Studi Regulasi Output Generator Induksi dengan Voltage Source Inverter

Transkripsi

1 Seminar Tugas Akhir Teknik Elektro FTI-ITS 28 Juni 2012 Studi Regulasi Output Generator Induksi dengan Voltage Source Inverter Heri Ardiansyah Dosen Pembimbing: Dedet Candra Riawan ST,M.Eng, PhD Ir.Sjamsjul Anam, MT. 1

2 Latar Belakang Pemanfaatan energi air dapat dibangun PLTMH (Energi terbarukan dan ramah lingkungan). Generator induksi dapat diapklikasikan pada PLTMH (Operasi yang lebih sederhana dan konstruksi yang lebih kuat dibanding mesin sinkron). Operasi generator induksi yang sensitif terhadap perubahan beban (Output generator berfluktuatif pada perubahan beban). Pengaturan tegangan dan frekuensi output generator induksi dapat dilakukan dengan memasang rangkaian VSI (Solusi yang dilakukan bisa menggunakan rangkaian VSI) 2

3 Tujuan 3 Pemodelan generator induksi dengan pemasangan rangkaian VSI sebagai pengaturan output generator induksi yang disimulasikan di dalam software Menyajikan hasil simulasi dan analisis pemasangan rangkaian VSI pada generator yang beroperasi pada kondisi beban konstan dan beban yang berubah.

4 Batasan Masalah Tugas akhir ini membahas tentang kontrol tegangan dan frekuensi output generator induksi dengan menggunakan rangkaian VSI. Tidak membahas harmonisa yang dihasilkan inverter 3 fasa. Dalam tugas akhir ini tidak membahas sistem PLTMH secara detail. Beban yang digunakan dalam simulasi adalah beban resistor 3 fasa seimbang. 4

5 Pemodelan Simulasi Skematik Secara Umum Prime Mover Parameter Mesin Induksi Rangkaian VSI 3 Fasa 5 Kontrol Tegangan Generator dan CC- VSI Rangkaian DC Chopper dan Kontrol Tegangan DC.

6 Skematik Secara Umum P gen P beban P inv 6

7 Prime Mover T sh T 0 M( ) 0 Prime Sebagai Penggerak dalam sistem ini dimodelkan dalam fungsi penghasil Torsi untuk menggerakkan Generator. 7

8 Parameter Mesin Induksi Parameter Nilai Type EM802-4 Kw/HP 0,75/1 V 220/380 A 3,6/2,1 Seri No IP 55 Hz 50 rpm

9 Parameter Mesin Induksi Parameter DEFINISI Nilai R s Resistansi stator 10,79 Ohm L 1s Induktansi stator 0,095 H R r Resistansi rotor 10,08 Ohm L 1r Induktansi rotor 0,095 H L m Induktansi 0,61 H magnetisasi p Jumlah kutub 4 9

10 Rangkaian VSI 3 Fasa 10 Terdiri dari 6 buah saklar, saklar dikontrol dengan menggunakan metode current-controlled switching.

11 Kontrol Tegangan Generator dan CC-VSI Pengaturan Tegangan Generator a. Vref(t) + - Vab RMS Verr(t) PI I set Pengaturan Arus Inverter I set Sin wt I ref(t) I inv(t) + - I err(t) PI I mod(t) + - Komparator PWM Current Control b. Sinyal Segitiga 11

12 Kontrol Tegangan Generator V err V ref V ab I set K pab = Sinyal tegangan error = Tegangan referensi = Tegangan generator (line to line) rms yang terukur. = Sinyal output PI. = Konstanta proportional PI V ab I set V err ( t) K ( t) V V ( t) pab V err ref ( t) K ab t iab 0 V err ( t) dt 12 K iab t = Konstanta integral PI V ab = waktu atau waktu sesaat (menyatakan persamaan kontinyu)

13 Current-Controlled PWM I ref I set sin( t) 13 I ref I inv I err I mod K pcc K icc t = Arus referensi = Arus inverter yang terukur. = Sinyal arus error = Sinyal modulasi output PI. = Konstanta proportional Current-Controlled = Konstanta integral Current-Controlled = waktu atau waktu sesaat (menyatakan persamaan kontinyu) Kontroller ini berlaku pada setiap fasa inverter. I I err ( t) I I ( t) ref inv t mod ( t) K pcc Ierr ( t) Kicc Ierr ( t) 0 dt

14 Rangkaian DC Chopper V D Rdc V dc 14 Rangkaian ini terdiri dari satu saklar dan resistor DC yang digunakan untuk menyerap aliran daya yang tidak disalurkan ke beban. Tegangan di resistor dc (Vdc) bergantung pada besarnya duty cycle. Duty cycle diatur berdasarkan kontrol tegangan sisi dc.

15 Kontrol Tegangan DC V dcerr ( t) V V ( t) dcref dc V Dref ( t) K pdc V dcerr ( t) K t idc 0 V dcerr ( t) dt V dcerr = Sinyal tegangan error V dc V dcref = Tegangan referensi V dc = Tegangan dc terukur. V dc V dreff = Sinyal output PI yang akan dimodulasi dengan sinyal segitiga. K pdc = Konstanta proportional PI V dc. 15 K idc t = Konstanta integral PI V dc. = waktu atau waktu sesaat (menyatakan persamaan kontinyu)

16 Beban Sistem Beban yang digunakan dalam sistem ini adalah beban resistor. 16

17 17 Sistem Dalam Simulasi

18 Simulasi dan Analisis Parameter Simulasi Beban Konstan Pengurangan Beban Penambahan Beban 18

19 Parameter Simulasi PARAMETER Nilai 19 Prime Mover P 500 Watt Kecepatan Putar 1600 rpm Pengaturan Tegangan Generator K pab 2 K iab 0,6 Vab ref 380 V Current Controlled PWM K iab 5 K icc 0,0004 f out 50 Hz f segitiga 5000 Hz Pengaturan Tegangan DC K pdc 8 K idc 0,06 Induktor Inverter Kapasitor ac Vdc ref f segitiga Rdc Lf Cac 800 V 2000 Hz 1000 Ohm 20mH 4µF

20 Simulasi Beban Konstan Dalam simulasi ini generator induksi dioperasikan dengan beban resistor R=500 Ohm. 20

21 Simulasi Beban Konstan 21 Daya keluaran generator diserap oleh beban dan VSI. Tegangan generator yang dihasilkan 380 Volt. Kecepatan putar generator 1368 rpm.

22 Simulasi Beban Konstan 22 Frekuensi Output Generator 50 Hz.

23 Simulasi Pengurangan Beban Simulasi ini dilakukan dengan mengkondisikan operasi generator pada awalnya beroperasi pada beban R=500 Ohm, beban diubah menjadi R=800 Ohm sehingga aliran daya ke beban akan berkurang. 23

24 Simulasi Pengurangan Beban 24 Daya, tegangan dan kecepatan dijaga konstan saat beban berkurang. Ketika aliran daya ke beban berkurang daya serapan inverter bertambah.

25 Simulasi Pengurangan Beban 25 Frekuensi output generator 50 Hz.

26 Simulasi Penambahan Beban Simulasi ini dilakukan dengan mengkondisikan operasi generator pada awalnya beroperasi pada beban R=800 Ohm, beban diubah menjadi R=450 Ohm sehingga aliran daya ke beban akan bertambah. 26

27 Simulasi Penambahan Beban 27 Daya, tegangan dan kecepatan dijaga konstan saat beban bertambah. Ketika aliran daya ke beban bertambah daya serapan inverter berkurang.

28 Simulasi Penambahan Beban 28 Frekuensi output generator 50 Hz

29 Kesimpulan 29 Dari hasil simulasi dan analisis data yang dilakukan dapat ditarik kesimpulan bahwa: Pemasangan rangkaian VSI dan dc chopper dengan kombinasi pengaturan tegangan ac, tegangan dc dan current-controlled inverter dapat digunakan untuk mengatur tegangan dan frekuensi output generator induksi. Tegangan dan frekuensi output generator induksi adalah masing-masing 380 Volt dan 50 Hz. Output tidak berfluktuasi saat terjadi perubahan beban. Generator induksi dengan pemasangan rangkaian VSI beroperasi dengan daya output relatif konstan 438,5 Watt. Daya yang diserap inverter akan bertambah ketika beban berkurang, dan sebaliknya daya inverter akan berkurang ketika beban bertambah. Dari hasil simulasi yang dilakukan, penggunaan kontroller PI pada sistem menunjukkan tegangan dan frekuensi output generator induksi dijaga sesuai dengan yang diinginkan.

30 Saran Tugas akhir ini dibatasi pada beban 3 fasa linear dan seimbang, untuk penelitian selanjutnya dapat dilakukan analisis pengaturan dengan menggunakan beban satu fasa, tidak seimbang atau dengan beban non linear. Dalam tugas akhir ini menggunakan metode pengaturan arus output inverter menggunakan kontrol linear, untuk selanjutnya dapat dilakukan analisis dengan menggunakan metode kontrol lain. 30

31 31 TERIMA KASIH

32 Daftar Pustaka 32 [1] C. Marinescu, C.P. Ion, Optimum Control for an Autonomous Micro Hydro Power Plant with Induction Generator IEEE.Romania.28Juni-2Juli [2] Shokrollah Hamid, Timorabadi,"Voltage Source Inverter for Voltage Control and Frequency Control of A Stand-Alone Self-Excited Induction Generator"University of Toronto.Canada.1998 [3] Firmansyah Ifhan, Ir. Syariffuddin Mahmudsyah,M.Eng,Ir.Teguh Yuwono Studi Pembangunan Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) Dompyong 50 kw di Desa Dompyong, Bendungan, Trenggalek Untuk Mewujudkan Desa Mandiri Energi (DME) Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS. [4] Min Min Kyaw, V.K. Ramachandaramurthy Fault Ride Through and Voltage Regulation for Grid Connected Wind Turbine Elsevier.Renewable Energy 36(2011) [5] "Self-Excited Induction Generators"2006 by Taylor & Francis Group, LLC.UK. [6] Stefan Breban, Mehdi Nasser, Arnaud Vergnol, Benoît Robyns, Mircea M. Radulescu Hybrid wind/microhydro power system associated with a supercapacitor energy storage device-experimental results IEEE. Proceedings of the 2008 International Conference on Electrical Machines.2008 [7] Bhim Singh, Gaurav Kumar Kasal, Ambrish Chandra, Kamal-Al-Haddad Voltage and Frequency Controller for an Autonomous Micro Hydro Generating System IEEE [8] Rashid, Muhammad H. Power Electronics: Circuits, Devices, and Applications, Pearson Prentice Hall [9] G.V Jayaramaiah, B.G. Fernandes Analysis od Voltage Regulator for a 3-Ф Self-Excited Induction Generator Using Current Controlled Voltage Source Inverter Power Electronics and Motion Control Conference, IPEMC The 4th International Aug.2004 [10] Malesani Luigi, Tomasin Paolo. PWM Curren Control Techniques of Voltage Source Converters-A Survey IEEE. Industrial Electronics, Control, and Instrumentation, Proceedings of the IECON '93., International Conference Nov 1993.