rancang bangun full bridge converter
DESCRIPTION
rancangan ini dibangun untuk mendesain DC -Dc converterTRANSCRIPT
1
PROYEK AKHIR
RANCANG BANGUN RANGKAIAN FULL
BRIDGE CONVERTER DAN THREE PHASE
INVERTER SEBAGAI PENGGERAK MOBIL
LISTRIK BERBASIS MIKROKONTROLLER
(THREE PHASE INVERTER)
Dimas Pungky Pradana NRP.7307.030.017
Dosen Pembimbing :
Ir. M. Zaenal Effendi, MT.
NIP. 19681208 199303 1 001
Ir. Era Purwanto, M.Eng NIP. 19610601 198701 1 001
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO INDUSTRI POLITEKNIK ELEKTRONIKA NEGERI SURABAYA
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER 2010
PROYEK AKHIR
RANCANG BANGUN RANGKAIAN FULL
BRIDGE CONVERTER DAN THREE PHASE
INVERTER SEBAGAI PENGGERAK MOBIL
LISTRIK BERBASIS MIKROKONTROLLER
(THREE PHASE INVERTER)
Dimas Pungky Pradana
NRP.7307.030.017
Dosen Pembimbing :
Ir. M. Zaenal Effendi, MT.
NIP. 19681208 199303 1 001
Ir. Era Purwanto, M.Eng
NIP. 19610601 198701 1 001
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO INDUSTRI
POLITEKNIK ELEKTRONIKA NEGERI SURABAYA
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA
2010
iii
RANCANG BANGUN RANGKAIAN FULL BRIDGE
CONVERTER DAN THREE PHASE INVERTER
SEBAGAI PENGGERAK MOBIL LISTRIK
BERBASIS MIKROKONTROLLER
(THREE PHASE INVERTER)
Oleh:
Dimas Pungky Pradana
NRP.7307.030.017
Proyek Akhir ini Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk
Memperoleh Gelar Ahli Madya (A.Md)
Di Politeknik Elektronika Negeri Surabaya
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Disetujui oleh :
Tim Penguji Proyek Akhir Dosen Pembimbing
1. Ainur Rofiq Nansur, ST, MT
NIP. 19640713198903 1 005
1. Ir. M. Zaenal Effendi, MT.
NIP.19681208199303 1 001
2. Renny Rakhmawati, ST. MT.
NIP. 19721024199903 2 001
Ir
Abdul Nasi31 964 534
2. Ir. Era Purwanto, M.Eng
NIP. 19610601 198701 1 001
3. Epyk Sunarno, SST. MT.
NIP. 19620723199103 1 002
Surabaya, 30 Juli 2010
Mengetahui,
Ketua Jurusan Teknik Elektro
Industri
Ainur Rofiq Nansur, ST, MT
NIP. 19640713198903 1 005
iv
ABSTRAK
Pada Proyek akhir ini dibuat sebuah modul inverter 3 fasa
berbasis mikrokontroler sebagai penggerak mobil listrik yang
digunakan untuk mengatur kecepatan motor induksi 3 fasa pada mobil
listrik sebagai mesin penggerak. Rangkaian inverter 3fasa sebagai
masukan motor induksi 3 fasa ini menggunakan Mikrokontroller
ATMega 16 dengan menggunakan bahasa C untuk menghasilkan
PWM(Pulse Width Modulation) yang nantinya sinyal PWM digunakan
untuk masukan rangkaian IR2130 sebagai driver inverter 3 phasa yang
menyediakan virtual ground dan death time antar pulsa sehingga
memberikan faktor kemudahan dan keamanan lebih pada rangkaian
inverter 3phasa. Hasil dari keluaran rangkaian IR2130 akan digunakan
untuk menyulut mosfet pada rangkaian inverter 3 fasa dengan mode
konduksi 180° dan frekuensi penyulutan yang variable yaitu 10 - 50Hz.
Kata kunci: Inverter 3 fasa, Mikrokontroller, ATMega16, IR2130
v
ABSTRACT
At this final project had created 3 phase inverter module based
microcontroller as electric vehicle mover that used to control 3 phase
induction motor speed in electric vehicle. This 3 phase inverter circuit
using microcontroller ATMEGA16 programmed by C Language to
produce PWM(Pulse Width Modulation) signal, that will be an input of
3 phase Inverter driver IR2130 as 3 phase inverter driver that provide
virtual ground and dead time of each pulse at once, this ability bring
easiness and safeness in 3 phase inverter circuit. The Output signal will
be used to trigger mosfet in Inverter circuit with 1800conduction mode
and variable trigger frequency between 10-50 Hz.
Key Words: : 3 Phase Inverter, Microcontroller, ATMega16, IR2130
vi
KATA PENGANTAR
Syukur Alhamdulillah kami panjatkan kepada Allah SWT karena
hanya dengan rahmat, hidayah dan inayah-Nya kami dapat
menyelesaikan proyek akhir ini dengan judul:
RANCANG BANGUN RANGKAIAN FULL BRIDGE
CONVERTER DAN THREE PHASE INVERTER SEBAGAI
PENGGERAK MOBIL LISTRIK BERBASIS
MIKROKONTROLLER
(THREE PHASE INVERTER)
Dalam menyelesaikan proyek akhir ini, penulis berpegang pada
teori yang pernah didapatkan dan bimbingan dari dosen pembimbing
proyek akhir. Dan pihak – pihak lain yang sangat membantu hingga
sampai terselesaikannya proyek akhir ini.
Proyek akhir ini merupakan salah satu syarat akademis untuk
memperoleh gelar Ahli Madya (Amd) di Politeknik Elektronika
Negeri Surabaya, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya.
Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan pada
perancangan dan pembuatan buku proyek akhir ini. Oleh karena itu,
besar harapan penulis untuk menerima saran dan kritik dari para
pembaca. Semoga buku ini dapat memberikan manfaat bagi para
mahasiswa Politeknik Elektronika Negeri Surabaya pada khususnya dan
dapat memberikan nilai lebih untuk para pembaca pada umumnya.
Surabaya, Juli 2010
Penulis
vii
UCAPAN TERIMA KASIH
Puji syukur kehadirat Allah S.W.T. dan tanpa menghilangkan
rasa hormat yang mendalam, saya selaku penyusun dan penulis
mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada pihak-pihak
yang telah membantu penulis untuk menyelesaikan proyek akhir ini,
penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Allah SWT, karena Perlindungan, Pertolongan, dan Ridho-Nya
saya mampu menyelesaikan Proyek Akhir ini serta hambanya yang
termulia Nabi Besar Muhammad SAW.
2. Bapak dan Ibuku tercinta yang selalu memberikan doa dan
perhatiannya kepadaku.
3. PENS-ITS yang telah membesarkan dan memberikan banyak
pelajaran yang sangat berharga dalam hidupku.
4. Jurusan Elektro Industri yang telah memberikan ruang bagiku untuk
belajar dan berkarya.
5. Bapak Dr. Ir. Dadet Pramadihanto, M.Eng, selaku Direktur
Politeknik Elektronika Negeri Surabaya.
6. Bapak Ainur Rofiq Nansur, ST. MT, selaku Ketua Jurusan Teknik
Elektro Industri.
7. Bapak Ir. Zaenal Effendi, MT dan bapak Ir. Era Purwanto,
M.Eng selaku dosen pembimbing Proyek Akhir saya serta para
dosen penguji yang memberikan tambahan-tambahan dalam
penyempurnaan proyek akhir saya.
8. Bapak/ Ibu dosen pengajar Jurusan Elektro Industri yang
menyumbangkan ilmunya kepadaku.
9. Rekan kerja TA, Anintiya, Hari, Helmi, Cipto, Asrul yang telah
tulus ikhlas bersama-sama mengerjakan Proyek Akhir.
10. Teman-teman Elektro Industri angkatan 2007 terutama kelas D3
ELIN A yang selalu menemani penyelesaian Proyek Akhir ini.
11. Semua pihak yang telah membantu penulis hingga terselesainya
proyek akhir ini yang tidak dapat penulis sebutkan.
Semoga Allah S.W.T selalu memberikan perlindungan, rahmat
dan nikmat-Nya bagi kita semua. Amin.
viii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ....................................................................... i
HALAMAN PENGESAHAN ......................................................... ii
ABSTRAK ....................................................................................... iii
ABSTRACT..................................................................................... iv
KATA PENGANTAR ..................................................................... v
UCAPAN TERIMA KASIH .......................................................... vi
DAFTAR ISI ................................................................................... vii
DAFTAR GAMBAR....................................................................... xi
DAFTAR TABEL ........................................................................... xiv
BAB I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ........................................................... 1
1.2 Tujuan ........................................................................ 1
1.3 Perumusan Masalah ..................................................... 2
1.4 Batasan Masalah ......................................................... 2
1.5 Metodologi. ................................................................. 2
1.6 Tinjauan Pustaka ......................................................... 3
1.7 Sistematika Pembahasan ............................................. 4
BAB II. DASAR TEORI
2.1 Inverter 6
2.1.1 Inverter 3 Phasa 7
2.1.1.1 Mode Konduksi 120 o 7
2.1.1.2 Mode Konduksi 180 o. 9
2.2 Metode switching 10
2.2.1 Square wave 10
2.2.2 Single Pulse Width Modulation (PWM) 11
2.2.3 Multiple Pulse PWM 12
2.2.3 Sinusoidal PWM 13
a. Unipolar SPWM 13
b. Bipolar SPWM 15
2.3 Metaloxide Semiconductor Fet (MOSFET) 16
2.3.1 Simbol Rangkaian MOSFET 16
2.3.2 MOSFET Sebagai Switch 17
ix
2.3.3 Karakteristik MOSFET 18
2.4 MIKROKONTROLER 19
2.4.1. Gambaran Umum 20 2.4.2.1. CPU 20
2.4.2.2. Alamat 20
2.4.2.3. Data 20
2.4.2.4. Pengendali 21
2.4.2.5. Memori 21
2.4.2.6. RAM 21
2.4.2.7. ROM 21
2.4.2.8. Input / Output 21
2.4.3. Mikrokontroller AVR 21
2.4.4. Mikrokontroler AVR ATmega 16 22
2.4.5. Konfigurasi Pin AVR ATmega 16 22
2.5 Liquit Crystal Display (LCD 16x2) 25
BAB III. PERENCANAAN DAN PEMBUATAN
3.1 Perencanaan Sistem Hardware 27
3.2 Motor Induksi 3 fasa 27
3.3 Perencanaan Baterai (Accu) ......................................... 28
3.4 Perencanaan Inverter 3 Phase ....................................... 29
3.5 Perencanaan Sistem Software ....................................... 32
BAB IV. PENGUJIAN DAN ANALISA
4.1 Pendahuluan 33
4.2 Tujuan Pengujian ......................................................... 33
4.2 Pengujian Inverter ....................................................... 43
BAB V. PENUTUP
5.1 Kesimpulan 61
5.2 Saran ............................................................................ 62
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................... 63
7
BAB II
TEORI PENUNJANG
Dalam bab ini akan dijelaskan tentang teori-teori yang mendukung
dalam pembuatan rangkaian mikrokontroler sebagai driver inverter
3fasa.
2.1 Inverter1
Inverter adalah rangkaian konverter dari DC ke AC, yang
mempunyai fungsi mengubah tegangan input DC menjadi tegangan
output AC simetri dengan besar dan frekuensi yang diinginkan.
Tegangan outputnya bisa tertentu ataupun berubah-ubah, dengan
frekuensi tertentu ataupun dengan frekuensi yang berubah-ubah.
Tegangan output variabel didapat dengan mengubah-ubah tegangan
input DC dan agar inverter konstan. Disisi lain apabila tegangan input
DC adalah tertentu dan tidak bisa diubah-ubh, bisa didapatkan tegangan
output yang variabel dengan mengubah-ubah gain dari inverter yang
biasanya dilakukan dengan kontrol PWM. Didalam inverter. Gain
inverter didefinisikan sebagai rasio tegangan output AC terhadap
tegangan output DC.
Bentuk gelombang tegangan output inverter ideal adalah
sinus.Tetapi kenyataannya bentuk gelombang tegangan output inverter
tidaklah sinus dan mengandung harmonisa tertentu. Untuk penerapan
dengan daya rendah dan menengah, gelombang kotak simetri ataupun
tidak simetri bisa digunakan, sedangkan untuk penerapan tegangan
tinggi dibutuhkan untuk gelombang sinus dengan sedikit distorsi.
Dengan kemampuan piranti semikonduktor daya kecepatan tinggi yang
tersedia, kandungan harmonisa dalam bentuk gelombang output bias
dikurangi dengn teknik penyakelaran.
Beberapa tipe inverter adalah Inverter Sumber Tegangan
(VoltageSource Inverter VSI) dan Inverter Sumber Arus (Current Source
InverterCSI). Tetapi karena hanya digunakan terbatas pada motor
berdaya sangat tinggi, CSI tidak banyak didiskusikan.
1 Muhammad H. Rashid,” Power Electronics Circuits, Devices, and Applications 3”, Prentice Hall, 2004
8
Ada dua jenis inverter yang sering digunakan pada sistem tenaga
listrik yaitu:
1. Inverter dengan tegangan dan frekuensi yang konstan
CVCF (Constant Voltage Constant frequency).
2. Inverter dengan tegangan dan frekuensi keluaran yang
Berubah-ubah.
2.1.1 Inverter 3 fasa2
Inverter 3 fasa digunakan untuk penerapan daya tinggi. Keluaran
3 fasa didapat dari sebuah konfigurasi dari enam transistor dan enam
buah dioda, seperti yang terlihat pada Gambar 2.1. Apabila transistor Q1
di-ON-kan, terminal a dihubungkan ke terminal positif tegangan sumber
DC. Apabila transistor Q4 di-ON-kan, terminal a dihubungkan ke
terminal negatif sumber DC.
Gambar 2.1 Rangkaian inverter 3 fasa
Ada enam mode kerja dalam satu siklus dan lama masing-masing
mode adalah 60o. Pada proses penyulutan terdapat dua mode konduksi
penyalaan, yaitu mode konduksi 120o dan 180
o.
2.1.1.1 Mode konduksi 120 o
Transistor diberi nomor dalam urutan penyalaan transistor yaitu
12, 23, 34, 45, 56 dan 61. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 2.2 yang
disertai dengan bentuk gelombang tegangan dan arus keluaran inverter.
2 Ibid, Hal 235
9
Gambar 2.2 mode konduksi 120
0 keenam mosfet
Untuk menghitung tegangan line to netral dan tegangan line to
line, mengikuti persamaan berikut:
3 Ibid, Hal 236
10
2.2.........................).........6
sin(6
cos32
1.2.............................).........6
sin(6
cos2
,...5,3
,...5,3
∑
∑
=
=
+=
+=
n
s
n
s
tn
n
VVab
tnV
Van
πω
π
π
πω
π
π
Keterangan: Vab = tegangan line-line, Van = tegangan line-netral
Vs = tegangan sumber
2.1.1.2 Mode Konduksi 180 o
Pada konduksi 180 o, urutan penyalaan / switch mosfet adalah
sepanjang 180 derajat dan selisih 60 derajat mosfet no.2 konduksi, 120
derajat kemudian mosfet no.3 konduksi, begitu seterusnya. seperti yang
terlihat pada Gambar 2.3.
Gambar 2.3 mode konduksi 120
0 keenam mosfet 3
3 Ibid, Hal 238
11
Untuk lebih jelasnya urutan penyalaan Mosfet dapat dilihat pada Tabel
2.1 :
Tabel 2.1 urutan penyalaan mosfet mode konduksi 1800
2.2 Metode Switching
Ada beberapa teknik yang digunakan dalam metode switching
inverter, yaitu:
1. Square-wave
2. Single Pulse Width Modulation (PWM)
3. Multiple Pulse PWM
4. Sinusoidal PWM
5. Modified SPWM
2.2.1 Square-wave
Adalah metode penyulutan inverter 3 fasa menggunakan
gelombang kotak. Bentuk metode switching square wave terdapat pada
Gambar 2.4.
Gambar 2.4 Gelombang persegi
Nilai tegangan output untuk fase positif :
No. Derajat Kondisi Mosfet On
1. 0 - 60 Mosfet 5, 6,1
2. 60 - 120 Mosfet 6,1,2
3. 120 - 180 Mosfet 1,2,3
4. 180 - 240 Mosfet 2,3,4
5. 240 – 300 Mosfet 3,4,5
6. 300 – 360 Mosfet 4,5,6
12
dco VtV =)(ω untuk πω ≤≤ t0
Nilai tegangan output untuk fase negative :
dco VtV −=)(ω untuk πωπ 2≤≤ t
Fourier series:
∑=
=,...5,3
sin4
n
dco
n
tnVV
ω
π ................................................ (2.3)
2
41
π
VdcV rms =− ................................................................ (2.4)
2.2.2 Single Pulse Width Modulation (PWM)
Penyulutan Mode ini hanya menggunakan pulsa trigger berupa
gelombang kotak. Gambar 2.5 adalah contoh gelombang PWM.
Gambar 2.5 Pembentukan gelombang single PWM
∑=
∂
=,...5,3
sin2sin
4
n
tnn
n
VdcVo ω
π .................................... (2.5)
Sehingga didapatkan Voutput:
13
mα
∂
2
2sin4
1π
∂
=−
nV
Vdc
rms .......................................................... (2.6)
Pada kontrol gelombang persegi, hanya terdapat satu periode positif dan
negatif per-setengah siklus dan besar frekuensi bergantung dari besar
frekuensi dari sinyal pembawa, untuk mengontrol tegangan output
inverter. Pengelompokan sinyal dikerjakan dengan membandingkan
sebuah sinyal referensi sumber dc amplitudo Ar, dengan amplitudo
gelombang pembawa segitiga, Ac. Frekuensi sinyal pembawa
menunjukkan frekuensi dasar tegangan output. Dengan mengubah-ubah
Ar sampai Ac, lebar gelombang dapat diubah dari 0º sampai 180º.
Perbandingan Ar dan Ac ialah variabel kontrol dan diartikan sebagai
amplitude index modulation. Amplitudo indeks modulasi atau indeks
modulasi sederhana.
Ac
ArM = ......................................................................... (2.7)
2.2.3 Multiple Pulse PWM
Isi harmonisa dapat dikurangi dengan menggunakan beberapa
pulsa pada masing-masing setengah periode tegangan output. Dengan
membandingkan sinyal referensi dengan sebuah gelombang pembawa
segitiga. Frekuensi sinyal referensi mengatur frekuensi output, fo, dan
frekuensi pembawa, fc, menunjukkan jumlah pulsa per-setengah siklus,
p. Indeks modulasi mengontrol tegangan output. Tipe modulasi ini
dengan Uniform Pulse Width Modulation (UPWM). Jumlah pulsa per-
setengah siklus dapat dicari dari Gambar 2.6 :
P=nomor pulsa setengah periode
Gambar 2.6 Pembentukan gelombang multiple PWM
P
14
∫
∂+
∂−
− =
22
22
20
2
2p
p
dcrms tdVp
V
π
π
ωπ
............................................ (2.8)
π
∂=
pVdc ................................................................... ... (2.9)
Faktor distorsi berkurang drastis dibanding modulasi satu pulsa.
Bagaimanapun juga, karena jumlahnya besar proses switching on dan off
dari transistor daya, rugi switching akan bertambah. Dengan nilai p yang
lebih besar, amplitudo harmonisa orde rendah akan lebih rendah, tetapi
amplitudo harmonisa orde tinggi akan meningkat. Bagaimanapun juga
harmonisa orde tinggi menghasilkan ripple yang dapat diabaikan atau
dapat difilter keluar dengan mudah.
2.2.4 Sinusoidal PWM
SPWM sendiri terdiri dari 2 metode yaitu:
a. Unipolar SPWM
b. Bipolar SPWM
a. Unipolar SPWM
Disamping mengatur lebar semua pulsa sama seperti pada
multiple PWM, lebar masing-masing pulsa bermacam-macam dalam
proporsi amplitudo gelombang sinus yang dievaluasi pada pulsa-pulsa
yang sama. Faktor distorsi dan harmonisa orde rendah dikurangi secara
drastis. Proses pembentukan dikerjakan dengan membandingkan sinyal
referensi sinusoida dengan frekuensi gelombang pembawa segitiga, fc.
Tipe modulasi ini biasanya digunakan pada aplikasi industri dan
disingkat SPWM. Frekuensi sinyal referensi, fr menunjukkan frekuensi
output inverter, fo, dan amplitudo puncaknya, Ar, mengatur indeks
modulasi, m, dan menentukan tegangan output rms, Vo. Besar pulsa per-
setengah siklus bergantung pada frekuensi pembawa. Dengan
pemaksaan dua transistor dengan lengan yang sama (Q1 & Q4) tidak
terbias bekerja pada waktu bersamaan, tegangan output. Pengelompokan
sinyal yang sama dapat dijalankan dengan menggunakan gelombang
pembawa segitiga sama kaki. Gambar 2.7 menunjukkan bagian-bagian
unipolar SPWM.
15
Gambar 2.7 Bentuk gelombang unipolar SPWM
Keterangan gambar :
a. Sinyal carier dan modulasi
b. Switch state
c. Switch 2+ state
d. Vout ac
e. Spektrum vout ac
f. Iout ac
g. Arus dc
h. Spektrum arus dc
i. Switch 1+ current
j. Diode 1+ current
Tegangan output rms dapat diubah dengan mengubah indeks modulasi,
m. Hal ini dapat diamati bahwa daerah masing-masing pulsa
berhubungan mendekati daerah dibawah gelombang sinus diantara
mendekati titik tengah periode off pada pengelompokan sinyal. Jika δm
ialah lebar pulsa mth .
16
b. Bipolar SPWM
Bentuk gelombang daripada Sinusoida PWM bipolar sebenarnya
hampir sama dengan bentuk gelombang dari tegangan persegi (square
wave). Bedanya, pada gelombang sinusoida PWM bipolar terdapat
perbedaan lebar pulsa pada fase positif dan fase negatifnya, dan akan
periodik sesuai dengan frekuensi dari tegangan referensinya. Bentuk
gelombang sinusoida PWM bipolar ini diperoleh dengan
mengkomparasi antara gelombang segitiga (triangle wave) dengan
gelombang sinusoida murni. Lebar daripada fase positif dan fase
negatifnya dapat diatur dengan mengontrol besarnya indeks modulasi,
yaitu perbandingan amplitudo dari tegangan carrier (gelombang
segitiga) terhadap amplitudo tegangan referensi (gelombang sinusoida
murni). Proses terjadinya bentuk gelombang sinusoida PWM bipolar ini
dapat dilihat pada gambar berikut :
Gambar 2.8 Bentuk gelombang bipolar SPWM
Dari bentuk gelombang sinusoida PWM bipolar ini, besar harmonisa
orde tertentu dapat direduksi dengan menetukan derajat dan lebar dari
masing-masing fasa positif dan negatifnya.
17
2.3 Metaloxide Semiconductor Fet (MOSFET)
Dalam JFET, besar keefektifan pada channel dikontrol oleh
medan listrik yang diberikan ke channel melalui P-N junction. Bentuk
lain dari piranti pengaruh medan dicapai dengan penggunaan bahan
elektroda gate yang dipisahkan oleh lapisan oxide dari channel
semikonduktor. Pengaturan metal oxide semikonduktor (MOS)
mengijinkan karakteristik channel dikontrol oleh medan listrik dengan
memberikan tegangan diantara gate dan body semikonduktor dan
pemindahan melalui lapisan oxide. Seperti halnya piranti yang disebut
dengan MOSFET atau MOS Transistor. Hal ini penting digaris bawahi
dengan kenyataan bahwa IC lebih banyak dibuat dengan piranti MOS
dari pada jenis piranti semikonduktor lain.
Ada dua tipe MOSFET. Deplesi MOSFET mempunyai tingkah
laku yang sama dengan JFET pada saat tegangan gate nol dan tegangan
drain tetap, arus akan maksimum dan kemudian menurun dengan
diberikan potensial gate dengan polaritas yang benar (piranti normally
on). Jenis yang lain dari piranti ini disebut dengan Enhancement
MOSFET yang menunjukkan tidak ada arus pada saat tegangan gate nol
dan besar arus keluaran besar dengan bertambah besar potensial gate
(normally off). Kedua tipe dapat berada dalam salah satu jenis channel P
atau N.
2.3.1. Simbol Rangkaian MOSFET
Terdapat 4 simbol yang digunakan untuk MOSFET yang
ditunjukkan pada Gambar 2.9. Simbol-simbol pada Gambar (a) dan (b)
merupakan Mosfet tipe N yang digunakan untuk enhancement dan
depletion device. Simbol pada Gambar (c) dan (d) merupakan Mosfet
tipe P yang digunakan pada mode enhancement dan depletion device .
Gambar 2.9 Simbol MOSFET
Pengertian positif untuk semua terminal arus menuju ke dalam
piranti. Kemudian MOSFET chanel N, Id adalah positif dan Is adalah
18
negatif. Ketika Id = Is, Ig sebenarnya berharga nol. Tegangan drop
diantara drain dan source didesain oleh Vds, Vgs digunakan untuk
menunjukkan tegangan drop dari gate ke source. Untuk MOSFET
channel P digunakan dengan arah reverse. Terminal arus dan terminal
tegangan adalah negatif sebanding dengan kualitas MOSFET channel N.
Source dan substrate dihubung singkatkan di dalam MOSFET channel P
yang standard.
2.3.2 MOSFET Sebagai Switch
MOSFET digunakan secara ekstensif dalam rangkaian digital,
piranti ini memiliki karakteristik switch. Rangkaian yang ditunjukkan
pada Gambar 2.10. menunjukkan pengoperasian switch pengendali.
Gambar 2.10 Rangkaian Switch Pengendali
Bentuk gelombang tegangan masukan dan keluaran rangkaian
pada Gambar 2.10 adalah seperti terlihat pada Gambar 2.11. Untuk t<T,
tegangan input 1,5 Volt, kemudian karakteristik V0 – V1 pada Gambar
2.11, dapat diketahui bahwa V0 = 4 Volt. Arus ada rangkaian ID1 adalah
nol. Karakteristik switch open ini seperti tegangan yang melewati switch
cukup besar, sedangkan arus adalah nol. Untuk t>T, tegangan masukan
adalah 5 Volt, Vo = 1,5 Volt dan ID1 = 250 µA. Bentuk gelombang
output ditampilkan pada Gambar 2.11.(b).
19
Gambar 2.11 Bentuk Gelombang Tegangan Input dan Output.
2.3.3. Karakteristik MOSFET
MOFSET adalah semikonduktor FET oksida logam yang
mempunyai sumber, gerbang dan penguras. Akan tetapi berbeda dengan
JFET, gebang MOSFET diisolasikan dengan saluran. Maka arus gerbang
sangat kecil, untuk gerbang positif atau negatif. MOSFET yang sangat
penting dalam rangkaian-rangkaian digital dikenal dengan MOSFET
jenis pengisian pada Gambar 2.12.
Gambar 2.12 MOSFET Jenis Pengisian
(a) Struktur
(b) Prategangan normal
(c) Pembentukan ion negatif
(d) Pembentukan Lapisan Inversi tipe-n
Untuk memperoleh arus penguras, harus menerapkan tegangan
yang cukup positif pada gerbang. Gerbang bekerja sebagai sebuah pelat
kapasitor, dioksida silikon bekerja sebagai bahan dielektrik dan subtrat-p
sebagai pelat kapasitor yang lain.
Lapisan elektron bebas yang terbentuk berdampingan dengan
dioksida silikon. Lapisan ini tidak bekerja sebagai suatu semikonduktor
20
tipe-p melainkan nampak sebagai konduktor tipe-n disebabkan oleh
elektron-elektron bebas yang diimbas. Maka lapisan bahan p yang
bersinggungan dengan dioksida silikon disebut sebuah lapisan inversi
tipe-n.
Tegangan gerbang sumber minimum yang menghasilkan lapisan
inversi tipe-n disebut tegangan ambang (threshold voltage) dinyatakan
dengan Vgs. Apabila tegangan gerbang kurang dari tegangan ambang,
tidak ada arus yang mengalir dari sumber ke penguras. Tetapi apabila
tegangan gerbang lebih besar dari tegangan ambang, lapisan inversi tipe-
n menghubungkan sumber ke penguras dan diperoleh arus. Tegangan
ambang tergantung pada tipe khusus dari MOSFET. Untuk MOSFET
IRF 840 tegangan ambangnya 2v – 4v.
Gambar 2.13. memperlihatkan suatu kumpulan dari kurva kurva
penguras MOSFET jenis pengisian. Lengkungan yang paling bawah
adalah kurva Vgs. Apabila Vds kurang dari Vgs, arus penguras secara ideal
sama dengan nol dan MOSFET berada pada keadaan tertentu. Apabila
Vds lebih besar dari Vgs arus penguras muncul.
Gambar 2.13 Karakteristik Keluaran MOSFET Tipe Enchancement.
2.4 MIKROKONTROLER Mikrokomputer, mikroprosesor, dan mikrokontroler merupakan
salah satu teknologi yang sudah banyak dikembangkan di dunia.
Mikroprosesor adalah bagian CPU (central processing unit) dari sebuah
komputer, tanpa memori, I/O, dan periferal yang dibutuhkan oleh suatu
sistem lengkap. Supaya dapat bekerja, mikroprosesor memerlukan
perangkat pendukung seperti RAM, ROM dan I/O.
21
2.4.1. Gambaran Umum Bila sebuah miroprosesor dikombinasi dengan I/O dan
memori(RAM/ROM) akan dihasilkan sebuah mikrokomputer. Sebagai
terobosan mikrokomputer ini dapat juga dibuat dalam bentuk single chip
yaitu Single Chip Microcomputer (SCM) yang selanjutnya disebut
sebagai mikrokontroler.
Perbedaan yang menonjol antara mikrokomputer dengan mikrokontroler
(SCM) adalah pada penggunaan perangkat I/O dan media penyimpan
program. Bila mikrokomputer menggunakan disket atau hard drive
lainnya maka mikrokontroler menggunakan EPROM sebagai penyimpan
programnya. Sedangkan keuntungan mikrokontroler dibandingkan
dengan mikroprosesor adalah pada mikrokontroler sudah terdapat RAM
dan peralatan I/O pendukung sehingga tidak perlu menambahkannya.
2.4.2. Perlengkapan Dasar Mikrokontroller Sebuah mikrokontroller mempunyai beberapa perlengkapan dasar untuk
membangun sebuah komunikasi dengan plant diantaranya yaitu central
processor unit (CPU), alamat, data, pengendali, memori, RAM,
ROM,dan Input/Output.
2.4.2.1. CPU Unit pengolah pusat (CPU) terdiri atas dua bagian yaitu unit pengendali
(CU) serta unit aritmatika dan logika (ALU). Fungsi utama unit
pengendali adalah untuk mengambil, mengkode, dan melaksanakan
urutan instruksi sebuah program yang tersimpan dalam memori.
Sedangkan unit aritmatika dan perhitungan bertugas untuk menangani
operasi perhitungan maupun bolean dalam program.
2.4.2.2. Alamat Pada mikroprosesor/mikrokontroler, apabila suatu alat dihubungkan
dengan mikrokontroler maka harus ditetapkan terlebih dahulu alamat
(address) dari alat tersebut. Untuk menghindari terjadinya dua alat
bekerja secara bersamaan yang mungkin akan meyebabkan kerusakan.
2.4.2.3. Data Mikrokontroler ATmega16 mempunyai lebar bus data 8 bit. Merupakan
mikrokontroler CMOS 8-bit daya-rendah berbasis arsitektur RISC yang
ditingkatkan.
22
2.4.2.4. Pengendali Selain bus alamat dan bus data mikroprosesor atau mikrokontroller
dilengkapi juga dengan bus pengendali (control bus), yang fungsinya
untuk menyerempakkan operasi mikroprosesor/mikrokontroler dengan
operasi rangkaian luar.
2.4.2.5. Memori Mikroprosesor/mikrokontroler memerlukan memori untuk menyimpan
program/data. Ada beberapa tingkatan memori, diantaran register
internal, memori utama, dan memori massal. Sesuai dengan urutan
tersebut waktu aksesnya dari yang lebih cepat ke yang lebih lambat.
2.4.2.6. RAM RAM (Random Acces Memory) adalah memori yang dapat dibaca atau
ditulisi. Data dalam RAM akan terhapus bila catu daya dihilangkan.
Oleh karena itu program mikrokontroller tidak disimpan dalam RAM.
Ada dua teknologi yang dipakai untuk membuat RAM, yaitu RAM static
dan RAM dynamic.
2.4.2.7. ROM ROM (Read Only Memory) merupakan memori yang hanya dapat
dibaca. Data dalam ROM tidak akan terhapus meskipun catu daya
dimatikan. Oleh karena itu ROM dapat digunakan untuk menyimpan
program. Ada beberapa jenis ROM antara lain ROM murni, PROM,
EPROM, EAPROM. ROM adalah memori yang sudah diprogram oleh
pabrik, PROM dapat diprogram oleh pemakai sekali saja. Sedangkan
EPROM merupakan PROM yang dapat diprogram ulang.
2.4.2.8. Input / Output I/O dibutuhkan untuk melakukan hubungan dengan piranti di luar
sistem. I/O dapat menerima data dari alat lain dan dapat pula mengirim
data ke alat lain. Ada dua perantara I/O yang dipakai, yaitu piranti untuk
hubungan serial (UART) dan piranti untuk hubungan paralel (PIO).
2.4.3. Mikrokontroller AVR AVR merupakan seri mikrokontroller CMOS 8 bit buatan Atmel,
berbasis RISC ( Reduced Instruction Set Computer ). Hampir
semuainstruksi dieksekusi dalam satu siklus clock. AVR mempunyai 32
register general – purpose ,timer/counter fleksibel dengan mode
23
compare,interrupt internal dan eksternal ,serial UART programmable
Watchdog Timer, dan mode power saving. Beberapa diantaranya
mempunyai ADC dan PWM internal. AVR juga mempunyai In-System
Programmable Flash on – chip yang mengijinkan memori program
untuk diprogram ulang dalam sistem menggunakan hubungan serial SPI.
Dibawah ini adalah langkah-langkah pemrogaman mikrokontroler avr :
1. Rangkaian Tanpa AVR
2. Membuat progam yang akan di download ke AVR
3 Gambar 2.14 Langkah- langkah pemrogaman mikrokontroler
2.4.4. Mikrokontroler AVR ATmega 16
AVR merupakan seri mikrokontroler CMOS 8-bit buatan Atmel,
berbasis arsitektur RISC (Reduced Instruction Set Computer) yang
ditingkatkan. Hampir semua instruksi dieksekusi dalam satu siklus
clock. AVR mempunyai 32 register general-purpose, timer/counter
fleksibel dengan mode compare, interrupt internal dan eksternal, serial
UART, programmable Watchdog Timer, dan mode power saving.
Mempunyai ADC dan PWM internal. AVR juga mempunyai In-System
Programmable Flash on-chip yang mengijinkan memori program untuk
diprogram ulang dalam sistem menggunakan hubungan serial SPI.
ATmega16 adalah mikrokontroler CMOS 8-bit daya-rendah berbasis
arsitektur RISC yang ditingkatkan. Untuk lebih jelas tentang arsitektur
dari ATmega16 ditunjukan pada gambar 2.1.1. ATmega16 mempunyai
throughput mendekati 1 MIPS per MHz membuat disainer sistem
untukmengoptimasi komsumsi daya versus kecepatan proses. Beberapa
keistimewaan dari AVR ATmega16 antara lain:
1. Advanced RISC Architecture
24
a. 130 Powerful Instructions – Most Single Clock Cycle Execution
b. 32 x 8 General Purpose Fully Static Operation
c. Up to 16 MIPS Throughput at 16 MHz
d. On-chip 2-cycle Multiplier
2. Nonvolatile Program and Data Memories
a. 8K Bytes of In-System Self-Programmable Flash
b. Optional Boot Code Section with Independent Lock Bits
c. 512 Bytes EEPROM
d. 512 Bytes Internal SRAM
e. Programming Lock for Software Security
3. Peripheral Features
a. Two 8-bit Timer/Counters with Separate Prescalers and Compare
Mode
b. Two 8-bit Timer/Counters with Separate Prescalers and Compare
Modes
c. One 16-bit Timer/Counter with Separate Prescaler, Compare
Mode, and Capture Mode
d. Real Time Counter with Separate Oscillator
e. Four PWM Channels f. 8-channel, 10-bit ADC
g. Byte-oriented Two-wire Serial Interface
h. Programmable Serial USART
4. Special Microcontroller Features
a. Power-on Reset and Programmable Brown-out Detection
b. Internal Calibrated RC Oscillator
c. External and Internal Interrupt Sources
d. Six Sleep Modes: Idle, ADC Noise Reduction, Power-save,
Power-down, Standby and Extended Standby.
5. I/O and Package
a. 32 Programmable I/O Lines
b. 40-pin PDIP, 44-lead TQFP, 44-lead PLCC, and 44-pad MLF
6. Operating Voltages
a. 2.7 - 5.5V for ATmega16L
b. 4.5 - 5.5V for Atmega16
2.4.5. Konfigurasi Pin AVR ATmega 16 Pin-pin pada ATmega16 dengan kemasan 40-pin DIP (dual in-line
package) ditunjukkan oleh Gambar 2.15. Kemasan pin tersebut terdiri
dari 4 Port yaitu Port A, Port B, Port C,Port D yang masing masing Port
25
terdiri dari 8 buah pin. Selain itu juga terdapat RESET, VCC, GND
2buah, VCC, AVCC, XTAL1, XTAL2 dan AREF.
Gambar 2.15 Pin-pin ATmega16 kemasan 40-pin
Diskripsi dari pin-pin ATmega 16 adalah sebagai berikut :
1. VCC : Supply tegangan digital.
2. GND : Ground
3. Port A : Port A sebagai input analog ke A/D konverter. PortA juga
sebagai 8-bit bi-directional port I/O, jika A/D konverter tidak digunakan.
Pin-pin port dapat menyediakan resistor-resistor internal pull-up. Ketika
port A digunakan sebagai input dan pull eksternal yang rendah akan
menjadi sumber arus jika resistor-resistor pull-up diaktifkan. Pin-pin
port A adalah tri-state ketika kondisi reset menjadi aktif sekalipun clock
tidak aktif.
4. Port B : Port B adalah port I/O 8-bit bi-directional dengan resistor-
resistor internal pull-up. Buffer output port B mempunyai karaketristik
drive yang simetris dengan kemampuan keduanya sink dan source yang
tinggi. Sebagai input, port B yang mempunyai pull eksternal yang
26
rendah akan menjadi sumber arus jika resistor-resistor pull-up
diaktifkan. Pin-pin port B adalah tri-state ketika kondisi reset menjadi
aktif sekalipun clock tidak aktif.
5. Port C : Port C adalah port I/O 8-bit bi-directional dengan resistor-
resistor internal pull-up. Buffer output port C mempunyai karaketristik
drive yang simetris dengan kemampuan keduanya sink dan source yang
tinggi. Sebagai input, port C yang mempunyai pull eksternal yang
rendah akan menjadi sumber arus jika resistor-resistor pull-up
diaktifkan. Pin-pin port C adalah tri-state ketika kondisi reset menjadi
aktif seklipun clock tidak aktif. Jika antarmuka JTAG enable, resistor-
resistor pull-up pada pin-pin PC5(TDI), PC3(TMS), PC2(TCK) akan
diktifkan sekalipun terjadi reset.
6. Port D : Port D adalah port I/O 8-bit bi-directional dengan resistor-
resistor internal pull-up. Buffer output port D mempunyai karaketristik
drive yang simetris dengan kemampuan keduanya sink dan source yang
tinggi. Sebagai input, port D yang mempunyai pull eksternal yang
rendah akan menjadi sumber arus jika resistor-resistor pull-up
diaktifkan. Pin-pin port D adalah tri-state ketika kondisi reset menjadi
aktif seklipun clock tidak aktif.
7. Reset : Sebuah low level pulsa yang lebih lama daripada lebar pulsa
minimum pada pin ini akan menghasilkan reset meskipun clock tidak
berjalan.
8. XTAL1 : Input inverting penguat Oscilator dan input intenal clock
operasi rangkaian.
9. XTAL2 : Output dari inverting penguat Oscilator.
10. AVCC : Pin supply tegangan untuk PortA dan A/D converter
.Sebaiknya eksternalnya dihubungkan ke VCC meskipun ADC tidak
digunakan. Jika ADC digunakan seharusnya dihubungkan ke VCC
melalui low pas filter.
11. AREF : Pin referensi analog untuk A/D konverter.
2.5 Liquit Crystal Display (LCD 16x2)
Penggunaan LCD bertujuan untuk memudahkan pemakai dalam
berkomunikasi dengan peralatan yang sedang dikerjakan. Beberapa
keuntungan dari penggunaan LCD antara lain :
a. Dapat menampilkan karakter ASCII, sehingga memudahkan
untuk membuat program tampilannya.
b. Mudah diinterfacekan (dihubungkan) dengan port I/O, karena
hanya menggunakan 8 Bit dan 3 Bit control.
27
c. LCD TM162ABC-2 adalah LCD dengan karakter 16x2 baris.
LCD ini dapat menampilkan 16 karakter per baris dan
mempunyai ROM pembangkit karakter sebanyak 192 tipe
karakter dengan font 5x7dot matrix.
Operasi dasar dari LCD ini terdiri dari empat kondisi, yaitu
instruksi mengakses proses internal, instruksi menulis data, instruksi
membaca kondisi sibuk dan instruksi membaca data. Tabel 2.1
memperlihatkan operasi dasar LCD
Sedangkan alamat untuk tiap baris adalah sebagai berikut :
1. Baris 1, alamat 00H sampai 0FH
2. Baris 2, alamat 40H sampai 50H
Tabel 2.1 Operasi dasar LCD
Gambar 2.16 Rangkaian LCD
Gambar 2.16 adalah rangkaian skematik LCD 16 karakter serta
gambar input dan output yang digunakan pada rangkaian LCD.
28
Halaman ini sengaja dikosongkan
29
BAB III
PERENCANAAN DAN PEMBUATAN ALAT
3.1 Perencanaan Sistem Hardware
Kendaraan Listrik yang kami rancang menggunakan sumber
tegangan berupa 6 buah aki 12 volt 36 Ah dipasang seri dan dinaikkan
dengan rangkaian penaik tegangan fullbridge dc-dc converter dari 72
volt dc menjadi 311 volt ac sebagai masukan rangkaian inverter 3 fasa
yang digunakan untuk masukan motor induksi 3 fasa. Gambar 3.1 adalah
blok diagram sistem mobil listrik secara utuh, tapi kami disini hanya
mengerjakan rangkaian yang diblok.
Ket :
Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem Mobil Listrik
Dalam merencanakan daya setiap rangkaian, kita menghitung
mundur terlebih dahulu dari daya beban yang dalam proyek akhir ini
menggunakan motor induksi 3 fasa dengan daya 2HP, tapi kita hanya
menggunakan sebesar 1 kW.
3.2. Motor Induksi 3 fasa
Pada proyek akhir ini dipilih motor induksi 3 fasa jenis asinkron
dengan spesifikasi daya maksimum sebesar 2 HP yang dikopel dengan
gear roda pada mobil listrik. Pada motor induksi 3 phase ini
dihubungkan secara Delta, karena besar tegangan keluaran dari
rangkaian inverter 3 phase kurang lebih 220 Volt.
30
3.3. Perencanaan Baterai (Accu) Pada proyek akhir ini dipilih baterai dengan spesifikasi tegangan
12V/36Ah yang diseri sebanyak 6 buah menjadi 72 volt. Hal ini
dikarenakan untuk menaikkan tegangan dengan perbandingan terlalu
besar yaitu 1:3 namun mampu dioperasikan dalam sistem hingga sekitar
1 jam. Namun sebenarnya dalam perancangan secara teoritis dibutuhkan
baterai dengan kapasitas 60Ah. Perhitungan kapasitas ini didasarkan
pada kebutuhan dari waktu pengoperasian atau pemakaian dalam sistem
yang membutuhkan arus input 21,7 A.
Desain Perhitungan Inverter 3 fasa dan pemakaian aki
Efisiensi Inverter = 80 %
Efisiensi = Pout Inverter/ Pin Inverter
Pin Inverter = Pout Inverter/Eefisiensi
= 1000/0,8 = 1250 Watt
; Pin Inverter = Pout Full bridge
Efisiensi Full Bridge = 80 %
Efisiensi = Pout Full Bridge/Pin Full Bridge
Pin Full Bridge = Pout Full Bridge/Efisiensi
= 1250 / 0,8
= 1562,5 Wattt
Dari perhitungan diatas kita dapat mengetahui Arus masukan Full
Bridge yang nilainya sama dengan arus yang dikeluarkan aki:
Pin Full Bridge = Vin . In
Iin = Pin Full Bridge/Vin
= 1562,5/72
= 21,7 A
Jika Asumsi lama pemakaian dari mobil listrik sekitar 3 jam, maka
kapasitas aki harus :
φcos×××= gTa Cgm
Keterangan : Ta = Iin Full Bridge x Lama Pemakaian (jam)
= 21,07 x 3
= 63 AH
Maka kapasitas baterai yang dibutuhkan adalah 63 Ah, namun
baterai yang tersedia adalah dengan kapasitas 36 Ah sehingga
memungkinkan beroperasi sekitar selama 1 jam.
31
3.4 Perencanaan inverter 3 fasa
Untuk merancang inverter 3 fasa yang dapat disulut melalui
mikrokontroller kami menggunakan rangkaian IR2130 sebelum masuk
ke rangkaian inverter untuk menghasilkan pulsa penyulutan yang
menyediakan death time antara pulsa Hi dan Low, rangkaian IR213,
skematik dari rangkaian driver IR2130 bisa dilihat pada Gambar 3.2 :
32
Gambar 3.2 Rangkaian IR2130 Driver Inverter 3 fasa
Keluaran dari rangkaian ini akan digunakan untuk mendrive
rangkaian inverter yang terdiri dari 6 MOSFET.
33
Pada inverter 3 fasa yang akan kita buat terdiri dari 6 mosfet dengan
konfigurasi seperti pada Gambar 3.3:
Gambar 3.3 Konfigurasi Rangkaian Inverter
Untuk penyulutan inverter ini ada tiga masukan penyulutan yaitu
Qa, Qb dan Qc ketika Qa on maka Q1 akan on dan Q4 akan off, ketika
Qb on maka Q3 akan on dan Q6 off dan ketika Qc on maka Q5 on dan
Q2 off, dari karakteristik tersebut maka untuk mendrive inverter ini
dibutuhkan rangkaian logika not untuk mendrive Q2, Q6 dan Q2.
Gambar 3.4 adalah blok diagram sistem keseluruhan :
Gambar 3.4 Rangkaian Perencanaan Inverter 3 fasa
Untuk mendesain rangkaian inverter 3 fasa yang baik diperlukan
perhitungan nilai komponen-komponen yang tepat. Karena nilai
34
komponen yang tidak tepat, dapat menyebabkan hasil output yang
kurang baik, seperti keluarnya ripple tegangan dan arus yang terlalu
besar.
Untuk mendesain rangkaian inverter 3 fasa, perlu ditetapkan
terlebih dahulu beberapa variable, yaitu:
• Frekuensi inverter : 50Hz
• Tegangan output : 220 V
• Tegangan input : 311 V
• Perhitungan Rangkaian Inverter � Daya motor : 1 KW
� Daya Inverter : 1,25 KW
� Tegangan motor : 220 V ( dihubungkan Delta )
� Arus keluaran inverter:
I = 1000/220 = 4,5 Ampere
Tegangan antar line bisa dihitung secara teori dengan
rumus berikut :
VL-L Inverter :
VVV
V
VV) ,
( Vdc VL-L(rms)
LLNL 12787.126
3
75,219
3
22075.2192
77311
2
≈===
≈===
−−
Jadi untuk mendapatkan tegangan nominal 220 V untuk
supply motor induksi 3 fasa kita harus memberi input
tegangan dc sebesar 311,7 volt
� Frekuensi inverter : 50 Hz
� MOSFET yang digunakan adalah IRFP460
35
Untuk lebih memperjelas perencanaan, kami buat simulasi rangkaian
inverter 3 fasa terlebih dulu seperti terlihat pada Gambar 3.5.
Gambar 3.5. Rangkaian Simulasi inverter 3 fasa pada PSIM
Sedangkan untuk pulsa switching tiap-tiap Mosfet, bisa dilihat
padaGambar3.6:
Gambar 3.6. Pulsa switching tiap-tiap Mosfet
36
Gambar 3.7. Tegangan keluaran line to lne Inverter 3 fasa.
37
3.5 Perencanaan Sistem Software
Pada proyek akhir ini kami menggunakan software CodeVision C
Compiler dan bahasa C sebagai bahasa pemrograman yang akan
digunakan untuk memprogram ATMEGA16 untuk menyulut tiap-tiap
mosfet pada rangkaian inverter 3 fasa.
Flowchart pnyulutan pulsa untuk inverter 3 fasa adalah Gambar
3.8. berikut ;
Gambar 3.8. Gambar flowchart penyulutan Inverter
38
Dalam proyek akhir ini digunakan mikrokontroler AVR
ATMEGA16 sebagai penyulutan mosfet pada rangkaian inverter 3 fasa
dengan ketentuan-ketentuan pin-pin yang digunakan adalah sebagai
berikut :
Untuk penyulutan inverter digunakan mikrokontroler AVR
ATMEGA16 Memory SRAM 1 Kbytes, EEPROM 512 Bytes, 32 KB
ISP.
1. Clock yang digunakan 8 MHz
2. 32 programmable I/O lines
3. Tegangan operasi 4,5 – 5 volt.
Perencanaan penggunaan port mikrokontroler dimaksudkan agar tidak
terjadi kesalahan dalam pengalamatan saat pembuatan program. Berikut
Tabel 3.1 adalah table perencanaan penggunaan port :
Tabel 3.1 Perencanaan penggunaan port
Nama Port I/O Keterangan
ADC Port A Input Bit O
Enable Port C Output Bit 2
Sinyal PWM U Port C Output Bit 3
Sinyal PWM V Port C Output Bit 4
Sinyal PWM W Port C Output Bit 5
Timer Port C Output Bit 6
LCD 16 karakter Port D Output -
Dari Tabel 3.1 bisa mempermudah dalam membuat program pada
mikrokontroler ATMEGA16 menggunakan bahasa C dengan software
Code AVR C Compiler.
39
BAB IV
PENGUJIAN DAN ANALISA
Dalam bab ini akan dibahas tentang pengujian berdasarkan
perencanaan dari sistem yang dibuat. Pengujiaan ini dilakukan untuk mengetahui unjuk kerja dari sistem dan untuk mengetahui apakah sudah sesuai dengan perencanaan atau belum. Pengujian terlebih dahulu dilakukan secara terpisah pada masing-masing unit rangkaian dan kemudiaan dilakukan ke dalam sIstem yang telah terintegrasi. Pengujian yang dilakukan dalam setiap tahap ini antara lain adalah : A. Pengujian rangkaian mikrokontroler. B. Pengujian rangkaian driver 2130. C. Pengujian rangkaian inverter Peralatan yang dipakai untuk pengukuran dan pengujiaan : 1. Multimeter digital 2. Rangkaian yang akan diuji 3. Motor induksi 3 fasa 4. DC supply 5. Kabel penghubung 6. Oscilocope 4.1 Pendahuluan
Dalam bab ini penulis melakukan pengujian pertama yaitu pengujian pembacaan ADC pada mikrokontroler ATMEGA16, hubungannya dengan perubahan frekuensi penyulutan inverter 3 fase serta pengujian rangkaian driver inverter 3 fasa IR2130. 4.2 Tujuan Pengujian
Tujuan dari pengujian ini adalah untuk mendapatkan suatu informasi data-data yang dibutuhkan untuk program, dan memperoleh data keakuratan sensor yang akan digunakan serta mengetahui performa dari integrasi sistem yang telah dibuat.
4.3 Pengujian Driver IR 2130
Untuk pengujian inverter kami membutuhkan sumber penyulutan sumber DC. dengan memberikan data penyulutan pada Qa,Qb dan Qc
40
maka penulis dapat menguji keluaran dari inverter untuk masing-masing tabel switching.
Pengaturan frekuensi pada inverter dilakukan dengan mengatur perubahan frekuensi pada sinyal PWM 3 fasa. Amplitudo PWM pada proyek akhir ini sebesar 15 V, dipilih besar tegangan 15V karena MOSFET IRFP460 bekerja pada 15 V. Untuk mengamankan rangkaian switching dan beban dari arus lebih dan gangguan lainnya maka digunakan IC driver IR2130. Driver ini juga menyediakan dead time, sehingga tidak memerlukan lagi dead time pada pembangkitan PWM 3 fasa. Gambar 4.1 sampai Gambar 4.6 adalah gambar gelombang tegangan pada saat percobaan :
Gambar 4.1 Gelombang PWM keluaran IR2130,
fasa R-S frekuensi 10Hz
Gambar 4.2 Gelombang PWM keluaran IR2130, fasa R-S frekuensi 20 Hz
41
Gambar 4.3 Gelombang PWM keluaran IR2130 fasa R-S frekuensi 30 Hz
Gambar 4.4 Gelombang PWM keluaran IR2130 fasa R-S frekuensi 40 Hz
Gambar 4.5 Gelombang PWM keluaran IR2130 fasa R-S frekuensi 50 Hz
42
Data hasil pengujian rangkaian inverter ditunjukkan di dalam Tabel 4.1. Pengujian yang dilakukan dengan merubah frekuensi inverter dan melakukan pengukuran putaran kecepatan motor induksi 3 fasa, tegangan masukan rangkaian inverter, arus masukan rangkaian inverter, tegangan keluaran rangkaian inverter, dan arus keluaran rangkaian inverter. Pada pengujian rangkaian inverter ini dilakukan dengan memberikan frekuensi 10 sampai 50 Hz.
Tabel 4.1 Data hasil pengujian rangkaian inverter 3 fasa
Frekuensi (Hz)
Vdc (Volt) Vl-l rms praktek
(Vac)
Vl-l rms teori (V)
% Error (%)
10 258.7 190,4 201.786 5.6
20 269.2 198,4 209.97 5.5
30 272 204,3 212.16 3.6
40 285.2 213,7 222,45 3.3
50 298 231,1 232.44 0.56
50 125 102 97.5 4.3
50 158 129 123,24 4.67
50 183 148.5 142,7 4.07
Dari Tabel 4.1 kita bisa melihat semakin rendah frekuensi inverter 3 fasa arus keluaran Inverter 3 fasa jadi semakin besar, hal ini disebabkan metode switching inverter menggunakan PWM untuk itu V/f =konstan belum tercapai. Jadi pada frekuensi rendah dan tegangan tetap
43
Analisa data :
Untuk inverter 3 fasa dengan metode switching 1800, rumus yang digunakan adalah :
Vab(rms)1= 0.78 x 258.7 = 201.786 Volt
Vab(rms)2= 0.78 x 269.2 = 209.97 Volt
Vab(rms)3= 0.78 x 272 = 212.16 Volt
Vab(rms)4= 0.78 x 285.2 = 222,45 Volt
Vab(rms)5= 0.78 x 298 = 232.44 Volt
Vab(rms)6= 0.78 x 125 = 97.5 Volt
Vab(rms)7= 0.78 x 158 = 123,24Volt
Vab(rms)8= 0.78 x 183= 142,7 Volt
%100_
__% ×
−=
teoriVllrms
praktekVllrmsteoriVllrmsError
%6.5%10078.201
4.19078,2011% =×
−=Error
%5.5%10097.209
4.19897,2092% =×
−=Error
%6.3%10016.212
4.20416,2123% =×
−=Error
%3.3%10045.222
7.21345.2224% =×
−=Error
Vab(rms) = (4√3/2√2) x (Vdc/π) = 0,78.Vdc
44
%56.0%10044.232
1.23144,2325% =×
−=Error
%3.4%1005,97
1025,976% =×
−=Error
%67,4%10024,123
12924,1237% =×
−=Error
%07.4%1007,142
148.57,1428% =×
−=Error
Gambar 4.6 Tegangan keluaran VR-S dan VS-T
Dari data hasil pengujian rangkaian inverter 3 fasa dengan
memberikan tegangan masukan inverter berasal dari rangkaian penyearah gelombang penuh sebesar 220 Vac. Beban yang digunakan adalah motor induksi 3 fasa dengan daya 373 Watt 220V. pengujian dilakukan dengan memberikan frekuensi mulai 10 Hz sampai dengan 50 Hz pada inverter. Pada saat frekuensi inverter sebesar 10 Hz maka dihasilkan tegangan keluaran VR-S sebesar 190,2 Volt, VR-T sebesar 190,5 Volt dan VS-T sebesar 190,4 volt dengan kecepatan putaran 379 Rpm. Kemudian frekuensi dinaikkan menjadi 20 Hz dan tegangan dari rangkain penyearah gelombang penuh konstan 220 Vac. Pada saat 20 Hz didapatkan nilai tegangan VR-S sebesar 198,8 Volt, VR-T sebesar 198,7 Volt dan VS-T sebesar 198,4 volt dengan kecepatan putaran 578 Rpm. Frekuensi terus dinaikkan dengan sekala 10 Hz hingga 50Hz, dari hasil
45
pengukuran ternyata nilai tegangan keluaran rangkaian inverter serta kecepatan putaran motor terus meningkat. Pada saat frekuensi 50 Hz didapatkan kecepatan putaran motor sebesar 1459 rpm dan VR-S sebesar 231,2 Volt, VR-T sebesar 230 Volt dan VS-T sebesar 231,1 Volt.
Pada pengujian rangkaian inverter ketika frekuensi di ubah-ubah dan tegangan masukan tetap maka tegangan keluaran rangkaian inverter tetap namun arus keluaran dan kecepatan putaran motor semakin besar. Hal ini dikarenakan penggunaaan switching inverter dengan metode PWM. Sehingga perubahan perbandingan tegangan keluaran dengan frekuensi tidak konstan. Kerugian dari hal ini adalah akan mempermudah merusak motor induksi dan komponen rangkaian inverter lainnya karena arus yang semakin meningkat ketika frekuensi semakin dibawah frekuensi nominal.
Demikian adalah data hasil pengujian keseluruhan rangkaian Fullbridge converter serta inverter 3 fasa dengan beban motor 1 Hp 220 V/3,3A. Gambar 4.7 adalah rangkaian kesulurahn Inverter 3 fasa yang terdiri dari LCD 16 karakter, ATMEGA16, rangkaian Driver Inverter 3 fasa IR2130, dan 6 mosfet.
Gambar 4.7 Rangkaian inverter 3 fasa
Gambar 4.8 adalah gambar rangkaian minimum system ATMEGA16, mikrokontroler yang digunakan untuk menghasilkan pulsa trigger inverter 3 fasa, lewat program dengan bahasa C.
46
Gambar 4.8 Minimum system ATMEGA16
Untuk rangkaian Driver Inverter 3 fasa dengan IR2130 bisa dilihat pada Gambar 4.9
Gambar 4.9 Rangkaian driver IR2130
Terdapat 6 unit MOSFET tipe IRFP460 yang digunakan pada switching Inverter 3 fasa, bisa dilihat pada Gambar 4.10
47
Gambar 4.10 Rangkaian mosfet sebagai switching inverter 3 fasa
Dari mikrokontroler ATMEGA16 kita bisa memprogram LCD 16 karakter sehingga terlihat seperti Gambar 4.11.
Gambar 4.11 Tampilan LCD 16 karakter
48
Halaman ini sengaja dikosongkan
49
BAB V
PENUTUP
5.1 KESIMPULAN
Setelah melalui beberapa proses perencanaan, pembuatan dan
pengujian alat serta dari data yang didapat dari perencanaan dan
pembuatan Three phase Inverter, maka dapat disimpulkan:
1. Karena metode switching pada proyek akhir ini menggunakan
metode PWM maka V/F konstan belum tercapai, jadi semakin
rendah frekuensi switching inverter, arus yang dihasilkan menjadi
cukup besar.
2. Three Phase Inverter yang dibuat hanya mampu mencatu tegangan
stabil hingga 298,5 volt dc dengan kemampuan arus maksimum 4
A.
3. Untuk mendapatkan daya keluaran maksimal pada Three Phase
Inverter bisa didapat dari pemilihan komponen switching yang
tepat, dalam hal ini adalah tipe transistor.
5.2 SARAN-SARAN
Dalam pengerjakan dan penyelesaian Proyek Akhir ini tentu
tidak lepas dari berbagai macam kekurangan dan kelemahan, baik itu
pada sistem maupun pada peralatan yang telah dibuat. Untuk
memperbaiki kekurangan-kekurangan dari peralatan, maka perlu
melakukan hal-hal sebagai berikut:
1. Desain Three phase Inverter yang lebih baik, baik dalam segi
pemilihan komponen.
2. Desain PCB harus lebih efisien dan tepat agar didapat tampilan
yang maksimal dan kekuatan yang optimal.
3. Perencanaan yang tepat dan kesesuaian pembuatan dengan
perencanaan.
Daftar Pustaka
[1] Afif Salakhudin,”Rancang Bangun Inverter Satu Fase pada Daya
Cadangan Rumah Tangga(switching PWM)”,Proyek Akhir PENS-ITS
2007.
[2] Hasna Abadiningrum , “Sepeda Elektrik Menggunakan Penggerak
Motor Induksi Tiga Fasa (Mikrokontroller sebagai Driver pada Buck-
Boost Konverter Inverter Tiga Fasa)”, Proyek Akhir PENS –ITS
2008.
[3] Muhammad H.Rashid,”Power Electronics Circuits,Devices,and
Application 3”, Prentice Hall 2004.
[4] Datasheet ATMega8535 8-bit Microcontroller with 16K Bytes In-
System Programmable Flash
diakses 1 Maret 2010,dari alldatasheet.
http://www.alldatasheet.com/datasheet-
pdf/pdf/78532/ATMEL/ATMEGA8535.html
[5] Datasheet AVR ISP Programmer, diakses 1 Maret 2010,
http://www.avrispprogrammer.com/literature.
LAMPIRAN
LISTING PROGRAM
/*********************************************
This program was produced by the
CodeWizardAVR V1.24.0 Standard
Automatic Program Generator
© Copyright 1998-2003 HP InfoTech s.r.l.
http://www.hpinfotech.ro
e-mail:[email protected]
Project :
Version :
Date : 7/11/2010
Author : Dimas Pungky Pradana
Company : PENS-ITS
Comments: Program 3 Phase Inverter
Chip type : ATmega16
Program type : Application
Clock frequency : 8.000000 MHz
Memory model : Small
External SRAM size : 0
Data Stack size : 256
*********************************************/
#include <mega16.h>
#include <delay.h>
#include <stdio.h>
#define U PORTC.3
#define V PORTC.4
#define W PORTC.5
#define Timer PORTC.6
#define Enable PORTC.2
// Alphanumeric LCD Module functions
#asm
.equ __lcd_port=0x12
#endasm
#include <lcd.h>
unsigned char T;
unsigned char buffer[33];
int a[10][10],nilai,frek1;
float b;
int x;
int konter=0;
int maks=8;
void setfrek(int frek);
void H2BCD(int bilangan)
{
int ratusan,puluhan,satuan;
ratusan= bilangan/100; // misal bilangan=231
// 231/100= 2
puluhan = (bilangan - (ratusan*100))/10; // (231-(2*100))/10
// (231-200)/10 = 31/10 = 3
satuan = bilangan - (puluhan*10) - (ratusan*100);
lcd_putchar(ratusan+0x30);
lcd_putchar(puluhan+0x30);
lcd_putchar(satuan+0x30);
}
// Timer 0 overflow interrupt service routine
interrupt [TIM0_OVF] void timer0_ovf_isr(void)
{
// Place your code here
++konter;
TCNT0=204;
if (konter == maks )
{
#asm("cli")
if(T>6)T=1;
U=a[T][0];
V=a[T][1];
W=a[T][2];
T++;
#asm("sei")
konter =0;
//TCNT0=0;
}
}
#define ADC_VREF_TYPE 0x60
// Read the 8 most significant bits
// of the AD conversion result
unsigned char read_adc(unsigned char adc_input)
{
ADMUX=adc_input|ADC_VREF_TYPE;
// Start the AD conversion
ADCSRA|=0x40;
// Wait for the AD conversion to complete
while ((ADCSRA & 0x10)==0);
ADCSRA|=0x10;
return ADCH;
}
// Declare your global variables here
void main(void)
{
// Declare your local variables here
// Input/Output Ports initialization
// Port A initialization
// Func0=In Func1=In Func2=In Func3=In Func4=In Func5=In Func6=In
Func7=In
// State0=T State1=T State2=T State3=T State4=T State5=T State6=T
State7=T
PORTA=0x00;
DDRA=0x00;
// Port B initialization
// Func0=In Func1=In Func2=In Func3=In Func4=In Func5=In Func6=In
Func7=In
// State0=T State1=T State2=T State3=T State4=T State5=T State6=T
State7=T
PORTB=0x00;
DDRB=0x00;
// Port C initialization
// Func0=In Func1=In Func2=In Func3=In Func4=In Func5=In Func6=In
Func7=In
// State0=T State1=T State2=T State3=T State4=T State5=T State6=T
State7=T
PORTC=0x00;
DDRC=0xFF;
// Port D initialization
// Func0=In Func1=In Func2=In Func3=In Func4=In Func5=In Func6=In
Func7=In
// State0=T State1=T State2=T State3=T State4=T State5=T State6=T
State7=T
PORTD=0x00;
DDRD=0x00;
// Timer/Counter 0 initialization
// Clock source: System Clock
// Clock value: 125.000 kHz
// Mode: Normal top=FFh
// OC0 output: Disconnected
TCCR0=0x03;
TCNT0=0x00;
OCR0=0x00;
// Timer/Counter 1 initialization
// Clock source: System Clock
// Clock value: Timer 1 Stopped
// Mode: Normal top=FFFFh
// OC1A output: Discon.
// OC1B output: Discon.
// Noise Canceler: Off
// Input Capture on Falling Edge
TCCR1A=0x00;
TCCR1B=0x00;
TCNT1H=0x00;
TCNT1L=0x00;
OCR1AH=0x00;
OCR1AL=0x00;
OCR1BH=0x00;
OCR1BL=0x00;
// Timer/Counter 2 initialization
// Clock source: System Clock
// Clock value: Timer 2 Stopped
// Mode: Normal top=FFh
// OC2 output: Disconnected
ASSR=0x00;
TCCR2=0x00;
TCNT2=0x00;
OCR2=0x00;
// External Interrupt(s) initialization
// INT0: Off
// INT1: Off
// INT2: Off
MCUCR=0x00;
MCUCSR=0x00;
// Timer(s)/Counter(s) Interrupt(s) initialization
TIMSK=0x01;
// Analog Comparator initialization
// Analog Comparator: Off
// Analog Comparator Input Capture by Timer/Counter 1: Off
// Analog Comparator Output: Off
ACSR=0x80;
SFIOR=0x00;
// ADC initialization
// ADC Clock frequency: 125.000 kHz
// ADC Voltage Reference: AVCC pin
// ADC High Speed Mode: Off
// ADC Auto Trigger Source: None
// Only the 8 most significant bits of
// the AD conversion result are used
ADMUX=ADC_VREF_TYPE;
ADCSRA=0x86;
SFIOR&=0xEF;
// LCD module initialization
lcd_init(16);
// Global enable interrupts
#asm("sei")
a[1][0]=1; a[1][1]=0; a[1][2]=0;
a[2][0]=1; a[2][1]=1; a[2][2]=0;
a[3][0]=0; a[3][1]=1; a[3][2]=0;
a[4][0]=0; a[4][1]=1; a[4][2]=1;
a[5][0]=0; a[5][1]=0; a[5][2]=1;
a[6][0]=1; a[6][1]=0; a[6][2]=1;
Timer = 1;
Enable =1;
while (1)
{
// Place your code here
x=read_adc(0);
H2BCD(x);
b=(x/255)*50;
setfrek(b);
sprintf(buffer,"frek: %.4f",b);
lcd_gotoxy(0,1);
lcd_puts(buffer);
};
}
void setfrek(int frek)
{
if (frek < 1)
maks =1;
else
maks = 1/(0.004896*frek);
}