LAPORAN PRAKTIKUM
TEKNIK PENGGERAK 1
INVERTER
Disusun oleh
Reza Maliki Akbar
214341097
3 AEA
TEKNIK OTOMASI MANUFAKTUR DAN MEKATRONIKA
POLITEKNIK MANUFAKTUR NEGERI BANDUNG
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah memberikan
rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Laporan Praktikum
TPG 1.
Laporan ini merupakan realisasi dari hasil kegiatan perkuliahan berupa
praktikum di Laboratorium Teknik Penggerak dan Elektronika Daya yang penulis
lakukan untuk melaksanakan kewajiban sebagai Mahasiswa kepada dosen mata kuliah
TPG.
Dalam penulisan laporan ini penulis banyak mendapatkan pengalaman dan
ilmu. Berkat panduan, bimbingan, juga dorongan baik secara langsung dari berbagai
pihak secara langsung maupun tidak langsung dari berbagai pihak yang membantu
pengerjaan serta penyelasaian laporan ini. Maka melalui kesempatan yang sangat
berharga ini saya menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada
semua pihak yang telah membantu dalam pelaksanaan praktikum dan proses
penyelesaian laporan ini, terutama kepada:
1. Kedua orangtua, yang telah mendukung, baik dukungan moril dan materil,
2. Dr. Noval Liliansa, Dipl.Ing (FH)., M.T., selaku dosen mata kuliah Teknik
Penggerak,
3. Rekan-rekan kelas 3AEA.
Mohon maaf apabila dalam laporan ini masih terdapat banyak kekurangan. Penulis
masih banyak memiliki kekurangan dan kesalahan dalam penulisan ataupun
penyusunan laporan. Untuk itu, penulis mengharapkan saran dan kritik untuk lebih
menyempurnakan laporan ini dan menjadi bahan pertimbangan penulisan dan
penyusunan laporan yang selanjutnya.
Februari 2016
CATATAN MINGGUAN PRAKTIK
POLITEKNIK MANUFAKTUR NEGERI BANDUNG
CATATAN MINGGUAN PRAKTIK
AE
PROGRAM : Teknik Penggerak 1
MINGGU KE : 5
HARI/TGL KEGIATAN WAKTU
Senin, 7 Maret 2016 Baris, absensi, berdoa 06.55-07.05
Pengenalan PSpice 07.05-09.00
Istirahat 09.00-09.15
Melanjutkan pengenalan PSpice 09.15-11.40
Istirahat, shalat, pembelian komponen dan
makan
11.40-12.40
Instalasi PSpice
Mengerjakan Problem Set 1
12.40-15.00
Bersih – bersih, baris,absensi dan berdoa 15.00-15.20
Selasa,
8 Maret 2016
Baris, absensi,berdoa 06.55-07.05
Mengerjakan Problem Set 2-1 07.05-09.00
Istirahat 09.00-09.15
Mengerjakan Problem Set 2-1 09.15-11.40
Istirahat, shalat, dan makan 11.40-12.40
Mengerjakan Problem Set 2-1
Pembagian kelompok 12.40-15.00
Bersih – bersih, baris,absensi dan berdoa
LIBUR (Hari Raya Nyepi)
Kamis, 10 Maret 2016 Baris, absensi,berdoa 06.55-07.05
Mengerjakan Problem Set 2-4 07.05-09.00
Istirahat 09.00-09.15
Mengerjakan Problem Set 2-4 09.15-11.40
Istirahat, shalat, dan makan 11.40-12.40
Mengerjakan Problem Set 2-4
Membuat slide presentasi 12.40-15.00
Bersih – bersih dan Baris, absensi,berdoa 15.00-15.20
Jum’at, 11 Maret 2016 Baris, absensi,berdoa 06.55-07.05
Tes praktikum 07.05-09.00
Istirahat 09.00-09.15
Tes praktikum 09.15-10.50
Istirahat, jum’atan 10.50-13.20
Kemahasiswaan UKM 13.20-15.00
Baris, absensi,dan berdoa 15.00-15.20
Sabtu, 12 Maret 2016
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ... i
CATATAN MINGGUAN PRAKTIK ... ii
DAFTAR ISI ... iv
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.5 Sistematika Penulisan ... 3
BAB II LANDASAN TEORI ... 4
2.1 Inverter (Konverter DC ke AC) ... 4
2.2.3.1.2 Independent AC Sources... 9
2.2.3.2. Dependent Sources ... 9
2.2.3.3. Bentuk-bentuk independent sources... 10
2.2.3.3.1 Sinusoidal... 10
2.2.3.3.2 PWL (Piece-Wise Linear) ... 10
2.2.3.3.3 Pulse ... 11
2.2.3.3.4 Eksponensial ... 11
2.2.5 Metode Analisis ... 13
2.2.7.2 Kapasitor dan Induktor ... 13
BAB III LAPORAN PRAKTIKUM ... 14
3.1 Rangkaian Inverter Jembatan Satu Fasa dengan Beban Resistif ... 14
3.1.1 Tujuan ... 14
3.1.2 Program ... 15
3.1.3 Gambar Gelombang ... 16
3.1.4 Nilai Komponen Fourier dari Respon Transien ... 16
3.1.5 Analisa ... 16
3.2 Rangkaian Inverter Jembatan Satu Fasa dengan Beban Resistif Induktif ... 17
3.2.1 Tujuan ... 18
3.2.2 Program ... 18
3.2.3 Gambar Gelombang ... 19
3.2.4 Nilai Komponen Fourier dari Respon Transien ... 19
3.2.5 Analisa ... 20
3.3 Rangkaian Inverter Jembatan Tiga Fasa dengan Beban Resistif (Hubungan Y) ... 21
3.3.1 Tujuan ... 21
3.3.2 Program ... 22
3.3.3 Gambar Gelombang ... 23
3.3.4 Nilai Komponen Fourier dari Respon Transien ... 24
3.3.5 Analisa ... 26
3.4 Rangkaian Inverter Jembatan Tiga Fasa dengan Beban Resistif Induktif (Hubungan Y) ... 27
3.4.2 Program ... 28
3.4.3 Gambar Gelombang ... 29
3.4.4 Nilai Komponen Fourier dari Respon Transien ... 30
3.4.5 Analisa ... 32
3.5 Rangkaian Inverter Jembatan Tiga Fasa dengan Beban Resistif (Hubungan Δ) ... 33
3.5.1 Tujuan ... 33
3.5.2 Program ... 34
3.5.3 Gambar Gelombang ... 35
3.5.4 Nilai Komponen Fourier dari Respon Transien ... 36
3.5.5 Analisa ... 39
BAB IV PENUTUP ... 40
4.1. Kesimpulan ... 40
4.2. Saran ... 40
BAB I PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
Pengendalian daya elektrik dari sebuah sistem penggerak seperti motor listrik dibutuhkan oleh suatu industri agar mendapatkan tegangan yang bervariabel. Perkembangan teknologi yang selalu meningkat akan pula meningkatkan cara-cara untuk mendapatkan suatu pengendalian tesebut. Pengendalian daya sekarang ini dapat menggunakan komponen-komponen elektronika dengan tujuan untuk konversi energi listrik, penggunaan, maupun pemutusan energi listrik.
Pada zaman dahulu kala semua peralatan bergerak (contohnya adalah kereta listrik) masih menggunakan DC drives (motor listrik dengan sumber DC). Salah
satu kelemahan dari DC drive adalah pemakaian sikat arang dan cincin belah
(commutator) sebagai penghubung aliran arus dari terminal motor listrik ke koilnya.
Cincin belah (commutator) dan sikat arang pada motor DC berfungsi sebagai
pencacah arus searah (DC) agar koil motor menjadi kutub medan magnet yang berlawanan sehingga motor dapat berputar. Kedua piranti tersebut akan saling bergesekan pada saat motor berputar sehingga mengakibatkan sering ausnya sikat
arang (yang terbuat dari batangan karbon murni). Penggantian sikat arang (brush)
dari motor DC seolah-olah menjadi sebuah kebutuhan yang harus dilakukan dalam
jangka waktu tertentu. Berbeda halnya dengan motor AC (AC drive), peralatan
penggerak ini tidak menggunakan sikat arang karena sumber aliran listrik adalah bolak-balik (alternating current).
Ada kelemahan tentunya ada pula kelebihanya, meskipun DC drive merepotkan dari segi maintenance namun peralatan penggerak ini mudah dikendalikan kecepatanya dengan menggunakan sistem eksitasi tegangan pada belitan stator motor. Selain itu di dalam motor DC itu sendiri bisa dipasang DC coupling sebagai metode perlambatan (DC break) motor. Sedangkan untuk AC Drive tidak memiliki kelebihan-kelebihan tersebut, AC Drive cenderung
mengandalkan sistem on-off dan pengaturan kecepatan yang ada pun terbatas pada
jumlah kelipatan belitan motor yang tersedia. Untuk aplikasi penggerak kereta
listrik dan lift misalnya, tentunya pemakaian AC drive tidak memungkinkan.
1.2Rumusan Masalah
Berdasarkan dari uraian pada latar belakang dapat dirumuskan
permasalahan sebagai berikut:
1. Konsep dan cara kerja inverter atau konverter DC ke AC.
1.3Batasan Masalah
Berikut adalah batasan masalah yang akan dibahas pada laporan berikut:
1. Praktikum yang dilakukan berupa simulasi menggunakan program
OrCAD PSpice.
2. Analisis per rangkaian yang telah disimulasikan pada program OrCAD
PSpice.
1.4Tujuan
1.4.1 Tujuan Subjektif
Sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan program
praktikum Teknik Penggerak di Jurusan Teknik Otomasi Manufaktur dan
Mekatronika.
1.4.2 Tujuan Objektif
1. Mahasiswa dapat mengetahui dan menggunakan Program Pspice sebagai
simulasi dari rangkaian
2. Mahasiswa dapat menganalisa dan memahami gelombang yang dihasilkan
dari rangkaian
3. Mahasiswa dapat mengetahui fungsi dari setiap komponen elektonika pada
rangkaian
4. Mahasiswa dapat mengetahui converter yang dibuat dari rangkaian
Untuk memudahkan pembahasaan, laporan praktikum TPG 1 ini dibagi
menjadi beberapa bab sebagai berikut:
BAB I : PENDAHULUAN
Membahas latar belakang, rumusan masalah, batasan
masalah, tujuan dan sistematika penulisan.
BAB II : LANDASAN TEORI
Membahas landasan teori tentang inverter dan PSpice.
BAB III : LAPORAN PRAKTIKUM
Membahas langkah kerja praktikum, konsep & cara kerja
daripada inverter yang terdiri dari beberapa macam
rangkaian.
BAB VI : PENUTUP
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1Inverter (Konverter DC ke AC)
Inverter merupakan rangkaian elektronika daya yang berfungsi sebagai pengubah arus searah (DC) menjadi arus bolak-balik (AC) dengan menggunakan metode switching dengan frekuensi tertentu. Switching itu sendiri adalah proses
perpindahan antara kondisi on dan off ataupun sebaliknya. Pencacahan arus DC
dengan proses switching ini dimaksudkan agar terbentuk gelombang AC yang dapat diterima oleh peralatan/beban listrik AC.
Komponen utama yang digunakan dalam proses switching sebuah inverter
haruslah sangat cepat, sehingga tidak memungkinkan bila digunakan saklar on-off,
relay, kontaktor dan sejenisnya. Akhirnya dipilihlah peralatan-peralatan semi-konduktor yang mampu berfungsi sebagai saklar/pencacah tegangan, selain itu juga mampu melakukan proses switching dalam tempo yang sangat cepat. Contoh semi-konduktor tersebut transistor, UJT, IGBT, dan sejenisnya. Pemilihan komponen
yang akan digunakan di dalam pembuatan inverter harus memperhatikan dan
membandingkan antara kemampuan komponen dengan nilai nominal tegangan dan arus yang akan diberikan.
Proses pengaturan switching komponen semi-konduktor dapat dilakukan
dengan menggunakan timer digital atau pulse generator, dapat juga dengan
menggunakan mikrocip mikrokontroller untuk aplikasi sistem inverter yang lebih
terprogram.
2.1.1 Macam-macam Inverter
1. Berdasarkan jumlah fasa output
a. Inverter satu fasa, rangkaian dasar inverter satu fasa hanya terdiri
dari fasa tunggal yang terhubung ke satu terminal beban.
b. Inverter tiga fasa, rangkaian dasar inverter tiga fasa terdiri dari tiga
fasa-tunggal, dimana masing-masingnya terhubung ke tiga terminal beban.
2. Berdasarkan cara pengaturan tegangan
a. Voltage Fed Inverter (VFI), tegangan input yang diatur konstan.
b. Current Fed Inverter (CFI), arus input yang diatur konstan.
c. Variable DC linked inverter, tegangan input yang dapat diatur.
3. Berdasarkan gelombang output
a. Sine wave inverter, yaitu inverter yang memiliki tegangan output
dengan bentuk gelombang sinus murni. Inverter jenis ini dapat
memberikan supply tegangan ke beban (induktor) atau motr listrik
dengan efisiensi daya yang baik.
b. Sine wave modified 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 men-supply beban
inductor atau motor listrik.
c. Square wave inverter, yaitu inverter dengan output berbentuk
gelombang kotak, inverter jenis ini tidak dapat digunakan untuk
men-supply tegangan ke beban induktif atau motor listrik.
2.1.2 Aplikasi Inverter
Aplikasi daripada inverter selain sering digunakan di industri-industri, di
kehidupan sehari-hari pun banyak digunakan, beberapa contohnya yaitu: 1. Uninterruptible Power Suplly (UPS)
2. Transmisi daya HVDC (High Voltage Driver Current) dan Power Grid
Gambar 2.3 Power Grid
3. Senjata electroshock atau taser
Gambar 2.4 Senjata electroshock
4. Sebagai sumber catu daya
Gambar 2.5 Sumber catu daya DC ke AC
5. VFD (Variable-Frequency Drive) untuk motor AC
2.2OrCAD PSpice
Berkembangnya berbagai macam IC (Integrated Circuit) menuntut suatu
metode untuk menguji dan mencoba rancangan rangkaian. SPICE (Simulation
Program with Integrated Circuit Emphasis) adalah program yang mampu
melakukan simulasi rangkaian elektronika pada komputer.
PSpice (singkatan dari Personal Simulation Program with Integrated
Circuit Emphasis) adalah perangkat lunak simulasi untuk proses perancangan
rangkaian elektronika analog dan logika digital yang dibuat oleh perusahaan
MicroSim. Perusahaan ini kemudian dibeli oleh perusahaan OrCAD, yang
selanjutnya dibeli oleh perusahaan Cadence Design Systems. PSpice versi pertama
yang dipakai di UC Berkeley pada tahun 1984 dan seterusnya pada komputer
pribadi IBM.
Bentuk gelombang tegangan dan arus yang dihasilkan dari rangkaian dapat
terlihat. Analisa bisa dilakukan dengan menambah atau mengurangi nilai dari
komponen elektronika yang digunakan. Program ini dapat melakukan analisa AC
maupun DC.
2.2.1 Nodes
Arus akan mengalir dengan adanya beban, sumber, dan salah satunya adalah
penghantar (nodes). Elemen elektronika dihubungkan dengan node. Semua node
perlu dihubungkan dengan groundnode. Node“0” biasa digunakan sebagai ground.
2.2.2 Satuan dan Skala
Adapun satuan dan skala yang terbaca oleh PSpice adalah sebagai berikut :
Satuan Skala
T E+12 1,000,000,000,000 Tera
G E+09 1,000,000,000 Giga
MEG E+06 1,000,000 Mega
K E+03 1,000 Kilo
M E-03 0.001 Milli
U E-06 0.000001 Micro
N E-09 0.000000001 Nano
P E-12 0.000000000001 Pico
F E-15 0.000000000000001 Femto
Kode Satuan
V Volt
A Ampere
H Henry
OHM Ohm
H Henry
F Farad
Terdapat dua jenis sumber yaitu sumber Independent Sources dan Dependent
Sources.
2.2.3.1. Independent Sources
2.2.3.1.1 Independent DC Sources
Voltage source: Vname N+ N- <DC=> DCValue
Current source: Iname N+ N- <DC=> DCValue
N+ terminal positif
N– terminal negatif
DCValue nilai DC
2.2.3.1.2 Independent AC Sources
Voltage source: Vname N+ N- AC ACValue, Phase
Current source: Iname N+ N- AC ACValue, Phase
N+ terminal positif
N– terminal negative
ACValue nilai AC
ACPhase fasa (derajat)
2.2.3.2. Dependent Sources
Beberapa contoh dependent source adalah:
1. Polynomial
2. VCVS
3. CCCS
4. VCCS
5. CCVS
Voltage controlled voltage source: Ename N+ N- NC1 NC2 Value
Voltage controlled current source: Gname N+ N- NC1 NC2 Value
Current controlled voltage source: Hname N+ N Vcontrol Value
Current controlled current source: Fname N+ N- Vcontrol Value
NC1 and NC2 terminal positif dan negative dari terkontrol tegangan
Vcontrol is nilai 0 dari sumber volt untuk mengukur terkontrol arus
2.2.3.3. Bentuk-bentuk independent sources
2.2.3.3.1 Sinusoidal
Gambar 2.7 Sinusoidal Independet Sources
Vname N+ N- SIN(VO VA freq <TD> <A> <PHASE>)
Vname
VO Volt offset
VA amplitudo dalam volt
freq frekuensi dalam hertz
TD waktu delay dalam secon
A damping per secon
Phase fasa dalam derajat
(If TD, a and PHASE tidak ada maka dianggap 0)
2.2.3.3.2 PWL (Piece-Wise Linear)
Vname N+ N- PWL(T1 V1 T2 V2 T3 V3 ... Tn Vn)
(Ti Vi) menunjukkan nilai volt Vi pada waktu Ti
2.2.3.3.3 Pulse
Gambar 2.9 Pulse Independet Sources
Vname N+ N- PULSE(Vo V1 Td Tr Tf Tw To)
Vo - initial voltage
V1 - peak voltage
Td - initial delay time
Tr - rise time
Tf - fall time
Tw - pulse-width
To - periode
2.2.3.3.4 Eksponensial
Vname N+ N- EXP(V1 V2 TD1 TAU1 TD2 TAU2 )
V1 - initial voltage
V2 - peak voltage
TD1 – Rise delay time
TAU1 Rise time constant
TD2 Fall delay time
TAU2 Fall time constant
2.2.4 Semiconductor Devices
2.2.4.1 Diode
Dname N+ N- MODName
MODEL MODName D (IS= N= Rs= CJO= Tt= BV= IBV=)
N+ anoda
N- katoda
MODName penamaan dari model dioda
IS – arus saturasi (=1E-14A),
N – koefisien emisi (=1),
RS – seri dari resistor (=0
ohm),
CJO–junction capacitance, (=0F),
TT – waktu transit (=0sec),
BV - reverse bias breakdown voltage, (=infinite) and
2.2.5.1 .TRAN Statement
.TRAN TSTEP TSTOP <TSTART <TMAX>> <UIC>
TSTEP` printing increment (waktu perhitungan per dertik )
TSTOP waktu akhir
TSTART waktu awal the starting time
TMAX maksimum ukuran step
UIC Use Initial Condition ( bila ada kondisi tambahan)
2.2.6 Output Statement
2.2.6.1 .PRINT and .PLOT
.PRINT TYPE OV1 OV2 OV3...
.PLOT TYPE OV1 OV2 OV3...
OV1, OV2 Tegangan (V) atau arus (I) node dengan ground
2.2.6.2 .PROBE
Untuk menghasilkan keluaran secara grafik
2.2.6.3 .FOUR
Untuk penghitungan fourier sebuah rangkaian
2.2.7 Elemen Rangkaian
2.2.7.1 Resistor
Rname N+ N- Value
N+terminal positif,
N– terminal negatif,
Value nilai resistor
2.2.7.2 Kapasitor dan Induktor
Cname N+ N- Value <IC=Initial Condition>
Lname N+ N- Value <IC=Initial Condition>
BAB III
LAPORAN PRAKTIKUM
3.1Rangkaian Inverter Jembatan Satu Fasa dengan Beban Resistif
Inverter bridge satu fasa dengan tegangan input DC 100 V. Dijalankan dengan 50% duty cycle setiap pasang switch. Gunakan voltage-control switch untuk menjalankan kedua pasang switch. Beban adalah hambatan murni dengan besar R=2,5ohm.
Gunakan Pspice untuk :
a. Plot Vo and arus beban Io.
b. Hitung koefisien Fourier dari tegangan output.
3.1.1 Tujuan
1. Mahasiswa dapat menjelaskan prinsip kerja rangkaian inverter
bridge satu fasa.
2. Mahasiswa dapat menganalisa perbedaan rangkaian dengan beban
*problem set2-4-1
*one phase bridge inverter with resistive loads *pemodelan Dioda
.MODEL DMOD D(IS=2.22E-15 BV=1200 IBV=13E-3 CJO=2PF TT=1US) *pemodelan switch
.MODEL SMOD VSWITCH (RON=0.01 ROFF=10E+6 VON=10V VOFF=5V)
VS 1 0 DC 100V
.TRAN 10US 100MS
.PLOT TRAN V(3,6) I(VXA) .FOUR5KHZ V(3,6)
3.1.3 Gambar Gelombang
3.1.4 Nilai Komponen Fourier dari Respon Transien
3.1.5 Analisa
Pada rangkaian diatas, kontak S1 aktif bersamaan dengan kontak S2,
sedangkan kontak S3 aktif bersamaan dengan kontak S4. Aktifnya kontak S1 dan
S2 diatur oleh Vg2 yang terhubung seri dengan beban Rg1 sedangkan kontak S3
dan S4 diatur oleh Vg2 yang terhubung seri dengan beban Rg2 dimana delay diatur
agar Vg1 dan Vg2 memberi pulsa dengan perbedaan waktu waktu 0.5ms diantara
Vg1 dan Vg2. Adapun dioda berfungsi sebagai rangkaian snubbers untuk
mengurangi power losses. Dari grafik, dapat kita lihat dimana bentuk gelombang
arus sama dengan bentuk gelombang tegangan. Hal ini dikarenakan persamaan:
tegangan.
Nilai komponen DC pada analisa Fourier nilainya 0 karena luas daerah
positif dan negatif sama. Bentuk gelombang arus yang dihasilkan jauh dari
gelombang sinus sehingga nilai THD mencapai 200%.
3.2Rangkaian Inverter Jembatan Satu Fasa dengan Beban Resistif Induktif
Inverter bridge satu fasa dengan tegangan input DC 100 V. Dijalankan dengan 50% duty cycle setiap pasang switch. Gunakan voltage-control switch untuk menjalankan kedua pasang switch. Beban adalah hambatan dengan besar R=2,5ohm dan induktansi sebesar 10mH. Gunakan Pspice untuk :
a. Plot Vo and arus beban Io.
b. Hitung koefisien Fourier dari tegangan output.
3.2.1 Tujuan
1. Mahasiswa dapat menjelaskan prinsip kerja rangkaian inverter
jembatan satu fasa.
2. Mahasiswa dapat menganalisa perbedaan rangkaian dengan beban
resistor-induktor.
3.2.2 Program
*problem set2-4-2
*one phase bridge inverter with resistive-inductive loads *pemodelan Dioda
.MODEL DMOD D(IS=2.22E-15 BV=1200 IBV=13E-3 CJO=2PF TT=1US)
*pemodelan switch
.MODEL SMOD VSWITCH (RON=0.01 ROFF=10E+6 VON=10V VOFF=5V)
VS 1 0 DC 100V
.TRAN 10US 100MS
.PLOT TRAN V(3,6) I(VX) I(VY) .FOUR 5KHZ V(3,6) I(VX) .PROBE
Percobaan menggunakan induktor 10mH
Percobaan menggunakan induktor 1mH
3.2.4 Nilai Komponen Fourier dari Respon Transien
Nilai Komponen Foruier dengan induktor 1mH
3.2.5 Analisa
Prinsip kerja rangkaian ini sama dengan percobaan pertama hanya saja ditambahkan beban induktor. Dengan bertambahnya beban induktor respon arus berubah.
𝑉𝑙(𝑡) = 𝐿 .𝑑𝑡𝑑𝑖
Persamaan diatas menunjukkan perubahan arus dipengaruhi oleh perubahan waktu dan besarnya beban induktor. Semakin besar nilai induktansi maka perubahan semakin kecil, sebaliknya semakin kecil nilai induktansi maka perubahan semakin besar. Terbukti dengan perbandingan menggunakan dua nilai induktor yang berbeda. Pada gambar perubahan arus 1mH lebih curam dibandingkan dengan 10mH yang lebih landau. Semakin curam perubahan arus semakin cepat laju perubahan arus, sedangkan semakin landau perubahan arus semakin lambat laju perubahan arus.
Perbandingan lainnya dapat ditemukan di nilai komponen Fourier, juga di nilai Total Harmonic Distortion. Semakin besar induktor semakin kecil nilai THD, bentuk gelombang hamper menyerupai sinus. Fungsi diode pada rangkaian di atas
berfungsi untuk snubber yaitu untuk meminimalisir rugi-rugi daya pada saat saklar
(Hubungan Y)
Sebuah rangkaian inverter 3 fasa . Tegangan input DC 100 V. Gunakan voltage-control switch untuk menjalankan ke 6 switch. Switch aktif sesuai dengan diagram diatas. Beban adalah hambatan murni dengan R = 10 ohm dihubungkan secara Y. Gunakan Pspice untuk :
a. Plot Vo, output phase voltage Vp, dan Io.
b. Hitung koefisien Fourier Vp, dan Ip.
3.3.1 Tujuan
1. Mahasiswa dapat menjelaskan prinsip kerja rangkaian inverter
jembatan tiga fasa
2. Mahasiswa dapat menganalisa bentuk output gelombang yang
dihasilkan
3. Mahasiswa dapat mengetahui pengaruh R pada inverter jembatan
tiga fasa konfigurasi Y
3.3.2 Program
*problem set2-4-3
*three phase bridge inverter with resistive loads Y connection *pemodelan Dioda
.MODEL DMOD D(IS=2.2E-15 BV=1200V IBV=13E-3 CJO=2PF TT=1US)
*pemodelan switch
.MODEL SMOD VSWITCH(ron=0.01 roff=10e+6 von=10v voff=5v)
*plot Vo dan Io
.PLOT TRAN V(20,21) V(4,21) V(5,21) *hitung koef fourier dari Vo
.FOUR 5KHZ V(20,21) V(4,21) V(5,21) I(Ra) I(Rb) I(Rc) .PROBE
.END
3.3.3 Gambar Gelombang
Gelombang Va, Vb, Vc
Gelombang Vg1-Vg6
3.3.4 Nilai Komponen Fourier dari Respon Transien Node Ra (20,21)
3.3.5 Analisa
Timing Pensakelaran
Arus yang mengalir pada resistor-resistor yang terhubung Y
Prinsip kerja rangkaian jembatan inverter tiga fasa yaitu menggunakan duty
cycle pulsa, terdapat enam voltage-controlled switch yang diaktifkan oleh
masing-masing pulsa, dimana duty cycle pulsanya 50%. Setiap 1
6 periode terdapat tiga saklar
yang aktif. Pada periode pengulangan ganjil 1
6, 3 6 ,
5
6 terdapat dua sakelar aktif yang
mengalirkan tegangan sumber ke beban dan satu sakelar yang mengalirkan arus ke ground. Sedangkan pada periode pengulangan genap 2
6, 4 6 ,
6
6 terdapat satu sakelar
aktif yang mengalirkan tegangan sumber ke beban dan dua switch yang
mengalirkan arus ke ground.
Sakelar S1 S1 S1 S2 S3 S4
Sakelar S5 S2 S2 S3 S4 S5
Sakelar S6 S6 S3 S4 S5 S6
dapat dilihat polanya. Bahwa, terdapat dua hambatan yang paralel dan satu hambatan yang seri. Nilai arus yang dihasilkan adalah 6,667A, dimana nilai tersebut didapatkan dari pembagian tegangan sumber dengan hambatan ekivalen.
Bentuk gelombang tegangan dan arus pada setiap beban pun sama namum
terdapat perbedaan fasa untuk setiap beban, dikarenakan voltage-controlled switch
yang bekerja secara bergantian dan mengatur arus yang dialirkan.
Nilai komponen DC yang didapat dari analisis Fourier -0,016 dapat diartikan tidak memiliki komponen DC dikarenakan nilainya yang kecil.
3.4Rangkaian Inverter Jembatan Tiga Fasa dengan Beban Resistif Induktif (Hubungan Y)
Sebuah rangkaian inverter 3 fasa . Tegangan input DC 100 V. Gunakan voltage-control switch untuk menjalankan ke 6 switch. Switch aktif sesuai dengan diagram diatas. Beban adalah hambatan dengan R = 10 ohm dan Induktor dengan L = 5mH dan dihubungkan secara Y. Gunakan Pspice untuk :
a. Plot Vo, output phase voltage Vp, dan Io.
b. Hitung koefisien Fourier Vp, dan Ip.
3.4.1 Tujuan
1. Mahasiswa dapat menjelaskan prinsip kerja rangkaian inverter
jembatan tiga fasa
2. Mahasiswa dapat menganalisa bentuk output gelombang yang
dihasilkan
3. Mahasiswa dapat mengetahui pengaruh R dan L pada inverter
jembatan tiga fasa konfigurasi Y
3.4.2 Program
*problem set2-4-4
*three phase bridge inverter with resistive-inductive loads Y connection *pemodelan Dioda
.MODEL DMOD D(IS=2.22E-15 BV=1200 IBV=13E-3 CJO=2PF TT=1US)
*pemodelan switch
.MODEL SMOD VSWITCH (RON=0.01 ROFF=10E+6 VON=10V VOFF=5V)
R1 22 0 50MEGOHM R2 16 0 50MEGOHM R3 8 0 50MEGOHM R4 12 0 50MEGOHM R5 10 0 50MEGOHM R6 14 0 50MEGOHM
RA 20 17 10OHM RB 4 18 10OHM RC 5 19 10OHM
LA 17 21 5MH LB 18 21 5MH LC 19 21 5MH .TRAN 10US 10MS
.FOUR 1KHZ V(4,21) V(5,21) V(20,21) I(RA)I(RB)I(RC) .PROBE
.END
3.4.3 Gambar Gelombang
Node Ra(20,21)
Node Rc(5,21)
3.4.4 Nilai Komponen Fourier dari Respon Transien
Node Rc(5,21)
3.4.5 Analisa
Rangkaian di atas mirip dengan nomor tiga. Prinsip kerjanya pun sama hanya saja terdapat perbedaan pada beban dimana ditambahkan beban induktor
5mH yang dipasang seri dengan masing-masing beban resistor 10Ω. Adanya
induktor mempengaruhi pada bentuk gelombang keluaran arus. Hal ini disebabkan pengaruh induktor, dimana perubahan arus dipengaruhi oleh perubahan waktu dan besarnya beban induktor. Semakin besar nilai induktansi maka perubahan semakin kecil, sebaliknya semakin kecil nilai induktansi maka perubahan semakin besar.
Sehingga perubahan arus tidak dapat berlangsung cepat seperti dengan hanya menggunakan beban resistor. Arus keluaran juga lebih rendah dibadinngkan dengan nomor tiga.
(Hubungan Δ)
Sebuah rangkaian inverter 3 fasa . Tegangan input DC 100 V. Gunakan voltage-control switch untuk menjalankan ke 6 switch. Switch aktif sesuai dengan diagram diatas. Beban adalah hambatan dengan R = 10 ohm dan dihubungkan secara Delta. Gunakan Pspice untuk :
a. Plot Vo dan Io.
b. Hitung koefisien Fourier Vo, dan Io.
3.5.1 Tujuan
a. Mahasiswa dapat menjelaskan prinsip kerja rangkaian inverter
jembatan tiga fasa
b. Mahasiswa dapat menganalisa bentuk output gelombang yang
dihasilkan
c. Mahasiswa dapat mengetahui pengaruh R pada inverter jembatan
d.
3.5.2 Program
*problem set2-4-5
*three phase bridge inverter with resistive loads Δ connection
*pemodelan Dioda
.MODEL DMOD D(IS=2.22E-15 BV=1200 IBV=13E-3 CJO=2PF TT=1US)
*pemodelan switch
.MODEL SMOD VSWITCH (RON=0.01 ROFF=10E+6 VON=10V VOFF=5V)
VG2 16 0 PULSE(0V 40V 0.167MS 1NS 1NS 0.5MS 1MS) VG3 8 0 PULSE(0V 40V 0.33MS 1NS 1NS 0.5MS 1MS) VG4 12 0 PULSE(0V 40V 0.5MS 1NS 1NS 0.5MS 1MS) VG5 10 0 PULSE(40V 0V 0.167MS 1NS 1NS 0.5MS 1MS) VG6 14 0 PULSE(40V 0V 0.33MS 1NS 1NS 0.5MS 1MS)
RB 20 5 30OHM RC 4 20 30OHM
.TRAN 10US 10MS
.FOUR 1KHZ V(20,5) V(4,5) V(20,4) I(RA) I(RB) I(RC) .PROBE
.END
3.5.3 Gambar Gelombang Node Ra(4,5)
Node Rb(20,5)
3.5.4 Nilai Komponen Fourier dari Respon Transien
Pada sebelum-sebelumnya rangkaian inverter tiga fasa dengan beban resistif saja menggunakan konfigurasi hubungan Y (wye/star), kali ini konfigurasinya
menggunakan hubungan Δ.
Sesuai peraturan perubahan konfigurasi dari Y ke Δ, hambatan yang
semula 10Ω menjadi 30Ω sehingga amplitude arus keluaran lebih kecil
dibandingkan dengan arus keluaran konfigurasi hubungan Y.
BAB IV PENUTUP
4.1. Kesimpulan
1. PSpice adalah software simulator elektronika baik itu analog dan atau
digital di PC, digunakan untuk menganalisis dan mengidentifikais rangkaian elektronika.
2. Inverter adalah rangkaian yang berfungsi untuk mengubah tegangan DC ke AC.
3. Keluaran daripada inverter adalah modified square wave atau lebih ke
bentuk stepped square wave dimana bentuk gelombang tersebut menyerupai
gelombang sinus meskipun tidak murni.
4. Pada analisis Fourier terdapat nilai DC akan tetapi, sangat kecil sehingga
dapat diabaikan.
5. Pada inverter dengan beban resistif-induktif, nilai induktansi sangat
mempengaruhi laju arus daripada beban resistif saja. Sehingga gelombang arus lebih lambat apabila nilai induktansi semakin besar.
6. Pada inverter tiga fasa terdapat dua konfigurasi yaitu Y dan Δ.
Perbedaannya ada pada amplitudo arus dimana konfigurasi Y amplitudonya
lebih besar dikarenakan beban konfigurasi Δ lebih besar.
7. Dioda pada rangkaian inverter berfungsi sebagai snubbers untuk
meminimalisir power losses pada saat switching.
4.2. Saran
1. Perlu banyak latihan dan membaca literature-literatur referensi terkait
Ali, Muhamad, Materi Elektronika Daya – Bab VII Inverter [pdf]
(https://muhal.files.wordpress.com/2010/03/materi-elektronika-daya-inverter.pdf diakses pada tanggal 9 Februari 2016)
Anonim, 2016, Handout PSpice, Politeknik Manufaktur Negeri Bandung, Bandung.
Elektronika Dasar, “Inverter DC ke AC”, Elektronika Dasar,
http://elektronika-dasar.web.id/inverter-dc-ke-ac/ (diakses 12 Maret 2016)
Djukarna, “Transformasi Rangkaian Delta ke Star dan Sebaliknya”, Djukarna,
https://djukarna.wordpress.com/2013/10/10/transformasi-rangkaian-delta-ke-star-dan-sebaliknya/ (diakses 12 Maret 2016)
Kris, “Latar Belakang Inverter”, Kris Aja, http://kr1s-aja.blogspot.co.id/2012/01/latar-belakang-inverter.html (diakses 12 Maret 2016)
Politeknik Manufaktur Negeri Bandung, Teknik Penggerak 1, Bandung. 2004.
Rashid, M. H. Power Electronics Handbook: Devices, Circuits, and Applications
3rd Edition. Burlington : Elsevier. 2011.
Wikipedia, “PSpice”, Wikipedia Bahasa Indonesia, https://id.wikipedia.org/wiki/PSpice/
(diakses 12 Maret 2016)
Wikipedia, “Power Inverter”, Wikipedia Bahasa Inggris,