PERANCANGAN DAN SIMULASI METODE DIRECT TORQUE CONTROL (DTC) UNTUK PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI TIGA FASA

Transkripsi

1 PERANCANGAN DAN SIULASI EODE DIREC ORQUE CONROL (DC) UNUK PENGAURAN KECEPAAN OOR INDUKSI IGA FASA Panji Kurniawan 67 Juruan knik Elktro FI, Intitut knologi Spuluh Nopmbr Kampu IS, Surabaya 6 -mail:panji_pk@yahoo.co.id Abtrak - Salah atu mtod pngaturan kcpatan motor induki yang dikmbangkan lain kontrol vktor adalah mtod Dirct orqu Control (DC). knik kontrol DC mmungkikan pngaturan fluk dan tori cara langung dan trpiah rta dapat dilakukan tanpa mnggunakan nor kcpatan. Etimai putaran rotor, tori dan fluk dilakukan olh DC yang dibri maukan tgangan dan aru tator. Untuk mncapai fluk dan tori yang dikhndaki digunakan timai bagai umpan balik pada itm kontrol. Pada tuga akhir ini dirancang dan diimulaikan uatu itm kontrol DC yang brtujuan untuk mngmbangkan modl imulai dari DC mnggunakan program imulai pada prangkat lunak. Hail yang diprolh mlalui imulai mnunjukkan nilai tim contant,4 dtik untuk motor induki HP dan,4 dtik untuk motor induki HP. ranformai motor induki dari umbu faa (abc) mnjadi umbu -faa (dq) diprlukan agar mmprmudah analia dalam pngaturan poii atau kcpatan dan juga agar motor induki faa mmiliki ifat atau prilaku yang mnyrupai motor DC hingga lbih mudah dikontrol. DC prtama diknalkan olh ilmuwan brkbangaan Jpang (akahahi, 984) dan ilmuwan Jrman (Dpnbrock, 985). Blok diagram dari tknik kontrol DC ditunjukkan olh Gambar.. [] Kata Kunci: Dirct orqu Control, motor induki, Invrtr.. PENDAHULUAN otor induki mrupakan motor pnggrak yang paling banyak digunakan dalam bidang indutri. Dngan prkmbangan kmajuan tknologi dibidang mikrokontrollr, mikrokomputr, dan tori kontrol mmprmudah oprai dan kinrja dari motor induki hingga dapat mnggantikan pran motor DC bagai pnggrak lktrik. Kunggulan motor induki diantaranya adalah kontrukinya yang drhana, harganya yang lbih murah dibandingkan motor jni lain, rta prawatannya yang mudah. Sdangkan kkurangan dari motor induki diantaranya adalah ifatnya yang tidak linir, tknik pngaturan kcpatannya yang rlatif ulit dan mmbutuhkan aru tarting yang tinggi kitar nam ampai dlapan kali aru nominal motor. Pngaturan kcpatan motor induki dapat dilakukan dngan brbagai cara prti kontrol tgangan/frkuni (v/f) atau diknal dngan kontrol kalar. Prinipnya adalah mmaka motor mmiliki hubungan yang kontan antara tgangan dan frkuni.srta kontrol vktor yang mngatur cara langung aru tator motor. tod kontrol vktor yang karang ini tru dikmbangkan adalah mtod Dirct orqu Control (DC). Yaitu uatu tknik kontrol yang mngarah pada pngaturan dngan nilai tori yang brubah uai kbutuhan bban. Prbdaan mndaar antara tknik kontrol vktor dngan DC adalah pada kontrol vktor maukan itm adalah kcpatan dan aru tator. Sdangkan pada DC maukan itm adalah fluk dan tori. Gambar. Blok diagram DC pada motor induki Skma dari DC lbih drhana dibandingkan dngan kontrol vktor karna konfigurai daarnya hanya trdiri dari kontrollr hitri fluk dan tori, fluk dan tori timator, witching tabl, dan invrtr. Sliih antara fluk dan tori acuan dngan fluk dan tori hail timai mrupakan kalahan fluk dan tori yang mnjadi maukan pada fluk dan tori komparator. Pada DC, komparator hitri fluk dan tori bagai kontrolr untuk mnntukan prgran vktor tgangan invrtr yang tpat. Dua prmaalahan yang biaanya dikaitkan dngan tknik kontrol DC yang didaarkan pada hitrinya adalah i) nilai dari frkuni prgran vktor tgangan mmpngaruhi nilai fluk dan tori hitri komparator dan ii) nilai dari timai fluk tator yang tidak akurat yang dapat mnurunkan kinrja dari pngaturan kcpatan motor. Pada tuga akhir ini dirumukan uatu pnylaian untuk mndapatkan timai kcpatan pada motor induki tiga faa dngan rpon dinami yang cpat dimana pngaturan tori dan fluk dilakukan cara trpiah. Procding Sminar uga Akhir Juruan knik Elktro FI-IS

2 . EORI PENUNJANG. otor Induki nurut Krau P.C. [6], rangkaian kivaln motor induki tiga faa pada koordinat d-q adalah prti trlihat pada gambar. di bawah ini. p p ( i i ) ( i i ) q q Kcpatan putaran motor induki mrupakan fungi dari tori lktromagntik dan tori bban. Adapun prumuan untuk mndapatkan kcpatan motor induki adalah bagai brikut : (5) J d ω r + Bωr (6) L P dt Gambar. Rangkaian kivaln dq motor induki faa Pramaan tgangan tator dan rotor motor induki dinyatakan dngan : q r. i r. i r. i r r. i r q + ω. + p. q q ω. + p. + ( ω ωr) + p. ( ω ωr) + p. Fluki yang trcakup dalam kumparan adalah : q L. i l l lr lr q L. i L. i L. i q q Pramaan tori yang dihailkan olh min dibrikan bagai jumlahan ωi dibagi kcpatan mkanik. Nilai tori motor induki dapat ditntukan dngan : [ ω( i i ) + ( ω ω )( i i )] () () p () q q r ω r hubungan dngan fluk bia ditunjukkan dngan q q ( i i ) L ( i i i i ) i i (4) Shingga pramaan torinya dapat ditulikan bagai : pl ( i i i i ) m q m q Dimana : L tori bban (N.m) tori lktromagntik (N.m) J momn inria (kg.m ) p jumlah paang kutub ω r kcpatan angular rotor (rad/dtik) θ r poii udut (rad). Dirct orqu Control (DC) Daar pmikiran dan prinip krja mtod Dirct orqu Control (DC) prtama kali dikmbangkan olh akahai dan Noguchi pada tahun 986, dapat diformulaikan prti brikut ini[] :. Nilai dari fluk tator mrupakan prubahan atau pnambahan nilai tgangan mf tator. Olh karna itu nilai magnitud dari fluk tator angat brgantung dari tgangan tatornya.. Nilai tori lktromagntik brbanding luru dngan nilai inu dari udut antara vktor fluk tator dan fluk rotor.. Prubahan nilai fluk rotor angatlah kcil jika dibandingkan fluk tator. Brdaarkan konp daar DC diata, nilai magnitud dari fluk tator dan tori dapat dikontrol cara langung dngan mlakukan pmilihan vktor tgangan cara tpat, yaitu pmilihan tat invrtr cara brurutan dngan pifikai brikut :. ktor tgangan bukan nol yang udut fluk tatornya tidak mlbihi ±9 mnybabkan fluk naik.. ktor tgangan bukan nol yang udut fluk tatornya mlbihi ±9 mnybabkan fluk turun.. ktor tgangan nol ( dan 7, ktor tgangan aat hort - circuit) tidak brpngaruh pada vktor fluk tator yang brarti motor brhnti brgak. 4. ori dapat dikontrol dngan pmilihan tat invrtr yang tpat dimana fluk tator mningkat atau mnurun... Komparator Hitri Pada mtod DC konvnional, kontrolr yang digunakan dalam mngatur kalahan fluk dan tori agar uai dngan fluk rfrni dan tori rfrni brturut Procding Sminar uga Akhir Juruan knik Elktro FI-IS

3 turut mnggunakan two-lvl dan thr-lvl hytri. Komparator ini digunakan untuk mndapatkan nilai kalahan fluk pada darah hitrinya. Pada kalahan fluk dihailkan dua nilai hitri, yaitu - atau dan pada kalahan tori dihailkan tiga nilai hitri yaitu -,,. Nilai kalahan fluk dan tori didapatkan dari pramaan : rf rf t t.. Etimator Fluk, dan ori Pada pngaturan kcpatan putaran motor induki mtod DC, timator brfungi bagai pngganti nor kcpatan dan poii rotor. Nilai fluk dan tori brdaarkan pramaan tgangan tator timai tidak mmrlukan inyal kcpatan atau poii jika brada pada umbu tationr. Pramaan tgangan dan aru tator brada pada umbu-dq brdaarkan tranformai Park. Pada mtod DC konvnional adapun pramaan fluk tator timai dalam fungi tgangan dan aru tator bagai brikut : I I q q I a ( I I ) b dc dc a c ( ) b ( + ) c Pramaan fluk tator timai adalah bagai brikut : atau q d dt ( q iq. R) i. R dt ( )dt i. R Jika R nilainya angat kcil, maka R. i, hingga : b c (7) (8) (9) () () Dngan nilai magnitud dan udut fluk tator adalah bagai brikut : q + (4) q α tan (5) Nilai tori timai didapatkan dari pramaan (5) diata, yaitu : p ( i i ) q dq Dimana : fluk tator (Wb) tgangan tator (volt) i aru tator (A) R tahanan tator (ohm) α udut fluk tator (drajat).. Switching abl Algoritma pmilihan vktor tgangan invrtr pada DC untuk ditrapkan pada motor induki didaarkan pada nilai dari fluk dan tori hitri, rta nilai dari ktor fluk tator yang dinyatakan dngan α. Adapun aturan pmilihan tgangan pada witching tabl prti ditunjukkan pada tabl.. Kluaran dari witching tabl mngatur prangkat witching yang aktif pada invrtr. Gambar. mnunjukkan hubungan antara vktor tgangan invrtr dngan ktor dari fluk tator. ktor tgangan aktif atau brnilai bukan nol trdiri dari (); (); (); 4 (); 5 (); 6 (). Sdangkan vktor tgangan brnilai nol adadalah (); 7 (). - abl. Switching abl dari vktor tgangan invrtr α() ktor α() ktor α() ktor α(4) ktor 4 α() ktor 5 α() ktor d dt () Adapun nilai ktor fluk tator didapat dari pramaan 5 diata yaitu t () Dimana t adalah priod ampling. α tan q Procding Sminar uga Akhir Juruan knik Elktro FI-IS

4 α q-axi α DC konvnional : - < α() < < α() < 9 6. f N p 6.6 N 4 α4 5 α5 α6 6 α < α() < 9 9 < α(4) < 5 5 < α(5) < < α(6) < 7 Gambar. ktor tgangan invrtr dan ktor witching fluk tator pada DC konvnional. PERANCANGAN SISE otor induki yang digunakan dalam prancangan ini adalah motor induki jni rotor angkar (quirrl-cag) hubungan bintang, Y. Dimana dari motor induki ini dapat kita ktahui bar tgangan atau aru tiap faanya. Kluaran yang dihailkan dari motor induki tiga faa ini trdiri dari itm lktrik yaitu nilai fluk tator dan tori lktromagnti dan itm mkani yaitu kcpatan putaran rotor. Pada prancangan imulai DC ini mnggunakan motor induki tnaga HP, 8, 6 Hz dan HP, 46, 6 Hz. Adapun paramtr paramtr motor induki (didapat dari papr rfrni) yang digunakan dalam imulai ini adalah bagai brikut : N 8 rpm. Prancangan DC pada program atlab Dalam mngmbangkan modl imulai Dirct orqu Control (DC) mnggunakan program imulai atlab maukan yang digunakan adalah fluk dan tori acuan. Nilai acuan fluk adalah Wb dan nilai acuan tori adalah 4 Nm untuk motor induki HP. Dan nilai acuan fluk adalah Wb dan nilai acuan tori adalah 4 Nm untuk motor induki HP Cara krja mtod DC adalah dngan mmprtahankan kluaran fluk dan tori agar uai dngan rfrni yang dibrikan. Adapun bagian bagian yang dirancang pada mtod DC ini adalah komparator, timator, ktor udut fluk tator, dan witching tabl dngan mnggunakan pramaan pramaan dan algoritma prti yang tlah dijlakan pada bagian tori pnunjang. abl. Paramtr paramtr motor induki HP dan HP No. Nama HP HP. Jumlah paang kutub. ahanan tator (ohm) ahanan rotor (ohm) Induktani tator dan rotor (mh) Induktani magntic (mh) omn inria (kg.m ) Kofiin rdaman (N.m.) Brdaarkan paramtr motor induki yang ada diata dan pramaan pramaan pada bab blumnya. Nilai kcpatan tator motor, fluk tator, tori dan kcpatan putaran rotor dapat ditntukan. Kcpatan tator motor jni HP dan HP, brdaarkan pramaan. mmilki nilai bagai brikut : Gambar. Simulai DC pada motor induki 4. HASIL SIULASI DAN ANALISIS Brdaarkan tori pnunjang dan hail prancangan yang ada pada bagian blumnya, maka bia dilakukan pngukuran itm cara clod loop. Pngukuran dilakukan pada motor induki tip HP dan HP dngan kadaan tanpa bban dan brbban. 4. Pngujian Sitm Untuk Kadaan Bban Nol Pada pngukuran yang prtama ini dilakukan dngan kondii itm DC tanpa bban dngan nilai acuan fluk tator adalah Wb, dan nilai acuan tori 4 Nm pada motor HP. Sdangkan acuan fluk dan tori pada moto Procding Sminar uga Akhir Juruan knik Elktro FI-IS 4

5 HP adalah Wb dan 4 Nm. Adapun grafik rpon kcpatan bagai bikut : Kcpatan (rpm) Sttling tim (t ) t (.5%) 5τ 7 dtik t (%) 4τ 5.6 dtik t (5%) τ 4. dtik 4. Dlay tim (t d ) t d τ ln.97 dtik 5. Nilai tady tat 7 rpm waktu(dtik) Gambar 4. Rpon kcpatan pada motor HP tanpa bban Adapun rpon kcpatan diata mmiliki karaktritik bagai brikut :. im contant (τ) τ t,aat ω.6 x rpm τ.4 dtik. Dlay tim (t d ) t d τ ln.66 dtik. Sttling tim (t ) t (.5%) 5τ. dtik t (%) 4τ.96 dtik t (5%) τ.7 dtik 4. Dlay tim (t d ) t d τ ln.66 dtik 5. Nilai tady tat 7 rpm Dngan pngujian itm tanpa bban (bban ), tori awal yang diprlukan untuk mnggrakkan motor angatlah bar, mncapai 5 ampai 6 kali dari tori aat kadaan tunak yaitu 5 Nm untuk motor HP dan 4 Nm untuk motor HP. Hal ini trjadi karna pada tarting awal aru tator motor yang dibangkitkan angatlah bar dibanding aru nominal. Aru dan tori mmiliki nilai yang banding uai pramaan tori pada motor induki. ori (Nm) Gambar 4. Rpon tori pada motor HP tanpa bban 5 4 Kcpatan (rpm) Gambar 4. Rpon kcpatan pada motor HP tanpa bban Adapun rpon kcpatan diata mmiliki karaktritik bagai brikut :. im contant (τ) τ t,aat ω.6 x rpm τ.4 dtik. Dlay tim (t d ) t d τ ln.97 dtik ori (Nm) Gambar 4.4 Rpon tori pada motor HP tanpa bban Dari gambar 4. dan gambar 4.4 trlihat bahwa pada mulanya rpon tori maih brnilai. Lalu kmudian pada aat kmudian dan trunya tori timai tru mningkat dan brnilai pada kiaran 4 Nm dan 4 Nm untuk mngikuti tori rfrni yang dibrikan. Hal ini dibabkan karna adanya prcpatan rotor pngaruh dari momn inria. Sdangkan pada kadaan tunak, karna itm di opraikan tanpa bban maka tori lktromagnti mmiliki nilai antara - Nm ampai Nm untuk motor HP dan - Nm ampai dngan Nm untuk motor HP. Hal Procding Sminar uga Akhir Juruan knik Elktro FI-IS 5

6 trbut mnandakan bahwa walaupun tanpa bban, tori lktromagnti tidak bnar bnar brnilai nol. 4. Pngujian Sitm Untuk Kadaan Brbban Pada pngukuran ini dilakukan dngan kondii itm dngan bban 5 Nm pada aat t,6 dtik dan Nm pada aat t dtik dngan nilai acuan fluk tator adalah Wb, dan nilai acuan tori 4 Nm pada motor HP dan Wb dan 4 Nm pada motor HP. ori (Nm) 4 - Kcpatan (rpm) Gambar 4.5 Rpon kcpatan motor HP untuk bban Nm Kcpatan (rpm) Gambar 4.6 Rpon kcpatan motor HP bban 5 Nm ori (Nm) Gambar 4.8 Rpon tori motor HP untuk bban 5 Nm Dari gambar 4.5 tampak bahwa ktika motor HP dibrikan bban Nm kadaan tunak dari kcpatan turun mnjadi 65 rpm. Sdangkan pada motor HP pada kondii brbban pnurunan kcpatan putaran rotor tidak trlalu bar. Hal ini dikarnakan bban atau gangguan yang dibrikan pada motor maih dalam kondii normal. Rpon tori pada gambar 4.7 dan gambar 4.8 juga mmprlihatkan karaktritik yang ama yaitu mngikuti tori acuan dngan ttap mmiliki rippl. Dngan rippl pada motor HP adalah Nm dan pada HP adalah 5 Nm. 5. KESIPULAN Pngaturan kcpatan mtod DC pada motor induki daya HP mmbrikan rpon kcpatan yang cukup baik karna cpat mncapai kadaan tunak dngan nilai tim contant. dtik, waktu tunda.4 dtik dan kcpatan kadaan tunak pada 7 rpm. Nilai kalahan kadaan tunak dari kcpatan yang dihailkan juga tidak trlalu bar. Pada motor induki HP nilai tim contant.4 dtik, waktu tunda.97 dtik dngan kadaan tunak pada kcpatan adalah 7 rpm. Rpon tori yang dihailkan dari prcobaan mmprlihatkan bahwa rpon tori yang idhailkan dapat mngikuti tori acuan yang dibrikan. Pada motor HP rpon tori mmiliki darah rippl mncapai Nm. Ktika kcpatan putaran motor mncapai kadaan tunak maka rpon toripun mmiliki kadaan tunak pada Nm namun ttap ada rippl. Sdangkan pada motor induki HP rpon tori mmiliki darah rippl yang bar yaitu 5 Nm Gambar 4.7 Rpon tori motor HP untuk bban Nm DAFAR PUSAKA [] Wahab Abdul H.F dan Sanui H., Simulink odl of Dirct orqu Control of Induction achin, Amrican Journal of Applid Scinc, 8. [] Pujol Aria Antoni, hi: Improvmnt In Dirct orqu Control of Induction otor., Nopmbr,. [] Anzj. rzynadlowki. Control of Induction otor. San Digo, USA : Acadmic Pr.. Procding Sminar uga Akhir Juruan knik Elktro FI-IS 6

7 [4] oufuti Riad, zian Salima, dan Bnalla Hocin, Dirct orqu Control Stratgy of Induction otor, Acta Elctrotchnica t Informatica, No., ol.7, 7 [5] Hugh Autin. Elctric otor And Driv : Fundamntal, yp and Application, hird Edition, Elvir Ltd., 6 [6] Krau.P.C Analyi of Elctrica achinary, c. Graw Hill, 987. DAFAR RIWAYA HIDUP Panji Kurniawan dilahirkan di kota Bandar Lampung pada tanggal Dmbr 987. Anak ktiga dari paangan uami itri Sumardji, BA dngan Sri Handayati, SH brtmpat tinggal di Jl.Kopi Utara III No., Bandar Lampung. Hobi pnuli adalah pakbola, browing intrnt dan mmbaca. Pnuli dapat dihubungi mlalui mail panji_ pk@yahoo.co.id Procding Sminar uga Akhir Juruan knik Elktro FI-IS 7