INVERTER SATU FASA GELOMBANG PENUH SEBAGAI PENGGERAK POMPA AIR DENGAN KENDALI DIGITAL TUGAS AKHIR - INVERTER SATU FASA GELOMBANG PENUH SEBAGAI PENGGERAK POMPA AIR DENGAN KENDALI DIGITAL - Unika Repository
INVERTER SATU FASA GELOMBANG PENUH
SEBAGAI PENGGERAK POMPA AIR DENGAN
KENDALI DIGITAL
TUGAS AKHIR
Oleh : Nikolas Kristiawan Harsoyo
10.50.0015
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIKA SOEGIJAPRANATA
SEMARANG
2016
PENGESAHAN
Laporan Tugas Akhir dengan judul
“ INVERTER SATU FASA GELOMBANG
PENUH SEBAGAI PENGGERAK POMPA AIR DENGAN KENDALI
DIGITAL “ diajukan untuk memenuhi sebagian dari syarat-syarat dalam
memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro pada Program Studi Teknik Elektro di Fakultas Teknik Universitas Katolik Soegijapranata Semarang.
Laporan Tugas Akhir ini disetujui tanggal 28 Januari 2016.
Semarang, 28 Januari 2016 Menyetujui,
Dosen Pembimbing Dr.Ir.Ign.Slamet Riyadi, MT
058.1.1992.110 Mengetahui,
Ketua Program Studi Teknik Elektro Dr.Fl.Budi Setiawan, MT
058.1.1.1994.150
ABSTRAK
Inverter satu fasa gelombang penuh adalah suatu alat konversi energi daritegangan searah menjadi tegangan bolak-balik. Inverter sudah mulai banyak
digunakan dan dikembangkan. Jenis inverter berdasarkan jumlah fasa yaitu
inverter 1 fasa dan inverter 3 fasa.Pada laporan ini akan dikaji Inverter satu fasa gelombang penuh sebagai
penggerak motor listrik. Inverter yang digunakan tipe jembatan dengan mode
konduksi/pola penyaklaran bipolar.Yang didalamnya menggunakan program
dengan sinyal SPWM yang didapat dari data array lookup table. Inverter ini
dimanfaatkan sebagai penggerak pompa air yang memiliki sumber awal (V DC)
dan diubah menjadi tegangan (V AC) lalu dinaikan dengan trafo step up untuk
dapat menggerakkan pompa air.KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena dengan segala rahmat dan anugerahNya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir beserta Laporan Tugas Akhir yang berjudul
“ INVERTER SATU
FASA GELOMBANG PENUH SEBAGAI PENGGERAK POMPA AIR
DENGAN KENDALI DIGITAL“ yang menjadi tugas studi dari penulis adalah
sebagai mahasiswa Program Sarjana Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Katolik Soegijapranata Semarang. Pembuatan Tugas Akhir ini dan penyusunan Laporan Tugas Akhir ini tidak lepas dari bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Tuhan Yang Maha Esa karena senantiasa memberi rahmat ,kelancaran dan kemudahan kepada penulis.
2. Orang Tua, orangtua angkat dan keluarga yang selalu memberi semangat dan dukungan dalam bentuk doa ,moril dan materiil kepada penulis.
3. Bapak Dr.Ir.Ign. Slamet Riyadi, MT. selaku dosen pembimbing Tugas Akhir, yang telah membimbing saya dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini dan juga memberikan teori, saran, kritik, dan semangat kepada penulis.
4. Bapak Dr. Florentinus Budi Setiawan, MT. selaku Ketua Progdi Teknik Elektro Universitas Katolik Soegijapranata Semarang, yang telah memberi fasilitas Laboratorium beserta kelengkapan alat-alatnya.
5. Seluruh dosen dan karyawan Fakultas Teknik Program Studi Teknik Elektro Universitas Katolik Soegijapranata Semarang, yang telah banyak membantu memberikan fasilitas-fasilitas sehingga pengerjaan Tugas Akhir ini berjalan lancar.
6. Teman-teman seperjuangan angkatan 2010 (Agustinus, Enggar, Jefri, Adi Citra, Arifin, Elwinta, Oxa, Musa, Driyan, dan sebagian lagi yang mungkin belum saya sebutkan) yang selalu memberi dukungan dan semangat.
7. Teman-teman angkatan bawah (Billy “Jembz”, Ryan “Bart”, Topan “Kipli” ,Dian “Komting”, Novembi “Kriwil”) dan teman-teman yang mungkin tidak bisa saya sebutkan satu persatu.
8. Dan juga pihak-pihak lain yang telah membantu saya dan tidak bisa saya sebutkan satu persatu.
Penulis menyadari bahwa laporan ini masih memiliki banyak kekurangan, maka penulis sangat mengharapkan saran ,masukan maupun kritik dari berbagai pihak untuk perbaikan di masa yang akan datang. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan permohonan maaf yang sebesar-besarnya apabila terdapat hal-hal yang kurang berkenan dalam penulisan laporan ini.
Akhirnya besar harapan penulis bahwa laporan ini dapat memberikan sumbangan yang berarti bagi kemajuan ilmu dan teknologi di Fakultas Teknik Program Studi Teknik Elektro Universitas Katolik Soegijapranata Semarang.
Semarang, 28 Januari 2016 Penulis
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ………………………………………………………… i
HALAMAN PENGESAHAN …………………………………………...…... ii
ABSTRAK iii ………………………………………………...…………..…….
KATA PENGANTAR ………………………………….……………….…… iv
DAFTAR ISI ………………………………………………………….……… vi
DAFTAR GAMBAR ……………………………………………………..….. ix
DAFTAR TABEL ……………………………………………………….…… xii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang………………………………………...……… 1
1.2 Perumusan Masalah…………………………………...……… 2
1.3 Pembatasan Masalah…………………………………………. 2
1.4 Tujuan dan Manfaat…………………………………………... 3
1.5 Metodologi Penelitian………………………………………… 3
1.6 Sistematika Penulisan…………………………………….…… 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Inverter……………………………………………………… 5
2.1.1 Inverter Satu Fasa………………………………….. 7
2.1.2
7 Inverter Satu Fasa Half Bridge…………………….
2.1.3
9 Inverter Satu Fasa Jembatan Penuh………………..
2.2 Modulasi Lebar Pulsa (PWM)……………………………… 14
2.3
16 Modulasi Lebar Pulsa Sinusoida (SPWM)…………………
2.4
16 Mikrokontroler dsPIC33FJ128MC202……………………..
19
2.5 Driver……………………………………………………….
2.5.1 IR 2132 …………………………………………… 20
2.5.2 HCPL 2531 ……………………………………….
21
2.5.3 IGBT ……………………………………………..
23
24
2.6 Motor Kapasitor……………………………………………
2.6.2 Motor Kapasitor Tetap/Running (Permanent Capacitor Motor)
3.5 Perancangan Blok Daya………………………………......
2.6.1 Motor Kapasitor Start (Starting Capacitor Motor)
4.2.2 Pembuatan Sinyal Carrier atau segitiga………..….…. 44
4.2.1 Pembacaan Pengolah Sinyal………………….……… 43
4.2 Pemrograman pada digital signal controller…………….….. 43
4.1 Pengujian Rangkaian Melalui Simulasi Pada PSIM……….. 39
35 BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN
3.7 Look Up Tabel……………………………………………
34
3.6 Strategi Kendali Bipolar…………………………………..
34
33
…......……………… 26
3.4 Perancangan Blok Driver…………………………………
32
3.3 Rangkaian Buffer Sinyal Kontrol…………………………
……………………..… 25
3.2 Perancangan Rangkaian Kontrol……………………….…
29
3.1 Perancangan Catu Daya…………………………………..
BAB III PERANCANGAN SISTEM
…..…………….. 27
2.6.3 Motor Kapasitor Start/Running (Start-Running Capacitor Motor)
32
4.2.3 Memasukkan data dari lookup table…………………. 45
4.3 Hasil Pengujian alat di Laboratorium………………………. 45
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan……………………………………………….. 53
5.2 Saran…………………………………………………….… 54 DAFTAR PUSTAKA
……………………………………………………….. 55
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.9 Cara kerja inverter unipolar pada kondisiGambar 2.14 Konfigurasi pin pada optocoupler HCPL 2531……………… 23Gambar 2.13 Konfiguras i pin IR 2132……………………………………… 20Gambar 2.12 Konfigurasi p in dsPIC33FJ128MC202………………………. 17ier pada PWM…………………………………………….. 15
Gambar 2.11 Teknik modulasi sinyal referensi dan sinyal carrGambar 2.10 Cara kerja inverter un ipolar pada kondisi nol………………… 14Setenga h siklus negatif………………………………………. 13
Gambar 2.8 Cara kerja inverter un ipolar pada kondisi nol………………… 13Gambar 2.1 Inverter satu fasa setengah jembatan........................................... 7klus positif……………………………...………… 12
Gambar 2.7 Cara kerja inverter unipolar pada kondisi setengah siGambar 2.6 Cara kerja inverter bipolar pada kondisi setengah siklus negative.............................................................. 12siklus positif………………………………………… 11
Gambar 2.5 Cara kerja inverter bipolar pada kondisi setengahGambar 2.4 Inverter satu fasa tipe jembatan penuh………………………… 10Gambar 2.3 Cara kerja inverter setengah jembatan pada siklus negative…………………………..…………………………….. 9Gambar 2.2 Cara kerja inverter setengah jembatan pada siklus positif......................................................................... 8Gambar 2.15 Konfigurasi pin pada IGBT SK20GB123……………………. 23Gambar 2.16 Motor S tart Kapasitor………………………………………… 26Gambar 2.17 Motor Ru nning Kapasitor…………………………………….. 27Gambar 2.18 Motor Start-Running Kapasitor………………………………. 27
Gambar 3.1 Desain alat se cara keseluruhan……………………………….. 28Gambar 3.2 Skema Ran gkaian Catu Daya………………………………… 30Gambar 3.3 Skema RangkaianPenyearah Push Pull……………………… 31
Gambar 3.4 Layout PCB dsPIC33FJ128MC202 yang sudah dirancangmelalui target (3D)………………………… 32
Gambar 3.5 Layout PCB driver IR2132 yang sudah dirancang melalui target (3D)……………………………….... 33
Gambar 3.6 Gambar ko mponen IGBT SK20GB123……………………… 34Gambar 3.7 Strategi kendali bipolar dengan lookup table………………… 35
Gambar 3.8 Hasil gelombang sinus da ri lookup table ms.excel…………… 37Gambar 3.9 Flow chart Program…………………………………………… 38Gambar 4.1.1 Rangkaian inv erter dengan beban…………………………… 39Gambar 4.1.2 Data pemro graman pada C Block…………………………… 40Gambar 4.1.3 Hasil simulasi refere nsi gelombang sinusoidal……………… 41Gambar 4.1.4 Hasil simulasi dari sinyal ref erensi dan sinyal carrier………... 41Gambar 4.1.5 Hasil si mulasi sinyal SPWM………………………………… 42Gambar 4.1.6 Hasil simulasi dari pe nyaklaran pada mosfet………………… 42Gambar 4.1.7 Hasil perbandingan tegangan input dan tegangan keluaran....... 43Gambar 4.2.1 Inisialisasi pada dsPIC33FJ128MC202……………………… 44Gambar 4.2.2 Listing pembuatan sinyal car rier…………………………….. 44Gambar 4.2.3 Data lookup table…………………………………….............. 45Gambar 4.3.1 Foto keseluruhan alat yang telah dibuat……………………… 46
Gambar 4.3.2 Tanpa beban pompa air (PLN), kuning adalah tegangan dan biru adalah arus PLN…………………………………….. 46Gambar 4.3.3 Dengan beban pompa (PLN), kuning adalah tegangan dan biru adalah arus………………………………………...…. 47Gambar 4.3.4 Hasil pengukuran sinyal kotak sebelum diberi beban pompa air, kuning adalah tegangan dengan probe x10dan biru adalah arus den gan probe x1………………………... 47
Gambar 4.3.5 Hasil pengukuran sinyal kotak setelah dibebani dengan pompa air, kuning adalah tegangan dan biru adalaharus dengan probe x1………………………………………….. 48
Gambar 4.3.6 Hasil pengukuran sinyal SPWM dengan tegangan 150VDC setelah dibebani dengan pompa air, kuning adalah tegangandengan probe x10 dan biru adalah arus dengan probe x1……… 49
Gambar 4.3.7 Hasil pengukuran sinyal SPWM dengan tegangan 150VDC setelah dibebani dengan pompa air, kuning adalah tegangandengan probe x10 dan biru adalah arus dengan probe x1 (terpisah)…………………………………………….. 49
Gambar 4.3.8 Hasil pengukuran sinyal SPWM dengan tegangan 150VDC setelah dibebani dengan pompa air, kuning adalah tegangandengan probe x10 dan biru adalah arus dengan probe x1 (zoom) ……………………………………… 50
Gambar 4.3.9 Hasil pengukuran keluaran inverter dengan sinyal SPWM dan tegangan 150VDC, trafo 1_4, kuning adalah tegangan dengan probe x10 dan biru adalah ar us dengan probe x1………………………………… 51Gambar 4.3.10 Hasil pengukuran keluaran inverter dengan sinyal SPWM dan tegangan 150VDC, trafo 1_4,kuning adalah tegangan dengan probe x10 dan biru adalah arus dengan probe x1 (zoom)………………………….. 51
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Fitur dan Spesifikasi pada IR2132……………………………. 21
Tabel 2.2 Fitur dan Spesifikasi pada HCPL 2531………………………. 22 Tabel 3.1
Lookup table PR = 3200*CNT (jumlah pulsa) = 100………… 36