INVERTER SATU FASA GELOMBANG PENUH SEBAGAI PENGGERAK POMPA AIR DENGAN KENDALI DIGITAL

Transkripsi

1 INVERTER SATU FASA GELOMBANG PENUH SEBAGAI PENGGERAK POMPA AIR DENGAN KENDALI DIGITAL TUGAS AKHIR Oleh : Nikolas Kristiawan Harsoyo PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIKA SOEGIJAPRANATA SEMARANG 2016 i

2 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 Semarang, 28 Januari 2016 Menyetujui, Dosen Pembimbing Dr.Ir.Ign.Slamet Riyadi, MT Mengetahui, Ketua Program Studi Teknik Elektro Dr.Fl.Budi Setiawan, MT ii

3 ABSTRAK Inverter satu fasa gelombang penuh adalah suatu alat konversi energi dari tegangan 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. iii

4 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 iv

5 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 v

6 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL HALAMAN PENGESAHAN ABSTRAK KATA PENGANTAR.. DAFTAR ISI. DAFTAR GAMBAR.... DAFTAR TABEL. i ii iii iv vi ix xii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Perumusan Masalah Pembatasan Masalah Tujuan dan Manfaat Metodologi Penelitian Sistematika Penulisan. 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Inverter Inverter Satu Fasa Inverter Satu Fasa Half Bridge Inverter Satu Fasa Jembatan Penuh Modulasi Lebar Pulsa (PWM) Modulasi Lebar Pulsa Sinusoida (SPWM) Mikrokontroler dspic33fj128mc vi

7 2.5 Driver IR HCPL IGBT Motor Kapasitor Motor Kapasitor Start (Starting Capacitor Motor) Motor Kapasitor Tetap/Running (Permanent Capacitor Motor) Motor Kapasitor Start/Running (Start-Running Capacitor Motor) BAB III PERANCANGAN SISTEM 3.1 Perancangan Catu Daya Perancangan Rangkaian Kontrol Rangkaian Buffer Sinyal Kontrol Perancangan Blok Driver Perancangan Blok Daya Strategi Kendali Bipolar Look Up Tabel 35 BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Pengujian Rangkaian Melalui Simulasi Pada PSIM Pemrograman pada digital signal controller Pembacaan Pengolah Sinyal Pembuatan Sinyal Carrier atau segitiga vii

8 4.2.3 Memasukkan data dari lookup table Hasil Pengujian alat di Laboratorium. 45 BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan Saran. 54 DAFTAR PUSTAKA.. 55 viii

9 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Inverter satu fasa setengah jembatan... 7 Gambar 2.2 Cara kerja inverter setengah jembatan pada siklus positif... 8 Gambar 2.3 Cara kerja inverter setengah jembatan pada siklus negative Gambar 2.4 Inverter satu fasa tipe jembatan penuh 10 Gambar 2.5 Cara kerja inverter bipolar pada kondisi setengah siklus positif 11 Gambar 2.6 Cara kerja inverter bipolar pada kondisi setengah siklus negative Gambar 2.7 Cara kerja inverter unipolar pada kondisi setengah siklus positif Gambar 2.8 Cara kerja inverter unipolar pada kondisi nol 13 Gambar 2.9 Cara kerja inverter unipolar pada kondisi Setengah siklus negatif. 13 Gambar 2.10 Cara kerja inverter unipolar pada kondisi nol 14 Gambar 2.11 Teknik modulasi sinyal referensi dan sinyal carrier pada PWM.. 15 Gambar 2.12 Konfigurasi pin dspic33fj128mc Gambar 2.13 Konfigurasi pin IR Gambar 2.14 Konfigurasi pin pada optocoupler HCPL Gambar 2.15 Konfigurasi pin pada IGBT SK20GB ix

10 Gambar 2.16 Motor Start Kapasitor 26 Gambar 2.17 Motor Running Kapasitor.. 27 Gambar 2.18 Motor Start-Running Kapasitor. 27 Gambar 3.1 Desain alat secara keseluruhan.. 28 Gambar 3.2 Skema Rangkaian Catu Daya 30 Gambar 3.3 Skema Rangkaian Penyearah Push Pull 31 Gambar 3.4 Layout PCB dspic33fj128mc202 yang sudah dirancang melalui target (3D) 32 Gambar 3.5 Layout PCB driver IR2132 yang sudah dirancang melalui target (3D) Gambar 3.6 Gambar komponen IGBT SK20GB Gambar 3.7 Strategi kendali bipolar dengan lookup table 35 Gambar 3.8 Hasil gelombang sinus dari lookup table ms.excel 37 Gambar 3.9 Flowchart Program 38 Gambar Rangkaian inverter dengan beban 39 Gambar Data pemrograman pada C Block 40 Gambar Hasil simulasi referensi gelombang sinusoidal 41 Gambar Hasil simulasi dari sinyal referensi dan sinyal carrier Gambar Hasil simulasi sinyal SPWM 42 Gambar Hasil simulasi dari penyaklaran pada mosfet 42 Gambar Hasil perbandingan tegangan input dan tegangan keluaran Gambar Inisialisasi pada dspic33fj128mc Gambar Listing pembuatan sinyal carrier.. 44 Gambar Data lookup table x

11 Gambar Foto keseluruhan alat yang telah dibuat 46 Gambar Tanpa beban pompa air (PLN), kuning adalah tegangan dan biru adalah arus PLN.. 46 Gambar Dengan beban pompa (PLN), kuning adalah tegangan dan biru adalah arus Gambar Hasil pengukuran sinyal kotak sebelum diberi beban pompa air, kuning adalah tegangan dengan probe x10 dan biru adalah arus dengan probe x Gambar Hasil pengukuran sinyal kotak setelah dibebani dengan pompa air, kuning adalah tegangan dan biru adalah arus dengan probe x Gambar Hasil pengukuran sinyal SPWM dengan tegangan 150VDC setelah dibebani dengan pompa air, kuning adalah tegangan dengan probe x10 dan biru adalah arus dengan probe x1 49 Gambar Hasil pengukuran sinyal SPWM dengan tegangan 150VDC setelah dibebani dengan pompa air, kuning adalah tegangan dengan probe x10 dan biru adalah arus dengan probe x1 (terpisah).. 49 Gambar Hasil pengukuran sinyal SPWM dengan tegangan 150VDC setelah dibebani dengan pompa air, kuning adalah tegangan dengan probe x10 dan biru adalah arus dengan probe x1 (zoom) 50 Gambar Hasil pengukuran keluaran inverter dengan sinyal SPWM dan tegangan 150VDC, trafo 1_4, xi

12 kuning adalah tegangan dengan probe x10 dan biru adalah arus dengan probe x1 51 Gambar 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 xii

13 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Fitur dan Spesifikasi pada IR Tabel 2.2 Fitur dan Spesifikasi pada HCPL Tabel 3.1 Lookup table PR = 3200*CNT (jumlah pulsa) = Tabel 4.1 Parameter Inverter. 40 xiii