17 Januari 2013
Inverter Satu Fase dengan Pola Penyaklaran SPWM Yohan Fajar Sidik
[email protected]
PPT ini untuk anak magatrika.
Abstrak
PPT ini dibuat untuk presentasi tugas akhir mata kuliah elektronika daya S2. Tapi, saya berinisiatif untuk menyebarkan PPT ini kepada anak-anak magatrika agar ilmu tentang inverter dapat tersebar.
Inverter yang dibuat masih sederhana. Tidak terdapat pengaturan tegangan dan frekuensi. Tetapi, konsepkonsep yang terdapat pada PPT ini dapat dikembangkan untuk membuat inverter yang lebih kompleks lagi dari segi algoritma teknik penyaklarannya.
Spesifikasi 1. 2.
3. 4. 5. 6. 7.
8.
Inverter Satu Fase dengan Topologi Full-Bridge. Teknik Penyaklaran SPWM. Tegangan masukan 24 Vdc, dan Tegangan keluaran ± 220 Vac, 50 Hz. Menggunakan trafo 18/220 V (10 A). Menggunakan kendali digital dsPIC30F4012 dan gate driver IR2110. Frekuensi penyaklaran adalah 2500 Hz. Indeks modulasi yang tetap: 0,8. Efisiensi pada beban ringan (<10% pembebanan) adalah ± 60%.
Rangkaian Eksperimen (1) IRF540
18/220 V 24 V
Trafo 10 A
4 buah saklar (S1, S2, S3, dan S4) 4 sinyal SPWM
BEBAN 15 W
Rangkaian Eksperimen (2)
Metode Pembuatan SPWM (1) 1.
2.
Dapatkan pola lebar pulsa dalam satu siklus sinus dari simulasi Ubah besar lebar pulsa menjadi nilai yang sesuai untuk register duty cycle dalam mikrokontroller. Satu siklus SPWM untuk sebuah saklar (indeks modulasi 0,8)
Pulsa high dihitung lebar pulsanya Ubah ke dalam nilai register untuk mikro
50 pulsa untuk frekuensi penyaklaran 2500 Hz dan frekuensi keluaran inverter 50 Hz
Metode Pembuatan SPWM (2) No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Pulse Width (s) Pulse Width (us) 0.00019 190 0.00017 170 0.0001506 150.6 0.0001318 131.8 0.0001142 114.2 9.79E-05 97.9 8.33E-05 83.3 7.05E-05 70.5 5.97E-05 59.7 5.11E-05 51.1 4.49E-05 44.9 4.11E-05 41.1
0.0003484 0.0003399 0.0003292 0.0003165 0.0003019 0.0002857 0.0002681 0.0002494 0.00023 0.0002101
Pulsa terkecil = 40 us Pulsa terlebar = 359.6 us
Kalkulasi: 1. Register PWM: PTPER PTPER
FPWM
FCY 1 ( PTMR prescaler ) 2
16000000 1 3199 2500 * 2
….
41 42 43 44 45 46 47 48 49 50
….
Dari PSIM
Register Value (PDC) 3040 2720 2410 2109 1827 1566 1333 1128 955 818 718 658
348.4 339.9 329.2 316.5 301.9 285.7 268.1 249.4 230 210.1
PDC pulse width (us)
5574 5438 5267 5064 4830 4571 4290 3990 3680 3362
max PDC pwm period
2. Register PDC (duty cycle):
PDC x duty ( PTPER 1) 2 untuk duty maksimal : PDC 1 (3199 1) 2 6400
Metode Pembuatan SPWM (3)
1 Tabel tersebut untuk membuat 4 sinyal SPWM Dalam dsPIC, terdapat fitur komplemen PWM. Jadi hanya 2 sinyal yang perlu diperhatikan secara langsung. Pada tugas ini, yang diperhatikan adalah sinyal S2 dan S4. Tabel sinus adalah dalam bentuk array. Pada tugas ini setiap elemen sinus dapat dipanggil dengan menyertakan indeks alamatnya. Contoh: sinus[0], sinus[1]. Indeks ini berbentuk counter yang akan increment setiap kali intterrupt. Nilai counter akan kembali ke nol bila sudah mencapai nilai maksimalnya. Untuk membuat beda fase sebesar 180 derajat antara sinyal S2 dan S4, hanya perlu memanggil elemen dengan indeks yang berbeda n/2-nya. Contoh: indeks awal S2 adalah 0, maka indeks S4 adalah 25 (n = 50).
Metode Pembuatan SPWM (4) - Ilustrasi SPWM
50 titik untuk 1 saklus sinus
50 pulsa
1. Pemanggilan elemen tabel dimulai dari 0 akan menghasilkan sinyal S2 2. Pemanggilan elemen tabel dimulai dari 25 akan menghasilkan sinyal S4 yang berbeda 180 derajat dengan S2.
Penyisipan Dead-time
DT
dead time 4 us 32 prescaler value Tcy 2 1 us 16
Hasil Simulasi (1): Pola Penyaklaran
Indeks Frekuensi = 50 Indeks Modulasi = 0,8
50 pulsa
Hasil Eksperimen (1): Pola penyaklaran
Indeks Frekuensi = 50 Indeks Modulasi = 0,8
50 pulsa
Hasil Eksperimen (2): Dead-time
Antara saklar sisi atas dan sisi bawah disisipkan dead-time sebesar 4 us
Cont’d: Dead-time
S1
S2
4 s
Hasil Simulasi (2): Gel. Output Inverter
Hasil Eksperimen (3): Gel. Output Inverter
50 Hz
Efisiensi Inverter: Hasil Ekperimen vs Simulasi Beban 15 W/220 V Hasil Eksperimen:
Vin dc (V) Vout trafo (V) Arus Input (A) 24.67 187.2 0.747 Pin (W) Pout (W) 18.42849 10.8576
Arus output (A) 0.058
Efisiensi (%) 58.92
Hasil Simulasi:
Vin dc (V) Vout trafo (V) Arus Input (A) 24 198 0.736 Pin (W) Pout (W) 17.664 12.276
Arus output (A) 0.062
Efisiensi (%) 69.50
Efisiensi inverter pada beban 15 W adalah 58,92%. Nilai Efisiensi yang rendah ini lebih dikarenakan terjadi rugi-rugi pada trafo 10 A, rugi penyaklaran, dan rugi konduksi MOSFET. Efisiensi pada inverter lebih besar karena MOSFET-nya ideal. Tetapi efisiensi simulasi tidak 100% karena menggunakan trafo yang tidak ideal.
Kesimpulan
Teknik SPWM mudah diterapkan dalam DSP. Dalam DSP terdapat fitur komplemen PWM dan deadtime. Hasil eksperimen menunjukkan kesesuaian dengan hasil simulasi. Efisiensi pada beban ringan adalah rendah karena karakteristik trafo. Indeks modulasi amplitude dan frekuensi-nya tetap.
Saran 1.
2. 3.
4.
Perlu dilakukan pengamatan untuk memperoleh deadtime yang tepat. Gunakan trafo dengan regulasi tegangan yang baik. Gunakan teknik direct digital synthesis (DDS) agar indeks modulasi frekuensi dan amplitude-nya dapat dikendalikan sehingga cocok diterapkan untuk gridconnected inverter. Perlu dibebani sampai kapasitas maksimal, yaitu sebesar 180 W. Pada tugas ini baru dibebani 15 W.
Sharing your knowledge with others does not make you less important -unknown
