rekayasa inverter free energy sederhana daya kecil

12
Rekayasa Inverter Free Energy Sederhana Daya Kecil Oleh : Kunto Wibowo 0312066103 JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS GUNADARMA 2021

Upload: others

Post on 16-Oct-2021

10 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Rekayasa Inverter Free Energy Sederhana Daya Kecil

Rekayasa Inverter Free Energy Sederhana Daya Kecil

Oleh :

Kunto Wibowo

0312066103

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

UNIVERSITAS GUNADARMA

2021

Page 2: Rekayasa Inverter Free Energy Sederhana Daya Kecil

1

Rekayasa Inverter Free Energy Sederhana Daya Kecil

Kunto Wibowo

([email protected])

Jurusan TeknikElektro, Fakultas Teknologi Industri,

Universitas Gunadarma, Jl. Margonda Raya no 100 Depok 16424, Indonesia

Abstrak

Saat ini semakin banyak bermunculan penelitian tentang rekayasa berbasis free energy

untuk mendapatkan listrik secara gratis. Pada penelitian ilmiah tentang rekayasa Inverter

Free Energy ini dimaksudkan untuk mendapatkan listrik bolak-balik 220 V, 50 Hz tanpa

membutuhkan suplai listrik DC dari sel surya atau aki 12 V secara kontinyu seperti pada

umumnya. Dengan kata lain inverter ini juga dapat disebut sebagai inverter free running.

Aki hanya digunakan sebagai trigger atau starting di awal menghidupkan alat inverter saja,

setelah itu tidak digunakan. Hanya sedikit waktu yang dibutuhkan untuk starting hingga

running, setelah itu sistem akan mencukupi kebutuhan suplai listrik DC 12 V-nya sendiri

melalui rangkaian power suplai internal untuk mengaktifkan rangkaian elektronik

inverternya. Sistem inverter mengolah listrik DC dan mentransferkan ke beban melalui

sistem belitan sekunder trafo berupa listrik AC 220 V. Hasilnya didapatkan sumber energy

listrik AC secara kontinyu tanpa membutuhkan energi primer sebagai sumber utama

energinya meskipun dengan efisiensi yang lebih rendah dari pada inverter menggunakan

sumber DC dari sel surya atau aki. Hal tersebut dianggap tidak menjadi masalah, karena

tujuan utamanya adalah mendapatkan listrik secara gratis tanpa ketergantungan terhadap

energi lain secara kontinyu.

Kata kunci: inverter, free energy, listrik gratis, free running.

1. PENDAHULUAN

Sejak dulu, berbagai pemikiran untuk mendapatkan energy listrik selalu menjadi penelitian

yang menarik. Berbagai karya tentang energy alternatif dan free energy telah dapat

dibangun untuk kesejahteraan masyarakat, mulai dari yang berbasis angin, air, sinar surya

dan free energy berbasis magnet permanen.

Ketika pemerataan distribusi jaringan listrik belum mencapai daerah terpencil

(sebelum peredaran minyak tanah digantikan dengan gas elpiji sebagai bahan bakar),

kelompok masyarakat menengah ke bawah yang membutuhkan informasi dan hiburan

dengan melihat acara televisi, memanfaatkan inverter untuk mengubah tegangan DC aki

12 atau 13,8 V menjadi tegangan bolak-balik 220 V. Tegangan bolak-balik 220 V tersebut

kebanyakan hanya digunakan untuk menyalakan televisi, sedangkan untuk penerangan

masih tetap menggunakan lampu minyak.

Secara teori, inverter sebagai alat yang digunakan untuk mengubah tegangan DC

menjadi AC, terdiri atas bagian yang mengubah tegangan DC menjadi ragam gelombang

bolak-balik (AC) menggunakan sarana pensaklaran, kemudian mengkonversikannya ke

tegangan yang lebih tinggi menggunakan transformator step-up.

Page 3: Rekayasa Inverter Free Energy Sederhana Daya Kecil

2

Transformator digunakan sebagai sebagai pengkonversi tegangan AC yang

tersusun dari inti yang dirakit dari lembaran baja trafo dan dua atau beberapa belitan

terhubung secara elektromagnetik.

Sebuah transformator adalah divais elektromagnetik statis untuk mengubah energi

dalam sistem AC dari satu untai (primer) ke salah satu yang lain (sekunder) dari frekuensi

yang sama tetapi dengan karakteristik yang berbeda, secara khusus, nilai-nilai lain untuk

tegangan dan arus. [KOSTENKO]

Transformator dengan dua belitan disebut transformator double-wound,

transformator dengan tiga atau lebih belitan dinamakan triple-wound atau multi-winding.

Menurut jenis arus, transformator dibedakan sebagai fasa-tunggal (single-phase), tiga-fasa

(three-phase), dan polifasa (polyphase). Belitan transformator polifasa merupakan

kelompok semua belitan fasa dengan tegangan yang sama, saling dikoneksikan dengan

cara tertentu.

Merupakan faktor penting dalam desain dan operasi dari mesin listrik adalah

hubungan antara masa pakai isolasi dan suhu operasi mesin. Oleh karena itu, kenaikan

suhu yang dihasilkan dari rerugi adalah faktor penentu dalam rating mesin. Rerugi

tembaga dalam transformator tergantung pada arus dan rerugi besi tergantung pada

tegangan. Oleh karena itu, total rerugi dalam transformator hanya tergantung pada produk

volt-ampere dan bukan pada sudut fase antara tegangan dan arus, oleh karena itu

independen dari faktor daya beban. Untuk alasan ini, rating transformator dalam kVA dan

tidak dalam kW.

Pada umumnya cara menurunkan tegangan suplai pada suatu rangkaian selalu

menggunakan sarana transformator (trafo). Trafo yang digunakan dapat berjenis primer-

sekunder maupun autotrafo. Namun pada masa selanjutnya peran transformator tersebut

mulai berkurang untuk daya kecil semenjak ditemukannya teknologi elektronika daya

dengan devais thyristor dan MOSFET dayanya yang sangat terkenal di kalangan industri.

Dengan menggunakan thyristor nilai efektif suatu tegangan dapat dimanipulasi sedemikian

rupa sehingga menghasilkan nilai yang lebih rendah. Sedangkan jika digabungkan dengan

MOSFET daya, akan menghasilkan nilai yang dapat diatur turun (buck) atau naik (boost).

[RASHID]

2. METODOLOGI

Pada penelitian ilmiah tentang rekayasa inverter free running (berjalan sendiri) pengganti

generator listrik ini, dibutuhkan beberapa komponen elektronika. Diantaranya adalah

transformator daya, dalam penelitian ini hanya menggunakan daya kecil sekitar 1 Ampere,

transistor daya sedang, resistor dan kapasitor.

Semua komponen dirangkai secara langsung tanpa menggunakan PCB, karena

sifatnya sedang dalam proses pencarian komposisi terbaik untuk suatu rangkaian inverter

yang memenuhi kriteria seperti perencanaan yang dimaksud. Keadaan tersebut akan

terlihat tidak rapi, tetapi sangat memudahkan dalam mengganti setiap komponen jika

diperlukan.

Page 4: Rekayasa Inverter Free Energy Sederhana Daya Kecil

3

Tidak

Ya

Ya

Tidak

Gambar 1. Diagram alir mekanisme perencanaan inverter free running.

Disamping kemudahan mengganti komponen, pengukuran besaran listrik di setiap

titik juga menjadi sangat mudah.

2.1 Perancangan

Alat yang dibuat direncanakan akan digunakan untuk tujuan mendapatkan daya listrik

gratis. Ada dua tahapan operasionalnya. Pertama, menghidupkan inverter menggunakan

sumber dari luar. Kedua, setelah inverter utama berjalan, dilanjutkan dengan mengganti

suplai daya ke inverter utama menggunakan daya hasil inversi belitan tersier.

Detil Rancangan

Inverter tersusun dari beberapa bagian penting, yaitu:

- Transformator

- Penyearah

- Sistem penyimpan energy listrik

- Sistem penyedia daya tersier

- Sistem pengubah inverter konvensional ke inverter free running

- Sistem inverter utama

Gambar 2. Blok diagram inverter free running yang dibuat.

Mulai

Merancang Alat

Mengumpulkan/ Melengkapi

Bahan/ Komponen

Apa

Bahan/

Komponen

Komplit ?

Merakit/ ganti

Komponen

Seting Alat

Uji Alat

Apa

Kinerja

Alat

Baik ?

Selesai

Page 5: Rekayasa Inverter Free Energy Sederhana Daya Kecil

4

Transformator

Transformator yang digunakan terdiri atas belitan primer, sekunder dan tersier. Belitan

primer disambung langsung dengan transistor daya pada inverter, bagian sekunder

merupakan output dari inverter yang akan tersambung ke beban AC, sedangkan tersier

digunakan untuk suplai daya internal yang akan mensuplai daya DC ke inverter.

Gambar 3. Transformator dengan tiga kelompok belitan.

Penyearah

Penyearah yang digunakan adalah jenis jembatan, karena jika transformator yang

digunakan dibuat sendiri, maka untuk menghemat luasan koker transformator, belitan

hanya dibuat tanpa tap sadap tengah (CT).

Gambar 4. Penyearah jembatan.

Dalam penelitian ini digunakan transformator beli jadi yang kemudian direkayasa

menjadi seperti transformator pada gambar 3.

Sistem Penyimpan Energi Listrik

Pada alat yang dibuat ini terdapat satu tempat yang digunakan untuk mengumpulkan

energi listrik dalam jumlah relatif cukup besar untuk sistem daya yang tergolong kecil

tersebut. Energi listrik tersebut ditampung dalam kapasitor berkapasitas besar yang

berguna untuk menyediakan kebutuhan daya secara maksimal yang dapat dicapai oleh

transistor inverter dalam men-drive transformator. Dengan kata lain tempat penyimpanan

energi tersebut bias dikatakan sebagai kapasitor bank.

Sistem penyedia daya tersier

Sistem ini dinamakan penyedia daya tersier, karena daya listrik AC diambil dari belitan

tersier transformator. Suplai DC dari sistem penyedia daya ini diambil dari penyearah

jembatan dan kapasitor bank, kemudian diregulasi oleh regulator tegangan. Regulator

tegangan tersebut untuk meregulasi tegangan DC sehingga menjadi suplai daya yang stabil

dan cukup mampu untuk dijadikan sebagai penyuplai daya ke rangkaian inverter dengan

kontinyuitas yang tinggi.

Page 6: Rekayasa Inverter Free Energy Sederhana Daya Kecil

5

Gambar 5. Sistem penyedia daya tersier.

Dengan adanya sistem regulasi, maka masukan DC dapat diambil dari sembarang tap

tersier transformator asalkan tegangan DC-nya tidak menyamai output regulator dan tidak

melebihi batas maksimum yang diijinkan untuk rangkaian regulasi tersebut.

Sistem Pengubah Suplai Daya

Suplai daya dari sumber eksternal hanya digunakan sementara, yaitu sampai dengan

terisinya kapasitor secara penuh sesuai tegangan masukannya yang diambil dari belitan

tersier. Setelah terisi penuh dan inverter juga sudah hidup sesuai spesifikasi, maka saat

inilah dilakukan pergantian suplai daya DC dari eksternal menjadi internal.

Sistem inverter utama

Digunakan untuk mengubah tegangan DC 12 V menjadi 220 V AC. Tegangan DC dari

suplai daya DC digunakan untuk menyuplai pasangan transistor yang men-drive

transformator melalui belitan primer. Sepasang transistor tersebut dirangkai secara push-

pull dengan tap sadap tengah sebagai aliran masuk suplai daya dari penyedia daya DC.

Gambar 6. Diagram rangkaian inverter.

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Sebelum melakukan perakitan komponenelektronika, terlebih dahulu dilakukan manipulasi

transformator supaya mempunyai spesifikasi sesuai perencanaan. Transformator yang akan

digunakan sebagai sarana pengkonversi daya bolak-balik 12 V menjadi 220 V dibongkar

bagian CT-nya untuk mendapatkan belitan yang saling terpisah.

Setelah merekayasa belitan transformator, semua komponen elektronika dirakit

sesuai skema rangkaian inverter.

Page 7: Rekayasa Inverter Free Energy Sederhana Daya Kecil

6

Gambar 7. Beberapa komponen yang digunakan untuk merakit inverter.

Merombak Belitan Transformator

Transformator direkayasa supaya menjadi sebuah transformator seperti pada gambar

3. di atas.. Langkahnya adalah:

1. Sebagian kertas membungkus belitan yang paling dekat dengan CT dikupas.

2. Solder pada sambungan kawat pada tap transformator dibuang, kemudian kawat

dilepaskan dari tap tersebut.

3. Kawat dari tap CT tersebut dipisahkan dan dijauhkan satu sama lain, kemudian diberi

selongsong setiap kawat tersebut supaya tidak terjadi hubung singkat jika kebetulan

saling bersinggungan.

(a) (b)

Gambar 8. Ilustrasi pembongkaran tap transformator.

(a) Sebelum dibuka; (b) Setelah dibuka.

Kedua kawat dari trafo tersebut dipisahkan dan dijadikan dua kelompok belitan.

Kelompok belitan pertama sebagai belitan primer dan kelompok belitan lainnya sebagai

belitan tersier.

Belitan primer terdiri atas tap 24 V dan salah satu copotan kawat CT yang saling

terhubung. Sedangkan belitan tersier adalah salah satu belitan copotan CT yang lain yang

terhubung dengan tap 12 V, 15 V, 18 V atau 24 V pada sisi yang lain.

Belitan primer akan digunakan untuk sistem push-pull, maka dibutuhkan adanya CT.

CT tersebut diambilkan dari tap 12 V, sehingga didapatkan belitan dengan konfigurasi 0

(CT lama sebagai 12 V) – 12 V (sebagai CT baru) dan 24 V (sebagai 12 V). Dengan

Page 8: Rekayasa Inverter Free Energy Sederhana Daya Kecil

7

demikian didapat konfigurasi seperti 12 V - CT - 12 V pada keadaan sebelum

transformator dibongkar.

Belitan tersier adalah bongkaran CT dengan 15 V pada sisi yang lain seprti

diperlihatkan pada gambar 9.

Gambar 9. Pengelompokan belitan.

Merakit Rangkaian Konverter

Rangkaian konverter dirakit langsung dengan cara saling menyambungkan setiap

komponen ke komponen lainnya melalui kaki-kaki komponen. Penyambungan diusahakan

dengan melihat kedudukan pijakan yang dapat disolder, misalnya tap transformator yang

dianggap lebih kokoh untuk menyambung komponen elektronika, dengan demikian

komponen tidak mudah tergeser dan mengakibatkan hubung singkat tanpa disadari.

Gambar 10. Ilustrasi perakitan rangkaian konverter.

Rakitan rangkaian konverter terlihat pada gambar 10. Kaki emitor dari transistor

penggunaan umum disambung ke tap 12 V (CT baru) dengan kokoh. Kaki kolektor

disambung ke 12 V dan basisnya terhubung ke resistor menuju kaki kolektor transistor

pasangannya.

Demikian juga sebaliknya, kaki kolektor transistor ke dua disolder ke tap 12 V

(tertulis 24 V) dengan kokoh dan kaki emitor disolder ke CT (tab 12 V), sedangkan bagian

basisnya dihubungkan ke kaki transistor pertama menggunakan resistor sebagai umpan

balik.

Page 9: Rekayasa Inverter Free Energy Sederhana Daya Kecil

8

Gambar 11. Ilustrasi perakitan rangkaian penyedia daya tersier.

Merakit Rangkaian Penyedia Daya Tersier

Rakitan rangkaian penyedia daya tersier diperlihatkan pada gambar 11. Kaki diode general

purpose 1 Ampere atau 3 Ampere atau dapat juga menggunakan diode bridge kemasan,

disolder dua-dua dengan polaritas saling berbalikan arah ke tap transformator 15 V dan CT

bongkaran sebagai 0 V-nya. Setiap ujung yang lain dari diode yang tersambung ke tap,

disambungkan ke kaki kapasitor, dengan katode ke kaki positif kapasitor dan anode ke

kaki negatif kapasitor. Dari kaki positif kapasitor tersebut disambungkan kekaki input IC

regulator general purpose 12 V, sedangkan kaki GRN dari IC regulator disolder ke kaki

negatif kapasitor.

Gambar 12. Ilustrasi perakitan inverter lengkap.

Rakitan Lengkap Rangkaian Inverter

Gambar 12. memperlihatkan rangkaian lengkap secara prinsipil dari rangkaian inverter

yang dibuat. Bagian rangkaian inverter berada di sebelah sisi kiri dan rangkaian penyedia

daya tersier pada sisi sebelah kanan. Tampak bahwa ukuran fisik IC regulator kelihatan

jauh lebih kecil jika disbanding dengan ukuran fisik kapasitor, karena kapasitor yang

digunakan berukuran besar.

Page 10: Rekayasa Inverter Free Energy Sederhana Daya Kecil

9

Dalam operasional sesungguhnya rangkaian inverter seperti tersebut di atas masih

harus dilengkapi dengan sarana pensaklaran untuk peralihan dari mode inverter

konvensional menjadi free running. Disini bisa digunakan saklar biasa satu kutub dengan

dua pilihan anak sambungan (thru). Pada awalnya saklar diposisikan sebagai mode

konvensional, yaitu menggunakan suplai daya dari luar misalnya adaptor atau aki. Setelah

rangkaian inverter tersebut diyakinkan dengan memeriksa tegangan outputnya telah aktif

dan kapasitor besar sudah terisi penuh yang dapat diperiksa dengan mengukur tegangan

DC-nya sebesar 15√ V atau kira-kira 21,2 V, maka mode free running dapat dijalankan

dengan cara mengubah posisi saklar ke mode free running.

Gambar 12. Ilustrasi operasional inverter lengkap.

Pengukuran Besaran

Yang cukup baik untuk disoroti sebagai analisis adalah bagian IC regulator, karena bagian

tersebut yang cukup rawan berkaitan dengan panas lebih yang dapat menyebabkan IC

regulator cepat rusak.

Jika dari hasil pada kapasitor, prosentase regulasi dihitung menggunakan

persamaan regulasi

Regulasi =

maka jika tap pada rangkaian penyedia daya tersier dipasang pada 24 V akan

terdapat nilai sebesar:

Regulasi (24 V) =

=

=

=

= 0,6464

Sehingga prosentase regulasi menjadi

Page 11: Rekayasa Inverter Free Energy Sederhana Daya Kecil

10

0,64647 100% = 64,64470 %

Jika tap pada rangkaian penyedia daya tersier dipasang pada 18 V akan terdapat

nilai sebesar:

Regulasi (18 V) =

=

=

=

= 0,528595

Sehingga prosentase regulasi menjadi

0,528595 100% = 52,8595 %

Jika tap pada rangkaian penyedia daya tersier dipasang pada 15 V akan terdapat

nilai sebesar:

Regulasi (15 V) =

=

=

=

= 0.433964

Sehingga prosentase regulasi menjadi

0.433964 100% = 43.3964 %

Mempertimbangkan dengan adanya panas yang cukup tinggi pada IC regulator,

meskipun tap transformator telah dipilih yang paling rendah setelah tap 12 V, yaitu 15 V,

maka penggunaan almunium pendingin tetap disarankan.

Gambar 13. Regulasi tegangan suplai daya tersier

Page 12: Rekayasa Inverter Free Energy Sederhana Daya Kecil

11

Penggunaan tap 12 V memang memungkinkan untuk dilakukan, tetapi hanya untuk

keadaan beban sangat kecil dan tanpa terjadi penyusutan nilai muatan pada kapasitor. Jika

terdapat kebocoran muatan pada kapasitor yang dapat disebabkan oleh keadaan apapun,

maka drop tegangan pada kapasitor dapat menyulitkan proses auto starting dari sistem

yang telah berada pada keadaan free running.

.

5. KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan

1. Pengoperasian alat ini membutuhkan dua tahap dalam startingnya, dapat juga disebut

sebagai mode operasi, yaitu mode menggunakan bantuan daya listrik dari luar sebagai

startingnya dan mode free running ketika inverter tetap bekerja tanpa bantuan suplai

daya dari luar.

2. Tap CT transformator dapat di lepas, sehingga menghasilkan dua belitan yang saling

terpisah dan digunakan untuk dua jenis keperluan.

3. Perolehan daya dari transformator ketika digunakan untuk inverter lebih rendah

daripada perolehan daya transformator ketika digunakan untuk step-down biasa, karena

pada transformator inverter terdapat pemisahan belitan yang digunakan untuk suplai

tersier.

Saran

1. Transistor akhir inverter juga dapat di-drive menggunakan method lain yang lebih

presisi, antara lain menggunakan bistabel atau PWM.

2. Pada saat beroperasi, IC regulator terasa sangat panas, maka dibutuhkan sarana

almunium penyalur panas yang cukup, atau dapat juga diganti dengan regulator dengan

daya yang lebih besar. Meskipun demikian tetap juga panas, karena adanya faktor

regulasi yang cukup besar.

3. Transistor akhir inverter sebaiknya juga diberi almunium penyalur panas supaya lebih

tahan lama operasinya

DAFTAR PUSTAKA:

- Harlow James H., “Electric Power Transformer Engineering”, CRC Press LLC, 2004.

- Kostenko, L. Piotrovsky, “Electrical Machines”, MIR Publishers, Third edition, second

printing, Moscow 1977.

- Kunto Wibowo, “Rekayasa Belitan Baru dan Menggulung Ulang Transformator Ukuran

Kecil menggunakan Mesin Gulung Manual”, Jurusan Teknik Elektro, Fakultas

Teknologi Industri, Universitas Gunadarma, Jl. Margonda Raya no 100 Depok

16424, Indonesia, Agustus 2017.

- Rashid Muhammad H., “Power Electronics Handbook: Devices, Circuits and

Applications”, Elsevier Inc. All rights reserved, 3rd Edition, 2011.