judul skripsi

BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Salah satu bidang ilmu kelistrikan yang sedang berkembang pesat dan
berpengaruh dalam perkembangan teknologi masa kini adalah bidang elektronika
daya. Perkembangan ini tidak terlepas dari adanya kemajuan dalam bidang
teknologi switching dan juga kebutuhan terhadap rangkaian switching yang
memiliki efisiensi tinggi. Kelebihan utama dari bidang elektronika daya adalah
dapat beroperasi pada arus, tegangan dan daya listrik yang tinggi namun
mempunyai ukuran alat yang lebih kecil dan ringan dengan efisiensi yang tinggi.
Mengamati
keunggulan
dari
teknologi
elektronika
daya
dan
juga
perkembangannya yang pesat membuat banyak peneliti tertarik untuk
mempelajari dan mengkajinya lebih dalam, salah satunya dalam teknologi
konverter dc-dc.
Pada teknologi konverter dc-dc, tegangan dan arus DC pada level tertentu
dapat diubah menjadi tegangan dan arus DC pada level yang lain. Salah satu
aplikasi dari konverter dc-dc adalah untuk sistem battery charger. Pada aplikasi
battery charger, tegangan masukan PLN 220 Vac 50 Hz akan dikonversi menjadi
tegangan DC melalui rectifier yang kemudian dilewatkan ke inverter menjadi
tegangan AC yang dapat dikendalikan dengan frekuensi yang jauh lebih besar dari
frekuensi tegangan dasarnya, tegangan AC ini kemudian dilewatkan ke
transformator frekuensi tinggi untuk mendapatkan nilai tegangan 100V (step
1
2
down) untuk duty cycle 80%, kemudian tegangan ini akan dikonversikan lagi
menjadi tegangan DC melalui rectifier sesuai dengan spesifikasi baterai yang
digunakan.
Pada aplikasi untuk daya tinggi, topologi konverter dc-dc yang cocok adalah
full bridge (Kamil, 2007). Topologi full bridge menggunakan transformator
frekuensi tinggi. Transformator frekuensi tinggi memiliki keunggulan yaitu
memiliki ukuran yang lebih kecil dan ringan dibandingkan dengan transformator
frekuensi rendah. Dilihat dari sisi efisiensinya, transformator frekuensi tinggi
memiliki efisiensi yang lebih tinggi dibandingkan dengan transformator frekuensi
rendah. Transformator frekuensi tinggi di pasaran hanya tersedia secara terbatas
dengan spesifikasi tertentu, sehingga transformator biasanya didesain dan dibuat
sendiri untuk aplikasi-aplikasi tertentu (Mohan et al., 2003).
Untuk meningkatkan efisiensi dari konverter tersebut maka digunakan
metode geser fase (phase shifted) PWM. Metode ini memanfaatkan pengendalian
duty cycle keluaran inverter yang dikendalikan dengan cara menggeser fase
PWM. Selain itu, komponen switching dioperasikan pada kondisi tidak
bertegangan atau saat kondisi Zero Voltage Switching (ZVS), hal ini dilakukan
untuk mengurangi rugi-rugi saat switching.
Penggunaan transformator pada daya tinggi, level tegangan tinggi dan
frekuensi yang tinggi akan menimbulkan beberapa tantangan yang harus
dihadapi. Tantangan tersebut berkaitan dengan rugi-rugi arus eddy pada inti
magnet, rugi-rugi pada belitan akibat skin effect (Bahmani, 2013) dan parasitic
3
elements seperti induktans bocor dan kapasitansi belitan yang dapat menyebabkan
rugi-rugi switching menjadi bertambah (Naayagi, 2012). Kenaikan rugi-rugi
tersebut dan juga ukuran dari transformator yang menjadi lebih kecil akan
menyebabkan kerapatan losses menjadi tinggi sehingga membutuhkan
penanganan masalah suhu yang bagus untuk mendisipasi daya yang besar pada
komponen yang kecil (Bahmani, 2014).
Pada penelitian sebelumnya sudah banyak dibahas juga mengenai
perancangan dan pembuatan transformator frekuensi tinggi. Tetapi kebanyakan
dari penelitian sebelumnya hanya fokus terhadap efisiensi, pengaruh pembebanan
dan pengaruh duty cycle terhadap gelombang keluaran transformator. Sementara
masih jarang penelitian yang yang membahas lebih jauh mengenai efek indukans
bocor terhadap frekuensi tinggi dan juga gelombang penyaklaran. Oleh karena
itu, dalam penelitian ini penulis akan mencoba membahas pengaruh frekuensi
terhadap induktans bocor tranformator dan metode belitan yang dapat
menurunkan indukans bocor tersebut.
1.2 Rumusan Masalah
Pada penelitian ini akan dilakukan perancangan, pembuatan dan pengujian
transformator frekuensi tinggi yang akan diaplikasikan pada konverter dc-dc
311/100 V 1000 W. Penggunaan transformator frekuensi tinggi ini akan membuat
ukuran konverter dc-dc menjadi lebih kecil jika dibandingkan dengan
penggunaan transformator frekuensi rendah. Namun dalam perancangan dan
pembuatan transformator frekuensi tinggi ini diperlukan beberapa pertimbangan
4
dan perhitungan khusus. Pendesainan transformator ini harus memperhatikan
rugi-rugi daya yang ditimbulkan, nilai induktansi bocor di sisi primer dan
sekunder, temperatur belitan, temperatur pada inti transformator dan beberapa
pertimbangan lainnya.
Pembahasan yang dilakukan pada pengujian transformator frekuensi tinggi
ini adalah pengaruh metode belitan dan penambahan kawat paralel terhadap nilai
induktans bocor, resitansi primer, resistansi sekunder, induktans magnetisasi,
resistansi inti, serta pengaruh induktans bocor terhadap tegangan primer dan
sekunder transformator
1.3 Batasan Masalah
Lingkup batasan masalah pada penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Pada perancangan konverter dc-dc full bridge phase shifted ZVS yang
menjadi perhatian utama adalah pada bagian perancangan transformator
frekuensi tinggi.
2. Transformator yang dirancang adalah untuk aplikasi konverter dc-dc full
bridge phase shifted ZVS 311/100 V dengan daya 1000 W dan frekuensi
penyaklaran 25 kHz.
3. Inti magnetis transformator menggunakan inti ferrite dengan bahan N87 dan
ukuran ETD59 yang merupakan produk dari TDK Corporation.
5
4. Aspek yang diuji adalah pada gelombang masukan dan keluaran
transformator, serta RLQ transformator yang dirancang untuk sistem
konverter dc-dc full bridge phase shifted ZVS 311/100 V.
5. Beban yang digunakan adalah beban resistif murni berupa beberapa lampu
pijar yang jumlahnya divariasikan sehingga arus dan daya-nya bervariasi
sampai mendekati rating arus dan daya sistem yang dibuat.
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Merancang dan membuat transformator frekuensi tinggi yang akan
digunakan pada konverter dc-dc full bridge phase shifted ZVS 1000 W
dengan frekuensi penyaklaran 25 kHz yang akan digunakan untuk
menurunkan tegangan dari 311 V menjadi 100 V yang memiliki efisiensi
diatas 80%.
2. Mengetahui pengaruh penambahan frekuensi terhadap induktans bocor dan
variabel RLQ lainnya pada transformator.
3. Menganalisa karakteristik gelombang masukan dan keluaran transformator
frekuensi tinggi terhadap induktans bocor.
4. Membandingkan pengaruh penambahan jumlah kawat paralel dan metode
belitan pada transformator frekuensi tinggi terhadap skenario pengujian dan
pengukuran yang telah dirancang.
6
1.5 Sistematika Penelitian
Laporan skripsi ini merupakan sebuah karya tulis yang akan dipaparkan
dalam lima bab. Rincian dari tiap bab yang ada adalah sebagai berikut:
Bab pertama adalah pendahuluan. Bab ini membahas mengenai latar
belakang penelitian, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, dan
sistematika penulisan.
Bab kedua adalah dasar teori. Bab ini berisi tentang landasan teori penelitian
yang menjelaskan mengenai konverter dc-dc full bridge phase shifted ZVS
beserta bagian-bagian sistem penyusunnya seperti konverter ac-dc (rectifier),
konverter dc-ac (inverter), transformator, dan mikrokontroler dsPIC33F.
Bab ketiga adalah bab perancangan sistem. Bab ini menjelaskan tentang
sistem konverter dc-dc full bridge phase shifted ZVS 311/100 V dengan daya
1000 W dan frekuensi penyaklaran 25 kHz, terutama pada bagian perancangan
transformator frekuensi tingginya.
Bab keempat adalah bab hasil dan pembahasan. Bab ini berisi data yang
diperoleh dari pengujian dan pengukuran yang dilakukan disertai dengan
pembahasannya.
Bab kelima adalah bab kesimpulan dan saran. Bab ini berisi kesimpulan dari
pembahasan yang telah dipaparkan dan juga saran-saran untuk pengembangan
sistem ke tahap selanjutnya.