STUDI KOMPARASI PENGONTROLAN ARUS MASUKAN PADA PENYEARAH PWM TIGA-FASA DENGAN TIGA SAKLAR DAN DUA SAKLAR

Transkripsi

1 UDI KOMPAAI PNGOLAN AU MAUKAN PADA PNYAAH PWM IGAFAA DNGAN IGA AKLA DAN DUA AKLA en aryana 1 dan lamet iyadi 1 Departemen eknik lektro Universitas Jenderal Achmad Yani (UNJANI) Jl. rs. Jenderal udirman PO. BOX 148 imahi eentaryana@unjani.acid.net Mahasiswa 3 eknik lektro IB slamet@konversi.ee.itb.ac.id Abstract A comparative study of input phase currents waveshaping on three phase PWM rectifier is described in this paper. hese two schemes for controlling input phase currents are, the first scheme, using two switches in the same leg operated to track two reference sinusoidal input current and the other, using three switches of three legs to do the same function. Based on the principal operation of three phase PWM rectifier, two scheme control blocks are made. imulation is done to verify the analysis. Key Words: comparative, input current, pwm rectifier, three switches, two switches. Abstrak Pada paper ini, suatu studi komparasi pengontrolan arus masukan pada penyearah PWM tigafasa diusulkan. Dua skema pengontrolan arus input diusulkan. Metoda pertama akan menggunakan dua buah saklar yang terletak pada satu lengan untuk mengendalikan arus masukan mengikuti arus referensi. Kemudian metoda yang kedua menggunakan tiga buah saklar (masingmasing terletak pada lengan yang berbeda) untuk melakukan pengendalian arus fasa masukan. uatu simulasi dilakukan untuk mengetahui akurasi analisis. Kata Kunci : arus input, dua lengan, penyearah pwm, perbandingan,tiga lengan. 1. Pendahuluan Penyearah dioda dan penyearah thyristor yang dikendalikan sudut fasanya masih banyak digunakan dalam aplikasertentu karena faktor kesederhanaan dan biaya yang rendah, tetapi penyearah jenis ini akan mengurangi kualitas daya pada sisi ac masukan yang disebabkan adanya kandungan harmonisa yang masih besar serta faktor daya yang relatif rendah. eknik modulasi lebar pulsa (PWM = pulse width modulation) banyak diterapkan pada aplikasi penyearah. Dengan teknik ini, penyearah akan memiliki unjuk kerja yang lebih baik, di antaranya adalah distorsi arus masukan yang rendah faktor daya yang tinggi filter masukan relatif lebih kecil Untuk aplikasi daya yang relatif besar, penyearah PWM tiga fasa lebih cocok untuk digunakan. Banyak sekalkema rangkaian penyearah PWM tiga fasa [1][4], mulai dari yang mengimplementasikan satu saklar, tiga saklar maupun yang menggunakana saklar dua arah sebagaambahan. Masingmasing skema akan memiliki cara kerja yang berbeda, sehingga teknik pengontrolannya juga akan berbeda. Pada paper [5], [6] digunakan metoda one cycle control untuk pengontrolan dalam aplikasi. Pada paper ini, dua metoda pengontrolan arus fasa masukan dari penyearah PWM tiga fasa dengan enam buah saklar dan satu dioda boost akan dianalisis. Metoda pertama akan menggunakan dua buah saklar yang terletak pada satu lengan untuk mengendalikan arus masukan mengikuti arus referensi. Kemudian metoda yang kedua menggunakan tiga buah saklar (masingmasing terletak pada lengan yang 1 tudi Komparatif Pengontrolan Arus Masukan Pada Penyearah PWM iga Fasa Dengan iga aklar dan Dua aklar (en aryana, lamet iyadi)

2 psilon : Journal of lectrical ngineering and Information echnology Vol. 1, No. 1, July 003 berbeda) untuk melakukan pengendalian arus fasa masukan. uatu simulasi akan dilakukan untuk mengetahui akurasi analisis.. PWM ectifier igafasa Pada Gb1 diperlihatkan suatu penyearah PWM tigafasa yang menggunakan enam buah saklar semikonduktor dan masingmasing dipasang dioda antiparalel. Penyearah tersebut memiliki tiga buah lengan, masingmasing adalah lengan dengan dua saklar 1, lengan dengan saklar 3 4 dan lengan dengan saklar 5 6. Pada sisi masukan terdapat tiga buah induktor L yang dipasang pada masingmasing fasa. umber tegangan masukan yang digunakan merupakan sumber tegangan ac sinusoidal tiga fasa seimbang dengan persamaan V m sinùi (1) o V m sin(ùi 10 ) () o V m sin(ùi 10 ) (3) D 3 D 3 5 D 5 1 D 4 D 4 6 D 6 Gb1 : PWM rectifier tiga fasa Gb..Gelombang tegangan masukan tiga fasa seimbang 3. kema Pengontrolan Pada skema pengontrolan menggunakan dua saklar yang terletak pada satu lengan, dasar yang digunakan adalah arus pada fasa yang paling positif dan paling negatif akan dikendalikan. ehingga dalam kasus ini, hanya ada dua saklar yang ber. etiap lengan yang akan mengkan saklarnya dipengaruhi oleh interval waktu. D 1 3 D 3 4 D 4 D 6 Gb3 : aklar pada lengan digunakan untuk mengendalikan arus fasa r dan fasa t Untuk memahami bagaimana pengontrolan arus terjadi, maka pada Gb3 ditunjukkan saklar pada lengan (saklar 3 dan 4 ) dari penyearah PWM tiga fasa yang akan digunakan untuk mengendalikan arus masukan fasa r dan fasa t. Kondisi inerjadaat fasa r lebih positif dari fasa s dan fasa t lebih negatif dari fasa s (interval 90 t 150) dan arus referensi yang digunakan berasal dari fasa r dan fasa t. Pengendalian arus fasa r dilakukan dengan mengkan saklar 3. Pada saat saklar 3 konduksi, maka akan mengalir arus daregangan, induktor, dioda D 1, saklar 3, induktor dan tegangan. Pada kondisi ini arus fasa r akan naik dan persamaan yang dapat diturunkan pada loop ini adalah dir vr (4) edangkan saat saklar 3 tidak konduksi, maka akan mengalir arus daregangan, induktor, dioda D 1, dioda, tegangan, dioda D 4, induktor dan tegangan, sehingga arus fasa r akan turun dan persamaan yang dapat diturunkan pada loop ini adalah dir vr (5) edangkan pengendalian arus fasa t dilakukan dengan mengkan saklar 4. Pada saat saklar 4 konduksi, maka akan mengalir arus daregangan, induktor, saklar 4, dioda D 6, induktor dan tegangan. Pada kondisi ini arus fasa t akan naik (polaritas negatif) dan persamaan yang dapat diturunkan pada loop ini adalah dit vt (6) 13

3 edangkan saat saklar 4 tidak konduksi, maka akan mengalir arus daregangan, induktor, dioda D 3, dioda, tegangan, dioda D 6, induktor dan tegangan, sehingga arus fasa t akan turun (polaritas negatif) dan persamaan yang dapat diturunkan pada loop ini adalah dit vt (7) 1 D1 3 D 3 5 D5 D 4 D4 6 D6 Untuk melihat kondisaklar yang aktif, dapat dilihat pada table 1 dibawah ini. abel 1 : Kondisaklar aktif interval Fasa() Fasa() aktif t s r s r t s t s r t r 3 4 Gambar 4 memperlihatkan blok pengontrolan arus dengan dua lengan. detektor fasainterval 1 D 3 1 D3 5 D5 D 4 D4 6 D6 Gb4 : Blok kontrol pengontrolan arus dengan dua saklar edangkan pada skema pengontrolan arus fasa dengan menggunakan tiga saklar, setiap saat arus fasa referensi akan digunakan untuk menggerakkan saklarsaklar yang terletak pada ketiga lengan (setiap lengan hanya terdapat satu saklar yang akan konduksi). Pada skema ini, saklar yang berada pada lengan akan mengendalikan arus fasa r,, saklar yang berada pada lengan akan mengendalikan arus fasa s begitu pula dengan, saklar yang berada pada lengan akan mengendalikan arus fasa t. Gb5 : aklar pada lengan mengendalikan arus fasa s Pada saat arus fasa s berada detengah siklus positif, maka untuk menaikkan arus fasa s ini, saklar 4 akan konduksi dan arus akan mengalir pada loop yang terbentuk daregangan, induktor, saklar 4, melalui dioda D atau D 6, induktor atau dan tegangan fasa atau (bergantung fasa mana yang lebih negatif). edangkan saat saklar 4 tidak konduksi, maka loop arus akan terbentuk daregangan, induktor, dioda D 3, dioda, tegangan, melalui dioda D atau D 6, induktor atau dan tegangan fasa atau (bergantung fasa mana yang lebih negatif), dan arus fasa s akan turun edangkan pada saat arus fasa s berada di setengah siklus negatif, maka untuk menaikkan amplitudo arus fasa s ini, saklar 3 akan konduksi dan arus akan mengalir pada loop yang terbentuk daregangan atau, induktor atau,melalui dioda D 1 atau D 5 (bergantung fasa mana yang lebih positif), saklar 3, induktor dan tegangan fasa. Dengan membuat 3 tidak konduksi, maka arus akan mengalir daregangan atau, induktor atau,melalui dioda D 1 atau D 5 (bergantung fasa mana yang lebih positif), dioda, tegangan, dioda D 4, induktor dan tegangan fasa. Arus pada kondisi ini akan berkurang amplitudonya. Pada skema ini, arus fasa sesaat akan dibandingkan dengan arus referensi dan keluarannya akan dimasukkan ke. Keluaran dari akan digunakan untuk menghidupkan atau mematikan saklarsaklar. Atau dapat disederhanakan menjadi 14 tudi Komparatif Pengontrolan Arus Masukan Pada Penyearah PWM iga Fasa Dengan iga aklar dan Dua aklar (en aryana, lamet iyadi)

4 psilon : Journal of lectrical ngineering and Information echnology Vol. 1, No. 1, July 003 if I r (ref) I r (act) then 1 unless if I s (ref) I s (act) then 3 unless 4 if I t (ref) I t (act) then 5 unless 6 Gb7c : Arus fasa referensi dan arus fasa sesaat 1 D1 3 D 3 5 D5 D 4 D 4 6 D6 Gb8a : Arus fasa sesaat Gb6 : Blok kontrol pengontrolan arus dengan tiga saklar 4. imulasi dan Analisa Untuk mengetahui komparasi dari kedua skema pengontrolan arus fasa masukan, maka penulis melakukan simulasi. Pada Gb7 disajikan hasil simulasi untuk skema pengontrolan arus fasa masukan dengan mengkan dua saklar pada lengan yang sama dan pada Gb8 untuk skema pengontrolan arus fasa masukan dengan mengkan saklar pada ketiga lengan. Gb7a : Arus fasa sesaat Gb7b :egangan masukan dan arus fasa sesaat Gb8b :egangan masukan dan arus fasa sesaat Gb8c : Arus fasa referensi dan arus fasa sesaat Pada pengontrolan arus masukan yang menggunakan saklarsaklar yang terletak pada satu lengan, maka setiap interval perioda switching hanya ada dua buah saklar yang ber. Hal ini akan mengurangugirugi daya total pada saklar semikonduktor. edangkan pada pengontrolan arus dengan menggunakan tiga buah saklar (terletak pada lengan yang berbeda), setiap interval switching akan mengkan tiga buah saklar sehingga rugirugi daya total akan lebih besar sehingga akan menurunkan efisiensinya. Dengan membandingkan kurva pada Gb7a dan Gb8a akan tampak bahwa pengontrolan arus dengan dua buah saklar pada satu lengan akan memberikan arus masukan lebih mendekati arus referensi. Pada metoda pengontrolan arus dengan mengkan tiga saklar, arus masukan memiliki fluktuasi yang lebih besar. 15

5 5. Kesimpulan uatu studi perbandingan teknik pengontrolan pada PWM boost rectifier tiga fasa telah dilakukan. Metoda pengontrolan yang digunakan berbasis pada pengan saklarsaklar pada satu lengan dan pengontrolan setiap saklar pada ketiga lengan. Hasil simulasi menunjukkan kelebihan pada pengontrolan berbasis pada pengan saklarsaklar pada satu lengan. Daftar Pustaka lamet iyadi, Penulis lahir di emarang pada tahun 1967, menyelesaikan 1 bidang elektro F. UNDIP tahun Kemudian bergabung dengan Perusahaan Asing sebagai enior echnical xpert. ahun 1997 menyelesaikan bidang elektro (elektronika daya) IB. ahun 003 inercatat sebagai mahasiswa 3 di Jurusan eknik lektro IB. 1. J.. almon, ircuit opology for ingle Phase VoltageDoubler Boost ectifier, I rans. Power lectronics, vol8 no4, pp. 5159, Oct J.. almon, Operating a hree Phase Diode ectifier with a Low Input urrent Distortion Using a eriesonnected Dual Boost onverter, I rans. Power lectronics, vol11 no4, pp , Jul J.. almon, eliable hree Phase PWM Boost ectifier mploying a tacked Dual Boost onverter ubtopology, I rans. Industry Applications, vol3 no3, pp , May/Jun Qiao, K. M. medley, A General hree Phase PF ontroller for ectifiers with a eriesonnected Dual Boost opology, I rans. Industry Applications, vol38 no1, pp , Jan/Feb Qiao, K. M. medley, hree Phase Bipolar Mode Active Power Filter, I rans. Industry Applications, vol38 no1, pp , Jan/Feb 00 en aryana, menyelesaikan 1 di Universitas Jenderal Achmad Yani bidang studi eknik enaga Listrik, di Institut eknologi Bandung (IB) Jurusan eknik lektro bidang khusus MesinMesin Listrik dan lektronika daya. Pada saat ini disamping sebagai dosen di Jurusan eknik lektro, juga menjabat sebagai Ketua Program D3 lektro Unjani. 16 tudi Komparatif Pengontrolan Arus Masukan Pada Penyearah PWM iga Fasa Dengan iga aklar dan Dua aklar (en aryana, lamet iyadi)