Desain dan Implementasi Self Tuning LQR Adaptif untuk Pengaturan Tegangan Generator Sinkron 3 Fasa

Transkripsi

1 Desain dan Implementasi Self Tuning LQR Adaptif untuk Pengaturan Tegangan Generator Sinkron 3 Fasa Oleh : Arif Hermawan (05-176) Dosen Pembimbing : 1. Dr.Ir.Mochammad Rameli 2. Ir. Rusdhianto Effendie A.K, MT. Bidang Studi Teknik Sistem Pengaturan Jurusan Teknik Elektro, FTI-ITS Surabaya

2 MATERI PRESENTASI PENDAHULUAN PERANCANGAN SISTEM & DESAIN KONTROLER PENGUJIAN SISTEM

3 PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan dan Kontribusi

4 Latar Belakang Variasi beban menyebabkan perubahan tegangan pada sistem pembangkit Perlunya perancangan kontroler agar tegangan stabil Variasi beban berubah dengan cepat Perancangan kontroler adaptif dengan melakukan identifikasi parameter plant

5 Permasalahan Saat beban bersifat induktif, Generator terjadi under excitasi (eksitasi kurang) Kontroler memerintahkan driver untuk menaikan arus eksitasi Saat beban bersifat kapasitif, Generator terjadi over excitasi (eksitasi lebih) Kontroler memerintahkan driver untuk menurunkan arus eksitasi

6 Permasalahan Desain rangkaian driver eksitasi harus stabil. Desain rangkaian sensor harus bekerja dengan baik. Melakukan penyetelan (tuning) rangkaian desain.

7 Batasan Masalah Pengambilan data menggunakan simulator pembangkit tenaga listrik generator sinkron 3 fasa 350 VA. Untuk pengambilan data diasumsikan bahwa beban generator seimbang serta kecepatan prime mover (motor induksi) konstan Output generator yang akan dianalisa adalah output generator dengan kontroler self tuning LQR adaptif.

8 Tujuan dan Kontribuasi Penelitian Merancang kontroler self tuning LQR adaptif untuk diterapkan pada sistem pengaturan tegangan (AVR) Menganalisa perilaku generator pada kondisi tanpa beban dan berbeban. Mengetahui efektifitas kontroler self tuning LQR adaptif AVR untuk pengaturan tegangan pada saat sistem diberi beban.

9 Prinsip Dasar Pembangkitan Tegangan Generator Sinkron 3 Fasa E = Cnϕ Gambar 1. Konsep dasar sistem eksitasi

10 PERANCANGAN SISTEM Mikrokontroller ATMEGA 8535 Gambar 2. Diagram Blok Perancangan Sistem

11 . Generator Daya : 350 VA Tegangan : 380 V (Y) / 220 ( ) Arus : 0.58 A / 1 A Cosϕ : 0.92 Jumlah putaran (n) : 3000 rpm (trs/mn) Tegangan eksitasi : 220 V Arus eksitasi : 0.24 A Jumlah kutub (p) : 2.

12 Motor induksi yang digunakan adalah sebagai berikut : Daya : 350 W Tegangan : 380 V (Y) / 220 ( ) Arus : 0.68 A / 1.17 A Cosϕ : 1 Jumlah putaran (n) : 3000 rpm (trs/mn) Tegangan eksitasi : 220 V Arus eksitasi : 0.22 A Jumlah kutub (p) : 2

13 Perancangan Sensor Sensor Tegangan (Potential Transformer) Rangkaian Penyearah AC ke DC Output Generator Sensor Arus (Current Transformer) Rangkaian Penguat Sinyal Bertingkat (Multistage Amplifier) Rangkaian Penyearah AC ke DC Gambar 3. Skema perancangan sensor tegangan dan arus stator

14 Rangkaian Pengubah AC ke DC Gambar 4. Ac to DC Converter

15 Rangkaian Penguat Sinyal untuk Sensor Arus Gambar 5. Rangkaian penguat sinyal dengan IC Op-Amp LF353

16 Detektor Beda Fasa Gambar 6. Zerro crossing detector serta gambar input dan output-nya

17 Perancangan DC to DC Converter (DC Chopper) Gambar 7. Diagram blok DC to DC Converter (DC Chopper)

18 Switching Regulator IL saklar Vs RL + Vo - Gambar 8. Model dari regulator linear (a) dan rangkaian ekivalen (b) Gambar 9.Tegangan output

19 Buck Converter (Konverter Penurun Tegangan ) Gambar 10. Rangkaian Buck Converter Gambar 11. Sinyal tegangan dan arus pada induktor L

20 Realisasi Rangkaian Driver DC to DC Converter Sinyal Segitiga V V V t PWM t Optoisolator t Power Mosfet V Referensi (Sinyal kontrol) t Rangkaian tegangan rendah Rangkaian t egangan tinggi Gambar 12. Diagram blok realisasi rangkaian driver dc to dc converter

21 Desain Kontroler Sistem Kontrol Optimal LQR Secara umum persamaan state space adalah sebagai berikut :. x = Ax+Bu y = Cx r(s) G(s) y(s) K(s) Gambar 13. Blok diagram sistem kontrol optimal LQR

22 Indeks Performansi Sistem Kontrol Optimal LQR J = 1 2 [ T T x ( t) Qx( t) + u ( t) Ru( t) ]dt 0 Sinyal kontrol u dari persamaan diatas dapat dinyatakan sebagai berikut: u = Kx dengan, K = R 1 B T P Matrik P merupakan solusi dari persamaan Aljabar Riccati berikut : T 1 T A P PA PBR B P Q + + = 0

23 Pemodelan Sistem Pemodelan beban induktif Gambar 14. Rangkaian generator dengan beban induktif

24 Fungsi Alih Model Beban Induktif Dengan : dan

25 Pemodelan Sistem 2. Pemodelan beban kapasitif Gambar 15. Rangkaian generator dengan beban kapasitif

26 2. Pemodelan beban kapasitif Loop 1 : Loop 2 : dan

27 Fungsi Alih Model Beban Kapasitif Dengan : dan

28 Menghitung Kg Gambar 16 Pengujian Generator Tanpa Beban

29 Perancangan Hardware

30 Perancangan Software

31 PENGUJIAN Driver PWM Gambar 17.Karakteristik driver sinyal PWM dan Karakteristik Rangkaian S/C Driver

32 Gambar Sinyal Driver 0 Gambar 18. Sinyal segitiga (kiri) dan output PWM (kanan) dengan D= 40 %, f =39 khz

33 Pengujian Detektor Beda Fasa a.beban Resistif Gambar 18. Pengujian detektor beda fasa dengan beban lampu 60 W

34 Pengujian Detektor Beda Fasa a.beban Kapasitif Gambar 18. Pengujian detektor beda fasa dengan beban kapasitor 8 uf / 1000V

35 PENGUJIAN BEBAN CAMPURAN KAPASITIF

36 PENGUJIAN BEBAN CAMPURAN INDUKTIF

37 SEKIAN & TERIMA KASIH

38

39

40

41

42