## RANCANG BANGUN SQUARE WAVE FULL-BRIDGE INVERTER UNTUK PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA ANGIN MIKRO
Didi Istardi 1) , Agus Wirabowo 2)
1) Jurusan  Teknik  Elektro,  Politeknik Negeri Batam, Batam 29461,  email: i sta rd i @p ol i b ata m.a c. id 2) Jurusan  Teknik  Elektro,  Politeknik Negeri Batam, Batam 29461

## Abstract
The simple principle of wind power plant is use wind as main exciter to rotate the turbine. The turbine  convert  wind  to  electric  energy.  The  output  signal  is  alternating  (AC)  current.  This  current  was changed to direct current (DC) by rectifier circuit. The DC current was used as charge the energy storage, battery. Next step, the DC current from battery convert to AC current using inverter circuit. The result of inverter shows that the error is 20% with 240V no load.
Keywords : inverter, full bridge, wind power, rectifier

## Abstrak
Sistem  kerja  Pembangkit  listrik  Tenaga  Angin    ini  secara  sederhana  memanfaatkan  angin sebagai penggerak turbin kemudian dikonversikan menjadi energi listrik, namun listrik yang dihasilkan adalah  berupa  arus  bolak  balik  karena  menggunakan  generator  AC,  oleh  karena  itu  dibutuhkan rangkaian penyearah untuk merubah tegangan AC ke DC. Dengan demikian arus AC yang dihasilkan akan dikonversikan oleh rangkaian penyearah untuk mendapatkan arus searah dan berfungsi sebagai charger sebelum di masukkan ke baterai, sebagai media penyimpanan tegangan. Setelah itu arus DC dari  baterai  diubah  kembali ke  arus  AC  dengan  menggunakan  alat  inverter,  karena  yang  diinginkan adalah arus AC. Keluaran dari inverter masih ada error sebesar 20% dengan 240 V tanpa beban.
Kata Kunci : inverter, full bridge, PLTA, penyearah

## 1. PENDAHULUAN
Kebutuhan  energi  dunia  terus  mengalami  peningkatan.  Menurut  proyeksi  Badan  Energi  Dunia (International Energy Agency-IEA), hingga tahun 2030 permintaan energi dunia meningkat sebesar 45% atau  rata-rata  mengalami  peningkatan  sebesar  1,6%  pertahun.  Sekitar  80%  kebutuhan  energi  dunia tersebut dipasok dari bahan bakar fosil, utamanya BBM [1].
Untuk menghadapi meningkatnya kebutuhan hidup,  makin berkurangnya bahan bakar fosil (batubara,  gas,  minyak)  dan  sumber  daya  manusia  yang  makin  meningkat  di  masa  depan  maka diperlukan  produksi  energi  listrik  yang  makin  besar  pula.  Selain  itu,  pembakaran  bahan  bakar  fosil menyebabkan  pelepasan  gas-gas  efek  rumah  kaca  yang  membahayakan  dan  akan  menyebabkan pemanasan  global.  Untuk  itu,  makin  berkembangnya  pembangunan  dan  penelitian  tentang  energi altenatif yang bertujuan untuk pengembangan energi berkelanjutan yang menghasilkan sedikit efek lingkungan, dampak kesehatan, dan memungkinkan untuk memproduksi listrik tersebut pada  masa depan  Sistem kerja PLT Angin  ini secara sederhana memanfaatkan angin sebagai penggerak turbin kemudian  dikonversikan  menjadi  energi  listrik,  namun  listrik  yang  dihasilkan  adalah  berupa  arus bolak  balik  karena  menggunakan  generator  AC,  oleh  karena  itu  dibutuhkan  rangkaian  penyearah untuk merubah tegangan AC ke DC.
Dengan  adanya  Perancangan  Rangkaian  Inverter  untuk  PLT  Angin  ini  maka  tegangan  DC  yang dihasilkan oleh Aki dapat diubah menjadi tegangan AC sehingga dapat menghidupkan Lampu dengan stabil.

## 2. PRINSIP KERJA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA ANGIN
Pembangkit  listrik  tenaga  angin  adalah  energi  baru  terbarukan  yang  menggunakan  sumber  tenaga angin  sebagai  penggerak  generatornya  untuk  menghasilkan  listrik.  Dalam  perancangan  suatu  PLT  Angin beberapa  komponen  utama  yang  diperlukan  adalah  generator,  baling-baling,  inverter,  battery  charger, baterai/aki untuk penyimpan arus listrik, tiang/menara dan instalasi kebel listrik.
Energi listrik yang dihasilkan oleh generator, berupa tegangan yang fluktuatif atau tidak konstan akibat fluktuasi  masukan  yakni  kecepatan  angin  yang  berubah-ubah  di  sepanjang  waktu.  Agar  tegangan  tersebut menjadi “layak pakai”, fluktuasinya harus dibuat sekecil mungkin (konstan). Hal tersebut dapat dicapai den gan menggunakan  media-antara  berupa  baterai/aki.  Tegangan  AC  fluktuatif  di  terminal  generator,  disearahkan (bentuk tegangan dikonversi dari AC ke DC) lalu kemudian disimpan ke dalam baterai melalui sistem penyearah dan  penyimpan  (rectifier  dan  charger).  Selanjutnya,  beban  DC  dapat  memperoleh  suplai  energi  yang  sudah konstan  secara  langsung  dari  terminal  baterai.  Beban  yang  membutuhkan  tegangan  AC,  harus  mendapatkan suplai  daya  dari  sistem  pengubah  bentuk  tegangan  DC  ke  AC  (inverter).  Dengan  demikian  inverter  tersebut akan menghasilkan arus AC yang dapat digunakan untuk men-suplai sebuah beban AC.

## Gambar 1. Diagram Blok Sistem
Inverter  adalah  perangkat  elektronika  yang  dipergunakan  untuk  mengubah  tegangan  DC  (Direct Current) menjadi tegangan AC (Alternating Curent). 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 baterai, tenaga angin, atau sumber tegangan DC yang lain. Inverter dalam proses mengubah tegangn DC menjadi tegangan AC membutuhkan multivibrator.
Transformator  adalah  suatu  alat  listrik  yang  dapat  memindahkan  dan  mengubah  energi  listrik  satu atau lebih rangkaian listrik satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain, melalui suatu gendeng magnet berdasarkan prinsip induksi-elektromagnet.
Transformator terdiri dari 3 komponen pokok yaitu: kumparan pertama (primer) yang bertindak sebagai input, kumparan  kedua  (sekunder)  yang  bertindak  sebagai  output,  dan  inti  besi  yang  berfungsi  untuk  memperkuat medan magnet yang dihasilkan.
Aki adalah  sebuah  alat  yang dapat  menyimpan  energi  (umumnya  energi  listrik)  dalam  bentuk  energi kimia.  Fungsi  Aki  adalah  seebagai  alat  untuk  menghimpun  tenaga  listrik  (dipakai  pada  mesin  mobil  dsb), penghasil  dan  penyimpan  daya  listrik  hasil  reaksi  kimia,  dan  peranti  untuk  mengubah  tenaga  listrik  menjadi tenaga kimia atau sebaliknya.
Baterai secara umum di kategorikan dalam 2 jenis, yakni baterai basah dan kering. Baterai basah, media penyimpan arus listrik ini merupakan jenis paling umum digunakan. Baterai jenis ini masih perlu diberi air aki yang dikenal dengan sebutan accu zuur.
Baterai kering , baterai jenis ini tidak memakai cairan, mirip seperti batere telpon selular.  Baterai ini tahan terhadap getaran dan suhu rendah.  Baterai jenis ini sama sekali tidak butuh perawatan, tetapi rentan  - terhadap pengisian berlebih dan pemakaian arus yang sampai habis, karena bisa merusak sel-sel penyimpanan arusnya.
Energi kinetik angin
Blade Battery Charger (BCR) Generator Diode Bridge 3 Phase Energi listrik Baterai 12 V(Aki) Inverter Lampu

## 3. PERANCANGAN SQUARE WAVE FULL BRIDGE INVERTER
Rangkaian  inverter  gelombang  penuh  dengan  bentuk  gelombang  keluaran  kotak  dapat  dilihat  pada gambar 2 di bawah.
Gambar 2. Rangkaian Dasar Square Wave Inverter
Dari  gambar  2  terlihat  bahwa  digunakan  4  buah  MOSFET  sebagai  saklarnya,  dimana  pada  waktu operasi hanya akan aktif dua buah MOSFET pada setiap kondisi. Pada kondisi polaritas positif MOSFET T1 dan T2 yang akan aktif sedangkan T3 dan T4 akan off. Demikian juga sebaliknya, pada saat polaritas negatifT3 dan T4 akan aktif. Dioda pada MOSFET digunakan sebagai pengaman MOSFET pada saat perpindahan operasi dari on ke off atau sebaliknya. Tegangan keluaran dari inverter ini yaitu 𝑉 𝑜 = 𝑉 𝐷𝐶 ………………………………………….(1)
Keluaran dari inverter diatas masih memiliki gangguan harmonik yang akan menurunkan effisiensi dari inverter.  Gangguan  harmonic  ini  bisa  dikurangi  dengan  menambahkan  filter  setelah  inverter.  Filter  yang digunakan  menggunakan  sebuah  filter  LC low  pass  filter yang  akan  menggurangi  gangguan  harmonic  pada frekuensi tinggi seperti pada gambar 3.
Perhitungan  gangguan  harmonic  dapat  menggunakan  persamaam  fourier  untuk  gelombang  kotak sebagai berikut:
Gambar 3. Penempatan Rangkaian Filter Dan total harmonic distorsinya (THD) dapat dihitung dengan:
V DC T1 T4 T3 T2 +   V O - D1 D2 D3 D4 SQUARE-WAVE INVERTER I O S1 S3 S2 S4 EQUIVALENT CIRCUIT         1 sin cos 2 1 ) ( n n n o n b n a a v f   v O 1 +  L C v O 2 (LOW PASS) FILTER +  v O 1 v O 2 BEFORE FILTERING AFTER FILTERING INVERTER LOAD DC SUPPLY   RMS n RMS n V V THDv , 1 2 2 ,    
Pembuatan rangkaian inverter berfungsi sebagai alat pengubah tegangan 12 VDC menjadi 220-240VAC dengan  menggunakan  transformer  atau  yang  lebih  dikenal  dengan  trafo.  Sistem  inverter  yang  dibuat menggunakan IC 4047 sebagai pembangkit pulsa 50 Hz yang diset sebagai astable multivibrator . Rangkaian ini merupakan bagian akhir yang berfungsi memberikan tegangan induksi ke transformer step-up sehingga timbul tegangan induksi yang bernilai 220 Volt AC.

## Gambar 4. Schematic Rangkaian Inverter
Komponen tersebut mempunyai landasan penggunaan pada peracangan inverter ini adapun alasan enggunaan dari masing-masing komponen ini adalah:
C2 dan C3 100uf/25v capasitor polar sebagai berfungsi sebagai filter pada sebuah rangkaian inverter inputan dari baterai, yang maksud disini adalah kapasitor sebagai ripple filter, disini sifat dasar kapasitor yaitu dapat  menyimpan  muatan  listrik  yang  berfungsi  untuk  memotong  tegangan  ripple.  D3  1N4004  yaitu  pada rangkaian inverter ini sebagai penyearah dan diode di sini juga sebagai penahan arus balik ke baterai. T5 dan T6 A733 sebagai saklar on/off sehingga dapat terbentuk gelombang kotak sinus soidal. T1, T2, T3, T4 IRFZ44N di rangkaian
inverter sebagai  penaik  gelombang  sinus soidal untuk mendapatkan gelombang AC 220 V.
Gambar 5. Rangkaian Inverter

## 4. HASIL  DAN  PEMBAHASAN
Pengujian  pada  proyek  akhir  ini  dilakukan  untuk  mengetahui  apakah  sistem  yang  di  buat  sesuai dengan alat yang telah dibuat atau tidak. Pada pengujian alat ini dilakukan juga untuk mendapatkan data, yang kemudian  hasil  dari  pengolahan  alat  tersebut  dibandingkan  dengan  data  kuantitatif  maupun  teori  yang berhubungan  dengan  prinsip  kerja  alat  tersebut.  Pengujian  yang  dilakukan  meliputi  pengujian  rangkaian  dan pengujian  fungsional.  Alat  ukur  yang  digunakan  dalam  pengujian  ini  adalah  multitester  bermerek  Sanwa dengan jenis digital dan oscilloscope bermerek Hewlett Packard berjenis digital.
Pengujian keluaran inverter dilakukan agar penulis dapat mengetahui tegangan keluar dan tegangan masuk pada rangkaian inverter.
RMS RMS RMS RMS V V V V , 1 2 , 2 2 , 3 2 , 2 ....    
Gambar 7. Keluaran IC 4047
Gambar 6. Titik Tempat Pengukuran
Pada Gambar 7 menunjukkan bahwa gelombang keluaran dari IC 4047 melalui pin 11 didapat data Vp- p sebesar 8,594 V dengan V ag sebesar 4,196 V dan V rms sebesar 5, 874 V. Dari Gelombang keluaran IC 4047 ini  dapat  di  analisa  bahwa  gelombang  keluaran  berasal  dari  rangkaian  comparator  yang  ada  didalam  IC tersebut.

## Gambar 8. Gelombang Keluaran Inverter
Pada  Gambar  8  dapat  dijelaskan  bahwasannya  gelombang  keluaran  inverter  ini  adalah  jenis gelombang square wave (gelombang kotak) namun gelombang yang dihasilkan cacat. Dalam pengambilan data tersebut dengan tanpa beban. Data yang didapat adalah Vp-p yang didapat adalah 12, 81 V, Vag adalah 7,805 Vdan V rms adalah 9,486 V.
Tabel 1 Tegangan keluaran inverter dan trafo tanpa beban
Tabel 2 Pengujian Inverter dengan Beban Lampu
Pada Tabel 2 dapat kita ketahui bahwasannya terjadi drop tegangan yang terjadi ketika dengan beban seharusnya  berdasarkan  teori  serta  referensi  yang  dipelajari  tidak  ada  drop  tegangan  apabila  dengan  beban ataupun tanpa beban.
Untuk  power  suplay  inverter  dibutuhkan  tegangan  12  Volt  DC.  Namun  pada  rangkaian  ini menggunakan  suplai  tegangan  input  12  Volt  DC.  Dari  beberapa  pengujian  yang  dilakukan  dapat  dikatakan bahwa rangkaian inverter bekerja. Namun dari data yang didapat pada table 4.2 telah terjadi drop tegangan.
No Vo Inverter kanan Vo Inverter kiri Vo Trafo 1 12, 54 Vac 12,54 Vac 240 Vac
Dapat dianalisa dari table 4.2 tersebut bahwa pengaruh drop tegangan disebabkan beban yang besar, sehingga menyebabkan drop tegangan pada keluaran inverter. Faktor error yang didapat pada inverter ini adalah salah satunya penyebab pada trafo, karena trafo memiliki rugi daya. Berikut ini rugi daya yang terdapat pada trafo Kerugian  tembaga.  Kerugian  I2.  R  dalam  lilitan  tembaga  yang  ada  pada  trafo  disebabkan  oleh  resistansi tembaga dan arus listrik yang mengalirinya.
Gelombang  keluaran  inverter  yang  dihasilkan  pada  gambar  4.2  menunjukkan  bahwa  output gelombang adalah jenis square wave (gelombang kotak) namun ada kecacatan dalam bentuk gelombang dan hal ini belum dapat dianalisa.

## 5. SIMPULAN
Setelah dilakukan proses perencanaan, pembuatan dan pengujian alat serta dengan membandingkan dengan teori - teori penunjang, dan dari data yang telah di dapat maka dapat disimpulkan:
1. Hasil dari output pada inverter telah berhasil yaitu dapat mengubah tegangan DC menjadi AC.
2. Hasil data pada rangkaian inverter yang dibuat secara keseluruhan di dapat 20% persen error dikarenakan trafo yang digunakan kurang sesuai karena lilitan pada trafo yang tidak bagus.

## DAFTAR  PUSTAKA
[1]. Jusuf, Staf Khusus Presiden bidang Pangan dan Energi [online], Available:
( http://www.setkab.go.id/artikel-6277-.html )
[2]. Prinsip kerja Pembangkit Listrik Tenaga Angin [online], Available : ( www.containedenergy.com ) [3]. Zuhal, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya, Jakarta: PT Gramedia Pustaka Utama, 1993.
[4]. Saiful Anwar, Muhammad (2008). Rancang Bangun Sistem Pengisian Pembangkit Listrik Tenaga Angin Pada Stasiun Pengisian Accu . Tugas Akhir. Politeknik Elektronika Negeri Surabaya. Tidak Dipublikasikan.
[5]. Istardi, Didi (2010). Analisa Penggunaan Energi Angin untuk Penerangan di Area Taman Kampus Politeknik Batam. Seminar  Modern Electrical Engineering Technology and Its Applications 2010- Bandung
[6]. Aswardi, (2010). Elektronika Daya dan Power Inverter. Makalah. Publikasi
[7]. M. Irwansyah, Didi Istardi, Pompa Air Aquarium menggunakan solar panel, Jurnal Integrasi Vol. 5 No. 1, 2013, hal 85-90.