Teknik pembangkitan gelombang sinus pwm untuk inverter daya tiga fase

SEMINAR NASIONAL PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRO
Yogyakarta, 19 Oktober 2013
PENINGKATAN MUTU PENDIDIKAN KEJURUAN MENGACU
KERANGKA KUALIFIKASI NASIONAL INDONESIA
(KKNI)
Diselenggarakan oleh :
JURUSAN PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA
2013
i

DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ..................................................................................................................... i
DAFTAR ISI .................................................................................................................................. ii
LOGO DAN NOMOR TERBIT ................................................................................................ vii
TEMA DAN TUJUAN SEMINAR ........................................................................................... viii
SUSUNAN PANITIA .................................................................................................................. ix
KATA PENGANTAR .................................................................................................................. xii
SAMBUTAN KETUA PENYELENGGARA ......................................................................... xiii
SAMBUTAN DEKAN FT UNY ................................................................................................ xv
DAFTAR MAKALAH :
A. Makalah Utama
1. Evolution of E-Learning to M-Learning .................................................................. 1
Assoc. Prof. Dr. Wan Fatimah Wan Ahmad
Dept. of Computer & Information Sciences Universiti Teknologi Petronas
B. Bidang Pendidikan dan Media Pembelajaran
1. Teknologi Augmented Reality sebagai Media Pembelajaran dalam Mata
Kuiah Kimia Dasar………………… ………………………………………………………….. 11
Lia Kamelia
Dosen Pendidikan Teknik Elektro, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas
Islam Negeri Sunan Gunung Djati Bandung
2. Penilaian Berbasis Portofolio sebagai Suplemen Sistem Evaluasi Pendidikan
Kejuruan ................................................................................................................................ 21
Zamtinah dan Moh. Khairudin
Dosen Pendidikan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Negeri
Yoryakarta
3. Kelayakan Trainer Mikrokontroler AT Mega 40 PIN Sebagai Media
Pembelajaran Mata Diklat Pemrograman Mikrokontroler di SMK .......... 32
ii

PROCEEDING
SEMINAR NASIONAL PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRO 2013
Peningkatan Mutu Pendidikan Kejuruan Mengacu Kerangka Kualifikasi Nasional Indonesia (KKNI)
Moh. Khairudin
Dosen Pendidikan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Negeri
Yogyakarta
4. Sistem Penilaian Hasil Belajar pada Bidang Keahlian Teknik Elektro .... 40
Nur Kholis dan Ari Sapto Nugroho
Jurusan Pendidikan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Negeri
Yogyakarta
5. Hubungan Efikasi Diri, Stereotip Gender dan Pola Asuh Orang Tua dengan
Pemilihan Karier Siswa SMK Bina Teknologi Purwokerto ........................... 49
Dewi Murniati dan Nur Kholis
6. Meta Evaluasi sebagai Strategi Perbaikan Mutu pada Pendidikan Kejuruan
..................................................................................................................................................... 59
Pramudi Utomo
7. Pengembangan Model Sekolah Bermutu Total (Total Quality School) di SMK
untuk Peningkatan Mutu Pendidikan Kejuruan ................................................ 254
Giri Wiyono
Jurusan Pendidikan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Negeri
Yogyakarta
C. Bidang Aplikasi ICT
1. Rancang Bangun Prototipe Portal MUI Online (Studi kasus : MUI Kecamatan
Ujungberung) …………………………………………………………………………….. 70
Adam Faroqi
iii

PROCEEDING
2. Sistem Informasi Evaluasi Diri Sekolah Menengah Kejuruan Berbasis Web
Sebagai Sarana Pembangunan Program Unggulan Berbasis Potensi Lokal
..................................................................................................................................................... 80
Muhamad Ali
Jurusan Pendidikan Teknik Elektro, FT Universitas Negeri Yogyakarta
3. Integrasi Sistem Scada WEB – DCS Berbasis Networking PLC Dilengkapi
Sistem Auto Recovery dan Auto Redundant dengan Menggunakan Multiple
Communication Device.................................................................................................... 92
Musthofa Fahmi1 dan Ryan Yudha Adhitya2
1,2. Prodi Teknik Otomasi, Jurusan Teknik Kelistrikan Kapal, Politeknik
4. Rancang Bangun Prototype Simulasi Haji Berbasis Virtual Environment
Menggunakan Non Commercial Engine .................................................................. 105
Rina Mardiati
Universitas Isam Negeri Sunan Gunung Djati Bandung
D. Bidang Kendali
1. Rancang Bangun Monitor Radiasi Reaktor Kartini Menggunakan Labview
..................................................................................................................................................... 113
Adi Abimanyu, Achmad Fahrul Aji, Muhammad Khoiri, Jumari
Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan-Badan Tenaga Nuklir Nasional
Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-Badan Tenaga Nuklir Nasional
2. Pengolahan Citra Digital pada Sensor Kamera Sebagai Pengendali Arah Gerak
Robot Line Follower.......................................................................................................... 124
Didik Hariyanto
3. Pengujian Fault Coverage pada Rangkaian ISCAS-89 s641 dengan
Menggunakan Metode Scan Design ........................................................................... 131
Edi Mulyana
Universitas Islam Negeri Sunan Gunung Djati Bandung
iv

PROCEEDING
4. Rancang Bangun Remote Controlled Line Follower Robot Untuk Rute dengan
Persimpangan Kompleks ................................................................................................ 146
Nanang Ismail
Universitas Islam Negeri Sunan Gunung Djati Bandung
5. Pengaturan Kecepatan Gerak Kursi Roda dengan Memanfaatkan Sinyal
Bioimpedansi Tubuh ........................................................................................................ 156
Juli Sardi
Pasca Sarjana Teknik Elektro, Institut Teknologi Sepuluh November
E. Bidang Tenaga
1. Implementasi Multilevel Inverter Jenis DC Terpisah sebagai Antarmuka Panel
Surya......................................................................................................................................... 166
Grace Lordi Elma Waruwu dan Leonardus. H. Pratomo
Prog.Di Teknik Elektro- Fakultas Teknik
Universitas Katolik Soegijapranana Semarang
2. Teknik Pembangkitan Gelombang Sinus PWM Untuk Inverter Daya Tiga Fase
..................................................................................................................................................... 175
Francisca H.C, Hari Sutikno, dan Setya Ardhi
Sekolah Tinggi Teknik Surabaya
3. Desain dan Implementasi Maksimum Power Point Tracker Sebagai Pengisi
Baterai Berbasiskan Deteksi Daya dan Tegangan Pada Modul Surya ...... 184
Ludovicus Satya. H. B dan Leonardus. H. Pratomo
Prog.Di Teknik Elektro- Fakultas Teknik Universitas Katolik Soegijapranana
Semarang
4. Buck Boost Chopper Sebagai MPPT dengan Kontrol Digital Berbasis AT Mega
8535 .......................................................................................................................................... 194
Matheus Catur Septiantor dan Leonardus. H. Pratomo
Program Studi Teknik Elektro - Fakultas Teknik Universitas Katolik
Soegijapranata
v

PROCEEDING
5. Pentanahan dan Pengaman Sistem 70 KV di Pulau Jawa Ditinjau dari Aspek
Pembelajaran ....................................................................................................................... 205
Soepriyo dan Zamtinah
Ketua Umum DPP Gema PDKB
6. Analisis Kinerja Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Hibrid (Angin dan Surya)
di Pantai Baru Pandansimo Bantul Yoryakarta ................................................... 226
Tri Suhartanto1, Suharyanto2, T. Haryono3
1Mahasiswa, Jurusan Teknik Elektro dan Teknologi Informasi Universitas
Gadjah Mada
7. Energi Listrik Mandiri Yang Ramah Lingkungan ................................................ 239
Tri Watiningsih¹, Kholistianingsih², Pingit Broto Atmadi³
Fakutas Teknik Universitas Wijayakusuma Purwokerto
vi

PROCEEDING
175
TEKNIK PEMBANGKITAN GELOMBANG SINUS PWM
UNTUK INVERTER DAYA TIGA FASE
Francisca H.C Hari Sutiksno Setya Ardhi
fhc@quadraluminari.ac.id harisutiksno@gmail.com setyaardhi@yahoo.com
Dosen Sekolah Tinggi Teknik Surabaya (STTS)
Abstrak: Paper ini membahas teknik baru dalam pembangkitan
gelombang sinus pada inverter daya tiga fase Pulse Width Modulation
(PWM). Teknik ini didasarkan atas bentuk gelombang yang dihasilkan
dari respon impuls tak hingga (Infinite Impulse Response) dalam sistem
orde dua. Gelombang sinus tiga-fase ini merupakan keluaran dari
penyelesaian persamaan beda dengan metode rekursif. Algoritma yang
sederhana dan singkat ini memungkinkan untuk meningkatkan frekuensi
sampling untuk memperkecil harmonisa.
Kata kunci: inverter daya tiga fase, PWM, infinite impulse response
PENDAHULUAN
Inverter daya tiga-fase sinus Pulse-Width Modulation (PWM) banyak
diaplikasikan sebagai peralatan daya listrik untuk menggerakkan motor-motor tiga fase
dengan sumber DC. Metode perpotongan sinus-segitiga diusulkan pertama oleh
Schὂnung dan Stimmler pada tahun 1964 masih banyak digunakan pada pembangkitan
gelombang sinus PWM dengan proses analog yang sangat sederhana. Pembangkitan
teknik digital menjadi sangat populer sejak teknologi mikrokontroler menjadi
berkembang dalam berbagai aplikasi di segala bidang. Sekalipun teknik Space Vector
Modulation (SVM) banyak dikembangkan dan diaplikasikan, namun demikian proses
pembangkitannya membutuhkan algoritma yang sangat panjang dan kompleks (G.
Pfaff, A. Weschta, and A Wick, 1984). Pada inverter daya tiga fase yang tunggal,
dimana inverter tidak bekerja paralel atau sinkron dengan pembangkit listrik yang lain,
dibutuhkan pembangkit gelombang dengan pola sinus tiga fase. Gelombang ini dapat
dibentuk dengan menggunakan osilator gelombang analog yang dikonversi melalui
ADC(Analog to Digital Converter) ke dalam proses digital atau sebuah sebuah matriks
data digital yang mewakili gelombang sinus tiga fase Namun demikian metode-metode
tersebut membutuhkan ruang penyimpan data (memori) yang relatif besar, sedangkan
memori yang tersedia untuk periode sampling yang sempit menuntut proses yang
singkat dan memori yang sekecil mungkin (H. W. Van der Broeck, H. CH. Skudelny,
and G. Stanke, 1988). Paper ini mengusulkan sebuah metode untuk pembangkitan
gelombang sinus PWM metode sinus-segitiga melalui dengan menggunakan proses
digital. Metode ini merupakan sebuah algoritma dengan metode infinite impulse
recursive (IIR) dan membutuhkan memori yang kecil untuk pembangkitan gelombang
sinus.

PROCEEDING
176
INVERTER DAYA TIGA FASE SINUS PWM
Topologi inverter daya tiga-fase (S. Ogasawara, H. Agaki, and A. Nabae, 1989 ,
J W Kolar, H Ertl, F C Zach, 1991, dan A M Trzynadlowski and S Legowski, Jan 1994)
yang dibahas dalam makalah ini adalah inverter dengan tiga lengan seperti terlihat pada
gambar 1. Rangkaian ini terdiri atas 6 transistor yang berfungsi sebagai saklar
elektronik. Setiap pasang transistor terdiri dari 2 buah, dimana jika salah satu transistor
dalam posisi ON, maka pasangannya dalam posisi OFF atau sebaliknya.
Gambar 1. Topologi Inverter Daya Tiga Fase berlengan tiga
Posisi ON dan OFF transistor-transistor tersebut dikontrol oleh pembangkit gelombang
sinus PWM melalui rangkaian driver transistor. Keluaran mikrokontroler tidak mampu
men-drive transistor-transistor tersebut. Untuk itu diperlukan rangkaian driver agar
dihasilkan sinyal yang mampu men-drive transistor.
MICROCONTROLL
ER
Gambar 2. Pembangkit Sinyal Sinus PWM
Prinsip pembangkitan gelombang sinus PWM dengan teknik perpotongan gelombang
sinus dan segitiga adalah sebagaimana terlihat pada gambar 3, yang terdiri atas
pembangkit gelombang sinus dengan frekuensi 50Hz dan gelombang segitiga dengan
frekuensi yang jauh lebih besar daripada frekuensi gelombang sinus., dan sebuah
komparator. Jika sinyal sesaat S(t) lebuh besar daripada X(t), maka keluarannya adalah

PROCEEDING
1 (high), dan jika sebaliknya (S(t) lebih kecil X(t)), maka keluaran komparator adalah 0
(low). Pada inverter daya dengan rangkaian kontrol analog, gelombang sinus maupun
gelombang segitiga dapat dibangkitkan dari rangkaian opamp yang disebut osilator.
Pada inverter daya dengan rangkaian kontrol menggunakan mikrokontroler, gelombang
sinus dibangkitkan dengan menggunakan sederetan data yang membentuk pola
gelombang sinus yang tersedia di dalam memori. Gelombang segitiga dibangkitkan di
dalam mikrokontroler yang berupa sebuah counter yang tersedia didalamnya.
Gelombang acuan untuk pembangkitan tegangan sinusoidal PWM 3 fase adalah
sebagai berikut:
 (1)
 (2)
177
v t V t
( ) sin( )
0

a m

v t V t
( ) sin( 120 )
0
 
b m

v t V t
( )  sin( 
120 )
c m

Gambar 3. Pembangkitan Gelombang Sinus PWM
PEMBANGKITAN GELOMBANG SINUS TIGA FASE
Algoritma metode pembangkitan gelombang sinus yang diusulkan dalam paper
ini didasarkan pada hubungan transformasi-z dari fungsi cosinus dan sinus dalam
sistem waktu diskrit (K. Ogata, 1995) berikut:
z z T
( 
cos 
)
[cos ] 2  
2 cos 1

z z T
Z kT

z sin

T
[sin ] 2  
2 cos 1

z z T
Z kT

dimana ω adalah kecepatan sudut (rad/sec), T adalah periode sampling (sec)
Gelombang cos ωkT dapat diperoleh dari persamaan (1) sebagai berikut:
2
Y z z z T z z T X z
( )(  2 cos   1)  ( 
cos 
) ( )
  
1 2 1
Y z z T z z T Y z
( )(1  2 cos   )  (1 
cos 
) ( )
y kT Ty k T y k T x kT Tx k T
( ) 2cos (( 1) ) (( 2) ) ( ) cos (( 1) )
1
1
       

1 1 1
Jika K cosT 1  dan K sinT 2  , maka :
( ) 2 (( 1) ) (( 2) ) ( ) (( 1) ) 1 1 1 1 2 y kT  K y k  T  y k  T  x kT  K x k  T (3)

PROCEEDING
178
dimana
untuk k
1 0
  



0 0
( )
untuk x
x kT
Dari persamaan (3), gelombang cosinus y1 dapat diwujudkan dengan menggunakan
diagram gambar 4.
Gambar 4. Gelombang y1= cosωkT
Gelombang sin ωkT dapat diperoleh dari persamaan (2) sebagai berikut:
2
Y z z z T z TX z
( )(  2 cos   1) 
sin 
( )
  
1 2 1
Y z z T z z TX z
( )(1  2 cos   ) 
sin 
( )
y kT Ty k T y k T Tx k T
( ) 2cos (( 1) ) (( 2) ) sin (( 1) )
2
2
      

2 2 2
Jika K cosT 1  dan K sinT 2  , maka :
( ) 2 (( 1) ) (( 2) ) (( 1) ) 2 1 2 2 2 y kT  K y k  T  y k  T  K x k  T (4)
Gambar 5 menunjukkan diagram proses pembentukan gelombang sinus y2.
Gambar 5. Gelombang y2= sin(ωkT)

PROCEEDING
[sin( 120 ] [ 0 Z kT   Z  kT  kT (5)
[sin( 120 ] [ 0 Z kT   Z  kT  kT (6)
179
Algoritma pembangkitan gelombang sin(ωkT-1200) dan cos(ωkT+1200) dapat
diturunkan sebagai berikut:
cos( )]
3
2
1
sin( )
2
dan
cos( )]
3
2
1
sin( )
2
Gambar 6 merupakan diagram pembentukan gelombang sinus diskrit.3 fase.
Gambar 6. Pembangkitan Gelombang Sinus 3 Fase
Nilai cos(wT) dan sin(wT) merupakan konstanta yang dihitung melalui deret Maclaurin
sebagai berikut:
.......
2 4 720
cos( ) 1
2 4 6 x x x
x     (7)
....
6 120
sin( )
3 5 x x
x  x   (8)

PROCEEDING
Karena nilai x=ωT adalah nilai yang sangat kecil, maka deret cos(ωT) dan sin(ωT)
dapat disederhanakan sebagai:
180
( )
2
cos( ) 1
2 T
T

   (9)
sin(T) T (10)
Dengan demikian diperoleh bahwa nilai-nilai
2 2 2
1 K 1 2 f T (11)
K 2fT 2  (12)
Diagram alir pembentukan gelombang sinus dinyatakan sebagaimana terlihat pada
gambar 7. Dalam diagramn tersebut, beberapa variabel diturunkan sebagai berikut:
( ) 1 X  x kT dan (( 1) ) 2 X  x k  T
( ) 1 1 Y  y kT , (( 1) ) 1 1 V  y k  T , dan (( 2) ) 1 1 W  y k  T
( ) 2 2 Y  y kT , (( 1) ) 2 2 V  y k  T , dan (( 2) ) 2 2 W  y k  T
Proses ini dalam wujud yang nyata adalah proses yang berupa program yang bekerja
dalam mikrokontroler.
Gambar 7. Diagram Alir Proses Pembangkitan Gelombang

PROCEEDING
Selanjutnya gelombang sinus PWM 3 fase, diperoleh dengan menggunakan komparator
sebagaimana terlihat pada gambar 8.
181
Gambar 8. Pembangkitan Sinyal kontrol
HASIL SIMULASI
Berikut ini disimulasikan pembangkitan gelombang sinus untuk inverter 3 fase
dengan frekuensi keluaran 50Hz dan frekuensi sampling 100kHz . Gelombang yang
dihasilkan pada gambar 9 adalah gelombang:
( ) sin( ), ( ) sin( 120 ), ( ) sin( 120 ) 0 0 v t V t v t V t  v t V t  a m b m c m   
yang ditampilkan satu periode (20 msec).
-
Gambar 9. Gelombang Sinus 3 Fase Hasil Simulasi

PROCEEDING
182
(a) Gelombang segitiga
(b) Sinus PWM fase a
(c) Sinus PWM fase b
(d) Sinus PWM fase c
Gambar 10. Bentuk Gelombang Segitiga dengan frekuensi 100kHz dengan simpangan -1 sd 1.
KESIMPULAN
Dari hasil simulasi terlihat bahwa gelombang sinus tiga-fase untuk
pembangkitan tegangan pada rangkaian inverter daya dibangun dengan algoritma yang
sederhana, yaitu hanya mengandung elemen-elemen penjumlahan dan pengurangan,
perkalian dan elemen penunda (delay). Pembentukan gelombang dengan menggunakan
metode rekursif, sehingga ruang (space) digunakan untuk pembentukan menjadi lebih
kecil Dengan demikian sisa ruang yang ada dapat digunakan untuk proses pengendalian
yang lain, atau untuk meningkatkan frekuensi sampling.

PROCEEDING
183
DAFTAR PUSTAKA
A. Schonung and H Stemmler, Sept. 1964. Static frequency changers with subharmonic
control in conjunction with reversible speed ac drives,”Brown Boveri Rev., vol no
51, nos. 8/9, pp. 555-557.
G. Pfaff, A. Weschta, and A Wick, 1984, Design and experimental results of a
brushless ac servo drive, IEEE Transactions on Industrial Applications, IA-20, pp
814-821.
H. W. Van der Broeck, H. Ch. Skudelny, and G. Stanke, 1988, Analysis and realization
of a pulse width modulator based on voltage source space vectors, IEEE
Transactions on Industrial Applications, vol 24 , pp 142-150.
S. Ogasawara, H. Agaki, and A. Nabae, 1989 A novel PWM scheme of voltage source
inverter based on space vector theory, Conference record European Power
Electronics Conf., pp 1197-1202.
J.W. Kolar, H Ertl, F.C Zach, 1991, Influence of modulation method on the conduction
and switching losses of a PWM Converter system, IEEE Transactions on
Industrial Applications, vol 27 , pp 1063-1075,.
A.M. Trzynadlowski and S Legowski, Jan 1994, Minimum- Loss Vector Strategy for
Three Phase Inverters, IEEE Transactions on Power Electronics, vol 9 , pp 26-34.
K. Tanniguchi ,Y Ogino and H Irie, July 1988, PWM Technique for Power Mosfet
Inverter, IEEE Transactions on Power Electronics, vol 3, pp 328-334,.
K. Ogata, 1995. Discrete Time Control Systems, Prentice Hall, 2nd Edition,

Teknik pembangkitan gelombang sinus pwm untuk inverter daya tiga fase

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Viewers also liked

Viewers also liked (9)

Similar to Teknik pembangkitan gelombang sinus pwm untuk inverter daya tiga fase

Similar to Teknik pembangkitan gelombang sinus pwm untuk inverter daya tiga fase (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Teknik pembangkitan gelombang sinus pwm untuk inverter daya tiga fase