Monday, May 6, 2013

Stabilisasi Tegangan Charger Dengan Cut-Off Relay


Skema ini sebenarnya saya desain untuk digunakan pada Turbin Angin Pico Dengan Roda Sepeda. Tapi bisa saja digunakan sebagai regulator pada charger (cas) aki dengan menambahkan trafo untuk menghubung ke jaringan PLN. Lebih detal tentang pengisian aki di "Cara Mengisi Ulang (Recharge) Aki".

Beberapa turbin angin menggunakan sistem dump load untuk membuang kelebihan daya bila baterai terisi penuh. Sirkuit ini akan memutus daya dari turbin angin bila baterai terisi penuh. Dengan cara ini akan membiarkan turbin angin berputar bebas bila baterai terisi penuh, dengan demikian juga akan menyelamatkan turbin angin dari kelebihan beban (overload). Juga ketika angin kencang, turbin angin akan menghasilkan daya berlebihan, dan cut off regulator ini akan memutus daya ke baterai dan membiarkan turbin angin berputar bebas untuk menghindari kerusakan. Tapi turbin angin harus mampu bertahan terhadap gaya sentrifugal yang tinggi ketika berputar bebas.

Karena sirkuit ini menggunakan relay 5 pin SPDT, maka dapat juga dirancang untuk menjadi sistem dump load (beban untuk membuang daya) untuk mencegah turbin angin berputar liar tanpa beban. Lampu 12 volt 30 watt dapat digunakan sebagai dump load. Jika dump load terlalu besar dapat menyebabkan bilah turbin bengkok dan dinamo terbakar saat angin kencang.


Komponen-komponennya:
D adalah dioda jembatan (bridge diode) atau kuprok dengan kapasitar arus 10A, tegangan 500 volt. Dioda ini membutuhkan pendingin. Bagian input ini dihubungkan pada dinamo yang terpasang pada turbin angin. Jika rangkaian digunakan untuk charger aki dengan trafo, maka kabel input dihubungkan dengan output trafo. Trafo yang cocok adalah bertegangan output 15-16 volt.

Sekring F nilainya dihitung berdasarkan kapasitas aki yang akan dicas atau diisi-ulang. Besar arus pengisian aki adalah 10% dari kapasitas aki. Untuk aki 50AH maka arus pengisiannya mencapai 5 ampere. Jadi nilai F juga sekitar 5 ampere.

Resistor, semuanya berdaya 1/2 watt:
R1 = 10k
R2 = 5k6
R3, 4, 5 = 820 ohm
R6 = 3k3

Kondensor:
C1 = 1 mikrofarad 100 volt
C2 = 4700 mikrofarad 50 volt

Dioda zener, semua berdaya 1 watt:
Dz1 = 15 volt
Dz2, 3, 4 = 16 volt
Dz5 = 14 volt
Zener 1 (Dz1) menentukan tegangan output T1, jika nilai Dz1 adalah 15 volt maka output T1 adalah 14.4 volt. Zener 5 (Dz5) menentukan tegangan cut-off dari relay (relay memutus), dengan Dz5 senilai 14 volt maka relay akan aktif dan memutus jika tegangan output sedikit diatas 14 volt. Tegangan tersebut cocok untuk mengisi-ulang aki basah, tapi tidak cocok untuk aki kering yang mempunyai tegangan pengisian 13.5-13.8 volt. Jika anda membutuhkan desain rangkaian dengan tegangan yang berbeda, maka kedua zener (Dz1 dan Dz5) harus diganti.


Transistor:
T1, 2 = BD139 ; unduh lembar data BD139

Transistor 1 (T1) mengalirkan arus maximal sekitar 0.1 ampere dengan tegangan 14.4 volt. Transistor ini hanya bekerja saat relay memutus. Transistor ini membantu relay mengalirkan arus agar relay tidak terlalu sering menyambung dan memutus (on dan off). Tegangan 14.4 volt adalah tegangan zener 1 (Dz1) yang sebesar 15 volt dikurangi kehilangan tegangan pada transistor yaitu sebesar 0.6 volt. Transistor ini cukup tangguh dan mampu bertahan hingga tegangan kolektor-emitor (Vceo) 80 volt. Inilah salah satu alasan mengapa rangkaian ini digunakan untuk regulasi tegangan pada turbin angin Pico. Transistor 1 membutuhkan pendingin.

Transistor 2 (T2) memberi arus untuk menggerakan relay agar memutus hubungan dari dioda ke kondensor atau aki. Transistor 2 hanya akan bekerja jika tegangan pada aki atau kondensor 2 (C2) sudah melebihi 14 volt. Tegangan 14 volt tersebut ditentukan oleh zener 5 (Dz5). Transistor 2 ini bisa menggunakan pendingin bisa tidak, tergantung arus yang dibutuhkan relay.

Relay: coil 12 volt  dan 400 ohm SPDT (Single Pole Double Throw), 5 kaki, mampu mengalirkan arus 7 ampere DC. Relay hanya akan memutus jika tegangan pada kondensor C2 sudah mencapai sekitar sekitar 14 volt. Jika ada aki pada bagian output, relay akan memutus jika tegangan aki mencapai sekitar 14 volt. Untuk relay 7 ampere maka kapasitas aki maximal dan aman untuk dicas adalah 50 AH. Tegangan yang dihasilkan bergantung pada relay ini, berfluktuasi antara 14.1 - 14.3 volt. Jika aki dihubungkan pada output maka fluktuasi tegangan tidak terbaca alias stabil.

Jadi tidak ada komponen rangkaian yang bekerja atau mengkonsumsi arus sebelum tegangan output pada kondensor 2 (C2) atau tegangan aki mencapai 14 volt, maka rangkaian ini sangat irit daya. Hanya ada kehilangan tegangan sebesar 1.2 volt pada dioda jembatan dan kehilangan arus pada resistor 1 (R1) yang sangat kecil. Resistor 1 berfungsi menghilangkan tegangan tinggi dari induksi medan magnet pada dinamo atau trafo.

Jembatan dioda atau penyearah gelombang penuh cocok digunakan jika regulator ini disuplai oleh trafo atau alternator, sehingga semua gelombang dari arus bolak-balik dapat dimanfaatkan. Jembatan dioda dapat diganti penyearah setengah gelombang (satu dioda) jika regulator ini disuplai oleh dinamo yang menghasilkan arus searah, seperti pada turbin angin. Dioda pada turbin angin dengan dinamo berfungsi mencegah arus dari aki kembali ke dinamo. Kehilangan tegangan pada penyearah gelombang penuh adalah 1.2 volt karena arus melewati 2 dioda. Kehilangan tegangan pada penyearah setengah gelombang hanya 0.6 volt.

Beberapa kelebihan regulator dengan cut off relay jika dibanding dengan regulator transistor adalah: relay banyak dijual dan harganya murah, kapasitas ampere besar, berukuran kecil dan tidak butuh pendingin, tahan tegangan tinggi. Karena itulah diputuskan untuk menggunakan regulator dengan cut off relay untuk stabilisasi tegangan pada charger aki yang memakai Pico wind turbine sebagai sumber daya.

Untuk monitor tegangan aki dapat dibaca di artikel "Indikator Tegangan Baterai Sederhana Dengan LED".


17 comments:

  1. Gan mau tanya, apakah sudah ada/dibuat pabrik alat pemutus aliran listrik ketika tegangan listrik di rumah tiba-tiba naik/berlebih kalo ada apa nama alatnya dan di mana bisa pesan.

    Mohon info ke asepsp@gmail.com Terima kasih,

    ttd.
    Asep S.

    ReplyDelete
    Replies
    1. Yth Pak Asep,
      Alat yang populer untuk mengatur tegangan adalah automatic voltage stabilizer, di pasaran biasa disebut stavol. Adalah suatu trafo yang outputnya diatur secara otomatis agar konstan / stabil, walau tegangan input naik-turun. Bisa dibeli di toko listrik penjual lampu, kipas angin, dll.

      Alat pelindung seperti Surge Protector dapat memutus atau membuang (short to ground) arus saat terjadi tegangan tinggi.
      Dapat dibeli di alamat ini:

      http://www.bhinneka.com/products/sku00813957/belkin_surge_protector__f9e400en1m_.aspx

      Dioda zener dapat dirangkai sebagai proteksi tegangan tinggi. Ada dioda mirip zener yang disebut sebagai transient-voltage-suppression (TVS) diode, berfungsi membuang kelebihan tegangan ke ground untuk melindungi rangkaian yang sensitif. Tapi rangkaiannya agak rumit bagi pemula. Karena salah perhitungan pada tegangan tinggi dapat beresiko fatal.

      Smoga membantu, Heru.

      Delete
  2. pasang relainya gmn gan posisi kaki-kakinya

    ReplyDelete
    Replies
    1. Jika dilihat dibagian bawah, relay SPDT dengan 5 kaki biasanya mempunyai 3 kaki di satu tepi, dan 2 kaki di tepi seberangnya.

      Pada bagian atau tepi dengan 3 kaki:
      2 kaki paling luar adalah suplai tegangan ke koil, kutub positif-negatif nya bisa saling tukar. Jika koil diberi tegangan maka akan terdengar suara klik, akan terdengar lagi suara klik jika tegangan koil diputus. Sedangkan kaki di tengah terhubung dengan plat konnektor yang akan digerakkan oleh koil jika koil diberi tegangan. Kaki tengah ini biasanya disebut Common atau disingkat Com.

      Pada bagian atau tepi dengan 2 kaki:
      Salah satu dari kedua kaki tersebut selalu terhubung dengan Com pada saat koil tidak bertegangan, atau disebut Normally Closed (NC). Sedangkan kaki lainnya hanya akan terhubung dengan Com jika koil diberi tegangan, kaki ini disebut Normally Open (NO).

      Biasanya pada bodi relay tergambar diagramnya.

      Untuk rangkaian diatas:
      Koil relay terhubung dengan Dz3, kaki COM terhubung dengan kutub positif jembatan dioda (D), sedangkan kaki NC terhubung dengan positif output.

      Delete
  3. Budhi Harianto :
    Ass. Gan mau tanya penambahan skema Turbin Angin Pico Dengan Roda Sepeda denagn penambahan Inverter agar tegangan berubah mennjadi AC dan berapa besar daya yang keluar.
    Terima Kasih

    ReplyDelete
  4. Ass. Gan dari rangkaian turbin Pico yang Agan disain hanya sampai mengisi aki ( arus DC ) bagaimana cara penyambungannya dengan Inverter agar arus yang keluar menjadi AC dan berapa besar daya maksimum yang bisa di hasilkan.
    Terima Kasih Gan
    Budhi Harianto

    ReplyDelete
    Replies
    1. Yth Budhi..
      Inverter banyak tersedia di pasaran, buatan pabrik yang diproduksi secara massal sehingga harganya relatif murah. Untuk 12 VDC dirubah ke 220 VAC dengan daya maximum 100 Watt bisa dibeli seharga 200 ribuan. Beberapa toko bahkan berani memberikan garansi.

      Saat ini inverter juga populer dengan sebutan genset tanpa suara dan tanpa asap (polusi), dengan aki sebagai sumber daya. Input inverter disambung ke kutub positif dan negatif aki, sehinga inverter mengeluarkan output bertegangan bolak-balik (AC).
      Aki tersebut dapat diisi-ulang dengan turbin angin Pico.

      Turbin angin Pico pernah saya coba dengan menariknya diatas mobil Kijang pick up untuk memetakan performanya pada tiap kecepatan angin. Karena saya tidak ada waktu untuk menunggu angin bertiup untuk mendapatkan data performanya:

      Kecepatan ........Daya
      Angin km/jam.....Watt
      10.................... 4
      20.................... 17
      30.....................30
      40.....................55
      50.....................100

      Data diatas dapat dibaca di artikel Turbin Angin Kelas Pico, dengan alamat:
      http://maruzar.blogspot.com/2011/10/turbin-angin-kelas-pico.html

      Jika di lokasi Anda angin bertiup dengan kecepatan rata-rata 20 kpj sepanjang hari, maka sudah cukup untuk mengisi aki 12V 10AH, bisa menyalakan 3 buah lampu LED berdaya 5 watt (total 15 watt), yang setara dengan lampu pijar dengan daya sekitar 150 watt, setara dengan lampu CFL berdaya sekitar 35 watt. Lampu LED tersedia di pasaran dengan tegangan 12 VDC, tanpa harus menggunakan inverter.

      Salam, Heru.

      Delete
  5. siang mastah ane mau tanya nih,,,apakah rangkaian ini bisa dipake untuk laptop, misalnya tegangan akan putus setalah baterai laptop full...mohon pencerahannya....

    ReplyDelete
    Replies
    1. Untuk charger laptop, sangat tidak disarankan menggunakan regulator ini. Karena tegangan outputnya tidak stabil.

      Charger untuk laptor sebaiknya menggunakan rangkaian yang memakai regulator transistor sebagaimana dibahas di artikel:

      Power Suplai, Battery Charger, Dengan Trafo
      http://maruzar.blogspot.com/2013/05/power-suplai-battery-charger-dengan.html

      Secara teoritis charger akan berhenti mengsuplai arus jika tegangan baterai sudah sama dengan tegangan charger (baterai sudah penuh).

      Jika perlu dipastikan bahwa charger harus memutus saat baterai sudah penuh. Maka rangkaian charger dengan stabilisasi transistor bisa digabung dengan rangkaian ini. Output trafo distabilkan dulu oleh transistor, kemudian melalui ke sirkuit ini (stabilisasi dengan relai), baru di suplai ke baterai. Jadi saat baterai penuh, relai charger akan terputus. Relai diset agar menyambung kembali pada tegangan baterai yang tertentu yang lebih rendah (baterai kosong). Tapi rangkaian jadi sangat rumit dan rentan terjadi kesalahan.

      Delete
  6. salam kenal pak, saya menanyakan tiap persilangan pada skema, pada garis output ada dua persilangan setelah RL posisinya tersambung apa tidak? pengaruhnya jika dz5 diganti zener 13 apa pak? terima kasih

    ReplyDelete
    Replies
    1. Sebagaimana pada skema, hanya ada 2 persilangan yang tidak menyambung, ditandai dengan garis melengkung/melompat, yaitu: di bawah Dz1, dan di atas F.

      Jika Dz5 diganti yang lebih kecil (13v), maka cut-off relay akan bekerja (memutus arus) pada tegangan lebih rendah, yaitu pada sekitar tegangan zener ditambah dengan tegangan transistor = 13+0.6 = 13.6 volt.

      Sedangkan pada skema Dz5 adalah 14 volt. Sehingga cut-off relai bekerja pada tegangan = 14+0.6 = 14.6 volt.

      Delete
  7. Salam kenal pak, gimana cara mebuat charger ini mempunyai kapasitas amper yg lebih besar, misalnya 50 amper, apa saja yg harua di ganti komponennya?? Terima kasih

    ReplyDelete
    Replies
    1. Charger 50 ampere termasuk besar sekali. Pada prinsipnya, perlu trafo yang mampu mengalirkan minimal 50 ampere juga. Dioda jembatan (kuprok) juga diperbesar. Relai perlu diganti dengan yang mampu mengalirkan arus sebesar itu. R5 dan R6 dikecilkan sampai T2 mampu mengaktifkan relay saat tegangan mencapai nilai yang diset, pada rangkaian di atas diset pada 14 volt. Dz5 dan T2 bisa jadi perlu diganti yang lebih besar dayanya,atau di double, karena R5 dikecilkan.

      Agar aman dan tidak membuang ongkos besar jika gagal. Sebaiknya mencoba yang lebih kecil dulu, untuk dipelajari dan mendapat pengalaman dari performa tiap komponen. Baru meningkat ke yang besar.

      Dari segi safety, charger daya besar sangat berbeda cara menanganinya dibanding yang kecil. Untuk 12 volt, charger 50 ampere, bisa menarik daya 600 watt bahkan lebih. Jika terjadi kesalahan, dapat mengganggu jaringan listrik dan berakibat fatal. Salam..

      Delete
  8. salam pak Heru, saya mau tanya. sy punya trafo toroid 10 amper 220v to 19v. trafonya sy pakai untuk buat charger aki basah 12v, masalahnya setelah melewati dioda penyearah tegangan turun menjadi 10,34v kira2 penyebabnya apa ya pak. terimah kasih

    ReplyDelete
    Replies
    1. Yth Taufik, memang kadang terjadi kebingungan saat mengukur tegangan trafo, ketika diukur VAC lebih tinggi daripada VDC (sesudah disearahkan). Kalau dioda penyearahnya hanya 1/2 gelombang, tidak menggunakan dioda jembatan (kuprok), maka tegangan VDC yang dihasilkan bisa menjadi 1/2 tegangan VAC.

      Saran: saat mengukur tegangan output dari trafo yang disearahkan, sebaiknya sudah dipasang kondensor pada output dioda, sekitar 5-10 mikrofarad, agar tegangan VDC nya stabil, sehingga dapat diukur dengan akurat.

      Pastikan tegangan maximal kondensor di atas tegangan output, agar tidak ada kebocoran tegangan di dalam kondensor. Pada dioda, selalu terjadi kehilangan tegangan 0,6 volt, sehingga pada output dioda tegangannya lebih rendah 0.6 volt daripada inputnya. Jika menggunakan kuprok maka akan ada kehilangan tegangan 2x0.6=1.2 VDC, karena arusnya selalu melewati 2 buah dioda. Salam, Heru.

      Delete
  9. Terima kasih atas penjelasannya pak, oh iya rangkaian ini sdh sy coba buat tetapi saya mendapat sedikit masalah... Tegangan out put-nya (sebelum relay on) adalah 24vdc Mengikuti tegangan input dan tidak Mengikuti tegangan Dz1.tetapi setelah relay on tegangannya turun sekitar 14vdc.. Kira2 kesalahannya apa ya pak, Heru?? Terima kasih

    ReplyDelete
    Replies
    1. Agak sulit juga menjawabnya, karena datanya sangat sedikit.. Pada prinsipnya saat relay bekerja (relay on), arus dari input ke output akan terputus (cut off). Hanya ada sedikit arus (standby current) melalui T1, sekitar 0.1 Ampere. Tegangan output T1, memang didesain sebesar 14.4 volt.

      Dari pertanyaannya, saya menduga tegangan output ingin didesain agar stabil pada 24 volt. Maka semua dioda zener harus diganti dengan tegangan sekitar 24-26 volt. Salam

      Delete

Your positive comment will be highly appreciated to improve this site