PROYEK INVERTER


PROYEK
PRAKTIKUM DASAR ELEKTRONIKA
ATA 17/18

PERANCANGAN INVERTER



Oleh:
                                 Aldi Tirto Sembodo
                   Negi Aditya
                                
                                
                               

 
 







LABORATORIUM TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
UNIVERSITAS GUNADARMA
2018
LEMBAR PENGESAHAN

Judul Proyek               : Perancangan Inverter
Nama / NPM               : 1. Aldi Tirto Sembodo
                                      2. Negi Aditya                                    
Kelas                           : 2IB01







Diperiksa tanggal        :


PJ Praktikum Dasar Elektronika                            Asisten Penguji


(                                               )                                   (                                  )
ABSTRAK


PERANCANGAN INVERTER
Makalah Dasar Elektronika, Sarjana Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Gunadarma, 2018
Kata Kunci: Perancangan Inverter, Cara Kerja Inverter.

(VIII+2+lampiran)

            Seperti diketahui, pada dasarnya sumber arus listrik dibagi dua sumber AC dan DC. Tidak selamanya sumber AC terus hidup, karena peralatan elektronik rumah banyak yang menggunakan beban AC, maka dibuatlah alat elektronik untuk mengkonversi sumber DC ke AC yang disebut inverter.

Daftar Pustaka (2003-2007)
KATA PENGANTAR

Puji  syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan Rahmat-Nya, sehingga sampai saat ini kami masih diberi kesempatan untuk bisa menyelesaikan makalah ini dengan tepat waktu.
            Didalam makalah ini, kami akan membahas tentang “Perancangan Inverter”. Penyusun makalah menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam proses pembuatan makalah ini, oleh karena itu kami berharap diberikan kritik dan saran untuk membuat makalah ini menjadi leih baik kedepannya.
             Demikian yang bisa kami sampaikan,  semoga makalah ini dapat berguna dan memberi informasi yang bermanfaat bagi kita semua.

Depok, 27 April 2018


DAFTAR ISI

Halaman
Halaman Judul………………………………………………………………. i
Lembar Pengesahan..………………………………………..………………. ii
Abstrak……………………………………………………………………….. iii
Kata Pengantar………………………………………………………………. iv
Daftar Isi………………………………………………………………………. v
Daftar Tabel………………………………………………………………….. vii
Daftar Gambar……………………………………………………………….. viii
Daftar Lampiran……………………………………………………………… ix
BAB 1 PENDAHULUAN…………………………………………………….... 1
            1.1 Latar Belakang Masalah……………………………………………... 1
            1.2 Batasan Masalah……..………………………………………………. 2
            1.3 Tujuan Penelitian……..……………………………………………… 2
            1.4 Metode Penelitian……………………………………………………. 2
            1.5 Sistematika Penulisan…………………………..……………………. 3
BAB 2 LANDASAN TEORI………………………………………………..….. 5
BAB 3 PERANCANGAN DAN CARA KERJA ALAT…………………….. 16
            3.1 Analisa Diagram Blok…………………………………………….... 16
            3.2 Analisa Rangkaian Secara Detail…………………………………….17
            3.3 Flowchart……………………………………………..……………...19
            3.4 Analisa Program……………………………………………………..20
            3.5 Cara Kerja Alat………………………………………………………20
BAB 4 PENUTUP………………………………………………………………23
DAFTAR PUSTAKA…………………………………………………………...24
DAFTAR SIMBOL……………………………………………………………..25
LAMPIRAN……………………………………………………………………..26
DAFTAR TABEL

Halaman
Tabel 1. Function IC CD4047                                                                                        10
Tabel 2. DC Electrical Characteristics IC CD4047                                            11
Tabel 3. Electrical Specifications MOSFET                                                       14
DAFTAR GAMBAR

Halaman
Gambar 1. Gelombang DC                                                                                8
Gambar 2. Output Inverter                                                                                9
Gambar 3. Diagram Blok IC CD4047                                                               10
Gambar 4. Characteristics MOSFET                                                                 15
Gambar 5. Function IC CD4047                                                                       15
Gambar 6. Rangkaian Inverter                                                                           16
Gambar 7. Skema PCB                                                                                      16
Gambar 8. Saklar kondisi OFF                                                                          21
Gambar 9. Saklar posisi ON LED dan lampu menyala                                     22
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Contoh cover
Lampiran 2. Contoh lembar pengesahan
Lampiran 3. Contoh abstrak
Lampiran 4. Contoh daftar pustaka
Lampiran 5. Contoh daftar isi

1.       

BAB I
PENDAHULUAN

1.1  LATAR BELAKANG MASALAH
Seiring dengan perkembangan teknologi yang pesat, maka semakin besar juga kebutuhan alat-alat elektronik yang dibutuhkan, sedangkan peralatan elektronik ini mempunyai dua jenis sumber arus atau beban, AC dan DC. Yang mana arus searah (AC) didapatkan dari perusahaan listrik dan untuk arus bolak-balik (DC) didapatkan dari baterai atau aki dan dari sumber lainnya. Dan arus AC dan DC ini memiliki bentuk gelombang yang berbeda jika dilihat menggunakan osiloskop, dan jika peralatan elektronik menggunakan beban yang salah maka akan menyebabkan kerusakan pada peralatan elektronik tersebut. Karena listrik dari perusahaan listrik negara (PLN) tidak selalu ada dan terkadang mempunyai masalah baik diputus atau hal lainnya, maka salah satu alternative-nya dengan menggunakan generator atau arus bolak-balik (DC) yang ada pada aki dan sebagainya, karena harga generator terlalu mahal dan juga terlalu berisik, susah untuk dibawa pergi dan memerlukan bahan bakar untuk menghidupkannya, maka yang sering digunakan sebagai alternative adalah arus DC, sedangkan peralatan elektronik rumah memerlukan beban arus AC, dengan perkembangan teknologi dan cara penyelesaian masalah merubah jenis arus, maka dibuatlah alat elektronika yang dapat mengubah dari arus DC menjadi arus AC yang disebut inverter. Inverter ini sangat mudah penggunaanya dan praktis untuk dibawa pergi ke daerah yang belum terjangkau listrik dari PLN.






1.2  BATASAN MASALAH
Agar penulisan makalah tenatang pembuatan inverter ini tidak menyimpang dari tujuan yang semula direncanakan sehingga mempermudah mendapatkan data dan informasi yang diperlukan, maka ditetapkan batasan-batasan sebagai berikut:

1.      Model perancangan pada PCB menggunakan rancangan sendiri dan membolongi sendiri
2.      Penggunaan komponen sesuai dengan yang dibutuhkan untuk membuat inverter
3.      Keberhasilan uji coba alat
4.      Pengukuran pada peralatan elektronik yang menggunakan beban AC
5.      Langkah-langkah pembuatan inverter

1.3  TUJUAN PENELITIAN
Tujuan dari penulisan makalah ini adalah:

1.      Agar pembaca mengetahui kegunaan dari inverter
2.      Pembaca mengetahui langkah-langkah pembuatan inverter
3.      Agar mengetahui cara kerja dari inverter
4.      Mengetahui fungsi komponen yang digunakan
5.      Mengetahui cara menentukan output yang diinginkan
6.      Mengetahui cara perancangan pada PCB

1.4  METODE PENELITIAN
Metode yang digunakan dalam percobaan ini adalah metode studi lapangan yang pelaksanaannya seperti:

1.      Merancang skema rangkaian untuk PCB menggunakan software
2.      Mencetak skema rangkaian dan menyablon-kan skema pada PCB
3.      Melarutkan zat kimia FeCl3 dengan air
4.      Merendam PCB yang telah disablon kedalam larutan FeCl3
5.      Mengebor PCB  yang telah terbentuk skema-nya
6.      Memasang komponen dan menyolder kaki komponen yang telah terpasang
7.      Menguji coba dengan menggunakan lampu yang telah difitting
8.      Mengukur tegangan dan frekuensi menggunakan multimeter

1.5  SISTEMATIKA PENELITIAN

Untuk memudahkan dalam penulisan makalah, maka dibuat sistematika sebagai berikut:

Bab I   : Pendahuluan

Berisi tentang latar belakang, identifikasi dan perumusan masalah, batasan masalah, maksud dan tujuan, metode penulisan dan sistematika penulisan.

Bab II : Landasan Teori

Bab ini berisi teori-teori pendukung penganalisaan dan pengembangan sistem, yang meliputi: pengembangan sistem, perancangan sistem, konsep dasar sistem serta teori-teori lainnya yang digunakan untuk mendukung penganalisaan

Bab III : Perancangan dan Cara Kerja Alat

Bab ini menjelaskan tentang perancangan pada percobaan, yang meliputi: pembuatan skema, pengeboran, dan pemasangan komponen pada alat, serta menjelaskan cara kerja dari alat yang dibuat.



Bab IV : Penutup

Ini berisi tentang kesimpulan dari hasil analisa dan rancangan system dalam rangka menjawab tujuan penelitian yang diajukan.

Daftar Pustaka

Daftar pustaka ini berisi tentang judul-judul buku, artikel-artikel yang terkait dalam laporan ini.

Lampiran

Lampiran ini berisi lampiran dari sumber dan referensi pengetikan laporan ini.



BAB II
LANDASAN TEORI
            Inverter merupakan rangkaian elektronika daya yang berfungsi untuk mengubah arus searah (DC) menjadi arus bolak-balik (AC) dengan menggunakan metode switching dengan frekuensi tertentu. Switching merupakan proses perpindahan antara kondisi ON dan OFF atau sebaliknya. Pencacahan arus DC dengan proses switching ini dimaksudkan agar terbentuk gelombang AC yang dapat diterima oleh peralatan listrik AC. Komponen utama yang digunakan dalam proses switching sebuah inverter haruslah sangat cepat, sehingga tidak memungkinkan bila digunakan saklar ON-OFF, relay, kontaktor dan sejenisnya. Akhirnya dipilihlah peralatan-peralatan semi-konduktor yang mampu berfungsi sebagai saklar tegangan, selain itu juga mampu melakukan pengubahan dari arus searah (DC) menjadi arus bolak-balik (AC). Output suatu inverter dapat berupa tegangan AC dengan bentuk gelombang sinus (sine wave), gelombang kotak (square wave) dan sinus modifikasi (sine wave modified). Sumber tegangan input inverter dapat menggunakan battery, tenaga surya, atau sumber tegangan DC yang lain. Inverter dalam proses konversi tegangAn DC menjadi tegangan AC membutuhkan suatu penaik tegangan berupa step up transformer.
Berdasarkan jumlah fasa output inverter dapat dibedakan dalam :
  • Inverter 1 fasa, yaitu inverter dengan output 1 fasa.
  • Inferter 3 fasa, yaitu inverter dengan output 3 fasa.
Inverter juga dapat dibedakan dengan cara pengaturan tegangan-nya, yaitu :
  • Voltage Fed Inverter (VFI) yaitu inverter dengan  tegangan input yang diatur konstan.
  • Current Fed Inverter (CFI) yaitu inverter dengan arus input yang diatur konstan.
  • Variable dc linked inverter yaitu inverter dengan tegangan input yang dapat diatur.




Berdasarkan bentuk gelombang output-nya inverter dapat dibedakan menjadi :
  • Sine wave inverter, yaitu inverter yang memiliki tegangan output dengan bentuk gelombang sinus murni. Inverter jenis ini dapa memberikan supply tegangan ke beban (Induktor) atau motor listrik  dengan efisiensi daya yang baik.
  • Sine wave modified inverter, yaitu inverter dengan tegangan output berbentuk gelombang kotak yang dimodifikasi sehingga menyerupai gelombang sinus. Inverter jenis ini memiliki efisiensi daya yang rendah apabila digunakan untuk mensupplay beban induktor atau motor listrik.
  • Square wave inverter,yaitu inverter dengan output berbentuk gelombang kotak, inverter jenis ini tidak dapat digunakan untuk mensupply tegangan ke beban induktif atau motor listrik.
Inverter multilevel, yakni inverter yang mempersatukan tegangan dari berbagai tingkat arus langsung sebagai inputnya;jumlah tegangan dapat diatur sesuai keinginan keuntungan menggunkan inverter multilevel adalah menurunnya nilai daya dari alat elektronik tersebut sehingga lebih ekonimis.Ada tiga jenis inverter ini,yakni inverter clamped, flying capacitor, dan cascaded
Inverter pure sine wave, yakni inverter yang menghasilkan gelombang sinus yang nyaris sempurna. Desainnya lebih rumit sehingga memerlukan lebih banyak biaya untuk

inverter resonant memasangnya,yang berdasarkan pada osilasi arus resonan

Inverter grid tie, serupa pure sine wave tetapi didesain untuk menyuntikkan listrik kedalam kesistem pendistribusian tenaga listrik.inverter seperti ini harus sinkron dengan frekuensi jaringan listrik.

Inverter synchronous, yakni inverter yang terhubungkan dengan jaringan serta memudahkan jalan keluar masuk jaringan ,tergantung kebutuhan pemakai
Inverter stand-alone ,yakni inverter yang sering kali digunakan untuk mengubah arus langsung dari sumber energy yang dapat diperbarui,seperti panel tenaga surya atau kincir angin kecil yang biasa digunakan untuk  memenuhi daya dirumah-rumah atau industri kecil

Inverter solar, yang memiliki fungsi khusus yakni dapat beradaptasi dengan antenna photovoltaic.

Inverter solar micro, yang mengubah arus langsung hanya dari sebuah panel tenaga surya.
            Selain jenis-jenis yang disebutkan diatas, berbagai jenis lain masih terus dikembangkan guna menciptakan inverter yang semakin canggih dan memudahkan penggunannya menyesusaikan dengan kebutuhan listrik (frekuensi dan tegangannya).

Fungsi dan peran inverter dalam berbagai mesin elektrik

            Pada prinsipnya, inverter berfungsi untuk mengubah listri dc dari berbagai sumber (misalnya baterai dan panel tenaga surya) ke dalam bentuk listrik ac atau memproduksi dc dalam jumlah tegangan tertentu.
            Salah satu komponen elektronik yang menggunakan inverter adalah Unninterruptible Power Supply(UPS). UPS menggunakan baterai dan inverter untuk memenuhi daya ac ketika daya utama tidak dapat memenuhi kebutuhan.saat daya utama dipulihkan, perata arus menyediakan listrik dc untuk mengisi ulang batterai selain itu inverter juga digunakan untuk proses pemanasan induksi (induction heating). Dalam hal ini, daya ac mula-mula diralat untuk menghasilkan daya dc. Lantas inverter berperan mengubah daya dc menjadi ac berfrekuensi tinggi.

            Inverter pun digunakan di mesin sepeda motor. Fungsinya adalah untuk memberi daya listrik dan elektrik-disel ketenaga tarik sepeda motor tersebut. Dalam perkembangannya, inverter juga digunakan untuk menjalankan kendaraan listrik. Selain itu inverter juga digunakan dalam transmisi daya HVDC (High Voltage Direct atau arus langsung bertegangan tinggi). Dalam transmisi daya HVDC ini daya ac diralat dan daya dc kembali ke daya ac
            Pada variable frequency drives juga dibutuhkan invereter. Variable frequency drive menontrol kecepatan beroperasi mesin ac dengan mengendalikan frequensi dengan mengendalikan frekuensi dan tegangan daya yang diberikan kemesin. Inverter pada variable frequency drive berfungsi menyediakan daya yang terkendali. Umumnya, variable frequency drive dilengkapi dengan perata arus sehingga daya dc yang mengalir ke inverter dapat menghasilkan daya ac yang sesuai.
Inverter yang menggunakan IC CD4047 memiliki system kerja yang merubah bentuk gelombang DC


Gambar 1. Gelombang DC

Menjadi gelombang yang berbentuk pulse setelah memasuki IC CD4047 dan mengeluarkan output pada kaki 13 yang merupakan osiloskop dan output kaki 10 dan 11 merupakan Q dan Q’. Dan fungsi yang digunkan pada IC CD4047 untuk mengubah gelombang adalah fungsi astable multivibrator free running  seperti gambar dibawah ini bentuk gelombang pulse-nya.




Gambar 2. Output Inverter
Dan dibawah ini merupakan data tentang IC CD4047 yang diambil dari datasheet:

Tabel 1. Function IC CD4047

Gambar 3. Diagram Blok IC CD4047


Tabel 2. DC Electrical Characteristics IC CD4047

Tabel 2. DC Electrical Characteristics IC CD4047




Rumus untuk menghitung frekuensi yang keluar pada output kaki pin 10 dan 11 adalah

            Dan karena frekuensi dari pin keluar OSC dua kali lipat dari Q atau Q’, rumus untuk frekuensi keluar OSC adalah:


            Dan output yang dikeluarkan pada IC CD4047 digunakan sebagai pembangkit pulse generator untuk gate pada MOSFET IRF140 dan untuk source pada kaki mosfet disambungkan pada sumber arus DC, MOSFET IRF140berfungsi sebagai saklar pada rangkaian inverter dan kaki drain pada mosfet di sambungkan pada transformator yang nilainya 12 V dan untuk CT pada transformator diambil dari sumber DC. Setelah itu digunakan step up untuk menaikan tegangan.
Dan dibawah ini datasheet dari mosfet IRF 140




Tabel 3.Electrical specifications MOSFET


Gambar 4. Characteristics MOSFET
Gambar 5. Function IC CD4047

BAB III
PERANCANGAN DAN CARA KERJA ALAT

3.1 ANALISA  DIAGRAM  BLOK
Gambar rangkaian yang digunakan:

S1
 
Gambar 6. Rangkaian Inverter

Gambar 7. Skema PCB

 




3.2 ANALISA RANGKAIAN SECARA DETAIL
            Rangkaian memiliki input berupa DC dari baterai atau aki yang memiliki tegangan 12 V, dan dari polaritas positif tegangan melewati semua rangkaian, pada kapasitor C1 tegangan akan difilter agar gelombang tetap konstan 12 V, pada LED tegangan akan menyalakan lampu LED setelah melewati resistor, setelah lampu led menyala rangkaian pada IC CD4047 akan melakukan proses astable multivibrator berupa free running yang frekuensi-nya dapat diatur oleh kapasitor pada C2 yang dihubungkan ke pin kaki 1 IC, Resistor R2 yang dihubungkan ke pin kaki 2 IC, dan untuk kaki 3 IC dapat dihubungkan dengan mengggunakan resistor variable atau kapasitor variable yang mana C1, R2 dan R-C Common dihubungkan parallel. Untuk kaki pin 4,5,6 dan 14 dihubungkan dari sumber positif yang disambung dengan resistor dulu, untuk kaki pin 7,8,9,12 dihubungkan paralel ke kutub negative pada sumber. Untuk output bisa dari kaki pin 13  yang digunakan untuk melihat bentuk gelombang pada osiloskop, untuk gelombang pulse-nya sendiri dari kaki 10 dan 11 yang berupa Q dan Q’, dan kedua output ini dihubungkan ke mosfet IRF140yang gelombang pulse dari output tadi berfungsi sebagai generator untuk kaki gate mosfet dan pada kaki source mosfet dibuat seri yang dihubungkan ke kutub negative sumber, transistor akan bekerja sebagai saklar, untuk kaki source IC disambungkan ke sumber yang polaritas-nya negatif lalu dari kaki drain mosfet disambungkan ke transformator yang bernilai 12 dan CT diambil dari kutub positif sumber.


3.3 FLOWCHART
 



3.4 ANALISA PROGRAM
            Analisa program pada flowchart dimulai dari pemberian sumber arus DC dari baterai atau aki yang bernilai 12 V. Setelah itu program menyeleksi dua kondisi yang dinyatakan dari arah atau letak polaritas pada input sebagai berikut:
1.      Jika polaritas input dipasang salah, maka led dan lampu tidak menyala dan program akan selesai
2.      Jika polaritas input dipasang benar, maka led dan lampu akan menyala dan program berlanjut ke IC CD4047
            Pada IC CD4047 input dari sumber DC akan mengalami konversi gelombang menjadi gelombang pulse yang berupa gelombang AC. Setelah IC CD4047 mengeluarkan output berupa pulse dan diteruskan ke kaki gate mosfet IRF140sebagai generator,  karena mosfet sebagai saklar pada rangkaian yang output dari kaki drain di hubungkan ke trafo dan CT pada trafo diambil dari sumber, di trafo terjadi proses step up untuk merubah tegangan 12 V menjadi 220 V.
3.5 CARA KERJA ALAT
            Cara kerja alat merubah gelombang DC dari sumber 12 V menjadi gelombang AC yang bernilai 220 V atau bisa ditentukan dengan merubah bagian pada transformator. Ketika saklar dinyalakan maka arus akan mengalir ke setiap rangkaian dan saat tegangan masuk ke IC CD4047 akan dikonversi ke gelombang pulse berbentuk AC yang pada saat itu IC melakukan astable multivibrator. Dan output  masuk ke mosfet, di mosfet ini fungsi-nya sebagai saklar yang kaki drain-nya dihubungkan ke trafo untuk dinaikan tegangannya menjadi 220 V.
Berikut cara kerja dalam bentuk gambar:



Gambar 8. Saklar kondisi OFF

Saklar dalam posisi off dan polaritas positif disambungkan dengan kabel merah dan polaritas negative disambungkan ke kabel hitam.



Gambar 9. Saklar posisi ON LED dan lampu menyala
Ketika saklar ON lampu LED ON dan Lampu yang telah difitting menyala.
Ketika saklar dimatikan lampu mati dan untuk LED tidak langsung mati karena arus pada rangkaian tidak langsung 0 A.
Untuk percobaan saat aki dipasang terbalik terhadap polaritasnya maka MOSFET dan kutub aki terasa panas, lampu dan LED tidak akan menyala, dan komponen seperti LED dan sebagainya akan rusak akibat panas dari kesalahan pada saat memasang polaritas.
BAB 4
PENUTUP

Kesimpulan

            Kesimpulan yang didapat dari percobaan ini ketika saklar dinyalakan maka rangkaian akan melakukan perubahan arus DC menjadi AC dengan bantuan IC CD4047 yang output-nya dihubungkan ke mosfet yang berfungsi sebagai saklar dan diteruskan ke trafo sebagai output akhir.
Dan untuk pemasangan polaritas pada aki dipadang terbalik, maka rangkaian tidak berjalan dan menyebabkan komponen pada alat rusak.
            Saran
                        Saran untuk pembaca makalah ini jika ingin mengubah nilai frekuensi, hanya tinggal mengubah nilai resistor variable dan lihat pada kaki IC ke 13 bagian osiloskop.
DAFTAR PUSTAKA

[1]  Aan R, (2003). Perancangan Inverter dengan Kontrol Frekuensi Menggunakan
Mikrokontroller 8031,Skripsi, UMS.

[2] Rashid, Muhammad H., [penyunt.]. 2007. Power Electronics Handbook.
California : Academic Press, 2007.

[3] URL: http://tronixstuff.com/2011/02/11/review-cd4047-astablemonostable-multivibrator/ ,  11 Februari 2011




























DAFTAR SIMBOL



LAMPIRAN
Lampiran 1. Contoh Cover


Lampiran 2. Contoh Lembar Pengesahan


Lampiran 3. Contoh Abstrak


Lampiran 4. Contoh Daftar Pustaka


Lampiran 5. Contoh Daftar Isi

Komentar

Posting Komentar