PEMBUATAN INVERTER 1 FASA PADA PLTS UNTUK MODUL
PRAKTIKUM MATA KULIAH OPERASI SISTEM ENERGI 2
CONSTRUCT OF 1 PHASA INVERTER IN SOLAR POWER PLANT FOR
OPERATION OF ENERGY SYSTEM MODULE
Laporan Ini Ditujukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Menyelesaikan Pendidikan Diploma III Program Studi Teknik Konversi Energi di Jurusan Teknik Konversi Energi
Oleh: Nama : Sinta Risa Sintiani NIM : 091711030
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2012
LEMBAR PERSEMBAHAN
“Dengan Menyebut Nama ALLOH Yang Maha Pengasih Lagi Maha Penyayang”
“Tidak Ada Daya dan Kekuatan kecuali dengan Pertolongan ALLOH”
“Kami menemukan kebahagiaan hidup bersama kesabaran” - Umar Bin Khatab -
Orang yang berjiwa besar mempunyai dua hati, satu hati yang menangis dan satu lagi hati yang bersabar (Kahlil Gibran)
Tugas Akhir ini kupersembahkan untuk Kedua Orang Tuaku, Keluargaku, Shabat-Sahabatku, & seluruh orang yang menyayangiku iii
DATA DIRI PENULIS
Nama
NIM
: SINTA RISA SINTIANI : 091711030
Alamat
: Jalan H. Anwar, Cijerah – Bandung
Riwayat Pendidikan : Diploma III Jurusan Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Bandung, Lulus Tahun 2012 SMA Negeri 4 Bandung, Lulus Tahun 2008 SMP Negeri 9 Bandung, Lulus Tahun 2005 SD Negeri Cijerah IV, Lulus Tahun 2002
iv
ABSTRAK
Inverter merupakan peralatan elektronika yang digunakan untuk mengkonversi listrik dengan arus searah menjadi listrik dengan arus bolak-balik. Saat ini, penggunaan inverter meningkat seiring dengan meningkatnya pembangkit listrik tenaga alternatif seperti PLTS
yang menghasilkan listrik dengan arus searah. Inverter dibuat dengan memadukan dua
sinyal gelombang yaitu sinyal sinusoida sebagai sinyal referensi dan sinyal segitiga sebagai
sinyal pembawa. Pembangkit sinyal sinusoida dapat dibuat dengan rangkaian Bubba
Oscillator dimana frekuensi output yang dihasilkan dapat diatur dengan mengatur besarnya nilai resistansi R dan kasitansi C pada osilator yang juga bertindak sebagai filter.
Harmonisa pada inverter juga merupakan parameter yang penting karena inverter dengan
harmonisa tinggi dapat merusak peralatan listrik (memperpendek umur peralatan listrik). Berdasarkan pengujian, filter kapasitor pada output sekunder transformator mampu menurunkan harmonisa tegangan kedua untuk beban 10 kOhm sebesar 71,07% dari semula 62,9% menjadi 18,2%.
v
ABSTRACT
Inverter is a device used to convert electrical power with direct current into electricity with alternating current. Currently, the use of an inverter increase with increasing power plant alternatives such as PLTS that generates electricity by a direct
current. Inverter is made by blending two wave signal that sine signal as a signal reference
and triangle signal as a carrier signal. Sine wave oscillator can be created with a series of
Bubba oscillator with frequency output oscillator which generated can be set by setting the
magnitude of value of resistance R and C kasitansi on the oscillator also acts as a filter. Harmonic distortion on the inverter is also an important parameter because it is an inverter
with high harmonic distortion can damage electrical appliances (electrical equipment
lifespan shortening). Based on testing, filter capacitors on the output transformer secondary voltage distortion degrade both able to load 10 kOhm of 71,07% from its original 62.9% to 18.2%.
vi
KATA PENGANTAR
Alhamdulillahi Robbil ‘Alamiin, Puji syukur penulis panjatkan kehadirat ALLOH SWT yang selalu melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir dengan judul “Pembuatan Inverter 1 Fasa pada PLTS
untuk Modul Praktikum Mata Kuliah Operasi Sistem Energi 2”.
Laporan tugas akhir ini disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan pendidikan
Diploma 3 di Jurusan Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Bandung. Dalam tugas
akhir ini, penulis membuat inverter 1 fasa yang dirancang sebagai modul praktikum dan diharapkan dapat menunjang kegiatan praktikum di laboratorium untuk mata kuliah
Operasi Sistem Energi 2.
Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam penulisan laporan Tugas Akhir ini. Untuk itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari berbagai pihak. Akhir kata, penulis berharap semoga laporan Tugas Akhir ini bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi di bidang energi.
Bandung, Juli 2012
Penulis
vii
UCAPAN TERIMAKASIH
Keberhasilan pembuatan dan penulisan laporan tugas akhir ini tidak lepas dari peran dan bimbingan pihak-pihak lain. Oleh karena itu, dengan rasa hormat dan tulus penulis mengucapakan terimakasih kepada:
1. ALLOH SWT, yang tak pernah henti mencurahkan rahmat dan hidayah-Nya
kepada penulis; 2. Mamah, yang tak pernah henti memanjatkan doanya dan mencurahkan kasih sayangnya serta memberikan dukungan kepada penulis baik secara moril maupun secara materil;
3. Bapa, yang tak pernah henti mengingatkan penulis ketika lalai dengan motivasi dan
doanya; 4. Pak Hartono, selaku pembimbing yang senantiasa memberikan masukan dan bimbingan kepada penulis; 5. Pak Wahyu, sebagai pembimbing yang tak pernah bosan menanyakan “Gimana, teh?”; 6. Pak Mardiyanto dan Pak Kholiq, selaku penguji yang memberikan evaluasi kepada penulis; 7. Pak Teguh, selaku koordinator TA yang memberikan arahan dan bimbingan dalam pelaksanaan tugas akhir; 8. Pak Aceng, selaku Ketua Jurusan Teknik Konversi Energi; 9. Teknisi lab atas dan lab surya, yang tak pernah bosan direpotkan oleh penulis; 10. Mang dedi, yang bersedia meluangkan waktunya untuk menjawab pertanyaan penulis dan membantu dalam menganalisis kerusakan alat yang dibuat penulis; 11. Vinni, selaku partner TA yang selalu mendukung dan bersama-sama dalam suka dan suka mengerjakan tugas akhir; 12. Nazwa dan Gian, yang bersedia meluangkan waktunya untu menjawab pertanyaan penulis yang penulis sebut sebagai pembimbing III; 13. Ronny, Dhea, Dirman, Teh Mahay, Rian, selaku teman seperjuangan penulis dalam mengerjakan tugas akhir di lab atas; 14. Muharniati, yang memberi masukan dan motivasi dalam pelaksanaan tugas akhir; 15. L, meski tidak secara langsung namun semangatnya masih terasa;
viii
16. Teman-teman seperjuangan yang selalu memberikan semangat, dorongan, dan
nasihat dalam pelaksanaan tugas akhir, dan
17. Semua pihak yang telah membantu dan memberikan dukungan kepada penulis hingga terselesaikannya tugas akhir yang dibuat oleh penulis yang tidak dapat disebutkan satu per satu.
Semoga ALLOH SWT membalas setiap budi baiknya yang diberikan kepada penulis. Aamiin.
Bandung, Juli 2012
Penulis
ix
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR ....................................................................... ii
LEMBAR PERSEMBAHAN ............................................................................................... iii PENULIS ........................................................................................................ iv DATA DIRI ABSTRAK............................................................................................................................. v ABSTRACT ......................................................................................................................... vi KATA PENGANTAR ......................................................................................................... vii
UCAPAN TERIMAKASIH ............................................................................................... viii DAFTAR ISI ......................................................................................................................... x
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................................... xiii BAB I PENDAHULUAN .................................................... Error! Bookmark not defined. 1.1
Latar Belakang..................................................... Error! Bookmark not defined.
1.2
Tujuan .................................................................. Error! Bookmark not defined.
1.3
Rumusan Masalah................................................ Error! Bookmark not defined.
1.4
Batasan Masalah .................................................. Error! Bookmark not defined.
1.5
Metodologi........................................................... Error! Bookmark not defined.
1.6
Sistematika Penulisan Laporan Tugas Akhir...... Error! Bookmark not defined.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ......................................... Error! Bookmark not defined. 2.1
Inverter................................................................. Error! Bookmark not defined.
2.1.1
Prinsip Kerja Inverter 1 Phasa ....................... Error! Bookmark not defined.
2.1.2
H-Bridge Inverter .......................................... Error! Bookmark not defined.
2.1.3
Inverter Half-Bridge ...................................... Error! Bookmark not defined.
2.2
Osilator ................................................................ Error! Bookmark not defined.
2.2.1
Umpan Balik Positif pada Osilator ................ Error! Bookmark not defined.
2.2.2
Kondisi Awal Osilator ................................... Error! Bookmark not defined.
2.2.3
Jenis-jenis Osilator ........................................ Error! Bookmark not defined. x
2.3
Modulasi Lebar Pulsa atau Pulse Width ModulationError!
Bookmark
not
defined.
2.3.1 2.4
Prinsip Dasar PWM ....................................... Error! Bookmark not defined.
MOSFET ............................................................. Error! Bookmark not defined.
2.4.1
Prinsip kerja MOSFET .................................. Error! Bookmark not defined.
2.4.2
Tipe MOSFET ............................................... Error! Bookmark not defined.
BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT .. Error! Bookmark not defined. 3.1 3.2
3.3
Blok Diagram Perencanaan Pembuatan Alat....... Error! Bookmark not defined. Spsesifikasi Alat .................................................. Error! Bookmark not defined. Komponen Pembuatan Alat ................................. Error! Bookmark not defined.
3.3.1
Modul Fotovoltaik ......................................... Error! Bookmark not defined.
3.3.2
Accumulator .................................................. Error! Bookmark not defined.
3.3.3
Pembangkit Gelombang Sinusoida ................ Error! Bookmark not defined.
3.3.4
Pembangkit Gelombang Segitiga .................. Error! Bookmark not defined.
3.3.5
Inverter Gelombang Penuh ............................ Error! Bookmark not defined.
3.3.6
Pulse Width Modulation ................................ Error! Bookmark not defined.
3.4
Pembuatan Alat.................................................... Error! Bookmark not defined.
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS ............................ Error! Bookmark not defined. 4.1 4.1.1
Pengujian ............................................................. Error! Bookmark not defined. Pengujian Pembangkit Sinyal Sinusoida (Bubba Oscillator) ................. Error!
Bookmark not defined. 4.1.2
Pengujian Pembangkit Sinyal Segitiga .......... Error! Bookmark not defined.
4.1.3
Pengujian Output H-Bridge ........................... Error! Bookmark not defined.
4.1.4
Pengujian Inverter Tanpa Filter pada Output Sekunder Transformator . Error!
Bookmark not defined. 4.1.5
Pengujian Inverter Dengan Filter Kapasitor pada Output Sekunder
Transformator ............................................................... Error! Bookmark not defined. xi
4.2
Analisis ................................................................ Error! Bookmark not defined.
4.2.1
Pembangkit Sinyal Sinusoida (Bubba Oscillator)Error!
not
defined. 4.2.2
Bookmark
Pembangkit Sinyal Segitiga ........................... Error! Bookmark not defined.
4.2.3
Non-Inverting Amplifier................................ Error! Bookmark not defined.
4.2.4
Output H-Bridge ............................................ Error! Bookmark not defined.
4.2.5
Inverter Tanpa Filter Kapasitor pada Output Sekunder Transformator . Error!
Bookmark not defined.
4.2.6
Inverter Dengan Filter Kapasitor pada Output Sekunder Transformator Error! Bookmark not defined.
BAB V PENUTUP .............................................................. Error! Bookmark not defined. 5.1
Simpulan .............................................................. Error! Bookmark not defined.
5.2
Saran .................................................................... Error! Bookmark not defined.
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................................... 15 LAMPIRAN-LAMPIRAN .................................................. Error! Bookmark not defined.
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Prinsip Kerja Inverter ....................................... Error! Bookmark not defined.
Gambar 2.2 Konfigurasi H-Bridge using N-Channel MOSFETsError!
Bookmark
not
defined.
Gambar 2.3 Rangkaian Inverter Satu Fasa Full-Bridge....... Error! Bookmark not defined.
Gambar 2.4 Inverter Half-Bridge......................................... Error! Bookmark not defined.
Gambar 2.5 Inverter Half-Bridge Saklar Elektronik............ Error! Bookmark not defined.
Gambar 2.6 Elemen dasar daro Osilator .............................. Error! Bookmark not defined.
Gambar 2.7 Macam-Macam Gelombang Output Osilator ... Error! Bookmark not defined.
Gambar 2.8 Osilasi Hasil Umpan Balik Positif ................... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.9 Pergeseran Fasa di Sekitar Loop ...................... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.10 Gain Tegangan di Sekitar Loop ..................... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.11 Kondisi Awal Osilasi ..................................... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.12 RC Filter Schematic ....................................... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.13 Rangkaian Osilator Gelombang Segitiga ....... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.14 Prinsip Kerja Osilator Gelombang Segitiga ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.15 Bentuk Gelombang Kotak dengan Kondisi High 5 V dan Low 0 V ...... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.16 Konfigurasi Dasar MOSFET ......................... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.17 Simbol MOSFET ........................................... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.18 Prinsip Kerja MOSFET Tipe NPN ................ Error! Bookmark not defined. Gambar 2.19 Prinsip Kerja MOSFET Tipe PNP ................. Error! Bookmark not defined. Gambar 2.20 Kurva Drain MOSFET Depletion-Mode ....... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.21 Kurva Drain MOSFET Enhancement-Mode . Error! Bookmark not defined. Gambar 2.22 Karakteristik Keluaran E-Mosfet ................... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.23 Pemodelan Switchng ...................................... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.24 Bentuk Gelombang Switching ........................ Error! Bookmark not defined. xiii
Gambar 3.1 Blok Diagram Rencana Pembuatan Alat ......... Error! Bookmark not defined. Gambar 3.2 Rangkaian Pembangkit Gelombang Sinusoida Error! Bookmark not defined. Gambar 3.3 Rangkaian Pembangkit Gelombang Segitiga ... Error! Bookmark not defined.
Gambar 3.4 Rangkaian Inverter Gelombang Penuh dengan MOSFET Driver ........... Error! Bookmark not defined. Gambar 3.5 Tipikal Koneksi untuk Driver MOSFET IR2110Error! Bookmark not defined. Gambar 3.6 Simulasi Rangkaian PWM ............................... Error! Bookmark not defined. Gambar 3.7 Skema Rencana Pembuatan Alat ..................... Error! Bookmark not defined. Gambar 3.10 Rangkaian secara Keseluruhan ...................... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.1 Rangkaian Pengujian Pembangkit Sinyal Sinusoida (Bubba Oscillator) Error! Bookmark not defined. Gambar 4.2 Rangkaian Pengujian Pembangkit Sinyal SegitigaError!
Bookmark
not
defined. Gambar 4.3 Bentuk Gelombang Output Bubba Oscillator.. Error! Bookmark not defined. Gambar 4.4 Gelombang Output Pembangkit Gelombang SegitigaError!
Bookmark
not
defined. Gambar 4.5 Bentuk Gelombang Square Modified............... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.6 Gelombang Output H-Bridge ........................... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.7 Rangkaian Pengujian........................................ Error! Bookmark not defined. Gambar 4.8 Grafik Hubungan antara Beban Resistif terhadap Tegangan Output (Vrms) .............................................................................................. Error! Bookmark not defined. Gambar 4.9 Gelombang Output Sebelum Trafo .................. Error! Bookmark not defined. Gambar 4.10 Gelombang Output Trafo dengan Filter ......... Error! Bookmark not defined.
xiv
DAFTAR PUSTAKA
Rashid, Muhammad H. 2011. Power Electronic Handbook. Florida :
Doucet, Jim, dkk. 2007. DC/AC Pure sine Wave http://www.wpi.edu/Pubs/E-project/Available/E-project-042507092653/unrestricted/MQP_D_1_2.pdf diakses tanggal 7 Januiari 2012
Inverter.
WPI.
. MOSFET Buku. http://www.scribd.com/doc/88373996/Mosfet-Buku diakses tanggal 8 Juli 2012
Rusdiyanto, Agus, dkk. . Perancangan Inverter Sinusoida 1 Fasa dengan Aplikasi Pemrograman Rumus Parabola dan Segitiga Sebagai Pembangkit Pulsa PWM. P2Telimek, LIPI. Jurnal Informatika LIPI.
Syahwil, Muhammad, dkk. . Studi Dampak Harmonisa Terhadap Susut Teknis Pada Industri Semen (Kasus Industri Semen Tonasa). Makassar. . Balikan (Feedback). . http://henryranu.files.wordpress.com/ diakses tanggal 10 Juli 2012 8 Juli 2012.
. Datasheet IRF840. http://www.datasheetcatalog.org/ diakses tanggal
. Datasheet IR2110. http://www.irf.com/productinfo/datasheets/data/ir2110.pdf diakses tanggal 3 Mei 2012.
tanggal 14 Juli 2012
. Landasan Teori Pulse Width Modulation. lontar.ui.ac.id diakses
xiii
