Rancang Bangun Inverter Tiga Fasa menggunakan IPM PM50RLA120 dan NI CompactRIO

Rancang Bangun Inverter Tiga Fasa menggunakan IPM PM50RLA120 dan NI CompactRIO Reynhard Josian Sembiring1, Feri Yusivar2 1 2

Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Depok 16424, Indonesia. Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Depok 16424, Indonesia. E-mail: [email protected], [email protected]

ABSTRAK Sejalan dengan semakin meningkatnya perkembangan penelitian dan pengembangan di bidang kendaraan listrik,maka dibutuhkan suatu sistem inverter tiga fasa yang memiliki efisiensi tinggi serta memiliki kecepatan switching yang cukup tinggi dan impedansi masukan yang tinggi sehingga tidak membebani rangkaian pengendali.Solusi untuk permasalahan itu adalah pemakaian IGBT dikarenakan IGBT cocok digunakan pada arus yang besar hingga ratusan ampere sehingga dapat diaplikasikan pada motor berdaya besar.Pada Skripsi ini akan dilakukan implementasi pengendalian inverter tiga fasa menggunakan

teknik

Space

Vector

Pulse

Width

Modulation(SVPWM)

menggunakan

NI

COmpactRIO.Hasil yang didapatkan pada skripsi ini adalah tegangan dan arus keluaran dari inverter berbentuk sinusoidal dan memiliki beda fasa 1200.

Kata kunci : Inverter,IGBT,SVPWM,NI CompactRIO

DESIGN OF THREE PHASE INVERTER USING IPM PM50RLA120 AND NI COMPACT RIO ABSTRACT Along with increased interest of the research and development in the field of electric car,then it is needed a three phase inverter system which has high efficiency and have high speed switching and also small input impedance so it will not loaded the control circuitThe solution is using IGBT as the power switching device in inverter because it has high efficiency and have high current capability so it is usied for high power motor.In this thesis the implementation of three phase inverter control using SVPWM and

Rancang Bangun..., Reynhard Josian Sembiring, FT UI, 2014

NI CompactRIO is been done.The results are the voltage and currents which has sinusoidal and three phase sinusoidal waveform

Keywords: Inverter,IGBT,SVPWM,NI CompactRIO 1. Pendahuluan Teknologi inverter merupakan teknologi yang banyak dikembangkan di bidang energi terbarukan seiring dengan berkembangnya teknologi rangkaian pensakalaran daya dibanding rangkaian daya lainnya.Pada beberapa tahun ini telah banyak tologi dari rangkaian daya yang dikembangkan

dalam

inverter

seperti

topologi

2

level,multilevel,full

bridge,half

bridge,dll.Perkembangan ini juga diiikuti oleh perkembangan manufaktur semikonduktor dunia yang

mulai

melakukan

pengembangan

dan

produksi

semikonduktor

daya

seperti

IGBT,MOSFET,SCR,GTO,dan BJT sejak tahun 1980. Rangkaian inverter dapat mengubah tegangan DC menjadi tegangan AC.Pada awalnya sistem kendali inverter dalah menggunakan bentuk gelombang kotak sebagai sinyal pengendalian buka tutup pada semikonduktor daya yang digunakan.Namun penggunaan teknik ini memiliki THD yang tinggi dan hanya memiliki keluaran tegangan yang terbatas.Suatu inverter yang baik adalah inverter yang memiliki efisiensi besar dengan rugi-rugi daya yang sekecil mungkin dapat diabaikan. Namun kondisi ideal ini sangat sulit tercapai karena selalu ada rugi-rugi panas, pensaklaran, dan yang lainnya. Perancangan inverter yang baik juga merupakan faktor penting yang menentukan performa dari motor induksi yang menjadi penggerak mobil listrik. Hal ini dikarenakan inverter merupakan realisasi dari segala perhitungan dalam pengendalian motor yang terdapat dalam program komputer. Apabila inverter yang dirancang tidak baik maka dapat dikatakan bahwa algoritma kendali yang telah didisain dengan baik tidak dapat mengendalikan motor meskipun hasil simulasi telah berhasil menunjukan performa yang baik. Salah satu solusi dalam meningkatkan efisiensi dari inverter adalah pemilihan komponen saklar semikonduktor daya.IGBT merupakan salah satu saklar semikonduktor daya yang bisa digunakan pada inverter. Kelebihan IGBT ini antara lain adalah impedansi pada input terminal yang tinggi sehingga tidak membebani rangkaian pengendali, kecepatan pensaklaran yang tinggi serta memiliki nilai tegangan jatuh dan disipasi daya yang kecil. Sehingga cocok untuk diaplikasikan sebagai pengatur tegangan untuk motor induksi tiga fasa.


Selain faktor divais semikonduktor daya yang digunakan,faktor lain yang dapat meningkatkan faktor efisiensi dari inverter tiga fasa adalah menggunakan teknik pengendalian PWM.Teknik PWM merupakan teknik yang memodulasi durasi dari pulsa kendali atau duty ratio untuk mencapai tegangan,arus,dan frekuensi yang terkendali dan memenuhi kriteria gelombang yang diinginkan.Pada awal pengembangan PWM diimplementasikan menggunakan komponen elektronika analog.Namun sekarang PWM telah diimplementasikan dan telah ditingkatkan performa frekuensi,bentuk sinyal,dll menggunakan komputer,FPGA dan perangkat pengolahan sinyal modern lainnya. Pada paper kali ini akan dibahas mengenai perancangan inverter tiga fasa dan implementasi Space Vector Pulse Width Modulation (SVPWM) menggunakan NI CompactRIO pada inverter tiga fasa dengan beban lampu.Penggunaan teknik SVPWM ini dikarenakan untuk meningkatkan efisiensi inverter dimana teknik SVPWM dapat meningkatkan penggunaan tegangan DC serta memiliki komponen harmonik yang rendah 2. Tinjauan teoritis 2.1 Inverter Tiga Fasa Fungsi suatu inverter adalah untuk mengubah tegangan masukan DC menjadi tegangan AC yang besar dan frekuensinya dapat diatur sedemikian rupa sesuai dengan kebutuhan sistem. Proses pengaturan besarnya tegangan AC yang dihasilkan dapat dilaksanakan dengan 2 cara, namun cara yang paling banyak digunakan dan lebih efektif adalah dengan mengubah-ubah lebar pulsa penyaklaran atau yang dapat disebut Pulse Width Modulation (PWM). Rangkaian inverter tiga fasa memiliki konfigurasi seperti pada Gambar 1.

Gambar 2.1. Topologi inverter tiga fasa


Topologi rangkaian inverter tiga fasa terlihat pada gambar di atas, terdapat 6 buah divais pesaklaran yang akan diatur buka tutupnya untuk menghasilkan gelombang sinusoidal tiga fasa yang besar amplitudonya adalah sebesar 0.5 VDC. +0.5 VDC dihasilkan ketika saklar atas tiap kaki aktif dan -0.5 VDC ketika saklar bawah pada tiap kaki aktif. Setiap saklar akan aktif selama selang waktu 1800 terhadap siklus gelombang referensi, dengan masing-masing keluaran dari setiap kaki berbeda 1200. Pergeseran fasa ini terjadi akibat urutan pengaktifan saklar, yaitu pada suatu interval yang teratur sebesar 600. Pengaktifan transistor ini berlangsung terus menerus dan saling berurutan untuk menyelesaikan satu siklus dari gelombang tegangan keluaran.urutan pengaaktifan saklar adalah !! , !! , !! , !! , !! , dan !! . Proses perubahan tegangan searah menjadi tegangan bolak-balik tiga fasa adalah sebagai berikut : Pada waktu setengah siklus positif dari tegangan masukan, saklar !! , !! , dan !! akan berubah menjadi aktif, sedangkan setengah siklus negatif berikutnya dari tegangan masukan akan menjadikan saklar !! , !! , dan !! menjadi aktif. Bentuk gelombang yang masuk pada masing-masing saklar (!! , !! , !! , !! , !! , dan !! ) dan tegangan keluaran antar fasa dari inverter terlihat pada gambar di bawah.

Gambar 2.2 Bentuk gelombang masuk pada saklar dan tegangan keluar antar fasa dari inverter Untuk menghindari adanya short-circuit yang akan menyebabkan gagalnya sistem inverter ketika terjadi perubahan kondisi dari on atau off suatu lengan IGBT, maka pada setiap sinyal on dan off dari tiap saklar ini akan ditambahkan dead time. Fenomena Dead time di kaki atas dan kaki bawah pada satu lengan IGBT pada inverter ketika belum ditambahkan dan setelah ditambahkan diperlihatkan pada gambar di bawah.


Gambar 2.3 Pulsa saklar IGBT tanpa dead time

Gambar 2.4 Pulsa saklar IGBT dengan dead time 2.2 Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) Perangkat saklar yang digunakan pada penelitian ini adalah IGBT. IGBT merupakan perangkat switching yang dirancang agar memiliki kinerja switching kecepatan tinggi dan kendali tegangan gate mirip seperti MOSFET daya serta kapasitas penanganan tinggi atau arus yang besar seperti transistor bipolar.Struktur dasar IGBT diperlihatkan pada gambar di bawah.

Gambar 2.5 Penampang IGBT Struktur IGBT mirip dengan struktur MOSFET, namun terdapat penambahan lapisan p+ pada bagian tertentu pada MOSFET. Daya tegangan positif antara gate dan emitter akan menghasilkan aliran arus yang akan melewati IGBT sehingga IGBT akan aktif. Pada saat IGBT aktif pembawa positif disuntikkan dari lapisan p+ ke lapisan dasar tipe n, dengan demikian akan memercepat modulasi daya konduksi. Hal ini memungkinkan IGBT untuk memiliki resistansi aktif yang jauh lebih rendah daripada MOSFET. Resistansi lapisan dasar tipe n pada IGBT menjadi sangat kecil disebabkan pengaruh terbentuknya dioda pn akibat hubungan tambahan lapisan p+ dan lapisan dasar tipe n ketika dilihat dari sisi drain pada MOSFET. Rangkaian ekivalen IGBT diperlihatkan pada gambar dibawah


Gambar 2.6 Rangkaian ekuivalen IGBT Masukan dari IGBT adalah terminal Gate dari MOSFET, sedang terminal Source dari MOSFET terhubung dengan terminal Basis dari BJT. Dengan demikian, arus drain keluar dan dari MOSFET akan menjadi arus basis dari BJT. Dikarenakan besarnya tahanan masuk dari MOSFET, maka terminal masukan IGBT hanya akan menarik arus yang kecil dari sumber. Di pihak lain, arus drain sebagai arus keluaran dari MOSFET akan cukup besar untuk membuat BJT mencapai keadaan saturasi. Dengan gabungan sifat kedua elemen tersebut, IGBT memiliki perilaku yang cukup ideal sebagai sebuah saklar elektronik. Salah satu sifat IGBT adalah tidak membebani sumber, di sisi lain mampu menghasilkan arus yang lebih besar bagi beban yang dikendalikannya. Selain itu, kecepatan switching IGBT juga lebih tinggi dibandingkan dengan transistor bipolar, namun lebih rendah dari MOSFET. Maka dengan kata lain, ketika saat keadaaan menghantar, nilai tahanan menghantar (!!" ) dari IGBT sangat kecil, menyerupai !!" pada transistor bipolar. Dengan demikian, apabila tegangan drop serta daya terbuang pada saat keadaaan menghantar juga kecil. Melihat sifat ini maka IGBT akan sesuai untuk dioperasikan pada arus yang besar, hingga ratusan ampere tanpa terjadi kerugian daya yang cukup berarti. 2.3 Space vector Pulse Width Modulation PWM atau Pulse Width Modulation sendiri merupakan teknik pengkodean sinyal analog referensi menjadi durasi lebar pulsa untuk menghasilkan tegangan dan frekuensi yang jauh lebih tinggi daripada sinyal referensi. Nilai tengangan rata-rata dari modulator sebanding dengan tegangan referensi di dalam masing-masing periode PWM. Energi yang mampu menggerakkan motor dapat dikendalikan dengan mengatur lebar pulsa sebagai trigger pada rangkaian inverter dalam skema Voltage Source Inverter (VSI). Lebar pulsa ini berubah dari tiap periodenya menurut suatu pengaturan sinyal referensi. Kerapatan pulsa ini haruslah diperhatikan dengan seksama karena terdapat efek harmonisa pada suatu rangkaian elektronika daya. Harmonisa ini dapat menyebabkan putaran motor tidak sesuai dengan sinyal keluaran yang diinginkan. Untuk mengurangi efek Total Harmonic Distortion (THD), dapat dilakukan dengan menaikkan jumlah


level bentuk gelombang. Salah satu teknik yang terkenal dapat mengurangi efek THD adalah Space Vector Pulse Width Modulation (SVPWM). SVPWM merupakan metode modulasi lebar pulsa dengan mentransformasi tegangan referensi ke ruang vektor rotating yang tersusun dari 6 vektor keadaan yang membentuk hexagon. Seperti terlihat pada Gambar 2.7

Gambar 2.7 Hexagon operasi dari SVPWM Pada Gambar 2.7 dapat dilihat daerah operasi kerja SVPWM dimana terdiri dari 8 vektor tegangan dan memiliki 6 sektor yang membentuk hexagon. Selain itu daerah kerja svpwm juga memilki batas panjang vektor dimana panjang vektor ini menentukan apakah vektor tegangan memasuki daerah under modulation yang merupakan daerah lingkaran dalam atau over modulation yang berada pada daearah di antara lingkaran dalam dan lingkaran luar. Penentuan daerah modulasi ini tergantung pada index modulasi yang formulasinya berbeda-beda untuk setiap daerah modulasi. Untuk setiap daerah modulasi ini memiliki perhitungan yang berbedabeda. 3. Metode Penelitian 3.1 Blok Diagram Perancangan Inverter Tiga Fasa Blok diagram perancangan inverter ditunjukkan pada Gambar 3.1. Inverter tiga fasa dalam skripsi ini terdiri dari atas beberapa bagian yaitu : catu daya, Ni CompactRIO, driver, IPM IGBT,


Gambar 3.1 Perancangan Blok Diagram secara umum

3.2 Intelligent Power Module (IPM) Pada skripsi ini digunakan IGBT sebagai realisasi perangkat keras dari inverter yang akan mengatur tegangan yang masuk kepada motor.IGBT yang digunakan merupakan modul Intelligent Power Module Mitsubishi PM50RLA120. Gambar module ini terlihat pada Gambar 3.2.

Gambar 3.2 Intelligent Power Module Mitsubishi PM50RLA120 Modul IGBT ini memiliki 7 buah IGBT di dalamnya,yang terdiri dari 3 IGBT pada lengan atas, 3 IGBT pada lengan bawah dan 1 IGBT yang akan digunakan sebagai BRAKE. Selengkapnya rangkaian internal dari modul ini terlihat pada gambar berikut.

Gambar 3.3 Rangkaian internal dari IPM PM50RLA120 Pada gambar diatas terlihat bahwa jenis IPM ini memiliki control chip yang mengatur pensaklaran dair tiap IGBT. Dengan adanya chip ini juga memberikan perlindungan khusus bagi tiap IGBT dengan adanya deteksi sushu lebih, arus lebih, dan arus pendek. Sehinggga dapat menghindarkan IGBT dari adanya kegagalan. Perangkat inverter dengan IGBT sebagai switch dipilih dengan pertimbangan bahwa IPM IGBT ini memiliki kapasitas daya hingga 7.5 KW, kapasitas arus 50 A serta tegangan maksimal 1200 V sehingga sangatlah aman digunakan pada motor dengan tegangan 400 V dan memiliki kapasitas arus yang besar terlebih saat melakukan pengereman yang dapat menaikkan tegangan DC. IPM IGBT ini dari relatif mudah dikendalikan, frekuensi yang akan digunakan dibawah 20


kHz dan modul IGBT mempunyai conduction lossyang kecil serta cocok untuk aplikasi arus dan tegangan tinggi. Dalam modul ini masing-masing IGBT akan dikendalikan dengan rangkaian driver yang akan dijelaskan pada bagian selanjutnya. Pada modul ini juga dilengkapi dengan mode fault detection dimana apa bila ada kesalahan seperti short circuit, overvoltage ataupun overcurrent maka IPM akan memeberikan sinyal keluaran dan dapat diolah untuk dilakukan pengamanan terhadap sistem. 3.3 Rangkaian Driver dan Fault Detection Rangkaian Driver merupakan rangkaian antar muka antara controller dengan IPM. Rangkaian driver ini terdiri atas optocoupler yang berfungsi untuk memisahkan controller yang merupakan perangkat tegangan rendah dengan IPM yang merupakan perangkat dengan tegangan tinggi. Untuk masing-masing IGBT memiliki satu rangkaian driver sendiri-sendiri. Skematik driver inverter ini akan terlihat pada gambar berikut.

Gambar 3.4 Rangkaian driver inverter dengan beban lampu Dari gambar di atas terlihat bahwa keluaran dari rangkaian optocoupler ini tersambung ke kaki-kaki Vin, Vcc, GND dan FO IGBT. Terdapat 2 jenis optocoupler yang digunakan, yaitu yang pertama adalah high speed switching optocoupler yang digunakan adalah TLP 559 yang terhubung dengan IGBT lengan atas dan lengan bawah kemudian yang kedua adalah TLP 521 yang merupakan lower speed switching, dipasangkan dengan IGBT Brake dan pada Fault Output. Pada rangkaian ini juga dilengkapi dengan gerbang And untuk memberikan sinyal fault kepada controller apabila terjadi kesalahan dalam IPM. 3.4 Power Supply


Terdapat kebutuhan akan beberapa tegangan yang akan memberikan daya pada tiap-tiap perangkat. Rangkaian power supply yang digunakan adalah sebagi berikut : 3.4.1 +15 VDC Voltage Regulator Rangkaian catu daya ini digunakan untuk menyuplai daya pada rangkaian optocoupler driver IGBT IPM. Untuk rangkaian optocoupler driver ini dibutuhkan 4 suplai dikarenakan untuk tiga rangkaian lengan atas IGBT diharuskan memiliki sumber daya yang terpisah (floating) sedangkan untuk lengan bawah disamakan sumbernya. Rangkaian catu daya ini menggunakan LM7815 dan trafo 18 V 1 A untuk merubah tegangan 220 VAC menjadi 15V. Gambar rangkaian regulator ini diperlihatkan pada gambar berikut :

Gambar 3.5 Skematik Rangkaian regulator

Gambar 3.6 Rangkaian Power supply +15 VDC Pada skematik rangkaian diatas diberikan nilai kapasitor pada keluaran regulator untuk memperhalus keluaran dari regulator. Selain itu diberikan led pada keluaran regulator untuk menandakan berfungsi atau tidaknya rangkaian regulator ini. Hasil keluaran power supply 15 V ini diperlihatkan pada gambar berikut 3.4.2.+ 5 VDC Voltage Regulator Rangkaian catu daya ini digunakan untuk menyuplai daya pada rangkaian alarm IGBT IPM, voltage divider untuk pedal serta modul bluetooth. Rangkaian ini menggunakan adaptor switching 5V yang banyak dijual di pasaran.Keluaran tegangan dari modul sumber tegangan ini ditunjukkan pada gambar berikut. 3.5 Rangkaian Penyearah


Pada penelitian kali ini dibutuhkan tegangan HVDC untuk menjadi sumber tegangan utama pada inverter tiga fasa. Untuk menyalakan beban lampu, motor induksi, dan peralatan rumah lainnya dibutuhkan tegangan minimal 300 VDC untuk dapat menjalankan peralatan tersebut. Pada penelitian kali ini digunakan penyearah menggunakan dioda bridge dan 2 buah kapasitor sebesar 220 µF (C1 dan C2 pada gambar) untuk menghilangkan riak-riak yang ada pada keluaran dioda bridge agar didapatkan tegangan DC yang mendekati DC murni. Skematik rangkaian diperlihatkan pada gambar berikut.

Gambar 3.7 Rangkaian Penyearah VDC Sumber tegangan AC diberikan oleh sumber listrik gedung MRPQ dengan grounding menggunakan isolation transformer untuk mendapatkan ground floating pada trafo isolasi dan mendapatkan pengamanan apabila terjadi gangguan pada sistem listrik maka tidak mengganggu sistem penelitian dan sebaliknya apa bila terjadi gangguan pada sistem penelitan maka tidak akan menggangu kelistrikan dairi gedung MRPQ.Dari hasil keluaran rangkaian penyearah ini adalah tegangan 334 VDC.Hal ini sesuai dengan perhitungan tegangan masukan AC dengan amplitudo 236 VAC diubah menjadi tegangan DC menjadi 236* 2 V atau sama dengan 334 VDC. 3.6 Ni CompactRIO Ni Compact RIO (Reconfigurable Input Output) merupakan sistem pengendali dan akusisi data untuk skala industri atau dapat disebut Programmable Automation Controller (PAC) yang diproduksi oleh National Instruments. NI compactRIO dapat dengan mudah dirubah konfigurasi ataupun ditambah dengan divais dari luar atau third-party devices. CompactRIO mewakili adanya suatu arsitektur yang open access sampai ke level rendah untuk sumber daya perangkat keras. CompactRIO dikembangkan dengan graphical programming software yaitu LABVIEW untuk pengembangannya. Sistem NI Compact RIO yang digunakan terdiri dari 2 modul utama, yaitu NI cRIO-9025 dan NI 91118 serta dilengkapi dengan 3 modul yang berfungsi sebagai Analog Input,Digital Input Output,dan Analog Output.Gambar perangkat pengendali diperlihatkan pada gambar berikut.


Gambar 3.8 CompactRIO 3.7 Flowchart Program Program yang akan diimplementasikan adalah algoritma Space Vector Pulse Width Modulation. Alur implementasi program diperlihatkan pada gambar berikut. Mulai

Inisialisasi Fr ekuensi Refer ensi, Amplitudo Referensi, Sampling Time, Deadtime, Period Carrier, Fasa Tiap Sinyal, Nilai V DC A

Pengeluar an Sinyal Refer ensi dan Sinyal Carrier

Perhitungan Letak Sektor

Perhitungan Nilai X,Y, dan Z

Perhitungan Nilai T0, T1 dan T2

Perhitungan Nilai Waktu TA ON, TB ON, dan TC ON

Pengaturan Waktu ON pada Fasa yang Tepat

Pengeluar an Sinyal SV PWM pada Masing-Masing Fasa

Membandingkan Sinyal SVPWM dengan Sinyal Carrier

Pemberian Deadtime

Pengeluar an Sinyal Melalui DIO

Nilai S udut Referensi++

Tombol S TOP ditekan?

Tidak

A

Ya STOP

Gambar 3.9 Diagram Alir program


Kemudian untuk cuplikan program deadtime yang digunakan pada program diperlihatkan pada gambar berikut.

Gambar 3.10 Program Deadtime 4. Hasil dan Pembahasan 4.1 Pengujian Keluaran Space Vector PWM pada tiap fasa . Pada sub bab kali ini akan dilakukan pengujian keluaran algoritma svpwm yang telah dimodulasi menggunakan sinyal segitiga dengan frekuensi tinggi. Hasil keluaran pada tiap fasa adalah terlihat pada gambar berikut.

Gambar 4.1 Keluaran SVPWM pada fasa U,V,dan W

Gambar 4.2 Keluaran SVPWM pada fasa U dan sinyal referensi


Gambar 4.3 Keluaran SVPWM pada fasa V dan sinyal referensi

Gambar 4.4 Keluaran SVPWM pada fasa W dan sinyal referensi Terlihat pada gambar –gambar diatas keluaran dari sinyal SVPWM dibandingkan dengan sinyal referensi memiliki bentuk dan fasa yang sama.Sehinggga keluaran SVPWM ini sudah sesuai dengan nilai yang diinginkan yaitu memeiliki frekuensi yang sama untuk satu gelombangnya dengan sinyal referensi dan memiliki fasa yang sama dengan sinyal referensi. 4.2 Pengukuran deadtime space vector PWM Dalam implementasi pengendalian inverter dengan teknik PWM, implementasi deadtime haruslah dengan baik diimplementasikan sehingga tidak terjadi short circuit pada sinyal high dan low pada channel yang berhubungan dengan IGBT lengan atas dan bawah.Pengaruh tidka adanya dead time adalah terjadinya hubung singkat pada IGBT atas dan bawah yang dapat menyebabkan terjadinya panas dan panas berlebuh dapat menyebabkan panas yang dapat merusak IGBT sedangkan dead time yang lama dapat mengurangi nilai tegangan keluaran bahkan merusak bentuk tegangan yang dihasilkan Hasil PWM masukan dan keluaran optocoupler diperlihatkan pada gambar di bawah.


Gambar 4.5 Tampilan sinyal masukan dan keluaran optocoupler atas dan bawah Pada gambar di atas, sinyal berwarna ungu merupakan sinyal masukan untuk optocoupler di bagian atas dan hijau merupakan sinyal masukan untuk optocoupler di bagian bawah.Sedangkan sinyal berwana oranye merupakan sinyal keluaran dari optocoupler di bagian atas dan sinyal berwan abiru merupakan sinyal keluaran dari optocoupler di bagian bawah.Terlihat bahwa sinyal keluaran dair optocoupler merupakan sinyal yang berkebalikan dengan sinyal masukan dari optocoupler.Hal ini disebabkan sinyal keluaran optocoupler diberikan pada resistor pull-up yang memberikan pulsa low jika diberikan pulsa high.Berdasarkan datasheet,pengukuran deadtime dilakukan dengan melihat bentuk sinyal seperti gambar berikut.

Gambar 4.6 pengukuran dead time pada PM50RLA120 Terlihat bahwa dari gambar di atas,nilai 1,5 V merupakan nilai threshold bagi IGBT untuk ON sedangkan nilai tegangan 2 V menjadi nilai threshold bagi IGBT untuk off.Karena itu pengukuran waktu dead time dilakukan pada waktu tegangan berada di level 1,5 V untuk on dan 2 V untuk off menjadi nilai batas tegangan Hasil Pengukuran dead time(sinyal biru dan oranye) yang lebih detil terlihat pada gambar dibawah.


Gambar 4.7 Tampilan sinyal pengukurn dead time optocupler 4.3 Pengujian respon keluaran optokopler Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai pengujian keluaran dari optokopler yang akan mengendalikan chip kendali yang terdapat pada IPM. Keluaran yang akan diamati adalah yang terurama adalah waktu tunda yang terdapat pada keluaran optokopler. Hasil yang didapat pada optokopler yang digunakan terlihat pada gambar berikut.

Gambar 4.8 Pengukuran respon rendah ke tinggi optokopler Terlihat pada gambar di atas hasil pengukuran menggunakan osiloskop.nilai pengukuran waktu tunda yang dihasilkan dari waktu low ke high optokopler. Keadaan optokopler adalah berkebalikan dengan nilai masukan dari optokopler. Ketika sinyal yang diberikan kepada bagian masukan optokopler berubah dari tinggi ke rendah maka optokopler akan berubah keadaan dari rendah ke tinggi. Nilai waktu tunda yang terukur pada respon optokopler adalah kurang dari 10 µs. Nilai ini dipengaruhi oleh pasangan resistor masukan dan resistor beban pada optokopler. Nilai yang digunakan pada driver ini adalah 470 ohm pada ressitor masukan dan 20 kohm pada resistor beban. Nilai ini didapatkan dari data sheet TLP 559 dimana arus yang digunakan adalah 10 ma sehingga digunakan nilai resistor yang tersedia adalah 470 ohm. Pada datasheet IPM dimungkinkan untuk menggunakan nilai resistor yang lebih kecil untuk mengurangi waktu tunda


dari optokopler. Namun nilai resistor yang rendah dapat menambah hasil noise pada keluaran optokopler. Oleh karena itu nilai waktu tunda yang kurang dari 10 µs ini mengakibatkan pemilihan frekuensi pensaklaran harus dibatasi sehingga tidak terjadi kesalahan hasl algoritma PWM pada implementasi pensaklaran pada IPM. Hasil waktu tunda pada nilai tinggi ke rendah pada optokopler terlihat pada gambar di bawah.

Gambar 4.9 Pengukuran respon tinggi ke rendah optokopler Pada respon keluaran optokopler diatas didapatkan dari perubahan nilai sinyal masukan dari NI CompactRIO dari rendah ke tinggi. Terlihat ketika terjadi Perubahan dari off ke on pada masukan optokopler ini terjadi juga perubahan dari on ke off pada keluaran optokopler pada waktu yang tidak jauh berbeda dengan masukan optokopler.Perbedaan yang terjadi hanya pada nano detik. 4.4 Pengujian keluaran inverter tiga fasa Pada sub bab kali ini akan dilakukan pengujian dari keluaran inverter.Pada pengujian ini inverter tiga fasa akan dipasang 2 jenis beban lampu yang dipasang tiga fasa secara wye.Jenis lampu yang diuji adalah yang pertama adalah lampu 25 Watt sedangkan yang kedua adalah lampu 100 Watt.Pengukuran dilakukan dengan menggunakan Hioki power quality analyzer pw 318.Tampilan hasil pengukuran diperlihatkan pada gambar di bawah.

Gambar 4.10 Pengukuran tegangan fasa keluaran inverter


Gambar 4.11 Pengukuran arus 3 fasa keluaran inverter

Gambar 4.12 Pengukuran diagram vektor pengukuran Dari hasil pengujian ini didapatkan hasil tegangan sinusoidal yang memiliki beda fasa sebesar 120 derajat.Beban lampu juga menyala dengan nilai yang seimbang.Sementara nilai arus yang dihasilkan juga memiliki bentuk sinusoidal dan memiliki besar arus yang seimbang.Dari hasil pengukuran didapatkan adanya ketidakseimbangan pada beban,namun ketidakseimbangan ini sangat kecil dan tidak memiliki pengaruh besar pada sistem.Untuk pengukuran beban 100 Watt ditampilkan pada gambar berikut.

Gambar 4.13 Pengukuran tegangan fasa keluaran inverter


Gambar 4.14 Pengukuran arus 3 fasa keluaran inverter

Gambar 4.15 Pengukuran diagram vektor pengukuran Dari hasil pengujian beban 100 Watt.Didapatkan hasil pengukuran beban tiga fasa dan arus tiga fasa dengan bentuk sinusoidal dan memiliki beda fasa 1200.Nilai arus juga menghasilkan gelombang sinusoidal tiga fasa dengan beda 1200 dengan tidak merubah fasa dari fasa tegangan.Nilai terang dari lampu juga sama pada tiap bohlam lampu.Dari hasil pengukuran juga didapatkan ketidakseimbangan pada fasa tegangan dan arus.Namun nilai ketidakseimbangan ini kecil dan memiliki pengaruh yang kecil pada sistem. 5. Kesimpulan 1.Inverter tiga fasa merupakan perangkat yang dapat mengubah tegangan DC menjadi AC dan merupakan suatu sistem yang kompleks dan butuh suatu metode yang tepat dalam membuat inverter 2.IPM IGBT merupakan saklar daya yang memiliki loss daya yang rendah,selain itu Frekuensi yang dapat diterima mencapai 5 khz. 3.Berdasarkan pengukuran,Nilai deadtime sebesar 25 µs aman untuk diterapkan dalam


Inverter menggunakan tipe IPM ini. 4.Sistem inverter tiga fasa menggunakan Algoritma SVPWM dan sensor tegangan telah dapat diimplementasikan dalam NI compactRIO dan pada inverter IPM IGBT yang pada percobaan telah menghasilkan tegangan dan arus sinusoidal tiga fasa pada dua beban resistif berdaya 25 Watt dan 100 Watt. 6. Daftar Referensi 1. Bengi Tolunay,”Space Vector Pulse Width Modulation for Three-Level Converters-a LABVIEW Implementation,”Master Thesis,2012. 2. Bin Wu, High-Power Converters and AC Drives, New Jersey, Canada: IEEE Press, 2006. 3. Widodo Prasetyo,Rancang Bangun Inverter 3 Fasa Dengan Insulated Gate Bipolar Transistor(IGBT) Menggunakan Metode Natural PWM Berbasis Mikrokontroler AT90PWM3,Depok,Skripsi Departemen Teknik Elektro,2010. 4. NI 9118 Operating Instructions and Spesifications,2008. 5. NI 9025 Operating Instructions and Spesifications,2008


Rancang Bangun Inverter Tiga Fasa menggunakan IPM PM50RLA120 dan NI CompactRIO

Recommend Documents