APLIKASI KARAKTERISTIK PENYEARAH SATU FASE TERKENDALI PULSE WIDTH MODULATION (PWM) PADA BEBAN RESISTIF | Rahman | SMARTek 621 2192 1 PB

(1)

APLIKASI KARAKTERISTIK PENYEARAH SATU FASE TERKENDALI PULSE WIDTH

MO DULA TIO N (PWM) PADA BEBAN RESISTIF

Yuli Asmi Ra hma n*

A b strac t

Re c tifie r is de vic e to c o nve rt a lte rna ting vo lta g e to dire c t vo lta g e . The a p p lic a tio n o f the re c tifie r use in industry wide ly a s Uninte rrup tib le Po we r Sup p ly (UPS), c o nsta n vo lta g e re g ula to r, mo to r sp e e d d rive r, p o we r fa c to r c o rre c tio n. O ne p ha se c o ntro lle d re c tifie r using Pulse Width Mo dula tio n (PWM) is o ne kind o f re c tifie r tha t c o ntro lle d o utp ut vo lta g e with p o we r fa c to r c o rre c tio n. The e xp e rime nt ho ld in two c a se va ria b le , the re a re c o nsta nt lo a d with va ria b le inp ut vo lta g e a nd va ria b le lo a d with c o nsta nt inp ut vo lta g e . Bo th o f e xp e rime nts sho w tha t o ne p ha se c o ntro lle d re c tifie r using Pulse Width Mo dula tio n (PWM) ke e p the so urc e a nd o up ut vo lta g e to b e c o nsta nt e ffe c tive ly a ltho ug h va ria ty lo a d.

Ke y wo rds : c o ntro lle d, Re c tifie r, Pulse Width Mo dula tio n

Abstrak

Pe nye a ra h a d a la h a la t untuk m e ng ub a h te g a ng a n b o la k b a lik m e nja d i te g a ng a n se a ra h. Pe ne ra p a n p e ng g una a n re c tifie r d a la m ind ustri se c a ra lua s se b a g a i Uninte rrup tib le Po we r Sup p ly (UPS), p e ng a tura n te g a ng a n ko nsta n, p e ng g e ra k ke c e p a ta n m o to r, p e rb a ika n fa kto r d a ya . Sa tu p ha sa te rke nd a li p e nye a ra h m e ng g una ka n m e to d e Pulse Wid th Mo d ula tio n (PWM) a d a la h sa la h sa tu je nis p e nye a ra h ya ng te g a ng a n ke lua ra n ya ng d ike nd a lika n d e ng a n p e rb a ika n fa kto r d a ya . Eksp e rim e n d ila kuka n d a la m d ua ka sus va ria b le ya itu, p a d a b e b a n ko nsta n d e ng a n te g a ng a n inp ut va ria tif d a n va ria b e l b e b a n d e ng a n te g a ng a n m a suka n ko nsta n.

Ke d ua p e ne litia n m e nunjukka n b a hwa sa tu p ha sa te rke nd a li p e nye a ra h m e ng g una ka n m e to d e Pulse Wid th Mo d ula tio n (PWM) m e nja g a te g a ng a n sum b e r d a n o up ut a ka n ko nsta n e fe ktif m e skip un b e b a n va ria tif.

Kata Kunci : p e ng e nd a lia n, p e nye a ra h, PWM

1. Pendahuluan

Te kno lo g i d i b id a ng ind ustri a d a la h sa la h sa tu ilm u p e ng e ta hua n ya ng kia n b e rke m b a ng se sua i d e ng a n p e ra d a b a n m a nusia b a ik d a la m a p lika si b id a ng ke listrika n m a up un b id a ng la in ya ng te rka it d id a la m nya . Untuk b id a ng ind ustri se nd iri untuk sa a t se ka ra ng ini sa ng a t m e m b utuhka n te kno lo g i ya ng d a p a t b e ke rja se c a ra o to m a tis d a la m se tia p p e ng o ntro la n p e ra la ta n.

Sa la h sa tu je nis p e ra la ta n ya ng sa ng a t d ip e rluka n p a d a ind ustri ya itu p e nye a ra h ya ng b e rfung si untuk m e ng ub a h te g a ng a n b o la k-b a lik (AC ) m e nja d i te g a ng a n se a ra h (DC ). Pe nye a ra h itu se nd iri d a p a t d ia p lika sika n se c a ra lua s untuk b e rb a g a i ha l se p e rti : Uninte rrup tib le Po we r Sup p ly

(2)

(3)

Te g a ng a n Ko ntro l

Te g a ng a n Pe m b a wa

PWM

Te g a ng a n Ko ntro l

Te g a ng a n Pe m b a wa

2.2 Pulse Wid th Mo d ula tio n ( PWM )

Te knik p e nya la a n PWM d ig una ka n untuk m e ng a tur b e sa rnya te g a ng a n ke lua ra n ya ng d iha silka n o le h p e nye a ra h te rke nd a li. Te knik PWM d a p a t d ib a ng kitka n d e ng a n c a ra m e m b a nd ing ka n te g a ng a n ko ntro l ya ng b e rup a te g a ng a n DC d e ng a n te g a ng a n g e lo m b a ng se g itig a p a d a ko m p a ra to r, se p e rti te rliha t p a d a g a m b a r 2.

De ng a n m e ng g una ka n te knik PWM ini, m a ka te g a ng a n ke lua ra n p e nye a ra h te rke nd a li d a p a t d ia tur se sua i d e ng a n ke b utuha n p a d a b e b a n, d a n d e ng a n m e ng g una ka n siste m um p a n b a lik, m a ka te g a ng a n ke lua ra n p e nye a ra h te rke nd a li a ka n d ia tur se c a ra o to m a tis o le h ra ng ka ia n ko ntro l.

2.3 Drive r MO SFET

Untuk ra ng ka ia n d a ya p e nye a ra h te rke nd a li sa tu fa sa je m b a ta n p e nuh, d a p a t d ig una ka n ko m p o ne n d a ya se sua i d e ng a n ka ra kte ristik p e ng o ntro la n se rta ke b utuha n d a ya ya ng d ig una ka n. Ad a b e b e ra p a ko m p o ne n d a ya ya ng d a p a t d ig una ka n se p e rti tra nsisto r, Thyristo r, MO SFET d a n IG BT. MO SFET se b a g a i ko m p o ne n d a ya ya ng m e rup a ka n ko m p o ne n ya ng d ike nd a lika n o le h te g a ng a n d a n m e m e rluka n a rus m a suka n ya ng ke c il. Ke c e p a ta n switc hing sa ng a t ting g i d a n wa ktu switc hing m e m iliki o rd e na no d e tik.

(a ). Be ntuk g e lo m b a ng PWM

(b ). Pe m b a ng kit PWM

(4)

G a m b a r 3 Ra ng ka ia n d a ya sa tu le ng a n

G a m b a r 4. Siste m p e ng a tura n ka la ng te rtutup

MO SFET m e m p unya i sa tu ra ng ka ia n d rive r untuk m e ng a tur p e nsa kla ra n MO SFET m e la lui ka ki g a te

d a ri tia p -tia p MO SFET. Ko nfig ura si ra ng ka ia n d a ya p e nye a ra h d a n p e nya m b ung a n ra ng ka ia n d rive r ya ng ha rus d ihind a ri d ip e rliha tka n p a d a g a m b a r 3.

Untuk m e nya la ka n MO SFET a g a r m e ng ha nta r, d ip e rluka n te g a ng a n VG S ya ng b e sa rnya le b ih b e sa r a ta u

sa m a d e ng a n te g a ng a n thre sho ld

(te g a ng a n m inim um ya ng d ib utuhka n MO SFET untuk m e ng ha nta r) d a ri MO SFET.

2.4 Siste m Pe ng a tura n Ka la ng Te rtutup Siste m Ko ntro l a ta u siste m Pe ng a tura n a d a la h susuna n ko m p o ne n-ko m p o ne n fisik ya ng d ihub ung ka n

se d e m ikia n rup a se hing g a m e m e rinta h, m e ng a ra hka n d a n m e ng a tur d iri se nd iri a ta u siste m la in. Ata u jug a d a p a t d ika ta ka n sua tu siste m ko ntro l a d a la h hub ung a n tim b a l b a lik a nta ra

ko m p o ne n-ko m p o ne n ya ng m e m b e ntuk sua tu ko nfig ura si siste m

ya ng m e m b e rika n sua tu ha sil ya ng d ike he nd a ki.

Siste m p e ng a tura n ka la ng te rtutup a d a la h sua tu siste m p e ng a tura n ya ng sinya l ke lua ra nnya te rukur se c a ra ko ntinyu d a n a ka n d ib a nd ing ka n d e ng a n inp ut re fe re nsi se hing g a a ka n m e m p e ng a ruhi a ksi p e ng o ntro la n. Ja d i siste m p e ng a tura n ka la ng te rtutup a d a la h sua tu siste m ko ntro l ya ng m e ng g una ka n um p a n b a lik (fe e d b a c k) se p e rti ya ng d itunjukka n p a d a g a m b a r 4.

B

E

B

A

N

A

B

Pla nt

Um p a n Ba lik

Ma suka n Pe ng e nd a li Ke lua ra n

(5)

(6)

G a m b a r 5 d i a ta s m e m p e rliha tka n b lo k d ia g ra m d a ri ra ng ka ia n p e nye a ra h te rke nd a li sa tu fa sa je m b a ta n p e nuh d e ng a n m e ng g una ka n te knik ke nd a li sa tu siklus d a n siste m ke nd a li lup te rtutup d e ng a n um p a n b a lik. Da p a t d iliha t b a hwa a d a tig a b lo k ra ng ka ia n uta m a ya itu b lo k ra ng ka ia n ke nd a li, b lo k ra ng ka ia n d rive r MO SFET, d a n b lo k ra ng ka ia n d a ya . Ra ng ka ia n d a ya m e rup a ka n ra ng ka ia n p e nsa kla ra n ya ng m e ng g una ka n MO SFET se b a g a i sa kla rnya .

4. Hasil dan Pembahasan

4.1 Pe ng ujia n ra ng ka ia n p e nye a ra h te rke nd a li d e ng a n m e ng g una ka n b e b a n ta ha na n untuk ko nd isi te g a ng a n inp ut p e nye a ra h b e rva ria si, b e b a n te ta p

Pa d a ko nd isi ini b e b a n d ite ta p ka n ko nsta n ya itu Rlo a d = 55 Ω,

d a n te g a ng a n m a suka n d iva ria sika n a nta ra 15 Vrm s s/ d 20 Vrm s. Da ta ha sil p e rc o b a a n ya ng d ip e ro le h m e nunjukka n b a hwa te g a ng a n o utp ut p e nye a ra h te ta p ko nsta n p a d a nila i 25 Vo lt d a n c o s φ jug a se la lu m e nd e ka ti nila i sa tu. Ha sil ke se luruha n d a ri p e rc o b a a n d itunjukka n p a d a ta b e l 1.

Be ntuk g e lo m b a ng te g a ng a n d a n a rus inp ut untuk m a sing -m a sing nila i

te g a ng a n inp ut d a p a t d iliha t g a m b a r 6, g a m b a r 7 d a n g a m b a r 8.

Da ri d a ta ha sil p e rc o b a a n d ia ta s te rliha t b a hwa nila i te g a ng a n o utp ut ra ta -ra ta se la lu ko nsta n p a d a nila i 25 Vo lt, d e m ikia n jug a nila i a rus o utp ut ya ng te ta p b e ra d a p a d a nila i 0,45 Am p e re m e skip un nila i te g a ng a n inp ut d iub a h-ub a h d a ri 15 Vrm s s/ d 20 Vrm s.

Ta b e l 1. Da ta ha sil p e rc o b a a n untuk ko nd isi b e b a n (Io ) ko nsta n, Te g a ng a n inp ut (Vs) b e rva ria si.

No. Vs (Volt) Is (Ampere) Vo (Volt) Io (Ampere) Cosφ

1 15 4,5 25 0,45 0,98

2 17 5,2 25 0,45 0,97

3 20 5,7 25 0,45 0,97

G a m b a r 6. Be ntuk g e lo m b a ng te g a ng a n d a n a rus inp ut untuk b e b a n ko nsta n untuk Vs = 15 Vrm s

Vs

(7)

Da ri d a ta ha sil p e rc o b a a n d ia ta s te rliha t b a hwa nila i te g a ng a n o utp ut ra ta -ra ta se la lu ko nsta n p a d a nila i 25 Vo lt, d e m ikia n jug a nila i a rus o utp ut ya ng te ta p b e ra d a p a d a nila i 0,45 Am p e re m e skip un nila i te g a ng a n inp ut d iub a h-ub a h d a ri 15 Vrm s s/ d 20 Vrm s. Jug a d a p a t d iliha t b a hwa nila i fa kto r d a ya ya ng d iha silka n se la lu b e ra d a d ia ta s nila i 0,97 ya ng b e ra rti fa kto r d a ya se la lu m e nd e ka ti sa tu. Ha l ini d a p a t te rja d i ka re na a d a nya um p a n b a lik ke ra ng ka ia n ko ntro l d a ri te g a ng a n o utp ut d a n ke m ud ia n d ib a nd ing ka n d e ng a n nila i te g a ng a n re fe re nsi. De m ikia n jug a d e ng a n a rus inp ut ya ng d ium p a n b a likka n untuk d ib a nd ing ka n p a d a a rus re fe re nsi p a d a ko m p a ra to r. Pa d a d a ta ha sil p e rc o b a a n d ia ta s te g a ng a n o utp ut ha nya d ite ta p ka n

p a d a nila i 25 Vo lt ka re na ke m a m p ua n a rus m a ksim a l d a ri p o we r sup la i AC ya ng d ig una ka n ya itu ha nya se b e sa r 3 Am p e re .

Da ri b e ntuk g e lo m b a ng a rus inp ut (Is) te rliha t se la lu sinuso id a l d a n m e ng ikuti b e ntuk g e lo m b a ng te g a ng a n inp ut (Vs) d e ng a n p e rg e se ra n fa sa ha m p ir no l ya ng b e ra rti fa kto r d a ya se la lu m e nd e ka ti sa tu. Ad a p un c a c a t ke c il ya ng te rja d i p a d a b e ntuk g e lo m b a ng a rus ini d ise b a b ka n o le h fre kue nsi p e nya kla ra n ya ng sa ng a t ting g i p a d a MO SFET ya itu 15 kHz, d a n jug a b isa d ise b a b ka n o le h b e b e ra p a fa kto r se p e rti : ka ra kte ristik MO SFET, ko m p o ne n-ko m p o ne n ra ng ka ia n ko ntro l, siste m p e nta na ha n (g ro unding) p a d a ra ng ka ia n ya ng kura ng b a g us

d a n sa m b ung a n-sa m b ung a n Is

Vs

(8)

ko m p o ne n se rta ja lur ra ng ka ia n ya ng te rc e ta k p a d a PC B ya ng tid a k te rla lu b a g us ka re na p ro se s p e ng e rja a nnya m a sih d ila kuka n se c a ra m a nua l.

4.2 Pe ng ujia n ra ng ka ia n p e nye a ra h te rke nd a li d e ng a n m e ng g una ka n b e b a n ta ha na n untuk ko nd isi te g a ng a n inp ut te ta p , b e b a n b e rva ria si

Pa d a ko nd isi ini nila i te g a ng a n inp ut d ite ta p ka n ko nsta n p a d a 16 Vrm s ka re na nila i ini a d a la h nila i no m ina l ya ng d id a p a tka n d a ri p e rc o b a a n te g a ng a n b e rva ria si d a n b e b a n ko nsta n, d a n b e b a n d iva ria sika n d a ri Io = 0,4 Am p e re s/ d 0,8 Am p e re . Da ta ha sil p e rc o b a a n ya ng d ip e ro le h m e nunjukka n b a hwa te g a ng a n o utp ut p e nye a ra h te ta p ko nsta n p a d a nila i 25 Vo lt d a n a rus inp ut se la lu b e rb e ntuk sinuso id a l d e ng a n fa kto r d a ya se la lu m e nd e ka ti nila i sa tu. Ha sil ke se luruha n d a ri p e rc o b a a n d itunjukka n p a d a ta b e l 2.

Be ntuk g e lo m b a ng te g a ng a n d a n a rus inp ut untuk m a sing -m a sing nila i

a rus o utp ut a te rliha t p a d a g a m b a r 9. g a m b a r 10 d a n g a m b a r 11.

Da ri d a ta ha sil p e rc o b a a n te rla m p ir te rliha t b a hwa te g a ng a n ra ta -ra ta ke lua ra n p e nye a ra h d a p a t d ip e rta ha nka n ko nsta n p a d a nila i 25 Vo lt p a d a nila i te g a ng a n d a n a rus inp ut ya itu m a sing -m a sing 16 Vo lt d a n 3,5 Am p e re m e skip un nila i b e b a n b e rub a h-ub a h.

Da n jug a d a p a t d iliha t b a hw a nila i fa kto r d a ya se la lu b e ra d a d i a ta s nila i 0,97 ya ng b e ra rti fa kto r d a ya se la lu m e nd e ka ti sa tu. Ha l ini m e m b uktika n b a hwa te knik um p a n b a lik ya ng d ig una ka n p a d a tug a s a khir ini sa ng a t e fe ktif untuk m e m p e rta ha nka n te g a ng a n o utp ut d a n p e rb a ika n fa kto r d a ya d a la m b a ta sa n te rte ntu. Fa kto r d a ya ya ng a rus inp ut jug a se la lu b e ra d a d ia ta s nila i 0,97 a ta u b isa d ika ta ka n ha m p e r se fa sa d e ng a n te g a ng a n inp ut.

Ta b e l 2. Da ta ha sil p e rc o b a a n untuk ko nd isi b e b a n (Io ) b e rva ria si, te g a ng a n inp ut (Vs) ko nsta n.

No. Vs (Volt) Is (Ampere) Vo (Volt) Io (Ampere) Cos φ

1 16 4,9 25 0,4 0,99

2 16 4,9 25 0,6 0,98

3 16 4,9 25 0,8 0,97

G a m b a r 9. Be ntuk G e lo m b a ng te g a ng a n d a n a rus inp ut untuk b e b a n va ria tif untuk Io = 0,4 Am p e re

Vs

(9)

4. Kesimpulan

Be rd a sa rka n d a ri a na lisa d a ta ha sil p e rc o b a a n, m a ka d a p a t d ia m b il b e b e ra p a ke sim p ula n ya itu se b a g a i b e rikut :

• Pe nye a ra h te rke nd a li ya ng te la h d ib ua t te la h b e rha sil d ire a lisa sika n untuk m e ng e nd a lika n te g a ng a n o utp ut, a rus o utp ut se rta a rus inp ut d a ri p e nye a ra h sa tu fa sa je m b a ta n p e nuh p e na ik te g a ng a n, se hing g a kita d a p a t m e ne ntuka n b e ra p a nila i te g a ng a n d a n a rus o utp ut ya ng kita ing inka n.

• De ng a n m e ng g una ka n p e nye a ra h te rke nd a li ini, b e ntuk g e lo m b a ng sinuso id a l d a ri a rus inp ut se la lu se fa sa d a n m e nd e ka ti b e ntuk g e lo m b a ng sinuso id a l d a ri te g a ng a n inp ut se hing g a fa kto r d a ya d a p a t d ip e rb a iki. Da n d e ng a n siste m ko ntro l ka la ng te rtutup ya ng d ig una ka n, m a ka te g a ng a n o utp ut d a p a t d ip e rta ha nka n ko nsta n m e skip un te g a ng a n inp ut d a n b e b a n re sistif b e rva ria si d a la m b a ta sa n te rte ntu

5. Daftar Pustaka

Fitzg e ra ld , A.E., D.E. Hig g inb o tha n d a n A. G ra b e l, 1985, Da sa r-d a sa r e le ktro nika , Ja ka rta

Ma lvino , A.P., 1992, Prinsip -p rinsip e le ktro nika , Jilid 1, Ja ka rta , Erla ng g a

Ma lvino , A.P., 1992, Prinsip -p rinsip e le ktro nika , Jilid 2, Ja ka rta , Erla ng g a

O g a ta , K., 1986, Te knik Ko ntro l Auto m a tik (Siste m Pe ng a tura n) Jilid 1

Pe truze lla , F.D., 2002, Ele ktro nika Ind ustri, Alih Ba ha sa : Sum a nto , Yo g ya ka rta , And i O ffse t

Wa rsito , 1986, Ele ktro nika d a la m ind ustri, Ka rya Uta m a , Ja ka rta

Zuha l, 2000, Da sa r Te na g a Listrik d a n Ele ktro nika d a ya , Ja ka rta , G ra m e d ia , Pusta ka Uta m a Vs

Is

Vs