perancangan half bridge inverter untuk catu daya pemanas induksi

Makalah Seminar Tugas Akhir
PERANCANGAN HALF BRIDGE INVERTER UNTUK CATU DAYA
PEMANAS INDUKSI PADA ALAT EXTRUDER PLASTIK
Rezon Arif Budiman 1, Agung Warsito 2, Karnoto 2
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik – Universitas Diponegoro
Jl. Prof. Soedarto, S.H., Tembalang, Semarang 50275
email : [email protected], [email protected]
ABSTRACT – In the plastics processing often occur either
through technical fault, chemical or human error that
caused the failure of production that produce a lot of
plastic waste and recycling processes needs to be done
using an instrument called the extruder so it waste can be
use again. This recycling process initially utilizing heat
from conventional heating processes using a band heater
but it takes a long start-up and requires considerable
electric power.
In order to solve this problem, it can be used
induction heating method. In this Final Project, it designed
a high frequency parallel resonant inverter power supply
with half bridge topology using MOSFET as switching
devices. Switch is controlled by the control circuit IC 4047.
Power supply consists of half-bridge inverter, the control
circuit, a full wave rectifier. Inverter will supply the
heating coils which located in the extruder body.
The heater that has been designed can raise the
temperature of the extruder up to 224.50C in 9 minutes 30
seconds with 400 Watt power input when the inverter is
operated at frequency of 52 kHz. The increase in average
temperature is 0.3930C per second. Average inverter
efficiency is 86.52%.
induksi yang menghasilkan waktu pemanasan yang relatif
cepat dibandingkan dengan proses pemanasan secara
konvensional.
Proses pemanasan secara induksi membutuhkan
frekuensi tinggi sehingga dibutuhkan catu daya yang
digunakan untuk mensuplai pemanas induksi tersebut.
Dalam penelitian kali ini penulis akan merancang Inverter
frekuensi tinggi dengan topologi resonan paralel setengah
jembatan (half-bridge paralel resonant inverter) yang dapat
menghasilkan listrik bolak balik frekuensi tinggi yang
digunakan untuk mensuplai kumparan pemanas pada badan
extruder.
half bridge
1.2 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian Tugas Akhir antara lain:
1. Membuat perancangan Inverter Resonan Paralel
Setengah Jembatan (Half-bridge Paralel Resonant
Inverter) dengan sumber tegangan 220V 50 Hz yang
diaplikasikan untuk memanaskan extruder plastik
hingga suhu 225oC.
2. Mengetahui karakteristik perubahan daya terhadap
perubahan frekuensi pemicuan inverter .
3. Mengetahui pengaruh kecepatan pertambahan suhu
terhadap perubahan beberapa frekuensi resonan .
4. Mengetahui perbandingan daya masukan dan daya
keluaran dari inverter.
1.1 Latar Belakang
Dalam proses pembuatan barang-barang plastik
sering kali terjadi kesalahan baik secara teknis, kimia
maupun human error yang menyebabkan kegagalan
produksi. Kegagalan produksi ini akan menghasilkan waste
/limbah plastik yang banyak dan perlu dilakukan proses daur
ulang agar dapat dimanfaatkan kembali. Proses daur ulang
ini disebut dengan Reclaim menggunakan sebuah alat yang
disebut dengan extruder. Extruder digunakan pada industri
plastik untuk mengolah serpihan plastik menjadi bentuk
pelet plastik yang nantinya akan digunakan kembali sebagai
bahan baku pembuatan barang-barang plastik Proses daur
ulang ini mulanya memanfaatkan suhu panas yang
didapatkan dari proses pemanasan konvensional yaitu
menggunakan band heater / pita pemanas. Proses pemanasan
konvensional ini membutuhkan waktu start-up yang lama
dan membutuhkan daya yang cukup besar. Untuk mengatasi
masalah tersebut digunakanlah metode pemanasan secara
1.3 Batasan Masalah
Pembahasan dibatasi pada:
1. Sumber daya listrik yang digunakan adalah tegangan
AC 1 Fasa 220V/50Hz.
2. Inverter yang digunakan yaitu Inverter Resonan
Paralel topologi Halfbridge dengan komponen
pensaklaran menggunakan MOSFET.
3. Rangkaian kontrol pemicuan menggunakan IC 4047.
4. Daya keluaran pada pemanas induksi dapat diatur
melalui pengaturan frekuensi pemicuan dari inverter.
5. Sistem yang digunakan pada perancangan inverter
resonan ini adalah open loop.
6. Tidak membahas adanya harmonisa tegangan dan arus
pada sisi sumber listrik.
7. Tidak membahas pengaruh daya terhadap beban kerja
yang digunakan. Beban kerja yang digunakan tetap
yaitu pipa besi untuk ekstruder.
8. Seluruh komponen dan rangkaian yang digunakan
hanya dibahas pada fungsi kerjanya masing – masing.
9. Proses ekstrusi plastik menjadi pellet pada alat
extruder tidak dibahas secara mendetail.
Keywords: induction heating, extruder,
inverter
I.
[1]
PENDAHULUAN
Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Undip [2]Dosen Jurusan Teknik Elektro Undip
II. DASAR TEORI
2.1 Prinsip Pemanasan Induksi
Pemanasan induksi adalah sebuah proses pemanasan
tanpa adanya kontak fisik antara pemanas dan benda yang
dipanaskan. Hal ini berbeda dengan metode pemanasan lain
dimana panas dihasilkan melalui pembakaran kemudian
diterapkan ke benda kerja yang dipanaskan. Pemanasan
secara induksi berdasarkan pada prinsip induksi
elektromagnetik menggunakan frekuensi tinggi. Prinsip ini
dijelaskan pertama kali oleh Michael Faraday pada tahun
1831 [11].
2.1.1 Arus Eddy [14] [17][3]
Arus eddy memiliki peranan yang paling dominan
dalam proses pemanasan induksi. Panas yang dihasilkan
pada material sangat bergantung kepada besarnya arus eddy
yang diinduksikan oleh lilitan penginduksi. Ketika lilitan
dialiri oleh arus bolak-balik, maka akan timbul medan
magnet di sekitar kawat penghantar. Medan magnet tersebut
besarnya berubah-ubah sesuai dengan arus yang mengalir
pada lilitan tersebut. Jika terdapat bahan konduktif disekitar
medan magnet yang berubah-ubah tersebut, maka pada
bahan konduktif tersebut akan mengalir arus yang disebut
arus eddy.
2.1.2 Rugi Histerisis, Fluks Sisa dan Gaya Koersif
Rugi-rugi hysterisis memiliki peranan penting dalam
proses pemanasan, namun hal ini hanya berlaku pada benda
yang bersifat ferromagnetik[14]. Jika sebuah kumparan
dihubungkan dengan sebuah sumber arus AC, maka akan
menghasilkan arus I, dengan nilai dari nol sampai maksimal.
Seiring dengan pertambahan arus I maka nilai H (intensitas
medan magnet) dan B (intensistas fluks) juga meningkat
(berbanding lurus). Peningkatan nilai H dan B akan terlihat
seperti gambar 2.1
menginduksi kembali konduktor sehingga timbul arus eddy
seperti terlihat pada gambar 2.2b. Arus eddy ini melawan
arah arus utama pada bagian pusat konduktor dan searah
pada permukaan konduktor. Ini menyebabkan distribusi arus
utama tidak merata, yaitu arus berkurang dibagian tengah
dan paling besar pada bagian permukaan. Hal ini disebut
efek kulit.
Gambar 2.2 Distribusi arus konduktor yang dialiri arus AC
2.2 Perancangan Rangkaian Elektronika Daya
2.2.1 Rangkaian Kontrol Menggunakan IC 4047
Komponen utama pada rangkaian kontrol adalah IC
4047. IC 4047 merupakan jenis IC CMOS yang memiliki
fungsi menghasilkan gelombang kotak pada mode operasi
astable dan monostable multivibrator[19]. Dasar pemilihan
menggunakan IC ini adalah rangkaian yang digunakan
cukup sederhana dan banyak tersedia di pasaran. Pada tugas
akhir IC digunakan untuk menghasilkan gelombang
pemicuan kotak dan difungsikan pada mode operasi astable
multivibrator dengan duty cycle 50%.
Periode pemicuan yang dihasilkan merupakan
fungsi dari komponen R dan C eksternal yang terpasang.
Berdasarkan datasheet IC 4047, periode pemicuan dapat
ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut :
TA (10,11) = 4,40 R.C
Sehingga
f (10 ,11) 
1
1

T A 4,40.R.C
CD4047
TOP VIEW
C 1
14
VDD
R 2
13
OSC OUT
R-C COMMON 3
12
RETRIGGER
ASTABLE 4
11
Q
ASTABLE 5
10
Q
- TRIGGER 6
VSS 7
9 EXT. RESET
8 + TRIGGER
Gambar 2.3 Skema IC 4047 [19]
Gambar 2.1 Induksi sisa dan gaya koersif[14]
Ketika arus naik, maka medan magnet B akan naik
diikuti kenaikan H sesuai kurva 0a, dan ketika arus turun
menuju nol, maka akan diikuti dengan penurunan B, akan
tetapi penurunannya mengikuti kurva ab di atas kurva oa.
Sama juga berarti jika menurunkan intensitas medan magnet,
maka intensitas fluks akan berusaha untuk mempertahankan
nilainya, hal ini disebut hysteresis. Akibatnya saat H
diturunkan hingga mencapai harga nol, masih ada nilai
intensitas medan (B) yang tersisa. [14]
2.1.3 Efek Kulit
Jika arus bolak-balik dialirkan melalui sebuah
konduktor, arus tidak tersebar secara merata. Konduktor
tunggal yang dialiri arus AC seperti pada gambar 2.2a, akan
dikelilingi medan magnet konsentris H(t). Medan ini akan
2.2.2 Penyearah 1Fasa Gelombang Penuh
Penyearah adalah salah satu konverter yang
berfungsi untuk merubah tegangan bolak – balik (AC)
menjadi tegangan searah (DC). Salah satu jenis penyearah
yang sering digunakan adalah penyearah satu fasa tak
terkontrol gelombang penuh. Penyearah jenis ini
menggunakan susunan empat buah dioda[8].
Pada inverter dibutuhkan suplai DC yang rata
dengan riak (ripple) yang sekecil mungkin. Oleh karena itu
dipasang kapasitor filter. Filter kapasitor digunakan untuk
menghaluskan keluaran penyearah yang mengandung riak.
Vs
Vm
0
t

2


t
2
t
2
-V m
Vm
VL
0
0
-V m
VD
V D2,V D3
V D1,V D4
Gambar 2.4 Rangkaian penyearah gelombang penuh dengan filter
kapasitor[8]
Besar tegangan rata rata yang dihasilkan penyearah
gelombang penuh setelah dipasang kapasitor menjadi :
P0 
Vm .I m
.
2
V DC  Vm
dimana
Vm  2 .VLN
maka
VDC  2 .VLN
2.2.3 Half Bridge Paralel Resonant Inverter
Salah satu jenis inverter yang digunakan dalam
perancangan inverter adalah topologi inverter setengah
jembatan dengan resonan paralel. Rangkaian ini terdiri dari
dua buah saklar bidireksional S1 dan S2 serta rangkaian
resonan pada beban yang terdiri dari L – C – R. Setiap saklar
terdiri dari sebuah transistor (MOSFET) dan sebuah dioda
antiparalel. Pada rangkaian ini dioda instrinsik di dalam
MOSFET dapat digunakan sebagai dioda antiparalel. Saklar
ini dapat mengalirkan arus positif maupun negatif pada saat
dipicu. Pada saat transistor (MOSFET) dimatikan maka
hanya akan mengalirkan arus negatif melalui dioda
antiparalel. Transistor dipicu secara bergantian oleh VGS1 dan
VGS2 dengan duty ratio 50 %. Transistor tidak boleh dipicu
secara bersamaan agar tidak terjadi hubung singkat pada
rangkaian karena arus akan langsung mengalir dari positif ke
negatif. Berikut adalah rangkaian inverter setengah jembatan
resonan paralel :
(a)
(b)
[3]
Gambar 2.5 Rangkaian ekuivalen resonan paralel
Pada rangkaian RLC paralel (resistor, induktor,
kapasitor) besarnya admitansi total adalah :
j
ωC
1
  0
12  Q 2 .

 0 
[18]
Admitansi total
1
1
1
1
= 1  j  jC
 

R L
Z total R jL  j
C
1
1
1 

  j  C 

Z total R

L

Saat resonansi
C 
1
1
 0  C 
L
L
f0 
1
2
2 
1
LC
1
LC
Daya keluaran Inverter resonan paralel ditunjukkan
oleh persamaan berikut :
2
P0 
I m .R Vm .I m

cos
2
2
2
Pada saat f = f0, maka nilai ω akan sama dengan
ω0 sehingga persamaan diatas menjadi :
V .I
P0  m m cos , dengan cosψ = 1
2
Vm .I m
Maka P0 
Watt
2
III. Perancangan Dan Pembuatan Perangkat Keras
Blok diagram keseluruhan dari inverter frekuensi
tinggi dapat dilihat pada gambar berikut ini.
Gambar 3.1 Blok Diagram inverter secara keseluruhan
3.1 Rangkaian Kontrol Menggunakan IC 4047
Pada penelitian tugas akhir ini, inverter dapat
dioperasikan pada frekuensi 5 kHz – 225 kHz. Berdasarkan
persamaan yang ada pada datasheet IC 4047 seperti yang
tertulis dibawah ini :
t  4,40  RC
Gambar 2.6 Rangkaian ekuivalen resonan paralel



f 
1
4,40  RC
Kapasitor yang digunakan sebesar 1 nF sehingga nilai
resistor yang harrus digunakan adalah
RT 
f maksimal 225 kHz , R 
T
1
4, 40  CT  f osc
1
 1010,10 
4,40  10 9  225.103
1
 45454,55
4,40  10 9  5.103
Kemudian dengan menyesuaikan komponen yang tersedia
dipasaran yaitu :
CT: 1 nF ; RT: 1000  ; VR: 50 K 
f minimal 5 kHz , RT 
3. Menentukan MOSFET yang digunakan
Hal yang perlu diperhatikan antara lain :
 Tegangan kerja MOSFET
Tegangan keluaran penyearah gelombang penuh
sebesar 311 Volt DC. Tegangan inilah yang harus
mampu ditahan oleh MOSFET.
 Arus Maksimal
Inverter dirancang bekerja dengan daya maksimal 400
W. Maka resistansi beban minimal sebesar :
2
R
Gambar 3.2 Rangkaian Kontrol Pemicuan dengan IC 4047 keseluruhan
8V S
8.30 2

 1,825
2
 P0 3,14 2.400
Besarnya arus maksimal yang mengalir pada sisi
sekunder trafo stepdown sebesar :
Im 
3.2 Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh
Rangkaian penyearah gelombang penuh satu fasa tak
terkontrol ini menggunakan dioda bridge KBPC3506 yang
membentuk konfigurasi penyerah gelombang penuh. Dioda
ini mampu bekerja pada tegangan 220 V dan kemampuan
mengalirkan arus hingga 35 A. Hasil tegangan keluaran
dioda ditapis oleh dua buah kapasitor polar 470 uF agar
didapatkan tegangan searah dengan riak yang rendah.
Gambar 3.3 Rangkaian penyearah gelombang penuh satu fasa
3.3 Rangkaian Inverter Resonan Paralel
Gambar 3.4 Rangkaian daya inverter resonan paralel
Langkah dalam perancangan inveter yaitu :
1. Menentukan spesifikasi inverter.
Inverter yang akan dirancang memiliki spesifikasi sebagai
berikut :
 Inverter bekerja pada tegangan 220 V / 50 Hz .
 Frekuensi resonan 52 kHz, 75 kHz, dan 100 kHz
 Daya maksimal inverter 400 W.
2. Menentukan perbandingan Trafo Stepdown
Trafo stepdown rangkaian daya digunakan untuk
menurunkan tegangan dari nilai 155 Volt menjadi
tegangan kerja 30 . Trafo yang digunakan harus dapat
bekerja pada frekuensi tinggi sehingga digunakan trafo inti
ferit. Perbandingan trafo yang direncanakan adalah 1 : 5 ,
agar sesuai dengan tegangan kerja yaitu :
Np Vp
Np 155
Np 155 Np  31 lilitan



Ns
Vs
Ns
30
6
30
Dengan perbandingan ini maka diperkirakan kumparan
primer akan menahan tegangan 5 Volt per lilitan, sedangkan
kumparan sekunder akan menahan tegangan 5 Volt per lilit.
Vm 4V S 4VS cos


Z  .Z
R
Pada kondisi resonan nilai Z = R maka ψ =1
4V
4.30
I  S 
 20,93 Ampere
m
R
 .1,825
Maka arus yang mengalir di MOSFET dan sisi primer
trafo stepdown yaitu :
Ns
6
I
I .
 20,93.  4,05 Ampere
primer
m
Np
31
Berdasar pada ketentuan diatas maka MOSFET yang
dipilih untuk digunakan dalam perancangan inverter ini
adalah MOSFET SK2611 Toshiba dengan spesifikasi
sebagai berikut :
 Drain – source breakdown voltage : 900 Volt
 Gate – source breakdown voltage
: 30 Volt
 Gate – threshold voltage
: 4 Volt
 Drain current
: 9 Ampere
 Drain source ON resistance RDS (ON) : 1,1 Ω
Arus dalam perhitungan hanya digunakan untuk
perancangan karena arus sebenarnya tergantung pada
beban dan bahan yang akan dipanaskan. Arus maksimal
yang mengalir pada perancangan sebesar 4,05 A.
4. Membuat kumparan kerja (work coil)
Dalam perancangan kumparan kerja atau kumparan
pemanas ini harus diperhatikan kapasitas arus yang akan
digunakan . Karena resistansi benda tidak dapat diketahui,
maka digunakan kawat dengan diameter yang cukup besar
agar lebih kuat dilewati arus besar jika tahanan benda
terlalu kecil. Pada tugas akhir ini digunakan kawat
berbentuk pipa tembaga dengan diameter 6 mm. Jumlah
lilitan pada kumparan kerja adalah 7 lilit.
5. Mengukur nilai Induktansi Kumparan
Besar nilai kumparan kerja untuk pemanas yang digunakan
adalah sebesar 2,13 μH.
6. Mengukur nilai kapasitor resonan
Pada perancangan tugas akhir ini dilakukan untuk tiga
variasi frekuensi resonan. Nilai kapasitor yang digunakan
adalah 1,19 μF; 2,09 μF; dan 4,29 μF. Sehingga frekuensi
resonan dapat ditentukan sebagai berikut:
f0 
1
2 LC
Untuk nilai C = 1,19 μF, f = 100 kHz, untuk nilai C = 2,09
μF f = 75,4 kHz, untuk nilai C = 4,29 μF f = 52,67 kHz
7. Menentukan tegangan kapasitor resonan
Besarnya tegangan yang harus ditahan oleh kapasitor
ditentukan oleh nilai faktor kualitas rangkaian. Pada
kondisi paling buruk misalkan nilai faktor kualitas
rangkaian adalah 10, maka tegangan maksimal yang harus
dapat ditahan oleh kapasitor adalah sebagai berikut:
VCM (max)  VL (max)  QLVm 
4VS QL 4.30.10

 382,16 V

3,14
Kapasitor yang digunakan adalah 104pF / 630 Volt
sehingga dengan nilai ini diharapkan kapasitor dapat lebih
handal.
IV. PENGUJIAN dan ANALISA
Setelah dilakukan perancangan dan pembuatan
perangkat keras maka selanjutnya dilakukan pengujian dan
analisa terhadap masing-masing blok dan sistem secara
keseluruhan.
4.1 Pengujian Bentuk Gelombang Keluaran
Bentuk gelombang keluaran hasil pengukuran pada
output IC 4047 dan keluaran driver trafo pulsa dapat dilihat
pada gambar 4.1
4.2 Pengujian
Pengaturan
Frekuensi
Terhadap
Perubahan Daya Inverter
Daya yang digunakan oleh inverter resonan dapat diatur
dengan cara merubah frekuensi kerja dari inverter tersebut.
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh
frekuensi terhadap daya yang dikonsumsi oleh inverter.
Frekuensi yang digunakan pada pengujian kali ini adalah
100 kHz, 75 kHz, dan 52 khz disesuaikan dengan kapasitor
resonan yang dipasang tanpa merubah nilai induktansi
kumparan pemanas. Suplai tegangan yang digunakan berasal
dari jala – jala PLN dengan tegangan 220 Vac, frekuensi 50
Hz. Berdasar pada ketiga hasil pengujian perubahan
frekuensi terhadap perubahan daya inverter maka dapat
dibandingkan melalui grafik perbandingan daya dan
frekuensi untuk tiap frekuensi kerja resonan seperti yang
terlihat pada gambar berikut :
520
480
440
400
Daya (Watt)
360
320
280
F = 100 kHz
240
F = 75 kHz
200
F = 52 kHz
160
120
80
Gambar 4.1 Bentuk gelombang hasil pengujian keluaran IC 4047 dan
driver trafo pulsa
Pengukuran diatas diambil pada skala 10 μs/div dan 5
V/ div. Sehingga dapat dihitung besarnya frekuensi dan
tegangan sebagai berikut :
1
T = 1,6 x 10 μs/div = 16 μs, f 
= 62,5 kHz
16s
dengan amplitudo peak to peak = 3,2 x 5 V/div = 16 Volt.
MOSFET SK2611 memiliki tegangan pemicuan VGS
maksimal ± 30 Volt sehingga tegangan keluaran driver dan
trafo pulsa ini sudah cukup aman dan sesuai untuk memicu
MOSFET pada rangkaian daya.
Bentuk gelombang sisi primer dan sekunder trafo
stepdown pada rangkaian inverter dapat dilihat pada gambar
4.2
40
20
30
40
50
60
70
80
90 100 110
Frekuensi (kHz)
120
130
140
150
160
170
Gambar 4.4 Grafik perubahan frekuensi terhadap daya
4.3 Pengujian Kenaikan Suhu Panas
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui tingkat
kecepatan kenaikan suhu benda kerja pada beberapa variasi
frekuensi resonan. Pengukuran ini dilakukan menggunakan
Termometer Digital Krisbow dengan suhu ruangan awal 290
C. Frekuensi yang digunakan dalam pengujian ini yaitu 100
kHz, 75 kHz, dan 52,63 kHz. Tegangan sumber yang
digunakan untuk suplai daya yaitu dari jala –jala PLN
dengan tegangan 220 V frekuensi 50 Hz.
240
220
200
180
S u h u (C )
160
140
120
100
80
Gambar 4.2 Gelombang tegangan sisi primer dan sekunder trafo stepdown
60
f = 100 kHz
40
f = 75 kHz
20
f = 52 kHz
Waktu (detik)
Gambar 4.5 Grafik pertambahan suhu pada berbagai kondisi f resonan
Gambar 4.3 Gelombang tegangan induktor dan kapasitor resonan
21 12
20 24
19 36
18 48
17 60
16 72
15 84
14 96
14 08
13 20
12 32
9 68
10 56
11 44
8 80
7 92
7 04
6 16
5 28
3 52
4 40
2 64
88
1 76
0
0
4.4 Pengujian Perbandingan Daya Masukan dan
Keluaran Inverter
Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui perbandingan
daya atau efisiensi inverter. Daya masukan (P.in) diukur
menggunakan Power Quality Analyzer HIOKI. Untuk daya
keluaran (P.out) dihitung berdasarkan nilai parameter
tegangan dan arus pada sekunder trafo stepdown yang diukur
menggunakan osiloskop.
Berikut adalah hasil pengukuran daya masukan inverter
pada frekuensi kerja 52 kHz dengan menggunakan power
quality analyzer.
Tabel 4.1 Efisiensi inverter resonan
Frek. Resonan
P in (Watt)
P out (Watt) Efisiensi
52 kHz
452
400
88,495%
75 kHz
251
222
88,44%
100 kHz
151
124,8
82,65%
Dari tabel 4.1 diatas didapatkan efisiensi rata rata
invertersebesar 86,52 %
4.5 Pengujian Extruder
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui hasil
pemanasan pada Extruder yang digunakan untuk melelehkan
plastik. Extruder digerakkan oleh motor DC yang dikopel
langsung ke poros extruder. Hasil dari pengujian ini adalah
pertambahan suhu pada extruder sehingga dapat melelehkan
plastik. Frekuensi inverter yang mencatu kumparan adalah
sebesar 52 kHz karena pada frekuensi ini didapatkan daya
terbesar dan proses pemanasan yang cepat.
(a)
(b)
Gambar 4.6 Daya masukan inverter pada frekuensi 52 kHz
Hasil pengukuran daya pada sisi keluaran yang diambil
menggunakan osiloskop dapat dilihat pada gambar berikut :
Gambar 4.8 proses pelelehan plastik
a. Tegangan keluaran
b. Arus keluaran
Gambar 4.7 Daya keluaran inverter pada frekuensi 52 kHz
Dari gambar 4.6 diatas dapat dilihat bahwa tegangan
keluaran berupa sinusoidal dengan skala pengukuran 1 v/div
dan faktor pengali 10 x maka besarnya tegangan maksimum
yang terukur adalah
V pp
4, 4.1.10
Vm 
 22 Volt
Vm 
2
2
Untuk arus, pengukuran dilakukan dengan memasang
resistor secara seri dengan rangkaian yaitu menggunakan
resistor sebesar 0.055 Ω. Dengan skala pengukuran 2 v/div
dan faktor pengali 1 maka nilai terukur sebenarnya adalah :
V
2  2  1 ; I  36,3636 A
I m  PP ; I m 
m
2.R
2.0,055
Dari hasil pengukuran diatas maka dapat dihitung daya
keluaran inverter dengan persamaan :
V I
V .I
Pout  m m cos Pout  m m cos , nilai cos ψ = 1
2
2 2
V
.
I
22

36
,36 P  399,96 Watt
Maka Pout  m m Pout 
out
2
2
≈ 400 Watt
Dengan daya masukan sebesar 452 Watt dan daya
keluaran sebesar 400 Watt maka dapat dihitung
perbandingan daya masukan dan keluaran inverter sebagai
berikut :

P out
400
 100% ;  
 100% ;   88,495%
Pin
452
Sehingga pada frekuensi 52 kHz didapat efisiensi
inverter sebesar 88,495 %
Gambar 4.9 Hasil pelelehan plastik
V. PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan pada perancangan,pengujian dan analisa
yang telah dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan
sebagai berikut :
1. Catu daya inverter halfbridge resonan paralel frekuensi
tinggi yang telah dirancang dan dibuat dapat bekerja pada
tegangan 220 Volt AC/ 50 Hz dengan frekuensi inverter 5
kHz sampai 225 kHz.
2. Penggunaan daya inverter dapat diatur dengan mengatur
besarnnya frekuensi pemicuan inverter. Dari pengujian
didapat daya terbesar yaitu pada saat inverter bekerja
dengan frekuensi 52,67 kHz dengan daya input 452 W
dan daya output 400 W.
3. Frekuensi yang diterapkan pada saat proses pemanasan
extruder sebesar 52 kHz karena pada frekuensi ini didapat
daya terbesar dan kenaikan suhu pada badan extruder
yang lebih cepat.
4. Perbandingan daya input dan daya output inverter terbesar
yaitu pada frekuensi 52 kHz sebesar 88,495 %
5.2 Saran
1. Penelitian ini dapat dikembangkan lagi dengan membuat
sistem kontrol close loop pada rangkian pemicuannya.
2. Jika menginginkan daya yang lebih besar maka dapat
digunakan metode full bridge series resonant inverter .
3. Efisiensi yang lebih tinggi dan pengaturan daya secara
otomatis dan adaptif pada inverter dapat dibuat dengan
sistem phase shifting PWM pada kontrolnya
menggunakan IC UCC 3895.
[1.]
[2.]
[3.]
[4.]
[5.]
[6.]
[7.]
[8.]
[9.]
[10.]
[11.]
[12.]
[13.]
[14.]
[15.]
[16.]
[17.]
[18.]
DAFTAR PUSTAKA
Balogh Laszlo, Design And Application Guide For
High Speed MOSFET Gate Drive Circuits.
Callebaut Jean, Power Quality and Utilisation Guide,
www.leonardo-energy.org, 2007
Dwi Baskara. Rieza, Perancangan Inverter Resonan
Paralel Frekuensi Tinggi Menggunakan IGBT
Sebagai Pemanas Induksi, Universitas Diponegoro,
2012.
Jung-gi Lee, Sun-kyoung Lim, Kwang-hee Nam,
Dong-ik Choi, Design Method of an Optimal
Induction Heater Capasitance for Maximum Power
Dissipation and Minimum Power Loss Caused by
ESR.
Kang C.H., Sakamoto H., Harada K, A Half-Bridge
Converter using Series-Resonant Technology and
Saturable Inductor Commutation, Energy Electronic
Laboratory Sojo University, Japan, 2001.
Kazimierczuk Marian K, Czarkowski Darius,
Resonant Power Converter, John Wiley and Sons,
Inc.
Kurniawan, Singgih, Sistem Induction Heater Mesin
Extruder Untuk Pengolahan Waste Pada Proses
Reclaim, Laporan Kerja Praktek, Universitas
Diponegoro 2011.
M. Rashid, Power Electronics Circuit, Device, and
Aplication 2nd, Prentice-Hall International Inc, 1988.
Nugraha. Alberth Z, Agung Warsito, Abdul Syakur,
Perancangan Modul Inverter Frekuensi Tinggi
Sebagai Pemanas Induksi Untuk Aplikasi Pengering
Pakaian, Universitas Diponegoro, 2010.
Pratama. Pandu Sandi, Agung Warsito, Karnoto,
Perancangan Inverter Resonan Seri Frekuensi Tinggi
Sebagai Suplai Pemanas Induksi Pada Alat Pemanas
Bearing, Universitas Diponegoro, 2010.
Rudnev Valery, Loveless Don, Cook Raymond,
Handbook of Induction Heating, Marcel Decker, Inc,
New York, 2003.
Satriansyah , Adam, Rangkaian AC Paralel R-L-C,
(Online),
(http://ntrux.wordpress.com/2011/07/07/rangkaian-acparalel-r-l-c/, diakses 2 Juni 2012 jam 14:12 )
Sippola Mika, Developments for the High Frequency
Power Transformer Design and Implementation .
Wildi Toldore. Electrical Machine, Driver, and
Power Systems, Prentice-Hall International Inc, 1981.
Wong Fu Keung, High Frequency Transformer for
Switching Mode Power Supply, School of
Microelectronic Engineering, Faculty of Engineering
and Information Technology, Griffith University,
Brisbane, Australia. 2004.
Zinn Stanley, Semiatin SL, Coil design and
fabrication: basic design and modifications, Heat
Treating, 1988.
------, AN9012 : Induction Heating System Topology
Review, Fairchild semiconductor, 2000.
-------, Buku Teknik Elektronika , PPPPTK/VEDC
Malang
[19.] --------,CD4047BC Low Power Monostable/Astable
Multivibrator, Fairchild Semiconductor, 1999
[20.] --------,
Induction
Heating,
(Online
),
(http://www.richieburnett.co.uk diakses 20 Maret
2011 jam 7:25:37 AM)
[21.] --------,
Inverter
(electrical),
(http://www.wikipedia.org Wikipedia, the free
encyclopedia: diakses 20 Maret 2011 jam 13:51 )
[22.] --------, Series Resonant Induction Heater – (Online)
(http://www.blogspot.com/uzzors2k diakses 29 April
2011 jam 10:20:13 )
BIODATA
Rezon Arif B. (L2F008082)
Penulis lahir di Semarang, 3 Mei
1990. Menempuh jalur pendidikan
dasar di TK Nurul Islam Semarang,
SD Negeri Purwoyoso 03 Semarang,
SMP N 1 Semarang, dan SMA
Negeri 3 Semarang dan saat ini
sedang menjalani pendidikan S1 di
Teknik
Elektro
Universitas
Diponegoro Semarang Konsentrasi
Teknik Energi Listrik.
Mengetahui,
Pembimbing I
Pembimbing II
Ir.Agung Warsito, DHET
Karnoto, ST, MT.
NIP. 195806171987031002
NIP. 196907091997021001