DESAIN PENGATUR BEBAN ELEKTRONIK MENGGUNAKAN KONTROL SUDUT PENYALAAN (FIRING ANGLE) PADA GENERATOR PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO (PLTMH)
Miftachul Ulum 1 , Achmad Fiqhi Ibadillah 2 , dan Diana Rahmawati 3
1,2,3 Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Trunojoyo Madura
1 mif_ulum21@yahoo.com, 2 fiqhi.achmad@gmail.com dan 3 diana_rahmawti@ yahoo.com
Abstrak: PLTMH  (Pembangkit  Listrik  Tenaga  Mikrohidro)  dibangun  setelah  melalui  studi  kelayakan yang  matang  dengan  parameter:  debit  air,  ketinggian,  jenis  generator  dan  lain-lain,  sehingga  pada  saat diberi beban maksimum maka generator masih mampu menghasilkan tegangan dan frekuensi yang sesuai dengan  standar.  Tetapi  PLTMH  belum  dimanfaatkan  secara  maksimal  sehingga  perubahan  beban  pada konsumen  menyebabkan  terjadinya  fluktuasi  tegangan  dan  frekuensi  karena  kecepatan  generator  akan cenderung  berubah-ubah  pula,  dan  dalam  kenyataannya  perubahan  yang  terjadi  tidak  dapat  dimonitor setiap  saat.  Perubahan  beban  yang  sering  terjadi  pada  sebuah  PLTMH  dapat  mengakibatkan  kestabilan frekuensi  menjadi  terganggu.  Selain  itu  juga  dapat  mengakibatkan  roda  gerak  berputar  lebih  cepat. Akibatnya  frekuensi  listrik  akan  naik  dan  bila  terlalu  tinggi  akan  membahayakan  peralatan  listrik konsumen. Oleh karena itu, untuk menunjang kinerja PLTMH ini, pengaturan atau pengendalian frekuensi sangat diperlukan agar selalu berada pada daerah kerja antara 49 Hz  – 51 Hz. Tujuan makalah ini untuk merancang sistem kontrol pembagi beban elektronik menggunakan kontrol sudut penyalaan (firing angle) pada generator pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH), agar beban dari generator dalam hal ini adalah  beban  konsumen  tidak  mengalami  kerusakan  dengan  menggunakan  mikrokontroler  ATMega  16. Pengendalian beban dimaksudkan untuk menjaga kestabilan energi listrik yang dihasilkan oleh generator. Dengan  bekerjanya  triac  maka  jika  terjadi  penurunan  daya  pada  konsumen,  sisa  daya  akan  mengalir  ke beban  komplemen,  sehingga  daya  generator  senantiasa  tetap  walaupun  beban  konsumen  mengalami perubahan. Hasil pengujian alat menunjukkan jika beban uji berkisar antara 205 Watt sampai dengan 213 Watt maka frekuensi beban berkisar antara 49 Hz sampai dengan 51 Hz .
Kata kunci: PLTMH, frekuensi, mikrokontroler, firing angle, dummy load.
Abstract : MHP (micro hydro power plant) built with a study using the parameters: water flow, heights, types of generators and others, so that when given the maximum load the generator is able to generate a voltage  and  frequency  in  accordance  with  the  standard.  But  the  MHP  has  not  been  utilized  to  the maximum so that the change in the burden on consumers caused fluctuations in voltage and frequency as the speed of the generator will tend to vary as well, and in fact the changes can not be monitored at all times. Load changes that often occur at a frequency stability of MHP can result becomes impaired. It also can  result  in  motion  the  wheels  spin  faster.  As  a  result,  the  electricity  frequency  would  endanger consumer  electrical  appliances.  Therefore,  to  support  the performance  of  this  MHP,  we  need  frequency control to keep this always be on the working area between 49 Hz - 51 Hz. An Electronic Load Controller (ELC)  is  an  electronic  device  that  keeps  the  speed  of  synchronous  generator  constant  at  varying  load conditions.  The  generator  is  driven  by  unregulated  turbine  with  constant  power  output  and  a  dummy ballast load is connected across the generator terminals to dump the excess of power generated. When the consumer’s load changes, frequency of generated voltage changes. This research deals with the electronic load  control  settings  prototype  using  a  microcontroller  ATMega  16.  Load  control  is  used  to  reduce  the overloading  of  the  generator  by  using  firing  angle  control.  The  triac  is  used  to  control  the  power consumed by ballast of each phase and the change in load in one phase doesn’t affect the dummy power consumption  of  other  phases.  The  test  result  show  if  load  testing  tools  ranging  from  205  Watts  to  213 Watts then load the frequency range between 49 Hz to 51 Hz.
Keywords : MHP (micro hydro power plant), frequency, microcontroller, firing angle, dummy load.

## PENDAHULUAN
Kekayaan  alam  Indonesia  menyimpan  potensi  sumber  energi  terbarukan  dalam  jumlah  besar ,  termasuk tenaga  air  yang  dapat  digunakan  untuk  membangkitkan  energi  listrik.  Untuk  itu,  perlu  dikembangkan pembangkit-pembangkit yang berbahan bakar energi terbarukan. Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) merupakan salah satu jenis pembangkit energi alternatif yang menggunakan air sebagai energi terbarukan.  Pembangkit  tenaga  listrik  mikrohidro  pada  prinsipnya  memanfaatkan  beda  ketinggian  dan jumlah  debit  air  per  detik  yang  ada  pada  aliran  air  irigasi,  sungai  atau  air  terjun.  Aliran  air  ini  akan memutar  poros  turbin  sehingga  menghasilkan  energi  mekanik.  Energi  ini  selanjutnya  menggerakkan generator dan menghasilkan energi listrik.
PLTMH (Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro) dibangun setelah melalui studi kelayakan yang matang dengan  parameter:  debit  air,  ketinggian,  jenis  generator  dan  lain-lain,  sehingga  pada  saat  diberi  beban maksimum  maka  generator  masih  mampu  menghasilkan  tegangan  dan  frekuensi  yang  sesuai  dengan standar. Tetapi PLTMH belum dimanfaatkan secara maksimal sehingga perubahan beban  pada konsumen menyebabkan  terjadinya  fluktuasi  tegangan  dan  frekuensi  karena  kecepatan  generator  akan  cenderung berubah-ubah pula, dan dalam kenyataannya perubahan yang terjadi tidak dapat dimonitor setiap saat.
Frekuensi  generator  adakalanya  diatas  50  Hz  (Hertz)  saat  beban  dari  generator  tidak  terpakai  sehingga dapat  merusak  peralatan  yang  ada  dikonsumen.  Hal  ini  akibat  turunnya  dari  beban,  maka  dari  itulah untuk  mengatasi  hal  ini  permasalahan  ini  perlu  dibuat  suatu  peralatan  atau  sistem  yang  dapat menghilangkan frekuensi generator yang melebihi 50 Hz tersebut. Tujuan penelitian ini untuk membuat peralatan berupa pembagi beban generator berupa beban tiruan (dummy load) agar beban dari generator dalam hal ini adalah beban konsumen tidak mengalami kerusakan serta frekuensi tidak lebih dari standar frekuensi yaitu 50 Hz.

## TINJAUAN PUSTAKA
Dari  makalah  Angkita  Gupta  (Gupta,  2012)  tentang  Simulation  of  Advanced  ELC  with  Synchronous Generator  for  Micro  Hydropower  Station  telah  dilakukan  analisis  dan  desain  tentang  kontroler  beban elektronik,  ELC  ( Electronic  Load  Controller )  untuk  generator  sinkron  tipe standalone yang  dapat digunakan  untuk  sistem  PLTMH.  Pada  dasarnya  ELC  menjaga  agar  daya  generator  konstan,  dengan menjaga  supaya  frekuensi  sistemnya  konstan.  Desain  ELC  berupa  rectifier  jembatan  yang  terkontrol dengan  sistem chopper menggunakan  beban  tiruan  resistif.  Kemudian  desain  ELC  yang  disampaikan disimulasikan  dengan  MATLAB  menggunakan  Simulink.  Menghasilkan  kesimpulan  bahwa  desain  ini efisien digunakan dalam sistem PLTMH.
Gambar 1 . Diagram Skema sistem ELC yang dibangun
Penelitian  yang  dilakukan  oleh  (Hardiansyah,  2012)  adalah  mengontrol  dan  memonitoring  PLTMH  dari jarak jauh, dengan menggunakan jaringan Supervisory control and Data Acquisition (SCADA). Kesimpulan dari  penelitian  ini  adalah  pengontrolan  menggunakan  PLC  ( Programmable  Logic  Controller )  dengan algoritma PID, maka dapat dilakukan pengontrolan generator secara otomatis.
Sedangkan  (Sujatno,  2012)  menyatakan  bahwa  jika  beban  konsumen  berubah,  maka  arus  dari  generator yang  diserap  oleh  beban  juga  akan  berubah.  Dengan  perubahan  arus  ini  diharapkan  tidak  mempengaruhi putaran  generator,  sehingga  tidak  berpengaruh  pada  frekuensi  yang  dihasilkan.  Untuk  menjaga  putaran
generator  tetap  konstan  maka  daya  yang  masuk  ke  turbin  dibuat  tetap  dan  beban  yang  diterima  generator juga  tetap.  Daya  turbin  dipengaruhi  oleh  debit  air,  agar  daya  turbin  tetap  konstan,  maka  debit  ait  dibuat tetap.  Sedangkan  agar  beban  generator  tetap,  perlu  dibuat  beban  komplemen  untuk  mengimbangi perubahan  pada  beban  konsumen.  Besar  beban  komplemen  diatur  oleh  ELC  ( Electronic  Load  Control ) yang  menggunakan  kendali  utama  mikrokontroler,  sehingga  :  Beban  Generator  =  Beban  Konsumen  + Beban Komplemen. Gambar 2 menunjukkan blok diagram pembagian daya dengan ELC.

## Gambar 2. Blok diagram Pembagian Daya dengan ELC
Prinsip kerja ELC adalah jika daya yang diserap oleh beban konsumen berubah akan mengakibatkan pula perubahan  frekuensi  dan  arus  yang  mengalir  ke  beban.  Perubahan  arus  dan  frekuensi  ke  beban  akan dideteksi  oleh  sensor  arus  yang  kemudian  dibandingkan  dengan  harga  referensi  yang  telah  ditentukan. Selanjutnya rangkaian kontrol yang berupa mikrokontroler akan memberikan aksi atas perubahan tersebut dengan  memanipulasi  untuk  mengatur  sudut  penyalaan  pada  switch  statik  ( Thyristor ).  Sensor  arus berfungsi  untuk  mendeteksi  perubahan  arus  yang  disebabkan  terjadinya  perubahan  beban  konsumen. Sensor arus terdiri dari trafo arus ( Current Transformator ) dan konverter. Dari hasil pengujian yang telah dilakukan, maka dapat di ambil kesimpulan rangkaian Electronic Load Control (ELC) dengan sensor arus dapat  digunakan  sebagai  pengatur  beban  listrik  pada  PLTMH, Electronic  Load  Control dapat  untuk mengetahui pemakaian beban listrik pada konsumen. (Sujatno, 2012).
Rangkaian sistem pengatur beban secara elektronik ini berfungsi untuk menjaga kestabilan tegangan listrik yang  dihasilkan  dari  sebuah  pembangkit  (mikrohidro)  sehingga  memenuhi  persyaratan  standar  keamanan kelistrikan.  Sistem  pengatur  beban  berfungsi  menjaga  agar  turbin  dan  generator  terbebani  secara  konstan meskipun  beban  pada  pemakaian  daya  listrik  berubah-ubah  akan  mempertahankan  putaran  generator  dan turbin.  Alat  ini  bekerja  menyeimbangkan  antara  beban  utama  /  beban  ke  masyarakat  dengan  beban tiruan/heater.  Pada  hasil  uji  coba  sistem  rangkaian  ini  terlihat  bahwa  dapat  menjaga  kestabilan  tegangan sebesar 220 volt sampai 227 volt dengan frekuensi 47 sampai dengan 50 Hz, dengan menggunakan beban tiruan/heater sebesar 2000 watt.
Kesimpulan dari penelitian ini adalah pengontrol beban pada PLTMH yang ada dipasaran relatif mahal dan distribusinya  berada  di  Jawa  Barat,  jika  terjadi  kerusakan  di  unit  PLTMH  di  daerah  susah  untuk memperbaikinya  /  menggantinya.  Kegiatan  rancang  bangun  ini  memiliki  peran  penting  di  dalam  menjaga kestabilan  tegangan  listrik  yang  dihasilkan  dari  sebuah  pembangkit  mikrohidro  sehingga  memenuhi persyaratan  standar  keamanan  kelistrikan.  Sistem  pengatur  beban  berfungsi  menjaga  agar  turbin  dan generator  terbebani  secara  konstan  meskipun  beban  pada  pemakai  daya  listrik  berubah-ubah.  Sistem rangkaian  ini  mampu  menjaga  kestabilan  tegangan  antara  220  volt  sampai  dengan  227  volt,  dengan frekuensi  bekerja  antara  47  Hz  sampai  dengan  50  Hz.  Generator  yang  cocok  digunakan  pada  sistem  ini adalah  generator  dengan  sikat,  karena  tegangan  yang  dihasilkan  jauh  lebih  stabil  (dilengkapi  AVR  / Automatic Voltage Regulator ). (Rahayuningtyas Ari, Santoso Teguh & Furqon Maulana, 2012).

## Prinsip Kerja  PLTMH
Secara teknis PLTMH memiliki tiga komponen utama yaitu air (hydro), turbin, dan generator. Prinsip kerja dari  PLTMH  sendiri  pada  dasarnya  sama  dengan  PLTA  hanya  saja  berbeda  kapasitasnya  atau  besarnya. PLTMH  pada  prinsipnya  memanfaatkan  beda  ketinggian  atau  sudut  kemiringan  dan  jumlah  debit  air  per detik  yang  ada  pada  saluran  irigasi,  sungai,  maupun  air  terjun.  Aliran  air  akan  memutar  turbin  sehingga akan  menghasilkan  energi  mekanik.  Energi  mekanik  turbin  akan  memutar  generator  dan  generator menghasilkan listrik. Skema prinsip kerja PLTMH dapat dilihat pada gambar berikut (Jack, 1984):
Gambar 3 . Prinsip Kerja PLTMH
Pembangunan PLTMH perlu diawali dengan pembangunan bendungan untuk mengatur aliran air yang akan dimanfaatkan  sebagai  tenaga  penggerak  PLTMH.  Bendungan  ini  perlu  dilengkapi  dengan  pintu  air  dan penyaring  sampah  (filter)  untuk  mencegah  masuknya  kotoran  maupun  endapan  lumpur.  Bendungan sebaiknya dibangun pada dasar sungai yang stabil dan aman terhadap banjir. Di dekat bendungan dibangun bangunan  pengambil  (intake),  kemudian  dilanjutkan  dengan  pembuatan  saluran  pembawa  yang  berfungsi mengalirkan air dari intake. Saluran ini dilengkapi dengan saluran pelimpah pada setiap jarak tertentu untuk mengeluarkan  air  yang  berlebih.  Saluran  ini  dapat  berupa  saluran  terbuka  atau  tertutup.  Di  ujung  saluran pelimpah  dibangun  kolam  pengendap.  Kolam  ini  berfungsi  untuk  mengendapkan  pasir  dan  menyaring kotoran sehingga air yang masuk ke turbin relatif bersih. Saluran ini dibangun dengan cara memperdalam dan memperlebar saluran pembawa dan menambahnya dengan saluran penguras.
Bak penenang / bak penampungan juga dibangun untuk menenangkan aliran air yang akan masuk ke turbin dan  mengarahkannya  masuk  ke  pipa  pesat.  Bak  ini  dibuat  dengan  konstruksi  beton  dan  berjarak  sedekat mungkin  ke  rumah  turbin  untuk  menghemat  pipa  pesat.  Pipa  pesat  berfungsi  mengalirkan  air  sebelum masuk  ke  turbin.  Dalam  pipa  ini,  energi  potensial  air  di  kolam  penenang  diubah  menjadi  energi  kinetik yang akan  memutar roda turbin. Biasany a terbuat dari pipa baja yang dirol, lalu dilas. Untuk  sambungan antar pipa digunakan  flens. Pipa ini  harus didukung oleh pondasi  yang  mampu  menahan beban statis dan dinamisnya.  Pondasi  dan  dudukan  ini  diusahakan  selurus  mungkin,  karena  itu  perlu  dirancang  sesuai dengan kondisi tanah.
Turbin, generator dan sistem kontrol masing-masing diletakkan dalam sebuah rumah yang terpisah. Pondasi turbin-generator  juga  harus  dipisahkan  dari  pondasi  rumahnya.  Tujuannya  adalah  untuk  menghindari masalah  akibat  getaran.  Rumah  turbin  harus  dirancang  sedemikian  agar  memudahkan  perawatan  dan pemeriksaan.  Setelah  keluar  dari  pipa  pesat,  air  akan  memasuki  turbin  pada  bagian  inlet.  Di  dalamnya terdapat  guided  vane  untuk  mengatur  pembukaan  dan  penutupan  turbin  serta  mengatur  jumlah  air  yang masuk ke runner/blade (komponen utama turbin). Runner terbuat  dari  baja dengan  kekuatan  tarik  tinggi yang dilas pada dua buah piringan sejajar. Aliran air akan memutar runner dan menghasilkan energi kinetik yang  akan  memutar  poros  turbin.  Energi  yang   timbul  akibat  putaran  poros  kemudian  ditransmisikan  ke
generator. Seluruh sistem ini harus balance, turbin harus dilengkapi casing yang berfungsi  mengarahkan air ke  runner.  Pada  bagian  bawah  casing  terdapat  pengunci  turbin.  Bantalan  (bearing)  terdapat  pada  sebelah kiri dan kanan poros dan berfungsi untuk menyangga poros agar dapat berputar dengan lancar.
Daya  poros  dari  turbin  ini  harus  ditransmisikan  ke  generator  agar  dapat  diubah  menjadi  energi  listrik. Generator  yang dapat digunakan pada  mikrohidro adalah generator sinkron dan  generator induksi. Sistem transmisi daya ini dapat berupa sistem transmisi langsung (daya poros langsung dihubungkan dengan poros generator  dengan  bantuan  kopling),  atau  sistem  transmisi  daya  tidak  langsung,  yaitu     menggunakan sabuk  atau belt  untuk memindahkan daya antara dua poros sejajar. Keuntungan sistem transmisi langsung adalah lebih kompak, mudah dirawat, dan efisiensinya lebih tinggi. Tetapi sumbu poros harus benar-benar lurus  dan  putaran  poros  generator  harus  sama  dengan  kecepatan   putar  poros  turbin.  Masalah ketidaklurusan  sumbu  dapat  diatasi  dengan  bantuan  kopling  fleksibel.  Gearbox  dapat  digunakan  untuk mengoreksi  rasio  kecepatan   putaran.  Sistem   transmisi  tidak   langsung   memungkinkan   adanya  variasi dalam  penggunaan  generator  secara  lebih  luas  karena  kecepatan  putar  poros  generator  tidak  perlu  sama dengan kecepatan putar poros turbin. Jenis sabuk yang biasa digunakan untuk PLTMH skala besar adalah jenis  flat  belt,  sedang  V-belt  digunakan  untuk  skala  di  bawah  20  kW.  Komponen  pendukung  yang diperlukan  pada  sistem  ini  adalah  pulley,    bantalan  dan  kopling.  Listrik  yang  dihasilkan  oleh  generator dapat langsung ditransmisikan lewat kabel pada tiang-tiang listrik menuju rumah konsumen.
Untuk menghitung potensi daya yang dimiliki oleh suatu sungai atau sumber aliran air yang akan dijadikan PLTMH digunakan rumus persamaan berikut :
P = g . Q . Hn . η (1) Dimana :
P = daya (Watt) Q = debit aliran (m3/s)
Hn
= beda ketinggian (m) g = percepatan gravitasi ( 9.8 m/s 2 ) η
= efisiensi keseluruhan
(Jack, 1984)

## Perhitungan Teknis
Perhitungan teknis potensi daya mikrohidro dapat dihitung dengan persamaan (1): Misalnya dalam sebuah perencanaan PLTMH di suatu desa didapatkan data sebagai berikut : Debit air yang bisa dialirkan sebesar 500 m 3 /dtk, dengan ketinggian head net 20 meter, jika besarnya efisiensi keseluruhan sebesar 0.5, maka daya (P) yang mampu dihasilkan adalah : P = g . Q . Hn . η P = 9.8 m/s 2 x 500 m 3 /s x 20 m x 0.5 P = 49000 watt = 49 kW
Daya  teoritis  PLTMH  tersebut  di  atas,   akan  berkurang  setelah  melalui  turbin  dan  generator,  yang diformulasikan  sebagai berikut :
(2)
Dimana : eff T : Efisiensi Turbin  antara ( 0,8 s/d 0,95) eff G : Efisiensi Generator ( 0,8 s/d 0,95)
- Perkiraan beban tersambung :
(3)
Dimana : n = banyaknya pelanggan P = Daya listrik pada tiap pelanggan ( Watt)

## - Kecepatan medan putar di dalam generator sinkron dinyatakan oleh persamaan :
(4)
Dimana : n s =      Kecepatan medan putar (rpm) f =       Frekuensi (Hz) p =       Jumlah kutub motor induksi
- Kecepatan  putar  rotor  tidak  sama  dengan  kecepatan  medan  putar,  perbedaan  tersebut  dinyatakan dengan slip :
(5)
Dimana : s =      slip n s =       kecepatan medan putar stator (rpm) n r =      kecepatan putar rotor (rpm)
- Daya maksimum yang di hasilkan dirumuskan :
(6)
- Dan efisiensi  dituliskan :
(7)
(Dandekar, 1991)

## Mikrokontroler AVR AT Mega 16
Salah  satu  mikrokontroler  yang  banyak  digunakan  saat  ini  yaitu  mikrokontroler  AVR.  AVR  adalah mikrokontroler RISC ( Reduce Instruction Set Compute ) 8 bit berdasarkan arsitektur Hardvard, yang dibuat oleh  Atmel  pada  tahun  1996.  AVR  mempunyai  kepanjangan Advanced  Versatile  RISC  atau  Alf  and Vegard’s  Risc  peocessor yang  berasal  dari  nama  dua  mahasiswa  Norwegian  Institute  of  Technology (NTH),  yaitu  Alf-Egil  Bogen  dan  Vegard  Wollan.  AVR  memiliki  keunggulan  dibandingkan  dengan mikrokontroler  lain,  keunggulan  mikrokontroler  AVR  yaitu  AVR  memiliki  kecepatan  eksekusi  program yang lebih cepat karena sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 siklus clock , lebih cepat dibandingkan dengan  mikrokontroler  MCS  51  yang  memiliki  arsitektur  CISC  ( Complex  Instruction  Set  Computer ) dimana  mikrokontroler  MCS51  membutuhkan  12  siklus clock untuk  mengeksekusi  1  intruksi.  Selain  itu, mikrokontroler  AVR  memiliki  fitur  yang  lengkap  (ADC  internal,  EEPROM  internal, Timer/Counter , Watchdog , Timer ,  PWM, Port I/O,  komunikasi  serial,  Komparator,  I2C,  dll),  sehingga  dengan  fasilitas yang  lengkap  ini, programmer dan  desainer  dapat  menggunakannya  untuk  berbagai  aplikasi  sistem elektronika seperti robot, otomasi industri, peralatan telekomunikasi, dan berbagai keperluan lain.

## METODE PENELITIAN
Secara umum konfigurasi sistem dari pengaturan beban secara elektronik pada pembangkit listrik ini terdiri dari  input,  kontroler  dan  output.  Dari  sisi  masukan  ( input )  terdiri  detektor  persilangan  titik  nol  ( zero crossing  detector )  dan  sensor  frekuensi  jala-jala  listrik  generator.  Pengolah  data  dan  kontroler  yang digunakan adalah mikrokontroler ATMega 16. Dari sisi keluaran ( output ) yang dihubungkan dengan driver triac sebagai kontrol sudut penyalaan ( firing angle ) beban komplemen / tiruan.
Blok diagram utama prototip dari perangkat keras :
Gambar 4. Blok Diagram Perangkat Keras
Fungsi dari masing-masing blok tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut :
1. Zero Crossing Detector / Deteksi Persilangan Nol
Blok ini berfungsi untuk membandingkan tegangan listrik jala-jala dengan tegangan referensi nol volt. Apabila tegangannya lebih besar dari nol volt maka output zero detector akan high dan apabila lebih kecil dari nol volt maka outputnya akan low . Perubahan dari low ke high dan dari high ke low inilah saat terjadi zero .
2. Sensor Frekuensi Penghitung  frekuensi  ( Frequency  Counter )  digunakan  untuk  menghitung  banyaknya  gelombang dalam satu detik, sehingga mempunyai satuan Hz ( Hertz ).
Untuk  mendapatkan  data  frekuensi  dari  masing-masing  blok  diperlukan  sensor  frekuensi menggunakan  mikrokontroler  AVR  ATMega  16  dan  codevision  AVR  serta  rangkaian zero  crossing detector untuk  mendeteksi  titik  nol  dari  gelombang  listrik  AC  sehingga  didapatkan  banyaknya gelombang dalam satu detik.
3. Function Generator (Pembangkit Pulsa) dengan pewaktu 555
Pembangkit pulsa dengan pewaktu ( timer ) 555 berfungsi sebagai pembangkit sinyal gelombang kotak yang bisa diatur  nilai  frekuensi dari sinyal  yang  keluar dari IC ( Integrated Circuit ) 555 ini sehingga nilai frekuensi yang dideteksi oleh AVR ATMega 16 bisa berubah-ubah dengan mengatur tahanannya.
4. Tampilan Frekuensi dengan 7 segment (ruas)
7 Segment berfungsi  sebagai  media  tampilan  selama  proses  pengendalian  berlangsung.  Blok  ini berfungsi menampilkan b esarnya frekuensi dari generator.
5. Mikrokontroller ATMega 16 sebagai pemroses kontrol sudut penyalaan triac
Blok  ini  berfungsi    sebagai  unit  kontroler  untuk  mengaplikasikan  kendali  penyalaan  sudut  triac, mendeteksi dan kontrol jumlah ballast yang harus aktif dari sensor frekuensi, dan menerima input dari rangkaian zero crossing detector sebagai penentu titik nol dari arus AC.
6. Driver triac beban tiruan / komplemen
Blok  ini  berfungsi  untuk  mengendalikan  tegangan  beban  dengan  memberi  waktu  tunda  pemicuan TRIAC.  Komponen  utama  pengatur  tegangan  listrik  berupa  TRIAC  dan  optoisolator. Driver ini termasuk jenis optocoupler sehingga relatif aman jika terjadi ketidaknormalan pada bagian beban.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Pengujian Pembangkit Gelombang Kotak dengan IC (Integrated Circuit) Timer 555
Tujuan dari pembuatan rangkaian pembangkit gelombang kotak dengan rangkaian Timer (pewaktu) IC 555 adalah  sebagai  pengganti  rangkaian zero  crossing  detector dari jala-jala  listrik  generator  PLTMH dimana frekuensinya  dapat  diubah  dengan  mengatur  resistor  RV1  dan  RV2  sebagai  masukan  untuk  ATMega  16 sebagai sensor frekuensi.
Multivibrator digunakan dalam alat ini yaitu timer 555. Multivibrator ini tegangan keluarannya beralih dari gelombang  yang  tinggi  ke  tingkat  yang  lebih  rendah  dan  kembali  kesemula.  Waktu  keluaran  yang  tinggi dan  rendah  tersebut  ditentukan  oleh  sebuah  jaringan  kapasitor  dan  tahanan  yang  dihubungkan  dari  luar
timer 555.  Dimana  harga  keluaran  yang  tinggi  sedikit  lebih  kecil  dari  Vcc.  Keluaran  dari  pewaktu  ini kemudian  diberikan  ke  sensor  frekuensi.  Pelaksanaan  pengambilan  data  dan  pengujian  dilakukan  dengan menggunakan frekuensi meter dan program osiloskop digital Proteus (ISIS Profesional ). Rangkaian ini bekerja dengan output hidup mati secara kontinyu tergantung dengan tahanan RV1 dan RV2 dan  kapasitor  C1.  Untuk  mendapatkan  hasil  keluaran  dengan  frekuensi  50  Hz  maka  perhitungan  resistor dan kapasitor yang dipakai dengan menggunakan persamaan dibawah ini.
Apabila nilai frekuensi (f) keluaran yang diharapkan sebesar 50 Hz maka nilai dari T (ms) dapat dihitung dengan persamaan:
T = 1/ f T = 1/ 50
(8)
= 0.02 sekon = 20 ms
Apabila  nilai  dari  T  total  dari  gelombang  keluaran  sudah  di  ketahui  sebesar  20  ms  maka  untuk mendapatkan T H dan T L dihitung dengan persamaan :
(9)
T total   = T H + T L T H + T L = 20 ms
Untuk  memudahkan perhitungan  maka nilai dari C1 diberikan  nilai sebesar 10 µF/25 Volt, sedangkan T H sebesar 8 ms dan T L sebesar 12 ms. Apabila  nilai  dari  T H dan  T L serta  C1  sudah  diketahui  maka  RV1  dan  RV2  dapat  dihitung  dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :
(10)
Untuk menghitung T L digunakan persamaan :
T L =  0,693 . RV2 . C1 8 ms =  0,693 . RV2 . 10 µF 0,008
=  0,693 . RV2 . 0,00001
0,008 =  0,00000693 . RV2 RV2
=  0,008 /  0,00000693
RV2 =  1154,4 Ω
Sedangkan untuk T H didapat dengan persamaan :
T H =  0.693 (RV1 + RV2) . C1
(11) 12 ms =  0.693 (RV1 + RV2) . 10 µF 0,012 =  0,00000693 (RV1 + RV2) RV1 + RV2  =  0,012 /   0,00000693 RV1 + RV2  =  1731,6 RV1
=  1731,6 – 1154,4 RV1
=  577.2 Ω
Untuk  mempermudah  pengaturan  keluaran  frekuensi  50  Hz  maka  dipilih  resistor  yang  bisa  diubah  nilai tahanannya, maka bisa dipilih RV1 sebesar 1 KΩ dan RV2 sebesar 1 KΩ .
Dari perhitungan diatas maka rangkaian pengujian multivibrator timer ini ditunjukkan dalam Gambar 5.
Gambar 5. Rangkaian pengujian pembangkit sinyal dengan multivibrator timer
Dari hasil pengujian rangkaian mulrivibrator timer ini didapatkan frekuensi sebesar 50 Hz untuk nilai RV1 sebesar 1078 Ω dan RV2 sebesar 818 Ω, dengan mengatur besarnya tahanan RV1 = 1078 Ω dan RV2 = 0 Ω didapat hasil pengukuran dengan frekuensi maksimal yaitu 130 Hz, jika nilai tahanan RV1 dan RV2 dibuat maksimum sebesar RV1 = 1078 Ω dan RV2 = 1094 Ω didapatkan nilai keluaran frekuensi sebesar 40 Hz .

## Hasil Pengujian Sistem Secara Keseluruhan
Pengujian  terhadap  sistem  ini  berarti  bagian-bagian  dari  blok  rangkaian  di  gabungkan  menjadi  satu rangkaian  di  mulai  dari  Generator  Set  (genset),  rangkaian zero  crossing  detector, sensor  frekuensi, rangkaian firing  angle ,  beban  lampu  pijar  dan dummy  load serta driver triac  seperti  yang  terlihat  pada Gambar 4.10 dibawah ini. Pengujian terhadap sistem ini sangat penting, sebab menyangkut interaksi fungsi antara blok rangkaian yang satu terhadap rangkaian yang lain.
Gambar 6 Keseluruhan rangkaian perangkat keras
Pada  pengujian  rangkaian  keseluruhan  ini  di  uji  dengan  frekuensi  dari  rangkaian  pembangkit  gelombang kotak  dengan IC  555  antara  49  -  51    Hz  maka  jumlah ballast tetap  pada  jumlah  saat  itu,  jika  frekuensi dinaikkan maka jumlah akan bertambah dengan 1 setelah 1 detik, jika frekuensi masih diatas 51 Hz maka akan  ada  penambahan  lagi  jumlah ballast sebesar  1 stage namun  jika  frekuensi  dibawah  49  Hz  maka
jumlah ballast akan  berkurang  1 stage dan  jika  frekuensi  sudah  mencapai  49-51  Hz  maka  penambahan akan dihentikan. Dapat diketahui hasil pengujian sistem sebelum dan sesudah diberikan kontrol firing angle dengan  menggunakan  beban  elemen  pemanas  dan  lampu  pijar  dengan  daya  yang  bervariasi  seperti  pada Tabel 1.

## Tabel 1 Hasil pengujian rangkaian keseluruhan
Kesimpulan  dari  Tabel  1  adalah  jika  generator  dijalankan  tanpa  beban  maka  didapatkan  pengukuran tegangan  generator  sebesar  275  Volt  dan  frekuensinya  adalah  75  Hz  namun  jika  diberikan  beban  lampu pijar 205 Watt maka tegangannya menjadi 220 Volt dan frekuensinya menjadi 51 Hz. Akan tetapi jika diuji dengan memberikan beban komplemen ( dummy load ) alat kontrol yang dibuat  maka tegangannya berkisar antara 210 Volt sampai dengan 220 Volt frekuensinya berkisar antara 49 Hz sampai dengan 51 Hz.
Dari Tabel 1 maka diperoleh grafik sebagai berikut:
Gambar 7. Perbandingan frekuensi tanpa dan dengan kontrol

## Analisa Hasil Pengujian Rangkaian Secara Keseluruhan
Dari  Gambar  7  di  atas,  saat  generator  set  (genset)  dinyalakan  tanpa  menggunakan  beban,  tegangan  dan frekuensi  yang  dihasilkan  cenderung  naik  diatas  tegangan  dan  frekuensi  nominal  generator  sebesar  275 Volt dan frekuensinya naik ke 75 Hz hal ini sangat membahayakan peralatan konsumen, namun jika diberi beban  maka  tegangan  dan  frekuensi  akan  turun.  Namun  jika  diuji  dengan  memberikan  rangkaian  kontrol firing angle serta dummy load , hasil pengukuran tegangan generator antara 210 volt sampai 220 volt dan frekuensinya  antara  49  Hz  sampai  dengan  51  Hz,  hal  ini  karena  beban  generator  tetap  sama  walaupun dengan dan tanpa beban konsumen.

## KESIMPULAN
1. Rangkaian zero crossing detector dan  mikrokontroler ATMega 16 hasil rancangan dapat  mendeteksi frekuensi  dari  sinyal  AC  (Alternating  Current)  generator  serta  dapat  mengatur  sudut  penyalaan  triac sesuai dengan yang diharapkan.
2. Hasil  pengujian  prototip  yang  dibuat  menunjukkan  jika  beban  uji  berkisar  antara  205  Watt  sampai dengan 213 Watt maka frekuensi beban berkisar antara 49 Hz sampai dengan 51 Hz
Saran-saran  yang  diharapkan  dapat  berguna  untuk  penggunaan  dan  pengembangan  lebih  lanjut  dari penelitian ini adalah  membuat pengembangan  sistem rangkaian jika  suatu ketika  frekuensi  generator jauh dibawah 50 Hz maka sistem kontrol yang dibuat dapat menstabilkan frekuensi generator.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan  terimakasih  disampaikan  kepada  ketua  LPPM  Universitas  Trunojoyo  Madura  dan  Kementrian Riset, Teknologi dan Pendidikan Tinggi atas kesempatan untuk melaksanakan penelitian Mandiri 2015..

## DAFTAR PUSTAKA
Hardiansyah,  Firmansyah  Eka  &  M.Isnaeni  B.S  (2012).  Pengendalian  beban  generator    secara  otomatis dengan algoritma PID Pada PLTMH Berbasis PLC. Jurnal Teknologi, 5(2), 114-121.
Gupta, Angkita (2012), Simulation of Advanced ELC with Synchronous Generator for Micro Hydropower Station    ,  International  Journal  of  Advanced  Electrical  and  Electronics  Engineering,  (IJAEEE), Volume-2, Issue-1, 2012
Jack, Fritz.(1984) ,  Small and Mini Hydropower System, McGraw-Hill, New York,.
Dandekar, M.M., dan Sharma, K.N. (1991). Pembangkit Listrik Tenaga Air. Jakarta: Universitas Indonesia Rahayuningtyas Ari, Santoso Teguh & Furqon Maulana (2012). Sistem pengaturan beban pada mikrohidro sebagai energi listrik pedesaan. Jurnal Sains, Teknologi, dan Kesehatan, 3(1), 13-20.
Sujatno (2012 ).  Analisis sistem kendali beban elektronik (ELC) sebagai stabilisasi energi listrik berbasis mikrokontroler.  Makalah  disajikan  dalam  Lokakarya  Nasional  Pengelolaan  dan  Penyuntingan Jurnal Ilmiah, Yogyakarta: STTN – BATAN.
.