8
Jumal Teknik Energi, Vol 4 No-2 Oktober 2014 ISSN: 2089 - 2527 KARAKTERISTIK PEIIINGKATAN PENGUATAN TEGANGAIY IITVERIER Pw|t{ NATUNAL,9{MPIED SATU-T'ASA ABSTRAK Tulison ini membahas tentang karalaeristik peningkatan penguaran (gain) tegangan u tuL brverter solu-fasa setengahjembstan yang kendali penyaHorawrya mengguna*an teloik PWM naturi sanpled- Karalderistik gain tegangan irwerter ini diperoleh dengan cara mengatur indels ,nodulasi yang nerupakln perbandingan antara amplitudo sfityal referensi sinusoidal ilan amplitudo s qml canier segingo dari ihik pwM natur-al sampled yang digunakan. Hasil penguiian dan simulasi memmjul:kat bahwa seiara unum gain tegangan iwerter fupat ditingkatktn dengot cara meninglatkan indeks modtiasi. Gain tegangan fioerter meningkar secara linier seiring meningkatt4a itdeks modulasi dalam rentang 0 - 1. Namun tmnk indeks modulasi leiih besar daripada satu, dimano inverler bekerja pada daerah overmodulasi, peningkatan gain tegangqn tidat terjadi se"oro iiri"r- t1lih iayh hasil simdasi iuga menuniukkan fultwa secara umum peningkttai gain tegngan bperter akan diikllli oleh meningtafirya kandungan harmonisa arus keluoran. Khususr4a saat invertei beke1a pada doerah overmodulasi, kan&organ harmonisa arus kcluarannya meningkm tajam- Kata *unci: indeks fuulasi, iwefier satu-fasa, penguatan teganga4 tebtik pWM nawol sampled- inverter dapat dikendalikan masing- masing melalui pengendalian lebar pulsa penyaklaran dan frekuensi sinyal referensi serta frekuensi snyal carrier f2),l6). Pengendalian lebar pulsa penyaklaran dapat dilahkan dengan mengatur amplitudo sinyal referensi sinusoirlal. Semakin besar amplitudo sinyal referensi, semakin lebar pulsa-pulsa penyaklaran yang dihasilkan dan semakin besar pula magnitudo tegangan keluaran inverter. Inverter disebut mengalami peningkatan gain legangadrt. Amplitudo sinyal referensi dapat diatur nilainya dari nol sampai sama dengan atau lebih besar daripada amplitudo sinyal carrier. Apabila amplitudo sinyal referensi lebih besar daripada amplitudo sinyal carrier maka beberapa bagian sinyal carrier tidak akan berpotongan dengan sinyal referensi sehingga beberapa pulsa penyaklaran yang dihasilkan merupakan pulsa penyaklaran yang tak-termodulasi. Dalam kondisi ini inverter disebut bekerja pada daerah overmodulasi. Lebih lanju! bila amplitudo sinyal referensi sangat besar sehingga tidak ada bagian sinyal carrier yang berpotongan dengan sinyal referensi kecuali pada titik nol (zero crossing) maka 336 I M. W. Kastawanr, M. R. Suradi{at. rDepartemen Teknik Konversi Energi, Politeknik Negeri Bandung Jl. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Kotak Pos 1234, Bandung, Jawa Barat e-mail: [email protected], mrsuradirj [email protected] PENDAHULUAI{ Inverter merupakan perangkat daya listrik yang memiliki fungsi dasar untuk mengonversi daya arus searah (dc, direct current) menjadi daya arus bolak-balik (ac, alternating c rrern) melalui proses penyaklaran terhadap saklar-saklar statis semikondutlornya. Umumnya proses penyaklaran inverter ini dilakukan melalui teknik yang dikenal sebagai modulasi lebar ptlsm, Qtulse width modulation, disingkat PWM). Secara prinsip, teknik PWM merupakan srurtu cara untuk membangkitkan deretan pulsa-pulsa yang akan digunakan untuk mengendalikan proses penyaklaran (ON-OF'F) saklar- saklar statis inverter [2], [3]. Di antara berbagai macam teknik PWM yang telah dikembangkan, teknik PINNI natural sampled adalah yang cukup populer penggunaannya. Pada teknik PWM natural sampled ini, pulsa-pulsa penyaklaran inverter diperoleh melalui perbandingan/perpotongan langsu[g dua buah sinyal yaitu sinyal referensi sinusoidal frekuensi rendah dengan sinyal carrier segitiga frekuensi tinggi. Magnitudo dan frekuensi tegangan keluaran serta frekuensi penyaklaran i

PENGUATAN TEGANGAIY IITVERIER Pw|t{

  • Upload
    others

  • View
    0

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Jumal Teknik Energi, Vol 4 No-2 Oktober 2014 ISSN: 2089 - 2527

KARAKTERISTIK PEIIINGKATAN PENGUATAN TEGANGAIY IITVERIERPw|t{ NATUNAL,9{MPIED SATU-T'ASA

ABSTRAKTulison ini membahas tentang karalaeristik peningkatan penguaran (gain) tegangan u tuL brverter solu-fasasetengahjembstan yang kendali penyaHorawrya mengguna*an teloik PWM naturi sanpled- Karalderistik gaintegangan irwerter ini diperoleh dengan cara mengatur indels ,nodulasi yang nerupakln perbandingan antaraamplitudo sfityal referensi sinusoidal ilan amplitudo s qml canier segingo dari ihik pwM natur-al sampledyang digunakan. Hasil penguiian dan simulasi memmjul:kat bahwa seiara unum gain tegangan iwerter fupatditingkatktn dengot cara meninglatkan indeks modtiasi. Gain tegangan fioerter meningkar secara linierseiring meningkatt4a itdeks modulasi dalam rentang 0 - 1. Namun tmnk indeks modulasi leiih besar daripadasatu, dimano inverler bekerja pada daerah overmodulasi, peningkatan gain tegangqn tidat terjadi se"oro iiri"r-t1lih iayh hasil simdasi iuga menuniukkan fultwa secara umum peningkttai gain tegngan bperter akandiikllli oleh meningtafirya kandungan harmonisa arus keluoran. Khususr4a saat invertei beke1a pada doerahovermodulasi, kan&organ harmonisa arus kcluarannya meningkm tajam-

Kata *unci: indeks fuulasi, iwefier satu-fasa, penguatan teganga4 tebtik pWM nawol sampled-

inverter dapat dikendalikan masing-masing melalui pengendalian lebar pulsapenyaklaran dan frekuensi sinyal referensiserta frekuensi snyal carrier f2),l6).

Pengendalian lebar pulsapenyaklaran dapat dilahkan denganmengatur amplitudo sinyal referensisinusoirlal. Semakin besar amplitudosinyal referensi, semakin lebar pulsa-pulsapenyaklaran yang dihasilkan dan semakinbesar pula magnitudo tegangan keluaraninverter. Inverter disebut mengalamipeningkatan gain legangadrt. Amplitudosinyal referensi dapat diatur nilainya darinol sampai sama dengan atau lebih besardaripada amplitudo sinyal carrier. Apabilaamplitudo sinyal referensi lebih besardaripada amplitudo sinyal carrier makabeberapa bagian sinyal carrier tidak akanberpotongan dengan sinyal referensisehingga beberapa pulsa penyaklaran yangdihasilkan merupakan pulsa penyaklaranyang tak-termodulasi. Dalam kondisi iniinverter disebut bekerja pada daerahovermodulasi. Lebih lanju! bila amplitudosinyal referensi sangat besar sehinggatidak ada bagian sinyal carrier yangberpotongan dengan sinyal referensikecuali pada titik nol (zero crossing) maka

336

I M. W. Kastawanr, M. R. Suradi{at.rDepartemen Teknik Konversi Energi, Politeknik Negeri Bandung

Jl. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Kotak Pos 1234, Bandung, Jawa Barate-mail: [email protected], mrsuradirj [email protected]

PENDAHULUAI{Inverter merupakan perangkat daya

listrik yang memiliki fungsi dasar untukmengonversi daya arus searah (dc, directcurrent) menjadi daya arus bolak-balik (ac,alternating c rrern) melalui prosespenyaklaran terhadap saklar-saklar statissemikondutlornya. Umumnya prosespenyaklaran inverter ini dilakukan melaluiteknik yang dikenal sebagai modulasi lebarptlsm, Qtulse width modulation, disingkatPWM). Secara prinsip, teknik PWMmerupakan srurtu cara untukmembangkitkan deretan pulsa-pulsa yangakan digunakan untuk mengendalikanproses penyaklaran (ON-OF'F) saklar-saklar statis inverter [2], [3].

Di antara berbagai macam teknikPWM yang telah dikembangkan, teknikPINNI natural sampled adalah yang cukuppopuler penggunaannya. Pada teknikPWM natural sampled ini, pulsa-pulsapenyaklaran inverter diperoleh melaluiperbandingan/perpotongan langsu[g duabuah sinyal yaitu sinyal referensisinusoidal frekuensi rendah dengan sinyalcarrier segitiga frekuensi tinggi.Magnitudo dan frekuensi tegangankeluaran serta frekuensi penyaklaran

i

Jumal Teknik Energi, Vol 4 No.2 Olcober 2014

akan dihasilkan pola penyaklaran sinyalpersegi (square paye). Meskipun inverteryang dioperasikan pada daerahovermodulasi akan memiliki gaintegangan yang lebih besar daripadainverter yang dioperasikan pada daerahtermodulasi namun kandungan harrnonisaarus keluararurya akan lebih tinggi t2l, t3l.

Inverter ditinjau dari strukturdasamya dapat digolongkan mdadiinverter satu-fasa setengah jembatan (lzafbridge) dan inverter satu-fasa jembatanpemfi (full bridge). Inverter satu-fasasetengah jembatan menggunakan dua buahsaklar statis untuk menghasilkan teganeankeluaran dengan dua level nilai yaitupositifdan negatif. Sementara itu, invertersatu-fasa jembatan penuh menggunakanempat buah saklar statis untukmenghasilkan tegangan keluaran dengantiga level nilai yaitu positif, nol dannegatif. Jika ditidau dari kandunganharmonisa arus keluarannya, inverter yangmemiliki tiga level nilai tegangan keluaranakan memiliki kualitas yang lebih baik.Namun, penggunaan saklar statis yanglebih banyak akan membuat kendalipenyaklararurya menjadi lebih susahterlebih jika struktumya dikembangkanlebih lanjut menjadi inverter multifasa ataumultilevel [2], [7].

Dalam tulisan ini akan dibahaskarakteristik peningkatan gain tegarrgar.untuk inverter satu-fasa setengah jembatanyang penyaklarannya menggunakan teknikPWM natural sampled. Perubahan garztegangan inverter diamati berdasarkanperubahan indeks modulasi (denganmengatur amplitudo sinyal referensi)untuk daerah kerja linier/termodulasi sertadaerah kerja overmodulasi. Selain itudiamati pula perubahan kandunganharmonisa arus keluaran inverterberdasarkan perubahan indeks modulasitersebut. Selanjutnya, untuk memb€rikanuraian yang terstruktur dan sistematismaka setelah uraian dalam seksipendahuluan ini akan diikuti oleh uraiansingkat namun jelas mengenai inverterPWM natural sampled satu-fasa pada

ISSN: 2089 - 2527

seksi kedua, uraian tentang hasil pengujiandan simulasi 'tnverler PWM nanrals ampled satu-fasa berikut pembahasannyapada seksi ketiga serta kesimpulan yangdiberikan pada seksi keempat dari tulisanrnt.

IATVERTERPWM NATARALSAMPLEDSATU-FASA

Terdapat dua struknr dasarinverter yaitu inverter satu-fasa setengahjembatan dan inverter satu-fasa jembatanpenuh. Inverter satu-fasa setengahjembatan memiliki strukw sepertiditunjukkan oleh Gambar II.l (a).

F* DI s,

q su

0

F42

G)

"I1

D, sr

qEt2

(b)Gambar l. (a) Inverter satu-fasa setengahjembatan @) Inverter tiga-fasa setengah

jembatan [4], [5].

Inverter ini memiliki pola penyaklaransebagai berikut:o Jika saklar Sr dalam kondisi ON dan

saklar Sz OFF maka inverter akanmenghasilkan tegangan keluaran 7oo =Ea

2'r Jika saklar Sr dalam kondisi OFF dan

saklar Sz ON maka inverter akanmenghasilkan tegangan keluaran y., =

E4

2Jadi, inverter satu-fasa setengah jembatanhanya akan menghasilkan tegangarkeluaran dengan dua level nilai yaitu lfda;r -E+. Struktur dasar inverter satu-fasa

)37

SI

Jumal Teknik Energi, Vol 4 No.2 Oktober 20 I 4

setengah jembatan ini dapat dikembangkanlebih lanjut, misalnya menjadi invertertiga-fasa setensah jembatan sepertiditunjukkan oleh Gambar I (b). Gambar 2di bawah menampilkan ilustrasigelombang tegangan keluaran invertersatu-fasa setengah jembatan untuk kondisisetengah periode ON dan setengah periodeOFF, yang lazim dikenal sebagaigelombang tegangan keluaran persegi.

Gambar 2. Gelombang tegangan keluaranpersegi inverter satu-fasa setengah

jembatan .

Struktur dasar satu-fasa jembatanpenuh memiliki dua buah lengan denganempat buah saklar statis, dua saklar statispada masing-masing lengan, sepertiditunjukkan oleh Gambar 3 (a). Polapenyaklarannya adalah sebagai berikut:o Pada saat saklar Sr dan Sa ON sementara

Sz dan S: OFF maka inverter akanmenghasilkan tegangan keluaran 7o6 =Ed.

o Sebaliknya, pada saat saklar Sz dan S:ON sementara Sr dan Sr OFF makainverter akan menghasi lkan tegangankeluaran Voo = -Ea.

o Pada saat Sr dan S: ON sementara Szdan Sr OFF atau Sr dan S: OFFsementara Sz dan Sa ON makadihasilkan tegangan keluaran Vao = 0.

Jadi, inverter satu-fasa jembatan penuhakan menghasilkan tiga level nilaitegangan keluaran yaitu -Er, 0, dan Ea.Struktur dasar inverter satu-fasa jembatanpenuh ini juga dapat dikembangkan lebihlanjut menjadi inverter tiga-fasa jembatanpenuh seperti ditunjukkan oleh Gambar 3(b). Dapat dilihat bahwa inverter tiga-fasajembatan penuh ini memiliki total duabelas saklar statis, dua kali lipat jumlahsaklar statis inverter tiga-fasa setengahjembatan. Adapun Gambar 4 menampilkan

ISSN: 2089 - 2527

gelombang tegangan keluaran persegi dariinverter satu-fasa j embatan penuh ini.

w D3 Sr

S.t b

D.E4lz

(a)

]a,

a

-4 tSh sr

B.ban

s$ s-

Bch.n

skLB.b.r

Sa S. Szi Ss st S&

(b)Gambar 3. (a) Inverter satu-fasajembatan

penuh @) Inverter tiga-fasa jembatanpenuh [4], [s].

Edt2

a

Gambar 4. Gelombang teganean keluaranpersegi inverter satu-fasa jembatan penuh.

Berdasarkan uraian di atas dapatdilihat bahwa masing-masing strul<hrinverter memiliki kelebihan dankekurangan. Pada strukhrr invertersetengah jembatan, unhrk memperolehtegangan keluaran satu-fasa hanyadibutuhkan satu lengan dengan dua buahsaklar statis saja. Akan tetapi struktur inihanya mampu menghasilkan dua levelnilai tegangan keluaran saja. Adapun padastruktur inverter jembatan penuh, untukmemperoleh tegangan keluaran satu-fasadibutuhkan dua buah lengan dengan empatbuah saklar statis. Namun tegangankeluaran yang dihasilkan memiliki tigalevel nilai. Lebih lanju! jika dilakukanperbandingan dari sisi penyaklarannyamaka inverter jembatan penuh akanmemerlukan rangkaian penyaklaran yang

Dt sr

I T

TIEII-

338

Eda

t

l

Jumai Teknik Energi, Vol 4 No.2 Oktober 2014

lebih kompleks daripada inverter setengahjembatan. Terlebih untuk inverterjembatan penuh multifasa ataupmmultilevel.

Gelombang tegangan keluaranpersegi yang ditunjukkan oleh Gambar 2dan Gambar 4 diperoleh dengan caramengoperasikan saklar-saklar statisinverter ON dan OFF masing-masingsekali selama setensah periode.Gelombang tegangan keluaran yangdihasilkan dikenal sebagai gelombangyang tak-termodulasi. Secara prinsip,saklar statis inverter dapat dioperasikanON dan OFF beberapa kali selamasetengah periode pertama dan setengahperiode berikutnya sehingga menghasilkangelombang tegangan keluaran termodulasiseperti ditunjukkan oleh Gambar 5. Teknikyang lazim digunakan untuk menghasilkantegangan keluaran inverter termodulasi inidikenal sebagai teknik modulasi lebarptlsa Qrulse width modulatioz, disingkatPWM). Terdapat berbagai macam teknikPWM yang telah dikembangkan, salah satudiantaranya yang cukup populer adalah

sampled.

(a)

ISSN: 2089 - 2527

buah sinyal yang disebut sebagai sinyalreferensi dan sinyal carrier. lJmumnyastnyal catier merupakan sinyal segitigatekuensi tinggi sementara sinyal referensimerupakan sinyal sinusoidal frekuensirendah, seperti ditmjukkan oleh Gambar6. Frekuensi dari sinyal referensisinusoidal yang digunakan akanmenentukan frekuensi dasar/fundamentaldari tegangan keluaran inverter sementarafrekuensi dari sinyal canier segitiga akanmenentukan frekuensi penyaklaraninverter. Lebar dari pulsa-pulsapenyaklaran yang dihasilkan dapat diaturmelalui pengaturan amplitudo sinyalreferensi sinusoidal yang digunakan.Semakin besar amplitudo sinyal referensiakan menghasilkan pulsa penyaklaranyang semakin lebar. Perbandingan antaraamplitudo sinyal referensi sinusoidal,Ar"y, detgan amplitudo sityal caniersegitigA .r4"o", dikenal sebagai indeksmodulasi yang disimbolkan dengan k dandirumuskan oleh persamaan berikut ini:

kArcf (l)

?t

7t

-u

u,O

r.a

-t

Gambar 5. Gelombang tegangan keluarantermodulasi (a) inverter satu-fasa setengahjembatan (b) inverter satu-fasa jembatan

penuh [a], [s].

Gambar 6. Telrmik PWM Natural Sampled

Teknik PWM natural sampledpada dasarnya merupakan suatu cara untukmenghasilkan pulsa-pulsa penyaklaraninverter melaluiperbandingan/perpotongan langsung dua

Dengan mengatur nilai amplitudo sinyalreferensi dari nol hingga sama denganamplitudo srnyal carrier akan diperolehnilai indeks modulasi dari 0 (minimum)sampai dengan I . Indeks modulasi dari 0 -I merupakan daerah ke{a linier dimanategangan keluaran yang dihasilkan inverter

ilil

339

teknrkPWM natural

(b)

I

Jumal Teknik Energi, Vol 4 No.2 Oktober 20 I 4

adalah berbanding lurus terhadap indeksmodulasi. Jika amplitudo sinyal referensilebih besar daripada amplitudo sinyalcarrier maka indeks modulasi lebih besardaripada I dan inverter disebut beket'apada daerah overmodulasi. Pada kondisiini akan terdapat sinyal carrier yang tidakberpotongan dengan sinyal referensi ataudengan kata lain terdapat sinyal-sinyalyang tak+ermodulasi sehingga hubunganantara tegangan keluaran inverter danindeks modulasi tidak lagi bersifat linier.Jika amplitudo sinyal referensi jauh lebihbesar dari amplitudo sinyal carriersedemikian hingga tidak ada srr,ya,l carrierberpotongan dengan sinyal referensisinusoidal selain pada tit:l< nol (zerocrossing) maka hanya akan dihasilkansebuah pulsa yang bemilai positif untuksetengah periode referensi pertama dan noluntuk s€tengah periode referensiberikutnya dan inverter bekerja pada polapenyaklaran sinyal persegi yangmenghasilkan tegangan keluaranpersegi/tak-termodulasi. Pada kondisi ini,tegangan keluaran inverter akan lebihbesar daripada tegangan keluaran invertersaat bekerja pada daerah termodulasi atauovermodulasi. Tetapi pada kondisi iniinverter akan menghasilkan arus keluarandengan kandungan harmonisa lebih tinggi.

Perangkat inverter sangat lazimdijumpai penggunaannya di sektorindustri. Perangkat inverter ini diharapkanmampu untuk menghasilkan daya acdengan tegangan keluaran yang memilikimagnitudo dan frekuensi konstan atauvariabel sesuai kebutuhan. Upaya unhrkmewuj udkannya dapat dilakukan melaluidua cara yaitu menggunakan sumber dcvariabel dengan gain konstan atausebaliknya menggunakan sumber dckonstan dengan gain variabel. Gain

ISSN: 2089 - 2527

tegangan merupakan salah satu parameterpenting inverter yang didefmisikan sebagaiperbandingan antara tegangan keluaranfundamental (ac) terhadap teganganmasukan (dc) berdasarkan persam:urnberikut ini []:

V r.o,ut,rnls\a,oln =

-

Vn(2)

Galz maksimum dapat diperoleh pada saatinverter bekerja dalam pola penyaklaransinyal persegi yang menghasilkantegangan keluaran persegiltak-termodulasi.

HASIL PENGUJIAN, SIMULASIDANPEMBAHASAN

Untuk mengkaji karakteristikpeningkatan gain tegaag i inverter PWMnatural sampled satu-fasa dengan struktursetengah -iembatan maka dilala.rkanlangkah pembuatan, pengujian dansimulasi inverter dimaksud. Sepertiditunjukkan oleh Gambar 7, inverter PWMnatural sampled yang dibuat terdiri atasdua blok rangkaian utama yaitu blokrangkaian daya inverter setengah j embatandan blok rangkaimP\,lM nanral sampledyang akan menghasilkan pulsa-pulsapengendali penyaklaran inverter. lnvertermemperoleh tegangan masukan dc yangdihasilkan melalui proses penyearahansumber ac sinusoidal dengan penyearahdioda satu-fasa gelombang penuh. Untukmenghasilkan pulsa-pulsa penyaklaranmelalui teknik PWM tatural sampledmaka diperlukan masing-masing sebrrahrangkaian pembangkit sinyal referensisinusoidal dan rangkaian pembangkitsrnyal catier segitiga yang memilikikemampuan untuk membangkitkan sinyal-sinyal yang amplitudo dan frekuensinyadapat diatur.

I

I

340

i

Jumal Teknik Energi, Vol 4 No.2 Otlober 2014 ISSN: 2089 - 2527

Gambar 7. Blok diagrarn inverter PWM natural sampled satu-fasa yang dibuat dan diuji.

Unit inverter PWM naturalsampled satu-fasa ini selanjutnya diujirmtuk memperoleh karakteristikpeningkatan gain teganganrtya. Penguj iandilakukan dengan cara mengubahamplitudo sinyal referensi untukmengubah nilai indeks modulasi danmengukur tegangan keluaran yangdibangkitkan inverter dengan alat ukurPower Analyzer. Selain itu, untukmemverifikasi hasil pengujian terhadapunit inverter PWM natural sampled satt-fasa yang telah dibuat maka dijalankanjuga langkah simulasi dengan perangkatIunak PSIM yang telah sangat umumdigunakan untuk mensimulasikanrangkaian-rangkaian listik danelektronika daya. Rangkaian simulasinyaditunjukkan oleh Gambar 8 di bawah,sementara nilai dari komponen-komponenrangkaian yang digunakan dalam simulasiditampilkan dalam Tabel l.Tabel 1. Nilai-nilai komponen rangkaian yang

dalam simulasi

Garnbar 8. Rangkaian simulasi inverterPWNI natural sampled satu-fxa.

341

:l

RAqNGKAiAN TRI SAXTAR

Kapasrlorpembagilegangan 1

XapasiltrpembagitogarEaD 2

Blok rangk ian daya invorter

Mosbt 1

Mosbl2

R.ngfiaimF.r$ildhg

Blok rangkslan Pllr n.tut sampled

Fe,I.€.tgi(n lrnFlEftrErx, !*x.uoidd

P'rtondtr inyal crrriy6€rilirr.

Parameter Nilai

Srryal canier Vpp = 2V ; f"o, = 6O0Hz

fref = S0 Hz

Suplaitegangan

I

Sumber tegangen F rFrh tXodaSrtiF€

GMrEturt| +

. :. RANGI4\NANFOWER.. ., :. . ..llV\/EFITER.P.\liIrt ,

Sinyalreferensi

Vac = 75,79 Y

Jurnal Teknik EDeryi, Vot 4 No.2 Oktober 2014

Hubuhg.n &lxrcan lclua, Y3 lndlks Modularl

T abel 2. Gain tegangan inverter PWMnatwal satu-fasa.

t

hiLb..dr.d (r)

-..-r.(!ts --.-e rb,i

EB

Gambar 9. Tegangan keluaran inverter.

Gambar 10. Peningkatan gain teganganinverter.

Lebih jauh, berdasarkan hasilpengukuran terhadap kandunganharmonisa arus keluaran inverter yangdiperoleh melalui simulasi terlihat bahwadalam rentang indeks modulasi 0 sampaidengan kurang lebih 0,7 harmonisa aruskeluaran inverter akan semakin kecil jikaindeks modulasinya semakin besar.Setelahnya kandungan harmonisa aruskeluaran inverter akan semakin besar jikaindeks modulasinya semakin besar. Danuntuk indeks lebih besar daripada 1, yaitusaat inverter bekerja pada daerahovermodulasi, kandungan harmonisa aruskeluarannya akan bertambah dengan lajuyang cukup besar atau meningkat dengantajrm. Karakteristik harmonisa aruskeluaran ini ditunjukkan oleh Gambar I Idi bawah ini-

olo to 1!ohd.tt Hc.d&)

+5d iFt ai-

Gain tegangan inverterIndeksmodulasi (t) Pengujian Simulasi

0.6 0.34 0.380.7 0.38 0.440.8 0.50

0.48 0.56I 0.63

l I 0.61 o.671.2 0.70 0.691.3 0.72 o.7 t1.4 0.74 0.73t.5 0.72 0.741.6 0.78 0.741.7 0.74 0.7s1.8 0.751.9 0.762 0.80 0.77

342

Grafft hasil pengujian dan simulasi padaGambar 9 menunjukkan bahwa secaraumum tegangan keluaran yangdibangkitkan inverter meningkat seiringdengan bertambah besamya nilai indeksmodulasi. Tegangan keluaran invertermeningkat secara linier dalam rentangindeks modulasi 0<k<1, yaitu saatinverter bekerja pada daerah termodulasi.Setelah melampaui indeks modulasi satu(I( > 1), dimana inverter bekerja padadaerah overmodulasi, tegangan keluaraninverter tetap mengalami peningkatannamun tidak berbanding lurus denganpeningkatan nilai indeks modulasi.

Berdasarkan pengukuran tegangankeluaran inverter dari langkah pengujiandan simulasi dapat juga diturunkanbesarnya gain tegatgan inverter sesuaipemamaan (2) sebagaimana ditampilkanoleh Tabel 2. Dapat diduga bahwa nilaigain teganLgar dalam tabel ini akanmenunjukkan peningkatan yang terjadisecara linier dalam rentaog indeksmodulasi 0 - 1 serta peningkatan garntegangan yang tidak linier untuk indeksmodulasi lebih besar daripada I sepertiditunjukkan oleh Gambar l0 yang identikdengan Gambar 9.

I

ISSN: 2089 - 2527

Hubuntan Sain tegartan dan indels modulasi

i

I

0.450.9

0.60

0.790.80

Hubuntan Harmonlsa 6lndaL ModllaC

=06n

I

2lo

aturt 6ira aoinn dAa

Gambar 1 l - Harmonisa arus keluaran inverter

KESIMPULANBerdasarkan pembahasan yang

telah dilakukan dapat ditarik kesimpulanbahwa peningkatan galz tegangan inverteruntuk menghasilkan tegangan keluaranyang lebih tinggi dapat dilalrukan denganmeningkatkan indeks modulasi teknikPINM natural sampled yang digunakan.Gain tegang i inverter meningkat secara

linier untuk daerah kerja termodulasi (0 <k < t). Gain tegangan yang lebih besarmasih dapat diperoleh denganmengoperasikan inverter pada daerah kerjaovermodulasi (lc > 1) akan tetapipeningkatan garn tegangan ini akan diikutioleh tajamnya peningkatan kandunganharmonisa arus keluaran inverter. Dengandemikian, keinginan untuk memperolehgain tegrrga;r lnverter PINM naturalsampled satu-fasa yang lebih besar harusdiiringi dengan pertimbanganmeningkatnya kandungan harmonisa aruskeluaran.

Conversion, Proceedings of the IEEE,82 (8), rt94 - 1214.

4. Patel, H. S., dan Hoft, R. G. (1973):Generalized Teclmiques of HarmonicElimination and Yoltage Control inThyristor Inverter: Part I - HarmonicElimination, IEEE Transactions onIndustry Applications, I A-9 (3), 3 l0 -317.

5. Patel, H. S., dan Hoft, R. G. (1974):Generalized Techniques of HarmonicElimination and Yoltage Control inIhyristor Inverter: Part lI - VoltageControl Techniques, IEEETransactions on Industy Applications,lA-lo (5), 666 - 673.

6. Patel, M. A., Patel, A. R., Vyas, D. R.,dan Patel, K. M. (2009): Use of PWMTechniques for Power QualityImprovement, International Joumal ofRecent Trends in Engineering, I (4), 99

- 1o2.7. Pattnaih B. S., Dash, D. K.,

Mukherjee, J. (2008): Implementationof PWM Based Firing Scheme forMultilevel Inverter UsingMicrocontroller, Department ofElectrical Engineering, NationalInstitue of Technology, Rourkela,India.

DAT'TARPUSTAKA1. Boost, M. A., dan Ziogas, P. D. (1988):

State of The Art Canier PWMTechniques: A Critical Evaluation,IEEE Transactions on IndustryApplications, 24 (2),271 -288.

2. Holmes, D. G., dan Lipo, T. A. (2003):Pulse Width Modulation for PowerConverters - Principles and Practice,IEEE Press Series on PowerEngineering, Wiley-lnterscience.

3. Holtz, J. (1994): PulsewidthModulqtion for Electronic Power

343

Jumal Tekdk Energi, Vol 4 No.2 Ottober 2014 ISSN: 2089 - 2527

I

I