bab iv pengujian dan analisis -...
Post on 20-May-2019
218 Views
Preview:
TRANSCRIPT
32
BAB IV
PENGUJIAN DAN ANALISIS
Pada bab ini akan dibahas mengenai pengujian alat serta analisis dari hasil
pengujian. Tujuan dilakukan pengujian adalah mengetahui sejauh mana kinerja hasil
perancangan yang telah dibahas pada Bab III serta mengetahui tingkat keberhasilan
setiap spesifikasi yang telah diajukan. Pengujian yang dilakukan meliputi pengujian
perbagian maupun keseluruhan sistem. Bagian-bagian yang akan diuji adalah
- Modul charger aki kering
- Modul penghsil sinyal (kotak 1, kotak 2, PWM 1, PWM 2)
- Modul H-bridge
- Modul step-up tegangan
- Modul Filter
4.1. Pengujian Charger Aki Kering
Catu daya merupakan bagian yang sangat penting bagi seluruh bagian, karena
bagian catu daya bertanggung jawab untuk menyediakan daya yang nantinya akan
dibutuhkan oleh seluruh bagian pada sistem.
Sesuai dengan perancangan yang telah dibahas pada Bab III, catu daya yang
dirancang harus memiliki tegangan keluaran sebesar 12 VDC. Pada ssat dilakukan
pengujian tanpa menggunakan beban, nilai keluaran dari charger aki kering adalah
13,86 volt. Gambar 4.1 berikut ini menunjukkan pengujian modul charger aki tanpa
beban yang sudah dibuat.
33
Gambar 4.1. Pengujian modul charger aki kering tanpa beban
Pengujian modul charger aki kering juga dilakukan dengan memberikan beban
resistor yang dipasang paralel dengan multimeter merk FLUKE 115 TRUE RMS
MULTIMETER. Hasil pengujian dengan memasang beban resistor dapat dilihat pada
Tabel 4.1 berikut ini
Tabel 4.1. Uji beban modul charger aki kering
Beban (Ω) Tegangan Keluaran Saat
Dibebani (volt) Regulasi (%)
20 9,18 33,77
50 10,98 20,78
70 11,72 15,44
100 12,27 11,47
Regulasi tegangan merupakan kemampuan suatu sistem untuk menghasilkan
pendekatan nilai tegangan yang konstan melalui perubahan dari kondisi beban. Regulasi
tegangan dapat dirumuskan
34
𝑉𝑅 =𝑉𝑁𝐿 − 𝑉𝐹𝐿𝑉𝐹𝐿
𝑥100%
Dimana
VR = Regulasi tegangan
VNL = Tegangan keluaran saat tidak dibebani
VFL = Tegangan keluaran saat dibebani maksimum
Dengan melihat hasil uji coba pada Tabel 4.1 dapat disimpulkan bahwa drop
tegangan pada modul charger aki kering akan semakin besar jika diberi beban resistor
yang mendekati 0 ohm.
4.2. Pengujian Modul Penghasil Sinyal
Tahap pengujian ini bertujuan untuk mengetahui hasil keluaran yang dihasilkan
oleh modul-modul penghasil sinyal dimana sinyal-sinyal yang dihasilkan ini akan
menentukan on atau off-nya MOSFET pada modul H-bridge. Gambar 4.2 berikut ini
menunjukkan modul penghasil sinyal yang akan diuji.
Gambar 4.2. Modul penghasil sinyal
PWM 2 PWM 1
Kotak 1 Kotak 2
Vcc ground
35
Sinyal-sinyal yang dihasilkan ada 4 yaitu sinyal PWM (PWM 1), PWM 2
(inverting PMW), kotak (kotak 1), dan kotak 2 (inverting kotak). Hasil pengujian modul
penghasil sinyal dengan menggunakan osiloskop dapat dilihat pada Gambar 4.3,
Gambar 4.4, Gambar 4.5, dan Gambar 4.6 berikut ini
Gambar 4.3. Sinyal PWM (PWM 1)
Gambar 4.4. Sinyal inverting PWM (PWM 2)
36
Gambar 4.5. Sinyal kotak (kotak 1)
Gambar 4.6. Sinyal inverting kotak (kotak 2)
Keempat sinyal yang dihasilkan ini mempunyai amplitudo dan frekuensi yang
berbeda. Tabel 4.2 berikut ini akan menunjukkan amplitudo dan frekuensi yang
dihasilkan oleh masing-masing sinyal
Tabel 4.2. Hasil uji coba modul penghasil sinyal
Sinyal Amplitudo (volt) Frekuensi (Hz)
PWM 1 11 1000
PWM 2 10,8 1041
Kotak 1 13 52,08
Kotak 2 11,6 52
37
Keempat sinyal yang dihasilkan oleh modul penghasil sinyal diharapkan
mempunyai amplitudo 12 volt dengan frekuensi 50Hz untuk sinyal kotak 1 dan kotak 2.
Sedangkan untuk frekuensi sinyal PWM 1 dan PWM 2 yang diharapkan adalah 1kHz.
Jika melihat hasil uji coba modul penghasil sinyal pada Tabel 4.2, keempat sinyal yang
dihasilkan oleh modul penghasil sinyal ini sudah cukup sesuai dengan perancangan.
4.3. Pengujian Modul H-Bridge
Pengujian modul H-bridge ini dilakukan untuk mengetahui keluaran yang
dihasilkan oleh modul H-bridge, dimana sinyal yang dihasilkan akan menentukan arah
aliran arus listriknya. Gambar 4.7 berikut ini menunjukkan modul H-bridge yang akan
diuji
Gambar 4.7. Modul H-bridge
Modul penghasil sinyal digabung dengan modul H-bridge kemudian keluaran
dari modul H-bridge dilihat dengan menggunakan osiloskop. Sinyal yang dihasilkan
oleh gabungan kedua modul ini dapat dilihat pada Gambar 4.8
PWM 2 PWM 1 Kotak 1 Kotak 2
Keluaran
H-bridge
Keluaran
H-bridge
38
Gambar 4.8. Sinyal PWM 3 level
Berdasarkan pengujian yang dilakukan, sinyal PWM 3 level keluaran dari modul
H-bridge ini mempunyai mempunyai 3 level tegangan sebesar 13,2 volt untuk bagian
high-nya, nol untuk bagian tengahnya, dan -14,6 volt untuk bagian low-nya. Dengan
kata lain, sinyal PWM 3 level tersebut mempunyai amplitudo sebesar 13,2 – (-14,6) =
27,8 volt. Frekuensi sinyal PWM 3 level ini adalah 54,05 Hz. Jika keluaran modul H-
bridge diukur dengan menggunakan multimeter merk FLUKE 115 TRUE RMS
MULTIMETER, nilai yang terukur adalah 8,52 VAC atau setara dengan 12 VDC. Sinyal
PWM 3 level yang dihasilkan ini sudah sesuai dengan perancangan.
4.4. Pengujian Modul Step-up Tegangan
Pengujian modul step-up tegangan ini bertujuan untuk mengukur tegangan
keluaran yang akan digunakan untuk menaikkan tegangan PWM 3 level. Pada saat
dilakukan pengujian modul tanpa beban dengan menggunakan multimeter merk FLUKE
115 TRUE RMS MULTIMETER, modul step-up tegangan ini dapat menghasilkan
tegangan sebesar 311 VDC. Gambar 4.9 berikut ini menunjukkan modul step-up
tegangan yang dibuat
39
Gambar 4.9. Modul step-up tegangan
Ketika modul step-up tegangan ini dihubungkan ke sistem untuk menaikkan
tegangan PWM 3 level, nilai tegangan PWM 3 level keluaran modul H-bridge yang
terukur oleh multimeter merk FLUKE 115 TRUE RMS MULTIMETER adalah 183,5
VAC atau setara dengan 259,5 VDC. Tegangan keluaran yang dihasilkan seharusnya
adalah sekitar 220 VAC atau setara dengan 311 VDC. Hal ini menunjukkan bahwa
terjadi drop tegangan yang cukup besar. Hal ini disebabkan oleh nilai hambatan
masukan sistem yang dicatu lebih besar daripada hambatan keluaran dari modul step-up
tegangan yang dibuat.
4.5. Pengujian Modul Filter
Sinyal masukan yang dilewatkan Band Pass Filter ini merupakan keluaran dari
modul H-bridge yaitu sinyal PWM 3 level. Pengujian modul filter ini bertujuan untuk
mengetahui keluaran sinyal yang nantinya akan digunakan untuk mencatu beban AC,
sehingga dapat mengetahui apakah filter yang dibuat sudah mirip dengan sinyal
40
sinusoida yang dihasilkan oleh PLN atau belum. Gambar 4.10 berikut ini menunjukkan
modul filter LC yang dibuat.
Gambar 4.10. Modul filter LC
Keluaran sinyal PWM 3 level setelah melewati modul filter LC yang dirancang
seperti pada Gambar 4.10 dapat dilihat pada Gambar 4.11 berikut ini.
Gambar 4.11. Sinyal keluaran filter LC
41
Hasil uji coba filter LC pada Gambar 4.11 menunjukkan bahwa sinyal sinus
yang dihasilkan masih kurang bagus karena bentuk sinyal sinus yang dihasilkan agak
kotak pada bagian kanannya. Sedangkan frekuensi yang keluaran filter LC sudah cukup
sesuai dengan perancangan.
4.6. Pengujian Sistem Keseluruhan
4.6.1. Pengukuran Efisiensi Daya dan Kapasitas Maksimum
Uji coba ini bertujuan untuk mengetahui batas kemampuan maksimum sistem
secara keseluruhan dalam melayani beban dan mengetahui besar efisiensi daya dari
sistem yang dirancang. Efisiensi daya dapat dihitung dengan menggunakan persamaan
𝜂 =𝑃𝑜𝑢𝑡𝑃𝑖𝑛
𝑥 100%
dimana
𝜂 = efisiensi daya
Pout = daya keluaran = Vout x Iout
Pin = daya masukan = Vin x Iin
Pengujian dilakukan dengan cara memasang beban lampu yang mempunyai
kapasitas daya bervariasi secara bergantian. Pengukuran dilakukan dengan
menggunakan multimeter. Prinsip pengukuran efisiensi daya yang dilakukan adalah
Gambar 4.12. Pengukuran efisiensi daya
SISTEM UPS
Iin Iout
Vin Vout
42
Tegangan masukan (Vin) merupakan tegangan searah (DC), sedangkan tegangan
keluarannya (Vout) merupakan tegangan efektif dari tegangan sinusoida (VRMS) yang
terukur melalui multimeter. Hal ini berlaku juga arus masukan (Iin) dan arus
keluarannya (Iout) juga. Hasil pengujian efisiensi daya dapat dilihat pada Tabel 4.3
berikut ini
Tabel 4.3. Pengukuran efisiensi daya
Beban
(watt) Vin (volt) Iin (ampere) Vout (volt)
Iout
(ampere)
Efisiensi
Daya (%)
7 12,44 705m 137,2 43m 67,27
10 12,36 955m 119,2 61m 61,6
25 12,3 1,24 109,2 82m 58,71
40 12,23 1,75 90,2 119m 50,15
60 12,18 2,26 77,3 155m 43,52
100 12,13 2,73 51,69 217m 33,87
200 12,04 3,32 19,21 412m 19,8
Berdasarkan Tabel 4.3 , sistem UPS dengan menggunakan inverter PWM 3 level
yang dirancang mempunyai efisiensi daya rata-rata sebesar
ῆ = 67,27+61,6+58,71+50,15+43,52+33,87+19,8
7
= 334,92
7
= 47,85%
Dari hasil pengukuran efisiensi daya yang dilakukan, diketahui bahwa rata-rata
efisiensi daya untuk beban yang bervariasi dari 7 watt sampai dengan 200 watt adalah
47,85% saja, sehingga dapat dikatakan bahwa spesifikasi alat dimana efisiensi daya
yang dihasilkan seharusnya dapat mencapai 70% tidak terpenuhi.
Pada saat dilakukan uji coba dengan beban lampu 200 watt, efisiensi daya yang
dihasilkan sangat rendah. Oleh karena itu dapat dikatakan bahwa spesifikasi alat dimana
UPS seharusnya dapat mencatu sebuah komputer Pentium 4 juga tidak terpenuhi karena
43
daya yang dibutuhkan untuk mencatu sebuah komputer Pentium 4 kurang lebih sekitar
350 watt.
Kegagalan kedua spesifikasi tersebut dikarenakan modul step-up tegangan yang
bekerja kurang baik dan daya maksimum yang seharusnya dapat dihasilkan masih
kurang besar.
4.6.2. Pengukuran Waktu Kemampuan Aki Kering
Uji coba ini dilakukan untuk mengetahui berapa lama aki kering mampu
mencatu sistem. Uji coba ini akan dilakukan dengan beberapa macam beban secara
bergantian. Nilai beban ini akan mempengaruhi lamanya aki dalam mencatu sistem. Aki
kering yang digunakan adalah 1 buah aki kering 12 V/7,2 Ah.
Hasil pengukuran waktu pembuangan muatan aki kering dengan nilai beban
yang berbeda-beda dapat dilihat pada Tabel 4.4
Tabel 4.4. Pengukuran waktu kemampuan aki kering
Beban (watt) Iin (ampere) Waktu Iin x Waktu (Ah)
10 955m 4,5 jam 4,3
60 2,26 50 menit 1,88
100 2,73 12 menit 0,546
Dari Tabel 4.4 diketahui bahwa semakin besar nilai beban, maka kemampuan
aki kering untuk mencatu sistem UPS semakin singkat. Nilai beban ini juga
mempengaruhi kapasitas ampere hournya, dimana semakin besar nilai beban maka
semakin kecil kapasitas ampere hournya.
4.6.3. Pengukuran THD (Total Harmonic Distortion)
THD merupakan distorsi periodik dari gelombang sinus tegangan, arus, atau
daya dengan kelipatan dua, tiga, empat, dan seterusnya, dengan bentuk gelombang yang
frekuensinya merupakan kelipatan di luar bilangan satu terhadap frekuensi 50Hz. Atau
dengan kata lain, jika dideretkan Fourier, sebuah sinyal non-sinusoidal tersusun dari
komponen sinus beramplitudo A0 dengan frekuensi f0, ditambah dengan suku-suku
44
harmonik dengan ampitudo A1 yang mempunyai frekuensi 2f0, A2 yang mempunyai
frekuensi 3f0, dan seterusnya. Persamaan berikut akan menunjukkan definisi dari THD
berdasarkan penjelasan di atas
𝑇𝐻𝐷 = 𝐴1𝑅𝑀𝑆2 + 𝐴2𝑅𝑀𝑆2 + 𝐴3𝑅𝑀𝑆2 +…+ 𝐴𝑛𝑅𝑀𝑆2
𝐴0𝑅𝑀𝑆2
Dimana
A0 = Amplitudo frekuensi dasar
A1 = Amplitudo harmonik kedua
A2 = Amplitudo harmonik ketiga
A3 = Amplitudo harmonik keempat
A4 = Amplitudo harmonik ke-n
Nilai 𝐴𝑛𝑅𝑀𝑆 itu sendiri dapat dicari dengan 𝐴𝑛
2
Pada uji coba ini, pengukuran THD dilakukuan dengan menggunakan Automatic
Distortion Meter merk GW GAD-201G. Alat ini dihubungkan secara parallel dengan
beban yang dipasang.
Tabel 4.5. Pengukuran THD saat diberi beban
Beban (watt) THD (%)
7 6,5
10 6,8
25 9
40 13,5
60 20
100 30
200 40
45
Hasil pengujian THD untuk beban 7 watt sampai 200 watt mempunyai THD
lebih besar dari 5%. Hal ini menunjukkan bahwa spesifikasi sistem yang menyebutkan
bahwa THD sistem kurang dari 5% tidak terpenuhi. Hal ini dikarenakan Band Pass
Filter yang dirancang untuk menapis sinyal PWM 3 level masih kurang baik dalam
meredam THD, sehingga bentuk sinyal sinus yang dihasilkan masih kurang bagus.
4.6.4. Pengukuran Regulasi Tegangan
Regulasi tegangan merupakan kemampuan suatu system untuk menghasilkan
pendekatan nilai tegangan yang konstan melalui perubahan dari kondisi beban. Regulasi
tegangan dapat dirumuskan
𝑉𝑅 =𝑉𝑁𝐿 − 𝑉𝐹𝐿𝑉𝐹𝐿
𝑥100%
Dimana
VR = Regulasi tegangan
VNL = Tegangan keluaran saat tidak dibebani
VFL = Tegangan keluaran saat dibebani maksimum
Hasil pengukuran untuk tegangan keluaran tanpa beban dengan menggunakan
multimeter merk FLUKE 115 TRUE RMS MULTIMETER adalah 145,1 VAC. Untuk
menentukan kualitas dari regulasi tegangan, terdapat 3 parameter utama dalam
melakukan pengukuran kemampuan untuk mempertahankan nilai keluaran yaitu
Tabel 4.6. Tabel parameter untuk menentukan kualitas tegangan
Parameter Simbol Penjelasan
Line regulation Sv Berdasarkan perubahan tegangan input
Load regulation Ro Berdasarkan perubahan beban system
Temperatur
dependence ST
Berdasarkan perubahan suhu pada komponen-komponen
elektronika
46
Berdasarkan hasil pengukuran pada Tabel 4.3 diperoleh nilai regulasi tegangan
pada Tabel 4.7 berikut ini
Tabel 4.7. Pengukuran regulasi tegangan saat pembebanan
Beban (Watt) Vout Regulasi Tegangan (%)
7 137,2 5,44
10 119,2 17,85
25 109,2 24,74
40 90,2 37,84
60 77,3 46,73
100 51,69 64,38
200 19,21 86,76
Dari hasil pengukuran regulasi tegangan pada saat diberi beban dapat dilihat
bahwa semakin besar nilai beban pada sistem, semakin besar pula nilai regulasi
tegangannya. Selain itu sistem yang dibuat sangat tidak stabil karena perbedaan regulasi
tegangan yang cukup besar untuk nilai-nilai beban yang selisih sedikit.
top related