STUDI KOMPARASI UNJUK KERJA INVERTER 12V-DC KE 220 V …

M Luqman, Eka, Sidik, Studi Komparasi Unjuk Kerja, Hal 95-115

95

STUDI KOMPARASI UNJUK KERJA INVERTER 12V-DC KE 220 V-AC YANG ADA

DI PASARAN

Mohammad Luqman1, Eka Mandayatma2, Sidik Nurcahyo3

1,2,3Prodi Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri malang

Abstrak

Penelitan ini merupakan langkah awal penelitian yang berkelanjutan. Hal ini bermula dari banyaknya mahasiswa pada program studi teknik Elektronika baik pada jenjang Diploma-III maupun Diploma-IV yang membuat dan menggunakan inverter dalam tugas akhir/ skripsi mereka. Berdasarkan informasi dan pengamatan yang ada di tengarai mayoritas alat tidak berhasil dan mahasiswa belum memahami baik secara konsep dan desain sistem yang telah di buat. Hal ini disebabkan antara lain karena kurangnya sarana praktikum di bidang elektronika daya khususnya yang berkaitan tentang inverter. Di pihak lain, sistem inverter sangat dibutuhkan sekali dalam sistem elektronika, mulai dari sistem catu daya AC portable, sistem catu daya emergency, sistem catu daya pada energy terbarukan (sistem sel-surya, sistem angin dan lain-lain) serta pada sistem kendali industri.Pada penelitian ini digunakan 4 buah inverter yang dibeli di pasar baik secara langsung maupun secara on-line. Hasil yang didapat ada dua jenis inverter yang ada di pasaran, yaitu pertama : gelombang luaran berbentuk sinusoida yang dimodifikasi (modified sinusoida) dan kedua : gelombang luaran berbentuk sinusoida murni. Kedua jenis ini pada rating daya yang relatif sama mempunyai selisih harga yang signifikan.Tegangan luaran tidak tepat 220 volt tergantung merek inverter dengan Tingkat regulasi tegangan antara 1% hingga 7%, dan yang terbaik adalah inverter dengan merek Souer.Stabilitas frekuensi relatif baik mendekati 50 Hz, dengan toleransi maksimum 0,25%. Stabilitas frekuensi terbaik dimiliki inverter Paco dengan frekuensi 50 Hz.Kata-kata Kunci: Komparasi, inverter, modified sinusoida, amplitudo,

frekuensi

Jurnal ELTEK, Vol 17 No 01, April 2019 ISSN 1693-4024

96

Abstract

This research is the first step of ongoing research. This starts from the number of students in the Electronics Engineering Study Program at both Diploma-III and Diploma-IV levels who make and use inverters in their final project. Based on the information and observations that were found to be the majority of the tools were unsuccessful and the students did not understand both the concept and design of the system that had been made. This is due, among other things, to the lack of practical facilities in the field of power electronics, especially those relating to inverters. On the other hand, inverter systems are very much needed in electronic systems, ranging from portable AC power supply systems, emergency power supply systems, power supply systems to renewable energy (solar cell systems, wind systems, etc.) and to industrial control systems .In this study 4 inverters were purchased in the market either directly or online. The results obtained there are two types of inverters on the market, namely first: output waves in the form of modified sinusoidal (modified sinusoid) and second: external waves in the form of pure sinusoids. Both of these types at relatively similar power ratings have a significant price difference.Output voltage is not exactly 220 volts depending on inverter brands with voltage regulation levels between 1% to 7%, and the best is the inverter with the Souer brand.Relatively good frequency stability approaches 50 Hz, with a maximum tolerance of 0.25%. The best frequency stability is owned by a Paco inverter with a frequency of 50 Hz.Keywords: comparison, inverter, modified sinusoida, amplitude,

frequency.

1. PENDAHULUANFungsi dari teknologi adalah untuk kemudahan, kenyamanan

dan kesenangan manusia, tidak terkecuali teknologi elektronika, yang bentuknya bisa bermacam-macam.Kemajuan teknik elektronika sudah merambah ke segala bidang, mulai dari penggunaan professional sampai dengan peralatan hiburan. Kesemuanya membutuhkan daya listrik, semua perlatan elektronika membutuhkan catu dc, akan tetapi penyedia daya terbesar dan termurah adalah elektronika pasti mempunyai catu AC. Tetapi dalam banyak kasus tidak tersedia catu daya AC, misalnya pada mobil dan sepeda motor, atau pada saat daya listrik


97

PLN padam (dan ini cukup sering terjadi) padahal pada saat tersebut kita sedang bekerja yang membutuhkan catu daya AC, sedang yang tersedia adalah daya DC 12 volt yang ada pada motor atau mobil. Karena melihat kebutuhan yang banyak, maka di pasaran banyak tersedia peralatan untuk memenuhi kebutuhan tersebut dengan spesifikasi dan rentang harga yang bermacam-macam. Akan tetapi sayangnya tidak tersedia keterangan yang memadai tentang unjuk kerja (performance) dari peralatan-peralatan yang dijual tersebut, bahkan beberapa memberikan batasan-batasan yang ketat pada penggunaan alat ini.

Di pihak lain alat ini juga merupakan dasar pada peralatan pengendali mesin-mesin listrik yang dikenal sebagai Variable Speed Drive yang banyak dipergunakan pada dunia industri. Tetapi sampai sejauh ini mahasiswa kurang mengenal dan memahami cara kerja dari alat ini, terutama mengenai alat pengubah dc ke ac yang di kenal sebagai inverter, baik secara teori maupun praktek.

Atas dasar tersebut di atas dengan pertimbangan untuk memberikan informasi kepada masyarakat tentang kualitas dan unjuk kerja inverter yang beredar di masyarakat dan juga sebagai bahan pembelajaran bagi mahasiswa Politeknik Negeri Malang, maka diadakanlah penelitian ini.

2. TINJAUAN PUSTAKAPenelitian mengenai inverter ini diantaranya adalah dilakukan

Inverter 12v Dc Ke 220 V AC dengan frekuensi 50 Hz dan

rancang bangun sebuah inverter dengan keluaran berupa gelombang sinusoida 50 Hz dengan tegangan 220V ac dengan IC NE555 sebagai pembangkit frekuensi dan transistor 2N3055A sebagai transistor switching. Hasil yang diperoleh adalah berupa tegangan sinusoida dengan nilai sebesar 28,2 Vrms (80 Vpp) dengan arus sebesar 0,20 A.

Penelitian berikut dilakukan oleh Eko Aptono Tri Yuwono dkk

engan


98

effisiensi sekitar 37%, besaran tegangan dan arus tidak di perlihatkan.

Penelitian berikutnya dilakukan oleh Dian Sarita Widaringtyas -220V AC

Berbasis Tenaga Surya Untuk Aplikasi Single Point Smart GriHasil yang diperoleh adalah tegangan sinusoida tidak sempurna sebesar 95,5 V dengan arus maks 0,35A.

Penelitian berikutnya dilakukan oleh Jim Doucet, Dan

tegangan sinusoida dengan nilai 14 Vpp dari yang direncanakan sebesar 120Vrms.

2.1. InverterInverter adalah perangkat elektronika yang berfungsi mengubah

tegangan dan arus searah (DC = Direct Current) menjadi tegangan dan arus bolak-balik (AC = Alternating Current). Sumber arus DC bisa berasal dari sistem panel surya ataupun dari baterai/ accumulaor.

Secara umum yang disebut arus bolak-balik adalah tegangan jala-jala, yang di indonesia adalah listrik yang berasal dari jaringan PLN. Bentuk dari tegangan ac ini adalah sinusoida murni dengan frekuensi 50 Hz pada tegangan 220 V. Bentuk tegangan AC yang dihasilkan oleh inverter secara umum ada dua jenis, yaitu sinusoida dan tegangan kotak.

Ditinjau dari bentuk daya luarannya, maka inverter di bagi menjadi 3 jenis, yaitu :Square Sine Wave Inverter : pada jenis ini tegangan luarannya berbentuk kotak yang simeteri terhadap tanah (ground). Bentuk ini sangat tidak cocok untuk beban-beban yang bersifat induktif semisal mesin-mesin listrik.Modified Sine Wave Inverter : pada jenis ini tegangan luarannya berbentuk kotak yang telah dimodifikasi, dimana antara bagian tegangan kotak positip dan kotak negatip diberi jeda waktu tertentu. Bentuk luaran ini sudah bisa digunakan pada beban induktif/ kumparan tetapi dengan kerugian daya yang besar.


99

Pure Sine Wave Inverter: pada jenis ini tegangan luarannya berbentuk Sinusoida murni seperti yang dihasilkan oleh tegangan jala-jala PLN.

GAMBAR 1 BENTUK DAYA LUARAN INVERTER

Inverter bekerja dengan cara memotong-motong tegangan DC dengan sebuah saklar, kemudian tegangan tersebut di umpankan ke transformator dengan CT (Cernter Tap) secara bergantian. Maka pada output akan dihasilkan tegangan ac seperti terlihat pada Gambar 2.2.


100

GAMBAR 2 PRINSIP DASAR INVERTER

2.2. Tegangan Arus Bolak-balikTegangan listrik yang dipahami oleh masyarakat umum

adalah tegangan RMS, yaitu tegangan yang terbaca pada panel-panel listrik jala-jala (PLN) atau tegangan yang terbaca saat mengukur tegangan dengan menggunakan multimeter.

Tegangan ini umumnya adalah tegangan bolak-balik (AC = Alternating Current) yang berbentuk sinusoida. Disebut bolak-balik karena besaran tegangan tersebut selalu berubah dari nilai positif ke nilai negatif dan sebaliknya dan berlangsung secara kontinu seperti terlihat pada gambar 2.3.

Untuk menyatakan besaran tegangan bolak balik ada tiga macam, yaitu:

Tegangan puncak (Peak Voltage = VP) disebut juga tegangan maksimum (Vmax), Tegangan Puncak adalah tegangan maksimum atau tegangan sesaat yang tertinggi yang di ukur dari titik nol atau ground.

Tegangan rata-rata (Vav) . Bentuk dan nilai antara tegangan positip dan tegangan negatip pada tegangan bolak-balik adalah sama hanya berbeda polaritas, sehingga kalau di jumlah langsung kemudian di rata-ratakan maka akan di dapat nilai = nol, artinya tegangan rata-rata suatu tegangan bolak-balik adalah nol.

Tegangan RMS (VRMS = Root Mean Square) atau di sebut juga tegangan effektif (VEf). Untuk selanjutnya jika menyebut besaran tegangan maka yang

dimaksud adalah tegangan RMS, kecuali disebutkan lain.


101

GAMBAR 3 BENTUK GELOMBANG SINUSOIDA

Tegangan RMS adalah merupakan tenaga yang di rasakan oleh beban yang ekivalen dengan tegangan DC yang sama. Nilai tegangan ini adalah merupakan nilai rata-rata sesudah gelombang sinus tersebut si kuadratkan untuk mendapatkan nilai positip semua sinyal dan terakhir di akarkan, atau secara matematis di rumuskan sebagai :

(1)

Yang nilainya sama dengan :

(2)

Vrms = 0,707.Vmax

Cara untuk menghitung tegangan RMS dari bentuk gelombang sinusoidal atau gelombang kompleks dapat ditentukan dengan dua metode dasar.

Metode Grafis - digunakan untuk menemukan nilai RMS dari setiap bentuk gelombang variasi waktu non-sinusoidal dengan menggambar sejumlah koordinat pada bentuk gelombang.

Metode Analitis - adalah prosedur matematis untuk menghitung nilai efektif atau RMS dari tegangan periodik menggunakan kalkulus.

Metoda GrafisPada bentuk gelombang yang ada, maka diambil nilai sesaat

untuk tiap-tiap interval waktu. Misalnya pada bentuk gelombang sinusoida, karena bentuknya yang berulang secara seragam, maka


102

diambil hanya satu perioda saja, dan karena bentuk gelombang pada siklus positif dan siklus negatif adalah sama, maka hanya diambil setengah gelombang saja, seperti terlihat pada gambar 4.

Semakin banyak nilai sesaat yang digunakan maka akan memberikan hasil akhir yang lebih akurat. Kemudian nilai sesaat ini akan dijumlahkan, atau jika melibatkan nilai negatif akan di kuadratkan (dikalikan dengan dirinya sendiri) untuk menghilangkan nilai negatif dan dijumlahkan. Kemudian nilai ini akan dibagi dengan banyaknya nilai sesaat yang digunakan, dan akan diambil nilai akar kuadrat nya jika melibatkan nilai sesaat negatif.

GAMBAR 4 NILAI SESAAT PADA GELOMBANG SINUSOIDA

Sebagai contoh pada Gambar 4, maka pada sinyal tersebut diambil 12 nilai sesaat yang tersebar secara merata pada seluruh gelombang, setiap sinyal menempati sudut dengan kelipatan 1800/12, dan masing-masing bernilai V1 sd V12. Maka tegangan efektif akan dirumuskan sebagai :

(3)

Metoda AnalitisUntuk tegangan dengan bentuk gelombang sinusoidal murni,

maka nilai tegangan effektif dapat di hitung dengan menggunakan cara analisis atau matematis.

Sebuah tegangan sinusoidal periodik adalah konstan dan dapat


103

Kemudian kita bisa menghitung nilai rata-rata root-mean-square (rms) dari tegangan sinusoidal ( V(t) ) dengan Rumus:

(4)

dengan batas integrasi dari 0 sampai 360o, akan didapatkan:

(5)

menjadi:

(6)

Rumus ini hanya berlaku untuk gelombang berbentuk sinusoida, untuk bentuk gelombang yang lain (non Sinusoida),metoda grafis harus digunakan.

Inverter dengan metoda jembatan penuh (Single Phase Full Bridge). Salah satu cara untuk membangkitkan gelombang ac adalah dengan metoda jembatan penuh, yang rangkaian ekivalen saklar terlihat pada gambar 2.5.

GAMBAR 5 RANGKAIAN JEMBATAN PENUH

Pada rangkaian tersebut yang bertindak sebagai saklar adalah transistor MOSFET, yang pemicuannya dilakukan dan di kendalikan oleh rangkaian PWM (Pulse Wide Modulation). Cara kerja rangkaian tersebut seperti terlihat pada Tabel 1.


104

TABEL 1 KONDISI SAKLAR PADA KERJA INVERTER

Jika saklar SW1 dan SW2 bekerja maka daya yang dihasilkan akan berupa daya positip, seperti terlihat pada Gambar 6a.

GAMBAR 6A SW1 DAN SW2 ON, DAYA OUTPUT POSITIF

Jika saklar SW1 dan SW3 bekerja maka daya yang dihasilkan akan berupa tegangan nol, seperti terlihat pada Gambar 6b.

GAMBAR 6B SW1 DAN SW3 ON, DAYA OUTPUT NOL

Jika saklar SW3 dan SW4 bekerja maka daya yang dihasilkan akan berupa daya negatip, seperti terlihat pada Gambar 6c.

GAMBAR 6C SW1 DAN SW3 ON, DAYA OUTPUT NEGATIF

VSSumber

SW1 SW3

0 VOLT

0Output


105

Jika saklar SW2 dan SW3 bekerja maka daya yang dihasilkan akan Nol, seperti terlihat pada Gambar 6d.

GAMBAR 6D SW4 DAN SW3 ON, DAYA OUTPUT NOL

Jika hasil luaran proses pada Gambar 6a sampai dengan 6d digabungkan maka hasilnya adalh gelombang/daya AC dengan bentuk modified Sinusoida seperti pada Gambar 2.

3. METODE3.1. Perangkat Hardware yang tersedia

Ada empat unit inverter yang diadakan untuk penelitian ini, yang di peroleh dari pengadaan dari toko elektronik dan pembelian secara on-line, unit-unit tersebut adalah:

1. TaffWare Car Inverter, dengan template 12Vdc to 220Vac, 150W.

GAMBAR 7 TAFF-WARE CAR INVERTER 150W


106

2. Paco Power Inverter, dengan template 12Vdc to 220Vac, 300W.

GAMBAR 8 PACO 300WATT POWER INVERTER

3. Sunpro Power Inverter, dengan template 12Vdc to 220Vac, 1000W.

GAMBAR 9 SUNPRO 1000WATT POWER INVERTER

4. Suoer FPC-500A, Pure Sine Wave Inverter 500W.

GAMBAR 10 SUOER FPC-500A 500WATT POWER INVERTER


107

3.2. Pengambilan DataRangkaian percobaan untuk pengambilan data Spesifikasi di

perlihatkan pada Gambar 11 dan peralatan atau instrumen yang di gunakan untuk percobaan ini terlihat dalam Tabel 2 sbb :

GAMBAR 11 SKEMA RANGKAIAN PENGAMBILAN DATA

TABEL 2 ALAT DAN INSTRUMEN YANG DI GUNAKAN

3.3. Tampak Dalam Rangkaian InverterPada bagian ini akan dilihat rangkaian dalam/ tampak dalam

peralatan inverter yang sedang di teliti. Hal ini untuk melihat kompleksitas rangkaian inverter yang ada di pasaran. Metode yang dipakai adalah membuka casing/ wadah/ tutup uah inverter, yaitu Paco 300 Watt Power Inverter, SunPro Power Inverter 1000W dan 4 dan Suoer FPC-500A Pure Sine Wave Inverter 500W.

Rangkaian dalam Paco 300 Watt Power Inverter terdiri dari satu buah transformator, empat buah transistor daya dan rangkaian kontrol, seperti terlihat pada Gambar 12.


108

GAMBAR 12 TAMPAK DALAM PACO 300 WATT POWER INVERTER

Rangkaian dalam SunPro Power Inverter 1000W terdiri dari dua buah transformator, sebelas (11) buah transistor daya dan rangkaian kontrol, seperti terlihat pada Gambar 13.

Sedangkan Rangkaian pada Suoer FPC-500A Pure Sine Wave Inverter 500W terdiri dari dua buah transformator, delapan buah transistor daya yang empat bauah diantaranya di pasang pada heat-sink (penyerap panas) yang relatif besar dan rangkaian kontrol, seperti terlihat pada Gambar 14.

GAMBAR 13 TAMPAK DALAM SUNPRO POWER INVERTER 1000W


109

GAMBAR 14 TAMPAK DALAM SUOER FPC-500A, PURE SINE WAVE INVERTER

500W

4. HASIL DAN PEMBAHASAN4.1. Data Hasil Percobaan

Setelah diadakan percobaan dan pengukuran maka didapatkan hasil seperti terlihat pada Tabel 3 sampai dengan Tabel 6.

TABEL 3 HASIL PERCOBAAN DENGAN INVERTER PACO

TABEL 4 HASIL PERCOBAAN DENGAN TAFFWARE CAR INVERTER


110

TABEL 5 HASIL PERCOBAAN DENGAN SUNPRO POWER INVERTER 1000W

TABEL 6 HASIL PERCOBAAN DENGAN SUOER FPC-500A, PURE SINE WAVE

INVERTER 500W

Pada Inverter TaffWare, inverter Paco dan inverter Sunpro bentuk luarannya berupa sinyal Modified Sine Wave atau gelombang sinusoida yang di modifikasi dan bentuknya terlihat pada Gambar 15.

GAMBAR 15 KELUARAN GELOMBANG SINUS YANG DI MODIFIKASI


111

Jika daya yang di keluarkan meningkat, maka tegangan puncak akan menurun tetapi nilai duty Cycle akan meningkat. Sedangkan pada inverter Souer bentuk luarannya berupa gelombang sinusoida murni seperti terlihat pada Gambar 16.

GAMBAR 16 BENTUK TEGANGAN SINUSOIDA PADA INVERTER SUOER FPC-500A

4.2. Analisa Data dan PembahasanDari ke empat macam inverter yang telah di coba maka tiga

seperti terlihat pada Gambar 15 dengan spesifikasi tegangan puncak Vp, frekuensi dan duty Cycle masing-masing berbeda, dan satu buah inverter mempunyai luaran berbentuk sinusoida murni.

Sebagai cantoh akan dianalisa salah satu data hasil dari inverter Sunpro. Pengukuran waktu menggunakan osiloskop pada

17 dengan parameter seperti terlihat pada Gambar 16 dan hasilnya terlihat pada Tabel 7.


112

GAMBAR 17 PENGUKURAN PANJANG GELOMBANG PENUH (PERIODE)

TABEL 7 LUARAN INVERTER SUNPRO POWER INVERTER 1000W

Apabila data pada Tabel 3 tersebut di analisa untuk melihat dan mengamati bentuk gelombang luaran yang dihasilkan dan kemudian menghitung tegangan Rms yang sesuai dan membandingkan dengan hasil pengukuran oleh multimeter, maka hasilnya seperti terlihat pada Tabel 4.

Dari hasil pengukuran dengan multimeter (Vrms.) dan perhitungan dengan memakai betuk gelombang dari hasil pengukuran pada osiloskop (Vp, Ton, Toff, Duty Cyle) menunjukkan bentuk hasil yang sesuai mempunyai bentukn yang sama tetapi dengan nilai besaran yang berbeda, hal ini berarti bahwa hasil pengukuran memberikan hasil yang benar tetapi kedua alat ukur tersebut memiliki kalibrasi yang berbeda hal ini ditunjukkan dengan adanya selisih berupa OFFSET sebesar (-8%) s/d (-10%).


113

Dari hasil tersebut jika dibandingkan dalam bentuk kurva yang di peroleh, akan memberikan hasil kurva yang identik, hal ini menandakan bahwa hasil pengukuran tersebut adalah benar.

GAMBAR 18 GRAFIK TEGANGAN LUARAN INVERTER SUNPRO POWER INVERTER

1000W

GAMBAR 19 GRAFIK TEGANGAN LUARAN INVERTER PACO 300WATT POWER

INVERTER

GAMBAR 20 GRAFIK TEGANGAN LUARAN INVERTER TAFFWARE CAR INVERTER

150W


114

GAMBAR 21 GRAFIK TEGANGAN LUARAN INVERTER SUOER FPC-500A, PURE SINE

WAVE INVERTER 500W

Dari hasil percobaan di atas dapat disampaikan bahwa inverter yang beredar di pasaran di tinjau dari bentuk luarannya terdiri dari dua jenis, yang pertama adalah inverter dengan luaran berbentuk

dengan gelombang luaran berbentuk sinusoida murni. Kedua inverter ini memiliki perbedaan harga yang relatif sangat besar sampai dengan 900%.

Dari gambar 18 sampai dengan Gambar 21 serta dari Tabel 7bisa di ringkas seperti terlihat pada Tabel 8 berikut:

TABEL 8 RINGKASAN UNJUK KERJA INVERTER OBJEK

5. PENUTUPDari penelitian dan pembahasan yang sudah dilakukan, maka

dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:1) Inverter yang ada di pasaran Indonesia mempunyai dua macam

bentuk gelombang luaran, yaitu gelombang sinusoida dan gelombang modified sinusoida.


115

2) Level tegangan tidak pernah tepat 220 volt, ada yang dibawah dan ada yang diatasnya, tergantung merek inverter.

3) Regulasi beban sangat tergantung pada merek inverter, ada yang meningkat seiring meningkatnya beban dan ada yang menurun.

4) Tingkat regulasi tegangan antara 1% hingga 7%, dan yang terbaik adalah inverter dengan merek Souer.

5) Stabilitas frekuensi relatif baik dan nilainya relatif mendekati 50 Hz, dengan toleransi maksimum 0,25%. Stabilitas frekuensi terbaik dimiliki inverter Paco dengan frekuensi 50 Hz.

6) Secara dimensi dan jumlah komponen antara inverter sinus murni dan sinus modifikasi relatif sama, tetapi sangat jauh perbedaan.

DAFTAR PUSTAKA[1]

V AC dengan frekuensi 50 Hz dan Gelombang Keluaran

[2]Tipe Jembatan Satu Fasa Tiga Tingkat Dengan

[3] -220V AC Berbasis Tenaga Surya Untuk Aplikasi Single Point

[4] Jim Doucet, Dan Eggleston, Jeremy Shaw dengan judul

.

STUDI KOMPARASI UNJUK KERJA INVERTER 12V-DC KE 220 V …

Documents

Transcript of STUDI KOMPARASI UNJUK KERJA INVERTER 12V-DC KE 220 V …