Inverter Satu Fase dengan Pola PenyaklaranSPWM

Yohan Fajar Sidik

yohanfajarsidik@live.com

17 Januari 2013

PPT ini untuk anak magatrika.

Abstrak

PPT ini dibuat untuk presentasi tugas akhir mata kuliahelektronika daya S2. Tapi, saya berinisiatif untukmenyebarkan PPT ini kepada anak-anak magatrika agar ilmu tentang inverter dapat tersebar.

Inverter yang dibuat masih sederhana. Tidak terdapatpengaturan tegangan dan frekuensi. Tetapi, konsep-konsep yang terdapat pada PPT ini dapat dikembangkanuntuk membuat inverter yang lebih kompleks lagi darisegi algoritma teknik penyaklarannya.

Spesifikasi

1. Inverter Satu Fase dengan Topologi Full-Bridge.

2. Teknik Penyaklaran SPWM.

3. Tegangan masukan 24 Vdc, dan Tegangan keluaran ±220 Vac, 50 Hz.

4. Menggunakan trafo 18/220 V (10 A).

5. Menggunakan kendali digital dsPIC30F4012 dan gate driver IR2110.

6. Frekuensi penyaklaran adalah 2500 Hz.

7. Indeks modulasi yang tetap: 0,8.

8. Efisiensi pada beban ringan (<10% pembebanan) adalah± 60%.

Rangkaian Eksperimen (1)

24 V

18/220 V

IRF540

BEBAN 15 W

4 buah saklar (S1, S2, S3, dan S4) 4 sinyal SPWM

Trafo 10 A

Rangkaian Eksperimen (2)

Metode Pembuatan SPWM (1)

1. Dapatkan pola lebar pulsa dalam satu siklus sinus darisimulasi

2. Ubah besar lebar pulsa menjadi nilai yang sesuai untukregister duty cycle dalam mikrokontroller.

Satu siklus SPWM untuk sebuah saklar (indeks modulasi 0,8)

Pulsa high dihitung lebar pulsanya

Ubah ke dalam nilai register untuk mikro

50 pulsa untuk frekuensi penyaklaran2500 Hz dan frekuensi keluaraninverter 50 Hz

Metode Pembuatan SPWM (2)No Pulse Width (s) Pulse Width (us) Register Value (PDC)

1 0.00019 190 3040

2 0.00017 170 2720

3 0.0001506 150.6 2410

4 0.0001318 131.8 2109

5 0.0001142 114.2 1827

6 9.79E-05 97.9 1566

7 8.33E-05 83.3 1333

8 7.05E-05 70.5 1128

9 5.97E-05 59.7 955

10 5.11E-05 51.1 818

11 4.49E-05 44.9 718

12 4.11E-05 41.1 658

41 0.0003484 348.4 5574

42 0.0003399 339.9 5438

43 0.0003292 329.2 5267

44 0.0003165 316.5 5064

45 0.0003019 301.9 4830

46 0.0002857 285.7 4571

47 0.0002681 268.1 4290

48 0.0002494 249.4 3990

49 0.00023 230 3680

50 0.0002101 210.1 3362

….

….

Kalkulasi:1. Register PWM:

2. Register PDC (duty cycle):

319912*2500

16000000

12)(

PTPER

prescalerPTMRF

FPTPER

PWM

CY

640021)(31991PDC

:maksimalduty untuk

2)1(

PTPERdutyPDCx

Pulsa terkecil = 40 usPulsa terlebar = 359.6 us

period pwm

PDCmax (us) width pulse PDC

Dari PSIM

Metode Pembuatan SPWM (3)

1 Tabel tersebut untuk membuat 4 sinyal SPWM

Dalam dsPIC, terdapat fitur komplemen PWM. Jadi hanya 2 sinyal yang perlu diperhatikan secara langsung. Pada tugas ini, yang diperhatikan adalah sinyal S2 dan S4.

Tabel sinus adalah dalam bentuk array. Pada tugas ini setiapelemen sinus dapat dipanggil dengan menyertakan indeksalamatnya. Contoh: sinus[0], sinus[1]. Indeks ini berbentukcounter yang akan increment setiap kali intterrupt. Nilaicounter akan kembali ke nol bila sudah mencapai nilaimaksimalnya.

Untuk membuat beda fase sebesar 180 derajat antara sinyal S2 dan S4, hanya perlu memanggil elemen dengan indeks yang berbeda n/2-nya. Contoh: indeks awal S2 adalah 0, makaindeks S4 adalah 25 (n = 50).

Metode Pembuatan SPWM (4) - Ilustrasi

1. Pemanggilan elemen tabel dimulai dari 0 akan menghasilkan sinyal S22. Pemanggilan elemen tabel dimulai dari 25 akan menghasilkan sinyal S4 yang

berbeda 180 derajat dengan S2.

SPWM50 titik untuk 1 saklus sinus

50 pulsa

Penyisipan Dead-time

32

16

12

4

valueprescaler

timedead

us

us

TDT

cy

Hasil Simulasi (1): Pola Penyaklaran

Indeks Frekuensi = 50Indeks Modulasi = 0,8

50 pulsa

Hasil Eksperimen (1): Pola penyaklaran

Indeks Frekuensi = 50Indeks Modulasi = 0,8

50 pulsa

Hasil Eksperimen (2): Dead-time

Antara saklar sisi atas dan sisi bawah disisipkan dead-time sebesar 4 us

Cont’d: Dead-time

S1

S2

s4

Hasil Simulasi (2): Gel. Output Inverter

Hasil Eksperimen (3): Gel. Output Inverter

50 Hz

Efisiensi Inverter: Hasil Ekperimen vs Simulasi

Vin dc (V) Vout trafo (V) Arus Input (A) Arus output (A)24.67 187.2 0.747 0.058

Pin (W) Pout (W) Efisiensi (%)18.42849 10.8576 58.92

Efisiensi inverter pada beban 15 W adalah 58,92%. Nilai Efisiensi yang rendah ini lebihdikarenakan terjadi rugi-rugi pada trafo 10 A, rugi penyaklaran, dan rugi konduksi MOSFET.Efisiensi pada inverter lebih besar karena MOSFET-nya ideal. Tetapi efisiensi simulasitidak 100% karena menggunakan trafo yang tidak ideal.

Beban 15 W/220 V

Hasil Eksperimen:

Vin dc (V) Vout trafo (V) Arus Input (A) Arus output (A)24 198 0.736 0.062

Pin (W) Pout (W) Efisiensi (%)17.664 12.276 69.50

Hasil Simulasi:

Kesimpulan

Teknik SPWM mudah diterapkan dalam DSP.

Dalam DSP terdapat fitur komplemen PWM dan dead-time.

Hasil eksperimen menunjukkan kesesuaian dengan hasilsimulasi.

Efisiensi pada beban ringan adalah rendah karenakarakteristik trafo.

Indeks modulasi amplitude dan frekuensi-nya tetap.

Saran

1. Perlu dilakukan pengamatan untuk memperoleh dead-time yang tepat.

2. Gunakan trafo dengan regulasi tegangan yang baik.

3. Gunakan teknik direct digital synthesis (DDS) agar indeks modulasi frekuensi dan amplitude-nya dapatdikendalikan sehingga cocok diterapkan untuk grid-connected inverter.

4. Perlu dibebani sampai kapasitas maksimal, yaitusebesar 180 W. Pada tugas ini baru dibebani 15 W.

Sharing your knowledge with others does not make you less

important -unknown