IMPLEMENTASI DIRECT TORQUE CONTROL DALAM PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI

Transkripsi

1 Junal ELTEK, Vol 12 No 01, Apil 2014 ISSN IMPLEMENTASI DIRECT TORQUE CONTROL DALAM PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI Haij Mukti K 1 Penelitian ini membahas mengenai implementasi Diect Toque Contol (DTC) yang diteapkan dalam pengatuan kecepatan moto induksi yang ditinjau tehadap pengauh peubahan paamete tahanan stato dan pembebanan pada moto. Skema Model Refeence Adaptive System (MRAS) dengan pendekatan back-emf ditambahkan untuk mengestimasi kecepatan moto. Hasil simulasi menunjukkan bahwa skema DTC ini tidak sensitif tehadap peubahan paamete moto. Peubahan paamete tahanan stato ini elatif tidak bepengauh tehadap kecepatan moto induksi, sedangkan peubahan beban akan mempengauhi kecepatan moto. Dengan adanya penambahan beban, maka penuunan kecepatan dapat mencapai 7,5%. Pada keadaan tanpa beban dipeoleh settling time = 0,03 detik dan eo = 0,2%. Dengan betambahnya beban menyebabkan betambahnya ipple dan eo yang tejadi dapat mencapai 3%. Kata-kata Kunci: moto induksi, pengatuan kecepatan, Diect Toque Contol, Model Refeence Adaptive System Abstact This eseach discusses the implementation of Diect Toque Contol (DTC) based on Back-EMF Model Refeence Adaptive System (MRAS) to contol induction moto speed. Speed estimation was evaluated fom the effect of changing paamete of stato esistance and load toque of moto induction. The simulation esults show that DTC is insensitive to moto paametes. Changes in stato esistance has no significant effect on the value of oto speed estimation of induction motos wheeas changing in loads will have an effect on the value of oto speed estimation of induction moto. Inceasing loads will decease speed estimation by 1 Haij Mukti K. Dosen Pogam Studi Teknik Listik, Juusan Teknik Elekto Politeknik Negei Malang 64

2 Haij Mukti K, Implementasi Diec Toque Contol, Hal ,5%. At no load condition, settling time is 0.03 seconds and eo of 0.2%. At load condition, the ipple is highe than at no load, and the eo eaches 3 %. Keywods: induction moto, speed dive, diect toque contol, model efeence adaptive system 1. PENDAHULUAN Selama dekade teakhi ini, telah banyak dilakukan penelitian mengenai sistem pengatuan kecepatan pada moto aus bolakbalik (moto AC) tanpa menggunakan senso. Moto induksi, khususnya tipe oto sangka meupakan moto AC yang banyak digunakan pada industi. Diect Toque Contol (DTC) meupakan salah satu skema kontol bedasakan pengontolan fluks stato dan tosi yang membeikan espon cepat dan obust yang diimplementasikan pada moto AC. DTC ini mempunyai kelebihan antaa lain lebih sedehana, mempunyai pefoma dinamik yang baik, seta tidak sensitif tehadap peubahan paamete, khususnya tahanan stato. Sedangkan kelemahan dai DTC ini adalah mempunyai ipple tosi dan espon tansien yang lambat selama stat-up dan kaena pembebanan. Dalam banyak skema pengatuan kecepatan moto, skema close-loop contol membutuhkan pengukuan kecepatan atau posisi dai moto. Padahal dalam bebeapa kasus, penggunaan senso penguku kecepatan ini elatif sulit untuk diteapkan, antaa lain kaena membutuhkan sistem penyambungan yang kompleks antaa moto dan dive, biaya yang lebih mahal seta mudah tepengauh oleh noise dan getaan. Dalam skema speed sensoless, kecepatan moto ini akan diestimasi dan digunakan sebagai umpan balik dalam close-loop speed contol. Model Refeence Adaptive System (MRAS) meupakan salah satu teknik yang digunakan untuk mengestimasi kecepatan moto. Dalam mengestimasi kecepatan moto, penggunaan MRAS dapat dilakukan dengan bebeapa pendekatan, antaa lain dengan pendekatan fluks oto, daya dan back-emf. Bedasa uaian tesebut maka penelitian ini akan membahas mengenai implementasi DTC yang diteapkan dalam pengatuan kecepatan moto induksi. Sedangkan skema MRAS dengan 65

3 Junal ELTEK, Vol 12 No 01, Apil 2014 ISSN pendekatan back-emf ditambahkan untuk mengestimasi kecepatan moto kaena pengauh peubahan tahanan stato dan beban moto; dan Simulasi dengan Pogam Simulink Matlab digunakan untuk mengetahui unjuk keja DTC dalam pengatuan kecepatan moto induksi. 2. KAJIAN PUSTAKA 2.1 Pemodelan Dinamik Moto Induksi Pemodelan dinamik pada moto induksi tiga fasa dilakukan dengan menggunakan tansfomasi model tiga fasa (a-b-c) ke model dua fasa (d-q). Pesamaan moto induksi yang dinyatakan dalam stationay efeence fame dalam satuan pe unit, dinyatakan dalam pesamaan : p vqs Rsiqs qs b p vds Rsids ds b p v0s Rsi0s 0s b (1) R s,, qs ds 0s iqs, ids, i0s = tahanan stato = fluks stato dalam d-q = aus stato dalam d-q = Kecepatan sudut medan stato = Kecepatan sudut putaan oto Tosi inetia bila dinyatakan dalam nilai pe unit adalah : d( / b ) 2H Tem TL Tdamp dt (2) Dengan T T L adalah tosi beban dan damp adalah tosi edaman. 66

4 Haij Mukti K, Implementasi Diec Toque Contol, Hal Metode Diect Toque Contol (DTC) Metode DTC adalah suatu metode yang digunakan dalam vaiable fequency dive untuk mengontol tosi dan kecepatan pada moto induksi tiga fasa. Metode ini meliputi pehitungan estimasi fluks dan tosi moto bedasakan tegangan dan aus pada moto. Fluks stato diestimasi bedasakan tegangan stato. Tosi diestimasi dai estimato vekto fluks stato dan aus moto. Magnitude fluks dan tosi yang diestimasi kemudian dibandingkan dengan nilai efeensinya. Gamba 1. Diect Toque Contol (DTC) pada Moto Induksi DTC ini tedii dai empat bagian utama, yaitu Voltage Souce Invete (VSI), fluks stato dan tosi estimato, tabel switching seta hysteisis fluks dan toque estimato. Hysteisis band contolle akan menentukan switching vecto yang ditunjukkan dalam Tabel 1 untuk menguangi eo fluk stato dan tosi menuju nol. Tabel 1. Tabel Switching (Ozkop dan Okumus, 2006) Fl To Se Se Se Se Se ux eo positi on que eo positi on cto I cto II cto III cto IV cto V 1 V2 V3 V4 V5 V6 1 (110) (010) (011) (001) (101) 0 V7 V0 V7 V0 V7-1 V6 (101) V1 (100) V2 (110) V3 (010) V4 (011) Se cto VI V1 (100) V0 V5 (001) 67

5 Junal ELTEK, Vol 12 No 01, Apil 2014 ISSN V3 (010) 0 V0-1 V5 (001) V4 (011) V7 V6 (101) V5 (001) V0 V1 (100) V6 (101) V7 V2 (110) V1 (100) V0 V3 (010) V2 (110) V7 V4 (011) Dalam DTC pemilihan switching vecto yang optimal ini sangat penting. Data dalam Tabel 1 menunjukkan bebagai kombinasi tosi dan fluks stato yang dibutuhkan dalam bebeapa sekto dengan memilih salah satu dai 8 vekto tegangan yang ditunjukkan dalam Gamba 2. Gamba 2. Vekto Tegangan 2.3 Model Refeence Adaptive System (MRAS) Model Refeence Adaptive System (MRAS) tedii atas dua model, yaitu model efeensi (efeence model) dan model adaptif (adjustable model). Model efeensi adalah model yang tidak dipengauhi oleh kuantitas nilai yang diestimasi (misal: kecepatan oto). Model adaptif adalah model yang dipengauhi oleh nilai yang diestimasi. Keluaan dai model adaptif dibandingkan dengan model efeensi, dan pebedaan itu digunakan untuk mengatu mekanisme adaptasi (adaptative mechanishm) yang keluaannya adalah nilai yang diestimasi (kecepatan oto). 68 Gamba 3. Diagam Blok MRAS

6 Haij Mukti K, Implementasi Diec Toque Contol, Hal MRAS dengan Pendekatan Back-EMF Model efeensi yang digunakan adalah (Meziane, Toufouti dan Benalla, 2007) : e v R i L ' i e d q v sd sq s sd R i s sq s s L ' i Model adaptif yang digunakan adalah : e d sd sq L Lmisd m d T q ( ) L T L L m misq eq ( L e d, eq e d, eq T q T d ) (3) (4) : GGL lawan dai model efeensi : GGL lawan dai model adaptif Kecepatan oto dipeoleh dai mekanisme adaptasi beikut : K i e ( K p )( eq ed ed eq) p (5) 3. RANCANGAN SIMULASI DAN ANALISIS 3.1 Peancangan Simulasi Rancangan sistem yang digunakan dalam penelitian implementasi DTC dalam pengatuan kecepatan moto induksi ditunjukkan pada Gamba 4. Fluks ef ω ef T ef DTC Vs ωk= 0 Moto Induksi Te Sistem Mekanik ω est Te ω est MRAS Vs is Gamba 4. Diagam Blok Sistem 69

7 Junal ELTEK, Vol 12 No 01, Apil 2014 ISSN Diagam implementasi DTC pada moto induksi dengan dilengkapi estimato MRAS ini disimulasikan dalam pogam Simulink Matlab yang ditunjukkan dalam Gamba 5. Gamba 5. Implementasi DTC pada Moto Induksi dalam Simulink. 3.2 Spesifikasi Moto Induksi Spesifikasi moto induksi yang digunakan adalah moto induksi 3 fasa 1,5 kw, 220V/380V, 50 Hz, 1415 pm, cos φ=0,79, J=0,031 kg.m 2. : 3.3 Pemodelan Diect Toque Contol (DTC) DTC membutuhkan masukan fluks efeensi yang dibandingkan dengan fluks stato yang dipeoleh dai model moto induksi seta tosi eo. DTC ini akan menentukan vekto tegangan yang dipeoleh bedasakan eo yang tejadi pada besaan tosi dan fluks stato. DTC akan menghasilkan tegangan stato (V s ) dalam bentuk tiga fasa, yang kemudian ditansfomasikan menjadi bentuk dua fasa (V ds dan V qs ) untuk menjadi masukan moto induksi. Gamba 6. Diect Toque Contol (DTC) dalam Simulink Matlab (Riaz, 2008 ) 70

8 Haij Mukti K, Implementasi Diec Toque Contol, Hal Simulasi dan Analisis Pengauh Peubahan Tahanan Stato (R s ) (a) R s = 100% (b) R s = 125% (c) R s = 150% (d) R s = 175% Gamba 7. Pengauh Peubahan R s tehadap Kecepatan Roto Estimasi Gamba 7 mulai keadaan R s =100%-175%menunjukkan kuva kecepatan oto elatif sama. Pada kuva dipeoleh settling time = 0,03 detik. Pada kuva tejadi ipple dan eo yang dihasilkan = 0,2 %. Peubahan R s tidak telihat pengauhnya tehadap kecepatan oto yang dihasilkannya Pengauh Peubahan Beban Moto Induksi (a) Tanpa Beban (b) Beban = 25 % (c) Beban = 50% 71

9 Junal ELTEK, Vol 12 No 01, Apil 2014 ISSN (d) Beban = 75% (e) Beban = 100% Gamba 8. Pengauh Peubahan Beban tehadap Kecepatan Moto Gamba 8 menunjukkan pada keadaan tanpa beban, ω estimasi elatif tetap, tejadi ipple. Dai kuva ini dipeoleh bahwa peubahan beban moto mempengauhi ω estimasi. Dengan masuknya beban eo yang tejadi dapat mencapai 3%. Pada betambahnya beban moto, penuunan ω estimasi dapat mencapai 7,5% Pengauh Peubahan Tahanan Stato dan Beban Moto Pada moto induksi 3 fasa yang digunakan, pada keadaan beban penuh tempeatu pada belitan stato mencapai 75ºC, sehingga dipeoleh (Teco, 1979) : 310 R bp * R awal 235 t ; t = suhu uang (25ºC) Gamba 9. Kuva ω tehadap Waktu Gamba 9 menunjukkan dengan peneapan R s = 0,132 pu dan T L = 100%, saat beban masuk tejadi penuunan kecepatan pada moto. 72

10 Haij Mukti K, Implementasi Diec Toque Contol, Hal PENUTUP Dai hasil simulasi dan analisis yang dilakukan maka dapat diambil bebeapa kesimpulan sebagai beikut : 1) Peubahan paamete tahanan stato (R s = 100%- 175%) tidak bepengauh tehadap kecepatan moto ( ω ). Skema DTC ini tidak sensitif tehadap peubahan paamete moto. 2) Peubahan beban moto mempengauhi kecepatan oto moto induksi. Makin besa beban yang ditambahkan maka penuunan ω estimasi juga makin besa. 3) Dengan penambahan beban, penuunan ω dapat mencapai 7,5%. 4) Pada keadaan tanpa beban dipeoleh ω elatif tetap dengan tejadi sedikit ipple, settling time = 0,03 detik dan eo = 0,2%. Pada saat dilakukan penambahan beban maka ipple yang tejadi makin besa dan eo yang tejadi dapat mencapai 3%. 5. DAFTAR PUSTAKA Meziane, S, Toufouti, R dan Benalla, H MRAS based Speed Contol of Sensoless Induction Moto Dives. ICGST-ACSE Jounal Vol 7. Nabti, K, Abed, K dan Benalla, H Sensoless Diect Toque Contol of Rushless AC Machine using Luenbege Obseve. Jounal of Theoetical and Applied Infomation Technology. Ong, Chee-Mun Dynamic Simulation of Electic Machiney Using Matlab/ Simulink. Pentice Hall,Inc. New Jesey. USA. Ozkop, E dan Okumus, HI Diect Toque Contolled Induction Machine With MRAS Based Stato Resistance Estimation. Kaadenitz Technical Univesity. Tukey Riaz, M Simulation of Electic Machine and Dive System. Univesity of Minnesota. USA. Vas, Pete Sensoless Vecto and Diect Toque Contol. Wahab, A dan Sanusi, H Simulink Model of Diect Contol of Induction Machine. Ameican Jounal of Applied Sciences 5 (8) hal