Yusak Tanoto, Felix Pasila Jurusan Teknik Elektro, Universitas Kristen Petra Surabaya 60236,

Transkripsi

1 Tranformai Tegangan Tiga Faa Aimetri untuk DC-Link Voltage Control Menggunakan Kompenator LPF dan Perbandingan njuk Kerjanya dengan Kompenator PID Yuak Tanoto, Felix Paila Juruan Teknik Elektro, niverita Kriten Petra Surabaya 626, Abtrak:-Makalah ini memaparkan penggunaan Kompenator untuk menghailkan tegangan DC yang beraal dari umber tegangan AC tiga faa Aimetri yang ditimbulkan dari item pembangkit litrik tenaga angin. Jeni kompenator yang dipilih adalah Low Pa Filter(LPF) dan Proporional- Integral-Differential (PID). Tegangan DC yang dihailkan kemudian dapat menjadi uplai bagi peralatan Konverter. Tujuan utama dari penelitian ini adalah memdapatkan unjuk kerja Kompenator terbaik diantara kedua jeni kompenator yang digunakan. Dari imulai didapatkan kompenator jeni LPF mempunyai unjuk kerja lebih baik dibanding jeni PID dalam hal maximum overhoot, tegangan DC yang dihailkan, kecepatan komputai, dan penentuan paramenter. Kata Kunci:Tegangan AC Aimetri, Tranformai, Kompenator. PENDAHLAN Salah atu pengaruh uplai tegangan tiga faa aimetri pada rangkaian konverter adalah timbulnya amplitudo tegangan yang tidak kontan pada rangkaian konverter terebut. Suplai tegangan aimetri dapat terjadi bila alah atu faa mempunyai amplitudo berbeda dibanding dengan amplitudo pada faa lainnya. Suplai Tegangan aimetri lebih lanjut dapat mempengaruhi kinerja Frequency Converter. Sebuah Frequency Converter memerlukan tegangan DC yang kontan, mialnya untuk menyuplai rangkaian peed-drive converter. Gambar. Jeni-jeni Tegangan Tiga Faa Aimetri Seperti terlihat pada gambar diata, jeni A merupakan balanced phaor / jeni faa eimbang dimana emua faor drop dengan magnitude yang ama. mumnya jeni B yang dipakai ebagai model tegangan aimetri, dimana hanya atu faor yang magnitudenya drop. Jeni C dan D juga dapat terjadi, dimana bukan hanya magnitude yang drop pada atu atau dua faa tetapi dimungkinkan juga udut faanya mengalami pergeeran ehingga menjadi lebih bear atau lebih kecil dari 2 terhadap faor/faa lain. Bear magnitude dapat didefiniikan dengan angka, ehingga bila h adalah nilai tengah antara hingga, maka dapat dituli h. Dalam bentuk faor dapat dituli ebagai berikut: 2. TEGANGAN TIGA FASA ASIMETRIS: JENIS DAN TRANSFORMASINYA 2. Jeni Tegangan Tiga Faa Aimetri Tegangan tiga faa aimetri dapat diklaifikaikan menjadi empat jeni [] yaitu A, B, C, D yang digambarkan ebagai diagram faor tegangann (voltage phaor) eperti yang ditunjukkan pada Gambar. Gari putu-putu menunjukkan prefault voltage phaor edangkan gari tidak terputu menunjukkan fault voltage phaor. ntuk jeni B, C, dan D dapat dinyatakan dalam peramaan berikut ini:

2 Sitem tiga faa aimetri dapat didekompoii menjadi komponen imetri berdaarkan peramaan berikut ini: S S+ + +,, 2π 2 e S+ + e + γ (8) S S e S+ + e +, Dimana S+ adalah komponen poitif, adalah komponen negatif, dan adalah komponen tegangan zero-equence per faa. Komponen imetri S + dan membentuk dua item tiga faa yang imetri pada oppoite phae equencenya eperti pada peramaan 9 berikut ini. 2.2 Tranformai Tegangan Tiga Faa Aimetri Menjadi Tegangan Tiga Faa Simetri Tranformai Aimetri menjadi Simetri dapat dilakukan dengan cara dekompoii komponen aimetrinya menjadi imetri maupun tranformai model abc to dq, dan model dq to abc. Contoh dekompoii ini terdapat pada Gambar 2, dimana terdapat ebuah diagram faor yang inuoidal namun tegangan faa-netralnya aimetri. Karena penghantar netral pada lilitan tatornya teriolai dan imetri, maka penjumlahan tegangan faa eaatnya tetap nol, dimana diagram faornya membentuk ebuah egitiga tertutup euai dengan peramaan berikut ini [2]: + (7) S + S 2 S S S S2 e S γ j e γ S + S+ e S e Gambar 2. Dekompoii Komponen Tiga Faa Aimetri Menjadi Komponen Simetri γ S S+ [ S + e S2 + e S], S [ S + e S 2 + e S], (9) [ S + S2 + S]. Dapat ditulikan juga tegangan line to line eperti pada peramaan berikut ini. S+ [ S S2 e ( S2 S) + S2( + e + e )] () [ 2 e 2] Demikian juga untuk nilai S- eperti pada peramaan berikut ini. [ e ] 2 2 () ntuk menentukan komponen poitif dan negative equenze dapat diperoleh dari dua tegangan line to linenya karena: + + (2) 2 2 Dalam mendeain model tranformai abc to dq maupun ebaliknya di imulink diperlukan pemahaman mengenai prinip vector control. Prinip vector control yang digunakan adalah dynamic d-q model. Gambar berikut ini menjelakan diagram vector ebuah mein induki tiga faa dengan axi taioner abc pada udut 2π /. Tranformai yang dilakukan adalah dari tegangan tiga faa line to line / variabel tationary reference frame (a-b-c) menjadi variable dua faa contant-tationary reference frame (d-q), yang bergantung pada θ. Kemudian tranformai elanjutnya adalah kedalam bentuk ynchronouly

3 rotating reference frame (d e -q e ), demikian pula ebaliknya []. Melalui imulink kita dapat membuat pemodelan abc to dq atau dq to abc ebagai berikut: Pemodelan abc to dq: b V b Gambar. Pemodelan abc to dq Dimana: abc to d 2/*(u[]*co(u[4])+u[2]*co(u[4]- 2*pi/)+u[]*co(u[4]+2*pi/)) abc to q 2/*(-u[]*in(u[4])-u[2]*in(u[4]- 2*pi/)-u[]*in(u[4]+2*pi/)) V q θ q -axi Pemodelan dq to abc: V c V a a c V d d -axi Gambar 2. Tranformai Axi Staioner frame a-b-c to d-q Bila axi d q mempunyai udut θ, maka tegangan V d dan V q dapat ditentukan menjadi komponen a-b-c dan dapat direpreentaikan dalam bentuk ebagai berikut [4]: V a coθ inθ Vq ( ) ( ) ( ) ( ) () Vb co θ 2 in θ 2 Vd V + + c co θ 2 in θ 2 Vo Matrik Correponding inverenya adalah V ( ) ( ) q + V a ( ) ( ) V 2 coθ coθ 2 coθ 2 d inθ inθ 2 inθ + 2 V (4) b V o Vc Dimana V o ditambahkan ebagai komponen zero equence yang dapat tidak dimunculkan.. PEMODELAN SPLAI TEGANGAN ASIMETRIS NTK MEMPEROLEH TEGANGAN DC Gambar 4. Pemodelan dq to abc Dimana: dq to a u[]*co(u[])-u[2]*in(u[]) dq to b u[]*co(u[]-2*pi/)-u[2]*in(u[]- 2*pi/) dq to c u[]*co(u[]+2*pi/)- u[2]*in(u[]+2*pi/) Pemodelan uplai tegangan tiga faa aimetri terlihat eperti pada Gambar 5, dimana alah atu amplitudo tegangan lebih kecil dibanding yang lain. Gambar 5 juga merupakan pemodelan cara mendapatkan tegangan DC menggunakan model abc to dq, dimana tegangan DC yang dihailkan bergantung pada uplai tiga faa. Gambar 5. Pemodelan Tegangan DC dari Suplai Tiga Faa Aimetri ntuk kondii tegangan imetri (etiap line 25 Volt), akan didapatkan tegangan DC kontan eperti pada Gambar 6 (a) dan (b) berikut ini.

4 Pada Gambar 7 tegangan DC berfluktuai dari 8V hingga 25V pada frekueni Hz. Jika tegangan ini diaplikaikan pada ebuah konverter, hal ini berarti konverter memerlukan ebuah item kompenai untuk mencegah fluktuai tegangan DC. 4. DESAIN MODEL KOMPENSATOR Pada makalah ini model kompenator yang digunakan adalah Low Pa Filter (LPF) dan akan dilihat perbandingan unjuk kerjanya dengan jeni kompenator Proportional-Integral-Differential (PID) untuk mengkompenai tegangan aimetri jeni / tipe B. Peramaan yang digunakan untuk kedua jeni kompenator ini berturut-turut euai dengan peramaan berikut ini: LPF T. + Dengan T.7 (5) Gambar 6 (a) dan (b). Tegangan DC Link yang Simetri Bila alah atu line menyuplai tegangan yang lebih kecil ( Volt) maka uplai tiga faa terebut menjadi uplai yang aimetri, eperti yang terdapat pada Gambar 7 (a) dan (b) berikut ini: I PID P + + D, (6) Dengan P.999, I.7, D.26 Penggunaan item kompenator LPF ini bertujuan untuk mengkompenai ripple pada Tegangan DC- Link (upper and lower) menggunakan LPF etelah blok abc/dq eperti pada Gambar 8 berikut ini. Gambar 8. Pemodelan Sitem Menggunakan Kompenator LPF Gambar 7. (a) dan (b) Tegangan DC Link yang Aimetri Gambar 8 diata menunjukkan inyal inuoidal tiga faa, dimana alah atu inyal memiliki magnitude yang lebih kecil dibanding yang lain.

5 Prinip model tidak lain, memiahkan bagian yang aimetri dari item dengan bagian imetrinya. Kedua model terebut dibawa ke dq model untuk difilter dengan kompenator yang identik, pada gambar 8 berupa LPF orde atu dan pada gambar 9 berupa kompenator PID. Hail keluaran dari aimetri dq model di-feedback-kan ke bagian input model imetri. Di ii lain, hail output dari bagian model imetri juga diumpan-balikkan ke bagian input aimetri. Proe ini meneyebabkan terjadi loop dengan tujuan ecara bertahap menghilangkan bagian aimetri dari model imetri ampai waktu imulai berakhir. Hal yang ama juga dilakukan untuk kompenator PID pada gambar 9. Model pada gambar 8 dan 9 akan menghailkan output DC-link yang udah dikompenai (bagian aimetri udah tidak ada), Error DC-link, Error aimetri model dan dapat juga dilihat komparai antara model aimetri dan imetri. LPF membutuhkan computing time ebanyak.28 untuk mencapai keadaan 6.7V Gambar. Repon Kompenator LPF Dari gambar diata terlihat bahwa pemodelan dengan Low Pa Filter didapatkan nilai tegangan DC-Link yang kontan ebear 6.7 V, dimana computing time yang dibutuhkan adalah.28 untuk mencapai keadaan teady tate. Pemodelan item dengan Kompenator PID eperti terlihat pada Gambar 9 berikut ini. Tegangan DC-Link maih memiliki ripple karena pengaruh parameter PIDnya Gambar. Repon Kompenator PID Dari Gambar terlihat bahwa pemodelan dengan PID didapatkan nilai tegangan DC-Link yang ebear 6.7 V namun maih mengandung ripple, edangkan computing time yang dibutuhkan lebih cepat dibanding pemodelan dengan kompenator LPF untuk mencapai keadaan teady tate. 4.2 Analia Kealahan (Error Analyi) Gambar 9. Pemodelan Sitem Menggunakan Kompenator LPF 4. SIMLASI DAN ANALISA SISTEM 4. Simulai dan Hailnya Berdaarkan imulai yang telah dilakukan untuk kedua jeni kompenator didapatkan hail repon eperti pada Gambar dan Gambar berikut ini. Berdaarkan Analia Error yang dilakukan untuk kompenator LPF didapatkan hail eperti pada Gambar 2. Terdapat tiga repon gelombang yang berturut-turut (dari ata ke bawah) menunjukkan Kealahan komponen aimetri (Error- Aymmetrical Component), Komponen imetri yang terbentuk etelah waktu komputai.28 (Symmetrical component after.28 computing time), dan Nilai tegangan aimetri line to line (Aymmetrical line-to-line).

6 mempertahankan tingkat kealahan terebut dengan tidak konvergen. Gambar 2. Repon Kealahan Komponen Aimetri dan Komponen Simetri pada Kompenator LPF Gambar 5. Repon Kealahan dq pada Kompenator PID Gambar. Repon Kealahan Komponen dq pada Kompenator LPF Gambar 6. Repon Kealahan Kompenai Komponen Simetri pada Kompenator Perbandingan diantara dua model kompenator (LPF dan PID) untuk mengkompenai item dengan tegangan tiga faa aimetri diberikan pada tabel berikut ini. Gambar 4. Repon Kealahan Kompenai Komponen Simetri pada Kompenator LPF Seperti pada Gambar 2, maximum error untuk komponen aimetri pada keadaan teady tate adalah 8.4 V. LPF dapat mengkompenai dengan baik etelah computing time elama.28. DC- Link error dan ymmetrical component error ditunjukkan pada Gambar dan 4. ntuk kompenator PID, maximum error untuk komponen aimetri pada keadaan teady tate dapat mencapai.v namun angat ulit untuk memperoleh parameter-parameter PID yang dapat Tabel 4. Perbandingan njuk Kerja Kompenator LPF dan PID Indikator LPF PID Maximum Overhoot (V) Error Steady State (V) Time Settling ().28. DC-voltage Computing Time () Simulation Time5,tep. tanpa Oilai Cepat Beroilai Lambat Mendapatkan Mudah Sangat ulit parameter Sinyal Repon Konvergen Kadangkala tidak

7 konvergen Dari tabel diata dapat diketahui bahwa kompenator LPF menghailkan tegangan DC tanpa oilai tetapi mempunyai error teady tate yang cukup tinggi. Kompenator PID menghailkan repon yang lebih cepat dan dengan error yang kecil. Namun demikian terdapat oilai pada kompenator PID dan ulit mengontrol parameternya. 7. KESIMPLAN Keimpulan yang dapat diperoleh dari penelitian ini adalah:. Komparator jeni Low Pa Filter (LPF) merupakan pilihan terbaik bila ditemukan keulitan dalam menentukan parameter untuk Komparator jeni PID. 2. Kelemahan penggunaan Komparator jeni LPF adalah adanya error teady-tate yang cukup bear yaitu 8.4, namun hal ini dapat dikompenai dengan penggunaan rangkaian kompenai.. Berdaarkan tegangan DC yang dihailkan, Komparator jeni LPF mempunyai unjuk kerja yang lebih baik dibanding Komparator jeni PID karena tegangan DC yang dihailkan tidak beroilai, edangkan tegangan DC yang dihailkan melalui Komparator PID merupakan tegangan DC yang beroilai. REFERENSI []. Werner Leonhard, Control of Elctrical Drive, rd edition, Springer 2. [2]. Bimal K. Boe, Modern Power Electronic and AC Drive, Prentice hall 22. []. Bödefeld-Sequen, Elektriche Machinen: eine Einführung in die Grundlagen, Springer 97. [4]. Guach, Corcole, Pedra, Effect of Aymmetrical Voltage Sag on Induction Motor, Spain 2