BAB 5 SIMULASI INVERTER PWM LIMA-FASA 5.1 Pendahuluan Bab ini berisi tentang implementasi inverter lima-fasa pada simulasi dengan metode-metode PWM yang telah dibahas sebelumnya. Simulasi ini ditujukan untuk membuktikan kebenaran hasil analisis yang telah dilakukan. Program yang dipakai untuk simulasi ini adalah PSIM @ V4.1 yang merupakan salah satu program yang sering digunakan untuk melakukan simulasi elektronika daya. Pengukuran yang diambil dari simulasi adalah total riak arus inverter pada setiap fasa. Karena pada PSIM @ V4.1 tidak terdapat fitur yang bisa menghitung total riak maka penulis membuat sendiri program tambahan yang terintegrasi dengan PSIM untuk menghitung total riak ini. Program ini berbentuk dll (dynamic link library) yang dibuat dengan menggunakan bahasa C. Dari pengukuran ini didapatkan hubungan antara indeks modulasi inverter dengan total riak arus keluaran inverter. Parameter yang digunakan dalam simulasi ini adalah Ed = 100 V L = 5 mh R = 5 Ohm fs = 4000 Hz fr = 50 Hz k = 0.1 s/d k maks dengan selang 0.1 time step simulasi = 10-7 s 5. Penghitungan Nilai RMS Riak Arus Keluaran Inverter Nilai rms riak arus keluaran inverter dihitung berdasarkan deret fourier. Seperti telah dijelaskan pada bab II, nilai rms riak adalah pengurangan nilai RMS 33
sinyal dengan nilai RMS fundamental sinyal tersebut. Karena PSIM adalah program komputer yang menggunakan data diskrit maka deret fourier nya juga menggunakan deret fourier diskrit. Pada deret fourier diskrit, nilai RMS suatu sinyal adalah: RMS 1 n ik n k 1 (5.1) sedangkan nilai rms fundamentalnya adalah, A1 B1 F (5.) dengan n k A1 ik cos n k 1 n (5.3) n k B1 ik sin n k 1 n (5.4) dimana, i k = nilai sinyal pada saat k n = jumlah sample sinyal dalam satu periode Dengan demikian nilai rms riak arus H adalah H RMS F (5.5) Dengan menggunakan program dll ini nilai arus pada setiap titik sample diambil dan langsung dimasukan kedalam program dll ini. Sedangkan untuk menghitung nilai rms riak tegangan dan arus sisi DC nilai fundamentalnya,f, diganti dengan nilai rata-ratanya, R. 1 dengan R i k (5.7) n Berikut diagram alir program untuk menghitung total riak arus keluaran. 34
Start Input t i Inisiasi awal? tidak ya Inisiasi nilai awal n = 0.0/Δt k = 1 temp1 = 0 temp = 0 temp3 = 0 ya t < 0.1s? tidak Menunggu keadaan stabil ya k = n? Cek satu periode tidak temp1 = temp1 + i Jumlah untuk nilai rms temp = temp + i cos(πk/n) temp3 =temp3 + i sin(πk/n) PSIM Jumlah untuk nilai A1 Jumlah untuk nilai B1 k = k + 1 k selanjutnya rms = temp1/n Nilai rms A1 = temp/n Nilai A1 B1 = temp3/n Nilai B1 F = sqrt((a1 + B1 )/) Nilai F H = sqrt(rms -F ) Nilai H Keluar dll Gambar 5.1 Flowchart perhitungan total riak 35
5.3 Riak Arus Sisi AC Inverter PWM Lima-Fasa Persamaan riak arus keluaran inverter PWM lima-fasa pada kondisi ggl sinusoidal[7] adalah : 1 TS Edk sin 5 3 3 I 1rms k sin k 8 3L 3 5 (5.8) Dan persamaan nilai rms riak arus keluaran inverter PWM lima-fasa pada kondisi ggl beban non-sinusoidal dengan injeksi seperenam harmonisa ketiga adalah : 1 ET d S.8788 I 1rms m 0.741 m0.4617m (5.9) 8 3L Sedangkan untuk persamaan riak arus keluaran dengan injeksi seperenam harmonisa ketiga dan harmonisa kelima dengan amplitudo sebesar 13,9% amplitudo komponen fundamental adalah : 1 ET d S.8788 I 1rms m 0.741 m0.440m (5.10) 8 3L Gambar rangkaian inverter PWM lima-fasa yang digunakan pada simulasi adalah : Rangkaian tambahan Gambar 5. Rangkaian simulasi inverter PWM lima-fasa Pada gambar 5. rangkaian tambahan yang digunakan adalah : 36
Gambar 5.3 Rangkaian tambahan pada simulasi inverter PWM lima-fasa Berikut ini adalah grafik riak arus keluaran inverter PWM lima-fasa pada kondisi ggl beban sinusoidal dan non-sinusoidal hasil perhitungan dan simulasi yang di-plot terhadap indeks modulasi. GGL Sinusoidal GGL Non-Sinusoidal GGL Non-Sinusoidal Optimum Gambar 5.4 Grafik riak arus keluaran pada ggl beban sinusoidal dan non-sinusoidal 37
Titik menunjukkan hasil simulasi dan garis menunjukkan hasil perhitungan. Dari grafik di atas terlihat bahwa riak arus keluaran inverter PWM limafasa pada kondisi ggl beban non-sinusoidal lebih kecil dibandingkan dengan riak arus keluaran yang dihasilkan pada kondisi ggl beban sinusoidal. Sebagai perbandingan riak arus keluaran hasil perhitungan juga di-plot. Terlihat bahwa hasil perhitungan sama dengan hasil simulasi. Hal ini menunjukkan bahwa analisis yang dilakukan adalah benar. 5.4 Riak Sisi DC Inverter PWM Lima-Fasa Persamaan riak arus dan tegangan sisi dc inverter PWM Lima-Fasa pada kondisi ggl beban sinusoidal dapat dilihat pada persamaan (4.6) dan (4.35). Gambar 5.5 dan 5.6 menunjukkan gambar rangkaian yang digunakan pada simulasi untuk mencari riak arus dan tegangan sisi DC inverter PWM lima-fasa pada kondisi ggl beban sinusoidal. Gambar 5.5 Rangkaian untuk menghitung riak arus masukan Gambar 5.6 Rangkaian untuk menghitung riak tegangan masukan 38
Gambar-gambar di bawah ini memperlihatkan perbandingan hasil simulasi terhadap perhitungan yang telah dilakukan. Terlihat bahwa hasil perhitungan hampir mendekati hasil simulasi yang menunjukkan bahwa analisis yang dilakukan benar. Gambar 5.7 Grafik riak arus masukan terhadap indeks modulasi Gambar 5.8 Grafik riak arus masukan terhadap nilai rms arus keluaran Gambar 5.9 Grafik riak tegangan masukan terhadap indeks modulasi 39
5.5 Penutup Pada bab ini telah ditunjukan hasil simulasi yang mendukung hasil analisis. Hampir semua hasil simulasi mendekati nilai perhitungan. Dari hasil simulasi ditunjukkan bahwa nilai riak arus keluaran inverter PWM lima-fasa pada pengaruh ggl beban non-sinusoidal lebih kecil dibandingkan pada pengaruh ggl beban sinusoidal. Semakin tinggi arus rms keluaran maka riak arus dan tegangan masukan yang dihasilkan akan semakin tinggi. Untuk riak arus masukan inverter diketahui bahwa semakin tinggi faktor daya beban maka riak arus yang dihasilkan akan semakin tinggi 40