1. 1
RANCANG BANGUN PENGISI BATERAI OTOMATIS PADA SISTEM CIRCUIT
BREAKER
Wahyu Davi Evan1
, Ign. Agus Purbhadi W2
, Budi Suhendro3
Program Studi Elektromekanik, Jurusan Teknofisika Nuklir, STTN-BATAN
Jl. Babarsari Kotak Pos 6101/YKBB Yogyakarta 55281
Telp: (0274) 484085, 489716
Fax: (0274) 489715
INTISARI
RANCANG BANGUN PENGISI BATERAI OTOMATIS PADA SISTEM CIRCUIT
BREAKER, bertujuan untuk merancang dan membuat sistem pengisi baterai otomatis.
Pembuatan alat ini dilatarbelakangi kebutuhan sistem pengisi baterai pada modul Pemutus
Tenaga (PMT) di STTN-BATAN. Sistem PMT membutuhkan catu daya yang kontinyu untuk
mengoperasikannya pada keadaan normal maupun darurat. Catu daya ini harus dalam
keadaan siap digunakan, sehingga perlu alat pengisi baterai. Pada prinsipnya pengisian
muatan baterai adalah dengan cara mengaliri baterai dengan arus listrik secara terus menerus.
Pengisian dihentikan ketika tegangan baterai telah sampai pada tegangan maksimumnya
(muatan penuh). Jika baterai telah mencapai tegangan maksimumnya tetapi tetap dilakukan
pengisian maka akan menimbulkan kerugian yaitu pemborosan energi listrik serta akan
terjadi pemanasan berlebihan pada baterai yang akan memperpendek umurnya. Untuk
menghindari kerugian tersebut, maka akan lebih baik jika charger dapat bekerja secara
otomatis untuk mengisi baterai jika baterai itu kosong muatannya (tegangan dibawah nilai
nominalnya) serta berhenti mengisi jika baterai telah penuh. Dengan demikian tegangan tidak
stabil akibat beban bisa dihindari karena tegangan output dikontrol. Metode yang digunakan
dalam penelitian ini adalah mendesain rangkaian pengisi baterai menggunakan SCR (Silicon
Control Rectifier) sebagai pengganti relay untuk rangkaian baterai seri maupun rangkaian
baterai paralel, pembuatan transformator, perakitan alat, dan pengujian alat. Dari hasil
pengujian didapatkan tegangan keluaran sistem pengisian baterai seri 13,69V dan baterai
paralel 27,41V dengan arus pengisian 2.24 A dan 0,97 A. Alat pengisi baterai otomatis ini
memiliki efisiensi sebesar 55 % untuk rangkaian baterai seri dan 65 % untuk rangkaian
baterai paralel.
Kata kunci: PMT, charger, baterai, SCR (Silicon Control Rectifier)
2. 2
RANCANG BANGUN PENGISI BATERAI OTOMATIS PADA SISTEM CIRCUIT
BREAKER
Wahyu Davi Evan1
, Ign. Agus Purbhadi W2
, Budi Suhendro3
Program Studi Elektromekanik, Jurusan Teknofisika Nuklir, STTN-BATAN
Jl. Babarsari Kotak Pos 6101/YKBB Yogyakarta 55281
Telp: (0274) 484085, 489716
Fax: (0274) 489715
ABSTRACT
DESIGN AND CONSTRUCTION AUTOMATIC BATTERY CHARGER ON
CIRCUIT BREAKER SYSTEM, the purpose to design and construct a automatic charger
system. Tool manufacturing was based on needs battery charger system in the Circuit
Breaker System (CBS) in STTN-BATAN. Circuit breaker system requires continuous power
supply to operate it at normal and emergency conditions. The power supply must be in a
ready state for use, so it needs a battery charger. In principle, the battery is charging the
battery by way of electric current flowing continuously. Charging was stopped when the
battery voltage has reached its maximum voltage (full load). If the battery has reached its
maximum voltage, but if is still being done charging it will cause loss of electrical energy
waste and excessive heating will occur in the battery will shorten its age. To avoid such
losses, it would be better if the charger can work automatically to charge the battery if the
battery is empty the load (voltage below the nominal value) and stop filling when the battery
is full. Thus the voltage is not stable due to the load can be avoided because the output
voltage is controlled. The method used in this research is design a battery charger circuit
using SCR (Silicon Control Rectifier) as a relay replacement for series battery circuit and
parallel battery circuit, transformer manufacturing, assembly tools, and testing
equipment. From the test results obtained output voltage series battery charging system 13.69
V and parallel battery charging system 27.41 V with current 2.24 A and 0.97 A. This
automatic battery charger has an efficiency of 55% for the series battery circuit and 65% for
the parallel battery circuit.
Keywords: CBS, charger, battery, SCR (Silicon Control Rectifier)
1) Mahasiswa
2) Dosen pembimbing I
3) Dosen pembimbing II
3. 3
PENDAHULUAN
Peralatan-peralatan sistem kontrol
elektrik pada perlengkapan sistem tenaga
listrik membutuhkan back up power untuk
menjalankannya. Fungsi utama back up
power adalah sebagai penyuplai tenaga
apabila terjadi suatu kegagalan sistem.
Salah satu back up power yang digunakan
adalah baterai. Keluaran dari back up
power ini adalah tegangan DC.
Banyak sekali jenis kontrol elektrik
dalam sistem kelistrikan. Salah satu
kontrol yang paling penting dalam sistem
kelistrikan adalah PMT( Pemutus Tenaga)
atau Circuit Breaker. PMT adalah suatu
peralatan pemutus rangkaian listrik pada
suatu sistem tenaga listrik, yang mampu
untuk membuka dan menutup rangkaian
listrik pada semua kondisi, termasuk arus
hubung singkat, sesuai dengan ratingnya.
Peranan PMT dalam mempertahankan
kontinuitas pelayanan tenaga listrik sangat
penting. Selain dapat membuka maupun
menutup rangkaian pada saat beban
normal, juga harus dapat memikul beban
yang abnormal seperti arus hubung singkat
tanpa merusakkan PMT itu sendiri [1].
Pada saat pemutusan maupun
menghubungkan daya listrik akan terjadi
busur api listrik akibat loncatan bunga api
listrik yang cukup besar. Oleh karena PMT
harus dilengkapi dengan pemadam busur
api. Bagian-bagian terpenting dari PMT
adalah input PLN, Rangkaian Pemutus
(PMT), Output (Beban). Di dalam PMT
sendiri terdapat kontrol elektromagnetik
dan juga sensor elektromagnetik untuk
mendeteksi besarnya arus yang mengalir,
jika arus melampaui kemampuan PMT
maka PMT akan memutus aliran tenaga.
PMT Pada Laboratorium listrik
mempunyai kapasitas daya yang besarnya
200 watt. PMT pada laboratorium Listrik
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-Badan
Tenaga Nuklir Nasional ( STTN-BATAN)
juga mempunyai bagian-bagian penting
seperti PMT pada umumnya, hanya saja
PMT pada lab. Listrik tidak dilengkapi
dengan pemadam busur api karena beban
yang kecil. PMT pada laboratorium listrik
untuk rangkaian kontrolnya membutuhkan
supply tenaga sebesar 24 volt DC. Supply
tenaga ini didapatkan dari 2 buah baterai
yang dihubungkan secara seri.
Baterai yang digunakan sewaktu-
waktu juga bisa habis dan membutuhkan
charging. Tetapi di laboratorium listrik
belum terdapat charger untuk mengisi
ulang baterai ini. Untuk itu dibuatlah
charger untuk mempermudah dalam
pengisian ulang baterai tersebut. Pada saat
pengisian baterai ini bisa dilakukan secara
seri ataupun paralel.
TEORI
PMT ( Pemutus tenaga ) atau circuit
breaker
Pemutus tenaga adalah saklar yang
digunakan untuk menghubungkan/
memutuskan arus/daya listrik sesuai
ratingnya [2].
Sistem pengisian baterai
Sumber Tegangan, berfungsi sebagai
penyedia tegangan yang digunakan untuk
mengisi baterai dan mensuplai kebutuhan
sistem β sistem kelistrikan [3]. Sumber
tegangan yang digunakan pada sistem
pengisian aki merupakan sumber tegangan
AC yang kemudian akan diubah menjadi
tegangan DC, atau bisa langsung
menggunakan tegangan DC
Baterai merupakan penyimpan
tenaga listrik yang dihasilkan oleh sistem
pengisian, energi listrik diubah kedalam
bentuk energi kimia [3].
Lama waktu pengisian (LP)
ditampilkan pada rumus (1) sebagai
berikut :
LP (jam) =
πΎπ
π΄π
Γ (1,2 s/d 1,5) (1)
Dengan : - KP = Kondisi Pengeluaran
(AH)
- AP = Arus Pengisian (A)
Pengisian tegangan tiap menit
menggunakan rumus 2. sebagai berikut:
PT =
ππππππππ ππβππβπ‘πππππππ ππ’ππ ππ’ππ
π€πππ‘π’ ππππππ πππ
(2)
4. 4
Dengan PT = Pengisian tegangan tiap
menit (V/menit)
Efisiensi alat diukur dengan rumus
3. Berikut
Efisiensi =
πππ¦π ππππ’ππ
πππ¦π πππ π’π
Γ 100 % (3) (2.3)
Dengan : daya masuk (W)
daya keluar (W).
Gambar sistem charger baterai
ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Rangkaian charger otomatis
Pada sistem charger ini
menggunakan SCR sebagai pengendali
otomatis dari charger [4]. Apabila
tegangan dari aki penuh maka secara
otomatis charger akan memutus arus ke
baterai.
Komponen utama charger
a. Trafo (Transformator)
Transformator adalah suatu mesin
listrik yang berfungsi untuk mentransfer
daya listrik dengan disertai perubahan
tegangan.
b. Dioda
Untuk menyearahkan arus AC
menjadi DC [5].
c. Dioda Bridge
Komponen ini berfungsi untuk
mengubah gelombang AC output
transformator menjadi gelombang DC,
untuk penyearahan gelombang penuh
[6]
d. Resistor
Resistor adalah komponen dasar
elektronika yang digunakan untuk
membatasi jumlah arus yang mengalir
dalam satu rangkaian [5].
e. Kapasitor
Dalam rangkaian penyearah
kapasitor berfungsi sebagai smoothing
atau menghaluskan gelombang
sehingga arus yang dihasilkan akan
bebentuk garis lurus [5].
f. SCR (Silicon Controlled Rectifier)
Fungsi SCR ini adalah sebagai
kontrol otomatis dari charger, memutus
atau mengalirkan arus. Untuk membuat
SCR ON maka harus di trigger yaitu
dengan memberi arus gate [7].
g. Dioda zener
Dioda zener dirancang untuk
digunakan sebagai regulator tegangan.
h. Relay
Dalam dunia elektronika, relay
dikenal sebagai komponen yang dapat
mengimplementasikan logika
switching. Dalam rangakaian relay
dipakai untuk switching pada saat
sistem charger 12 V menjadi 24 V [8].
ataupun sebaliknya.
7. 7
pengisian baterai yang dihubung paralel.
Tegangan output dari charger minimal
harus 12V, karena baterai yang digunakan
adalah 2 buah baterai 12V, 32AH, hasil
pengukuran arusnya adalah 2,27A.
Kondisi Baterai sebelum diisi 75 %.
Gambar grafik ditunjukkan pada Gambar 5
dan 6.
Gambar 3. Grafik waktu vs arus baterai seri
Gambar 4. Grafik waktu vs tegangan baterai
seri
Gambar 5. Grafik waktu vs arus baterai paralel
Gambar 6. Grafik waktu vs tegangan baterai
paralel
Sebelum dilakukan pengisian
baterai, terlebih dahulu dilakukan
pengosongan baterai baik sistem seri
maupun paralel. Grafik pengosongan
baterai ditunjukkan pada Gambar 7 dan 8.
Gambar 7. Grafik pengosongan baterai seri
Gambar 8. Grafik pengosongan baterai paralel
Untuk menghitung pengisian
tegangan tiap menit menggunakan rumus
(2) dan hasilnya sebagai berikut
Pengisian tegangan tiap menit
baterai seri
=
ππππππππ ππβππβπ‘πππππππ ππ’ππ ππ’ππ
π€πππ‘π’ ππππππ πππ
=
29.95 πβ26.61 π
250 πππππ‘
= 0,0133 V/menit
0.00
0.50
1.00
1.50
0 100 200 300
Arus(A)
Waktu (menit)
Waktu vs Arus
26.00
27.00
28.00
29.00
30.00
31.00
0 100 200 300
Tegangan(V)
Waktu (menit)
Waktu Vs Tegangan
0
1
2
3
0 50 100 150 200
Arus(A)
Waktu (menit)
Waktu Vs Arus
12.50
13.00
13.50
14.00
14.50
15.00
0 100 200
Tegangan(V)
Waktu (menit)
Waktu vs Tegangan
26
27
28
29
30
31
0 2 4 6 8
Tegangan(V)
Waktu (menit)
Grafik Pengosongan Baterai
12.5
13
13.5
14
14.5
15
0 2 4 6 8
tegangan(V)
waktu (menit)
Data Pengosongan baterai
8. 8
Pengisian tegangan tiap menit
baterai paralel
=
ππππππππ ππβππβπ‘πππππππ ππ’ππ ππ’ππ
π€πππ‘π’ ππππππ πππ
=
14.69 π β13.03 π
180 πππππ‘
= 0,0092 V/menit
Menurut perhitungan menggunakan
rumus (1) lama waktu pengisian baterai
seri adalah
LP (jam) =
πΎπ
π΄π
Γ (1,2 s/d 1,5)
LP (jam) =
32 π΄π» Γ25 %
0,97 π΄
Γ (1,2 s/d
1,5)
LP = 9,89 jam
Lama waktu pengisian baterai
paralel adalah
LP (jam) =
πΎπ
π΄π
Γ (1,2 s/d 1,5)
LP (jam) =
64 π΄π» Γ25 %
2,27 π΄
Γ (1,2 s/d
1,5)
LP = 8,19 jam
Tetapi dalam kenyataannya hanya
membutuhkan waktu 4 jam 10 menit untuk
pengisian seri dan 3 jam untuk pengisian
paralel. Alat yang digunakan untuk
mengetahui kondisi baterai sebelum diisi
adalah Solar Controller 10 A C2415.
Perbedaan lama waktu pengisian menurut
perhitungan dan pengujian dikarenakan
keterbatasan pembacaan alat indikator
baterai yang hanya ada 25, 50, 75 dan 100
%. Kemungkinan baterai masih dalam
keadaan 90 % tapi alat hanya membaca 75
%.
Efisiensi alat untuk sistem charger
seri yang didapatkan dari pengujian dapat
dihitung menggunakan rumus (3). Daya
masuk adalah 51,96 W dan daya keluar
28,65 W maka didapatkan
Efisiensi =
πππ¦π ππππ’ππ
πππ¦π πππ π’π
Γ 100 %
Efisiensi =
28,65
51,96
Γ 100 %
Efisiensi =55 %
Efisiensi alat untuk sistem charger
paralel yang didapatkan dari pengujian
daya masuk adalah 49,87 W dan daya
keluar 32,42 W maka didapatkan
Efisiensi =
πππ¦π ππππ’ππ
πππ¦π πππ π’π
Γ 100 %
Efisiensi =
32,42
49,87
Γ 100 %
Efisiensi =65%
KESIMPULAN
1. Telah berhasil dirancang sebuah alat
pengisi baterai (charger) otomatis
untuk mengisi baterai PMT (circuit
breaker) 12 V dan 24 V, dengan
menggunakan SCR sebagai pengganti
relay.
2. Dari pengujian sistem charger
otomatis ini didapatkan
a. Output tegangan charger 27,42 V
dan 13,70 V, arus pengisian untuk
sistem seri 0,97 A sedangkan untuk
sistem paralel 2,24 A.
b. Otomatis dari charger bisa bekerja
dengan baik, yaitu pada saat baterai
penuh maka arus pengisian
terputus.
c. Sistem pengisian baterai yang
paling efisien menggunakan
rangkaian paralel karena arus yang
ditransmisikan ke aki lebih besar,
selain itu waktunya juga lebih
cepat.
d. Efisiensi alat pengisi baterai
otomatis adalah 55 % untuk
pengisian baterai dihubung seri dan
untuk pengisian baterai dihubung
paralel adalah 65 %.
SARAN
1. Untuk switching dari 12 ke 24 tahanan
yang menuju dioda 1N4148 yang
berhubungan dengan led harus
ditambah agar arus yang mengalir ke
dioda tidak terlalu besar dan bisa
merusak dioda tersebut
2. Transformator yang digunakan bisa
ditambah lebih besar dayanya agar
9. 9
bisa digunakan untuk pengisian aki
yang lebih besar kapasitasnya. Selain
itu SCR BT 151 juga harus
disesuaikan, jika arus yang diinginkan
lebih besar maka SCR BT 151 diganti
yang lebih besar.
3. Sering terjadi masalah pada dioda
1N4002 dikarenakan arus yang
mengalir terlalu besar atau terjadi
hubung singkat antar komponen.
DAFTAR PUSTAKA
1. Wirgiyanto, I.A.P., 2006, Sistem
Kendali Pemutus Tenaga Dengan
Penggerak Motoris, STTN-BATAN:
Yogyakarta
2. PT. PLN Persero PUSDIKLAT, 2009,
Pengoperasian Peralatan Gardu Induk,
[pdf],(http://id.scribd.com/document_d
ownloads/direct/89374321?extension=
pdf&ft=1362288703<=1362292313&
uahk=Llix82LqmF9wmGJQ/wYHaRhQ
MKw, diakses tanggal 25 januari 2013)
3. Nugraha, B.S., 2005, Sistem Pengisian
Dan Penerangan, Universitas Negeri
Yogyakarta : Yogyakarta
4. Wibowo, A., 2011,
http://innovasi.blogspot.com/2011/10/a
utomatic-lead-acid-battery-
charger.html (diakses tanggal 2 juni
2013)
5. Ahmad, J., 2007, Elektronika Dasar,
[pdf],
(http://robby.c.staff.gunadarma.ac.id/D
ownloads/files/8011/eldas.pdf, diakses
tanggal 21 Januari 2013)
6. Muhadi, B., 2005, Membaca dan
Mengidentifikasi Komponen
Elektronika, Jakarta, [doc],
(http://listrikwiber.files.wordpress.com/
2008/09/modul-komp-elekt-
bambang.doc, diakses pada 3 Maret
2013)
7. Restuadhi, Oky Wahyu., Elektronika
Industri, Pusat Pengembangan Bahan
Ajar, Universitas Mercubuana [doc],
(http://kk.mercubuana.ac.id/files/14026
-6-817557935035.doc, diakses tanggal
5 juni 2013)
8. Wicaksono, Handy., Catatan Khusus
βAutomasi 1β, Universitas Kristen Petra
: Surabaya [pdf],
(http://learnautomation.files.wordpress.
com/2009/08/ modul-keseluruhan-
automasi-1-1-bab-2.pdf, diakses tanggal
3 juli 203)