ANALISIS MODEL SIMULASI SIMULINK SIMPOWER SYSTEM

MATLAB TENTANG DC/DC AND DC/AC PWM CONVERTERS

TUGAS

Diajukan untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Penggunaan Komputer

Dalam Sistem TE dengan dosen pengampu Drs. Tasma Sucita, ST., MT.

Disusun oleh:

Firman Yus Fahrudin 0907071

JURUSAN PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS PENDIDIKAN TEKNOLOGI DAN KEJURUAN

UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA

BANDUNG

2013

A. JUDUL

Analisis Model Simulasi Simulink SimPower System MATLAB mengenai

MOSFET CONVERTER

B. LATAR BELAKANG MASALAH

a. Bagaimana menganalisis rangkaian MOSFET CONVERTER yang

terdapat pada permodelan matlab dengan menggunakan program

simulasi simulink MATLAB?

b. Menganalisis output yang dihasilkan MOSFET CONVERTER dengan

menggunakan program simulasi simulink MATLAB.

C. TUJUAN PEMBAHASAN

a. Untuk mengetahui program simulasi simulink matlab.

b. Untuk mengetahui rangkaian MOSFET CONVERTER dengan

menggunakan program simulasi simulink MATLAB.

c. Memahami dan mampu menerapkan program simulink dalam

menganalisis output MOSFET CONVERTER .

d. Mampu menerapkan program simulasi simulink pada teknik tenaga

elektrik.

D. KAJIAN PUSTAKA

1. Matlab dan Simulink

Matlab adalah singkatan dari Matrix Laboratory, software yang

dibuat dengan menggunakan bahasa ini dibuat oleh The mathwork.inc.

Gambaran sederhana tentang MATLAB adalah sebuah kalkulator yang

mampu melakukan perhitungan yang sederhana dan rumit, selain itu

kemampuan MATLAB yang lain adalah dalam hal visulisasi atau

grafik dari hasil suatu fungsi matematika. MATLAB merupakan

bahasa pemrograman yang menggunakan bahasa command line.

MATLAB juga menyediakan fungsi-fungsi matematika yang sangat

lengkap, misalkan sqrt, det, inv, ds. Data yang dikelola dapat

berbentuk array maupun matriks. MATLAB mempunyai fasilitas Mfile

yang digunakan untuk menyimpan program.

MATLAB telah berkembang menjadi sebuah environment

pemrograman yang canggih yang berisi fungsi-fungsi built-in untuk

melakukan tugas untuk pengelolahan sinyal, aljabar linier, dan

kalkulasi matematis lainnya.

Sedangkan Simulink adalah suatu bagian dari Matlab. Simulink

dapat digunakan untuk mensimulasi sistem artinya mengamati dan

menganalisa perilaku dari tiruan sistem. Tiruan sistem diharapkan

mempunyai perilaku yang sangat mirip dengan sistem fisik. Jika

digunakan dengan benar, simulasi akan membantu proses analisis dan

desain sistem. Simulink mendukung simulasi sistem linear, sistem

control, sistem yang menggunakan logika kabur, jaringan syaraf tiruan,

komunikasi dan lain-lain.

2. Pengertian MOSFET

3. Konverter

Konverter adalah suatu alat untuk mengkonversikan daya listrik dari

suatu bentuk ke bentuk listrik lainnya. Contohnya mengubah daya

listrik dari AC ke DC ataupun sebaliknya.

Konverter terbagi menjadi 5 jenis:

a. Konverter AC – DC (Rectifier)

b. Konverter AC – AC (Cycloconverter)

c. Konverter DC – DC (DC Chopper)

d. Konverter DC – AC (Inverter)

e. Penyearah: rangkaian penyearah diode mengubah tegangan ac

ketegangan dc tetap.

4. Konverter DC to DC

Sistem catu-daya yang bekerja dalam mode pensaklaran

(switching) mempunyai efisiensi yang jauh lebih tinggi dibanding

sistem catu-daya linier. Oleh karenanya, hampir semua catu-daya

modern bekerja dalam mode switching atau dikenal sebagai SMPS

(Switched Mode Power Supply). Komponen utama dari sistem catu-

daya adalah konverter dc-dc yang berfungsi untuk mengkonversikan

daya elektrik bentuk dc (searah) ke bentuk dc lainnya.

Pengubah daya DC-DC (DC-DC Converter) tipe peralihan atau

dikenal juga dengan sebutan DC Chopper dimanfaatkan terutama

untuk penyediaan tegangan keluaran DC yang bervariasi besarannya

sesuai dengan permintaan pada beban. Daya masukan dari proses DC-

DC tersebut adalah berasal dari sumber daya DC yang biasanya

memiliki tegangan masukan yang tetap. Pada dasarnya, penghasilan

tegangan keluaran DC yang ingin dicapai adalah dengan cara

pengaturan lamanya waktu penghubungan antara sisi keluaran dan sisi

masukan pada rangkaian yang sama. Komponen yang digunakan

untuk menjalankan fungsi penghubung tersebut tidak lain adalah

switch (solid state electronic switch) seperti misalnya Thyristor,

MOSFET, IGBT, GTO.

Secara umum, ada tiga rangkaian (topologi) dasar konverter dc-dc,

yaitu buck, boost, dan buck-boost. Rangkaian lain biasanya

mempunyai kinerja mirip dengan topologi dasar ini sehingga sering

disebut sebagai turunannya. Contoh dari konverter dc-dc yang

dianggap sebagai turunan rangkaian buck adalah forward, push-pull,

half-bridge, dan full-bridge. Contoh dari turunan rangakain boost

adalah konverter yang bekerja sebagai sumber arus. Contoh dari

turunan rangkaian buck-boost adalah converter flyback.

Pada tahun 1980-an, ditemukan dan dipatenkan ratusan rangkaian

baru konverter dc-dc. Rangkaian baru ini ditawarkan dengan

bermacam kelebihan yang diklaim bisa menggantikan peran rangkaian

konvensional. Para insinyur baru sering sekali pusing dan

menghabiskan banyak waktu untuk memilih dan mencoba rangkaian

baru ini. Akan tetapi setelah banyak menghabiskan waktu dan biaya,

sering sekali terbukti bahwa rangkaian baru tersebut sangat susah

untuk diproduksi. Sebagai akibatnya, sampai saat ini, hampir semua

industri masih menawarkan topologi dasar dalam jajaran produknya.

Pengecualian mungkin ditemui pada penerapan yang sangat khusus.

Akan tetapi, hampir semua insinyur biasanya mencoba lebih dulu

menggunakan rangkaian dasar untuk bermacam keperluan. Kalau

diperlukan, kinerja yang khusus dicoba dipenuhi dengan

menggunakan beberapa rangkaian dasar yang dihubungkan seri,

paralel, atau kaskade.

Kondisi ini tidak berarti bahwa konverter dc-dc tidak mengalami

perkembangan selama tiga-puluh tahun terakhir ini. Perkembangan

pesat terjadi di bidang integrasi, produksi, saklar semikonduktor, dan

teknik untuk mengurangi rugi-rugi penyaklaran. Tulisan ini akan

mencoba mengkaji beberapa topologi dasar konverter daya yang

banyak dipakai di industri. Dengan memahami kinerja konverter dasar

ini, para insinyur yang bekerja di industry konverter daya bisa dengan

baik memilih topologi yang sesuai untuk hampir semua keperluan.

Pekerjaan selanjutnya tinggal menentukan ukuran tapis dan rangkaian

kendalinya.

5. Konverter DC to AC (Inverter)

Inverter adalah sebuah alat yang menggubah listrik arus searah

(DC) menjadi arus bolak-balik (AC), AC dapat dikonversikan pada

setiap tegangan yang diperlukan dan frekuensi dengan menggunakan

transformator yang tepat, switching, dan sirkuit kontrol.

Solid-state inverter tidak memiliki bagian yang bergerak dan

digunakan dalam berbagai aplikasi, dari kecil catu daya switching di

komputer, untuk apliksai besar listrik tegangan tinggi daya listrik arus

searah transfortasi yang massal. Inverter biasanya digunkan untuk catu

daya AC dari sumber DC sperti panel surya atau baterai.

Ada dua tipe utama inverter. Output dari inverter sinus

dimodifikasi gelombang ini mirip dengan keluaran geombang persegi

kecuali bahwa output pergi ke nol volt untuk sementara waktu

sebelum beralih positif atau negatif. Ini adalah biaya sederhana dan

rendah dankompatibel dengan perangkat elektronik kebanyakan,

kecuali untuk peralatan yang sensitif atau khusus, misalnya untuk

printer laser tertentu. Sebuah inverter sinus murni gelombang

menghasilkan output gelombang sinus nyaris sempurna (<3% distorsi

harmonik total) yang pada dasarnya sama sebagai kekuatan jaringan

utilitas yang disediakan. Jadi itu adalah kompatibel dengan semua

perangkat AC elektronik. Ini adalah tipe yang digunakan di grid-tie

inverter. Desain yang lebih kompleks, dan biaya 5 atau 10 kali lebih

per satuan daya. inverter listrik berdaya tinggi osilator elektronik. Hal

ini dinamakan demikian karena AC mekanik dini untuk konverter DC

dibuat untuk bekerja secara terbalik, dan dengan demikian adalah

"terbalik", untuk mengkonversi DC ke AC.

E. METODE PEMBAHASAN

Dalam pembahasan kali ini, kita menggunakan option demos yang

ada pada MATLAB. Adapun cara dalam menggunakannya yaitu pertama

buka program MATLAB. Start-> all program-> MATLAB-> R2010a->

MATLAB R2010a.exe. Kita bisa juga membuka program MATLAB

dengan cara langsung meng-klik dua kali icon MATLAB yang ada pada

start menu.

Kemudian muncul lembar kerja MATLAB lalu pilih menu file

help-> demos.

Gambar 1. Tampilan pada saat memilih demos

Lalu pilih SimPowerSystem-> demos-> lalu pilih demos yang

diinginkan.

Gambar 2. Tampilan setelah memilih demos yang diinginkan

Pada kajian ini, penyusun mengkaji tentang MOSFET

CONVERTER..

Gambar 3 . Rangkaian MOSFET Converter

Untuk mengetahui gelombang pada rangkaian MOSFET CONVERTER,

dengan cara tekan run pada bagian atas.

Gambar 5. Tombol run untuk memulai simulasi program

Maka akan muncul gambar gelombang, dari ketiga rangkaian

tersebut yeng menunjukan gelombang arus beban (Iload) dan gelombang

output tegangan setelah melewati PWM konverter (Vinverter).

F. DATA HASIL PROGRAM

Dengan menggunakan fasilitas demos maka diperoleh hasil sebagai

berikut.

Gambar 6. Rangkaian DC/DC PWM Converter

Dan hasil dari rangkaian DC/DC PWM Converter sebagai berikut.

Gambar 7. Bentuk gelombang output arus beban (Iload) dan gelombang

output tegangan setelah melewati konverter (Vinverter).

Gambar 8. Rangkaian DC/AC half-bridge inverter

Dan hasil dari rangkaian DC/AC Half-Bridge PWM inverter adalah

sebagai berikut.

Gambar 9. Bentuk gelombang output arus beban (Iload) dan gelombang

output tegangan setelah melewati konverter (Vinverter).

Gambar 10. Rangkaian DC/AC Full-Bridge PWM Inverter

Dan hasil dari rangkaian DC/AC Full-Bridge PWM inverter adalah

sebagai berikut.

Gambar 11. Bentuk gelombang output arus beban (Iload) dan gelombang

output tegangan setelah melewati konverter (Vinverter).

G. PEMBAHASAN MASALAH

Gambar 12. Rangkaian DC/DC dan DC/AC PWM konverter.

Deskripsi gambar rangkaian

Sistem ini terdiri dari tiga sirkuit independen menggambarkan

berbagai PWM DC / DC dan DC / AC inverter. Semua konverter dikontrol

loop terbuka dengan Discrete PWM Generator block tersedia di Extras /

Discrete Control Blocks library. Ketiga sirkuit menggunakan tegangan DC

yang sama (VDC = 400V), frekuensi pembawa (1080 Hz) dan indeks

modulasi (m = 0,8). Dari atas ke bawah, tiga sirkuit itu yaitu:

1. DC / DC, dua-kuadran converter (satu-lengan, dua-switch)

2. DC / AC, setengah-jembatan, bipolar converter (satu-lengan, dua-

switch)

3. DC / AC, penuh-jembatan, converter monopolar (dua lengan,

empat-switch)

Dalam rangka untuk memungkinkan pemrosesan sinyal lanjut,

sinyal ditampilkan pada tiga block scope (sampel pada tingkat simulasi

sampling dari 3.240 sampel / siklus) disimpan dalam tiga variabel bernama

'psb1phPWM1_str', 'psb1phPWM2_str' dan 'psb1phPWM3_str' (struktur

dengan waktu).

Simulasi

Jalankan simulasi dan mengamati dua bentuk gelombang berikut

pada ketiga block scope: arus beban (trace 1), tegangan yang dihasilkan

oleh PWM inverter (trace 2).

Setelah simulasi selesai, buka Powergui dan pilih "FFT Analysis"

untuk menampilkan 0 - 5000 Hz spektrum frekuensi sinyal disimpan

dalam tiga struktur "psb1phPWMx_str". FFT akan dilakukan pada 2-cycle

window dimulai dari t = 0,1 - 2/60 (terakhir 2 siklus pencatatan). Untuk

setiap sirkuit, pilih input berlabel "V inverter". Klik pada "Display" dan

mengamati spektrum frekuensi terakhir 2 siklus.

Komponen dasar V inverter (DC komponen dalam kasus sirkuit 1)

akan ditampilkan di atas jendela spektrum. Bandingkan besarnya

komponen fundamental atau DC dari tegangan inverter dengan nilai

teoritis yang diberikan di sirkuit. Bandingkan juga isi harmonik pada

tegangan inverter untuk half-bridge dan full-bridge DC?AC inverter.

Half-bridge inverter menghasilkan tegangan bipolar (-200V atau

+200 V). Harmonisa terjadi di sekitar frekuensi pembawa (1080 Hz + - k *

60 Hz), dengan maksimum 103% pada 1080 Hz.

Full-bridge inverter menghasilkan tegangan monopolar bervariasi

antara 0 dan 400 V untuk satu setengah siklus dan kemudian antara 0 dan-

400V untuk setengah siklus berikutnya. Untuk tegangan DC yang sama

dan indeks modulasi, besarnya komponen fundamental adalah dua kali

nilai yang diperoleh dengan jembatan setengah. Harmonisa yang

dihasilkan oleh full-bridge inverter yang lebih rendah dan mereka muncul

di frekuensi pembawa ganda (maksimum 40% pada 2 * 1080 + -60 Hz)

Akibatnya, arus yang peroleh oleh full-bridge adalah "bersih".

Jika Anda sekarang melakukan FFT pada "Iload" sinyal Anda akan

melihat bahwa THD arus beban adalah 7,3% untuk half-bridge inverter

dibandingkan dengan hanya 2% full-bridge inverter.

H. KESIMPULAN

Program MATLAB dapat digunakan dalam menganalisis

rangkaian elektronika. Dengan bantuan simulasi simulink pada MATLAB

kita dapat merencanakan untuk membuat (DC/DC dan DC/AC PWM

konverter), mulai dari komponen yang akan digunakan hingga keluaran

gelombang yang diinginkan, sehingga dapat memperkecil tingkat

kegagalan

I. REFERENSI

Sen PC, 1990, Power Electronics, McGraw-Hil, New Delhi.

Depari, Ganti.1993. Pokok-Pokok Elektronika. M2S: Bandung.

Sirizar, Shilahudin. 2011. Pengertian Inverter. [Online] Tersedia:

http://shilahudinpunya.blogspot.com/2011/02/pengertian-inverter.html

http://arisulistiono.blogspot.com/2010/02/pulse-width-modulation-pwm-

pengenalan.html (diakses pada tanggal 28 Juni 2012, pukul 21.09

WIB)

http://www.sisilain.net/2011/11/pwm-adalah-pengertian-pwm.html

(diakses pada tanggal 28 Juni 2012, pukul 21.09 WIB)

konversi .wordpress.com/2009/01/07/ topologi - konverter - dc - dc /( diakses

pada tanggal 1 Januari 2013, pukul 08.00 WIB.)