Teknologi Inverter untuk Aplikasi Energi Terbarukan Eka Firmansyah Jurusan Teknologi Teknik Elektro dan Teknologi Informasi Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada

Pokok Bahasan Definisi Prinsip kerja Contoh Topologi Circuit Sederhana Half-Bridge Full-Bridge Push-pull Multilevel Circuit Sederhana Catatan-catatan

Inverter is not rocket science Inverter is not rocket science! Make it Experience it Excel about it (kaizen spirit)

Definisi Inverter Piranti pengubah arus searah (DC) menjadi arus bolak-balik. Merupakan kebalikan dari rectifier. = Sumber tegangan Sumber arus Pengaturan frequensi Pengaturan tegangan ~

Topologi Dasar Berbasis DC-chopper Tegangan yang dihasilkan selalu lebih rendah dari tegangan sumbernya Less-Switches Less power Half Bridge C1 S1 Half Bridge Vs +Vs C2 S2 +1/2Vs t Full Bridge S1 S3 +1/2Vs Vs +Vs S2 S4 More-Switches More power Full Bridge

Topologi Dasar S1 C1 S1 C1 +1/2Vs Vs Vs + + C2 S2 C2 S2 +1/2Vs (a) (b) Half-wave S1 S3 S1 S3 Vs Vs + + S2 S2 S4 S4 (a) (b) Full-wave

Topologi Dasar Push-pull Sederhana  Banyak ditemui di pasaran Vs NP: NS S1 S2 Vo_max=Vs*Ns/Np Bsat+ H Bsat- Push-pull Sederhana  Banyak ditemui di pasaran Bila terjadi walking effect Gelombang keluaran terdistorsi Over-current Memerlukan transformee frekuensi rendah  ukuran besar, berat, mahal  bisa dibuat sendiri

Inverter Sumber-Tegangan 3-fase (3-phase Voltage Source Inverter) Topologi Dasar Inverter Sumber-Tegangan 3-fase (3-phase Voltage Source Inverter)

Switch Realization MOSFET IGBT GTO Consideration Discrete Module Switching speed Power level Topology

Do It Yourself Sebuah Microcontroller  Membangkitkan sinyal kontrol Gate driver 74C14 Transistor—totem pole Special gate driver MOSFET Travo You have made your own inverter for your renewable energy project. Vs NP: NS S1 S2 Vo

Isu pada Topologi Dasar Umumnya, setiap inverter selalu memerlukan converter Kecuali pada topologi-topologi khusus tertentu, Isu sekitar harmonik, Isu terkait effisiensi, MPPT algorithm untuk aplikasi renewable energy, Isu disekitar implementasi sirkuit Reverse recover dari body-diode pada MOSFET, Current tail pada IGBT, Permasalahan global pada jaringan listrik Bila akan melakukan koneksi ke grid Terkait standar dan keamanan.

Inverter Memerlukan Konverter? Inverter  Buck-derived topology Puncak tegangan keluaran sedikit dibawah nilai teganan masukan Converter regulasi tegangan DC Menyediakan output tegangan yang sesuai Fungsi isolasi Energy Source dc/dc Converter Isolated/ Non-isolated dc/ac inverter Isolated/ Non-isolated load

Harmonics

Harmonics - +

Harmonics SPWM Sinusoid Conventional

Masalah dari Harmonic Riple torque  pada motor Losses tambahan  motor dan jaringan listrik Proximity effect Skin effect Core loss Kegagalan isolasi di/dt atau dv/dt Hot spot  merusak isolasi

Mengatasi Harmonic Filtering  mahal dan besar Teknik switching spesial SPWM & Pola switching lain Switching freq. tinggi  harmonic berkurang Losses tambahan (switching loss) Multilevel converter Switching loss dapat dikurangi Memerlukan banyak semiconductor

Note : Switching Loss

Multilevel Converter V/n V/n V/n Vo V/n V/n V/n Prinsip Dasar Vo V/n V/n V/n Prinsip Dasar 3-phase 2-level VSI THD yang rendah, Effisiensi yang tinggi, Sesuai untuk daya tinggi, Perlu lebih banyak switch, Permasalahan teknis lain (kontribusi anda sangat diperlukan)

Multilevel Converter

MPPT Algorithm Applicable untuk solar dan wind power Menempatkan sumber tenaga pada titik maksimal kemampuan menghasilkan energinya,

Body-Diode Reverse Recovery

IGBT Current Tail

Koneksi Grid Islanding  anti-islanding algorithm Stabilitas  komunikasi dengan jaringan Standar  Standar yang mana? Isu ekonomi, politik, keamanan jaringan Mis : Inverter di US harus menggunakan isolasi sedang di Jepang dan Eropa tidak. Perlu penelitian lebih lanjut dengan aspek jaringan listrik.

Kata Penutup Inverter  piranti yang penting dikuasai dari sisi perancangan hingga produksi  Untuk mencapai pemenuhan kebutuhan listrik berbasis energi terbarukan. Tidak terlalu kompleks  Penting untuk memiliki pengalaman merancang, membuat, mengoperasikan  Konsep KAIZEN. Sebelum menjadi pasar yang potensial, pemerintah Indonesia perlu sesegera mungkin menetapkan standar terkait untuk perlindungan: Konsumen, Jaringan listrik, Industri dan Dunia penelitian dalam negri. Akan sangat bermanfaat bila dibentuk forum diskusi mengenai inverter  Memanfaatkan dunia maya maupun melembaga secara formal.