PERANCANGAN ESTIMATOR TAHANAN ROTOR MOTOR INDUKSI TIGA FASA PADA PENGENDALIAN TANPA SENSOR KECEPATAN Akhma Musafa 1 1 Pogam Stui Teknik Elekto, Fakultas Teknik, Univesitas Bui Luhu Jl. Cileug Raya Petukangan Utaa Jakata Selatan 12260 E-mail : musafa_81@yahoo.com Abstact This pape popose a new simple metho fo estimation the oto esistance at vecto contol as compensation fo inceasing of oto esistance in sensoless inuction moto contol which esulte by inceasing of tempeatue afte moto opeate. Estimate one by compensation of eo signal between magnetization cuent obtaine by the flux moel an magnetization cuent obtaine by obseve moel using concept of IP contolle. Moel of moto mae in stato efeence fame with paamete stato cuent an oto flux, contolle is cuent vecto contol, an oto spee estimation use full oe obseve. Simulation conucte fo sensoless moto contol with constant oto esistance an sensoless moto contol with inceasing of oto esistance fo 100%, 150% an 200% vaiation. The simulation esult, it can be seen that IP estimato by Kp 0.469 an Ki 0.331 can wok bette fo compensation the oto esistance inceasing until 200%. KeyWos Compensation, Inceasing of oto esistance, IP estimato, Sensoless contol. S I. PENDAHULUAN uatu sistem kenali yang ieal memiliki paamete yang sama engan paamete moto. Dalam simulasi, paa umumnya moel moto ibuat engan asumsi paamete tahanan oto aalah konstan. Namun paa kenyataannya, setelah moto beopeasi, naiknya tempeatu moto apat mengakibatkan tahanan oto beubah yaitu naik betambah besa, sehingga tejai pebeaan nilai paamete tahanan oto antaa pengenali an moto[1]. Dalam pengenalian moto inuksi engan menggunakan pengenali vekto, kenaikan paamete tahanan oto yang isebabkan meningkatnya tempeatu apat mengakibatkan bebeapa keugian sepeti eksitasi kuang atau belebih an apat meusak konisi fluks an tosi moto[2]. Selain itu, kenaikan tahanan oto paa pengenalian moto inuksi tanpa senso kecepatan juga semakin mempebesa kesalahan kecepatan estimasi yang ihasilkan oleh obseve[3]. Kesalahan kecepatan estimasi akan mempengauhi konisi posisi sinkon e yang igunakan paa tansfomasi sehingga akan mempengauhi espon pengenalian secaa keseluuhan. Untuk itu ipelukan kompensasi sehingga efek kenaikan tahanan oto ini apat ikuangi atau bahkan ihilangkan. Peancangan Estimato Tahanan Roto Moto Inuksi Paa Pengenalian Tanpa Senso Kecepatan 1
Dalam pape ini kompensasi kenaikan tahanan oto iancang beasakan pebeaan nilai aus magnetisasi yang ipeoleh ai fluks moel an aus magnetisasi yang ipeoleh ai moel obseve engan menggunakan konsep pengenali IP. II. MODEL MOTOR INDUKSI FULL ORDER OBSERVER DAN FLUKS MODEL Paa pengenalian moto inuksi tanpa senso kecepatan, infomasi kecepatan yang akan iumpan balikkan iestimasi engan memanfaatkan infomasi aus an fluks moto menggunakan moel obseve. Obseve yang igunakan paa makalah ini aalah full oe obseve yang iletakkan paa sumbu q engan fakto gain G (g1, g2, g3, g4) yang mengacu paa [4] an inyatakan engan pesamaan keaaan beikut: R s 1 Lm Lm 1 is is q e vs g1 is is g2 t ( L s) T LLT s LL s L s 1 L m L m q T LLT LL...(1) R s 1 e vqs g2 is is g1 t ( L s) s s L s...(2) L m 1 is ( e ) q g3 i s is g4 i qs t T T...(3) L m 1 q q ( e ) g4 i s is g3 i qs t T T...(4) Kpe is qe Ki eis qe t...(5) Pesamaan fluks moel yang igunakan paa pape ini mengacu paa [4] an inyatakan sebagai beikut: T e t i e m R L p i s R L i e e t N 1 L i p i i m qs m s qsim...(6)...(7)...(8)...(9) Masukan fluks moel aalah kecepatan estimasi ai obseve engan keluaan beupa tegangan stato sumbu (Vs) an sumbu q (Vsq) seta nilai estimasi posisi e. III. PERUBAHAN TAHANAN ROTOR MOTOR INDUKSI Moel moto yang igunakan paa simulasi pengenalian tanpa senso kecepatan paa [4], [5], an [6] aalah moel moto engan nilai tahanan oto (R) tetap. Paa kenyataannya, setelah beopeasi sejalan engan betambahnya waktu, R apat mengalami peubahan yaitu kenaikan nilai tahanan oto akibat ai naiknya tempeatu. Kenaikan nilai tahanan oto akibat kenaikan tempeatu inyatakan engan pesamaan: 2 Asiton Vol. 1 No. 1 Juni 2010 Fakultas Teknik Univesitas Bui Luhu
t t R 1 t R R0 1 0 0...(10) engan R aalah tahanan oto aktual (), R0 aalah tahanan oto awal (), aalah koefisien suhu R (0C -1), t0 tempeatu awal R (0C) an t tempeatu akhi R (0C). Sinyal kenaikan tahanan oto paa simulasi ini ibuat engan asumsi keaaan awal tetap kemuian naik paa t=7etik an kembali ke keaaan tetap yang bau paa t=8etik, engan kemiingan (slope) iumuskan: R R 0 R Slope( s) t t et...(11) R aalah besa kenaikan tahanan oto (), t aalah lama waktu kenaikan tahanan oto (etik). IV. PERANCANGAN ESTIMATOR TAHANAN ROTOR Paa [3] an [2], kompensasi kenaikan tahanan oto apat ilakukan beasakan pesamaan tosi elektomgnetik. Paa pape ini, peneteksian efek kenaikan tahanan oto ilakukan engan caa melihat pebeaan nilai aus magnetisasi yang ipeoleh ai fluks moel an aus magnetisasi yang ipeoleh ai moel obseve sebagai sebuah fungsi kaakteistik Fef an F. Penuunan nilai aus magnetisasi estimasi yang ipeoleh ai moel obseve sebaning engan kenaikan tahanan oto paa moto. Fungsi kaakteistik Fef aalah aus magnetisasi yang ipeoleh ai fluks moel, sehingga: F ef i m R i s im t L (12) Seangkan fungsi kaakteistik F aalah aus magnetisasi yang ipeoleh ai moel obseve yang ipeoleh engan caa melakukan estimasi tehaap vaiabel moto yaitu is,, vs, vqs, an e ai pesamaan pengenali vekto. Aus magnetisasi estimasi ipeoleh melalui pembagian haga mutlak vekto fluks oto estimasi engan inuktansi magnetisasi, yaitu: F i m _ est 2 2 q Lm (13) Selisih antaa fungsi kaakteistik paa pesamaan (12) an (13) meup akan fungsi kesalahan yang apat igunakan untuk melakukan kompensasi kenaikan tahanan oto. Fungsi kesalahan ini apat inyatakan sebagai: t e Fef F (14) Peancangan Estimato Tahanan Roto Moto Inuksi Paa Pengenalian Tanpa Senso Kecepatan 3
Kompensasi kenaikan tahanan oto ilakukan engan menggunakan IP estimato yang akan mengestimasi sinyal kenaikan tahanan oto engan menggunakan konsep pengenali IP (Integal & Popotional). Diagam blok IP estimato sepeti itunjukkan paa Gamba 1. F ef F - t e K i s K p Gamba 1. Diagam blok IP estimato - R Dai Gamba 1 i atas, keluaan IP estimto aalah sinyal estimasi kenaikan tahanan oto R yang apat inyatakan engan pesamaan : tosi beban sangat kecil sehingga apat iabaikan (TL=0). Konstanta obseve yang igunakan aalah Kobs=1.33, engan Kp=8 an Ki=650. Simulasi ilakukan untuk pengenalian moto inuksi engan kenaikan R tanpa aanya estimato an pengenalian moto inuksi engan kenaikan R yang menggunakan estimato. Simulasi ilakukan untuk kenaikan tahanan oto 100% (s=2.9/et), 150% (s=4.35 /et) an 200% (s=5.8 /et) ai nilai awalnya, engan koefisien tempeatu tahanan oto =10C-1. Hasil simulasi pengenalian engan tahanan oto tetap itunjukkan paa Gamba 2. t R Ki e t Kp. F...(15) R Ki t Kp. F ef F F (16) V. SIMULASI DAN ANALISA HASIL SIMULASI Dalam simulasi, moto inuksi yang igunakan aalah moto inuksi oto sangka tiga fasa 220/380volt Y, 50 Hz engan paamete moto (tanpa kenaikan R) mengacu paa [5]. Konstanta pengenali aus (T) yang igunakan aalah 1x10-3, engan asumsi masukan 4 Asiton Vol. 1 No. 1 Juni 2010 Fakultas Teknik Univesitas Bui Luhu
Gamba 2. Hasil simulasi engan R tetap Hasil simulasi pengenalian tanpa Gamba 3. Hasil simulasi engan kenaikan R 100% estimato engan kenaikan tahanan oto 100% an 200% itunjukkan paa 3 an 4. Peancangan Estimato Tahanan Roto Moto Inuksi Paa Pengenalian Tanpa Senso Kecepatan 5
tunak q aalah 0 Wb, seangkan q estimasi sebesa 0.005 Wb. Kecepatan Gamba 4. Hasil simulasi engan kenaikan R 200% oto hasil estimasi mampu mengikuti kecepatan oto aktual engan pesen kesalahan sebesa 0.2436%, an menghasilkan kecepatan asa moto sebesa 121.75 a/t (1163 pm). Dai hasil simulasi untuk ketiga vaiasi kenaikan tahanan oto i atas telihat bahwa kenaikan tahanan oto yang semakin besa semakin mempengauhi espon pengenalian. Setiap kenaikan tahanan oto sebesa 50% mengakibatkan aktual ata-ata tuun 0.002 Wb (0.4366%), estimasi Dai hasil simulasi pengenalian moto inuksi tanpa senso kecepatan engan R tetap, espon is an mampu mengikuti masukan acuan. Pesen kesalahan keaaan tunak estimasi is aalah 1.9666% an sebesa 9.3386%. Paa konisi awal im tejai lonjakan sebesa 6.65% mencapai nilai 2.133 A paa t=1.1t an mencapai keaaan tunak paa t=5.5t. Hal ini isebabkan moel moto yang igunakan alam simulasi meepesentasikan keaaan sebenanya. Setelah t=5.5t im aktual moto mampu mengikuti im pengenali engan pesen kesalahan sebesa 0.25%. Respon estimasi mampu mengikuti pengenali engan pesen kesalahan ata-ata tuun 0.0055 Wb (1.1905%), q estimasi ata-ata naik 0.0015 Wb, im aktual ata-ata tuun 0.012A (0.5985%), an pesen kesalahan estimasi ata-ata naik 0.9816%. Akibat pengauh kenaikan tahanan oto tehaap kecepatan oto estimasi mengakibatkan besa kesalahan konisi posisi sinkon e semakin besa. Pebaningan pengauh kenaikan tahanan oto 100%, 150%, an 200% sepeti itunjukkan paa Tabel 1. Diagam blok pengenalian tanpa senso kecepatan engan estimato tahanan oto sepeti itunjukkan paa Gamba 5. Simulasi pengenalian engan IP estimato ilakukan untuk kenaikan tahanan oto 100%, 150%, an 200% estimasi sebesa 0.8734%. Nilai keaaan 6 Asiton Vol. 1 No. 1 Juni 2010 Fakultas Teknik Univesitas Bui Luhu
engan hasil itunjukkan paa Gamba 6 an 7. Tabel 1. Pebaningan espon pengenalian akibat kenaikan R Respon Keaaan Tunak R Kenaikan R Tetap 100% 150% 200% Aktual 0.458 0.452 0.450 0.448 (Wb) Estimasi 0.462 0.453 0.4475 0.442 Aktual 0 0 0 0 q (Wb) Estimasi 0.005 0.008 0.0095 0.011 I Aktual 2.005 1.984 1.975 1.96 m (A) Estimasi 2 2 2 2 (a/s) % eo 0.2436 1.8829 2.6927 3.8461 i s i qs e i PI - i s e iq PI - i qs u v c v DEKOPLING v cq u q v q q v v 2 3 v a v b v c PWM IM i qs i s _ est e FLUX MODEL e OBSERVER v, s v qs i m t q q Fef F i i Fef F 3 2 - i a i b i c et IP Estimato Gamba 5. Diagam blok pengenalian moto inuksi tanpa senso kecepatan engan estimato tahanan oto R Gamba 6. Hasil pengenalian engan IP estimato untuk kenaikan R100% Beasakan hasil pengujian yang ilakukan, konstanta IP estimato tebaik yang igunakan aalah Kp = 0.469 an Ki = 0.331, kaena untuk nilai Kp an Ki yang lain apat mengakibatkan espon pengenalian beosilasi an ceneung menjai tiak stabil. Peancangan Estimato Tahanan Roto Moto Inuksi Paa Pengenalian Tanpa Senso Kecepatan 7
paa moto sehingga tahanan oto estimasi mampu mengikuti kenaikan yang tejai. Hasil kompensasi kenaikan tahanan oto 150% telihat mempunyai ipple yang lebih besa ibaningkan engan hasil kompensasi kenaikan tahanan oto 100%, seangkan kompensasi kenaikan tahanan oto 200% mempunyai ipple lebih besa ai paa kompensasi 100% an 150%. Hal ini isebabkan oleh semakin besanya nilai tahanan oto yang igunakan alam pehitungan. Hasil kompensasi juga mengakibatkan kesalahan yang tejai paa posisi sinkon oto e menjai semakin kecil. Pebaningan hasil kompensasi kenaikan tahanan oto 100%, 150%, an 200% sepeti itunjukkan paa Tabel 2 i bawah ini. Tabel 2. Pebaningan espon hasil pengenalian engan aanya IP estimato Gamba 7. Hasil pengenalian engan IP estimato untuk kenaikan R 200% Dai hasil simulasi engan IP estimato untuk ketiga vaiasi kenaikan tahanan oto i atas telihat bahwa secaa keseluuhan estimato mampu mengkompensasi kenaikan tahanan oto 8 Asiton Vol. 1 No. 1 Juni 2010 VI. KESIMPULAN Dai hasil simulasi an analisa apat iambil bebeapa kesimpulan sebagai beikut: 1. Semakin besa kenaikan tahanan oto, maka kesalahan keaaan tunak aus magnetisasi oto aktual tehaap Fakultas Teknik Univesitas Bui Luhu
acuan an kesalahan estimasi kecepatan oto juga semakin besa, sehingga menyebabkan tejainya kesalahan nilai e yang semakin besa pula. 2. Setiap kenaikan tahanan oto sebesa 50% mengakibatkan aktual tuun 0.4366%, estimasi tuun 1.1905%, q estimasi naik 0.0015 Wb, im aktual tuun 0.5985%, an pesen kesalahan estimasi naik 0.9816%. 3. Kompensasi kenaikan tahanan oto apat ilakukan engan melakukan kompensasi kesalahan aus hasil pebaningan antaa aus magnetisasi ai fluks moel an aus magnetisasi ai moel obseve engan konsep pengenali IP. 4. Kompensasi kenaikan tahanan oto 100%, 150% an 200% menghasilkan im aktual keaaan tunak 2.005 A, fluks oto sumbu aktual 0.458 Wb, fluks oto sumbu estimasi 0.462 Wb, fluks oto sumbu q estimasi 0.005 Wb, an pesen kesalahan kecepatan estimasi 0.2041%. 5. Kompensato IP engan konstanta Kp sebesa 0.469 an Ki sebesa 0.331 mampu bekeja engan baik untuk mengkompensasi kenaikan tahanan oto sampai engan 200%. 6. Konstanta Kp sebesa 0.469 an Ki sebesa 0.331 paa kompensato IP meupakan nilai yang suah tepat kaena tebukti mampu bekeja engan baik untuk mengkompensasi kenaikan tahanan oto sampai 200% paa aplikasi sistem pengenalian kecepatan. REFERENSI [1] H. Ouai, F. Gii, Inuction Moto Robust Aaptive Contol, Poceeings of the 10th Meiteanean confeence on contol an Automation MED2002, Lisbon Potugal, 2002. [2] Y. Milou, A. Daou, Pefomance Analysis of a Fuzzy Logic Base Roto Resistance Estimato of an Iniect Vekto Contolle Inuction Moto Dive, Tuk J Elec Engin, VOL. 13, NO. 2, 2005. [3] Kubota, K. Matsue, Spee Sensoless Fiel Oiente Contol of Inuction Moto with Roto Resistance Aaptation, in Conf. Rec. Of 1993, IEEE. [4] Riwan Gunawan, Pengenalian Moto Inuksi Tanpa Senso Kecepatan Dengan Oientasi Fluks Roto Paa Pefomansi Kecepatan i lua Kecepatan Nominal, Disetasi, Univesitas Inonesia, 2006. Peancangan Estimato Tahanan Roto Moto Inuksi Paa Pengenalian Tanpa Senso Kecepatan 9
[5] F. Yusiva an S. Wakao, Minimum Requiement of Moto Vecto Contol Moelling an Simulation Utilizing C-Mex S- function in MATLAB/SIMULINK, IEEE. [6] Fey, Pengenali Vekto Aus an Pebaikan Kesalahan Estimasi Paa Moto Inuksi Tanpa Senso Kecepatan, Skipsi, Univesitas Inonesia, 2004. 10 Asiton Vol. 1 No. 1 Juni 2010 Fakultas Teknik Univesitas Bui Luhu