SKRIPSI RANCANG BANGUN INVERTER PURE SINE...

of 16 /16
SKRIPSI RANCANG BANGUN INVERTER PURE SINE WAVE SATU FASA BERKAPASITAS 500 WATT BERBASIS ARDUINO NANO Merupakan syarat untuk memperoleh gelar sarjana Telah dipertahankan di depan dewan 13 Agustus 2020 Dipersiapkan dan Disusun Oleh : ADANG GARNIDA 13 2016 118 PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH PALEMBANG 2020

Embed Size (px)

Transcript of SKRIPSI RANCANG BANGUN INVERTER PURE SINE...

  • SKRIPSI

    RANCANG BANGUN INVERTER PURE SINE WAVE SATU FASA

    BERKAPASITAS 500 WATT BERBASIS ARDUINO NANO

    Merupakan syarat untuk memperoleh gelar sarjana

    Telah dipertahankan di depan dewan

    13 Agustus 2020

    Dipersiapkan dan Disusun Oleh :

    ADANG GARNIDA

    13 2016 118

    PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

    FAKULTAS TEKNIK

    UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH PALEMBANG

    2020

  • i

  • ii

    PERNYATAAN

    Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak terdapat karya yang

    pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi,

    sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah

    ditulis dan diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis di-acu dalam

    naskah ini dan disebutkan dalam daftar putaka.

    Palembang, 16 Juli 2020

    Yang membuat pernyataan

    Adang Garnida

  • iii

    KATA PENGANTAR

    Assalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh

    Puji dan syukur kita atas kehadirat Allah Subhannallahu Waa Ta’ala yang telah

    memberikan kita segala nikmat, karunia dan rahmat-Nya. Yang mana pada

    kesempatan kali ini penulis dapat menyelesaikan proposal skripsi dengan baik dan

    sesuai dengan waktu yang telah ditentukan.

    Adapun maksud dan tujuan dari penyusunan proposal skripsi ini adalah untuk

    memenuhi salah satu prasyarat dari kurikulum yang telah ditemntukan pada

    Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah

    Palembang. Dalam pennulisan proposal skripsi ini penulis menyadari masih

    banyak terdapat kekurangsan dan kelemahan serta jauh dari kata sempurna, karena

    keterbatasan kemampuan yang kami miliki. Maka dari itu penulis mengharapkan

    kriktik dan saran yang sifatnya membangun dari berbagai pihak terutama untuk

    pembaca.

    Penulis dapat menyelesaikan proposal skripsi ini berkat bimbingan,

    pengarahan dan nasehat yang tidak ternilai harganya. Untuk itu pada kesempatan

    ini penulis mengucapkan terimakasih kepada :

    1. Taufik Barlian,S.T., M.Eng. selaku Dosen Pembimbing 1

    2. Ir. Muhar Danus, M.T. selaku Dosen Pembimbing 2

    Ucapan terimakasih juga penulis sampaikan kepada pihak yang berperan dalam

    membantu penyelesaian skripsi ini, yaitu :

    1. Bapak Dr. Abid Djazuli, S.E., M.M. selaku Rektor Universitas

    Muhammadiyah Palembang.

    2. Bapak Dr. Ir. Kgs. Ahmad Roni, M.T. selaku Dekan Fakultas Teknik

    Universitas Muhammadiyah Palembang.

    3. Bapak Taufik Barlian, S.T., M.Eng. selaku Ketua Program Studi Teknik

    Elektro Universitas Muhammadiyah Palembang.

    4. Bapak Feby Ardianto, S.T., M.Sc selaku seketaris jurusan Teknik Elektro

  • iv

    5. Bapak dan Ibu Dosen pada Program Studi Teknik Elektro Universitas

    Muhammadiyah Palembang.

    6. Bapak dan Ibu Staf dan Tata Usaha Fakultas Teknik Universitas

    Muhammadiyah Palembang.

    7. Ayahanda dan Ibunda tercinta yang tak kenal lelah memberikan dorongan,

    motivasi dan doa untuk keberhasilanku dalam penyelesaian skripsi ini.

    8. Keluarga, sahabat, dan orang - orang yang sangat saya sayangi yang telah

    memberikan bantuan dan dukungan serta motivasi.

    9. Tim Laboratorium Teknik Elektro yang telah memberikan bantuan dan

    dukungan baik moril maupun materil.

    10. Rekan-rekan Mahasiswa Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik

    Universitas Muhammdiyah Palembang dan semua pihak yang banyak

    membantu penyusunan skripsi ini.

    Semoga Allah SWT. Membalas budi baik kalian yang telah diberikan dalam

    penyelesaian skripsi ini, semoga amal ibdahnya diterima dan mendapat balasan

    dari-Nya. Semoga bimbingan, saran. Partisipasi dan bahan yang telah diberikan

    akan bermanfaat bagi penulis dan pembaca.

    Palembang, 16 Juli 2020

    Penulis

    Adang Garnida

  • v

    ABSTRAK

    Inverter merupakan alat elektronik yang dapat mengubah sumber listrik DC

    (Direct Current) menjadi sumber listrik AC (Alternating Current) dimana

    pemanfaatannya sangat berguna untuk digunakan pada panel solar cell atau

    sebagai energi cadangan jika terjadi pemadaman listrik. Bahkan penggunaan

    inverter sudah digunakan pada mobil-mobil listrik sebagai pengubah suplai

    tegangan DC ke AC untuk menggerakan Motor induksi AC sebagai penggerak

    utama pada mobil listrik. Inverter ini akan mengubah sumber DC 12 Volt menjadi

    keluaran sumber AC 220 Volt dengan gelombang pure sine wave dengan diuji

    beban resistif dan induktif. Pada metode digunakan topologi push-pull dengan

    men paralel kan 8 buah mosfet dan pembangkit sinyal PWM menggunakan

    arduino. Pada beban resistif efisiensi tertinggi terdapat pada beban lampu LED 3

    Watt dan beban terendah terdapat pada beban lampu Pijar 60 Watt. Ketika

    terhubung dengan beban gelombang pure sine wave pada inverter akan sedikit

    berubah dari pada gelombang dengan tanpa beban, pada beban induktif inverter

    tidak dapat berkerja.

    Kata kunci : Inverter,MOSFET,Pure Sine Wave

  • vi

    DAFTAR ISI

    Halaman

    LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................. ii

    PERNYATAAN ..................................................................................................... ii

    KATA PENGANTAR .......................................................................................... iii

    ABSTRAK ............................................................................................................. v

    DAFTAR ISI ......................................................................................................... vi

    DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... viii

    DAFTAR TABEL ................................................................................................. x

    BAB 1 PENDAHULUAN ..................................................................................... 1

    1.1 Latar Belakang ............................................................................................ 1

    1.2 Tujuan .......................................................................................................... 2

    1.3 Batasan Masalah .......................................................................................... 2

    1.4 Sistematika Penulisan .................................................................................. 2

    BAB 2 LANDASAN TEORI ................................................................................ 4

    2.1 Inverter ........................................................................................................ 4

    2.2 Pusle Modulation ........................................................................................ 8

    2.3 Pulse Width Modulation (PWM) ............................................................... 10

    2.4 Arduino ...................................................................................................... 11

    2.4.1 Arduino nano ........................................................................................ 11

    2.5 Gate Drive ................................................................................................. 12

    2.5.1 Module driver L298N ........................................................................... 13

    2.6 MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) ............. 13

    2.6.1 MOSFET P-Channel ............................................................................ 14

    2.6.2 N-Channel MOSFET ............................................................................ 15

  • vii

    2.7 Transformator ............................................................................................ 15

    2.7.1 Prinsip kerja transformator ................................................................... 16

    2.7.2 Jenis Transformator .............................................................................. 17

    BAB 3 METODE PENELITIAN ....................................................................... 19

    3.1 Tempat dan Waktu .................................................................................... 19

    3.2 Flowchart Penelitian .................................................................................. 19

    3.3 Diagram Flowchart Inverter ...................................................................... 21

    3.4 Diagram Blok Rangkaian Inverter ............................................................ 21

    3.5 Rangkaian Skema Inverter ........................................................................ 22

    3.6 Prinsip Kerja Inverter ................................................................................ 22

    3.7 Alat dan Bahan .......................................................................................... 22

    3.8 Coding Arduino ......................................................................................... 24

    BAB 4 PEMBAHASAN ALAT DAN ANALISA ............................................. 26

    4.1 Langkah Pengujian .................................................................................... 26

    4.2 Hasil Penelitian ......................................................................................... 26

    4.2.1 Mengukur tegangan dan gelombang arduino ....................................... 27

    4.2.2 Mengukur tegangan dan gelombang pada keluaran transformator. ..... 27

    4.2.3 Pengukuran tegangan dan arus ............................................................. 30

    4.3 Perhitungan dan Analisa ............................................................................ 31

    4.3.1 Daya tanpa beban inverter .................................................................... 31

    BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................... 34

    5.1 Kesimpulan ................................................................................................ 34

    5.2 Saran .......................................................................................................... 34

    DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 35

    LAMPIRAN ......................................................................................................... 37

  • viii

    DAFTAR GAMBAR

    Gambar 2.1 Raingkaian inverter setengah jembatan ......................................... 6

    Gambar 2.2 Rangkaian inverter jembatan ......................................................... 6

    Gambar 2.3 Keluaran gelombang inverter 50 Hz .............................................. 7

    Gambar 2.4 Bentuk gelombang inverter modified sinewave ............................. 7

    Gambar 2.5 Bentuk gelombang keluaran inverter ............................................. 8

    Gambar 2.6 Gelombang PAM ........................................................................... 9

    Gambar 2.7 Gelombang PWM .......................................................................... 9

    Gambar 2.8 Gelombang PPM .......................................................................... 10

    Gambar 2.9 Inverter PWM .............................................................................. 10

    Gambar 2.10 Sinyal Pulse Width Modulation ................................................... 11

    Gambar 2.11 Arduino nano ............................................................................... 11

    Gambar 2.12 Drive gate L298N ........................................................................ 13

    Gambar 2.13 MOSFET ...................................................................................... 14

    Gambar 2.14 Rangkaian P-Channel .................................................................. 15

    Gambar 2.15 Rangkaian N-Channel .................................................................. 15

    Gambar 2.16 Transformator Ideal ..................................................................... 16

    Gambar 2. 17 Transformator .............................................................................. 17

    Gambar 3.1 Diagram Flowchart Rancang Bangun Inveter Pure Sine Wave Satu

    Fasa Berkapasitas 500 Watt Berbasis Arduino Nano ................. 19

    Gambar 3.2 Diagram Flowchart Inverter ......................................................... 20

    Gambar 3.3 Diagram Blok Rangkaian Inverter ............................................... 20

    Gambar 3.4 Rangkaian inverter ....................................................................... 21

    Gambar 3.5 Deklarasi seting ............................................................................ 23

    Gambar 3.6 Pengaturan lebar pulsa ................................................................. 24

    Gambar 3.7 Pengaturan Timer PWM .............................................................. 24

    Gambar 3.8 Pengaturan besar frekuensi switching .......................................... 24

    Gambar 4.1 Alat Inverter ................................................................................. 25

    Gambar 4.2 Gelombang PWM keluaran pada arduino .................................... 26

  • ix

    Gambar 4.3 Gelombang keluaran transformator ............................................. 27

    Gambar 4.4 Grafik efisiensi inverter 32

  • x

    DAFTAR TABEL

    Tabel 3.1 Alat Kerja .............................................................................................. 22

    Tabel 3.2 Bahan Pembuatan Inverter .................................................................... 22

    Tabel 4.1 Bentuk gelombang keluaran inverter .................................................... 28

    Tabel 4.2 Pengukuran tegangan dan arus inverter ............................................... 29

    Tabel 4.3 Daya inverter terhubung ke beban ........................................................ 31

    Tabel 4.4 Efisiensi inverter ................................................................................... 32

  • 1

    BAB 1

    PENDAHULUAN

    1.1 Latar Belakang

    Inverter merupakan alat elektronik yang dapat mengubah sumber listrik DC

    (Direct Current) menjadi sumber listrik AC (Alternating Current) dimana

    pemanfaatannya sangat berguna untuk digunakan pada panel solar cell atau

    sebagai energi cadangan jika terjadi pemadaman listrik. Bahkan penggunaan

    inverter sudah digunakan pada mobil-mobil listrik sebagai pengubah suplai

    tegangan DC ke AC untuk menggerakan Motor induksi AC sebagai penggerak

    utama pada mobil listrik. Inverter yang baik kerjanya dimana hasil keluaran

    tegangan dan frekuensinya sama dengan sumber listrik yang dari PLN (Perusahan

    Listrik Negara) yang mana gelombang dihasilkan berupa siuns murni.

    Untuk membedakan jenis-jenis inverter dapat dilihat dari keluaran gelombang

    pada inverter. Inverter dibedakan menjadi 3 gelombang yaitu inverter gelombang

    kotak (square wave), gelombang modifikasi (modified sine wave), dan gelombang

    sinus murni (pure sine wave). Inverter gelombang sinus murni merupakan inverter

    dengan kerja yang sangat baik dikarenakan inverter ini dapat menyerupai

    gelombang keluaran pada PLN dan jika terhubung dibeban induktif berkerja

    dengan baik (Pangabean, Setyawan Arianto, & Alam, 2017).

    Menurut (Akinwole, 2018) Inverter Pure Sine Wave bisa menjalankan

    perangakat elektronik dari beban resistif hingga beban induktif dengan contoh

    berupa lampu pijar,komputer hingga motor-motor yang terdapat pada bidang

    industri dan perumahan dengan kapasitas daya yang bermacam-macam.

  • 2

    1.2 Tujuan

    Adapun tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut :

    1. Rancang bangun inverter pure sine wave satu fasa berkapasitas 500 Watt

    berbasis arduino nano.

    2. Menganalisa efisiensi inverter pure sine wave pada jenis beban resistif dan

    induktif.

    1.3 Batasan Masalah

    Pembatasan masalah dalam hal ini memfokuskan pada rancang bangun

    inverter adalah sebagai berikut :

    1. Sumber masukan inverter menggunakan akumulator 12 Volt.

    2. Arduino Nano digunakan sebagai pengontrolan PWM.

    3. Daya yang dikeluarkan maksimal 500 Watt.

    4. Inverter yang dapat mengeluarkan energi listrik bertegangan 220 Volt dengan

    gelombang sinusoidal murni dan frekuensi 50 Hz.

    1.4 Sistematika Penulisan

    1. PENDAHULUAN

    Pada bab ini dijelaskan mengenai latar belakang, tujuan, dan pembatasan

    masalah.

    2. LANDASAN TEORI

    Pada bab ini dijelaskan tentang teori pendukung yang digunakan untuk

    pembahasan dan cara kerja dari rangkaian dan bahasa program yang digunakan,

    serta karakteristik dari komponen-komponen pendukung.

    3. METODA PENELITIAN

    Pada bab ini akan menjelaskan tentang metode yang digunakan, alat dan

    bahan yang digunakan, serta diagram yang menjelaskan tahap – tahap melakukan

    penelitian dari awal sampai dengan selesai.

  • 3

    4. HASIL DAN PEMBAHASAN

    Pada bab ini akan membahas hasil penelitian yang sudah dilakukan yang

    berupa pengukuran gelombang keluaran arduino dan transformator, efisiensi

    keluaran inverter dan pengukuran lux pada lampu yang berbeda.

    5. KESIMPULAN DAN SARAN

    Dalam bab ini menjelaskan kesimpulan dan saran dari alat ataupun data yang

    dihasilkan dari alat.

  • 35

    DAFTAR PUSTAKA

    Akinwole, O. (2018). Design and Simulation of a 1kVA Arduino Microcontroller

    Based Modified. Electrical & Electronic Systems, 1.

    Ashari, M. (2017). Desain Konverter Elektronika Daya. Bandung:

    INFORMATIKA.

    Aziz, A. (2019). Rancang Bangun Inverter Satu Fasa Berbasis Arduino.

    Surakarta.

    Barrett.F, S. (2013). Arduino Microcontroller Processing for Everyone. Texas:

    Morgan & Claypool.

    Batarseh, I., & Harb, A. (2018). Power Electronic: Circuit Analysis and Design.

    Cham: Springer Nature.

    Chapman, S. j. (2005). Electric Machinery Fundamental. NewYork: Higher

    Education.

    Dinata, C. (2019). Rancang Bangun Inverter Gelombang Sinus Murni Satu Fasa

    Berbasis Arduino. Palembang.

    Djatmiko.W, I. (2010). Elektronika Daya. Yogyakarta.

    Eko Putra, A. (2004). PLC: Konsep Pemograman dan Aplikasi. Yogyakarta:

    Gavamedia.

    Elliott, R. (2014). Inverter AC Power Supplies. Iowa City: Elliott Sound Products.

    Emidiana, & Saputra, F. (2018). PENGUJIAN EFFISIENSI

    TRANSFORMATOR INTI FERRIT DI LABORATORIUM TEKNIK

    ELEKTRO. Ampere, 3(2), 158.

    Hartono BS, S. P. (2017). PENGEMBANGAN KONTROL PENINGKATAN

    DAYA LISTRIK RUMAH TANGGA MENGGUNAKAN ON/OFF

    GRID TIE INVERTER. Jurnal Teknologi Elektro, Universitas Mercu

    Buana, 194.

    Kadir, A. (2018). ARDUINO DAN SENSOR. YOGYAKARTA: ANDI.

  • 36

    Khairul Azmi, I. D. (2017). Desain dan Analisis Inverter Satu Fasa dengan

    Menggunakan Metode SPWM Berbasis Arduino. KITEKTRO: Jurnal

    Online Teknik Elektro, 36.

    Kumar.N, K., D.Vigneswari, & C.Rogith. (2019). An Effective Moisture Control

    based Modern. International Conference on Advanced Computing &

    Communication Systems (ICACCS), 2.

    Maharmi, B. (2017). Perancangan inverter satu fasa lima level modifikasi pulse

    with modulation. Jurnal Teknologi Elektro, Universitas Mercubuana Vol.8

    No.1, 24-31.

    Noorly Evalina, A. A. (2018). Pengaturan Kecepatan Putaran Motor Induksi 3

    Fasa Menggunakan Programmable logic controller. Journal of Electrical

    Technology, Vol. 3, No. 2, 73.

    Pangabean, Y., Setyawan Arianto, F., & Alam, S. (2017). Rancang bangun

    Inverter Satu Fasa Menggunakan Teknik High Voltage PWM (Pulse

    Widht Modulation). Rekayasa dan Teknologi Elektro, 73.

    Park S.J., K. F. (2003). A New Single-Phase Five-Level PWM Inverter

    Employing a Deadbeat Control Scheme. IEEE Transactions on power

    electronics Vol. 18(3), 51-57.

    Platt, C. (2012). Enclyclopedia of Electronic Components. Sebastopol: O`Reilly.

    Pudi, H. (n.d.). ANALOG, DIGITAL AND PULSE MODULATION

    TECHNIQUES: AN OVERVIEW.

    Rao.D, S., Rani.MN, S., Syed, N., & Tummala, K. (2019). Gate Driver Circuit

    Design, PWM signal generation using FEZ. E3S W eb of C onferences, 1.

    STMicroelectronics. (2000). DUAL FULL-BRIDGE DRIVER. Italy: Electronic

    Components Datasheet Search.

    surjono, H. d. (2008). Elektronika Analog. Jember: Cerdas ulet kreatif.

    Tamma, K. P. (2013). Selecting P-Channel MOSFETs for Switching

    Applications. 4.

    Theraja, B. (2002). Textbook Of Electrical Technology. Toronto.

    Zuhal. (1991). Dasar Tenaga Listrik. Bandung: ITB Bandung.