rancang bangun modul praktikum inverter satu
advertisement
RANCANG BANGUN MODUL PRAKTIKUM INVERTER SATU FASA 250 WATT 220 VOLT 50 HZ BERBASIS MIKROKONTROLER AT-MEGA 16 DESIGN AND IMPLEMENTATION OF SINGLE PHASE INVERTER MODULE 250 WATT 220 VOLT 50 HZ BASED ON MICROCONTROLLER AT-MEGA 16 PROYEK AKHIR Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan pendidikan Diploma III Program Studi Teknik Listrik Jurusan Teknik Elektro Oleh : Buyung Salbi Alghifari 091321006 POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2012 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT karena dengan limpahan rahmat dan karunia-Nya Proyek Akhir ini dapat diselesaikan. Shalawat serta salam semoga terlimpah curahkan kepada junjungan kita Nabi Muhammad SAW. Tujuan pembuatan laporan Proyek Akhir ini adalah sebagai syarat dalam menyelesaikan program D III di Politeknik Negeri Bandung. Adapaun judul dari proyek akhir ini adalah Rancang Bangun Modul Praktikum Inverter Satu Fasa 250 watt 220 volt 50 Hz Berbasis Mikrokontroler AT-Mega 16. Proyek Akhir ini tidak akan terwujud tanpa bimbingan dan bantuan baik berupa moral maupun material dari berbagai pihak. Maka pada kesempatan ini Penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada ibunda Umi Dra. Yuyun Yulia atas segala doa dan dorongan moril maupun materil yang tiada henti, juga kepada ayahanda tercinta bapak Drs. Sudrajat (alm) atas segala kasih sayang dan, doa dan arahanya sewaktu bapak masih ada, juga kepada adik – adikku tercinta terima kasih atas doa, semangat, dan motivasinya. Tak lupa penulis juga mengucapkan terima kasih dan penghargaan setinggi – tingginya kepada : 1) Bapak Ir.Hari Purnama M.Eng selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro. 2) Bapak Sunarto ST.,M.Eng selaku Ketua Program Studi Teknik Listrik. 3) Bapak Drs. Baisrum SST., M.Eng selaku pembimbing Utama. 4) Bapak Drs.Sofyan Yahya SST., MT selaku pembimbing Pendamping. 5) Panitia Proyek Akhir tahun 2012 Program Studi Teknik Listrik, Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Bandung. Penulis menyadari tanpa adanya doa, dukungan dan arahan dari beliau mungkin Proyek Akhir ini tidak dapat terselesaikan dengan baik, juga Penulis ucapkan terima kasih kepada teman – teman TMB kelas A yang sangat luar biasa memberikan semangat dan motivasi selama Penulis Kuliah, Dinda Putri yang selama ini memberikan motivasi dan dukungan kepada penulis juga semua pihak tidak dapat disebutkan satu persatu terima kasih atas bantuanya. yang Penulis menyadari dalam penulisan Proyek Akhir ini terdapat kekurangan, meskipun penulis telah berupaya untuk melakukan yang terbaik. Penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun untuk kemajuan di kemudian hari. Penulis berharap semoga Proyek Akhir ini dapat menambah pengetahuan khususnya bagi penulis dan umumnya bagi pembaca semua. Semoga amal baik yang telah diberikan mendapatkan balasan dari Allah SWT dan Proyek Akhir ini dapat bermanfaat dan berguna bagi Penulis khususnya dan umumnya bagi pembaca. Bandung, Agustus 2012 Penulis DATA PRIBADI Nama : Buyung Salbi Alghifari NIM : 091321006 TTL : Bandung 05 Agustus 1991 Alamat : Gg.Kebonlega II RT 01 RW 01 Kel.Kebonlega, Kec.Bojongloa Kidul Email : [email protected] Latar Belakang Pendidikan : SD Lulus Tahun : 2003 Di SD Negeri Adetex Bandung SLTP Lulus Tahun : 2006 Di SMP Negeri 1 Dayeuhkolot SLTA Lulus Tahun : 2009 Di SMK Negeri 4 Bandung Pengalaman Organisasi : 2010 – 2011 : Anggota Forum Komunikasi Mahasiswa Elektro se –Bandung 2009 – 2010 : Anggota Majelis Himpunan Mahasiswa Listrik Politeknik Negeri Bandung 2007 – 2008 : Ketua ekstrakulikuler Futsal SMKN 4 Bandung 2006 – 2007 : Anggota ekstrakulikuler Futsal SMKN 4 Bandung 2003 – 2005 : Anggota ekstrakulikuler volly SMPN 1 Dayeuhkolot 2000 – 2003 : Anggota Pramuka SDN Negeri Adetex ABSTRAK Inverter adalah suatu konverter yang merubah sistem tegangan DC menjadi tegangan AC dengan nilai tegangan dan frekuensi sesuai dengan kebutuhan. Konversi tegangan DC menjadi tegangan AC dapat dilakukan secara langsung dengan teknik pensaklaran, inverter ini merupakan rangkaian jembatan dengan empat buah saklar, saklar ini diatur hidup matinya sedemikian rupa sehingga dapat merubah tegangan DC menjadi tegangan AC. Rangkaian ini mengguanakan komponen MOSFET sebagai komponen saklar, sedangkan MOSFET dikendalikan oleh mikrokontroler yang sistem pengendalianya menggunakan teknik SPWM (Sinusoida Pulse Width Modulation). Dalam proyek akhir ini dibahas bagaimana cara perancangan dan implementasi inverter tipe jembatan dengan SPWM dan menguji unjuk kerja konverter tersebut. Hasil dari pengujian alat menunjukan bahwa inverter dapat mengubah tegangan DC menjadi tegangan AC dengan efisiensi rata – rata 81% untuk frekuensi segitiga 300 Hz dan 85% untuk frekuensi gelombang segitiga 1KHz, Regulasi tegangan berkisar antara 27% sampai 29% saat frekuensi gelombang segitiga 300 Hz dan 32 sampai 35 % saat frekuensi gelombang segitiga 1KH, Pengujian dilakukan dengan menggunakan lampu pijar yang divariasikan dari 0 sampai dengan 255 watt yang terdiri dari enam buah lampu. Kata kunci : Inverter, SPWM, Mikrokontroler,Pensaklaran ABSTRACT Inverter is a converter that converts the DC voltage system remains an AC voltage with the voltage and frequency values as needed. Conversion of DC voltage into AC voltage can be made directly with switching techniques, this is an inverter bridge circuit with four switches, the switch is arranged in such a way that life and death can change the DC voltage into AC voltage. This series MOSFET as a component mengguanakan switching, while the MOSFET is controlled by a microcontroller that uses techniques control system SPWM (sinusoidal Pulse Width Modulation). In this final project discussed how to design and implementation of SPWM inverter type switching and test the performance of these converters. The results of the testing equipment indicates that the inverter can transform DC voltage into AC voltage of 220 volts with an efficiency rate - average 81% for 300 Hz triangle frequency .Voltage regulation range from 0% - -1,88%. And when 1KHz triangle frequency efficiency rate – average 85%, voltage regulation range from 0% - -2,17%. Tests carried out using incandescent lamps which varied from 0 up to 255 watts which consists of six pieces of light Keywords: inverter, SPWM, Microcontroller, Switching DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL ............................................................................................ 1 HALAMAN PENGESAHAN .............................. Error! Bookmark not defined. KATA PENGANTAR ........................................................................................... 2 DATA PRIBADI ................................................................................................... 5 ABSTRAK ............................................................................................................. 6 ABSTRACT ............................................................................................................ 7 DAFTAR ISI .......................................................................................................... 8 DAFTAR GAMBAR ............................................ Error! Bookmark not defined. DAFTAR TABEL ............................................................................................... 15 BAB I PENDAHULUAN ..................................... Error! Bookmark not defined. 1.1 Latar Belakang ................................................. Error! Bookmark not defined. 1.2 Perumusan Masalah.......................................... Error! Bookmark not defined. 1.3 Pembatasan Masalah ........................................ Error! Bookmark not defined. 1.4 Tujuan............................................................... Error! Bookmark not defined. 1.5 Metodologi Penulisan ....................................... Error! Bookmark not defined. 1.6 Sistematika ....................................................... Error! Bookmark not defined. BAB II LANDASAN TEORI .............................. Error! Bookmark not defined. 2.1 Inverter ............................................................. Error! Bookmark not defined. 2.1.1 Tipe-tipe Inverter .......................................... Error! Bookmark not defined. 2.1.2 Pengendali Tegangan Inverter....................... Error! Bookmark not defined. 2.2 Parameter Perhitungan Inverter........................ Error! Bookmark not defined. 2.2.1 Perhitungan Daya .......................................... Error! Bookmark not defined. 2.2.2 Perhitungan Regulasi Tegangan .................... Error! Bookmark not defined. 2.3 Mikrokontroller ................................................ Error! Bookmark not defined. 2.3.1 Mikrokontroler ATmega 16 .......................... Error! Bookmark not defined. 2.3.2 Deskripsi Pin ATMega 16 ............................. Error! Bookmark not defined. 2.4 MOSFET .......................................................... Error! Bookmark not defined. 2.3.1 Prinsip Kerja MOSFET ................................. Error! Bookmark not defined. 2.3.2 Kurva Karakteristik MOSFET ...................... Error! Bookmark not defined. 2.3.3 Sifat-Sifat MOSFET ...................................... Error! Bookmark not defined. Mengetes Kondisi MOSFET ......................... Error! Bookmark not defined. 2.3.4 2.3.5 Driver MOSFET ............................................ Error! Bookmark not defined. BAB III PERANCANGAN ALAT ..................... Error! Bookmark not defined. 3.1 Deskripsi Alat ................................................... Error! Bookmark not defined. 3.2 Tujuan Perancangan ......................................... Error! Bookmark not defined. 3.3 Tahapan Perancangan ....................................... Error! Bookmark not defined. 3.3.1 Perhitungan Komponen................................. Error! Bookmark not defined. 3.3.2 Implementasi Alat ......................................... Error! Bookmark not defined. BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS ............ Error! Bookmark not defined. 4.1 Pengujian Keluaran Rangkaian Kontrol (mikrokontroler)Error! not defined. Bookmark 4.1.1 Tujuan ........................................................... Error! Bookmark not defined. 4.1.2 Langkah Percobaan ....................................... Error! Bookmark not defined. 4.1.3 Rangkaian Pengukuran ................................. Error! Bookmark not defined. 4.1.4 Hasil Pengukuran .......................................... Error! Bookmark not defined. 4.1.5 Analisis.......................................................... Error! Bookmark not defined. 4.2 Pengujian Keluaraan Rangkaian Driver (Optocoupler)Error! Bookmark not defined. 4.2.1 Tujuan ........................................................... Error! Bookmark not defined. 4.2.2 Langkah Percobaan ....................................... Error! Bookmark not defined. 4.2.3 Rangkaian Pengukuran ................................. Error! Bookmark not defined. 4.2.4 Hasil Pengukuran .......................................... Error! Bookmark not defined. 4.2.5 Analisis .......................................................... Error! Bookmark not defined. 4.3 Pengujian Kaki Gate-Source MOSFET ........... Error! Bookmark not defined. 4.3.1 Tujuan ........................................................... Error! Bookmark not defined. Langkah Percobaan ....................................... Error! Bookmark not defined. 4.3.2 4.3.3 Rangkaian Pengukuran ................................. Error! Bookmark not defined. 4.3.4 Hasil Pengukuran .......................................... Error! Bookmark not defined. 4.3.5 Analisis.......................................................... Error! Bookmark not defined. 4.4 Pengujian Gelombang Keluaran Inverter ......... Error! Bookmark not defined. 4.4.1 Tujuan ........................................................... Error! Bookmark not defined. 4.4.2 Langkah Percobaan ....................................... Error! Bookmark not defined. 4.4.3 Rangkaian Pengukuran ................................. Error! Bookmark not defined. 4.4.4 Hasil Pengukuran .......................................... Error! Bookmark not defined. 4.4.5 Analisis.......................................................... Error! Bookmark not defined. 4.5 Pengujian Tegangan Output Terhadap Tegangan InputError! Bookmark not defined. 4.5.1 Tujuan ........................................................... Error! Bookmark not defined. 4.5.2 Langkah Percobaan ....................................... Error! Bookmark not defined. 4.5.3 Rangkaian Pengukuran ................................. Error! Bookmark not defined. 4.5.4 Hasil Pengukuran .......................................... Error! Bookmark not defined. 4.5.5 Grafik ............................................................ Error! Bookmark not defined. 4.5.6 Analisis.......................................................... Error! Bookmark not defined. 4.6 Pengujian Regulasi Tegangan dan Efisiensi InverterError! Bookmark defined. not 4.6.1 Tujuan ........................................................... Error! Bookmark not defined. 4.6.2 Langkah Percobaan ....................................... Error! Bookmark not defined. 4.6.3 Rangkaian Pengukuran ................................. Error! Bookmark not defined. 4.6.4 Hasil Pengukuran .......................................... Error! Bookmark not defined. 4.6.5 Grafik ............................................................ Error! Bookmark not defined. 4.6.6 Analisis.......................................................... Error! Bookmark not defined. 4.7 Pengujian Harmonisa ....................................... Error! Bookmark not defined. 4.7.1 Tujuan............................................................ Error! Bookmark not defined. Langkah Percobaan ....................................... Error! Bookmark not defined. 4.7.2 4.7.3 Rangkaian Pengukuran .................................. Error! Bookmark not defined. 4.7.4 Hasil Pengukuran .......................................... Error! Bookmark not defined. 4.7.5 Analisis .......................................................... Error! Bookmark not defined. 4.8 Pengujian Dengan Beban Motor Listrik Satu FasaError! defined. Bookmark not 4.8.1 Tujuan ........................................................... Error! Bookmark not defined. 4.8.2 Langkah Percobaan ....................................... Error! Bookmark not defined. 4.8.3 Rangkaian Pengukuran ................................. Error! Bookmark not defined. 4.8.4 Hasil Pengukuran .......................................... Error! Bookmark not defined. 4.8.5 Analisis.......................................................... Error! Bookmark not defined. BAB V PENUTUP ................................................ Error! Bookmark not defined. 5.1 Kesimpulan ...................................................... Error! Bookmark not defined. 5.2 Saran ................................................................. Error! Bookmark not defined. DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 16 LAMPIRAN DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Inverter Satu Fasa Topologi JembatanError! defined. Bookmark Gambar 2.2 Bentuk Tegangan Keluaran Dari Operasi SwitchError! not defined. not Bookmark Gambar 2.3 Modulasi Lebar Pulsa Tunggal .......... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.4 Modulasi Lebar Pulsa Banyak............ Error! Bookmark not defined. Gambar 2.5 Modulasi Lebar Pulsa Sinusoida ........ Error! Bookmark not defined. Gambar 2.6 Susunan Kaki-Kaki Mikrokontroler AT-Mega 16Error! Bookmark not defined. Gambar 2.7 Simbol MOSFET................................ Error! Bookmark not defined. Gambar 2.8 Kurva karakteristik MOSFET ............ Error! Bookmark not defined. Gambar 2.9 Idealisasi Dari Proses Turn-on dan Turn-off MOSFET ............. Error! Bookmark not defined. Gambar 2.10 rangkaian driver menggunakan tranformator pulsa ................. Error! Bookmark not defined. Gambar 2.11 transformator pulsa ........................... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.12 Rangkaian Driver Mengunakan OptocouplerError! Bookmark not defined. Gambar 2.13 Fisik Ic Optocoupler ......................... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.14 Skema optocoupler TLP250............. Error! Bookmark not defined. Gambar 3.1 Flowchart / diagram alir perancangan Error! Bookmark not defined. Gambar 3.2 blok diagram rangkaian inverter ........ Error! Bookmark not defined. Gambar 3.3 Rangkaian Daya Inverter Dengan MOSFETError! Bookmark not defined. Gambar 3.4 Implementasi Rangkaian Daya (Tampak Belakang) .................. Error! Bookmark not defined. Gambar 3.5 Implementasi Rangkaian Daya (Tampak Depan)Error! not defined. Bookmark Gambar 3.6 Rangkaian Driver Inverter Dengan OptocouplerError! not defined. Bookmark Gambar 3.7 Implementasi Rangkaian Driver (Tampak Belakang) ................ Error! Bookmark not defined. Gambar 3.8 Implementasi Rangkaian Driver (Tampak Depan)Error! Bookmark not defined. Gambar 3.9 Hasil Modulasi Gelombang sinusoida & SegitigaError! not defined. Bookmark Gambar 3.10 Sysmin Atemega 16 ......................... Error! Bookmark not defined. Gambar 3.11 Implementasi Rangkaian Kontrol (Tampak Depan) ................ Error! Bookmark not defined. Gambar 3.12 Rangkaian Keseluruhan Inverter satu FasaError! Bookmark not defined. Gambar 3.13 Implementasi Inverter satu fasa Berbasis Mikrokontroler ....... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.1 RangkaianPengukuran Rangkaian KontrolError! defined. Bookmark not Gambar 4.2 Pengujian Keluaran Mikrokontroler... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.3 Keluaran SPWM Mikrokontroler ....... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.4 Rangkaian Pengukuran Rangkaian DriverError! defined. Bookmark not Gambar 4.5 Pengujian Keluaran Optocoupler ....... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.6 Keluaran Rangkaian Driver ................ Error! Bookmark not defined. Gambar 4.7 Rangkaian Pengukuran Rangkaian DayaError! defined. Gambar 4.8 Pengujian kaki Gate-source MOSFETError! defined. Bookmark Bookmark not not Gambar 4.9 Keluaran Kaki Gate-source MOSFETError! Bookmark not defined. Gambar 4.10 Pengujian Inverter ............................ Error! Bookmark not defined. Gambar 4.11 Rangkaian Pengukuran Rangkaian InverterError! Bookmark not defined. Gambar 4.12 Keluaran Inverter Dengan Input 10volt DCError! Bookmark not defined. Gambar 4.13 Pengukuran Tegangan Input dan Output InverterError! Bookmark not defined. Gambar 4.14 Keluaran Inverter Tegangan Input 300 voltError! Bookmark not defined. Gambar 4.15 Pengukuran Tegangan Input dan Output InverterError! Bookmark not defined. Gambar 4.16 Rangkaian Pengukuran Tegangan Input & OutputError! Bookmark not defined. Gambar 4.17 Pengujian Tegangan Input & Output InverterError! Bookmark not defined. Gambar 4.18 Grafik Tegangan Input terhadap Tegangan Output ................. Error! Bookmark not defined. Gambar 4.19 Rangkaian Pengukuran Regulasi & EfisiensiError! Bookmark not defined. Gambar 4.20 Pengujian Regulsi tegangan & Efisiensi InverterError! Bookmark not defined. Gambar 4.21 Grafik Efisiensi Untuk F∆ 1kHz ...... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.22 Grafik Regulasi Tegangan dengan F∆ 1kHzError! Bookmark not defined. Gambar 4.23 Grafik Efisiensi Untuk F∆ 300Hz .... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.24 Grafik Regulasi Tegangan dengan F∆ 300HzError! Bookmark not defined. Gambar 4.25 Rangkaian Pengukuran Harmonisa .. Error! Bookmark not defined. Gambar 4.26 Rangkaian Pengujian Inverter Dengan Beban Motor .............. Error! Bookmark not defined. Gambar 4.27 Pengujian Inverter Dengan Beban MotorError! defined. Bookmark not Gambar 4.28 Pengukuran Tegangan Input& output Beban Motor ................ Error! Bookmark not defined. DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Deskripsi Pin ATMega 16...................... Error! Bookmark not defined. TabeL 4.1Data Osciloscope Pengujian SPWM ..... Error! Bookmark not defined. Tabel 4.2 Data Pengujian Keluaran MikrokontrolerError! defined. Bookmark not 4.3 Data Osciloscope Keluaran Driver ........ Error! Bookmark not defined. Tabel 4.4 Data pengujian Rangkaian Daya Kaki Gate-sourceError! Tabel not defined. Bookmark Tabel 4.5 Data Pengujian Inverter ......................... Error! Bookmark not defined. Tabel 4.6 Data Pengujian Inverter 2 ...................... Error! Bookmark not defined. Tabel 4.7 Pengujian Tegangan Output Terhadap Tegangan Input ................ Error! Bookmark not defined. Tabel 4.8 Pengujian Regulasi Tegangan & Efisiensi Inverter F∆ 1kHz ........ Error! Bookmark not defined. Tabel 4.9 Pengujian Regulasi Tegangan & Efisiensi Inverter F∆ 300 Hz ..... Error! Bookmark not defined. Tabel 4.10 Data pengujian Harmonisa inverter ..... Error! Bookmark not defined. Tabel 4.11 Pengujian Inverter Dengan Beban MotorError! defined. Bookmark not DAFTAR PUSTAKA William H., Jack E Kemmerly, Steven M, Durbin. Hayt, 2005. Rangkaian Listrik Jilid 1 (edisi ke enam). Erlangga. Jakarta Rashid, Muhammad H.,1999. Elektronika Daya (Power Electronics: Circuit, Devices, and Application, 2nd edition), PT. Prenhalindo, Jakarta. Sutrisna , kadek fendy. 2008. Isolasi antara drive control dan rangkaian power www.lpkee itb’s students blog.com Surya , Hasan., 2010. Buku 1 bahan ajar elektronika daya.Politeknik Negeri Bandung. http://en.wikipedia.org http://www.alldatasheet.com