BAB 3 ANALISIS RIAK ARUS KELUARAN INVERTER PWM MULTIFASA

Transkripsi

1 BAB 3 ANALISIS RIAK ARUS KELUARAN INVERER WM MULIFASA 3. enahuluan enelitian mengenai bentuk sinyal moulasi yang cocok untuk menghasilkan keluaan inete yang bekualitas baik telah lama ilakukan. Salah satu caa yang penah iajukan aalah engan menginjeksikan hamonisa ke tiga ke alam sinyal moulasi sinus [3]. aa inete 3 fasa ipeoleh hamonisa yang optimum yang apat iinjeksikan aalah sepeempat hamonisa ketiga [4]. aa inete ini, injeksi hamonisa ketiga membuat aeah linea ineks moulasi betambah sampai % an apat menguangi total iak apabila ibaningkan engan sinusoial WM. Bab ini akan membahas bagaimana pengauh injeksi hamonisa alam inete multifasa. Analisis itujukan untuk mencai hamonisa yang tepat yang apat iinjeksikan paa inete multifasa sehingga apat menguangi total iak yang timbul paa keluaan inete multifasa. Metoe yang ilakukan untuk analisis ini mengikuti metoe yang telah ilakukan untuk mencai nilai optimum hamonisa paa inete 3 fasa [4]. 3. esamaan umum iak aus keluaan inete WM multifasa Rangkaian inete WM multifasa teii ai N lengan sakela yang ihubungkan engan beban N fasa. N lengan ini iatu oleh sinyal hasil pebaningan sinyal moulasi N fasa engan sinyal segi tiga. Skematik angkaian inete WM multifasa apat ilihat paa Gamba 3-. aa analisis iak aus keluaan inete teapat asumsi-asumsi yang haus ipehatikan yaitu:. Masukan sumbe tegangan c konstan sebesa E an bebas ai iak.. Efek ea time iabaikan. Dea time aalah selang waktu paa saat peubahan konisi penyaklaan alam satu lengan i mana keua tansisto ibei sinyal off untuk mencegah tejainya hubung singkat paa sumbe tegangan c. 6

2 Bab 3 Analisis Riak Aus Keluaan Inete WM Multifasa 7 3. Fekuensi sinyal segitiga jauh lebih tinggi ai fekuensi funamental sinyal moulasi. 4. Beban aalah linea an seimbang. Beban inete biasanya aalah moto inuksi. Untuk penyeehanaan, beban inete iwakili oleh esistansi R, inuktansi L an sebuah mmf sinusoial e yang ipasang secaa sei. Untuk memuahkan analisis iak aus keluaan inete multifasa maka beban ihubungkan secaa poligon. Hubungan beban engan konfiguasi poligon sepeti yang telihat paa Gamba 3-. egangan fasa-ke-fasa apat inyatakan engan pesamaan beikut, i = e+ Ri + L j =,,3... N (3- t Gamba 3-. Skematik angkaian inete multifasa. Gamba 3-. Skematik beban multifasa tehubung poligon. esis Deni 3649

3 Bab 3 Analisis Riak Aus Keluaan Inete WM Multifasa 8 Dimana N aalah jumlah fasa an i aalah aus paa beban. Aus beban i apat ipisahkan menjai ua komponen yaitu komponen ata-ata i (alam satu peioe penyaklaan) an komponen iak i %. + ( j j i = i +% i (3-) Dengan mensubstitusikan pesamaan (3-) ke pesamaan (3- maka iapatkan = R + L + (3-3) t imana, i = + + (3-4) e R i L t apat ianggap sebagai nilai ata-ata tegangan fasa ke fasa. Kaena iak aus kecil maka op tegangan paa R apat iabaikan. Dengan anggapan ini maka iapatkan pesamaan umum iak aus = j( j j( j + + t (3-5) L 3.3 Bentuk gelombang iak alam satu peioe penyaklaan Sepeti telah ijelaskan sebelumnya, alam teknik kontol WM teapat ua sinyal, yaitu sinyal moulasi an sinyal segitiga, yang ibaningkan untuk menapatkan pola penyaklaan inete. Misalkan sinyal moulasi untuk sistem multifasa aalah = ksin( θ ( j γ) + s j =,... N (3-6) j Dimana: π γ = (3-7) N esis Deni 3649

4 Bab 3 Analisis Riak Aus Keluaan Inete WM Multifasa 9 θ = π f t (3-8) k = ineks moulasi f = fekuensi funamental sinyal moulasi. s = sinyal injeksi N 3 = jumlah fasa kaena sinyal moulasi aalah peioik maka sinyal moulasi fasa ke N+ sama engan sinyal moulasi fasa aa pesamaan (3-6), s aalah sinyal engan amplituo, fekuensi an fasa yang sembaang yang akan iinjeksikan paa sinyal moulasi sinus. Kaena semua sinyal moulasi sinus iinjeksi engan s maka nilai ata-ata tegangan fasa ke fasa tiak akan beubah. Satu-satunya batasan untuk s aalah fekuensinya masih jauh lebih enah ibaningkan engan fekuensi sinyal segitiga sehingga asumsi yang telah ibuat paa analisis ini tetap belaku. Sinyal WM alam satu peioe penyaklaan ( S ) apat ilihat paa Gamba 3-3(a). Dai Gamba 3-3(c) iapatkan nilai ata-ata tegangan fasa-kefasa aalah: = E + + (3-9) Dengan menggunakan pesamaan umum iak aus (3-5) an bentuk gelombang tegangan ai Gamba 3-3(c) maka bisa iapatkan pesamaan iak aus alam satu peioe penyaklaan. Dalam selang t t t t t t (3-) t = = L t L ( ) aa t = t = t t = ( ) L L esis Deni 3649

5 Bab 3 Analisis Riak Aus Keluaan Inete WM Multifasa j ( j + j( j + % i Gamba 3-3. Bentuk gelombang WM alam satu peioe penyaklaan, (a) sinyal segitiga engan sinyal moulasi, (b) konisi penyaklaan fasa an, (c) bentuk tegangan yang ihasilkan an () bentuk gelombang iak aus. Dalam selang t t t t E j( j j( j j( j E = t = + ( t t (3- L t L L aa t = t E t E t t t = = + L t L L ( ) esis Deni 3649

6 Bab 3 Analisis Riak Aus Keluaan Inete WM Multifasa = L Dalam selang t t t 4 t t t t t t = = + = 3 L t L L L ( ) ( ) (3-) aa t = t 4 = t t = ( ) 4 3 L L Dalam selang t 4 t t 5 t5 E j( j j( j j( j E = t = + ( t t4) (3-4) L t4 L L aa t = t 5 E = + t t ( ) 5 4 L = L Dalam selang t 5 t t 6 t t t t t (3-5) t = = 5 + = 6 L t5 L L L ( ) ( ) Diapatkan pesamaan nilai sesaat iak aus alam satu peioe penyaklaan aalah, esis Deni 3649

7 Bab 3 Analisis Riak Aus Keluaan Inete WM Multifasa ( ) t t untuk t t t E + ( t t untuk t t t j( j + = ( t t3) untuk t t t4 (3-6) L E + ( t t4) untuk t4 t t 5 ( t t6) untuk t5 t t6 esamaan iatas hanya belaku paa saat tegangan fasa n lebih tinggi ai tegangan fasa n+. Bentuk gelombang iak aus ilihat paa Gamba 3-3(). Dai Gamba 3-3(a) iapatkan hubungan antaa,, engan S. 4 S V = V j (3-7) 4 S = n V ( j+ (3-8) 4 S V = + V ( j+ (3-9) imana V = amplituo sinyal segitiga. 3.4 esamaan nilai ata-ata kuaat iak aus keluaan inete alam satu peioe penyaklaan Nilai ata-ata kuaat iak aus alam satu peioe penyaklaan apat ihitung engan mengintegasi nilai kuaat pesamaan (3-6) selama satu peioe ai t t 6 (lihat Gamba 3-3). Kaena bentuk gelombang iak aus simeti maka integasi apat ilakukan paa setengah peioe penyaklaan kemuian ikalikan ua. t + S t I% t t 3 j( j = j( j j( j = S t + + S t + (3-) esis Deni 3649

8 Bab 3 Analisis Riak Aus Keluaan Inete WM Multifasa 3 j( j E I% + = ( t t) t t t t L + + S j( j ( ) E E I% + = L S (3- Substitusikan pesamaan (3-7), (3-8) an (3-9) ke pesamaan (3- iatas maka iapatkan pesamaan nilai ata-ata kuaat iak aus keluaan inete alam satu peioe penyaklaan K j( j I % + = + + 3j ( j+ 9 (3-) imana K E S = (3-3) L Nilai tegangan fasa ke fasa sinyal moulasi aalah = j ( j+ ( j γ = k[sin( θ ( j γ) sin( θ γn)] = Ckcos( θ ) ( γ ) C = cos (3-4) (3-5) Nilai pekalian tegangan fasa ke fasa aalah ( sin( θ ( γ) )( sin( θ γ) ) = k j + s k j + s j ( j+ ( j γ j = k sin( θ ( j γ)sin( θ jγ) + skdsin( θ ) + s ( j+ ( γ ) (3-6) D = + cos (3-7) Dengan menggunakan pesamaan (3-) maka iapatkan esis Deni 3649

9 Bab 3 Analisis Riak Aus Keluaan Inete WM Multifasa 4 ( j γ ( j γ kc cos( θ ) + k C cos ( θ ) ( j γ KCk cos ( θ ) ( j I% γ = + 3k sin( θ ( j γ)sin( θ jγ) + 3skDsin( θ ) j( j s (3-8) 3.5 Minimisasi iak aus keluaan inete multifasa Untuk memuahkan analisis maka komponen yang tiak menganung s paa pesamaan (3-8) ibuang sehingga menjai pesamaannya menjai * KCk ( j ( j I% γ γ = cos ( θ ) ksdsin( θ ) + s 64 (3-9) otal iak aus inete engan pesamaan iatas aalah N * * tot = j( j n= I% I % + (3-3) Hasilnya aalah * KCk 3 3 I% tot = ksd sin(3 θ ) + s ( untuk N = 3 an * KCk N I% tot = s (3-3) 64 untuk N 3 Dengan menuunkan pesamaan i atas tehaap s maka akan iapatkan sinyal injeksi yang optimum untuk meminimisasi iak aus keluaan inete. Hasilnya aalah s k sin(3 θ ) = (3-33) 4 untuk N = 3, an esis Deni 3649

10 Bab 3 Analisis Riak Aus Keluaan Inete WM Multifasa 5 s = (3-34) untuk N 3. Dengan emikian, paa sistem multifasa, sinyal moulasi yang optimum untuk meminimisasi iak aus keluaan inete aalah sinyal sinus muni. 3.6 Nilai RMS iak aus keluaan inete multifasa 3.6. s = (moulasi sinus muni) Untuk mencai nilai ms iak aus keluaan inete multifasa engan sinyal moulasi sinus muni, maka pesamaan (3-8) icai nilai ata-atanya alam satu peioe funamental sesuai syaat yang haus ipenuhi. Kaena bentuk sinyal moulasi nya sama, maka pola penyaklaan inete paa setiap fasa akan sama. Dengan emikian nilai ms tegangan fasa-fasa akan sama an ms iak keluaan inete paa setiap fasa juga akan sama. Nilai ata-ata kuaat iak aus keluaan inete multifasa alam satu peioe switching engan nilai s sama engan nol aalah I% ( j γ ( j γ KCk cos ( ) cos( ) θ kc θ = 9 ( j γ + kc cos ( θ ) + 3k sin( θ ( j γ)sin( θ jγ) (3-35) Nilai ms iak aus keluaan inete alam satu peioe funamental keluaan inete aalah π α+ ( j γ ms= j( j ms θ π + α+ ( j γ I% I% N j (3-36) Dan π ( j γ+ α ms= j( j ms θ π + ( j γ+ α I% I% N j > (3-37) esis Deni 3649

11 Bab 3 Analisis Riak Aus Keluaan Inete WM Multifasa 6 π γ α = (3-38) Kaena tegangan ata-ata tiap fasa maka nilai ms iak keluaan inete paa setiap fasa akan sama yaitu, KkC 6C 3 I%, ms= k+ k (3-39) 6 3 3π 3.6. Injeksi hamonisa ke-n Salah satu caa yang apat ilakukan untuk meningkatkan nilai maksimum ineks moulasi aalah engan menambahkan sinyal hamonik ke-n untuk inete N fasa[3]. Dengan emikian maka nilai s aalah s = kwsin ( Nθ ) (3-43) Nilai w yang apat menghasilkan nilai ineks moulasi yang maksimum aalah [3] π w= sin / N N (3-44) engauh penambahan hamonik ini tehaap nilai ms iak aus keluaan inete apat ilihat engan memasukan nilai s ini ke alam pesamaan (3-8) kemuian iintegasikan menuut pesamaan (3-36) an (3-37). Nilai ms iak aus keluaan inete tanpa sinyal injeksi telah iapatkan paa pesamaan (3-39). Dengan emikian untuk menapatkan nilai ms iak aus keluaan kaena pengauh penambahan s yang pelu ilakukan aalah engan mengintegasikan bagian s paa pesamaan (3-8) kemuian itambahkan paa pesamaan (3-39). Hasilnya aalah KkC 6C wdn π N 6 I%, ms, SIN N = k+ 3k + w + cos 6 3 3π π ( N ( N 9) (3-45) untuk N ganjil maka esis Deni 3649

12 Bab 3 Analisis Riak Aus Keluaan Inete WM Multifasa 7 KkC 6C 3 I%, ms, SIN N = k + k + 3w (3-46) 6 3 3π Konisi khusus tejai untuk N = 3 imana apabila imasukan paa pesamaan iatas nilainya akan menjai tak hingga. Untuk N = 3, pesamaannya aalah KkC 6C 3 I%, ms, SIN3 = k k ( w w π (3-47) 3.7 enutup aa bab ini telah ituunkan pesamaan nilai ms iak aus keluaan inete multifasa. Dai analisis yang telah ilakukan tenyata paa inete multifasa sinyal moulasi yang optimum untuk meminimisasi iak aus keluaan inete aalah sinyal sinus muni. Injeksi sepeempat hamonisa ketiga yang optimum paa inete tiga fasa tiak belaku paa sistem tiga fasa. Hal ini isebabkan kaena tejai pebeaan pola penyaklaan paa setiap fasa inete multifasa ketika sinyal moulasi sinus muni iinjeksi engan sepeempat hamonisa ketiga. ebeaan pola penyaklaan ini menyebabkan nilai ms tegangan fasa-fasa menjai tiak simetis an menyebabkan nilai ms iak aus keluaan inete multifasa bebea paa setiap fasanya. esis Deni 3649