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