UPS (UNINTERRUPTABLE POWER SUPPLY) DENGAN METODE INVERTER GELOMBANG PENUH LAPORAN TUGAS AKHIR OLEH : WISNU PRASETYO NUGROHO 03.50.0037 PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS KATOLIK SOEGIJAPRANATA SEMARANG 2011
PENGESAHAN Laporan Tugas Akhir dengan judul UPS (Uninterruptable Power Supply) DENGAN METODE INVERTER GELOMBANG PENUH disetujui dan disahkan pada tanggal... Juni 2011 dan siap untuk diajukan ke ujian tugas akhir. Semarang, Juli 2011 Menyetujui, Pembimbing I Pembimbing II (Dr. Ir. Ign. Slamet Riyadi, MT) 058.1.1992.110 (Leonardus Heru Pratomo, ST. MT) 058.1.2000.234 Mengetahui, Dekan Fakultas Teknologi Industri ( Dr. Florentinus Budi Setiawan, MT ) 058.1.1994.150 ii
ABSTRAK UPS merupakan singkatan dari Uninterruptable Power Sistem atau sering juga disebut dengan Uninterruptable Power Supply, jika diterjemahkan ke dalam bahasa Indonesia akan berarti Sistem Daya Kebal Gangguan. UPS berfungsi sebagai penyangga antara power supply dengan peralatan elektronik yang kita gunakan seperti komputer, printer, monitor, dan sebagainya. Bila ada gangguan, atau dengan kata lain supply daya terputus, maka UPS akan segera bekerja dalam waktu sesingkat mungkin sehingga peralatan elektronik yang kita miliki tidak mengalami kerusakan. Dalam hal ini UPS berfungsi sebagai supply daya baru (backup dari supply daya utama). Pada Tugas Akhir ini penulis menggunakan metode yang dipakai desain perangkat keras maupun lunak yang disertai dengan pengujian sistem. Yang memiliki tujuan akhir dari tugas akhir ini adalah untuk merancang UPS dengan metode inverter gelombang penuh, serta permasalahan-permasalahan apa yang menjadi kendala utama dalam desain UPS dengan metode inverter gelombang penuh. iii
KATA PENGANTAR Puji dan Syukur penulis haturkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang masih memberikan kesehatan kepada penulis untuk menyelesaikan laporan tugas akhir ini. Penulis juga berterimakasih kepada orang-orang yang telah berjasa dalam membantu penulis secara moral, pengetahuan dan juga materiil dalam menyelesaikan laporan tugas akhir ini. Secara khusus penulis berterimakasih kepada : 1. Kedua orang tua penulis yang telah membesarkan penulis, memberikan kasih sayang yang tulus, serta memberikan kepercayaan yang besar, memberikan dorongan moril dan materil. 2. Bapak Dr. Florentinus Budi Setiawan, MT selaku Dekan Fakultas Teknologi Industri 3. Bapak Dr. Ign Slamet Riyadi, MT dan Bapak Leonardus Heru Pratomo, ST, MT dosen pembimbing penulis yang telah memberikan banyak masukan dan arahan agar laporan tugas akhir ini terselesaikan dengan baik. 4. Semua dosen Fakultas Teknologi Industri yang telah membimbing penulis selama masa perkuliahan dan telah banyak memberikan ilmu kepada penulis. 5. Mas E. Agung Nugroho, ST yang telah membantu penulis dalam proses pengerjaan tugas akhir. 6. Seluruh karyawan Fakultas Teknologi Industri. iv
7. Semua teman - teman elektro, terutama yang biasa kumpul di lab. 8. Mas Aswin Budi Hartawan dan Sdr Vincentius Andhika PR yang telah meminjamkan printernya serta membantu pembuatan video untuk presentasi. 9. Buat semua angkatan 2003 semoga cepat lulus semua. Serta semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah membantu dalam pelaksanaan Tugas Akhir dan penulisan laporan ini. Penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna, maka penulis sangat mengharapkan saran maupun kritik dari berbagai pihak untuk perbaikan dimasa yang akan datang. Pada kesempatan ini penulis menyampaikan permohonan maaf 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 pengetahuan dan teknologi di lingkungan Fakultas Teknologi Industri Program Studi Teknik Elektro Universitas Katolik Soegijapranata Semarang. Semarang, Juli 2011 Penulis v
DAFTAR ISI PENGESAHAN... II ABSTRAK... III KATA PENGANTAR... IV DAFTAR ISI... VI DAFTAR GAMBAR... IX DAFTAR TABEL... XI BAB I...1 PENDAHULUAN...1 1.1 LATAR BELAKANG... 1 1.2 PERUMUSAN MASALAH... 3 1.3 PEMBATASAN MASALAH... 3 1.4 TUJUAN DAN MANFAAT... 3 1.5 SISTEMATIKA PENULISAN... 3 BAB II...5 LANDASAN TEORI...5 2.1 PENDAHULUAN... 5 2.1.1 On-Line UPS... 5 2.1.2 Off-Line UPS... 7 2.1.3 Rotary Power Source... 9 2.1.4 Static Power Source... 10 2.2 TIPE INVERTER... 12 2.2.1. Quasi Square Wave Inverter... 12 2.2.2 Pulse Width Modulation Inverter... 13 2.2.3. Step Wave Inverter... 14 2.3. BAGIAN TERPENTING DARI UPS... 16 vi
2.3.1 Rectifier-Charger... 16 2.3.2 Inverter... 17 2.3.3 Transfer Switches... 19 2.4 INVERTER... 21 2.4.1 Inverter Satu Fasa Setengah Jembatan... 22 2.4.2 Inverter Satu Fasa Jembatan Penuh... 23 2.5 PULSE WIDTH MODULATION (PWM)... 24 2.6 INVERTER PWM SEBAGAI SUMBER TEGANGAN... 27 2.7 DC CHOPPER TIPE PERALIHAN... 28 2.7.1 Prinsip Dasar DC Chopper Tipe Peralihan... 28 2.7.2 Pengubah Boost... 30 BAB III...31 PERANCANGAN UPS DENGAN INVERTER...31 GELOMBANG PENUH...31 3.1 PENDAHULUAN... 31 3.2 RANGKAIAN CHARGER... 35 3.3 RANGKAIAN KENDALI HYSTERESIS... 37 3.4 RANGKAIAN DRIVER... 38 3.5 PERANCANGAN INVERTER GELOMBANG PENUH... 39 3.6 PEMBANGKITAN SINYAL PWM SINUSOIDA SATU FASA SECARA ANALOG 42 3.7 PEMBENTUKAN SINYAL CARRIER... 45 BAB IV...49 HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN...49 4.1 PENDAHULUAN... 49 4.2 PENGUJIAN RANGKAIAN CHARGER... 49 4.3 PENGUJIAN INVERTER GELOMBANG PENUH... 54 4.3.1 Pengujian Rangkaian SPWM... 54 4.3.2 Pengujian Inverter Gelombang Penuh... 56 4.4 PEMBAHASAN... 59 vii
BAB V...61 PENUTUP...61 5.1 KESIMPULAN... 61 5.2 SARAN... 61 DAFTAR PUSTAKA...62 viii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2. 1 Diagram Blok On-Line UPS... 6 Gambar 2. 2 Diagram Blok Off-Line UPS... 8 Gambar 2. 3 Rangkaian Eddy Current-Loop... 10 Gambar 2. 4 Sistem UPS Statis Pertama... 11 Gambar 2. 5 Inverter dengan tipe Quasi-Square Wave... 13 Gambar 2. 6 Rangkaian Pulse Width Modulation Inverter... 14 Gambar 2. 7 Rangkaian Step Wave Inverter... 15 Gambar 2. 8 Rangkaian Inverter dengan tipe Quasi-Square Wave... 17 Gambar 2. 9 Rangkaian Pulse Width Modulation Inverter... 18 Gambar 2. 10 Rangkaian Step Wave Inverter... 19 Gambar 2. 11 Rangkaian Saklar Elektromekanikal... 20 Gambar 2. 12 Rangkaian Saklar Statis... 20 Gambar 2. 13 Bagan Sistem Umum Inverter Mode Saklar... 21 Gambar 2. 14 Inverter satu fasa setengah jembatan... 22 Gambar 2. 15 Tegangan keluaran inverter satu fasa setengah jembatan... 23 Gambar 2. 16 Inverter satu fasa jembatan penuh... 23 Gambar 2. 17 Teknik PWM... 27 Gambar 2. 18 Pengubah tipe peralihan... 28 Gambar 2. 19 Tegangan keluaran... 29 Gambar 2. 20 Pengubah boost... 30 Gambar 2. 21 Bentuk gelombang arus dan tegangan induktor topologi boost... 30 Gambar 3. 1 Blok diagram single line system UPS... 31 Gambar 3. 2 Mode 1 PLN ON batere membutuhkan pengisian... 33 Gambar 3. 3 Mode 2 PLN ON batere tidak membutuhkan pengisian... 34 Gambar 3. 4 Mode 3 PLN OFF beban mendapat supply daya inverter... 35 Gambar 3. 5 PWM boost rectifier (a) skema rangkaian (b) rangkaian ekuivalen... 36 Gambar 3. 6 Rangkaian kontroller hysterisis... 38 Gambar 3. 7 Rangkaian driver dengan deadtime... 39 Gambar 3. 8 Implementasi inverter satu fasa jembatan penuh kendali arus... 40 Gambar 3. 9 Aliran arus mode 1 inverter gelombang penuh... 40 ix
Gambar 3. 10 Aliran Arus Mode 2 Inverter Gelombang Penuh... 41 Gambar 3. 11 Pola Aliran Arus Nol Pada Inverter Hysterisis Ganda... 41 Gambar 3. 12 Pembangkitan PWM Sinusoida Satu Fasa Secara Analog... 43 Gambar 3. 13 Rangkaian XR-2206 sebagai pembangkit gelombang segitiga... 45 Gambar 3. 14 Gelombang segitiga dari XR-2206... 46 Gambar 3. 15 Pembentuk Gelombang Segitiga Simetris Terhadap Sumbu Nol... 47 Gambar 4. 1 Skematik rangkaian DC-DC converter... 50 Gambar 4. 2 Rangkaian Boost ketika saklar menutup... 51 Gambar 4. 3 Rangkaian boost ketika saklar membuka... 52 Gambar 4. 4 Arus kontinyu pada rangkaian boost converter... 52 Gambar 4. 5 Pengukuran V referensi dan V sensor keluaran boost converter... 54 Gambar 4. 6 Sinyal masukan SPWM... 55 Gambar 4. 7 Pengukuran sinyal masukan SPWM... 56 Gambar 4. 8 Tegangan keluaran inverter berbeban... 57 Gambar 4. 9 Tegangan dan Arus keluaran inverter berbeban... 57 Gambar 4. 10 Tinjauan daya keluaran inverter... 58 Gambar 4. 11 Tegangan keluaran inverter... 58 Gambar 4. 12 Pengukuran tegangan keluaran dan arus keluaran... 59 x
DAFTAR TABEL Tabel 2. 4 Kombinasi Pensaklaran dan Tegangan Keluaran Inverter... 24 Tabel 3. 4 Kombinasi Pensaklaran Komponen Pensaklaran Daya dan Tegangan Keluaran Inverter... 42 xi