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.