Teknologi Inverter untuk Aplikasi Energi Terbarukan

1. Teknologi Inverteruntuk Aplikasi Energi Terbarukan Eka Firmansyah Jurusan Teknologi Teknik Elektro dan Teknologi Informasi Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada

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

3. Inverter is not rocket science!Make itExperience itExcel about it(kaizen spirit)

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

5. 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 S1 S3 +1/2Vs Full Bridge Vs +Vs S2 S4 More-Switches More power Full Bridge

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

7. NP: NS S1 Vs Vo_max=Vs*Ns/Np S2 Topologi Dasar B • 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 Bsat+ H Bsat-

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

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

10. NP: NS S1 Vs Vo S2 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.

11. 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.

12. 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

13. Harmonics

14. - + Harmonics

15. Harmonics SPWM Sinusoid Conventional

16. 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

17. 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

18. Note : Switching Loss

19. Multilevel Converter • THD yang rendah, • Effisiensi yang tinggi, • Sesuai untuk daya tinggi, • Perlu lebih banyak switch, • Permasalahan teknis lain (kontribusi anda sangat diperlukan) V/n V/n V/n 0 Vo V/n V/n V/n Prinsip Dasar 3-phase 2-level VSI

20. Multilevel Converter

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

22. Body-Diode Reverse Recovery

23. IGBT Current Tail

24. 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.

25. 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.