SISTEM PENGEREMAN ELEKTRIS BRUSHLESS DC MOTOR MENGGUNAKAN BIDIRECTIONAL INVERTER UNTUK APLIKASI KENDARAAN LISTRIK

Transkripsi

1 SISTEM PENGEREMAN ELEKTRIS BRUSHLESS DC MOTOR MENGGUNAKAN BIDIRECTIONAL INVERTER UNTUK APLIKASI KENDARAAN LISTRIK AHMAD AFIF FAHMI Dosen Pembimbing: Prof. Ir. Mochamad Ashari, M.Eng., Ph.D Heri Suryoatmojo, ST., MT., Ph.D.

2 2 Mobil Listrik Inverter Motor BLDC Pengereman Elektris

3 3 Latar Belakang Energi banyak terbuang saat menggunakan pengereman mekanis Memanfaatkan energi regeneratif saat dilakukan pengereman elektris Mengubah urutan switching VSI berdasarkan sinyal sensor hall motor BLDC Daya tahan baterai meningkat

4 4 Batasan Masalah Pengaturan kecepatan motor BLDC dilakukan dengan referensi 200 rpm sampai 1200 rpm. Pengaruh penggunaan kapasitas Ampere Hour baterai dianalisis dari state of charge (SOC) baterai. Mode regeneratif motor yang dibahas hanya pengereman elektris saja.

5 5 Tujuan Untuk mengetahui karakteristik kinerja bidirectional voltage source inverter serta pengaruh penggunaanya terhadap kapasitas Ampere Hour (Ah) baterai.

6 6 Ilustrasi Kerja Sistem Mode Akselerasi Mode Regeneratif Kecepatan 1200 rpm A B 0 rpm C Waktu A = Kondisi Akselerasi B = Pengereman Elektris C = Motor Berhenti

7 7 Konfigurasi Sistem Baterai Lithium Inverter + Decoder C INVERTER 3 FASA BLDC MOTOR BEBAN Decoder Ha Hb Hc PWM Brake Command Mode Selection Current Controller - + Brake Reference Acceleration Reference Sistem Controlled PWM Driver Controller Kecepatan Aktual Drive Cycle

8 8 Rangkaian Ekuivalen Inverter Beserta Motor BLDC Switch Atas V batt C S1 a D1 D3 D5 S3 S5 b c R a R b R c L a Lb L c e a e a e a S2 D2 D4 D6 S4 S6 Switch Bawah

9 9 Perancangan Decoder INVERTER 3 FASA Decoder Ha Hb Hc Input Decoder : Sinyal sensor hall Braking Command (SB) Sinyal PWM Decoder berupa rangkaian logika yang disusun berdasarkan kombinasi-kombinasi komutasi PWM Braking Command B

10 10 Urutan Switching Inverter Mode Akselerasi Phase a Phase b Phase c Ha Hb Hc S1 S3 S5 S2 Armature current Back EMF Commutation signals Switching signals Braking Command (SB) = 0 State Kombinasi H(a,b,c) S1 & S2 S3 & S4 S5 & S6 I 101 S1 S4 - II 100 S1 - S6 III S3 S6 IV 010 S2 S3 - V 011 S2 - S5 VI S4 S5 S4 S6 I II III IV V VI

11 11 Aliran Arus (Mode Akselerasi) i batt i in S1 (a) ON OFF ON OFF ON S1 D1 i on S3 D3 S4 ON t V batt C S2 a D2 i ab i off e ab S4 b D4 I in I ab t t (b) t Fase Komutasi I (101) Saat switch S1 dan S4 ON (konduksi) Saat switch S1 OFF sedangkan S4 ON (freewheeling)

12 12 Urutan Switching Inverter Mode Regeneratif Armature current Phase a Back EMF Braking Command (SB) = 1 Phase b State Kombinasi H(a,b,c) S1 & S2 S3 & S4 S5 & S6 Phase c Ha Hb Hc S1 S3 S5 S2 Commutation signals I 101 S2 S3 - II 100 S2 - S5 III S4 S5 IV 010 S1 S4 - V 011 S1 - S6 VI S3 S6 S4 S6 Switching signals I II III IV V VI

13 13 Aliran Arus (Mode Regeneratif) i batt i in S3 ON OFF ON OFF ON V batt C S1 S2 a D1 i ab D2 i on i off e ab S3 S4 b D3 D4 S2 I in I ab ON OFF ON OFF ON t t t t Fase Komutasi I (101) (b) Saat switch S2 dan S3 ON Saat switch S2 dan S3 OFF Va

14 14 Sistem Controlled PWM Saat SB = 0, Sinyal referensi akselerasi lebih diutamakan MUX Saat SB = 1, Sinyal referensi pengereman lebih diutamakan MUX

15 15 Pengaturan Kecepatan Sistem ini menggunakan dua macam referensi sebagai umpan balik yaitu kecepatan aktual motor dan arus output baterai. Output mux (mode selector) akan menjadi referensi komparator untuk menghasilkan sinyal PWM yang diinginkan.

16 16 Simulasi Sistem Simulasi sistem dengan kecepatan bervariasi Simulasi sistem dengan torsi bervariasi Simulasi sistem dengan torsi pengereman bervariasi Simulasi kemampuan regeneratif sistem

17 Simulasi Sistem dengan Kecepatan Bervariasi 17

18 18 Simulasi Sistem dengan Kecepatan Bervariasi

19 Analisis Respon Kecepatan Motor BLDC 19 Simulasi Sistem dengan Kecepatan Bervariasi (2) Parameter Simulasi Kecepatan steady state (rpm) Kecepatan Referensi (rpm) Kesalahan (%) Waktu steady state (detik) 1,3 1, ,7 Osilasi respon (rmp) ± 0,4 ± 0,2 ± 0,3 ± 0,1 ± 0,2 Arus Baterai (A) 60 50,

20 Simulasi Sistem dengan Torsi Bervariasi 20

21 21 Simulasi Sistem dengan Torsi Bervariasi A B Sempat Terjadi Penurunan Kecepatan 3,6 detik

22 Simulasi Sistem dengan Torsi Pengereman Bervariasi 22

23 23 Simulasi Sistem dengan Torsi Pengereman Bervariasi Mode Akselerasi Mode Regeneratif

24 24 Arus Phasa a Saat Mode Akselerasi I II III IV V VI Ampere

25 25 Arus Phasa a Saat Mode Regeneratif I II III IV V VI Ampere

26 Respon Kecepatan Motor dengan Variasi Torsi Pengereman 26 Simulasi Sistem dengan Torsi Pengereman Bervariasi (2) Parameter Simulasi Durasi pengereman (detik) Sinyal Referensi Pengereman (volt) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 1,4 1,1 0,89 0,64 0,51 Torsi rata-rata sampai tepat berhenti (Nm) 3, Torsi rata-rata setelah berhenti (Nm) 1 2,8 8,

27 27 Simulasi Sistem dengan Torsi Pengereman Bervariasi (3) Efek bila referensi pengereman terlalu besar Motor berputar balik Saat referensi pengereman 0,6 volt, torsi yang terbangkit mencapai - 74 Nm Saat referensi pengereman 0,7 volt, torsi yang terbangkit mencapai Nm

28 Simulasi Kemampuan Regeneratif Sistem 28

29 29 Simulasi Kemampuan Regeneratif Sistem PWM bernilai 1 ( t on ) terjadi pengereman plugging dengan memberikan arus ke motor (bernilai positif) PWM bernilai 0 ( t off ) terjadi pengereman regeneratif sehingga arus mengalir menuju baterai (bernilai negatif)

30 Simulasi Kemampuan Regeneratif Sistem (2) Aliran daya negatif saat referensi pengereman 0,3 volt 30 Mode Akselerasi Mode Regeneratif

31 31 Simulasi Kemampuan Regeneratif Sistem (3) Minus 0,087 Ah Kenaikkan SOC Plus 0,00304 Ah Mode Akselerasi Mode Regeneratif

32 32 Simulasi Kemampuan Regeneratif Sistem (4) Hasil Simulasi Kemampuan Regeneratif Sistem Parameter Simulasi Kenaikkan SOC (%) Kenaikkan SOC (Ah) Pulsa regeneratif terbesar (Ampere) Sinyal Referensi Pengereman (volt DC) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 4,12e-4 14,3e-4 20,25e-4 18,4e-4 7,08e-4 6,2e-4 2,14e-3 3,04e-3 2,77e-3 1,06e Terbesar Semakin besar referensi maka pulsa arus regeneratif semakin besar namun periode ( t off ) justru semakin pendek sehingga kenaikkan SOC justru semakin kecil saat referensi semakin diperbesar.

33 33 Simulasi Kemampuan Regeneratif Sistem (5) Semakin besar sinyal referensi maka torsi pengereman dan arus regeneratif yang dihasilkan juga semakin besar Untuk melindungi sistem dari torsi pengereman yang terlalu besar dan arus regeneratif yang melebihi rating arus charging baterai maka sinyal referensi perlu dibatasi lebih kecil atau sama dengan 0,3 volt.

34 34 Kesimpulan 1. Metode regenerasi berbasis EMF motor BLDC ini memberikan peningkatan performa pengereman motor yang lebih baik dibandingkan penggunaan pengereman mekanik. 2. Pengaturan arus regeneratif dan torsi pengereman sistem dilakukan dengan mengubah nilai sinyal referensi pengereman ( 0 < ref 0,3 volt ). 3. Penambahan Ah baterai tidak linier terhadap kenaikkan nilai referensi pengereman dimana nilai penambahan terbesar mencapai 0,00304 Ah.

35 TERIMA KASIH

36 TUGAS SEMINAR 36

37 37 Tugas Seminar Tunjukkan berapa daya yang dibutuhkan untuk pengereman plugging dan daya yang dikembalikan saat pengereman regeneratif? Jawab :

38 38 Porsi Daya Saat Sinyal Referensi Pengereman 0,3 Volt P Reg 645 % lebih besar dari P Plug P Reg = 2331 watt - P Plug = 361 watt = 1970 watt 1970 Ws * Daya rata-rata

39 39 Arus Saat Referensi 0,3 Volt

40 40 Porsi Daya Saat Sinyal Referensi Pengereman 0,2 Volt P Reg 1432 % lebih besar dari P Plug P Reg = 1475 watt - P Plug = 103 watt = 1345 watt 1345 Ws * Daya rata-rata

41 41 Arus Saat Referensi 0,2 Volt