View
1
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
RANCANG BANGUN UNINTRERRUPTIBLE POWER SUPPLY (UPS)
SEBAGAI BACK-UP BERBASIS ARDUINO
SKRIPSI
Diajukan Sebagai Syarat untuk Mendapatkan Gelar Sarjana Program
Strata-1 Pada Fakultas Teknik Program Studi Teknik Elektro
Universitas Muhammadyah Palembang
Oleh:
Ade Jaya Saputra
132015096
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADYAH PALEMBANG
2019
ii
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak terdapat karya
yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan
tinggi, sepajang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang
pernah ditulis dan diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis di acu
dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Palembang, 23 september 2019
Yang membuat pernyataan
Ade Jaya Saputra
iii
iv
MOTTO
“Bersungguh sungguh dan tekun dalam beribadah “
Ayat yang sangat memotivasi saat kita dilanda kejenuhan dan kebosanan dalam
melakukan hal hal bernilai ibadah.
Karena Allah telah menekankan pada hambanya agar tekun dalam beribadah
(Q,S .Al Muzzamil:8)
“Tak jarang pula banyak di antara manusia yang tidak mengerti arti sebuah
waktu.”
Sehingga mereka bersantai santai di dalamnya dan tidak memanfaatkannya
dengan baik.
“Waktu bangaikan pedang. Jika engakau tidak memanfaatkannya dengan baik
(untuk memotong), maka ia aka memanfaatkanmu (di potong)”
(HR.Muslim)
v
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena atas rahmat dan
karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang berjudul
RANCANG BANGUN UNINTRERRUPTIBLE POWER SUPPLY (UPS)
SEBAGAI BACK-UP BERBASIS ARDUINO yang di susun sebagai salah satu
syarat untuk memperoleh gelar sarjana pada Program Studi Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Palembang.
Pada kesempatan ini penulis secara khusus mengucapkan terimakasih yang
sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Ir.Muhar danus.,MT Selaku Pembimbing 1
2. Ibu Erliza yuniarti, ST.,M.Eng Selaku Pembimbing 2
Yang telah bersusah payah dan meluangkan banyak waktunya dalam mengoreksi,
serta memberikan saran-saran yang sangat berharga kepada penulis selama
penyelesaian skripsi ini.
Disamping itu penulis menyampaikan rasa terimakasih atas kesempatan dan
bantuan yang telah diberikan dalam penyelesaian skripsi ini, terutama kepada:
1. Kedua orang tua tercinta, bapak ibu saya Suwarli, Rukmini yang telah
memberikan semangat dan dukungan baik moril maupun materil serta doa
yang tiadahenti-hentinya kepada penulis.
2. Bapak Abid Djazuli, S.E, M,Si. Rektor Universitas Muhammadiyah
Palembang
3. Bapak Dr. Ir. Kgs. Ahmad Roni, M.T. Dekan Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Palembang.
4. Bapak Taufik Barlian, ST,.M.Eng, Ketua Program Studi Teknik Elektro
Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Palembang.
vi
5. Bapak dan Ibu Dosen pada Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Palembang.
6. Keluarga yang telah memberikan dukungan baik moril serta doa yang
tiadahenti-hentinya kepada penulis.
7. Bapak dan Ibu Staf Tata Usaha Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Palembang
8. Rekan-rekan Mahasiswa Program Studi Teknik Elektro angakatan 2015
Universitas Muhammadiyah Palembang dan semua pihak yang banyak
membantu penyusunan skripsi ini.
Yang telah banyak membantu dalam penulisan skripsi ini, semoga amal baik
yang diberikan kepada penulis mendapatkan imbalan yang sesuai dari ALLAH
SWT. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna dikarenakan
terbatasnya pengalaman dan pengetahuan yang dimiliki penulis. Semoga skripsi
ini dapat bermanfaat khususnya bagi penulis sendiri dan umumnya bagi rekan -
rekan pembaca di Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas
Muhammadiyah Palembang, Aamiin.
Palembang, 20 juli 2019
Penulis
Ade Jaya Saputra
vii
ABSTRAK
Seiring dengan meningkatnya kebutuhan energi listrik nasional, mengakibatkan
adakalanya pihak PLN (Pembangkit Listrik Negara) harus melakukan pemadaman
listrik secara bergilir karena kapasitas beban sudah melebihi kapasitas yang telah
di tentukan. Pemadaman listrik yang dilakukan tiba tiba akan menyebabkan
peralatan elektronika menjadi cepat rusak dan perkerjaan (data) yang kita kerjakan
akan hilang.Untuk mengantisipasi hal tersebut dapat menerapkan perangkat
tambahan UPS (unintrerruptible power supply) yang berfungsi sebagai penyedia
energi listrik cadangan ketika suplai utama terputus dengan penerapan modul
arduino sehingga kendali pensakelaran serta fungsi proteksi yang mampu untuk
melakukan tindakan secara otomatis berupa pemberian peringatan ketika kondisi
baterai sudah lowbatt, dengan indikator tampilan pada LCD pada sistem UPS
(unintrerruptible power supply), ditambahkan tampilan LCD sebagai penampil
informasi pembacaan tegangan baterai. Penggunaan arus serta penggunaan beban
yang sedang diberikan pada UPS (unintrerruptible power supply), dengan
demikian, pengguna dapat mengetahui kapasitas, kemampuan kerja, serta estimasi
berapa lama penggunaan UPS dapat dilakukan. Pada pengujian baterai dalam
setiap 1% selisih pada pengukuran baterai bernilai 0,02 Volt dan tegangan
keluaran dari inverter bernilai 220Volt, mampu menyalakan beban berupa lampu,
kipas angin.
Kata kunci : UPS (Unintrerruptible Power Supply), Arduino, LCD (Liquid
Crystal Display).
viiiviiiviii
ABSTRACT
In every electricity demand, resulting in the occasional PLN (State Electricity
Generators) have to rotate power outages because the load capacity has exceeded
the capacity that has been determined. Power outages that are carried out
suddenly will cause electronic equipment to become damaged quickly and the
work (data) that we do will be lost. To anticipate this, we can apply an additional
UPS (unintrruptible power supply) that functions as a provider of backup
electrical energy when the main supply is interrupted with the application of the
arduino module so that the switching control and protection functions are able to
perform automatic actions in the form of warnings when the battery condition is
low battery, with the display indicator on the LCD on the UPS system
(unintrerruptible power supply), the LCD display is added to display the battery
voltage reading information. The use of the current and the use of the load that is
being given to the UPS (unintrerruptible power supply), thus, the user can know
the capacity, work capability, and an estimate of how long the UPS can be used.
In testing the battery in every 1% difference in the measurement of the battery is
worth 0.02 Volts and the output voltage of the inverter is worth 220Volt, able to
light the load in the form of lights, fans.
Keywords: UPS (Unintrerruptible Power Supply), Arduino, LCD (Liquid Crystal
Display).
ix
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL.......................................................................................... i
LEMBAR PENGESAHAN.............................................................................. ii
PERNYATAAN ............................................................................................... iii
MOTTO............................................................................................................ iv
ABSTRAK....................................................................................................... vii
ABSTRACT..................................................................................................... viii
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xi
DAFTAR TABEL ........................................................................................... xii
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................... xiii
BAB 1 PENDAHULUAN................................................................................. 1
1.1. Latar Belakang.......................................................................................... 1
1.2. Tujuan Penelitian...................................................................................... 2
1.3. Batasan Masalah ....................................................................................... 2
1.4. Sistematika Penulisan ............................................................................... 3
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ....................................................................... 4
2.1. Uninterrupting Power Supply (UPS)........................................................ 4
2.2. Rangkaian Penyearah ............................................................................... 6
2.3. Pulse Width Modulation (PWM).............................................................. 7
2.4. Inverter ..................................................................................................... 8
2.5. Konverter .................................................................................................. 9
2.6. LCD Display........................................................................................... 10
2.7. Arduino Uno ........................................................................................... 11
2.8. Tegangan Sensor Arduino ...................................................................... 12
2.9. Baterai..................................................................................................... 13
2.9.1. Prinsip kerja Baterai ..................................................................... 13
2.10. Transformator ......................................................................................... 14
2.11. Segitiga Daya.......................................................................................... 15
x
2.11.1. Daya Nyata ................................................................................. 15
2.11.2. Daya Relatif................................................................................ 15
2.11.3. Daya Tampak (semu) ................................................................. 16
2.12. Relay....................................................................................................... 16
BAB 3 METODE PENELITIAN .................................................................. 17
3.1. Waktu Dan Tempat................................................................................. 17
3.2. Cara Pengumpulan Data.......................................................................... 17
3.3. Blok Diagram ......................................................................................... 18
3.4. Flowchart ................................................................................................ 19
3.5. Alat Dan Bahan ...................................................................................... 20
3.6. Skema Rangkaian ................................................................................... 21
3.6.1. Rangkaian Inverter ....................................................................... 22
3.6.2. Rangkaian Arduino....................................................................... 22
3.6.3. Rangakain Konverter .................................................................... 23
3.7. Perancangan Software ............................................................................ 24
3.7.1 Pemograman Akses Data Sensor Dengan Funsgi ADC ................ 24
3.8. Pengujian Program Arduino ................................................................... 24
3.8.1 Pengaksesan Data Votage Sensor................................................... 25
3.8.2 Konversi Nilai Votase Baterai Ke Nilai Persen............................. 26
3.8.3Pengalamatan Pin Relay ................................................................. 26
BAB 4 HASIL DAN ANALISIS .................................................................... 28
4.1. Pengujian Alat Keseluruhan ................................................................... 28
4.1.1. Pengujian Alat dan Program Saat PLN Normal ........................... 28
4.1.2. Alat Saat PLN Off , UPSBack-up, Genset Stop............................ 30
4.1.3. Pengujian Alat Saat PLNOFF, UPS Charging, Genset Menyalah 31
4.2. Pengujian Persentase Baterai UPS ......................................................... 33
4.3. Pengujian Konverter ............................................................................... 34
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................... 35
5.1. Kesimpulan............................................................................................. 35
5.2. Saran ....................................................................................................... 35
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1. Diagram Blok UPS ............................................................................ 4
Gambar 2. 2. Skema Kerja UPS .............................................................................. 5
Gambar 2. 3. Kurval Karakteristik Dioda Zener ..................................................... 6
Gambar 2. 4. Rangkaian Dasar Penyetabil Tegangan ............................................ 7
Gambar 2. 5. Konfigurasi Rangkaian High Voltage PWM..................................... 8
Gambar 2. 6. Prinsip Kerja Inverter 1 Phasa........................................................... 8
Gambar 2. 7. Bentuk Gelombang Tegangan AC Dengan Frekuensi 1 Hz ............. 9
Gambar 2. 8. LCD 1602 ........................................................................................ 10
Gambar 2. 9. Mikrokontroller Arduino Uno ......................................................... 12
Gambar 2. 10. Baterai 12V 45A............................................................................ 14
Gambar 2. 11. Segitiga Daya ................................................................................ 15
Gambar 2. 12. Module Relay 2 Chanel ................................................................. 16
Gambar 3. 1. Blok Diagram UPS .......................................................................... 18
Gambar 3. 2. Flowchat .......................................................................................... 19
Gambar 3. 3. Rangkaian Inverter .......................................................................... 22
Gambar 3. 4. Rangkaian Arduino ......................................................................... 23
Gambar 3. 5. Rangkaian Konverter....................................................................... 23
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 2. 1. LCD 1602 Dengan Fungsi-Fungsi ...................................................... 11
Tabel 3. 1. Bahan Yang Digunakan ...................................................................... 20
Tabel 3. 2. Alat-Alat Kerja.................................................................................... 21
Tabel 3. 3. Pengalamatan Input............................................................................. 25
Tabel 3. 4. Pengalamatan Output .......................................................................... 27
Tabel 4.1. Pengukuran Suplay PLN Berbeban Dan Tidak Berbeban .................. 28
Tabel 4.2. UPS Charging Pada Kondisi PLN Normal .......................................... 29
Tabel 4.3. Pengujian Pada Saat UPS Back-up Berbeban Lampu.......................... 30
Tabel 4.4. Pengujian pada saat Genset Supply ...................................................... 31
Tabel 4.5. Pengujian UPS charger pada saat Genset Suplly................................ 32
Tabel 4.6. Pengujian Persentase Baterai ............................................................... 33
Tabel 4.7. Pengujuan Konverter............................................................................ 34
1
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Bertambahnya kebutuhan manusia maka teknologi juga akan semakin
berkembang, fenomena ini akan semakin memacu konsumsi energi listrik. Setiap
kebutuhan manusia banyak menggunakan peralatan peralatan elektrik yang lebih
praktis dan efisien, sehingga semakin tinggi tingkat konsumsi energi listrik maka
pihak PLN (Pembangkit Listrik Negara) sebagai penyedia energi listrik dan
sebagai pengelolah energi kelistrikan nasional memiliki kewajiban memenuhi
kebutuhan energi listrik nasional yang semakin tahun semakin meningkat. Hal
tersebut mengakibatkan adakalanya pihak PLN harus melakukan pemadaman
listrik secara bergilir. Pemadaman listrik ini dilakukan karena kapasitas beban
sudah melebihi kapasitas yang telah di tentukan, sehingga pembangkit listrik yang
ada tidak mencukupi. Pemadaman listrik yang dilakukan tiba tiba akan
menyebabkan peralatan elektronika menjadi cepat rusak dan perkerjaan (data)
yang kita kerjakan akan hilang.
Mengantisipasi kejadian terputusnya aliran listrik sementara akibat arus
PLN terputus ini dapat dilakukan dengan menggunakan Uninterruptible Power
Supply (UPS). UPS berfungsi sebagai penyedian energi listrik cadangan ketika
suplai utama terputus.Selama ini, UPS yang banyak djumapai dipasaran bekerja
dengan teknologi pensakelaran otomatis menggunakan rangkaian elektronik
analog, dimana proses transisi sumber energi yang mengalir menuju beban
dikendaikan melalui sejumlah relay (Rindiarto, 2017).
Penerpan inovasi teknologi digital, kinerja UPS dengan segala
kekurangannya dapat diperbaiki sehingga fungsi dan penggunaakan UPS dapat
bekerja optimal. Salah satu teknologi digital tersebut adalah dengan penerapan
modul Arduino, sehingga kendali pensakelaran serta fungsi proteksi pada sistem
UPS dapat difungsikan secara optimal. Melalui Arduino, dapat ditambahkan
tampilan LCD sebagai penampil informasi pembacaan tegangan baterai,
2
penggunaan arus, serta penggunaan beban yang sedang diberikan pada UPS.
Selain itu, sebagai sistem proteksi perangkat juga mampu untuk melakukan
tindakan secara otmatis berupa pemberian peringatan ketika kondisi baterai sudah
lowbatt, dengan indikator tampilan pada LCD. Penggunan LCD dapat mampu
menampilkan kapasitas, kemampuan kerja, serta estimasi berapa lama
pengggunaan UPS dapat dilakukan.
Secara umum, di dalam UPS terdapat rectifer untuk merubah tegangan AC
ke DC, dan terdapat pula buck converter, buck converter ini yang memegang
peranan penting untuk mencharger battery, dan outputan battery disambungkan
dengan boost conventer, setelah itu terdapat inverter untuk mengubah DC ke AC,
dan output battery yang kemudian disambungkan ke trafo step up untuk menaikan
tegangan dengan bantuan sebuah rangkaian elektronik pembangkit frkuensi AC
50Hz.
Perkembangnya teknologi UPS, maka alat tersebut diharapkan mampu
memberikan tegangan regulasi yang baik serta mampu memberikan arus yang
cukup kepada beban, sehingga apabila terjadi pemadaman listrik secara tiba –tiba,
peralatan elektronika tidak mudah rusak dan masih dapat aktif selama beberpa
saat. Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan ini maka penulis mengambil
tema ”Rancang bangun Uninterruptible Power Supply (UPS) sebagai back-up
berbasis arduino” sebagai bahan penelitian dalam penyusunan skripsi.
1.2. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari peneitian ini adalah sebagai berikut:
1. Untuk rancang bangun UPS sebagai back-up berbasis arduino
2. Untuk menganalisa hasil pengujian merancang alat UPS
sebagai back-up berbasis arduino
1.3. Batasan Masalah
Untuk mencegah meluasnya pembahasan dan memudahkan dalam proses
presentasi alat, maka tugas akhir ini dilakukan pembatasan sebagai berikut:
3
1. Rancang bangun UPS yang dibuat adalah dengan menggunakan baterai atau
accu 12 Volt dengan output tegangan 220V AC.
2. Tegangan masukan dari jala-jala sebesar 220 Volt AC dan tegangan
keluaran sebesar 220Volt AC dengan gelombang keluaran sinus modifikasi.
3. Monitoring LCD sebagai penampil informasi dan proteksi low batt
menerapkan sensor voltage dengan kendali arduino.
1.4. Sistematika Penulisan
Bab 1 Pendahuluan
Bab ini berisi uraian tentang latar belakang masalah yang mendasari
pentingnya diadakan penelitian, identifikasi, pembatasan dan
rumusan masalah, serta sistematika penulisan.
Bab 2 Tinjauan Pustaka
Bab ini berisi tinjauan pustaka yang menguraikan kajian tematis
yang berkaitan erat dengan topik bahasan penelitian. Tinjauan
penelitian terkini sesuai dengan segmentasi kajian dan
perkembangan terakhir kajian yang ada.
Bab 3 Metode Penelitian
Bab ini berisi uraian tentang disain penelitian, data penelitian,
pengumpulan data dan teknik analisis data yang digunakan.
Bab 4 Hasil dan Analisa
Bab ini berisi pembahasan mengenai masalah-masalah yang terdapat
pada rumusan masalah pada bab pertama.
Bab 5 Kesimpulan dan Saran
Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran yang didapat dari
pembuatan skripsi ini.
DAFTAR PUSTAKA
Bawotong, V. T., & Mamahit, D. J. (2015). Rancang Bangun Uninterruptible
Power Supply Menggunakan Tampilan LCD Berbasis. E-journal Teknik
Elektro dan Komputer (2015), ISSN : 2301-8402 , 2.
Leny, E. M. (2019). Sistem Current Limitter Dan Monitoring Arus Serta
Tegangan Menggunakan Sms Untuk Proteksi Pada Penggunaan Beban
Rumah Tangga. Jurnal Teknik Elektro, Volume 08 Nomor 01 Tahun 2019,
39-46 , 41.
Maghfurah, F., & Munandar, A. (2018). analisa unjuk kerja akumulator. jurnal
mesin teknologi , 54-59.
Mamahit, & Dringhuze. (2105). Rancang Bangun Uninterruptible Power Supply.
E-journal Teknik Elektro dan Komputer (2015), ISSN : 2301-8402 , 3-5.
Moammar, I. (2013). Pembuatan Inverter Untuk Air Conditioner. Jurnal Teknik
Elektro Vol. 5 No. 2 , 75.
Mohan, n., & M.Anderland, t. (1995). power electronics. canada: library of
congress cataloging.
Ned, M. (2013). Power Electronic. Jhon Wiley & Sons Inc. , 211.
Panggabean, S. Y., & Setyawan, F. A. (2017). Rancang Bangun Inverter Satu
Fasa Menggunakan Teknik High Voltage PWM (Pulse Width
Modulation). ELECTRICIAN – Jurnal Rekayasa dan Teknologi Elektro ,
73-74.
Ramdhani, M. (2005). rangkaian listrik (revisi). bandung: diklat kuliah.
Rashid, M. (2011). POWER ELECTRONICS HANDBOOK 3TH EDITION. USA:
www.elsevierdirect.com.
Rindiarto, P. k. (2017). Optimalisasi Monitoring Uninterruptible Power Supply
(UPS). Master Station, RTU Lokal, UPS, Blackout , 11-12.
Santoso, H. (2015). Arduino untuk Pemula. Trenggalek,: www.elangsakti.com.
Surjono, H. D. (2007). Elekronika: Teori dan Penerapan. Yogyakarta: Cerdas
Ulet Kreatif.
Surkani, & Ahmad. (2017). Load Shedding Controller Pada Beban Rumah
Tangga Berbasis Mikrokontroller Arduino Uno. KITEKTRO: Jurnal
Online Teknik Elektro , 2-7.
Recommended