http://ejournal.unp.ac.id/index.php/jtev/index
Volume 06  Number 01  2020 ISSN: 2302-3309
Received February 10, 2020; Revised February 11, 2020; Accepted February 12, 2020

## Rancang  Bangun Inverter Satu  Fasa  Dengan  Dengan  Modulasi Lebar Pulsa PWM Menggunakan Antarmuka Komputer

## David Nugraha, Krismadinata
1 Teknik Elektro, 2 Universitas Negeri Padang davidnugraha02@gmail.com

## Abstrak
Energi  alternatif  yang  berkembang  pada  saat  ini  dapat  kita  manfaatkan  dalam kehidupan sehari hari. Untuk memanfaatkan energi tersebut kita menggunakan sebuah Inverter . Inverter sendiri dapat merubah tegangan DC menjadi  AC. Dalam artikel ini penulis membuat Inverter bertujuan untuk memanfaatkan sumber tegangan DC untuk menggerakan  motor  induksi  satu  fasa.  Inveter  yang  penulis  buat  menggunakan  H- Bridge Mosfet yang  dihubungkan  dengan Gate  Drive sebagai  pengaman  antara rangkaian kontrol dan rangkaian daya. Metoda yang penulis gunakan dalam artikel ini menggunakan metoda SPWM dengan mengatur lebar pulsanya. SPWM adalah bentuk gelombang keluaran dari Inverter tersebut membentuk gelombang sinus. Visual Basic digunakan  sebagai  antarmuka  dalam  penelitian  ini. Inverter yang  dibuat  dapat merubah  tegangan  DC  menjadi  AC  yang  dapat  digunakan  sebagai  supply  tegangan untuk berbagai beban AC.

## Abstract
Alternative energy that is developing at this time can be utilized in our daily lives. To utilize this energy we use an Inverter. The Inverter itself can change the DC voltage to AC. In this article the author makes an Inverter aimed at utilizing a DC voltage source to  drive  a  single  phase  induction  motor.  The  inveter  that  I  made  uses  the  H-Bridge Mosfet  which  is  connected  to  the  Gate  Drive  as  a  safety  between  the  control  circuit and the power circuit. The method that I use in this article uses the SPWM method by adjusting the pulse width. SPWM is the Output waveform from the Inverter forming a sine wave. Visual Basic  is used as an interface in this study. Inverters that are made can convert DC voltage into AC which can be used as a supply voltage for various AC loads.
Keywords: Inverter , Gate Drive , SPWM, Visual Basic

## PENDAHULUAN
Dalam kehidupan modern saat ini energi listrik merupakan energi yang sangat dibutuhkan [1]. Energi listrik tersebut dapat kita peroleh dari energi alternatif yang berkembang pada saat ini  sehingga  dapat  kita  manfaatkan  dalam  kehiduapam  sehari  hari.  Untuk  memanafatkan energy alternative tersebut kita membutuhkan sebuah alat yaitu Inverter .
Inverter sendiri  dapat  diartikan  sebagai  alat  untuk  merubah  tegangan  DC  menjadi  AC Dimana keluaran Inverter tersebut kita dapat merubah besaran frekuensi dan tegangannya.
Dari  bentuk  gelombang  yang  dikeluarkan Inverter dapat  berupa  gelombang  yang membentuk kotak, gelombang sinus modifikasi dan gelombang sinusoidal [2]
Pada sebuah Output Inverter mempunyai distorsi harmonisa yang sangat besar, karna itu kita  harus  meminimalkan  total  distorsi  harmonik  tersebut  agar  kerja  dari Inverter tersebut lebih maksimal [3].

## TEORI DASAR
a. Inverter
Inverter adalah  perlatan  elektronik  untuk  menghasilkan  tegangan  bolak  balik dengan  masukan  tegangan  searah,  dengan  frekuensi  sebesar  50Hz,  sehingga  dapat menghasilkan  pwm  dengan switching tegangan  tinggi  dengan  membandingkan  sinyal sinusoidal dengan sinyal segitiga [4].
b. Inverter satu fasa
Inverter satu  fasa  penulis  buat  mempunyai  empat  saklar  yang  di  rangkai  H- Bridge yang memiliki waktu pengoperasian yang berbeda.
Gambar 1. Rangkaian H-Bridge
Dari  gambar  diatas  dapat  kita  lihat  bentuk  penyaklaran  dari    H-Bridge  saat  s1 dan  s2  on  maka  s3  dan  s4  off  begitu  juga  sebaliknya.  Bekerjanya  H-Bridge  diatur dengan memasukan sinyal PWM.
c. Mosfet Mosfet merupakan  salah  satu  jenis  FET, Mosfet memiliki  tiga  buah  kaki konduktor, yaitu kaki pertama atau ujung atas dinamakan drain, kaki kedua dinamakan source,  dan  kaki  ketiga  dinamakan  gate.  Pada  sisi  kanan  dan  kiri Mosfet mempunyai implant  semikonduktor    yang  berbeda  di  setiap  sisinya.  Terminal  pada  kedua  sisi implant tersebut  terhubung pada sebuah gate. Yang membedakan Mosfet dengan FET- FET lainnya  terletak  pada  gate,  karena  gate  yang  terdapat  pada Mosfet diisolasi  oleh bahan oksida. Gate sendiri terbuat dari bahan metal seperti alumunium. Karakteristik  dari  sebuah Mosfet sama  dengan  transistor,  tetapi Mosfet lebih tahan  dari  sebuah  gangguan.  Untuk  pengendalian  komutasi  pada  transistor  dilakukan dengan  arus  base,  sedangkan Mosfet terdapat  pada  tegangan  gate  untuk  melakukan pengendalian komutasi.
d. Sinusoidal Pulse Widht Modulation
Untuk  menghasilkan  gelombang  pulsa,  menggunakan  rangkaian  SPWM    yang dapat disetting  sesuai dengan perubahan gelombang yang digunakan berupa gelombang
sinusoidal. Dalam sistem ini  membandingkan Vreference dengan  gelombang Vcarrier digunakan komparator.
SPWM memiliki prinsip kerja dengan mengatur lebar pulsa yang mengikuti pola gelombang  sinusoidal.    Komparator  digunakan  untuk  membandingkan  gelombang sinusoidal  dan  gelombang  segitiga.  Jika  nilai  tegangan  sinusoidal  lebih  besar  dari tegangan  segitiga  maka Output komparator    akan  bernilai  1  ( high ).  Namun  jika tegangan  sinusoidal  lebih  kecil  dari  tegangan  segitiga  maka Output komparator    akan bernilai 0 ( low ).  Berikut gambar skema pembentukan sinyal SPWM.

## Gambar 2. Skema Pembentukan Sinyal SPWM
Memodulasi  sinyal carrier yaitu  digunakan  sinyal  sinus  dengan  amplitudo  dan frekuensi  maksimum.  Sebagai  gelombang carrier ,  gelombang  pemodulasi  (sinyal sinus) tidak boleh lebih besar daripada frekuensi sinyal segitiga. Perbandingan antara amplitudo  gelombang  sinusoida  dengan  gelombang  segitiga  disebut  indeks  modulasi amplitudo. Dapat dilihat pada gambar dibawah bentuk gelombang SPWM.

## Gambar 3. Bentuk Gelombang SPWM
Pada  sinyal  SPWM,  frekuensi  keluaran Output Inverter tergantung  frekuensi  sinyal referensi. Misalkan frekuensi sinyal referensi 50 Hz, maka frekuensi Output tegangan
Inverter akan bernilai 50 Hz. Frekuensi sinyal carrier akan disebut sebagai frekuensi switching . Faktor distorsi dan faktor harmonisa orde rendah dapat kita kurangi dengan menggunakan metoda SPWM.

## e. SPWM Switching Bipolar
SPWM  dengan  tegangan switching bipolar  terdiri  dari  sebuah  komparator  yang membandingakan sinyal tegangan referensi dengan sinyal segitiga.
Gambar 4. SPWM Dengan Switching Tegangan Bipolar

## f. SPWM Switching Unipolar
SPWM  dengan  tegangan switching unipolar    membutuhkan  dua  komparator  untuk membandingkan sinyal segitiga dan dua  sinyal  referensi  yang terdiri dari sinyal positif dan negatif.
Gambar 5. SPWM Dengan Switching Tegangan Unipolar
Dalam  skema  unipolar  tegangan switching ,  amplitudo  harmonik  signifikan  jauh  lebih rendah untuk semua indeks modulasi sehingga filtrasi lebih mudah, dengan ukuran yang jauh lebih kecil antara 0 dan –VDC. Berbda dengan bipolar switching dimana tegangan Output berulang antara VDC dan –VDC
g. Motor Induksi Satu Fasa
Motor  induksi  satu  fasa  dapat  diartikan  sebagai  motor  yang  dijalankan  dengan tegangan  bolak  balik  atau  AC.  Puturan  rotor  dari  motor  tersebut  tidak  sama  dengan putaran  medan  stator,  karna  terdapat  slip  atau  selisih.    Motor  induksi  satu  fasa  dapat digunakan  dengan  kondisi  daya  yang  rendah  namun  kecepatan  yang  relatif  konstan. Kontruksi  dari  motor  satu  fasa  cukup  sederhana  dan  umumnya  digunakan  pada peralatan  domestik.  Motor  satu  fasa    tidak  bisa  melakukan  pengasutan  sendiri  tanpa pertolongan alat bantu dan juga efisiensi dari motor tersebut yang cukup rendah
Kontruksi  Motor  induksi  satu  fasa  terdiri  dari  dua  buah  bagian  utama  yaitu bagian  rotor  dan  bagian  stator.  Diantara  stator  danrotor  terdapat  celah  untuk  udara  . rotor  adalah  bagian  yang  berputar  dari  sebuah  motor  yang  terdapat  lilitan  tembaga dalam  rotor  tersebut.  Sedangkan  stator  adalah  bagian  yang  diam  atau  rangka  pada sebuah motor tempat rotor terpasang.
h. Mikrokontroler Atmega 328
Arduino adalah sebuah board mikrokontroler dengan desain skematik dan PC B yang  memiliki  open  source,  shingga  kita  dapat  menggunakannya  maupun  melakukan modifikasi.  Untuk  memprogram  dan  menjalankan Arduino kita  memerlukan software arduiono IDE untuk mengupload program tersebut ke Arduino . Board Arduino menggunakan  Chip/IC  mikrokontroler  dimana  pada  artikel  ini menggunakan  ATMega328.  Operasi  berbasis  waktu  dapat  dilaksanakan  dengan  tepat dikarenakan terkandungnya mikroprosesor serta kelengkapan dengan oscillator 16MHz serta regulator atau supply sebesar 5 volt.
Gambar 6. Board Arduino
i. Gate Drive
Gate Drive berfungsi sebagai penguat tegangan dan arus pada gelombang pulsa yang  akan  dihubungkan  ke  gate  sebuah Mosfet sehingga  gelombang  pulsa  yang  akan menjadi  pemicu  aktifnya Mosfet dapat  memenuhi  syarat  untuk  mengaktifkan  gate Mosfet .  Selain  itu Gate  Drive juga  befungsi  sebagai  isolasi  dan  pengaman  antara rangkaian daya dan kontrol
j. Visual Basic
Visual  Basic atau  VB  merupakan  program  yang  akan  berjalan  jika  pemakai memberikan respon dengan mengklik atau menekan mouse dan memulai yang ada pada tampila layar VB tersebut.  Bahasa pemograman  dari Visual Basic adalah pemograman windows yang berbasis  GUI ( Graphical User  Interface ).  Sifat  bahasa pemogramannya adalah Event driven . Saat event terjadi maka kode yang berhubungan dengan event akan dijalankan. Visual  Basic mempunyai  suatu  jendela  yang  luas  sebagai  ruang  kerjanya. Pembuatan  aplikasi  dalam Visual  Basic kita  harus  memulai  dengan  memikirkan kebutuhan, merancang skema dan dilanjutkan dengan coding untuk program tersebut.
Gambar 7. Tampilan Visual Basic

## METODE PENELITIAN
a. Rancangan
Sebelum  membuat  sebuah  alat  kita  memerlukan  sebuah  rancangan  untuk menentukan komponen yang akan digunakan. Rancangan terebut dapat kita lihat dalam sebuah blok diagram untuk melihat masukan dan keluaran dari alat yang dibuat.

## Gambar 8. Blok Diagram
Dari  blok  diagram  tersebut  dapat  dilihat Inverter yang  akan  di  buat  menggunakan PC (komputer) sebagai interface dan pengontrolan frekuensi dan tegangannya.
Cara  kerja  alat  ini  dimulain  dengan  menghubungkan arduio  uno dan mengkoneksikan  nya  pada  sebuah  PC  (komputer)  yang  telah  terinstal  software  visual studio.  Setelah Arduino terkoneksi  dengan  PC,  nyalakan  power  suplay  untuk menghidupkan Gate  Drive . Power  Pack yang  sudah  dihubungkan  dengan  H-Bridge Mosfet perlahan  dinaikan  tegangannya  dengan  batas  maksimal  220  VDC.  Setelah  H- Bridge mendapatkan suplay tegangan dari Power  Pack , barulah set  bar  yang ada pada PC dinaikan perlahan sampai batas yang telah ditentukan.
b. Flowchart Dalam  memudahkan  dalam  memahami  langkah  kerja  dari  alat  yang  dibuat digunakan flowchart dalam perancangan ini.
Gambar 9. Flowchart

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Ada beberapa pengujian yang dilakaukan dalam artikel ini.
1. Pengujian catu daya
Pengujian  pada  catu  daya  dilakukan  untuk  melihat  apakah  catu  daya  dapat bekerja dengan baik untuk menyuplai tegangan pada mikrokontroler dan Gate Drive .
Tabel 1. Pengukuran catu daya
No Parameter pengukuran Nilai 1 Tegangan Sumber Utama 220 VAC 2 Tegangan keluaran
Catu Daya 11,98 VDC 3 Tegangan keluaran Buck-Boost 5,0 VDC
Dari  hasil  pengukuran  yang  telah  dilakukan  didapatkan  tegangan  keluaran  dari catu daya 11,98 VDC dan 5 VDC pada keluaran Buck-Boost untuk. Dari hasil tersebut terdapat error yang masih batas toleransi.
2. Pengujian Mikrokontroler Atmega 328
Pengujian  pada  Mikrokontroler  dilakukan  untuk  melihat  tegangan  pada  logika low dan high pada Mikrokontroler tersebut.
Tabel 2. Penujuan mikrokontroler Logika Port Tegangan pada pin I/O Low ( 0 ) 0,0261 V High ( 1 ) 4,3V
Bedasarkan hasil pengukuran  yang dilakukan didapatkan mikrokontroler  dalam keadaan lohika low tegangan yang dihasilkan 0,0261V dan logika High 4,3 V 3. Pengujian Gate Drive
Tabel 3. Pengujian keluaran Gate Drive A B High Low High Low 2,52 1,56 2,51 1,59
Gambar 10. Gelombang keluaran Gate Drive
Dari hasil pengukuran dan bentuk gelombang yang dihasilkan Gate Drive yang akan diteruskan  ke  G ate Mosfet .  Gelombang  yang  dikeluarkan  dari Mosfet tersebut memperlihatkan gelombang high dan low yang akan menjadi setengah sinus positif, dan setengan sinus negatif.
4. Pengujian Mosfet
Pengujian Mosfet bertujuan apakah Mosfet dapat bekerja dengan baik.
Tabel 4. Pengujian Mosfet Vin Tanpa Filter Dengan Filter 150V 89,5 V 87,5 V
Gambar 12. Bentuk gelombang menggunakan resistor
Berdasarkan tabel diatas dapat kita lihat hasil dari pengukuran pada rangkaian Mosfet terdapat  perbedaan  pada  pengukuran  sebelum  dan  sesudah  filter.  Perbedaan saat  dengan  filter  dan  tanpa  filter  tersebut  dikarnakan  filter  tersebut  mempengaruhi tegangan  keluaran  sehingga  terjadi  penurunan  tegangan.  Sedangkan  pada  gambar yang  diberi  beban  resistor  terlihat  bentuk  gelombang    yang  menyerupai  seperti gelombang sinus.

## 5. Pengujian Rangkaian Keseluruhan
Dalam  melakikan  pengujian  pada  rangkaian  keseluruhan  pada Inverter ini diberikan tegangan Input DC 200 VDC dan Duty Cycle 50%. Beban yang digunakan adalah motor induksi satu fasa. Dalam pengujian ini dapat kita lihat apakah frekuensi dapat mempengaruhi kecepatan motor yang akan kita gunakan sebagai beban.
Tabel 5. Pengujian dengan beban motor V in  Frekuensi Duty Cycle V Out Arus RPM 200 20Hz 50% 22,5 0,3 1800 200 30Hz 50% 26,2 0,3 2022 200 40Hz 50% 30,8 0,3 2140 200 50Hz 50% 34,8 0,3 2307 200 60Hz 50% 36,6 0,3 2375
Tabel 6. Bentuk gelombang dan tampilan VB 20 Hz 30 Hz 40 Hz
50 Hz 60 Hz
Dari  tabel  diatas  dapat  kita  lihat  perubahan  kecepatan  motor  dengan  mengatur frekuensi  pada  software Visual  Basic . Output yang  dihasilkan  juga  berbeda  seiring  dengan perubahan frekuensi.
Untuk  mengatur  frekuensi  dan Duty  Cycle penulis  menggunakan  software  visual studio  2012.  Disini  memang  terdapat  perbedaan  hasil  pengukuran  melalui  alat  ukur  denga pembacaan  sensor  yang  ditampilkan  pada Visual  Basic ,  karena  resolusi  pada  sensor-sensor yang digunakan sangat kecil, sehingga pembacaan arus dan tegangan pada sensor tidak begitu tepat

## PENUTUP
Dari Inverter yang  telah  dibuat  masih  banyak  terdapat  kekurangan. Inverter tersebut sudah  dapat  mengatur  kecepatan  motor  induksi  satu  fasa  dengan  merubah  frekuensi  dan tegangan Output dari sebuah komputer melalui software visual studio.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  Aliyan,  Lalu  Riza,  dkk.  (2014).  “Desain Inverter Tiga  Fasa  dengan  Minimum  Total  Harmonic  Distortion Menggunakan Metode SPWM”
[2]  Sianturi,  George  PM  dan  Krismadinata.  “RANCANG  BANGUN INVERTER SATU  FASA MENGGUNAKAN METODA SPWM (Sinusoidal Pulse Witdh Modulation)”.Padang: Universitas Negeri Padang.
[3]  Tauhid,  Barqie.  (2017).  “Perancangan Inverter Satu  Fasa  PWM  dengan  Teknik  Eliminasi  Harmonisa”.
Pontianak: Universitas Tanjungpura Pontianak.
[4]  Pangabean  Subastian  Yusuf.  (2017).  “Rancang  Bangun Inverter Satu  Fasa  Menggunakan  Teknik  High Voltage Pwm (Pulse Width Modulation)”. Bandar Lampung: Universitas Lampung.
[5]  Andriyanto,  Heri  dan  Aan,  Darmawan.  (2016).  “ Arduino  Belajar  Cepat  dan  Pemrograman ”.  Bandung: Informatika Bandung.
[6] Asnil. 2009. Harmonik Pada Inverter . Jurnal Inovasi Vokasional dan Teknologi. Vol. 10, No.2
[7]  Harahap  Partaonan.  (2018).  “Harmonisa  Pada  Rangkaian Inverter Satu  Fasa”.  Medan:  Universitas Muhammadiyah Sumatera Utara
[8]  Desiwantiyani,  Novita  dan  Firmansyah  Nur  Budiman.  “Rancang  Bangun Inverter SPWM”.  Yogyakarta: Universitas Islam Indonesia.
[9] Rashid, Muhammad. (2017). “Power Electronics Handboock ”. Florida: Butterworth Heineman
[10] Rashid, Muhammad. (2001). Power Electronics Handbook . USA: ACademic Press
[11] Hidayat, Fitrah dan Krismadinata. (2019). “Rancang Bangun VVVF Inferter 3 Fasa Untuk  Operasi Motor Induksi Tiga Fasa Dengan Antarmuka Komputer”. Padang: Universitas Negeri Padang.
[12]  Saputra  Ardyan,  Rofiq  Ainur,  Dkk.  “Rancang  Bangun Inverter Satu  Phase  Sebagai  Penggerak  Motor Induksi Satu Phase”. Surabaya: Institut Teknologi Sepuluh Nopember.
[13]  Sidik,  Fajar  Yohana,  Dkk.  (2013).  “Sinusoidal  Pulse  Width  Modulation  Berbasis  Lookup  Table  Untuk
Inverter Satu Fase Menggunakan 16-Bit Digital Signal Controller”
[14]  Vishay.  (2017). IRFP460,  SiHFP460  Datasheet dalam http://www.vishay.com/docs/91237/91237.pdf . Diunduh pada 27 Desember 2018.
[15] W. Hart, D . “Power Electronic” . McGraw-Hill Companies, New York, 2011.

## Biodata Penulis
David  Nugraha , Lahir di Padang 02 Maret 1996. Menyelesaikan program  studi DIV Teknik Elektro Industri di Jurusan Teknik Elektro Universitas Negeri Padang.
Krismadinata Lahir di Padang 11 September 1977. Menyelesaiakan studi S1 di Universitas Andalas, S2 di Institut Teknologi Bandung, dan S3 di Universitas Malaya.