Harrij Mukti K. Kata kunci: Slip energy recovery, Motor Induksi, Rotor Belitan, Konverter, Chopper

Transkripsi

1 Harrij Mukti, Penggunaan Modified Slip Energy Recovery Drive (Merd) Pada Sitem Pengaturan Kecepatan Motor Induki Rotor Belitan PENGGUNAAN MODIFIED SLIP ENERGY RECOVERY DRIVE () PADA SISTEM PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI ROTOR BELITAN Harrij Mukti K Abtrak : Sitem Modified Slip Energy Recovery Drive () digunakan pada motor induki rotor belitan (wound rotor) untuk mengatur kecepatan putaran motor erta untuk memperbaiki kinerja dari item kendali, khuunya berhubungan dengan faktor daya dan efiieni item ecara keeluruhan. Konverter thyritor 2-pule digunakan ebagai mode inverter dengan penambahan IGBT hunt yang digunakan untuk mentranfer lip energi kembali ke uplai utama AC melalui tranformator tiga faa. Pengaturan kecepatan motor ini dilakukan dengan mengubah duty cycle dari dengan mengubah udut penyalaan inverter. Dengan demikian faktor daya uplai akan dapat diperbaiki. Kata kunci: Slip energy recovery, Motor Induki, Rotor Belitan, Konverter, Chopper Aplikai kendali motor induki dengan kontrol daya pada ii tatorbanyak digunakan dalam aplikai indutri. Aplikai kendali ini dapat digunakan baik pada motor induki rotor angkar maupun rotor belitan (wound rotor), dengan pertimbangan beban-nya ringan, biaya murah, inertia rotor rendah, bataan kecepatan, pemeliharaan dan keandalan. Pada motor belitan, daya lip dapat diberikan dengan mudah melalui lip-ring, yang kemudian dapat dikontrol ecara mekanik atau elektronik untuk pengaturan kecepatan motor. Motor belitan ini memiliki beberapa kelebihan. Daya lip untuk pengaturan kecepatan dapat diatur dengan menggunakan konverter tatik ehingga menghilangkan rugi diipai pada reitor. Slip power recovery drive telah banyak digunakan dalam beberapa aplikai, eperti pada pompa kapaita bear, kendali kipa, item variable-peed energi angin, item variable-peed/ contantfrequency,variable-peed pompa hydro/ generator dan utility ytem flywheel energy torage ytem. Slip energy recovery drive (SERD) yang dikenal ebagai item Scherbiu ini relatif rendah biaya, rangkaian kontrolnya mudah dan mempunyai efiieni yang tinggi pada putaran rendah. SERD mentranfer daya dari rotor motor induki kembali ke uplai AC utama untuk memperbaiki efiieni drive. Berbeda dengan pengontrolan tegangan tator pada kendali motor induki, unit SERD ini dapat dideain lebih kecil dan lebih murah. Maalah dari SERD ini adalah rendahnya faktor daya,umumnya berkiar 0,4-0,6. Oleh karena itu, perlu dilakukan uatu cara untuk memperbaiki rendahnya faktor daya ini, yaitu dengan menggunakan Modified lip energy recovery drive (). Sitem ini menggunakan 2-pule konverter dan IGBT hunt Harrij Mukti adalah Doen Juruan Teknik Elektro Fakulta Teknik Univerita Brawijaya Malang

2 2 TEKNO, Vol:, Maret 2009, ISSN : yang digunakan untuk memperbaiki faktor daya uplai pada range kecepatan antara 50% - 80% putaran inkron. Tujuan dari pembahaan ini adalah untuk memperbaikifaktor daya uplai dengan menggunakan tipe IGBT yang dikombinaikan dengan 2-pule konverter thyritor. Selain itu kema ini juga digunakan untuk mengatur kecepatan motor dengan mengatur duty cycle dari. Modified Slip Energy Recovery Drive () Ditunjukkan dalam Gambar 2, rangkaian ini terdiri dari rectifier jembatan dioda, induktor DC link, IGBT hunt dan konverter thyritor 2-pule yang beroperai ebagai inverter yang teruun dari 2 buah konverter 6-pule terhubung paralel, dan 2 buah tranformator 3 faa dengan hubungan Y Y dan Y Δ. METODE Slip Energy Recovery Drive (SERD) SERD ini terdiri dari motor induki rotor belitan (wound rotor), rectifier jembatan dioda, link induktani, inverter jembatan thyritor dan ebuah tranformator 3 faa. Sebagai tambahan, dipaang tranformator tepdown antara uplai AC dan modul inverter, ehingga rating tegangan inverter dan rectifier device dapat dibuat lebih kecil daripada rating tegangan tator. Seperti yang ditunjukkan dalam Gambar. Gambar. Skema Slip Energy Recovery Drive (SERD) Gambar 2. Skema Modified Slip Energy Recovery Drive () Tujuan dari penggunaan tranformator hubungan Y Y dany Δ adalah untuk memperoleh pergeeran udut 30º antara umber ac dan maingmaing jembatan thyritor. Bentuk gelombang tegangan dc dari kedua konverter adalah ama, tetapi berbeda 30º. Tegangan dc rata-rata ini dinyatakan dalam peramaan : 3 2V V i co () at Dimana at adalah raio tranformator, V adalah tegangan rm line α adalah udut delay. Aru ac dari tranformator hubungan Y-Y dinyatakan dalam deret Fourier dalam peramaan :

3 Harrij Mukti, Penggunaan Modified Slip Energy Recovery Drive (Merd) Pada Sitem Pengaturan Kecepatan Motor Induki Rotor Belitan 3 ( t ) 2 3 i 0 (co 0 t co 0 t co t co co 3...) 3 i y 0 (2) Sedangkan aru ac dari tranformator hubungan Y Δ dinyatakan dalam deret Fourier dalam peramaan : ( t ) 2 3 i 0 (co 0 t co 0 t co t co co 3...) 3 i 0 (3) Sedangkan aru line ac total dari kedua tranformator terebut adalah: 4 3 ( t ) i 0 (co 0 t co t co 3...) 3 i ac 0 (4) Seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 2, hunt tipe IGBT melewati terminal dc dari konverter dengan tujuan untuk memperbaiki faktor daya uplai. Pemodelan dc Link Mengacu pada Gambar 2, maka aru id dari dc link dapat dinyatakan : did,35v, 35V r id dt Ld amld ( ( D) co ), (5) dikontrol oleh Vi mengacu pada udut delay (α) atau duty cycle (D) pada dc link. Rangkaian dc link ditunjukkan dalam Gambar 3. Gambar 3. Rangkaian dc Link Sedangkan bearnya tori elektromagnetik dinyatakan dalam peramaan :,35V Td id a (6) HASIL DAN PEMBAHASAN Pengujian yang dibaha dalam penelitian ini meliputi : a. Bentuk gelombang aru dan pektrum harmonik. b. Faktor daya (PF), diplacement power factor (DPF) dan total harmonic ditortion (THD). c. Efiieni item (η). dimana am adalah raio lilitan tator terhadap rotor, ω kecepatan inkron dan ωr adalah kecepatan rotor. Dari peramaan (5), maka kecepatan motor dapat Gambar 4. Bentuk Gelombang Aru pada dengan pada lip 0,5

4 4 TEKNO, Vol:, Maret 2009, ISSN : Gambar 5. Bentuk Gelombang Aru pada tanpa pada lip 0,5 tidak dapat memperbaiki kualita aru line pada operai putaran rendah. Bentuk gelombang aru line inverter ( Iinv) pada dengan adalah lebih baik daripada tanpa dan SERD. Bentuk gelombang aru tator (Itator) dan bentuk gelombang aru (Irotor) pada emua drive relatif ama. Meki demikian, bentuk gelombang aru rotor SERD lebih jelek karena efek dari ripple aru dc link. Hal ini euai fakta bahwa konverter 6-pule memberikan ripple aru dc link yang lebih bear dibanding konverter 2-pule. Gambar 7. Spektrum Harmonic dengan pada lip 0,5 ILine pada Gambar 6. Bentuk Gelombang Aru pada SERD pada lip 0,5 Gambar 4, gambar 5 dan gambar 6 menunjukkan bentuk gelombang aru pada penggunaan dengan, tanpa and SERD pada lip 0,5. Bentuk gelombang aru line uplai (ILine) dari tanpa adalah lebih baik dibanding penggunaan pada dengan dan SERD.Bentuk gelombang aru line uplai pada dengan relatif lebih baik daripada SERD. Dengan demikianpenambahan Gambar 8. Spektrum Harmonic ILine pada tanpa pada lip 0,5

5 Harrij Mukti, Penggunaan Modified Slip Energy Recovery Drive (Merd) Pada Sitem Pengaturan Kecepatan Motor Induki Rotor Belitan 5 Gambar 9. Spektrum Harmonic ILine pada SERD pada lip 0,5 Gambar 7, gambar 8, dan gambar 9 menunjukkan pektrum harmonik aru line uplai (ILine) mengacu pada Gambar 4 ampai dengan gambar 6. Magnitude aru fundamental dari dengan paling kecil dibanding tanpa dan SERD. Penambahan mengakibatkan turunnya magnitude aru fundamental, tetapi meningkatkan faktor daya. Gambar. Bentuk Gelombang tanpa pada lip 0,2 Gambar 2. Bentuk Gelombang pada lip 0,2 SERD Gambar 0. Bentuk Gelombang dengan pada lip 0,2 Gambar 0 ampai gambar 2 menunjukkan bentuk gelombang aru item drive pada operai putaran tinggi. Berbeda dengan aat operai putaran rendah, dengan mempunyai bentuk gelombang paling bagu dibanding tanpa dan SERD. Hail ini menunjukkan bagaimana kondii pengoperaian tanpa dan SERD pada daerah putaran tinggi.

6 6 TEKNO, Vol:, Maret 2009, ISSN : ampai dengan gambar 2. Sedangkan magnitude dari aru fundamental dan bearnya harmonik pada etiap drive adalah ama pada operai putaran tinggi. Tabel. Perentae THD, DPF, PF dan efiieni (η) pada lip = 0,6 (putaran 600 rpm) Gambar 3. Spektrum Harmonic ILine pada dengan pada lip 0,2 Teknik Drive dengan tanpa THD v THD i DPF PF η,0 3,2 0,62 0,60 3,4,0 8,4 0,43 0,42 3,4 SERD,0 3,3 0,44 0,42 32,49 Tabel 2. Perentae THD, DPF, PF dan efiieni (η) pada lip = 0,5 (putaran 750 rpm) Gambar 4. Spektrum Harmonic ILine pada tanpa pada lip 0,2 Teknik Drive dengan tanpa THD v THD i DPF PF η,0 2,2 0,70 0,68 39,27,0 7,0 0,49 0,48 36,8 SERD,0 2,5 0,47 0,46 35,70 Tabel 3. Perentae THD, DPF, PF dan efiieni (η) pada lip = 0,2 (putaran 200 rpm) Gambar 5. Spektrum Harmonic ILine pada SERD pada lip 0,2 Teknik Drive dengan tanpa THD v THD i DPF PF η,0 5,7 0,73 0,72 52,36,0 6,4 0,58 0,56 4,88 Gambar 3 ampai gambar 5 menunjukkan pektrum harmonik dari aru line uplai mengacu pada Gambar SERD,0 2,2 0,54 0,52 40,97

7 Harrij Mukti, Penggunaan Modified Slip Energy Recovery Drive (Merd) Pada Sitem Pengaturan Kecepatan Motor Induki Rotor Belitan 7 Tabel 4. Perentae THD, DPF, PF dan efiieni (η) pada lip = 0, (putaran 350 rpm) Teknik Drive dengan THD v THD i DPF PF η,0 3,9 0,80 0,77 54,37 tanpa,0 6,2 0,60 0,58 44,6 SERD,0 0,6 0,55 0,54 42,4 Tabel ampai dengan tabel 4 menunjukkan perbandingan kinerja drive pada lip 0,6; 0,5; 0,2 dan 0,. Teknik drive dengan menghailkan faktor daya paling tinggi dibanding yang diperoleh dari tanpa dan SRED pada range kecepatan terebut. Efiieni item dari dengan juga relatif paling tinggi dibanding tanpa and SRED. Faktor daya, diplacement power factor dan efiieni pada eluruh drive pada putaran tinggi adalah lebih tinggi daripada aat operai putaran rendah. Total harmonic ditortion (THD) dari aru uplai pada dengan dengan adalah angat baik dibanding tanpa dan SRED pada operai putaran tinggi, tapi tidak demikian bila beroperai pada putaran rendah. Akibatnya perbaikan performa dengan dengan ini lebih tepat pada operai putaran tinggi. KESIMPULAN Dari pengujian beberapa teknik drive pada motor induki rotor belitan dengan operai putaran tinggi dan rendah, diperoleh hail bahwa teknik drive dengan adalah yang paling baik bila dibandingkan dengan tanpa dan SERD ditinjau dari faktor daya uplai, efiieni item dan nilai THD, khuunya bila motor dioperaikan pada putaran tinggi. DAFTAR PUSTAKA Borge L.E. da Silva, Nakahima, K.,. Torre, G.L, V. Ferreira da Silva, G. Olivier and G.-E. April.99. Improving Performance of Slip- Recovery Drive: An Approach uing Fuzzy Technique / 99 IEEE. Boe, K. Bimal, 2002, Modern Power Electronic and ac Drive, Prentice Hall PTR, Prentice-Hall, Inc. Faiz, J., Barati, H, dan E, Akpinar Harmonic Analyi and Performance Improvement of Slip Energy Recovery Induction Motor Drive IEEE Tran. Power Electron. 6 (3) (200) Krihnan, R. 200, Electric Motor Drive Modeling Analyi and Control, Prentice-Hall, Inc.

8 8 TEKNO, Vol:, Maret 2009, ISSN : Ogata, K Modern Control Engineering, 4th ed.. Prentice Hall International. Papathanaiou, S.A dan Papadopoulo, M.P Commutation Angle Analyi of Slip Energy Recovery Drive. IEEE Tran. Energy Conver. 3 () (998) Refoufi, L. dan Pillay, P Harmonic Analyi of Slip Energy Recovery Induction Motor Drive. IEEE Tran. Energy Conver. 9 (4) (994). Sen, P.C dan K.H.J. Ma.978. Contant Torque Operation of Induction Motor uing Chopper in Rotor Circuit. IEEE Tran. Ind. Appl. 4 (5) (978) Tunyarirut, S, Ngamwiwit, J dan Furuya, T Fuzzy Logic Control for Speed of Wound Rotor Induction Motor with Slip Energy Recovery, Proc. SICE Annu. Conf..