Implementasi Metode SPWM THIPWM dan SVPW

Implementasi Metode SPWM, THIPWM dan SVPWM Pada
Rangkaian Inverter Tiga Fasa Menggunakan Mikrokontroler DSP
STM32F4
Novie Ayub W, Zaenal Efendi, Abdin Ulinnuha
Program Studi Teknik Elektro Industri, Departemen Elektro,
Politeknik Elektronika Negeri Surabaya (PENS),
Surabaya 60111, Indonesia.
email:, ayub@eepis-its.edu, zen@eepis-its, abdin.ulin.nuha@gmail.com

Abstrak
Paper ini membahas algoritma yang sederhana dan
intuitif untuk membangkitkan sinyal referensi pada
metode Sine PWM, Third Harmonic Injection PWM
dan Space Vector PWM menggunakan teknik regular
sampling PWM yang efesien. Hasil benchmark pada
masing-masing algoritma yaitu 2.58uS untuk SPWM,
4.70 us untuk THIPWM dan 3.70uS untuk SVPWM.
Metode SPWM terbukti kurang efesien karena tegangan
ouput hanya dapat menggunakan 0.866 dari tegangan
DC bus. Sedangkan pada metode THIPWM dan
SVPWM dapat meningkatkan sampai 13% dari SPWM

yang menyebabkan kedua metode ini dapat menghemat
daya input motor induksi pada beban mekanik yang
sama, namun metode SVPWM lebih diuntungkan karena
kompabilitas pada teori field oriented control.
Keywords: Variabel Frequency Drive, SPWM,
THIPWM, SVPWM, Digital Signal Processing.
1. Pendahuluan
Pada saat ini AC drive sudah menjadi standar di industri,
sehingga pemilihan metode switching yang tepat pada
rangkaian inverter dapat meningkatkan peforma pada
AC drive. Penggunaan IPM dalam aplikasi motor drive
sudah menjadi trend karena IPM menawarkan banyak
kelebihan yaitu: kompak, sudah terintegrasi dengan IC
gate driver, rendah noise, lebih handal, efesiensi yang
tinggi dan pasti lebih murah daripada menggunakan
IGBT discrete[1]
Untuk meningkatkan efesiensi meningkatkan efesiensi
pada komponen power electronic tentu tidak cukup
dengan menggunakan IPM saja. Metode switching dan
algoritma yang mengontrol IPM juga harus diperhatikan,

seperti metode SPWM yang secara teori menghasilkan
tegangan output pada inverter(IPM) selalu lebih rendah
dengan tegangan DC input(86.6%) kemudian temukan
teori baru mengenai injeksi harmonisa ketiga pada sinyal
sinus referensi sebesar 16.66% dari fundamental yang
disebut THIPWM [2], sehingga diharapkan, dapat
menaikkan tegangan sampai 15% lebih besar dari pada
metode SPWM. Kemudian metode SVPWM temukan
sebagai jembatan langsung dengan teori field oriented
control.
Dalam paper ini menjelaskan bagaimana implementasi
ketiga metode tersebut dalam algoritma pemerogaman
pada mikrokontroler DSP. STM32F4 dipilih dalam paper
ini sebagai Digital Signal Controller (DSC) karena
memiliki struktur pemrogaman yang mudah, performa
prosessor sampai 210DMIPS (Dhrystone Million
Instruction Per Second ) dan harga yang terjangkau.
2. Pembahasan
2.1 PWM Inverter Tiga Fasa

Rangkaian dasar inverter tiga fasa ditunjukkan pada
Gambar 1, nilai filter kapasitor ditentukan menggunakan
Persamaan (1).

C min 

2  Pin
(V max V 2 min ) f r ectifier
2

(1)
tegangan AC yang mensuplai motor diperoleh dari proses
switching enam buah komponen Insulated Gate Bipolar
Junction Transistor (IGBT), nomor ganjil disebut high
side, sedangkan nomor yang genap disebut low side.
IGBT yang terletak pada satu leg (1&4,3&6,5&2) tidak
boleh ON secara bersamaan, melainkan saling
berkebalikan. Sehingga untuk men-switching enam buah
IGBT cukup dengan tiga sinyal trigger (sinyal sinus
referensi).

segitiga, nilai ma akan menentukan besar tegangan Root
Mean Square (RMS) output inverter sedangkan
modulation frequency (mf) menyatakan rasio frekuensi
dari sinyal sinus referensi normalisasi dengan frekuensi
sinyal segitiga carrier , nilai mf menentukan frekuensi
tegangan output PWM inverter. Besar nilai ma dan mf
dirumuskan pada Persamaan (2) dan Persamaan (3)
Gambar 1. Rangkaian dasar inverter tiga fasa
Kondisi ON dan OFF IGBT pada rangkaian inverter
ditentukan dari kondisi apakah magnitude sinyal referensi
lebih besar atau lebih kecil daripada magnitude segitiga
carrier seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.

ma 

mf 

Vm,r efer ence
Vm,ca r r ier



Vm,sin e
Vm,tr ia ngula r

f
fca r r ier
 tr ia ngula r
fr efer ence
fsin e

(2)

(3)

Perbedaan metode SPWM, THIPWM dan SVPWM
hanya terletak pada bentuk sinyal referensi saja.
2.1 Sinusoidal Regular-Sampled Asymmetrical PWM
Metode SPWM menggunakan sinyal sinus referensi

yang
dituliskan
pada
persamaan
(4)
yang
direpresentasikan pada Gambar 2.

Vref  ma  Vmax sin(t   )  offset

Untuk

< � < � dan

<

(4)

�< ,

Gambar 2. Sinyal referensi dan carrier pada rangkaian
inverter tiga fasa
ketika magnitude sinyal sinus referensi lebih besar
daripada magnitude sinyal segitiga carrier maka tegangan
output fasa-fasa inverter output sebesar +VDC,
sedangkan jika sinyal magnitude sinus referensi kurang
dari magnitude sinyal segitiga carrier maka tegangan
output fasa-fasa inverter sebesar –VDC.
Vo = +VDC
Vo = -VDC

untuk Vsine >Vtriangle
untuk Vsine