PERANCANGAN INVERTER GELOMBANG SINUS BERBASIS MIKROKONTROLLER AT MEGA 8 SKRIPSI SRI JULIYANTI JM

(1)

PERANCANGAN INVERTER GELOMBANG SINUS BERBASIS MIKROKONTROLLER AT MEGA 8

SKRIPSI

SRI JULIYANTI JM 110801033

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

2017

(2)

PERANCANGAN INVERTER GELOMBANG SINUS BERBASIS MIKROKONTROLLER AT MEGA 8

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat untuk mencapai gelar sarjana sains

SRI JULIYANTI JM 110801033

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2017

(3)

PERSETUJUAN

Judul : Perancangan inverter gelombang sinus BerbasisMikrokontrolerATMega8 Kategori : Skripsi

Nama : Sri Juliyanti JM Nomor Induk Mahasiswa: 110801033 Program Studi : Sarjana (S1) Fisika Departemen : Fisika

Fakultas : Matematika Dan Ilmu PengetahuanAlam Universitas Sumatera Utara

Disetujui di Medan, Oktober2016

Komisi Pembimbing:

Pembimbing 2, Pembimbing 1,

(Drs.Kurnia Brahmana, M.Si) (Takdir Tamba, M.Eng.Sc)

NIP.196009301986011001 NIP.197211152000121001

Disetujui Oleh

Departemen Fisika FMIPA USU Ketua,

(Dr. Marhaposan Situmorang) NIP.195510301980031003

(4)

PERNYATAAN

PERANCANGAN INVERTER GELOMBANG SINUS BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA8

SKRIPSI

Saya mengaku bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing - masing disebutkan sumbernya.

Medan,Oktober2016

SRI JULIYANTI JM 110801033

(5)

PENGHARGAAN

Alhamdulillah, puji syukur kehadirat Allah SWT, karena rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penyusunan skripsi untuk memperoleh gelar sarjana,dengan judul Perancangan Inverter Gelombang Sinus Berbasis Mikrokontroler ATMega8. Penulis menyadari bahwa tanpa bantuan, bimbingan dan arahan dari berbagai pihak dari masa perkuliahan hingga penyusunan skripsi, sangat sulit bagi penulis untuk menyelesaikan skripsi ini.

Oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Ibu dan Ayah tercinta yang telah melimpahkan segenap jiwa raganya, yang tanpa bosan terus berdo’a dan berupaya sekuat mungkin untuk membiayai pendidikan penulis serta kasih sayangnya yang tak tergantikan.

2. Drs.Takdir Tamba,M.eng.Scselaku pembimbing I yangtelah banyak meluangkan waktu dengan ikhlas dan sabar membimbing penulis.

3. Drs. Kurnia Brahmana, M.Siselaku pembimbing II yang telah banyak meluangkan waktu, pikiran, tenaga, dan saran – saran untuk membimbing penulis menyelesaikan skripsi ini

4. Dr. Marhaposan Situmorang, selakuKetua Jurusan Fisika FMIPA USU.

5. Drs. Syahrul Humaidi, M.Scselaku Sekretaris JurusanFisika FMIPA USU.

6. Dekan dan Pembantu Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.

7. Seluruh Staf dan Dosen Fisika FMIPA USU serta para pegawai administrasi.

8. Kakakku tersayang (Nuraini, S.pd.I) dan suami yang tiada lelah memberikan masukan, motivasi dan bantuan materi meskipun berada jauh terpisah dari penulis.

9. Rekan-rekan stambuk 2011 dan teman-teman seperjuanganku Indah Utari, Fakhrunniza dan wulan tari s. Lubis atas semangat dan dukungan moril yang tak terlupakan

10. Adik-adik stambuk 2012/2013/2014

(6)

Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih jauh dari sempurna karena keterbatasan pengetahuan dan ilmu yang dimiliki penulis. Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran-saran dari pembaca guna penyempurnaan skripsi ini.

Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi pembaca dan khususnya bagi penulis sendiri.

Medan, Oktober2016 Penulis,

(Sri Juliyanti jm) 110801033

(7)

ABSTRAK

Pada penelitian inverter gelombang sinus berbasis mikrokontroller Atmega 8 ini menggunakan baterai untuk menghasilkan arus DC sebagai sumber tegangan untuk membangkitkan gelombang SPWM pada mikrrokontroller dengan cara mengirim data tabel sinus dengan pengaturan waktu delay sesuai dengan frekuensi yang diinginkan kemudian akan diteruskan pada rangkaian H-bridge untuk diubah menjadi arus AC,setelah itu gelombang sinus akan difilter dengan filter pasif untuk menghasilkan gelombang sinus yang baik. Selanjutnya akan melewati transformator sebagai penguat daya terakhir,Sehingga akan terbentuk inverter gelombang sinus 205 watt dengan efisiensi sebesar 78,68%

Kata kunci : inverter,sinus,SPWM,ATMega8.

(8)

ABSTRACT

Has done research on the sine wave inverter-based microcontroller Atmega 8 uses a battery to generate DC current as a voltage source to generate a wave of SPWM on mikrrokontroller with how to send data sine table by setting the delay time in accordance with the desired frequency will then be forwarded to the circuit H- bridge to be changed to AC current, after which the sine wave is filtered by passive filter to produce sine wave good. Furthermore, we will pass through the transformer as the power amplifier last, so will form a sine wave inverter 205 watts at an efficiency of 78,68 %

Keywords: inverter,sine wave,SPWM,ATMega8.

(9)

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 Perumusan 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 Inverter ... 5

2.1.1 Definisi inverter ... 5

2.2 Klasifikasi inverter ... 5

2.3 Gelombang sinus ... 8

2.4 Mikrokontroller ... 8

2.4.1. Definisi mikrokontroller ... 8

2.4.2. Mikrokontroller ATMega 8 ... 9

2.4.3. Teknik PWM pada mikrokontroller ATMega 8 ... 10

2.4.3.1. Definisi PWM ... 10

2.4.3.2. Prinsip dasar PWM ... 11

2.4.3.3. PWM mode phase correct ... 13

2.5 Konversi AC ke DC ... 17

2.5.1 Rangkaian H-bridge ... 18

2.6 Filter ... 19

2.6.1 Filter pasif ... 19

2.6.2 Respon low pass filter terhadap pulsa ... 22

2.7. Amplifier ... 24

2.8. Transformator ... 24

Bab 3. Metodologi Penelitian

(10)

3.2 Spesifikasi dan Perancangan PerangkatKeras ... 27

3.2.1 Sumber tegangan ... 27

3.2.2 Rangkaian mikrokontroller sebagai pembangkit gelombang. . 27

3.2.3 Rangkaian Konversi AC-ke DC ... 28

3.2.4 Rangkaian Filter ... 29

3.2.6 Rangkaian Transformator ... 30

3.3. Perancangan perangkat lunak ... 31

3.3.1 Proses PWM pada Mikrokontroler ATMega 8 ... 32

Bab 4. Hasil dan Pembahasan 4.1. Pengujian sumber tegangan DC ... 34

4.2. Pengujian pada rangkaian filter ... 35

4.3. Pengujian daya output inverter ... 36

4.3.1Pengujian daya output inverter tanpa beban ... 36

4.3.2Pengujian daya output inverter dengan beban ... 37

4.4. Pengujian efisiensi inverter ... 38

4.5. Pengujian daya dengan komputer ... 40

4.6. Pengujian arus dan tegangan ... 41

4.6.1.Pengujian arus dan tegangan pada frekuensi 40 Hz ... 42

Bab 5. Kesimpulan dan Saran 5.1 Kesimpulan ... 46

5.2 Saran ... 46

Daftar Pustaka 47

(11)

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman

Tabel

2.1 Nilai untuk membentuk gelombang sinus 16

2.2 Konfigurasi rangkaian jembatan H 17

4.1 Tabel pengujian output inverter tanpa beban 36 4.2 Tabel pengujian output inverter dengan beban 37 4.3 Tabel Daya input dan ouput inverter dengan beban 37 4.4 Tabel Hubungan daya beban dan efisiensi inverter 39 4.5 Tabel Pengujian arus dan tegangan tanpa beban 41 4.6 Tabel Pengujian arus dan tegangan dengan beban 41 4.7 Tabel Pengujian arus dan tegangan tanpa beban 42 4.8 Tabel Pengujian arus dan tegangan dengan beban 43 4.9 Tabel Pengujian arus dan tegangan tanpa beban 44 4.10 Tabel Pengujian arus dan tegangan dengan beban 44

(12)

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Halaman

Gambar

2.1 Gelombang kotak 6

2.2 Gelombang sinus modifikasi 6

2.3 analisis harmonik inverter modified sine wave 7

2.4 Gelombang output inverter sinus murni 8

2.5 Sinyal Referensi ( sinyal tegangan DC) 13

2.6 PWM mode fast correct 14

2.7 Proses pembandingan antara sinyal pembawa

dengan sinyal 16

2.8 gelombang sinus yang dihasilkan dari data diatas 17

2.9 Pwm harmonik analisis 18

2.10 Rangkaian H-bridge 19

2.11 rangkaian filter pasif 20

2.12 Gelombang sinus sebelum di filter 22

2.13 rangkaian equivalent transformer 24

3.1. Diagram Blok Sistem 25

3.2. sistem minimum mikrokontroller ATmega 8 27

3.2 Rangkaian jembatan-H 28

3.3 diagram blok MOSFET IR2304 29

3.4 Rangkaian filter pasif 30

3.5 rangkaian tranformator 31

4.1. gelombang sinus setelah difilter 36

4.2. Grafik hubungan efisiensi dan beban 40

4.3. skema dasar pengukuran arus dan tegangan dengan

komputer 42

4.4. Grafik hubungan arus dan tegangan 43

4.5. Grafik hubungan arus-tegangan dan beban 45

4.6. Grafik hubungan arus dan tegangan 46

(13)

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor Judul Halaman

Lamp

1. Gambar percobaan -

2. Program Visual Basic V.6.0 -

3. Program Code vision AVR -

4. Data Sheet Mosfet IR 210 N -

5. Data Sheet Atmega 8 -

(14)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang

Gelombang sinus merupakan salah satu bentuk gelombang dasar yang sering digunakan untuk mengoperasikan peralatan-peralatan listrik.Namun gelombang sinus saat ini mayoritas hanya disuplai oleh PLN atau dibangkitkan dengan menggunakan generator.Sehingga timbul suatu masalah, yaitu krisis energi dan biaya pengadaan energi listrik yang tinggi.

Menyikapi masalah tersebut, terutama pada daerah-daerah yang belum terjangkau listrik perlu, diadakan suatu pembangkit gelombang sinus dengan biaya yang lebih rendah.Karena harga inverter yang dijual di pasar relatif mahal.Salah satunya dengan memanfaatkan baterai dengan ditambahkan beberapa rangkaian elektronika sehingga dapat menghasilkan gelombang sinus murni yang sesuai untuk kebutuhan peralatan-peralatan listrik.

Mikrokontroller adalah sebuah komputer mikro memiliki tiga komponen utama; unit pengolah pusat (CPU = central processing unit),memori dan sistem input/output /(I/O) untuk dihubungkan dengan perangkat luar.Seiring berkembangnya teknologi mikrokontroller pada saat ini sangat banyak diaplikasikan pada rangkaian –rangkaian listrik dan peralatan elektronik untuk mempermudah kinerja.

Maka dengan memanfaatkan spesifikasi yang ada pada mikrokontroller,penulis tertarik untuk melakukan penelitian tentang pengendalian frekuensi dengan mikrokontroller yang penulis beri judul : “PERANCANGAN INVERTER GELOMBANG SINUS BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA 8”

(15)

1.2. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah dikemukakan di atas, maka dapatdirumuskan beberapa permasalahan yang akan diselesaikan, yaitu sebagai berikut:

1. Bagaimana cara mengubah arus DC menjadi AC ?

2. Bagaimana cara menghasilkan inverter dengan gelombang sinus murni?

3. Bagaimana cara membuat inverter dengan arus kecil?

4. Bagaimana cara merancang inverter dengan frekuensi yang dapat diatur ?

1.3. Batasan masalah

Untuk membatasi masalah yang ada maka penulis membatasi ruang lingkup masalah yaitu sebagai berikut:

1. Rangkaian mikrokontroller yang digunakan adalah mikrokontroler ATMega 8 sebagai pembangkit gelombang PWM dan pengatur frekuensi

2. Rangkaian jembatan H digunakan untuk mengubah tegangan DC menjadi AC 3. Low pass fiter hanya digunakan hanya untuk memurnikan gelombang sinus 4. Penulisan skripsi ini difokuskan pada pengendalian frekuensi inverter dan

gelombang yang dihasilkan

1.4. Tujuan Penelitian

Adapun tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah:

1. Untuk merancang rangkaian inverter gelombang sinus dengan frekuensi yang dapat diatur.

2. Untuk merancang inverter DC ke AC dengan output gelombang sinus murni 3. Untuk mengetahui prinsip kerja inverter gelombang sinus.

(16)

1.5. Manfaat Penelitian

Keberhasilan dalam penelitian ini dapat memberikan berbagai manfaat di kehidupan bermasyarakat, diantaranya:

1. Meningkatkan pengetahuan mengenai rangkaian inverter DC ke AC 2. Menghasilkan inverter gelombang sinus murni dengan arus kecil.

3. Menghasilkan inverter gelombang sinus dengan frekuensi yang dapat diatur.

4. Memberikan sumbangan ide atau gagasan untuk perkembanganilmu pengetahuan dan teknologi (IPTEK).

1.6. Metodologi Penelitian

Penelitian tugas akhir ini merupakan pengujian eksperimental tentang rangkaian inverter gelombang sinus menggunakan mikrokontroller untuk mengatur frekuensi dan membangkitkan gelombang PWM yangmenggunakan filter pasif untuk menghasilkan gelombang sinus yang halus,yaitupenyelidikan yang menyangkut observasi terhadap kemurnian gelombang sinus yang dihasilkan serta daya yang dihasilkan.

1.7. Sistematika penulisan

Untuk mempermudah pembahasan dan pemahaman maka penulis membuat sitematika penulkisan tentang bagaimana sebenarnya prinsip kerja dari inverter berbasis mikrokontroller ATMega 8.penulis menyusun laporan ini sesuai sistematika berikut:

BAB I PENDAHULUAN

Dalam bab ini dijelaskan tentang latar belakang permasalahan,rumusan masalah,batasan masalah,tujuan penelitian,manfaat penelitian,metodologi penelitian serta sistematika penulisan

(17)

BAB II LANDASAN TEORI

Dalam bab ini akan dibahas tentang landasan teori yang mendukung untuk melakukan penelitian ini

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Pada bab ini akan dijelaskan tentang perancangan alat,yaitu diagram blok rangkaian,sistematik dari masing-masing rangkaian dan diagram alir (flowchart) dari program yang digunakan pada mikrokontroller ATMega 8.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini akan dibahas tentang hasil analisa dari rangkaian serta sistem kerja alat dan pembuktian keberhasilan rangkaian yang dirancang.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Pada bab ini yang merupakan bab penutup akan dijelaskan kesimpulan yang didapat dari penelitian serta saran kepada pembaca tentang pengembangan alat ini dengan metodologi yang berbeda

(18)

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1. INVERTER

Inverter adalah suatu rangkaian yang digunakan untuk mengubah sumber tegangan DCtetap menjadi sumber tegangan AC dengan frekuensi tertentu.sumber tegangan DC biasanya berasal dari baterai.Inverter berguna untuk membantu menghidupkan peralatan elektronika pada saat yang dibutuhkan seperti saat ketika terjadi pemadaman listrik oleh PLN karena tegangan keluaran inverter berupa tegangan AC.

2.2. Klasifikasi Inverter

Berdasarkan gelombang yang dihasilkan,makainverter dapat dibagi menjadi tiga yaitu:Square Wave ,Modified Sine Wave,Pure Sine Wave (True Sine Wave) .Inverter ini dibedakan berdasarkan keluarannya,termasuk variasi level efesiensi dan distorsi yang bisa memberikan pengaruh pada peralatan elektronika dengan cara yang berbeda.

a. Inverter gelombang persegi (Square Wave)

Inverter gelombang persegi adalah inverter yang mempunyai output gelombang berbentuk persegi.Pada umumnya inverter ini tidak bisa digunakan pada alat elektronika rumah tangga karena outputnya bukan berupa gelombang sinus,sementara hampir semua peralatan elektronika membutuhkan gelombang sinus atau sinus modifikasi.bentuk output geombang ini berbentuk persegi seperti gambar dibawah ini:

(19)

Gambar 2.1. Gelombang kotak (Sumber : PWM_techniques_final)

b. Inverter sinus modifikasi (Modified Sine Wave)

Inverter modified sine wave hampir sama dengan inverter square wave tetapi mengunakan tahap lain untuk terlihat lebih mirip ke bentuk gelombang sinusoidal.Pada inverter modified sine wave,ada tiga level tegangan pada bentuk gelombang output : high,lowdan zeroseperti terlihat pada gambar dibawah ini dengan dead zone diantara high dan low pulsa:

Gambar 2.2.modified sine wave (Sumber : PWM_techniques_final)

Namun,inverter ini memiliki beberapa kelemahan karena tidak semua perangkat bekerja dengan baik pada gelombang sinus yang dimodifikasi, produk

(20)

seperti komputer dan peralatan medis yang tidak tahan terhadap distorsi sinyal dan harus menggunakan sumber listrik dari gelombang sinus murni.

Inverter Modifikasi gelombang sinus diperkiraan memiliki harmonik cukup rendah sehingga tidak menyebabkan masalah dengan peralatan rumah tangga. Kerugian utama dari inverter gelombang sinus yang dimodifikasi adalah tegangan puncak bervariasi dengan tegangan baterai.Berikut ini merupakan gambar analisis harmonic pada inverter modifikasi sinus:

Gambar 2.3.analisis harmonik inverter modified sine wave (Sumber : PWM_techniques_final)

c. Inverter gelombang sinusmurni (inverter true sinewave)

Sumber daya terbaik untuk sebagian besar aplikasi adalah gelombang 50Hz sinus murni, identik dengan sumber 120Vrms tersedia dari perusahaan listrik Negara. Semua perangkat plug-in listrik rumah tangga yang rendah dirancang untuk bekerja dengan sumber ini (perangkat daya tinggi seperti oven memasak menggunakan sumber 240V) dan, dengan demikian, akan paling mungkin untuk bekerja dengan baik dan paling efisien pada sumber tersebut.

Inverter jenis ini memiliki keluaran gelombang sinus yang murni sehingga lebih efisien dar pada jenis inverter yang lain.Dalam penelitian ini akan diupayakan merancang inverter jenis ini.

(21)

Gambar 2.4.inverter gelombang sinus 2.3. Gelombang Sinus

Gelombang atau bentuk gelombang adalah suatu grafik yang menyatakan sinyal sebagai fungsi dari waktu. Atau disebut juga getaran selaras sederhana yang merupakan gerak harmonis dengan frekuensi dan amplitudo tetap. Sedangkan bentuk gelombang sinus merupakan pengulangan tanpa henti dari suatu osilasi antara dua nilai puncak, yaitu puncak negatif dan puncak positif.Bentuk gelombang dikelompokkan menjadi :

1. Bentuk gelombang dasar meliputi bentuk gelombang anak tangga, sinus, dan eksponensial.

2. Bentuk gelombang komposit merupakan bentuk gelombang yang tersusun dari beberapa bentuk gelombang dasar.

Periode atau waktu getar (T) adalah selang waktu yang diperlukan untuk melakukan satu getaran lengkap (detik). Frekuensi (f) adalah jumlah getaran yang dilakukan dalam satu detik (Hertz). Hubungan frekuensi dan perioda: f =1/T

(Sudaryatno Sudirham,2002) 2.4. Mikrokontroller

2.4.1. Definisi

Sebuah computer mikro memiliki tiga komponen utama: unit pengolah pusat (CPU = central prossecing unit),memori dan system input/output (I/O) untuk dihubungkan dengan perangkat luar,CPU,yang mengatur system kerja

(22)

EEPROM untuk menyimpan program dan RAM untuk menyimpan data. Sistem I/O bias dihubungkan dengan perangkat luar misalnya sebuah keyboard dan sebuah monitor, bergantung pada aplikasinya. Apabila CPU, memori dan sistem I/O dibuat dalam sebuah chip semikonduktor, maka inilah yang dinamakan mikrokontroler (Usman, 2008).

Sama halnya dengan mikroprosesor, mikrokontroler adalah piranti yang dirancang untuk kebutuhan umum.Fungsi utama dari mikrokontroler adalah mengontrol kerja mesin atau sistem menggunakan program yang disimpan pada sebuah ROM.

Gambar 2.5.diagram blok mikrokontroller

Agar sebuah mikrokontroler dapat berfungsi, maka mikrokontroler tersebut memerlukan komponen eksternal yang kemudian disebut dengan sistem minimum. Untuk membuat sistem minimum paling tidak dibutuhkan sistem clock dan reset, walaupun pada beberapa mikrokontroler sudah menyediakan sistem clock internal, sehingga tanpa rangkaian eksternal pun mikrokontroler dapat beroperasi.

Untuk merancang sebuah sistem berbasis mikrokontroler, kita memerlukan perangkat keras dan perangkat lunak, yaitu sistem minimum mikrokontroler, software pemrograman dan kompiler, serta downloader.Yang dimaksud dengan sistem minimum adalah sebuah rangkaian mikrokontroler yang sudah dapat digunakan untuk menjalankan sebuah aplikasi.

Sebuah IC mikrokontroler tidak akan berarti bila hanya berdiri sendiri.

Pada dasarnya, sebuah sistem minimum mikrokontroler AVR memiliki prinsip

(23)

1. prosesor, yaitu mikrokontroler itu sendiri,

2. rangkaian reset agar mikrokontroler dapat menjalankan program mulai dari awal,

3. rangkaian clock, yang digunakan untuk memberi detak pada CPU, 4. rangkaian catu daya, yang digunakan untuk memberi sumberdaya.

2.4.2. Mikrokontroller AT-mega 8

Mikrokontroler AVR ATmega8 memiliki fitur yang cukup lengkap.

Mikrokontroler AVR ATmega8 telah dilengkapi dengan ADC internalEEPROM internal,Timer/Counter, PWM, analog comparator,dll (M.Ary Heryanto, 2008).

Mikrokontroler AVR Atmega8 AVR merupakan salah satu jenis mikrokontroler yang di dalamnya terdapat berbagai macam fungsi. Perbedaannya pada mikro yang pada umumnya digunakan seperti MCS51 adalah pada AVR tidak perlu menggunakan oscillator eksternal karena di dalamnya sudah terdapat internal oscillator.

Selain itu kelebihan dari AVR adalah memiliki Power-On Reset, yaitu tidak perlu ada tombol reset dari luar karena cukup hanya dengan mematikan supply, maka secara otomatis AVR akan melakukan reset.

Untuk beberapa jenis AVR terdapat beberapa fungsi khusus seperti ADC, EEPROM sekitar 128 byte sampai dengan 512 byte.AVR ATmega8 adalah mikrokontroler CMOS 8-Bit berarsitektur AVR RISC yang memiliki 8K byte in System Programmable Flash.

Mikrokontroler dengan konsumsi daya rendah ini mampu mengeksekusi instruksi dengan kecepatan maksimum 16MIPS pada frekuensi 16MHz. Jika dibandingkan dengan ATmega8L perbedaannya hanya terletak pada besarnya tegangan yang diperlukan untuk bekerja. Untuk ATmega8 tipeL,mikrokontroler ini dapat bekerja dengan tegangan antara 2,7 - 5,5 V sedangkan untuk ATmega8 hanya dapat bekerja pada tegangan antara 4,5 – 5,5 V

(24)

2.4.3. Teknik PWM Pada Mikrokontroller 2.4.3.1. Definisi PWM (pulse with modulation)

PWM merupakan sebuah mekanisme untuk membangkitkan sinyal keluaranyang periodenya berulang antara high dan low dimana kita dapat mengontrol durasisinyal high dan low sesuai dengan yang kita inginkan. Duty cycle merupakanprosentase periode sinyal high dan periode sinyal, prosentase duty cycle akanbebanding lurus dengan tegangan rata-rata yang dihasilkan.

Pengaturan lebar pulsa modulasi atau PWM merupakan salah satu teknik yang“ampuh” yang digunakan dalam sistem kendali (control system) saat ini.

Pengaturanlebar modulasi dipergunakan di berbagai bidang yang sangat luas, salah satudiantaranya adalah: speed control (kendali kecepatan), power control (kendali sistemtenaga), measurement and communication (pengukuran atau instrumentasi dantelekomunikasi).

2.4.3.2. Prinsip dasar PWM

Modulasi lebar pulsa (PWM) dicapai/diperoleh dengan bantuan sebuah gelombang kotak yang mana siklus kerja (duty cycle) gelombang dapat diubah- ubah untuk mendapatkan sebuah tegangan keluaran yang bervariasi yang merupakan nilai rata-rata dari gelombang tersebut.

T_on adalah waktu dimana tegangan keluaran berada pada posisi tinggi (baca: high atau 1) dan, Toff adalah waktu dimana tegangan keluaran berada pada posisi rendah (baca: low atau 0). Anggap Ttotal adalah waktu satu siklus atau penjumlahan antara T_on denganT_off , biasa dikenal dengan istilah “periode satu gelombang”.

Ttotal = Ton + Toff (2.1)

Siklus kerja atau duty cycle sebuah gelombang di definisikan sebagai,

(25)

= (2.2)

Tegangan keluaran dapat bervariasi dengan duty-cycle dan dapat dirumusan sebagai berikut,

V_out = D x V_in (2.3)

sehingga,

V_out = x V_in (2.4)

Dari rumus diatas dapat ditarik kesimpulan bahwa tegangan keluaran dapat diubah-ubah secara langsung dengan mengubah nilai Ton. Apabila Ton adalah 0, V_out juga akan 0.Apabila T_on adalah T_total maka V_out adalahV_in atau katakanlah nilai maksimumnya.

PWM bekerja sebagai switching power suplai untuk mengontrol on dan off. Tegangan DC dikonversi menjadi sinyal kotak bolak balik, saat on mendekati tegangan puncak dan saat off mrnjadi nol (0) volt.

Dari rumus diatas dapat ditarik kesimpulan bahwa tegangan keluaran dapat diubah-ubah secara langsung dengan mengubah nilai Ton. Apabila Ton adalah 0, Vout juga akan 0.Apabila Ton adalah Ttotal maka Vout adalahVin atau katakanlah nilai maksimumnya. PWM bekerja sebagai switching power suplai untuk mengontrol on dan off. Tegangan DC dikonversi menjadi sinyal kotak bolak balik, saat on mendekati tegangan puncak dan saat off mrnjadi nol (0) volt.

Jika frekuensi switching cukup tinggi maka temperatur (suhu) air yang dikendalikan akan semakin sesuai dengan yang diharapkan.

Dengan mengatur duty cycle dari sinyal (modulasi lebar pulsa dari sinyal disebabkan oleh PWM). Terlihat pada gambar di bawah sinyal red adalah sinyal tegangan dc yang dikonversi oleh sinyal gergaji dan menghasilkan sinyal kotak.

(26)

Gambar 2.6 Sinyal Referensi ( sinyal tegangan DC)

Informasi analog dapat dikirimkan dengan menggunakan pulsa-pulsa tegangan atau pulsa-pulsa arus. Dengan modulasi pulsa, pembawa informasi terdiri dari pulsa-pulsa persegi yang berulang- ulang.

Salah satu teknik modulasi yang sering digunakan adalah teknik modulasi durasi atu lebar dari waktu tunda positif ataupun waktu tunda negatif pulsa-pulsa persegi tersebut. Untuk membangkitkan sinyal PWM adalah dengan menggunakan fungsi timer/counter yang dibandingkan nilainya dengan sebuah register tertentu.

2.4.3.3 PWM mode phase fast correct

Dalam ATmega 8 dapat dihasilkan PWM mode phase correct dimana nilairegister counter TCNTx yang mencacah naik dan turun secara terus menerus akanselalu dibandingkan dengan register OCRx. Hasil perbandingan register TCNTx dan OCRx digunakan untuk membangkitkan sinyal PWM yang dikeluarkan melalui sebuah pin Ocx seperti gambar berikut:

(27)

Gambar 2.7 PWM mode fast correct

Pada PWM 8 bit maka frekuensi dan duty cycle dirumuskan sebagai berikut:

f

PWM

= (2.5)

D

PWM

= x 100% (2.6)

Dengan :

f_PWM = frekuensi PWM fOSC = frekuensi osilator N = Skala clock

D = Duty cycle

2.4.3.4. PWM sinusoidal

PWM Sinusoidal satu fase menghasilkan pulsa PWM bolak balik satu fase dengan nilai tegangan bolak balik efektifnya dirumuskan sebagai berikut:

Vrms = ² dt (2.7)

(28)

dengan Vrms = tegangan efektif v = fungsi tegangan

T = perioda

Oleh karena pada inverter SPWM nilai tegangan masukan DC adalah konstanmaka tegangan rms dapat juga dirumuskan :

Vrms Vdc (2.8)

dengan Vrms = tegangan efektif VDC = tegangan searah inverter tp = lebar pulsa tinggi dalam 1 periode T = perioda

Untuk menghasilkan sinyal PWM tersebut dapat menggunakan 2 buah sinyal sinus dan 1 sinyal segitiga atau dengan menggunakan 1 buah sinyal sinus dan 2 buah sinyal segitiga. Pada proses pembangkitan SPWM dengan menggunakan 2 buah sinyal sinus dan sebuah sinyal segitiga, dilakukan pembandingan amplitudo antara sinyal segitiga dengan sinyal sinus.

Sinyal penggerak akan dibangkitkan apabila amplitude sinyal sinus lebih besar daripada amplitudo sinyal segitiga. Masing- masing sinyal penggerak digunakan untuk penyaklaran sehingga diperoleh sinyal PWM.

(29)

A_c A_r

Gelombang acuan, v_r

Gelombang pembawa, v_c e

 2



 2

t

-v_r

v_AN

v_BN V_d

V_d

V_d 0

0

0 Vo = V_AN - V_BN

V_o fundamental (v_o1)

- V_d

m

m

 

v_r > v_c T_A+ : on

-v_r > v_c T_B+ : on

(a)

(b)

(c)

(d)

Gambar 2.8.Proses pembandingan antara sinyal pembawa dengan sinyal Proses pembangkitan SPWM secara digital dapat dilakukan dengan 2 cara, yaitu:

1. Dengan membangkitkan gelombang segitiga dan gelombang sinus secara diskret dengan metode look up table. Kemudian dilakukan pembandingan untuk masing- masing nilai amplitudo gelombang sinus dan segitiga seperti pada gambar 2.5Cara ini sama halnya dengan membangkitkan gelombang sinus analog dan gelombang segitiga analog secara digital.

2. Dengan mencari terlebih dahulu waktu untuk setiap pulsa masing-masing sinyal penggerak, untuk dijadikan data dalam proses pembangkitan sinyal penggerak secara look up table.

Adapun nilai yang digunakan dalam untuk membangkitkan gelombang sinus dapat dilihat pada tabel 2.1.pada tabel tersebut terdapat 256 data dalam bentuk desimal yang akan membentuk gelombang sinus.jika data tersebut digunakan pada mikrokontroller,maka dat tersebut harus diubah terlebih dahulu dalm bentuk heksa desimal.

(30)

Tabel 2.1.nilai pembangkit gelombang sinus

128 131 134 137 139 143 146 149 152 156 159 162 176 179 182 185 188 191 193 196 199 201 204 206 218 220 222 224 226 228 230 234 236 237 239 240 247 248 249 250 251 252 252 253 254 254 255 255 255 255 255 255 255 255 254 254 253 252 252 251 246 245 243 242 240 239 237 236 234 232 230 228 218 216 213 211 209 206 204 201 199 196 193 191 176 174 171 168 165 162 159 156 152 149 146 143 128 124 121 118 115 112 109 106 103 99 96 93

79 76 73 70 67 64 62 60 56 54 51 49

37 35 33 29 27 25 23 21 19 18 16 15

8 7 6 5 4 3 2 1 1 0 0 0

0 0 0 0 1 1 2 3 3 4 5 6

12 13 15 16 18 19 21 23 25 27 29 331

42 44 46 49 51 54 56 59 62 64 67 70

94 87 90 93 96 99 103 106 109 112 115 118 121 124

Gambar 2.9.gelombang sinus yang dihasilkan dari data tabel 2.1.

0 50 100 150 200 250 300

0 100 200 300

Axis Title

Axis Title

y Linear (y)

(31)

Gambar 2.9. memperlihatkan bahwa nilai-nilai pada tabel 2.1 dapat membentuk gelombangsinus yang baik.

Gambar 2.10.Pwm harmonik analisis (sumber : PWM_techniques_final) 2.5. Konversi DC-AC

Sinus murni inverter gelombang merupakan teknologi inverter terbaru . Gelombang yang dihasilkan oleh inverter ini adalah sama dengan atau lebih baik dari daya yang dikirim oleh utilitas . Biasanya gelombang sinus inverter lebih mahal daripada gelombang inverter sinus dimodifikasi karena rangkaian tambahannya .

Ada dua metode di mana tegangan rendah DC berubah menjadi daya AC ;

1. tegangan rendah DC power pertama didorong ke sumber listrik tegangan tinggi menggunakan booster DC - DC kemudian dikonversi ke listrik AC menggunakan modulasi lebar pulsa .

2. tegangan rendah daya DC pertama dikonversi ke listrik AC menggunakan modulasi lebar pulsa kemudian didorong untuk tegangan AC tinggi menggunakan dorongan transformator .

Metode kedua digunakan dalam inverter yang modern secara luas karena kemampuannya untuk menghasilkan tegangan output konstan dibandingkan dengan metode pertama yang membutuhkan sirkuit tambahan untuk meningkatkan tegangan .

(32)

2.5.1. Rangkaian h-bridge

H-Bridge atau dalam bahasa Indonesia bisa diterjemahkan menjadi jembatan H merupakan rangkaian pengendali motor dengan dua jalur rangkaian yang bisa dibuka dan ditutup untuk melewatkan arus listrik pada motor tersebut.

Perhatikan rangkain H-Bridge dibawah ini:

Gambar 2.11rangkaian H-bridge (sumber : http://rangkaian _hibridge)

Cara kerja rangkaian pengendali motor diatas ketika saklar A dan D tertutup, maka motor akan berputar searah jarum jam atau CW (clockwise).

Sedangkan jika saklar yang tertutup adalah saklar B dan C, motor akan berputar berlawanan arah jarum jam atau CCW (counter clockwise). Dari penjelasan transistor sebagai saklar kita tahu bahwa transistor bisa menggantikan kedudukan saklar pada rangkaian H-bridge diatas sehingga lebih mudah dikontrol.

Tabel 2.2. konfigurasi rangkaian jembatan H

A C B D Hasil tegangan

on Off Off on Positif

off on On off Negatif

on on Off off zero potensial

off off On on zero potensial

Tabel diatas membantu kita untuk lebih memahami prinsip kerja rangkaian jembatan H dalam menghasilkan tegangan bolak-balik atau sering disebut tegangan AC.

(33)

2.6. Filter

Filter adalah rangkaian yang digunakan untuk membuang tegangan output pada frekuensi tertentu.unuk meranncang filter dapat digunakan komponen pasif (R,L,C)dan komponen aktif seperti op-amp,dan transistor. Dengan demikian filter dapat dilkelompokkan menjadi filter pasif dan aktif.

Pada dasarnya filter dapat dikelompokkan berdasarkan tanggapan frekuensinya menjadi 4 jenis yaitu:

a. Filter lolos rendah

b. Filter lolos tinggi

c. Filter lolos rentang

d. Filter tolak rendah

Pada pembuatan filter sering kali dihindari penggunaan induktor,terutama karena ukurannya yang besar,sehingga pada umumnya fiter pasif hanya menggunakan komponen R dan C saja.

Filter lolos rendah adalah filter yang hanya meloloskan frekuensi yang lebih rendah dari cut-off (fc).diatas frekuensi tersebut outputnya mengecil (idealnya tidak ada).(kusuma wijaya,2000)

2.6.1. Filter pasif

Suatu rangkaian tapis low-pass sederhana yang terdiri dari komponen kapasitor (C ) dan resistor (R ) ditunjukkan oleh gambar berikut ini:

(34)

Rangkaian diatas pada intinya merupakan sebuah rangkaian pemnagi tegangan yang terdiri atas sebuah komponen resistif yang terhubung secara seri dengan sebuah kapasitor.

Tegangan keluaran rangkaian (e_o),diambil pada titik –titik ujung dari komponen kapasitor.Tegangan keluaran ini berelasi dengan tegangan masukan (ei) sesuai persamaan:

e_o= -jx_ce_i/ (R-jx_c) (2.9)

Manipulasi aljabar terhadap persamaan bilangan kompleks di atas memperlihatkan bahwa amplitude tegangan keluaran (e_o),dapat dinyatakan dalam persamaan berikut:

[e_o]= e_ox_c / ( (2.10)

Meskipun tegangan masukan ei,dapat dijaga konstan sepanjang kisaran dari frekuensi-frekuensi masukanm,amplitudo tegangan keluaran eo akan tetap berkurang jika jika frekuensi sinyal massukan bertambah. Hal ini terjadi oleh karena reaktansi kapasitif kapasitor (X_c= ½ ) bervariasi secara berkebalikan terhadap frekuensi, serta memiliki kecendrungan untuk bernilai tak berhingga pada frekuensi yang sama dengan nol dan bernilai nol pada frekuensi yang sangat tinggi atau tak berhingga.Dengan demikian pada frekuensi-frekuensi yang sangat tinggi,secara efektif tidak akan terdapat tengangan keluaran rangkaian.

Pada frekuensi –freuensi rendah rasio voltase keluaran terhadap rasio masukan tetap berada pada level yang konstan hingga mencapai frekuensi fc,diman mulai terjadi penrunan kurva respons yang dikenal sebagai titik awal roll-off atau fall off.Pada frekeuensi kira-kira 2fc,roll-off kurva respons akan bersifat linear dengan laju 20dB per dekade (6 dB per oktaf). Frekuensi fc ini dikenal sebagi frekuensi cut-off yaitu frekuensi dimana reaktansi kapasitor memiliki magnituda yang sama dengan rangkaian.

Selain itu,frekuensi fc juga merupakan frekuensi dimana tegangan

(35)

sebesar setengah dari keluaran daya DC mula-mula.Hasil perhitungan sederhana yang berdasarkan pada kenyataan –kenyataan inin menunjukkan bahwa frekuensi cut-off dapat dirumuskan oleh persamaan :

Fc = Hz (2.11) Untuk frekuensi-frekuensi yang kebih rendah dari fc ,gain rangkaian (voltase masukan: voltase keluaran) adalah konstan sementara pada freluensi –frekuensi lebih besar daripada fc,gain rangkaian dapat dianggap sangat rendah sehingga sinyal-sinyal dengan frekuensi ini secara efektif akan diblok oleh rangkaian.Berdasarkan sifat-sifat ini,rangkaian ini dikenal dengan low pass filter yang memiliki lebar pita sepanjang nilai DC (frekuensi sinyal sama dengan nol) hingga fc.

2.12. Gelombang sinus sebelum di filter (sumber :PWM Sine Wave Generation)

2.7. Transformator

Transformator (trafo) adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan bolak-balik (AC). Transformator terdiri dari 3 komponen pokok yaitu: kumparan pertama (primer) yang bertindak sebagai input, kumparan kedua (skunder) yang bertindak sebagai output, dan inti besi yang berfungsi untuk memperkuat medan magnet yang dihasilkan.

(36)

Gambar 2.13.rangkaian equivalent transformer

Pada gambar diatas dapat dilihat posisi komponen yang membentuk trasformator.Adapun keterangan gambar 2.13 lebih lanjut adalah sebagai berikut:

a. Ip adalah arus primer b. V_p adalah tegangan primer c. Rp adalah hambatan primer d. Is adalah arus sekunder e. Vs adalah tegangan sekunder f. Rs adalah hambatan sekunder

Prinsip kerja dari sebuah transformator adalah. Ketika Kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, perubahan arus listrik pada kumparan primer menimbulkan medan magnet yang berubah. Medan magnet yang berubah diperkuat oleh adanya inti besi dan dihantarkan inti besi ke kumparan sekunder, sehingga pada ujung-ujung kumparan sekunder akan timbul ggl induksi. Efek ini dinamakan induktansi timbal-balik (mutual inductance).

Berdasarkan perbandingan antara jumlah lilitan primer dan jumlah lilitan skunder transformator ada dua jenis yaitu:

1. Transformator step up yaitu transformator yang mengubah tegangan bolak-balik rendah menjadi tinggi, transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparan sekunder lebih banyak daripada jumlah lilitan primer (Ns

> Np).

(37)

2. Transformator step down yaitu transformator yang mengubah tegangan bolak-balik tinggi menjadi rendah, transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparan primer lebih banyak daripada jumlah lilitan sekunder (Np

> Ns).

Pada transformator (trafo) besarnya tegangan yang dikeluarkan oleh kumparan sekunder adalah:

1. Sebanding dengan banyaknya lilitan sekunder (Vs ~ Ns).

2. Sebanding dengan besarnya tegangan primer ( VS ~ VP).

3. Berbanding terbalik dengan banyaknya lilitan primer,

Sehingga dapat dituliskan: (2.12)

(38)

BAB 3

METODOLOGI PENELITIAN

3.1DIAGRAM BLOK

Gambar 3.1. Diagram blok Penelitian

Diagram blok diatas adalah gambaran umum perancangan hardware aplikasi inverter berbasis mikrokontroller.setiap blok mempunyai fungsi masing- masing yaitu:

1. Sumber tegangan DC

Berfungsi sebagai sumber tegangan DC yang akan diubah menjadi tegangan AC

mikrokontroller h-bridge

Sumber tegangan DC

transformator low pass filter

(39)

Berfungsi sebagai pembangkit gelombang PWM dan pengendali frekuensi inverter

3. Rangkaian h-bridge

Berfungsi sebagai pengubah tegangan DC menjadi AC 4. Low pass filter

5. Berfungsi sebagai penyaring gelombang sinus agar lebih halus.

6. Transformator

Berfungsi sebagai penguat daya inverter

Secara garis besar prinsip kerja inverter gelombang sinus berbasis mikrokontroller ini menggunakan baterai untuk menghasilkan arus DC yang dipakai pada mikrokontroller untuk membangkitkan gelombang PWM dan mengatur frekuensi yang kemudian akan diteruskan pada rangkaian H-bridge untuk diubah menjadi arus AC,setelah itu gelombang sinus akan difilter secara dengan filter pasif untuk menghasilkan gelombang sinus yang bagus.Selanjutnya akan melewati transformator sebagai penguat daya terakhir.Sehingga akan terbentuk inverter gelombang sinus dengan daya 200 watt.

3.2. PERANCANGAN PERANGKAT KERAS

Dari gambar 3.1, dan penjelasan diatas secara lebih rinci dapat dijelaskan prinsip kerja inverter yang akan dirancang sebagai berikut :

3.2.1. Sumber Tegangan

Pada percobaan ini sumber tegangan DC yang digunakan adalah 2 baterai 12V/10A yang diserikan sehingga menghasilkan tegangan sebesar:

V_tot=V₁ +V₂ = 12V + 12V = 24 V

(40)

3.2.2. Rangkaian Mikrokontroller Sebagai Pembangkit Gelombang

Mikrokontroller berfungsi sebagai pembangkit gelombang yang akan diubah menjadi gelombang sinus murni dengan memanfaatkan teknik PWM yang dapat digunakan Sebagai penghasil pulsa tegangan untuk mendriver mosfet.Mikrokontroler yang digunakan adalah mikrokontroler Atmega 8, karena mikrokontroller ini dinilai cukup efektif untuk dimanfaatkan fungsi timernya sebagi pembangkit gelombang dan pengendali frekuensi

Gambar 3.1sistem minimum mikrokontroller ATmega 8 3.2.3. Rangkaian konversi AC ke DC

Untuk mengubah tegangan DC menjadi tegangan AC,diperlukan satu driver yang menggerakkan empat switch MOSFET yang dirangkai dalam konfigurasi H- Bridge . Untuk mengimplementasikan teori tersebut,hal yang perlu diperhatikan adalah mengidentifikasi komponen spesifik untuk desain.

Pertama, perlu ditentukan MOSFET apa yang kita ingin gunakan. Telah diketahui bahwa dalam sebuah jembatan-H, tegangan tertinggi MOSFET tunggal yang off akan mengalami dua kali lipat tegangan dari kekuatan DC, yang dalam hal ini adalah M2 * 24 = 50V.Oleh karena itu Tegangan dari 20-60V adalah

(41)

Selain itu, akan dirancang inverter dengan daya sekitar 200W , yang akan menjadi 220 Vrms gelombang sinus. Ini berarti bahwa maksimal arus yang harus keluar dari inverter ini adalah:

I = = = 0,90 A

Gambar 3.2. Rangkaian jembatan-H

Menjalankan empat MOSFET dalam konfigurasi H - Bridge memungkinkan keadaan teganagan berada pada nilai 12 , -12 , atau 0 volt setiap saat. Untuk mencapai hal ini , sisi kiri jembatan didorong oleh sinyal PWM untuk menentukan apakah tegangan output non – zero atau zero sementara sisi kanan jembatan didorong oleh sinyal gelombang kotak untuk menentukan polaritas , baik positif atau negatif.

Akhirnya, diputuskan bahwa IR2110 n-MOSFET akan digunakan untuk desain ini. IR2110dengan kapasitas 500V, 2A dan switching yang cepat dengan waktu t_on120ns dan waktu t_off 90ns

Untuk menjalankan MOSFET pada rangkaian H-Bridge, digunakan driver MOSFET IC yang khusus dirancang untuk menjalankan jembatan h. Setelah mempertimbangkan berbagai pilihan IC, maka IC yang digunakan adalah IR2304, yang mampu bertahan pada tegangan 600V, dengan arus dari 60-130mA dan tegangan driver 10-20V. Waktu Toff dan Ton adalah sama yaitu 220ns, dan chip ini memerlukan waktu mati100ns untuk mencegah terjadinya kedua switch pada satu sisi H-jembatan sekaligus, yang merupakan cadangan yang baik untuk mencegah

(42)

hubungan pendek arus listrik . Input dan output diagram dari MOSFET ditampilkan di bawah pada Gambar 3.3

Gambar 3.3. diagram blok MOSFET IR2304

Switch jembatan H pada frekuensi 50Hz,memiliki kerugianper switching, yang mana kerugian itu adalah 50 * (Won + Woff) = 1.664mW per MOSFET.Maka,tegangan keluaran dari rangkaian jembatan H menjadi:

24V-0,16 V x 4 =23,36 V 3.2.4. Rangkaian filter

Pada percobaan ini dilakukan penyaringan menggunakan low pass filter untuk menghasilkan gelombang sinus lebih baik dan bersih.

Ini akan menyaring semua kelebihan noise di atas frekuensi kritis sedekat mungkin dengan frekuensi yang diinginkan yaitu 50 Hz,dan menghapus harmonik lain yang muncul dalam sistem.

Semakin lambat frekuensi cut off,semakin besar kapasitansi dan induktansi yang diperlukan untuk membuat filter.Oleh karena itu,desain filter menjadi dipertimbangkan dari efektifitas filter,biaya dan ukuran komponen.

Output dari jembatan-H itu idealnya gelombang sinus yang memiliki harmonik yang tinggi,karena tegangan yang diharapkan adalah 220V/0,9A unntuk output inverter ini maka untuk mengurangi harmonik tersebut digunakan filter

(43)

Filter pasif yang digunakan merupakan resistor dan kapasitor yang dihubungkan secara seri,dengan beban terhubung melintasi kapasitor dirancanguntuk melewati semunya sinyal dibawah 50 Hz.

Gambar 3.4. Rangkaian filter pasif

ƒ = Hz R =

R = R = 796 Ω

Karena terbatasnya nilai resistor yang tersedia dipasaran,maka diputuskan bahwa resistor yang digunakan adalah resistor 1K dengan toleransi 10%.Adapun spesipikasi resistor tersebut adalah:

Toleransi = 1000 Ω x 10% = 100 Ω

Nilai minimum resistor = 1000 Ω - 100 Ω = 900 Ω Nilai maksimum resistor = 1000 Ω + 100 Ω = 1100 Ω

3.2.6. transformator

Transformator (trafo) adalah alat yang digunakan untuk menaikkan atau menurunkan tegangan bolak-balik (AC).Pada transformator (trafo) besarnya tegangan yang dikeluarkan oleh kumparan sekunder adalah:

1. Sebanding dengan banyaknya lilitan sekunder (Vs ~ Ns).

2. Sebanding dengan besarnya tegangan primer ( VS ~ VP).

3. Berbanding terbalik dengan banyaknya lilitan primer,

(44)

4. Sehingga dapat dituliskan:

Gambar 3.5.rangkaian transformator

Pada pembuatan inverter ini akan digunakan transformator step up untuk mengubah tegangan 24V menjadi tegangan 220V dengan daya 200 watt,maka transformator yang digunakan adalah 24/220 1A

Ns = x Np = x Np = 0,91 x NP

Dengan demikian dapat diketahui bahwa perbandingan anatara Ns : Np adalah 1: 0,9.Jadi jika Ns adalah 10 maka Np adalah:

10x 0,9 = 91 lilitan

(45)

3.3. PERANCANGAN PERANGKAT LUNAK

PWM dibangkitkan dengan mengunakan fase dan frekuensi correct pwm dengan menggunakan 8 bit timer pada ATMega8.Modulasi diselesaikan dengan mengupdate nilai OCR1A dari tabel gelombang sinus dengan perbandignan waktu yang berbeda.secara keseluruhan prosesnya dapat dilihat pada flowchart dibawah ini:

mulai

Set PB1 sebagai output

Jalankan timer1 OVF interrupt Buka timer/set PWM clock

prescaler ke PCK/2 (32 MHz PWM clock) Buka dan tutup PPL

Set PPL sebagi PWM clock source Tunggu PPL tertutup

(100 ms)

Set nilai atas PWM OCR1 = 0xff Set PWM mode : toggle

OC1A on compare

kembali

(46)

Keterangan flowchart:

1. Untuk membangkitkan sebuah keluaran dari PWM,perbandingan keluaran kaki dari timer1 diatur sebagai output.

2. Selanjutnya timer1 diatur : sumber waktu untuk timer dipersiapkan -PPL mulai dan mengunci sistem waktu (yang dibutuhkan).PPL membutuhkan kira-kira 100 ms untuk mengunci dalam sistem waktudan oleh karena itu diperlukan untuk menunggu tanda PPL terkunci sebelum proses dimulai.Sekali PPL telah dikunci,maka itu ditetapkan sebagai sumber waktu untuk timer.

3. PWM mode telah ditetapkan, jadi pin toggles OC1A membandingkan match dan nilai atas dari timer diatur pada 0xff. nilai atas mempengaruhi resolusi dan base frekuensi PWM –nilai atas tertinggi adalah resolusi tertinggi dan base frekuensi terendah.

4. Timer telah siap untuk dimulai: prescaler diatur yang mana juga akan memulai timer.pada akhirnya,memungkinkan kebanjiran ganguan.

5. Ketika nilai timer mencapai nilai OCR1C (0xff),the timer overflow interrupt service routine (ISR) akan dijalankan.ini terjadi pada interval yang konstan ,selama OCR1 juga konstan. Interval ini adalah base frekuensi dari sinyal output the fast PWM .

6. Pada timer overflow ISR,hasil dari tabel sinus dibuat selain hasil dari index dan tabel bertambah,nilai baru tersebut bisa diproses.nilai dari tabel sinus ditulis pada OCR1A.pada proses ini pulsa akan dimodulasi menjadi gelombang sinus.

3.3.1. Proses PWM pada AT mega 8

Pada proses PWM iniakan dikirimkan 256 nilai dari tabel sinus (tabel 2.1) pada mikrokontroller,sehingga akan terbentuk gelombang sinus sebagai keluaran dari PWM pada mikrokontroller Atmega 8.Karena pemprograman dilakukan pada mikrokontroller Atmega 8,maka nilai tabel dalam sinus akan diubah terlebih dahulu kedalam nilai heksa desimal agar bisa dimasukkan ke dalam program.

(47)

Karena frekuensi yang diperlukan adalah 50 Hz ,makaPeriode untuk gelombang tersebut,dapat dituliskan sebagai berikut:

T = = = 20 ms

Jadi,waktu yang diperlukan untuk membentuk satu gelombang sinus adalah 20 ms.Sehingga waktu Delay pada proses PWM dalam mengirimkan nilai pada tabel sinus adalah:

D= = = 0,78 ms

Nilai heksa desimal diatas akan dikirimkan setiap 0,78 ms

Jika frekuensi ingin divariasikan maka yang perlu dilakukan adalah mengubah nilai periode dan waktu delay pengiriman sinyal penggerak yang dalam hal ini adalah nilai dari tabel sinus.

Untuk frekuensi 40 Hz,maka periodenya adalah sebagai berikut:

T = = = 25 ms,sehingga mempunyai waktu delay sebesar:

D= = = 0,78 ms

Untuk frekuensi 60 Hz,maka periodenya adalah sebagai berikut:

T = = = 15 ms,sehingga mempunyai waktu delay sebesar:

D= = = 0,78 ms

Perancangan inverter ini menggunakan duty cycle sebesar 50%,yang berarti Ton

dan T_off mempunyai nilai yang sama,sehingga tegangan keluaran dari mikrokontroller menjadi:

Vout = ½ xVin = ½ x 5 V

(48)

BAB 4

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Pengujian dengan sumber daya DC

Pada penelitian ini sumber tegangan yang dibutuhkan adalah sebesar 24V,yaitu menggunakan 2 buah baterai 12 V dengan arus 10 Ampere. Maka tegangan yang dihasilkan menjadi 24 V.

4.3. Pengujiangelombang output

Setelah dilakukan filterisasi,Adapun gelombang output yang dihasilkan adalah sebagai berikut:

Gambar 4.1.gelombang sinus setelah difilter

Pengujian ini dilakukan sebelum rangkaian dipasang transformator,Pengukuran keluaran dari rangkaian ini hanya berfungsi untuk membuktikan bahwa waktu dan frekuensi dari rangkaian tersebut sesuai dengan yang diinginkan atau tidak.Setelah dilakukan pengukuran maka didapatkan:

V/DIV = 7 V/DIV Time/DIV = 7 ms Tinggi gelombang = 3 DIV

Sehingga :

V = Tinggi gelombang x V/DIV

(49)

= 21 Volt

T = DIV Horizontal x Time/DIV = 3 x 7 ms

= 21 ms F = 1/T

= 1/20x 10^-3s = 1000/21 = 47,6 Hz

Penyimpangan (%) = x 100%

= 1.6 %

4.4. Pengujian Daya output inverter

Pengujian daya output inverter ini akan dilakukan dua kali yaitu tanpa menggunakan beban dan menggunakan beban.

4.4.1. Pengujian daya output inverter tanpa beban

Pengujian ini menggunakan multimeter untuk mengetahui besar arus dan tegangan keluaran inverter sehingga dapat diketahui besar daya yang dihasilkan inverter. Adapun hasil yang didapat setelah melakukan pengujian tersebut maka didapat hasil sebagai berikut:

Tabel 4.1.pengujian output inverter tanpabeban

Arus (Ampere) Tegangan (Volt) Daya (Watt)

0.95 220 209

0.90 220 198

0.935 218 203.8

0.912 219.4 200.09

Pengujiandaya inverter tanpa beban ini dilakukan ebanyak 4 kali dan didapat daya rata-rata inverter adalah sebagai berikut:

P rata-rata = = 202,9 Watt

(50)

4.4.2. Pengujian inverter denganbeban

Pengujian inverter ini akan diuji coba kebeberapa peralatan elektronik dengan variasi daya yang dimilikinya. Adapun hasil pengujiannya dapat dilihat pada tabel dibawah ini.

Tabel 4.2.pengujian inverter dengan beban

No Jenis Beban Daya (Watt) Vout (V) I out (A)

1 Lampu 25 127.7 0.2

2 lampu 75 150 0.56

3 lampu 100 180 0.58

4 solder 125 200 0.61

5 kipas 200 220 0.85

4.5. Hasil pengujian efisiensi inverter

Pada pengujian ini yang diamati adalah untuk mengetahui pengaruh beban (pout) terhadap daya dari sistem inverter.Dengan adanya hasil pengujian ini maka akan diketahui besarnya daya dan efisiensi dari sistem inverter ini. Adapun daya input dan output inverter dapat dilihat pada tabel berikut:

Tabel 4.3. Daya input dan output inverter dengan beban

Pin Pout

V I V I

129 0.25 127.7 0.2

155 0.65 150 0.56

188.6 0.69 180 0.58

220 0.75 200 0.61

220 0.93 220 0.85

(51)

Berdasarkan hasil pengujian diatas maka didapat efisiensi inverter pada masing- masing pengujian adalah sebagai berikut:

1. Padabeban 25 Watt N = x 100 % = x 100 % = 79,1 %

2. Padabeban 75 Watt N = x 100 % = x 100 % = 84,5 %

3. Pada beban 100 watt N = x 100 % = x 100 % = 80,3 %

4. Pada beban 125 Watt N = x 100 % = x 100 % = 74,5 %

5. Pada beban 200 watt N = x 100 % = x 100 % = 75 %

(52)

Adapun hubungan daya beban dengan efisiensi inverter dapat dilihat pada tabel 4.4 dibawah ini.

Tabel 4.4. Hubungan daya beban dan efisiensi inverter

No Jenis Beban Daya (Watt) efisiensi %

1 Lampu 25 79,1

2 lampu 75 84,5

3 Lampu 100 80,3

4 Solder 125 74,5

5 Kipas 200 75

Dari hasil pengujian diatas, terlihat bahwa pada pengujian dengan beban lampu sebesar 100 Watt memiliki efisiensi yang lebih tinggi yaitu sebesar 93.54%.Untuk lebih jelasnya hubungan efisiensi beban dapat dilihat pada gambar dibawah ini:

Gambar 4.2. Grafik hubungan efisiensi dan beban

Pada gfafik diatas dapat diamati bahwa efisiensi inverter akan menurun seiring bertambahnya beban,dan pada saat beban yang digunakan adalah 75 watt,

89 90 91 92 93 94

25 75 100 125 200

Grafik efisiensi Vs Beban

Series1

(53)

4.4. Pengujian dengan menggunakan komputer

Pada Pengujian ini dilakukan Pengujian daya pemancar listrik dihitung dengan menggunakan komputer agar mendapatkan hasil yang lebih maksimal dari pengujian secara manual.pengujian daya ini dihitung sesuai dengan waktu yang diberikan untuk mengetahui daya yang dipancarkan dalam waktu tertentu.

Gambar 4.3. skema dasar pengukuran arus dan tegangan dengan komputer

Pada skema diatas,sumber input awalnya adalah tegangan dari inverter yang akan dialirkan ke beban,Sehingga dapat menghidupkan peralatan elektronika yang disambungkan pada detektor arus dan tegangan kemudian detektor tersebut mengirimkan signal pada mikrokontroller .Didalam komponen mikrokontroller terdapat pin ADC yang berfungsi untuk mengubah sinyal elektrik (analog) menjadi sinyal digital untuk diproses oleh mikrokontroller.Mikrokontroller akan mempermudah mengatur kinerja disetiap komponen tersebut untuk membantu PC menganalisis hasil olahan data dari mikrokontroller.

4.5. Pengukuran arus dan tegangan

Pengujian daya pemancar listrik dihitung dengan menggunakan komputer kemudian diuji sesuai dengan waktu yang diberikan untuk mengetahui daya yang dipancarkan dalam waktu tertentu. Pada pengujian ini akan divariasikan frekuensi pada inverter.

inverter

Beban

Detector arus

Detector tegangan

mikrokontroller Komputer

(54)

4.5.1. Hasil pengujian arus dan tegangan dengan menggunakan Komputer pada frekuensi 40 Hz

Tabel 4.5. pengukuran arus dan tegangan tanpa beban

Waktu Tegangan Arus Daya

10 : 07: 02 210 0.98 205.8

10 : 07: 12 210 0.98 205.8

10 : 07: 22

215 0.96 206.4

10 : 07: 32

214 0.95 203.3

10 : 07: 42

216 0.95 205.2

10 : 07: 52

217 0.97 201.8

Pengujian arus dan tegangan tanpa beban ini dilakukan selama 50 detik dengan interval waktu 10 detik dan didapat daya rata-rata inverter adalah sebagai berikut:

P rata-rata = = 204.7 Watt

Tabel 4.6. pengukuran arus dan tegangan dengan beban

No Waktu Daya (Watt) Vout (V) I out (A)

1 10.20.03 25 120 0.23

2 10.20.13 75 130 0.65

3 10.20.23 100 165 0.67

4 10.20.33 125 194.5 0.71

5 10.20.43 200 216,7 0.81

(55)

Gambar 4.4. Grafik hubungan arus dan tegangan

4.7.1. Hasil pengujiam arus dan tegangan dengan menggunakan computer pada frekuensi 50 Hz

Tabel 4.7. pengukuran arus dan tegangan tanpa beban

waktu Tegangan Arus Daya

10.35.01 220 0.95 209

10.35.11 220 0.95 209

10.35.21 218 0.93 203.6

10.35.31 219 0.93 202.7

10.35.31 219 0.93 203.6

11.35.31 219 0.93 203.6

P _rata-rata = = 205.2Watt

0 50 100 150 200 250

Beban (Watt)

Grafik Arus-Tegangan VS Beban

Series1

Series2 (Volt) (Volt)

(Ampere)

(56)

1 10.42.00 25 129 0.21

2 10.42.10 75 155 0.59

3 10.42.20 100 188.6 0.6

4 10.42.30 125 220 0.62

5 10.42.40 200 220 0.91

Gambar 4.5. Grafik hubungan arus-tegangan dan beban

0 50 100 150 200 250

Grafik Arus-Tegangan Vs Beban

Series1

Series2 (Volt) (Ampere)

(57)

4.7.2. Hasil pengujiam arus dan tegangan dengan menggunakan computer pada frekuensi 60 Hz

Tabel 4.9. pengukuran arus dan tegangan tanpa beban

waktu Tegangan Arus Daya

11.10.09 220 0.95 209

11.10.19 220 0.95 209

11.10.29 219 0.93 203.6

11.10.39 218 0.93 202.7

11.10.49 219 0.93 203.6

11.10.59 219 0.93 203.6

P rata-rata = = 205.2 Watt

1 11.32.05 25 160 0.16

2 11.32.15 75 167 0.46

3 11.32.25 100 209 0.48

4 11.32.35 125 215 0.61

5 11.32.45 200 220 0.87

(58)

Gambar 4.6. Grafik hubungan arus dan tegangan

0 50 100 150 200 250

Grafik Arus-Tegangan Vs Beban

Series1

Series2 (Volt)

(Ampere)

(59)

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. KESIMPULAN

Adapun kesimpulan yang dapat diambil dari percobaan ini adalah sebagai berikut:

1. Penyimpangan tegangan keluaran pada mikrokontroller adalah sebesar 1.25 %

2. Adapun efisiensi rata-rata inverter yang telah dirancang ketika digunakan pada peralatan elektronika adalah sebesar 78,68 %

3. Inverter yang dirancang memiliki daya keluaran sebesar 205 watt dan arus sebesar 0.93 A)

5.2. SARAN

Pada penelitian ini masih banyak terdapat kekurangan yang diharapkan dapat disempurnakan oleh peneliti-peneliti selanjutnya,adapun kekurangan tersebut adalah

1. Inverter yang dirancang sudah berbentuk sinus murni,tetapi memiliki daya yang rendah,sehingga masih bisa ditingkatkan lagi.

2. Efesiensi inverter masih 78,68% sehingga masih bisa ditingkatkan.

(60)

DAFTAR PUSTAKA

[1] Bitar,Stephen.2011.Pure sine wave Inverter. Woprcester polytechnic Institute Qualufying project.

[2]Francisco C. De La Rosa.2006. “Harmonics And Power Systems, Distribution Control Systems”, Inc., Taylor and Francis Group, Hazelwood, Missouri, USA

[3]Mburu,Maina.2009. A Pure Sine Wave Inverter For House Backup.univertsity Nairobi.

[4]National Instruments.2007. “Multisim User Guide”, Electronics Workbench Group, Texas, USA

[5]Tole Sutikno, 2004.“Pembangkit Sinyal PWM Sinusoida Dua Fasa Berbasis FPGA”, Program Studi Teknik Elektro, Program Pasca Sarjana,

Universitas Gajah Mada, Yogyakarta,

[6]Yanuarsyah Haroen, “Elektronika Daya Lanjut, EL 642”, Jurusan Teknik Elektro – FTI, Institut Teknologi Bandung, 1998.

[7]Yusak Tanoto, et. al, “Simulasi Filter Pasif dan Perbandingan Unjuk Kerjanya dengan Filter Aktif Hibrid dalam Meredam Harmonisa pada Induction Furnace”, Jurnal Teknik Elektro, Vol. 5, UK Petra, Surabaya, 2005 [8] http://elektronikaunej.blogspot.com/2012/09/makalah-rangkaian-h-bridge

latar.html#sthash.L0QjMSIs.dpuf

[9]https://fahmizaleeits.wordpress.com/tag/h-bridge-adalah/

[10] http://elektronika-dasar.web.id/low-pass-filter-lpf-rc/

[11]http://skemarangkaianpcb.com/rangkaian-inverter-24-vdc-ke-220-vac-300- watt/

(61)