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 – Half-Bridge – Full-Bridge – Push-pull – Multilevel • Circuit Sederhana • Catatan-catatan

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 C 1 S 1 V s +V s C 2 S 2 +1/2V s t V s S 1 S 3 +1/2V s +V s S 2 S 4 Full Bridge More-Switches More power

V s C 1

Topologi Dasar

S 1 C 1 +1/2V s + V s C 2 S 2 C 2 + +1/2V s (a) (b) Half-wave S 1 S 2 V s S 1 S 2 (a) S 3 + S 4 V s Full-wave S 1 + S 2 (b) S 3 S 4

S 1 V s

Topologi Dasar

B N P : N S V o_max =V s *N s /N p B sat+ H S 2 B sat • Push-pull – Sederhana  • Over-current Banyak ditemui di pasaran – Bila terjadi walking effect • Gelombang keluaran terdistorsi – Memerlukan transformee frekuensi rendah besar, berat, mahal  bisa dibuat sendiri  ukuran

Topologi Dasar

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

Switch Realization

• MOSFET • IGBT – Discrete – Module • GTO • Consideration – Switching speed – Power level – Topology

D

o

I

t

Y

ourself

• 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.

S 1 V s N P : N S V o S 2

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  – Puncak tegangan keluaran sedikit dibawah nilai teganan masukan • Converter Buck-derived topology – 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

+

Sinusoid

Harmonics

Conventional SPWM

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

0 V/n V/n V/n V/n V/n V/n V o 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  • Standar  komunikasi dengan jaringan 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 pemenuhan kebutuhan listrik berbasis energi terbarukan.

• Tidak terlalu kompleks   Untuk mencapai 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.