Senin, 16 Mei 2016

INVERTER (dari yang sederhana sampai sinusoidal)

Bagian I

Inverter adalah piranti yang mengubah tegangan DC menjadi tegangan AC. Tegangan DC yang dipergunakan pada pembahasan  disini tegangan DC 12V yang berasal dari aki, sedangkan tegangan AC yang dihasilkan sebesar 220V dengan frekuensi 50Hz. Tegangan AC tersebut mulai dari yang berbentuk kotak sampai yang berbentuk sinusoidal. Tegangan AC yang berbentuk kotak hanya dapat dipergunakan pada peralatan tertentu saja sedangkan tegangan AC yang berbentuk sinusoidal dapat dipergunakan pada semua peralatan atau dengan kata lain tegangan AC sinusoidal tersebut sama dengan tegangan jala-jala milik PLN.

            Tegangan AC yang sederhana atau berbentuk kotak diperlihatkan pada gambar 1, gambar 2 memperlihatkan rangkaian yang sangat sederhana untuk menghasilkan tegangan AC 220V, 54 Hz diperlihatkan pada gambar 1. Duty cycle rangkaian gambar 2 sebesar 63%, artinya bagian atas (siklus positif) lebih lama dibandingkan dengan bagian bawah. Jika sulit mendapatkan power mosfet IRFZ48, maka power mosfet tersebut dapat digantikan dengan power mosfet yang lain tetapi harus mosfet type N (N Channel Power Mosfet) misal IRFZ44N, IRFP460 dll. Satu lagi yang harus diperhatikan dalam menggantikan power mosfet adalah VGS (Tegangan Gate ke Source) harus lebih besar dari 10V. Selain itu,Power Mosfet harus dilengkapi dengan keping pendingin (heat sink) yang besar agar dapat menyalurkan panas.

       Rangkaian inverter gambar 2 dapat menyalurkan daya sampai 50 watt sehingga dapat digunakan untuk menyalakan TV dengan daya kurang dari 50 watt, VCD atau DVD, Lampu pijar dan lampu hemat energi, Laptop, men-charge HP. Rangkaian gambar 2 tidak boleh dipergunakan untuk peralatan yang membutuhkan tegangan AC yang sinusoidal seperti kipas angin, pompa air, mixer, kulkas dll. Perhatikanlah trafo pada gambar 2 bahwa belitan 12V (sekunder) dihubungkan dengan catu daya aki 12v dan power mosfet. Tegangan output (220V, 54 Hz) terdapat pada belitan 220V (primer).
 
Gambar 1. Tegangan AC berbentuk kotak
 
Gambar 2. Inverter kotak dengan IC 555

     Untuk mendapatkan tegangan AC 220V, 50Hz dgn duty cycle 50%, jika mempergunakan rangkaian pada gambar 2 adalah sangat sulit dan hampir menjadi tidak mengkin. Hal ini disebakan karena harga harga komponen yang ada dipasaran terbatas nilainya misalnya kita tidak mengkin mendapatkan resistor dengan harga 540KΩ atau kapasitor 2,7μF. Untuk mendapatkan tegangan AC 220V, 50Hz dgn duty cycle 50%, akan sangat mudah diwujudkan dengan menggunakan UC (microcontroller). Gambar 3 merealisasikan hal tersebut dengan mempergunakan UC ATmega328 buatan Atmel. Rangkaian Inverter tersebut dapat menyalurkan daya sampai lebih dari 200watt. Kemampuan menyalurkan daya sampai 200watt sehingga inverter pada gambar 2 dapat dipergunakan untuk rice cooker, magic com, dispenser, pemanggang roti. Atau dengan kata lain peralatan listrik dengan daya besar tetapi tidak memerlukan tegangan yang sinusoidal.
     Sama seperti pada gambar 2, power mosfet perlu diberi heat sink yang besar agar dapat menyalurkan panas dengan baik. Selain power mosfet, IC 7805 juga harus diberi heat sink tetapi dengan ukuran yang lebih kecil dari heat sink power mosfet. Program untuk UC agar menghasilkan tegangan AC 220V, 50Hz diperlihatkan pada program1. Untuk menulis program, mengcompile dan meng-up load ke uc atmega328 dapat melihat pada pembahasan “meng-compile dan meng-upload program avr menggunakan ubuntu “.
  Gambar 3. Inverter Kotak dengan UC ATmega328          






Program 1. Inverter Kotak 220V, 50 Hz
#include<avr/io.h>
#include <util/delay.h>
//==============================================
// PROGRAM UNTUK MEMBUAT INVERTER KOTAK
// Frekuensi inverter 50 Hz, duty Cycle 50%
//Rangkaian Inverter mengacu pada gambar 3
//===============================================

int main(void)
{
DDRB = (1<<PINB0); //Set pin PB0 sebagai sebagai output
while (1)
{
PORTB |= (1<<PINB0); // PB0 berlogika HIGH
_delay_ms(10); // Tunda posisi high selama 10ms
PORTB &= ~(1<<PINB0) // PB0 berlogika LOW
_delay_ms(10); // tunda posisi LOW selama 10ms
}
return (0)
}
       


Inverter Sinusoidal
         Pada pembahasan sebelumnya, tegangan keluaran inverter masih berbentuk kotak sehingga tidak dapat dipergunakan untuk peralatan yang membutuhkan tegangan AC sinusoidal. Untuk itu maka pada pembahasan ini kita akan membahas pembuatan inverter sinusoidal. Ada beberapa teknik (metode) dalam menghasilkan tegangan sinusoidal. Disini kita hanya membahas beberapa metode yang populer dipergunakan, metode-metode tersebut diantaranya Sine Pulse Width Modulation (SPWM), Space Vector Pulse Width Modulation (SV-PWM), dan Multi Level Inverter.
           Sebelum membahas ketiga metode tersebut maka kita akan membahas terlebih dahulu prinsip kerja dari inverter. Gambar 4 memperlihatkan prinsip kerja dari inverter. Pada setengah perioda pertama (0 s/d 1800 atau 0 s/d 10ms), Switch S1 dan switch S4 menutup sementara S2 dan switch S3 membuka. Pada kondisi ini arus mengalir dari titik A menuju titik B. Setengah perioda berikutnya (1800 s/d 3600 atau 10ms s/d 20ms) Switch S1 dan switch S4 membuka sementara S2 dan switch S3 mentup. Sehingga arus mengalir dari titik B ketitik A. Kedua siklus ini berulang terus sehingga jika bentuk gelombang digambarkan akan berbentuk seperti gambar 1 dan ditabelkan seperti pada tabel1. 

                                     

 
                                Tabel 1. Prinsip kerja inverter.

S1
S2
S3
S4
Arah Arus
0 s/d 1800 atau 0 s/d 10ms
1
0
0
1
Dari A ke B
1800 s/d 3600 atau 10ms s/d 20ms
0
1
1
0
Dari B ke A

Sine Pulse Width Modulation (SPWM)
      Setelah kita memahami prinsip kerja inverter, maka kita akan membahas lebih lanjut untuk membentuk gelombang yang sinusoidal. Metode pertama yang akan kita bahas adalah dengan menggunakan teknik Sine Pulse Width Modulation (SPWM). Teknik dengan membandingkan sinyal Sinus dengan sinyal segitiga. Pada gambar 5 setiap setengah siklus gelombang sinus dibandingkan dengan 8 (delapan) unit gelombang segitiga. Berdasarkan pengalaman penulis jika diapplikasikan kepada motor-motor listrik maka diperlukan 7 atau 9 unit gelombang segitiga pada setiap setengah siklus gelombang sinus. Apabila jumlah gelombang segitiga diperbanyak menjadi lebih dari 9 unit pada setiap setengah siklus maka tidak ada pengaruhnya terhadap bentuk gelombang sinusoidal atau THD tidak berubah.

       
Gambar 5. Pembentukan Gelombang Sinusoidal pada Inverter dengan Metode SPWM    


      Pada gambar 5, diperlihatkan bentuk tegangan AC yang berbentuk kotak (pada gambar 1) dipotong potong dengan lebar yang tidak sama mengikuti perbandingan gelombang sinus dengan segitiga. Warna merah pada gambar 5 adalah siklus negatif dari grafik warna biru yang berharga negatif. Karena untuk mentrigger switch-switch (S1 s/d S4) pada gambar 4 mempergunakan microcontroller maka siklus negatif (grafik warna biru) dibalik menjadi berharga positif (grafik warna merah).
      Realisasi Inverter dengan metode SPWM diperlihatkan pada gambar 6. Switch S1 s/d S4 pada gambar 4, digantikan dengan power Mosfet. Switch bagian atas, Switch S1 dan switch S2, merupakan power mosfet type P (P Channel Power Mosfet). Switch bagian bawah, switch S3 dan switch S4, merupakan power mosfet type N (N Channel Power Mosfet). Tegangan output inverter gambar 6 merupakan tegangan AC 220V, 50 Hz yang berbentuk sinusoidal sehingga dapat dipergunakan pada seluruh peralatan yang membutuhkan sumber dari listrik jala-jala. Daya output yang salurkan dapat mencapai 300watt sehingga dapat dipergunakan pada seluruh peralatan rumah tangga.
       Power Mosfet S1 s/d Power Mosfet S4 masing-masing harus diberi keping pendingin (heat sink) yang besar agar dapat menyalurkan panas. Dua power mosfet lainnya dan IC regulator 7805 juga harus diberi keping pendingin tetapi tidak terlalu besar. Microcontroller harus diletakkan jauh dari trafo 36V/10A, hal ini untuk menghindari medan magnet yang ditimbulkan oleh trafo, bahkan jika perlu trafo tersebut diberi shielding. Jika timbul suara berisik yang ditimbulkan oleh trafo maka hal itu menunjukkan bahwa inti besi trafo kurang besar sehingga trafo perlu diganti dengan ukuran yang lebih besar atau dapat juga daya output (beban inverter) dikurangi. Jika inverter memikul beban yang terlalu besar maka suara berisik, diakibatkan oleh getaran trafo, dapat timbul. Program microcontroller untuk inverter Sine Pulse Width Modulation diperlihatkan pada program 2.
  Gambar 6. Realisasi Inverter SPWM
 
Program 2. Inverter SPWM
// Program untuk mentrigger Inverter 1 (satu) phase.
// Frekuensi Inverter 50 HZ.
// Metode yang dipergunakan adalah SPWM dengan 7 (tujuh) unit segitiga setiap setengah siklus
// Rangkaian yang dipergunakan mengacu pada gambar 6

#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>

#define F_CPU 1000000UL
#define PORTB1_ON PORTB |= (1 << PB1);
#define PORTB2_ON PORTB |= (1 << PB2)
#define PORTB3_ON PORTB |= (1 << PB3)
#define PORTB4_ON PORTB |= (1 << PB4)

int main (void)
{
DDRB = 0xff; // Port B sebagai output
PORTB = 0x00;
while(1)
{
// ++++++++++++++++++++++++++++++++
// ======Siklus Positif ===========
//+++++++++++++++++++++++++++++++++

// segitiga ke -1
PORTB1_ON;
PORTB4_ON;
_delay_ms(1.18);
PORTB = 0x00;
_delay_ms(0.58);
// segitiga ke -2
PORTB1_ON;
PORTB4_ON;
_delay_ms(0.65);
PORTB = 0x00;
_delay_ms(1.01);
// segitiga ke -3
PORTB1_ON;
PORTB4_ON;
_delay_ms(0.27);
PORTB = 0x00;
_delay_ms(1.23);
// segitiga ke -4
PORTB1_ON;
PORTB4_ON;
_delay_ms(0.14);
PORTB = 0x00;
_delay_ms(1.24);
// segitiga ke -5
PORTB1_ON;
PORTB4_ON;
_delay_ms(0.27);
PORTB = 0x00;
_delay_ms(1.01);
// segitiga ke -6
PORTB1_ON;
PORTB4_ON;
_delay_ms(0.65);
PORTB = 0x00;
_delay_ms(0.56);
// segitiga ke -7
PORTB1_ON;
PORTB4_ON;
_delay_ms(1.21);
PORTB = 0x00;
_delay_ms(0.10);
// ++++++++++++++++++++++++++++++++
// ======Siklus Negatif ===========
//+++++++++++++++++++++++++++++++++
// segitiga ke - 1
PORTB2_ON;
PORTB3_ON;
_delay_ms(1.14);
PORTB = 0x00;
_delay_ms(0.57);
// segitiga ke - 2
PORTB2_ON;
PORTB3_ON;
_delay_ms(0.65);
PORTB = 0x00;
_delay_ms(1.01);
// segitiga ke - 3
PORTB2_ON;
PORTB3_ON;
_delay_ms(0.27);
PORTB = 0x00;
_delay_ms(1.23);
// segitiga ke - 4
PORTB2_ON;
PORTB3_ON;
_delay_ms(0.15);
PORTB = 0x00;
_delay_ms(1.23);
// segitiga ke - 5
PORTB2_ON;
PORTB3_ON;
_delay_ms(0.27);
PORTB = 0x00;
_delay_ms(1.01);
// segitiga ke - 6
PORTB2_ON;
PORTB3_ON;
_delay_ms(0.65);
PORTB = 0x00;
_delay_ms(0.57);
// segitiga ke - 7
PORTB2_ON;
PORTB3_ON;
_delay_ms(1.2);
PORTB = 0x00;
_delay_ms(0.10);
}
return(0);
}

Bersambung pada bagian 2, Inverter dengan metode Space Vector Pulse Width modulation (SV-PWM Inverter)








9 komentar:

  1. Balasan
    1. Ini yg fail yg mana ya mas? Soalnya saya juga mau coba, lagi belajar spwm.

      Hapus
    2. Kalau boleh tahu apa komentar dari compiler?
      Mohon maaf sebelumnya saya telat merespon, Saya tulis ini sudah lama sekali sampai saya lupa password untuk masuk ke blogspot. saya akan senang menjawab semua kendala melalui email @ riosupriono@gmail.com.
      Semoga saya dapat menolong banyak orang

      Hapus
  2. alhamdulilah bermanfaat min, cuma saya masih penasaran tentang metode 2 dan 3 pembangkitan sinyal sinus. kalau berkenan segera update bahan materinya terimakasih

    BalasHapus
    Balasan
    1. Mohon maaf telat merespon. Saya lupa password untuk masuk ke bolgspot. Tulisan ini saya upload sudah lebih dari setahun yang lalu.

      Hapus
  3. Mau nanya situ udh coba yg mana ya? Kodingannya? Itu yg fail yg mana ya? Soalnya saya juga lagi belajar spwm.

    BalasHapus
  4. Program yang saya tampilkan merupakan copy-paste dari program yang sudah saya jalankan. Mohon saya dibantu apa pesan errornya.
    Saya mohon maaf karena telat merespon. Tulisan ini sudah lama sekali saya upload sehingga saya lupa password untuk masuk ke blogspot. Saya akan senang menjawab kendala yang terjadi. Untuk diskusi dapat menghubungi saya ke email riosupriono@gmail.com
    Semoga bermamfaat.

    BalasHapus
  5. Untuk switching inverter sv-pwm gimana ya? Boleh sharing ilmu dan pengalamannya.

    BalasHapus
  6. MUARA TEKNIK ELEKTRIK
    Transformator & Automation System

    Kami Supplier Vfd Inverter EASYDRIVE
    
* Garansi 1 tahun.
    * Gratis antar area Jabodetabek, Cikarang dan Karawang.
    Berikut type yang tersedia :
    - MINI SERIES
    - MINI-S-2S0007M 0.75 KW 1 HP 220V 1 Phase
    - MINI-S-2S0015M 1.5 KW 2 HP 220V 1 Phase
    - MINI-L-2T0007M 0.75 KW 1 HP 220V 3 Phase
    - MINI-L-2T0015M 1.5 KW 2 HP 220V 3 Phase
    - MINI-L-4T0007 0.75 KW 1 HP 380V 3 Phase
    - MINI-L-4T0015 1.5 KW 1 HP 380V 3 Phase
    - MINI-L-4T0022 2.2 KW 3 HP 380V 3 Phase
    - CV3100 / GT200 SERIES
    - CV3100-2T0007M 0,75 kw 1 HP 220V 3 Phase
    - GT200-2S0022G 2.2 KW 3 HP 220V 3 Phase
    - GT200-2T0022G 2.2 KW 3 HP 380V 3 Phase
    - CV3100 / GT200-4T0007G 0,75 Kw 1 HP 380V 3 Phase
    - CV3100 / GT200-4T0015G 1,5 Kw 2 HP 380V 3 Phase
    - CV3100 / GT200-4T0022G 2,2 Kw 3 HP 380V 3 Phase
    - CV3100 / GT200-4T0040G 4 Kw 5,5 HP 380V 3 Phase
    - CV3100 / GT200-4T0055G 5,5 Kw 7,5 HP 380V 3 Phase
    - CV3100 / GT200-4T0075G 7,5 Kw 10 Hp 380V 3 Phase
    - CV3100 / GT200-4T0110G 11 Kw 15 Hp 380V 3 Phase
    - CV3100 / GT200-4T0150G 15 Kw 20 Hp 380V 3 Phase
    - CV3100 / GT200-4T0185G 18,5 Kw 25 HP 380V 3 Phase
    - CV3100 / GT200-4T0220G 22 Kw 30 HP 380V 3 Phase
    - CV3100 / GT200-4T0300G 30 Kw 40 HP 380V 3 Phase
    - CV3100 / GT200-4T0370G 37 Kw 50 HP 380V 3 Phase
    - CV3100 / GT200-4T0450G 45 Kw 60 Hp 380V 3 Phase
    - CV3100 / GT200-4T0550G 55 Kw 75 HP 380V 3 Phase
    - CV3100 / GT200-4T0750G 75 Kw 100 Hp 380V 3 Phase
    - CV3100 / GT200-4T0930G 93 Kw 125 HP 380V 3 Phase
    - CV3100 / GT200-4T1100G 110 Kw 150 HP 380V 3 Phase
    - CV3100 / GT200-4T1320G 132 Kw 175 HP 380V 3 Phase
    - CV3100 / GT200-4T1600G 160 Kw 215 HP 380V 3 Phase
    - CV3100 / GT200-4T1850G 185 Kw 250 HP 380V 3 Phase
    - CV3100 / GT200-4T2000G 200 Kw 270 HP 380V 3 Phase
    - CV3100 / GT200-4T2200G 220 Kw 300 HP 380V 3 Phase
    - CV3100 / GT200-4T2500G 250 Kw 335 HP 380V 3 Phase
    - CV3100 / GT200-4T2800G 280 Kw 375 HP 380V 3 Phase
    - CV3100 / GT200-4T3150G 315 Kw 425 HP 380V 3 Phase
    - CV3100 / GT200-4T3500G 350 Kw 470 HP 380V 3 Phase
    - CV3100 / GT200-4T4000G 400 Kw 540 HP 380V 3 Phase

    Muara Teknik Elektrik
    Transformer & Automation System
    www.mtelektrik.id
    Saepul anwar, S.kom (Official Sales & Marketing)
    0852-1552-5453
    saepul@mtelektrik.id
    Office : Jl. Raya Narogong KM. 11, RT.002 / RW.010, Bantargebang, Kota Bks, Jawa Barat 17151
    Workshop : Kp. Ciketing RT. 001 / 002 kelurahan. Sumur batu, RT.004 / RW.002,
    kecamatan, Bantargebang, Kota Bekasi, Jawa Barat 17151

    BalasHapus