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.