DESAIN DAN IMPLEMENTASI INVERTER TYPE KONSTAN TEGANGAN FREKUENSI BERUBAH UNTUK SISTEM 3 FASA TUGAS AKHIR Oleh: Agustinus Dwi Purwanto 01.50.0069 PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS KATOLIK SOEGIJAPRANATA SEMARANG 2007
PENGESAHAN Tugas Akhir dengan judul Desain dan Implementasi Inverter type Konstan Tegangan Frekuensi Berubah untuk Sistem 3 FASA diajukan untuk memenuhi sebagian dari persyaratan dalam memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro pada Program Studi Teknik Elektro di Fakultas Industri Universitas Katolik Soegijapranata Semarang. Laporan Tugas Akhir ini telah disetujui pada tanggal....2007 Semarang, 2007 Mengetahui / Menyetujui Dosen Pembimbing I (Leonardus Heru P, ST. MT) NPP 058.I. 2000.234 Mengetahui, Dekan Fakultas Teknologi Industri (Leonardus Heru P, ST. MT ) NPP 058.I. 2000.234
ABSTRAK Desain dan implementasi inverter tiga fasa dengan teknik SPWM berbasis mikrokontroller tipe AT89S52. Suatu mikrokontroller digunakan untuk membangkitkan sinyal informasi sinusoidal yang bisa diatur frekuensi dengan mengkomparisikan sinyal segitiga dan sinusoidal, rentang frekuensi antara 20 50 Hz. Dari hasil eksperimental yang dilakukan sistem ini dapat bekerja dengan baik. Kata kunci : Inverter tiga fasa, SPWM, Mikrokontroller.
KATA PENGANTAR Puji dan syukur kepada Tuhan Yesus Kristus atas Berkat dan rahmat serta kemurahan-nya sehingga penyusunan Laporan Tugas Akhir dengan judul Desain dan Implementasi Inverter type Konstan Tegangan Frekuensi Berubah untuk Sistem 3Ø dapat terselesaikan dengan baik. Laporan Tugas Akhir ini disusun dan diajukan untuk memenuhi sebagian dari persyaratan dalam memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro pada Program Studi Teknik Elektro di Fakultas Teknologi Industri Universitas Katholik Soegijapranata Semarang, disamping supaya mahasiswa lebih memahami prinsip-prinsip elektronika yang sudah diperoleh dalam bangku kuliah dan menerapkannya. Dalam pelaksanaan Tugas Akhir sampai tersusunnya laporan ini telah mendapatkan bantuan dan dukungan baik moril maupun materiil dari berbagai pihak. Oleh karena itu pengucapan terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya Kepada : 1. Tuhan Yesus Kristus atas kekuatan dan kemampuan yang diberikan selama mengerjakan Tugas Akhir. (Dia memberi kekuatan kepada yang lelah dan menambah semangat kepada yang tiada berdaya Yes 40:29). 2. Bapak Leonardus Heru P ST.MT, selaku Dekan Fakultas Teknologi Industri Universitas Katholik Soegijapranata dan Dosen Pembibing I yang telah meluangkan waktu untuk membimbing saya dalam memberikan masukan atau saran dalam pelaksanaan tugas akhir ini.
3. Seluruh Bapak dan Ibu Dosen Fakultas Teknologi Industri atas ilmu yang diberikan selama di bangku kuliah. 4. Seluruh staff Tata Usaha dan Laboran Fakultas Teknologi Industri Unika. 5. Mas Bambang (jebenk) terima kasih atas bantuannya dalam pembuatan tugas akhir saya. 6. Ign.R.Widagdo (Papi) terima kasih atas doa dan bantuannya. 7. Bapakku Y.Hadi S.(Alm)dan Ibuku serta kakakku dan adikku yang kukasihi dan kusayangi. 8. Archangelica Desiani (my sweet girl), terima kasih atas doa dan dukungannya. 9. Teman-teman Workshop,(eka-heru-jon-abud-yogi-deni-timbul-krisnamas agung) terimakasih atas doa, bantuan dan semangat yang diberikan. 10. Teman-teman khususnya angkatan 2001 (abud-yogie-andri-alex-dimas-cokroheri-domo-vq) dan yang lainnya terimakasih atas dukungannya. Laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu diharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun. Akhir kata, semoga Laporan Tugas Akhir ini, dapat bermanfaat bagi masyarakat dan rekan-rekan mahasiswa. Semarang..2007 Penulis
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL.. LEMBAR PENGESAHAN ABSTRAK.. KATA PENGANTAR DAFTAR ISI.. DAFTAR GAMBAR.. DAFTAR TABEL.. DAFTAR RUMUS i ii iii iv vi ix xi xii BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang masalah.. 1 1.2 Perumusan Masalah... 1 1.3 Tujuan dan manfaat. 2 1.4 Metode Penelitian.... 2 1.5 Batasan Masalah. 3 1.6 Sistematika penulisan..... 3 BAB II LANDASAN TEORI... 5 2.1 Teori Inverter.......... 5 2.2 Pengertian SPWM (Sinusoida Pulse Width Modulation).. 7 2.2.1 Unipolar Sinusoida Pulse Width Modulation... 8 2.2.2 Bipolar Sinusoida Pulse Width Modulation... 10 2.3 Dasar Mikrokontroler AT89S52..... 11
2.3.1 Fasilitas Mikrokontroler AT89S52... 11 2.3.2 Konfigurasi Mikrkontroler AT89S52... 12 2.4 Digital Analog Converter (DAC)........ 15 2.5 OP- Amp... 17 2.5.1 Karakteristik OP- Amp... 17 2.5.2 Spesifikasi OP-amp... 19 2.5.3 Rangkaian OP-Amp dalam Intrumentasi... 19 2.5.3.1 Voltage Follower... 20 2.5.3.2 Inverting Amplifier... 20 2.6 Clock....... 21 2.7 Pencacah Maju Binner.... 22 BAB III PERANCANGAN ALAT...... 24 3.1 Desain dan Implentasi Inverter Tiga Fasa... 24 3.2 Rangkaian Clock dan Counter....... 26 3.3 Sistem Minimum Mikrokontroler AT89S52.... 27 3.4 Perancangan Rangkaian Sistem Minimum DAC... 28 3.5 XR 2206 Sebagai Pembangkit Gelombang Segitiga... 29 3.6 SPWM (Sinusoidal Pulse Width Modulation)... 31 3.7 Rangkaian Driver..... 32 BAB IV PUNGUJIAN DAN ANALISA... 35 4.1 Pendahuluan.... 35 4.2 Pengujian Sinyal Clock.... 36 4.3 Pengujian Counter... 37
4.4 Mikrokontroller..... 38 4.5 Pembangkit Sinyal Segitiga... 38 4.6 DAC 0800 (Digital Analog Converter)... 39 4.7 Pembangkit Sinyal SPWM... 41 4.8 Sinyal Keluaran Inverter... 42 BAB V PENUTUP...... 43 5.1 Kesimpulan.. 43 5.2 Saran.... 43 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN... xiii xiv
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1.(a) Inverter tiga fasa tiga lengan (b)delapan konfigurasi saklar pada three-phase three-leg PWM inverter... 6 Gambar 2.2 (a) Proses pembandingan antara sinyal pembawa dengan sinyal referensi,(b) Sinyal penggerak A, (c) Sinyal penggerak BN, (d) Sinyal SPWM... 7 Gambar 2.3 Pembangkitan Unipolar SPWM... 9 Gambar 2.4 Gelombang SPWM... 9 Gambar 2.5 Pembentukan gelombang SPWM Bipolar... 10 Gambar 2.6 Tegangan output SPWM bipolar per setengah siklus... 11 Gambar 2.7 Konfigurasi Kaki Mikrokontroler AT89S52... 12 Gambar 2.8 Pengubah Digital Ke Analog (DAC)... 15 Gambar 2.9 DAC ( Digital Analog Converter )... 17 Gambar 2.10 Ideal OP-AMP... 18 Gambar 2.11Voltage Follower... 20 Gambar 2.12 Inverting Amplifier... 20 Gambar 2.13 Summing Amplifier... 21 Gambar 2.14 (a) Blok diagram fungsional IC NE555 (b) Rangkaian monolitik IC NE555... 22 Gambar 2.15 Pencacah 4 bit... 22 Gambar 3.1. Blok diagram Rangkaian Daya dan Rangkaia KendaliInverter tiga fasa Tiga Lengan... 24
Gambar 3.2 Rangkaian clock dan counter... 27 Gambar 3.3 Diagram waktu keluaran IC 4520... 27 Gambar 3.4 Sistem Minimum Mikrokontroler AT89S52... 28 Gambar 3. 5 Sistem minimum DAC 0800... 29 Gambar 3.7 Rangkaian pembangkit gelombang segitiga... 30 Gambar 3.8 Rangkaian pembangkit sinyal SPWM... 32 Gambar 3.9 Rangkaian Driver TLP 250... 33 Gambar 3.10 Rangkaian Daya... 33 Gambar 4.1 Rangkaian Clock astabil sebagai Pembangkit pulsa... 36 Gambar 4.2 (a) Sinyal Clock frekuensi 1 Khz (b) Sinyal Clock frekuensi 4 Khz. 36 Gambar 4.3 Rangkaian Counter.. 37 Gambar 4.4. Sinyal Segitiga... 39 Gambar 4.5. Output DAC pada pin 4... 40 Gambar 4.6. Rangkaian penguat keluaran DAC... 40 Gambar 4.7 Sinyal 3 fasa... 40 Gambar 4.8 Rangkaian pembangkit sinyal SPWM... 41 Gambar 4.9 (a.) Perbandingan sinyal segitiga dan sinus (b.) Sinyal hasil dari komparasi ( SPWM )... 41 Gambar 4.10 Sinyal keluaran arus dan tegangan pada inverter berbeban tahanan dan induktor dengan simple yang diambilantara frekuensi 20 Hz sampai dengan 50 Hz... 42
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Tabel Kebenaran... 23 Tabel 3.1 Clock Counter 27 Tabel 4.1 Tabel Kebenaran Counter... 37
DAFTAR RUMUS Karakteristik Opamp 2.1. 18 Karakteristik Opamp 2.2. 18 Karakteristik Opamp 2.3... 18 Karakteristik Opamp 2.4 19 Karakteristik Opamp 2.5 19 Karakteristik Opamp 2.6 19 Inverting Amplifir 2.7. 20 Summing Amplifier 2.8.. 21 Nilai fungsi Keluaran sinyal 3.1... 25 Nilai fungsi Keluaran sinyal 3.2... 25 Nilai fungsi Keluaran sinyal 3.3... 26 Frekuensi Osilasi 3.4 30 Frekuensi Osilasi dan Tegangan Kontrol 3.5... 30