ANALISIS DAN MINIMISASI RIAK SISI AC DAN SISI DC INVERTER PWM LIMA-FASA
LAPORAN TUGAS AKHIR Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh Gelar Sarjana Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika Institut Teknologi Bandung
oleh ERIK GUNAWAN SUPRIATNA 13203097 / TEKNIK TENAGA ELEKTRIK (A)
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO SEKOLAH TEKNIK ELEKTRO DAN INFORMATIKA INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2007
ANALISIS DAN MINIMISASI RIAK SISI AC DAN SISI DC INVERTER PWM LIMA-FASA
oleh ERIK GUNAWAN SUPRIATNA NIM : 13203097 / Teknik Tenaga Elektrik (A)
TUGAS AKHIR Telah diterima dan disahkan untuk memenuhi persyaratan memperoleh gelar SARJANA TEKNIK pada
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO SEKOLAH TEKNIK ELEKTRO DAN INFORMATIKA INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
Bandung, Juni 2007 Pembimbing
Dr.Ir. Pekik Argo Dahono NIP : 131 661 119
ii
ABSTRAK
Pada tugas akhir ini dibahas mengenai analisis dan minimisasi riak tegangan dan arus sisi masukan dan riak arus sisi keluaran dari inverter PWM lima-fasa pada pengaruh ggl beban non-sinusoidal. Analisis dimulai dengan mencari persamaan nilai rms riak arus sisi AC sebagai fungsi sinyal referensi. Pada pengaruh ggl beban sinusoidal telah diketahui bahwa sinyal modulasi optimum untuk menghasilkan riak arus keluaran minimum adalah sinyal modulasi sinusoidal. Pada ggl beban nonsinusoidal didapatkan bahwa harmonisa kelima merupakan sinyal injeksi optimum yang dapat digunakan untuk mengurangi riak arus keluaran. Harmonisa kelima juga dapat digunakan untuk menaikkan indeks modulasi maksimum dari inverter PWM lima-fasa. Total riak arus keluaran pada kondisi ggl beban non-sinusoidal lebih rendah dibandingkan dengan ggl beban sinusoidal. Pada analisis riak sisi dc didapatkan bahwa riak arus masukan sisi dc inverter lima-fasa tidak dipengaruhi oleh bentuk dari sinyal referensi dan frekuensi penyakalrannya. Sinyal modulasi optimum yang menghasilkan riak tegangan sisi dc paling minimum pada kondisi ggl beban nonsinusoidal adalah sinyal modulasi sinusoidal murni. Hasil simulasi diberikan untuk menunjukkan validitas dari hasil analisis. Kata kunci : indeks modulasi, inverter lima- fasa, PWM, riak
iii
ABSTRACT
In this final project, analysis and minimization of ripple in the AC and DC side of five phase PWM inverter is presented under sinusoidal and non-sinusoidal load emf. Analysis begins with deriving the rms value of AC side current ripple in PWM inverter as a function of reference signal. Under sinusoidal load emf, it is shown that optimum reference signal that result in minimum ripple output current is sinusoidal reference signal. Under non-sinusoidal load emf, it is found that fifth harmonic is the optimum injection signal that can be used to reduce the output ripple current five phase inverter. Fifth harmonic can also increase the maximum modulation index. Output current ripple under non-sinusoidal load emf is lower compared with total output ripple produced under sinusoidal load emf. In the analysis of ripple in the DC side five phase PWM inverter, it is shown that the rms value of input current ripple is not influenced by the shape of the reference signal and switching frequency. Optimum reference modulating signal that produces a minimum total ripple in the dc side voltage under sinusoidal load emf is pure sinusoidal modulating signal. Simulation result is also presented to show the validity of derived expression.
Keywords : Five phase inverter, ripple, modulation index, PWM
iv
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan pertolongan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dan menyusun Laporan Tugas Akhir tepat pada waktunya. Laporan Tugas Akhir ini diberi judul ”ANALISIS DAN MINIMISASI RIAK SISI AC DAN SISI DC PADA INVERTER PWM LIMA-FASA”. Laporan Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat kelulusan dari Program Studi Teknik Elektro, Institut Teknologi Bandung. Dalam pelaksanaan Tugas Akhir dan Penyusunan Laporan ini, penulis tidak terlepas dari bantuan banyak pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Orangtuaku bapak Ir. Yayat Supriatna M.M, M.B.A dan ibu Iin R. Supriatna serta adikku tercinta Erma Regina Supriatna yang tak henti-hentinya memberi motivasi dan doa. 2. Bapak Dr. Ir. Pekik Argo Dahono selaku pembimbing tugas akhir atas kesabaran, perhatian, bimbingan, ilmu, dan inspirasi yang penulis dapatkan. 3. Dosen-dosen penguji Ir. Qamaruzzaman M.T, Ir. Harsono M.Sc, Dr. Ir. Muhammad Nurdin atas waktu dan saran yang diberikan. 4. Dosen-dosen Teknik Elektro ITB lainnya yang telah memberikan ilmu, wawasan, dan inspirasi kepada penulis. 5. Teman-teman penghuni LPKEE-ITB : Arwindra Rizqiawan, Kadek Fendy Sutrisna, Fransiska Anna Martina, Norman Febriyan, Firman Sasongko dan khususnya kepada Deni “doank” atas kerja sama, bantuan, dan motivasi yang diberikan kepada penulis selama tugas akhir. 6. Segenap staf dan karyawan LPKEE-ITB, khususnya Bapak Nana Heryana, Bapak Maryono, Bapak Edi, Bapak Yaya, Mbak Dian, Mas Imam, Ibu Yuni atas bantuan dan kebersamaannya selama penulis beraktivitas di LPKEE baik saat praktikum maupun saat menyelesaikan Tugas Akhir. 7. Teman-teman seperjuangan di HME terutama saska dan aplo “Gancang lulus euy” dan anggota PS HME (Akhirnya kita dapat emas juga) atas kebersamaan, kekeluargaan, dukungan, pengalaman berharga yang penulis dapat. It was a wonderful four years. Ok Champ !!...Vivato HME
v
8. Kru WorkShop HME ITB bram, deni, hilmi, eenk, aplo, aviv, robin, fauzy, dery, aca, chandra, agfa, eja dan lain-lain atas dukungan, kebersamaan, kekeluargaan dan canda tawa yang penulis dapatkan selama beraktivitas di WorkShop HME. WS for project, project for WS.... “Untuk WS yang Lebih Jaya dan Kaya Pula” 9. Teman-teman seperjuangan di “Aroes Koeat 2003” untuk segala dukungan, bantuan yang penulis dapatkan. “Don’t forget the time when we met the Don, It’s been a tough time”. 10. Anak-anak kosan “Base-camp” terutama Lutfi “Bapak Kos”, Dimas, Arya “BL”, Dhito, Yudi, Farid “Kuks”, Jay “The Korean”. 11. Teman-teman “Futsal Ceria Elektro” yang tidak akan pernah bosan untuk berfutsal ria. 12. Special thanks to Riri untuk dukungan, kesabaran, perhatian, dan kasih sayang yang diberikan. 13. Mahasiswa-mahasiswa ITB lainnya yang telah memberikan warna bagi kehidupan penulis selama menjalani pendidikan di kampus ITB tercinta ini. Semoga kemahasiswaan ITB selalu jaya. Untuk Tuhan, Bangsa, dan Almamater....Merdeka. 14. Dan semua teman-teman lain yang tidak dapat disebutkan satu per satu. Penulis menyadari bahwa Laporan Tugas Akhir ini masih jau dari sempurna. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun. Kritik dan saran dapat dikirimkan ke
[email protected]. Akhir kata, penulis berharap laporan ini dapat bermanfaat bagi semua pihak.
Bandung, Juni 2007
Penulis
vi
DAFTAR ISI
ABSTRAK
iii
ABSTRACT
iv
KATA PENGANTAR
v
DAFTAR ISI
vii
DAFTAR GAMBAR
ix
BAB 1
1
PENDAHULUAN
1
1.1
Latar Belakang
1
1.2
Tujuan Penelitian
1
1.3
Pembatasan Masalah
2
1.4
Metode Penelitian
2
1.5
Sistematika Pembahasan
2
BAB 2
4
DASAR TEORI
4
2.1
Pendahuluan
4
2.2
Pulse Width Modulation
5
2.3
Parameter performansi inverter
7
2.4
2.3.1
Riak
8
2.3.2
Rugi-rugi Penyaklaran
8
Analisis Riak Arus Keluaran Inverter Fasa Banyak 2.4.1
Bentuk Gelombang Riak Dalam Satu Periode Penyaklaran
9 11
BAB 3
14
ANALISIS DAN MINIMISASI RIAK ARUS SISI AC
14
3.1
Pendahuluan
14
3.2
Minimisasi Riak Arus keluran Inverter Dengan GGL non-Sinusoidal
14
3.2.1
Nilai RMS Riak Arus Keluran Pada Pengaruh GGL non-Sinusoidal
3.2.1.1
Modulasi Sinusoidal Murni dan Injeksi Harmonisa Ketiga
3.2.1.2
Modulasi Sinusoidal Murni dan Injeksi Harmonisa Ketiga dan Injeksi s0
3.3
Penutup
17 17 19 21
vii
BAB 4
23
ANALISIS DAN MINIMISASI RIAK TEGANGAN DAN ARUS SISI DC
23
4.1
Pendahuluan
23
4.2
Analisis Umum Riak Sisi DC Inverter PWM Lima-Fasa
24
4.3
Analisis Riak Arus Sisi DC Inverter PWM Lima-Fasa
27
4.4
Analisis dan Minimisasi Riak Tegangan Sisi DC Inverter PWM Lima-Fasa 28
4.5
Penutup
31
BAB 5
33
SIMULASI INVERTER PWM LIMA-FASA
33
5.1
Pendahuluan
33
5.2
Penghitungan Nilai RMS Riak Arus Keluaran Inverter
33
5.3
Riak Arus Sisi AC Inverter PWM Lima-Fasa
36
5.4
Riak Sisi DC Inverter PWM Lima-Fasa
38
5.5
Penutup
40
BAB 6
41
KESIMPULAN DAN SARAN
41
6.1
Kesimpulan
41
6.2
Saran
42
DAFTAR PUSTAKA
43
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Topologi inverter full-bridge
4
Gambar 2.2 Bentuk tegangan keluaran inverter
5
Gambar 2.3 Pulse Width Modulation
6
Gambar 2.4 Pengaturan tegangan dengan m
7
Gambar 2.5 Inverter fasa-banyak dengan konfigurasi poligon
10
Gambar 2.6 Bentuk gelombang PWM dalam satu periode penyaklaran
11
Gambar 3.1 Skema inverter PWM Lima-fasa
15
Gambar 3.2 (a) sinyal referensi sinusoidal murni dan injeksi harmonisa ketiga untuk fasa 1 (b) sinyal sinusoidal lima-fasa ditambah harmonisa ketiga.
19
Gambar 3.3 (a) sinyal referensi sinusoidal murni dan injeksi harmonisa ketiga dan kelima untuk fasa 1 (b) sinyal sinusoidal lima-fasa dan injeksi harmonisa ketiga dan kelima.
20
Gambar 4.1 Sinyal modulasi lima-fasa
25
Gambar 4.2 Gelombang PWM pada satu periode switching
25
Gambar 5.1 Flowchart perhitungan total riak
35
Gambar 5.2 Rangkaian simulasi inverter PWM Lima-fasa
36
Gambar 5.3 Rangkaian tambahan pada simulasi inverter PWM Lima-fasa
37
Gambar 5.4 Grafik riak arus keluaran pada ggl beban sinusoidal dan nonsinusoidal
37
Gambar 5.5 Rangkaian untuk menghitung riak arus masukan
38
Gambar 5.6 Rangkaian untuk menghitung riak tegangan masukan
38
Gambar 5.7 Grafik riak arus masukan terhadap indeks modulasi
39
Gambar 5.8 Grafik riak arus masukan terhadap nilai rms arus keluaran
39
Gambar 5.9 Grafik riak tegangan masukan terhadap indeks modulasi
39
ix
