p-ISSN 1411-8890 e-ISSN 2541-4518

## Desain Inverter Satu Fase Menggunakan Metode DDS Dalam Upaya Efisiensi Daya Papan Reklame
Turahyo
Program Studi Teknik Elektro Sekolah Tinggi Teknologi, Bontang, Jl Ir Juanda no 73 rawa indah Bontang, 75311 Email: turahyoahyo@gmail.com
Abstraksi— Reklame digunakan untuk memberikan in- formasi kepada masyarakat dengan tujuan untuk menarik perhatian dan menggerakkan keinginan untuk membeli barang sehingga meningkatkan jumlah penjualan produk barang atau jasa. Reklame biasanya di buat dan ditem- patkan ditempat-tempat strategis yang dapat dilihat baik pagi maupun malam hari. Untuk melihat reklame pada malam hari dibutuhkan penerangan yang cukup baik. Penerangan ini menggunakan lampu sorot yang mem- butuhkan daya listrik yang cukup besar. Inverter satu fase dengan metode direct digital synthesis (DDS) dapat digunakan untuk mengurangi penyerapan daya listrik pada lampu penerangan reklame dengan menurunkan tegangan listrik melalui pengaturan indeks modulasi pada pem- bangkit PWM. Dari hasil simulasi dengan beban lampu 440 Watt menunjukkan bentuk gelombang keluaran dalam bentuk tegangan sinusoida murni. Tegangan output adalah 223 volt dan arusnya adalah 2,23 A pada frekuensi 50 hz dengan indeks modulasi 0,8. Kondisi cahaya iluminasi normal cerah, sedangkan indeks modulasi 0,6 menghasilkan tegangan 170 volt dan arus 1,7 A dengan pencahayaan redup. Konsumsi listrik untuk penerangan menggunakan inverter mengalami penurunan sebesar 26,5%. Kata Kunci— Penurun Daya Listrik; Inverter Satu Fa- se; Lampu Reklame; DDS; PWM.

## I. PENDAHULUAN
Untuk meningkatkan penjualan produk barang dan jasa, para pengusaha dan pelaku bisnis menggunakan papan reklame untu menyampakan dan menyebarluaskan pesan. Papan reklame ini biasanya ditempatkan pada tempat-tempat yang stategis yang dapat dilihat oleh banyak orang. Pada kondisi malam hari agar terlihat dengan mudah oleh target pasar yang dituju, papan reklame menggunakan lampu penerangan dengan inten- sitas cahaya yang cukup besar. Untuk menghasilkan intensitas cahaya yang cukup besar digunakan lampu penerangan dengan daya yang cukup tinggi, Hal ini berbanding lurus dengan konsumsi daya listrik yang diserap oleh lampu penerangan pada papan reklame tersebut [1]. Lampu dengan daya 200-500 watt sering digunakan dalam papan reklame. Lampu tersebut biasanya menyala dari jam 18.00-06.00 pagi. Selama menyala pada jam tersebut lampu penerangan papan reklame menyala dengan intensitas cahaya yang tetap. Hal ini mengakibatkan penggunaan energi listrik yang sangat besar dalam satu bulan yang mengakibatkan tagihan listrik pelanggan menjadi sangat besar.
Perkembangan teknologi elektronika terutama semikonduk- tor yang sangat pesat mempengaruhi perkembangan pengguna- an peranti elektronika daya ke dalam sistem tenaga listrik. Pe- ngendalian listrik menggunakan peranti semikonduktor semakin mudah untuk dilakukan tak terkecuali pada inverter . Peralatan ini mampu mengubah tegangan searah (dc) menjadi tegangan bolak-balik (ac) melalui teknik pensaklaran tertentu [2] dan [3].

## II. METODE PENELITIAN

## A. Arsitektur Sistem
Dalam penelitian ini diagram blok dibuat dengan maksud untuk mempermudah perancangan inverter satu fase yang di- gunakan sebagai penurun daya listrik pada lampu penerangan papan reklame yang diusulkan. Diagram blok sistem keselu- ruhan ditunjukan pada Gambar 1.

## Gambar 1. Diagram alur proses penelitian

## B. Desain Inverter Satu Fase
Sebelum inverter satu fase ini di implementasikan dalam bentuk yang sebenarnya, terlebih dahulu dilakukan simulasi menggunakan software PSIM. Dalam perancangan inverter satu fase ini menggunakan metode bipolar SPWM. Tegangan segitiga sebagai frekuensi pembawa di bandingkan dengan tegangan sinusoida sebagai pemodulasi. Dalam bipolar SPWM ini tegangan sinusoida merupakan tegangan referensi yang digunakan sebagai tegangan kendali untuk menghasilkan indeks modulasi yang diinginkan [4]. Indeks modulasi dalam pene- litian ini disetting pada besaran 0-1 dengan resolusi sebesar 0,01. Untuk mendapatkan tegangan 220 volt dengan THD paling kecil, indeks modulasi di setting pada nilai 0,8. Skematis inverter satu fase dapat diperlihatkan pada Gambar 2. Teknik pensaklaran H bridge inverter dipakai dalam penelitian ini. Hal ini dilakukan karena efisiensi yang dihasilkan dari keluaran H bridge inverter sangat tinggi yaitu sekitar 98% lebih tinggi
Turahyo, Desain Inverter Satu Fase Menggunakan Metode DDS Dalam Upaya Efisiensi Daya Papan Reklame
dibandingkan dengan teknik pensaklaran menggunakan push pull, flyback, half bridge, dan forward [5].
H bridge inverter mempunyai 4 buah saklar yang terdiri dari dua pasang saklar yang bekerja secara bergantian. Pasangan saklar S1, S4 dan S2, S3 aktif secara bersama-sama. H bridge inverter ditunjukan pada Gambar 3. Frekuensi 50 Hz merupakan frekuensi yang dihasilkan oleh inverter satu fase ini, sehingga dalam 20 ms pada inverter menghasilkan 50 pulsa pensaklaran pada keluarannya [6]. Pulsa pensaklaran dalam satu detik diperlihatkan seperti pada Gambar 4. Sedangkan rangkaian pengendali indeks modulasi diperlihatkan pada Gambar 5 (a) dan 5 (b). Tegangan keluaran yang dihasilkan dari H bridge inverter masih berupa tegangan ac yang besarnya kurang dari 24 volt, sehingga perlu untuk dinaikan menjadi tegangan 220 volt. Transformator step up digunakan dalam penelitian ini untuk menaikan tegangan keluaran H bridge inverter menjadi tegang- an 220 volt ac. Induktor dan kapasitor yang dipasang secara pararel dengan keluaran dari transformator penaik tegangan digunakan untuk memfilter tegangan keluaran inverter satu fase agar bentuk gelombangnya berupa gelombang sinusoida murni [7-9].
Gambar 2. Inverter satu fase
Gambar 3. H bridge Inverter

## C. Kontrol Timer
Dalam pengendalian on-off lampu penerangan papan rekla- me dilakukan dengan menggunakan rangkaian timer . Pengenda- lian on-off lampu dilakukan menggunakan dua buah timer yang di- set pada kondisi on lampu 6 jam nyala redup dan kondisi off lampu 12 jam. Rangkaian kedua timer menggunakan 2 buah
Gambar 4. Pulsa pensaklaran dalam satu periode
(a)

## (b)
Gambar 5. Pembangkit tegangan (a) sinusoida (b) segitiga
ic 555 sebagai pembangkit pulsa. Rangkaian pengendali on-off lampu penerangan papan reklame dapat ditunjukkan pada Gam- bar 6, sedangkan rangkaian Timer on-off dapat diperlihatkan seperti pada Gambar 7 (a) dan 7 (b).
Gambar 6. Rangkaian pengendali on-off lampu penerangan papan reklame
(a) (b)
Gambar 7. Rangkaian kontrol timer (a) 6 jam (b) 12 jam

## D. Direct Digital Synthesis (DDS)
Dalam teknik direct digital synthesis atau biasa dikenal dengan nama teknik lookup table . Gelombang sinusoida dalam bentuk lookup table dihasilkan dari data-data nilai amplitudo
p-ISSN 1411-8890 e-ISSN 2541-4518
tegangan sinusoida dalam satu siklus gelombang. Duty cycle PWM di bangkitkan dari nilai-nilai amplitudo pada data lookup table sehingga perubahan pola data pada lookup table akan memengaruhi perubahan duty cycle PWM . Dalam penelitian ini frekuensi switching yang digunakan sebesar 2500 Hz de- ngan resolusi frekuensi sebesar 1 Hz. Pola sinusoida dalam satu siklus pada inverter ini dibentuk menggunakan 4 buah bagian seperti yang ditunjukan pada gambar 10. Setiap ba- gian pola sinusoida merupakan cermin dari bagian yang lain sehingga akan memperkeil data yang digunakan. Hal ini akan mempengaruhi kapasitas memory pada mikrokontroller yang digunakan menjadi lebih kecil.
Gambar 8. Empat bagian pola sinusoida untuk satu siklus

## III. HASIL PENELITIAN

## A. Hasil Simulasi
Dengan menggunakan software PSIM simulasi rangkaian inverter satu fase telah dilakukan. Parameter-parameter yang di- gunakan dalam simulasi ini diperlihatkan pada Tabel ?? . Bentuk gelombang sinyal pemodulasi berupa gelombang sinusoida de- ngan tegangan sebesar 220 volt seperti yang ditunjukkan seperti Gambar 9, sedangkan bentuk gelombang pembawa inverter satu fase dengan tegangan peak to peak sebesar 440 volt di tujukan pada Gambar 10 (a). Perbandingan antara sinyal tegangan pemodulasi dan sinyal tegangan pembawa menghasilkan bentuk gelombang PWM. Bentuk gelombang PWM yang dihasilkan dapat ditunjukkan seperti pada Gambar 10 (b).
Gambar 9. Bentuk gelombang pemodulasi inverter satu fase
(a)

## (b)
Gambar 10. Bentuk gelombang (a) inversi 1 fase (b) Bentuk gelombang PWM
Bentuk tegangan keluaran pada H bridge inverter masih berupa gelombang kotak dengan lebar duty cycle yang berva- riasi sesuai dengan pola data diskrit gelombang sinusoida pada lookup table . Untuk menghasilkan bentuk tegangan sinusoida murni diperlukan filter yang sesuai dengan frekuensi switching pada inverter satu fase ini. Bentuk gelombang keluaran H bridge inverter dapat ditunjukkan seperti pada Gambar 11 (a), sedangkan bentuk gelombang keluaran setelah melalui filter menghasilkan gelombang sinusoida seperti yang ditunjukkan pada Gambar 11 (b). Dari hasil simulasi tegangan keluaran inverter satu fase pada kontrol tegangan 0 volt menghasilkan tegangan sebesar 223 volt sedangkan tegangan keluaran sebesar 170 volt dihasilkan dari kontrol tegangan sebesar 45 volt ac seperti yang ditunjukkan pada Gambar 11 (c) dan 11 (d). Arus yang dihasilkan pada tegangan 223 volt dengan beban 440 watt sebesar 2,23 A. Pada keluaran tegangan 170 volt dengan beban yang sama menghasilkan arus sebesar 1,7 A. Selisih dari pengontrolan tegangan 0 volt dan 45 volt ini menghasilkan arus sebesar 2 , 23 A − 1 , 7 A = 0 , 53 A seperti yang ditunjukkan Gambar 11 (e) dan 11 (f).

## IV. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil simulasi yang telah dilakukan, desain inverter satu fase ini laik diimplementasikan pada sistem yang sebenarnya. Dengan menggunakan pengaturan pengendalian on dua kondisi dihasilkan pengurangan daya sebesar 116,6 watt atau dengan kata lain efisiensi sebesar 26,5%.

## D AFTAR P USTAKA
[1] Antonov and Natalinus, Pengaruh perubahan tegangan sumber terhadap karakteristik faktor daya pada lampu hemat energi, Jurnal Teknik Elektro ITP , vol. 2, no. 1. 2013.
[2] A. S. Indhana, Rancang bangun alat untuk perbaikan faktor daya pada beban dinamis 1 fase dan monitoring daya dengan LCD grafik. Teknik Elektro Industri. PENS-IT , Surabaya. 2014.
Turahyo, Desain Inverter Satu Fase Menggunakan Metode DDS Dalam Upaya Efisiensi Daya Papan Reklame
(a) (b) (c) (d) (e) (f)
Gambar 11. Bentuk luaran gelombang (a) H bridge inverter (b) H bridge inverter setelah filter (c) inverter 0 volt (d) inverter 45 volt (e) Arus pada tegangan 223 volt dengan beban 440 watt (f) Arus pada tegangan 170 volt dengan beban 440 watt
[3] Syacan Ahmad and Nasir Abdul, Perbaikan faktor daya pada saluran rumah 2200 VA dilengkapi dengan display dan penstabil tegangan. Teknik Elektro Industri. PENS-IT , Surabaya. 2014.
[4] M. Islam. S. M and Sharif. G. M, Microcontroller Based Sinusoidal PWM Inverter for Photovoltaic Application, International Conference on the Developments in Renewable Energy Technology (ICDRET) . pp. 1-4. 2009.
[5] Variath, R. C., Andersen, M. A. E, Nielsen, O. N., and Hyldgard, AA Review of module inverter topologies suitable for photovoltaic systems, IPEC Conference Proceedings , pp. 310-316. 2010.
[6] Sidik,Y., Wijaya F.D and Firmansyah, E. Sinusoidal pulse width modu- lation berbasis lookup table untuk inverter satu fase menggunakan 16-bit
digital signal controller, JNTETI , Vol. 2, No. 2, pp. 47-50. 2013.
[7] Wijaya F. D and Firmansyah Eka, Sistem kendali daya aktif untuk inverter satu fase yang terintegrasi dengan jaringan distribusi 220 Vrms. JTETI UGM, 2012.
[8] Zarory Hilman, Kendali penyimpan energi listrik untuk aplikasi mikro- grid. JNTETI UGM, 2014.
[9] Tajuddin, M and Ismail, B. Implementation of DSP based SPWM for single fase inverter, in Power Electronics Electrical Drives Automation and Motion (SPEEDAM),” 2010 International Symposium on , pp. 1129 1134. 2010.