1.1 Latar Belakang
Makalah ini merupakan tugas mata kuliah “Teknik Komputasi” sebagai penerapan teori teknik komputasi dalam permasalahan real. Pada makalah ini di ambil permasalahan real dengan mengambil data dari sensor arus ACS-712 ELS-05B sebagai respon dari masukan yang berupa beban listrik. Data respon dari sensor arus akan di analisis dengan salah satu metode dalam “Teknik Komputasi” yaitu metode regresi.
1.2 Perumusan Masalah
Bagaimana mengetahui karakteristik sensor berupa tanggapan tegangan keluaran terhadap perubahan daya beban masukan.
1.3 Tujuan
Untuk mengetahui karakteristik dari sensor arus ACS-712 ELS-05B dengan menggunakan analisis regresi terhadap data respon yang diperoleh dari sensor.
II. Tinjauan Pustaka
2.1 Pengertian Arus Bolak-Balik (AC)
Arus bolak-balik dapat diperoleh dari sebuah generator AC. Prinsip kerja dari generator AC adalah sebuah penghantar yang digerakkan sedemikian rupa didalam medan magnet, gerakan penghantar tersebut akan memotong garis medan magnet sehingga akan terjadi sebuah gaya pada penghantar tersebut. Gaya yang terjadi akan menggerakkan elektron searah dengan arah gerak penghantar sehingga akan terjadi penumpukan elektro pada sisi bawah penghantar dan akan terjadi pula kekurangan elektron pada sisi atas penghantar. Dengan adanya perbedaan muatan elektron inilah yang akan menyebabkan terjadinya tegangan pada penghantar selama bergerak di dalam medan magnet.
Gambar 1. Bentuk Arus Bolak-Balik Satu Fasa
Hubungan antara frequensi, kecepatan putar dan tegangan yang timbul pada generator arus bolak balik.
- Frekwensi.
dimana :
P = jumlah kutub magnit.
N = putaran rotor permenit
f = jumlah lengkap putaran perdetik.
- E.M.F (electro motor force).
dimana :
Kc = jarak antar kumparan atau pitch factor.
Kd = faktor distribusi.
Φ = fluks per kutub [weber]
f = frekwensi.
Persamaan tegangan bolak-balik (Alternating voltage equations) dengan diketahui bahwa perputaran kumparan dengan percepatan tertentu yaitu ω radians second atau 2π radians dan grafik tegangan untuk satu cycle adalah :
sesuai standar persamaan dari tegangan bolak-balik adalah :
e = Em sin ωt
a. Nilai sesaat (Instantaneous value).
Didefinisikan sebagai harga sesaat ketika berputar dimana nilai pada lokasi tertentu, untuk membedakan,notasi tegangan dan arus nilai sesaat dinotasikan sebagai e dan i (huruf kecil).
b. Nilai Puncak (peak value).
Disebut juga nilai maximum baik Positip (+) maupun negatip (-) baik untuk tegangan maupun arus dan disebut juga sebagai nilai makismum.
c. Nilai rata-rata (average value).
Nilai rata-rata yang dihitung secara arithmetical satu cycle. nilai rata-rata arus dan tegangan bolak-balik yang berbentuk gelombang sinusoidal adalah :
Eav = 0,637 Em dan Iav = 0,637 Im ( 0,637 =2/ π )
d. Nilai efektip, (effectiv value)
Harga efektif atau harga guna dari arus bolak-balik yang berbentuk sinus adalah suatu harga arus yang lebih penting dari pada harga arus rata-rata.
Untuk tegangan efektif:
Arus efektif:
2.2. Daya Listrik Arus Bolak-Balik
A. Daya Satu Fasa
Besarnya daya listrik untuk arus searah telah diketahui dengan rumus sbb:
P = V I
Dimana,
P = Daya Listrik, V = Tegangan, I = Arus
Untuk arus bolak balik diketahui:
e = Em sin
dan
i = Im sin
maka daya listrik untuk arus bolak-balik adalah
P(W) = e.i
P(W) = Em sin x Im sin
P(W) = Em.Im sin2
B. Kuat Arus dan Daya Semu
Gambar dibawah ini menunjukan lengkung sinus dari kuat arus dengan rumus
i = Im. Sin ωt.
Dan tegangan menurut rumus :
e = Em. sin (ωt+90º)
rumus tegangan e diatas.karena tegangan e mendahului 90º terhadap kuat arus i, sehingga tegangan itu dapat diaggap sebagai tegangan cosinus :
e = Em. Cos ωt
Gambar 2. Arus dan Tegangan Bolak Balik
P = i x e
= Im.sin ωt x Em.cos ωt.
= ½ Im.Em sin ωt
Dengan demikian rumus diatas menandakam bahwa garis lengkung w (P) berupa garis sinus dengan harga puncak :
C. Daya Aktif atau daya nyata (Watt)
Untuk tenaga listrik nyata yang dikeluarkan oleh arus bola-balik dengan fasa φº tegangan bolak-balik yaitu :
Daya Watt (W) = E x I x cos φ.
Dalam jumlah usaha nyata/wujud yang dilakukan oleh arus dan tegangan bolak-balik dengan fasa φº yaitu sebesar :
A = E x I x t x cos φ dalam satuan joule
Cos φ (dibaca cosinus phi) dinamakan faktor kerja (Power factor).
D. Daya Reaktif. (VAR).
Adalah daya yang secara elektrik bisa diukur, Secara vektor merupakan penjumlahan dari vector perkalian E x I dimana arus mengalir pada komponen resistor sehingga arah vektornya searah dengan tegangan (referensinya), dan vektor yang arah 90º terhadap tegangan, tergantung pada beban seperti induktif atau capasitif. Biayanya daya yang searah dengan tegangan disebut dengan daya aktif sedangkan yang lain disebut dengan daya reaktif.
Untuk tenaga listrik reaktif yang dikeluarkan oleh arus bola-balik yang mempunyai fasa φº dengan tegangan bolak-balik yaitu :
Daya reaktif (VAR) = E x I x sin φ.
2.3. Sensor arus ACS-712 ELC-05B
Sensor arus dari keluarga ACS-712 ELC-05B adalah solusi untuk pembacaan arus didalam dunia industri, otomotif, komersil dan sistem-sistem komunikasi. Sensor ini biasanya digunakan untuk mengontrol motor, deteksi beban listrik, switched-mode power supplies dan proteksi beban berlebih. Sensor ini memiliki pembacaan dengan ketepatan yang tinggi, karena didalamnya terdapat rangkaian low-offset linear Hall dengan satu lintasan yang terbuat dari tembaga. cara kerja sensor ini adalah arus yang dibaca mengalir melalui kabel tembaga yang terdapat didalamnya yang menghasilkan medan magnet yang di tangkap oleh integrated Hall IC dan diubah menjadi tegangan proporsional. Ketelitian dalam pembacaan sensor dioptimalkan dengan cara pemasangan komponen yang ada didalamnya antara penghantar yang menghasilkan medan magnet dengan hall transducer secara berdekatan. Persisnya, tegangan proporsional yang rendah akan menstabilkan Bi CMOS Hall IC yang didalamnya yang telah dibuat untuk ketelitian yang tinggi oleh pabrik.
Dimana titik tengah output sensor sebesar (>VCC/2) saat peningkatan arus pada penghantar arus yang digunakan untuk pendeteksian. Hambatan dalam penghantar sensor sebesar 1,5mΩ dengan daya yang rendah. Ketebalan penghantar arus didalam sensor sebesar 3x kondisi overcurrent. Sensor ini telah dikalibrasi oleh pabrik. Untuk lebih jelas dapat dilihat pada Gambar 1 berikut.
Gambar 3. Blok diagram fungsional ACS-712 ELC05B
Beberapa fitur penting dari sensor arus ACS-712 ELC05B adalah:
▪ Jalur sinyal analog yang rendah noise
▪ Bandwidth perangkat diatur melalui pin FILTER yang baru
▪ Waktu naik keluaran 5 mikrodetik dalam menanggapi langkah masukan aktif
▪ Bandwith 50 kHz
▪ Total error keluaran 1,5% pada TA = 25°, dan 4% pada -40° C sampai 85° C
▪ Bentuk yang kecil, paket SOIC8 yang kompak.
▪ Resistansi internal 1.2 mΩ.
▪ 2.1 kVRMS tegangan isolasi minimum dari pin 1-4 ke pin 5-8
▪ Operasi catu daya tunggal 5.0 V
▪ Sensitivitas keluaran 66-185 mV/A
▪ Tegangan keluaran sebanding dengan arus AC atau DC
▪ Akurasi sudah diatur oleh pabrik
▪ Tegangan offset yang sangat stabil
▪ Histeresis magnetic hampir mendekati nol
▪ Keluaran ratiometric diambil dari sumber daya
III. Metode penelitian
3.1. Bahan dan alat
Dalam penelitian ini digunakan bahan dan alat sebagai berikut:
1. Rangkaian sensor arus ACS712
2. Voltmeter
3. Catu daya 5 VDC
4. Beban listrik
3.2. Jalannya penelitian
Langkah-langkah dalam penelitian karakteristik sensor arus ACS712 sebagai berikut:
1. Mempersiapkan seluruh peralatan dan bahan.
2. Membuat rangkaian sensor arus ACS712
3. Rangkaian sensor arus ACS712
Gambar 4. Rangkaian percobaan sensor arus
4. Menentukan titik-titik pengukuran.
5. Mencatat hasil pengukuran ke dalam tabel.
3.3. Variabel
Variabel yang akan digunakan sebagai obyek pengukuran adalah tegangan keluaran sensor arus. Masukannya adalah beban yang divariasikan besarnya daya listrik.
3.4. Rencana analisis
Hasil pengukuran yang dilakukan akan dianalisis dengan menggunakan metode regresi apakah memenuhi syarat linearitas perubahan tegangan masukan terhadap beban dan arus yang mengalir pada beban.
3.5. Kesulitan
Kendala yang dihadapi pada saat melakukan penelitian ini adalah menentukan kalibrasi sensor arus dengan menggunakan alat ukur.
IV. Hasil dan Analisis
4.1. Hasil Pengukuran
Tabel 4.1 Pengukuran Tegangan Sensor Terhadap Beban
| No | Beban (Watt) | Vout sensor (VDC) | Nama beban | |
| 1 | 40 | 1,770 | Solder | |
| 2 | 65 | 1,775 | Charger laptop | |
| 3 | 100 | 1,777 | Bor PCB mini | |
| 4 | 105 | 1,780 | Solder+charger | |
| 5 | 140 | 1,780 | Solder+Bor PCB mini | |
| 6 | 350 | 1,815 | Bor Listrik besar | |
| 7 | 450 | 1,960 | Setrika | |
| 8 | 490 | 1,970 | Setrika+Solder | |
| 9 | 590 | 2,020 | Setrika+Solder+Bor PCB mini | |
| 10 | 655 | 2,060 | Setrika+Bor PCB+solder+Charger | |
| 11 | 840 | 2,050 | Setrika+Bor listrik+Solder |
4.2. Analisis
Dari data hasil pengukuran maka dibuat tabel seperti dibawah ini:
Tabel 4.2 Data perhitungan persamaan linear
| X | Y | X2 | X*Y | |
| 40 | 1,770 | 1600 | 70,800 | |
| 65 | 1,775 | 4225 | 115,375 | |
| 100 | 1,777 | 10000 | 177,700 | |
| 105 | 1,780 | 11025 | 186,900 | |
| 140 | 1,780 | 19600 | 249,200 | |
| 350 | 1,815 | 122500 | 635,250 | |
| 450 | 1,960 | 202500 | 882,000 | |
| 490 | 1,970 | 240100 | 965,300 | |
| 590 | 2,020 | 348100 | 1191,800 | |
| 655 | 2,060 | 429025 | 1349,300 | |
| 840 | 2,050 | 705600 | 1722,000 | |
| Jumlah | 3825 | 20,757 | 2094275 | 7545,625 |
Gambar 4.2. Perbandingan grafik regresi dengan grafik data asli
V. Penutup
