## RANCANG BANGUN AVR ( AUTO VOLTAGE REGULATOR ) MENGGUNAKAN CHOPPER TIPE BOOST CONVERTER PADA GENERATOR SATU FASA 3 KVA
Herianto AS Purba, Antonius Rajagukguk, Feranita Jurusan Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Riau KM 12.5 Panam, Pekanbaru, 28293
E- mail : heriantopurba@yahoo.co.id

## Abstrak
Pada  suatu  pembangkitan  listrik  sangat  penting  untuk  mempertahankan  keluaran    generator  agar tetap  stabil  pada  kondisi  standar,  dengan  memperhitungkan  rpm  penggerak  mula.  Salah  satu  cara yang  dapat  dilakukan  adalah  menggunakan  AVR  (Auto  Voltage  Regulator)  yang  bekerja  untuk mengatur  besar  arus  dan  tegangan  eksitasi  pada  eksiter  (penguat  medan)  generator  dengan memanfaatkan  suatu  chopper  tipe  boost  converter  yang  berfungsi  sebagai  penaik  tegangan  untuk mengatur  arus  eksitasi  pada  penguatan  generator.  Boost  converter  initer  dir  idar  iinduktor,  diode cepat  (fast  recovery)  dan  kapasior  sebagai  filternya.  Untuk  mendapatkan  eksitasi  yang  dibutuhkan maka  dibutuhkan  sensor  tegangan  sebagai  pembacaan  output  generator,  hasil  pembacaan  ini  akan diterjemahkan  oleh  ADC  melalui  mikro  kontroler  Atmega  8.  Keluaran  ini  akan  dikonversi  menjadi PWM  (Pulse-Width-Modulation)  yang  akan  digunakan  sebagai  pengatur  tegangan  pada  fungsi  boost converter.  Penyulutan  pwm  ini  membutuhkan  penyaklaran  untuk  menaikkan  tegangan.Penyaklaran menggunakan  mosfet,  PWM  5  volt  dari  mikro  kontroler  akan  dinaikkan  menjadi  12  volt.  Untuk  itu dibutuhkan rangkaian buffer volt dengan rangkaian optocopler dan totempol sebagai input switching mosfet.  Besaran  duty  cycle  dirancaang  sebesar  45%  untuk  drop  tegangan  pada  generator  3  KVA untuk  mendapatkan  tegangan  output  220  volt  (stabil).  Perhitungan  rata-rata  regulasi  tegangan  yang semula  tanpa  AVR  sebesar  9.27%  sedangkan  setelah  menggunakan  AVR  rerata  regulasi  tegangan menjadi 0,12%.
Kata kunci : AVR, boost converter, generator, PWM.

## 1.   Pendahuluan
Suatu  pembangkit  energi  listrik  yang  baik harus didukung berbagai alat untuk menghasilkan kualitas daya listrik   yang baik,
salah  satu  faktor  yang  harus  dipenuhi  adalah tegangan  yang  dihasilkan  oleh  pembangkit energi  listrik  yaitu Output generator  harus
didapatkan  tegangan  yang  konstan.  Pada kenyataan,    tegangan    yang    dihasilkan generator  akan  berubah  akibat  perubahan beban.  Bila  beban  pada  generator  sinkron bertambah  maka  tegangan  yang  dihasilkan akan menurun, dan  sebaliknya  tegangan akan
naik  apabila  beban  berkurang.  Dengan demikian  perlu  suatu  alat  untuk  menstabilkan tegangan yang dinamakan Automatic  Voltage Regulator(AVR).

## 2.   Metodologi
Rancang  bangun  AVR  ini  digunakan  untuk generator  3  KVA  dengan  I eksitasi =  2A  dan V eksitasi seperti berikut :
a.   Pembuatan rangkaian boost converter.
b.   Pembuatan  rangkaian  kontrol  PWM  dan
perancangan program mikrokontroler
Atmega 8 dengan program LD - Mikro.
c.  Pembuatan      Rangkaian Buffer dan
penentuan Mosfet .
d.   Pembuatan rangkaian sensor tegangan.
e.   Pengujian      rangkaian Auto      Voltage
Regulator keseluruhan pada generator.

## Rangkaian boost konverter
Boost  Converter merupakan  konverter dc-dc  yang  menghasilkan  tegangan  keluaran yang lebih tinggi dibanding tegangan masukannya (penaik tegangan). Skema
converter  ini  diperlihatkan  pada  gambar  di bawah ini.
Gambar 1. Boost Converter ( Mohan N , 1989)
Untuk   itu   harus   dirancang   Induktor Fast
Recofery (Dioda   Cepat),   kapasitor   sesuai disain AVR. Sebagai berikut :

## a.Induktor
Induktor  dibuat  sebesar  400  dengan  32 lilitan.
Gambar 2a. Type Induktor, 2b.Induktor

## b. Fast Recovery (Dioda Cepat)
Untuk  penyearah output pada boost  converter diperlukan  diode high  voltage dan fast recovery  characteristic, dimana  memenuhi kebutuhan desain output 40 volt dan  arus 2 A maka  pada  perancangan  ini  digunakan  sebuah diode fast    recovery dengan    tipe    FR    307 dengan  spesifikasinya  tegangan  kerja  sampai 700 volt, 3A.
Gambar 3.Dioda FR 307

## c. Capasitor
Sebagai filterisasi digunakan kapasitor 3300
 F tegangan 50 V.

## PWM (Pulse-Width-Modulation)
PWM ini    diperoleh    dari output mikro kontroler    AT    mega    8    pada    pin    17 (MOSI/OC2)   dan   untuk   input   pengaturan pwm dari pin 15(ADC). Besaran duty cycle di setting 45  %  dengan  frekuensi  43  Khz.
Rangkaian totempole ini menggunakan Transistor PNP      A1015 dan      untuk
Gambar.4 Kaki pin ATmega 8.

## Rangkaian Buffer dan Mosfet
Untuk    mendapatkan    penyaklaran    dengan PWM  yang  dihasilkan  mikro  kontroler dibutuhkan  sebuah mosfet .  Pemlihan  mosfet digunakan  IRFP  460  dengan  spesifikasi VDS=500 V, ID=18,4 A, tegangan gate  (VG) MOSFET  dapat  bervariasi  antara  0  –  5  V dengan arus gate (IG) sebesar 100 nA. Maka untuk  penaik  sinyal PWM mikro  kontroler digunakan    rangkaian optocouple r    4N25 dengan  mempertimbangkan  IG  pada mosfet
digunakan transistor PNP A1015 dan komplemenya  NPN  C1815  dimana  I CE =  150 mA danh FE = 25.
Rangkaian buffer ini terdiri dari :
a.    Rangkaian opto coupler
Penelitian  ini  menggunakan  IC Optocoupler 4N25.
Gambar 5.Rangkaian Optocoupler
2.    Rangkaian Totempole
komplemennya   digunakan   Transistor   NPN C1815.
Gambar 6. Rangkaian Totempole (Hendro Uli Sugio, 2012 )

## Rangkaian Sensor
Rangkaian untuk pembacaan perubahan
Gambar 7. Rangkaian Sensor Tegangan
Digunakan  Transformator  500mA/220V  yang diturunkan  ke  12  volt.  Sebagai  penyearahnya diguna  dioda  N4002  menggunakan  Trimpot (Rx)  500  KOhm  untuk setting keluaran tegangan DC yang dibutuhkan.

## Rangkaian AVR
AVR   ini   di   rancang   dengan   daya   80   W dengan  eksitasi  awal  V eksitasi =  20.1  V DC dan I eksitasi = 1.18 A.
No  Vsensor (V DC ) Bit PWM (%) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 4.35 4.2 4.05 3.9 3.75 3.6 3.45 3.3 3.15 890 860 829 798 768 737 706 676 645 0 5.625 11.25 16.875 22.5 28.125 33.75 39.75 45 No Vgenerator (V AC ) Vsensor (V DC )
1 2 3 4 5 6
7 8 9 220 215 210 205 200 195 190 185 180 4.35 4.2
4.05 3.9 3.75 3.6 3.45 3.3 3.15
Berikut    Algoritma    untuk    kinerja    system rancang  bangun sebuah AVR untuk generator
3 KVA :

## Pengujian Rangkaian  PWM
Untuk    mengatur    PWMnya    menggunakan Leader LD-Mikro seperti berikut:
Gambar 10. Leader LD -Mikro Untuk setting PWM
Tabel 2. Pengujian PWM
Gambar 0. Flowchart Kinerja Sistem
3.   Hasil dan  Pembahasan

## Pengujian Sensor
Tabel 1.Hasil Pengujian Sensor
Pengujian    ini    sesuai    dengan    persamaan berikut : Bit  Vsensor  1023
5 V (Ekivalen  dengan 1023)
Setelah    mendapatkan    jumlah    bit    maka dikonversi lagi ke PWM :
% PWM (Duty cycle)  jumlah  bit  100% 1023(Ekivalen  dengan 100%)
Berikut tampilan PWM  g an 5V/div, Time/div 10  s :
No Speed Kipas Angin I (A) V (V) V output Generato r (V) ER (%) 1 Tanpa Beban 1.18 20.18 220 0 2 Speed 1 1.18 20.21 210.12 4.7 3 Speed 2 1.18 20.12 198.3 10.94 4 Speed 3 1.18 20.08 181.15 21.44 Rata-rata tegangan regulasi 9.27 No Speed Kipas Angin I eksitasi (A) V eksitasi (V) V output Generator (V) ER (%) 1 Tanpa Beban 1.18 20.1 220.2 0.09 2 Speed 1 1.35 21.40 220.4 0.18 3 Speed 2 1.56 23.26 219.87 0.05 4 Speed 3 1.82 25.64 219.63 0.16 Rata-rata tegangan regulasi 0.12
Pengujian       Rangkaian       AVR       Pada Generator . (a)                                               (b) (c)                                            (d)
Gambar 11. Keluaran dari mikro kontroler (a) 10%, (b)20%, (c)35%, (d)45%. Pengujian ini dilakukan dengan
mengasumsikan  bahwa  setiap  ada  perubahan rpm prime  over akan  terjadi  penurunan tegangan.  Pengujian  ini  menggunakan  kipas angin 90 W Sekai  IST 1851 dengan 3 kondisi kecepatan  sebagai  acuan  dalam  perubahan tegangan    keluaran    generator.    Setiap perubahan  dari  kecepatan  kipas  angin  akan dihitung  seberapa  besar  arus  dan  tegangan eksitasi yang dibutuhkan.
Tabel 3. Tanpa AVR Pengujian dan Pengukuran Rangkaian
Buffer . eksitasi eksitasi
Tabel 4. Dengan Menggunakan AVR
Duty    cycle dilihat    dari    besarnya    tegangan yang  dibaca  oleh  sensor  dengan  tampilan Osciloscope dengan  5  V/div,  Time/div  10  s sebagai berikut : (c) (d) (a)                                    (b) Gambar 12. Keluaran dari Rangkaian Buffer
(a)10%, (b)20%, (c)35%, (d)45%.

## Analisa Kinerja AVR
AVR berfungsi  menaikkan  arus  eksitasi  pada generator untuk mendapatkan tegangan output yang  stabil  (220  V).  Berdasarkan  tabel  3  dan tabel    4    didapatkan    perbedaan    tegangan regulasi   dengan   mengunakan AVR sekitar 0,12 % jauh lebih baik dari tanpa menggunakan  AVR  yang  mencapai  tegangan regulasi  9,27%.  Kinerja AVR ini  akan menambah arus eksitasi sesuai yang dibutuhkan.    Terbukti    dengan    hasil perhitungan  rerata  regulasi  tegangan  yang semula  tanpa AVR sebesar  9,27%  sedangkan dengan  menggunakan AVR rerata  regulasi tegangan  menjadi  0,12%,  memenuhi  standar regulasi  tegangan  SPLN  1:1995  pasal  4.

## Analisa Rangkaian AVR
Dalam rangkaian AVR ini dilakukan beberapa tahap  pembacaan  untuk  menyesuaikan  besar eksitasinya.
Pembacaan
sensor akan disesuaikan  dengan  besar PWM yang  akan dibutuhkan mosfet ,  dimana  dengan  mikro kontroler  Atmega  8.  Pembacaan  sensor menjadi input pada  pin ADC mikro  kontroler dan output nya adalah PWM .

## 4.   Kesimpulan
Setelah  merancang Auto  Voltage  Regulator dengan  menggunakan boost  converter maka bias ditarik kesimpulan:
a.   Rancang  bangun boost  converter mampu menaikkan  arus  eksitasi  dari  pembacaan sensor  dari  tegangan  180  V  sampai  220 mendapatkan   tegangan    stabil   220   V dengan besar duty cycle 45 %.
b.  Dari    hasil    analisa    rata-rata    regulasi tegangan  yang  semula  tanpa AVR sebesar 9.27  %  sedangkan  dengan  menggunakan
AVR rata-rata  regulasi  tegangan  menjadi 0,12 %.
c.  Batas  pemakaian AVR pada  generator dengan  spesifikasi  daya  sampai  dengan  3 KVA   dan   dengan   arus   eksitasi   sampai dengan 2 A.

## 5.   Daftar Pustaka
Hendro  Uli  Sugio  Simamora  (2012),
TugasAkhir “ Aplikasi Konverter Dc-dc
Topologi      Boost      Untuk  Catu  Daya  Lampu LED  BertenagaBaterai  12  Volt ”  Pekanbaru  :
Teknik Elektro
Malvino,   A,   David   J.   Bates ,                  ,
Electronic Principles Seventh Edition, McGraw-Hill, United States Mohan,N (1989) , Power Electronics
converters,  Applications,  and  Design  Second Edition, John Wiley & Sons, Inc, New York.
Pathak,  Abhijit  D  (2001) , Mosfet/IGBT Drivers  Theory  and  Applications ,  IXYS Corporation, Jerman