Click here to load reader

UNIVERSITAS INDONESIA PENGKONDISI TEGANGAN lib.ui.ac.id/file?file=digital/20315696-T 31603-Pengkondisi... · PDF fileTenaga Bayu (PLTB) dan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH)

  • View
    222

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of UNIVERSITAS INDONESIA PENGKONDISI TEGANGAN lib.ui.ac.id/file?file=digital/20315696-T...

UNIVERSITAS INDONESIA

PENGKONDISI TEGANGAN KONSTAN PADA

PROTON EXCHANGE MEMBRANE FUEL CELL (PEMFC)

HORIZON H-1000 MENGGUNAKAN BUCK CONVERTER

TESIS

KHALIF AHADI

0906578365

FAKULTAS TEKNIK

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

DEPOK

JANUARI 2012

Pengkondisi tegangan..., Khalif Ahadi, FT UI, 2012.

UNIVERSITAS INDONESIA

PENGKONDISI TEGANGAN KONSTAN PADA

PROTON EXCHANGE MEMBRANE FUEL CELL (PEMFC)

HORIZON H-1000 MENGGUNAKAN BUCK CONVERTER

TESIS

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister

KHALIF AHADI

0906578365

FAKULTAS TEKNIK

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

TEKNIK KONTROL INDUSTRI

JANUARI 2012

Pengkondisi tegangan..., Khalif Ahadi, FT UI, 2012.

Pengkondisi tegangan..., Khalif Ahadi, FT UI, 2012.

Pengkondisi tegangan..., Khalif Ahadi, FT UI, 2012.

iv

UCAPAN TERIMA KASIH

Alhamdulillah, atas segala karunia dan petunjuk dari Allah SWT serta

kasih sayang-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan tesis ini.

Penyusunan tesis ini dilakukan dalam rangka memenuhi salah satu syarat untuk

mencapai gelar Magister Teknik Jurusan Teknik Elektro pada Fakultas Teknik

Universitas Indonesia. Penulis menyadari betapa besar dukungan dan bimbingan

dari berbagai pihak, baik dari masa perkuliahan sampai pada penyusunan tesis ini.

Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih yang sangat mendalam

kepada :

1. Bapak Dr. Ir. Feri Yusivar, M.Eng., selaku dosen pembimbing yang telah

menyediakan waktu, tenaga dan pikiran dalam mengarahkan penulis

dalam penyusunan tesis ini.

2. Dosen-dosen yang telah mengajarkan ilmu yang sangat bermanfaat.

3. Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral atas dukungan dana dan

kesempatan yang diberikan.

4. Kedua orang tua dan adik-adik atas doa dan dorongannya.

5. Sahabat-sahabat yang selalu ada setiap saat.

Dan semoga tesis ini membawa manfaat bagi pengembangan ilmu

pengetahuan.

Depok, Januari 2012

Penulis

Pengkondisi tegangan..., Khalif Ahadi, FT UI, 2012.

Pengkondisi tegangan..., Khalif Ahadi, FT UI, 2012.

vi

Universitas Indonesia

ABSTRAK

Nama : Khalif Ahadi

Program Studi : Teknik Elektro

Judul : Pengkondisi Tegangan Konstan Pada Proton Exchange

Membrane Fuel Cell (PEMFC) Horizon H-1000 Menggunakan

Buck Converter

Tesis ini bertujuan untuk melakukan pengembangan metode perlakuan terhadap

tegangan keluaran sistem fuel cell yang cenderung berubah seiring perubahan

beban agar mampu bertahan pada nilai yang relatif konstan. Hal ini dilakukan

dengan menambahkan suatu DC-DC converter berupa buck converter pada

keluaran fuel cell sebelum diubah menjadi tegangan AC oleh inverter. Hasil uji

coba menunjukkan tegangan keluaran sistem menjadi relatif tetap pada tegangan

12,4 volt +2,5% saat diberi beban yang berfluktuasi jika dibandingkan dengan

tegangan keluaran fuel cell itu sendiri.

Kata kunci: pengkondisi tegangan keluaran fuel cell, aplikasi buck converter

Pengkondisi tegangan..., Khalif Ahadi, FT UI, 2012.

vii

Universitas Indonesia

ABSTRACT

Name : Khalif Ahadi

Study Program : Electric Engineering

Title : Constant Voltage Conditioner of Horizon H-1000 Proton

Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) Using Buck Converter

The purpose of this thesis is to conduct method development treatment of output

voltage of fuel cell system, which is tend to change along with load fluctuation, to

be able to withstands on relatively constant value. Its done by adding a buck

converter as a DC-DC converter on fuel cell's output before its changed as AC

voltage by inverter. The experiment result shows that output voltage of the system

is relatively constant on 12.4 volt +2,5% under fluctuated load in comparison with

output voltage from fuel cell it self.

Key word : fuel cells output voltage conditioner, buck converter application

Pengkondisi tegangan..., Khalif Ahadi, FT UI, 2012.

viii

Universitas Indonesia

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL... i

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS .. ii

LEMBAR PENGESAHAN ....... iii

UCAPAN TERIMA KASIH .......... iv

LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH ...... v

ABSTRAK..... vi

ABSTRACT... vii

DAFTAR ISI....... viii

DAFTAR GAMBAR.. ix

DAFTAR TABEL....... xii

1. PENDAHULUAN. 1

1.1. Latar Belakang....... 1

1.2. Tujuan... 6

1.3. Pembatasan Masalah...... 6

1.4. Susunan Penulisan..... 6

2. DASAR TEORI. 7

2.1. Fuel Cell ............ 7

2.2. Prinsip Kerja Fuel Cell ..... 8

2.3. Jenis-jenis Fuel Cell....... 9

2.4. Karakteristik PEMFC ....... 10

2.5. Persamaan Tegangan Keluaran PEMFC........ 11

2.6. PEMFC Horizon H-1000...... 13

2.7. Buck Converter .... 16

3. METODOLOGI PENELITIAN ..... 24

3.1. Perancangan Kebutuhan Perangkat ...... 24

3.2. Pembuatan DC-DC Converter... 27

3.3. Implementasi Sistem . 42

3.4. Uji Coba Sistem .... 43

4. HASIL PENGUJIAN ... 44

4.1. Hasil Uji Kinerja Buck Converter . 44

4.2. Buck Converter Sebagai Pengkondisi Tegangan Keluaran Fuel Cell ... 52

4.3. Perbandingan Perubahan Tegangan Keluaran .. 68

4.4. Evaluasi Hasil Percobaan .............. 70

5. KESIMPULAN ............................................................................................. 71

DAFTAR REFERENSI ................................................................................... 72

LAMPIRAN

Pengkondisi tegangan..., Khalif Ahadi, FT UI, 2012.

ix

Universitas Indonesia

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1. Diagram Blok Pengendalian Aliran Masukan Gas

Hidrogen Terhadap Perubahan Tegangan Keluaran

2

Gambar 1.2. Hasil Uji Pengendalian Aliran Masukan Gas Hidrogen

Terhadap Perubahan Tegangan Keluaran Fuel Cell .

2

Gambar 1.3. Diagram Blok Pengaturan Bukaan Valve Untuk

Melakukan Penghematan Gas Hidrogen .

3

Gambar 1.4. Kurva Karakteristik Tegangan-Arus pada Fuel Cell 4

Gambar 2.1. Prinsip Kerja Fuel Cell 9

Gambar 2.2. Kurva Polarisasi Fuel Cell 13

Gambar 2.3. Bagian-bagian PEMFC H-1000 ... 15

Gambar 2.4. Kurva Polarisasi Perubahan Tegangan terhadap Perubahan

Arus Beban pada PEMFC H-1000 ..

16

Gambar 2.5. Grafik Perubahan Daya terhadap Perubahan Arus Beban

pada PEMFC H-1000 ..

16

Gambar 2.6. Buck Converter 18

Gambar 2.7. Rangkaian Snubber pada Rangkaian Switch MOSFET ... 21

Gambar 3.1. Diagram Blok Perangkat yang Digunakan ... 24

Gambar 3.2. Modul Pembacaan Data pada Program MATLAB ...... 26

Gambar 3.3. Inti Toroid yang Dihitung Permeabilitasnya ........ 29

Gambar 3.4. Konstruksi Pembuatan Induktor ....... 31

Gambar 3.5. Induktor yang dibuat dan Contoh Inti Toroid yang

Digunakan

32

Gambar 3.6. Rangkaian Catu Daya untuk Mensuplai IC Pembangkit

PWM dan Driver MOSFET .

33

Gambar 3.7. Rangkaian Driver untuk MOSFET Tipe P ... 34

Gambar 3.8. Rangkaian IC TL494 Sebagai Pembangkit PWM 35

Gambar 3.9. Bentuk Gelombang Tegangan VCE dan Arus IE Pada

Switch ..

36

Gambar 3.10. Bagan Pengukuran Tegangan VCE dan Arus IE . 37

Gambar 3.11. Rangkaian Snubber Pada Buck Converter ... 38

Gambar 3.12. Bentuk Gelombang Tegangan VCE dan Arus IE pada

Switch Saat Menggunakan Snubber Dengan Nilai

Kapasitor 100nF dan Resistor 100

38

Gambar 3.13. Bentuk Gelombang Tegangan VCE dan Arus IE pada

Switch Saat Menggunakan Snubber Dengan Nilai

Kapasitor 330nF dan Resistor 100

39

Gambar 3.14. Diagram Blok Uji Coba Buck Converter . 41

Gambar 3.15. Peralatan Yang Digunakan Untuk Uji Coba Sistem Fuel

Cell ...

42

Gambar 4.1. Diagram Blok Uji Coba Sistem Fuel Cell .... 44

Gambar 4.2. Pengaruh Penambahan Tegangan Masukan Terhadap

Tegangan Keluaran pada Buck Converter yang Dibuat Saat

Tanpa Beban .

45

Pengkondisi tegangan..., Khalif Ahadi, FT UI, 2012.

x

Universitas Indonesia

Gambar 4.3. Pengaruh Pengurangan Tegangan Masukan Terhadap

Tegangan Keluaran Buck Converter Saat Tanpa Beban ..

46

Gambar 4.4. Pengaruh Perubahan Tegangan Masukan Terhadap

Tegangan Keluaran Buck Converter Saat Diberi Beban ..

47

Gambar 4.5. Pengaruh Penambahan Beban Hingga Arus Keluaran

Dapat Mencapai Spesifikasi Desain 60 A pada Tegangan

Keluaran Buck Converter .

48

Gambar 4.6. Daya Input dan Daya Output serta Efisiensi Daya Saat

Perubahan Tegangan Masukan .

49

Gambar 4.7. Pengaruh Perubahan Beban Terhadap Efisiensi Buck

Converter ..

50

Gambar 4.8. Noise dan Ripple Pada Tegangan Keluaran Saaat Uji

Kinerja Buck Converter Yang Dibuat ..

51

Gambar 4.9. Diagram Blok Uji Coba Sistem Fuel Cell 52

Gambar 4.10. Data Hasil Pengujian Buck C