TUGAS AKHIR – RE 1599
UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY MENGGUNAKAN DOUBLE SWITCH SEBAGAI PENYEARAH DAN PERBAIKAN FAKTOR DAYA FELDY MARTINUS CHANDRA NRP 2202100040 Dosen Pembimbing Dr. Ir. Mochamad Ashari, M.Eng Prof.Ir. Soebagyo, MSEE. PhD. JURUSAN TEKNIK ELEKTRO Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2006
TUGAS AKHIR – RE 1599 UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY MENGGUNAKAN DOUBLE SWITCH SEBAGAI PENYEARAH DAN PERBAIKAN FAKTOR DAYA FELDY MARTINUS CHANDRA NRP 2202100127 Dosen Pembimbing Dr. Ir. Mochamad Ashari, M.Eng Prof. Ir. Soebagyo, MSEE. PhD. JURUSAN TEKNIK ELEKTRO Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2006
UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY MENGGUNAKAN DOUBLE SWITCH SEBAGAI PENYEARAH DAN PERBAIKAN FAKTOR DAYA
TUGAS AKHIR Diajukan Guna Memenuhi Sebagian Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Pada Bidang Studi Teknik Sistem Tenaga Jurusan Teknik Elektro Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Menyetujui : Dosen Pembimbing I
Dosen Pembimbing II
Dr.Ir.Mochamad Ashari, M.Eng. NIP. 131 918 688
Prof.Ir. Soebagio, MSEE. PhD. NIP. 130 325 769
SURABAYA JULI, 2006
ii
Feldy Martinus Chandra "UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY MENGGUNAKAN DOUBLE SWITCH SEBAGAI PENYEARAH DAN PERBAIKAN FAKTOR DAYA" Dosen Pembimbing: Dr.Ir.M.Ashari,M.Eng Prof.Ir.Soebagio,MSEE.PhD ABSTRAK Sistem Uninterruptible Power Supply (UPS) merupakan peralatan yang banyak digunakan untuk berbagai beban kritis termasuk komputer, dan alat medis untuk mengatasi gangguan yang terjadi di jala-jala seperti voltage sag, voltage swell, dan outage. Efek samping dari penggunaan UPS adalah timbulnya masalah polusi harmonisa dan faktor daya rendah. Dengan bertambahnya penggunaan UPS, masalah polusi harmonisa pada jala-jala akibat penggunaan konverter di UPS akan semakin serius. Tugas akhir ini membahas topologi UPS yang menggunakan dua buah switch sebagai penyearah dan sekaligus sebagai booster. Strategi kontrol dirancang untuk mengurangi harmonisa pada UPS. Dari hasil simulasi didapatkan harmonisa arus input sebesar 4,06% dan faktor daya sebesar 0,99 (mendekati unity). Pada UPS konvensional memiliki harmonisa arus input sebesar 89% dan faktor daya sebesar 0,71. Kata kunci : Faktor daya, Harmonisa, UPS
Feldy Martinus Chandra "UNINTERRUPTIBLE POWER SUPPLY USING DOUBLE SWITCH AS RECTIFIER AND POWER FACTOR CORRECTION" Mentor: Dr.Ir.M.Ashari,M.Eng Prof.Ir.Soebagio,MSEE.PhD ABSTRACT Uninterruptible Power Supply (UPS) Systems are being widely used for variety critical loads including computer, and medical equipment to overcome disruptions in power utility such as voltage sag, voltage swell, and outage. Side effect of using UPS systems is harmonics polution, and low power factor. Because of tremendous increase in the use of UPS systems, harmonics polution in power utility becomes more serious. This final project discussed a UPS topology which used two switches as rectifier and booster. Control strategy designed which could reduces harmonics in UPS. Simulation results show input current harmonics are 4.06% and power factor 0.99 (close to unity). In conventional UPS input current harmonics are 89% and power factor 0.71. Keyword : Harmonics, Power Factor, UPS
DAFTAR ISI Halaman i ii iii iv v vii x
HALAMAN JUDUL LEMBAR PENGESAHAN ABSTRAK KATA PENGANTAR DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR DAFTAR TABEL BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang 1.2 Sasaran 1.3 Sistematika Pembahasan 1.4 Relevansi BAB II Uninterruptible Power Supply 2.1 Jembatan penyearah Satu Fasa 2.1.1 Penyearah Dioda Satu Fasa 2.1.2 Penyearah Terkendali Satu Fasa 2.1.3 Parameter Penyearah 2.1.3.1 Faktor Daya 2.1.3.2 Harmonisa pada Penyearah 2.2 DC Chopper 2.2.1 Step-up chopper (Boost) 2.2.1.1 Prinsip Operasi Step-Up Chopper 2.2.2 Step-Down Chopper (Buck) 2.2.2.1 Prinsip Operasi Step-Down Chopper 2.3 Inverter Satu Fasa 2.3.1 Half bridge Inverter Satu Fasa 2.3.2 Kontrol Tegangan dari Inverter Satu Fasa 2.3.2.1 Single Pulse Width Modulation 2.3.2.2 Multiple Pulse Width Modulation 2.3.2.3 Sinusoidal Pulse Width Modulation 2.3.3 Filter Pasif L-C 2.3.4 Parameter Inverter
v
1 1 2 3
5 5 7 9 10 13 16 17 18 19 20 21 22 25 26 27 28 30 30
BAB III UPS dengan Teknik Penyearah Tegangan dan Perbaikan Faktor Daya menggunakan Konverter AC-DC Double Switch 3.1 Konfigurasi Sistem 33 3.2 Prinsip Operasi 34 3.2.1 Mode Normal 34 3.2.2 Mode Baterai 41 3.3 Pemodelan Komponen Simulasi 44 BAB IV Hasil Simulasi dan Analisa 4.1 UPS Konvensional 4.1.1 Mode Normal 4.1.2 Mode Baterai 4.2 UPS On-line dengan Double Switch 4.2.1 Mode Normal 4.2.2 Mode Baterai 4.3 Perbandingan UPS Konvensional dan UPS On-line dengan Double Switch
47 48 54 57 57 63 66
BAB V Penutup 5.1 Kesimpulan 5.2 Saran
69 69
DAFTAR PUSTAKA
71
vi
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Gambar 2.2. Gambar 2.3. Gambar 2.4. Gambar 2.5.a. Gambar 2.5.b Gambar 2.6. Gambar 2.7.a. Gambar 2.7.b. Gambar 2.8. Gambar 2.9. Gambar 2.10. Gambar 2.11. Gambar 2.12. Gambar 2.13. Gambar 2.14. Gambar 2.15.a. Gambar 2.15.b. Gambar 2.15.c Gambar 2.16. Gambar 2.17.a. Gambar 2.17.b. Gambar 2.18. Gambar 2.19.a. Gambar 2.19.b. Gambar 2.20.a. Gambar 2.20.b. Gambar 2.20.c. Gambar 2.21. Gambar 2.22. Gambar 2.23. Gambar 2.24. Gambar 2.25.
Halaman Blok Diagram Off-Line UPS 3 Blok Diagram Line-Interactive UPS 4 Blok Diagram On-Line UPS 4 Penyearah Dioda 1 Fasa 5 Gelombang Tegangan dan Arus Sumber Penyearah 6 Gelombang Tegangan dan Arus Output Penyearah 6 Penyearah Terkendali 1 Fasa 7 Gelombang Tegangan Sumber Penyearah 8 Terkendali Gelombang Tegangan Output Penyearah Terkendali 8 Fasor Arus 10 Fasor Daya 11 Diagram Fasor Daya 12 Gelombang Tegangan dan Arus Terdistorsi 13 Tegangan dan Arus Input dengan Harmonisa 14 Topologi Konverter Boost AC-DC 15 Topologi Kontrol 16 Rangkaian Step-Up Chopper 17 Bentuk Gelombang Arus Induktor 17 Kurva Tegangan Output Vs Duty Cycle 17 Rangkaian Step-Up Chopper dengan Beban Ro 18 Rangkaian saat Switch On (Step-Up) 18 Rangkaian saat Switch Off (Step-Up) 18 Rangkaian Step-Down Chopper 20 Rangkaian saat Switch On (Step-Down) 20 Rangkaian saat Switch Off (Step-Down) 20 Rangkaian Inverter 24 Arus Beban dengan Beban sangat Induktif 24 Bentuk Gelombang Tegangan Output dengan Beban Resistif 24 Single PWM 27 Multiple PWM 28 Rangkaian Kontrol Multiple-PWM 28 Sinusoidal PWM 29 Rangkaian Kontrol Sinusoidal PWM 29
vii
Gambar 2.26. Gambar 3.1. Gambar 3.2. Gambar 3.3. Gambar 3.4. Gambar 3.5. Gambar 3.6.a. Gambar 3.6.b. Gambar 3.7. Gambar 3.8. Gambar 3.9. Gambar 3.10. Gambar 3.11. Gambar 3.12. Gambar 4.1. Gambar 4.2. Gambar 4.3.a. Gambar 4.3.b. Gambar 4.4. Gambar 4.5.a. Gambar 4.5.b. Gambar 4.6. Gambar 4.7. Gambar 4.8. Gambar 4.9. Gambar 4.10.a. Gambar 4.10.b Gambar 4.11.
Filter Pasif L-C Blok Diagram UPS On-Line dengan Double Switch RangkaianUPS menggunakan Double Switch Rangkaian pada Mode Normal Rangkaian pada Mode Normal positive half cycle Rangkaian pada mode normal negative half cycle Rangkaian Boosting Kapasitor pada Mode Normal positive half cycle Rangkaian Boosting Kapasitor pada Mode Normal negative half cycle Rangkaian Kontrol AC-DC Rangkaian Kontrol SPWM Rangkaian pada Mode Baterai Rangkaian pada Mode Baterai positive half cycle Rangkaian pada Mode Baterai negative half cycle Rangkaian Kontrol DC-DC Rangkaian UPS On-Line Konvensional Rangkaian UPS Konvensional Mode Normal Tegangan Output UPS Konvensional Mode Normal Arus Output UPS Konvensional Mode Normal Rangkaian Kontrol Inverter UPS Konvensional Gelombang Arus dan Tegangan Sumber UPS Konvensional Spektrum Arus Sumber UPS Konvensional Grafik Daya Output Vs Faktor Daya pada UPS Konvensional Mode Normal Grafik Daya Output Vs Efisiensi UPS pada UPS Konvensional Mode Normal Grafik Daya Output Vs THDi pada UPS Konvensional Mode Normal Rangkaian UPS Konvensional Mode Baterai Tegangan Output UPS konvensional Mode Baterai Arus Output UPS Konvensional Mode Baterai Grafik Perubahan Beban Vs Efisiensi UPS Konvensional Mode Baterai
viii
30 33 34 35 36 37 37 37 40 41 41 42 43 43 47 48 49 49 50 51 51 53 53 54 54 55 55 56
Gambar 4.12. Gambar 4.13.a. Gambar 4.13.b. Gambar 4.14.a. Gambar 4.14.b. Gambar 4.15. Gambar 4.16. Gambar 4.17. Gambar 4.18. Gambar 4.19.a. Gambar 4.19.b. Gambar 4.20. Gambar 4.21. Gambar 4.22. Gambar 4.23.
Rangkaian UPS On-Line Double Switch Mode Normal Tegangan Output UPS Double Switch Mode Normal Arus Output UPS Double Switch Mode Normal Gelombang Arus dan Tegangan Sumber UPS Double Switch Spektrum Arus Sumber UPS Double Switch Grafik Daya Output Vs Faktor Daya pada UPS Double Switch Mode Normal Grafik Daya Output Vs Efisiensi pada UPS Double Switch Mode Normal Grafik Daya Output Vs THDi pada UPS Double Switch Mode Normal Rangkaian UPS On-Line Double Switch Mode Baterai Tegangan Output UPS Double Switch Mode Baterai Arus Output UPS Double Switch Mode Baterai Grafik Perubahan Beban Vs Efisiensi UPS Double Switch Mode Baterai Grafik Perbandingan Faktor Daya Grafik Perbandingan Effisiensi Grafik Perbandingan THDi
ix
57 58 58 59 59 61 61 62 63 64 64 65 66 67 67
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 4.1 Tabel 4.2 Tabel 4.3 Tabel 4.4 Tabel 4.5
Perubahan Beban UPS Konvensional Mode Normal Perubahan Beban UPS konvensional Mode Baterai Perubahan Beban UPS Double Switch Mode Normal Perubahan Beban UPS Double Switch Mode Baterai Tabel Perbandingan Unjuk Kerja UPS
x
52 56 60 65 66
