SKRIPSI
TRESY SITOMPUL 150801020
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
M E D A N
2019
RANCANG BANGUN DC 12 VOLT KE DC 380 VOLT SEBAGAI POWER SUPPLY INVERTER SINUS METODE EGS002
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains
TRESY SITOMPUL 150801020
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2019
PERNYATAAN
RANCANG BANGUN DC 12 VOLT KE DC 380 VOLT SEBAGAI POWER SUPPLY INVERTER SINUS METODE EGS002
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, 1 Agustus 2019
Tresy Sitompul 150801020
PENGHARGAAN
Segala Puji dan Syukur penulis ucapkan kepada Allah Bapa atas segala berkat, kasih karunia dan penyertaan-Nya selama penulis melaksanakan studi hingga menyelesaikan skripsi ini sesuai dengan waktu yang telah ditetapkan. Selama kuliah sampai penyelesain tugas akhir ini, penulis mendapatkan banyak bantuan dalam bentuk moril, materi, dorongan, serta bimbingan dari berbagai pihak oleh karena itu dengan sepenuh hati, penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya:
1. Kepada Bapak Dr. Kerista Sebayang, MS selaku Dosen Pembimbing yang telah meluangkan waktu untuk membimbing, mengarahkan dan memberikan kepercayaan kepada penulis dalam melaksanakan penelitian hingga penyelesaian penulisan skripsi ini.
2. Kepada Bapak Drs Kurnia Brahmana, M.Si dan Bapak Drs. Herli Ginting, M.Si.
selaku Dosen Penguji yang telah memberi masukan dan saran kepada penulis dalam melaksanakan penelitian hingga penyelesaian penulisan skripsi ini.
3. Kepada Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji, MS selaku Ketua Departemen Fisika, dan Drs. Awan Magfirah, M.Sc selaku Sekretaris Departemen Fisika FMIPA USU, Kak Tini, selaku staf Departemen Fisika, seluruh dosen, staf dan pegawai Departemen Fisika FMIPA USU yang telah membantu dan membimbing dalam menyelesaikan skripsi ini. Dan juga kepada semua staf, pegawai dan dosen – dosen Universitas Sumatera Utara mulai dari staf tertinggi hingga terendah dimana penulis menimba ilmu selama ini.
4. Kepada Keluarga Penulis, yaitu Alm kedua orangtua saya, terimakasih untuk cinta kasihnya dan kepada abang saya Jekson Sitompul, Rozer Sitompul dan kakak saya Mahdalena Sitompul, Victoria Sitompul, Rosmaida Sitompul beserta kedua kakak ipar dan ketiga abang ipar saya yang selalu mengingatkan tanpa henti memberikan dukungan moril, doa dan juga semangat.
5. Kepada sahabat-sahabat saya, Eriska Natalia Simangunsong, Fitri Yani Pasaribu, Fatimah Dayani Simbolon, Puji Lestari Harahap, Selly Simatupang dan Yessi Sijabat yang selalu bersedia untuk memberikan doa dan semangat.
6. Kepada teman-teman seperjuangan PHYSICS UNITY (Fisika 2015) atas dukungan untuk menyelesaikan penulisan skripsi ini. Semoga kita semua sukses.
Amin.
7. Kepada teman-teman Asisten Laboratorium Fisika Dasar atas dukungan dan kerjasamanya selama ini.
8. Kapada Abang – Kakak Penulis Fisika Stambuk 2012, 2013 dan 2014.
9. Kepada IMF yang menyediakan wadah bagi penulis sebagai improvisasi diri.
10. Kepada adik-adik penulis: Fisika 2016, Fisika 2017 dan Fisika 2018.
11. Kepada abang-abang dan kakak-kakak terdekat saya terima kasih buat motivasi, semangat dan doanya.
12. Terkhusus kepada Daniel Eliando Silalahi, terima kasih buat kesabaran, pengertian, doa dan semangat yang sudah diberikan dalam proses memperjuangkan skripsi saya ini.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi penyempurnaan isi dan analisa yang disajikan. Akhir kata, semoga tulisan ini bermanfaat bagi yang membutuhkannya. Terima kasih.
Medan, 1 Agustus 2019
Penulis
RANCANG BANGUN DC 12 VOLT KE DC 380 VOLT SEBAGAI POWER SUPPLY INVERTER SINUS METODE EGS002
ABSTRAK
Telah dirancang suatu alat untuk mengubah tegangan DC 12V ke DC 380 V sebagai power supply inverter gelombang sinus dengan metode EGS002. Alat ini berfungsi mendistribusikan tegangan masuk 380V DC yang akan diubah menjadi tegangan keluaran inverter gelombang sinus yang dapat dimanfaatkan dibangunan komersial , perkantoran dan bisa juga sebagai sumber daya cadangan seperti UPS . Alat ini menggunakan module EGS002 yang dibuat khusus untuk inverter fase tunggal sinusoidal yang akan menampilkan gelombang sinus murni dengan akurasi tinggi untuk mengintegrasikan tegangan masuk dari DC ke tegangan keluaran AC.
Cara kerja alat ini adalah dari trafo akan menaikkan tegangan untuk didistribusikan, selanjutnyan pada dioda akan diberikan tegangan menuju kapasitor untuk disimpan dan akan diteruskan ke papan EGS002. Dimodule EGS002 akan terjadi proses inverter gelombang sinus dari tegangan masukkan 0V DC ke 400V DC selanjutnya akan dilihat tegangan keluaran 230V AC yang akan ditampilkan pada osiloskop.
Kata Kunci: Module EGS002, inverter gelombang sinus, power supply, trafo, dioda, kapasitor.
DESIGN AND DEVELOPMENT OF DC 12 VOLT TO DC 380 VOLT DESIGN AS POWER SUPPLY INVERTER SINUS EGS002
METHOD
ABSTRACT
It has been designed a device to convert DC 12V to Dc 380 V voltage as a sine wave inverter power supply using the EGS002 method. This tool functions to distribute 380 V Dc input voltage which will be converted into the output voltage of a sine wave inverter which can be utilized for commercial, office and also as a backup power source such as UPS. This tool uses the EGS002 module which is made specifically for sinusoidal singlephase inverters which will display pure sine waves with high accuracy to integrate the input voltage from DC to AC output voltage. The way this tool works is that the transformer will increase the voltage to be distributed, then the diode will be given a voltage to the capacitor to be stored and will be forwarded to the EGS002 board. Dimodule EGS002 will be a sine wave inverter process from the voltage enter 0V DC to 400V DC, then the 230V AC output voltage will be seen on the oscilloscope.
Keywords: EGS002 module, sine wave inverter, power supply, transformer, diode, capacitor.
DAFTAR ISI
PERSETUJUAN iii
PERNYATAAN iv
PENGHARGAAN v
ABSTRAK vii
DAFTAR ISI ix
DAFTAR TABEL xi
DAFTAR GAMBAR xii
DAFTAR LAMPIRAN xiii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Rumusan Masalah 2
1.3 Batasan Masalah 2
1.4 Tujuan Penelitian 2
1.5 Manfaat Penelitian 2
1.6 Sistematika Penulisan 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Jaringan DC 380V 4
2.1.1 Penggunaan 380V 5
2.2 DC Dan AC 6
2.3 Konverter 7
2.3.1 BDC Non-Terisolasi (NBDC) 8
2.3.2 BDC Terisolasi (IBDC) 11
2.4 Inverter 12
2.5 Module EGS002 14
2.6 H-Bridge 15
2.7 FET 16
2.7.1 Junction FET (JFET) 17
2.7.2 Metal Oxide Semiconduction Field Effect Transistor (MOSFET)
18
2.8 Trafo 19
2.8.1 Jenis – jenis dari Trafo 20
2.9 IC LM393 21
2.10 Power Supply 22
2.11 Gelombang Sinus 23
2.12 Gelombang cosinus 26
BAB III Metodologi Penelitian
3.1 Diagram Blok 29
3.2 Penjelasan Fungsi Tiap Blok Dari Diagram Blok 29
3.2.1 Baterai 30
3.2.2 Konverter 30
3.2.3 Inverter 32
3.2.4 Osiloskop 32
3.2.5 FET 33
3.2.6 H-Bridge 35
3.2.7 LM393 36
3.2.8 Module EGS002 36
3.2.9 Trafo 37
3.3 Diagram Alir (Flow Chart) 42
3.4 Waktu dan tempat 42
BAB IV DATA DAN PENGUJIAN ALAT
4.1 Pengujian Pada Rangkaian 43
4.1.1 Penjelasan Proses Dari Rangkaian 43 4.2 Bentuk Gelombang Sinusoidal Hasil Pengujian 45 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan 47
5.2 Saran 47
DAFTAR PUSTAKA 47
LAMPIRAN 49
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 4.1 Tabel pengujian alat 44
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Rangkaian DC-DC tipe buck 9
Gambar 2.2 Rangkaian konverter DC-DC tipe boost 9
Gambar 2.3 Konverter tipe push full 10
Gambar 2.4 Bentuk Gelombang Inverter 14
Gambar 2.5 Papan EGS002 dan tampilan LCD 15
Gambar 2.6 Konfigurasi H-Bridge menggunakan N-channel 16
Gambar 2.7 Struktur dasar JFET jenis Kanal-N 17
Gambar 2.8 Struktur dasar JFET jenis Kanal-P 18
Gambar 2.9 Bentuk struktur dan simbol MOSFET tipe N 19 Gambar 2.10 Bentuk struktur dan simbol MOSFET tipe P 19
Gambar 2.11 Trafo Step Up 20
Gambar 2.12 Trafo Step Down 20
Gambar 2.13 Diagram blok IC LM393 21
Gambar 2.14 Gelombang sinus murni, gelombang dan kotak 24 Gambar 2.15 Beda fase gelombang sinus dan cosinus 26
Gambar 2.16 Pembuatan gelombang sinus 27
Gambar 2.17 Gelombang sinusoida gerakan bandul 28
Gambar 2.18 Gelombang sinus dan cosinus 28
Gambar 3.1 Diagram Blok 29
Gambar 3.2 (a) Motor Berputar CCW, (b) Motor Berputar CW 35
Gambar 3.3 Diagram blok IC LM393 36
Gambar 3.4 EGS002 Dimensi diagram papan driver 37
Gambar 3.5 Trafo step up 38
Gambar 3.6 Trafo step down 39
Gambar 3.7 Rangkaian Skematik Papan EGS002 40
Gambar 3.8 Board Eagle 41
Gambar 3.9 Rangkaian pada PCB 41
Gambar 3.10 Diagram alir 42
Gambar 4.1 Rangkaian proses pengujian 43
Gambar 4.2 Kurva pengujian pada module EGS002 44
Gambar 4.3 Tampilan tagangan input dari module EGS002 45 Gambar 4.4 Bentuk gelombang sinus tegangan output 45 Gambar 4.4 Bentuk gelombang sinus tegangan menggunakan trafo 46 Gambar 4.5 Hasil pengujian pada beban dengan frekuensi=50Hz 46
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Gambar alat dengan module EGS002 50
Gambar PCB rangkapain alat pada module EGS002 51
Data Sheet EGS002 52
Data Sheet MOSFET IR 2110 S 58
Data sheet LM393 65
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Elektronika merupakan ilmu yang mempelajari alat listrik arus lemah yang dioperasikan dengan cara mengontrol aliran elektron atau partikel bermuatan listrik dalam suatu alat. Banyak aplikasi daya listrik seperti pengisi daya baterai, mobil, sumber energi terbarukan, daya tanpa gangguan persediaan (UPS.
Konverter resonan jembatan dua arah dengan jaringan resonansi tipepush full yang diusulkan untuk distribusi daya dc 380V dengan module EGS002 yang sudah dilengkapi dengan sistem feedback,sehingga tegangan output inveretr gelombang sinus tetap stabil meskipun tegangan aki sudah turun, juga besar tegangan output bisa diatur. Sinyal ini bisa dirangkai menggunakan osilator sinus generator dengan frekuensi standar 50 Hz. Tegangan dari tahap pembalik utama dibatasi oleh input tegangan, dan dari tahap perbaikan sekunder dibatasi oleh tegangan output. Metode di mana daya DC tegangan rendah terbalik, diselesaikan dalam dua langkah. Pertama menjadi konversi daya DC tegangan rendah ke sumber DC tegangan tinggi, dan langkah kedua menjadi konversi sumber DC tinggi ke bentuk gelombang AC menggunakan modulasi lebar pulsa. Konveretr DC ke AC dinamakan inverter. Fungsi sebuah inverter adalah mengubah tegangan Input DC menjadi tegangan output AC simetri dengan besar dan frekuensi yang diinginkan. Tegangan output variable didapat dengan mengubah- ubah tegangan input DC agar gain inverter konstan. Disisi lain, apabila tegangan input DC adalah tertentu dan tidak bisa diubah-ubah, bias didapatkan tegangan output yang variable dengan mengubah-ubah gain dari inverter, yang biasanya dilakukan dengan kontrol PWM (Pulse Width Modulation) didalam inverter.
Tegangan PLN merupakan Pure Sinus, jadi suatu peralatan berupa motor-motor listrik AC( Kipas angin, Pompa Air, Bor Listrik, dll) dapat bekerja normal.
Berdasarkan referensi diatas maka dilakukanlah penelitian : “RANCANG BANGUN DC 12 VOLT KE DC 380 VOLT SEBAGAI POWER SUPPLY INVERTER SINUS METODE EGS002” dengan tujuan pemkaiain listrik lebih hemat , efisien , dan lebih stabil.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah yang telah dikemukakan, maka dapat dirumuskan beberapa rumusan masalah sebagai berikut:
1. Bagaimana cara konverter resonansi jembatan penuh dengan jaringan resonansi tipe push pull yang mendistribukan tegangan masukan dc 380 V dengan tegangan output inverter gelombang sinus
2. Bagaimana cara konverter prototipe dirancang untuk konverter terisolasi dengan memanfaatkan Module EGS002
1.3 Batasan Masalah
1. Konverter dc-dc tipe push full merupakan dc-dc pensaklaran terisolasi.
2. Output inverter gelombang sinus yang yang mengubah tegangan input DC ke tegngan output AC adalah bentuk gelombang sinusoidal
1.4 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah:
1. Untuk merancang alat “Rancang Bangun Dc 12 Volt Ke Dc 380 Volt Sebagai Power Supply Inverter Sinus Metode EGS002”.
2. Untuk mengetahui terjadinya feedback terhadap module EGS002 ketikan diberikan distribusi daya dc sebagai tegangan input boost konverter ke tengangan output inverter gelombang sinus tetap stabil dengan frekuensi 50Hz yang akan ditampilkkan pada osiloskop
1.5 Manfaat Penelitian
1. Unit power supply 380V dc yang bersih, efisien dan stabil
2. Distribusi daya 380V dc dapat dimanfaatkan di Bangunan Komersial dan Kantor dan sumber daya cadangan seperti UPS
1.6 Sistematika Penulisan
Untuk mempermudah pembahasan dan pemahaman maka penulis membuat sistematika pembahasan bagaimana sebenarnya prinsip kerja dari rancang bangun dc 12 volt ke dc 380 volt sebagai power supply inverter sinus
metode egs002. Maka penulis menulis skripsi ini dengan sistematika penulisan sebagai berikut :
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini berisikan pendahuluan yang menjelaskan mengenai latar belakang, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian serta sistematika penulisan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini menjelaskan tentang teori-teori pendukung dalam penelitian.
Adapun teori pendukung dalaam penelitian ini yaitu tentang Jaringan Dc 380V , Dc Dan Ac, Konverter, Inverter, Module EGS002, H-Bridge, Power FET, Trafo, IC LM 393, Power Supply, dan Gelombang Sinus.
BAB III METODE PENELITIAN
Bab ini membahas tentang perancangan alat, diagram blok, Penjelasan fungsi kerja alat dari rangkaian dan Diagram alir.
BAB IV DATA DAN PENGUJIAN ALAT
Bab ini membahas tentang hasil data pengujian dan bentuk gelombang sinus pada osiloskop
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini membahas tentang kesimpulan yang merupakan jawaban dari tujuan dalam penelitian yang telah dilakukan, serta saran yang mungkin dapat bermanfaat untuk penelitian selanjutnya..
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 JARINGAN DC 380V
Thomas A. Edison benar-benar memulai revolusi ketika ia mengusulkan penggunaan listrik alih-alih gas alam untuk menerangi rumah. Dalam industri kita mungkin menganggapnya sebagai perubahan dramatis dalam ide atau praktik.
Evolusi di sisi lain dapat dianggap sebagai pengembangan bertahap dari sesuatu menjadi bentuk yang lebih baik. Dengan tujuan utama pusat data sebagai keandalan dan tujuan sekunder adalah mengelola biaya, orang harus melihat tren makro dalam hal daya, komputasi, dan keandalan. Topologi daya data center 380V dc adalah salah satu tren makro. 380V dc menyediakan sistem yang paling fleksibel dan hemat biaya untuk memenuhi permintaan energi yang berfluktuasi yang akan memanfaatkan semua manfaat teknik dari arus searah. (Martinson, Timothy E. 2014). Distribusi DC mengurangi jumlah langkah konversi daya dengan memanfaatkan tegangan DC 380V; ini memberikan pengurangan signifikan dimensi kabel dan biaya terkait. Konverter DC / DC menyediakan isolasi galvanik. Konverter dapat berupa setengah, jembatan penuh, soft-switched / hardswitched atau fase-shiftedconverter. Efisiensi keseluruhan tergantung pada efisiensi dua tahap menurut persamaan (1). Eff stage1 (%) x Eff stage 2 (%) = Keseluruhan Eff (%). Setiap tahap dituntut memiliki efisiensi setinggi mungkin, sehingga efisiensi total dapat setinggi mungkin. Tegangan sistem 380Vdc cocok sebagai tegangan Boots untuk sebuah Konverter DC / DC, ketika sistem baterai beroperasi mode mengapung. Maka tahap Boost dapat dilewati dan efisiensi bisa mencapai di atas 98%. StarLine DC Solutions dan EMerge Alliance berada di pusat inisiatif membawa 380V dc ke pusat data dan bangunan komersial. Ketika baterai dalam mode pengisian atau pengosongan, dorongannya konverter perlu diaktifkan dan mendukung DC / DC tegangan input konverter. Karena baterai memberikan input DC yang bersih, baterai boost topologi dapat dibangun sebagai boost single switch standar dan tidak ada kebutuhan untuk dorongan tanpa jembatan lebih kompleks. Konverter AC / DC dan konverter DC / DC beroperasi sangat berbeda dalam hal tegangan input. Konverter AC / DC dalam operasi
normal memiliki kisaran tegangan input lebar untuk menutup dan memberikan tegangan output yang diatur dengan efisiensi tinggi. Konverter DC/DC digunakan dalam sistem 380Vdc biasanya memiliki tegangan input yang stabil, karena baterai pada boots DC tegangan input ke konverter DC / DC hanya berubah selama siklus pengisian dan pengosongan baterai.(Schmidt, Odd R, Dkk. 2015) 2.1.1 Penggunaan 380V
Penggunaan 380Vdc untuk pusat data dan kantor pusat adalah tumbuh sesuai dengan Emerge Alliance. Menurut Emerge Alliance, minat untuk distribusi daya 380Vdc untuk pusat data semakin meningkat. ETSI dan Emerge Alliance telah mengembangkan standar untuk 400Vdc distribusi. Pusat Data / Telekomunikasi Emerge Alliance standar menggambarkan distribusi DC dan ETSI memilikinya distribusi 400Vdc standar dan satu untuk Pembumian dan Ikatan. Kedua standar menentukan rentang tegangan 260 - 400Vdc dengan beberapa kondisi sementara.
Keandalan sistem 380Vdc menggunakan baterai sangat bagus dan dapat dibandingkan dengan sistem 48Vdc untuk Telkom aplikasi. Konverter bawah penting untuk memberikan keandalan dan efisiensi untuk Sistem Daya 380Vdc.
380V DC di Bangunan Komersial dan Kantor: Penyimpanan baterai dari stasiun tenaga listrik Straubing (1901), Penyimpanan baterai dari pembangkit listrik Landshut. Sejarah listrik DC & AC Proses perubahan yang lambat. Proses perubahan dari DC ke AC selesai sepenuhnya sebelum Februari 1959. New York:
Pemasok listrik Con Edison mengirim DC hingga 2007. Terdistribusi struktur sandang banyak sumber kecil, Grid stabilisasi dengan kecil baterai1900.
Ketersediaan tinggi dalam system Grid pusat yang besar pada sejumlah kecil pembangkit listrik 1950 Keuntungan dari distribusi daya DC yaitu banyak beban konsumen membutuhkan DC contohnya generator Regeneratif (PV / Angin) dan Baterai menghasilkan DC ; kurangnya konversi konversi terutama sistem grid dengan banyak sumber DC; tidak ada daya reaktif lebih baik. Distribusi DC untuk gedung telekomunikasi dan pusat data yaitu catu daya DC yang sangat efisien sangat diperlukan untuk merealisasikan rendah masyarakat karbon, ketersediaan topologi ISOP-IPOS terbukti. Ketika baterai dalam mode pengisian atau pengosongan, dorongannya konverter perlu diaktifkan dan mendukung DC / DC tegangan input konverter. Catu daya tetap adalah rangkaian catu daya yang
menghasilkan tegangan keluaran yang tetap dan stabil. Untuk mendapatkan catu daya tetap dapat menggunakan baterai kering atau rangkaian penyearah yang dilengkapi dengan stabilisator. (Wunder, 2013)
2.2 DC DAN AC
Di dunia saat ini ada dua bentuk transmisi listrik, Direct Current (DC) dan Alternating Current (AC), masing-masing dengan kelebihan dan kekurangannya sendiri. Daya DC hanyalah penerapan tegangan konstan yang stabil di seluruh rangkaian yang menghasilkan arus konstan. Baterai adalah sumber paling umum dari transmisi DC karena arus mengalir dari satu ujung rangkaian ke ujung lainnya. Paling sirkuit digital saat ini adalah aliran listrik DC karena membawa kemampuan untuk memberikan yang tinggi atau konstan tegangan rendah konstan, memungkinkan logika digital untuk memproses eksekusi kode. Secara historis, listrik adalah yang pertama ditransmisikan secara komersial oleh Thomas Edison, dan merupakan saluran listrik DC. Namun, listrik ini tegangan rendah, karena ketidakmampuan untuk meningkatkan tegangan DC pada saat itu, dan karena itu tidak mampu mentransmisikan daya jarak jauh.
V = I R
P = I V = I
2R ... 2.1
Seperti yang dapat dilihat pada persamaan di atas, kehilangan daya dapat berasal dari arus listrik kuadrat dan hambatan saluran transmisi. Ketika tegangan meningkat, arus berkurang dan secara bersamaan kehilangan daya berkurang secara eksponensial; karena itu transmisi tegangan tinggi berkurang kehilangan daya. Arus bolak-balik, tidak seperti DC, berosilasi antara dua nilai tegangan pada frekuensi yang ditentukan, dan arus dan tegangan yang terus berubah membuatnya mudah untuk naik atau turun voltage. Untuk situasi transmisi tegangan tinggi dan jarak jauh, semua yang diperlukan untuk naik atau turun tegangan adalah sebuah transformator. Dikembangkan pada tahun 1886 oleh William Stanley Jr, trafo itu dibuat panjang jarak transmisi listrik menggunakan daya AC mungkin. Oleh karena itu transmisi listrik sebagian besar didasarkan pada daya AC. Perlu dicatat bahwa sejak 1954 ada banyak sistem transmisi DC tegangan tinggi diimplementasikan di seluruh dunia dengan munculnya DC / DC konverter, memungkinkan naik dan turunnya tegangan DC. Seperti daya DC, ada
banyak perangkat seperti alat-alat listrik, radio, dan TV yang lari dari AC . Karena itu sangat penting bahwa kedua bentuk transmisi listrik ada dunia tidak bisa didukung dengan satu bentuk sederhana daya DC ke AC dan sebaliknya secara efisien. AC/DC konverter dan DC / AC inverter memungkinkan orang kebebasan dalam mentransfer daya listrik antara dua. Tujuan dari power inverter DC / AC untuk mengambil daya DC disuplai oleh baterai dan mengubahnya menjadi sumber listrik AC 120 volt. (Doucet Jim, Dkk 2007)
2.3 Konverter
Adalah sebuah alat yang dapat digunakan untuk mengubah tegangan searah alias DC ke tegangan DC yang punya nilai berbeda. DC/DC Konverter sering memastikan isolasi listrik antara bagian sistem tegangan rendah dan tegangan tinggi, lalu transformator digunakan. Untuk memberi makan transformator DC daya harus dikonversi menjadi daya AC dan selanjutnya diperbaiki untuk daya DC. Untuk meminimalkan ukuran transformator, berat dan biaya, frekuensi daya AC harus setinggi mungkin. Sistem konverter DC-DC terdiri dari pengumpanan arus (boost) inverter pada sisi tegangan rendah dan inverter tegangan-makan (buck) di sisi tegangan tinggi. Kelemahan dari sistem ini adalah pada tegangan tinggi dipicu oleh kebocoran transformator induktansi ketika konverter penambah diaktifkan. Transformator induktansi kebocoran dapat digunakan sebagai elemen yang berguna di konverter resonan. Aliran energi dari sisi tegangan rendah ke tinggi, dorongan konverter (L) dikontrol dan konverter sisi tinggi (H) tidak dikendalikan tetapi beroperasi sebagai penyearah. Untuk aliran energi ke sisi yang berlawanan buck converter (H) dikontrol dan konverter sisi rendah (L) beroperasi sebagai penyearah.Arah energi mengalir dari tegangan rendah ke sumber tegangan tinggi tersebut disebut mode operasi boost. (Jalbrzykowski.S, and T. Citko.2009) Aplikasi baru Konverter dc-dc dua arah (BDC) termasuk penyimpanan energi dalam sistem energi terbarukan, sistem energi sel bahan bakar, hibrida kendaraan listrik (HEV) dan catu daya tak terputus (UPS). Konverter resonansi jembatan penuh dua arah dua arah adalah diperkenalkan untuk sistem UPS tanpa sirkuit snubber Topologi ini dapat beroperasi dalam kondisi soft switching sakelar primer dan penyearah sekunder. Prinsip-prinsip operasional dan karakteristik mendapatkan konverter resonansi jembatan penuh dua arah dua arah dengan
struktur simetris dari pembalik utama dan sekunder tahap perbaikan akan dibahas untuk sistem distribusi daya 380V dc. jaringan resonansi seharusnya dirancang untuk menjaga gain konverter lebih tinggi dari gain unity sehubungan dengan seluruh rentang beban. Faktor kualitas dan rasio induktansi konverter dipilih dengan mempertimbangkan rentang tegangan input, maksimum memuat, dan mendapatkan kurva konverter. (Jung, Jee-Hoon. Dkk, 2012) Konverter dc-dc selalu diperlukan untuk memungkinkan pertukaran energi antara perangkat penyimpanan dan sistem lainnya. Dalam mode cadangan, baterai feed back dc inverter adalah melalui BDC tetapi dalam arah aliran daya terbalik. BDC dapat diklasifikasikan ke dalam tipe yang tidak terisolasi dan terisolasi. BDC non- terisolasi (NBDC) adalah lebih sederhana daripada BDCsterisolasi (IBDC) dan dapat mencapai efisiensi yang lebih baik. Kompleksitas IBDC yang berasal dari fakta bahwa tautan AC harus ada dalam struktur untuk mengaktifkan transfer daya melalui media isolasi magnet, mis. transformator. Konverter DC-DC berlaku seperti halnya trafo/transformer yang mengubah tegangan AC tertentu ke tegangan AC yang lebih tinggi atau lebih rendah. Tidak ada peningkatan ataupun pengurangan daya masukan selama pengkonversian bentuk energi listriknya, sehingga secara ideal persamaan dayanya dapat dituliskan dengan persamaan sebagai berikut :
Pin = Pout + PLosse ... 2.2 (2.2) Konverter DC-DC dapat dibagi menjadi 2 kategori besar, yaitu yang terisolasi dan
yang tak terisolasi. Kata ’isolasi’ disini secara sederhana bermakna adanya penggunaan trafo (isolasi galvanis) antara tegangan masukan dan tegangan keluaran konverter DC-DC. Beberapa sumber menyebutkan bahwa konverter DC- DC yang tak terisolasi dengan istilah direct converter, dan konverter yang terisolasi dengan istilah indirect converter.
2.3.1 BDC non-terisolasi (NBDC)
Secara umum, konverter dc-searah dapat diubah menjadi konverter dua arah dengan mengganti dioda dengan yang dapat dikontrol beralih pada strukturnya.
1. Topologi Penurun Tegangan (Buck Converter)
Merupakan konverter penurun tegangan yang mengkonversikan tegangan masukan DC menjadi tegangan DC lainnya yang lebih rendah. Seperti terlihat
pada gambar 2, rangkaian ini terdiri terdiri atas satu saklar aktif (MOSFET), satu saklar pasif (diode), kapasitor dan induktor sebagai tapis keluarannya. ktif (MOSFET), satu saklar pasif (diode), kapasitor dan induktor sebagai tapis keluarannya.
Gambar2. 1. Rangkaian konverter DC-DC tipe buck
Untuk tegangan kerja yang rendah, saklar pasif (dioda) sering diganti dengan saklar aktif (MOSFET) sehingga susut daya pada saklar bisa dikurangi. Apabila menggunakan 2 saklar aktif, kedua saklar ini akan bekerja secara bergantian, dan hanya ada satu saklar yang menutup setiap saat. Nilai rata-rata tegangan keluaran konverter sebanding dengan rasio antara waktu penutupan saklar (saklar konduksi/ON) terhadap periode penyaklarannya. Biasanya nilai faktor daya ini tidak lebih kecil dari 0.2, karena jika dioperasikan pada rasio tegangan yang lebih tinggi, saklar akan bekerja dibawah keandalannya dan menyebabkan efisiensi konverter turun. Untuk rasio (Vd/Ed) yang sangat tinggi, biasanya digunakan konverter DC-DC yang terisolasi atau topologi yang dilengkapi dengan trafo.
2. Topologi Penaik Tegangan (Boost Converter)
Boost converter adalah konverter yang menghasilkan tegangan output lebih besar dari tegangan inputnya atau biasa disebut dengan konverter penaik tegangan. Tegangan output yang dihasilkan dari boost converter memiliki polaritas yang sama dengan tegangan input. Konverter ini bekerja secara periodik saat saklar terbuka dan tertutup. Konverter ini banyak dimanfaatkan untuk aplikasi pembangkit listrik tenaga surya dan turbin angin. Keunggulan dari konverterboost adalah mampu menghasilkan arus masukan yang kontiniu.
Gambar 2.2. Rangkaian konverter DC-DC tipe boost
Konverter Push-Pull
Topologi turunan buck lain yang cukup popular adalah push-pull seperti terlihat pada gambar dibawah ini. Keuntungan utama dari topologi ini adalah dua saklar yang digunakan bisa dikendalikan dengan dua rangkaian gate yang referensinya sama. Ini akan sangat menyederhanakn rangkaian kendali yang diperlukan sehingga bisa dibuat dalam satu chip. Topologi push-pull cocok untuk penerapan dengan tegangan masukan yang rendah karena saklar akan merasakan tegangan sebesar dua kali tegangan masukannya. Akibatnya, rangkaian ini cocok untuk konverter daya yang dipasok dengan battery. Topologi ini banyak dipakai untuk daya sampai 500 Watt. (Sutrisna . F, Kadek. 2011)
Gambar 2. 3 konverter tipe push full 2.3.2 BDC Terisolasi (IBDC)
Isolasi galvanik antara sistem multi-sumber merupakan persyaratan yang diamanatkan oleh banyak orang standar.Keselamatan personil, pengurangan kebisingan dan pengoperasian sistem perlindungan yang benar alasan utama di balik isolasi galvanik. Struktur ini terdiri dari dua konverter dc-ac switching frekuensi tinggi dan transformator frekuensi tinggi yang terutama digunakan untuk mempertahankan isolasi galvanik antara dua sumber. Ini transformator juga penting untuk pencocokan tegangan jika rasio tegangan besar antara dua sumber.
Transformator membutuhkan kuantitas AC di terminalnya dan konverter DC-AC adalah dipekerjakan di setiap sisi. Karena transfer energi di kedua arah diperlukan untuk sistem, setiap konverter dc-ac juga harus memiliki kemampuan transfer energi dua arah. Dengan yang sama token, bus dc dalam struktur ini juga harus dapat menghasilkan atau menyerap energi. Dalam kebanyakan konverter dc- searah hanya bus input memiliki variasi tegangan dan tegangan output biasanya diatur. Namun, dalam banyak aplikasi IBDC kedua bus dc memiliki variasi tegangan yang dikenakan oleh bagian lain dari sistem. Dalam topologi ini, setiap konverter menyediakan bentuk gelombang ac dengan nilai puncak dekat dengan
tegangan dc pada terminalnya, oleh karena itu tegangan tegangan pada masing- masing saklar terbatas pada tingkat tegangan bus. Tegangan saat ini dari semua sakelar di setiap sisi hampir sama. Tidak perlu elemen aktif atau pasif tambahan untuk memiliki soft switching. Pergeseran fase antara dua tegangan ac, dilambangkan dengan φ, adalah parameter penting yang menentukan arah dan jumlah transfer daya antara bus dc. Sudah menyesuaikan pergeseran fase ini, operasi frekuensi tetap dengan kontrol penuh atas daya transfer dimungkinkan.
Dalam kebanyakan konverter dc-searah hanya bus input memiliki variasi tegangan dan tegangan output biasanya diatur. Namun, dalam banyak aplikasi IBDC kedua bus dc memiliki variasi tegangan yang dikenakan oleh bagian lain dari sistem.
Dalam hal ini, suatu parameter desain penting dalam IBDC yang memengaruhi rentang soft switching dan lainnya karakteristik kinerja adalah rasio tegangan.
konverter pergeseran fasa biasanya memiliki arus sirkulasi yang lebih tinggi dan karenanya lebih banyak kerugian konduksi. Namun, sebagai frekuensi switching meningkat, pengurangan kerugian yang disebabkan oleh soft-switching melebihi kehilangan konduksi dan dengan demikian efisiensi keseluruhan. Topologi ini terdiri dari satu pengumpanan tegangan setengah jembatan konverter di Sisi B (sisi tegangan biasanya lebih tinggi) dan setengah arus-makan yang dimodifikasi jembatan converter (juga disebut boost-half bridge) di Sisi A. Sisi yang diberi tenaga saat ini adalah yang lebih rendah sisi tegangan karena biasanya terdiri dari baterai atau sumber energi dc kapasitor ultra dalam yang arus riak rendah diinginkan. Dalam prakteknya amplitudo tegangan beberapa puluh volt untuk sisi tegangan rendah (baterai atau kapasitor ultra) dan beberapa volt untuk volt tinggi sisi tegangan. Bidirectional dc-dc Converters (BDC) adalah salah satu elemen kunci dalam penyimpanan energi listrik sistem. Mereka menyediakan antarmuka pemrosesan daya yang fleksibel antara penyimpanan energi perangkat (mis.
baterai) dan sistem lainnya. Dua keluarga utama BDC adalah non-terisolasi dan struktur terisolasi. Tinjauan tentang konverter dc-dc dua arah terisolasi (IBDC) disajikan. Struktur dasar konverter ini bersama dengan terminologi yang digunakan dalam literatur dijelaskan. Meskipun berbagai konfigurasi diusulkan untuk IBDC di literatur, mereka dapat dikategorikan ke dalam beberapa keluarga dasar. Klasifikasi disajikan kepada membantu memahami persamaan dan perbedaan di antara golongan. Operasional utama aspek masing-masing golongan
dijelaskan oleh bantuan bentuk gelombang dasar yang sesuai dengan sebuah anggota dasar keluarga itu. Kelebihan dan kekurangan masing-masing konfigurasi adalah dinyatakan secara singkat. (Karshenas, Hamid R .Dkk .2014) BDC yang terisolasi telah dikembangkan untuk frekuensi tinggi isolasi galvanik dari antarmuka kontrol daya sistem distribusi daya dc antara bus dc dan ac kisi-kisi.
Untuk sistem distribusi daya dc, diisolasi BDC dapat memasok listrik bersih dan stabil, yang berarti tinggi keandalan, efisiensi, efektivitas, dan manuver dari sistem tenaga. Beberapa topologi BDC terisolasi telah disarankan untuk aplikasi dari sistem distribusi tenaga listrik dc. Topologi ini sesuai untuk konversi daya dua arah karena memiliki modus boost untuk konversi daya tegangan rendah ke tinggi dan mode buck untuk sebaliknya. Konverter fase penuh jembatan dua arah dua arah adalah diusulkan dengan isolasi galvanik frekuensi tinggi untuk energi sistem penyimpanan. Konverter resonansi jembatan penuh dua arah dua arah dengan jaringan resonansi tipe push pull simetris baru menggunakan digital skema kontrol diusulkan untuk distribusi daya dc 380V sistem. Sebagai tambahan, topologi yang diusulkan tidak memerlukan sirkuit penjepit mengurangi tegangan tegangan sakelar karena sakelar. Tegangan dari tahap pembalik utama dibatasi oleh input tegangan, dan bahwa dari tahap perbaikan sekunder dibatasi oleh tegangan output. Karena itu, efisiensi konversi daya arah apa pun persis sama satu sama lain. (Jung, Jee-Hoon. Dkk,2012)
2.4 Inverter
Adalah untuk mengubah tegangan listrik searah (DC) menjadi tegangan listrik bolak-balik (AC). Inverter juga bisa dibilang sebagai konverter tegangan DC ke tegangan AC. Prinsip kerja inverter sendiri adalah dengan cara memotong dan membalikkan arus DC yang kemudian dapat membangkitkan gelombang segi empat. Gelombang segi empat tersebut nantinya disaring menjadi gelombang sinus yang disesuaikan, serta menghapus harmonik yang tak diinginkan.
Berdasarkan bentuk gelombang output-nya inverter dapat dibedakan menjadi : 1. Sine wave inverter, yaitu inverter yang memiliki tegangan output dengan
bentuk gelombang sinus murni. Inverter jenis ini dapa memberikan supply tegangan ke beban (Induktor) atau motor listrik dengan efisiensi daya yang baik.
2. 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 mensupplay beban induktor atau motor listrik.
3. Square wave inverter,yaitu inverter dengan output berbentuk gelombang kotak, inverter jenis ini tidak dapat digunakan untuk mensupply tegangan ke beban induktif atau motor listrik (Zuhal, 2004)
Inverter memungkinkan pengguna untuk menyediakan daya AC area di mana hanya baterai yang tersedia, memungkinkan portabilitas dan membebaskan pengguna dari daya yang panjang kabel. Dalam situasi di mana sumber DC tegangan rendah seperti baterai, panel surya atau sel bahan bakar harus dikonversi sehingga perangkat dapat kehabisan daya AC. Salah satu contoh situasi seperti itu akan mengubah daya listrik dari aki mobil menjadi laptop, TV atau sel telepon.
Proyek ini berfokus pada metode pertama menjelaskan dan secara khusus transformasi sumber DC tegangan tinggi menjadi output AC. Dari DC/AC berbeda inverter di pasaran saat ini pada dasarnya ada dua bentuk AC yang berbeda output yang dihasilkan.Perangkat ini mampu menjalankan perangkat yang lebih sensitif yang dimodifikasi gelombang sinus dapat menyebabkan kerusakan seperti: printer laser, komputer laptop, peralatan listrik, jam digital dan peralatan medis. Bentuk daya AC ini juga mengurangi kebisingan yang terdengar di perangkat seperti lampu pijar dan menjalankan beban induktif, seperti motor, lebih cepat dan lebih tenang karena distorsi harmonik yang rendah. Di pasaran saat ini ada dua jenis power inverter, gelombang sinus termodifikasi dan sinus murni generator gelombang. Inverter ini berbeda dalam outputnya, memberikan berbagai tingkat efisiensi dan distorsi yang dapat mempengaruhi perangkat elektronik dengan berbagai cara. Inverter gelombang sinus murni high-end cenderung menggabungkan sangat mahal, tinggi komponen digital yang mampu daya. Inverter gelombang sinus yang dimodifikasi memberikan solusi murah dan mudah untuk menyalakan perangkat yang membutuhkan daya AC. Hal itu memiliki beberapa kelemahan karena tidak semua perangkat berfungsi dengan baik pada Windows Vista gelombang sinus yang dimodifikasi, produk-produk seperti komputer dan peralatan medis tidak tahan terhadap distorsi sinyal dan harus lari dari sumber daya gelombang sinus murni.
Gambar 2.4 Bentuk Gelombang Inverter Keterangan Warna:
1. Merah: Sine Wave Inverter
2. Biru: Modified Squarewave Inverter
3. Hijau: Square Wave Inverter. (Kolla et. al., 2013)
Biasanya inverter gelombang sinus lebih mahal daripada generator gelombang sinus termodifikasi menambahkan sirkuit. Namun, biaya ini dibuat untuk kemampuannya menyediakan daya bagi semua elektronik AC perangkat, memungkinkan beban induktif berjalan lebih cepat dan lebih tenang, dan mengurangi kebisingan suara dan suara dalam audio peralatan, TV, dan lampu neon. Ketika sinyal pembawa melebihi referensi, sinyal keluaran komparator berada pada satu keadaan, dan ketika referensi berada pada tegangan yang lebih tinggi, output berada pada kondisi kedua. Untuk mendapatkan output dengan sinyal PWM, digunakan transistor teknologi switching lainnya sambungkan sumber kebeban ketika sinyalnya tinggi atau rendah.(Doucet Jim, dkk, 2007) 2.5 MODULE EGS002
Papan driver mengintegrasikan fungsi tegangan, arus, dan perlindungan suhu, indikasi peringatan LED dan kontrol kipas. Jumper mengkonfigurasi AC 50/60 Hz output, mode mulai lunak dan waktu mati. EGS002 adalah versi perbaikan EGS001 yang asli EGS001. EGS002 juga mengintegrasikan logika pencegahan konduksi silang meningkatkan kemampuan anti-interferensi, dan antarmuka layar LCD untuk kenyamanan pengguna untuk digunakan fungsi tampilan built-in chip. EG8010 adalah inverter gelombang sinus murni digital
ASIC dengan fungsi lengkap dari kontrol waktu mati bawaan. Ini berlaku untuk konverter daya dua tahap DC-DC-AC sistem atau sistem transformator frekuensi rendah daya DC-AC satu tahap untuk meningkatkan. EG8010 bisa mencapai 50 / 60Hz gelombang sinus murni dengan akurasi tinggi, harmonik rendah dan distorsi oleh eksternal Osilator kristal 12MHz. EG8010 adalah IC CMOS yang mengintegrasikan generator sinusoid SPWM, mati sirkuit kontrol waktu, range divider, sirkuit mulai lunak, perlindungan sirkuit, komunikasi serial RS232, 12832 unit LCD serial. Papan driver memiliki port monitor LCD. Monitor LCD yang terhubung akan menampilkan tegangan Output, arus, suhu sistem dan frekuensi Output. Papan akan tetap bekerja meskipun tidak ada layar yang terhubung.
Papan ini digunakan untuk konverter AC dua tahap (DC-DC-AC) atau sistem transformator frekuensi rendah daya tunggal DC-AC. Keluaran AC 220V dari power inverter dilindungi dari lonjakan daya menggunakan Power NTC 10ohms.
Gambar 2.5 Papan EGS002 dan tampilan LCD
EGS002 mengintegrasikan layar LCD untuk kenyamanan pengguna menguji tampilan bawaan chip berfungsi yang didukung EG8010. Kabel penahan diperlukan untuk menghubungkan papan driver EGS002 dan LCD, jika tegangan tinggi dan arus tinggi inverter akan secara signifikan mengganggu operasi papan driver.(Ansha,2017)
2.6 H Bridge
H-Bridge atau jembatan H adalah salah satu rangkaianelektronika yang digunakan untuk mengatur kerja motor listrik.Dapat digunakan untuk mengatur arah arus yang mengalir pada suatu beban.Pada motor listrik ,rangkaian ini dapat mengatur arah putaran motor dan besar arus yang mengalir pada motor listrik
tersebut. Nama H Bridge diambil dari bentuk konfigurasi rangkaian tersebut yang terlihat seperti huruf H. (Sabuktiono, supriadi.2018)
Gambar 2.6 Rangkaian H-Bridge
Konfigurasi Hbridge atau fullbridge konverter adalah konfigurasi switching yang terdiri dari empat sakelar dalam pengaturan yang menyerupai H. Dengan mengendalikan saklar yang berbeda di jembatan, positif, negatif, atau zeropotensi tegangan dapat ditempatkan melintasi beban. Sirkuit HBridge bertindak sebagai inti utama dari Gelombang Sinus Murni Inverter. Hbridge sirkuit pada dasarnya memungkinkan tegangan diterapkan melintasi beban di kedua arah. Dalam inverter, ini digunakan untuk memperkuat gelombang input persegi yang datang dari mikrokontroler. Memberikan gelombang persegi termodulasi pada input dari Hbridge. Karena jika memberikan gelombang sinus ke MOSFET atau yang lainnya perangkat switching lain seperti BJT atau IGBT, sangat tinggi switching kerugian terjadi. Ini karena ketika memberi gelombang sinusoidal ke salah satu perangkat ini, mereka mulai beroperasi di wilayah linier, dan kehilangan daya terjadi pada perangkat beroperasi didaerah linier. Hbridge untuk inverter gelombang sinus murni dapat dibagi menjadi dua mode. Perangkat IR2110 High dan Low Side Drive melebihi semua persyaratan untuk mengemudi MOSFET jembatan. Perangkat ini diperlukan untuk menggerakkan MOSFET sisi tinggi di sirkuit yang ditunjuk HO, karena adanya gerbang sumber tegangan harus lebih tinggi dari saluran ke sumber tegangan, yang merupakan tegangan tertinggi dalam sistem. Perangkat ini menggunakan kapasitor bootstrap untuk menjaga perbedaan tegangan sekitar 12V diatas ke sumber tegangan. PWM digunakan secara luas sebagai sarana menyalakan perangkat arus bolak-balik (AC) dengan sumber arus searah (DC) yang tersedia atau untuk DC / AC tingkat lanjut konversi.
Pengoperasian perangkat IR2110 akan dikontrol melalui sinyal PWM yang dihasilkan. Jika logika internal mendeteksi logika tinggi, pin HO akan didorong;
jika logika rendah terdeteksi, pin LO akan digerakkan. Pin SD mengontrol perangkat dan akan tidak digunakan dan diikat ke tanah. (Doucet Jim, 2007)
2.7 FET
Field Effect Transistor (FET) merupakan suatu jenis transistor khusus.
Tidak seperti transistor biasa, yang akan menghantar bila diberi arus basis, transistor jenis ini akan menghantar bila diberikan tegangan (jadi bukan arus).
Kaki-kakinya diberi nama Gate (G), Drain (D) dan Source (S). Kanal n dibuat dari bahan semikonduktor tipe n dan kanal p dibuat dari semikonduktor tipe p. Ujung atas dinamakan Drain dan ujung bawah dinamakan Source. Pada kedua sisi kiri dan kanan terdapat implant semikonduktor yang berbeda tipe. Terminal kedua sisi implant ini terhubung satu dengan lainnya secara internal dan dinamakan Gate. Source adalah terminal tempat pembawa muatan mayoritas masuk ke kanal untuk menyediakan arus melalui kanal. Drain adalah terminal arus meninggalkan kanal. Gate adalah elektroda yang mengontrol konduktansi antara Source dan Drain. Sinyal input diberikan pada terminal Drain. Sedangkan Substrate atau bulk umumnya dihubungkan dengan Source. Material pada substrate biasanya netral atau didope sedikit. Field efect (efek medan listrik) berasal dari prinsip kerja transistor ini yang berkenaan dengan lapisan deplesi (depletion layer). Lapisan ini terbentuk antara semikonduktor tipe n dan tipe p, karena bergabungnya elektron dan hole di sekitar daerah perbatasan. Sama seperti medan listrik, lapisan deplesi ini bisa membesar atau mengecil tergantung dari tegangan antara gate dengan source.
2.7.1 Junction FET (JFET)
Junction FET atau sering disingkat dengan JFET memiliki 2 tipe berdasarkan tipe bahan semikonduktor yang digunakan pada saluran atau kanalnya. JFET tipe N-Channel (Kanal N) terbuat dari bahan Semikonduktor tipe N dan P-Channel (Kanal P) yang terbuat dari Semikonduktor tipe P.
JFET Kanal-N
Gambar 2.7 struktur dasar JFET jenis Kanal-N
Saluran atau Kanal pada jenis ini terbentuk dari bahan semikonduktor tipe N dengan satu ujungnya adalah Source (S) dan satunya lagi adalah Drain (D).
Mayoritas pembawa muatan atau Carriers pada JFET jenis Kanal-N ini adalah Elektron. Gate atau Gerbang pada JFET jenis Kanal-N ini terdiri dari bahan semikonduktor tipe P. Bagian lain yang terbuat dari Semikonduktor tipe P pada JFET Kanal-N ini adalah bagian yang disebut dengan Subtrate yaitu bagian yang membentuk batas di sisi saluran berlawanan Gerbang (G). Tegangan pada Terminal Gerbang (G) menghasilkan medan listrik yang mempengaruhi aliran pada pembawa muatan yang melalui saluran tersebut. Semakin Negatifnya VG, semakin sempit pula salurannya yang akhirnya mengakibatkan semakin kecil arus pada outputnya (ID).
JFET Kanal-P
Gambar 2.8 struktur dasar JFET jenis Kanal-P
Saluran pada JFET jenis Kanal-P terbuat dari Semikonduktor tipe P. Mayoritas pembawa muatannya adalah Hole. Bagian Gate atau Gerbang (G) dan Subtrate- nya terbuat dari bahan Semikonduktor tipe N. Di JFET Kanal-P, semakin Positifnya VG, semakin sempit pula salurannya yang akhirnya mengakibatkan semakin kecilnya arus pada Output JFET (ID). Dari Simbolnya, kita dapat mengetahui mana yang JFET Kanal-N dan JFET Kanal-P. Anak Panah pada simbol JFET Kanal-N adalah menghadap ke dalam sedangkan anak panah pada simbol JFET Kanal-P menghadap keluar.
2.7.2 Metal Oxide Semiconduction Field Effect Transistor MOSFET Seperti halnya JFET, Saluran pada MOSFET juga dapat berupa semikonduktor tipe-N ataupun tipe-P. Terminal atau Elektroda Gerbangnya adalah sepotong logam yang permukaannya dioksidasi. Lapisan Oksidasi ini berfungsi untuk menghambat hubungan listrik antara Terminal Gerbang dengan Salurannya.
Oleh karena itu, MOSFET sering juga disebut dengan nama Insulated-Gate FET (IGFET). Karena lapisan Oksidasi ini bertindak sebagai dielektrik, maka pada dasarnya tidak akan terjadi aliran arus antara Gerbang dan Saluran. Dengan demikian, Impedansi Input pada MOSFET menjadi sangat tinggi dan jauh melebihi Impedansi Input pada JFET. Pada beberapa jenis MOSFET Impedansi dapat mencapai Triliunan Ohm (1012 Ohm). Dalam bahasa Indonesia, MOSFET disebut juga dengan Transistor Efek Medan Semikonduktor Logam-Oksida. Salah kelemahan pada MOSFET adalah tipisnya lapisan Oksidasi sehingga sangat rentan rusak karena adanya pembuangan elektrostatik (Electrostatic Discharge).
Seperti yang disebut sebelumnya, bahwa MOSFET pada dasarnya terdiri dari 2 tipe yaitu MOSFET tipe N dan MOSFET tipe P.
MOSFET tipe N
MOSFET tipe N biasanya disebut dengan NMOSFET atau nMOS.
Gambar 2.9 bentuk struktur dan Simbol MOSFET tipe N MOSFET tipe P
MOSFET tipe P biasanya disebut dengan PMOSFET atau pMOS.
Gambar 2.10 bentuk struktur dan Simbol MOSFET tipe P
2.8 TRAFO
Transformator atau sering disingkat dengan istilah Trafo adalah suatu alat listrik yang dapat mengubah taraf suatu tegangan AC ke taraf yang lain. Maksud dari pengubahan taraf tersebut diantaranya seperti menurunkan Tegangan AC dari 220VAC ke 12 VAC ataupun menaikkan Tegangan dari 110VAC ke 220 VAC. Transformator menaikan listrik yang berasal dari pembangkit listrik PLN hingga ratusan kilo Volt untuk di distribusikan, dan kemudian Transformator lainnya menurunkan tegangan listrik tersebut ke tegangan yang diperlukan oleh setiap rumah tangga maupun perkantoran yang pada umumnya menggunakan Tegangan AC 220Volt.
3.8.1 Jenis – jenis dari Trafo Transformator Step UP
Trafo Step Up ialah Trafo yang berfungsi untuk menaikan level teganan AC atau taraf dari rendah ke taraf yang lebih tinggi. Komponen tegangan sekunder dijadikan tegangan Output yang lebih tinggi yakni dapat ditingkatkan dengan cara memperbanyak lilitan di kumparan sekundernya sehingga jumlah lilitan kumparan primer lebih sedikit. Trafo step up ini digunakan sebagai penghubung trafo generator ke grid di dalam tegangan listrik.
Gambar 2.11 Trafo Step Up Transformator Step DownTrafo
Gambar 2.12 Trafo Step Down
Step Down ialah Trafo yang berfungsi menurunkan taraf level tegangan AC dari taraf yang tinggi ke rendah. Pada Trafo jenis ini, Rasio untuk jumlah lilitan pada kumparan primer lebih banyak daripada jumlah lilitan pada kumparan yang sekunder. Trafo step down digunakan untuk mengubah tegangan grid yang tinggi menjadi yang lebih rendah dimana dapat digunakan untuk peralatan rumah tangga.
Contohnya, untuk menurunkan taraf tegangan listrik dari PLN (220V) menjadi taraf tegangan yang dapat disesuaikan dengan peralatan elektronik dirumah.
(Ardiyanto, Rama .2018)
2.9 IC LM393
LM393 adalah Komparator yang di dalamnya terdapat dua Komparator tegangan yang independent. Komparator LM393 menggunakan output open collector yaitu bagian kolektor dari transistornya tidak dihubungkan tegangan positif sedangkan emitornya terhubung ke ground. (Siddiq. 2019)
Gambar 2.13 Diagram blok IC LM393
Beberapa interfacing membutuhkan rangkaian pendeteksi batas (threshold detector) saat tegangan input telah melewati batas yang ditentukan. Komparator memiliki dua cara kerja yaitu inverting (-) dan non-inverting (+). Komparator memiliki output yaitu low atau high. LM 393 dalam satu kemasannya mempunyai dua buah komparator didalamnya. IC komparator LM 393 memiliki fitur-fitur sebagai berikut:
1. Dapat bekerja dengan single supply 2V sampai 36V 2. Dapat bekerja dengan tegangan input -3V sampai +36V 3. Dapat bekerja dengan segala macam bentuk gelombang logic
4. Dapat membandingkan tegangan yang mendekati ground.
Dalam aplikasinya output dari komparator LM 393, membutuhkan resistor pullup dengan tegangan V+ yaitu untuk menjaga tegangan output supaya memiliki logika satu ketika kondisi diam.
2.10 Power Supply
Power supply atau catu daya adalah sebuah peralatan penyedia tegangan atau sumber daya untuk peralatan elektronika dengan prinsip mengubah tegangan listrik yang tersedia dari jaringan distribusi transmisi listrik ke level yang diinginkan sehingga berimplikasi pada pengubahan daya listrik. Baterai dapat menghasilkan suatu ggl dc dengan reaksi kimia. Foton dari panas atau cahaya yang berasal dari matahari dapat diubah menjadi energi listrik dc oleh sel-foto (photocell). Sel bahan bakar menggabungkan gas hidrogen dan oksigen dalam suatu elektrolit untuk menghasilkan ggl dc. Pada intinya semua Power Supply atau Catu Daya mempunyai fungsi yang sama yaitu sebagai penyearah dari AC ke DC. Secara garis besar power supply elektrik dibagi menjadi dua macam, yaitu Power Supply Linier dan Switching Power Supply.
1. Power Supply Linier
Merupakan jenis power supply yang umum digunakan. Cara kerja dari power supply ini adalah mengubah tegangan AC menjadi tegangan AC lain yang lebih kecil dengan bantuan Transformator. Tegangan ini kemudian disearahkan dengan menggunakan rangkaian penyearah tegangan, dan dibagian akhir ditambahkan kapasitor sebagai pembantu menyearahkan tegangan sehingga tegangan DC yang dihasilkan oleh power supply jenis ini tidak terlalu bergelombang. Selain menggunakan dioda sebagai penyearah, rangkaian lain dari jenis ini menggunakan regulator tegangan sehingga tegangan yang dihasilkan lebih baik daripada rangkaian yang menggunakan dioda. Power Supply jenis ini dapat menghasilkan tegangan DC yang bervariasi antara 0 – 30 Volt dengan arus antara 0 – 5 Ampere
2. Switching Power Supply
Pada jenis ini, tegangan AC yang masuk ke dalam rangkaian langsung disearahkan oleh rangkaian penyearah tanpa menggunakan bantuan transformer. Cara menyearahkan tegangan tersebut adalah dengan menggunakan frekuensi tinggi antara 10KHz hingga 1MHz, dimana frekuensi ini jauh lebih
tinggi daripada frekuensi AC yang sekitar 50Hz. Pada switching power supply biasanya diberikan rangkaian feedback agar tegangan dan arus yang keluar dari rangkaian ini dapat dikontrol dengan baik. Keuntungan utama dari metode ini adalah efisiensi yang lebih besar karena switching transistor daya sedikit berkurang ketika berada di luar daerah aktif yaitu, ketika transistor berfungsi seperti tombol dan juga memiliki diabaikan jatuh tegangan atau arus yang dapat diabaikan melaluinya. Keuntungan lain termasuk ukuran yang lebih kecil dan bobot yang lebih ringan dari pengurangan transformator frekuensi rendah yang memiliki berat yang tinggi dan panas yang dihasilkan lebih rendah karena efisiensi yang lebih tinggi. Kerugian meliputi kompleksitas yang lebih besar, generasi amplitudo tinggi, energi frekuensi tinggi yang low-pass filter harus blok untuk menghindari gangguan elektromagnetik (EMI). (Rohmattullah. 2015) 2.11 Gelombang Sinus
Gelombang sinus adalah sebuah gelombang yang berbentuk gelombang osilasi berulang. Satu gelombang sinus adalah satu bukit dan satu lembah yang biasa disebut dengan periode (T). Sedangkan panjang gelombang pada satu buah gelombang sinus memiliki denotasi dengan huruf Yunani yang biasa disebut dengan lambda. Ada juga istilah yang bernama frekuensi (f) yang menyatakan jumlah periode dalam satu detik. Frekuensi tersebut biasanya menggunakan frekuensi PLN Indonesia (50 Hz). Gelombang sinus adalah salah satu jenis yang paling penting dari bentuk gelombang AC yang digunakan dalam teknik listrik.
Sebuah gelombang AC terus berubah polaritas setiap setengah siklus bergantian antara nilai maksimum positif dan nilai maksimum negatif masing-masing berkaitan dengan waktu. Umumnya, untuk AC bentuk gelombang garis dasar horisontal ini merupakan kondisi nol dari tegangan atau arus. Setiap bagian dari jenis gelombang AC yang terletak di atas horizontal nol sumbu merupakan tegangan atau arus yang mengalir dalam satu arah. Demikian juga, setiap bagian dari gelombang yang terletak di bawah horisontal nol sumbu merupakan tegangan atau arus yang mengalir ke arah yang berlawanan dengan yang pertama.
Umumnya untuk sinusoidal AC gelombang bentuk gelombang di atas nol sumbu adalah sama dengan bentuk bawahnya. Namun, bagi sebagian besar sinyal AC non-power termasuk bentuk gelombang audio yang ini tidak selalu terjadi. Jenis
dan bentuk bentuk gelombang AC tergantung pada generator atau perangkat produksi yang digunakan, tetapi semua bentuk gelombang AC terdiri dari garis nol tegangan yang membagi bentuk gelombang menjadi dua bagian simetris.
(Putranto, Basuki. 2014)
Gambar 2.14 Gelombang sinus murni, modifikasi dan kotak
Rumus gelombang Sinus
y(x,t)= A Sin [2𝜋 (𝑥 − 𝑣𝑡)] 2.3
y(x,t)= A Sin [2𝜋 (𝑥−𝑣𝑡)] 2.4
y(x,t)= A Sin [2𝜋 (𝑥−𝑡
𝑇)] 2.5
Perlu diingat bahwa:
k = 2𝜋 ; = 2𝜋
𝑇 ; 2.6
v = 𝑓 ; v =
𝑘 ; 2.7
y(x,t)= A Sin (𝑘𝑥 −𝑡) 2.8
Persamaan Umum Gelombang
y(x,t)= A Sin (𝑘𝑥 −𝑡 + ) 2.9
dimana = 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑎 𝑓𝑎𝑠𝑒
Tinjauan matematis dari RMS (rms) juga didasarkan dari perhitungan terhadap luasan (daerah) di bawah kurva, dilakukan dengan menggunakan integral (integrasi). Secara sederhana sesungguhnya proses perhitungan mengikuti urutan
penamaan; root-mean-square, akar dari rata-rata dari suatu nilai yang dikuadratkan.
Rumus mencari frekuensi
Frekuensi adalah jumlah periode dalam waktu satu detik. Frekuensi ini memiliki panjang gelombang yang dinyatakan dalam satuan meter.
𝑓 = 1𝑇
2.10
keterangan:
• f = Frekuensi (Hz)
• T = Periode (second)
Rumus mencari panjang gelombang
Panjang gelombang adalah jarak antara satuan dari pola gelombang. Dalam satu gelombang sinus, panjang gelombang adalah jarak antara puncak ke puncak yaitu puncak atas dan puncak bawah.
= 𝑐
𝑓
2.11
Keterangan:
• = Panjang gelombang (meter)
• C = Konstanta kecepatan cahaya (3000.000 km/ detik)
• F = Frekuensi (Hz)
Model Matematis Gelombang Sinusoida
Gelombang sinusoida memiliki persamaan matematis sebagai berikut:
V(t) = VMaxsin ωt 2.12
Vrms = VMax
√2 2.13
Keterangan:
• VMax = Tegangan Maksimal Amplitudo
• Vrms = Tegangan Efektif
• ω = Kecepatan sudut per detik (rad/s)
• t = Waktu tempuh (s)
Tegangan efektif atau Vrms adalah tegangan yang muncul karena tegangan dan arus rata-rata tidak banyak berpengaruh terhadap perhitungan daya dan energi tegangan AC. Vrms adalah besar tegangan AC yang memiliki dampak sama dengan tegangan DC (Vdc) ketika memberikan sumber tegangan ke dalam sebuah
beban. Sedangkan hubungan antara tegangan efektif dan tegangan puncak adalah Vmax = 2 Vrms atau Vmax = 1,414 .
2.12 Gelombang Cosinus
Jika sebuah gelombang bergeser ke kanan atau ke kiri dari titik 0o ketika dibandingkan dengan gelombang sinus yang lain maka persamaan gelombangnya menjadi Am sin(ωt ± Φ). Tetapi jika gelombang melalui sumbu horizontal dengan nilai positif pada pendakian menuju 90o atau π/2 radian sebelum garis acuan atau sumbu horizontal, maka gelombang tersebut adalah gelombang Cosinus dan persamaannya adalah:
Persamaan Cosinus
Sin (t + 900) = Sin ( t + 𝜋
2) = 𝐶𝑜𝑠 (t ) 2.14
Gelombang Cosinus, yang disingkat cos sama pentingnya dengan gelombang sinus dalam ilmu kelistrikan. Gelombang Cosinus memiliki bentuk yang sama dengan gelombang sinus, tetapi bergeser +90o atau seperempat putaran.
Gambar 2.15 Beda Fase Gelombang Sinus dan Cosinus ( = t)
Dengan kata lain, dapat dikatakan bahwa gelombang sinus adalah gelombang cosinus yang telah bergeser sebesar -90o. Pada kasus yang melibatkan gelombang sinus atau cosinus dengan sebuah sudut selalu menggunakan peraturan berikut : Hubungan Antara Gelombang Sinus dan Cosinus
cos (t + ) = sin (t + + 900) 2.15
sin (t + ) = cos (t + - 900) 2.16 Untuk membandingkan dua gelombang sinusoidal lebih umum untuk menyatakan hubungan antara keduanya sebagai gelombang sinus atau cosinus dengan menuju amplitudo positif dengan menggunakan rumus identitas berikut:
-sin (t) = sin(t 1800) 2.17
-cos (t) = cos(t 1800) 2.18
-cos (t) = sin(t 1800) 2.19
sin (t) = cos(t 900) 2.20
cos (t) = sin(t 900) 2.21
-sin (t) = sin(-t) 2.22
-cos (t) = cos(-t) 2.23
Hermawan., 2013 Gelombang AC disebut sinus karena menggunakan mesin pembangkit listrik (generator) yang berputar dan bentuk mesinnya silindris. Ini bisa dipahami dengan gambar 2.16
Gambar 2.16 Pembuatan Gelombang Sinus
Dengan menggunakan pendekatan gambar di atas dikenalkan bahwa mesin listrik itu tidak hanya bergerak memutar (rotasional) seperti motor atau generator pada umumnya. Ada juga mesin listrik yang bergerak translasional, contohnya adalah kereta mengambang Maglev. Jika ada bandul seperti gambar 2.16 digerakkan secara translasional (naik turun), ini juga menimbulkan gelombang sinusoida. Jika bandul itu diganti magnet dan papan gambar sinus adalah lilitan, maka seharusnya akan muncul tegangan sinus juga. Gerakannya tidak rotasional dan mesinnya juga bukan silindris, namun gelombang yang dihasilkan adalah sinusoida.
Gambar 2.17 Gelombang Sinusoida Gerakan Bandul
Gelombang sinus seperti gambar-gambar di atas, biasanya disebut gelombang sinusoida. Tidak pernah dikatakan gelombang kosinusoida, karena gelombang kosinus adalah gelombang sinus yang digeser ke arah kiri sejauh 90 derajat seperti gambar 2.18.
Gambar 2.18 Gelombang sinus dan kosinus Gelombang daya (tegangan dan arus) adalah sinus yaitu:
1. Gelombang sinus adalah gelombang periodic
Mesin listrik, baik motor atau generator, baik yang gerakanannya rotasional atau bukan rotasional, selalu melakukan gerakan periodik. Dengan demikian sah- sah saja kalau gelombang daya berbentuk sinusoida.
2. Gelombang sinus adalah gelombang periodik yang paling dasar
Deret Fourier ini menyatakan bahwa semua gelombang periodik, dapat direpresentasikan oleh gelombang sinus dan kosinus yang jumlahnya tak terhingga. Dikarenakan gelombang sinus dan kosinus memiliki karakteristik yang sama seperti gambar 2.19, maka inilah yang menjadi alasan mengapa gelombang daya berbentuk sinus, karena sinus adalah gelombang periodik yang paling dasar
Hendra, Andi. 2015.
BAB 3
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Diagram Blok
POWER FET
POWER FET DC
AC
OSC
H BRIDGE
DC
H BRIDGE AC 220V IR 2110 S
IR 2110 S
LM 393 EG8010
EGS002
AC 220V
Gambar 3.1 Diagram Blok 3.2 Penjelasan Fungsi Tiap Blok Dari Diagram Blok
1. Power supply
Untuk menyuplai arus listrik yang belum diubah dari AC ke DC 2. Converter
Digunakan untuk mengubah tegangan searah (DC) ke tegangan DC yang punya nilai berbeda
3. Inverter
Digunakan untuk mengubah tegangan listrik searah (DC) menjadi tegangan listrik bolak-balik (AC)
4. Osilator (Oscillator)
Untuk menghasilkan sejumlah getaran sinyal Listrik secara periodik dengan amplitudo yang konstan
5. Power FET
Untuk mengendalikan konduktivitas medan listrik 6. H Bridge
Digunakan untuk memperkuat gelombang input persegi dari seluuruh beban
7. IR2110
Sebagai cip driver MOSFET sisi tinggi dan rendah karena adanya gerbang sumber tegangan harus lebih tinggi dari saluran ke sumber tegangan, yang merupakan tegangan tertinggi dalam sistem.
8. IC Komparator LM 393
Untuk dapat menekan output high saat transistor OFF dan dapat membandingkan tegangan yang mendekati ground.
9. Trafo step UP
Untuk menaikkan tegangan primer ke sekunder 10. Papan EGS002
untuk konverter AC dua tahap (DC-DC-AC) atau sistem transformator frekuensi rendah daya tunggal DC-AC.
3.2.1 BATERAI
Baterai adalah sumber paling umum dari transmisi DC karena arus mengalir dari satu ujung rangkaian ke ujung lainnya. Arus bolak-balik, tidak seperti DC, berosilasi antara dua nilai tegangan pada frekuensi yang ditentukan, dan arus dan tegangan yang terus berubah membuatnya mudah untuk naik atau turun voltage.
Untuk situasi transmisi tegangan tinggi dan jarak jauh, semua yang diperlukan untuk naik atau turun tegangan adalah sebuah transformator. Tujuan dari power inverter DC / AC untuk mengambil daya DC disuplai oleh baterai dan mengubahnya menjadi sumber listrik AC 120 volt.
3.2.2 KONVERTER
DC/DC Konverter sering memastikan isolasi listrik antara bagian sistem tegangan rendah dan tegangan tinggi, lalu transformator digunakan. Untuk memberi makan transformator DC daya harus dikonversi menjadi daya AC dan selanjutnya diperbaiki untuk daya DC. Konverter dc-dc selalu diperlukan untuk memungkinkan pertukaran energi antara perangkat penyimpanan dan sistem lainnya. Output UPS terminal terhubung ke jaringan dan oleh karena itu energi dapat diumpankan kembali ke inverter dc bus dan isi daya baterai melalui BDC selama mode normal. BDC yang terisolasi telah dikembangkan untuk frekuensi tinggi isolasi galvanik dari antarmuka kontrol daya sistem distribusi daya dc
