Materi Presentasi: Pendahuluan Tinjauan Pustaka Perancangan Hasil Simulasi Kesimpulan

Transkripsi

1 Judul Tugas Akhir Dosen Pembimbing : Dr. Ir. Moch. Rameli Ir. Rusdhianto Effendi A.K, M.T Perancangan dan Simulasi Direct Torque Control (DTC) pada Motor Induksi Menggunakan Teknik Space Vector Pulse Width Modulation (SVPWM) Three Phase Two Level Inverter

2 Materi Presentasi: Pendahuluan Tinjauan Pustaka Perancangan Hasil Simulasi Kesimpulan

3 Latar Belakang Motor induksi sangat banyak digunakan di industri dibanding motor DC. Metode yang simple untuk mengendalikan motor induksi salah satunya adalah Direct Torque Control (DTC). Metode modulasi SVPWM pada inverter 3 phasa memiliki frekuensi switching yang tetap.

4 Permasalahan DTC memiliki kelemahan seperti tingginya ripple pada torsi motor dan distorsi arus. Respon motor lambat saat kondisi start. Nilai frekuensi switching yang berubah-ubah.

5 Tujuan Merancang dan mengintegrasikan metode pengaturan motor induksi DTC yang menerapkan metode modulasi SVPWM 2 level.

6 Prinsip Kerja Motor Induksi Terdapat stator dan rotor Sumber tegangan 3 fasa di suplai ke kumparan stator Timbul medan putar stator Timbul ggl induksi Timbul arus rotor Timbul torsi elektromagnetik (Te) Rotor berputar

7 Inverter 3 Phasa Vektor Kondisi Saklar Tegangan Line to Netral / Vdc Tegangan Line to Line / Vdc Tegangan a b c V an V bn V cn V ab V bc V ca V V /3-1/3-1/ V /3 1/3-2/ V /3 2/3-1/ V /3 1/3 1/ V /3-1/3 2/ V /3-2/3 1/ V

8 Space Vector Pulse Width Modulation (SVPWM) Menghasilkan tegangan sinusoidal pada amplitudo vector (Vref) yang konstan yang memiliki frekuensi switching tetap.

9 Space Vector Pulse Width Modulation (SVPWM) Langkah-langkah menjalankan teknik modulasi SVPWM: 1. Tentukan dulu Vα,Vβ,Vref dan besar sudut (α). 2. Tentukan durasi waktu T1,T2, dan T0. 3. Tentukan lama waktu switching dari tiap transistor.

10 Direct Torque Control (DTC) 1. Nilai dari fluks stator merupakan perubahan atau penambahan nilai tegangan emf stator. 2. Nilai torsi elektromagnetik sebanding dengan sinus sudut fluks stator dan rotor 3. Nilai fluks rotor dapat diabaikan 4. Pemilihan vektor tegangan inverter yang tepat

11 Konsep dasar Direct Torque Control (DTC)

12 DTC menggunakan SVPWM Berdasarkan pengukuran arus dan tegangan sesaat, maka dimungkinkan untuk menghitung tegangan yang diperlukan. Hasil perhitungan tegangan ini kemudian disintesis menggunakan space vector modulation Ditahan untuk satu siklus lengkap oleh inverter.

13 Blok Diagram DTC menggunakan SVPWM

14 DTC menggunakan SVPWM Subsistem-subsistem yang menjadi bagian penting dari keseluruhan blok diagram DTC-SVPWM yaitu: 1. Kontroler PI untuk Fluks dan Torsi 2. Blok konversi sumbu dq ke abc. 3. Space Vector Pulse Width Modulation Three Phase Two Level Inverter. 4. Fluks dan Torsi Estimator.

15 Kontroler PI Fungsi alih kontroler: s Ki Kp s Ti Kp s E s U s G 1. ). 1 (1 ) ( ) ( ) ( ) (1. ) ( st 1 s Kc s G Ts KcT Kp Ts T Ti Ti Kp

16 = = Transformasi Vektor Transformasi Clarke dan Transformasi Park b fb β π/6 π/3 fa a = α fc c β d βu q θ = ωt αu α

17 SVPWM Con t cn bn an V V V V V 2ππ t ω t ) V V ( tan α V V V s s ref ) 3.sin( n Vdc TsVref T ) 3 1.sin( n Vdc TsVref T T T Ts T

18 SVPWM Con t

19 Fluks dan Torsi Estimasi Pada DTC dihasilkan nilai fluks dan torsi estimasi dengan persamaan : 3 qs Vqs iqs. Rs dt T e p ds. iqs qs. ids 2 V i. R dt ds ds ds s Magnitud dan sudut fluks stator adalah : s 2 qs 2 ds tan 1 qs ds

20 Perancangan Kontroler PI function [T,F] = PI(Te,Tes,Fe,Fes) Kpf = 5000; Tif = ; Kpt = 24; Tit = ; F = Kpf * (Fe+(Fes/Tif)); T = Kpt * (Te+(Tes/Tit));

21 Transformasi sumbu dq ke abc function [Va,Vb,Vc] = dq2abc(vd,vq,teta) Va = (Vd * cos(teta)) - (Vq * sin(teta)); Vb = ((-0.5 * cos(teta))+(1.732/2*sin(teta)))*vd +((0.5*sin(Teta))+(1.732/2*cos(Teta)))*Vq; Vc = ((-0.5*cos(Teta))-(1.732/2*sin(Teta)))*Vd + ((0.5*sin(Teta))-(1.732/2*cos(Teta)))*Vq;

22 Blok SVPWM function [Sudut,Vref]= fcn(va,vb,vc) Valfa = (2/3*Va)+(-1/3*Vb)+(-1/3*Vc); Vbeta = (1/1.732*Vb)+(-1/1.732*Vc); Vref = sqrt(valfa*valfa+vbeta*vbeta); Sudut = atan2(vbeta,valfa);

23 Blok SVPWM function [S1,S3,S5]= SVMCalculation(angle,Mag,Seq,ts,Vdc) mag=(1.732*mag/vdc)*ts; t1=[ ]; sa = 0; sb = 0; sc = 0; %%%%SECTOR I if (angle>=0) && (angle<pi/3) ta = mag*sin((pi/3)-angle); tb = mag*sin(angle); t0 = (ts-ta-tb); t1=[t0/2 ta tb t0 tb ta t0/2]; t1=cumsum(t1); v1= [ ]; v2= [ ]; v3= [ ]; for j = 1:7 if(seq <= t1(j)) sa=v1(j); sb=v2(j); sc=v3(j); break end end %Apply vectors accordingly as a result of timing end %%%%%SECTOR II if (angle>=pi/3) && (angle<2*pi/3)

24 Fluks dan Torsi Estimator function [fluksd,fluksq] = FLUKS(Iqd,Vqd) Rs = ; Vds = Vqd(2); Vqs = Vqd(1); Ids = Iqd(2); Iqs = Iqd(1); fluksd = Vds - (Rs*Ids); fluksq = Vqs - (Rs*Iqs); function [T,F,Teta] = Estimator(Iqd,fluksD,fluksQ) Ids = Iqd(2); Iqs = Iqd(1); T = 3/2*2*(fluksD*Iqs-fluksQ*Ids); F = sqrt((fluksd*fluksd)+(fluksq*fluksq)); Teta = atan2(fluksq,fluksd);

25 Hasil Rancangan

26 HASIL SIMULASI DAN ANALISA

27 Parameter Motor No. Nama Nilai 1 1. Tenaga motor 2. Tegangan motor (line to line) (volt) 7500 W (10 HP) Frekuensi (Hz) Jumlah pasang kutub 2 5. Tahanan stator (ohm) Nilai 2 37 kw (50HP) Tahanan rotor (ohm) Induktansi stator (H) Induktansi rotor (H) Induktansi magnetic (H) Momen inersia (kg.m 2 ) Koefisien gesekan (N.m.s) Parameter Motor: Torsi referensi =30 Nm dan 150 Nm Fluks Referensi = 0.5 Wb

28 Arus (A) Arus (A) Respon Arus Stator diberi beban,(1 s) Respon Arus Stator Beban 124 Nm diberikan (1 s) Beban 25 Nm diberikan (0.3 s) diberi beban, (0.3 s) Waktu(s) Waktu(s)

29 Arus (A) Respon Arus Stator Respon Arus Stator (Isa) motor 10 HP motor 50 HP (Motor 10 HP) Arus starting = 50 A Lama starting = 0.2 s Arus steady tanpa beban = 4 A Arus steady berbeban =14 A Beban 124 Nm diberikan (1 s) (Motor 50 HP) Arus starting =245 A Lama starting = 0.7 detik Arus steady tanpa beban =18 A Arus steady berbeban =88 A Beban 25 Nm diberikan (0.3 s) Waktu(s)

30 Torsi (Nm) Torsi (Nm) Respon Torsi Motor Respon Torsi Motor Efektif diberi beban,(0.3 s) Beban 124 Nm diberikan (1 s) Beban 25 Nm diberikan (0.3 s) diberi beban,(1 s) Waktu(s) Waktu(s)

31 Torsi (Nm) Respon Torsi Motor Respon Torsi Motor motor 10 HP motor 50 HP (Motor 10 HP) Torsi starting =40 Nm Torsi ripple = 4 Nm Torsi steady tanpa beban=2 Nm Torsi steady berbeban =25Nm (Motor 50 HP) Torsi starting = 120 Nm Torsi ripple = 22 Nm Torsi steady tanpa beban=8 Nm Torsi steady berbeban = 155 Nm Beban 25 Nm diberikan (0.3 s) Beban 124 Nm diberikan (1 s) Waktu(s)

32 Kecepatan (rpm) Respon Kecepatan Motor Beban 25 Nm diberikan (0.3 s) Respon Kecepatan Motor Beban 124 Nm diberikan (1 s) (Motor 10 HP) steady state = 1800 rpm dan 1648 rpm time cosntant(τ )= detik t r (5-95%)= τ ln19= detik t s (5%) = 3τ = detik (Motor 50 HP) steady state = 1800 rpm dan 1734 rpm time constant(τ )= 0.55 detik t r (5-95%)= τ ln19= detik t s (5%) = 3τ = 1.65 detik Motor 10 HP Motor 50 HP Waktu(s)

33 Kecepatan (Watt) Daya (Watt) Daya Keluaran Motor Motor 10 HP Pout = 350 dan 4350 W Motor 50 HP Pout = 1500 dan W Daya Keluaran Motor x 10 4 Daya Keluaran Motor diberi beban,(0.3 s) 0.5 diberi beban,(1 s) Waktu(s) Waktu(s)

34 KESIMPULAN Poin penting dari DTC adalah pemilihan vektor tegangan yang tepat. Torsi motor yang dihasilkan dipengaruhi oleh arus stator. Pada motor yang bertenaga lebih besar respon yang dihasilkan lebih lambat dengan besar arus stator, torsi motor, serta daya keluaran yang lebih besar. Respon kecepatan cepat dengan time constant detik dan 0.55 detik. Dan slip yang terjadi akibat pemberian beban pada motor 10 HP sebesar 8.4 % dan pada motor 50 HP sebesar 3.67%. Respon torsi yang dihasilkan mengikuti torsi referensi yang diberikan pada kondisi starting. Ripple torsi yang terjadi sebesar 4 Nm dan 22 Nm. Respon torsi memiliki keadaan tunak sesuai besar beban yang diberikan. Ripple arus saat starting cukup kecil. Daya keluaran motor akan naik ketika terjadi pemberian beban pada motor.

35 SEKIAN.. TERIMA KASIH