RANCANG BANGUN INVERTER SINUS DC TO AC 500 WATT MEMANFAATKAN MODULE EGS002 SPWM
SKRIPSI
SARAH MUTIARA SEMBIRING 150801077
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2019
RANCANG BANGUN INVERTER SINUS DC TO AC 500 WATT MEMANFAATKAN MODULE EGS002 SPWM
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains
SARAH MUTIARA SEMBIRING 150801077
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2019
PERNYATAAN
RANCANG BANGUN INVERTER SINUS DC TO AC 500 WATT MEMANFAATKAN MODULE EGS002 SPWM
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Agustus 2019
Sarah Mutiara Sembiring 150801077
PENGHARGAAN
Segala Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah Bapa atas segala berkat, kasih karunia dan penyertaan-Nya selama penulis melaksanakan studi hingga menyelesaikan skripsi ini sesuai dengan waktu yang telah ditetapkan. Selama kuliah sampai penyelesain tugas akhir ini, penulis mendapatkan banyak bantuan dalam bentuk moril, materi, dorongan, serta bimbingan dari berbagai pihak oleh karena itu dengan sepenuh hati, penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya :
1. Kepada Bapak Drs. Kurnia Brahmana, M.Si selaku Dosen Pembimbing yang telah meluangkan waktu untuk membimbing, mengarahkan dan memberikan kepercayaan kepada penulis dalam melaksanakan penelitian hingga penyelesaian penulisan skripsi ini.
2. Kepada Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji, MS selaku Ketua Departemen Fisika, dan Drs. Awan Magfirah, M.Sc selaku Sekretaris Departemen Fisika FMIPA USU, Kak Tini, selaku staf Departemen Fisika, seluruh dosen, staf dan pegawai Departemen Fisika FMIPA USU yang telah membantu dan membimbing dalam menyelesaikan skripsi ini. Dan juga kepada semua staf, pegawai dan dosen – dosen Universitas Sumatera Utara mulai dari staf tertinggi hingga terendah dimana penulis menimba ilmu selama ini.
3. Kepada kedua orangtua saya Bapak Hendri Ras Sembiring dan Ibu Denny Sukanta Ginting yang selalu memberikan dukungan moril , doa dan juga materi.
4. Kepada sahabat, Geng Keluarga Berencana (Maria Simanjuntak dan Rizki Suwari) yang selalu memberi semangat disaat penulis mulai jenuh.
5. Kepada teman-teman Seperjuangan PHYSICS UNITY yang tengah menyusun skripsi juga pada saat ini, tetaplah semangat untuk kita semua.
6. Kepada teman-teman KKN BKKBN Kelompok 2 Nias Selatan yang sudah pernah membagi cerita suka duka, dan selalu memberi dukungan dan doa pada penulis.
7. Kepada Akbar Azhari yang selalu menemani dan suka memberi guyonan lucu kepada penulis, juga kepada teman seperdopingan Tresy Sitompul, yang selalu
8. Kepada IMF (Ikatan Mahasiswa Fisika) yang telah menyediakan wadah berorganisasi bagi penulis.
9. Kepada orang-orang yang namanya tidak dapat disebutkan satu persatu, terimakasih telah mensupport penulis dalam penyusunan skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi penyempurnaan isi dari skripsi tersebut. Akhir kata, semoga tulisan ini bermanfaat bagi yang membutuhkannya.
Medan, 1 Agustus 2019
Penulis
RANCANG BANGUN INVERTER SINUS DC TO AC 500 WATT MEMANFAATKAN MODULE EGS002 SPWM
ABSTRAK
Teknologi yang berkembang pesat baik di industri maupun di rumah tangga menyebabkan kebutuhan akan sumber daya listrik meningkat. Jika pasokan daya listrik tidak mencukupi, kontinuitas pelayanan listrik kepada konsumen tidak tercapai, diperlukan suatu alternatif dalam penyediaan daya listrik yang mampu melayani konsumen secara kontinue. Maka telah dirancang suatu alat inverter sinus DC to AC 500 watt memanfaatkan module EGS002 SPWM untuk memberikan pasokan daya listrik sebagai alternatif yang bersumber dari baterai 12 V. Inverter sendiri merupakan suata alat dari rangkaian elektronika daya yang berfungsi mengkonversikan arus listrik searah menjadi arus bolak-balik. Tujuan dari alat ini adalah untuk memback up sumber listrik jika arus PLN padam, sehingga dapat memberikan arus cadangan pengganti PLN yang bersumber dari baterai aki 12 VDC dan output 220VAC, dan dapat diaplikasikan pada rumah tangga sebagai listrik cadangan yang daya nya dapat berkisar 200 sampai 500 watt.
Kata Kunci : inverter, EGS002, baterai, SPWM, PLN
DESIGN OF SINUS DC TO AC 500 WATT INVERTER BUILDING USING MODULE EGS002 SPWM
ABSTRACT
Technology that is growing rapidly both in industry and in households causes the need for increased electricity resources. If the electricity supply is insufficient, the continuity of electricity services to consumers is not achieved, an alternative is needed in the supply of electrical power that is able to continuously service consumers. So it has been designed a 500 watt sine DC to AC inverter device utilizing the EGS002 SPWM module to provide an electrical power supply as an alternative sourced from a 12 V battery. The inverter itself is a device of power electronic circuits that functions to convert electric current into alternating current . The purpose of this tool is to back up the electricity source if the PLN current goes out, so that it can provide a replacement PLN backup current sourced from 12 VDC battery and 220VAC output, and can be applied to households as backup electricity whose power can range from 200 to 500 watt.
Keywords: inverter, EGS002, battery, SPWM, PLN
DAFTAR ISI
Halaman
Persetujuan i
Pernyataan ii
Penghargaan iii
Abstrak v
Abstract vi Daftar Isi vii
Daftar Tabel ix
Daftar Gambar x
Daftar Lampiran xi
Bab 1. Pendahuluan 1.1. Latar Belakang 1
1.2. Rumusan Masalah 2
1.3. Batasan Masalah 2
1.4. Tujuan Penelitian 2
1.5. Manfaat Penelitian 2
1.6. Sistematika penulisan 3
Bab 2. Tinjauan Pustaka 2.1 Konverter 4
2.1.1 BDC non – terisolasi (NDBC) 5
2.1.2 BDC terisolasi (IBDC) 6
2.2 Inverter 7
2.3 Mode Inverter 8
2.4 H-Bridge 9
2.5 Arus AC dan DC 10
2.5.1 Pengontrol tegangan AC dengan kontrol PWM 10
2.6 PWM (Pulse Width Modulation) 11
2.7 Module EGS002 Sine Wave Inverter Circuit 12
2.8 Osilator (Oscillator) 14
2.9 Tegangan Sinusoidal 15
Bab 3. Metodologi Penelitian 3.1. Waktu dan Tempat 22 3.2. Diagram Blok 22 3.2.1 Penjelasan Fungsi Tiap Blok dari Diagram Blok 22 3.3 Penjelasan Diagram Blok 23 3.3.1 Baterai 23
3.3.2 Konverter DC/DC 23 3.3.3 Module EGS002 dan osilator EG8010 24
3.3.4 Power output gelombang sinus 25
3.3.5 Transformator (Trafo) 26
Bab 4. Hasil dan Pembahasan 4.1 Rangkaian Pengujian Alat 28 4.2 Tabel Hasil Pengujian Alat 29
4.3 Bentuk Gelombang Sinusoidal Hasil Pengujian 31
Bab 5. Kesimpulan dan Saran 5.1 Kesimpulan 33
5.2 Saran 33
Daftar Pustaka 34
Lampiran 36
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman
Tabel 2.1 Tabel pengujian inverter dengan beban 33
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
Gambar 2.1 Rangkaian konverter DC-DC tipe buck 5
Gambar 2.2 Rangkaian konverter DC-DC tipe boost 6
Gambar 2.3 Rangkaian konverter tipe push full 6
Gambar 2.4 Bentuk Gelombang Inverter 8
Gambar 2.5 Tegangan Sinusoidal AC Hasil Teknik Penyaklaran PWM
11
Gambar 2.6 PWM (Pulse Width Modulation) 12
Gambar 2.7 Papan EGS002 dan tampilan LCD 13
Gambar 2.8 Diagram dimensi papan driver EGS002 14
Gambar 2.9 Rangkaian Osilator 15
Gambar 2.10 Bentuk gelombang sinuisoda fungsi sinus 16 Gambar 2.11 Bentuk gelombang dengan amplitudo berbeda 17
Gambar 2.12 Bentuk Gelombang dengan tegangan puncak dan tegangan efektif yang berbeda-beda
18
Gambar 2.16 Trafo Step Up 18
Gambar 2.17 Trafo Step Down 19
Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem 20
Gambar 3.2 Baterai 21
Gambar 3.3 Module EGS002 23
Gambar 3.4 Bentuk Gelombang Inverter 23
Gambar 3.5 Trafo Step up 24
Gambar 3.6 Trafo Step down 24
Gambar 3.7 Skema Rangkaian Keseluruhan 26
Gambar 4.1 Rangkaian Pengujian terhadap beban 29
Gambar 4.2 Grafik Pengujian terhadap beban 30
Gambar 4.3 Gambar hasil pada pre – amp EGS002 31
Gambar 4.4 Gambar hasil pada output EGS002 31
Gambar 4.5 Gambar hasil pada trafo output 32
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Judul Halaman
I. Foto Pengujian II. Foto Papan PCB III. Data Sheet EGS002 IV.
V.
Data Sheet EG8010 Rangkaian Keseluruhan
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Seiring dengan kemajuan dunia elektronika yang terus berkembang di berbagai bidang, tentunya hal ini juga mampu membuat kehidupan manusia menjadi lebih mudah. Sejalan dengan kemajuan elektronika yang sangat pesat, maka perkembangan akan listrik sebagai sumber energi pun semakin berkembang.
Beberapa faktor pendukung kemajuan elektronika tentu saja akan mempengaruhi perkembangan alat – alat elektronika yang semakin beragam. Salah satu alat elektronika yang kita kenal adalah interver yang berfungsi merubah tegangan DC menjadi tegangan AC.
Inverter ini sangat sesuai sebagai penyedia listrik cadangan baik di kendaraan maupun dirumah, sebagai emergency power saat aliran listrik rumah atau yang lain padam. Dalam aplikasinya inverter ini dapat digunakan pada perangkat rumah tangga seperti lampu, TV, komputer, kipas angin ataupun peralatan pertukangan seperti bor, dan sistem suplai energi pada rumah di daerah terpencil dan berbagai barang elektronik lainnya. Alat ini sangat berguna terutama pada perangkat rumah tangga sangat banyak digunakan terutama pada saat listrik padam dan kita membutuhkan sumber AC untuk digunakan pada lampu saat listrik padam pada malam hari dan lainnya. Energi listrik merupakan bentuk energi yang paling fleksibel dan murah untuk dipergunakan oleh semua pihak.
Oleh karena itu, pemanfaatan banyak jenis sumber energi termasuk sumber- sumber energi yang terbaru terlebih dahulu dikonversi ke dalam energi listrik sebelum dimanfaatkan oleh pengguna. Sebagai contoh, energi angin, air dan juga energi surya kebanyakan dimanfaatkan dengan berbagai cara terlebih dahulu yang dikonversi ke dalam bentuk listrik. Berdasarkan referensi diatas maka dibuatlah sebuah alat “RANCANG BANGUN INVERTER SINUS DC TO AC 500 WATT MEMANFAATKAN MODULE EGS002 SPWM”. Metode yang digunakan adalah SPWM atau Sinusoidal Pulse Width Modulation dengan topologi rangkaian full bridge.
1.2 Rumusan Masalah
Rancang bangun ini diarahkan pada permasalahan sebagai berikut:
1. Merancang inverter sinus DC to AC dengan memanfaatkan module EGS002 SPWM.
2. Menghitung besar daya yang digunakan pada inverter sinus DC to AC.
1.3 Batasan Masalah
Batasan masalah yang akan dibuat yaitu sebagai berikut:
1. Besar daya yang digunakan inverter sinus DC to AC adalah 500 watt.
2. Output inverter yang digunakan adalah bentuk gelombang sinusoidal.
3. Pengolahan alat pada inverter memanfaatkan Module EGS002 SPWM.
1.4 Tujuan Penelitian Perancangan ini bertujuan untuk:
1. Untuk merancang inverter DC to AC yang menghasilkan daya sebesar 500 watt dengan output gelombang sinusoidal
2. Untuk menghasilkan alat yang dapat memback up sumber listrik ketika listrik PLN padam dengan listrik cadangan yang bersumber dari aki 12 VDC, yang dapat diaplikasikan pada rumah tangga (lampu) sebagai tenaga listrik cadangan.
1.5 Manfaat Penelitian
Perancangan ini memiliki manfaat yaitu:
1. Menghasilkan inverter gelombang sinus murni dengan arus kecil 2. Memback up sumber listrik jika terjadi pemadaman dari PLN 3. Alternatif terhadap listrik dari PLN bagi daerah yang terisolir dari
jaringan listrik PLN
1.6 Sistematika Penulisan
Untuk mempermudah pembahasan dan penulisan laporan ini, penulis membuat susunan bab - bab yang membentuk laporan ini dalam sistematika penulisan laporan dengan urutan sebagai berikut:
BAB 1 PENDAHULUAN
Dalam bab ini berisikan mengenai latar belakang, tujuan penulisan, rumusan masalah, batasan masalah, dan sistematika penulisan.
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
Dalam bab ini dijelaskan tentang teori pendukung yang digunakan untuk pembahasan dan cara kerja dari rangkaian yang digunakan, serta karakteristik dari komponen-komponen pendukung.
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini berisikan tentang proses perancangan dan pembuatan alat. Mulai dari perancangan dan pembuatan sistem secara hardware atau software.
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Dalam bab ini akan dibahas hasil analisa dari rangkaian dan sistem kerja alat, penjelasan mengenai rangkaian-rangkaian yang digunakan, penjelasan mengenai module EGS002.
BAB 5 KESIMPUAN DAN SARAN
Dalam bab ini menjelaskan kesimpulan dan saran dari alat ataupun data yang dihasilkan dari alat. Bab ini juga merupakan akhir dari penulisan skripsi ini.
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Konverter
Alat yang digunakan untuk mengubah tegangan searah dari AC ke tegangan DC yang punya nilai berbeda. Tegangan DC/DC converter memastikan isolasi listrik antara bagian sistem tegangan rendah dan tegangan tinggi dengan mengunakan transformator. Pada transformator DC, daya yang dikonversi menjadi daya AC dan selanjutnya menjadi daya DC kembali. Untuk meminimalkan ukuran transformator, berat dan biaya, frekuensi daya AC harus setinggi mungkin. Sistem konverter DC- DC terdiri dari boost converter yang menaikkan tegangan dari input ke output dan buck converter yang mengurangi tegangan dari input ke output.
(Jalbrzykowski.S, and T. Citko.2009) Aplikasi terbaru converter DC-DC dua arah (BDC) adalah penyimpanan energi dalam sistem energi sel bahan bakar, hibrida kendaraan listrik (HEV) dan catu daya (UPS). Konverter resonansi jembatan penuh dua arah untuk sistem UPS tanpa sirkuit snubber topologi ini dapat beroperasi dalam kondisi soft switching saklar primer dan penyearah sekunder. Faktor kualitas dan rasio induktansi konverter dipilih dengan mempertimbangkan rentang tegangan input maksimum dan melihat kurva converter nya juga. (Jung, Jee-Hoon. Dkk, 2012)
Konverter DC-DC diperlukan untuk pertukaran energi antara perangkat penyimpanan dengan sistem lainnya. Dalam mode cadangan, baterai feed back DC inverter adalah melalui BDC tetapi dalam arah aliran daya terbalik. BDC dapat diklasifikasikan ke dalam tipe yang tidak terisolasi dan terisolasi. BDC non-terisolasi (NBDC) adalah system yang lebih sederhana daripada BDC sterisolasi (IBDC) dan dapat mencapai efisiensi yang lebih baik.
Kompleksitas IBDC yang berasal dari arus AC dalam struktur system, untuk mengaktifkan daya melalui media isolasi magnet. Konverter DC-DC berlaku pada trafo/transformer yang mengubah tegangan AC tertentu ke tegangan AC yang lebih tinggi atau lebih rendah. Tidak ada peningkatan ataupun pengurangan daya masukan
selama pengkonversian bentuk energi listriknya, sehingga secara ideal persamaan dayanya dapat dituliskan dengan persamaan sebagai berikut :
Pin = Pout + PLo (2.1) Konverter DC-DC dapat dibagi menjadi 2 kategori besar, yaitu yang terisolasi dan yang tak terisolasi. Kata ’isolasi’ disini secara sederhana bermakna adanya penggunaan trafo (isolasi galvanis) antara tegangan masukan dan tegangan keluaran konverter DC-DC. Beberapa sumber menyebutkan bahwa konverter DC-DC yang tak terisolasi dengan istilah direct converter, dan konverter yang terisolasi dengan istilah indirect converter.
2.1.1 BDC non-terisolasi (NBDC)
Konverter BDC non terisolasi terdiri atas berikut 1. Topologi Penurun Tegangan (Buck Converter)
Merupakan konverter penurun tegangan yang mengkonversikan tegangan masukan DC menjadi tegangan DC lainnya yang lebih rendah. Seperti terlihat pada gambar 2.1 rangkaian ini terdiri terdiri atas satu saklar aktif (MOSFET), satu saklar pasif (diode), kapasitor dan inductor.
Gambar 2. 1. Rangkaian konverter DC-DC tipe buck
Untuk tegangan kerja yang rendah, saklar pasif (dioda) sering diganti dengan saklar aktif (MOSFET) sehingga daya pada saklar bisa dikurangi. Apabila menggunakan 2 saklar aktif, kedua saklar ini akan bekerja secara bergantian, dan hanya ada satu saklar yang menutup setiap saat. Nilai rata-rata tegangan keluaran konverter sebanding dengan rasio antara waktu penutupan saklar (saklar konduksi/ON) terhadap periode penyaklarannya. Untuk rasio (Vd/Ed) yang sangat tinggi, biasanya digunakan konverter DC-DC yang terisolasi atau topologi yang dilengkapi dengan trafo.
2. Topologi Penaik Tegangan (Boost Converter)
Boost converter adalah konverter yang menghasilkan tegangan output lebih besar dari tegangan inputnya atau biasa disebut dengan konverter penaik tegangan.
Tegangan output yang dihasilkan dari boost converter memiliki polaritas yang sama dengan tegangan input. Konverter ini bekerja secara periodik saat saklar terbuka dan tertutup. Konverter ini banyak dimanfaatkan untuk aplikasi pembangkit listrik tenaga surya dan turbin angin. Keunggulan dari konverter boost adalah mampu menghasilkan arus masukan yang kontiniu.
Gambar 2.2. Rangkaian konverter DC-DC tipe boost 3. Konverter Push-Pull
Topologi turunan buck lain yang cukup popular adalah push-pull seperti terlihat pada gambar dibawah ini. Keuntungan utama dari topologi ini adalah dua saklar yang digunakan bisa dikendalikan dengan dua rangkaian gate yang sumbernya sama. Ini akan sangat menyederhanakan rangkaian kendali yang diperlukan sehingga, bisa dibuat dalam satu chip. Topologi push-pull cocok untuk penerapan dengan tegangan masukan yang rendah, oleh karena itu, rangkaian ini cocok untuk konverter daya yang dipasok dengan battery. Topologi ini banyak dipakai untuk daya sampai 500 Watt. (Sutrisna . F, Kadek. 2011)
Gambar 2. 3 Rangkaian konverter tipe push full 2.1.2 BDC Terisolasi (IBDC)
Struktur ini terdiri dari dua konverter dc-ac switching frekuensi tinggi dan transformator frekuensi tinggi yang digunakan untuk mempertahankan isolasi galvanik antara dua sumber. Transformator juga penting untuk pencocokan tegangan jika rasio tegangan besar antara dua sumber. Karena transfer energi di kedua arah memerlukan sistem, setiap konverter dc-ac juga harus memiliki kemampuan transfer energi dua arah. Dalam kebanyakan konverter dc-searah hanya bus input memiliki variasi tegangan input dan tegangan output yang bisa diatur. Namun, dalam banyak aplikasi IBDC kedua bus dc memiliki variasi tegangan yang dikenakan oleh bagian lain dari sistem. Dalam topologi ini, setiap konverter menyediakan bentuk gelombang ac dengan nilai puncak yang berdekatan dengan tegangan dc pada terminalnya, oleh karena itu tegangan pada masing-masing saklar terbatas pada tingkat tegangan bus. Pergeseran fase antara dua tegangan ac, dilambangkan dengan φ (teta), adalah parameter penting yang menentukan arah dan jumlah transfer daya antara bus dc. Untuk menyesuaikan pergeseran fase ini, operasi frekuensi tetap dengan kontrol penuh dengan daya transfer yang memungkinkan. Dalam kebanyakan konverter dc-searah hanya bus input memiliki variasi tegangan dan tegangan output yang bisa diatur. Namun, dalam banyak aplikasi IBDC kedua bus dc memiliki variasi tegangan yang dikenakan oleh bagian lain dari sistem. Dalam hal ini, suatu parameter desain penting dalam IBDC yang memengaruhi rentang soft switching dan lainnya karakteristik kinerja adalah rasio tegangan.
2.2 Inverter
Sebuah alat yang digunakan untuk mengubah tegangan listrik searah (DC) menjadi tegangan listrik bolak-balik (AC). Inverter juga bisa dibilang sebagai konverter tegangan DC ke tegangan AC. Inverter memungkinkan pengguna untuk menyediakan daya AC dengan hanya menggunakan baterai. Dalam situasi ini di mana sumber DC tegangan rendah seperti baterai, panel surya atau sel bahan bakar harus dikonversi menjadi arus AC yang dapat digunakan oleh banyak pengguna.
Bentuk daya AC ini juga dapat mengurangi kebisingan yang terdengar di perangkat seperti lampu pijar dan menjalankan beban induktif, seperti motor, lebih cepat dan lebih tenang karena distorsi harmonik yang rendah. Di pasaran saat ini ada dua jenis power inverter, gelombang sinus termodifikasi dan sinus murni generator gelombang. Inverter ini berbeda dalam outputnya, memberikan berbagai tingkat
efisiensi dan distorsi yang dapat mempengaruhi perangkat elektronik dengan berbagai cara. Prinsip kerja inverter sendiri adalah dengan cara memotong dan membalikkan arus DC yang kemudian dapat membangkitkan gelombang segi empat.
Gelombang segi empat tersebut nantinya disaring menjadi gelombang sinus yang disesuaikan, serta menghapus harmonik yang tak diinginkan. Inverter dapat diklasifikasikan dalam dua jenis, yaitu:
1. Inverter Satu Fasa Inverter 1 fasa, yaitu inverter dengan output 1 fasa.
2. Inverter 3 fasa, yaitu inverter dengan output 3 fasa. (Zuhal, 2004) Berdasarkan bentuk gelombang output-nya inverter dapat dibedakan menjadi :
1. Sine wave inverter, yaitu inverter memiliki tegangan output dengan bentuk gelombang sinus murni. Inverter jenis ini dapat memberikan supply tegangan kebeban (Induktor) atau motor listrik dengan efisiensi daya yang baik.
2. Modified squarewave inverter, yaitu inverter dengan tegangan output berbentuk gelombang kotak yang dimodifikasi sehingga menyerupai gelombang sinus. Inverter jenis ini memiliki efisiensi daya yang rendah apabila digunakan untuk mensupplay beban induktor atau motor listrik.
3. Squarewave inverter,yaitu inverter dengan output berbentuk gelombang kotak, inverter jenis ini tidak dapat digunakan untuk mensupply tegangan ke beban induktif atau motor listrik.
Gambar 2.4 Bentuk Gelombang Inverter Keterangan Warna:
1. Merah: Sine Wave Inverter
2. Biru: Modified Squarewave Inverter
3. Hijau: Square Wave Inverter. (Kolla et. al., 2013) 2.3 Mode Inverter
Metode daya DC tegangan rendah terbalik, dibagi menjadi dua langkah. yakni,
tinggi DC, dan langkah kedua adalah konversi sumber DC tinggi ke bentuk gelombang AC menggunakan lebar pulsa modulasi. Metode lain untuk menyelesaikan hasil yang diinginkan adalah dengan mengkonversi dulu yang rendah tegangan daya DC ke AC, dan kemudian gunakan transformator untuk meningkatkan tegangan ke 120/220 volt.
2.4 H Bridge
H-Bridge atau jembatan H adalah salah satu rangkaian elektronika yang digunakan untuk mengatur kerja motor listrik. Dan dapat juga digunakan untuk mengatur arah arus yang mengalir pada suatu beban. Pada motor listrik ,rangkaian ini dapat mengatur arah putaran motor dan besar arus yang mengalir pada motor listrik tersebut. Nama H Bridge diambil dari bentuk konfigurasi rangkaian tersebut yang terlihat seperti huruf H.
Konfigurasi H bridge atau fullbridge konverter adalah konfigurasi switching yang terdiri dari empat saklar dalam pengaturan yang menyerupai H. Dengan mengendalikan saklar yang berbeda di jembatan, positif, negatif, atau zeropotensi tegangan dapat ditempatkan melintasi beban. Sirkuit H Bridge bertindak sebagai inti utama dari gelombang sinus murni inverter. H bridge sirkuit pada dasarnya memungkinkan tegangan diterapkan melintasi beban di kedua arah. Dalam inverter, ini digunakan untuk memperkuat gelombang input persegi yang datang dari mikrokontroler. Memberikan gelombang persegi termodulasi pada input dari H bridge. Karena jika memberikan gelombang sinus ke MOSFET atau yang lainnya perangkat switching lain seperti BJT atau IGBT, sangat tinggi switching kerugian terjadi. Ini karena ketika memberi gelombang sinusoidal ke salah satu perangkat ini, perangkat akan mulai beroperasi di wilayah linier, dan kehilangan daya pada perangkat beroperasi didaerah linier.
H bridge untuk inverter gelombang sinus murni dapat dibagi menjadi dua mode. Perangkat IR2110 High dan low side drive untuk menyalakan MOSFET jembatan. Perangkat ini digunakan untuk menggerakkan MOSFET sisi tinggi di sirkuit yang ditunjuk HO, karena adanya gerbang sumber tegangan harus lebih tinggi dari saluran ke sumber tegangan, yang merupakan tegangan tertinggi dalam sistem.
Perangkat ini menggunakan kapasitor bootstrap untuk menjaga perbedaan tegangan sekitar 12 V diatas ke sumber tegangan. PWM digunakan secara luas sebagai sarana
menyalakan perangkat arus bolak-balik (AC) dengan sumber arus searah (DC) yang tersedia atau untuk DC / AC tingkat lanjut konversi. Pengoperasian perangkat IR2110 akan dikontrol melalui sinyal PWM yang dihasilkan. Jika logika internal mendeteksi logika tinggi, pin HO akan didorong; jika logika rendah terdeteksi, pin LO akan digerakkan. (Doucet Jim, 2007)
2.5 Arus AC dan DC
Ada dua bentuk transmisi listrik, Direct Current (DC) dan Alternating Current (AC), masing-masing dengan kelebihan dan kekurangannya sendiri. Daya DC hanyalah penerapan tegangan konstan yang stabil di seluruh rangkaian yang menghasilkan arus konstan. Baterai adalah sumber paling umum dari transmisi DC karena arus mengalir dari satu ujung rangkaian ke ujung lainnya. Paling sirkuit digital saat ini adalah aliran listrik DC karena membawa kemampuan untuk memberikan yang tinggi atau konstan tegangan rendah konstan, memungkinkan logika digital untuk memproses eksekusi kode.
V = I R (2.2)
P = I 2 x R (2.3)
Seperti yang dapat dilihat pada persamaan di atas, kehilangan daya dapat berasal dari arus listrik kuadrat dan hambatan saluran transmisi. Ketika tegangan meningkat, arus berkurang dan secara bersamaan kehilangan daya berkurang secara eksponensial; karena itu transmisi tegangan tinggi berkurang kehilangan daya. Untuk alasan ini listrik dihasilkan di pembangkit listrik dan dikirim ke rumah dan bisnis melalui daya AC. Arus bolak-balik, tidak seperti DC, berosilasi antara dua nilai tegangan pada frekuensi yang ditentukan, dan arus dan tegangan yang terus berubah membuatnya mudah untuk naik atau turun voltase. Untuk situasi transmisi tegangan tinggi dan jarak jauh, semua yang diperlukan untuk naik atau turun tegangan adalah sebuah transformator. (Doucet Jim, 2007)
2.5.1 Pengontrol Tegangan AC Dengan Kontrol PWM
Pada control PWM (pulse width modulation) saklar converter dinyalakan dan dimatikan beberapa kali setiap setengah siklus dan tegangan keluaran dikendalikan dengan mengubah ubah lebar pulsanya. Pada rangkaian control PWM (pulse width modulation) sinusoidal, faktor pergeseran akan satu dan faktor daya akan meningkat.
Harmonik orde rendah akan dieliminasi atau dikurangi. Sebagai contoh dengan
empat pulsa per-setengah siklus, maka harmonik terendah adalah harmonik ke lima dan dengan enam pulsa per-setengah siklus, harmonik terendah adalah harmonik ke tujuh. Program komputer dapat digunakan untuk melakukan evaluasi kinerja dari PWM biasa maupun SPWM. Komutasi natural pengontrol thyristor menghasilkan harmonic pangkat rendah pada kedua sisi beban dan sumber dan memiliki factor daya masukan yang rendah. Kinerja pengontrol tegangan AC untuk control PWM (pulse width modulation) ditunjukan pada gambar berikut
(Rashid. Muhammad,1993)
Gambar 2.5 Tegangan Sinusoidal AC Hasil Teknik Penyaklaran PWM 2.6 PWM ( Pulse Width Modulation)
Pada konverter dan motor tenaga elektronik, PWM digunakan secara luas sebagai alat untuk menyalakan perangkat arus bolak (AC) dengan sumber arus searah (DC) langsung atau untuk konversi DC / AC lanjutan. Variasi duty cycle pada sinyal PWM untuk memberikan tegangan DC pada beban pada pola tertentu akan tampak pada beban sebagai sinyal AC atau dapat mengendalikan kecepatan motor yang jika tidak akan berjalan dengan kecepatan tinggi atau mati. Ini dijelaskan lebih lanjut di bagian ini. Pola di mana siklus sinyal PWM bervariasi dapat dibuat melalui komponen analog sederhana, mikrokontroler digital, atau rangkaian terpadu PWM yang spesifik.
PWM ( Pulse Width Modulation) adalah salah satu teknik modulasi dengan mengubah lebar pulsa (duty cylce) dengan nilai amplitudo dan frekuensi yang tetap.
Satu siklus pulsa merupakan kondisi high kemudian berada di zona transisi ke kondisi low. Lebar pulsa PWM berbanding lurus dengan amplitudo sinyal asli yang belum termodulasi. Duty Cycle merupakan representasi dari kondisi logika high dalam suatu periode sinyal dan di nyatakan dalam bentuk (%) dengan range 0%
sampai 100%, sebagai contoh jika sinyal berada dalam kondisi high terus menerus artinya memiliki duty cycle sebesar 100%. Jika waktu sinyal keadaan high sama
dengan keadaan low maka sinyal mempunyai duty cycle sebesar 50%. Aplikasi penggunaan PWM biasanya ditemui untuk pengaturan kecepatan motor dc, pengaturan cerah/redup LED, dan pengendalian sudut pada motor servo. Contoh penggunaan PWM pada pengaturan kecepatan motor dc semakin besar nilai duty cycle yang diberikan maka akan berpengaruh terhadap cepatnya putaran motor.
Apabila nilai duty cylce-nya kecil maka motor akan bergerak lambat dan sebaliknya.
Gambar 2.6 PWM (Pulse Width Modulation) 2.7 Module EGS002 Sine Wave Inverter Circuit
EGS002 adalah papan driver khusus untuk fase tunggal sinusoid inverter.
Menggunakan ASIC EG8010 sebagai kontrol Chip dan IR2110S sebagai chip driver.
Untuk mengintegrasikan fungsi tegangan, perlindungan arus dan temperatur, indikasi peringatan LED dan control. Jumper mengkonfigurasi 50 keluaran / 60Hz arus AC.
EGS002 adalah versi perbaikan dari EGS001 yang kompatibel antarmuka asli EGS001 ini. EGS002 juga integratescross-konduksi pencegahan logika untuk meningkatkan kemampuan anti-gangguan, dan antarmuka layar LCD untuk kenyamanan pengguna untuk menggunakan fungsi built-in display chip. EG8010 adalah murni inverter gelombang sinus digital ASIC (Application Specific Integrated Circuit) dengan fungsi lengkap built-in waktu mati kontrol. Ini berlaku untuk (DC- DC-AC) dua tahap sistem tenaga converter atau satu tahap sistem trafo frekuensi rendah daya DC-AC untuk meningkatkan EG8010 dapat mencapai 50 / 60Hz gelombang sinus murni dengan akurasi yang tinggi, distorsi harmonik dan rendah dengan osilator 12MHz kristal eksternal. EG8010 adalah IC CMOS yang mengintegrasikan SPWM sinusoid, waktu rangkaian kontrol, rentang pembagi.
Gambar 2.7 Papan EGS002
Papan driver EGS002 menyediakan fungsi indikasi peringatan LED. Pengguna dapat menentukan masalah sesuai dengan yang berikut:
1. Normal ： Pencahayaan selalu menyala
2. Arus lebih: Berkedip 2 kali, mati selama 2 detik, dan terus berputar 3. Tegangan lebih: Berkedip 3 kali, mati selama 2 detik, dan terus berputar 4. Undervoltage ： Berkedip 4 kali, mati selama 2 detik, dan terus berputar 5. Suhu lebih tinggi: Berkedip 5 kali, mati selama 2 detik, dan terus berputar Pengujian Papan Driver EGS002
1. Sambungkan IFB, VS1, VS2, VFB, dan TFB ke ground selama pengujian 2. Hubungkan Dc 5V ke pin + dc 12V ke pin + 12 V
3. Hubungkan ascilloscope ke TESTI untuk mengamati bentuk gelombang.
Output TEST1 dan TEST2. Gelombang persegi frekuensi dasar, yang ditampilkan sebagai CH1 bentuk gelombang biru pada gambar 5-3.TEST3 dan TEST4 menghasilkan gelombang modulasi unipolar. Kapan TEST3 dan
TEST4 sedang terhubung ke filter RC, itu akan menampilkan bentuk gelombang yang ditunjukkan sebagai bentuk gelombang merah CH2.
4. Karena pin VFB di-ground, proteksi undervoltage akan menyala dalam 3 detik.
Test1 ~ Test 4 semuanya akan dimatikan; LED berkedip empat kali, mati selama 2 detik dan terus bersepeda. Ketika EGS002 terhubung ke catu daya lagi, pengguna dapat mengamati bentuk gelombang yang lain 3 detik.
EGS002 mengintegrasikan antarmuka layar LCD untuk kenyamanan pengguna untuk menguji tampilan bawaan chip berfungsi yang didukung EG8010. Kabel penahan diperlukan untuk menghubungkan papan driver EGS002 dan LCD, jika tidak, tegangan tinggi dan lingkungan arus tinggi inverter akan secara signifikan mengganggu operasi papan driver.
(Ansha, 2017) Gambar 2.8 Diagram dimensi papan driver EGS002 2.8 Osilator (Oscillator)
Suatu rangkaian elektronika yang menghasilkan sejumlah getaran atau sinyal listrik secara periodik dengan amplitudo yang konstan. Rangkaian Osilator banyak digunakan dalam perangkat-perangkat Elektronika seperti Pemancar Radio, Pemancar Televisi, dan Jam. Gelombang sinyal yang dihasilkan ada yang berbentuk Gelombang Sinus (Sinusoide Wave), Gelombang Kotak (Square Wave) dan Gelombang Gigi Gergaji (Saw Tooth Wave). Pada dasarnya sinyal arus searah atau DC dari pencatu daya (power supply) dikonversikan oleh Rangkaian Osilator menjadi sinyal arus bolak-balik atau AC sehingga menghasilkan sinyal listrik yang periodik dengan amplitudo konstan. Tiga istilah yang berkaitan erat dengan rangkaian Osilator adalah “Periodik”, “Amplitudo” dan “Frekuensi”. Berikut ini adalah pengertian dari ketiga istilah penting tersebut.
1. Periodik adalah waktu yang dibutuhkan untuk menempuh 1 kali getaran atau waktu yang dibutuhkan pada 1 siklus gelombang bolak-balik, biasanya dilambangkan dengan t dengan satuan detik (second).
2. Amplitudo adalah simpangan terjauh yang diukur dari titik keseimbangan dalam suatu getaran.
3. Frekuensi adalah sejumlah getaran yang dihasilkan selama 1 detik, satuan frekuensi adalah Hertz.
Penggolongan osilator biasanya dilakukan berdasarkan karakteristik frekuensi keluaran yang dihasilkannya. Berikut dibawah ini adalah Penggolongan Osilator berdasarkan Frekuensi keluaran:
1. Osilator Frekuensi Rendah (Low Frequency Oscilator), yaitu Osilator yang dapat membangkitkan frekuensi rendah dibawah 20Hz.
2. Osilator Audio (Audio Oscilator), yaitu Osilator yang dapat membangkitkan frekuensi Audio diantara 16Hz hingga 20kHz.
3. Osilator Frequency Radio (Radio Oscilator), yaitu Osilator yang dapat membangkitkan Frekuensi Radio diantara 100kHz hingga 100GHz.
Prinsip kerja osilator sebuah rangkaian osilator sederhana terdiri dari dua bagian utama, yaitu penguat (amplifier) dan umpan balik (feedback). Pada dasarnya, Osilator menggunakan sinyal kecil atau desahan kecil yang berasal dari Penguat itu sendiri. Pada saat Penguat atau Amplifier diberikan arus listrik, desah kecil akan terjadi, desah kecil tersebut kemudian diumpanbalik ke Penguat sehingga terjadi penguatan sinyal, jika keluaran (output) penguat sefasa dengan sinyal yang diumpanbalik (masukan) tersebut, maka Osilasi akan terjadi.
Gambar 2.9 Rangkaian Osilator 2.9 Tegangan Sinusoidal
Tegangan yang disalurkan oleh PLN kepada pelanggan pada dasarnya berbentuk gelombang sinusoidal, yang akan berubah pada perioda yang tetap.
Gelombang sinusoida bisa berbentuk gelombang fungsi sinus atau gelombang fungsi kosinus. Kedua gelombang tersebut pada dasarnya identik, hanya saja memiliki perbedaan sudut sebesar 900.
Model matematis gelombang sinusoidal
Sebuah tegangan sinusoida berbentuk fungsi sinus memiliki persamaan matematis sbb:
V(t) = Vmax sin (wt + φ) Dimana:
Vmax = amplitude maksimum dari tegangan.
w = kecepatan sudut dalam radian per detik (rad/s).
wt = argument dari gelombang sinusoida φ = Sudut fasa.
Jika digambarkan dalam bentuk grafik, maka gambar1 merupakan bentuk tegangan sinusoida fungsi sinus dengan sudut fasa φ = 0
Gambar 2.10 Bentuk gelombang sinuisoda fungsi sinus
Sumbu X merupakan variable derajat atau waktu, sedangkan sumbu Y mewakili amplitude dari tegangan sinusoida. Dari grafik tersebut, terdapat beberapa parameter yang harus di pahami.
1. Tegangan Maksimum (Vmax).
Adalah amplituda tertinggi dari suatu gelombang sinusoida. Dalam satu siklus gelombang, terdapat 2 buah tegangan maksimum, yaitu Vmax dan – Vmax.
Vmax adalah tegangan puncak pada saat gelombang sinusoida pada posisi positif.
– Vmax adalah tegangan puncak pada saat gelombang sinusoida pada posisi negative.
Tegangan maksimum atau tegangan puncak sangat berpengaruh dalam menentukan besarnya tegangan efektif dari sumber tegangan bolak-balik. Semakin besar amplitude tegangan, maka tegangan efektifnya akan semakin tinggi. Gambar dibawah merupakan contoh dari 3 buah gelombang sinusoida dengan frekuensi dan fasa yang sama, tetapi berbeda amplitude, yaitu 1 volt, 3 volt dan 5volt.
Gambar 2.11 Bentuk gelombang dengan amplitudo berbeda 2. Tegangan Efektif (Vrms)
Istilah tegangan efektif atau tegangan RMS muncul karena tegangan dan arus rata-rata tidak banyak membantu dalam perhitungan daya dan energy tegangan bolak-balik AC. Seperti dibahas pada materi sebelumnya tentang menghitung nilai rata-rata, ternyata nilai rata-rata fungsi sinusoida adalah nol. Hal ini tentu saja tidak banyak membantu kita dalam menghitung besarnya daya yang digunakan pada kurun waktu tertentu. Untuk membantu memecahkan masalah tersebut, maka diperkenalkan istilah tegangan efektif atau tegangan RMS.
Tegangan efektif atau tegangan RMS adalah besarnya tegangan AC bolak- balik yang memiliki dampak yang sama dengan tegangan DC ketika mensuplai suatu beban. Sebagai contoh, sebuah tegangan baterai 5 volt mencatu lampu pijar. Untuk bisa menghasilkan daya yang sama tersebut, maka besarnya tegangan AC yang harus disalurkan adalah sebesar 5V rms.
Hubungan Antara tegangan puncak dan tegangan efektif.
Seperti yang telah dibahas pada materi menghitung tegangan efektif, maka hubungan antara tegangan maksimum atau tegangan puncak dan tegangan efektif adalah:
Vmax = √2 Vrms
Vmax = 1.414 Vrms
Pada contoh diatas, jika Vrms adalah 5Volt, maka tegangan maksimumnya adalah:
Vmax = 1.414 * 5 = 7.07V.
Dengan demikian, untuk bisa memberikan dampak yang sama dengan tegangan DC 5Vdc, maka beban harus disuplai dengan tegangan AC yang memiliki tegangan maksimum Vmax = 7.07Vac
Gambar dibawah adalah contoh dari 3 buah gelombang dengan tegangan puncak dan tegangan RMS yang berbeda-beda.
Gambar 2.12 Bentuk Gelombang dengan tegangan puncak dan tegangan efektif yang berbeda-beda
2.10 Transformator (Trafo) Transformator terdiri atas 2 yaitu 1. Transformator Step Up
Trafo step up ialah Trafo yang berfungsi untuk menaikan teganan AC atau taraf dari rendah ke taraf yang lebih tinggi. Komponen tegangan sekunder dijadikan tegangan output yang lebih tinggi yakni dapat ditingkatkan dengan cara memperbanyak lilitan di kumparan sekundernya sehingga jumlah lilitan kumparan primer lebih sedikit.
Trafo step up ini digunakan sebagai penghubung trafo generator ke grid di dalam tegangan listrik.
Gambar 2.13 Trafo Step Up 2. Transformator Step Down
Gambar 2.14 Trafo Step Down
Step Down ialah Trafo yang berfungsi menurunkan taraf tegangan AC dari taraf yang tinggi ke rendah. Pada Trafo jenis ini, rasio untuk jumlah lilitan pada kumparan primer lebih banyak daripada jumlah lilitan pada kumparan yang sekunder. Trafo step down digunakan untuk mengubah tegangan grid yang tinggi menjadi yang lebih rendah dimana dapat digunakan untuk peralatan rumah tangga.
Contohnya, untuk menurunkan taraf tegangan listrik dari PLN (220V) menjadi taraf tegangan yang dapat disesuaikan dengan peralatan elektronik dirumah.
(Ardiyanto, Rama .2018)
BAB 3
METODOLOGI PENELITIAN
3. 1 Waktu dan Tempat
Pembuatan Rancang Bangun Inverter Sinus DC to AC 500 Watt Memanfaatkan Module EGS002 SPWM dilakukan pada bulan Maret 2019 sampai Juli 2019 di Laboratorium Digital Universitas Sumatera Utara.
3. 2 Diagram Blok Sistem
Adapun diagram blok dari sistem yang dirancang adalah seperti yang diperlihatkan pada gambar 3. 1 berikut ini:
DC/DC
Gambar 3. 1 Diagram Blok Sistem
3.2.1 Penjelasan fungsi tiap blok dari diagram blok a. Baterai
Sebagai penyimpanan energi listrik.
b. DC to DC Converter
Sebagai pengkonversi tegangan dc ke tegangan dc yang berbeda c. Papan EGS002
Untuk konverter AC dua tahap (DC-DC-AC) atau sistem transformator frekuensi rendah daya tunggal DC-AC.
d. Trafo
Untuk mengendalikan umpan daya keluaran TRAFO
Baterai MODULE
EGS002
OSILATOR EG8010
e. Gelombang Sinusoidal
Sebagai tegangan output inverter 3.3 Penjelasan Diagram Blok
3.3.1 Baterai
Baterai adalah sumber paling utama dari transmisi DC karena arus mengalir dari satu ujung rangkaian ke ujung lainnya. Arus bolak-balik, tidak seperti DC, berosilasi antara dua nilai tegangan pada frekuensi yang ditentukan, dan arus dan tegangan yang terus berubah membuatnya mudah untuk naik atau turun voltage.
Untuk situasi transmisi tegangan tinggi dan jarak jauh, semua yang diperlukan untuk naik atau turun tegangan adalah sebuah transformator. Tujuan dari power inverter DC / AC untuk mengambil daya DC disuplai oleh baterai dan mengubahnya menjadi sumber listrik AC 220 volt.
Gambar 3.2 Baterai 3.3.2 Konverter DC/DC
Konverter DC-DC selalu diperlukan untuk memungkinkan pertukaran energi antara perangkat penyimpanan dan sistem lainnya. Konverter DC-DC dapat dibagi menjadi 2 kategori besar, yaitu yang terisolasi dan yang tak terisolasi. Kata ’isolasi’
disini secara sederhana bermakna adanya penggunaan trafo (isolasi galvanis) antara tegangan masukan dan tegangan keluaran konverter DC-DC. Beberapa sumber menyebutkan bahwa konverter DC-DC yang tak terisolasi dengan istilah direct converter, dan konverter yang terisolasi dengan istilah indirect converter. Konverter DC-DC dasar seperti buck dan boost converter (dan turunannya) tidak memiliki kemampuan aliran daya dua arah. Keterbatasan ini disebabkan oleh keberadaan dioda di dalamnya struktur yang mencegah aliran arus balik. Secara umum, konverter DC- DC searah dapat diubah menjadi konverter dua arah dengan mengganti dioda dengan yang dapat dikontrol beralih pada strukturnya. Konverter boost berfungsi untuk
menghasilkan tegangan keluaran yang lebih tinggi dibanding tegangan masukannya, atau biasa disebut dengan konverter penaik tegangan. Jika saklar MOSFET pada kondisi tertutup, arus akan mengalir ke induktor sehingga menyebabkan energi yang tersimpan di induktor naik. Saat saklar MOSFET terbuka, arus induktor ini akan mengalir menuju beban melewati dioda sehingga energi yang tersimpan di induktor akan turun. Rasio antara tegangan keluaran dan tegangan masukan konverter sebanding dengan rasio antara periode penyaklaran dan waktu pembukaan saklar.
Keunggulan dari konverter boost adalah mampu menghasilkan arus masukan yang kontinue.
3.3.3 Module EGS002 dan EG8010
EGS002 adalah papan driver khusus untuk fase tunggal sinusoid inverter.
Menggunakan ASIC EG8010 sebagai kontrol Chip dan IR2110S sebagai chip driver.
Untuk mengintegrasikan fungsi tegangan, perlindungan arus dan temperatur, indikasi peringatan LED dan control. Jumper mengkonfigurasi 50 keluaran / 60Hz arus AC.
EGS002 adalah versi perbaikan dari EGS001 yang kompatibel antarmuka asli EGS001 ini. EGS002 juga integratescross-konduksi pencegahan logika untuk meningkatkan kemampuan anti-gangguan, dan antarmuka layar LCD untuk kenyamanan pengguna untuk menggunakan fungsi built-in display chip.
EG8010 adalah murni inverter gelombang sinus digital ASIC ( Application Specific Integrated Circuit) dengan fungsi lengkap built-in waktu mati kontrol. Ini berlaku untuk (DC-DC-AC) dua tahap sistem tenaga converter atau satu tahap sistem trafo frekuensi rendah daya DC-AC untuk meningkatkan EG8010 dapat mencapai 50 / 60Hz gelombang sinus murni dengan akurasi yang tinggi, distorsi harmonik dan rendah dengan osilator 12MHz kristal eksternal. EG8010 adalah IC CMOS yang mengintegrasikan SPWM sinusoid, waktu rangkaian kontrol, rentang pembagi.
Output keluaran akan diberi beban. Beban ini digunakan untuk sumber penerangan. Dapat diketahui cara kerja dan arah arus ketika mode saklar 1 OFF dan saklar 2 ON, arus dari sumber melewati trafo pada sisi primer kemudian melewati saklar 2 karena ON maka saklar terhubung lalu arus keluar pada sisi sekunder trafo melewati dioda 1 setelah itu arus melewati induktor dan menuju ke beban. Jika S 2 ON maka melewati D1.
Gambar 3.3 Module EGS002 3.3.4 Gelombang Sinusoidal
Berdasarkan bentuk gelombang output-nya inverter dibedakan menjadi : 1. Sine wave inverter, yaitu inverter memiliki tegangan output dengan bentuk gelombang sinus murni. Inverter jenis ini dapat memberikan supply tegangan kebeban (Induktor) atau motor listrik dengan efisiensi daya yang baik.
2. Modified squarewave inverter, yaitu inverter dengan tegangan output berbentuk gelombang kotak yang dimodifikasi sehingga menyerupai gelombang sinus. Inverter jenis ini memiliki efisiensi daya yang rendah apabila digunakan untuk mensupplay beban induktor atau motor listrik.
3. Squarewave inverter,yaitu inverter dengan output berbentuk gelombang kotak, inverter jenis ini tidak dapat digunakan untuk mensupply tegangan ke beban induktif atau motor listrik.
Gambar 3.4 Bentuk Gelombang Inverter Keterangan Warna:
1. Merah: Sine Wave Inverter
2. Biru: Modified Squarewave Inverter 3. Hijau: Square Wave Inverter.
3.3.5 Transformator (Trafo)
Pada sebuah Trafo yang sederhana pada dasarnya terdiri dari 2 lilitan atau kumparan kawat yang terisolasi yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder.
1. Transformator Step Up
Gambar 3.5 Transformator Step Up
Jenis transformator (trafo) yang pertama ialah transformator step up. Fungsi transformator ini untuk menaikkan tegangan listrik yang berasal dari generator listrik. Transformator step up memiliki ciri ciri yaitu lilitan sekundernya memiliki jumlah yang lebih banyak dibandingkan lilitan primer, tegangan primer lebih sedikit dari tegangan sekunder, dan kuat arus pada lilitan primer lebih besar dibandingkan kuat arus lilitan sekunder.
2. Transformator Step Down
Gambar 3.6 Transformator Step Down
Jenis transformator (trafo) selanjutnya ialah transformator step down. Fungsi transformator untuk menurunkan tegangan listrik. Contohnya tegangan listrik rumah kita yang awalnya 220 Volt menjadi 10 Volt. Transformator step down mempunyai ciri ciri yaitu lilitan primernya lebih banyak dibandingkan lilitan sekunder, tegangan primernya lebih besar daripada tegangan sekunder, dan kuat arus listrik primer lebih besar daripada kuat arus listrik sekundernya. Contoh transformator step down terdapat pada alat adaptor yang berfungsi mengubah tegangan listrik AC (bolak balik).
Rumus Transformator
Keterangan:
Vs = Tegangan sekunder (Volt) Vp = Tegangan primer (Volt) Np = Jumlah lilitan primer Ns = Jumlah lilitan sekunder Ip = Kuat arus primer (A) Is = Kuat arus sekunder (A)
Gambar berikut adalah gambar rangkaian Rancang Bangun Inverter Sinus DC to AC 500 Watt :
Gambar 3.7 Skema Rangkaian Keseluruhan
Konfigurasi H bridge atau fullbridge konverter adalah konfigurasi switching yang terdiri dari empat saklar dalam pengaturan yang menyerupai H. Dengan
tegangan yang dapat ditempatkan melintasi beban. Sirkuit H Bridge bertindak sebagai inti utama dari gelombang sinus murni inverter. H bridge sirkuit pada dasarnya memungkinkan tegangan untuk melintasi beban di kedua arah. Dalam inverter, ini digunakan untuk memperkuat gelombang input persegi yang datang dari mikrokontroler.
Perangkat IR2110 high dan low side drive untuk menyalakan MOSFET jembatan. Perangkat ini diperlukan untuk menggerakkan MOSFET sisi tinggi di sirkuit yang ditunjuk HO, karena adanya gerbang sumber tegangan harus lebih tinggi dari saluran ke sumber tegangan, yang merupakan tegangan tertinggi dalam sistem.
Perangkat ini menggunakan kapasitor bootstrap untuk menjaga perbedaan tegangan sekitar 12 V diatas ke sumber tegangan. PWM digunakan secara luas sebagai sarana menyalakan perangkat arus bolak-balik (AC) dengan sumber arus searah (DC) yang tersedia atau untuk DC / AC tingkat lanjut konversi. Pengoperasian perangkat IR2110 akan dikontrol melalui sinyal PWM yang dihasilkan. Jika logika internal mendeteksi logika tinggi pin HO akan didorong, jika logika rendah terdeteksi, pin LO akan digerakkan.
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Rangkaian Pengujian Inverter Sinus DC to AC 500 Watt
Untuk mendapatkan hasil dari pengujian Rancang Bangun Inverter Sinus DC to AC 500 Watt memanfaatkan Module EGS002 SPWM ini, maka dibuatlah rangkaian pengujian seperti berikut:
INVERTER AC 220V
12 V 12 -> 220 V
Gambar 4.1 Gambar rangkaian pengujian Inverter
Dari rangkaian diatas terdapat sumber tegangan dari baterai (aki) sebesar 12 V dengan tegangan DC/DC, yang kemudian dihubungkan pada inverter dengan tegangan AC. Inverter yang digunakan pada rangkaian pengujian ini menggunakan module driver EGS002 yang dibuat khusus untuk menampilkan inverter sinusoidal fase tunggal. Module ini juga digunakan untuk untuk konverter AC dua tahap (DC- DC-AC) atau sistem transformator frekuensi 50 Hz. Inverter gelombang sinus murni dapat mensimulasikan dengan tepat daya AC yang dikirim. Selanjutnya tegangan DC 12 V dari baterai tersebut diumpankan ke trafo daya yang akan merubah tegangan dari 12 V sampai 220 V. Lalu pada rangkaian pengujian ini akan diletakan beban /peralatan elektronik rumah tangga untuk melihat output gelombang sinusoidal yang stabil. Dan hasil outputnya dan akan ditampilkan gelombang sinusoidal dari tiap-tiap tegangan.
Beban
4.2 Hasil Pengujian Alat terhadap Beban
Pengujian Inverter Sinus DC to AC 500 Watt ini, akan diuji dengan variasi daya / beban yang berbeda. Adapun hasil pengujiannya dapat dilihat pada tabel dibawah ini.
Tabel 4.1 Tabel pengujian inverter terhadap beban
No Vin Beban Vout
1 13,8 V 35 W 230,2 V
2 13,8 V 100 W 230,6 V
3 13,5 V 135 W 230,7 V
4 13,2 V 200 W 228,1 V
5 13,1 V 270 W 221,7 V
6 12,8 V 305 W 219,5 V
7 12,5 V 400 W 215,2 V
8 12,5 V 435 W 215,4 V
9 12,4 V 470 W 210,1 V
Dari tabel diatas dapat disimpulkan bahwa hasil dari pengujian alat memanfaatkan module EGS002 menghasilkan nilai output yang stabil, sesuai dengan beban yang diberikan. Nilai tegangan input (Vin) bersumber dari baterai 12 VDC yang kemudian diberikan beban berkisar 100 Watt sampai dengan 470 Watt, dan dapat menghasilkan tegangan output (Vout) AC senilai 210 VAC sampai dengan 230 VAC
Berikut ada adalah grafik pengujian dari tabel pengujian Inverter Sinus DC to AC 500 Watt diatas :
Gambar 4.2 Grafik Pengujian Alat terhadap Beban
Dapat dilihat pada grafik diatas bahwa pengujian alat yang bersumber (Vin) dari baterai (aki) dengan memanfaatkan module EGS002, lalu diberikan variasi beban yang berbeda (35, 100, 135, 200, 270, 305, 400, 435, 470) Watt , menghasilkan nilai output (Vout) yang stabil.
13.8 13.8 13.5 13.2 13.1 12.8 12.5 12.5 12.4
Beban 35 100 135 200 270 305 400 435 470
Vout 230 230 230 228 221 219 215 215 210
35
100 135 200
270 305
400 435 470
230,2 230,6 230,7 228,1 221,7 219,5 215,2 215,4 210,1
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
Grafik Pengujian terhadap Beban
Beban Vout
4.3 Bentuk Gelombang Pengujian Inverter Sinus DC to AC 500 Watt
Bentuk gelombang yang keluar pada pre – amp EGS002 ini masih belum mulus dan kurang bagus saat ditampilkan pada osiloskop.
Gambar 4.3. Gambar hasil pada pre – amp EGS002
Bentuk gelombang yang keluar pada output EGS002 ini sudah mulai mulus dan sejajar saat ditampilkan pada osiloskop.
Gambar 4.4 Gambar hasil pada output EGS002
Bentuk gelombang yang keluar pada trafo output saat diumpankan daya ini sudah mulus dan memadai untuk gelombang sinus pada tampilan osiloskop.
Gambar 4.5 Gambar hasil pada trafo output
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari hasil perancangan alat hingga pengujian dan pembahasan sistem maka penulis dapat menarik kesimpulan, antara lain :
1. Telah berhasil perancangan Inverter Sinus DC to AC 500 Watt memanfaatkan Module EGS002 SPWM.
2. Berdasarkan pengujian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa hasil dari pengujian alat terhadap beban memanfaatkan module EGS002, menghasilkan nilai output yang stabil, sesuai dengan beban yang diberikan.
Nilai tegangan input (Vin) bersumber dari baterai 12 VDC yang kemudian diberikan beban berbeda (35, 100, 135, 200, 270, 305, 400, 435, 470) Watt, dan dapat menghasilkan tegangan output / Vout sebesar (210.1, 215.4, 215.2, 219.5, 221.7, 230.7, 230.6, 230.2) VAC
5.2 Saran
Setelah melakukan penelitian, diperoleh beberapa hal yang dapat dijadikan saran untuk dilakukan penelitian lebih lanjut yaitu :
1. Sebaiknya untuk perancangan selanjutnya dapat menggunakan pengembangan yang lebih canggih lagi.
2. Sebaiknya untuk perancangan selanjutnya dapat menggunakan jenis beban yang lebih besar .
3. Sebaiknya untuk inverter yang dirancang selanjutnya dapat memiliki daya yang tinggi sehingga dapat digunakan untuk industry.
DAFTAR PUSTAKA
Ansha, Charles Opanin. 2017. “EGS002 Sine Wave Inverter Circuit”,
https://manycircuits.blogspot.com/2017/05/simple-pure-sine-inverter- circuit.html, Diakses pada 20 Februari 2019 pukul 16.00
Doucet Jim, Eggleston. D, Shaw Jeremy,2007. DC/AC Pure Sine Wave Inverter.Journal worcester polytechnic institute.(in press).
Zuhal. 2004. Prinsip Dasar Elektroteknik. Jakarta : PT. Gramedia Pustaka Utama.
Kolla, J, Devakumar, V. S., and Babu, B. K., (2013): “A Comparison on Power Electronic Inverter Topologies, International Journal of Innovative Research and Development (IJIRD), Vol. 2, Issue 5.
Professor Stephen, J, Bitar, ECE. 2010. “PWM Techniques: A Pure Sine Wave Inverter”. Worcester Polytechnic Institute Major Qualifying Project.
EGCorp Micro. 2014. EG8010 Datasheets.
Rev. D. 2016. “Vishay Siliconic Power Mosfet”.
https://eandc.ru/pdf/import/irf840.pdf
Sanjay Dixit, Ambreesh Tripathi, Vikas Chola. 2013. 800VA Pure Sine Wave Inverter’s Reference Design. Texas Instruments.
Rashid, Muhammad, H. 1999. Elektronika Daya. Perpustakaan Nasional : Katalog Dalam Terbitan (KDT). Jilid 1. Edisi Bahasa Indonesia.
Rijono, Yon. 1997. Dasar Teknik Tenaga Listrik. Yogyakarta. Perpustakaan Nasional : Katalog Dalam Terbitan (KDT). Edisi 1.
EGCorp Micro. 2014. EGS002 Datasheets.
Ardiyanto, Rama .2018. Transformator Adalah – Pengertian, Fungsi, Jenis, Gambar, Prinsip Kerja. Diambil dari :
https://rumus.co.id/transformator/#!.(15 mei 2019)
Jalbrzykowski .S, and T. CITKO.2009. “A bidirectional DC-DC converter
For renewable energy systems”. Diambil dari:
https://www.researchgate.net/publication/255669720_A_bidirectional_DC- DC_converter_for_renewable_energy_systems. (21 Januari 2019)
Jung, Jee-Hoon.2012.” High efficiency bidirectional LLC resonant converter for 380V DC power distribution system using digital control scheme”.
Researchgate.net/publication /241627353 High efficiencbidirectional LLC resonant converter for 380V DC power distributin system using digital control scheme.Korea Selatan : Ulsan National Institute of Science and Technology.
Karshenas, Hamid R. ; Daneshpajooh, Hamid ; Safaee , Alireza ; Jain ,Praveen Jain and Bakhshai, Alireza. 2014.” Bidirectional DC-DC Converters for Energy Storage Systems”. Canada : Department of Elec. & Computer Eng., Queen’s University, Kingston
Lampiran
Gambar Percobaan Alat
Skema Rangkaian PCB
Gambar Papan PCB
Gambar Rangkaian Keseluruhan
