Teknik Modulasi Lebar Pulsa PWM

2.3 Teknik Modulasi Lebar Pulsa PWM

Kontrol tegangan keluaran VSI adalah dengan memanfaatkan penyaklaran switching frekwensi tinggi menggunakan teknik modulasi lebar pulsa PWM pada sumber tegangan dc yang dijaga konstan, kemudian diambil rata-rata dari bentuk gelombang keluaran untuk mendapatkan komponen fundamental tegangan yang diatur magnitudanya. Teknik PWM memberikan keuntungan di mana komponen harmonisa urutan komponen rendah berkurang sehingga akan mengurangi jumlah harmonisa dan memfilter harmonisa. Semakin tinggi rasio frekwensi switching terhadap frekwensi fundamental maka semakin berkurang komponen harmonisa yang muncul. Ada beberapa teknik PWM yang sering digunakan sebagai berikut [17]: 1. Single Pulse Width Modulation. 2. Multiple Pulse Width Modulation. 3. Sinusoidal Pulse Width Modulation. 2.3.1 Single Pulse Width Modulation Metode Single pulse width modulation hanya ada satu pulsa setiap setengah siklus dan lebar pulsa variasi untuk mengatur tegangan keluaran inverter. Sinyal gating dibangkitkan dengan membandingkan sinyal referensi segiempat rectangular beramplitudo Ar terhadap sinyal segi-tiga pembawa triangular carrier beramplitudo Ac. Frekwensi fundamnetal tegangan keluaran Vo. Rasio Ar terhadap Ac adalah merupakan variabel pengaturan juga disebut indeks modulasi M yang diberikan seperti pada Persamaan 2.1[17] sebagai berikut: 17 Universitas Sumatera Utara Ac Ar M = ….…………….………………...….…….…2.1 Dengan merubah nilai Ar dari nol hingga Ac, lebar pulsa δ dapat berubah dari 0° sampai 180° dan tegangan rms keluaran Vo bervariasi dari nol sampai Vs seperti pada Persamaan 2.2 [17] yaitu: π δ ω π δ π δ π Vs t d Vs Vo =     = ∫ + − 5 , 2 2 2 2 2 ……....……….…2.2 Inverter satu fasa jembatan gelombang penuh yang terdiri dari dari 4 buah transistor dengan sumber tegangan Vs seperti diperlihatkan pada Gambar 2.11[17],[18]. Gambar 2.12 [17],[18] adalah sinyal gating dan tegangan keluaran Vo. Urutan penyaklaran transistor tersebut 12, 23, 34 dan 41. Komponen harmonisa yang lebih dominan muncul urutan ketiga pada tegangan keluaran Vo dibandingkan komponen urutan harmonisa lainnya. + + _ _ C1 C2 Q1 Q4 Q3 Q2 Vs2 Vs2 D1 D3 D4 a b Vs + _ D2 Load Gambar 2.11 Inverter 1 fasa jembatan gelombang penuh [17][18] 18 Universitas Sumatera Utara Vs -Vs Vo g 1 g 4 π π π 2π 2π 2π ω t ω t ω t ω t e δ δ A c A r 2 2 δ π − 2 π 2 2 δ π + Gate signal for Q4 2 2 δ π − 2 π 2 2 δ π + 2 3 π α 1 α 2 Carrier signal Reference signal A r A c Gate signal for transistor Q1 Gambar 2.12 Sinyal gating dan tegangan keluaran Inverter Single Pulse Width Modulation [17][18] 2.3.2 Multiple Pulse Width Modulation Teknik multiple pulse witdh modulation dapat mengurangi kandungan harmonisa dengan membangkit beberapa pulsa yang menggunakan setengah siklus tegangan keluaran seperti diperlihatkan pada Gambar 2.13 [17]. Sinyal gating dibangkitkan dengan membandingkan sinyal referensi segiempat square beramplitudo Ar terhadap sinyal segitiga triangular pembawa beramplitudo Ac. Frekwensi dari sinyal referensi menentukan frekwensi outputnya f o , dan sinyal frekwensi pembawa carrier f c menentukan jumlah pulsa p selama setengah siklus. Rasio Ar tehadap Ac merupakan variabel pengaturan disebut indeks modulasi M, yang menentukan tegangan keluaran Vo. 19 Jumlah pulsa p untuk setengah siklus seperti pada Persamaan 2.3 [17] adalah: Universitas Sumatera Utara 2 2 f m fo fc p = = .…………….…………………….. 2.3 Di mana fo fc mf = didefinisikan sebagai rasio frekwensi modulasi. ω t 2π π α 1 α 2 α 3 α 4 α 5 α 6 α 7 α 8 α 9 α 10 A c A r ω t ω t ω t α m 2 δ π α + + m 2π 2π 2π π π π V s -V s g 1 g 4 δ 2 δ α + m V o fc 1 Carrier Signal Refrence Signal a Gate signal generation b Gate signals α m + π c Output Voltage Gambar 2.13 Sinyal gating dan tegangan keluaran Inverter Multiple Pulse Width Modulation 1 Fasa [17] Bila δ dianggap lebar dari setiap pulsa maka tegangan rms keluaran Vo adalah: π δ ω π δ π δ π p Vs t d Vs p Vo p p =     = ∫ + − 5 , 2 2 2 2 2 ….………...……...2.4 20 Universitas Sumatera Utara 2.3.3 Sinusoidal PWM Pada Sinusoidal PWM atau SPWM lebar pulsa sinyal gating dibangkitkan dengan membandingkan sinyal referensi sinusoidal terhadap sinyal segitiga pembawa frekwensi fc yang diperlihatkan pada Gambar 2.14 [17]. Teknik SPWM sangat banyak dipergunakan pada aplikasi industri. Frekwensi sinyal referensi fr menentukan frekwensi keluaran inverter fo, amplitudo sinyal referensi Ar menentukan indeks modulasi M yang mempengaruhi tegangan rms keluaran Vo. Jumlah pulsa untuk setiap setengah siklus tergantung pada frekwensi pembawa fc. Harmonisa dan komponennya yang muncul pada tegangan keluaran PWM berada di sekitar penyaklaran inverter. Tegangan rms keluaran Vo dapat divariasikan dengan merubah indeks modulasi M. Bila δ m adalah lebar dari pulsa ke m, maka Persamaan 2.4 dapat dikembangkan untuk mendapatkan tegangan rms keluaran Vo yang diberikan seperti Persamaan 2.5 [17] yaitu: 5 , 2 1     = ∑ = p m m Vs Vo π δ ……...…….………….…….………2.5 21 Universitas Sumatera Utara ω t g 1 g 4 Ac V s v Reference Signal Vcr Vr -V s fc 1 ω t ω t ω t π π π π 2π 2π 2π 2π ω t Ac v π 2π δ m α m Carrier Signal Ar Ac Ar M = a b c d V o Gambar 2.14 Sinyal gating dan tegangan keluaran Inverter Sinusoidal PWM 1 Fasa [17]

2.4 Inverter Sinusoidal PWM 3 Fasa