PERANCANGAN RANGKAIAN KONTROL KECEPATAN MOTOR INDUKSI AC TIGA PHASA MENGGUNAKAN METODE SPACE VECTOR

Transkripsi

1 Proceeding, Seminar Ilmiah Naional Komputer dan Sitem Intelijen (KOMMIT 8) Auditorium Univerita Gunadarma, Depok, - Agutu 8 ISSN : PERANCANGAN RANGKAIAN KONTROL KECEPATAN MOTOR INDUKSI AC TIGA PHASA MENGGUNAKAN METODE SPACE VECTOR DAN KENDALI V/f KONSTAN BERBASIS MICROCONTROLLER AVR TIPE ATMEGA6 Slamet, Feri Yuivar Penuli, Mahaiwa S- Teknik Elektro UI, Depok, lam_ftubl@yahoo.com Doen Pembimbing, Staff Pengajar pada Juruan Teknik Elektro UI, yuivar@yahoo.com Depok 644, Indoneia ABSTRAK Dalam tei ini diuraikan tentang perancangan rangkaian kontrol kecepatan motor induki AC tiga faa menggunakan algoritma pace vector dan pengendali PI dengan metode v/f kontan berbai microcontroller AVR tipe Atmega6.Dalam penelitian ini dicoba aplikai metode V/f kontan untuk optimai parameter-parameter dalam pengendali PI (Proportional integral) untuk mengatur kecepatan motor induki AC tiga faa tanpa beban. Dalam percobaan, digunakan enor kecepatan dari motor dc volt yang difungikan ebagai generator yang dihubungkan kerangkaian op-amp. Keluaran tegangan Op-Amp dihubungkan ke ADC microcontroller ebagai inyal feedback dari kecepatan aktual motor AC tiga faa. Sebagai pengendali PI digunakan microcontroller ATMega6 untuk mencari watak kalang terbuka motor induki ac tiga faa. Kemudian ecara empiri dicari fungi alih motor terebut. Setelah didapatkan kemudian ditentukan peifikai kinerja item kendali PI pada motor AC tiga faa untuk menentukan bearan Kp, Ki, θ, danτ untuk kemudian diaplikaikan ke item terebut. Pengujian dilakukan untuk etpoint bermanufer dari 48 rpm ke 8 rpm, kemudian dari rpm ke 48 rpm. Berdaarkan hail penelitian menunjukkan bahwa item kendali PI untuk kecepatan motor AC tiga faa dapat dikendalikan untuk mencapai kondii tabil, jika manuver et point di bawah peifikai kinerja kecepatan nominal motor AC tiga phaa yaitu 9 rpm. Kata Kunci : Space Vector, microcontroller, V/f kontan, PI(Proportional Integral). PENDAHULUAN Motor AC memiliki keunggulan dalam hal keederhanaan dan murahnya biaya perawatan ehingga jeni motor ini banyak dipakai di lingkungan indutri maupun rumah tangga. Pengendalian kecepatan putaran motor AC dapat dilakukan dengan beberapa cara diantaranya dengan kendali tegangan dan frekueni yang dikenal dengan kendali V/f kontan. Keuntungan dari metode kendali V/f kontan adalah memiliki truktur kendali yang ederhana, mudah dan cepat diprogram erta dapat dioperaikan dengan metode kendali loop terbuka tanpa pengendali kecepatan atau dengan pengendali kecepatan, ehingga ecara ekonomi lebih murah. Metode untuk mengkodekan inyal analog menjadi durai lebar pula dengan logika high dan low terebut adalah Space Vector PWM. Dalam perancangan rangkaian kontrol kecepatan diharapkan dapat mengatur kecepatan motor induki AC tiga faa dengan putaran yang lebih halu (mooth) dan diharapkan kecepatan motor dapat mengikuti kecepatan acuannya.. DASAR TEORI Prinip kerja motor induki tiga faa berdaarkan induki elektromagneti. Jika kumparan tator diberi tegangan inuoida tiga faa maka aru akan mengalir yang memiliki beda faa tiap faanya pada kumparan terebut dan menimbulkan medan magnet putar dengan kecepatan putar inkron. Hubungan antara kecepatan medan magnet putar (rpm) dengan frekueni tegangan tator dapat dirumukan ebagai berikut : Perancangan Rangkaian Kontrol Kecepatan Motor 7

2 Proceeding, Seminar Ilmiah Naional Komputer dan Sitem Intelijen (KOMMIT 8) Auditorium Univerita Gunadarma, Depok, - Agutu 8 ISSN : f n = () P dengan : n = Kecepatan medan magnet putar tator(rpm) f = frekueni tegangan tator P = Jumlah kutub motor induki Gari gari gaya fluk tator terebut akan berputar memotong penghantar-penghantar rotor ehingga pada penghantar-penghantar terebut timbul GGL atau tegangan induki. Aru yang mengalir pada penghantar rotor terebut berada dalam medan putar tator ehingga menghailkan gaya-gaya yang berpaangan dan berlawanan arah. Gaya gaya terebut akan menimbulkan tori yang cenderung memutar rotor ehingga rotor akan berputar dengan kecepatan n r. Perbedaan putaran relatif antara rotor dan tator diebut Slip. Slip yang timbul karena perbedaan kecepatan medan putar tator dengan kecepatan putaran rotor dapat dinyatakan dengan peramaan ebagai berikut : n nr () = S n dengan : S = Slip n = Kecepatan medan putar tator n r = Kecepatan putar rotor Pada aat rotor diam maka frekueni rotor (f r ) ama dengan frekueni tator (f ). Pada aat rotor berputar maka frekueni rotor akan dipengaruhi oleh lip yang mengikuti peramaan. di bawah ini : f r = S. f () Suatu motor induki tiga faa dapat diwakili oleh uatu rangkaian ekivalen atu faa eperti ditunjukkan pada gambar. di bawah ini. dari kumparan tator dalam atuan Ω. Sedangkan V adalah tegangan maukan efektif ke kumparan tator.. PENALAAN PENGENDALI KECEPATAN Penalaan atau tuning adalah proedur untuk menyetel parameter kontroler berumpan balik untuk mendapatkan repon lup tertutup yang ditentukan. Dalam penalaan pengendali kecepatan ini menggunakan pengendali PI yang merupakan dari dua unit control, yaitu P dan I. Sifat pengendali P yang elalu meninggalkan offet dapat ditutupi oleh kelebihan I, edangkan ifat pengendali I yang lambat dapat ditutupi oleh pengendali P, ehingga pengendalian PI diharapkan akan mampu menghailkan repone yang lebih cepat dari pengendalian integral ekaligu mampu menghilangkan offet yang ditinggalkan pengendalian P. Untuk menentukan nilai Kp dan Ki dilakukan dengan pengujian menggunakan inyal unit tep dengan langkah-langkah ebagai berikut : Kontroller dietting manual, kemudian menganalia perubahan tep pada inyal keluaran. Mencatat repon inyal keluaran tranmitter Δ. Sedangkan untuk acuan dalam menentukan nilai Kp dan Ki digunakan Tuning Chart for PI Feedback Controller eperti yang ditunjukkan pada gambar, edangkan untuk menentukan dead time dan time contant ebagai acuannya menggunakan gambar 4 dan 5. R Gambar. Rangkaian Ekivalen atu faa motor induki Parameter-parameter motor terebut adalah hambatan tator R, reaktani tator X, hambatan rotor R, reaktani rotor X, hambatan inti Rm dan reaktani inti Xm, Keemuanya merupakan nilai-nilai dilihat (T. Marlyn) 8 Perancangan Rangkaian Kontrol Kecepatan Motor

3 Proceeding, Seminar Ilmiah Naional Komputer dan Sitem Intelijen (KOMMIT 8) Auditorium Univerita Gunadarma, Depok, - Agutu 8 ISSN : K p Gambar. Repon tep lup terbuka =Δ / δ (4) τ =.5( t t ) (5) t 6% 6% 8% θ = τ (6) dengan Kp : Proportional gain τ : Time con tant : Dead Time θ tegangan yang mendekati dengan nilai aktualnya. M IVdc V AB _ rm = (7).9* V AB _ rm = VAB = 7 Volt dimana M I adalah indek modulai 9% θ Fraction dead time Gambar 4. Diagram tuning PI untuk mencari nilai Kc θ Fraction dead time Gambar 5. Diagram tuning PI untuk mencari nilai Ki. 4. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.. Hail pengujian inyal pwm antar faa dari keluaran inverter tiga faa dengan frekueni 5Hz, Amplitudo 9%, dan frekueni Carrier 49Hz dengan beban lampu 5 watt. Pada gambar 6. ditunjukkan bahwa V AB adalah tegangan antar faa inverter. Hail aktual pengukuran tegangan antar faa inverter adalah 66 Vac. Sedangkan V dc adalah tegangan umber yang beraal dari rectifier. Dimana tegangan umber adalah Vac dari tegangan jala-jala Vac yang di tep down. Jika dilakukan perhitungan manual dengan mengikuti peramaan (7) [5], maka akan didapat nilai Gambar 6. Sinyal PWM_AB 4.. Hail pengujian item kendali kecepatan motor induki AC tiga faa terhadap kenaikan frekueni ecara bertahap dari frekueni Hz ampai 5 Hz. Kecepatan(Rpm) frekueni(hz) Gambar 7. Grafik kecepatan motor dengan frekueni maukan Kecepatan(rpm) Gambar 8. Grafik kecepatan motor dengan tegangan maukan Dari hail pengukuran kecepatan motor terhadap frekueni dan tegangan maukan mempunyai hubungan berbanding luru dengan kecepatan motor. Tegangan minimal yang mampu menggerakkan motor AC faa ebear.4 Volt dari et point yang beral dari poteniometer dengan kecepatan minimal untuk tart awal putar motor ebear 4 rpm. Kecepatan Perancangan Rangkaian Kontrol Kecepatan Motor 9

4 Proceeding, Seminar Ilmiah Naional Komputer dan Sitem Intelijen (KOMMIT 8) Auditorium Univerita Gunadarma, Depok, - Agutu 8 ISSN : makimal terjadi pada tegangan dan frekueni makimal ekitar 4. volt dan 5 Hz. 4.. Pengujian item kendali kecepatan motor induki AC tiga faa dengan item lup terbuka atau tanpa pengendali untuk menentukan bearan PI yaitu Kp, dan Ki. Plant yang digunakan dalam tei ini adalah ebuah motor induki AC tiga faa yang dilengkapi dengan enor kecepatan. Kedua komponen terebut digunakan untuk mencari tanggapan kalang terbuka dari motor induki AC tiga faa tanpa beban. Pengujian plant ini dilakukan dengan menggerakkan motor induki AC tiga faa dengan membuat program untuk mengirimkan data PWM dan menghitung kecepatan motor AC yang dihailkan ampai nilai PWM makimal. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui hubungan antara kecepatan motor dengan frekueni maukan yang berfungi ebagai etpoint dalam pengaturan kecepatan motor. Pengambilan data repon terbuka bertujuan untuk identifikai plant dan mengetahui perilaku item tanpa pengontrol eperti grafik yang ditunjukkan pada gambar 8. di bawah ini. diperoleh adalah : Kecepatan(rpm)) Grafik kalang terbuka motor induki faa 6% 8% Gambar 8. Grafik Kalang terbuka motor induki faa Dari gambar 8. di ata repon item yang diperoleh adalah : Δ= (.8.) =.6 volt δ = ( ) = volt dimana Δ= Pr oce Value δ = Manipulated Value.8.6. τ = Time Con tan t θ = Dead Time Δ.6 Maka nilai K p = = =. δ τ =.5( t6% t8%) =.5(4-) =.5() = detik θ = t6% τ ( dead time) = 4- = detik Dari hail repon terebut, maka fungi alih dari item pengendali kecepatan motor AC tiga faa didapat dengan peramaan fungi alih ebagai berikut. () Ke θ Y p = ehingga didapat X() τ + Y().e TF = = X() + Untuk merancang item pengendali kecepatan motor induki AC tiga faa, ebagai acuannya digunakan gambar.7 untuk menentukan nilai Kc dan.8 untuk menentukan nilai Ki yang berdaarkan diagram tuning PI controller ebagai tabel dalam pengambilan data bearan PI yaitu nilai Kc yang di dapat dari perpotongan titik temu antara bearan KcKp terhadap fraction dead time θ dan bearan Ki. di dapat dari perpotongan titik temu antara bearan T /( θ + τ ) terhadap fraction dead time θ. i θ.5 θ + τ = + = 4 = KK c p =.5.5 Kc = =.8. Sedangkan untuk mencari nilai Ti, maka dilakukan pembacaan grafik yang terdapat pada gambar.8. T i θ + τ =.9 T i + =.9 Ti =.6 Jadi nilai Ki = /Ti = /.6 =.8 Perancangan Rangkaian Kontrol Kecepatan Motor

5 Proceeding, Seminar Ilmiah Naional Komputer dan Sitem Intelijen (KOMMIT 8) Auditorium Univerita Gunadarma, Depok, - Agutu 8 ISSN : Hail pengujian item terkendali PI yang dioptimaikan menggunakan metode V/f untuk etpoint bermanuver dari 48 rpm ke 8 rpm Grafik unjuk kerja item dengan manuver etpoint Repon item Setpoint Gambar 9. Grafik Kecepatan motor induki dengan manufer etpoint dari 48 ampai 8 rpm Dari hail pengujian eperti yang ditunjukkan pada gambar 4.5 di ata menunjukkan kinerja kecepatan motor induki AC tiga phaa pada et point kecepatan 48 rpm ditunjukkan repon item dalam kondii tabil dan ketika dilakukan manuver dengan et point 8 rpm ditunjukkan repon item mengalami teady tate error ebear 5% dari et point acuannya. Hal ini dikarenakan manuver kecepatan motor dilakukan melebihi kecepatan nominal motor yaitu 9 rpm. 4.5.Hail pengujian item terkendali PI yang dioptimaikan menggunakan metode V/f untuk etpoint bermanuver dari 7 rpm ke 45 rpm Repon item Setpoint Gambar. Grafik Kecepatan motor induki dengan manufer etpoint dari 7 ampai 45 rpm Repon item Setpoint Gambar. Grafik Kecepatan motor induki dengan manufer etpoint dari ampai 48 rpm Kinerja item dengan perubahan nilai etpoint dari nilai etpoint 48 rpm kemudian dinaikkan menjadi nilai etpoint 8 rpm yang ditunjukkan pada gambar 4.5 repon item mencapai keadaan tunak atau tabil lebih cepat dicapai dengan menggunakan metode kurva reaki dengan maukan unit tep. Sedangkan item yang terkendali dengan PI yang dioptimaikan menggunakan unit tep untuk etpoint bermanuver dari 7 rpm kemudian dinaikkan menjadi nilai etpoint 45 rpm yang ditunjukkan pada gambar 4.6 ditunjukkan adanya rie time(tr) repon item mencapai keadaan tunak atau tabil pada nilai ekitar detik lebih lambat dengan kecepatan motor rendah. Untuk manufer etpoint dari rpm yang diturunkan menjadi nilai etpoint 48 rpm eperti yang ditunjukkan pada gambar 4.7 waktu yang diperlukan untuk mencapai kondii tunak atau tabil adalah detik, edangkan waktu turun untuk mencapai kondii tunak atau tabil pada kecepatan rendah waktu yang diperlukan angat cepat ekitar.5 detik. 5. KESIMPULAN Berdaarkan hail perancangan, realiai, pengujian dan analii terhadap item pengaturan kecepatan motor induki AC tiga faa menggunakan pengendali PI dengan metode V/f kontan menggunakan algoritma pace vector PWM, maka dapat diimpulkan beberapa hal ebagai berikut :. Pada implementai pengendali PI dengan metoda V/f kontan dengan Perancangan Rangkaian Kontrol Kecepatan Motor

6 Proceeding, Seminar Ilmiah Naional Komputer dan Sitem Intelijen (KOMMIT 8) Auditorium Univerita Gunadarma, Depok, - Agutu 8 ISSN : algoritma pace vector pwm tanpa beban, repon kecepatan motor dapat mencapai kondii tabil dengan perubahan etpoint bermanufer dari 48 rpm dinaikkan 8 rpm.. Dengan manuver et point kecepatan motor yang melebihi kecepatan nominal motor 9 rpm, repon kecepatan motor memiliki kealahan tunak ekitar 5%.. Dengan manuver et point kecepatan motor ebear kecepatan nominal motor 9 rpm, repon kecepatan motor dapat mengikuti perubahan et point ekitar.5 detik untuk mencapai kondii tunak atau tabil. 4. Pada pengendali PI dan metode V/f kontan dengan algoritma pace vector pwm berbai microcontroller AVR tipe Atmega6, perubahan kecepatan motor dapat dikendalikan untuk mencapai kondii tabil, jika manuver et point di bawah peifikai kinerja kecepatan nominal motor AC tiga phaa yaitu 9 rpm. 6. DAFTAR PUSTAKA Atmel AVR495, AC Induction Motor Control Uing the Contant V/f Principle and a Space-vector PWM Algorithm, Paper 7546A AVR /5, Atmel Corporation, 5. Akin Acar, Implementation Of A Vector Controlled Induction Motor Drive, A Thei Submitted, The Middle Eat Technical Univerity, 4. Aep Saefudin, Pembangkit inyal pwm phae dengan Metode Space Vector Modulation menggunakan mikrokontroler AVR ATMEGA855, Skripi, Univerita Indoneia, Deember 6. Barnett, Cox, & O Cull, Embedded C Programming and the Atmel AVR, Thomon Learning, Inc., Canada,. Bin Wu, High-Power Converter and AC Drive, IEEE pre, John Wiley & Son, Inc., Hoboken, New Jerey, 6. K. Zhou, D. Wang, Relation between pacevector modulation and three-phae carrier-baed PWM, IEEE Tranaction on Indutrial Electronic, Vol. 49, No., pp 86-96, February. Mohd Wazir Bin Mutafa, Static And Dynamic Impact Of Three To Six- Phae Converion Of Selected Tranmiion Line In An Electric Energy Sytem, Reearch vote no:7464, Univeriti Teknologi Malayia, 6. Oya Wahyunggoro, Optimai Pengendali PI ebagai Pengendali kecepatan Motor dc menggunakan metode Root-Locu berbai microcontroller AT89C5, Juruan Teknik Elektro, Fakulta Teknik, Univerita Gajah Mada, 5. Peter Va, Electrical Machine and Drive A pace-vector theory approach, Oxforf Univerity Pre, New York, 99. Raman Nair Harih Gopala Pillai, Deign And Development Of Embedded Dp Controller For Power Electronic Application, Thei, Univerity Of Texa At Arlington, May 6. Ridwan Gunawan, Perancangan Rangkaian Kontrol Kecepatan motor induki Tiga Phaa untuk Elevator, Penelitian, Univerita Indoneia, 997. Remu Teodorecu, Space Vector Modulation Applied to Modular Multilevel Converter, Department of Electrical Engineering,Texa A&M Univerity, 999. Tianchai Sukri, T-DOF PI Controller Deign for a peed Control of Induction Motor, International Journal of Mathematical, October 5, 7. Zaenal Salam & Khoru Mohammad Salim, Generation of Pule Width Modulation(PWM) Signal for Three- Phae Inverter Uing A Single Chip Microcontroller,, Jurnal Teknologi, Univeriti Teknologi Malayia, 4(D) Jun. Zaenal Salam, The Deign and Development of a High performance Bidirectional Inverter Photovoltaic Application, Projek penyelidikan IRPA, Univeriti Teknologi Malayia, November 4. Perancangan Rangkaian Kontrol Kecepatan Motor