DC-DC Step-Up Converter Rasio Tinggi Kombinasi Charge Pump dan Boost Converter untuk Catu Daya Motor Induksi pada Mobil Listrik

Transkripsi

1 DC-DC Step-Up Converter Rasio Tinggi Kombinasi Charge Pump dan Boost Converter untuk Catu Daya Motor Induksi pada Mobil Listrik Agus Miftahul Husni Dosen Pembimbing: Prof. Ir. Mochamad Ashari, M.Eng., Ph.D Ir. Teguh Yuwono

2 Latar Belakang Mobil Listrik merupakan alat transportasi yang ramah lingkungan dan menjadi tren kendaraaan masa depan Motor Induksi yang murah dengan tenaga yang besar dan mudah dalam perawatan sangat potensial untuk digunakan sebagai penggerak mobil listrik. Namun motor induksi membutuhkan suplai tegangan DC yang besar sebagai masukan inverter Baterai sebagai sumber tenaga mobil listrik memiliki keterbatasan pada rating tegangan keluaran yang dihasilkan 2

3 Batasan Masalah Respon tegangan keluaran konverter pada simulasi step-up converter dan simulasi sistem Respon kecepatan motor induksi pada simulasi pengereman 3

4 Tujuan Mempelajari prinsip kerja dan keunggulan dari topologi DC-DC step-up converter kombinasi charge pump dan boost converter Melakukan simulasi dan analisis terhadap kinerja DC- DC step-up converter kombinasi charge pump dan boost converter yang digunakan sebagai catu daya motor induksi 3 fasa dalam aplikasinya sebagai penggerak mobil listrik 4

5 Boost Converter Induktor Dioda Baterai Vin VL Switch Beban Vo Terdiri dari sebuah induktor yang disusun seri dengan tegangan sumber Besarnya tegangan keluaran dapat divariasikan dengan mengatur pensaklaran konverter 5

6 Charge Pump S 1 V in C V out S 2 S 3 Didasari dari rangkaian pengganda tegangan Terdiri dari sebuah kapasitor dan 3 saklar S 1 dan S 3 dinyalakan secara komplemen dengan S 2 sehingga V out = 2 V in 6

7 Step-Up Converter Kombinasi Charge Pump dan Boost Converter D 2 L 2 Q 2 C e L 1 D 1 C o R L V in DC Q 1 Terdiri dari dua buah induktor, sebuah kapasitor charge pump, dan dua buah saklar Rasio konversi tegangan besar Mudah dikontrol 7

8 Step-Up Converter Kombinasi Charge Pump dan Boost Converter D 2 L 2 L 1 I L1 + _ I L2 V Ce C e D 1 + C o V _ O R L V in DC Q 1 + V _ Q1 Periode Magnetisasi: 8

9 Step-Up Converter Kombinasi Charge Pump dan Boost Converter L 2 Q 2 L 1 I L1 + _ I L2 + V Q2 - V Ce C e + C o V O _ R L V in DC Periode Demagnetisasi: 9

10 Step-Up Converter Kombinasi Charge Pump dan Gain Konversi Tegangan: Boost Converter 10

11 Simulasi dan Analisis Data Simulasi Step-Up Converter Simulasi Sistem dengan Torsi beban Bervariasi Simulasi Sistem dengan Kecepatan Bervariasi Simulasi Pengereman Dinamik 11

12 Simulasi Step-Up Converter Komponen V in V dc_link ref 156 V 780 V Nilai L 1 dan L 2 19,2 µh C e 270 µf C o 330 µf R L 10,58 Ω 12

13 Kontrol Tegangan Konverter Mengatur pensaklaran konverter Memberikan tegangan keluaran konverter sebesar tegangan referensi yang diberikan 13

14 Hasil Simulasi V in = 156 V Duty cycle = 0,6 V o rata-rata = 779 V Ripple V o = 1,2 V Error V o = 0,13 % 14

15 Simulasi Sistem Baterai Step Up Converter Kombinasi Charge Pump dan Boost Converter DC-Link Inverter 3 Fasa Ia, Ib, Ic Motor Induksi 3 Fasa n r Beban Torsi PWM SPWM Tegangan Referensi Kontrol Kecepatan Motor Induksi Kecepatan Referensi 15

16 Parameter Simulasi Komponen Parameter Nilai Baterai Tegangan 156 V Kapasitas 100 Ah Step-Up Converter Induktor L 1 dan L 2 19,2 µh Kapasitor Ce 330 µf Tegangan keluaran Frekuensi switching 780 V 195 khz Inverter Tegangan line-line 380 V Frekuensi switching 10 khz Indeks modulasi 0,8 Motor Induksi Daya nominal 10 HP Tegangan nominal 220/380 V 16

17 Simulasi Sistem dengan Torsi Beban Bervariasi Torsi beban berubah dari 20 Nm menjadi 30 Nm - Mobil sedang melewati tanjakan 17

18 Simulasi Sistem dengan Torsi Beban Bervariasi Torsi beban berubah dari 20 Nm menjadi 30 Nm Steady State = 0,012 detik Torsi rata-rata = 30,001 Nm Ripple Torsi = 0,5 2 Nm Steady State = 0,055 detik Tegangan rata-rata = 780 V Ripple Tegangan - Saat torsi 20 Nm = 5 35 V - Saat torsi 30 Nm = V 18

19 Simulasi Sistem dengan Torsi Beban Bervariasi Torsi beban berubah dari 30 Nm menjadi 20 Nm - Mobil sedang melewati turunan 19

20 Simulasi Sistem dengan Torsi Beban Bervariasi Torsi beban berubah dari 30 Nm menjadi 20 Nm Steady State = 0,011 detik Torsi rata-rata = 20 Nm Ripple Torsi = 0,9 1,6 Nm Steady State = 0,06 detik Tegangan rata-rata = 780 V Ripple Tegangan - Saat torsi 30 Nm = V - Saat torsi 20 Nm = 2 40 V 20

21 Simulasi Sistem dengan Kecepatan Bervariasi Kecepatan berubah dari 500 rpm menjadi 1000 rpm - Mobil mengalami percepatan pada bidang datar 21

22 Simulasi Sistem dengan Kecepatan Bervariasi Kecepatan berubah dari 500 rpm menjadi 1000 rpm Steady State = 0,25 detik Kecepatan rata-rata = 1000 rpm Ripple Kecepatan = 0,5 2 rpm Steady State = 0,055 detik Tegangan rata-rata = 780 V Ripple Tegangan - Saat 500 rpm = 2 55 V - Saat 1000 rpm = 1 30 V 22

23 Simulasi Pengereman Dinamik Memutus sumber tiga fasa pada motor dan memberikan tegangan DC pada stator Besarnya tegangan DC yang diberikan mempengaruhi respon kecepatan pengereman Pengaturan tegangan DC untuk pengereman dengan buck converter + V dc - 23

24 Hasil Simulasi Pengereman Dinamik Tegangan DC diberikan sebesar 0 V, 25 V, 50 V Mencapai 0 rpm: - Vdc = 0 V 0,56 detik - Vdc = 25 V 0,24 detik - Vdc = 100 V 0,05 detik Steady state: - Vdc = 0 V 0,56 detik - Vdc = 25 V 0,34 detik - Vdc = 100 V 0,26 detik Tegangan rata-rata DC-link : - Vdc = 0 V 175 V - Vdc = 25 V 169 V - Vdc = 100 V 163 V Ripple tegangan: - Vdc = 0 V 0,02 V - Vdc = 25 V 0,4 V - Vdc = 100 V 3 V 24

25 Kesimpulan Topologi step-up converter kombinasi charge pump dan boost converter dapat menaikkan tegangan dua kali lebih besar dibandingkan topologi boost converter konvensional Pada pengujian sistem dengan torsi beban bervariasi dan kecepatan referensi bervariasi, step up converter kombinasi charge pump dan boost converter mampu menyuplai daya untuk sistem motor induksi 10 HP dengan ripple tegangan berkisar antara V pada torsi beban 30 Nm dengan kecepatan konstan 1000 rpm. Pada pengujian pengereman dinamik, tegangan DC-link mengalami penurunan atau kenaikan berdasarkan besarnya tegangan DC yang dikonversi untuk pengereman. 25

26 Terima Kasih 26