rekayasa inverter free energy sederhana daya kecil
TRANSCRIPT
Rekayasa Inverter Free Energy Sederhana Daya Kecil
Oleh :
Kunto Wibowo
0312066103
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
UNIVERSITAS GUNADARMA
2021
1
Rekayasa Inverter Free Energy Sederhana Daya Kecil
Kunto Wibowo
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.
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.
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
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.
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.
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
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.
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.
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
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
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.