TUGAS AKHIR – RE 1599
UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY MENGGUNAKAN
DOUBLE SWITCH SEBAGAI PENYEARAH DAN PERBAIKAN
FAKTOR DAYA
FELDY MARTINUS CHANDRA NRP 2202100040
Dosen Pembimbing
Dr. Ir. Mochamad Ashari, M.Eng Prof.Ir. Soebagyo, MSEE. PhD. JURUSAN TEKNIK ELEKTRO Fakultas Teknologi Industri
TUGAS AKHIR – RE 1599
UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY MENGGUNAKAN DOUBLE SWITCH SEBAGAI PENYEARAH DAN PERBAIKAN FAKTOR DAYA
FELDY MARTINUS CHANDRA NRP 2202100127
Dosen Pembimbing
Dr. Ir. Mochamad Ashari, M.Eng Prof. Ir. Soebagyo, MSEE. PhD. JURUSAN TEKNIK ELEKTRO Fakultas Teknologi Industri
UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY MENGGUNAKAN DOUBLE SWITCH SEBAGAI PENYEARAH DAN
PERBAIKAN FAKTOR DAYA
TUGAS AKHIR
Diajukan Guna Memenuhi Sebagian Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Pada
Bidang Studi Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Menyetujui : Dosen Pembimbing I
Dr.Ir.Mochamad Ashari, M.Eng. NIP. 131 918 688
Dosen Pembimbing II
Prof.Ir. Soebagio, MSEE. PhD. NIP. 130 325 769
SURABAYA JULI, 2006
Feldy Martinus Chandra
"UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY MENGGUNAKAN DOUBLE SWITCH SEBAGAI
PENYEARAH DAN PERBAIKAN FAKTOR DAYA"
Dosen Pembimbing:
Dr.Ir.M.Ashari,M.Eng
Prof.Ir.Soebagio,MSEE.PhD
ABSTRAK
Sistem Uninterruptible Power Supply (UPS) merupakan peralatan yang banyak digunakan
untuk berbagai beban kritis termasuk komputer, dan alat medis untuk mengatasi gangguan yang
terjadi di jala-jala seperti voltage sag, voltage swell, dan outage. Efek samping dari penggunaan
UPS adalah timbulnya masalah polusi harmonisa dan faktor daya rendah. Dengan bertambahnya
penggunaan UPS, masalah polusi harmonisa pada jala-jala akibat penggunaan konverter di UPS
akan semakin serius.
Tugas akhir ini membahas topologi UPS yang menggunakan dua buah switch sebagai
penyearah dan sekaligus sebagai booster. Strategi kontrol dirancang untuk mengurangi harmonisa
pada UPS. Dari hasil simulasi didapatkan harmonisa arus input sebesar 4,06% dan faktor daya
sebesar 0,99 (mendekati unity). Pada UPS konvensional memiliki harmonisa arus input sebesar
89% dan faktor daya sebesar 0,71.
Feldy Martinus Chandra
"UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY USING DOUBLE SWITCH AS RECTIFIER AND
POWER FACTOR CORRECTION"
Mentor:
Dr.Ir.M.Ashari,M.Eng
Prof.Ir.Soebagio,MSEE.PhD
ABSTRACT
Uninterruptible Power Supply (UPS) Systems are being widely used for variety critical
loads including computer, and medical equipment to overcome disruptions in power utility such as
voltage sag, voltage swell, and outage. Side effect of using UPS systems is harmonics polution,
and low power factor. Because of tremendous increase in the use of UPS systems, harmonics
polution in power utility becomes more serious.
This final project discussed a UPS topology which used two switches as rectifier and
booster. Control strategy designed which could reduces harmonics in UPS. Simulation results show
input current harmonics are 4.06% and power factor 0.99 (close to unity). In conventional UPS
input current harmonics are 89% and power factor 0.71.
DAFTAR ISI
Halaman HALAMAN JUDUL i LEMBAR PENGESAHAN ii ABSTRAK iii KATA PENGANTAR iv DAFTAR ISI vDAFTAR GAMBAR vii
DAFTAR TABEL x BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang 1 1.2 Sasaran 1 1.3 Sistematika Pembahasan 2 1.4 Relevansi 3
BAB II Uninterruptible Power Supply
2.1 Jembatan penyearah Satu Fasa 5 2.1.1 Penyearah Dioda Satu Fasa 5 2.1.2 Penyearah Terkendali Satu Fasa 7 2.1.3 Parameter Penyearah 9 2.1.3.1 Faktor Daya 10 2.1.3.2 Harmonisa pada Penyearah 13
2.2 DC Chopper 16
2.2.1 Step-up chopper (Boost) 17 2.2.1.1 Prinsip Operasi Step-Up Chopper 18 2.2.2 Step-Down Chopper (Buck) 19 2.2.2.1 Prinsip Operasi Step-Down Chopper 20 2.3 Inverter Satu Fasa 21 2.3.1 Half bridge Inverter Satu Fasa 22 2.3.2 Kontrol Tegangan dari Inverter Satu Fasa 25 2.3.2.1 Single Pulse Width Modulation 26 2.3.2.2 Multiple Pulse Width Modulation 27 2.3.2.3 Sinusoidal Pulse Width Modulation 28 2.3.3 Filter Pasif L-C 30 2.3.4 Parameter Inverter 30
vi
BAB III UPS dengan Teknik Penyearah Tegangan dan Perbaikan Faktor Daya menggunakan Konverter AC-DC Double Switch
3.1 Konfigurasi Sistem 33 3.2 Prinsip Operasi 34 3.2.1 Mode Normal 34 3.2.2 Mode Baterai 41 3.3 Pemodelan Komponen Simulasi 44
BAB IV Hasil Simulasi dan Analisa
4.1 UPS Konvensional 47 4.1.1 Mode Normal 48 4.1.2 Mode Baterai 54 4.2 UPS On-line dengan Double Switch 57 4.2.1 Mode Normal 57 4.2.2 Mode Baterai 63 4.3 Perbandingan UPS Konvensional dan UPS On-line dengan Double Switch 66
BAB V Penutup
5.1 Kesimpulan 69
5.2 Saran 69
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1. Blok Diagram Off-Line UPS 3 Gambar 2.2. Blok Diagram Line-Interactive UPS 4 Gambar 2.3. Blok Diagram On-Line UPS 4 Gambar 2.4. Penyearah Dioda 1 Fasa 5 Gambar 2.5.a. Gelombang Tegangan dan Arus Sumber
Penyearah 6
Gambar 2.5.b Gelombang Tegangan dan Arus Output Penyearah 6 Gambar 2.6. Penyearah Terkendali 1 Fasa 7 Gambar 2.7.a. Gelombang Tegangan Sumber Penyearah
Terkendali 8
Gambar 2.7.b. Gelombang Tegangan Output Penyearah
Terkendali 8 Gambar 2.8. Fasor Arus 10
Gambar 2.9. Fasor Daya 11 Gambar 2.10. Diagram Fasor Daya 12 Gambar 2.11. Gelombang Tegangan dan Arus Terdistorsi 13 Gambar 2.12. Tegangan dan Arus Input dengan Harmonisa 14 Gambar 2.13. Topologi Konverter Boost AC-DC 15 Gambar 2.14. Topologi Kontrol 16 Gambar 2.15.a. Rangkaian Step-Up Chopper 17 Gambar 2.15.b. Bentuk Gelombang Arus Induktor 17 Gambar 2.15.c Kurva Tegangan Output Vs Duty Cycle 17 Gambar 2.16. Rangkaian Step-Up Chopper dengan Beban Ro 18 Gambar 2.17.a. Rangkaian saat Switch On (Step-Up) 18 Gambar 2.17.b. Rangkaian saat Switch Off (Step-Up) 18 Gambar 2.18. Rangkaian Step-Down Chopper 20 Gambar 2.19.a. Rangkaian saat Switch On (Step-Down) 20 Gambar 2.19.b. Rangkaian saat Switch Off (Step-Down) 20 Gambar 2.20.a. Rangkaian Inverter 24 Gambar 2.20.b. Arus Beban dengan Beban sangat Induktif 24 Gambar 2.20.c. Bentuk Gelombang Tegangan Output dengan
Beban Resistif 24
Gambar 2.21. Single PWM 27 Gambar 2.22. Multiple PWM 28 Gambar 2.23. Rangkaian Kontrol Multiple-PWM 28 Gambar 2.24. Sinusoidal PWM 29 Gambar 2.25. Rangkaian Kontrol Sinusoidal PWM 29
viii
Gambar 2.26. Filter Pasif L-C 30 Gambar 3.1. Blok Diagram UPS On-Line dengan Double
Switch
33 Gambar 3.2. RangkaianUPS menggunakan Double Switch 34 Gambar 3.3. Rangkaian pada Mode Normal 35 Gambar 3.4. Rangkaian pada Mode Normal positive half cycle 36 Gambar 3.5. Rangkaian pada mode normal negative half cycle 37 Gambar 3.6.a. Rangkaian Boosting Kapasitor pada Mode Normal
positive half cycle 37
Gambar 3.6.b. Rangkaian Boosting Kapasitor pada Mode Normal
negative half cycle 37
Gambar 3.7. Rangkaian Kontrol AC-DC 40 Gambar 3.8. Rangkaian Kontrol SPWM 41 Gambar 3.9. Rangkaian pada Mode Baterai 41 Gambar 3.10. Rangkaian pada Mode Baterai positive half cycle 42 Gambar 3.11. Rangkaian pada Mode Baterai negative half cycle 43 Gambar 3.12. Rangkaian Kontrol DC-DC 43 Gambar 4.1. Rangkaian UPS On-Line Konvensional 47 Gambar 4.2. Rangkaian UPS Konvensional Mode Normal 48 Gambar 4.3.a. Tegangan Output UPS Konvensional Mode
Normal
49 Gambar 4.3.b. Arus Output UPS Konvensional Mode Normal 49 Gambar 4.4. Rangkaian Kontrol Inverter UPS Konvensional 50 Gambar 4.5.a. Gelombang Arus dan Tegangan Sumber UPS
Konvensional
51 Gambar 4.5.b. Spektrum Arus Sumber UPS Konvensional 51 Gambar 4.6. Grafik Daya Output Vs Faktor Daya pada UPS
Konvensional Mode Normal 53 Gambar 4.7. Grafik Daya Output Vs Efisiensi UPS pada UPS
Konvensional Mode Normal 53 Gambar 4.8. Grafik Daya Output Vs THDi pada UPS
Konvensional Mode Normal 54 Gambar 4.9. Rangkaian UPS Konvensional Mode Baterai 54 Gambar 4.10.a. Tegangan Output UPS konvensional Mode
Baterai 55 Gambar 4.10.b Arus Output UPS Konvensional Mode Baterai 55
Gambar 4.11. Grafik Perubahan Beban Vs Efisiensi UPS
ix
Gambar 4.12. Rangkaian UPS On-Line Double Switch Mode
Normal 57
Gambar 4.13.a. Tegangan Output UPS Double Switch Mode
Normal 58 Gambar 4.13.b. Arus Output UPS Double Switch Mode Normal 58
Gambar 4.14.a. Gelombang Arus dan Tegangan Sumber UPS
Double Switch 59
Gambar 4.14.b. Spektrum Arus Sumber UPS Double Switch 59 Gambar 4.15. Grafik Daya Output Vs Faktor Daya pada UPS
Double Switch Mode Normal 61 Gambar 4.16. Grafik Daya Output Vs Efisiensi pada UPS
Double Switch Mode Normal 61 Gambar 4.17. Grafik Daya Output Vs THDi pada UPS Double
Switch Mode Normal 62 Gambar 4.18. Rangkaian UPS On-Line Double Switch Mode
Baterai 63
Gambar 4.19.a. Tegangan Output UPS Double Switch Mode
Baterai 64 Gambar 4.19.b. Arus Output UPS Double Switch Mode Baterai 64
Gambar 4.20. Grafik Perubahan Beban Vs Efisiensi UPS
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 4.1 Perubahan Beban UPS Konvensional Mode Normal 52 Tabel 4.2 Perubahan Beban UPS konvensional Mode Baterai 56 Tabel 4.3 Perubahan Beban UPS Double Switch Mode Normal 60 Tabel 4.4 Perubahan Beban UPS Double Switch Mode Baterai 65 Tabel 4.5 Tabel Perbandingan Unjuk Kerja UPS 66
