31

BAB IV

HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA

4.1 Pendahuluan

Pada bab ini akan dipaparkan pengujian topologi inverter melalui simulasi

komputasional yang memanfaatkan software Power Simulator, strategi

pengendalian saklar secara digital berbasis PIC18F4550, dan hasil akhir dari uji

coba prototype yang telah dibuat dengan memanfaatkan osiloskop untuk

mengamati hasil keluaran tegangan dan arus inverter.

4.2 Simulasi Rangkaian Inverter 11-Tingkat dengan Power Simulator

Berdasarkan skema kendali dan rangkaian daya yang telah ada, tahapan

berikutnya adalah melakukan simulasi menggunakan software Power Simulator

(PSIM), sehingga hasil simulasi dapat dijadikan metode pensaklaran rangkaian

daya inverter. Dari simulasi akan didapatkan pola pensaklaran MLPS dalam bentuk

format file : .txt yang kemudian dipindahkan dalam Microsoft Excel agar dapat

digunakan dalam pemrograman mikrokontroler PIC.

32

Simulasi dari topologi inverter 11-tingkat mengacu pada parameter yang

disebutkan pada Tabel 4.1.

Tabel 4.1 Parameter komponen pada simulasi

Parameter Rating

Tegangan DC 5 x 12 Volt

Tapis induktor 2.5 mH

Beban resistif 45 Ω

Frekuensi pensaklaran 10 KHz

E

E

E

E

E

S2

S3

S4

S5

S6 S7

S8S9

S1

2.5 mH45 Ω

V

V

Vd

Vo

+-

+-

+-

+-

+-

+-

ABSOLUTE

VALUE

+-

Gambar 4.1 Rangkaian simulasi inverter 11-tingkat

33

Strategi pengontrolan memanfaatkan gelombang referensi sinusoidal 9 Vp,

50 Hz; sinyal carrier gelombang segitiga sebanyak 5 gelombang dengan ampltiuda

2 Vp dimulai dari 0 volt hingga 10 volt, 10 kHz tidak tergeser fasa. Setelah

menjalankan simulasi didapatkan 5 gelombang MLPS untuk saklar S1 – S5 dan 2

gelombang polaritas untuk saklar S6 – S9 pada Gambar 4.2 dengan frekuensi 50 Hz.

S1

S2

S3

S4

(a)

S5

S6 , S8

S7 , S9

(b)

Gambar 4.2 Hasil simulasi gelombang MLPS saklar (a) S1-S4 (b) S5-S9

34

Sinyal MLPS yang telah dihasilkan akan diteruskan ke driver sebelum

digunakan oleh MOSFET. Hal ini bertujuan untuk mencegah kerusakan yang

terjadi pada rangkaian kontrol ketika mengalami lonjakan arus yang tinggi dari

rangkaian inverter. Rangkaian driver memiliki sistem isolasi sehingga kontrol

dapat terlindungi. Sumber daya tegangan yang digunakan adalah tegangan DC 12

Volt sebanyak 5 buah. Lima catu daya akan digabungkan menjadi satu gelombang

bertingkat sesuai sinyal MLPS yang diberikan dengan nilai puncak sebesar 60 volt.

Simulasi inverter dengan beban resistor akan menghasilkan gelombang sinusoidal

bertingkat sebanyak 11 tingkat seperti hasil simulasi pada Gambar 4.3(a). Jika

induktor (L) digunakan maka inverter akan menghasilkan gelombang sinusoidal

murni seperti hasil simulasi pada Gambar 4.3(b).

(a)

35

(b)

Gambar 4.3 Hasil simulasi inverter 11-tingkat :

(a)Tegangan sebelum filter (biru) dan setelah filter (merah);

(b)Tegangan (biru) dan arus(merah)

4.3 Pemrograman PIC18F4550

Sinyal MLPS dibangkitkan dalam simulasi untuk kurun waktu 1 periode (20

ms) yang memuat sinyal MLPS berulang yang identik sebanyak dua kali sehingga

pengambilan data sinyal MLPS dapat kita lakukan dalam waktu setengah periode

(10 ms) dan merancang pemrograman memanfaatkan fitur loop untuk

menghasilkan sinyal MLPS selama setengah periode yang terus diulang. Tegangan

keluaran sebesar 50 Hz dapat diperoleh dengan penggunaan data biner lookup table

sebanyak 658. Sinyal MLPS yang dihasilkan melalui Power Simulator selanjutnya

akan disimpan sebagai file.txt dan dikonversi menjadi file excel. Deretan data yang

telah disimpan dalam file excel kemudia di-save dalam memori pemrograman

PIC18F4550.

36

Program yang digunakan mencakup sinyal MLPS setengah periode berupa

data biner sejumlah 658 logika 0 dan 1. Pemrograman dapat dilakukan dengan

memanfaatkan bahasa C yang diimplemtasikan melalui perangkat lunak MikroC

for PIC.

//PROGRAM 11 LEVEL INVERTER SATU FASA

const char S1[]=

0 ,

0 ,

0 ,

0 ,

0 ,

0 ,

.

.

.

//658 data

;

const char S2[]=

0 ,

0 ,

0 ,

0 ,

0 ,

0 ,

.

.

.

//658 data

;

const char S3[]=

0 ,

0 ,

0 ,

0 ,

0 ,

37

0 ,

.

.

.

//658 data

;

const char S4[]=

0 ,

0 ,

0 ,

0 ,

0 ,

0 ,

.

.

.

//658 data

;

const char S5[]=

0 ,

0 ,

0 ,

0 ,

0 ,

0 ,

.

.

.

//658 data

;

unsigned i,ZCD=0;

void main()

CMCON|= 7;

TRISD = 0x00; // PORTD is output

PORTD = 0xFF; // Initialize PORTD=

TRISB = 0x00; // PORTD is output

PORTB = 0xFF; // Initialize PORTD=00x00;

38

while(1)

ZCD=~ZCD;

for(i=0;i<658;i++)

PORTD.F2=S1[i];

PORTD.F3=S2[i];

PORTD.F4=S3[i];

PORTD.F5=S4[i];

PORTD.F6=S5[i];

PORTB.F7=~ZCD;

PORTB.F6=ZCD;

delay_us(1);

;

4.4 Analisa Program

Pemrograman di atas menunjukkan proses penyimpanan sinyal MLPS

berupa deretan data biner untuk saklar S1 sampai S5 yang telah di-save ke dalam

memori PIC18F4450. Setelah deretan logika 0 dan 1 sinyal MLPS telah tersimpan

maka dilakukan prosedur pemanggilan data lookup table.

while(1)

ZCD=~ZCD;

for(i=0;i<658;i++)

PORTD.F2=S1[i];

PORTD.F3=S2[i];

PORTD.F4=S3[i];

PORTD.F5=S4[i];

PORTD.F6=S5[i];

PORTB.F7=~ZCD;

PORTB.F6=ZCD;

delay_us(1);

;

39

Proses pembangkitan sinyal MLPS masing – masing saklar dilakukan 658

kali dijeda 1 mikrosekon setiap data. Selama setengah periode pertama akan

dibangkitkan sinyal MLPS untuk saklar S1-S5 dan gelombang polaritas positif pada

PORTB.F5 untuk saklar S6 dan S8. Pada setengah periode selanjutnya dibangkitkan

kembali sinyal MLPS yang mirip dengan memanfaatkan fungsi looping yang

diinstruksikan dengan while(1) sekaligus memberikan fungsi negasi terhadap

nilai polaritas agar dapat menghasilkan polaritas komplemen dengan sebelumnya.

Hasil dari program tersebut akan terbentuk sinyal MLPS untuk satu periode

hanya menggunakan data sampling selama setengah periode untuk mengurangi

beban mikrokontroler dan memudahkan pemrograman.

Sinyal MLPS yang telah dihasilkan akan dikirim ke driver dilanjutkan ke

saklar daya. Tegangan dari sinyal MLPS dari mikrokontroler hanya sebesar 5V dan

akan ditingkatkan menjadi 12V oleh driver.

4.5 Hasil Pengujian Laboratorium

Pengujian simulasi topologi yang dirancang menghasilkan suatu prototype

inverter 11-tingkat yang dapat diuji untuk tingkat laboratorium. Prototype secara

keseluruhan meliputi board mikrokontroler PIC18F4550, board sirkuit driver,

board rangkaian sumber daya, dan board sirkuit inverter 11-tingkat. Parameter

yang digunakan pada simulasi dan hardware tetap disamakan dengan Tabel 4.1.

40

POWER

SUPPLY

PIC

18F4550

DRIVER

POWER

CIRCUIT

Gambar 4.4 Implementasi alat

4.5.1 Hasil Sinyal MLPS Rangkaian Kontrol

Sinyal MLPS yang diperoleh dari prosedur simulasi komputasional

dikonversi menjadi file excel dan tersimpan dalam memory microcontroller. Sinyal

MLPS yang digunakan untuk mengatur konduktivitas saklar harus bernilai +12V

sehingga sirkuit driver melakukan peran penting disini dan hasil dari penguatan

oleh driver dapat dilihat pada Gambar 4.5.

41

S1

S2

S3

S4

(a)

S5

S6 , S8

S7 , S9

(b)

Gambar 4.5 Sinyal MLPS : (a) S1-S4 (b) S5-S9

Sinyal MLPS untuk saklar S1 hingga S5 yang dihasilkan mikrokontroler

akan diterima TLP250 untuk menghasilkan sinyal MLPS 12V. Sinyal polaritas S6-

S9 yang dihasilkan mikrokontroler diproses oleh TLP250 dan Driver IR2111.

Tujuan utama dari driver IR2111 adalah meningkatkan sinyal menjadi 12V dan

memproduksi dua keluaran : HO dan LO berkomplemen untuk mencegah 1 lengan

42

H-Bridge tidak ON secara bersamaan. Pada Gambar 4.5 dapat dilihat bahwa sinyal

MLPS untuk saklar S1 hingga S9 pada implementasi alat sudah sesuai dengan hasil

simulasi sinyal MLPS Gambar 4.2.

4.5.2 Hasil Sinyal pada Rangkaian Daya Inverter 11-Tingkat

Pada Gambar 4.6 ditunjukkan pengujian prototype dengan parameter seperti

pada Tabel 4.1 sebelum dan sesudah menggunakan tapis daya induktor.

20

40

60

80

0

-20

-40

-60

-80 Time (ms)

10 20 30 40

(a)

20

40

60

80

0

-20

-40

-60

-80 Time (ms)

10 20 30 40

(b)

Gambar 4.6 Hasil uji laboratorium tegangan inverter : (a)Sebelum filter (b) Setelah filter

43

Pada Gambar 4.6 dapat dilihat bahwa hasil keluaran inverter sebelum dan

sesudah dilakukan filter dengan tapis daya induktor pada implementasi alat sudah

sesuai dengan hasil simulasi Gambar 4.3(a).

Digambarkan juga hasil tegangan – arus keluaran inverter untuk tingkat

laboratorium pada Gambar 4.7.

Output Voltage

Output Current

Gambar 4.7 Hasil pengujian laboratorium tegangan dan arus inverter

Pada Gambar 4.7 dapat dilihat bahwa keluaran tegangan dan arus pada

implementasi alat sudah sesuai dengan hasil simulasi Gambar 4.3(b).