18
a n
Vs
1 3
4 2
+
-
Gambar 2.3 Konfigurasi inverter CSI
2.4.1 Controller
Controller digunakan dalam rangkaian filter aktif sebagai pembangkit sinyal yang dipakai untuk menyalakan atau mematikan inverter. Komponen
ini memegang peranan sangat penting di dalam implementasi filter aktif, karena ketika fungsi controll ini tidak bekerja dengan baik maka otomatis
performansi filter aktif menjadi tidak maksimal. Kemungkinan terburuk adalah filter justru menambah masalah.
2.5 Multilevel Inverter
Pada awalnya inverter konvensional memiliki konfigurasi dua tingkat untuk menghasilkan tegangan AC dari tegangan DC seperti diperlihatkan pada Gambar 2.4.
Dua tingkat inverter hanya bisa membangkitkan dua level tegangan output untuk beban, yaitu V
dc
2 atau -V
dc
2.
Universitas Sumatera Utara
19
Gambar 2.4 Inverter dua level satu fasa kiri dan gelombang keluaran kanan
Untuk membangkitkan keluaran tegangan AC dua tingkat seperti pada Gambar 2.5, biasanya dilakukan dengan memodulasi lebar pulsa atau lebih dikenal
dengan PWM Pulse Width Modulation. Metode ini efektif dalam menghasilkan gelombang keluaran tetapi terdapat distorsi harmonik pada tegangan keuarannya. Hal
ini mungkin tidak selalu menjadi masalah, tetapi untuk beberapa aplikasi tertentu dibutuhkan distorsi rendah dalam output tegangan [12].
Gambar 2.5 Tegangan keluaran PWM hijau, gelombang referensi berwarna biru
Universitas Sumatera Utara
20
Konsep Multilevel Inverter MLI untuk menghasilkan sinyal AC tidak hanya bergantung pada dua tingkat tegangan. Beberapa tingkat tegangan dapat ditambahkan
untuk menciptakan gelombang yang semakin halus, dengan menghasilkan distorsi harmonisa yang rendah. Gambar 2.6 menunjukkan tegangan keluaran untuk tiga
tingkat, dan Gambar 2.7 untuk lima tingkat.
Gambar 2.6 Tegangan keluaran Multilevel Inverter 3 tingkat
Gambar 2.7 Tegangan keluaran Multilevel Inverter 5 tingkat
Universitas Sumatera Utara
21
Pada Gambar 2.8 yang merupakan tegangan untuk level tujuh tingkat, terlihat semakin banyak level tegangan yang dihasilkan maka gelombang akan semakin
mendekati sinusoidal. Akan tetapi dengan berbagai tingkatan tersebut desain akan menjadi lebih rumit, lebih banyak komponen dan metode kontrol lebih sulit.
Gambar 2.8 Tegangan keluaran Multilevel Inverter 7 tingkat
Ada beberapa fitur menarik dalam multilevel inverter yaitu dengan tingkat frekuensi yang lebih rendah maka tingkat stress komponen juga bisa dihindari..
Berikut keuntungan menggunakan multilevel inverter [12,13]:
1. Multilevel Inverter dapat menghasilkan tegangan keluaran dengan distorsi yang sangat rendah
2. Multilevel Inverter dapat menghasilkan arus masukan dengan distorsi yang sangat rendah.
3. Multilevel Inverter menghasilkan lebih kecil tegangan common-mode CM, sehingga mengurangi stres.
Universitas Sumatera Utara
22
4. Multilevel Inverter dapat beroperasi dengan frekuensi switching yang lebih rendah
Ada berbagai topologi multilevel inverter yang telah diusulkan beberapa tahun terakhir seperti ditunjukkan pada Gambar 2.9 [13]. Berikutnya akan lebih difokuskan
pembahasan untuk Multilevel Inverter dengan sumber DC yang simetris, sesuai dengan yang digunakan pada tesis ini.
A. Diode Clamped Connected
Topologi multilevel inverter yang paling umum digunakan adalah “diode clamped connected”, yaitu dioda digunakan sebagai perangkat untuk
menjepit tegangan bus DC sehingga mencapai level output voltage.
Gambar 2.9 Klasifikasi topologi Cascade Multilevel Inverter
Cascade Multilevel
Inverter Berdasarkan
Koneksi H- Bridges
Koneksi Bintang
Koneksi Delta Berdasarkan
Sumber DC
Sumber DC Asimetris
Sumber DC Simetris
H-Bridge Connected
Flying Capacitor
Connected Diode Clamped
Connected
Universitas Sumatera Utara
23
Beberapa kebutuhan komponen inverter tingkat n adalah: a. Sumber tegangan bisa berupa kapasitor
= n - 1 b. Perangkat switching berupa relay
= 2 n - 1 c. Dioda
= n - 1 n - 2
Dengan meningkatnya jumlah level tegangan, kualitas tegangan keluaran menjadi lebih dekat dengan gelombang sinusoidal. Gambar 2.10 menunjukkan
topologi diode-clamped tiga tingkat a dimana bus DC terdiri dari dua kapasitor, yaitu C
1
dan C
2
. Tegangan di setiap kapasitor terpasang sebesar V
DC
2.
Gambar 2.10 Topologi Multilevel Inverter Diode-Clamped
Untuk menjelaskan bagaimana level tegangan dibangkitkan, titik netral n dianggap sebagai keluaran fasa titik referensi tegangan. Kombinasi
komponen switch bisa dilihat pada Tabel 2.4.
Universitas Sumatera Utara
24
Tabel 2.4 Kombinasi switch untuk menghasilkan variasi tegangan keluaran
Level Voutput
S1 S2
S1’ S2’
1 V
dc
2 1
1 1
1 1
-1 -V
dc
2 1
1
Untuk menentukan nilai dari V
D
bisa digunakan Persamaan 2.5 [14].
.........................................................2.5 Dengan:
m = nilai tingkat inverter k = konstanta dari 1 sampai m-1
V
dc
= Tegangan DC link
B. H-Bridge Cascaded Multilevel Inverter Konsep inverter ini adalah menghubungkan inverter H-bridge secara
seri untuk mendapatkan tegangan keluaran. Tegangan keluaran adalah jumlah dari tegangan yang dihasilkan oleh masing-masing tingkat. Jumlah tersebut
merupakan tegangan output tingkat 2n +1, dengan n adalah jumlah tingkat. Salah satu keuntungan dari jenis inverter multilevel ini adalah
mengurangi jumlah komponen dibandingkan dengan diode-clamp maupun flying capacitor.
Universitas Sumatera Utara
25
C. Multilevel Inverter Flying Capacitor Struktur inverter ini mirip dengan diode-clamped, bedanya adalah
komponen dioda digantikan oleh kapasitor seperti pada Gambar 2.11. Inverter n-level akan membutuhkan:
a. Kapasitor untuk masing-masing fasa = n - 1 × n - 2 2 b. Kapasitor utama
= n - 1
Jika dibandingkan dengan metode diode clamp, jumlah kapasitor pada type ini jauh lebih banyak karena komponen untuk dioda digantikan oleh
kapasitor. Lain halnya untuk sumber tegangan membutuhkan jumlah komponen yang sama yaitu sebesar n-1.
Gambar 2.11 Topologi Multilevel Inverter Flying-Capacitor
Universitas Sumatera Utara
26
2.6 Transformasi
Kategori