PEMANFAATAN INVERTER SATU FASA SEBAGAI PENGINJEKSI DAYA BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA8535 LAPORAN TUGAS AKHIR Oleh : PENDI CAHYONO 09.50.0017 PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS KATOLIK SOEGIJAPRANATA SEMARANG 2014 i
PENGESAHAN Laporan Tugas Akhir dengan judul Pemanfaatan Inverter Satu Fasa Sebagai Penginjeksi Daya Berbasis Mikrokontroller Atmega8535 diajukan untuk memenuhi sebagian dari persyaratan dalam memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro pada Program Studi Teknik Elektro di Fakultas Teknik Universitas Katolik Soegijapranata Semarang. Laporan Tugas Akhir ini disetujui pada tanggal Maret 2014 Semarang, Maret 2014 Menyetujui, Pembimbing Leonardus Heru P., ST. MT. 058.1.2000.234 Mengetahui, Dekan Fakultas Teknik Ir. Budi Setiadi, MT 058.I.1989.051 ii
ABSTRAK Inverter merupakan salah satu converter yang dapat mengubah tegangan DC (searah) menjadi tegangan AC (bolak-balik). Pada Tugas Akhir ini, inverter digunakan untuk menginjeksi sistem kelistrikan lain (Grid). Inverter dikendalikan dengan metode SPWM (Sinusoidal Pulse Width Modulation). Yang perlu diperhatikan dalam menghubungkan dua sumber tegangan yang berbeda adalah kedua sumber tegangan harus mempunyai fasa yang sama. Dalam hal ini digunakanlah phase lock loop (PLL) untuk mengunci tegangan grid. Hasil ujicoba dilaboratorium inverter satu fasa sebagai injeksi grid telah berjalan dengan baik. Kata kunci : Inverter satu fasa, SPWM, PLL. iii
KATA PENGANTAR Puja dan puji 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 PEMANFAATAN INVERTER SATU FASA SEBAGAI PENGINJEKSI DAYA BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA8535 dengan baik. Pembuatan Tugas Akhir dan penulisan laporan Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik jurusan teknik elektro fakultas teknik universitas katolik soegijapranata. Pembuatan Tugas Akhir dan penyusunan laporan Tugas Akhir ini tidak terlepas dari bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis ingin menyampaikan ucapan terimakasih kepada : 1. Bapak Ir. Budi Setiadi, MT. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Katolik Soegijapranata Semarang. 2. Bapak Dr. Florentinus Budi Setiawan, ST.MT. selaku Ketua Progdi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Katolik Soegijapranata Semarang, yang telah memfasilitasi laboratoruim dan perlengkapannya. 3. Bapak Leonardus Heru P., ST. MT. sebagai dosen pembimbing Tugas Akhir, yang telah membimbing dan memberikan ide ide kreatif dalam penyelesaian Tugas Akhir ini, serta memberikan saran, kritik yang membangun, dan semangat kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dan Laporan Tugas Akhir dengan baik. iv
4. Bapak Dr. Slamet Riyadi selaku Dosen wali angkatan 2009 yang telah memberikan perwalian yang berguna bagi penulis. 5. Mas Vincent, yang telah memberikan banyak bantuan tempat, alat dan dukungan dalam penyelesaian Tugas Akhir ini. 6. Ayah, Ibu dan adik serta seluruh keluarga besar yang telah memberikan dukungan baik moril maupun materiil. 7. Bhiksu Prajnavirya mahastavira dan Bhiksuni Tantravirya selaku pimpinan yayasan Putra Gautama Vihara Mahavira Graha Semarang yang telah memberikan bantuan moril maupun material selama masa pendidikan di Universitas Katolik Soegijapranata. 8. Catur, Ram, Lukas, Rufina dan teman-teman angkatan 2009 serta seluruh mahasiswa Teknik Elektro Universitas Katolik Soegijapranata Semarang yang banyak memberikan saran serta dukungan semangat yang berguna untuk pengerjaan Tugas Akhir ini. 9. Pihak-pihak lain yang telah banyak membantu dalam pengerjaan Tugas Akhir dan penulisan laporan Tugas Akhir ini, yang pada kesempatan ini tidak dapat disebutkan satu persatu. Penulis menyadari bahwa laporan ini masih banyak kekurangan, 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. v
Akhirnya besar harapan penulis bahwa laporan ini dapat memberikan sumbangan yang berarti bagi kemajuan ilmu dan teknologi di lingkungan kampus Fakultas Teknik Jurusan Teknik Elektro Universitas Katolik Soegijapranata Semarang. Semarang, 29 Januari 2014 Penulis vi
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL.. i HALAMAN PENGESAHAN... ii ABSTRAK.... iii KATA PENGANTAR... iv DAFTAR ISI.... vii DAFTAR GAMBAR..... x DAFTAR TABEL..... xi 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 LANDASAN TEORI 2.1. Penjelasan Umum.. 6 2.2. Inverter Satu Fasa..... 7 2.3. Pulse Width Modulation (PWM) 8 2.4. Mikrokontroler ATMEGA 8535... 12 vii
BAB III PERANCANGAN INVERTER SATU FASA SEBAGAI INJEKSI ARUS GRID BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA 8535 3.1. Pendahuluan... 17 3.2. Perancangan Hardware.. 18 3.2.1. Catu Daya. 19 3.2.2. Driver Inverter... 20 3.2.3. Phase Lock Loop (PLL) 22 3.2.4. Sistem Minimum ATMEGA 8535... 26 BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 4.1. Pengujian Simulasi Power Simulator... 28 4.2. Analisa Program. 31 4.3. Pengujian Laboratorium..... 35 4.4. Pembahasan... 38 BAB V PENUTUP 5.1. Kesimpulan... 39 5.2. Saran... 39 DAFTAR PUSTAKA. 40 LAMPIRAN 41 viii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Inverter Satu Fasa... 7 Gambar 2.2 Teknik PWM.. 8 Gambar 2.3 Penyaklaran Bipolar... 9 Gambar 2.4 Penyaklaran Unipolar. 10 Gambar 2.5 Pola Penyaklaran Unipolar. 11 Gambar 2.7 PIN Out ATmega 8535.. 14 Gambar 2.8 Memori Program ATmega8535. 15 Gambar 2.9 Peta Memori Data ATmega 8535... 16 Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem Inverter 17 Gambar 3.2 Blok diagram sistem yang diusulkan. 18 Gambar 3.3 Catu Daya.. 19 Gambar 3.4 Optocoupler TLP250.. 20 Gambar 3.5 IR2111 21 Gambar 3.6 Driver Inverter Satu Fasa... 22 Gambar 3.7 Diagram Blok PLL. 22 Gambar 3.8 Prinsip Kerja Zero Crossing Detector 23 Gambar 3.9 Rangkaian Internal HEF 4046... 23 Gambar 3.10 Counter 8 Bit 25 Gambar 3.11 Rangkaian Phase Lock Loop 25 Gambar 3.12 Sistem Minimum ATmega8535.. 26 Gambar 3.13 Flowchart Pemrograman.. 27 ix
Gambar 4.1 Simulai Inverter Satu Fasa Dengan PSIM. 28 Gambar 4.2 Sinyal Sinus Dan Sinyal Segitiga... 29 Gambar 4.3 Sinyal Penyaklaran... 29 Gambar 4.4 Tegangan Induktor Dan Tegangan Keluaran. 30 Gambar 4.5 Tegangan Masukan Dan Tegangan Keluaran 30 Gambar 4.6 Data Sampling Sinus 1... 32 Gambar 4.7 Data Sampling Sinus 2... 33 Gambar 4.8 Sinyal Penyaklaran Inverter Satu Fasa.. 35 Gambar 4.9 Tegangan Keluaran Dan Tegangan Induktor. 36 Gambar 4.10 Mekanika Pengujian Alat.... 36 Gambar 4.11 Arus Injeksi, Arus Sumber Dan Arus Beban 47 Ohm. 37 Gambar 4.12 Arus Injeksi, Arus Sumber Dan Arus Beban 100 Ohm... 37 x
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Pola Penyaklaran Bipolar... 10 Tabel 2.2 Pola Penyaklaran Unipolar. 11 Tabel 4.1 Parameter Simulasi Power Simulator 28 Tabel 4.2 Parameter Pengujian Alat.. 37 xi