Pemodelan dan Simulasi Motor Kapasitor pada Kondisi Variable Speed

Transkripsi

1 Pemodelan dan Simulai Motor Kapaitor pada Kondii Variable Speed Adia*, Budhi Anto** *Mahaia Teknik Elektro Univerita Riau, **Doen Teknik Elektro Univerita Riau Kampu Binaidya Km 1,5 Simpang Baru Panam, Pekanbaru 893 Juruan Teknik Elektro Univerita Riau ABSTRACT Permanent Split Capacitor (PSC) Motor i a type of ingle-phae induction motor hich idely ued and one of circuit to run the ater pump. The ater pump i needed in the irrigation of agricultural land. If the location of agricultural land i not upplied ith electricity grid, then the Water Pump may be driven by olar module. Thi paper decribe a deign of poer electronic ytem that convert DC Poer from Solar Panel into AC Poer for upplying the PSC Motor. The idea of thi paper i to look at the peed characteritic of PSC Motor from the effect of unlight Irradiance. The ytem i imulated uing MATLAB-Simulink R015a. The ytem driver conit of Puh Pull Converter and Full Bridge Inverter type. DC voltage of the olar panel i raied to 311 V uing Puh Pull Converter, then the voltage i converted into AC voltage uing the full bridge inverter. PSC Motor model and olar module model are uing the available model in the MATLAB-Simulink R015a library. The Motor Capacitor model i uing the Single Phae Aynchronou Machine model and Capacitor of 16 µf. The Motor parameter i uing the parameter that have been propoed by Hrabovcova V. The olar Module ue the MEMC Singapore MEMC-M50ACA-0. In thi reearch, the olar panel a given the unlight Irradiance ith 5 condition, the condition i: Irradiance 1000 W/m, 800 W/m, 600 W/m, 400 W/m, and 00 W/m. The effect of unlight Irradiance ho the peed characteritic of PSC motor that follo logarithmic trendline. Keyord: Solar Module, Puh-Pull Converter, Full Bridge Inverter, Permanent Split Capacitor Motor, MATLAB-Simulink. memakai energi yang ada dan mengubahnya 1. PEDAHULUA Motor kapaitor merupakan alah atu menjadi energi litrik. Indoneia adalah negara dengan iklim jeni motor induki yang menggunakan tropi, dilalui oleh gari khatulitia, dan kapaitor dalam kontrukinya. Motor induki ini banyak digunakan dalam berbagai aplikai, eperti di indutri pertambangan, tranportai, matahari di Indoneia berinar epanjang tahun. Oleh karena itu, Energi matahari adalah pilihan tepat untuk dimanfaatkan. Energi indutri manufaktur, hingga aplikai di matahari adalah energi terbarukan, berih, lingkungan rumah tangga. Salah atu contoh motor kapaitor adalah Pompa Air, pompa air ini pada umumnya diuplai dengan tegangan 0 VAC. Sumber litrik PL adalah umber umum yang ramah lingkungan, dan akan menjadi trend energi maa depan. Alat yang digunakan untuk mengubah energi yang beraal dari matahari menjadi energi litrik adalah Panel Surya. Panel Surya digunakan mayarakat Indoneia dalam menerima paparan cahaya matahari dan memenuhi kebutuhan litrik. Tetapi, mengkonverikannya menjadi energi litrik. penditribuian litrik di Indoneia belum Energi litrik yang dihailkan berupa umber merata, terutama di daerah terpencil. Hal DC. Sumber DC tidak bia langung terebut menyulitkan mayarakat dalam menuplai pompa air, oleh karena itu pemanfaatan energi litrik, mialnya untuk memenuhi kebutuhan air dan irigai dengan pompa air. Salah atu olui yang tepat adalah diperlukan alat untuk mengubah umber DC menjadi umber AC. Alat untuk mengkonveri umber DC menjadi umber AC adalah inverter. Dalam JOM FTEKIK Volume 4 o. Oktober 017 1

2 penelitian ini, inverter yang digunakan dalam imulai adalah inverter full-bridge. Inverter ini akan mengkonverikan umber DC menjadi umber AC dengan frekueni yang euai dengan peifikai beban. Dalam imulai ini, beban yang digunakan adalah motor kapaitor yang memiliki frekueni 50 Hz. Motor pompa air memerlukan uplai tegangan 0 VAC, ementara panel urya pada umumnya menghailkan tegangan antara 17 VDC hingga 1 VDC. Untuk menyeuaikan dengan peifikai beban, diperlukan konverter untuk menaikkan tegangan DC. Dalam penelitian ini, konverter yang digunakan adalah puh-pull converter. Tegangan DC dari panel urya akan dinaikkan menjadi tegangan DC yang lebih tinggi yang nantinya akan dikonverikan menjadi umber AC oleh inverter full-bridge. Adapun tujuan dilakukannya penelitian ini adalah untuk mengamati karakteritik motor kapaitor pada kondii Variable Speed yang dipengaruhi oleh intenita cahaya matahari pada panel urya.. DASAR TEORI.1 Motor Induki Satu Faa Motor induki atu faa merupakan motor litrik aru bolak-balik yang bekerja berdaarkan prinip elektromagnetik. Diebut motor induki karena aru pada rotor tidak diperoleh dari umber tertentu, tetapi merupakan aru yang terinduki ebagai akibat adanya perbedaan relatif antara kecepatan rotai rotor dan kecepatan rotai medan putar yang dihailkan oleh aru tator...1 Motor Kapaitor Permanen Motor kapaitor permanen merupakan alah atu jeni dari motor induki atu faa. Pada daarnya, motor kapaitor permanen ini mirip dengan motor Split-Phae, tetapi menggunakan kapaitor dalam kontrukinya. Motor kapaitor ini termauk motor yang menggunakan rotor angkar (Squirrel Cage rotor), terdiri dari ejumlah batang tembaga yang dimaukkan ke dalam alur rotor, pada ujung-ujungnya dihubungkan oleh cincin tembaga ehingga tedapat irkuit tetutup. Sedangkan belitan tatornya terdiri dari dua belitan yaitu belitan utama (main inding) dan belitan bantu (auxiliary inding). Gambar.1 Motor Kapaitor Permanen (Sumber: Kontruki Motor Induki Gambar. Kontruki Motor Induki (Sumber: Saputra, 014)..3 Prinip Kerja Motor Induki Jika pada belitan tator diberi tegangan atu faa, maka pada tator akan dihailkan aru, aru ini menghailkan medan magnetik yang berputar dengan kecepatan inkron. Ketika medan meleati konduktor rotor, dalam konduktor ini diindukikan ggl yang ama eperti ggl yang diindukikan dalam belitan ekunder tranformator oleh fluki aru primer. Rangkaian rotor merupakan rangkaian tertutup, baik melalui cincin ujung atau tahanan luar, ggl induki menyebabkan aru mengalir dalam konduktor rotor. Jadi aru yang mengalir pada konduktor rotor dalam medan magnet yang dihailkan tator akan menghailkan gaya (F) yang bekerja pada rotor. (Saputra, 014) Apabila belitan tator diberi tegangan dari umber tegangan atu faa, maka akan timbul medan magnet yang berputar dengan kecepatan inkron: 10 f n (.1) p. Pemodelan Motor Kapaitor Permanen..1 Single Phae Aynchronou Machine Motor induki yang digunakan dalam pemodelan ini adalah Single Phae Aynchronou Machine yang teredia di Library MATLAB-Simulink R015a. JOM FTEKIK Volume 4 o. Oktober 017

3 Gambar.3 Single Phae Aynchronou Machine.. Rangkaian Ekivalen Belitan utama Single Phae Aynchronou Machine dalam Kerangka Refereni Sumbu q d Vd RSid d (.8) dt L i L i (.9) L d SS SS d ls ms ms dr L L (.10) d S V dr R Ri dr dr r qr dt (.11) dr L RRi dr LmSid (.1) L L L (.13) RR lr ms..4 Peramaan Tori Beban Motor Pada model motor induki terebut terdapat Tm. Tm yang digunakan adalah Tori nominal dari motor kapaitor terebut aat beroperai. (.14) T k Gambar.4 Rangkaian Ekivalen Belitan Utama Single Phae Aynchronou Machine dalam kerangka refereni umbu q (Sumber: help pada Single Phae Aynchronou Machine MATLAB R015a) d Vq Riq q (.) dt L i L i (.3) L q q l m m qr L L (.4) d V qr R ri qr qr r dr dt (.5) S L i L i (.6) qr rr lr rr qr m m q L L L (.7)..3 Rangkaian Ekivalen Belitan Bantu Single Phae Aynchronou Machine Dalam Kerangka Refereni Sumbu d Gambar.5 Rangkaian Ekivalen Belitan Bantu Single Phae Aynchronou Machine dalam kerangka refereni umbu d (Sumber: help pada Single Phae Aynchronou Machine MATLAB R015a)..5 Model Motor Kapaitor Permanen Untuk memodelkan motor kapaitor permanen, hal yang perlu dilakukan adalah menambah kapaitor. Kapaitor terhubung dengan M+ dan A+. hubungan terebut berdaarkan gambar.1. Pemodelan motor kapaitor permanen bia dilihat pada gambar.6. Gambar.6 Pemodelan Motor Kapaitor Permanen.3 Variable Speed Drive (VSD) dengan konep volt-per-hertz konep yang paling ederhana dalam mengontrol mein induki atu faa adalah konep volt-per-hertz. Ini adalah trategi kontrol kecepatan yang didaarkan pada dua pengamatan. Yang pertama adalah baha karakteritik kecepatan tori mein induki biaanya cukup curam pada kecepatan inkron, ehingga kecepatan rotor litrik akan mendekati frekueni litrik. Jadi, dengan mengendalikan frekueni, kecepatan dapat dikontrol. (Paul C. Kraue, Analyi of Electric Machinery and Drive Sytem (013)) JOM FTEKIK Volume 4 o. Oktober 017 3

4 Gambar.7 Karakteritik dari konep volt per hertz V f (Sumber: Yu, 1998) contant (.15).4 Sitem VSD yang Digunakan.4.1 Inverter Full Bridge (Konverter DC- AC) Inverter full bridge merupakan uatu rangkaian elektronika daya yang mengkonveri litrik DC menjadi litrik AC. Inverter ini pada prinipnya menggunakan 4 buah aklar. Input dari inverter ini adalah litrik earah. Litrik earah ini nantinya beraal dari keluaran puh pull converter. Untuk menjadikan keluaran litrik menjadi bolak balik diperlukan pengaturan buka tutup aklar yang tepat. V dc v S1 v S G 1 S 1 G I 1 Load I G 3 S 3 G 4 Gambar.8 Inverter full bridge (umber: Ariiboo, C. 010) (telah diolah kembali) (½)T T T S S 4 t Pada gambar.9 terdapat 4 gambar, gambar pertama (V S1) untuk pemberian inyal tegangan aklar 1, gambar kedua (V S) untuk memberikan inyal tegangan aklar, gambar ketiga (V S3) untuk pemberian inyal tegangan aklar 3 dan gambar keempat (V S4) untuk memberikan inyal tegangan aklar 4. Pemberian inyal tegangan level tinggi menyebabkan aklar menjadi kondii tertutup, edangkan pemberian inyal tegangan level rendah menyebabkan aklar dalam kondii terbuka. Penjelaan mengenai propori aktu () dan kondii (durai aktu aat emua aklar dalam keadaan terbuka) dijelakan pada penjelaan bentuk inyal tegangan aklar puh pull converter. Propori aktu () pada aklar 1 dan aklar 4 adalah ama dan berada dalam atu aktu. Hal terebut dilakukan agar aru mengalir ke beban dengan tegangan Vdc. Pada aat aklar 1 dan aklar 4 diberi inyal tegangan level tinggi, maka pada aal itu pula aklar dan aklar 3 diberi inyal tegangan level rendah. Kemudian pada poii aktu (½)T, dengan propori aktu () yang ama, aklar dan aklar 3 diberikan inyal tegangan level tinggi, edangkan aklar 1 dan aklar 4 diberikan inyal tegangan level rendah. Pemberian inyal tegangan ini bertujuan untuk mengalirkan aru ke beban dengan tegangan Vdc. Dengan kondii terebut, litrik earah telah menjadi litrik bolak-balik..4. Puh Pull Converter (Konverter DC- DC) Puh Pull Converter merupakan alah atu jeni konverter DC-DC yang dimakudkan untuk menaikkan tegangan DC ataupun menurunkan tegangan DC. (½)T T T t v S3 (½)T T T t v S4 (½)T T Gambar.9 Bentuk inyal-inyal tegangan untuk mengendalikan aklar S1, S, S3, dan S4 T t Gambar.10 Rangkaian Puh Pull Converter (umber: Singh, 015) JOM FTEKIK Volume 4 o. Oktober 017 4

5 Rangkaian Puh Pull Converter terdiri dari dua buah aklar, atu buah trafo center tap, dan dua buah dioda, erta terdapat induktor dan kapaitor. Sumber dari rangkaian terebut adalah umber DC. Saklar Puh Pull Converter pada umumnya menggunakan MOSFET. Saklar 1 dan aklar bekerja membuka dan menutup rangkaian ecara bergantian dalam atu perioda. Dalam atu perioda, ada propori aktu yang dibutukan aklar aat dalam kondii tertutup. Propori aktu yang diperlukan aklar aat keadaan tertutup dinyatakan dalam itilah Duty Cycle (D). Duty Cycle (D) dapat didefiniikan ebagai berikut : v S1 v S t D T (½)T (½)T O S T T (.17) Gambar.11 Sinyal tegangan (VS) untuk mengendalikan aklar S1 dan S (umber: Anto, 016) Terdapat dua gambar, gambar pertama (V S1) untuk pemberian inyal tegangan aklar 1 dan gambar kedua (V S) untuk memberikan inyal tegangan aklar. Pemberian inyal tegangan level tinggi menyebabkan aklar menjadi kondii tertutup, edangkan pemberian inyal tegangan level rendah menyebabkan aklar dalam kondii terbuka. Kondii tertutup ini memiliki propori aktu () dalam atu perioda, dimana propori terebut tidak lebih dari 50% terhadap perioda dari inyal tegangan aklar 1 dan aklar (T). Propori aktu aklar yang diberi inyal tegangan () kurang dari 50% terhadap T menyebabkan kondii dimana aklar 1 dan aklar berada dalam kondii terbuka. Durai aktu kondii terebut pada gambar dilambangkan dengan. Kondii terjadi karena pemberian inyal tegangan level tinggi pada aklar berada pada poii etengah perioda {(½)T}. T T t t Untuk menentukan tegangan keluaran yang diharapkan dari puh pull converter, dapat digunakan peramaan di baah ini: V out Vin D (.18) Hal-hal yang dilakukan dalam merancang puh pull converter meliputi: Perancangan tranformator, penentuan nilai induktani induktor, dan penentuan nilai kapaitani kapaitor..5 Perancangan Tranformator Puh Pull Converter (area product method) Hal pertama yang haru dilakukan adalah menentukan peifikai tranformator, yaitu: 1. Tegangan output konverter (Vo). Tegangan input max (VccMax) dan input min (VccMin) konverter 3. Aru output konverter (Io) 4. Faktor riak tegangan output konverter (r) 5. Frekueni penaklaran (f) Setelah menentukan peifikai, kemudian lakukan tahapan-tahapan berikut:.5.1 Menghitung Daya Keluaran Tranformator (Po) P V V V I (.19) o o rl D o.5. Menghitung Area-Product (Ap) untuk memilih ukuran inti yang tepat 1 Po 1 A p (.0) 4K JBm f Setelah nilai Ap diperoleh, pilih ukuran inti yang mempunyai nilai Ap lebih bear dari hail pehitungan. Ukuran inti dapat dilihat pada tabel Menghitung jumlah lilitan primer dan lilitan ekunder tranformator VccMax 1 4B A f (.1) n 1 m c D mak o p V V ccmin (.).5.4 Menentukan Lua Penampang Kaat Kumparan Primer dan Kumparan Sekunder Tranformator Untuk menentukan lua penampang kaat kumparan primer dan kaat kumparan ekunder tranformator, hal yang dilakukan JOM FTEKIK Volume 4 o. Oktober 017 5

6 terlebih dahulu adalah menentukan bearnya aru yang akan mengalir pada kumparan. I I o D mak (.3) I a a n (.4) Lalu, tentukan lua penampang kaat. 1 I 1 I1 J I J (.5) (.6) Setelah lua penampang kaat diperoleh, maka langkah elanjutnya adalah memilih kaat dengan ukuran yang mendekati hail perhitungan. (lihat ire ize table di buku: L. Umanand, S.R. Bhat, 001, hal 18) Setelah mendapatkan kaat penghantar, lakukan pengecekan dengan peramaan berikut: ai i i1 a a JOM FTEKIK Volume 4 o. Oktober A K m (.7) A K 1 1 (.8) Apabila nilai dari A K a a, 1 1 Maka, ganti jeni kaat dengan lua penampang yang berbeda dari ebelumnya yang telah dipilih. Tabel.1 Speifikai dan ukuran inti ferit jeni E-E Ukuran MLT Lm Ac A Ap inti (mm) (mm) ( 10 mm ) ( 10 mm ) ( 10 4 mm 4 ) η r E0/10/5 38 4,8 0,31 0,478 0, E5/9/6 51, 48,8 0,4 0,78 0, E5/13/7 5 57,5 0,55 0,87 0, E30/15/ ,9 0,597 1,19 0,71 E36/18/11 70,6 78,0 1,31 1,41 1, E4/1/9 77,6 108,5 1,07,56, E4/1/ , 1,8,56 4, E4/1/ ,0,35,56 6, E65/3/ ,3,66 5,37 14, (Sumber: L. Umanand, S.R. Bhat, 001, hal 16).6 Menghitung Parameter Tranformator yang Digunakan pada Simulai Tranformator yang digunakan pada imulai puh pull converter ini adalah tranformator yang telah teredia di imulink library broer. Gambar.1 Multi-Winding Tranformer yang digunakan.6.1 Menghitung reitani kumparan primer dan kumparan ekunder R MLT 1 0,00393 T 0 (.9) MLT 0 1 0,00393 T R 0 (.30).6. Menghitung reitani magnetiai pada tranformator Yang dilakukan terlebih dahulu adalah menghitung rugi-rugi inti tranformator. P V K f B (.31) fe c c m A L (nh/lilit ) Tabel. Soft magnetic material Material Ferrite Model Epco 87 f 50 khz Kc 16,9 α 1,5 β,35 (Sumber: Hurley, 013) ilai dari Kc, α, dan β ditentukan dari material inti tranformator yang digunakan, nilai terebut dapat dilihat pada tabel.. Kemudian untuk menghitung reitani hail magnetiai: Dmin VccMax Rc Pfe (.3) ilai Dmin dicari berdaarkan peramaan (.)..6.3 Menghitung Induktani Magnetiai (Lm) Tranformator L 1 (.33) m A L

7 .6.4 Menghitung induktani bocor kumparan primer dan ekunder tranformator o 1 MLT b Ll1 (.34) 3h L l MLT b o (.35) 3h.7 Penentuan Induktani Induktor dan Kapaitani Kapaitor 1 Dmin Vout Lmin (.36) 4I f C min out 1 Dmin 1 (.37) 8 r f L.8 Teori Daar mengenai Sel Surya Rangkaian ekivalen dari el urya yaitu dengan menghubungkan umber aru dengan dioda ecara paralel. Keluaran dari umber aru ecara langung euai dengan jatuhnya cahaya ke el urya diebut ebagai photocurrent Ipv. Pada kondii di lapangan, aliran aru ini mengalami hambatan di material emikonduktor dan reitani pada kontak ekternal. Sehingga perlu menambahkan reitor hunt Rh yang paralel dengan dioda (Rp) ebagai aru bocor dan reitani eri (R) ebagai tahanan dalam dari aliran aru. (Wardhana, 013) Gambar.13 Rangkaian Ekivalen Solar Cell (umber: Jain, Geet., V.K. Arun Shankar., S, Umahankar., 016) 3. METODE PEELITIA Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah mengumpulkan data dari peneliti ebelumnya. Data yang digunakan adalah data parameter motor induki atu faa. Kemudian data dari hail penelitian terebut digunakan ebagai parameter yang dibutuhkan pada imulai. Setelah parameter motor induki digunakan pada imulai, motor terebut diberi kapaitor. Kemudian motor kapaitor terebut diuplai dengan umber AC untuk memvalidai parameter yang digunakan. min Indikator yang digunakan untuk memvalidai adalah dengan melihat putaran motor. Metode yang digunakan elanjutnya adalah merancang imulai dan menjalankan imulai. Simulai yang dirancang elanjutnya adalah inverter full bridge. Simulai ini diuplai oleh umber DC 311 volt. Setelah eleai merancang, kemudian imulai ini dijalankan. Pada tahapan ini, kecepatan motor haru mendekati kecepatan inkron. Tahapan elanjutnya adalah merancang model Puh-Pull Converter. Tahapan ini meliputi: merancang tranformator, menghitung parameter yang dibutuhkan pada imulai tranformator, dan menentukan nilai kapaitani & induktani pada rangkaian Puh- Pull Converter. Setelah imulai terebut dirancang, kemudian imulai ini dijalankan. Sumber yang digunakan adalah umber DC 1 volt, ementara beban yang digunakan adalah beban R dari motor terebut (P = I R). pada tahapan ini, tegangan keluaran Puh-Pull Converter haru bernilai mendekati 311 volt DC. Setelah tegangan keluaran mencapai 311 volt, model ini dihubungkan ke model yang telah dirancang ebelumnya. Tegangan keluaran dari model Puh-Pull Converter dihubungkan ke inverter full bridge. Pada kondii ini, imulai dijalankan dan kecepatan motor dilihat. Kecepatan motor haru mendekati kecepatan inkron. Tahapan elanjutnya adalah mengganti umber DC pada model Puh-Pull Converter. Sumber tegangan yang digunakan adalah panel urya. Pada tahapan ini, tegangan makimal panel urya untuk menuplai model Puh-Pull Converter haru mendekati angka 1 volt DC dan tegangan keluaran aat menuplai beban R motor haru mendekati 311 volt DC. Untuk mencapai tegangan yang diharapkan, metode yang dilakukan adalah melihat peifikai panel urya yang akan digunakan dan menjalankan imulai terebut. Tahapan terakhir adalah menggabungkan imulai Puh-Pull Converter dengan imulai inverter full bridge. Sumber tegangan adalah panel urya dan beban dari imulai adalah motor kapaitor. ilai Irradiance (W/m ) diubah-ubah untuk melihat karakteritik kecepatan motor. JOM FTEKIK Volume 4 o. Oktober 017 7

8 Start Tidak Pengumpulan Data Parameter Motor Induki : P n (VA), V rm (V), f (Hz), R (Ω), L l (H), R r (Ω), L lr (H), L m (H), R S (Ω), L ls (H), dan pole pair. Pemilihan ukuran kapaitor Pemodelan Motor Kapaitor Menjalankan Simulai Pemodelan Motor Kapaitor dengan V = 0 V AC Apakah rotor peed kecepatan nominal n (rpm)? Ya Pemodelan Inverter full bridge Menggabungkan Pemodelan Puh Pull Converter (V : 1 V DC) dengan Pemodelan inverter full bridge. (Beban : Pemodelan Motor Kapaitor) Menjalankan Simulai Penggabungan Pemodelan Puh Pull Converter (V : 1 V DC) dengan Pemodelan inverter full bridge. (Beban : Pemodelan Motor Kapaitor) Apakah rotor peed kecepatan nominal n (rpm)? Ya Tidak Mengganti V pada pemodelan Puh Pull Converter (V menggunakan Panel Surya) Tidak Menjalankan Simulai Pemodelan Inverter full bridge dengan V = 311 V DC dan beban berupa Pemodelan Motor Kapaitor Apakah rotor peed Kecepatan nominal n (rpm)? Ya Merancang model Puh Pull Converter Menjalankan Simulai Pemodelan Puh Pull Converter dengan V = 1 V DC dan beban berupa R dari motor (P = I R) Tidak Memilih Speifikai Panel Surya yang tepat Menjalankan Simulai pemodelan Puh Pull Converter (V menggunakan Panel Surya) (Beban : R dari motor (P = I R)) Apakah V in 1 V dan V out 311 V? Ya Menggabungkan Pemodelan Puh Pull Converter (V : Panel Surya) dengan Pemodelan inverter full bridge. (Beban : Pemodelan Motor Kapaitor) Tidak Apakah V out Puh Pull Converter 311 V DC? Menjalankan Simulai Pemodelan Final dengan Variabel Ir radiance (W/m ) berubah-ubah dan Suhu tetap Ya Kecepatan Motor aat Ir radiance 1000 (W/m ), 800 (W/m ), 600 (W/m ), 400 (W/m ), dan 00 (W/m ) Gambar 3.1 Flochart Penelitian Seleai JOM FTEKIK Volume 4 o. Oktober 017 8

9 Start Penentuan Speifikai Tranformator: V ccmax (V), V ccmin (V), V o (V), I o (A), r, f (Hz) Default Data: V D = 1,5 V ; r = 1% ; K = 0,4 ; J = A/m ; η = 0,8 ; B m = 0, T ; D max = 45% V rl = 10% V o ; V ripple = r V o Menghitung Daya Tranformator: P o = (V o + V rl + V D ) I o Menghitung A p : 1 Po 1 A p 4K JB f Pilih ukuran inti ferit dengan nilai A p > A p perhitungan Inti ferit yang dipilih terdapat data : A p (mm 4 ), MLT (mm), L m (mm), A c (mm ), A (mm ), η r, A L (nh/lilit ) Menghitung 1 dan : VccMax V o ; n 4B A f D V 1 m c 1 mak ccmin I Menghitung bear aru yang mengalir pada kumparan: I ; I 1 = n I o D mak Menentukan lua penampang kaat: a 1 = ( I 1 /J ) ; a = ( I /J ) m Menghitung R primer dan R ekunder : R 1 = 1 MLT ρ 0 [1 + 0,00393 (T 0)] R = MLT ρ 0 [1 + 0,00393 (T 0)] Menghitung R m : P fe = V c K c f α β B m D min = V o /(( / 1 ) V ccmax ) Dmin VccMax Rc Pfe R m = R c Menghitung L m : L m = 1 A L Menghitung Induktani Bocor L l1 dan L l : o1 MLT b Ll1 3h L l o Menghitung V rm primer dan V rm ekunder : V rm = V p /( ½ ) Parameter Trafo: P (W), f (Hz), V rm primer (V), V rm ekunder (V), R 1 (Ω), R (Ω), L l1 (H), L l (H), R m (Ω), L m (H) Menghitung C min : 1 Dmin 1 Cmin 8 r f L MLT b 3h Menghitung L min : 1 Dmin V Lmin 4I f out out min Tidak Pilih ukuran kaat yang euai Apakah A K (a 1 1 ) + (a )? aikkan nilai peifikai V o Tidak V out L min, C min Apakah 311 V DC? Ya Ya Hail perancangan Trafo: Ukuran inti, 1,, lua penampang kaat (mm ) Seleai Gambar 3. Flochart Perancangan Puh Pull Converter JOM FTEKIK Volume 4 o. Oktober 017 9

10 Berikut ini adalah tahapan pemodelan yang dilakukan: 3.1 Pemodelan Motor Kapaitor dengan Sumber litrik AC Pemodelan motor kapaitor dengan umber litrik AC dapat dilihat pada gambar.6. Parameter yang digunakan pada imulai motor kapaitor terebut adalah parameter dari jurnal terbitan IEEE yang dibuat oleh V. Hrabovcova, L. Kalamen, P. Sekerak dan P. Rafadju yang berjudul Determination of Single Phae Induction Motor Parameter. ameplate motor induki yang digunakan dapat dilihat pada table 3.1 dan parameter yang digunakan dapat dilihat pada table 3.. kapaitor yang digunakan adalah kapaitor 16µF. Tori beban motor dapat dilihat pada gambar 3.3 dan nilai k dicari beraarkan peramaan.19. Tabel 3.1 ameplate Motor Induki 1 faa ameplate motor induki 1 faa P (W) 150 V (volt) 0 n (rpm) 730 I (A) 1 T (m) 0,55 (umber: Hrabovcova, Kalamen, Sekerak, Rafajdu, 010) Tabel 3. Parameter motor kapaitor yang digunakan pada imulai Pn 150 W Vn (Vrm) 0 V f 50 Hz Main inding tator (q) R 19,9 Ω L l 0,0679 H Main inding rotor (q) R r 50,1 Ω L lr 0,0679 H Main inding mutual L m 1, H inductance Auxiliary inding tator (d) Pole pair R S L ls 1,3 Ω 0,0709 H 1 paang ( kutub) Turn ratio (aux/main) 1, (umber: Hrabovcova, Kalamen, Sekerak, Rafajdu, 010) (Telah diolah kembali) Gambar 3.3 Tori beban motor aat beroperai 3. Pemodelan Motor Kapaitor dengan inverter full Bridge Gambar 3.4 Pemodelan Motor Kapaitor dengan inverter full Bridge Pada tahap ini, motor diuplai dengan umber 311 VDC dan litrik earah terebut dikonveri menjadi litrik bolah-balik oleh inverter full bridge. Kecepatan motor yang dihailkan adalah 780 rpm. 3.3 Perancangan Model Puh Pull Converter Perancangan puh pull converter berdaarkan flochart pada gambar Perancangan Tranformator Tabel 3.3 Speifikai tranformator yang akan dirancang Speifikai Tranformator Vout 510 V VccMax 1 V VccMin 15 V Iout 1 A f 50 khz Dengan mengikuti diagram alir pada gambar 3. dengan proe perhitungan yang tertera pada flochart, diperoleh: Vrl = 51 V; Vripple = 5,1 V; Po = 56,5 W; Ap = 3, mm 4 (E4/1/15 dipilih ebagai ukuran inti tranformator); I1 = 7, A; I = 0, A. Tabel 3.4 Wire Size yang digunakan a a a 1 SWG 5 10 Diameter ith enamel (mm) 0,561 3,383 Area of bare conductor (mm ) 0,070 8,3000 C (Ω) 85,1,1 Weight (Kg/km) 1, ,0000 (Sumber : L. Umanand, S.R. Bhat, 001, hal 18) Tabel 3.5 Data hail perancangan tranformator Jeni Ukuran inti E4/1/ lilitan 15 lilitan a1 8,30 mm a 0,07 mm JOM FTEKIK Volume 4 o. Oktober

11 Gambar 3.5 Dimeni dari E4/1/15 (dalam mm) (Sumber: EPCOS Data Book, 013) 3.3. Parameter Tranformator yang Digunakan pada Simulai Setelah merancang tranformator, langkah elanjutnya berdaarkan flochart pada gambar 3. adalah menghitung parameter yang dibutuhkan. Dengan T = 75 C (uhu aat tranformator beroperai); Vc = mm (nilai V c Sumber: EPCOS Data Book, 013). Berdaarkan peramaan pada flochart, diperoleh Pfe = 4, W; Dmin = 0,9143; Lmin = 0, H; Cmin = 9, F. dan elebihnya terlampir pada table 3.6. Tabel 3.6 Parameter Tranformator yang digunakan pada imulai Parameter Tranformator P 56,5 W f Hz Vrm Primer 14,84944 V Vrm Sekunder R1 R Ll1 Ll 360, V 0, Ω 1, Ω 7, H 0, H Rm 51, Ω Lm 0, H Pemodelan puh pull converter beban R motor Gambar 3.6 Pemodelan puh pull converter beban R motor Setelah mendapatkan parameter, elanjutnya parameter terebut dimaukkan pada imulai. ilai L dipilih ebear 1 mh dan nilai C dipilih ebear 5 mf. Pengaturan buka-tutup aklar pada MOSFET ebear 50 khz diatur oleh pule generator 1 dan. Pule generator diatur dengan delay etengah perioda terhadap pule generator 1. Beban dari imulai puh pull converter adalah beban R = 150 Ω dari motor. Hail imulai menunjukkan Vo = 311 V, hal terebut menunjukkan baha perancangan model puh pull converter udah tepat. 3.4 Menggabungkan pemodelan puh pull converter dengan inverter full bridge beban motor kapaitor Gambar 3.7 Simulai penggabungan puh pull converter dengan inverter full bridge beban motor kapaitor Setelah eleai merancang model puh pull converter, langkah elanjutnya adalah menggabungkan imulai terebut dengan inverter full bridge beban motor kapaitor. Hail running imulai menunjukkan kecepatan putar motor ebear 78 rpm. Hal terebut mengindikaikan baha perancangan terebut telah euai. 3.5 Pemodelan puh pull converter dengan umber Panel Surya Tabel 3.7 Speifikai panel urya yang dipilih Speifikai MEMC-M50ACA-0 49,964 Cell per Pmax 60 cell W modulle Voc 37,6 V Ic 8,9 A Vmp 9,9 V Imp 8,36 A 0,04 %/ C Light-generated current (IL) 8,943 A diode aturation current (Io) 4, A Diode idealy factor 1,055 Shunt reitance (Rh) 94,001 Ω Serie reitance (R) 0,37391 Ω Koef T 0,37 Koef T Voc %/ C Ic (umber: PV Array block parameter MATLAB- Simulink R015a) JOM FTEKIK Volume 4 o. Oktober

12 Gambar 3.8 Pemodelan puh pull converter dengan umber panel urya Setelah dicoba dengan berbagai merek panel urya, maka MEMC Singapore MEMC- M50ACA-0 adalah pilihan terbaik untuk model ini. Speifikai panel urya terebut terlampir pada table 3.7. Hal terebut dikarenakan panel urya terebut mampu menghailkan Vout ebear 311,8 V aat Irradiance 1000W/m pada uhu 30 C dan Vin ebear 1,06 V ketika menuplai beban R motor ebear 150 Ω. 4. HASIL DA PEMBAHASA Bab ini akan menjelakan hail dari imulai yang telah dirancang. Simulai terebut merupakan gabungan dari pemodelan puh pull converter dengan inverter full bridge. Sumber litrik puh pull converter yaitu berupa panel urya dan beban inverter full bridge berupa motor kapaitor. Simulai akan dijalankan ebanyak 5 kondii, yaitu kondii cahaya matahari makimal hingga kondii cahaya matahari redup. Kondii terebut berupa Irradiance 1000 W/m, 800 W/m, 600 W/m, 400 W/m, dan 00 W/m. Temperatur panel urya adalah tetap, yaitu 30 C. Temperatur terebut diambil berdaarkan uhu rata-rata di Indoneia yang beruhu 30 C. Simulai terebut dijalankan berdaarkan konep V/f kontan. Makudnya adalah ketika tegangan umber (Panel urya) berada pada tegangan makimal (yaitu 1 volt), maka frekueni pada inverter full bridge adalah 50 Hz. Perbandingan 1V/50Hz haru kontan terhadap tegangan yang dihailkan pada panel urya. Ketika tegangan umber turun, maka frekueni pada inverter full bridge haru diturunkan dengan perbandingan kontan terebut (lihat lampiran). Ketika Irradiance 1000 W/m, maka tegangan umber dilihat, kemudian frekueni diatur berdaarkan perbandingan terebut. Begitu juga aat kondii Irradiance 800 W/m, 600 W/m, 400 W/m, dan 00 W/m, tegangan umber dilihat dan frekueni diatur dengan perbandingan kontan. Dari hail imulai terebut, hal yang dilihat adalah kecepatan putar motor. Kecepatan motor dilihat aat Irradiance 1000 W/m, 800 W/m, 600 W/m, 400 W/m, dan 00 W/m. Kecepatan putar motor akan dilihat dan akan dibuat kurva pengaruh Irradiance terhadap kecepatan putar motor kapaitor. Kurva terebut akan memperlihatkan karakteritik kecepatan putar motor. Gambar 4.1 Penggabungan model puh pull converter dengan inverter full bridge, umber panel urya dan beban motor kapaitor 4.1 Panel urya menerima kondii Irradiance 1000 W/m Kondii pertama yaitu memberikan pencahayaan makimal terhadap panel urya. ilai Irradiance diberikan ebear 1000 W/m. Simulai dijalankan elama 60 detik. Gambar 4. Kecepatan motor kapaitor aat Irradiance 1000 W/m JOM FTEKIK Volume 4 o. Oktober 017 1

13 Pada kondii ini, tegangan panel urya adalah bernilai 1,19 volt. Oleh karena itu, euai dengan perbandingan V/f kontan maka frekueni pada inverter full bridge dibuat ebear 50,35 Hz. Kecepatan putar motor mencapai 798 rpm dan mulai berada di kondii tabil pada detik ke Panel urya menerima kondii Irradiance 800 W/m Pada kondii ini, tegangan panel urya adalah bernilai 10,37 volt. Oleh karena itu, euai dengan perbandingan V/f kontan maka frekueni pada inverter full bridge dibuat ebear 4,7 Hz. Kecepatan putar motor yang dihailkan yaitu 144 rpm dan mulai berada di kondii tabil pada detik ke Panel urya menerima kondii Irradiance 00 W/m Gambar 4.3 Kecepatan motor kapaitor aat Irradiance 800 W/m Pada kondii ini, tegangan panel urya adalah bernilai 18,98 volt. Oleh karena itu, euai dengan perbandingan V/f kontan maka frekueni pada inverter full bridge dibuat ebear 44,9 Hz. Kecepatan putar motor mencapai 534 rpm dan mulai berada di kondii tabil pada detik ke Panel urya menerima kondii Irradiance 600 W/m Gambar 4.6 Kecepatan motor kapaitor aat Irradiance 00 W/m Pada kondii ini, tegangan panel urya adalah bernilai angat rendah, yaitu 3,03 volt. Oleh karena itu, euai dengan perbandingan V/f kontan maka frekueni pada inverter full bridge dibuat ebear 7,143 Hz. Kecepatan putar motor yang dihailkan hanya 198 rpm. Untuk mencapai kecepatan kondii tabil, aktu yang dibutuhkan cukup lama, yaitu pada detik ke Karakteritik kecepatan putar motor kapaitor terhadap pengaruh Pencahayaan Sinar Matahari Gambar 4.4 Kecepatan motor kapaitor aat Irradiance 600 W/m Pada kondii ini, tegangan panel urya adalah bernilai 15,73 volt. Oleh karena itu, euai dengan perbandingan V/f kontan maka frekueni pada inverter full bridge dibuat ebear 37,38 Hz. Kecepatan putar motor yang dihailkan yaitu 14 rpm dan mulai berada di kondii tabil pada detik ke Panel urya menerima kondii Irradiance 400 W/m Gambar 4.5 Kecepatan motor kapaitor aat Irradiance 400 W/m Gambar 4.7 Karakteritik kecepatan putar motor kapaitor terhadap pengaruh Irradiance Gambar 4.7 terebut memperlihatkan karakteritik kecepatan motor kapaitor yang mengikuti trendline logarithmic, yaitu gari trend yang melengkung menyerupai ifat dari logaritma. JOM FTEKIK Volume 4 o. Oktober

14 5. KESIMPULA DA SARA 5.1 Keimpulan Berdaarkan hail perancangan Pemodelan dan hail Simulai terebut, dapat diambil beberapa keimpulan, yaitu: 1. Kuat pencahayaan matahari yang menyinari panel urya mempengaruhi aktu untuk mencapai kecepatan tabil putaran motor. Pada Irradiance 1000 W/m untuk mencapai kecepatan 798 rpm hanya membutuhkan aktu ekitar 5 detik, ementara pada pencahayaan matahari redup (irradiance 00 W/m ), untuk mencapai kecepatan putar motor pada kondii tabil memerlukan aktu hampir 60 detik.. Karakteritik kecepatan putar motor kapaitor terhadap pengaruh pencahayaan matahari yang mengenai panel urya mengikuti trendline logarithmic, yaitu gari trend yang melengkung menyerupai ifat dari logaritma. 5. Saran Saran yang perlu diampaikan untuk pengembangan penelitian elanjutnya adalah: 1. Pada metode perancangan imulai yang telah dilakukan, untuk mengatur frekueni pada inverter full bridge terhadap perubahan tegangan maih dilakukan ecara manual, ehingga diperlukan lagi rancangan imulai yang bia mengatur frekueni ecara otomati terhadap perubahan tegangan input. OMECLATURE Daftar otai pada Pemodelan Motor Kapaitor n = kecepatan medan putar tator (rpm) f = frekueni (Hz) p = jumlah kutub R = Reitani tator belitan utama (Ω) L l = Induktani bocor belitan utama pada tator (H) R S = Reitani tator belitan bantu (Ω) L ls = Induktani bocor belitan bantu pada tator (H) R r = Reitani rotor belitan utama (Ω) L lr = Induktani bocor belitan utama pada rotor (H) R R = Reitani rotor belitan bantu (Ω) L lr = Induktani bocor belitan bantu pada rotor (H) L m = Induktani hail magnetiai belitan utama (H) L ms = Induktani hail magnetiai belitan bantu (H) L = Total induktani belitan utama pada tator (H) L rr = Total induktani belitan utama pada rotor (H) L SS = Total induktani belitan bantu pada tator (H) L RR = Total induktani belitan bantu pada rotor (H) V a = Tegangan tator belitan utama (V) i a = Aru tator belitan utama (A) V b = Tegangan tator belitan bantu (V) i b = Aru tator belitan bantu (A) V q = Tegangan tator umbu q (V) i q = Aru tator umbu q (A) V qr = Tegangan rotor umbu q (V) i qr = Aru rotor umbu q (A) V d = Tegangan tator umbu d (V) i d = Aru tator umbu d (A) V dr = Tegangan rotor umbu d (V) i dr = Aru rotor umbu d (A) φ q = Fluk tator umbu q φ d = Fluk tator umbu d φ qr = Fluk rotor umbu q φ dr = Fluk rotor umbu d ω m = Kecepatan angular dari rotor (rad/) θ m = Poii angular dari rotor ω r = Kecepatan angular dari medan litrik (ω m p) θ r = Poii angular dari elektrikal rotor (θ m p) T e = Tori Elektromagnetik T m = Tori poro mekanik (.m) S = umber of auxiliary inding' effective turn = umber of main inding' effective turn T = Tori nominal motor (.m) k = ilai kontanta pada beban motor ω = rotor peed (rad/) Daftar otai pada Pemodelan Puh Pull Converter D = Duty Cycle (%) = propori aktu aat aklar dalam keadaan tertutup (range 0 0,5T ) T = aktu dalam atu perioda V out = tegangan keluaran puh pull converter (volt) V in = tegangan maukan puh pull converter (volt) = banyak lilitan ii ekunder trafo p = banyak lilitan ii primer trafo P o = Daya keluaran tranformator (att) V o = Tegangan output tranformator (volt) V rl = Tegangan jatuh pada kumparan tranformator (V) V D = Tegangan jatuh pada dioda (volt) r = faktor riak tegangan keluaran konverter I o = Aru output pada konverter (ampere) A p = Area Product (mm 4 ) η = efiieni tranformator (0,8) K = faktor penggunaan jendela inti tranformator (0,4) J = rapat aru penghantar ( A/m ) B m = rapat fluk magnetik makimum (0, tela) f = frekueni penaklaran (Hz) MLT = Mean Length per Turn (panjang rata-rata atu lilitan) (mm) L m = panjang lintaan magnetik rata-rata (mm) A c = lua penampang inti ferit tempat kumparan dililitkan (mm ) A = lua jendela inti ferit (mm ) η r = permeabilita relatif bahan ferit A L = induktani magnetiai per kuadrat lilitan (nh/lilit ) = Jumlah lilitan kumparan primer (lilitan) 1 = Jumlah lilitan kumparan ekunder (lilitan) V o = Jumlah dari tegangan output trafo, tegangan jatuh dioda, dan tegangan jatuh pada kumparan trafo (V o = V o + V rl + V D) (volt) D mak = duty cycle makimum yang digunakan (45%) JOM FTEKIK Volume 4 o. Oktober

15 V ccmin = nilai tegangan input minimal tranformator (V) V ccmax = nilai tegangan input makimal tranformator (V) I = nilai aru rm pada kumparan ekunder tranformator (ampere) I 1 = nilai aru rm pada kumparan primer tranformator (ampere) n = raio perbandingan jumlah lilitan / 1 a 1 = lua penampang kaat kumparan primer (mm ) a = lua penampang kaat kumparan ekunder (mm ) ρ 0 = reitani per atuan panjang pada uhu 0 C yang digunakan (Ω/m) T = temperatur konduktor (75 C) P fe = rugi-rugi inti tranformator (att) V c = volume inti tranformator yang digunakan (cm 3 ) R c = Reitani hail magnetiai (Ω) D min = duty cycle minimum yang mampu digunakan pada model L l1 = Induktani bocor kumparan primer (H) L l = Induktani bocor kumparan ekunder (H) µ o = permeabilita ruang hampa (4π 10 7 H/m) b = lebar efektif jendela inti ferit (m) h = tinggi jendela inti ferit (m) L min = nilai induktani minimum dari induktor (H) = nilai kapaitani minimum dari kapaitor (F) C min DAFTAR PUSTAKA Ariiboo C., Warito A., Karnoto (010). Perancangan Inverter Dual Converion Puh Pull-Full Bridge pada Aplikai Fotovoltaik. Journal of TRASMISI, 1 (3), 010, , ISS Hrabovcova V., Kalamen L., Sekerak P., Rafajdu P. (010). Determination of Single Phae Induction Motor Parameter. SPEEDAM 010. International Sympoium on Poer Electronic, Electrical Drive, Automation and Motion /10/$ IEEE. Saputra, Rahmat Rancang Bangun Alat Pengatur Kecepatan Motor Induki Satu Faa Melalui Pengaturan Frekueni Menggunakan Multivibrator Atable. Skripi Sarjana, Fakulta Teknik, Univerita Bengkulu, Bengkulu. MR, Fadhli Rancang Bangun Inverter 1V DC ke 0 V AC dengan Frekeni 50 Hz dan Gelombang Keluaran Sinuoidal. Skripi Sarjana, Fakulta Teknik, Univerita Indoneia, Depok. Muchlihah Simulai Unjuk Kerja Motor Induki dengan Catu PWM Inverter. Skripi Sarjana, Fakulta Teknik, Univerita Indoneia, Depok. Blaabjerg, Frede., Lungeanu, Florin., Skaug, Kenneth., and Aupke, Andrea. (00). Comparion of Variable Speed Drive for Single-Phae Induction Motor. Journal IEEE Publiher. PCC-Oaka /0/$ IEEE. Jain, Geet., V.K. Arun Shankar., S, Umahankar. (016). Modelling an Simulation of Solar Photovoltaic fed Induction Motor for Water Pumping Application uing Perturb and Oberver MPPT Algorithm. Journal IEEE Publiher /16/ $ IEEE. Kraue, Paul C., Waynczuk, Oleg., Sudhoff, Scott D., Pekarek, Steven. (013). Analyi of Electric Machinery and Drive Sytem. Wiley, Blackell. IEEE E-Book Pre. Diake pada 15 Juni 016, pukul.45 WIB. Diake pada 30 Januari 017, pukul WIB. Kadaffi, Muhamar MT Penerapan Simulink Untuk Simulai. Bahan Ajar Modul 10. Fakulta Teknik Indutri, Univerita Mercu Buana, Jakarta. Yu, Zhenyu., Figoli, David (1998). AC Induction Motor Control Uing Contant V/Hz Principle and Space Vector PWM Technique ith TMS30C40. Texa Intrument. Anto, Budhi., Ervianto, Edy (016). Perancangan dan Analii Puh-Pull Converter Untuk Solar Charge Controller. Jurnal Penelitian. Singh, Atul., VS, Jabir (015). Voltage Fed Full Bridge DC-DC and DC-AC Conveter for High Frequency Inverter Uing C000. Texa Intrument. Umanand, L., Bhat, S.R. (001). Deign of Magnetic Component for Sitched Mode Poer Converter. e Delhi : e Age International (P) Publiher. Hurley, W.G. (013). Tranformer and Inductor for Poer Electronic. ational Univerity of Ireland, Galay, Ireland. John Wiley & Son, Ltd., Publication. Mohan, ed. Undeland, Tore M., Robbin, Willian P. (1995). Poer Electronic: Convereter, Application and Deign (Second Edition). USA : John Willey & Son, Inc. Wardhana, Aepta Surya (013). Uji Karakteritik Keluaran Daya Sel Surya 80 Wp Menggunakan Pemodelan Simulink. Jurnal ESDM. Volume 5, nomor, ovember 013, hal Ferrite and Acceorie (013). EPCOS Data Book. JOM FTEKIK Volume 4 o. Oktober