Makalah Seminar Tugas Akhir
PERANCANGAN HALF BRIDGE INVERTER UNTUK CATU DAYA PEMANAS INDUKSI PADA ALAT EXTRUDER PLASTIK Rezon Arif Budiman 1, Agung Warsito 2, Karnoto 2 Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik – Universitas Diponegoro Jl. Prof. Soedarto, S.H., Tembalang, Semarang 50275 email :
[email protected],
[email protected]
ABSTRACT – In the plastics processing often occur either through technical fault, chemical or human error that caused the failure of production that produce a lot of plastic waste and recycling processes needs to be done using an instrument called the extruder so it waste can be use again. This recycling process initially utilizing heat from conventional heating processes using a band heater but it takes a long start-up and requires considerable electric power. In order to solve this problem, it can be used induction heating method. In this Final Project, it designed a high frequency parallel resonant inverter power supply with half bridge topology using MOSFET as switching devices. Switch is controlled by the control circuit IC 4047. Power supply consists of half-bridge inverter, the control circuit, a full wave rectifier. Inverter will supply the heating coils which located in the extruder body. The heater that has been designed can raise the temperature of the extruder up to 224.50C in 9 minutes 30 seconds with 400 Watt power input when the inverter is operated at frequency of 52 kHz. The increase in average temperature is 0.3930C per second. Average inverter efficiency is 86.52%.
induksi yang menghasilkan waktu pemanasan yang relatif cepat dibandingkan dengan proses pemanasan secara konvensional. Proses pemanasan secara induksi membutuhkan frekuensi tinggi sehingga dibutuhkan catu daya yang digunakan untuk mensuplai pemanas induksi tersebut. Dalam penelitian kali ini penulis akan merancang Inverter frekuensi tinggi dengan topologi resonan paralel setengah jembatan (half-bridge paralel resonant inverter) yang dapat menghasilkan listrik bolak balik frekuensi tinggi yang digunakan untuk mensuplai kumparan pemanas pada badan extruder.
half bridge
1.2 Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian Tugas Akhir antara lain: 1. Membuat perancangan Inverter Resonan Paralel Setengah Jembatan (Half-bridge Paralel Resonant Inverter) dengan sumber tegangan 220V 50 Hz yang diaplikasikan untuk memanaskan extruder plastik hingga suhu 225oC. 2. Mengetahui karakteristik perubahan daya terhadap perubahan frekuensi pemicuan inverter . 3. Mengetahui pengaruh kecepatan pertambahan suhu terhadap perubahan beberapa frekuensi resonan . 4. Mengetahui perbandingan daya masukan dan daya keluaran dari inverter.
1.1 Latar Belakang Dalam proses pembuatan barang-barang plastik sering kali terjadi kesalahan baik secara teknis, kimia maupun human error yang menyebabkan kegagalan produksi. Kegagalan produksi ini akan menghasilkan waste /limbah plastik yang banyak dan perlu dilakukan proses daur ulang agar dapat dimanfaatkan kembali. Proses daur ulang ini disebut dengan Reclaim menggunakan sebuah alat yang disebut dengan extruder. Extruder digunakan pada industri plastik untuk mengolah serpihan plastik menjadi bentuk pelet plastik yang nantinya akan digunakan kembali sebagai bahan baku pembuatan barang-barang plastik Proses daur ulang ini mulanya memanfaatkan suhu panas yang didapatkan dari proses pemanasan konvensional yaitu menggunakan band heater / pita pemanas. Proses pemanasan konvensional ini membutuhkan waktu start-up yang lama dan membutuhkan daya yang cukup besar. Untuk mengatasi masalah tersebut digunakanlah metode pemanasan secara
1.3 Batasan Masalah Pembahasan dibatasi pada: 1. Sumber daya listrik yang digunakan adalah tegangan AC 1 Fasa 220V/50Hz. 2. Inverter yang digunakan yaitu Inverter Resonan Paralel topologi Halfbridge dengan komponen pensaklaran menggunakan MOSFET. 3. Rangkaian kontrol pemicuan menggunakan IC 4047. 4. Daya keluaran pada pemanas induksi dapat diatur melalui pengaturan frekuensi pemicuan dari inverter. 5. Sistem yang digunakan pada perancangan inverter resonan ini adalah open loop. 6. Tidak membahas adanya harmonisa tegangan dan arus pada sisi sumber listrik. 7. Tidak membahas pengaruh daya terhadap beban kerja yang digunakan. Beban kerja yang digunakan tetap yaitu pipa besi untuk ekstruder. 8. Seluruh komponen dan rangkaian yang digunakan hanya dibahas pada fungsi kerjanya masing – masing. 9. Proses ekstrusi plastik menjadi pellet pada alat extruder tidak dibahas secara mendetail.
Keywords: induction heating, extruder, inverter I.
[1]
PENDAHULUAN
Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Undip [2]Dosen Jurusan Teknik Elektro Undip
II. DASAR TEORI 2.1 Prinsip Pemanasan Induksi Pemanasan induksi adalah sebuah proses pemanasan tanpa adanya kontak fisik antara pemanas dan benda yang dipanaskan. Hal ini berbeda dengan metode pemanasan lain dimana panas dihasilkan melalui pembakaran kemudian diterapkan ke benda kerja yang dipanaskan. Pemanasan secara induksi berdasarkan pada prinsip induksi elektromagnetik menggunakan frekuensi tinggi. Prinsip ini dijelaskan pertama kali oleh Michael Faraday pada tahun 1831 [11]. 2.1.1 Arus Eddy [14] [17][3] Arus eddy memiliki peranan yang paling dominan dalam proses pemanasan induksi. Panas yang dihasilkan pada material sangat bergantung kepada besarnya arus eddy yang diinduksikan oleh lilitan penginduksi. Ketika lilitan dialiri oleh arus bolak-balik, maka akan timbul medan magnet di sekitar kawat penghantar. Medan magnet tersebut besarnya berubah-ubah sesuai dengan arus yang mengalir pada lilitan tersebut. Jika terdapat bahan konduktif disekitar medan magnet yang berubah-ubah tersebut, maka pada bahan konduktif tersebut akan mengalir arus yang disebut arus eddy. 2.1.2 Rugi Histerisis, Fluks Sisa dan Gaya Koersif Rugi-rugi hysterisis memiliki peranan penting dalam proses pemanasan, namun hal ini hanya berlaku pada benda yang bersifat ferromagnetik[14]. Jika sebuah kumparan dihubungkan dengan sebuah sumber arus AC, maka akan menghasilkan arus I, dengan nilai dari nol sampai maksimal. Seiring dengan pertambahan arus I maka nilai H (intensitas medan magnet) dan B (intensistas fluks) juga meningkat (berbanding lurus). Peningkatan nilai H dan B akan terlihat seperti gambar 2.1
menginduksi kembali konduktor sehingga timbul arus eddy seperti terlihat pada gambar 2.2b. Arus eddy ini melawan arah arus utama pada bagian pusat konduktor dan searah pada permukaan konduktor. Ini menyebabkan distribusi arus utama tidak merata, yaitu arus berkurang dibagian tengah dan paling besar pada bagian permukaan. Hal ini disebut efek kulit.
Gambar 2.2 Distribusi arus konduktor yang dialiri arus AC
2.2 Perancangan Rangkaian Elektronika Daya 2.2.1 Rangkaian Kontrol Menggunakan IC 4047 Komponen utama pada rangkaian kontrol adalah IC 4047. IC 4047 merupakan jenis IC CMOS yang memiliki fungsi menghasilkan gelombang kotak pada mode operasi astable dan monostable multivibrator[19]. Dasar pemilihan menggunakan IC ini adalah rangkaian yang digunakan cukup sederhana dan banyak tersedia di pasaran. Pada tugas akhir IC digunakan untuk menghasilkan gelombang pemicuan kotak dan difungsikan pada mode operasi astable multivibrator dengan duty cycle 50%. Periode pemicuan yang dihasilkan merupakan fungsi dari komponen R dan C eksternal yang terpasang. Berdasarkan datasheet IC 4047, periode pemicuan dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut : TA (10,11) = 4,40 R.C Sehingga
f (10 ,11)
1 1 T A 4,40.R.C CD4047 TOP VIEW C 1
14
VDD
R 2
13
OSC OUT
R-C COMMON 3
12
RETRIGGER
ASTABLE 4
11
Q
ASTABLE 5
10
Q
- TRIGGER 6 VSS 7
9 EXT. RESET 8 + TRIGGER
Gambar 2.3 Skema IC 4047 [19]
Gambar 2.1 Induksi sisa dan gaya koersif[14]
Ketika arus naik, maka medan magnet B akan naik diikuti kenaikan H sesuai kurva 0a, dan ketika arus turun menuju nol, maka akan diikuti dengan penurunan B, akan tetapi penurunannya mengikuti kurva ab di atas kurva oa. Sama juga berarti jika menurunkan intensitas medan magnet, maka intensitas fluks akan berusaha untuk mempertahankan nilainya, hal ini disebut hysteresis. Akibatnya saat H diturunkan hingga mencapai harga nol, masih ada nilai intensitas medan (B) yang tersisa. [14] 2.1.3 Efek Kulit Jika arus bolak-balik dialirkan melalui sebuah konduktor, arus tidak tersebar secara merata. Konduktor tunggal yang dialiri arus AC seperti pada gambar 2.2a, akan dikelilingi medan magnet konsentris H(t). Medan ini akan
2.2.2 Penyearah 1Fasa Gelombang Penuh Penyearah adalah salah satu konverter yang berfungsi untuk merubah tegangan bolak – balik (AC) menjadi tegangan searah (DC). Salah satu jenis penyearah yang sering digunakan adalah penyearah satu fasa tak terkontrol gelombang penuh. Penyearah jenis ini menggunakan susunan empat buah dioda[8]. Pada inverter dibutuhkan suplai DC yang rata dengan riak (ripple) yang sekecil mungkin. Oleh karena itu dipasang kapasitor filter. Filter kapasitor digunakan untuk menghaluskan keluaran penyearah yang mengandung riak. Vs Vm
0
t
2
t 2 t 2
-V m Vm
VL
0 0
-V m
VD
V D2,V D3
V D1,V D4
Gambar 2.4 Rangkaian penyearah gelombang penuh dengan filter kapasitor[8]
Besar tegangan rata rata yang dihasilkan penyearah gelombang penuh setelah dipasang kapasitor menjadi :
P0
Vm .I m . 2
V DC Vm dimana
Vm 2 .VLN
maka
VDC 2 .VLN
2.2.3 Half Bridge Paralel Resonant Inverter Salah satu jenis inverter yang digunakan dalam perancangan inverter adalah topologi inverter setengah jembatan dengan resonan paralel. Rangkaian ini terdiri dari dua buah saklar bidireksional S1 dan S2 serta rangkaian resonan pada beban yang terdiri dari L – C – R. Setiap saklar terdiri dari sebuah transistor (MOSFET) dan sebuah dioda antiparalel. Pada rangkaian ini dioda instrinsik di dalam MOSFET dapat digunakan sebagai dioda antiparalel. Saklar ini dapat mengalirkan arus positif maupun negatif pada saat dipicu. Pada saat transistor (MOSFET) dimatikan maka hanya akan mengalirkan arus negatif melalui dioda antiparalel. Transistor dipicu secara bergantian oleh VGS1 dan VGS2 dengan duty ratio 50 %. Transistor tidak boleh dipicu secara bersamaan agar tidak terjadi hubung singkat pada rangkaian karena arus akan langsung mengalir dari positif ke negatif. Berikut adalah rangkaian inverter setengah jembatan resonan paralel :
(a) (b) [3] Gambar 2.5 Rangkaian ekuivalen resonan paralel
Pada rangkaian RLC paralel (resistor, induktor, kapasitor) besarnya admitansi total adalah : j ωC
1 0 12 Q 2 . 0
[18]
Admitansi total 1 1 1 1 = 1 j jC R L Z total R jL j C 1 1 1 j C Z total R L Saat resonansi C
1 1 0 C L L f0
1 2
2
1 LC
1 LC
Daya keluaran Inverter resonan paralel ditunjukkan oleh persamaan berikut : 2
P0
I m .R Vm .I m cos 2 2
2
Pada saat f = f0, maka nilai ω akan sama dengan ω0 sehingga persamaan diatas menjadi : V .I P0 m m cos , dengan cosψ = 1 2 Vm .I m Maka P0 Watt 2 III. Perancangan Dan Pembuatan Perangkat Keras Blok diagram keseluruhan dari inverter frekuensi tinggi dapat dilihat pada gambar berikut ini.
Gambar 3.1 Blok Diagram inverter secara keseluruhan
3.1 Rangkaian Kontrol Menggunakan IC 4047 Pada penelitian tugas akhir ini, inverter dapat dioperasikan pada frekuensi 5 kHz – 225 kHz. Berdasarkan persamaan yang ada pada datasheet IC 4047 seperti yang tertulis dibawah ini : t 4,40 RC
Gambar 2.6 Rangkaian ekuivalen resonan paralel
f
1 4,40 RC
Kapasitor yang digunakan sebesar 1 nF sehingga nilai resistor yang harrus digunakan adalah RT
f maksimal 225 kHz , R T
1 4, 40 CT f osc
1 1010,10 4,40 10 9 225.103
1 45454,55 4,40 10 9 5.103 Kemudian dengan menyesuaikan komponen yang tersedia dipasaran yaitu : CT: 1 nF ; RT: 1000 ; VR: 50 K
f minimal 5 kHz , RT
3. Menentukan MOSFET yang digunakan Hal yang perlu diperhatikan antara lain : Tegangan kerja MOSFET Tegangan keluaran penyearah gelombang penuh sebesar 311 Volt DC. Tegangan inilah yang harus mampu ditahan oleh MOSFET. Arus Maksimal Inverter dirancang bekerja dengan daya maksimal 400 W. Maka resistansi beban minimal sebesar : 2
R
Gambar 3.2 Rangkaian Kontrol Pemicuan dengan IC 4047 keseluruhan
8V S 8.30 2 1,825 2 P0 3,14 2.400
Besarnya arus maksimal yang mengalir pada sisi sekunder trafo stepdown sebesar : Im
3.2 Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh Rangkaian penyearah gelombang penuh satu fasa tak terkontrol ini menggunakan dioda bridge KBPC3506 yang membentuk konfigurasi penyerah gelombang penuh. Dioda ini mampu bekerja pada tegangan 220 V dan kemampuan mengalirkan arus hingga 35 A. Hasil tegangan keluaran dioda ditapis oleh dua buah kapasitor polar 470 uF agar didapatkan tegangan searah dengan riak yang rendah.
Gambar 3.3 Rangkaian penyearah gelombang penuh satu fasa
3.3 Rangkaian Inverter Resonan Paralel
Gambar 3.4 Rangkaian daya inverter resonan paralel
Langkah dalam perancangan inveter yaitu : 1. Menentukan spesifikasi inverter. Inverter yang akan dirancang memiliki spesifikasi sebagai berikut : Inverter bekerja pada tegangan 220 V / 50 Hz . Frekuensi resonan 52 kHz, 75 kHz, dan 100 kHz Daya maksimal inverter 400 W. 2. Menentukan perbandingan Trafo Stepdown Trafo stepdown rangkaian daya digunakan untuk menurunkan tegangan dari nilai 155 Volt menjadi tegangan kerja 30 . Trafo yang digunakan harus dapat bekerja pada frekuensi tinggi sehingga digunakan trafo inti ferit. Perbandingan trafo yang direncanakan adalah 1 : 5 , agar sesuai dengan tegangan kerja yaitu : Np Vp Np 155 Np 155 Np 31 lilitan Ns
Vs
Ns
30
6
30
Dengan perbandingan ini maka diperkirakan kumparan primer akan menahan tegangan 5 Volt per lilitan, sedangkan kumparan sekunder akan menahan tegangan 5 Volt per lilit.
Vm 4V S 4VS cos Z .Z R
Pada kondisi resonan nilai Z = R maka ψ =1 4V 4.30 I S 20,93 Ampere m
R
.1,825
Maka arus yang mengalir di MOSFET dan sisi primer trafo stepdown yaitu : Ns 6 I I . 20,93. 4,05 Ampere primer
m
Np
31
Berdasar pada ketentuan diatas maka MOSFET yang dipilih untuk digunakan dalam perancangan inverter ini adalah MOSFET SK2611 Toshiba dengan spesifikasi sebagai berikut : Drain – source breakdown voltage : 900 Volt Gate – source breakdown voltage : 30 Volt Gate – threshold voltage : 4 Volt Drain current : 9 Ampere Drain source ON resistance RDS (ON) : 1,1 Ω Arus dalam perhitungan hanya digunakan untuk perancangan karena arus sebenarnya tergantung pada beban dan bahan yang akan dipanaskan. Arus maksimal yang mengalir pada perancangan sebesar 4,05 A. 4. Membuat kumparan kerja (work coil) Dalam perancangan kumparan kerja atau kumparan pemanas ini harus diperhatikan kapasitas arus yang akan digunakan . Karena resistansi benda tidak dapat diketahui, maka digunakan kawat dengan diameter yang cukup besar agar lebih kuat dilewati arus besar jika tahanan benda terlalu kecil. Pada tugas akhir ini digunakan kawat berbentuk pipa tembaga dengan diameter 6 mm. Jumlah lilitan pada kumparan kerja adalah 7 lilit. 5. Mengukur nilai Induktansi Kumparan Besar nilai kumparan kerja untuk pemanas yang digunakan adalah sebesar 2,13 μH. 6. Mengukur nilai kapasitor resonan Pada perancangan tugas akhir ini dilakukan untuk tiga variasi frekuensi resonan. Nilai kapasitor yang digunakan adalah 1,19 μF; 2,09 μF; dan 4,29 μF. Sehingga frekuensi resonan dapat ditentukan sebagai berikut: f0
1 2 LC
Untuk nilai C = 1,19 μF, f = 100 kHz, untuk nilai C = 2,09 μF f = 75,4 kHz, untuk nilai C = 4,29 μF f = 52,67 kHz 7. Menentukan tegangan kapasitor resonan Besarnya tegangan yang harus ditahan oleh kapasitor ditentukan oleh nilai faktor kualitas rangkaian. Pada kondisi paling buruk misalkan nilai faktor kualitas
rangkaian adalah 10, maka tegangan maksimal yang harus dapat ditahan oleh kapasitor adalah sebagai berikut:
VCM (max) VL (max) QLVm
4VS QL 4.30.10 382,16 V 3,14
Kapasitor yang digunakan adalah 104pF / 630 Volt sehingga dengan nilai ini diharapkan kapasitor dapat lebih handal. IV. PENGUJIAN dan ANALISA Setelah dilakukan perancangan dan pembuatan perangkat keras maka selanjutnya dilakukan pengujian dan analisa terhadap masing-masing blok dan sistem secara keseluruhan. 4.1 Pengujian Bentuk Gelombang Keluaran Bentuk gelombang keluaran hasil pengukuran pada output IC 4047 dan keluaran driver trafo pulsa dapat dilihat pada gambar 4.1
4.2 Pengujian Pengaturan Frekuensi Terhadap Perubahan Daya Inverter Daya yang digunakan oleh inverter resonan dapat diatur dengan cara merubah frekuensi kerja dari inverter tersebut. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh frekuensi terhadap daya yang dikonsumsi oleh inverter. Frekuensi yang digunakan pada pengujian kali ini adalah 100 kHz, 75 kHz, dan 52 khz disesuaikan dengan kapasitor resonan yang dipasang tanpa merubah nilai induktansi kumparan pemanas. Suplai tegangan yang digunakan berasal dari jala – jala PLN dengan tegangan 220 Vac, frekuensi 50 Hz. Berdasar pada ketiga hasil pengujian perubahan frekuensi terhadap perubahan daya inverter maka dapat dibandingkan melalui grafik perbandingan daya dan frekuensi untuk tiap frekuensi kerja resonan seperti yang terlihat pada gambar berikut : 520 480 440 400
Daya (Watt)
360 320 280
F = 100 kHz
240
F = 75 kHz
200
F = 52 kHz
160 120 80
Gambar 4.1 Bentuk gelombang hasil pengujian keluaran IC 4047 dan driver trafo pulsa
Pengukuran diatas diambil pada skala 10 μs/div dan 5 V/ div. Sehingga dapat dihitung besarnya frekuensi dan tegangan sebagai berikut : 1 T = 1,6 x 10 μs/div = 16 μs, f = 62,5 kHz 16s
dengan amplitudo peak to peak = 3,2 x 5 V/div = 16 Volt. MOSFET SK2611 memiliki tegangan pemicuan VGS maksimal ± 30 Volt sehingga tegangan keluaran driver dan trafo pulsa ini sudah cukup aman dan sesuai untuk memicu MOSFET pada rangkaian daya. Bentuk gelombang sisi primer dan sekunder trafo stepdown pada rangkaian inverter dapat dilihat pada gambar 4.2
40 20
30
40
50
60
70
80 90 100 110 Frekuensi (kHz)
120
130
140
150
160
170
Gambar 4.4 Grafik perubahan frekuensi terhadap daya
4.3 Pengujian Kenaikan Suhu Panas Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui tingkat kecepatan kenaikan suhu benda kerja pada beberapa variasi frekuensi resonan. Pengukuran ini dilakukan menggunakan Termometer Digital Krisbow dengan suhu ruangan awal 290 C. Frekuensi yang digunakan dalam pengujian ini yaitu 100 kHz, 75 kHz, dan 52,63 kHz. Tegangan sumber yang digunakan untuk suplai daya yaitu dari jala –jala PLN dengan tegangan 220 V frekuensi 50 Hz. 240 220 200 180
S u h u (C )
160 140 120 100 80
Gambar 4.2 Gelombang tegangan sisi primer dan sekunder trafo stepdown
60
f = 100 kHz
40
f = 75 kHz
20
f = 52 kHz
Waktu (detik)
Gambar 4.5 Grafik pertambahan suhu pada berbagai kondisi f resonan
Gambar 4.3 Gelombang tegangan induktor dan kapasitor resonan
21 12
20 24
19 36
18 48
17 60
16 72
15 84
14 96
14 08
13 20
12 32
9 68
10 56 11 44
8 80
7 92
7 04
6 16
5 28
3 52 4 40
2 64
88
1 76
0
0
4.4 Pengujian Perbandingan Daya Masukan dan Keluaran Inverter Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui perbandingan daya atau efisiensi inverter. Daya masukan (P.in) diukur menggunakan Power Quality Analyzer HIOKI. Untuk daya keluaran (P.out) dihitung berdasarkan nilai parameter tegangan dan arus pada sekunder trafo stepdown yang diukur menggunakan osiloskop. Berikut adalah hasil pengukuran daya masukan inverter pada frekuensi kerja 52 kHz dengan menggunakan power quality analyzer.
Tabel 4.1 Efisiensi inverter resonan Frek. Resonan P in (Watt) P out (Watt) Efisiensi 52 kHz 452 400 88,495% 75 kHz 251 222 88,44% 100 kHz 151 124,8 82,65% Dari tabel 4.1 diatas didapatkan efisiensi rata rata invertersebesar 86,52 % 4.5 Pengujian Extruder Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui hasil pemanasan pada Extruder yang digunakan untuk melelehkan plastik. Extruder digerakkan oleh motor DC yang dikopel langsung ke poros extruder. Hasil dari pengujian ini adalah pertambahan suhu pada extruder sehingga dapat melelehkan plastik. Frekuensi inverter yang mencatu kumparan adalah sebesar 52 kHz karena pada frekuensi ini didapatkan daya terbesar dan proses pemanasan yang cepat.
(a) (b) Gambar 4.6 Daya masukan inverter pada frekuensi 52 kHz
Hasil pengukuran daya pada sisi keluaran yang diambil menggunakan osiloskop dapat dilihat pada gambar berikut :
Gambar 4.8 proses pelelehan plastik
a. Tegangan keluaran b. Arus keluaran Gambar 4.7 Daya keluaran inverter pada frekuensi 52 kHz
Dari gambar 4.6 diatas dapat dilihat bahwa tegangan keluaran berupa sinusoidal dengan skala pengukuran 1 v/div dan faktor pengali 10 x maka besarnya tegangan maksimum yang terukur adalah V pp 4, 4.1.10 Vm 22 Volt Vm 2 2 Untuk arus, pengukuran dilakukan dengan memasang resistor secara seri dengan rangkaian yaitu menggunakan resistor sebesar 0.055 Ω. Dengan skala pengukuran 2 v/div dan faktor pengali 1 maka nilai terukur sebenarnya adalah : V 2 2 1 ; I 36,3636 A I m PP ; I m m 2.R 2.0,055 Dari hasil pengukuran diatas maka dapat dihitung daya keluaran inverter dengan persamaan : V I V .I Pout m m cos Pout m m cos , nilai cos ψ = 1 2 2 2 V . I 22 36 ,36 P 399,96 Watt Maka Pout m m Pout out 2 2 ≈ 400 Watt Dengan daya masukan sebesar 452 Watt dan daya keluaran sebesar 400 Watt maka dapat dihitung perbandingan daya masukan dan keluaran inverter sebagai berikut :
P out 400 100% ; 100% ; 88,495% Pin 452
Sehingga pada frekuensi 52 kHz didapat efisiensi inverter sebesar 88,495 %
Gambar 4.9 Hasil pelelehan plastik
V. PENUTUP 5.1 Kesimpulan Berdasarkan pada perancangan,pengujian dan analisa yang telah dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Catu daya inverter halfbridge resonan paralel frekuensi tinggi yang telah dirancang dan dibuat dapat bekerja pada tegangan 220 Volt AC/ 50 Hz dengan frekuensi inverter 5 kHz sampai 225 kHz. 2. Penggunaan daya inverter dapat diatur dengan mengatur besarnnya frekuensi pemicuan inverter. Dari pengujian didapat daya terbesar yaitu pada saat inverter bekerja dengan frekuensi 52,67 kHz dengan daya input 452 W dan daya output 400 W. 3. Frekuensi yang diterapkan pada saat proses pemanasan extruder sebesar 52 kHz karena pada frekuensi ini didapat daya terbesar dan kenaikan suhu pada badan extruder yang lebih cepat. 4. Perbandingan daya input dan daya output inverter terbesar yaitu pada frekuensi 52 kHz sebesar 88,495 % 5.2 Saran 1. Penelitian ini dapat dikembangkan lagi dengan membuat sistem kontrol close loop pada rangkian pemicuannya. 2. Jika menginginkan daya yang lebih besar maka dapat digunakan metode full bridge series resonant inverter .
3. Efisiensi yang lebih tinggi dan pengaturan daya secara otomatis dan adaptif pada inverter dapat dibuat dengan sistem phase shifting PWM pada kontrolnya menggunakan IC UCC 3895.
[1.] [2.] [3.]
[4.]
[5.]
[6.]
[7.]
[8.] [9.]
[10.]
[11.]
[12.]
[13.] [14.] [15.]
[16.]
[17.] [18.]
DAFTAR PUSTAKA Balogh Laszlo, Design And Application Guide For High Speed MOSFET Gate Drive Circuits. Callebaut Jean, Power Quality and Utilisation Guide, www.leonardo-energy.org, 2007 Dwi Baskara. Rieza, Perancangan Inverter Resonan Paralel Frekuensi Tinggi Menggunakan IGBT Sebagai Pemanas Induksi, Universitas Diponegoro, 2012. Jung-gi Lee, Sun-kyoung Lim, Kwang-hee Nam, Dong-ik Choi, Design Method of an Optimal Induction Heater Capasitance for Maximum Power Dissipation and Minimum Power Loss Caused by ESR. Kang C.H., Sakamoto H., Harada K, A Half-Bridge Converter using Series-Resonant Technology and Saturable Inductor Commutation, Energy Electronic Laboratory Sojo University, Japan, 2001. Kazimierczuk Marian K, Czarkowski Darius, Resonant Power Converter, John Wiley and Sons, Inc. Kurniawan, Singgih, Sistem Induction Heater Mesin Extruder Untuk Pengolahan Waste Pada Proses Reclaim, Laporan Kerja Praktek, Universitas Diponegoro 2011. M. Rashid, Power Electronics Circuit, Device, and Aplication 2nd, Prentice-Hall International Inc, 1988. Nugraha. Alberth Z, Agung Warsito, Abdul Syakur, Perancangan Modul Inverter Frekuensi Tinggi Sebagai Pemanas Induksi Untuk Aplikasi Pengering Pakaian, Universitas Diponegoro, 2010. Pratama. Pandu Sandi, Agung Warsito, Karnoto, Perancangan Inverter Resonan Seri Frekuensi Tinggi Sebagai Suplai Pemanas Induksi Pada Alat Pemanas Bearing, Universitas Diponegoro, 2010. Rudnev Valery, Loveless Don, Cook Raymond, Handbook of Induction Heating, Marcel Decker, Inc, New York, 2003. Satriansyah , Adam, Rangkaian AC Paralel R-L-C, (Online), (http://ntrux.wordpress.com/2011/07/07/rangkaian-acparalel-r-l-c/, diakses 2 Juni 2012 jam 14:12 ) Sippola Mika, Developments for the High Frequency Power Transformer Design and Implementation . Wildi Toldore. Electrical Machine, Driver, and Power Systems, Prentice-Hall International Inc, 1981. Wong Fu Keung, High Frequency Transformer for Switching Mode Power Supply, School of Microelectronic Engineering, Faculty of Engineering and Information Technology, Griffith University, Brisbane, Australia. 2004. Zinn Stanley, Semiatin SL, Coil design and fabrication: basic design and modifications, Heat Treating, 1988. ------, AN9012 : Induction Heating System Topology Review, Fairchild semiconductor, 2000. -------, Buku Teknik Elektronika , PPPPTK/VEDC Malang
[19.] --------,CD4047BC Low Power Monostable/Astable Multivibrator, Fairchild Semiconductor, 1999 [20.] --------, Induction Heating, (Online ), (http://www.richieburnett.co.uk diakses 20 Maret 2011 jam 7:25:37 AM) [21.] --------, Inverter (electrical), (http://www.wikipedia.org Wikipedia, the free encyclopedia: diakses 20 Maret 2011 jam 13:51 ) [22.] --------, Series Resonant Induction Heater – (Online) (http://www.blogspot.com/uzzors2k diakses 29 April 2011 jam 10:20:13 ) BIODATA Rezon Arif B. (L2F008082) Penulis lahir di Semarang, 3 Mei 1990. Menempuh jalur pendidikan dasar di TK Nurul Islam Semarang, SD Negeri Purwoyoso 03 Semarang, SMP N 1 Semarang, dan SMA Negeri 3 Semarang dan saat ini sedang menjalani pendidikan S1 di Teknik Elektro Universitas Diponegoro Semarang Konsentrasi Teknik Energi Listrik. Mengetahui, Pembimbing I
Pembimbing II
Ir.Agung Warsito, DHET
Karnoto, ST, MT.
NIP. 195806171987031002
NIP. 196907091997021001
