D alam bab ini akan diuraikan perancangan rangkaian kontrol SPWM sebagai pengendali inverter gelombang penuh dengan metode digital. Dimana perancangan ini meliputi rangkaian kontrol secara keseluruhan dan perancangan rangkaian daya dengan kombinasi pembebanan Resistor dan induktor.
Seperti yang telah kita ketahui bahwa teknik sinusoidal pulse width
modulation didapat dari mengkomparasikan gelombang sinus sebagai referensi
dengan gelombang segitiga sebagai sinyal carrier. Hasil komparasi ini merupakan
suatu gelombang kotak dengan lebar pulsa yang lebar sempitnya beraturan,
dimana pulsa ini digunakan sebagai pengendali saklar daya inverter gelombang
penuh dalam hal ini mosfet, untuk menentukan frekuensi kerja mosfet dan
sekaligus sebagai pembentuk siklus positif dan negatif pada rangkaian beban
inverter. Bentuk keluaran paling ideal dari suatu inveter adalah bentuk
gelombang sinus. gelombang ini dihasilkan melalui pemilihan sifat beban
rangkaian keluaran yang ideal. Pemilihan sifat beban disini meliputi kombinasi
seri beban R-L dan pemilihan nilai beban tersebut secara tepat.
Perbedaan rangkaian inverter teknik SPWM metode digital ini dengan
metode konvensional adalah penggunaan EPROM sebagai pembangkit sinyal
SPWM menggantikan peranan Op-Am. Dengan menngunakan EPROM sebagai
pembangkit gelombang SPWM dirasa akan lebih compact, dan juga mampu
membangkitkan frekuensi penyaklaran yang tinggi.
3.1 Perancangan Inverter Satu Fasa Jembatan Penuh
Gambar 3.1 Rangkaian Inverter satu fasa jembatan penuh penuh
Rangkaian daya Inverter satu fasa jembatan penuh terdiri dari 4 buah
saklar semikonduktor dalam hal ini adalah mosfet. Saklar S1 dan S4 ON-OFF
secara bersama-sama demikian juga saklar S2 dan S3. Pada saat saklar S1 dan
S4 ON, maka saklar S2 dan S3 OFF. Oleh karena itu pada saat saklar S1 dan
S4 ON maka tegangan input +VDC akan melewati beban seperti terlihat pada
gambar di bawah ini :
Gambar 3.2 Setengah Siklus 1 Inverter satu fasa jembatan penuh penuh
Sedangkan pada saat saklar S2 dan S3 ON maka tegangan input -VDC akan
melewati beban, seperti pada gambar di bawah ini :
Gambar 3.3 Setengah Siklus 2 Inverter satu fasa jembatan penuh penuh
Dari penjelasan ini dapat digambarkan gelombang keluaran dan tegangan
pada saklar semikonduktor seperti ditunjukkan pada Gambar 3.4 .
Gambar 3.4 Keluaran Inverter satu fasa jembatan penuh penuh
Bentuk dasar gelombang keluaran inverter satu fasa jembatan penuh
merupakan suatu bentuk gelombang kotak, hal ini dikondisikan faktor beban
keluaran adalah beban fundamental atau beban resistif saja. Pada pembebanan
dengan beban fundamental maka arus keluarannyapun adalah arus fundamental
seperti ditunjukkan pada Gambar.
Gambar 3.5 arus dan tegangan Keluaran fundamental
Arus keluaran fundamental ini akan dijadikan sebagai referensi jika
gelombang keluaran inverter dikehendaki sebagai gelombang sinus. Hal ini
dilakukan dengan mengatur nilai faktor beban dengan perancangan kombinasi
beban induktif dan resistif.
3.2 Perancangan Kontrol Inverter Jembatan Penuh
Tujuan rangkaian kontrol menghasilkan gelombang input untuk gate
MOSFET yang akan berfungsi sebagai saklar inverter. Gelombang keluaran
rangkaian kontrol berupa gelombang kotak yang dihasilkan dari suatu modulasi
lebar pulsa dalam hal ini merupakan hasil komparasi dari gelombang sinus dengan
gelombang segitiga. Adapun blok diagram rangkaian kontrol seperti pada gambar
di bawah.
Gambar 3.6 Blok diagram rangkaian kontrol
Gelombang kotak keluaran dari rangkaian kontrol ini mempunyai lebar
pulsa yang berbeda-beda namun beraturan mengikuti kondisi gelombang sinus
yang dimodulasi. Tinggi rendah gelombang sinus yang termodulasi selanjutnya
disebut sebagai dutycycle. Gelombang keluaran yang dimaksudkan ditunjukkan
pada Gambar 3.7.
Gambar 3.7 Gelombang kontrol Inverter
Untuk menghasilkan gelombang keluaran seperti yang diharapkan di atas dalam
teknik sinusoidal pulse width modulation ini melalui beberapa tahap, dimana
amplitudo maksimal gelombang segitiga harus lebih atau sama dengan besar
amplitudo maksimal gelombang sinus dan frekuensi gelombang segitiga harus
lebih tinggi dibandingkan gelombang sinus. Hal ini dilakukan agar dapat
menghasilkan duty cycle yang berimbang untuk menentukan waktu mati (toff) dan
waktu hidup (ton) gelombang keluaran SPWM. Dengan komparasi akan
didapatkan keluaran gelombang kotak yang dapat diatur lamanya ton dan toff-nya.
Untuk mengatur lamanya ton dapat dilakukan dengan meningkatkan frekuensi
gelombang segitiga dan gelombang sinus yang dikoparasikan. Untuk mengatur
lamanya toff dapat dilakukan dengan mengurangi frekuensi gelombang segitiga
atau gelombang sinus yang dikomparasikan. Perancangan rangkaian pembangkit
SPWM ditunjukkan pada Gambar 3.8.
Gambar 3.8 Rangkaian pembangkit SPWM
Dari gambar rangkaian di atas kemudian di simulasikan dengan
menggunakan software power simulator yang kemudian dikonvert lebih lanjut ke
dalam microsoft exel untuk mengetahui pola pensaklaran dari gelombang SPWM
yang telah kita buat tersebut. Pola pensaklaran tersebut yang nantinya akan
dialamatkan ke dalam EPROM. Adapun hasil simulasinya adalah seperti gambar
di bawah ini :
3.2.1 Rangkaian Generator Gelombang Kotak
Rangkain pembentuk gelombang kotak ini menggunakan prinsip kerja dari
Ic 555 yang dikondisikan sebagai multivibrator astabil (bergerak bebas) dengan
kata lain tegangan keluarannya beralih dari tingkat yang tinggi ke tingkat yang
rendah dan kembali secara terus menerus.
Gambar. 3.9 Rangkain generator gelombang kotak 555
pada waktu kaki 2 maupun kaki 6 berada dibawah VLT = 1/3 VCC dan
keluaran kaki 3 menjadi tinggi dalam tingkat A dan kaki 7 menjadi terbuka
sehingga kapasitor C mengisi melalui R1 + R2, selama waktu itu berada pada
tingkat memori C.
jadi keluaran akan tetap tinggi selama selang waktu dimana C terisi dari
1/3 VCC sampai 2/3 VCC
ttinggi = 0,695 (R1 +R2) C
dan pada saat VC berada tepat diatas VUT = 2/3 VCC kaki 7 terbuka dan C
mengalami pengosongan dan berada pada tingkat memori C selanjutnya urutan
tersebut berulang.
Jadi keluaran akan tetap rendah selama selang waktu dimana C dikosongkan dari
2/3 VCC sampai 1/3 VCC.
trendah = 0,695 R2 C
Dari persamaan diatas didapat perioda osilasi total T adalah
T = ttinggi + trendah =0,695 (R1 +2R2) C
f =1/T
3.2.2 Rangkaian Counter dan EPROM
Rangkaian ini diaplikasikan dengan IC Cmos 4520 dimana memiliki dua
masukan clock dengan empat keluaran tiap groupnya dalam satu struktur (dual
binery counter). Counter ini memungkinkan untuk dikerjakan dengan sistem
cascade seperti terlihat pada rangkaian di bawah ini.
Gambar. 3.10 Rangkaian counter dengan 4520
Dengan skematik rangkaian seperti diatas Logika kerja dari konter diatas
adalah sebagai berikut :
Gambar. 3.11 Keluaran yang diharapkan dari Rangkaian counter
Rangkaian counter di atas digunakan sebagai penghitung untuk sinyal
masukan pada pengalamatan EPROM yang telah diisi dengan pola pensaklaran
dari gelombang SPWM. Dari gambar di atas pola penghitungan dimulai dari
output 00A sampai dengan output 03B. yang berarti mulai dari alamat 00H sampai
dengan FFH. Oleh karena MRA dan MR B digabungkan maka, setelah berakhir di
alamat FFH, maka counter akan menghitung kembali mulai dari alamat 00H dan
begitu seterusnya. Kecepatan clock ditentukan dari pengaturan keluaran dari
frekuensi generator 555. Kombinasi antara rangkaian counter dengan EPROM
terlihat seperti gambar di bawah ini.
Gambar. 3.12 Kombinasi rangkaian Counter dan EPROM
Dari gambar keluaran gelombang SPWM hasil simulasi menggunakan software
Power simulator kemudian diubah menjadi data Hexa desimal menggunakan
software microsoft exel untuk kemudian dimasukkan dalam memori EPROM.
TA : Eka Wahyu Andreas.C
Teknik Elektro
Unika Soegijapranata
Semarang
Tidak ada komentar:
Posting Komentar