PERBAIKAN FAKTOR DAYA DENGAN SWITCHING KAPASITOR DAN INDUKTOR OTOMATIS BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA 328 Tugas Akhir Untuk memenuhi sebagian persyaratan Mencapai derajat S-1 Jurusan Teknik Elektro Oleh M.Musfariawan At-thoriq F1B 011 052 JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MATARAM Maret 2017
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
PERBAIKAN FAKTOR DAYA DENGAN SWITCHINGKAPASITOR DAN INDUKTOR OTOMATIS BERBASIS
MIKROKONTROLLER ATMEGA 328
Tugas AkhirUntuk memenuhi sebagian persyaratan
Mencapai derajat S-1 Jurusan Teknik Elektro
Oleh
M.Musfariawan At-thoriq
F1B 011 052
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MATARAM
Maret 2017
iii
SURAT PERNYATAAN KEASLIAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam Tugas Akhir ini tidak terdapat karya
yang pernah diajukan untuk memperolah gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi,
dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah
ditulis dan diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah
ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Demikian surat pernyataan ini saya buat tanpa tekanan dari pihak manapun dan
dengan kesadaran penuh terhadap tanggung jawab dan konsekuensi serta menyatakan
bersedia menerima sangsi terhadap pelanggaran dari pernyataan tersebut.
Mataram, 7 Maret 2017
(M.Musfariawan At-thoriq)
iv
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala limpahan
rahmat, bimbingan dan karunia-Nya yang dianugerahkan kepada penulis sehingga dapat
menyelesaikan penyusunan Tugas Akhir ini. Shalawat dan salam tak lupa penulis
sampaikan kepada junjungan Rasulullah Muhammad SAW yang dengan mukjizatnya
(Al-qur’an) telah membawa seluruh umat khususnya penulis dari kebutaan ilmu
menjadi kecerdasan yang tidak ternilai.
Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat untuk mencapai derajat
Sarjana S-1 di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Mataram. Di
samping itu Tugas Akhir ini juga merupakan salah satu bentuk perwujudan atas ilmu
pengetahuan yang telah diperoleh selama di bangku kuliah.
Dalam Tugas Akhir ini, penulis melakukan penelitian dengan judul “Perbaikan Faktor
Daya Dengan Switching Kapasitor Dan Induktor Otomatis Berbasis Mikrokontroller
Atmega 328”. Dengan Tugas Akhir ini diharapkan dapat memberikan kontribusi dan
pengetahuan tentang perbaikan faktor daya secara otomatis.
Penulis menyadari bahwa sebagai manusia biasa tidak terlepas dari keterbatasan,
yang biasanya akan mewarnai kadar ilmiah dari Tugas Akhir ini. Oleh karena itu
penulis selalu terbuka terhadap masukan dan saran dari semua pihak yang sifatnya
membangun untuk mendekati kesempurnaan. Tidak lupa penulis menyampaikan
permohonan maaf yang sebesar-besarnya jika dalam Tugas Akhir ini terdapat kesalahan
dan kekeliruan. Akhir kata, semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi kita semua.
Mataram, 7 Maret 2017
Penulis
v
UCAPAN TERIMAKASIH
Tugas Akhir ini dapat terselesaikan berkat bantuan dan dukungan dan dorongan
moril maupun materiil dari berbagai pihak. Ucapan terimakasih tak lupa penulis
sampaikan atas segala bantuan dan saran yang telah diberikan dalam menyelesaikan
Tugas Akhir ini, Kepada:
1. Bapak dan Ibu tercinta yang telah memberikan segalanya dalam hidup saya.
2. Bapak Yusron Saadi, ST., MT., M.Sc., Ph.D. selaku Dekan Faktultas Teknik
Universitas Mataram.
3. Bapak Sudi Mariyanto Al Sasongko, ST., MT. selaku Ketua Jurusan Teknik
Elektro Universitas Mataram.
4. Bapak I Made Ari Nrartha, ST., MT. Selaku Dosen Pembimbing I, yang telah
memberikan segala ide, solusi dan saran kepada penyusun.
5. Bapak I Made Budi Suksmadana, ST., MT. Selaku Dosen Pembimbing II, yang
telah membantu penyusun untuk mempelajari literatur yang digunakan serta
memperbaiki kesalahan dalam penyusunan laporan.
6. Bapak supriyatna, ST., MT. sebagai Dosen Wali.
7. Sahabat-sahabat baik saya, rojak, ecal, wahyu, dian, ariel, eko, udin, niece, oyin,
tata’, dan semua temen-temen STL yang telah menyemangati dan memberikan
bantuan tenaga dan meininjamkan alat yang digunakan dalam Tugas Akhir ini.
Semoga Tuhan Yang Maha Esa memberikan imbalan yang setimpal dan
diterima segala amalannya atas bantuan yang diberikan kepada penyusun
vi
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN .............................................................................. i
SURAT PERNYATAAN KEASLIAN ............................................................ iii
KATA PENGANTAR ...................................................................................... iv
UCAPAN TERIMAKASIH ............................................................................. v
DAFTAR ISI ..................................................................................................... vi
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... ix
DAFTAR TABEL ............................................................................................. x
DAFTAR GRAFIK ........................................................................................... xi
ABSTRAK ......................................................................................................... xii
ABSTRACT ....................................................................................................... xiii
BAB I PENDAHULUAN .................................................................................. 1
1.1. Latar Belakang ...................................................................................... 1
1.2. Perumusan Masalah .............................................................................. 2
1.3. Batasan Masalah ................................................................................... 2
1.4. Tujuan ................................................................................................... 2
1.5. Manfaat ................................................................................................. 3
1.6. Sistematika Penulisan ........................................................................... 3
BAB II LANDASAN TEORI ........................................................................... 5
2.1. Tinjauan Pustaka ................................................................................... 5
2.2. Dasar Teori ........................................................................................... 5
2.2.1. Pengertian Daya .......................................................................... 5
2.2.1.1. Daya Semu ........................................................................ 6
2.2.1.2. Daya Aktif ........................................................................ 6
2.2.1.3. Daya Reaktif ..................................................................... 6
2.2.1.4. Segitiga Daya .................................................................... 7
2.2.2. Faktor Daya ................................................................................ 7
2.2.2.1. Faktor Daya Terbelakang (Lagging) ................................ 7
2.2.2.2. . Faktor Daya Mendahului (Leading) .............................. 8
2.2.3. Sifat Beban Listrik dan Beda Fasa ............................................. 9
vii
2.2.3.1. Beban Resitif .............................................................................. 9
2.2.3.2. Beban Induktif ............................................................................ 10
2.2.3.3. Beban Kapasitif .......................................................................... 10
2.2.4. Zero Crossing ........................................................................................ 11
2.2.5. Perbaikan Faktor Daya ............................................................... 11
2.2.6. Keuntungan Perbaikan Faktor Daya ......................................... 12
2.2.7. Mikrokontroller AT Mega 328 (Arduino uno) ........................... 13
2.2.7.1. Daya (Power) .............................................................................. 14
2.2.7.2. Memori ............................................................................. 15
2.2.7.3. Input dan Output ............................................................... 15
2.2.7.4. Komunikasi ....................................................................... 16
2.2.7.5. Programming .................................................................... 17
BAB III PERENCANAAN DAN PERANCANGAN SISTEM ..................... 18
3.1. Perancangan Sistem .............................................................................. 18
3.2. Perancangan Perangkat Keras ............................................................... 19
3.2.1. Perancangan Sensor Tegangan ................................................... 19
3.2.2. Perancangan Sensor Arus ........................................................... 20
3.2.3.Perancangan Rangkaian Pengukur Faktor Daya ........................ 21
3.2.3.1. Rangkaian Zero Crossing. ............................................... 21
3.2.3.2. Rangkaian Fasa Detector ................................................. 21
3.2.3.3. Rangkaian Leading/Lagging Detectoe ............................. 22
3.2.4. Perancangan Rangkaian Penggerak Relay ................................. 22
3.2.5. Perancangan Perangkat Keras Secara Keseluruhan .................... 22
3.2.6. Perancangan Rangkaian Kapasitor Dan Induktor. ...................... 23
3.2.6.1. Perancangan Rangkaian Kapasitor ................................... 23
3.2.6.2. Perancangan Rangkaian Induktor ..................................... 25
3.3. Perancangan Perangkat Lunak .............................................................. 25
3.3.1. Diagram Alir Software ............................................................... 25
BAB IVHASIL DAN PEMBAHASAN .......................................................... 27
4.1. Pengujian Sensor Tegangan ................................................................. 27
4.2. Pengujian Sensor Arus ......................................................................... 28
4.3. Pengujian Zero Crossing ..................................................................... 29
viii
4.4. Pengujian Rangkaian Phasa Detector ................................................. 30
4.5. Pengujian LCD .................................................................................... 31
4.6. Pengujian Pendeteksian Nilai Cos φ ..................................................... 31
4.7 Pengujian Pembebanan Pada Alat Perbaikan Faktor Daya ................... 34
4.7.1 Pengujian Dengan Beban Induktif .............................................. 35
4.7.1.1. Perbaikan Faktor Daya Pada Beban Induktif ................... 35
4.7.1.2. Kompensasi Arus Pada Beban Induktif ............................ 38
4.7.2 Pengujian Dengan Beban Kapasitif ............................................. 40
4.7.2.1. Perbaikan Faktor Daya Pada Beban kapasitif................... 40
4.7.2.2. Kompensasi Arus Pada Beban Induktif ............................ 43
BAB V PENUTUP ...................................................................................... 46
5.1 Kesimpulan .......................................................................................... 46
5.2 Saran .................................................................................................... 46
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 47
LAMPIRAN ..................................................................................................... 48
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Penjumlahan Trigonometri Daya Aktif, Reaktif dan Semu ........... 6
Gambar 2.2. Segitiga Daya ................................................................................. 7
Gambar 2.3. Arus Tertinggal Terhadap Tegangan ............................................. 8
Gambar 2.4. Arus Mendahului Terhadap Tegangan ........................................... 8
Gambar 2.5. Arus dan Tegangan Pada Beban Resistif ....................................... 10
Gambar 2.6. Tegangan Mendahului Arus Sebesar .......................................... 10
Gambar 2.7. Arus Mendahului Tegangan Sebesar ......................................... 10
Gambar 2.8. Rangkaian Zero Crossing ............................................................... 11
Gambar 2.9. Segitiga daya beban iduktif .......................................................... 12
Gambar 2.10. Arduino Uno ................................................................................ 13
Gambar 3.1. Diagram Blok Sistem Switching Kapasitor Dan Induktor ............. 18
Gambar 3.2. Rangkaian Sensor Tegangan ......................................................... 19
Gambar 3.3. Sensor Arus ACS712 ..................................................................... 20
Gambar 3.4. Rangkaian Pengukur Faktor Daya ................................................. 21
Gambar 3.5. Rangkaian Penggerak Relay .......................................................... 22
Gambar 3.6. Perancangan perangkat keras secara keseluruhan .......................... 23
Gambar 3.7. Blok Rangkaian Kapasitor ............................................................. 23
Gambar 3.8. Blok Rangkaian Induktor ................................................................. 25
Gambar 3.9. Flowchart Perangkat Lunak ............................................................. 26
Gambar 4.1 Rangkaian sensor tegangan .............................................................. 27
Gambar 4.2 sensor arus ACS712 (Allegro) ........................................................ 28
Gambar 4.3 Rangkaian zero crossing .................................................................. 29
Gambar 4.4 Sinyal masukan zero crossing berupa sinyal sinusoidal dan
keluaran zero crossing berupa sinyal step ..................................... 29
Gambar 4.5 Sinyal keluaran zero crossing berupa sinyal step (sinyal
tegangan dan arus) ........................................................................... 30
Gambar 4.6 Output phasa detector ...................................................................... 31
Gambar 4.7 Pengujian LCD ................................................................................. 31
Gambar 4.8 Rangkaian pendeteksian nilai cos φ ................................................ 32
Gambar 4.9 Rangkaian pembebanan induktif pada alat perbaikan faktor daya. 35
x
Gambar 4.10 Rangkaian pembebanan kapasitif pada alat perbaikan faktor daya 40
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1. Kombinasi Kapasistansi Kapasitor .................................................... 24
Tabel 3.2. Kombinasi Induktansi Induktor ........................................................ 25
Tabel 4.1 Pengujian sensor tegangan ................................................................. 27
Tabel 4.2 Pengujian sensor arus ........................................................................ 28
Tabel 4.3 Tabel logika XOR .............................................................................. 30
Tabel 4.4 Perbandingan pengukuran menggunakan alat perbaikan factor
daya dengan power faktor meter ......................................................... 33
Tabel 4.5 Pengujian perbaikan faktor daya dengan alat perbaikan faktor
daya pada beban induktif ..................................................................... 36
Tabel 4.6 kompensasi arus dengan alat perbaikan faktor daya pada beban
induktif .................................................................................................. 39
Tabel 4.7 Pengujian perbaikan faktor daya dengan alat perbaikan faktor
daya pada beban kapasitif .................................................................... 41
Tabel 4.8 Kompensasi arus dengan alat perbaikan faktor daya pada beban
kapasitif ................................................................................................. 44
xi
DAFTAR GRAFIK
Tabel 4.1. perbandingan faktor daya hasil hitung dan hasil ukur alat perbaikan
faktor daya ......................................................................................... 34
Tabel 4.2 Hubungan faktor daya awal dengan faktor daya kompensasi ............ 38
Tabel 4.3 Hubungan arus awal dengan arus kompensasi .................................. 40
Tabel 4.4 Hubungan faktor daya awal dengan faktor daya kompensasi ........... 43
Tabel 4.5 Hubungan arus awal dengan arus kompensasi .................................. 45
xii
ABSTRAK
Sistem tenaga listrik yang handal dan energi listrik dengan kualitas yang baik atau
memenuhi standar, mempunyai kontribusi yang sangat penting bagi kehidupan
masyarakat modern, Untuk mendapatkan sistem listrik yang handal salah satunya
dengan menjaga agar faktor daya tetap mendekati 1.
Dalam tugas akhir ini perbaikan faktor daya dilakukan secara otomatis sesuai
dengan kebutuhan daya reaktif sistem yaitu dengan melakukan 14 variasi kapasitor
dengan memanfaatkan 4 buah kapasitor pada beban induktif (lagging) dan 4 variasi
induktor dengan memanfaatkan 2 buah induktor pada beban kapasitif (leading).
Mikrokontroller Atmega 328 sebagai kontrol utama yang memberikan perintah
variasi kapasitor atau induktor yang digunakan, sehingga didapatkan faktor daya
kompensasi rata-rata 0,96 dengan faktor daya awal rata-rata 0,6 dengan Variasi beban
yang berbeda-beda.
Kata kunci : faktor daya, kapasitor, induktor, lagging, leading.
xiii
ABSTRACT
A reliable electric power system and electric energy with a good quality or
standards, have a very important contribution to the life of modern society, to
obtainreliable electrical system either by keeping fixed power factor close to 1.
In this final project power factor correction is performed automatically in
accordance with the needs of the system reactive power is to do 14 variations of
capacitors by utilizing 4 pieces of capacitors on inductive loads (lagging) and four
variations of the inductor by utilizing two inductors on the capacitive load (leading).
Microcontroller Atmega 328 as the primary control that gives a command
variation of capacitors or inductors used, so that the power factor compensation earned
an average of 0.96 with initial power factor average of 0.6 with a load variation
different.
Keywords: power factor, capacitors, inductors, lagging, leading.
1
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dewasa ini, listrik mempunyai peran yang sangat besar dan menentukan bagi
masyarakat, listrik digunakan dalam segala bidang kegiatan mulai dari rumah tangga,
kantor-kantor sampai industri. Kebutuhan akan adanya listrik adalah hal yang sangat
penting bagi kegiatan di zaman modern ini. Listrik merupakan pendukung kegiatan yang
ada terutama di perusahaan-perusahaan industri saat ini.
Sistem tenaga listrik yang handal dan energi listrik dengan kualitas yang baik atau
memenuhi standar, mempunyai kontribusi yang sangat penting bagi kehidupan
masyarakat modern karena peranannya yang dominan dibidang industri,
telekomunikasi, teknologi informasi, pertambangan, transportasi umum, dan lain-lain.
Terutama pada bidang industri yang rata-rata memiliki beban induktif sangatlah dibutuhkan
sistem yang handal untuk mengurangi rugi-rugi. Beban induktif ini akan menyerap daya
reaktif sehingga menimbulkan rugi-rugi karena daya reaktif yang dikonsumsi akan terukur
pada kVAr meter dan menimbulkan biaya tambahan untuk membayar konsumsi daya reaktif.
Hal ini disebabkan karena faktor daya pada beban terpasang cukup rendah. Oleh karena itu,
agar pemanfaatan energi listrik yang tersedia dapat berfungsi secara optimal, haruslah
dilakukan perbaikan faktor daya pada instalasi dengan memperhitungkan kapasitas beban
terpasang dengan faktor daya yang dihasilkan. Salah satu cara perbaikan faktor daya
adalah dengan memasang kapasitor.
Kapasitor adalah sebuah komponen elektronika yang dapat membangkitkan daya
reaktif yang bersifat kapasitif. Dengan beban rumah tangga yang kebanyakan bersifat
resistif dan induktif sehingga akan menyerap daya reaktif, dan ini menyebabkan faktor
daya menjadi turun, dan menyebabkan sistem kelistrikan tidak efisien. Maka pada
permasalahan ini dapat di tambahkan sebuah kapasitor yang dipasangkan secara paralel
dengan beban, kapasitor ini akan menghsilkan daya reaktif, sehingga daya reaktif yang di
hasilkan oleh kapasitor dapat di manfaatkan untuk mengimbangi daya reaktif yang
diserap oleh beban induktif, dengan berimbangnya daya yang diserap dan yang dihasilkan
memungkinkan arus yang diserap oleh beban lebih kecil sehingga rugi-rugi yang
dihasilkan lebih kecil.
2
Tugas akhir ini ingin menyelesaikan permasalahan faktor daya yang rendah
dengan cara melakukan switching untuk memvariasikan kapasitor dan induktor secara
otomatis untuk memperbaiki faktor daya. Selain itu dengan adanya perbaikan faktor daya
secara otomatis diharapkan dapat menjadi modul yang baru pada praktikum di
Laboratorium Sistem Tenaga yang selama ini melakukan praktikum perbaikan faktor
daya secara manual.
Untuk memungkinkan alat bekerja secara otomatis diperlukan Mikrokontroler
ATMEGA 328, dimana Mikrokontorler ini sudah familiar digunakan dikalangan
mahasiswa ataupun pelajar, karena untuk pemerograman lebih mudah untuk dimengerti.
1.2 Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang, maka dapat dirumuskan beberapa permasalahan yaitu :
1. Bagaimana merancang dan membuat alat perbaikan faktor daya dengan switching
kapasitor dan induktor otomatis berbasis Mikrokontroler ATMEGA 328 ?
2. Bagaimana pengaruh switching kapasitor dan induktor otomatis terhadap faktor
daya dan arus yang mengalir ?
1.3 Batasan Masalah
Untuk menyelesaikan masalah dalam penelitian ini, maka batasan – batasan
masalah yang diberikan sebagai berikut :
1. Sistem yang dirancang ini digunakan untuk daya satu fasa.
2. Arus maksimal melewati rangkaian sebesar 5 A
3. Rentang kerja alat ini agar dapat bekerja optimal yaitu pada beban yang
membutuhkan daya reaktif kapasitif maksimal 972 VAR sedangkan daya reaktif
induktif maksimal 321 VAR.
1.4 Tujuan
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Mendapatkan rancangan perbaikan faktor daya dengan switching kapasitor dan
induktor otomatis berbasis Mikrokontroler ATMEGA 328.
2. Mendapatkan pengaruh switching kapasitor dan induktor terhadap faktor daya dan
arus yang mengalir ke beban.
3
1.5 Manfaat
Manfaat dari pembuatan alat ini adalah:
1. Bagi penulis sendiri dapat mengetahui pengaruh kapasitor dan induktor terhadap
faktor daya dan arus yang mengalir ke beban.
2. Bagi penulis sendiri mendapatkan pengalaman untuk merancang alat perbaikan
faktor daya dengan switching kapasitor dan induktor otomatis berbasis
Mikrokontroler ATMEGA 328.
3. Bagi instansi dapat memberikan modul yang baru untuk praktikum dilaboratorium
sistem tenaga yang sebelumnya perbaikan faktor daya menggunakan kapasitor
manual.
1.6 Sistematika Penulisan
Dalam penulisan Tugas Akhir ini dibuat secara sistematik dengan menyusun
dalam beberapa bab berdasarkan pokok pembahasannya, yaitu:
BAB I Pendahuluan
Pada bab ini akan membahas mengenai latar belakang, perumusan masalah,
batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, dan sistematika penulisan.
BAB II Landasan Teori
Pada bab ini akan mencakup penjelasan tentang tinjauan pustaka dan landasan teori
yang menunjang pembahasan tugas akhir.
BAB III Perencanaan dan Perancangan Sistem
Pada bab ini akan membahas mengenai deskripsi sistem kerja, dimana mencakup
perancangan hardware dan perancangan software untuk menjalankan sistem
switching.
BAB IV Hasil dan Pembahasan
Membahas tentang pengujian peralatan dan mengukur dan menganalisa tingkat
efektif dan efisien switching kapasitor dan induktor.
4
BAB V Penutup
Menguraikan tentang kesimpulan hasil penelitian penelitian dan saran untuk
pengembangan ke depan.
5
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Tinjauan Pustaka
Wihardiyono, (2011), melakukan penelitian tentang switching kapasitor untuk
perbaikan power faktor dengan menggunakan Mikrokontroler M68HC11, dengan cara
menvariasikan 4 buah kapasitor yang bernilai sama dan 7 buah relay pada kapasitor bank
dan dihasilkan 14 jenis kombinasi rangkaian kapasitor dengan nilai kapasistansi yang
berbeda, sehingga dengan variasi tersebut akan didapatkan faktor daya yang maksimal.
Hartono, (2014) melakukan penelitian tentang perancangan alat perbaikan faktor
daya beban rumah tangga dengan menggunakan switching kapasitor dan induktor
otomatis. Perbaikan faktor daya untuk beban induktif dan kapasitif dengan memanfaatkan
10 buah relay untuk 14 variasi kapsistansi dan 4 buah relay untuk 4 variasi induktansi
yang dihubungkan paralel dengan beban. Total relay yang digunakan adalah 14 relay.
Pada penelitiannya digunakan mikrokontroler Atmega16 sebagai prosesor dalam
mengontrol relay yang berfungsi untuk memvariasikan kapasitor dan induktor. Hasil
penelitian didapatkan koreksi faktor daya tertinggi 1 dari faktor daya awal 0,47 dan
koreksi faktor daya terkecil 0,93 dari faktor daya awal 0,81 dan mampu mengkompensasi
daya semu terbesar 53,15% dan kompensasi terkecil adalah 6,18% dari daya semu
sebelumnya.
2.2 Dasar Teori
2.2.1 Pengertian Daya
Daya adalah energi yang dikeluarkan untuk melakukan usaha. Dalam sistem
tenaga listrik, daya merupakan jumlah energi yang digunakan untuk melakukan kerja atau
usaha. Daya memiliki satuan Watt, yang merupakan perkalian dari Tegangan (volt) dan
arus (amphere). Daya dinyatakan dalam P, Tegangan dinyatakan dalam V dan Arus
dinyatakan dalam I, sehingga besarnya daya dinyatakan :
P = Volt × Ampere × Cos φ (2.1)
6
2.2.1.1 Daya Semu
Daya Semu (Apparent Power) adalah daya yang dihasilkan oleh perkalian antara
tegangan dan arus dalam suatu jaringan. Satuan daya semu adalah VA.
Gambar 2.1 Penjumlahan trigonometri daya aktif, reaktif dan semu ( Ramdani,2005)
2.2.1.2 Daya Aktif
Daya aktif (Active Power) adalah daya yang terpakai untuk melakukan energi
sebenarnya. Satuan daya aktif adalah Watt. Adapun persamaan dalam daya aktif sebagai
berikut :
Untuk satu phasa P= V × I × Cos φ (2-2)
Untuk tiga phasa P= 3 × V × I × Cos φ (2-3)
Keterangnan :
P : daya aktif (Watt)
V : Tegangan (Volt)
I : Arus (Ampere)
Cos φ : faktor daya
Daya ini digunakan secara umum oleh konsumen dan dikonversikan dalam
bentuk kerja.
2.2.1.3 Daya Reaktif
Daya reaktif adalah jumlah daya yang diperlukan untuk pembentukan medan
magnet. Dari pembentukan medan magnet maka akan terbentuk fluks medan magnet.
Contoh daya yang menimbulkan daya reaktif adalah transformator, motor, dan lain – lain.
Satuan daya reaktif adalah Var.
Untuk satu phasa Q=V × I × Sin 𝜑 (2-4)
7
Untuk Tiga phasa Q= 3 × V × I × Sin 𝜑 (2-5)
Keterangnan :
P : daya aktif ( Watt)
V : Tegangan (Volt)
I : Arus (Ampere)
φ : Sudut phasa
2.2.1.4 Segitiga Daya
Segitiga daya merupakan segitiga yang menggambarkan hubungan matematika
antara tipe - tipe daya yang berbeda antara daya semu, daya aktif dan daya reaktif
berdasarkan prinsip trigonometri.
Gambar 2.2 segitiga daya (Ramdani, 2005)
dimana berlaku hubungan :
S= √𝑃2 + 𝑄2 (2-6)
P = S × Cos 𝜑 (2-7)
Q= S × Sin 𝜑 (2-8)
2.2.2 Faktor Daya
Faktor daya (Cos 𝜑) dapat didefinisikan sebagai rasio perbandingan antara
daya aktif (Watt) dan daya semu (VA) yang digunakan dalam listrik arus bolak balik
(AC) atau beda sudut fasa antara V dan I yang biasanya Dinyatakan dalam Cos 𝜑 .
2.2.2.1 Faktor Daya Terbelakang (Lagging)
Faktor daya terbelakang (lagging) adalah keadaan faktor daya saat memiliki
kondisi-kondisi sebagai berikut :
8
1. Beban atau peralatan memerlukan daya reaktif dari sistem atau beban bersifat
induktif.
2. Arus (I) terbelakang dari tegangan (V), V mendahului I dengan sudut 𝜑
Gambar 2.3 Arus Tertinggal Terhadap Tegangan (Ramdani, 2005)
2.2.2.2 Faktor Daya Mendahului (Leading)
Faktor daya mendahului (leading) adalah keadaan faktor daya saat memiliki
kondisi-kondisi sebagai berikut :
1. Beban atau peralatan memberikan daya reaktif ke sistem atau beban bersifat
kapasitif.
2. Arus (I) mendahului tegangan (V), V terbelakang dari I dengan sudut 𝜑
Gambar 2.4 Arus mendahului Terhadap Tegangan (Ramdani, 2005)
Faktor Daya = Daya Aktif (P)
Daya Semu (S)
= V × I × Cos φ
V × I
= Cos φ (2-9)
Faktor daya mempunyai nilai range antara 0 ± 1 dan dapat juga dinyatakan dalam
persen. Faktor daya yang bagus apabila bernilai mendekati satu.
Tan 𝜑 = Daya Reaktif (Q)
Daya Aktif (P)
= V × I × Sin φ
V × I × Cos φ (2-10)
9
Karena komponen daya aktif umumnya konstan (komponen kVA dan kVAR
berubah sesuai dengan faktor daya), dapat juga di tulis sebagai berikut:
Daya Reaktif (Q) = Daya Aktif (P) × Tan 𝜑 (2-11)
Sebuah contoh, rating kapasitor yang dibutuhkan untuk memperbaiki faktor daya
sebagai berikut :
Daya reaktif pada pf awal = Daya Aktif (P) × Tan 𝜑1 (2-12)
Daya reaktif pada pf diperbaiki = Daya Aktif (P) × Tan 𝜑2 (2-13)
Sehingga rating kapasitor yang diperlukan untuk memperbaiki faktor daya
adalah :
Daya reaktif (VAR) = Daya aktif (W) × (Tan 𝜑1 - Tan 𝜑2) (2-14)
Jadi kapasitor yang digunakan untuk mendapatkan sudut (Phi) = 1 adalah :
C = Qc
−V2×ω (2-15)
Keterangan :
- Q = daya reaktif kapasitor (Var)
- V = Tegangan
- ω = 2πf
2.2.3 Sifat Beban Listrik dan Beda Phasa
Dalam suatu rangkaian listrik selalu dijumpai suatu sumber dan beban. Bila
sumber listrik DC, maka sifat beban hanya bersifat resistif murni, karena frekuensi sumber
DC adalah nol. Reaktansi induktif (XL) akan menjadi nol yang berarti bahwa induktor
tersebut akan short circuit. Reaktansi kapasitif (XC) akan menjadi tak berhingga yang
berarti bahwa kapasitif tersebut akan open circuit. Jadi sumber DC akan mengakibatkan
beban beban induktif dan beban kapasitif tidak akan berpengaruh pada rangkaian. Bila
sumber listrik AC maka beban dibedakan menjadi 3 sebagai berikut :
2.2.3.1 Beban Resitif
Beban resistif yang merupakan suatu resistor murni. Beban ini hanya menyerap
daya aktif dan tidak menyerap daya reaktif sama sekali. Tegangan dan arus se-fasa.
10
Gambar 2.5 Arus dan tegangan pada beban resistif (Wihardiyono, 2011)
2.2.3.2 Beban Induktif
Beban induktif adalah beban yang mengandung kumparan kawat yang dililitkan
pada sebuah inti biasanya inti besi, contoh : motor - motor listrik, induktor dan
transformator. Beban ini mempunyai faktor daya antara 0 – 1 (Lagging). Beban ini
menyerap daya aktif (W) dan daya reaktif (VAR). Tegangan mendahului arus sebesar 𝜑.
Sehingga beda fasa antara tegangan dan arus sebesar 𝜑.
Gambar 2.6 Tegangan mendahului arus sebesar 𝜑 (Wihardiyono, 2011)
2.2.3.3 Beban Kapasitif
Beban kapasitif adalah beban yang mengandung rangkaian kapasitor. Beban ini
mempunyai faktor daya dari 0 – 1 (Leading). Beban ini menyerap daya aktif dan
mengeluarkan daya reaktif . arus mendahului tegangan sebesar 𝜑. Sehingga beda fasa
antara arus dan tegangan sebesar 𝜑.
Gambar 2.7 Arus mendahului tegangan sebesar 𝜑 (Wihardiyono, 2011)
11
2.2.4 Zero Crossing
Zero crossing merupakan rangkaian elektronis yang berfungsi untuk mendeteksi
persilangan nol yang ada pada tegangan jala-jala. Rangkaian Zero Crossing akan
memberikan output berupa pulsa sempit pada saat terjadi persilangan nol pada tegangan
AC yang dideteksi. Rangkaian pembentuk dari zero crossing detector berupa komparator.
Gambar 2.8 Rangkaian zero crossing (Motorola)
Pada Gambar 2.8 komparator difungsikan untuk mengubah sinyal dari Vin menjadi
sinyal pulsa dengan frekuensi yang sama dengan frekuesi Vin dimana amplitudo dari
keluaran zero crossing ini sama dengan VCC dan VEE. Saat fasa positif komparator akan
menghasilkan tegangan sebesar VEE dan pada saat fasa negatif komparator akan
menghasilkan tegangansebesar VCC. Rangkaian zero crossing detector ini sering
digunakan pada pernagkat pengontrolan heater AC atau beban AC yang dikendalikan
menggunakan TRIAC (Triode for Alternating Current) adapun penggunaan lain yaitu
sebagai pembanding antara dua gelombang, misalkan membandingkan gelombang
tegangan dan gelombang arus untuk mengetahui perbedaan sudut fasanya.
2.2.5 Perbaikan Faktor Daya
Faktor daya akan membesar ketika mendekati nilai 1 atau sudut 𝜑 akan mendekati
sudut 0. Misalkan pada segitiga arus lagging pada Gambar 2.8 berikut:
12
Keterangan :
Q = daya reaktif awal
Q” = Daya reaktif kapasitor
Q’ = Daya reaktif setelah diperbaiki
Gambar 2.9 Segitiga daya beban iduktif (Ramdani, 2005)
Daya reaktif Q sebenarnya adalah daya rugi-rugi dan sebisa mungkin untuk
diminimalakan, artinya dengan nilai daya nyata yang tetap dan nilai daya reaktif yang
diperkecil. Nilai P tidak berubah yang berubah adalah nilai Q, karena Q berkaitan dengan
komponen L dan C, oleh karena itu untuk meningkatkan faktor daya maka dapat dipasang
secara paralel komponen L atau C. Seperti contoh dapat dilihat pada grafik segitiga daya
pada Gambar 2.9 digambarkan perbaikan faktor daya pada beban induktif ( L) dan faktor
daya diperbaiki dengan menggunakan kapasitor (C).
2.2.6 Keuntungan Perbaikan Faktor Daya
Beberapa keuntungan perbaikan faktor daya :
1. Tagihan listrik menjadi kecil ( PLN akan memberikan denda jika faktor daya kurang
dari 0,85 )
2. Kapsitas distribusi sistem tenaga listrik meningkat
3. Mengurangi rugi-rugi daya pada sistem
4. Mengurangi besarnya tegangan jatuh
Jika faktor daya lebih kecil dari 0,85 maka kapasitas daya aktif yang digunakana
akan berkurang, kapasitas itu akan terus menurun seiring dengan menurunnya faktor daya
sistem kelistrikan. Akibat menurunnya faktor daya maka akan timbul persoalan
diantaranya :
13
1. Membesarnya penggunaan daya listrik karena rugi – rugi daya
2. Membesarnya penggunaan daya listrik kVAR
3. Mutu listrik menjadi rendah karena jatuh tegangan (voltage drops).
Beberapa strategi untuk koreksi faktor daya adalah :
1. Meminimalkan operasi dari beban motor yang ringan atau tidak bekerja
2. Menghindari operasi dari peralatan listrik diatas tegangan rata – ratanya
3. Memasang kapasitor pada jaringan AC untuk menurunkan medan dari daya
reaktif.
2.2.7 Mikrokontroller ATMEGA 328 (Arduino uno)
Arduino UNO adalah sebuah board mikrokontroler yang didasarkan pada
ATmega328 (datasheet). Arduino UNO mempunyai 14 pin digital input/output (6 di
antaranya dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, sebuah osilator Kristal
16 MHz, sebuah koneksi USB, sebuah power jack, sebuah ICSP header, dan sebuat
tombol reset. Arduino UNO memuat semua yang dibutuhkan untuk menunjang
mikrokontroler, mudah menghubungkannya ke sebuah computer dengan sebuah kabel
USB atau mensuplainya dengan sebuah adaptor AC ke DC atau menggunakan baterai
untuk memulainya.
Gambar 2.10. Arduino UNO (Banzi, 2011)
Arduino Uno berbeda dari semua board Arduino sebelumnya, Arduino UNO tidak
menggunakan chip driver FTDI usb-to-serial. Sebaliknya, fitur-fitur Atmega16U2
(Atmega8U2 sampai ke versi R2) diprogram sebagai sebuah pengubah USB ke serial.
Revisi 2 dari board Arduino UNO mempunyai sebuah resistor yang menarik garis 8U2
HWB ke ground, yang membuatnya lebih mudah untuk diletakkan ke dalam DFU mode.
Revisi 3 dari board Arduino UNO memiliki fitur-fitur baru sebagai berikut:
14
a. Pinout 1.0: ditambah pin SDA dan SCL yang dekat dengan pin AREF dan dua pin
baru lainnya yang diletakkan dekat dengan pin RESET, IOREF yang
memungkinkan shield-shield untuk menyesuaikan tegangan yang disediakan dari
board. Untuk ke depannya, shield akan dijadikan kompatibel/cocok dengan board
yang menggunakan AVR yang beroperasi dengan tegangan 5V dan dengan
Arduino Due yang beroperasi dengan tegangan 3.3V. Yang ke-dua ini merupakan
sebuah pin yang tak terhubung, yang disediakan untuk tujuan kedepannya
b. Sirkit RESET yang lebih kuat
c. Atmega 16U2 menggantikan 8U2
Ringkasan tentang arduin uno :
Mikrokontroler : ATmega328
Tegangan pengoperasian : 5V
Tegangan input yang disarankan : 7-12V
Batas tegangan input : 6-20V
Jumlah pin I/O digital : 14 (6 menyediakan keluaran PWM)
Jumlah pin input analog : 6
Arus DC tiap pin I/O : 40 mA
Arus DC untuk pin 3.3V : 50 mA
Memori Flash : 32 KB (ATmega328),
SRAM : 2 KB (ATmega328)
2.2.7.1. Daya (Power)
Arduino UNO dapat disuplai melalui koneksi USB atau dengan sebuah power
suplai eksternal. Sumber daya dipilih secara otomatis. Suplai eksternal (non-USB) dapat
diperoleh dari sebuah adaptor AC ke DC atau battery. Adaptor dapat dihubungkan dengan
mencolokkan sebuah center-positive plug yang panjangnya 2,1 mm ke power jack dari
board. Kabel lead dari sebuah battery dapat dimasukkan dalam header/kepala pin Ground
(Gnd) dan pin Vin dari konektor POWER.
Board Arduino UNO dapat beroperasi pada sebuah suplai eksternal 6 sampai 20 Volt.
Jika disuplai dengan yang lebih kecil dari 7 V, kiranya pin 5 Volt mungkin mensuplai
kecil dari 5 Volt dan board Arduino UNO bisa menjadi tidak stabil. Jika menggunakan
suplai yang lebih dari besar 12 Volt, voltage regulator bisa kelebihan panas dan
15
membahayakan board Arduino UNO. Range yang direkomendasikan adalah 7 sampai 12
Volt.
Pin-pin dayanya adalah sebagai berikut:
a. VIN. Tegangan input ke Arduino board ketika board sedang menggunakan
sumber suplai eksternal (seperti 5 Volt dari koneksi USB atau sumber tenaga
lainnya yang diatur). Kita dapat menyuplai tegangan melalui pin ini, atau jika
penyuplaian tegangan melalui power jack, aksesnya melalui pin ini.
b. 5V. Pin output ini merupakan tegangan 5 Volt yang diatur dari regulator pada
board. Board dapat disuplai dengan salah satu suplai dari DC power jack (7-12V),
USB connector (5V), atau pin VIN dari board (7-12). Penyuplaian tegangan
melalui pin 5V atau 3,3V membypass regulator, dan dapat membahayakan board.
Hal itu tidak dianjurkan.
c. 3,3V. Sebuah suplai 3,3 Volt dihasilkan oleh regulator pada board. Arus
maksimum yang dapat dilalui adalah 50 mA.
d. GND. Pin ground.
2.2.7.2. Memori
ATmega328 mempunyai 32 KB (dengan 0,5 KB digunakan untuk bootloader).
ATmega 328 juga mempunyai 2 KB SRAM dan 1 KB EEPROM (yang dapat dibaca dan
ditulis (RW/read and written) dengan EEPROM library).
2.2.7.3. Input dan Output
Setiap 14 pin digital pada Arduino Uno dapat digunakan sebagai input dan output,
menggunakan fungsi pinMode(), digitalWrite(), dan digitalRead(). Fungsi-fungsi tersebut
beroperasi di tegangan 5 Volt. Setiap pin dapat memberikan atau menerima suatu arus
maksimum 40 mA dan mempunyai sebuah resistor pull-up (terputus secara default) 20-
50 kOhm. Selain itu, beberapa pin mempunyai fungsi-fungsi spesial:
a. Serial: 0 (RX) dan 1 (TX). Digunakan untuk menerima (RX) dan memancarkan
(TX) serial data TTL (Transistor-Transistor Logic). Kedua pin ini dihubungkan
ke pin-pin yang sesuai dari chip Serial Atmega8U2 USB-ke-TTL.
16
b. External Interrupts: 2 dan 3. Pin-pin ini dapat dikonfigurasikan untuk dipicu
sebuah interrupt (gangguan) pada sebuah nilai rendah, suatu kenaikan atau
penurunan yang besar, atau suatu perubahan nilai. Lihat fungsi attachInterrupt()
untuk lebih jelasnya.
c. PWM: 3, 5, 6, 9, 10, dan 11. Memberikan 8-bit PWM output dengan fungsi
analogWrite().
d. SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Pin-pin ini mensupport
komunikasi SPI menggunakan SPI library.
e. LED: 13. Ada sebuah LED yang terpasang, terhubung ke pin digital 13. Ketika
pin bernilai HIGH LED menyala, ketika pin bernilai LOW LED mati.
Arduino UNO mempunyai 6 input analog, diberi label A0 sampai A5, setiapnya
memberikan 10 bit resolusi (contohnya 1024 nilai yang berbeda). Secara default, 6 input
analog tersebut mengukur dari ground sampai tegangan 5 Volt, dengan itu mungkin untuk
mengganti batas atas dari rangenya dengan menggunakan pin AREF dan fungsi
analogReference(). Di sisi lain, beberapa pin mempunyai fungsi spesial: TWI: pin A4
atau SDA dan pin A5 atau SCL. Mensupport komunikasi TWI dengan menggunakan Wire
library
Ada sepasang pin lainnya pada board:
a. AREF. Referensi tegangan untuk input analog. Digunakan dengan analog
Reference().
b. Reset. Membawa saluran ini LOW untuk mereset mikrokontroler. Secara khusus,
digunakan untuk menambahkan sebuah tombol reset untuk melindungi yang
memblock sesuatu pada board.
2.2.6.4. Komunikasi
Arduino UNO mempunyai sejumlah fasilitas untuk komunikasi dengan sebuah
komputer, Arduino lainnya atau mikrokontroler lainnya. Atmega 328 menyediakan serial
komunikasi UART TTL (5V), yang tersedia pada pin digital 0 (RX) dan 1 (TX). Sebuah
Atmega 16U2 pada channel board serial komunikasinya melalui USB dan muncul sebagai
sebuah port virtual ke software pada komputer. Firmware 16U2 menggunakan driver USB
COM standar, dan tidak ada driver eksternal yang dibutuhkan. Bagaimanapun, pada
Windows, sebuah file inf pasti dibutuhkan. Software Arduino mencakup sebuah serial
17
monitor yang memungkinkan data tekstual terkirim ke dan dari board Arduino. LED RX
dan TX pada board akan menyala ketika data sedang ditransmit melalui chip USB-to-
serial dan koneksi USB pada komputer (tapi tidak untuk komunikasi serial pada pin 0 dan
1).
Sebuah Software Serial library memungkinkan untuk komunikasi serial pada
beberapa pin digital UNO. Atmega328 juga mensupport komunikasi I2C (TWI) dan SPI.
Software Arduino mencakup sebuah Wire library untuk memudahkan menggunakan bus
I2C
2.2.7.5. Programming
Arduino UNO dapat diprogram dengan software Arduino (download). Pilih
“Arduino Uno dari menu Tools > Board (termasuk mikrokontroler pada board). Untuk
lebih jelas, lihat referensi dan tutorial.
ATmega328 pada Arduino Uno hadir dengan sebuah bootloader yang
memungkinkan kita untuk mengupload kode baru ke ATmega328 tanpa menggunakan
pemrogram hardware eksternal. ATmega328 berkomunikasi menggunakan protokol
STK500 asli (referensi, file C header) Kita juga dapat membypass bootloader dan
program mikrokontroler melalui kepala/header ICSP (In-Circuit Serial Programming),
Sumber kode firmware ATmega16U2 (atau 8U2 pada board revisi 1 dan revisi 2) tersedia.
ATmega16U2/8U2 diload dengan sebuah bootloader DFU, yang dapat diaktifkan
dengan:
a. Pada board Revisi 1: Dengan menghubungkan jumper solder pada belakang board
(dekat peta Italy) dan kemudian mereset 8U2
b. Pada board Revisi 2 atau setelahnya: Ada sebuah resistor yang menarik garis
HWB 8U2/16U2 ke ground, dengan itu dapat lebih mudah untuk meletakkan ke
dalam mode DFU. Kita dapat menggunakan software Atmel’s FLIP (Windows)
atau pemrogram DFU (Mac OS X dan Linux) untuk meload sebuah firmware
baru. Atau kita dapat menggunakan header ISP dengan sebuah pemrogram
eksternal (mengoverwrite bootloader DFU). Lihat tutorial user-contributed ini
untuk informasi selengkapnya.
18
BAB III
PERENCANAAN DAN PERANCANGAN SISTEM
Pada bab ini akan dibahas perencanaan peralatanyang meliputu perencanaan
perangkat keras (hardware) dan perancangan perangkat lunak (software).
3.1. Perancangan Sistem
Secara umum, Diagram blok perencanaan perancangan switching kapasitor dan
induktor otomatis untuk perbaikan faktor daya berbasis mikrokontroller ATMega 328
diperlihatkan pada Gambar 3.1 berikut ini :
Netral
Sensor arus
Sensor
tegangan
Variasi
kapasitor
dan
induktor
Variasi
beban
220 VAC
Zerro
crossing
Phasa
detector
Leading / lagging
detector
Arduino Uno
Suplay daya
LCD
Relay
penggerak
Keterangan :
1. penghantar informasi : - - - - - -
2. kabel penghantar :
Gambar 3.1 Diagram blok sistem switching kapasitor dan induktor
Sistem dimulai dengan pendeteksian sinyal dengan sensor tegangan dan sensor
arus. Sensor tegangan berfungsi mengambil sinyal sinosidal sebesar 5 volt dari sinyal
sinosoidal tegangan 220 volt sedangkan Sensor arus berfungsi untuk mengkonversi sinyal
sinosoidal arus menjadi sinyal sinosoidal tegangan yang linier dengan perubahan nilai
arusnya. Sinyal keluaran sensor arus dan tegangan masuk ke rangkaian zero crossing
19
yang berfungsi untuk mengkonversi sinyal sinosoidal tegangan dan arus menjadi sinyal
step tegangan dan arus. Kemudian sinyal step tegangan dan arus masuk ke rangkaian
phasa detector untuk di deteksi beda fasa antara sinyal arus dan tegangan. Di saat yang
sama sinyal step tegangan dan arus juga masuk ke rangkaian leading/lagging detector
untuk di ketahui sifat leading/lagging-nya. Kemudian keluaran dari rangkaian phasa
detector dan rangkaian leading/lagging detector terhubung ke arduini uno untuk di olah
agar dapat menentukan faktor daya dan sifat beban apakah leading/lagging. Arduino uno
akan memberi perintah pada penggerak relay untuk menentukan kapasitor atau induktor
mana yang harus aktif untuk mendapatkan faktor daya yang di inginkan yaitu mendekati
1.
3.2 Perancangan Perangkat Keras
Perancangan dan pembuatan perangkat keras (hardware) pada tugas akhir ini
meliputi : rangkaian elektronika dan rangkaian unit control.
3.2.1 Perancangan Sensor Tegangan
sensor tegangan yang berfunsi untuk menentukan tegangan jala-jala listrik setiap
saat. Sensor tegangan ini berupa rangkaian pembagi tegangan, sehingga tegangan yang di
hasilkan berupa tegangan sinosoidal.
VinVout
4 V
Step Down
220 V
10 kΩ
20 kΩ
6 v
R1
R2
Gambar 3.2 Rangkaian sensor tegangan
Untuk mendapatkan nilai keluaran tegangan yang diinginkan, maka dapat dicari
nilai tahanan yang digunakan, dengan persamaan berikut :
Vout = 𝑅2
𝑅1+𝑅2 x Vin
4 = 𝑅2
𝑅1+𝑅2 x 6
Jika ditentukan R1 = 10 kΩ
20
maka R2 dapat dihitung dengan cara :
4 = 𝑅2
𝑅1+𝑅2 x 6
4 = 𝑅2
20000+𝑅2 x 6
4 x ( R2 + 10000) = R2 x 6
4R2 + 40000 = 6R2
6R2 - 4R2 = 40000
R2 = 40000
2
R2 = 20000 Ω
R2 = 20 kΩ
3.2.2 Perancangan Sensor Arus
Sensor arus berfungsi untuk mengkonversi sinyal sinosoidal arus sistem menjadi
sinyal sinosoidal tegangan. Sensor arus ini menggunakan metode half effect sensor. Half
efect sensor merupakan sensor yang digunakan untuk mendeteksi medan magnet.
Ip+
Ip+
Ip-
Ip-
VCC
VOUT
FILTER
GND
+5 V
C
1 nF
C
0,1 μF
1 kΩ
+5 V
Resistor
variable
LM324VOUT
Gambar 3.3 sensor arus ACS712 (Allegro)
Hall Effect Sensor akan menghasilkan sebuah tegangan yang proporsional dengan
kekuatan medan magnet yang diterima oleh sensor tersebut. Pendeteksian perubahan
kekuatan medan magnet cukup mudah dan tidak memerlukan apapun selain sebuah
inductor yang berfungsi sebagai sensornya. Kelemahan dari detektor dengan
menggunakan induktor adalah kekuatan medan magnet yang statis (kekuatan medan
magnetnya tidak berubah) tidak dapat dideteksi. Oleh sebab itu diperlukan cara yang lain
untuk mendeteksinya yaitu dengan sensor yang dinamakan dengan ‘hall effect’ sensor.
21
Sensor ini terdiri dari sebuah lapisan silikon yang berfungsi untuk mengalirkan arus listrik.
Dengan metode ini arus yang dilewatkan akan terbaca pada fungsi besaran tegangan
berbentuk gelombang sinusoidal.
Pada rangkaian sensor arus ini ditambahkan IC LM324 sebagai penguat agar
sensitifitas sensor lebih tinggi pada saat pembacaan arus oleh arduino. Karena hasil
pembacaan sensor arus akan dangat mempengaruhi variasi kapasitor ataupun induktor
yang akan digunakan.
3.2.3 Perancangan Rangkaian Pengukur Faktor Daya
S
R
D
C
Sinyal leading /
Lagging
Flip flop D
Sinyal beda fasa
1
2
3
4
5
6
a b
c
+5
Sensor
tegangan
Snsor
arus
10 k
10 k
LM339
LM339
GND
5 k
output
Keterangan :
a. Rangkaian zero crossing
b. Rangkaian Phase Detector
c. Rangkaian Leading/Lagging Detector
Gambar 3.4 Rangkaian pengukur faktor daya
3.2.3.1 Rangkaian Zero Crossing
Rangkaian zero crossing berfungsi untuk mengkonfersi sinyal sinoidal arus dan
tegangan yang sebelumnya telah dideteksi oleh sensor arus dan sensor tegangan sehingga
sinyal sinosoidal akan di rubah menjadi sinyal step agar dapat di baca beda fasa antara
sinyal tegangan dan sinyal arus. Rangkaian Zero Crossing terlihat pada Gambar 3.4
(rangkaian a).
3.2.3.2 Rangkaian Phase Detector
22
Rangkaian phase detector berfungsi untuk mengetahui nilai beda sudut fasa. Nilai
beda sudut fasa didapatkan dengan menghitung selang waktu antara tegangan naik dan
tegangan turun pada keluaran gerbang XOR. Dalam hal ini digunakan IC gerbang XOR
74LS86 seperti Gambar 3.4 pada rangkaian b.
3.2.3.3 Rangkaian Leading/Lagging Detector
Rangkaian leading/lagging detector berfungsi untuk mengetahui apakah arus
terbelakang atau tegangan yang terbelakang, jika sistem lagging maka IC Flipflop akan
bernilai 0, sebaliknya jika sistem leading maka Flipflop akan bernilai 1, dalam hal ini
digunakan IC 74HC74, seperti gambar 3.4 pada rangkaian c.
3.2.4 Perancangan Rangkaian Penggerak Relay
Rangkaian penggerak relay berfungsi sebagai menggerakkan relay berdasarkan
perintah dari mikrokontroller. Led berfungsi sebagai penanda ralay mana yang bekerja,
tansistor berfungsi sebagai saklar otomatis untuk mengalirkan ground ke relay.
Relay
Dari MK
Led R1
TIP 41
VCC
D1
GND
Gambar 3.5 Rangkaian penggerak relay (Bishop, 2002)
3.2.5 Perancangan Perangkat Keras Secara Keseluruhan
Pada perancanga ini merupakan gabungan keseluruhan perancangan perangkat keras,
perancangan disesuikan dengan skema perancangan sistem pada Gambar 3.1.
23
Sensor
tegangan
S
R
D
C
Sinyal leading
Lagging
Flip flop D
Sinyal beda fasa
1
2
3
4
5
6
10 k
10 k
LM339
LM339
GND
5 k
Ip+
Ip+
Ip-
Ip-
VCC
VOUT
FILTER
GND
+ 5 V
C
1 nF
C
0, 1 µF
1 k?
+ 5 V
Resistor
variable
LM324VOUT
VinVout
4 V
Step
Down
220 V
10 k?
20 k?
6 v
R1
R2
Snsor
arus
DO/RX
D1/TX
D2
D3/PWM
D4
D5/PWM
D6/PWM
D7
D8
D9/PWN
D10/PWM/SS
D11/PWM/MOSL
D12/MOSI
D13/SCK
A0
A1
A2
A3
A4
A5
RESET
RESET2
AREF
IOREF
VCC
Relay 1
TIP 41
D1
GND
R1Led
VCC
Relay 2
TIP 41
D1
GND
R1Led
VCC
Relay 3
TIP 41
D1
GND
R1Led
VCC
Relay 4
TIP 41
D1
GND
R1Led
VCC
Relay 5
TIP 41
D1
GND
R1Led
VCC
Relay 6
TIP 41
D1
GND
R1Led
VCC
Relay 7
TIP 41
D1
GND
R1Led
VCC
Relay 8
TIP 41
D1
GND
R1Led
VCC
Relay 9
TIP 41
D1
GND
R1Led
+5
VCC
Relay 10
TIP 41
D1
GND
R1Led
XOR
AR
DU
INO
UN
O
Gambar 3.6 Perancangan perangkat keras secara keseluruhan
3.2.6 Perancangan Rangkaian Kapasitor dan Induktor
3.2.6.1 Perancangan Rangkaian Kapasitor
Kapasitor yang digunakan adalah kapasitor AC dengan nilai 16 µF, rangkaian
kombinasi kapasitor ditunjukkan pada Gambar 3.7 dengan 14 variasi kapasitor.
Fasa
GND
C1 C2 C3 C4
NO
NONONO
NONONO
NC
NCNCNC
NCNCNC
R1 R2 R3
R4 R5 R6
R7
Gambar 3.7 Blok rangkaian kapasitor
24
Dari blok rangkaian kapasitor pada Gambar 3.7 didapatkan berbagai variasi
kapasitor yang ditunjukkan pada Tabel 3.1.
Tabel 3.1 Kombinasi kapsistansi kapasitor
NO Kombinasi
Rangkaian
Nilai Kapasistansi
(μF)
Relay Yang
Aktif
1
4,00 7
2
5,33 1,7
3
6,40 1,4,7
4
8,00 2,7
5
10,66 1,2,5,7
6
12,00 1,2,4,5,7
7
16,00 3,7
8
21,33 3,6,7
9
24,00 1,3,6,7
10
26,66 1,3,4,6,7
11
32,00 2,3,6,7
12
40,00 2,3,5,6,7
13
48,00 1,2,3,5,6,7
14
64,00 1,2,3,4,5,6,7
25
3.2.6.2 Perancangan Rangkaian Induktor
Induktor yang digunakan pada tugas akhir ini adalah berjumlah 2 buah induktor
masing-masing induktor bernilai 800 mH dan 1200 mH yang di variasikan secara seri dan
paralel dengan 4 variasi induktor. Rangkaian kombinasi induktor ditunjukkan pada
Gambar 3.8.
NO
NC
NO
NC
NO
NC
Fasa
Netral
R8
R10
R9
L1800 mH 1200 mH
L2
Gambar 3.8 Blok rangkaian induktor
Dari blok rangkaian induktor pada Gambar 3.8 didapatkan berbagai variasi
induktor yang ditunjukkan pada Tabel 3.2.
Tabel 3.2 Kombinasi induktansi induktor
NO Kombinasi Rangkaian
Nilai Induktansi
(mH)
Relay yang
aktif
1
2000 8,9,10
2
1200 9
3
800 8,9
4
480 8
3.3 Perancangan Perangkat Lunak
3.3.1 Diagram Alir Software
Proses kerja software system switching kapsitor dan induktor sebagai perbaikan
faktor daya, proses kerja sistem ini adalah seperti pada Gambar 3.9 berikut:
26
Mulai
Ambil data masukan :
interruptPin
Hitung nilai pf awal
Inisialisasi variabel
pin A3 = ‘High’ ?
If high = lagging
Baca pin A3
(Lagging leading
detector)
Hitung kebutuhan
kapasitor
Hitung kebutuhan
induktor
yatidak
Eksekusi variasi
kapasitor yang
digunakan
Eksekusi variasi
kapasitor yang
digunakan
Tampilakan di LCD
selesai
Hitung faktor daya
kompensasi
Hitung faktor daya
kompensasi
Gambar. 3.9 Flowchart perangkat lunak
27
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Pengujian Sensor Tegangan
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui apakah sensor tegangan dapat
menghasilkan keluaran tegangan yang sesuai dengan kemampuan peralatan yang
digunakan dan dapat menyalurkan informasi berupa sinyal sinosoidal tegangan dari
sistem ke zero crossing. Rangkaian sensor tegangan dapat dilihat pada Gambar 4.1.
VinVout
4 V
Step Down
220 V
10 kΩ
20 kΩ
6 v
R1
R2
Gambar 4.1 Rangkaian sensor tegangan
Rangkaian sensor tegangan ini akan menurunkan tegangan sistem dari tegangan
220 V menjadi tegangan 4 V, sehingga keluaran sensor tegangan dapat disalurkan ke zero
crossing dengan tegangan 4 V. pengujian sensor tegangan dapat dilihat pada Tabel 4.1.
Tabel 4.1 Pengujian sensor tegangan
Pengujian ke- Vin (V) Vout (V)
1 0 0
2 20 0,6
3 60 1,3
4 80 1,57
5 120 2,18
6 140 2,50
7 160 2,82
8 180 3,12
9 200 3,43
10 220 3,75
Terlihat pada Tabel 4.1 menunjukkan bahwa pengujian sensor tegangan dengan
masukan tegangan dari 0 V sampai dengan 220 V didapatkan nilai tegangan keluaran
28
0 V hingga 3,75 V. keluaran sensor tegangan terdapat perbedaan antara pengujian dengan
pengujian, ini disebabkan karena komponen yang tidak ideal.
4.2. Pengujian Sensor Arus
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui apakah tegangan keluaran sensor arus
ACS712 sesuai dengan spesifikasi yang dibutuhkan oleh komponen peralatan zero
crosing dan mampu menyalurkan informasi berupa sinyal sinosoidal arus dari sistem ke
zero crossing. Rangkaian sensor arus dapat dilihat pada Gambar 4.2.
Ip+
Ip+
Ip-
Ip-
VCC
VOUT
FILTER
GND
+5 V
C
1 nF
C
0,1 μF
1 kΩ
+5 V
Resistor
variable
LM324VOUT
Gambar 4.2 sensor arus ACS712 (Allegro)
Sensor arus berfungsi untuk menyalurkan informasi berupa sinyal sinosoidal arus
menuju zero crossing, dimana sensor arus ini akan mengeluarkan tegangan AC jika
dipasang pada listrik AC, pada teorinya sensor arus ACS712 akan menghasilkan tegangan
semakin besar seiring dengan semakin besarnya arus yang mengalir pada sistem. Seperti
yang terlihat pada Tabel 4.2 Pengujian sensor arus ACS712.
Tabel 4.2 Pengujian sensor arus
Pengujian ke- Iin (A) Vout (V)
1 0,00 2,46
2 0,50 2,50
3 1,00 2,55
4 1,50 2,60
5 2,00 2,67
6 2,50 2,75
7 3,00 2,83
8 3,50 2,91
9 4,00 2,98
10 4,50 3,06
29
Terlihat pada Tabel 4.2 menunjukkan bahwa hasil Vout dari sensor arus acs712
pada nominal arus 4,5 yaitu 3,06, pada pengujian tugas akhir ini dilakukan pengujian
dengan nominal arus 0 ampere sampai dengan 5 ampere. sehingga dengan tegangan 3,06
tidak akan merusak peralatan zero crossing yang bekerja mengolah sinyal keluaran sensor
arus.
4.3. Pengujian Zero Crossing
Pengujian ini berfungsi untuk mengetahui apakah zero crossing mampu
mengkonversi sinyal sinosoidal dari sensor menjadi sinyal step, dimana sinyal step ini
dibutuhkan untuk mempermudah pembacaan beda fasa antara sinyal tegangan dan arus.
Rangkaian zero crossing dapat dilihat pada Gambar 4.3.
+5
Sensor tegangan
Snsor arus
10 kΩ
10 kΩ
LM339
LM339
GND
5 kΩ
inputoutput
Gambar 4.3 Rangkaian zero crossing
Dalam perancangan zero crossing digunakan IC LM339 untuk mengkonversi
sinyal sinusoidal dari sensor tegangan dan sensor arus menjadi sinyal step. Saat sinyal
sinusoidal bernilai positif maka zero crossing akan menghasilkan logika high, sebaliknya
pada saat sinyal bernilai negatif maka zero crossing akan menghasilkan logika low. Hasil
pengujian zero crossing dapat dilihat pada Gambar 4.4.
Gambar 4.4 Sinyal masukan zero crossing berupa sinyal sinusoidal dan keluaran zero crossing
berupa sinyal step.
30
Seperti Gambar 4.4 bahwa Pada saat sinyal dari sensor bernilai positif maka
keluaran dari zero crosing berlogika high sedangkan pada saat sinyal bernilai nol atau
bernilai negatif maka keluaran zero crosing berlogika low. Jika digabungkan antara
keluaran zero crossing sensor arus dan keluaran zero crossing sensor tegangan maka akan
terlihat jarak beda fasa antara sinyal tegangan dan arus, seperti yang terlihat pada Gambar
4.5 berikut.
Gambar 4.5 Sinyal keluaran zero crossing berupa sinyal step (sinyal tegangan dan arus).
4.4. Pengujian Rangkaian Phasa Detector
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui apakah phasa detector mampu
membandingkan sinyal step tegangan dan sinyal step arus sehingga didapatkan beda fasa
antara tegangan dan arus. Dalam rangkaia phasa detector memanfaatkan IC gerbang XOR
(74LS86), dimana output dari gerbang XOR akan berlogika 1 apabila masukan berlogika
berbeda , sedangkan pada saat masukan berlogika sama maka output dari gerbang XOR
akan berlogika 0. Tabel logika XOR dapat dilihat pada Tabel 4.3.
Tabel 4.3 Tabel logika XOR
Masukan keluaran
B A XOR
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0
Phasa detector berperan sangat penting pada tugas akhir ini karena akan
mempengaruhi pembacaan faktor daya dan kompensasi kapasitor yang digunakan. Hasil
keluaran rangkaian phasa detector pada Gambar 4.6 berikut.
31
Gambar 4.6 Output phasa detector
Keluaran phasa detector berupa sinyal step hasil perbandingan antara sinyal
tegangan dan arus, dimana sinyal step tersebut merupakan beda fasa atara tegangan dan
arus dalam fungsi waktu, sehingga untuk mendapatkan nilai jarak beda fasa antara sinyal
tegangan dan sinyal arus dalam bentuk sudut maka perlu disambungkan ke arduino uno
untuk dilakukan proses perhitungan lebih lanjut.
4.5. Pengujian LCD
Pada pengujian LCD ini dimaksudkan untuk mengetahui apakah LCD dapat
menampilkan karakter ataupun hasil pengukuran faktor daya, baik faktor daya sebelum
menggunakan alat perbaikan faktor daya maupun setelah menggunakan alat perbaikan
faktor daya. Tampilan LCD dapat dilihat pada Gambar 4.7.
Gambar 4.7 Pengujian LCD
4.6. Pengujian Pendeteksian Nilai Cos φ
Pengujian ini dilakukan dengan cara membandingkan hasil pengukuran pada alat
perbaikan faktor daya dengan hasil perhitungan faktor daya . Sehingga akan didapatkan
persen error pada alat perbaiakan faktor daya. Pengujian dilakukan dengan menggunakan
beban induktif dengan rangkaian pada gambar 4.8.
32
220 VPs1=
40w
Ps2=
50w
R
L
Alat perbaikab
Faktor daya
Beban
Solder
2 unit
IsIRLIt
Vin
Gambar 4.8 Rangkaian pendeteksian nilai cos φ
Perhitungan menggunakan hasil pengujian pertama pada tabel 4.4.
Diketahui :
Ps = 40 + 50 = 90 watt
R = 66,67
L = 0,8 H
It = 0,9 Ampere
Perhitungan :
𝐼𝑠 = 𝑃
𝑉 𝑥 cos 𝜑
= 90
220 𝑥 1
= 0,41
𝐼𝑅𝐿 = 𝐼𝑡 − 𝐼𝑠
= 0,9 − 0,41
= 0,49
Z = R + jXL
XL = 2 x 3,14 x 50 x 0,8
= 251,2
Z = 66,67 + j251,2
= 259,9 < 75,61
cos φ1 = 𝑅
𝑍
= 66,67
259,9
= 0,3
33
𝑃𝑅𝐿 = 𝑉 𝑥 𝐼𝑅𝐿 𝑥 cos φRL
= 220 𝑥 0,49 𝑥 0,3
= 32,34 𝑤𝑎𝑡𝑡
𝑃𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑃𝑅𝐿 + 𝑃𝑠
= 32,34 + 90
= 122,34 𝑤𝑎𝑡𝑡
cos φ 2 =122,34
220 𝑥 0,9 𝑤𝑎𝑡𝑡
= 0,62
Keterangan :
Ps : daya solder (watt)
PRL : Daya beban RL ( watt)
Ptotal : Daya total beban (watt)
Cos φ1 : faktor daya beban RL
Cos φ2 : faktor daya sistem
Untuk hasil perhitungan selanjutnya dapat dilihat pada tabel 4.4.
Tabel 4.4 Perbandingan pengukuran menggunakan alat perbaikan faktor daya dengan
perhitungan fakto daya.
beban : solder 40 w dan 50 w.
Penujian
ke-
Beban Tegangan
(V)
Arus
(A)
Faktor
daya
hitung
Faktor daya
ukur
Error
(%) R
(Ohm)
L
(H)
1 66,67 0,8 220 0,78 0,62 0,63 1,56
2 50,00 0,8 220 0,79 0,61 0,6 1,63
3 33,33 0,8 220 0,79 0,58 0,57 1,72
4 25,00 0,8 220 0,79 0,56 0,53 5,35
5 66,67 0,6 220 0,99 0,62 0,63 1,61
6 50,00 0,6 220 1,00 0,57 0,60 5,26
7 33,33 0,6 220 1,00 0,52 0,56 7,69
8 25,00 0,6 220 1,00 0,48 0,51 6,25
9 33,33 1,0 220 0,62 0,69 0,63 8,69
10 66,67 0,2 220 2,05 0,78 0,80 2,56
34
Terlihat pada Tabel 4.4 pengujian dilakukan dengan variasi beban yang berbeda-
beada sehingga variasi beban akan berpengaruh terhadap faktor daya dan arus yang
mengalir ke beban. Pada pengujian pendeteksian faktor daya ini akan dilakukan
pengukuran dengan alat perbaikan faktor daya dan akan dibandingkan dengan hasil
perhitungan, sehingga akan didapatkan error pada pengukuran alat perbaikan faktor daya.
Error pada alat perbaikan faktor daya digunakan persamaan :
𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 % =𝑝𝑓 ℎ𝑖𝑡𝑢𝑛𝑔−𝑝𝑓 𝑢𝑘𝑢𝑟
𝑝𝑓 ℎ𝑖𝑡𝑢𝑛𝑔 𝑥100
Sehingga didapatkan error rata-rata dari 10 data adalah 4,23 %.
pengujian Pendeteksian nilai Cos φ dapat digambarkan pada grafik 4.1
perbandingan hasil perhitungan nilai cos φ dengan hasil pengukuran pada alat perbaikan
faktor daya. Pengujian nilai cos φ bertujuan untuk melihat keakuratan pengukuran cos φ
dengan alat perbaikan faktor daya.
Grafik 4.1 Perbandingan faktor daya hasil hitung dan hasil ukur alat perbaikan faktor
daya
4.7 Pengujian Pembebanan Pada Alat Perbaikan Faktor Daya
pengujian ini bertujuan untuk melihat perubahan sebelum menggunakan alat
perbaikan faktor daya dan sesudah menggunakan alat perbaikan faktor daya dengan
beban yang bervariasi baik beban induktif maupun beban kapasitif.
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
0 2 4 6 8 10 12
fakt
or
day
a
percobaan ke-
Grafik perbandingan faktor daya hasil hitung dan hasil ukur alat perbaikan faktor daya
hitung
ukur
35
4.7.1 Pengujian Dengan Beban Induktif
pengujian pada beban induktif dilakukan dengan rangkaian pada Gambar 4.9.
220 V
R
L
Alat perbaikab
Faktor daya
Beban
Solder
2 unit
Gambar 4.9 Rangkaian pembebanan induktif pada alat perbaikan faktor daya
4.7.1.1. Perbaikan Faktor Daya Pada Beban Induktif
Pada pengujian ini dilakukan dengan 10 variasi beban induktif yang berbeda
dimana Pf awal didapatkan pada saat sistem belum dikompensasi oleh alat perbaikan
faktor daya sedangkan Pf kompensasi didapatkan saat sistem telah dikompensasi oleh
alat perbaikan faktor daya. Hasil pengujian perbaikan faktor daya pada beban induktif
dapat dilihat pada Tabel 4.5.
36
Tabel 4.5 Pengujian perbaikan faktor daya dengan alat perbaikan faktor daya pada beban induktif
beban : solder 40 w dan 50 w.
Penujian
ke-
Beban Tegangan
(V)
Faktor
daya
Awal
Faktor daya
kompensasi
kapasitas
Kapasitor yang
digunakan
(µF)
kapsitas kapasitor
hitung
(µF)
Sifat R
(Ohm)
L
(H)
1 66,67 0,8 220 0,63 0,98 8 ,00 8,76 Lagging
2 50,00 0,8 220 0,60 0,96 8,00 9,14 Lagging
3 33,33 0,8 220 0,57 0,95 8,00 9,39 Lagging
4 25,00 0,8 220 0,53 0,95 8,00 9,69 Lagging
5 66,67 0,6 220 0,63 0,95 10,66 11,12 Lagging
6 50,00 0,6 220 0,60 0,95 10,66 11,58 Lagging
7 33,33 0,6 220 0,56 0,94 10,66 11,99 Lagging
8 25,00 0,6 220 0,51 0,98 12,00 12,45 Lagging
9 33,33 1,0 220 0,62 0,98 6,40 6,97 Lagging
10 66,67 0,2 220 0,80 0,95 16,00 17,80 Lagging
37
Berdasarkan Tabel 4.5 Terlihat bahwa dengan variasi bebabn yang berbeda-
beda didapatkan faktor daya yang bervariasi pula. Pada faktor daya awal ( pf awal)
merupakan faktor daya sebelum dikompensasi oleh alat perbaikan faktor daya,
sedangkan faktor daya kompensasi ( pf kompensasi) merupakan faktor daya yang
telah dikompensasi oleh alat perbaikan faktor daya, sehingga dapat dilihat bahwa
pada nilai pf kompensasi bernilai lebih tinggi dibandingkan pf awal dan nilai pf
kompensasi mendekati nilai faktor daya maksimal yaitu rata-rata faktor daya
kompensasi 0,95. ini menunjukkan bahwa alat perbaikan faktor daya telah mampu
mengkompensasi faktor daya sistem.
Kapasitas kapasitor yang digunakan dapat diketahui dengan cara melakukan
perhitungan, seperti yang terlihat pada perhitungan berikut :
Contoh pada pengambilan data pertama :
𝑉 = 220 𝑉
𝐼1 = 0,9 𝐴 ( 𝑡𝑎𝑏𝑒𝑙 4.6)
cos 𝜑 = 0,63
Hitung :
𝜑1 = 𝑐𝑜𝑠−1( 0,63)
= 0,89
𝑄1 = 𝑉 𝑥 𝐼 𝑥 𝑆𝑖𝑛 𝜑1
= 220 𝑥 0,78 𝑥 sin(0,89)
= 133,26 VAR
𝑄2 = 𝑉 𝑥 𝐼2 𝑥 𝑆𝑖𝑛 𝜑2
= 220 𝑥 𝐼2 𝑥 sin(0)
= 0 VAR
∆𝑄 = 𝑄2 − 𝑄1
= 0 − 133,26
= −133,26 VAR
C = Q
−V2 x ω
= −133,26
−2202 x 314
= 8,76 µ𝐹
38
Ketgerangan :
V : tegangan
I1 : Arus sebelum kompensasi
I2 : arus pada faktor daya maksimal
Q1 : Daya reaktif sebelum dikompensasi
Q2 : Daya reaktif pada faktor daya maksimal
ΔQ : daya raaktif yang dibutuhkan oleh sistem
C : kapasitas kapasitor
Pengujian perbaikan faktor daya pada beban induktif dapat digambarkan pada
Grafik 4.2.
Grafik 4.2 Hubungan faktor daya awal dengan faktor daya kompensasi
Dari Grafik 4.2 terlihat bahwa perubahan pada faktor daya awal dengan faktor daya
kompensasi, pada faktor daya awal nilai faktor daya rata-rata 0,60 setelah dikompensasi
dengan kapasitor didapatkan nilai rata-rata faktor daya 0,96. Sehingga alat perbaikan faktor
daya sudah mampu mengkompensasi faktor daya smpai mendekati nilai faktor daya
maksimal.
4.7.1.2. Kompensasi Arus Pada Beban Induktif
Dengan variasi beban yang sama dengan prbaikan faktor daya pada beban
induktif dimana dilakukan pengujian dengan 10 variasi beban yang berbeda, tetapi
pada pengujian ini akan dilihat perubahan arus yang mengalir pada sistem saat
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 5 10 15
Fakt
or
day
a
Percobaan ke-
Grafik perbandingan faktor daya awal dengan faktor daya kompensasi
faktor daya awal
faktor daya kompensasi
39
sebelum dilakukan kompensasi oleh alat perbaikan faktor daya dan setelah dilakukan
kompensasi oleh alat perbaikan faktor daya. Hasil pengujian dapat dilihat pada Tabel
4.6.
Tabel 4.6 kompensasi arus dengan alat perbaikan faktor daya pada beban induktif
beban : solder 40 w dan 50 w.
Penujian
ke-
Beban Tegangan
(V)
Arus
Awal
(A)
arus
kompensasi
(A)
Sifat
R
(ohm)
L
(H)
1 66,67 0,8 220 0,78 0,40 Lagging
2 50,00 0,8 220 0,79 0,35 Lagging
3 33,33 0,8 220 0,79 0,35 Lagging
4 25,00 0,8 220 0,79 0,40 Lagging
5 66,67 0,6 220 0,99 0,50 Lagging
6 50,00 0,6 220 1,00 0,65 Lagging
7 33,33 0,6 220 1,00 0,40 Lagging
8 25,00 0,6 220 1,00 0,50 Lagging
9 33,33 1,0 220 0,62 0,40 Lagging
10 66,67 0,2 220 2,05 0,50 Lagging
Berdasarkan Tabel 4.6 menunjukkan bahwa pada arus awal merupakan arus
sebelum dikompensasi oleh alat perbaikan faktor daya sedangkan arus kompensasi
merupakan arus setelah dikompensasi oleh alat perbaikan faktor daya. Pada arus awal
dan arus kompensasi terlihat bahwa arus awal bernilai lebih tinggi dibandingkan arus
kompensasi, ini menujukan bahwa alat perbaikan faktor daya telah mampu
mengkompensasi arus sistem menjadi lebih kecil sehingga pemakaian arus dapat
diminimalisir.
Sesuai dengan pengujian pada beban induktif Kompensasi arus pada beban
induktif dapat digambarkan pada Grafik 4.3.
40
Grafik 4.3 Hubungan arus awal dengan arus kompensasi
Dari Grafik 4.3 hubungan arus awal dengan arus kompensasi terlihat bahwa
arus kompensasi lebih kecil dibandingkan arus awal, sehingga dapat disimpulkan alat
perbaikan faktor daya dapat mengkompensasi arus yang mengalir ke beban.
4.7.2 Pengujian Dengan Beban Kapasitif.
Pada pengujian dengan beban kapasitif sama seperti pada pengujian beban
induktif tetapi beban induktif diganti dengan beban kapasitif seperti pada Gambar
4.10.
220 V
R
Beban
Solder
2 unitC
Alat perbaikab
Faktor daya
Gambar 4.10 Rangkaian pembebanan kapasitif pada alat perbaikan faktor daya
4.7.2.1. Perbaikan Faktor Daya Pada Beban kapasitif
Pada pengujian perbaikan faktor daya beban kapasitif hampir sama dengan
perbaikan faktor daya pada beban induktif yaitu dilakukan dengan 10 variasi beban
kapasitif yang berbeda dimana pf awal didapatkan pada saat sistem belum
dikompensasi oleh alat perbaikan faktor daya sedangkan pf kompensasi didapatkan
saat sistem telah dikompensasi oleh alat perbaikan faktor daya. Hasil pengujian
perbaikan faktor daya pada beban kapasitif dapat dilihat pada Tabel 4.7.
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0 2 4 6 8 10 12
fakt
or
day
a
percobaan ke-
Grafik hubungan arus awal dengan arus kompensasi
arus awal
arus kompensasi
41
Tabel 4.7 Pengujian perbaikan faktor daya dengan alat perbaikan faktor daya pada beban kapasitif
beban : solder 40 w dan 50 w.
Penujian
ke-
Beban Tegangan
(V)
Faktor
daya
Awal
(A)
Faktor daya
Kompensasi
(A)
induktor
hitung
(mH)
induktor
yang digunakan
(mH)
Sifat R
(ohm)
C
(µf)
1 100,00 16 220 0,67 1,00 857,99 480 Leading
2 66,67 16 220 0,60 1,00 729,83 480 Leading
3 66,67 18 220 0,60 0,84 673,68 480 Leading
4 66,67 20 220 0,55 0,63 493,48 480 Leading
5 100,00 18 220 0,72 0,78 841,33 480 Leading
6 100,00 20 220 0,65 0,70 757,57 480 Leading
7 100,00 8 220 0,61 0,90 1360,29 800 Leading
8 33,33 8 220 0,50 0,90 1244,65 800 Leading
9 33,33 10 220 0,50 1,00 1011,28 800 Leading
10 33,33 12 220 0,50 0,90 851,60 480 Leading
42
Berdasarkan Tabel 4.7 terlihat bahwa dengan variasi bebabn yang berbeda-
beda didapatkan faktor daya yang bervariasi pula. Pada faktor daya awal ( pf awal)
merupakan faktor daya sebelum dikompensasi oleh alat perbaikan faktor daya,
sedangkan faktor daya kompensasi ( pf kompensasi) merupakan faktor daya yang
telah dikompensasi oleh alat perbaikan faktor daya, sehingga dapat dilihat bahwa
pada nilai pf kompensasi bernilai lebih tinggi dibandingkan pf awal dan nilai pf
kompensasi mendekati nilai faktor daya maksimal yaitu rata-rata faktor daya
kompensasi 0,87 . ini menunjukkan bahwa alat perbaikan faktor daya telah mampu
mengkompensasi faktor daya sistem menjadi maksimal.
Kapasitas Induktor yang digunakan dapat diketahui dengan cara melakukan
perhitungan, seperti yang terlihat pada perhitungan berikut :
Contoh pada pengambilan data pertama :
Diketahui :
𝑉 = 220 𝑉
I1 = 1,1 A (Tabel 4.8)
𝑐𝑜𝑠 𝜑 = 0,67
Hitung :
𝜑1 = 𝑐𝑜𝑠−1(0,67 )
= 0,83
𝑄1 = 𝑉 𝑥 𝐼 𝑥 𝑆𝑖𝑛 𝜑1
= 220 𝑥 1,1 𝑥 sin(0,83)
= 179,65 VAR
𝑄2 = 𝑉 𝑥 𝐼2 𝑥 𝑆𝑖𝑛 𝜑2
= 220 𝑥 𝐼2 𝑥 sin(0)
= 0 VAR
∆𝑄 = 𝑄2 − 𝑄1
= 0 − 179,65
= −179,65 VAR
43
𝐿 = 𝑉2
∆𝑄 𝑥 ω
=2202
179,65 𝑥 314
= 857,99 𝑚𝐻
Pengujian perbaikan faktor daya pada beban kapasitif dapat digambarkan
pada Grafik 4.4.
Grafik 4.4 Hubungan faktor daya awal dengan faktor daya kompensasi
Seperti yang terlihat pada grafik 4.4 hubungan faktor daya awal dengan faktor
daya kompensasi pada beban kapasitif didapatkan faktor daya kompensasi lebih
tinggi dibandingkan faktor daya awal sehingga dapat disimpulkan alat perbaikan
faktor daya dapat memperbaiki faktor daya.
4.7.2.2. Kompensasi Arus Pada Beban kapasitif
Dengan variasi beban yang sama dengan prbaikan faktor daya pada beban
kapasitif dimana dilakukan pengujian dengan 10 variasi beban yang berbeda, tetapi
pada pengujian ini akan dilihat perubahan arus yang mengalir pada sistem saat
sebelum dilakukan kompensasi oleh alat perbaikan faktor daya dan setelah dilakukan
kompensasi oleh alat perbaikan faktor daya. Hasil pengujian dapat dilihat pada Tabel
4.8.
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 5 10 15
Fakt
or
day
a
Percobaan ke-
Grafik hubungan faktor daya awal dengan faktor
daya kompensasi
faktor daya awal
faktor daya kompensasi
44
Tabel 4.8 Kompensasi arus dengan alat perbaikan faktor daya pada beban kapasitif
beban : solder 40 w dan 50 w.
Penujian
ke-
Beban Tegangan
(V)
Arus
Awal
(A)
Arus
Kompensasi
(A)
Sifat
R
(Ohm)
C
(µf) 1 100,00 16 220 1,10 0,40 Leading
2 66,67 16 220 1,20 0,40 Leading
3 66,67 18 220 1,30 0,45 Leading
4 66,67 20 220 1,70 0,75 Leading
5 100,00 18 220 1,20 0,45 Leading
6 100,00 20 220 1,25 0,60 Leading
7 100,00 8 220 0,65 0,30 Leading
8 33,33 8 220 0,65 0,35 Leading
9 33,33 10 220 0,80 0,35 Leading
10 33,33 12 220 0,95 0,50 Leading
Berdasarkan Tabel 4.8 menunjukkan bahwa pada arus awal merupakan arus
sebelum dikompensasi oleh alat perbaikan faktor daya sedangkan arus kompensasi
merupakan arus setelah dikompensasi oleh alat perbaikan faktor daya. Pada arus awal
dan arus kompensasi terlihat bahwa arus awal bernilai lebih tinggi dibandingkan arus
kompensasi, ini menujukan bahwa alat perbaikan faktor daya telah mampu
mengkompensasi arus sistem menjadi lebih kecil sehingga pemakaian arus dapat
diminimalisir.
45
Grafik 4.5 Hubungan arus awal dengan arus kompensasi
Pada grafik 4.5 hubungan arus awal dengan arus kompensasi terlihat bahwa
arus awal lebih besar dibandingakan arus kompensasi sehingga dapat dikatakan alat
perbaikan faktor daya dapat mengkompensasi arus yang mengalit ke beban.
Pada Tabel 4.5, Tabel 4.6, Tabel 4.7 dan Tabel 4.8 terlihat bahwa perubahan
faktor daya yang semakin mendekati faktor daya maksimal dan arus yang mengalir
semakin kecil pada saat menggunakan alat perbaikan faktor daya. Pengggunaan alat
perbaikan faktor daya ini akan memaksimalkan pengguanaan beban karena pengaman
akan membaca arus yang mengalir lebih kecil dibandingkan dengan tanpa meggunakan
alat perbaikan faktor daya, sehinggan penggunaan beban akan lebih banyak pada saat
penggunaan alat perbaikan faktor daya sebelum pengaman trip.
Kompensasi faktor daya akan mempengaruhi daya reaktif dan daya semu
sedangkan daya aktif tetap. Dengan dikompensasinya faktor daya otomatis daya reaktif
akan berkurang begitu pula dengan daya semu yang semakin berkurang seiring dengan
naiknya nilai faktor daya.
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
0 5 10 15
Aru
s
Percobaan ke-
Grafik hubungan arus awal dengan arus
kompensasi
arus awal
arus kompensasi
46
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Kesimpulan yang dapat diambil dari hasil pada penelitian ini adalah :
1. Kapasitor dan induktor dapat dikombinasikan secara seri maupun paralel untuk
mendapatkan hasil kompensasi optimal faktor daya dan arus yang mengalir ke
beban.
2. rata-rata error pada pengukuran faktor daya dengan alat perbaikan faktor daya
yang dibandingkan dengan hasil perhitungan adalah 4,23 %.
3. Alat perbaikan faktor daya mampu memperbaiki faktor daya hingga mencapai
rata-rata faktor daya 0,96, dan mengurangi arus yang mengalir ke beban sehingga
mengurangi resiko terjadinya trip pada pengaman atau MCB.
5.2 Saran
Agar sistem alat ini dapat lebih sempurna dan bermanfaat, maka penulis
memberikan saran-saran sebagai berikut :
1. Pemilihan sensor arus yang memiliki sensitifitas lebih tinggi pada pembacaan arus
yang kecil, sehingga gangguan sinyal akan dapat diminimalisir.
2. penggunaan sensor arus yang tidak perlu memutus sistem terlebih dahulu pada
saat pemasangan awal switching kapasitor dan induktor otomatis untuk perbaikan
faktor daya berbasis mikrokontroller atmega 328.
3. penambahan kapasitas LCD yang lebih besar sehingga dapat menampilkan
besaran-besaran yang lainnya seperti arus, daya semu, dan daya reaktif sehingga
dapat diketahui perubahannya.
47
DAFTAR PUSTAKA
Allegro., 2006,” Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor With 2.1
kVRMS Voltage Isolation and a Low-Resistance CurrentConductor. Datasheet.
Anonim, 2014, ”Buku Pedoman Penulisan Tulisan Ilmiah”, Fakultas Teknik Universitas
Mataram.
Banzi, M., 2011, ”Getting Started With Arduino”, Make Books, Amerika Serikat.
Bishop, O.,2004,” Dasar-dasar Elektronika”, Jakarta, Erlangga.
Fairchild, 2000,”Quad 2-Input Exclusive-OR Gate. Datasheet.
Hartono, T.N.,2014,”Perancangan Alat Perbaikan Faktor Daya Beban Rumah Tangga
Dengan Menggunakan Switching Kapasitor Dan Induktor Otomatis”,
Universitas Brawijaya, Malang.
Motorola., 1996,” Quad Single Supplay Comparator. Datasheet.
Philips., 1998,” Dual D-Type Flip-Flop With Set and Reset; Positive-Edge Triger.
Datasheet.
Ramdhani, M., 2005,” Rangkaian Listrik (Revisi)”, Sekolah Tinggi Teknologi Telkom,
Bandung.
Wihardiyono,T.,2011,” Switching Kapasitor Untuk Perbaikan Power Faktor Dengan
Menggunakan Mikrokontroller M68HC11”, Universitas Diponogoro, Semarang.
48
Lampiran-Lampiran
//lcd
#include <Wire.h>
#include <LCD.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
#include <NewPing.h>
// definisi untuk I2C LCD Backpack
#define I2C_ADDR 0x27
#define BACKLIGHT_PIN 3
#define BACKLIGHT_POL POSITIVE
#define EN_PIN 2
#define RW_PIN 1
#define RS_PIN 0
#define D4_PIN 4
#define D5_PIN 5
#define D6_PIN 6
#define D7_PIN 7
LiquidCrystal_I2C lcd(I2C_ADDR, EN_PIN, RW_PIN, RS_PIN, D4_PIN, D5_PIN, D6_PIN,
D7_PIN, BACKLIGHT_PIN, BACKLIGHT_POL);
// penamaan interupt
volatile const int interruptPin = 2 ;
volatile byte state = LOW;
volatile unsigned long timer_start;
volatile int pulse_time;
volatile int last_interrupt_time;
// cos pi
float cospi = 0.0;
float pf1=0.0;
float pf2=0.0;
float temp=0;
int q=0;
int sementara;
int b;
// flip flop
const int PD = A3;
int PDin ;
//daya
float q1 ;
float qcom ;
float c ;
float L;
// sensor arus
float amp1 ;
float amp2 ;
const int arus = A0;
float amp ;
float volt ;
float arus_AC ;
int VperAmp = 100;
int Vacs = 2460;
//output untuk capasitor
int pin1=9;
int pin2[2]=3,9;
int pin3[3]=3,6,9;
int pin4[2]=4,9;
int pin5[4]=3,4,7,9;
int pin6[5]=3,4,6,7,9;
int pin7[2]=5,9;
int pin8[3]=5,8,9;
int pin9[4]=3,5,8,9;
int pin10[5]=3,5,6,8,9;
int pin11[4]=4,5,8,9;
int pin12[5]=4,5,7,8,9;
int pin13[6]=3,4,5,7,8,9;
int pin14[7]=3,4,5,6,7,8,9;
//output untuk indukctor
const int pin15=10;
const int pin16[2]=10,11;
const int pin17=11;
const int pin18[3]=10,11,12;
void setup()
Serial.begin (9600);
pinMode(interruptPin, INPUT );
attachInterrupt(0,waktu ,CHANGE);
pinMode(arus, INPUT);
// relay kapasitor
pinMode(pin1,OUTPUT);
for(int i=0; i<2; i++)
pinMode(pin2[i],OUTPUT);
for(int i=0; i<3; i++)
pinMode(pin3[i],OUTPUT);
for(int i=0; i<2; i++)
pinMode(pin4[i],OUTPUT);
for(int i=0; i<4; i++)
pinMode(pin5[i],OUTPUT);
for(int i=0; i<5; i++)
pinMode(pin6[i],OUTPUT);
for(int i=0; i<2; i++)
pinMode(pin7[i],OUTPUT);
for(int i=0; i<3; i++)
pinMode(pin8[i],OUTPUT);
for(int i=0; i<4; i++)
pinMode(pin9[i],OUTPUT);
for(int i=0; i<5; i++)
pinMode(pin10[i],OUTPUT);
for(int i=0; i<4; i++)
pinMode(pin11[i],OUTPUT);
for(int i=0; i<5; i++)
pinMode(pin12[i],OUTPUT);
for(int i=0; i<6; i++)
pinMode(pin13[i],OUTPUT);
for(int i=0; i<7; i++)
pinMode(pin14[i],OUTPUT);
// relay induktor
pinMode(pin15,OUTPUT);
for(int i=0; i<2; i++)
pinMode(pin16[i],OUTPUT);
pinMode(pin17,OUTPUT);
for(int i=0; i<3; i++)
pinMode(pin18[i],OUTPUT);
void matikan_LED()
digitalWrite(pin1,LOW);
for(int i=0; i<2; i++)
digitalWrite(pin2[i],LOW);
for(int i=0; i<3; i++)
digitalWrite(pin3[i],LOW);
for(int i=0; i<2; i++)
digitalWrite(pin4[i],LOW);
for(int i=0; i<4; i++)
digitalWrite(pin5[i],LOW);
for(int i=0; i<5; i++)
digitalWrite(pin6[i],LOW);
for(int i=0; i<2; i++)
digitalWrite(pin7[i],LOW);
for(int i=0; i<3; i++)
digitalWrite(pin8[i],LOW);
for(int i=0; i<4; i++)
digitalWrite(pin9[i],LOW);
for(int i=0; i<5; i++)
digitalWrite(pin10[i],LOW);
for(int i=0; i<4; i++)
digitalWrite(pin11[i],LOW);
for(int i=0; i<5; i++)
digitalWrite(pin12[i],LOW);
for(int i=0; i<6; i++)
digitalWrite(pin13[i],LOW);
for(int i=0; i<7; i++)
digitalWrite(pin14[i],LOW);
delay(2000);
void ukur()
cospi = (pulse_time/20)*0.00628;
pf2 = cos (cospi);
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print("PFcom=");
lcd.setCursor(7,1);
lcd.print(pf2);
delay (50000);
void matikanleading()
digitalWrite(pin15,LOW);
for(int k=0; k<2; k++)
digitalWrite(pin16[k],LOW);
digitalWrite(pin17,LOW);
for(int k=0; k<3; k++)
digitalWrite(pin18[k],LOW);
delay (2000);
void leaging()
lcd.setCursor(12,0);
lcd.print("lagg");
q1= amp2 *220* sin(cospi);
c = (q1*1000000)/15197600 ;
if ((c>0 )&&(c<=4))
digitalWrite(pin1,HIGH);
ukur();
matikan_LED();
else if ((c >4)&&(c<=5.33))
for(int k=0; k<2; k++)
digitalWrite(pin2[k],HIGH);
ukur();
matikan_LED();
else if ((c >5.33)&&(c<=6.4))
for(int k=0; k<3; k++)
digitalWrite(pin3[k],HIGH);
ukur();
matikan_LED();
else if ((c >6.4)&&(c<=8))
for(int k=0; k<2; k++)
digitalWrite(pin4[k],HIGH);
ukur();
matikan_LED();
else if ((c >8)&&(c<=10.66))
for(int k=0; k<4; k++)
digitalWrite(pin5[k],HIGH);
ukur();
matikan_LED();
else if ((c >10.66)&&(c<=12))
for(int k=0; k<5; k++)
digitalWrite(pin6[k],HIGH);
ukur();
matikan_LED();
else if ((c >12)&&(c<=16))
for(int k=0; k<2; k++)
digitalWrite(pin7[k],HIGH);
ukur();
matikan_LED();
else if ((c >16)&&(c<=21.33))
for(int k=0; k<3; k++)
digitalWrite(pin8[k],HIGH);
ukur();
matikan_LED();
else if ((c >21.33)&&(c<=24))
for(int k=0; k<4; k++)
digitalWrite(pin9[k],HIGH);
ukur();
matikan_LED();
else if ((c >24)&&(c<=26.66))
for(int k=0; k<5; k++)
digitalWrite(pin10[k],HIGH);
ukur();
matikan_LED();
else if ((c >26.66)&&(c<=32))
for(int k=0; k<4; k++)
digitalWrite(pin11[k],HIGH);
ukur();
matikan_LED();
else if ((c >32)&&(c<=40))
for(int k=0; k<5; k++)
digitalWrite(pin12[k],HIGH);
ukur();
matikan_LED();
else if ((c >40)&&(c<=48))
for(int k=0; k<6; k++)
digitalWrite(pin13[k],HIGH);
ukur();
matikan_LED();
else if ((c >48)&&(c<=64))
for(int k=0; k<7; k++)
digitalWrite(pin14[k],HIGH);
ukur();
matikan_LED();
void leading ()
lcd.setCursor(12,0);
lcd.print("lead");
q1= amp2 *220* sin(cospi);
L = 48400/ (q1*314);
if((L>1200))
for(int k=0; k<3; k++)
digitalWrite(pin18[k],HIGH);
ukur();
matikanleading();
else if((L>800)&&(L<1200))
digitalWrite(pin17,HIGH);
ukur();
matikanleading();
else if((L>480)&&(L<800))
for(int k=0; k<2; k++)
digitalWrite(pin16[k],HIGH);
ukur();
matikanleading();
else if(L<480)
digitalWrite(pin15,HIGH);
ukur();
matikanleading();
void waktu()
last_interrupt_time = micros();
if(digitalRead(interruptPin) == HIGH)
timer_start = micros();
else if(timer_start != 0)
if(q==0)
pulse_time = (micros() - timer_start);
temp=pulse_time;
q++;
else
pulse_time = (micros() - timer_start);
if(temp<pulse_time)
temp=pulse_time;
timer_start = 0;
void loop()
//faktor daya
cospi = (temp/20)*0.00628;
pf1 = cos (cospi);
lcd.begin(16,2);
lcd.home();
lcd.print("PFawl=");
lcd.setCursor(7, 0);
lcd.print(pf1);
arus_AC = analogRead (arus);
volt = (arus_AC/1023)*5000;
amp2 = (volt-2460)/185;
PDin = analogRead (PD);
if ( PDin <500)
leading();
else
leaging();
delay (5000);
IP+IP+
IP–IP–
IP
5GND
2
4
1
3ACS712
7
8+5 V
VIOUTVOUT
6FILTER
VCC
CBYP0.1 μF
CF1 nF
Application 1. The ACS712 outputs an analog signal, VOUT . that varies linearly with the uni- or bi-directional AC or DC primary sensed current, IP , within the range specified. CF is recommended for noise management, with values that depend on the application.
ACS712
DescriptionThe Allegro® ACS712 provides economical and precise solutions for AC or DC current sensing in industrial, commercial, and communications systems. The device package allows for easy implementation by the customer. Typical applications include motor control, load detection and management, switched-mode power supplies, and overcurrent fault protection.
The device consists of a precise, low-offset, linear Hall sensor circuit with a copper conduction path located near the surface of the die. Applied current flowing through this copper conduction path generates a magnetic field which is sensed by the integrated Hall IC and converted into a proportional voltage. Device accuracy is optimized through the close proximity of the magnetic signal to the Hall transducer. A precise, proportional voltage is provided by the low-offset, chopper-stabilized BiCMOS Hall IC, which is programmed for accuracy after packaging.
The output of the device has a positive slope (>VIOUT(Q)) when an increasing current flows through the primary copper conduction path (from pins 1 and 2, to pins 3 and 4), which is the path used for current sensing. The internal resistance of this conductive path is 1.2 mΩ typical, providing low power
ACS712-DS, Rev. 7
Features and Benefits Low-noise analog signal path Device bandwidth is set via the new FILTER pin 5 μs output rise time in response to step input current 80 kHz bandwidth Total output error 1.5% at TA = 25°C Small footprint, low-profile SOIC8 package 1.2 mΩ internal conductor resistance 2.1 kVRMS minimum isolation voltage from pins 1-4 to pins 5-8 5.0 V, single supply operation 66 to 185 mV/A output sensitivity Output voltage proportional to AC or DC currents Factory-trimmed for accuracy Extremely stable output offset voltage Nearly zero magnetic hysteresis Ratiometric output from supply voltage
Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor with 2.1 kVRMS Voltage Isolation and a Low-Resistance Current Conductor
Continued on the next page…
Approximate Scale 1:1
Package: 8 Lead SOIC (suffix LC)
Typical Application
TÜV AmericaCertificate Number:U8V 06 05 54214 010
Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor with 2.1 kVRMS Voltage Isolation and a Low-Resistance Current ConductorACS712
2Allegro MicroSystems, Inc.115 Northeast CutoffWorcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A.1.508.853.5000; www.allegromicro.com
Absolute Maximum RatingsCharacteristic Symbol Notes Rating Units
Supply Voltage VCC 8 V
Reverse Supply Voltage VRCC –0.1 V
Output Voltage VIOUT 8 V
Reverse Output Voltage VRIOUT –0.1 V
Reinforced Isolation Voltage VISO
Pins 1-4 and 5-8; 60 Hz, 1 minute, TA=25°C 2100 V
Voltage applied to leadframe (Ip+ pins), based on IEC 60950 184 Vpeak
Basic Isolation Voltage VISO(bsc)
Pins 1-4 and 5-8; 60 Hz, 1 minute, TA=25°C 1500 V
Voltage applied to leadframe (Ip+ pins), based on IEC 60950 354 Vpeak
Output Current Source IIOUT(Source) 3 mA
Output Current Sink IIOUT(Sink) 10 mA
Overcurrent Transient Tolerance IP 1 pulse, 100 ms 100 A
Nominal Operating Ambient Temperature TA Range E –40 to 85 ºC
Maximum Junction Temperature TJ(max) 165 ºC
Storage Temperature Tstg –65 to 170 ºC
Selection Guide
Part Number Packing* TA (°C)
Optimized Range, IP(A)
Sensitivity, Sens (Typ) (mV/A)
ACS712ELCTR-05B-T Tape and reel, 3000 pieces/reel –40 to 85 ±5 185
ACS712ELCTR-20A-T Tape and reel, 3000 pieces/reel –40 to 85 ±20 100
ACS712ELCTR-30A-T Tape and reel, 3000 pieces/reel –40 to 85 ±30 66
*Contact Allegro for additional packing options.
loss. The thickness of the copper conductor allows survival of the device at up to 5× overcurrent conditions. The terminals of the conductive path are electrically isolated from the sensor leads (pins 5 through 8). This allows the ACS712 current sensor to be used in applications requiring electrical isolation without the use of opto-isolators or other costly isolation techniques.
The ACS712 is provided in a small, surface mount SOIC8 package. The leadframe is plated with 100% matte tin, which is compatible with standard lead (Pb) free printed circuit board assembly processes. Internally, the device is Pb-free, except for flip-chip high-temperature Pb-based solder balls, currently exempt from RoHS. The device is fully calibrated prior to shipment from the factory.
Description (continued)
Parameter Specification
Fire and Electric ShockCAN/CSA-C22.2 No. 60950-1-03
UL 60950-1:2003EN 60950-1:2001
Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor with 2.1 kVRMS Voltage Isolation and a Low-Resistance Current ConductorACS712
3Allegro MicroSystems, Inc.115 Northeast CutoffWorcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A.1.508.853.5000; www.allegromicro.com
VCC(Pin 8)
(Pin 7)VIOUT
RF(INT)
GND(Pin 5)
FILTER(Pin 6)
Dyn
amic
Offs
et
Can
cella
tion
IP+(Pin 1)
IP+(Pin 2)
IP−(Pin 3)
IP−(Pin 4)
SenseTrim
SignalRecovery
Sense TemperatureCoefficient Trim
0 AmpereOffset Adjust
Hall CurrentDrive
+5 V
IP+
IP+
IP–
IP–
VCC
VIOUT
FILTER
GND
1
2
3
4
8
7
6
5
Terminal List TableNumber Name Description
1 and 2 IP+ Terminals for current being sensed; fused internally
3 and 4 IP– Terminals for current being sensed; fused internally
5 GND Signal ground terminal
6 FILTER Terminal for external capacitor that sets bandwidth
7 VIOUT Analog output signal
8 VCC Device power supply terminal
Functional Block Diagram
Pin-out Diagram
Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor with 2.1 kVRMS Voltage Isolation and a Low-Resistance Current ConductorACS712
4Allegro MicroSystems, Inc.115 Northeast CutoffWorcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A.1.508.853.5000; www.allegromicro.com
COMMON OPERATING CHARACTERISTICS1 over full range of TA , CF = 1 nF, and VCC = 5 V, unless otherwise specifiedCharacteristic Symbol Test Conditions Min. Typ. Max. Units
ELECTRICAL CHARACTERISTICSSupply Voltage VCC 4.5 5.0 5.5 VSupply Current ICC VCC = 5.0 V, output open – 10 13 mAOutput Capacitance Load CLOAD VIOUT to GND – – 10 nFOutput Resistive Load RLOAD VIOUT to GND 4.7 – – kΩPrimary Conductor Resistance RPRIMARY TA = 25°C – 1.2 – mΩRise Time tr IP = IP(max), TA = 25°C, COUT = open – 5 – μsFrequency Bandwidth f –3 dB, TA = 25°C; IP is 10 A peak-to-peak – 80 – kHzNonlinearity ELIN Over full range of IP – 1.5 – %Symmetry ESYM Over full range of IP 98 100 102 %
Zero Current Output Voltage VIOUT(Q) Bidirectional; IP = 0 A, TA = 25°C – VCC × 0.5 – V
Power-On Time tPOOutput reaches 90% of steady-state level, TJ = 25°C, 20 A present on leadframe – 35 – μs
Magnetic Coupling2 – 12 – G/AInternal Filter Resistance3 RF(INT) 1.7 kΩ1Device may be operated at higher primary current levels, IP, and ambient, TA , and internal leadframe temperatures, TA , provided that the Maximum Junction Temperature, TJ(max), is not exceeded.21G = 0.1 mT. 3RF(INT) forms an RC circuit via the FILTER pin.
COMMON THERMAL CHARACTERISTICS1
Min. Typ. Max. UnitsOperating Internal Leadframe Temperature TA E range –40 – 85 °C
Value UnitsJunction-to-Lead Thermal Resistance2 RθJL Mounted on the Allegro ASEK 712 evaluation board 5 °C/W
Junction-to-Ambient Thermal Resistance RθJAMounted on the Allegro 85-0322 evaluation board, includes the power con-sumed by the board 23 °C/W
1Additional thermal information is available on the Allegro website.2The Allegro evaluation board has 1500 mm2 of 2 oz. copper on each side, connected to pins 1 and 2, and to pins 3 and 4, with thermal vias connect-ing the layers. Performance values include the power consumed by the PCB. Further details on the board are available from the Frequently Asked Questions document on our website. Further information about board design and thermal performance also can be found in the Applications Informa-tion section of this datasheet.
Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor with 2.1 kVRMS Voltage Isolation and a Low-Resistance Current ConductorACS712
5Allegro MicroSystems, Inc.115 Northeast CutoffWorcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A.1.508.853.5000; www.allegromicro.com
x05B PERFORMANCE CHARACTERISTICS TA = –40°C to 85°C1, CF = 1 nF, and VCC = 5 V, unless otherwise specifiedCharacteristic Symbol Test Conditions Min. Typ. Max. Units
Optimized Accuracy Range IP –5 – 5 ASensitivity Sens Over full range of IP, TA = 25°C 180 185 190 mV/A
Noise VNOISE(PP)Peak-to-peak, TA = 25°C, 185 mV/A programmed Sensitivity, CF = 47 nF, COUT = open, 2 kHz bandwidth – 21 – mV
Zero Current Output Slope ∆IOUT(Q)TA = –40°C to 25°C – –0.26 – mV/°CTA = 25°C to 150°C – –0.08 – mV/°C
Sensitivity Slope ∆SensTA = –40°C to 25°C – 0.054 – mV/A/°CTA = 25°C to 150°C – –0.008 – mV/A/°C
Total Output Error2 ETOT IP =±5 A, TA = 25°C – ±1.5 – %1Device may be operated at higher primary current levels, IP, and ambient temperatures, TA, provided that the Maximum Junction Temperature, TJ(max), is not exceeded.2Percentage of IP, with IP = 5 A. Output filtered.
x20A PERFORMANCE CHARACTERISTICS TA = –40°C to 85°C1, CF = 1 nF, and VCC = 5 V, unless otherwise specifiedCharacteristic Symbol Test Conditions Min. Typ. Max. Units
Optimized Accuracy Range IP –20 – 20 ASensitivity Sens Over full range of IP, TA = 25°C 96 100 104 mV/A
Noise VNOISE(PP)Peak-to-peak, TA = 25°C, 100 mV/A programmed Sensitivity, CF = 47 nF, COUT = open, 2 kHz bandwidth – 11 – mV
Zero Current Output Slope ∆IOUT(Q)TA = –40°C to 25°C – –0.34 – mV/°CTA = 25°C to 150°C – –0.07 – mV/°C
Sensitivity Slope ∆SensTA = –40°C to 25°C – 0.017 – mV/A/°CTA = 25°C to 150°C – –0.004 – mV/A/°C
Total Output Error2 ETOT IP =±20 A, TA = 25°C – ±1.5 – %1Device may be operated at higher primary current levels, IP, and ambient temperatures, TA, provided that the Maximum Junction Temperature, TJ(max), is not exceeded.2Percentage of IP, with IP = 20 A. Output filtered.
x30A PERFORMANCE CHARACTERISTICS TA = –40°C to 85°C1, CF = 1 nF, and VCC = 5 V, unless otherwise specifiedCharacteristic Symbol Test Conditions Min. Typ. Max. Units
Optimized Accuracy Range IP –30 – 30 ASensitivity Sens Over full range of IP , TA = 25°C 64 66 68 mV/A
Noise VNOISE(PP)Peak-to-peak, TA = 25°C, 66 mV/A programmed Sensitivity, CF = 47 nF, COUT = open, 2 kHz bandwidth – 7 – mV
Zero Current Output Slope ∆IOUT(Q)TA = –40°C to 25°C – –0.35 – mV/°CTA = 25°C to 150°C – –0.08 – mV/°C
Sensitivity Slope ∆SensTA = –40°C to 25°C – 0.007 – mV/A/°CTA = 25°C to 150°C – –0.002 – mV/A/°C
Total Output Error2 ETOT IP = ±30 A , TA = 25°C – ±1.5 – %1Device may be operated at higher primary current levels, IP, and ambient temperatures, TA, provided that the Maximum Junction Temperature, TJ(max), is not exceeded.2Percentage of IP, with IP = 30 A. Output filtered.
Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor with 2.1 kVRMS Voltage Isolation and a Low-Resistance Current ConductorACS712
6Allegro MicroSystems, Inc.115 Northeast CutoffWorcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A.1.508.853.5000; www.allegromicro.com
–402585
150
TA (°C)
–402585
150
TA (°C)
IP = 0 A IP = 0 A
VCC = 5 V VCC = 5 V
VCC = 5 V
VCC = 5 V; IP = 0 A,After excursion to 20 A
Mean Supply Current versus Ambient Temperature
Sensitivity versus Sensed Current200.00190.00180.00170.00160.00150.00140.00130.00120.00110.00100.00
Sens
(mV/
A)
186.5186.0185.5185.0184.5184.0183.5183.0182.5182.0181.5181.0
Sens
(mV/
A)
Ip (A)-6 -4 -2 0 2 4 6
TA (°C)
TA (°C) TA (°C)
Mea
n I C
C (m
A)
10.3010.2510.2010.1510.1010.0510.00
9.959.909.859.809.75
-50 -25 0 25 50 75 125100 150
I OM
(mA)
0–0.5–1.0–1.5–2.0–2.5–3.0–3.5–4.0–4.5–5.0
-50 -25 0 25 50 75 125100 150
Supply Current versus Supply Voltage10.9
10.8
10.7
10.6
10.5
10.4
10.3
10.2
10.1
10.04.5 4.6 4.84.7 4.9 5.0 5.35.1 5.2 5.4 5.5
VCC (V)
I CC
(mA
)
TA (°C)
V IO
UT(Q
) (m
V)
2520
2515
2510
2505
2500
2495
2490
2485-50 -25 0 25 50 75 125100 150
TA (°C)
I OUT
(Q) (
A)
0.20
0.15
0.10
0.05
0
–0.05
–0.10
–0.15-50 -25 0 25 50 75 125100 150
Nonlinearity versus Ambient Temperature0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0–50 0–25 25 50 12575 100 150
E LIN
(%)
TA (°C)
Mean Total Output Error versus Ambient Temperature8
6
4
2
0
–2
–4
–6
–8–50 0–25 25 50 12575 100 150
E TO
T(%
)
TA (°C)
Sensitivity versus Ambient Temperature
–50 0–25 25 50 12575 100 150
IP (A)
Output Voltage versus Sensed Current4.0
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0–7 –6 –5 –4 –3 –2 –1 0 1 2 3 4 5 6 7
V IO
UT
(V)
Magnetic Offset versus Ambient Temperature
VCC = 5 V
0 A Output Voltage versus Ambient Temperature 0 A Output Voltage Current versus Ambient Temperature
Characteristic PerformanceIP = 5 A, unless otherwise specified
Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor with 2.1 kVRMS Voltage Isolation and a Low-Resistance Current ConductorACS712
7Allegro MicroSystems, Inc.115 Northeast CutoffWorcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A.1.508.853.5000; www.allegromicro.com
–402585
150
TA (°C)
–40
25–20
85125
TA (°C)
IP = 0 A IP = 0 A
VCC = 5 V
VCC = 5 V
VCC = 5 V
VCC = 5 V; IP = 0 A,After excursion to 20 A
Mean Supply Current versus Ambient Temperature
Sensitivity versus Sensed Current110.00108.00106.00104.00102.00100.00
98.0096.0094.0092.0090.00
Sens
(mV/
A)
Ip (A)
TA (°C)
TA (°C)
Mea
n I C
C (m
A)
9.7
9.6
9.5
9.4
9.3
9.2
9.1-50 -25 0 25 50 75 125100 150
Supply Current versus Supply Voltage10.4
10.2
10.0
9.8
9.6
9.4
9.2
9.0
VCC (V)
I CC
(mA
)
Nonlinearity versus Ambient Temperature0.35
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0–50 0–25 25 50 12575 100 150
E LIN
(%)
TA (°C)
Mean Total Output Error versus Ambient Temperature8
6
4
2
0
–2
–4
–6
–8–50 0–25 25 50 12575 100 150
E TO
T(%
)
IP (A)
Output Voltage versus Sensed Current5.04.54.03.53.02.52.01.51.00.5
0–25 –20 –15 –10 –5 0 5 10 15 20 25
V IO
UT
(V)
4.5 4.6 4.84.7 4.9 5.0 5.35.1 5.2 5.4 5.5
–25 –20 –15 –10 –5 0 5 10 15 20 25
100.8
100.6
100.4
100.2
100.0
99.8
99.6
99.4
99.2
99.0
Sens
(mV/
A)
TA (°C)
Sensitivity versus Ambient Temperature
–50 0–25 25 50 12575 100 150
TA (°C)
I OM
(mA)
0–0.5–1.0–1.5–2.0–2.5–3.0–3.5–4.0–4.5–5.0
-50 -25 0 25 50 75 125100 150
Magnetic Offset versus Ambient Temperature
0 A Output Voltage versus Ambient Temperature
TA (°C)
V IO
UT(Q
) (m
V)
2525
2520
2515
2510
2505
2500
2495
2490
2485-50 -25 0 25 50 75 125100 150
0 A Output Voltage Current versus Ambient Temperature
TA (°C)
I OUT
(Q) (
A)
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0
–0.05
–0.10
–0.15-50 -25 0 25 50 75 125100 150
Characteristic PerformanceIP = 20 A, unless otherwise specified
Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor with 2.1 kVRMS Voltage Isolation and a Low-Resistance Current ConductorACS712
8Allegro MicroSystems, Inc.115 Northeast CutoffWorcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A.1.508.853.5000; www.allegromicro.com
Characteristic PerformanceIP = 30 A, unless otherwise specified
–402585
150
TA (°C)–40
25–20
85125
TA (°C)
IP = 0 A IP = 0 A
VCC = 5 VVCC = 5 V
VCC = 5 V
VCC = 5 V; IP = 0 A,After excursion to 20 A
VCC = 5 V
Mean Supply Current versus Ambient Temperature
Sensitivity versus Sensed Current70.0069.0068.0067.0066.0065.0064.0063.0062.0061.0060.00
Sens
(mV/
A)
Ip (A)
TA (°C)
TA (°C)
Mea
n I C
C (m
A)
9.6
9.5
9.4
9.3
9.2
9.1
9.0
8.9-50 -25 0 25 50 75 125100 150
Supply Current versus Supply Voltage10.2
10.0
9.8
9.6
9.4
9.2
9.0
VCC (V)
I CC
(mA
)
Nonlinearity versus Ambient Temperature0.45
0.40
0.35
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
0–50 0–25 25 50 12575 100 150
E LIN
(%)
TA (°C)
Mean Total Output Error versus Ambient Temperature8
6
4
2
0
–2
–4
–6
–8–50 0–25 25 50 12575 100 150
E TO
T(%
)
IP (A)
Output Voltage versus Sensed Current5.04.54.03.53.02.52.01.51.00.5
0–30 –20 –10 0 10 20 30
V IO
UT
(V)
4.5 4.6 4.84.7 4.9 5.0 5.35.1 5.2 5.4 5.5
–30 –20 –10 0 10 20 30
66.6
66.5
66.4
66.3
66.2
66.1
66.0
65.9
65.8
65.7
Sens
(mV/
A)
TA (°C)
Sensitivity versus Ambient Temperature
–50 0–25 25 50 12575 100 150
TA (°C)
I OM
(mA)
0–0.5–1.0–1.5–2.0–2.5–3.0–3.5–4.0–4.5–5.0
-50 -25 0 25 50 75 125100 150
Magnetic Offset versus Ambient Temperature
TA (°C)
V IO
UT(Q
) (m
V)
25352530252525202515251025052500249524902485
-50 -25 0 25 50 75 125100 150TA (°C)
I OUT
(Q) (
A)
0.350.300.250.200.150.100.05
0–0.05–0.10–0.15
-50 -25 0 25 50 75 125100 150
0 A Output Voltage versus Ambient Temperature 0 A Output Voltage Current versus Ambient Temperature
Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor with 2.1 kVRMS Voltage Isolation and a Low-Resistance Current ConductorACS712
9Allegro MicroSystems, Inc.115 Northeast CutoffWorcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A.1.508.853.5000; www.allegromicro.com
Sensitivity (Sens). The change in sensor output in response to a 1 A change through the primary conductor. The sensitivity is the product of the magnetic circuit sensitivity (G / A) and the linear IC amplifier gain (mV/G). The linear IC amplifier gain is pro-grammed at the factory to optimize the sensitivity (mV/A) for the full-scale current of the device.
Noise (VNOISE). The product of the linear IC amplifier gain (mV/G) and the noise floor for the Allegro Hall effect linear IC (≈1 G). The noise floor is derived from the thermal and shot noise observed in Hall elements. Dividing the noise (mV) by the sensitivity (mV/A) provides the smallest current that the device is able to resolve.
Linearity (ELIN). The degree to which the voltage output from the sensor varies in direct proportion to the primary current through its full-scale amplitude. Nonlinearity in the output can be attributed to the saturation of the flux concentrator approaching the full-scale current. The following equation is used to derive the linearity:
where VIOUT_full-scale amperes = the output voltage (V) when the sensed current approximates full-scale ±IP .
Symmetry (ESYM). The degree to which the absolute voltage output from the sensor varies in proportion to either a positive or negative full-scale primary current. The following formula is used to derive symmetry:
Quiescent output voltage (VIOUT(Q)). The output of the sensor when the primary current is zero. For a unipolar supply voltage, it nominally remains at VCC ⁄ 2. Thus, VCC = 5 V translates into VIOUT(Q) = 2.5 V. Variation in VIOUT(Q) can be attributed to the resolution of the Allegro linear IC quiescent voltage trim and thermal drift.
Electrical offset voltage (VOE). The deviation of the device out-put from its ideal quiescent value of VCC / 2 due to nonmagnetic causes. To convert this voltage to amperes, divide by the device sensitivity, Sens.
Accuracy (ETOT). The accuracy represents the maximum devia-tion of the actual output from its ideal value. This is also known as the total ouput error. The accuracy is illustrated graphically in the output voltage versus current chart at right.
Accuracy is divided into four areas:
• 0 A at 25°C. Accuracy of sensing zero current flow at 25°C, without the effects of temperature.
• 0 A over Δ temperature. Accuracy of sensing zero current flow including temperature effects.
• Full-scale current at 25°C. Accuracy of sensing the full-scale current at 25°C, without the effects of temperature.
• Full-scale current over Δ temperature. Accuracy of sensing full-scale current flow including temperature effects.
Ratiometry. The ratiometric feature means that its 0 A output, VIOUT(Q), (nominally equal to VCC/2) and sensitivity, Sens, are proportional to its supply voltage, VCC . The following formula is used to derive the ratiometric change in 0 A output voltage,ΔVIOUT(Q)RAT (%).
The ratiometric change in sensitivity, ΔSensRAT (%), is defined as:
Definitions of Accuracy Characteristics
100 1– [ [ VIOUT_full-scale amperes – VIOUT(Q)Δ gain × % sat ( )2 (VIOUT_half-scale amperes – VIOUT(Q) )
100VIOUT_+ full-scale amperes – VIOUT(Q)
VIOUT(Q) – VIOUT_–full-scale amperes
100VIOUT(Q)VCC / VIOUT(Q)5V
VCC / 5 V
100
SensVCC / Sens5V
VCC / 5 V‰ Output Voltage versus Sensed Current
Accuracy at 0 A and at Full-Scale Current
Increasing VIOUT(V)
+IP (A)
Accuracy
Accuracy
Accuracy25°C Only
Accuracy25°C Only
Accuracy25°C Only
Accuracy
0 A
v rO e Temp erature
AverageVIOUT
–IP (A)
v rO e Temp erature
v rO e Temp erature
Decreasing VIOUT(V)
IP(min)
IP(max)Full Scale
Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor with 2.1 kVRMS Voltage Isolation and a Low-Resistance Current ConductorACS712
10Allegro MicroSystems, Inc.115 Northeast CutoffWorcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A.1.508.853.5000; www.allegromicro.com
Power on Time versus External Filter Capacitance
020406080
100120140160180200
0 10 20 30 40 50CF (nF)
CF (nF)
t PO
(μs)
IP=5 A
IP=0 A
Noise versus External Filter Capacitance
1
1000
10
100
10000
0.01 0.1 1 10 100 1000
Noi
se(p
-p)(
mA
)
Noise vs. Filter Cap
400350300250200150100
5000 5025 75 100 125 150
t r(μs
)
CF (nF)
Rise Time versus External Filter CapacitanceRise Time versus External Filter Capacitance
0
200
400
600
800
1000
1200
0 100 200 300 400 500
t r(μs
)
CF (nF)
Expanded in chart at right
Definitions of Dynamic Response Characteristics
Primary Current
Transducer Output
90
100
I (%)
Rise Time, trt
Rise time (tr). The time interval between a) when the sensor reaches 10% of its full scale value, and b) when it reaches 90% of its full scale value. The rise time to a step response is used to derive the bandwidth of the current sensor, in which ƒ(–3 dB) = 0.35 / tr. Both tr and tRESPONSE are detrimentally affected by eddy current losses observed in the conductive IC ground plane.
Excitation Signal
Output (mV)
15 A
Step Response
TA=25°C
CF (nF) tr (μs)
0 6.6 1 7.7 4.7 17.4 10 32.1 22 68.2 47 88.2 100 291.3 220 623.0 470 1120.0
Power-On Time (tPO). When the supply is ramped to its operat-ing voltage, the device requires a finite time to power its internal components before responding to an input magnetic field.Power-On Time, tPO , is defined as the time it takes for the output voltage to settle within ±10% of its steady state value under an applied magnetic field, after the power supply has reached its minimum specified operating voltage, VCC(min), as shown in the chart at right.
Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor with 2.1 kVRMS Voltage Isolation and a Low-Resistance Current ConductorACS712
11Allegro MicroSystems, Inc.115 Northeast CutoffWorcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A.1.508.853.5000; www.allegromicro.com
Chopper Stabilization is an innovative circuit technique that is used to minimize the offset voltage of a Hall element and an asso-ciated on-chip amplifier. Allegro patented a Chopper Stabiliza-tion technique that nearly eliminates Hall IC output drift induced by temperature or package stress effects. This offset reduction technique is based on a signal modulation-demodulation process. Modulation is used to separate the undesired dc offset signal from the magnetically induced signal in the frequency domain. Then, using a low-pass filter, the modulated dc offset is suppressed while the magnetically induced signal passes through the filter.
As a result of this chopper stabilization approach, the output voltage from the Hall IC is desensitized to the effects of tempera-ture and mechanical stress. This technique produces devices that have an extremely stable Electrical Offset Voltage, are immune to thermal stress, and have precise recoverability after temperature cycling.
This technique is made possible through the use of a BiCMOS process that allows the use of low-offset and low-noise amplifiers in combination with high-density logic integration and sample and hold circuits.
Chopper Stabilization Technique
Amp
Regulator
Clock/Logic
Hall Element
Sam
ple
and
Hol
d
Low-PassFilter
Concept of Chopper Stabilization Technique
Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor with 2.1 kVRMS Voltage Isolation and a Low-Resistance Current ConductorACS712
12Allegro MicroSystems, Inc.115 Northeast CutoffWorcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A.1.508.853.5000; www.allegromicro.com
+
–IP+IP+
IP–IP–
IP
7
5
5
8
+5 V
U1LMV7235
VIOUTVOUT
GND
6
2
4
41
1
23
3
FILTER
VCC
ACS712
D11N914
R2100 kΩ
R133 kΩ
RPU100 kΩ
Fault
CBYP0.1 μF
CF1 nF
+
–
IP+IP+
IP–IP–
7
5
8
+5 V
U1LT1178
Q12N7002
VIOUTVOUT
VPEAK
VRESET
GND
6
2
4
1
3D11N914
VCC
ACS712
R410 kΩ
R11 MΩ
R233 kΩ
RF10 kΩ
R3330 kΩ
CBYP0.1 μF
C10.1 μF
COUT0.1 μF
CF1 nF
C20.1 μF
FILTER
IP
IP+IP+
IP–IP–
IP
7
5
8
+5 V
D11N4448W
VIOUTVOUT
GND
6
2
4
1
3 FILTER
VCC
ACS712 R110 kΩ
CBYP0.1 μF
RF2 kΩ
CF1 nF
C1
A-to-DConverter
Typical Applications
Application 5. 10 A Overcurrent Fault Latch. Fault threshold set by R1 and R2. This circuit latches an overcurrent fault and holds it until the 5 V rail is powered down.
Application 2. Peak Detecting Circuit
Application 4. Rectified Output. 3.3 V scaling and rectification application for A-to-D converters. Replaces current transformer solutions with simpler ACS circuit. C1 is a function of the load resistance and filtering desired. R1 can be omitted if the full range is desired.
+
–IP+IP+
IP–IP–
IP
7
5
58
+5 V
LM321
VIOUT
VOUT
GND
6
2
4
11 4
2
3
3
FILTER
VCC
ACS712
R2100 kΩ
R1100 kΩ
R33.3 kΩ
CBYP0.1 μF
CF0.01 μF
C11000 pF
RF1 kΩ
Application 3. This configuration increases gain to 610 mV/A (tested using the ACS712ELC-05A).
Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor with 2.1 kVRMS Voltage Isolation and a Low-Resistance Current ConductorACS712
13Allegro MicroSystems, Inc.115 Northeast CutoffWorcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A.1.508.853.5000; www.allegromicro.com
Improving Sensing System Accuracy Using the FILTER Pin
In low-frequency sensing applications, it is often advantageous to add a simple RC filter to the output of the sensor. Such a low-pass filter improves the signal-to-noise ratio, and therefore the resolution, of the sensor output signal. However, the addition of an RC filter to the output of a sensor IC can result in undesirable sensor output attenuation — even for dc signals.
Signal attenuation, ∆VATT , is a result of the resistive divider effect between the resistance of the external filter, RF (see Application 6), and the input impedance and resistance of the customer interface circuit, RINTFC. The transfer function of this resistive divider is given by:
Even if RF and RINTFC are designed to match, the two individual resistance values will most likely drift by different amounts over
temperature. Therefore, signal attenuation will vary as a function of temperature. Note that, in many cases, the input impedance, RINTFC , of a typical analog-to-digital converter (ADC) can be as low as 10 kΩ.
The ACS712 contains an internal resistor, a FILTER pin connec-tion to the printed circuit board, and an internal buffer amplifier. With this circuit architecture, users can implement a simple RC filter via the addition of a capacitor, CF (see Application 7) from the FILTER pin to ground. The buffer amplifier inside of the ACS712 (located after the internal resistor and FILTER pin connection) eliminates the attenuation caused by the resistive divider effect described in the equation for ∆VATT. Therefore, the ACS712 device is ideal for use in high-accuracy applications that cannot afford the signal attenuation associated with the use of an external RC low-pass filter.
=∆VATTRINTFC
RF + RINTFCVIOUT ⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ .
Application 6. When a low pass filter is constructed externally to a standard Hall effect device, a resistive divider may exist between the filter resistor, RF, and the resistance of the customer interface circuit, RINTFC. This resistive divider will cause excessive attenuation, as given by the transfer function for ∆VATT.
Application 7. Using the FILTER pin provided on the ACS712 eliminates the attenuation effects of the resistor divider between RF and RINTFC, shown in Appli-cation 6.
ApplicationInterface
Circuit
Resistive Divider
RINTFC
Low Pass Filter
RFAmp Out
VCC
+5 V
Pin 8
Pin 7VIOUT
Pin 6N.C.
Input
GNDPin 5
Filte
r
Dyn
amic
Offs
et
Can
cella
tion
IP+ IP+
0.1 F
Pin 1 Pin 2
IP– IP–Pin 3 Pin 4
Gain TemperatureCoefficient Offset
VoltageRegulator
Trim Control
To all subcircuits
Input
VCCPin 8
Pin 7VIOUT
GNDPin 5
FILTERPin 6
Dyn
amic
Offs
etC
ance
llatio
n
IP+Pin 1
IP+Pin 2
IP–Pin 3
IP–Pin 4
SenseTrim
SignalRecovery
Sense TemperatureCoefficient Trim
0 AmpereOffset Adjust
Hall CurrentDrive
+5 V
ApplicationInterface
Circuit
Buffer Amplifier and Resistor
RINTFC
Allegro ACS712
Allegro ACS706
CF1 nF
CF1 nF
Fully Integrated, Hall Effect-Based Linear Current Sensor with 2.1 kVRMS Voltage Isolation and a Low-Resistance Current ConductorACS712
14Allegro MicroSystems, Inc.115 Northeast CutoffWorcester, Massachusetts 01615-0036 U.S.A.1.508.853.5000; www.allegromicro.com
1.75 MAX
0.18
4º 4.90
3.90 6.00
0.84
0.21
0.41
0.25
SEATINGPLANE
1.27
C0.108X C
21
8
GAUGE PLANESEATING PLANE
A
A Terminal #1 mark area
All dimensions nominal, not for tooling use(reference JEDEC MS-012 AA)Dimensions in millimeters
Package LC, 8-pin SOIC
ACS712TRLCPPPYYWWA
ACS Allegro Current Sensor712 Device family numberT Indicator of 100% matte tin leadframe platingR Operating ambient temperature range code
LC Package type designatorPPP Primary sensed currentYY Date code: Calendar year (last two digits)
WW Date code: Calendar weekA Date code: Shift code
ACS712TRLCPPP
L...LYYWW
ACS Allegro Current Sensor712 Device family numberT Indicator of 100% matte tin leadframe platingR Operating ambient temperature range codeLC Package type designator
PPP Primary sensed currentL...L Lot codeYY Date code: Calendar year (last two digits)
WW Date code: Calendar week
Package BrandingTwo alternative patterns are used
Text 1Text 2Text 3
1
2
3
4
8
7
6
5
Copyright ©2006, 2007, Allegro MicroSystems, Inc.The products described herein are manufactured under one or more of the following U.S. patents: 5,045,920; 5,264,783; 5,442,283; 5,389,889;
5,581,179; 5,517,112; 5,619,137; 5,621,319; 5,650,719; 5,686,894; 5,694,038; 5,729,130; 5,917,320; and other patents pending.Allegro MicroSystems, Inc. reserves the right to make, from time to time, such de par tures from the detail spec i fi ca tions as may be required to per-
mit improvements in the per for mance, reliability, or manufacturability of its products. Before placing an order, the user is cautioned to verify that the information being relied upon is current.
Allegro’s products are not to be used in life support devices or systems, if a failure of an Allegro product can reasonably be expected to cause the failure of that life support device or system, or to affect the safety or effectiveness of that device or system.
The in for ma tion in clud ed herein is believed to be ac cu rate and reliable. How ev er, Allegro MicroSystems, Inc. assumes no re spon si bil i ty for its use; nor for any in fringe ment of patents or other rights of third parties which may result from its use.
For the latest version of this document, visit our website:www.allegromicro.com
© 2000 Fairchild Semiconductor Corporation DS006380 www.fairchildsemi.com
August 1986
Revised March 2000
DM
74LS
86 Qu
ad 2-In
pu
t Exclu
sive-OR
Gate
DM74LS86Quad 2-Input Exclusive-OR Gate
General DescriptionThis device contains four independent gates each of whichperforms the logic exclusive-OR function.
Ordering Code:
Devices also available in Tape and Reel. Specify by appending the suffix letter “X” to the ordering code.
Connection Diagram Function TableY = A ⊕ B = A B + AB
H = HIGH Logic Level
L = LOW Logic Level
Order Number Package Number Package Description
DM74LS86M M14A 14-Lead Small Outline Integrated Circuit (SOIC), JEDEC MS-120, 0.150 Narrow
DM74LS86SJ M14D 14-Lead Small Outline Package (SOP), EIAJ TYPE II, 5.3mm Wide
DM74LS86N N14A 14-Lead Plastic Dual-In-Line Package (PDIP), JEDEC MS-001, 0.300 Wide
Inputs Output
A B Y
L L L
L H H
H L H
H H L
www.fairchildsemi.com 2
DM
74L
S86 Absolute Maximum Ratings(Note 1)
Note 1: The “Absolute Maximum Ratings” are those values beyond whichthe safety of the device cannot be guaranteed. The device should not beoperated at these limits. The parametric values defined in the ElectricalCharacteristics tables are not guaranteed at the absolute maximum ratings.The “Recommended Operating Conditions” table will define the conditionsfor actual device operation.
Recommended Operating Conditions
Electrical Characteristics over recommended operating free air temperature range (unless otherwise noted)
Note 2: All typicals are at VCC = 5V, TA = 25°C.
Note 3: Not more than one output should be shorted at a time, and the duration should not exceed one second.
Note 4: ICCH is measured with all outputs OPEN, one input at each gate at 4.5V, and the other inputs grounded.
Note 5: ICCL is measured with all outputs OPEN and all inputs grounded.
Switching Characteristics at VCC = 5V and TA = 25°C
Supply Voltage 7V
Input Voltage 7V
Operating Free Air Temperature Range 0°C to +70°C
Storage Temperature Range −65°C to +150°C
Symbol Parameter Min Nom Max Units
VCC Supply Voltage 4.75 5 5.25 V
VIH HIGH Level Input Voltage 2 V
VIL LOW Level Input Voltage 0.8 V
IOH HIGH Level Output Current −0.4 mA
IOL LOW Level Output Current 8 mA
TA Free Air Operating Temperature 0 70 °C
Symbol Parameter Conditions MinTyp
Max Units(Note 2)
VI Input Clamp Voltage VCC = Min, II = −18 mA −1.5 V
VOH HIGH Level VCC = Min, IOH = Max,2.7 3.4 V
Output Voltage VIL = Max, VIH = Min
VOL LOW Level VCC = Min, IOL = Max,0.35 0.5
Output Voltage VIL = Max, VIH = Min V
IOL = 4 mA, VCC = Min 0.25 0.4
II Input Current @ Max Input Voltage VCC = Max, VI = 7V 0.2 mA
IIH HIGH Level Input Current VCC = Max, VI = 2.7V 40 µA
IIL LOW Level Input Current VCC = Max, VI = 0.4V −0.6 mA
IOS Short Circuit Output Current VCC = Max (Note 3) −20 −100 mA
ICCH Supply Current with Outputs HIGH VCC = Max (Note 4) 6.1 10 mA
ICCL Supply Current with Outputs LOW VCC = Max (Note 5) 9 15 mA
RL = 2 kΩ
Symbol Parameter Conditions CL = 15 pF CL = 50 pF Units
Min Max Min Max
tPLH Propagation Delay Time Other18 23 ns
LOW-to-HIGH Level Output Input
tPHL Propagation Delay Time Low17 21 ns
HIGH-to-LOW Level Output
tPLH Propagation Delay Time Other10 15 ns
LOW-to-HIGH Level Output Input
tPHL Propagation Delay Time High12 15 ns
HIGH-to-LOW Level Output
3 www.fairchildsemi.com
DM
74LS
86Physical Dimensions inches (millimeters) unless otherwise noted
14-Lead Small Outline Integrated Circuit (SOIC), JEDEC MS-120, 0.150 NarrowPackage Number M14A
www.fairchildsemi.com 4
DM
74L
S86 Physical Dimensions inches (millimeters) unless otherwise noted (Continued)
14-Lead Small Outline Package (SOP), EIAJ TYPE II, 5.3mm WidePackage Number M14D
5 www.fairchildsemi.com
DM
74LS
86 Qu
ad 2-In
pu
t Exclu
sive-OR
Gate
Physical Dimensions inches (millimeters) unless otherwise noted (Continued)
14-Lead Plastic Dual-In-Line Package (PDIP), JEDEC MS-001, 0.300 WidePackage Number N14A
Fairchild does not assume any responsibility for use of any circuitry described, no circuit patent licenses are implied andFairchild reserves the right at any time without notice to change said circuitry and specifications.
LIFE SUPPORT POLICY
FAIRCHILD’S PRODUCTS ARE NOT AUTHORIZED FOR USE AS CRITICAL COMPONENTS IN LIFE SUPPORTDEVICES OR SYSTEMS WITHOUT THE EXPRESS WRITTEN APPROVAL OF THE PRESIDENT OF FAIRCHILDSEMICONDUCTOR CORPORATION. As used herein:
1. Life support devices or systems are devices or systemswhich, (a) are intended for surgical implant into thebody, or (b) support or sustain life, and (c) whose failureto perform when properly used in accordance withinstructions for use provided in the labeling, can be rea-sonably expected to result in a significant injury to theuser.
2. A critical component in any component of a life supportdevice or system whose failure to perform can be rea-sonably expected to cause the failure of the life supportdevice or system, or to affect its safety or effectiveness.
www.fairchildsemi.com
This datasheet has been downloaded from:
www.DatasheetCatalog.com
Datasheets for electronic components.
Related Documents
