Desain dan Implementasi Inverter DC-AC Satu Fasa dengan ...
Transcript of Desain dan Implementasi Inverter DC-AC Satu Fasa dengan ...
Abstrak—Artikel ini mengusulkan sebuah
rancangan inverter satu fasa yang akan di rancang
untuk mengubah tegangan sumber 12 Vdc agar
dapat menghasilkan tegangan keluaran sinusoidal
220Vac 50Hz. Inverter ini di desain untuk
mengkonversikan tegangan Direct Current (DC)
yang dihasilkan oleh baterai penyimpanan yang
berasal dari produk K-POWERS menjadi tegangan
Alternating Current (AC) yang akan diaplikasikan
untuk menggantikan peran PLN sebagai emergency
power pada saat terjadinya pemadaman atau
gangguan dari PLN saat sedang tidak dapat
mengaliri listrik. Dalam perancangannya, inverter
didesain dengan menggunakan 2 stage atau 2
langkah, yaitu Switching High Frequency (SHF)
sebagai sistem untuk menaikkan tegangan
masukan dan Sinusoidal Pulse Width Modulation
(SPWM) sebagai sistem penghasil sinyal keluaran
berupa pure sine wave atau gelombang sinus murni.
Selanjutnya, kedua langkah tersebut memiliki
drivernya masing-masing. Pada stage 1 (SHF),
driver sistem pensaklaran menggunakan Arduino
Pro Mini kemudian pada stage 2 (SPWM)
menggunakan modul EGS002 sebagai drivernya.
Dalam pengujiannya inverter akan
menghubungkan baterai dari produk K-POWERS
terhadap beban, seperti charger handphone, lampu
pijar, kipas angin, dan solder. Hasil dari
implementasi inverter yang telah didesain bekerja
dengan baik dan parameter nilai yang diukur
mendekati hasil nilai set poin yang diinginkan pada
bagian bagian yang telah dirancang. Keywords—Inverter DC-DC-AC, SHF, SPWM,
Arduino
I. PENDAHULUAN
Kebutuhan akan energi yang terus meningkat dengan
seiring perkembangan zaman dan teknologi, serta
semakin menipisnya cadangan minyak bumi,
menyebabkan manusia untuk terus menciptakan dan
mencari sumber energi terbarukan untuk memenuhi
kebutuhan energi listrik. Konsumsi kebutuhan sumber
energi listrik di dunia pada umumnya terus meningkat
seiring bertambahnya jumlah penduduk, pertumbuhan
ekonomi, dan penggunaan pola konsumsi yang terus
meningkat [1]. Energi terbarukan dapat diartikan
sebagai energi yang secara cepat dapat diproduksi
kembali melalui proses alam, diantaranya meliputi
energi angin, energi matahari, serta energi air. Dalam
pemanfaatannya, dalam skala kecil energi tersebut
dapat menghasilkan listrik yang dapat disimpan ke
dalam suatu penyimpanan seperti baterai. Energi listrik
yang tersimpan didalam baterai tersebut dapat
digunakan sebagai sumber energi listrik alternatif
untuk memenuhi kebutuhan perangkat elektronika
manusia saat terjadinya pemadaman atau gangguan
dari jaringan PLN yang menjadi sumber listrik utama
saat ini.
Pada umumnya sumber energi listrik yang
digunakan saat ini adalah sumber listrik tegangan arus
bolak balik sedangkan baterai memiliki tegangan arus
searah ,sehingga diperlukan suatu alat yang dapat
mengkonversinya [2]. Inverter akan dimanfaatkan
untuk mengkonversi tegangan penyimpanan yang
terdapat pada baterai menjadi keluaran tegangan arus
bolak balik yang dapat dimanfaatkan sebagai
emergency power pada saat terjadinya pemadaman
atau gangguan dari PLN saat sedang tidak dapat
mengaliri listrik . Inverter yang akan di rancang pada
jurnal ini adalah inverter pure sine wave dengan dua
langkah konversi yaitu konversi tegangan rendah
12VDC menjadi tegangan tinggi 380VDC (DC-DC)
dengan metode Switching High Frequency (SHF) dan
konversi tegangan tinggi 380VDC menjadi tegangan
sinusoidal murni 220VAC 50Hz (DC-AC) dengan
metode Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM).
Pada perancangan ini inverter pure sine wave yang
akan diimplementasikan diharapkan dapat menyalakan
beban linier dan beban non-linier.
II. LANDASAN TEORI
A. Inverter
Rangkaian inverter terdiri dari tiga bagian, bagian
pertama adalah sebuah rangkaian yang terbentuk dari
rangkaian konverter yang mengubah sumber tegangan
bolakbalik jala-jala menjadi tegangan searah dan
menghilangkan riak pada keluaran tegangan searah ini.
Bagian kedua adalah rangkaian inverter yang
mengubah tegangan searah menjadi tegangan bolak-
balik satu fasa dengan frekuensi beragam. Kedua
rangkaian ini disebut rangkaian utama. Bagian yang
ketiga adalah sebuah rangkaian kontrol berfungsi
sebagai pengendali rangkaian utama. Gabungan
keseluruhan rangkaian ini disebut unit inverter [3].
Inverter pada umumnya dapat mengkonversi
tegangan arus searah menjadi tegangan arus bolak
Desain dan Implementasi Inverter DC-AC Satu Fasa dengan Metode
Switching High Frequency dan Sinusoidal Pulse Width Modulation
Muhammad Bhakti Prayoga1, Arief Syaichu Rohman2, Denny Hidayat Tri Nugroho3
1,2,3 Program Studi Teknik Elektro Institut Teknologi Sumatera, Lampung
Email: [email protected], [email protected], [email protected]
balik dengan beberapa keluaran bentuk gelombang
yaitu berupa gelombang kotak, gelombang kotak
modifikasi, dan gelombang sinusoidal murni.
Gelombang kotak atau bisa disebut square sine wave
inverter yaitu pada jenis ini tegangan luarannya
berbentuk kotak yang simeteri terhadap ground.
Bentuk ini sangat tidak cocok untuk beban-beban yang
bersifat induktif semisal mesin-mesin listrik.
Kemudian gelombang kotak modifikasi modified sine
wave inverter yaitu pada jenis ini tegangan luarannya
berbentuk kotak yang telah dimodifikasi, dimana
antara bagian tegangan kotak positip dan kotak negatip
diberi jeda waktu tertentu. Bentuk luaran ini sudah bisa
digunakan pada beban induktif/ kumparan tetapi
dengan kerugian daya yang besar. Setelah itu yang
terakhir adalah gelombang sinusoidal murni atau pure
sine wave inverter yaitu pada jenis ini tegangan
luarannya berbentuk Sinusoida murni seperti yang
dihasilkan oleh tegangan jala-jala PLN. [4]
Gambar 1 Bentuk-bentuk gelombang
keluaran inverter [4]
B. Metode Switching High Frequency
Metode Switching High Frequency (SHF) adalah
sebuah metode pensaklaran pada suatu rangkaian
elektronika dengan frekuensi tinggi yang dapat
dikendalikan. Salah satu implentasi dari metode SHF
diantaranya yaitu DC-DC konverter. DC-DC konverter
terdiri dari beberapa macam, diantaranya adalah buck
converter, boost converter, dan gabungan dari
keduanya yaitu buck boost converter. Pada
perancangan inventer pada jurnal ini, rangkaian yang
digunakan adalah DC-DC boost converter untuk
menaikkan tegangan rendah ke tegangan tinggi. Dalam
perancangannya DC-DC ini menggunakan prinsip
kerja push pull. Prinsip kerja dari rangkaian push pull
adalah melakukan pensaklaran dengan cara membuka
dan menutup saklar yang akan mengaliri aliran arus
listrik tegangan rendah menuju trafo secara bergantian
sehingga menghasilkan tegangan tinggi. DC-DC boost
converter juga merupakan konverter yang digunakan
untuk memberikan tegangan keluaran yang lebih tinggi
dari tegangan masukkan yang lebih rendah dengan
dikendalikan oleh sinyal kontrol berupa sinyal Pulse
Width Modulation (PWM) [5]. Tegangan keluaran dari
rangkaian SHF dapat bernilai tetap ataupun berubah-
ubah tergantung variabel tegangan masukan DC [6].
Oleh karena itu, rangkaian ini menghasilkan tegangan
AC yang besar amplitudanya tergantung pada masukan
tegangan DC dan rasio belitan trafo dengan frekuensi
tinggi [7].
Berdasarkan Gambar 2, dengan menutup S2 dan
membiarkan S1 terbuka, maka arus yang mengalir ke
trafo adalah I2. Sedangkan dengan menutup S1 dan
membiarkan S2 terbuka, maka arus yang mengalir ke
trafo adalah I1.
Gambar 2 Prinsip Kerja Rangkaian Push Pull
Dengan melakukan cara tersebut berulang ulang, maka
akan terjadi pensaklaran secara bergantian yang akan
menghasilkan tegangan tinggi bolak balik pada
keluaran trafo step up. Untuk melakukan pensaklaran
agar dapat mengubah tegangan 12VDC menjadi
380VDC, maka dibutuhkan komponen sebagai berikut.
1) Driver Switching
Untuk melakukan pensaklaran pada rangkaian,
maka dibutuhkan driver switching sebagai
pengendali pensaklaran untuk mengatur arus yang
masuk ke trafo secara bergantian melalui S1 dan S2.
Driver Switching yang digunakan adalah Arduino
Pro Mini. Arduino didefinisikan sebagai sebuah
platform electronic open source, berbasis pada
software dan hardware yang fleksibel dan mudah
digunakan. Nama Arduino juga tidak hanya dipakai
untuk menamai board rangkaiannya saja, tetapi juga
untuk menamai bahasa dan software
pemrogramannya atau IDE [8]. Kemudian dalam
melakukan pensaklaran, driver membutuhkan
rangkaian gate driver sebagai jembatan penghubung
terhadap saklar. Komponen yang digunakan adalah
ICL293D. IC akan berfungsi sebagai jembatan
penghubung antara mikrokontroler terhadap
MOSFET yang akan di drive. IC tersebut akan
mengubah tegangan keluaran switching yang berasal
dari mikrokontroler supaya menjadi lebih besar untuk
menaikan tegangan VGS pada MOSFET untuk dapat
melakukan switching.
2) Komponen Switching
Komponen yang digunakan untuk pensaklaran
sebagai S1 dan S2 adalah MOSFET. MOSFET
adalah kependekan dari Metal Oxide Semiconductor
Field Effect Transistor yang merupakan jenis
transistor yang menjadi komponen inti dari sebuah IC
(Integrated Circuit). MOSFET atau Metal Oxide
Semiconductor Field Effect Transistor juga
merupakan sebuah perangkat semikonduktor yang
secara luas di gunakan sebagai switch dan sebagai
penguat sinyal pada perangkat elektronik. MOSFET
memiliki empat gerbang terminal atau elektroda
antara lain yaitu terminal Source (S), Gate (G), Drain
(D) dan Body (B). Terminal atau Elektroda Gerbang
MOSFET adalah sepotong logam yang
permukaannya dioksidasi. Lapisan oksidasi ini
berfungsi untuk menghambat aliran listrik antara
Terminal Gerbang (Gate) dengan Salurannya
(Source - Drain). Oleh karena itu, MOSFET sering
juga disebut dengan nama Insulated-Gate FET
(IGFET).
Dengan menggunakan MOSFET sebagai saklar,
maka rangkaian elektronik tersebut akan terhubung
dengan semua jenis gerbang logika (Logic Gate).
Selain itu, MOSFET mampu mengendalikan beban
arus yang tinggi dan biayanya relatif lebih murah
dibandingkan transistor bipolar. Jika ingin membuat
MOSFET sebagai saklar, maka kita hanya harus
mengkonfigurasinya dalam kondisi saturasi (ON)
dan cut-off (OFF). [9]
3) Transformer
Transformator atau transformer merupakan satu-
satunya alat yang dapat dipergunakan untuk
menaikkan tegangan (step-up) dan menurunkan
tegangan (step-down). Prinsip kerja dari alat ini
sepenuhnya menggunakan peristiwa induksi. Gaya
gerak listrik (ggl) dapat dibangkitkan di dalam
sebuah kumparan, jika kumparan pembawa arus
ditempatkan di dekatnya. Peristiwa ini dinamakan
induksi timbal balik. Terjadinya induksi timbal balik
disebabkan oleh adanya perubahan medan magnit.
Bila saklar dihubungkan, kumparan pembawa arus
sebagai kumparan primer segera menginduksi diri
lewat medan maknit yang terbentuk. Selanjutnya arus
induksi tersebut diterima oleh kumparan penerima
arus induksi sebagai kumparan sekunder. [10]
Transformator yang digunakan pada rangkaian
SHF ini adalah transformator inti ferit yang bekerja
pada frekuensi tinggi. Transformator ferit yang
digunakan adalah transformator dengan tipe EE42
dengan spesifikasi input lilitan primer CT 12-0-12 (
0-3 lilitan) dan output lilitan skunder dengan variasi
220V (0-55 lilit), 380V (0-95 lilit), dan 18V (0-5
lilitan). Transformator EE42 dipilih karena
spesifikasi yang sesuai dengan rancangan rangkaian
SHF yaitu menaikkan tegangan 12V ke 380V. Untuk
mendapatkan tegangan output yang tepat digunakan
rumus pada persamaan (1) [11]. Sedangkan untuk
menentukan perioda switching yang digunakan
adalah dengan menggunakan persamaan (2) dan
3[12].
𝑉𝑜 = 2 × 𝑉𝑆 ×𝑁𝑆
𝑁𝑝 × 𝐷..........(1)
𝑁𝑝 =𝑉𝑖𝑛 ×108
4×𝑓𝑠𝑤𝑖𝑡𝑐ℎ ×𝐵𝑚𝑎𝑥 ×𝐴𝐶 ..........(2)
4) Rectifier
Rectifier adalah rangkaian penyearah, rangkaian ini
akan menyearahkan tegangan bolak balik AC
menjadi teganan searah DC. Komponen utama
didalam rangkaian ini adalah dioda jembatan penuh /
full bridge sebagai penyearah dan kapasitor sebagai
filter. Dioda yang digunakan pada rangkaian rectifier
adalah fast recovery diode yaitu dioda yang
digunakan untuk fast switching atau pensaklaran
frekuensi tinggi, sedangkan kapasitor yang
digunakan sebagai filter adalah kapasitor tegangan
tinggi pada range 400V.
5) Rangkai an Feedback Output
Rangkaian ini adalah rangkaian yang terhubung ke
output 380VDC pada rangkaian rectifier, rangkaian
ini adalah rangkain pembagi tegangan untuk
memberikan umpan balik terhadap driver
pensaklaran supaya dapat mempertahankan tegangan
output stabil pada 380VDC. Berikut adalah bentuk
rangkaian dan persamaan yang digunakan.
𝑅𝑃= 𝑅15//𝑅16= 𝑅15 × 𝑅16
𝑅15 + 𝑅16 .................(3)
𝑉𝑓𝑏 =𝑅𝑝
𝑅14 + 𝑅𝑝 × 380𝑉 .................(4)
Gambar 3 Rangkaian Pembagi Tegangan
Berdasarkan Gambar 3 didapatkan persamaan (3)
dan (4) untuk mendapatkan nilai tegangan umpan
balik sebagai set point pada mikrokontroler supaya
tegangan keluaran rectifier tetap pada set poin
tegangan 380VDC.
C. Metode Sinusoidal Pulse Width Modulation
Sinusoidal Pulse-Width Modulation (SPWM) adalah
salah satu teknik pensaklaran yang menghasilkan
bentuk gelombang keluaran inverter dengan
karakteristik mendekati sinusoidal. [13] Secara umum
PWM adalah sebuah cara untuk memanipulasi lebar
sinyal yang dinyatakan dengan pulsa dalam suatu
perioda untuk mendapatkan tegangan rata rata yang
berbeda [14]. Prinsip yang digunakan adalah dengan
menggunakan rangkaian full bridge, yaitu rangkaian
dasar untuk mengubah tegangan DC menjadi tegangan
AC. Tegangan keluaran AC dapat dikendalikan dengan
mengatur urutan pengaktifan saklar dan pemutusan
saklar yang mendapatkan sumber tegangan DC.
Tegangan keluaran pada rangkaian tersebut dapat
berupa +Vdc, -Vdc, atau 0V tergantung pada
pengaktifan saklar.
Berdasarkan Gambar 4 untuk S1 dan S4 tidak
diharuskan tertutup secara bersamaan, demikian juga
S2 dan S3 karena akan berakibat hubung singkat pada
sumber DC. Pada kenyataanya saklar yang sebenarnya
tidak dapat dihidupkan dan dimatikan secara seketika.
Oleh karenanya, waktu transisi pensaklaran harus
diperhitungkan dalam pengendalian saklarnya. Setiap
kali terjadi overlap pada saklar konduksi akan
mengakibatkan hubung singkat pada rangkaian,
kadang-kadang disebut juga dengan gangguan
"shootthrough" pada tegangan sumber DC. Untuk
membuat rangkaian H-bridge, komponen yang akan
digunakan adalah sebagai berikut.
Gambar 4 Rangkaian H-bridge
1) Driver Switching
Pengendali pensaklaran yang digunakan untuk
mengendalikan S1, S2, S3, dan S4 pada rangkaian
full bridge pada Gambar 8 yaitu menggunakan driver
dengan modul EGS002. EGS002 adalah modul
driver khusus untuk inverter sinusoidal satu fasa.
Modul ini menggunakan IC EG8010 sebagai kontrol
utama dan IC IR2113S sebagai jembatan kontrol
utama terhadap saklar. Modul ini terintegrasi fungsi
proteksi tegangan, arus, dan temperatur dengan
indikator led dan kontrol kipas. Modul EGS002 juga
mengintegrasikan logika pencegahan konduksi silang
meningkatkan kemampuan anti-interferensi, dan
antarmuka tampilan LCD untuk kenyamanan
pengguna dalam menggunakan fungsi tampilan
bawaan chip. EG8010 adalah inverter gelombang
sinus murni digital ASIC (Application Specific
Integrated Circuit) dengan fungsi lengkap dari
kontrol waktu mati built-in. Ini berlaku untuk
konverter daya dua tahap DC DC-AC sistem atau
sistem transformator frekuensi daya rendah satu
tahap DC-AC untuk meningkatkan. EG8010 bisa
mencapai gelombang sinus murni 50 / 60Hz dengan
akurasi tinggi, harmonik rendah dan distorsi oleh
eksternal Osilator kristal 12MHz. EG8010 adalah IC
CMOS yang mengintegrasikan generator sinusoid
SPWM, dead time kontrol, pembagi jarak, sirkuit
mulai lunak, perlindungan sirkuit, komunikasi serial
RS232, 12832 unit LCD serial, dan lain-lain [15].
2) Komponen Switching
Komponen pensaklaran yang digunakan pada S1,
S2, S3, dan S4 adalah menggunakan MOSFET.
MOSFET yang digunakan harus melebihi range
tegangan sumber DC yang diterima, agar
menghindari terjadinya kerusakan komponen akibat
overshoot saat melakukan switching [16]. Perlu
diketahui bahwa overshoot merupakan efek
sementara yang terjadi pada MOSFET karena bagian
gate (gerbang) yang terkena muatan secara instan.
Biasanya hal ini terjadi pada saat reverse recovery
(pemulihan terbalik) pada dioda dalam bentuk
kecepatan arus, dimana pada saat ini arus balik
bersama arus beban menuju ke bagian bawah Field
Effect Transistor (FET) sehingga terjadi overshoot
arus. Selanjutnya terjadinya induksi menyimpang
pada sirkuit yang berujung pada overshoot tegangan
yang besar. Akan tetapi, adanya overshoot ini perlu
dihindari karena dapat menyebabkan berkurangnya
efisiensi energy secara keseluruhan karena hilangnya
daya pada switching, bahkan dapat berbahaya
terhadap perangkat dan sirkuit elektronik [17].
3) Rangkaian LPF
Rangkian LPF yang akan digunakan bertujuan
untuk membuat frekuensi cut off 50Hz, komponen
LPF yang digunakan adalah induktor dan kapasitor
yaitu LC dengan nilai 3.3mH dan 2,2uF. Selain itu
filter LC digunakan sebagai sirkuit resonansi yaitu
peredam (pereduksi) harmonisa pada suatu rangkaian
sehingga didapatkan bentuk sinyal yang lebih smooth
(bagus atau halus) [13].
III. METODOLOGI
Dengan perancangannya, inverter akan dirancang
dengan menggunakan persamaan yang telah didapat
kemudian menentukan komponen dan implementasi
alat, setelah itu dilakukan pengujian alat inverter
terhadap beban. Berikut ini langkah yang dilakukan
dalam melakukan perancangan inverter.
Gambar 5 Metode Penelitian yang Digunakan
A. Diagram Blok
Diagram blok sistem pada inverter akan terbagi
menjadi beberapa bagian yaitu sumber tegangan DC,
rangkaian SHF, rangkaian SPWM, dan rangkaian
LPF. Diagram blok dapat dilihat pada Gambar 6.
Inverter akan menerima sumber tegangan DC yang
berasal dari baterai kemudian tegangan tersebut akan
menuju rangkaian SHF yang didalamnya terdapat
mikrokontroler yang akan melakukan pensaklaran
atau switching terhadap MOSFET yang terhubung ke
transformator step up, kemudian hasil tegangan step
up tersebut akan disearahkan oleh rangkaian rectifier.
Tegangan tinggi dari transformator yang telah
disearahkan akan digunakan sebagai sumber tegangan
DC, kemudian tegangan DC tersebut akan diubah
menjadi keluaran tegangan AC oleh rangkaian SPWM
dengan kontrol pensaklaran dari driver SPWM .
Setelah itu keluaran tegangan AC tersebut akan
dilewati ke rangkaian LPF untuk mendapatkan
frekuensi cut off yang telah ditentukan.
BATERAI
DRIVER KONVERTER DC-DC
(SHF)KONVERTER DC-DC
(SPWM)DC-AC CONVERTER
LOW PASS FILTER BEBAN
Tegangan5VDC
Sinyal Switching
Sumber Tegangan DC 12V
Tegangan 380VDC
DRIVER KONVERTER DC-AC
Tegangan 220VAC
Tegangan 220VAC 50Hz
Feedback Tegangan Keluaran Konverter DC-DC
Feedback Tegangan Keluaran
DC-AC
Sinyal Switching
Penstabil TeganganTegangan
12VDC
Tegangan 18VDC
Gambar 6 Diagram Blok Sistem Inverter
B. Cara Kerja Alat
1) Prinsip Kerja Rangkaian
Prinsip kerja dari sistem inverter yang dirancang
akan menggunakan dua langkah atau 2 stage
converter. Stage 1 pada sistem inverter adalah
rangkaian Switching High Frequency (SHF) dan
stage 2 pada sistem inverter adalah rangkaian
Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM).
Rangkaian SHF akan mengubah sumber tegangan
12VDC yang berasal dari baterai menjadi tegangan
tinggi 380VDC. Kemudian tegangan tinggi
380VDC tersebut akan diolah rangkaian SPWM
sehingga menjadi tegangan sinusoidal murni
220VAC 50Hz.
2) Stage 1 (Rangkaian SHF)
Rangkaian SHF yang dirancang melakukan
switching pada frekuensi 20KHz oleh Arduino Pro
Mini sebagai pembangkit PWM, kemudian sinyal
PWM tersebut akan diarahkan ke IC L293D
sebagai jembatan penghubung terhadap pin gate
pada MOSFET, setelah pin gate pada MOSFET
mendapatkan frekuensi switching, maka MOSFET
akan menghubungkan pin drain to source sehingga
tegangan dari baterai akan melewati lilitan
transformator. Switching dilakukan terus menerus
secara bergantian dengan metode push pull
terhadap kedua MOSFET sehingga menghasilkan
tegangan 380VAC square wave pada keluaran
transformator. Tegangan 380VAC square wave
tersebut kemudian diubah menjadi tegangan DC
oleh rangkaian rectifier dengan menggunakan
dioda frekuensi tinggi dan kapasitor filter. Setelah
rangkaian rectifier menghasilkan tegangan
380VDC, output tegangan tersebut akan
dihubungkan ke rangkaian pembagi tegangan
dengan nilai set point 1,32VDC sebagai umpan
balik terhadap Arduino Pro Mini agar tetap
menjaga tegangan tetap stabil di 380VDC.
Skematik rancangan pada bagian SHF dapat dilihat
pada Gambar 7 dan 8.
.
Gambar 7 Skematik Driver SHF
Gambar 8 Skematik Rangkaian SHF
3) Stage 2 (Rangkaian SPWM)
Rangkaian SPWM yang dirancang menggunakan
prinsip rangkaian dasar full bridge. Empat unit
MOSFET yang diumpamakan menjadi 4 unit saklar
berdasarkan Gambar 4 tersebut akan dikendalikan
oleh driver EGS002. Driver EGS002 akan
mendapatkan sumber tegangan dari Vaux atau
output tegangan tambahan yang berasal dari
transformator stage 1. Dalam pengoperasiannya,
EGS002 memiliki beberapa proteksi yaitu
overcurrent (lampu indikator berkedip 2 kali) akan
terjadi apabila pin umpan balik arus pada rangkaian
melebihi tegangan 0.5V , overvoltage (lampu
indikator berkedip 3 kali) akan terjadi apabila
tegangan umpan balik pada rangkaian jauh
melebihi 3V, undervoltage (lampu indikator
berkedip 4 kali) akan terjadi apabila tegangan
umpan balik pada rangkaian jauh dibawah 3V, dan
overtemperature (lampu indikator berkedip 5 kali)
apabila tegangan umpan balik dai sensor arus
melebihi 4,3V. Skematik rancangan pada bagian
SPWM dapat dilihat pada Gambar 9.
Gambar 9 Skematik Rangkaian SPWM
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil Impelementasi Inverter
Rancangan inverter yang telah dibuat memiliki
dimensi ukuran dengan panjang 16 cm, lebar 11 cm dan
tinggi 5 cm. Pada tabel 4.1 dapat dilihat bentuk fisik
inverter yang telah buat pada Tabel.1 dan Gambar 10.
Tabel 1. Bentuk fisik sistem inverter bagian luar
Tampak Depan Tampak Belakang
Gambar 10 Bentuk sistem inverter bagian dalam
Dari sisi bagian depan terdapat terminal tegangan
output VAC dan juga tampilan berupa lcd dengan
parameter nilai tegangan output, arus output, frekuensi
output dan nilai suhu pada bagian dalam inverter.
Sedangkan dari sisi bagian belakang, terdapat lubang
udara dari kipas internal didalam inveter, kemudian
soket input dari baterai serta saklar on/off untuk
mengatifkan dan mematikan inverter.
B. Pengujian dan Pembahasan
1) Pengujian Rangkaian Switching High
Frequency
Pengujian rangkaian SHF dilakukan dengan
beberapa tahap, yaitu meninjau sinyal frekuensi
switching dan tegangan keluaran dari Arduino,
pengukuran keluaran dari IC L293D, bentuk
gelombang pada switching MOSFET dan
pengukuran keluaran transformator. Berikut adalah
gambar hasil pengujian pada rangkaian SHF.
Gambar 11 Gelombang keluaran 21,25 KHz
hasil switching Arduino
Gambar 12 Gelombang keluaran 21,25 KHz
ICL293D
Pada Gambar 7, terlihat bentuk gelombang
kotak hasil switching oleh Arduino Pro Mini
dengan frekuensi pensaklaran 21,25 KHz. Hasil
tegangan puncak yang didapat pada sinyal adalah
8,80Vpp dan 8,40Vpp. Hasil tegangan vpp yang
dididapat ternyata lebih dari 5V yang seharusnya
dikeluarkan oleh output maksimal dari
mikrokontroler, hal ini karena terjadinya leaking
curent atau kebocoran arus yang diakibatkan oleh
induktansi pada lilitan primer transformator [18].
Kemudian pada Gambar 8 gelombang keluaran
yang terukur memiliki frekuensi 21,25 KHz dan
tegangan yang dihasilkan menjadi dua kali lipat
dari inputan yang berasal dari mikrokontroler,
akan tetapi pada osiloskop terbaca teganganya
hampir tiga kali lipat yaitu sebesar 15,6 vpp pada
kedua titik, hal ini disebabkan oleh leaking
current atau kebocoran arus [18].
Gambar 13 Gelombang keluaran transformator
Gambar 9 adalah bentuk gelombang keluaran
transformator sebelum masuk ke rangkaian
rectifier. Pengukuran dilakukan dengan
menggunakan rangkaian pembagi tegangan
dengan nilai perbandingan 1:10 terhadap keluaran
380V menjadi 38V, karena pengukuran
spesifikasi oscilloscope RIGOL DS1102D
memiliki batas ukur maksimum 100V [19].
2) Pengujian Rangkaian Sinusoidal Pulse Width
Modulation
Pengujian rangkaian SPWM yang dilakukan
yaitu mengukur sumber tegangan DC masukan
untuk modul EGS002 yang berasal dari tegangan
Vaux atau tegangan keluaran tambahan pada
stage 1. Pada pengujian tegangan sumber untuk
suplai driver EGS002 tegangan yang didapat
pada Vaux adalah 17,4VDC kemudian tegangan
keluaran IC LM7812 adalah 12,1VDC dan
tegangan keluaran IC LM7805 adalah 5,0VDC.
Setelah melakukan pengujian pada driver
EGS002, pengujian lain yang dilakukan adalah
melakukan pengukuran terhadap keluaran
rangkaian SPWM yang telah melewati filter LC.
Hasil pengukuran menunjukan bahwa keluaran
inverter memiliki gelombang keluaran sinusoidal
murni 219,9VAC dengan menggunakan
multimeter Sanwa Digital CD800a [20] dan
keluaran frekuensi sebesar 50Hz dengan
menggunakan Oscilloscope RIGOL DS1102D .
Bentuk gelombang dapat dilihat pada Gambar 10.
Gambar 14 Bentuk gelombang keluaran
Inverter
3) Pengujian Beban Inverter
Dalam pengujiannya, inverter ini akan diuji
menggunakan beban lampu pijar, kipas angin,
charger handphone, charger laptop dan charger
baterai. Pengujian dilakukan menggunakan
dengan input tegangan sumber 12V.
Tabel 2. Hasil Pengujian Beban Inverter
Beban
Input Output
Efisiensi Tegangan (V) Arus (A)
Daya Input
(W) Tegangan (V) Arus (A)
Daya Output
(W)
Tanpa beban 11,9 1,48 17,612 209 0 0 0
Charger HP
beban pengisian
HP
10,9 5,47 59,623 219 0,15 32,85 55,09%
Charger HP
beban
pengisian
modul
charger
baterai 1A
11,5 2,67 30,705 219 0,06 13,14 42,79 %
Charger HP
beban
pengisian
modul
charger
baterai 2A
11,5 2,83 32,545 219 0,07 15,33 47,10%
Charger
laptop
beban pengisian
laptop
10,2 8,85 90,27 219 0,31 67,89 75,20 %
Beban
lampu pijar 11,5 9,8 112,7 219 0,34 74,46 66,06 %
Beban kipas angin
Kecepatan
1
10,2 8,26 84,252 207 0,24 49,68 58,96 %
Beban kipas
angin
Kecepatan
2
10,2 8,43 85,986 196 0,25 49 56,98 %
Beban kipas
angin
Kecepatan
3
10,1 8,92 90,092 184 0,27 49,68 55,14 %
Berdasarkan Tabel 2, Inverter diuji dengan
menggunakan beberapa variasi beban seperti lampu
pijar, kipas angin, charger handphone, charger laptop
dan charger baterai. Berdasarkan tabel hasil uji dari
daya keluaran yang dikonsumsi oleh beban terhadap
daya yang dikeluarkan oleh sumber tegangan masuk,
efisiensi yang dihasilkan memiliki range 42,79%
sampai 75% atau memiliki rugi rugi daya dengan range
minimum17,612 W sampai maksimum 48,412 W.
Pada pengujian beban seperti charger handphone,
charger laptop dan charger baterai rugi rugi daya yang
dikonsumsi tidak terlalu jauh dari range 17,612 W,
akan tetapi pada beban lampu pijar dan kipas angin,
inverter mengalami kenaikan rugi rugi daya yang
bertambah besar seiring bertambahnya daya beban.
Pada beban lampu pijar 75 W inverter memiliki rugi
rugi daya sebesar 38,24 W dengan efisiensi sebesar
66,06%, sedangkan pada beban kipas angin 55 W
inverter memiliki range rugi rugi daya dari 34,57 W
sampai 40,412 W pada level kecepatan 1 sampai 3.
Rugi rugi daya yang semakin besar apabila daya beban
yang digunakan semakin besar, hal ini disebabkan oleh
rugi rugi daya yang diserap oleh sistem inverter,
bertambahnya daya beban yang digunakan akan
mengakibatkan naiknya arus dari masukan sisi primer
transformator sehingga sebagian dayanya diubah
menjadi panas. Selain rugi rugi daya juga disebabkan
oleh MOSFET, jika MOSFET dibebani arus yang
semakin besar, maka sebagian arus tersebut akan
menjadi rugi rugi berupa panas pada MOSFET.
Berdasarkan hasil pengujian inverter terhadap beban
yang telah diimplementasikan, inverter yang telah
dirancang akan dibandingkan dengan inverter lainnya
yang telah di uji pada jurnal [21]. Perbandingan
inverter dilakukan menggunakan beban yang sama
yaitu kipas angin 55 W pada kecepatan level 1. Pada
pengujian berdasarkan inverter pure sine wave yang
telah dibuat memiliki rugi rugi daya sebesar 34,57 W,
sedangkan berdasarkan pengujian [21] kipas angin 55
W yang diuji dengan menggunakan sumber inverter
modified square wave yang ada di pasaran memiliki
rugi rugi daya sebesar 36,72 Watt sedangkan pada
pengujian inverter pure sine wave yang ada di pasaran
memiliki rugi rugi daya sebesar 35,19 Watt. Dari
perbandingan tersebut, inverter yang telah dirancang
memiliki keunggulan rugi rugi daya yang lebih kecil
dibandingkan dengan inverter yang ada dipasaran.
Selain itu pada Tabel 2 saat pengujian kipas angin
terjadi penurunan tegangan sumber yang masuk ke
kipas. Hal ini disebabkan oleh rugi rugi daya yang
diserap oleh kipas angin atau efisiensi dari motor
induksi yang terdapat pada kipas angin tersebut.
V. KESIMPULAN
Inverter yang telah dirancang pada jurnal ini
menggunakan dua langkah konversi yaitu DC-DC-AC.
Pada langkah pertama atau stage 1 (DC-DC) inverter
telah berhasil mengimplementasikan rancangan yang
dibuat. Stage 1 dapat mengubah tegangan rendah
menjadi tegangan tinggi, yaitu mengubah tegangan
input 12VDC menjadi tegangan output stabil 382VDC,
hasil output tersebut sudah mendekati set point pada
perancangan yaitu 380VDC, hal ini disebabkan oleh
nilai resistansi yang tidak ideal pada resistor di
rangkaian pembagi tegangan untuk umpan balik
terhadap mikrokontroler. Sedangkan pada langkah
kedua atau stage 2 inverter telah berhasil
mengimplentasikan rancangan yang telah dibuat 2.
Stage 2 dapat mengubah tegangan 380VDC yang
berasal dari stage 1 menjadi keluaran tegangan
mendekati 220VAC 50Hz. Dengan melakukan
pengukuran dengan multimeter SANWA, didapatkan
tegangan output pada stage 2 adalah sebesar 219,9
VAC, kemudian bentuk gelombang yang dihasilkan
oleh stage 2 setelah dilakukan pengukuran
menggunakan oscilloscope RIGOL, bentuk gelombang
yang dihasilkan adalah sinusoidal murni dengan
frekuensi 50Hz.
Selanjutnya dari percobaan inverter terhadap
beban, inverter dapat menyalakan beban lampu pijar,
kipas angin, charger handphone, charger laptop dan
charger baterai. Sedangkan rugi rugi daya berdasarkan
tabel perbandingan daya masuk dan daya keluar yang
dikonsumsi beban, inverter memiliki konsumsi daya
rata rata sebesar 17,61 W tanpa beban dan memiliki
efisiensi sebesar 66,06% pada beban lampu pijar 75W,
58,96% pada beban kipas angin, 55,09% pada beban
charger handpone, 75,20% pada beban charger laptop
dan 42,79% pada beban charger baterai. Jika dilakukan
perbandingan terhadap inverter yang ada dipasaran
dengan menggunakan beban yang sama yaitu kipas
angin 55 W, maka inverter pure sine wave yang telah
dibuat memiliki rugi rugi daya yang lebih sedikit
dibandingkan dengan inverter modified square wave
dan inverter pure sine wave yang ada dipasaran seperti
yang tertera pada junal [21]. Inverter pure sine wave
yang telah dirancang memiliki rugi rugi daya 34,57
Watt, sedangkan inverter modified square wave dan
inverter pure sine wave yang ada dipasaran memiliki
rugi rugi daya yang lebih besar yaitu 36,72 Watt dan
35,19 Watt.
REFERENSI
[1] Y. Daryanto, Kajian Potensi angin Untuk
Pembangkit Listrik Tenaga Bayu, Yogyakarta:
BALAI PPTAGG – UPT-LAGG , 2007.
[2] G. Widayana, "Pemanfaatan Energi Surya,"
JPTK, UNDIKSHA, Vols. 9, No.1, pp. 37-46,
2012.
[3] M. E. Corporation, "FATEC," Inverter School
Text, Inverter Practical Source, p. 211, 2006.
[4] E. M. S. N. Mohammad Luqman, "STUDI
KOMPARASI UNJUK KERJA INVERTER 12V-DC
KE 220V-AC YANG ADA DIPASARAN," ELTEK,
vol. 17, p. 98, 2019.
[5] P. Gendroyono, Sistem Penggerak Motor
Induksi dengan Beban Berubah Mengguakan
Inverter PWM Berbasis Mikrokontoler,
Pascasarjana Universitas Gajah Mada, 1999.
[6] S. P. H. Fierdaus S, Pengaruh Bentuk
Gelombang Sinus Termodifikasi (Modified
Sine Wave) Terhadap Unjuk Kerja Motor
Induksi Satu Fasa, Malang, Indonesia: Tugas
Akhir Sarjana, Universitas Brawijaya, 2011.
[7] M. Z. A. S. S Prasetya, Pemanfaatan Harmonisa
pada Beban Non Linier Sebagai Sumber Energi
Menggunakan Full Bridge Converter dan
Inverter, Surabaya: Tugas Akhir Sarjana,
Institut Teknologi Sepuluh November.
[8] M. Y. Mustar, P. I. Santos and R. Hartanto,
"PERANCANGAN MODEL INTERAKSI MANUSIA
DAN ROBOT DALAM BENTUK TAMPILAN
VISUAL PADA KOMPUTER," in Seminar
Nasional Teknologi Informasi dan Multimedia,
Yogyakarta, 2014.
[9] S. S. Hidayatullah, "belajar online," 2020.
[Online]. Available:
https://www.belajaronline.net/2020/10/pen
gertian-mosfet-dan-fungsinya.html.
[Accessed 20 10 2020].
[10] Z. Hermagasantos, "Teknik Tegangan Tinggi,"
Jakarta: PT Rosda Jayaputra, 1994.
[11] B. A. Hizrian Alnubli, "Design dan Analisis Solar
Battery Charger Berbasis Push-Pull
Converter," Jom FTEKNIK, vol. 4, p. 5, 1
Februari 2017.
[12] M. U. Markus Zehendner, "Push-Pull
Converter," in Power Topologies Handbook,
Texas Instruments, p. 133.
[13] M. M. Chowdhury, "Design and Simulation of
an Inverter with High Frequency Sinusoidal
PWM Switching Technique for Harmonic
Reduction in a Standalone/Utility Grid
Synchronized Photovoltaic System," IEEE
international Conference on Informatic,
Electronics & Vision, vol. 12, pp. 1169-1173,
2012.
[14] R. N. J. d. L. R. A. M A Muslim, "Desain Inverter
Tiga Fasa dengan Minimum Total Harmonic
Distortion Menggunakan Metode SPWM,"
Jurnal EECCIS, vol. 8, Juni 2014.
[15] E. corp, EGS002 Sinusoid Inverter Driver Board
User Manual, Datasheet.
[16] T. Instruments, Ringing Reduction Techniques
for NexFET High Perfomance MOSFETs,
Application Report, SLPA010, November 2011.
[17] F. Blaabjerg, Multiphysics Simulation by
Design for Electrical Machines, Power
Electronic and Drives, John Wiley & Sons,
2017.
[18] K. B. T. M. Abraham Pressman, Switching
Power Supply Design, Third Edition, New York
Chicago: McGraw-Hill Companies, 2001.
[19] R. UK, "Rigol DS1102D 100MHz 2-Channel
Digital Oscilloscope," [Online]. Available:
https://www.rigol-uk.co.uk/Rigol-DS4012-.
[Accessed 20 10 2020].
[20] Indoteknik, "Sanwa Multimeter Digital
CD800A," [Online]. Available:
http://indoteknik.co.id/v1/pi/multimeter-
digital-cd-800a/. [Accessed 20 Oktober 2020].
[21] R. Fierdaus, “PENGARUH BENTUK
GELOMBANG SINUS TERMODIFIKASI
(MODIFIED SINE WAVE) TERHADAP
UNJUK KERJA MOTOR INDUKSI SATU
FASA,” Universitas Brawijaya, pp. 4-6.