rancang bangun full bridge converter

of 59/59
1 PROYEK AKHIR RANCANG BANGUN RANGKAIAN FULL BRIDGE CONVERTER DAN THREE PHASE INVERTER SEBAGAI PENGGERAK MOBIL LISTRIK BERBASIS MIKROKONTROLLER (THREE PHASE INVERTER) Dimas Pungky Pradana NRP.7307.030.017 Dosen Pembimbing : Ir. M. Zaenal Effendi, MT. NIP. 19681208 199303 1 001 Ir. Era Purwanto, M.Eng NIP. 19610601 198701 1 001 JURUSAN TEKNIK ELEKTRO INDUSTRI POLITEKNIK ELEKTRONIKA NEGERI SURABAYA INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER 2010
  • date post

    27-Oct-2015
  • Category

    Documents

  • view

    233
  • download

    14

Embed Size (px)

description

rancangan ini dibangun untuk mendesain DC -Dc converter

Transcript of rancang bangun full bridge converter

  • 1

    PROYEK AKHIR

    RANCANG BANGUN RANGKAIAN FULL

    BRIDGE CONVERTER DAN THREE PHASE

    INVERTER SEBAGAI PENGGERAK MOBIL

    LISTRIK BERBASIS MIKROKONTROLLER

    (THREE PHASE INVERTER)

    Dimas Pungky Pradana NRP.7307.030.017

    Dosen Pembimbing :

    Ir. M. Zaenal Effendi, MT.

    NIP. 19681208 199303 1 001

    Ir. Era Purwanto, M.Eng NIP. 19610601 198701 1 001

    JURUSAN TEKNIK ELEKTRO INDUSTRI POLITEKNIK ELEKTRONIKA NEGERI SURABAYA

    INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER 2010

  • PROYEK AKHIR

    RANCANG BANGUN RANGKAIAN FULL

    BRIDGE CONVERTER DAN THREE PHASE

    INVERTER SEBAGAI PENGGERAK MOBIL

    LISTRIK BERBASIS MIKROKONTROLLER

    (THREE PHASE INVERTER)

    Dimas Pungky Pradana

    NRP.7307.030.017

    Dosen Pembimbing :

    Ir. M. Zaenal Effendi, MT.

    NIP. 19681208 199303 1 001

    Ir. Era Purwanto, M.Eng

    NIP. 19610601 198701 1 001

    JURUSAN TEKNIK ELEKTRO INDUSTRI

    POLITEKNIK ELEKTRONIKA NEGERI SURABAYA

    INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

    SURABAYA

    2010

  • iii

    RANCANG BANGUN RANGKAIAN FULL BRIDGE

    CONVERTER DAN THREE PHASE INVERTER

    SEBAGAI PENGGERAK MOBIL LISTRIK

    BERBASIS MIKROKONTROLLER

    (THREE PHASE INVERTER)

    Oleh:

    Dimas Pungky Pradana

    NRP.7307.030.017

    Proyek Akhir ini Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk

    Memperoleh Gelar Ahli Madya (A.Md)

    Di Politeknik Elektronika Negeri Surabaya

    Institut Teknologi Sepuluh Nopember

    Disetujui oleh :

    Tim Penguji Proyek Akhir Dosen Pembimbing

    1. Ainur Rofiq Nansur, ST, MT

    NIP. 19640713198903 1 005

    1. Ir. M. Zaenal Effendi, MT. NIP.19681208199303 1 001

    2. Renny Rakhmawati, ST. MT.

    NIP. 19721024199903 2 001

    Ir

    Abdul Nasi31 964 534

    2. Ir. Era Purwanto, M.Eng NIP. 19610601 198701 1 001

    3. Epyk Sunarno, SST. MT.

    NIP. 19620723199103 1 002

    Surabaya, 30 Juli 2010

    Mengetahui,

    Ketua Jurusan Teknik Elektro

    Industri

    Ainur Rofiq Nansur, ST, MT

    NIP. 19640713198903 1 005

  • iv

    ABSTRAK

    Pada Proyek akhir ini dibuat sebuah modul inverter 3 fasa

    berbasis mikrokontroler sebagai penggerak mobil listrik yang

    digunakan untuk mengatur kecepatan motor induksi 3 fasa pada mobil

    listrik sebagai mesin penggerak. Rangkaian inverter 3fasa sebagai

    masukan motor induksi 3 fasa ini menggunakan Mikrokontroller

    ATMega 16 dengan menggunakan bahasa C untuk menghasilkan

    PWM(Pulse Width Modulation) yang nantinya sinyal PWM digunakan

    untuk masukan rangkaian IR2130 sebagai driver inverter 3 phasa yang

    menyediakan virtual ground dan death time antar pulsa sehingga

    memberikan faktor kemudahan dan keamanan lebih pada rangkaian

    inverter 3phasa. Hasil dari keluaran rangkaian IR2130 akan digunakan

    untuk menyulut mosfet pada rangkaian inverter 3 fasa dengan mode

    konduksi 180 dan frekuensi penyulutan yang variable yaitu 10 - 50Hz.

    Kata kunci: Inverter 3 fasa, Mikrokontroller, ATMega16, IR2130

  • v

    ABSTRACT

    At this final project had created 3 phase inverter module based

    microcontroller as electric vehicle mover that used to control 3 phase

    induction motor speed in electric vehicle. This 3 phase inverter circuit

    using microcontroller ATMEGA16 programmed by C Language to

    produce PWM(Pulse Width Modulation) signal, that will be an input of

    3 phase Inverter driver IR2130 as 3 phase inverter driver that provide

    virtual ground and dead time of each pulse at once, this ability bring

    easiness and safeness in 3 phase inverter circuit. The Output signal will

    be used to trigger mosfet in Inverter circuit with 1800conduction mode

    and variable trigger frequency between 10-50 Hz.

    Key Words: : 3 Phase Inverter, Microcontroller, ATMega16, IR2130

  • vi

    KATA PENGANTAR

    Syukur Alhamdulillah kami panjatkan kepada Allah SWT karena

    hanya dengan rahmat, hidayah dan inayah-Nya kami dapat

    menyelesaikan proyek akhir ini dengan judul:

    RANCANG BANGUN RANGKAIAN FULL BRIDGE

    CONVERTER DAN THREE PHASE INVERTER SEBAGAI

    PENGGERAK MOBIL LISTRIK BERBASIS

    MIKROKONTROLLER

    (THREE PHASE INVERTER)

    Dalam menyelesaikan proyek akhir ini, penulis berpegang pada

    teori yang pernah didapatkan dan bimbingan dari dosen pembimbing

    proyek akhir. Dan pihak pihak lain yang sangat membantu hingga

    sampai terselesaikannya proyek akhir ini.

    Proyek akhir ini merupakan salah satu syarat akademis untuk

    memperoleh gelar Ahli Madya (Amd) di Politeknik Elektronika

    Negeri Surabaya, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya.

    Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan pada

    perancangan dan pembuatan buku proyek akhir ini. Oleh karena itu,

    besar harapan penulis untuk menerima saran dan kritik dari para

    pembaca. Semoga buku ini dapat memberikan manfaat bagi para

    mahasiswa Politeknik Elektronika Negeri Surabaya pada khususnya dan

    dapat memberikan nilai lebih untuk para pembaca pada umumnya.

    Surabaya, Juli 2010

    Penulis

  • vii

    UCAPAN TERIMA KASIH

    Puji syukur kehadirat Allah S.W.T. dan tanpa menghilangkan

    rasa hormat yang mendalam, saya selaku penyusun dan penulis

    mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada pihak-pihak

    yang telah membantu penulis untuk menyelesaikan proyek akhir ini,

    penulis mengucapkan terima kasih kepada :

    1. Allah SWT, karena Perlindungan, Pertolongan, dan Ridho-Nya

    saya mampu menyelesaikan Proyek Akhir ini serta hambanya yang

    termulia Nabi Besar Muhammad SAW.

    2. Bapak dan Ibuku tercinta yang selalu memberikan doa dan

    perhatiannya kepadaku.

    3. PENS-ITS yang telah membesarkan dan memberikan banyak

    pelajaran yang sangat berharga dalam hidupku.

    4. Jurusan Elektro Industri yang telah memberikan ruang bagiku untuk

    belajar dan berkarya.

    5. Bapak Dr. Ir. Dadet Pramadihanto, M.Eng, selaku Direktur

    Politeknik Elektronika Negeri Surabaya.

    6. Bapak Ainur Rofiq Nansur, ST. MT, selaku Ketua Jurusan Teknik

    Elektro Industri.

    7. Bapak Ir. Zaenal Effendi, MT dan bapak Ir. Era Purwanto,

    M.Eng selaku dosen pembimbing Proyek Akhir saya serta para

    dosen penguji yang memberikan tambahan-tambahan dalam

    penyempurnaan proyek akhir saya.

    8. Bapak/ Ibu dosen pengajar Jurusan Elektro Industri yang

    menyumbangkan ilmunya kepadaku.

    9. Rekan kerja TA, Anintiya, Hari, Helmi, Cipto, Asrul yang telah

    tulus ikhlas bersama-sama mengerjakan Proyek Akhir.

    10. Teman-teman Elektro Industri angkatan 2007 terutama kelas D3

    ELIN A yang selalu menemani penyelesaian Proyek Akhir ini.

    11. Semua pihak yang telah membantu penulis hingga terselesainya

    proyek akhir ini yang tidak dapat penulis sebutkan.

    Semoga Allah S.W.T selalu memberikan perlindungan, rahmat

    dan nikmat-Nya bagi kita semua. Amin.

  • viii

    DAFTAR ISI

    HALAMAN JUDUL ....................................................................... i

    HALAMAN PENGESAHAN ......................................................... ii

    ABSTRAK ....................................................................................... iii

    ABSTRACT..................................................................................... iv

    KATA PENGANTAR ..................................................................... v

    UCAPAN TERIMA KASIH .......................................................... vi

    DAFTAR ISI ................................................................................... vii

    DAFTAR GAMBAR....................................................................... xi

    DAFTAR TABEL ........................................................................... xiv

    BAB I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ........................................................... 1

    1.2 Tujuan ........................................................................ 1

    1.3 Perumusan Masalah ..................................................... 2

    1.4 Batasan Masalah ......................................................... 2

    1.5 Metodologi. ................................................................. 2

    1.6 Tinjauan Pustaka ......................................................... 3

    1.7 Sistematika Pembahasan ............................................. 4

    BAB II. DASAR TEORI 2.1 Inverter 6

    2.1.1 Inverter 3 Phasa 7

    2.1.1.1 Mode Konduksi 120 o 7

    2.1.1.2 Mode Konduksi 180 o. 9

    2.2 Metode switching 10

    2.2.1 Square wave 10

    2.2.2 Single Pulse Width Modulation (PWM) 11

    2.2.3 Multiple Pulse PWM 12

    2.2.3 Sinusoidal PWM 13

    a. Unipolar SPWM 13

    b. Bipolar SPWM 15

    2.3 Metaloxide Semiconductor Fet (MOSFET) 16

    2.3.1 Simbol Rangkaian MOSFET 16

    2.3.2 MOSFET Sebagai Switch 17

  • ix

    2.3.3 Karakteristik MOSFET 18

    2.4 MIKROKONTROLER 19

    2.4.1. Gambaran Umum 20 2.4.2.1. CPU 20

    2.4.2.2. Alamat 20

    2.4.2.3. Data 20

    2.4.2.4. Pengendali 21

    2.4.2.5. Memori 21

    2.4.2.6. RAM 21

    2.4.2.7. ROM 21

    2.4.2.8. Input / Output 21

    2.4.3. Mikrokontroller AVR 21

    2.4.4. Mikrokontroler AVR ATmega 16 22

    2.4.5. Konfigurasi Pin AVR ATmega 16 22

    2.5 Liquit Crystal Display (LCD 16x2) 25

    BAB III. PERENCANAAN DAN PEMBUATAN 3.1 Perencanaan Sistem Hardware 27

    3.2 Motor Induksi 3 fasa 27

    3.3 Perencanaan Baterai (Accu) ......................................... 28

    3.4 Perencanaan Inverter 3 Phase ....................................... 29

    3.5 Perencanaan Sistem Software ....................................... 32

    BAB IV. PENGUJIAN DAN ANALISA 4.1 Pendahuluan 33

    4.2 Tujuan Pengujian ......................................................... 33

    4.2 Pengujian Inverter ....................................................... 43

    BAB V. PENUTUP 5.1 Kesimpulan 61

    5.2 Saran ............................................................................ 62

    DAFTAR PUSTAKA ..................................................................... 63

  • 7

    BAB II

    TEORI PENUNJANG

    Dalam bab ini akan dijelaskan tentang teori-teori yang mendukung

    dalam pembuatan rangkaian mikrokontroler sebagai driver inverter

    3fasa.

    2.1 Inverter1

    Inverter adalah rangkaian konverter dari DC ke AC, yang

    mempunyai fungsi mengubah tegangan input DC menjadi tegangan

    output AC simetri dengan besar dan frekuensi yang diinginkan.

    Tegangan outputnya bisa tertentu ataupun berubah-ubah, dengan

    frekuensi tertentu ataupun dengan frekuensi yang berubah-ubah.

    Tegangan output variabel didapat dengan mengubah-ubah tegangan

    input DC dan agar inverter konstan. Disisi lain apabila tegangan input

    DC adalah tertentu dan tidak bisa diubah-ubh, bisa didapatkan tegangan

    output yang variabel dengan mengubah-ubah gain dari inverter yang

    biasanya dilakukan dengan kontrol PWM. Didalam inverter. Gain

    inverter didefinisikan sebagai rasio tegangan output AC terhadap

    tegangan output DC.

    Bentuk gelombang tegangan output inverter ideal adalah

    sinus.Tetapi kenyataannya bentuk gelombang tegangan output inverter

    tidaklah sinus dan mengandung harmonisa tertentu. Untuk penerapan

    dengan daya rendah dan menengah, gelombang kotak simetri ataupun

    tidak simetri bisa digunakan, sedangkan untuk penerapan tegangan

    tinggi dibutuhkan untuk gelombang sinus dengan sedikit distorsi.

    Dengan kemampuan piranti semikonduktor daya kecepatan tinggi yang

    tersedia, kandungan harmonisa dalam bentuk gelombang output bias

    dikurangi dengn teknik penyakelaran.

    Beberapa tipe inverter adalah Inverter Sumber Tegangan

    (VoltageSource Inverter VSI) dan Inverter Sumber Arus (Current Source

    InverterCSI). Tetapi karena hanya digunakan terbatas pada motor

    berdaya sangat tinggi, CSI tidak banyak didiskusikan.

    1 Muhammad H. Rashid, Power Electronics Circuits, Devices, and Applications 3, Prentice Hall, 2004

  • 8

    Ada dua jenis inverter yang sering digunakan pada sistem tenaga

    listrik yaitu:

    1. Inverter dengan tegangan dan frekuensi yang konstan

    CVCF (Constant Voltage Constant frequency).

    2. Inverter dengan tegangan dan frekuensi keluaran yang

    Berubah-ubah.

    2.1.1 Inverter 3 fasa2

    Inverter 3 fasa digunakan untuk penerapan daya tinggi. Keluaran

    3 fasa didapat dari sebuah konfigurasi dari enam transistor dan enam

    buah dioda, seperti yang terlihat pada Gambar 2.1. Apabila transistor Q1

    di-ON-kan, terminal a dihubungkan ke terminal positif tegangan sumber

    DC. Apabila transistor Q4 di-ON-kan, terminal a dihubungkan ke

    terminal negatif sumber DC.

    Gambar 2.1 Rangkaian inverter 3 fasa

    Ada enam mode kerja dalam satu siklus dan lama masing-masing

    mode adalah 60o. Pada proses penyulutan terdapat dua mode konduksi

    penyalaan, yaitu mode konduksi 120o dan 180

    o.

    2.1.1.1 Mode konduksi 120 o

    Transistor diberi nomor dalam urutan penyalaan transistor yaitu

    12, 23, 34, 45, 56 dan 61. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 2.2 yang

    disertai dengan bentuk gelombang tegangan dan arus keluaran inverter.

    2 Ibid, Hal 235

  • 9

    Gambar 2.2 mode konduksi 120

    0 keenam mosfet

    Untuk menghitung tegangan line to netral dan tegangan line to

    line, mengikuti persamaan berikut:

    3 Ibid, Hal 236

  • 10

    2.2.........................).........6

    sin(6

    cos32

    1.2.............................).........6

    sin(6

    cos2

    ,...5,3

    ,...5,3

    =

    =

    +=

    +=

    n

    s

    n

    s

    tn

    n

    VVab

    tnV

    Van

    pi

    pi

    pi

    pi

    pi

    pi

    Keterangan: Vab = tegangan line-line, Van = tegangan line-netral

    Vs = tegangan sumber

    2.1.1.2 Mode Konduksi 180 o

    Pada konduksi 180 o, urutan penyalaan / switch mosfet adalah

    sepanjang 180 derajat dan selisih 60 derajat mosfet no.2 konduksi, 120

    derajat kemudian mosfet no.3 konduksi, begitu seterusnya. seperti yang

    terlihat pada Gambar 2.3.

    Gambar 2.3 mode konduksi 120

    0 keenam mosfet 3

    3 Ibid, Hal 238

  • 11

    Untuk lebih jelasnya urutan penyalaan Mosfet dapat dilihat pada Tabel

    2.1 :

    Tabel 2.1 urutan penyalaan mosfet mode konduksi 1800

    2.2 Metode Switching

    Ada beberapa teknik yang digunakan dalam metode switching

    inverter, yaitu:

    1. Square-wave

    2. Single Pulse Width Modulation (PWM)

    3. Multiple Pulse PWM

    4. Sinusoidal PWM

    5. Modified SPWM

    2.2.1 Square-wave

    Adalah metode penyulutan inverter 3 fasa menggunakan

    gelombang kotak. Bentuk metode switching square wave terdapat pada

    Gambar 2.4.

    Gambar 2.4 Gelombang persegi

    Nilai tegangan output untuk fase positif :

    No. Derajat Kondisi Mosfet On

    1. 0 - 60 Mosfet 5, 6,1

    2. 60 - 120 Mosfet 6,1,2

    3. 120 - 180 Mosfet 1,2,3

    4. 180 - 240 Mosfet 2,3,4

    5. 240 300 Mosfet 3,4,5

    6. 300 360 Mosfet 4,5,6

  • 12

    dco VtV =)( untuk pi t0

    Nilai tegangan output untuk fase negative :

    dco VtV =)( untuk pipi 2 t

    Fourier series:

    =

    =,...5,3

    sin4

    n

    dco

    n

    tnVV

    pi ................................................ (2.3)

    2

    41

    pi

    VdcV rms = ................................................................ (2.4)

    2.2.2 Single Pulse Width Modulation (PWM)

    Penyulutan Mode ini hanya menggunakan pulsa trigger berupa

    gelombang kotak. Gambar 2.5 adalah contoh gelombang PWM.

    Gambar 2.5 Pembentukan gelombang single PWM

    =

    =,...5,3

    sin2sin

    4

    n

    tnn

    n

    VdcVo

    pi .................................... (2.5)

    Sehingga didapatkan Voutput:

  • 13

    m

    2

    2sin4

    1pi

    =

    nV

    Vdc

    rms .......................................................... (2.6)

    Pada kontrol gelombang persegi, hanya terdapat satu periode positif dan

    negatif per-setengah siklus dan besar frekuensi bergantung dari besar

    frekuensi dari sinyal pembawa, untuk mengontrol tegangan output

    inverter. Pengelompokan sinyal dikerjakan dengan membandingkan

    sebuah sinyal referensi sumber dc amplitudo Ar, dengan amplitudo

    gelombang pembawa segitiga, Ac. Frekuensi sinyal pembawa

    menunjukkan frekuensi dasar tegangan output. Dengan mengubah-ubah

    Ar sampai Ac, lebar gelombang dapat diubah dari 0 sampai 180.

    Perbandingan Ar dan Ac ialah variabel kontrol dan diartikan sebagai

    amplitude index modulation. Amplitudo indeks modulasi atau indeks

    modulasi sederhana.

    Ac

    ArM = ......................................................................... (2.7)

    2.2.3 Multiple Pulse PWM

    Isi harmonisa dapat dikurangi dengan menggunakan beberapa

    pulsa pada masing-masing setengah periode tegangan output. Dengan

    membandingkan sinyal referensi dengan sebuah gelombang pembawa

    segitiga. Frekuensi sinyal referensi mengatur frekuensi output, fo, dan

    frekuensi pembawa, fc, menunjukkan jumlah pulsa per-setengah siklus,

    p. Indeks modulasi mengontrol tegangan output. Tipe modulasi ini

    dengan Uniform Pulse Width Modulation (UPWM). Jumlah pulsa per-

    setengah siklus dapat dicari dari Gambar 2.6 :

    P=nomor pulsa setengah periode

    Gambar 2.6 Pembentukan gelombang multiple PWM

    P

  • 14

    +

    =

    22

    22

    20

    2

    2p

    p

    dcrms tdVp

    V

    pi

    pi

    pi

    ............................................ (2.8)

    pi

    =

    pVdc ................................................................... ... (2.9)

    Faktor distorsi berkurang drastis dibanding modulasi satu pulsa.

    Bagaimanapun juga, karena jumlahnya besar proses switching on dan off

    dari transistor daya, rugi switching akan bertambah. Dengan nilai p yang

    lebih besar, amplitudo harmonisa orde rendah akan lebih rendah, tetapi

    amplitudo harmonisa orde tinggi akan meningkat. Bagaimanapun juga

    harmonisa orde tinggi menghasilkan ripple yang dapat diabaikan atau

    dapat difilter keluar dengan mudah.

    2.2.4 Sinusoidal PWM

    SPWM sendiri terdiri dari 2 metode yaitu:

    a. Unipolar SPWM

    b. Bipolar SPWM

    a. Unipolar SPWM

    Disamping mengatur lebar semua pulsa sama seperti pada

    multiple PWM, lebar masing-masing pulsa bermacam-macam dalam

    proporsi amplitudo gelombang sinus yang dievaluasi pada pulsa-pulsa

    yang sama. Faktor distorsi dan harmonisa orde rendah dikurangi secara

    drastis. Proses pembentukan dikerjakan dengan membandingkan sinyal

    referensi sinusoida dengan frekuensi gelombang pembawa segitiga, fc.

    Tipe modulasi ini biasanya digunakan pada aplikasi industri dan

    disingkat SPWM. Frekuensi sinyal referensi, fr menunjukkan frekuensi

    output inverter, fo, dan amplitudo puncaknya, Ar, mengatur indeks

    modulasi, m, dan menentukan tegangan output rms, Vo. Besar pulsa per-

    setengah siklus bergantung pada frekuensi pembawa. Dengan

    pemaksaan dua transistor dengan lengan yang sama (Q1 & Q4) tidak

    terbias bekerja pada waktu bersamaan, tegangan output. Pengelompokan

    sinyal yang sama dapat dijalankan dengan menggunakan gelombang

    pembawa segitiga sama kaki. Gambar 2.7 menunjukkan bagian-bagian

    unipolar SPWM.

  • 15

    Gambar 2.7 Bentuk gelombang unipolar SPWM

    Keterangan gambar :

    a. Sinyal carier dan modulasi

    b. Switch state

    c. Switch 2+ state

    d. Vout ac

    e. Spektrum vout ac

    f. Iout ac

    g. Arus dc

    h. Spektrum arus dc

    i. Switch 1+ current

    j. Diode 1+ current

    Tegangan output rms dapat diubah dengan mengubah indeks modulasi,

    m. Hal ini dapat diamati bahwa daerah masing-masing pulsa

    berhubungan mendekati daerah dibawah gelombang sinus diantara

    mendekati titik tengah periode off pada pengelompokan sinyal. Jika m

    ialah lebar pulsa mth .

  • 16

    b. Bipolar SPWM

    Bentuk gelombang daripada Sinusoida PWM bipolar sebenarnya

    hampir sama dengan bentuk gelombang dari tegangan persegi (square

    wave). Bedanya, pada gelombang sinusoida PWM bipolar terdapat

    perbedaan lebar pulsa pada fase positif dan fase negatifnya, dan akan

    periodik sesuai dengan frekuensi dari tegangan referensinya. Bentuk

    gelombang sinusoida PWM bipolar ini diperoleh dengan

    mengkomparasi antara gelombang segitiga (triangle wave) dengan

    gelombang sinusoida murni. Lebar daripada fase positif dan fase

    negatifnya dapat diatur dengan mengontrol besarnya indeks modulasi,

    yaitu perbandingan amplitudo dari tegangan carrier (gelombang

    segitiga) terhadap amplitudo tegangan referensi (gelombang sinusoida

    murni). Proses terjadinya bentuk gelombang sinusoida PWM bipolar ini

    dapat dilihat pada gambar berikut :

    Gambar 2.8 Bentuk gelombang bipolar SPWM

    Dari bentuk gelombang sinusoida PWM bipolar ini, besar harmonisa

    orde tertentu dapat direduksi dengan menetukan derajat dan lebar dari

    masing-masing fasa positif dan negatifnya.

  • 17

    2.3 Metaloxide Semiconductor Fet (MOSFET)

    Dalam JFET, besar keefektifan pada channel dikontrol oleh

    medan listrik yang diberikan ke channel melalui P-N junction. Bentuk

    lain dari piranti pengaruh medan dicapai dengan penggunaan bahan

    elektroda gate yang dipisahkan oleh lapisan oxide dari channel

    semikonduktor. Pengaturan metal oxide semikonduktor (MOS)

    mengijinkan karakteristik channel dikontrol oleh medan listrik dengan

    memberikan tegangan diantara gate dan body semikonduktor dan

    pemindahan melalui lapisan oxide. Seperti halnya piranti yang disebut

    dengan MOSFET atau MOS Transistor. Hal ini penting digaris bawahi

    dengan kenyataan bahwa IC lebih banyak dibuat dengan piranti MOS

    dari pada jenis piranti semikonduktor lain.

    Ada dua tipe MOSFET. Deplesi MOSFET mempunyai tingkah

    laku yang sama dengan JFET pada saat tegangan gate nol dan tegangan

    drain tetap, arus akan maksimum dan kemudian menurun dengan

    diberikan potensial gate dengan polaritas yang benar (piranti normally

    on). Jenis yang lain dari piranti ini disebut dengan Enhancement

    MOSFET yang menunjukkan tidak ada arus pada saat tegangan gate nol

    dan besar arus keluaran besar dengan bertambah besar potensial gate

    (normally off). Kedua tipe dapat berada dalam salah satu jenis channel P

    atau N.

    2.3.1. Simbol Rangkaian MOSFET

    Terdapat 4 simbol yang digunakan untuk MOSFET yang

    ditunjukkan pada Gambar 2.9. Simbol-simbol pada Gambar (a) dan (b)

    merupakan Mosfet tipe N yang digunakan untuk enhancement dan

    depletion device. Simbol pada Gambar (c) dan (d) merupakan Mosfet

    tipe P yang digunakan pada mode enhancement dan depletion device .

    Gambar 2.9 Simbol MOSFET

    Pengertian positif untuk semua terminal arus menuju ke dalam

    piranti. Kemudian MOSFET chanel N, Id adalah positif dan Is adalah

  • 18

    negatif. Ketika Id = Is, Ig sebenarnya berharga nol. Tegangan drop

    diantara drain dan source didesain oleh Vds, Vgs digunakan untuk

    menunjukkan tegangan drop dari gate ke source. Untuk MOSFET

    channel P digunakan dengan arah reverse. Terminal arus dan terminal

    tegangan adalah negatif sebanding dengan kualitas MOSFET channel N.

    Source dan substrate dihubung singkatkan di dalam MOSFET channel P

    yang standard.

    2.3.2 MOSFET Sebagai Switch

    MOSFET digunakan secara ekstensif dalam rangkaian digital,

    piranti ini memiliki karakteristik switch. Rangkaian yang ditunjukkan

    pada Gambar 2.10. menunjukkan pengoperasian switch pengendali.

    Gambar 2.10 Rangkaian Switch Pengendali

    Bentuk gelombang tegangan masukan dan keluaran rangkaian

    pada Gambar 2.10 adalah seperti terlihat pada Gambar 2.11. Untuk tT, tegangan masukan

    adalah 5 Volt, Vo = 1,5 Volt dan ID1 = 250 A. Bentuk gelombang

    output ditampilkan pada Gambar 2.11.(b).

  • 19

    Gambar 2.11 Bentuk Gelombang Tegangan Input dan Output.

    2.3.3. Karakteristik MOSFET

    MOFSET adalah semikonduktor FET oksida logam yang

    mempunyai sumber, gerbang dan penguras. Akan tetapi berbeda dengan

    JFET, gebang MOSFET diisolasikan dengan saluran. Maka arus gerbang

    sangat kecil, untuk gerbang positif atau negatif. MOSFET yang sangat

    penting dalam rangkaian-rangkaian digital dikenal dengan MOSFET

    jenis pengisian pada Gambar 2.12.

    Gambar 2.12 MOSFET Jenis Pengisian

    (a) Struktur

    (b) Prategangan normal

    (c) Pembentukan ion negatif

    (d) Pembentukan Lapisan Inversi tipe-n

    Untuk memperoleh arus penguras, harus menerapkan tegangan

    yang cukup positif pada gerbang. Gerbang bekerja sebagai sebuah pelat

    kapasitor, dioksida silikon bekerja sebagai bahan dielektrik dan subtrat-p

    sebagai pelat kapasitor yang lain.

    Lapisan elektron bebas yang terbentuk berdampingan dengan

    dioksida silikon. Lapisan ini tidak bekerja sebagai suatu semikonduktor

  • 20

    tipe-p melainkan nampak sebagai konduktor tipe-n disebabkan oleh

    elektron-elektron bebas yang diimbas. Maka lapisan bahan p yang

    bersinggungan dengan dioksida silikon disebut sebuah lapisan inversi

    tipe-n.

    Tegangan gerbang sumber minimum yang menghasilkan lapisan

    inversi tipe-n disebut tegangan ambang (threshold voltage) dinyatakan

    dengan Vgs. Apabila tegangan gerbang kurang dari tegangan ambang,

    tidak ada arus yang mengalir dari sumber ke penguras. Tetapi apabila

    tegangan gerbang lebih besar dari tegangan ambang, lapisan inversi tipe-

    n menghubungkan sumber ke penguras dan diperoleh arus. Tegangan

    ambang tergantung pada tipe khusus dari MOSFET. Untuk MOSFET

    IRF 840 tegangan ambangnya 2v 4v.

    Gambar 2.13. memperlihatkan suatu kumpulan dari kurva kurva

    penguras MOSFET jenis pengisian. Lengkungan yang paling bawah

    adalah kurva Vgs. Apabila Vds kurang dari Vgs, arus penguras secara ideal

    sama dengan nol dan MOSFET berada pada keadaan tertentu. Apabila

    Vds lebih besar dari Vgs arus penguras muncul.

    Gambar 2.13 Karakteristik Keluaran MOSFET Tipe Enchancement.

    2.4 MIKROKONTROLER Mikrokomputer, mikroprosesor, dan mikrokontroler merupakan

    salah satu teknologi yang sudah banyak dikembangkan di dunia.

    Mikroprosesor adalah bagian CPU (central processing unit) dari sebuah

    komputer, tanpa memori, I/O, dan periferal yang dibutuhkan oleh suatu

    sistem lengkap. Supaya dapat bekerja, mikroprosesor memerlukan

    perangkat pendukung seperti RAM, ROM dan I/O.

  • 21

    2.4.1. Gambaran Umum Bila sebuah miroprosesor dikombinasi dengan I/O dan

    memori(RAM/ROM) akan dihasilkan sebuah mikrokomputer. Sebagai

    terobosan mikrokomputer ini dapat juga dibuat dalam bentuk single chip

    yaitu Single Chip Microcomputer (SCM) yang selanjutnya disebut

    sebagai mikrokontroler.

    Perbedaan yang menonjol antara mikrokomputer dengan mikrokontroler

    (SCM) adalah pada penggunaan perangkat I/O dan media penyimpan

    program. Bila mikrokomputer menggunakan disket atau hard drive

    lainnya maka mikrokontroler menggunakan EPROM sebagai penyimpan

    programnya. Sedangkan keuntungan mikrokontroler dibandingkan

    dengan mikroprosesor adalah pada mikrokontroler sudah terdapat RAM

    dan peralatan I/O pendukung sehingga tidak perlu menambahkannya.

    2.4.2. Perlengkapan Dasar Mikrokontroller Sebuah mikrokontroller mempunyai beberapa perlengkapan dasar untuk

    membangun sebuah komunikasi dengan plant diantaranya yaitu central

    processor unit (CPU), alamat, data, pengendali, memori, RAM,

    ROM,dan Input/Output.

    2.4.2.1. CPU Unit pengolah pusat (CPU) terdiri atas dua bagian yaitu unit pengendali

    (CU) serta unit aritmatika dan logika (ALU). Fungsi utama unit

    pengendali adalah untuk mengambil, mengkode, dan melaksanakan

    urutan instruksi sebuah program yang tersimpan dalam memori.

    Sedangkan unit aritmatika dan perhitungan bertugas untuk menangani

    operasi perhitungan maupun bolean dalam program.

    2.4.2.2. Alamat Pada mikroprosesor/mikrokontroler, apabila suatu alat dihubungkan

    dengan mikrokontroler maka harus ditetapkan terlebih dahulu alamat

    (address) dari alat tersebut. Untuk menghindari terjadinya dua alat

    bekerja secara bersamaan yang mungkin akan meyebabkan kerusakan.

    2.4.2.3. Data Mikrokontroler ATmega16 mempunyai lebar bus data 8 bit. Merupakan

    mikrokontroler CMOS 8-bit daya-rendah berbasis arsitektur RISC yang

    ditingkatkan.

  • 22

    2.4.2.4. Pengendali Selain bus alamat dan bus data mikroprosesor atau mikrokontroller

    dilengkapi juga dengan bus pengendali (control bus), yang fungsinya

    untuk menyerempakkan operasi mikroprosesor/mikrokontroler dengan

    operasi rangkaian luar.

    2.4.2.5. Memori Mikroprosesor/mikrokontroler memerlukan memori untuk menyimpan

    program/data. Ada beberapa tingkatan memori, diantaran register

    internal, memori utama, dan memori massal. Sesuai dengan urutan

    tersebut waktu aksesnya dari yang lebih cepat ke yang lebih lambat.

    2.4.2.6. RAM RAM (Random Acces Memory) adalah memori yang dapat dibaca atau

    ditulisi. Data dalam RAM akan terhapus bila catu daya dihilangkan.

    Oleh karena itu program mikrokontroller tidak disimpan dalam RAM.

    Ada dua teknologi yang dipakai untuk membuat RAM, yaitu RAM static

    dan RAM dynamic.

    2.4.2.7. ROM ROM (Read Only Memory) merupakan memori yang hanya dapat

    dibaca. Data dalam ROM tidak akan terhapus meskipun catu daya

    dimatikan. Oleh karena itu ROM dapat digunakan untuk menyimpan

    program. Ada beberapa jenis ROM antara lain ROM murni, PROM,

    EPROM, EAPROM. ROM adalah memori yang sudah diprogram oleh

    pabrik, PROM dapat diprogram oleh pemakai sekali saja. Sedangkan

    EPROM merupakan PROM yang dapat diprogram ulang.

    2.4.2.8. Input / Output I/O dibutuhkan untuk melakukan hubungan dengan piranti di luar

    sistem. I/O dapat menerima data dari alat lain dan dapat pula mengirim

    data ke alat lain. Ada dua perantara I/O yang dipakai, yaitu piranti untuk

    hubungan serial (UART) dan piranti untuk hubungan paralel (PIO).

    2.4.3. Mikrokontroller AVR AVR merupakan seri mikrokontroller CMOS 8 bit buatan Atmel,

    berbasis RISC ( Reduced Instruction Set Computer ). Hampir

    semuainstruksi dieksekusi dalam satu siklus clock. AVR mempunyai 32

    register general purpose ,timer/counter fleksibel dengan mode

  • 23

    compare,interrupt internal dan eksternal ,serial UART programmable

    Watchdog Timer, dan mode power saving. Beberapa diantaranya

    mempunyai ADC dan PWM internal. AVR juga mempunyai In-System

    Programmable Flash on chip yang mengijinkan memori program

    untuk diprogram ulang dalam sistem menggunakan hubungan serial SPI.

    Dibawah ini adalah langkah-langkah pemrogaman mikrokontroler avr :

    1. Rangkaian Tanpa AVR

    2. Membuat progam yang akan di download ke AVR

    3 Gambar 2.14 Langkah- langkah pemrogaman mikrokontroler

    2.4.4. Mikrokontroler AVR ATmega 16

    AVR merupakan seri mikrokontroler CMOS 8-bit buatan Atmel,

    berbasis arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer) yang

    ditingkatkan. Hampir semua instruksi dieksekusi dalam satu siklus

    clock. AVR mempunyai 32 register general-purpose, timer/counter

    fleksibel dengan mode compare, interrupt internal dan eksternal, serial

    UART, programmable Watchdog Timer, dan mode power saving.

    Mempunyai ADC dan PWM internal. AVR juga mempunyai In-System

    Programmable Flash on-chip yang mengijinkan memori program untuk

    diprogram ulang dalam sistem menggunakan hubungan serial SPI.

    ATmega16 adalah mikrokontroler CMOS 8-bit daya-rendah berbasis

    arsitektur RISC yang ditingkatkan. Untuk lebih jelas tentang arsitektur

    dari ATmega16 ditunjukan pada gambar 2.1.1. ATmega16 mempunyai

    throughput mendekati 1 MIPS per MHz membuat disainer sistem

    untukmengoptimasi komsumsi daya versus kecepatan proses. Beberapa

    keistimewaan dari AVR ATmega16 antara lain:

    1. Advanced RISC Architecture

  • 24

    a. 130 Powerful Instructions Most Single Clock Cycle Execution

    b. 32 x 8 General Purpose Fully Static Operation

    c. Up to 16 MIPS Throughput at 16 MHz

    d. On-chip 2-cycle Multiplier

    2. Nonvolatile Program and Data Memories

    a. 8K Bytes of In-System Self-Programmable Flash

    b. Optional Boot Code Section with Independent Lock Bits

    c. 512 Bytes EEPROM

    d. 512 Bytes Internal SRAM

    e. Programming Lock for Software Security

    3. Peripheral Features

    a. Two 8-bit Timer/Counters with Separate Prescalers and Compare

    Mode

    b. Two 8-bit Timer/Counters with Separate Prescalers and Compare

    Modes

    c. One 16-bit Timer/Counter with Separate Prescaler, Compare

    Mode, and Capture Mode

    d. Real Time Counter with Separate Oscillator

    e. Four PWM Channels f. 8-channel, 10-bit ADC

    g. Byte-oriented Two-wire Serial Interface

    h. Programmable Serial USART

    4. Special Microcontroller Features

    a. Power-on Reset and Programmable Brown-out Detection

    b. Internal Calibrated RC Oscillator

    c. External and Internal Interrupt Sources

    d. Six Sleep Modes: Idle, ADC Noise Reduction, Power-save,

    Power-down, Standby and Extended Standby.

    5. I/O and Package

    a. 32 Programmable I/O Lines

    b. 40-pin PDIP, 44-lead TQFP, 44-lead PLCC, and 44-pad MLF

    6. Operating Voltages

    a. 2.7 - 5.5V for ATmega16L

    b. 4.5 - 5.5V for Atmega16

    2.4.5. Konfigurasi Pin AVR ATmega 16 Pin-pin pada ATmega16 dengan kemasan 40-pin DIP (dual in-line

    package) ditunjukkan oleh Gambar 2.15. Kemasan pin tersebut terdiri

    dari 4 Port yaitu Port A, Port B, Port C,Port D yang masing masing Port

  • 25

    terdiri dari 8 buah pin. Selain itu juga terdapat RESET, VCC, GND

    2buah, VCC, AVCC, XTAL1, XTAL2 dan AREF.

    Gambar 2.15 Pin-pin ATmega16 kemasan 40-pin

    Diskripsi dari pin-pin ATmega 16 adalah sebagai berikut :

    1. VCC : Supply tegangan digital.

    2. GND : Ground

    3. Port A : Port A sebagai input analog ke A/D konverter. PortA juga

    sebagai 8-bit bi-directional port I/O, jika A/D konverter tidak digunakan.

    Pin-pin port dapat menyediakan resistor-resistor internal pull-up. Ketika

    port A digunakan sebagai input dan pull eksternal yang rendah akan

    menjadi sumber arus jika resistor-resistor pull-up diaktifkan. Pin-pin

    port A adalah tri-state ketika kondisi reset menjadi aktif sekalipun clock

    tidak aktif.

    4. Port B : Port B adalah port I/O 8-bit bi-directional dengan resistor-

    resistor internal pull-up. Buffer output port B mempunyai karaketristik

    drive yang simetris dengan kemampuan keduanya sink dan source yang

    tinggi. Sebagai input, port B yang mempunyai pull eksternal yang

  • 26

    rendah akan menjadi sumber arus jika resistor-resistor pull-up

    diaktifkan. Pin-pin port B adalah tri-state ketika kondisi reset menjadi

    aktif sekalipun clock tidak aktif.

    5. Port C : Port C adalah port I/O 8-bit bi-directional dengan resistor-

    resistor internal pull-up. Buffer output port C mempunyai karaketristik

    drive yang simetris dengan kemampuan keduanya sink dan source yang

    tinggi. Sebagai input, port C yang mempunyai pull eksternal yang

    rendah akan menjadi sumber arus jika resistor-resistor pull-up

    diaktifkan. Pin-pin port C adalah tri-state ketika kondisi reset menjadi

    aktif seklipun clock tidak aktif. Jika antarmuka JTAG enable, resistor-

    resistor pull-up pada pin-pin PC5(TDI), PC3(TMS), PC2(TCK) akan

    diktifkan sekalipun terjadi reset.

    6. Port D : Port D adalah port I/O 8-bit bi-directional dengan resistor-

    resistor internal pull-up. Buffer output port D mempunyai karaketristik

    drive yang simetris dengan kemampuan keduanya sink dan source yang

    tinggi. Sebagai input, port D yang mempunyai pull eksternal yang

    rendah akan menjadi sumber arus jika resistor-resistor pull-up

    diaktifkan. Pin-pin port D adalah tri-state ketika kondisi reset menjadi

    aktif seklipun clock tidak aktif.

    7. Reset : Sebuah low level pulsa yang lebih lama daripada lebar pulsa

    minimum pada pin ini akan menghasilkan reset meskipun clock tidak

    berjalan.

    8. XTAL1 : Input inverting penguat Oscilator dan input intenal clock

    operasi rangkaian.

    9. XTAL2 : Output dari inverting penguat Oscilator.

    10. AVCC : Pin supply tegangan untuk PortA dan A/D converter

    .Sebaiknya eksternalnya dihubungkan ke VCC meskipun ADC tidak

    digunakan. Jika ADC digunakan seharusnya dihubungkan ke VCC

    melalui low pas filter.

    11. AREF : Pin referensi analog untuk A/D konverter.

    2.5 Liquit Crystal Display (LCD 16x2)

    Penggunaan LCD bertujuan untuk memudahkan pemakai dalam

    berkomunikasi dengan peralatan yang sedang dikerjakan. Beberapa

    keuntungan dari penggunaan LCD antara lain :

    a. Dapat menampilkan karakter ASCII, sehingga memudahkan

    untuk membuat program tampilannya.

    b. Mudah diinterfacekan (dihubungkan) dengan port I/O, karena

    hanya menggunakan 8 Bit dan 3 Bit control.

  • 27

    c. LCD TM162ABC-2 adalah LCD dengan karakter 16x2 baris.

    LCD ini dapat menampilkan 16 karakter per baris dan

    mempunyai ROM pembangkit karakter sebanyak 192 tipe

    karakter dengan font 5x7dot matrix.

    Operasi dasar dari LCD ini terdiri dari empat kondisi, yaitu

    instruksi mengakses proses internal, instruksi menulis data, instruksi

    membaca kondisi sibuk dan instruksi membaca data. Tabel 2.1

    memperlihatkan operasi dasar LCD

    Sedangkan alamat untuk tiap baris adalah sebagai berikut :

    1. Baris 1, alamat 00H sampai 0FH

    2. Baris 2, alamat 40H sampai 50H

    Tabel 2.1 Operasi dasar LCD

    Gambar 2.16 Rangkaian LCD

    Gambar 2.16 adalah rangkaian skematik LCD 16 karakter serta

    gambar input dan output yang digunakan pada rangkaian LCD.

  • 28

    Halaman ini sengaja dikosongkan

  • 29

    BAB III

    PERENCANAAN DAN PEMBUATAN ALAT

    3.1 Perencanaan Sistem Hardware

    Kendaraan Listrik yang kami rancang menggunakan sumber

    tegangan berupa 6 buah aki 12 volt 36 Ah dipasang seri dan dinaikkan

    dengan rangkaian penaik tegangan fullbridge dc-dc converter dari 72

    volt dc menjadi 311 volt ac sebagai masukan rangkaian inverter 3 fasa

    yang digunakan untuk masukan motor induksi 3 fasa. Gambar 3.1 adalah

    blok diagram sistem mobil listrik secara utuh, tapi kami disini hanya

    mengerjakan rangkaian yang diblok.

    Ket :

    Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem Mobil Listrik

    Dalam merencanakan daya setiap rangkaian, kita menghitung

    mundur terlebih dahulu dari daya beban yang dalam proyek akhir ini

    menggunakan motor induksi 3 fasa dengan daya 2HP, tapi kita hanya

    menggunakan sebesar 1 kW.

    3.2. Motor Induksi 3 fasa

    Pada proyek akhir ini dipilih motor induksi 3 fasa jenis asinkron

    dengan spesifikasi daya maksimum sebesar 2 HP yang dikopel dengan

    gear roda pada mobil listrik. Pada motor induksi 3 phase ini

    dihubungkan secara Delta, karena besar tegangan keluaran dari

    rangkaian inverter 3 phase kurang lebih 220 Volt.

  • 30

    3.3. Perencanaan Baterai (Accu) Pada proyek akhir ini dipilih baterai dengan spesifikasi tegangan

    12V/36Ah yang diseri sebanyak 6 buah menjadi 72 volt. Hal ini

    dikarenakan untuk menaikkan tegangan dengan perbandingan terlalu

    besar yaitu 1:3 namun mampu dioperasikan dalam sistem hingga sekitar

    1 jam. Namun sebenarnya dalam perancangan secara teoritis dibutuhkan

    baterai dengan kapasitas 60Ah. Perhitungan kapasitas ini didasarkan

    pada kebutuhan dari waktu pengoperasian atau pemakaian dalam sistem

    yang membutuhkan arus input 21,7 A.

    Desain Perhitungan Inverter 3 fasa dan pemakaian aki

    Efisiensi Inverter = 80 %

    Efisiensi = Pout Inverter/ Pin Inverter

    Pin Inverter = Pout Inverter/Eefisiensi

    = 1000/0,8 = 1250 Watt

    ; Pin Inverter = Pout Full bridge

    Efisiensi Full Bridge = 80 %

    Efisiensi = Pout Full Bridge/Pin Full Bridge

    Pin Full Bridge = Pout Full Bridge/Efisiensi

    = 1250 / 0,8

    = 1562,5 Wattt

    Dari perhitungan diatas kita dapat mengetahui Arus masukan Full

    Bridge yang nilainya sama dengan arus yang dikeluarkan aki:

    Pin Full Bridge = Vin . In

    Iin = Pin Full Bridge/Vin

    = 1562,5/72

    = 21,7 A

    Jika Asumsi lama pemakaian dari mobil listrik sekitar 3 jam, maka

    kapasitas aki harus :

    cos= gTa Cgm

    Keterangan : Ta = Iin Full Bridge x Lama Pemakaian (jam)

    = 21,07 x 3

    = 63 AH

    Maka kapasitas baterai yang dibutuhkan adalah 63 Ah, namun

    baterai yang tersedia adalah dengan kapasitas 36 Ah sehingga

    memungkinkan beroperasi sekitar selama 1 jam.

  • 31

    3.4 Perencanaan inverter 3 fasa

    Untuk merancang inverter 3 fasa yang dapat disulut melalui

    mikrokontroller kami menggunakan rangkaian IR2130 sebelum masuk

    ke rangkaian inverter untuk menghasilkan pulsa penyulutan yang

    menyediakan death time antara pulsa Hi dan Low, rangkaian IR213,

    skematik dari rangkaian driver IR2130 bisa dilihat pada Gambar 3.2 :

  • 32

    Gambar 3.2 Rangkaian IR2130 Driver Inverter 3 fasa

    Keluaran dari rangkaian ini akan digunakan untuk mendrive

    rangkaian inverter yang terdiri dari 6 MOSFET.

  • 33

    Pada inverter 3 fasa yang akan kita buat terdiri dari 6 mosfet dengan

    konfigurasi seperti pada Gambar 3.3:

    Gambar 3.3 Konfigurasi Rangkaian Inverter

    Untuk penyulutan inverter ini ada tiga masukan penyulutan yaitu

    Qa, Qb dan Qc ketika Qa on maka Q1 akan on dan Q4 akan off, ketika

    Qb on maka Q3 akan on dan Q6 off dan ketika Qc on maka Q5 on dan

    Q2 off, dari karakteristik tersebut maka untuk mendrive inverter ini

    dibutuhkan rangkaian logika not untuk mendrive Q2, Q6 dan Q2.

    Gambar 3.4 adalah blok diagram sistem keseluruhan :

    Gambar 3.4 Rangkaian Perencanaan Inverter 3 fasa

    Untuk mendesain rangkaian inverter 3 fasa yang baik diperlukan

    perhitungan nilai komponen-komponen yang tepat. Karena nilai

  • 34

    komponen yang tidak tepat, dapat menyebabkan hasil output yang

    kurang baik, seperti keluarnya ripple tegangan dan arus yang terlalu

    besar.

    Untuk mendesain rangkaian inverter 3 fasa, perlu ditetapkan

    terlebih dahulu beberapa variable, yaitu:

    Frekuensi inverter : 50Hz

    Tegangan output : 220 V

    Tegangan input : 311 V

    Perhitungan Rangkaian Inverter Daya motor : 1 KW

    Daya Inverter : 1,25 KW

    Tegangan motor : 220 V ( dihubungkan Delta )

    Arus keluaran inverter:

    I = 1000/220 = 4,5 Ampere

    Tegangan antar line bisa dihitung secara teori dengan

    rumus berikut :

    VL-L Inverter :

    VVV

    V

    VV) ,

    ( Vdc VL-L(rms)

    LLNL 12787.126

    3

    75,219

    3

    22075.2192

    77311

    2

    ===

    ===

    Jadi untuk mendapatkan tegangan nominal 220 V untuk

    supply motor induksi 3 fasa kita harus memberi input

    tegangan dc sebesar 311,7 volt

    Frekuensi inverter : 50 Hz

    MOSFET yang digunakan adalah IRFP460

  • 35

    Untuk lebih memperjelas perencanaan, kami buat simulasi rangkaian

    inverter 3 fasa terlebih dulu seperti terlihat pada Gambar 3.5.

    Gambar 3.5. Rangkaian Simulasi inverter 3 fasa pada PSIM

    Sedangkan untuk pulsa switching tiap-tiap Mosfet, bisa dilihat

    padaGambar3.6:

    Gambar 3.6. Pulsa switching tiap-tiap Mosfet

  • 36

    Gambar 3.7. Tegangan keluaran line to lne Inverter 3 fasa.

  • 37

    3.5 Perencanaan Sistem Software

    Pada proyek akhir ini kami menggunakan software CodeVision C

    Compiler dan bahasa C sebagai bahasa pemrograman yang akan

    digunakan untuk memprogram ATMEGA16 untuk menyulut tiap-tiap

    mosfet pada rangkaian inverter 3 fasa.

    Flowchart pnyulutan pulsa untuk inverter 3 fasa adalah Gambar

    3.8. berikut ;

    Gambar 3.8. Gambar flowchart penyulutan Inverter

  • 38

    Dalam proyek akhir ini digunakan mikrokontroler AVR

    ATMEGA16 sebagai penyulutan mosfet pada rangkaian inverter 3 fasa

    dengan ketentuan-ketentuan pin-pin yang digunakan adalah sebagai

    berikut :

    Untuk penyulutan inverter digunakan mikrokontroler AVR

    ATMEGA16 Memory SRAM 1 Kbytes, EEPROM 512 Bytes, 32 KB

    ISP.

    1. Clock yang digunakan 8 MHz

    2. 32 programmable I/O lines

    3. Tegangan operasi 4,5 5 volt.

    Perencanaan penggunaan port mikrokontroler dimaksudkan agar tidak

    terjadi kesalahan dalam pengalamatan saat pembuatan program. Berikut

    Tabel 3.1 adalah table perencanaan penggunaan port :

    Tabel 3.1 Perencanaan penggunaan port

    Nama Port I/O Keterangan

    ADC Port A Input Bit O

    Enable Port C Output Bit 2

    Sinyal PWM U Port C Output Bit 3

    Sinyal PWM V Port C Output Bit 4

    Sinyal PWM W Port C Output Bit 5

    Timer Port C Output Bit 6

    LCD 16 karakter Port D Output -

    Dari Tabel 3.1 bisa mempermudah dalam membuat program pada

    mikrokontroler ATMEGA16 menggunakan bahasa C dengan software

    Code AVR C Compiler.

  • 39

    BAB IV

    PENGUJIAN DAN ANALISA

    Dalam bab ini akan dibahas tentang pengujian berdasarkan

    perencanaan dari sistem yang dibuat. Pengujiaan ini dilakukan untuk mengetahui unjuk kerja dari sistem dan untuk mengetahui apakah sudah sesuai dengan perencanaan atau belum. Pengujian terlebih dahulu dilakukan secara terpisah pada masing-masing unit rangkaian dan kemudiaan dilakukan ke dalam sIstem yang telah terintegrasi. Pengujian yang dilakukan dalam setiap tahap ini antara lain adalah : A. Pengujian rangkaian mikrokontroler. B. Pengujian rangkaian driver 2130. C. Pengujian rangkaian inverter Peralatan yang dipakai untuk pengukuran dan pengujiaan : 1. Multimeter digital 2. Rangkaian yang akan diuji 3. Motor induksi 3 fasa 4. DC supply 5. Kabel penghubung 6. Oscilocope 4.1 Pendahuluan

    Dalam bab ini penulis melakukan pengujian pertama yaitu pengujian pembacaan ADC pada mikrokontroler ATMEGA16, hubungannya dengan perubahan frekuensi penyulutan inverter 3 fase serta pengujian rangkaian driver inverter 3 fasa IR2130. 4.2 Tujuan Pengujian

    Tujuan dari pengujian ini adalah untuk mendapatkan suatu informasi data-data yang dibutuhkan untuk program, dan memperoleh data keakuratan sensor yang akan digunakan serta mengetahui performa dari integrasi sistem yang telah dibuat.

    4.3 Pengujian Driver IR 2130

    Untuk pengujian inverter kami membutuhkan sumber penyulutan sumber DC. dengan memberikan data penyulutan pada Qa,Qb dan Qc

  • 40

    maka penulis dapat menguji keluaran dari inverter untuk masing-masing tabel switching.

    Pengaturan frekuensi pada inverter dilakukan dengan mengatur perubahan frekuensi pada sinyal PWM 3 fasa. Amplitudo PWM pada proyek akhir ini sebesar 15 V, dipilih besar tegangan 15V karena MOSFET IRFP460 bekerja pada 15 V. Untuk mengamankan rangkaian switching dan beban dari arus lebih dan gangguan lainnya maka digunakan IC driver IR2130. Driver ini juga menyediakan dead time, sehingga tidak memerlukan lagi dead time pada pembangkitan PWM 3 fasa. Gambar 4.1 sampai Gambar 4.6 adalah gambar gelombang tegangan pada saat percobaan :

    Gambar 4.1 Gelombang PWM keluaran IR2130,

    fasa R-S frekuensi 10Hz

    Gambar 4.2 Gelombang PWM keluaran IR2130, fasa R-S frekuensi 20 Hz

  • 41

    Gambar 4.3 Gelombang PWM keluaran IR2130 fasa R-S frekuensi 30 Hz

    Gambar 4.4 Gelombang PWM keluaran IR2130 fasa R-S frekuensi 40 Hz

    Gambar 4.5 Gelombang PWM keluaran IR2130 fasa R-S frekuensi 50 Hz

  • 42

    Data hasil pengujian rangkaian inverter ditunjukkan di dalam Tabel 4.1. Pengujian yang dilakukan dengan merubah frekuensi inverter dan melakukan pengukuran putaran kecepatan motor induksi 3 fasa, tegangan masukan rangkaian inverter, arus masukan rangkaian inverter, tegangan keluaran rangkaian inverter, dan arus keluaran rangkaian inverter. Pada pengujian rangkaian inverter ini dilakukan dengan memberikan frekuensi 10 sampai 50 Hz.

    Tabel 4.1 Data hasil pengujian rangkaian inverter 3 fasa

    Frekuensi (Hz)

    Vdc (Volt) Vl-l rms praktek

    (Vac)

    Vl-l rms teori (V)

    % Error (%)

    10 258.7 190,4 201.786 5.6

    20 269.2 198,4 209.97 5.5

    30 272 204,3 212.16 3.6

    40 285.2 213,7 222,45 3.3

    50 298 231,1 232.44 0.56

    50 125 102 97.5 4.3

    50 158 129 123,24 4.67

    50 183 148.5 142,7 4.07

    Dari Tabel 4.1 kita bisa melihat semakin rendah frekuensi inverter 3 fasa arus keluaran Inverter 3 fasa jadi semakin besar, hal ini disebabkan metode switching inverter menggunakan PWM untuk itu V/f =konstan belum tercapai. Jadi pada frekuensi rendah dan tegangan tetap

  • 43

    Analisa data :

    Untuk inverter 3 fasa dengan metode switching 1800, rumus yang digunakan adalah :

    Vab(rms)1= 0.78 x 258.7 = 201.786 Volt

    Vab(rms)2= 0.78 x 269.2 = 209.97 Volt

    Vab(rms)3= 0.78 x 272 = 212.16 Volt

    Vab(rms)4= 0.78 x 285.2 = 222,45 Volt

    Vab(rms)5= 0.78 x 298 = 232.44 Volt

    Vab(rms)6= 0.78 x 125 = 97.5 Volt

    Vab(rms)7= 0.78 x 158 = 123,24Volt

    Vab(rms)8= 0.78 x 183= 142,7 Volt

    %100_

    __%

    =

    teoriVllrms

    praktekVllrmsteoriVllrmsError

    %6.5%10078.201

    4.19078,2011% =

    =Error

    %5.5%10097.209

    4.19897,2092% =

    =Error

    %6.3%10016.212

    4.20416,2123% =

    =Error

    %3.3%10045.222

    7.21345.2224% =

    =Error

    Vab(rms) = (43/22) x (Vdc/pi) = 0,78.Vdc

  • 44

    %56.0%10044.232

    1.23144,2325% =

    =Error

    %3.4%1005,97

    1025,976% =

    =Error

    %67,4%10024,123

    12924,1237% =

    =Error

    %07.4%1007,142

    148.57,1428% =

    =Error

    Gambar 4.6 Tegangan keluaran VR-S dan VS-T

    Dari data hasil pengujian rangkaian inverter 3 fasa dengan memberikan tegangan masukan inverter berasal dari rangkaian penyearah gelombang penuh sebesar 220 Vac. Beban yang digunakan adalah motor induksi 3 fasa dengan daya 373 Watt 220V. pengujian dilakukan dengan memberikan frekuensi mulai 10 Hz sampai dengan 50 Hz pada inverter. Pada saat frekuensi inverter sebesar 10 Hz maka dihasilkan tegangan keluaran VR-S sebesar 190,2 Volt, VR-T sebesar 190,5 Volt dan VS-T sebesar 190,4 volt dengan kecepatan putaran 379 Rpm. Kemudian frekuensi dinaikkan menjadi 20 Hz dan tegangan dari rangkain penyearah gelombang penuh konstan 220 Vac. Pada saat 20 Hz didapatkan nilai tegangan VR-S sebesar 198,8 Volt, VR-T sebesar 198,7 Volt dan VS-T sebesar 198,4 volt dengan kecepatan putaran 578 Rpm. Frekuensi terus dinaikkan dengan sekala 10 Hz hingga 50Hz, dari hasil

  • 45

    pengukuran ternyata nilai tegangan keluaran rangkaian inverter serta kecepatan putaran motor terus meningkat. Pada saat frekuensi 50 Hz didapatkan kecepatan putaran motor sebesar 1459 rpm dan VR-S sebesar 231,2 Volt, VR-T sebesar 230 Volt dan VS-T sebesar 231,1 Volt.

    Pada pengujian rangkaian inverter ketika frekuensi di ubah-ubah dan tegangan masukan tetap maka tegangan keluaran rangkaian inverter tetap namun arus keluaran dan kecepatan putaran motor semakin besar. Hal ini dikarenakan penggunaaan switching inverter dengan metode PWM. Sehingga perubahan perbandingan tegangan keluaran dengan frekuensi tidak konstan. Kerugian dari hal ini adalah akan mempermudah merusak motor induksi dan komponen rangkaian inverter lainnya karena arus yang semakin meningkat ketika frekuensi semakin dibawah frekuensi nominal.

    Demikian adalah data hasil pengujian keseluruhan rangkaian Fullbridge converter serta inverter 3 fasa dengan beban motor 1 Hp 220 V/3,3A. Gambar 4.7 adalah rangkaian kesulurahn Inverter 3 fasa yang terdiri dari LCD 16 karakter, ATMEGA16, rangkaian Driver Inverter 3 fasa IR2130, dan 6 mosfet.

    Gambar 4.7 Rangkaian inverter 3 fasa

    Gambar 4.8 adalah gambar rangkaian minimum system ATMEGA16, mikrokontroler yang digunakan untuk menghasilkan pulsa trigger inverter 3 fasa, lewat program dengan bahasa C.

  • 46

    Gambar 4.8 Minimum system ATMEGA16

    Untuk rangkaian Driver Inverter 3 fasa dengan IR2130 bisa dilihat pada Gambar 4.9

    Gambar 4.9 Rangkaian driver IR2130

    Terdapat 6 unit MOSFET tipe IRFP460 yang digunakan pada switching Inverter 3 fasa, bisa dilihat pada Gambar 4.10

  • 47

    Gambar 4.10 Rangkaian mosfet sebagai switching inverter 3 fasa

    Dari mikrokontroler ATMEGA16 kita bisa memprogram LCD 16 karakter sehingga terlihat seperti Gambar 4.11.

    Gambar 4.11 Tampilan LCD 16 karakter

  • 48

    Halaman ini sengaja dikosongkan

  • 49

    BAB V

    PENUTUP

    5.1 KESIMPULAN

    Setelah melalui beberapa proses perencanaan, pembuatan dan

    pengujian alat serta dari data yang didapat dari perencanaan dan

    pembuatan Three phase Inverter, maka dapat disimpulkan:

    1. Karena metode switching pada proyek akhir ini menggunakan

    metode PWM maka V/F konstan belum tercapai, jadi semakin

    rendah frekuensi switching inverter, arus yang dihasilkan menjadi

    cukup besar.

    2. Three Phase Inverter yang dibuat hanya mampu mencatu tegangan

    stabil hingga 298,5 volt dc dengan kemampuan arus maksimum 4

    A.

    3. Untuk mendapatkan daya keluaran maksimal pada Three Phase

    Inverter bisa didapat dari pemilihan komponen switching yang

    tepat, dalam hal ini adalah tipe transistor.

    5.2 SARAN-SARAN

    Dalam pengerjakan dan penyelesaian Proyek Akhir ini tentu

    tidak lepas dari berbagai macam kekurangan dan kelemahan, baik itu

    pada sistem maupun pada peralatan yang telah dibuat. Untuk

    memperbaiki kekurangan-kekurangan dari peralatan, maka perlu

    melakukan hal-hal sebagai berikut:

    1. Desain Three phase Inverter yang lebih baik, baik dalam segi

    pemilihan komponen.

    2. Desain PCB harus lebih efisien dan tepat agar didapat tampilan

    yang maksimal dan kekuatan yang optimal.

    3. Perencanaan yang tepat dan kesesuaian pembuatan dengan

    perencanaan.

  • Daftar Pustaka

    [1] Afif Salakhudin,Rancang Bangun Inverter Satu Fase pada Daya

    Cadangan Rumah Tangga(switching PWM),Proyek Akhir PENS-ITS

    2007.

    [2] Hasna Abadiningrum , Sepeda Elektrik Menggunakan Penggerak

    Motor Induksi Tiga Fasa (Mikrokontroller sebagai Driver pada Buck-

    Boost Konverter Inverter Tiga Fasa), Proyek Akhir PENS ITS

    2008.

    [3] Muhammad H.Rashid,Power Electronics Circuits,Devices,and

    Application 3, Prentice Hall 2004.

    [4] Datasheet ATMega8535 8-bit Microcontroller with 16K Bytes In-

    System Programmable Flash

    diakses 1 Maret 2010,dari alldatasheet.

    http://www.alldatasheet.com/datasheet-

    pdf/pdf/78532/ATMEL/ATMEGA8535.html

    [5] Datasheet AVR ISP Programmer, diakses 1 Maret 2010,

    http://www.avrispprogrammer.com/literature.

  • LAMPIRAN

    LISTING PROGRAM

    /*********************************************

    This program was produced by the

    CodeWizardAVR V1.24.0 Standard

    Automatic Program Generator

    Copyright 1998-2003 HP InfoTech s.r.l.

    http://www.hpinfotech.ro

    e-mail:[email protected]

    Project :

    Version :

    Date : 7/11/2010

    Author : Dimas Pungky Pradana

    Company : PENS-ITS

    Comments: Program 3 Phase Inverter

    Chip type : ATmega16

    Program type : Application

    Clock frequency : 8.000000 MHz

    Memory model : Small

    External SRAM size : 0

    Data Stack size : 256

    *********************************************/

    #include

    #include

    #include

    #define U PORTC.3

    #define V PORTC.4

    #define W PORTC.5

    #define Timer PORTC.6

    #define Enable PORTC.2

    // Alphanumeric LCD Module functions

    #asm

    .equ __lcd_port=0x12

    #endasm

    #include

  • unsigned char T;

    unsigned char buffer[33];

    int a[10][10],nilai,frek1;

    float b;

    int x;

    int konter=0;

    int maks=8;

    void setfrek(int frek);

    void H2BCD(int bilangan)

    {

    int ratusan,puluhan,satuan;

    ratusan= bilangan/100; // misal bilangan=231

    // 231/100= 2

    puluhan = (bilangan - (ratusan*100))/10; // (231-(2*100))/10

    // (231-200)/10 = 31/10 = 3

    satuan = bilangan - (puluhan*10) - (ratusan*100);

    lcd_putchar(ratusan+0x30);

    lcd_putchar(puluhan+0x30);

    lcd_putchar(satuan+0x30);

    }

    // Timer 0 overflow interrupt service routine

    interrupt [TIM0_OVF] void timer0_ovf_isr(void)

    {

    // Place your code here

    ++konter;

    TCNT0=204;

    if (konter == maks )

    {

    #asm("cli")

    if(T>6)T=1;

    U=a[T][0];

    V=a[T][1];

    W=a[T][2];

    T++;

    #asm("sei")

    konter =0;

  • //TCNT0=0;

    }

    }

    #define ADC_VREF_TYPE 0x60

    // Read the 8 most significant bits

    // of the AD conversion result

    unsigned char read_adc(unsigned char adc_input)

    {

    ADMUX=adc_input|ADC_VREF_TYPE;

    // Start the AD conversion

    ADCSRA|=0x40;

    // Wait for the AD conversion to complete

    while ((ADCSRA & 0x10)==0);

    ADCSRA|=0x10;

    return ADCH;

    }

    // Declare your global variables here

    void main(void)

    {

    // Declare your local variables here

    // Input/Output Ports initialization

    // Port A initialization

    // Func0=In Func1=In Func2=In Func3=In Func4=In Func5=In Func6=In

    Func7=In

    // State0=T State1=T State2=T State3=T State4=T State5=T State6=T

    State7=T

    PORTA=0x00;

    DDRA=0x00;

    // Port B initialization

    // Func0=In Func1=In Func2=In Func3=In Func4=In Func5=In Func6=In

    Func7=In

    // State0=T State1=T State2=T State3=T State4=T State5=T State6=T

    State7=T

    PORTB=0x00;

    DDRB=0x00;

  • // Port C initialization

    // Func0=In Func1=In Func2=In Func3=In Func4=In Func5=In Func6=In

    Func7=In

    // State0=T State1=T State2=T State3=T State4=T State5=T State6=T

    State7=T

    PORTC=0x00;

    DDRC=0xFF;

    // Port D initialization

    // Func0=In Func1=In Func2=In Func3=In Func4=In Func5=In Func6=In

    Func7=In

    // State0=T State1=T State2=T State3=T State4=T State5=T State6=T

    State7=T

    PORTD=0x00;

    DDRD=0x00;

    // Timer/Counter 0 initialization

    // Clock source: System Clock

    // Clock value: 125.000 kHz

    // Mode: Normal top=FFh

    // OC0 output: Disconnected

    TCCR0=0x03;

    TCNT0=0x00;

    OCR0=0x00;

    // Timer/Counter 1 initialization

    // Clock source: System Clock

    // Clock value: Timer 1 Stopped

    // Mode: Normal top=FFFFh

    // OC1A output: Discon.

    // OC1B output: Discon.

    // Noise Canceler: Off

    // Input Capture on Falling Edge

    TCCR1A=0x00;

    TCCR1B=0x00;

    TCNT1H=0x00;

    TCNT1L=0x00;

    OCR1AH=0x00;

    OCR1AL=0x00;

    OCR1BH=0x00;

    OCR1BL=0x00;

  • // Timer/Counter 2 initialization

    // Clock source: System Clock

    // Clock value: Timer 2 Stopped

    // Mode: Normal top=FFh

    // OC2 output: Disconnected

    ASSR=0x00;

    TCCR2=0x00;

    TCNT2=0x00;

    OCR2=0x00;

    // External Interrupt(s) initialization

    // INT0: Off

    // INT1: Off

    // INT2: Off

    MCUCR=0x00;

    MCUCSR=0x00;

    // Timer(s)/Counter(s) Interrupt(s) initialization

    TIMSK=0x01;

    // Analog Comparator initialization

    // Analog Comparator: Off

    // Analog Comparator Input Capture by Timer/Counter 1: Off

    // Analog Comparator Output: Off

    ACSR=0x80;

    SFIOR=0x00;

    // ADC initialization

    // ADC Clock frequency: 125.000 kHz

    // ADC Voltage Reference: AVCC pin

    // ADC High Speed Mode: Off

    // ADC Auto Trigger Source: None

    // Only the 8 most significant bits of

    // the AD conversion result are used

    ADMUX=ADC_VREF_TYPE;

    ADCSRA=0x86;

    SFIOR&=0xEF;

    // LCD module initialization

    lcd_init(16);

  • // Global enable interrupts

    #asm("sei")

    a[1][0]=1; a[1][1]=0; a[1][2]=0;

    a[2][0]=1; a[2][1]=1; a[2][2]=0;

    a[3][0]=0; a[3][1]=1; a[3][2]=0;

    a[4][0]=0; a[4][1]=1; a[4][2]=1;

    a[5][0]=0; a[5][1]=0; a[5][2]=1;

    a[6][0]=1; a[6][1]=0; a[6][2]=1;

    Timer = 1;

    Enable =1;

    while (1)

    {

    // Place your code here

    x=read_adc(0);

    H2BCD(x);

    b=(x/255)*50;

    setfrek(b);

    sprintf(buffer,"frek: %.4f",b);

    lcd_gotoxy(0,1);

    lcd_puts(buffer);

    };

    }

    void setfrek(int frek)

    {

    if (frek < 1)

    maks =1;

    else

    maks = 1/(0.004896*frek);

    }

    COVER n abstrak.pdfBAB II.pdfBAB III.pdfBAB IV.pdfBAB V.pdfDftar Pustaka.pdfLAMPIRAN.pdf