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


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


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


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

πω

π

π

πω

π

π

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 =)(ω untuk πω ≤≤ t0

Nilai tegangan output untuk fase negative :

dco VtV −=)(ω untuk πωπ 2≤≤ t

Fourier series:

∑=

=,...5,3

sin4

n

dco

n

tnVV

ω

π ................................................ (2.3)

2

41

π

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 ω

π .................................... (2.5)

Sehingga didapatkan Voutput:

13

mα

∂

2

2sin4

1π

∂

=−

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 0º sampai 180º.

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

π

π

ωπ

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

π

∂=

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 δm

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 t<T,

tegangan input 1,5 Volt, kemudian karakteristik V0 – V1 pada Gambar

2.11, dapat diketahui bahwa V0 = 4 Volt. Arus ada rangkaian ID1 adalah

nol. Karakteristik switch open ini seperti tegangan yang melewati switch

cukup besar, sedangkan arus adalah nol. Untuk t>T, tegangan masukan

adalah 5 Volt, Vo = 1,5 Volt dan ID1 = 250 µA. 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


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


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


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


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 :

φcos×××= 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



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) = (4√3/2√2) x (Vdc/π) = 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 <mega16.h>

#include <delay.h>

#include <stdio.h>

#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 <lcd.h>

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


Func7=In


State7=T

PORTB=0x00;

DDRB=0x00;

// Port C initialization


Func7=In


State7=T

PORTC=0x00;

DDRC=0xFF;

// Port D initialization


Func7=In


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;



// 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;



// 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);

}

rancang bangun full bridge converter

Documents

Transcript of rancang bangun full bridge converter