Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Uninterruptible Power Supply Menggunakan Inverter PWM 3 Level T1 612007004 BAB I
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Tujuan
Merancang dan merealisasikan UPS (Uninterruptible Power Supply) dengan
menerapkan inverter PWM 3 level untuk menghasilkan gelombang sinusoida yang
mendekati gelombang sinusoida jala-jala.
1.2. Latar Belakang
Pada umumnya warnet maupun game center memiliki sebuah komputer yang
difungsikan sebagai server untuk memantau aktifitas dan biaya sewa untuk setiap
komputer yang digunakan. Namun yang menjadi salah satu kendala adalah terjadinya
pemadaman lisrik yang tidak dapat diprediksi, sehingga server tidak dapat melihat biaya
sewa komputer ketika terjadi pemadaman. Oleh karena itu dibutuhkan sebuah UPS
untuk mencatu komputer server sementara waktu ketika terjadi gangguan pada sumber
listrik PLN sehingga permasalahan tersebut dapat diatasi.
Salah satu bagian paling penting pada UPS adalah inverter. Inverter ini
merupakan sebuah rangkaian daya yang berfungsi untuk mngubah tegangan searah
(DC) menjadi tegangan bolak-balik (AC). Jenis keluaran yang dihasilkan ada tiga
macam yaitu gelombang kotak, gelombang sinus termodifikasi dan gelombang sinus
murni.
Dari ketiga jenis keluaran inverter yang ada, inverter yang paling cocok
digunakan untuk mencatu beban induktif adalah dengan menggunakan inverter dengan
jenis keluaran sinyal sinus murni, karena inverter jenis ini memiliki keluaran yang
paling mirip dengan PLN dibandingkan dengan dua jenis inverter lainnya. Untuk
inverter dengan keluaran gelombang kotak tidak cocok digunakan untuk komputer
karena tidak dapat digunakan untuk mensuplai beban induktif, sedangkan untuk
gelombang sinus termodifikasi sudah dapat digunakan untuk mensuplai beban induktif
namun efisiensinya masih rendah.
Pada tugas akhir ini akan dirancang sebuah UPS online dengan menggunakan
inverter keluaran sinus murni yang dirancang dengan menggunakan metode PWM 3
level. Yang dimaksud dengan UPS online ini adalah sistem pada UPS akan bekerja
1
secara terus menerus walaupun tidak terjadi pemadaman listrik. Pembuatan UPS dengan
metode PWM 3 level ini mempunyai beberapa perbedaan jika dibandingkan dengan
UPS yang sudah dibuat oleh Tjiong Samuel Sucipto (2010) dengan menggunakan
metode gelombang tangga 3 tingkat.
Gelombang tangga 3 tingkat dibuat dengan cara menambahkan 3 buah sinyal
kotak dengan lebar pulsa yang berbeda, sedangkan PWM 3 level dibuat dengan
memanfaatkan pensaklaran dengan MOSFET pada konfigurasi h-bridge. Menurut hasil
percobaan yang sudah dilakukan sebelumnya (Tjiong, 2010), efisiensi yang dihasilkan
untuk beban di atas 100 watt menjadi tidak stabil yaitu antara 40% sampai dengan 60%
saja [3]. Selain itu THD (Total Harmonic Distortion) yang dihasilkan jg sangat besar
untuk beban 300 watt dan 500 watt yaitu 30% [3]. Oleh karena itu, UPS dengan
menggunakan inverter keluaran sinus dengan metode PWM 3 level dibuat karena modul
yang relatif lebih sedikit, bentuk sinyal sinus yang dihasilkan lebih mendekati sinus
murni, THD yang lebih rendah, serta efisiensi yang didapatkan lebih tinggi.
UPS ini akan digunakan untuk menyuplai sebuah komputer server selama kurang
lebih 10 menit. Perhitungan waktu 10 menit ini didapat dari perhitungan aki kering yang
digunakan yaitu 12V 7,2Ah sehingga diperoleh daya sebesar 86,2 watt untuk waktu 1
jam. Jika komputer server yang digunakan membutuhkan daya sekitar 400 watt dan
diharapkan efisiensi yang dapat dihasilkan UPS dengan inverter PWM tiga level ini
adalah sekitar 70% , maka waktu yang diperoleh adalah
10 menit.
86,2 ���
400
���
60
� ��
70% =
1.3. Spesifikasi Sistem
Sesuai dengan surat tugas skripsi yang dikeluarkan oleh Fakultas Teknik
Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana dengan nomor
29/I.3/FTEK/X/2012 pada tanggal 9 Oktober 2012, spesifikasi skripsi ini adalah sebagai
berikut :
1. UPS yang dirancang mempunyai kapasitas energi 80 watt hour.
2. Inverter yang digunakan adalah inverter multilevel PWM 3 level.
3. Tegangan keluaran adalah tegangan sinusoida 220V dengan THD kurang
dari 5%
4. Frekuensi keluaran yang dihasilkan adalah 50Hz dengan ralat 1%
2
5. Efisiensi daya rata-rata yang dihasilkan adalah 70%
6. UPS dapat digunakan untuk mencatu sebuah komputer Pentium 4 sebagai
server dengan waktu minimal 10 menit
1.4. Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan yang digunakan pada skripsi ini terdiri dari lima bab,
berikut adalah penjelasan dari kelima bab tersebut.
BAB I Pendahuluan, pada bab ini akan dijelaskan tujuan dan latar belakang
permasalahan yang mendasari pembuatan skripsi ini, spesifikasi alat yang akan
direalisasikan dalam skripsi dan sistematika penulisan skripsi.
BAB II Dasar Teori, bab ini berisi tentang pembahasan beberapa dasar teori yang
mendukung pembuatan skipsi.
BAB III Perancangan Sistem, bab ini berisi tentang penjelasan perancangan
sistem, penjelasan perancangan masing-masing bagian penting pada UPS dengan
inverter PWM 3 level hinggal menjadi sebuah modul UPS.
BAB IV Pengujian dan Analisis, pada bab ini akan dijelaskan tentang pengujian
UPS.
BAB V Penutup, bagian penutup berisi tentang kesimpulan dan saran-saran
pengembangan.
3
PENDAHULUAN
1.1. Tujuan
Merancang dan merealisasikan UPS (Uninterruptible Power Supply) dengan
menerapkan inverter PWM 3 level untuk menghasilkan gelombang sinusoida yang
mendekati gelombang sinusoida jala-jala.
1.2. Latar Belakang
Pada umumnya warnet maupun game center memiliki sebuah komputer yang
difungsikan sebagai server untuk memantau aktifitas dan biaya sewa untuk setiap
komputer yang digunakan. Namun yang menjadi salah satu kendala adalah terjadinya
pemadaman lisrik yang tidak dapat diprediksi, sehingga server tidak dapat melihat biaya
sewa komputer ketika terjadi pemadaman. Oleh karena itu dibutuhkan sebuah UPS
untuk mencatu komputer server sementara waktu ketika terjadi gangguan pada sumber
listrik PLN sehingga permasalahan tersebut dapat diatasi.
Salah satu bagian paling penting pada UPS adalah inverter. Inverter ini
merupakan sebuah rangkaian daya yang berfungsi untuk mngubah tegangan searah
(DC) menjadi tegangan bolak-balik (AC). Jenis keluaran yang dihasilkan ada tiga
macam yaitu gelombang kotak, gelombang sinus termodifikasi dan gelombang sinus
murni.
Dari ketiga jenis keluaran inverter yang ada, inverter yang paling cocok
digunakan untuk mencatu beban induktif adalah dengan menggunakan inverter dengan
jenis keluaran sinyal sinus murni, karena inverter jenis ini memiliki keluaran yang
paling mirip dengan PLN dibandingkan dengan dua jenis inverter lainnya. Untuk
inverter dengan keluaran gelombang kotak tidak cocok digunakan untuk komputer
karena tidak dapat digunakan untuk mensuplai beban induktif, sedangkan untuk
gelombang sinus termodifikasi sudah dapat digunakan untuk mensuplai beban induktif
namun efisiensinya masih rendah.
Pada tugas akhir ini akan dirancang sebuah UPS online dengan menggunakan
inverter keluaran sinus murni yang dirancang dengan menggunakan metode PWM 3
level. Yang dimaksud dengan UPS online ini adalah sistem pada UPS akan bekerja
1
secara terus menerus walaupun tidak terjadi pemadaman listrik. Pembuatan UPS dengan
metode PWM 3 level ini mempunyai beberapa perbedaan jika dibandingkan dengan
UPS yang sudah dibuat oleh Tjiong Samuel Sucipto (2010) dengan menggunakan
metode gelombang tangga 3 tingkat.
Gelombang tangga 3 tingkat dibuat dengan cara menambahkan 3 buah sinyal
kotak dengan lebar pulsa yang berbeda, sedangkan PWM 3 level dibuat dengan
memanfaatkan pensaklaran dengan MOSFET pada konfigurasi h-bridge. Menurut hasil
percobaan yang sudah dilakukan sebelumnya (Tjiong, 2010), efisiensi yang dihasilkan
untuk beban di atas 100 watt menjadi tidak stabil yaitu antara 40% sampai dengan 60%
saja [3]. Selain itu THD (Total Harmonic Distortion) yang dihasilkan jg sangat besar
untuk beban 300 watt dan 500 watt yaitu 30% [3]. Oleh karena itu, UPS dengan
menggunakan inverter keluaran sinus dengan metode PWM 3 level dibuat karena modul
yang relatif lebih sedikit, bentuk sinyal sinus yang dihasilkan lebih mendekati sinus
murni, THD yang lebih rendah, serta efisiensi yang didapatkan lebih tinggi.
UPS ini akan digunakan untuk menyuplai sebuah komputer server selama kurang
lebih 10 menit. Perhitungan waktu 10 menit ini didapat dari perhitungan aki kering yang
digunakan yaitu 12V 7,2Ah sehingga diperoleh daya sebesar 86,2 watt untuk waktu 1
jam. Jika komputer server yang digunakan membutuhkan daya sekitar 400 watt dan
diharapkan efisiensi yang dapat dihasilkan UPS dengan inverter PWM tiga level ini
adalah sekitar 70% , maka waktu yang diperoleh adalah
10 menit.
86,2 ���
400
���
60
� ��
70% =
1.3. Spesifikasi Sistem
Sesuai dengan surat tugas skripsi yang dikeluarkan oleh Fakultas Teknik
Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana dengan nomor
29/I.3/FTEK/X/2012 pada tanggal 9 Oktober 2012, spesifikasi skripsi ini adalah sebagai
berikut :
1. UPS yang dirancang mempunyai kapasitas energi 80 watt hour.
2. Inverter yang digunakan adalah inverter multilevel PWM 3 level.
3. Tegangan keluaran adalah tegangan sinusoida 220V dengan THD kurang
dari 5%
4. Frekuensi keluaran yang dihasilkan adalah 50Hz dengan ralat 1%
2
5. Efisiensi daya rata-rata yang dihasilkan adalah 70%
6. UPS dapat digunakan untuk mencatu sebuah komputer Pentium 4 sebagai
server dengan waktu minimal 10 menit
1.4. Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan yang digunakan pada skripsi ini terdiri dari lima bab,
berikut adalah penjelasan dari kelima bab tersebut.
BAB I Pendahuluan, pada bab ini akan dijelaskan tujuan dan latar belakang
permasalahan yang mendasari pembuatan skripsi ini, spesifikasi alat yang akan
direalisasikan dalam skripsi dan sistematika penulisan skripsi.
BAB II Dasar Teori, bab ini berisi tentang pembahasan beberapa dasar teori yang
mendukung pembuatan skipsi.
BAB III Perancangan Sistem, bab ini berisi tentang penjelasan perancangan
sistem, penjelasan perancangan masing-masing bagian penting pada UPS dengan
inverter PWM 3 level hinggal menjadi sebuah modul UPS.
BAB IV Pengujian dan Analisis, pada bab ini akan dijelaskan tentang pengujian
UPS.
BAB V Penutup, bagian penutup berisi tentang kesimpulan dan saran-saran
pengembangan.
3