JESCE, 7 (1) Agustus 2023 ISSN 2549-628X (Print) ISSN 2549-6298 (Online) DOI: 10.31289/jesce.v6i2.9753
JESCE
(Journal of Electrical and System Control Engineering)
Available online http://ojs.uma.ac.id/index.php/jesce
Rancang Bangun Inverter Pure Sine Wave Full Bridge Menggunakan Arduino Nano Sebagai Pembangkit SPWM
Design of a Pure Sine Wave Full Bridge Inverter Using Arduino Nano as a SPWM Generator
Fahmi Idris1), Indra Roza2)
1,2) Prodi Teknik Elektro, Fakultas Teknik dan Komputer, Universitas Harapan Medan, Indonesia
Diterima: Mei 2023; Direview: Juli 2023; Dipublikasi: Agustus 2023
*Coresponding Email:[email protected] Abstrak
Dalam perkembangan elektronik yang pesat saat ini penggunaan mikrokontroller arduino cukup sering di gunakan dalam perangkat elektronik salah satunya pada inverter. Inverter adalah alat yang dapat mengubah arus listrik searah (DC) menjadi arus listrik bolak-balik (AC). Untuk mendapatkan gelombang sinus murni pada inverter dapat menggunakan teknik memodulasi lebar sinyal gelombang DC disebut dengan SPWM (Sinusoidal Pulse Width Modulation), karena kelebihannya dalam menghasilkan gangguan harmonisa yang rendah. Metode ini dilakukan dengan menyatukan dua gelombang square sebagai sinyal carrier (pembawa) sebesar 10 KHz dan sinyal reference (referensi) sebesar 50 Hz. Sinyal referensi dan sinyal pembawa tersebut dibangkitkan dengan mikrokontroler Arduino Nano, dengan memperkuat sinyal SPWM menggunakan IC IR2110, sehingga mampu untuk menjalankan proses switching pada rangkaian inverter Full-bridge menggunakan komponen Mosfet IRF3205 dan tegangan inverter dinaikkan dengan trafo step-up 7V/220V 10A sehingga diharapkan menghasilkan tegangan AC 220 V dengan Frekuensi 50 Hz gelombang sinus.
Kata kunci: Inverter pure sine wave full bridge, Arduino nano, Pembangkit SPWM.
Abstract
In the current rapid development of electronics, the use of Arduino microcontrollers is quite often used in electronic devices, one of which is an inverter. An inverter is a device that can convert direct electric current (DC) into alternating electric current (AC). To get a pure sine wave on the inverter, you can use a technique to modulate the width of the DC wave signal called SPWM (Sinusoidal Pulse Width Modulation), because of its advantages in producing low harmonic disturbances. This method is carried out by combining two square waves as a carrier signal of 10 KHz and a reference signal of 50 Hz. The reference signal and carrier signal are generated with the Arduino Nano microcontroller, by amplifying the SPWM signal using the IR2110 IC, so that it is able to carry out the switching process on the Full-bridge inverter circuit using the IRF3205 Mosfet component and the inverter voltage is increased by a 7V/220V 10A step-up transformer so that expected to produce an AC voltage of 220 V with a frequency of 50 Hz sine wave.
Keywords: Soft Starting ABB Pstx 570, Three Phase Motor, Hammermill Machine
12 PENDAHULUAN
Perkembangan pembangkit listrik saat ini lebih beralih ke sumber energi listrik terbarukan dengan salah satu contohnya pembangkit listrik tenaga surya yang membutuhkan inverter sebagai pengubah tegang listrik searah (DC) dari aki maupun sel surya yang merupakan inputan dari inverter menjadi tegangan listrik bolak-balik (AC) yang dapat di gunakan untuk menyalakan perangkat elektonik. Inverter ini akan bermanfaat di daerah yang terkendala dengan ketersediaan pasokan aliran listrik, inverter juga mempunyai tiga jenis output gelombang yaitu square wave, modified sine wave, dan pure sine wave. Pada umumnya perangkat elektronik rumah tangga menggunakan sumber tegangan listrik (AC), maka dari itu di butuhkan inverter sebagai pengkonversi tegangan dari baterai aki 12V agar menghasilkan listrik 220 VAC dengan frekuensi 50 Hz. Di bidang industri inverter juga dapat digunakan untuk mengatur kecepatan putaran motor dengan mengubah besar atau kecilnya frekuensi pada inverter.
Inverter pure sine wave Half-bridge menggunakan tegangan inputan DC 12V yang bersumber dari baterai, dengan keluaran dari inverter AC 220V-230V dengan gelombang sinus 50 Hz yang di hasilkan dari proses switching
menggunakan sinyal SPWM (Sinusoidal Pulse Witdh Modulation) dari arduino nano.
METODE PENELITIAN
Diagram blok rangkaian inverter Pure sine wave full bridge menggunakan arduino sebagai pembangkit SPWM Untuk rancang bangun Inverter,
Gambar 1. Blok Diagram Inverter
Sumber DC 12 V
Pada blok ini penulis menggunakan baterai aki basah dengan tegangan 12 V dan arus 150 Ah, Alasan dipilih baterai dengan arus sebesar 150 Ah di harapkan dapat menyuplai arus pada rangkaian inverter dengan maksimal.
Gambar 1. Baterai Aki
Regulator 5V
Pada blok regulator digunakan IC regulator sebagai penurun tegangan yang di peroleh dari baterai sebesar 12 V menjadi 5 V untuk mensuplai rangkaian arduino nano dan Driver IR2110.
Gambar 2. Regulator 5V
Mikrokontroler Arduino
Gambar. 3 Rangkaian Arduino dan Rangkaian buzzer dan sensor baterai
Driver Mosfet
Gambar 5. Rangkaian Driver Mosfet
Rangkaian Full – Bridge
Gambar 6. Rangkaian Full Bridge
Transformator Step Up
14 Rangkaian Feedback
Gambar 8. Rangkaian Feedback
Skematik Rangkaian Inverter
Gambar 9. Skema rangkaian inverter Full-Bridge keseluruhan
HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Regulator
Pada hasil pengukuran dari rangkaian regulator seperti pada Gambar 10.
Gambar 10. Hasil Pengukuran rngkaian regulator
Terukur pada saat tegangan masukan dari baterai menuju ic regulator 7805 sebesar 12,39 VDC dan terukur tegangan output yang di hasilkan sebesar 5,04 VDC sesuai dengan tegangan yang di butuhkan pada rangkaian ini.
4.2 Mikrokontroler Arduino Nano
Pada arduino nano terdapat 4 pin output yaitu pin 12 dan 11 arduino sebagai output gelombang referensi dan pin 10 dan 9 arduino sebagai output gelombang carrier.
Gambar 11. Gelombang High and Low side pada output gelombang Referensi
Pada hasil pengukuran Gambar 11 yang merupakan keluaran dari pin 12 arduino yang berwarna kuning dan pin 11 arduino yang berwarna biru dengan sama- sama mengeluarkan frekuensi 50Hz gelombang kotak sebagai sinyal referensi yang sesuai dengan data lookup tabel yang mana data tersebut di peroleh dari aplikasi smart sine. Begitu pula dengan pin 10 arduino yang berwarna biru dan pin 9 arduino yang berwarna kuning dimana
kedua pin tersebut mengeluarkan frekuensi 10Khz seperti Gambar 12.
Gambar 12. Gelombang High and Low side pada output gelombang carrier
SIMPULAN
Berdasarkan hasil rancang bangun yang dilakukan, dapat disimpulkan bahwa Dengan merancang dan mendesain piranti inverter yang sebelumnya sudah di jabarkan pada bab perancangan dan pembuatan maka inverter yang dibuat telah berfungsi sebagaimana kinerja inverter secara umum. Hal yang dimaksud adalah inverter mampu mengubah tegangan input DC menjadi tegangan output AC. Inverter mempunyai output Pure Sine Wave dibuktikan dengan osiloskop. Inverter mampu menerapkan teknik SPWM. Desain berhasil, jika mampu membuktikan output dari inverter mengeluarkan tegangan 250 VAC dengan daya output 250 W dan frekuensi Output 50 Hz. Hasil sinyal dapat dibuktikan melalui gelombang yang terbaca osiloskop.
Keberhasilan inverter, dilakukan dengan membuktikan sebuah beban. Beban yang
diuji adalah lampu pijar Sebagai Beban resistif 205 W, Lampu essential 83 W, motor kipas sebagai beban induktif 90 W.
Dari pengujian, dapat diketahui analisis hasil yang didapatkan pada bab hasil dan pengujian dan berupa Gambar pengamatan alat ukur di box panel inverter.
DAFTAR PUSTAKA
Desiwantiyani, N. (2018). Rancang bangun inverter SPWM.
Nasional, D. P. (2003). Teknik Dasar Rectifier dan Inverter.
PRABOWO, R. B. (2018). Rancang Bangun Inverter Full Bridge Satu Fasa.
Rinas, I. W. (2013). Analisis Perbandingan Penggunaan Filter Pasif Dan Filter Aktif Untuk Menanggulangi THD Pada Sistem Kelistrikan Di Ruang Puskom Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana. Majalah Ilmiah Teknologi Elektro, 10(1).
Kurniati, S. (2012). Analisis Perbandingan Kinerja Penggunaan Filter Pasif dan Filter Aktif Pada Penyearah Terkendali Satu Phasa. Jurnal Media Elektro, 1(1).
Asselin, R. (1972). Frequency filter for time integrations. Monthly Weather Review, 100(6), 487-490.
Kumar, K. V., Michael, P. A., John, J. P., & Kumar, S. S.
(2010). Simulation and comparison of SPWM and SVPWM control for three phase inverter. ARPN journal of engineering and applied sciences, 5(7), 61-74.
Maheshri, S., & Khampariya, P. (2014). Simulation of single phase SPWM (Unipolar) inverter. international journal of innovative research in advanced Engineering (IJIRAE), 1(3).
