegangan di titik C-D adalah

sebagai berikut :

Gambar 3.13 Hubungan tegangan di titik A-B dan tegangan di titik C-D

Nilai k dan l adalah :

E

Z

K

A B

C

D

6,8kΩ

680 kΩ

43

Titik A-B dan titik C-D dihubungkan dengan pengkondisi sinyal. Pada

rangkaian pengkondisi sinyal beda fasa, rangkaiannya adalah sebagai berikut :

Gambar 3.14 Hubungan rangkaian pengkondisi sinyal beda fasa dengan titik A-B

dan titik C-D

Hubungan tegangan K dengan L serta tegangan M dengan N adalah sebagai

berikut :

(a) Tegangan di titik K dan titik L (terhadap grounding)

Tegangan titik L

Tegangan titik K

7V

-7V

600

44

(b) Tegangan di titik M dan titik N (terhadap grounding)

Gambar 3.15 Hubungan tegangan K dengan L serta tegangan M dengan N

Tegangan yang masuk ke mikrokontroler (tegangan di titik O) adalah sebagai

berikut :

Gambar 3.16 Tegangan di titik O (terhadap grounding)

Tegangan di titik O akan masuk ke mikrokontroler.

Pada rangkaian pengkondisi sinyal fasa tegangan, rangkaiannya adalah

sebagai berikut :

5V

600

Tegangan titik N

Tegangan titik M

6,3V

600

45

Gambar 3.17 Hubungan rangkaian pengkondisi sinyal fasa tegangan dengan titik

C-D

Tegangan dan fasa di titik P sama dengan tegangan dan fasa di titik L.

Fasa di titik Q sama dengan fasa di titik N, namun tegangannya berkurang 1,4 V

karena melewati dua buah dioda. Gambar perbadingan fasa tegangan di titik O

dengan fasa tegangan di titik Q dapat dilihat pada gambar 3.16.

Gambar 3.18 Fasa tegangan di titik O dengan fasa tegangan di titik Q

Dari gambar 3.14 terlihat bahwa tegangan 5V yang masuk ke

mikrokontroler (logika 1) merupakan sinyal beda fasa antara fasa arus (tegangan

A-B) dengan fasa tegangan (tegangan C-D). Mikrokontroler akan menghitung

waktu dari mikrokontroler mendapat sinyal transisi dari 0 ke 1 hingga transisi dari

1 ke 0 secara berkelanjutan (otomatis), sehingga perubahan faktor daya pada

sistem (total beban + kapasitor bank) dapat selalu terdeteksi. Perhitungan waktu

dari mikrokontroler berdasarkan frekuensi yang diberikan oleh PLN, yaitu 50Hz.

C

D

P

Q

46

Jadi, untuk faktor daya 0,5 lagging, maka waktu yang dihitung mikrokontroler

dari transisi 0 ke 1 hingga transisi 1 ke 0 adalah :

Mengingat kurangnya tingkat keakurasian sensor dan pengkondisi sinyal,

kemungkinan waktu yang terbaca di mikrokontroler sama dengan perhitungan di

atas adalah kecil sekali. Oleh karena itu, dalam perencanaan program kami

memutuskan bahwa untuk waktu yang ditempuh pada faktor daya 0 (sudut ⱷ

terbesar, yaitu 900) adalah 4500µs (dari yang seharusnya 5000µs) sehingga untuk

memperoleh sudut ⱷ kami membagi waktu yang dibaca oleh mikrokontroler

dengan 50 (faktor daya 0 maka sudut ⱷ = 900, 4500/50 = 90). Hasil dari

pembagian ini kemudian akan dikonversi oleh mikrokontroler ke nilai cos ⱷ. Hasil

konversi ini kemudian akan dikirim ke tujuh segmen.

Dari gambar 3.16 terlihat fasa tegangan antara titik O dengan fasa

tegangan titik Q yang akan dibandingkan oleh mikrokontroler untuk mengetahui

47

kondisi faktor daya sistem (leading atau lagging). Jika sinyal transisi dari 0 ke 1

di titik Q dibarengi dengan sinyal transisi dari 0 ke 1 di titik O, maka faktor daya

sistem lagging. Jika sinyal transisi dari 0 ke 1 di titik Q tidak dibarengi dengan

sinyal transisi dari 0 ke 1 di titik O maka faktor daya leading. Kondisi ini juga

akan dikirim ke tujuh segmen.

Langkah kerja alat perbaikan faktor daya ini adalah sebagai berikut :

1. Saat alat perbaikan faktor daya disambungkan dengan sumber listrik PLN,

maka secara otomatis alat ini berada pada mode pengukuran (relai 17 aktif,

kapasitor bank masih belum tersambung ke sistem). Nilai dan kondisi faktor

daya sistem terbaca di tujuh segmen.

2. Saat mode diubah ke mode pengukuran dan perbaikan faktor daya (dengan

menyalakan saklar pemilihan mode sesaat lalu mematikannya lagi), maka alat

ini akan memperbaiki faktor daya sistem secara berkelanjutan agar faktor

daya sistem selalu mendekati 1. Nilai dan kondisi faktor daya sistem terbaca

di tujuh segmen.

3. Saat mikrokontroler membaca faktor daya sistem berada pada kondisi lagging

maka mikrokontroler akan melihat kondisi relai yang aktif. Jika relai yang

aktif hanya relai 17 (kapasitor bank belum terhubung ke sistem) maka

mikrokontroler akan menonaktifkan relai 17 (kapasitansi naik ke level 1, lihat

tabel 3.2). Lalu mikrokontroler melihat kondisi faktor daya sistem kembali

dan akan mengonfigurasi relai agar nilai kapasitansi naik ke level di atasnya

ketika kondisi faktor daya sistem masih lagging (lihat tabel 3.2). Saat kondisi

faktor daya masih lagging sedangkan kondisi relai telah berada pada level

maksimum (level 44) maka mikrokontroler akan mempertahankan kondisi

relai tersebut sampai mikrokontroler membaca kondisi faktor daya sistem

leading.

4. Saat mikrokontroler membaca faktor daya sistem berada pada kondisi leading

maka mikrokontroler akan melihat kondisi relai yang aktif. Jika hanya relai

17 yang tidak aktif (kapasitor bank berada pada nilai kapasitansi tertinggi,

lihat tabel 3.2) maka mikrokontroler akan mengonfigurasi relai agar nilai

kapasitansi turun ke level di bawahnya (lihat tabel 3.2). Lalu mikrokontroler

48

melihat kondisi faktor daya sistem kembali dan akan mengonfigurasi relai

agar nilai kapasitansi turun ke level di bawahnya ketika kondisi faktor daya

sistem masih leading (lihat tabel 3.2). Saat kondisi faktor daya masih leading

sedangkan kondisi relai telah berada pada level minimum (level 1) maka

mikrokontroler akan mengaktifkan relai 17. Kondisi relai ini akan

dipertahankan sampai mikrokontroler membaca kondisi faktor daya sistem

lagging.

5. Saat mikrokontroler membaca faktor daya sistem bernilai 1, maka konfigurasi

relai tidak akan berubah sampai faktor daya menurun.

6. Saat mode diubah ke mode pengukuran kembali (dengan menyalakan saklar

pemilihan mode sesaat lalu mematikannya lagi), maka relai 17 akan aktif.

Nilai dan kondisi faktor daya sistem akan terbaca di 7 segmen. Sistem tidak

akan mengubah konfigurasi relai sampai mode diubah ke mode pengukuran

dan perbaikan faktor daya.

49

BAB IV

PENGUJIAN ALAT

Pengujian alat ini dilakukan dengan menggunakan 5 buah beban, yaitu 2

buah lampu pijar 100W, Pengeras Suara (TOA), kipas angin 39W, dan pompa

100W.

A. Pengecekan Nilai Faktor Daya Beban

Pengecekan nilai perbaikan faktor daya beban dilakukan saat alat

perbaikan faktor daya ini berada pada mode pengukuran. Nilai faktor daya dari

masing-masing beban serta keseluruhan beban (tertampil di tujuh segmen) dapat

dilihat pada tabel di bawah ini :

Tabel 4.1 Nilai faktor daya beban

No. Beban Faktor Daya

1. Pompa 100W 0,90 (Lagging)

2. Lampu Pijar (100W) 1

3. Pengeras Suara (TOA) 0,22 (Lagging)

4. Kipas Angin 39W 0,95 (Lagging)

5. Pompa, Lampu Pijar, Pengeras Suara, Kipas Angin 0,96 (Lagging)

6. Tanpa Beban 1

B. Perbaikan Faktor Daya

Percobaan dilakukan dengan terlebih dahulu memasang kesemua beban

sekaligus, lalu mengubah mode alat menjadi mode pengukuran dan perbaikan

faktor daya, kemudian satu per satu beban dilepas hingga tidak ada beban yang

terpasang, kemudian beban dipasang kembali satu per satu hingga kesemua beban

terpasang kembali. Percobaan itu dilakukan berulang-ulang hingga didapatkan 20

buah data.

Data percobaan perbaikan faktor daya dapat dilihat pada tabel 4.2

50

Tabel 4.2 Data percobaan perbaikan faktor daya

No

.

Beban

Faktor

Daya

No. Urut

Relai Aktif

Kapasitansi

(µF) Pengeras

Suara

(TOA)

Pompa Kipas

Angin

Lampu

Pijar

Lampu

Pijar (Berdasarkan Tabel 3.1)

1. V V V V V 1 8 141/35

2. V V X V V 0,99 8 141/35

3. X V X V V 1 8 141/35

4. X X X V V -0,99 5 188/75

5. X X X X V -0,99 3 141/95

6. X X X X X 1 45 0

7. X V X X X 1 9 4,7

8. X V V X X 1 9 4,7

9. V V V X X -0,99 21 658/55

10. V V V V X 1 21 658/55

11. V V V V V 1 21 658/55

12. V X V V V 1 21 658/55

13. X X V V V 1 8 141/35

14. X X X V V -0,99 7 3,525

15. X X X X X 1 45 0

16. X X X X V 1 1 47/90

17. X X X V V 1 1 47/90

18. X V X V V 0,99 5 188/75

19. V V X V V 1 9 4,7

20. V V V V V 0,99 9 4,7

Keterangan:

1. Tanda minus (-) pada faktor daya menyatakan bahwa faktor daya leading.

2. Tanda centang (V) menyatakan beban terpasang, sedangkan tanda silang (X)

menyatakan beban tidak terpasang.

3. Relai aktif dilihat dari lampu LED indikator yang terpasang paralel dengan

terminal koil masing-masing relai. Jika lampu LED indikator menyala maka

relai aktif. Sebaliknya jika lampu LED indikator mati maka relai tidak aktif.

51

BAB V

PENUTUP

A. Kesimpulan

Setelah merancang dan menguji alat perbaikan faktor daya ini, maka

diperoleh kesimpulan sebagai berikut :

1. Nilai kapasitansi dari kapasitor bank ditentukan dengan melihat relai mana

saja yang aktif. Relai aktif ditentukan dengan melihat lampu LED indikator

yang terpasang paralel dengan terminal koil dari masing-masing relai. Jika

lampu LED indikator menyala maka relai aktif, sedangkan jika lampu LED

indikator mati maka relai tidak aktif.

2. Alat perbaikan faktor daya ini dapat bekerja secara otomatis dengan

mempertahan faktor daya keseluruhan (kapasitor bank dan beban) bernilai

0,99 – 1 (nilai faktor daya yang tertampil di tujuh segmen) meskipun

bebannya berubah-ubah. Terlihat pada tabel 4.2 meskipun bebannya berubah-

ubah namun faktor dayanya tetap (0,99 – 1).

B. Saran

Agar alat perbaikan faktor daya ini dapat lebih sempurna dan bermanfaat,

maka penulis memberikan saran-saran sebagai berikut:

1. Alat perbaikan faktor daya ini masih menggunakan PCB titik dan penghubung

berupa kabel antar komponen sehingga tampak rumit. Perancangan tata letak

komponen dan layout PCB terlebih dahulu akan memudahkan proses

pembuatan dan memperindah alat ini dari segi estetikanya. Perancangan tata

letak komponen dan layout PCB yang sesuai juga akan membuat alat ini

menjadi lebih tahan lama.

2. Alat perbaikan faktor daya ini masih menggunaan 4 buah dioda yang hanya

mampu melewatkan arus sebesar 6A. Sebaiknya dipilih dioda-dioda yang

mampu melewatkan arus lebih besar agar dapat memperbaiki beban-beban

dengan arus yang lebih besar dari 6A.

52

3. Beban-beban yang digunakan dalam percobaan ini hanya 5 buah sehingga data

hasil percobaan sangat minim. Pemilihan beban-beban dengan faktor daya

kecil serta dengan jumlah yang lebih banyak dapat menambah data hasil

percobaan sehingga didapatkan kesimpulan yang lebih baik.

4. Terdapat perbedaan yang cukup drastis dimana data No.1 dengan data No.11

(Tabel 4.2) menunjukkan nilai kapasitansi yang jauh berbeda meskipun

bebannya sama dan nilai faktor dayanya juga sama. Perancangan program dan

pemilihan komponen yang lebih teliti akan meningkatkan akurasi kerja dari

alat ini dalam membaca nilai cos phi dan memperbaiki faktor daya.

5. Dalam pengambilan data juga ditemukan beberapa lampu LED indikator yang

menyala redup. Ini kemungkinan terjadi karena ada masalah dalam koil relai.

Sebaiknya tentukanlah terlebih dahulu kondisi masing-masing relai sebelum

merangkainya karena pemilihan relai yang bagus sangat menentukan proses

perbaikan faktor daya ini.

DAFTAR PUSTAKA

Usman. 2008. Teknik Antarmuka + Pemrograman Mikrokontroler AT89S52.

Edisi Pertama. Yogyakarta : ANDI.

http://eprints.undip.ac.id/25623/1/ML2F096631.pdf

www.eepis-its.edu/uploadta/downloadmk.php?id=1891

http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/25206/4/Chapter%20II.pdf

Lampiran 1 : AT89S52 Datasheet

Lampiran 2 : LM741 Datasheet

Lampiran 3 : DM7447 Datasheet

Lampiran 4 : HD7486 Datasheet

Lampiran 5 : Gambar Alat Perbaikan Faktor Daya