i
LEMBAR JUDUL
PERENCANAAN DAN PEMBUATAN RUMAH DC :
MULTIPLE INPUT SINGLE OUTPUT
(MISO) DC-DC
CONVERTER
(
CONVERTER
DAN
FILTER DC
)
TUGAS AKHIR
Disusun Oleh : M. Nizar Tamimi 201010130311176
JURUSAN ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
ii
LEMBAR PERSETUJUAN
PERENCANAAN DAN PEMBUATAN RUMAH DC :
MULTIPLE INPUT SINGLE OUTPUT
(MISO) DC-DC
CONVERTER
(
CONVERTER
DAN
FILTER DC
)
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1) Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh : M. Nizar Tamimi 201010130311176
Diperiksa dan disetujui Oleh
Pembimbing I Pembimbing II
Machmud Effendi,ST,M.Eng NIP: 10802030363
iii
LEMBAR PENGESAHAN
PERENCANAAN DAN PEMBUATAN RUMAH DC :
MULTIPLE INPUT SINGLE OUTPUT
(MISO) DC-DC
CONVERTER
(
CONVERTER
DAN
FILTER DC
)
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1) Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh :
2. Ilham Pakaya, ST (Pembimbing II) NIDN : 0717018801
3. Nur Alif Mardiyah, Ir, MT (Penguji I) NIP: 10892030257
4. Drs. Budhi Priyanto, Msi (Penguji II) NIP : 132093471
Mengetahui,
Ketua Jurusan Teknik Elektro
iv
LEMBAR PERNYATAAN
Yang bertanda tangan dibawah ini :
NAMA : M. NIZAR TAMIMI Tempat/Tgl Lahir : Kediri/05 Juni 1991 NIM : 201010130311176 FAK./JUR. : TEKNIK/ELEKTRO
Dengan ini saya menyatakan bahwa Tugas Akhir kami dengan judul “ PERENCANAAN DAN PEMBUATAN RUMAH DC : MULTIPLE INPUT SINGLE OUTPUT (MISO) DC-DC CONVERTER (CONVERTER DAN FILTER DC)” beserta seluruh isinya adalah karya saya sendiri dan bukan merupakan karya tulis orang lain, baik sebagian maupun seluruhnya, kecuali dalam bentuk kutipan yang telah disebutkan sumbernya.
Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya. Apabila kemudian ditemukan adanya pelanggaran terhadap etika keilmuan dalam karya saya ini, atau ada klaim dari pihak lain terhadap keaslian karya saya ini maka saya siap menanggung segala bentuk resiko/sanksi yang berlaku.
Malang, 21 Agustus 2015 Yang Membuat Pernyataan
(M. Nizar Tamimi)
Mengetahui,
Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II
vii
LEMBAR PERSEMBAHAN
Puji syukur kepada Allah SWT atas segala rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulis menyampaikan ucapan terima kasih sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Machmud Effendi, ST, M.Eng dan bapak Ilham Pakaya, ST selaku pembimbing tugas akhir.
2. Bapak/Ibu dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang. 3. Ibu Nur Alif Mardiyah, Ir, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro
Universitas Muhammadiyah Malang
4. Kedua orang tua, M. Zaenudin (alm) dan Nur Salamah yang telah mendukung semua mimpi dan cita-cita penulis secara materi dan moral. Untuk semua ilmu yang telah dilimpahkan sehingga penulis mampu melangkah sejauh ini.
5. Kakak Nur Lailatul Azizah, M Agus Salim Bustomi, Nur Aini Fajarwati sebagai saudara, dan juga teman diskusi penulis.
6. Rekan satu kelompok Fajar Husein Primadani, untuk kerjasamanya dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
viii
KATA PENGANTAR
Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT. Atas limpahan rahmat dan hidayat-Nya sehingga peneliti dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul :
“PERENCANAAN DAN PEMBUATAN RUMAH DC : MULTIPLE INPUT SINGLE OUTPUT (MISO) DC-DC CONVERTER (CONVERTER DAN
FILTER DC)”
Di dalam tulisan ini disajikan pokok-pokok bahasan yang meliputi konsep pemanfaatan energi listrik terbaharukan yang di implementasikan dalam bentuk rumah dc. Rumah dc yang kelistrikannya menggunakan tegangan dc dari sumber-sumber energi yang terbaharukan. Sumber energi tersebut meliputi PLTS, PLTA, PLTAg, dll. Dalam pemanfaatan sumber energi tersebut peneliti membuat konsep agar dapat memanfaatkan lebih dari satu sumber energi. Sehingga diperlukan sebuah perangkat untuk dapat menggabungkan PLTS dan PLTA agar dapat digunakan secara bersamaan ataupun bergantian.
MISO DC-DC Converter inilah yang kemudian penulis teliti agar dapat dirancang dan diimplementasikan. Topologi converter yang penulis gunakan adalah topologi two-switch forward (forward converter). Topologi ini peneliti pilih dikarenakan memiliki efisiensi yang lebih bagus jika dibandingkan dengan topologi yang lain.
Peneliti menyadari sepenuhnya bahwa dalam penulisan tugas akhir ini masih banyak kekurangan dan keterbatasan. Oleh karena itu peneliti mengharapkan saran yang membangun agar tulisan ini bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan pada masa depan.
Malang, 24 Agustus 2015
ix
1.2 Perumusan Masalah ... 3
1.3 Batasan Masalah ... 3
1.4 Tujuan Penelitian ... 3
1.5 Metodologi ... 3
1.6 Sistematika Pembahasan ... 5
BAB II. LANDASAN TEORI 2.1 Rumah DC ... 6
a. Proyek Rumah DC ... 6
b. Diagram Blok ... 8
c. Properti Industri dan Intelektual yang dibutuhkan untuk membangun rumah DC ... 8
x
2.2 Konverter DC-DC ... 9
a. Konverter Forward ... 9
b. Single Switch Forward Converter ... 10
c. Two Switch Forward Converter ... 13
d. Prinsip Kerja Rangkaian Two-Switch Forward Converter ... 15
BAB III. PERANCANGAN SISTEM 3.1 Perancangan LC Output Filter ... 22
3.3 Perhitungan Two Switch Forward Converter ... 25
3.3.1 Perhitungan Komponen Daya (MOSFET) ... 25
3.3.2 Perhitungan Komponen Daya (Diode) ... 29
3.4 Pembuatan Simulasi MISO DC-DC Converter Menggunakan MATLAB R2010a ... 30
BAB IV. IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN 4.1 Pengujian MISO DC-DC Converter Dengan Software MATLAB R2010a 33 4.2 Hasil Uji Laboratorium Perangkat MISO DC-DC Converter ... 35
4.2.1 Hasil Uji 2-switch Forward Converter ... 35
4.2.2 Hasil Uji FilterDC ... 39
4.2.3 Hasil Uji Pengujian MISO DC-DC Converter ... 41
BAB V. PENUTUP 5.1 Kesimpulan ... 46
5.2 Saran ... 46 DAFTAR PUSTAKA
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1 Rumah DC Dengan Sistem Individual ... 6
Gambar 2. 2 Rumah DC dengan Multiple Sistem ... 7
Gambar 2. 3 Rumah DC Dengan Sistem Tersentral ... 7
Gambar 2. 4 Diagram Blok dari Rumah DC ... 8
Gambar 2. 5 Topologi Dasar dari sebuah forward converter ... 10
Gambar 2. 6 Conventional Forward Converter ... 11
Gambar 2. 7 Gelombang Forward Converter Konvensional ... 12
Gambar 2. 8 Topologi Two-Switch Forward Converter ... 14
Gambar 2. 9 Gelombang Arus & Tegangan Two-Switch Forward Converter ... 14
Gambar 2. 10 Rangkaian Two-Switch Forward Converter ... 16
Gambar 2. 11 Aliran arus saat MOSFET di nyalakan. ... 17
Gambar 2. 12 Aliran arus saat MOSFET di matikan ... 17
Gambar 2. 13 Diagram blok high-side gate driver circuit ... 19
Gambar 3. 1 Two-Switch Forward MISO DC-DC Converter ... 22
Gambar 3. 2 Bentuk Fisik Kapasitor 330µF 50V ... 23
Gambar 3. 3 Bentuk Fisik Power Induktor 33 µH ... 24
Gambar 3. 4 Bentuk Fisik MOSFET IRF540N dan IRF9530 ... 28
Gambar 3. 5 Bentuk Fisik Dioda Schottky 1N5401 ... 29
Gambar 3. 6 Perancangan MISO DC-DC Converter Pada MATLAB R2010a .... 31
Gambar 4. 1 Blok Pengujian Bagian-Bagian MISO DC-DC Converter ... 32
Gambar 4. 2 Diagram Blok Pengujian MISO DC-DC Converter ... 34
Gambar 4. 3 Blok Diagram Pengujian Converter ... 36
Gambar 4. 4 Gelombang keluaran Rangkaian Switch A antara sumber PLTA dan rangkaian switch. ... 37
Gambar 4. 5 Gelombang Keluaran Rangkaian switch B ... 38
Gambar 4. 6 Diagram Blok Pengujian Filter ... 39
Gambar 4. 7 Hasil Pengujian Filter ... 40
Gambar 4. 8 Gelombang Tegangan Keluaran Converter (hasil uji ke-3) ... 42
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 3. 1 Spesifikasi MISO DC-DC Converter ... 21
Tabel 4. 1 Hasil pengujian converter dengan avometer ... 38
Tabel 4. 2 Tegangan Keluaran Transformator Pada Miso Tanpa Filter DC ... 34
47
DAFTAR PUSTAKA
[1]. U.S. Energy Information Administration, “World Energy Demand and
Economic Outlook” http://www.eia.doe.gov/oiaf/ieo/world.html.
[2]. Katti Pradeep K; Khedkar Mohan K, “Towards Sustainable Energy Systems Integrating Renewable Energy Sources is the Key for Rural Area Power
Supply”, Power Engineering Conference, 2005. IPEC 2005. The 7th
International,pp.1-104,2005.
[3]. Xi, Youhao. Bell, Bob. Electrical Engineering Times. 2008. Two-switch topology boost forward, flyback design [Online]. Available at : http://eetimes.com/document.asp?doc_id=1273232 [accesed 17 Februari 2015].
[4]. Bell, Bob. EDN Network. 2000. Two-switch Topology Benefits Forward and Flyback Power Converters.
[5]. Jong, Owen. 2012. Multiple Input Single Output (MISO) Converter For the DC House Project. Electrical Engineering Department. California Polytechnic University.
[6]. Kharagpur. DC-DC Converter. Version 2 EEIIT.
[7]. Wong, Chi Kin Taffy. 2011. A Multiple Input Single Output DC-DC
[5]Converter For The DC House Project. Master of Science Dissertation. California Polytechnic State University.
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Indonesia merupakan sebuah negara yang memiliki potensi energi yang sangat luas. Tetapi, sampai saat ini masih banyak wilayah terpencil yang belum tersentuh jaringan listrik dari PLN yang merupakan satu-satunya perusahaan yang menyediakan listrik di Indonesia.
Di luar negeri sudah terdapat beberapa penelitian yang memungkinkan untuk menyediakan akses listrik di daerah terpencil yang tidak terjangkau oleh PLN. Penelitian ini memanfaatkan sumber energi terbaharukan, salah satunya adalah dari photovoltaic (PV). PV sendiri memanfaatkan sumber energi dari sinar matahari yang kemudian dikonversi menjadi tegangan listrik.
Pada umumnya, tegangan keluaran dari PV yang merupakan tegangan
Dirrect Current (DC) akan dikonversi menjadi tegangan Alternating Current
(AC). Hal ini dikarenakan PLN dalam distribusinya menggunakan arus AC. Sistem ini tentu saja kurang efektif untuk digunakan pada daerah terpencil. Karena peralatan elektronik sudah banyak yang menggunakan arus DC. Sehingga muncul lah ide untuk membangun sebuah rumah DC, yang seluruh komponen elektroniknya sudah menggunakan arus DC.
2 Tetapi, jika membahas transmisi daya, AC memiliki beberapa kelebihan dibandingkan DC yaitu lebih sederhana saat menaik dan menurunkan tegangan. Edison menyadari keterbatasan ini dan menyarankan untuk membangun pembangkit dekat dengan wilayah pengguna listrik. Tetapi, solusi ini membutuhkan biaya yang sangat mahal dan hampir mustahil untuk digunakan pada wilayah-wilayah tertentu. Pada sisi yang lain, AC dapat dengan mudah di distribusikan untuk jarak yang sangat jauh dengan tegangan yang sangat tinggi. Tegangan AC dapat diturunkan (stepped down) dengan biaya yang lebih murah untuk daerah penduduk. Beberapa saat kemudian Tesla dan Westinghouse memperkenalkan generator AC, trafo, motor, kabel dan lampu, disinilah akhirnya arus DC kalah.
Tanpa mempertimbangkan bagaimana menaikkan dan menurunkan tegangan pada DC, sistem transmisi pada DC secara keseluruhan lebih baik terutama efisiensinya dibandingkan transmisi AC yang terdapat rugi-rugi (losses). Transmisi AC terdapat rugi-rugi kapasitif dan induktif yang tidak terdapat pada transmisi DC.
Pada negara-negara berkembang, seperti Indonesia, terdapat banyak daerah terpencil yang masih belum tersedia listrik. Penduduk di daerah seperti ini masih bergantung pada lampu minyak pada malam hari, dan kompor kayu untuk memasak. Bagaimanapun juga, terlepas dari kelangkaan listrik tersebut, banyak daerah yang memiliki sumber energi terbaharukan yang melimpah seperti matahari, air dan energi angin. Akan sangat bermanfaat jika daerah terpencil ini mampu memanfaatkan sumber-sumer energi terbaharukan seperti ini tanpa harus bergantung pada minyak sebagai sumber energi.
3 Multiple Input Single Output (MISO) untuk rumah DC. MISO sendiri dibuat dengan tujuan sebagai jembatan penghubung dari beberapa sumber energi sehingga tegangan dari sumber-sumber seperti PV, generator air, PLTAg dapat digabungkan menjadi satu.
1.2 Perumusan Masalah
1. Bagaimana merencang dan membuat converter dan filter untuk MISO DC-DC Converter dengan 2 sumber yang berbeda ?
2. Bagaimana menguji converter dan filter untuk mengetahui unjuk kerjanya ?
3. Bagaimana menguji sistem keseluruhan MISO DC-DC Converter
untuk mengetahui unjuk kerjanya ? 1.3 Batasan Masalah
1. Tegangan masukan dari PV dan generator air sudah di konversi menjadi 24 VDC.
2. Daya keluaran maksimum dari MISO DC-DC Converter sebesar 100 W.
3. Pengujian sistem MISO DC-DC Converter menggunakan beban
resistor. 1.4 Tujuan Penelitian
1. Menghasilkan converter dan filter untuk MISO DC-DC Converter. 2. Menghasilkan MISO DC-DC converter dengan dua sumber, PV dan
generator air dengan keluaran 48 VDC.
1.5 Metodologi
4 Mencari dan mempelajari beberapa referensi tambahan dalam bentuk, jurnal, makalah, maupun sumber-sumber dari website mengenai arus DC, Rumah DC, DC-DC Converter, topologi two switch forward converter. 1.2. Perancangan dan pengujian sistem
1.2.1.Memodelkan topologi Two Switch Forward Converter.
Pemodelan two switch forward converter sendiri di bagi dalam beberapa tahap :
1. Menentukan spesifikasi MISO DC-DC Converter.
2. Pembuatan rancangan rangkaian menggunakan topologi two switch forward converter.
3. Perhitungan komponen daya, yang di bagi dalam beberapa lagkah ; 1.
Transformator, 2. LC filter keluaran, 3. Arus transformator, 4. MOSFET, 5. Diode
1.2.2.Menguji hasil pemodelan dengan menggunakan software simulasi seperti MATLAB R2010a. Pengujian ini digunakan untuk mem-verifikasi kesalahan yang terdapat pada perhitungan sehingga dapat diperbaiki kembali sebelum di dimplementasikan ke dalam perangkat keras (hardware).
1.2.3.Implementasi perancangan ke dalam perangkat keras (hardware). 1.2.4.Menguji kinerja sistem MISO DC-DC Converter dengan
5 1.3. Analisis data
Hasil yang di dapat dari pengujian sistem akan digunakan sebagai data untuk di analisa dan di ketahui hasil yang di dapatkan.
1.4. Pengambilan kesimpulan
Dari hasil analisis data di tarik kesimpulan kelebihan dan kelemahan topologi two switch forward converter.
1.6 Sistematika Pembahasan
Sistematika pembahasan pada tugas akhir “Perencanaan Dan Pembuatan Rumah DC : Multiple Input Single Output (MISO) DC-DC Converter (Two
Switch Forward Converter)” adalah sebagai berikut:
a. BAB I Pendahuluan
Pada Bab I ini akan menguraikan secara garis besar terhadap permasalahan yang terdiri dari latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan, metodologi pembahasan, sistematika pembahasan.
b. BAB II Dasar Teori
Pada Bab II ini akan memaparkan teori yang mendasari penyusunan tugas akhir ini.
c. BAB III Analisa dan Perancangan
Pada Bab III ini akan membahas tentang perancangan two switch forward converter beserta perhitungan dan hasil simulasi.
d. BAB IV Pengujian Alat
Pada Bab IV ini akan membahas tentang hasil pengujian hardware dari MISO DC-DC Converter dengan salah satu input, kemudian dengan dua input tegangan.
e. BAB V Kesimpulan dan Saran
