INVERTER VOLT/HERTZ KONTROL SEBAGAI PENGENDALI MOTOR AC 3 FASA MAKALAH TUGAS AKHIR Oleh EMMANUEL AGUNG NUGROHO NIM : C. 431. 05. 0022 JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEMARANG 2009 1
INVERTER VOLT/HERTZ KONTROL SEBAGAI PENGENDALI MOTOR AC 3 FASA E. Agung Nugroho NIM : C. 431. 05. 0022 Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Fakulta s Teknik Universitas Semarang Sri Heranurweni, ST, MT NIS : 0655700301020070 Dos en Pembimbing II Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Semarang ABS TRAK Ada dua permasalahan pokok kelistrikan yang disebabkan oleh pemakaian motor induksi di industri yaitu munculnya daya reaktif induktif yang menyebabkan menu runnya kualitas daya dan faktor daya dengan impedansi tinggi, serta meningkatnya jatuh tegangan. Permasalahan kedua muncul sebagai akibat dari sistem kendali mo tor secara konvensional yang terbatas pada pengendalian pada saat start saja yan g hanya mampu menekan arus mula tanpa memperhatikan sistem pengendalian yang pro porsional dengan memperhatikan pemanfaatan daya pada saat motor berjalan. Sistem pengendalian yang konvensional ini menyebabkan konsumsi energi listrik tidak ef isien, hasil produksi tidak fleksibel, dan sangat memungkinkan mudah rusaknya mo tor listrik karena selalu dipaksa bekerja pada kecepatan maksimal. Mengatasi per masalahan tersebut dalam perancangan alat tugas akhir ini menawarkan sistem peng endalian motor listrik yang memperhatikan permasalahan perbaikan kualitas daya d an faktor daya dan sekaligus mampu mengendalikan motor baik pada saat start atau pun pada saat motor berjalan yaitu dengan teknik Inverter SPWM (Sinusoidal Pulse Width Modulation) yang terkendali secara volt/hertz. Teknik ini bertujuan untuk mengendalikan tegangan keluaran dan frekuensi kerja inverter 3 fasa secara bers ama-sama dan proporsional melalui satu pengaturan tegangan referensi pada rangka ian konverter Volt/Hertz. Pengaturan tegangan DC referensi pada konverter volt/h ertz menghasilkan pulsa digital yang digunakan sebagai input data mikrokontrolle r yang diprogram untuk menghasilkan sinyal referensi SPWM berupa gelombang sinus 3 fasa. Gelombang sinus 3 fasa yang terkendali amplitudo dan frekuensi ini diba ndingkan dengan sinyal Carrier gelombang segitiga sehingga terjadi perbandingan indeks modulasi pada teknik SPWM yang menentukan tegangan dan frekuensi keluaran inverter 3 fasa. Perancangan inverter volt/hertz berhasil membangkitkan sumber 3 fasa sebagai pengendali motor AC 3 fasa dari sumber tegangan 1 fasa dengan aru s motor berupa gelombang sinus yang sefasa terhadap tegangan sumber sebagai bukt i perbaikan faktor daya. Selain itu motor listrik mampu dikendalikan kecepatanny a dari frekuensi 10 Hz hingga 50 Hz secara linier.. Kata kunci : Volt/hertz kont rol, SPWM inverter 3 fasa, Indeks Modulasi. 1. Pendahuluan Untuk menjalankan kec epatan suatu motor AC diperlukan beberapa metode pengaturan diantaranya adalah p engaturan jumlah kutub stator pada belitan stator motor atau bisa dilakukan deng an pengaturan tegangan yang mensuplay 1 belitan motor tersebut pada frekuensi te tap ataupun bisa juga dilakukan dengan mengatur frekuensi kerja motor tersebut d engan tegangan tetap, dan bisa juga dilakukan dengan pengaturan frekuensi dan te gangan secara bersamaan. Supari, ST, MT NIS : 0655700301020033 Dosen Pembimbing I Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Semarang
Pengaturan kutub pada kondisi operasional kerja motor jelas tidak mungkin karena jumlah kutub sudah ditentukan pada saat perancangan belitan stator motor sedang kan dengan hanya mengubah frekuensi sumber saja tidak cukup, karena pengendalian motor AC harus menjaga keseimbangan kerapatan fluks. Perancangan sistem yang di usulkan ini merupakan pilihan terbaik dalam sistem pengendalian motor saat ini y aitu dengan mengendalikan frekuensi dan tegangan keluaran inverter secara berimb ang dan bersama-sama untuk mengendalikan kecepatan motor AC 3 fasa. Teknik penge ndalian frekuensi dan tegangan keluaran inverter secara bersama-sama semacam ini dikenal dengan istilah Volt/ Hertz kontrol. Dalam perkembangan elektronika daya sistem seperti ini umumnya dinamakan Variable Speed Drive (VSD), tetapi karena kendalinya mengubah tegangan dan frekuensi maka divais ini dinamakan juga Variab le Voltage Variable Frequency (VVVF). Pengendalian motor AC dengan menggunakan V VVF selain dapat mengendalikan torka dan kecepatan secara baik, juga mempunyai k euntungan lain, antara lain : 1. Penggunaan energi menjadi efisien, 2. Peningkat an fleksibelitas produksi, 3. Peningkatan umur komponen mekanik, 4. Memudahkan u ntuk pemeliharaan 2. Tinjauan Pustaka a. Variable Voltage Variable Frekuensi Ske ma daya VVVF yang digunakan untuk pengendalian arus bolak-balik (AC Drive) diluk iskan seperti pada Gambar 1. Bridge Rectifier yang terdiri dari enam dioda yang dihubungkan jembatan berfungsi untuk mengkonversikan tegangan bolak-balik menjad i tegangan searah (penyearah). Untuk meratakan tegangan keluaran dipasang tapis kapasitor elektronik C pada terminal keluaran penyearah. Jika nilai keluaran kap asitor 3 tersebut cukup besar, tegangan searah yang dihasilkan adalah : 3 3 (1) Vp π dengan Vdc dan E masing-masing adalah tegangan keluaran searah dan t egangan bolak-balik antar fasa-masukan. Vdc = Gambar 1 Skema daya VVVF Tegangan searah keluaran bridge rectifier setelah dita is dengan ka asitor, sela njutnya dikonversi menjadi tegangan bolak-balik oleh inverter. Tegangan bolakbal ik dan frekuensi keluaran inverter da at bervariasi sesuai dengan kendali invert er tersebut. Inverter dikendalikan dengan menggunakan teknik modulasi lebar uls a (PWM). Teknik PWM ada sistem VVVF dibentuk dari suatu gelombang referensi tig a fasa dibandingkan dengan gelombang embawa (carrier) beru a gelombang segitiga frekuensi tinggi (5000 Hz). Misal untuk fasa U jika nilai sesaat gelombang frek uensi fasa U (Vu) lebih tinggi dari nilai sesaat gelombang segitiga (Vcarr) maka transistor T1 akan menerima sinyal ON. Pada kondisi ini tegangan fasa U bernila i jika nilai sesaat Vdc/2,sedangkan gelombang fasa U (Vu) lebih rendah dari nila i sesaat gelombang segitiga (Ecarr) maka transistor T2 akan menerima sinyal ON, ada kondisi ini tegangan nilai fasa U bernilai –Ed/2. Kom onen dasar gelombang te gangan keluaran VVVF akan mem unyai nilai sebagai berikut : V (2) V h}= dc ksin ω t 2 dengan : V k = r (3) Vc
adalah factor modulasi dengan nilai maksimum sama dengan satu. Sin ωt adalah freku ensi sudut gelombang referensi, Vr dan Vc masing-masing adalah amplitudo gelomba ng referensi dan gelombang pembaa. Jadi, komponen dasar gelombang keluaran VVVF dapat diatur amplitudo dan frekuensinya dengan cara mengatur amplitude dan frek uensi gelombang referensi yang menentukan kualitas modulasi frekuensi yang didap at. Untuk VVVF factor modulasi maksimum adalah satu, maka tegangan keluaran maks imum VVVF adalah : V iimak = 3 Ed 2 2 = 3 3E n 2π = 0 . 83 E ii (4) masing-masing dua saklar ber asangan untuk menghasilkan setia fasa untuk setia lengannya. Lengan “a” dibentuk oleh saklar A ada sisi ositif dan saklar A’ ada sis i negatif yang bekerja secara bergantian demikian ula dengan saklar “b” dan “c”. Dengan teknik kendali SPWM maka konfigurasi saklar daya inverter diatas da at menghasi lkan bebera a kemungkinan ensaklaran se erti ada gambar berikut : 000 001 010 011 b. Inverter 3 fasa Untuk menjalankan motor AC 3 fasa dengan sistem kendali volt/her tz control di erlukan rangkaian daya sebagai media engasutan. Teknik SPWM inver ter sangat te at sebagai im lementasikannya. Rangkaian daya inverter tiga fasa t iga lengan (three-leg inverter) yang memiliki enam buah saklar dan sumber tegang an DC. Suatu converter DC to AC jenis sumber tegangan (voltage-ty e inverter) ha rus memenuhi dua syarat, yaitu saklar yang terletak ada satu lengan tidak boleh konduksi secara bersamaan hingga menimbulkan arus hubung singkat, dan arus sisi AC harus selalu dijaga kontinuitasnya. Mengacu ada kedua syarat tersebut maka akan terda at 23 kondisi (dela an kondisi saklar) se erti ditunjukan ada Gambar berikut 100 101 110 111 Gb. 3 Konfigurasi saklar daya inverter 3 fasa 3 lengan
Dari konfigurasi ensaklaran diatas maka da at diturunkan suatu ersamaan tegang an antar fasa sebagai berikut : ⎡Vab ⎤ ⎡1 − 1 0 ⎤ ⎡a ⎤ ⎢V ⎥ = V ⎢0 1 − 1 ⎥ ⎢b ⎥ (5) ⎢ bc ⎥ ersamaan tegangan fasa yang dihasilkan oleh inverter diatas adalah sebagai beri kut : ⎡V a ⎤ ⎡ 2 − 1 − 1 ⎤ ⎡a ⎤ ⎢V ⎥ = 1 V ⎢− 1 (6) 2 − 1 ⎥ ⎢b ⎥ ⎢ b ⎥ 3 dc ⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢Vc ⎥ ⎢− as da at dibuat suatu tabel nilai tegangan keluaran inverter sebagai berikut : T abel 1 Nilai tegangan keluaran inverter 3 fasa Gb. 2 Konfigurasi inverter 3 fasa 3 lengan Konfigurasi inverter 3 fasa 3 lengan dibentuk oleh 6 buah saklar daya dengan 4
c. Teknik Modulasi Lebar Pulsa Inverter sebagai rangkaian enyaklaran elektronik da at mengubah sumber tegangan searah menjadi tegangan bolak-balik dengan besar te gangan dan frekuensi da at diatur. Baker (1991) sebagaimana dikuti Gendroyono ( 1999), mengelom okkan inverter menjadi tiga kelom ok utama, yaitu: a. Inverter t egangan berubah (VVI=Variable Voltage Inverter) b. Inverter sumber arus (CSI) c. Inverter PWM Faktor daya ada inverter VVI dan CSI menurun mengikuti kece atan, sedangkan ada inverter PWM mem unyai faktor daya mendekati satu ada seluruh t ingkat kece atan. PWM adalah satu teknik yang terbukti baik untuk mengatur inver ter guna menda atkan tegangan berubah dan frekuensi berubah dari tegangan teta sumber DC (Grant dan Seidner: 1981). Bentuk gelombang tegangan keluaran inverter tidak sinusoida murni karena mengandung banyak kom onen frekuensi yang tidak di inginkan. Jika keluaran inverter ini dicatu ke motor AC, kom onen tersebut akan menambah kerugian, getaran dan riak ada motor. Grant dan Seidner juga menyataka n bahwa harmonik yang timbul da at dihindari jika frekuensi embawa mem unyai va riasi beru a keli atan dari frekuensi emodulasi. Teknik modulasi dengan erband ingan frekuensi embawa dan emodulasi yang demikian disebut PWM sinkron. Teknik PWM sinkron ini mam u menghasilkan bentuk gelombang dengan kom onen harmonik be rfrekuensi jauh lebih tinggi dari frekuensi fundamental. Frekuensi tinggi ini me mberikan keuntungan ada sistem. Karena kebocoran induktansi motor menyebabkan i m edansi tinggi ada kom onen yang tidak diinginkan, maka secara efektif mena is keluaran inverter (Gendroyono: 1999). Untuk membangkitkan sinyal kontrol ada s istem PWM dilakukan dengan mengkom arasikan sinyal referensi 5 (biasanya sinusoidal) dengan sinyal Carrier (biasanya gelombang segitiga) dalam suatu erbandingan am litudo tertentu yang disebut dengan indeks modulasi. Indek s modulasi adalah erbandingan antara am litudo sinyal refrensi sinusoida (Ar) d an am litudo sinyal carrier segitiga (Ac). Indeks modulasi dirumuskan: M = Ar/Ac (7) dengan M = Indeks modulasi Ar = Am litudo sinyal referensi Ac = Am litudo s inyal carrier Indeks modulasi yang nilainya antara 0 sam ai 1 akan menentukan le bar ulsa tegangan rata-rata dalam satu eriode. Gambar 4 Pembangkitan PWM Sinusoida Satu Fasa Secara Analog Prinsi kerja embangkitan sinyal PWM sinusoida satu fasa adalah mengatur lebar ulsa mengikuti ola gelombang sinusoida. Frekuensi sinyal referensi menentukan frekuensi keluaran inverter. Dari gambar 4 embangkitan sinyal PWM sinusoida sat u fasa da at dilakukan dengan menggunakan 2 buah sinyal sinus (sin(ωt) dan sin(ωt)) dan 1 sinyal segitiga. Sedangkan pembangkitan sinyal PWM sinusoida satu fasa da pat dilakukan dengan menggunakan 1 sinyal sinus (sin(ωt)) dan 2 sinyal segitiga (s gt(ωt) dan –sgt(ωt). Dari mekanisme teknik PWM (Gambar 4) diperoleh nilai rata rata te gangan beban sebanding secara proporsional dengan nilai sesaat gelombang referen si. Sehingga dengan meningkatnya nilai sesaat gelombang referensi, tegangan kelu aran juga akan meningkat dan sebaliknya jika menurun
maka tegangan keluaran akan menurun. Aplikasi teknik PWM dengan menggunakan refe rensi gelombang sinus selanjutnya dikenal dengan istilah SPWM (Sinusoidal Pulse Width Modulation) dengan prinsip yang sama dengan cara kerja teknik PWM diatas. Pada teknik ini sifat tegangan keluaran akan mengikuti referensi yang diberikan dan jika sinyal sinusoidal sebagai sinyal referensi yang diberikan berupa gelomb ang 3 fasa maka sinyal keluaran yang dihasilkan juga pola pensaklaran 3 fasa ses uai referensinya. 3. Perancangan inverter V/Hz kontrol Pengendalian inverter 3 f asa dengan metode kendali volt/hertz control ini menggunakan sistem open loop de ngan bentuk yang sederhana mengambil perintah referensi dari sumber luar. Sumber luar ini berupa konverter tegangan ke frekuensi yang diaplikasikan dengan kombi nasi rangkaian LM 331. Garis besar perancangan rangkaian kontrol inverter volt/h ertz adalah sebagai berikut : dihasilkan oleh rangkaian penyearah ini berfungsi sebagai tegangan sumber rangka ian daya inverter. Untuk mengendalikan inverter 3 fasa maka diperlukan adanya pu lsa pemicu saklar daya dengan sistem kontrol 3 fasa. Pulsa pulsa pemicu saklar d aya pada sistem ini dihasilkan melalui metode SPWM inverter yang memadukan sinya l referensi 3 fasa dengan sebuah sinyal carrier frekuensi tinggi. Referensi 3 fa sa dihasilkan dari pemrograman mikrokontrol yang memanfaatkan pulsa masukan bers kala digital dari rangkaian V to F konverter. a. Volt/Hertz konverter Rangkaian volt /hertz mengubah nilai masukan berupa tegangan analog menjadi sinyal dalam b entuk pulsa pada sisi keluarannya. LM 331 merupakan IC monolitik yang didalamnya terdapat sebuah komparator yang berfungsi sebagai pembanding tegangan masukan p ada pin 7 dengan tegangan lerengan secara periodik yang dihasilkan dari rangkaia n RC pada pin 6. Jika kondisi tegangan pada pin 7 lebih positif dari tegangan pa da pin 6 maka komparator akan membangkitkan sebuah pulsa yang memicu transistor untuk meleatkan tegangan pada sisi kolektor menjadi pulsa pada sisi keluarannya . Seiring dengan naiknya tegangan masukan pada pin 7 maka semakin sering kompara tor menghasilkan pulsa sehingga semakin tinggi frekuensi pulsa kotak yang dihasi lkan oleh keluaran transistor. Untuk menghasilkan konversi tegangan menjadi frek uensi pada aplikasi LM 331 dirumuskan dengan persamaan berikut : V in Rs 1 f out = x x 2 . 09 Rl R τ .C τ Gambar 5 Skema umum Inver er Vol /her zSumber AC yang ersedia oleh PLN merupak an sumber e ap 1 fasa a aupun 3 fasa dengan egangan dan frekuensi yang idak d apa dia ur. Kondisi ini memaksa semua perala an lis rik seper i mo or dan lainlainnya bekerja pada frekuensi dan egangan yang e ap. Hal ini sanga merugikan jika diliha dari efisiensi daya lis rik dan perala an lis rik i u sendiri. Un uk merancang sua u inver er baik sa u fasa a aupun 3 fasa diperlukan egangan DC sebagai masukannya sehingga egangan AC yang disediakan oleh disearah PLN perlu kan erlebih dulu melalui rangkaian single phase rec ifier a aupun hree phase r ec ifier. Tegangan DC yang 6
proses pengisianda a secara look up able un uk dimasukkan kedalam mikrokon rol maksimal un uk menghasilkan sinyal 3 fasa dilakukan pemrogr 256 da a. Sedangkan aman ari ma ik yang ber ujuan mencip akan dua buah sinyal lainya yang saling er geser ± 1200 dari sinyal per ama. Gambar 6 Rangkaian konver er Vol age / Her z LM 331 Sinyal keluaran LM 331 merup akan pulsa ko ak dapa erkendali frekuensinya melalui perubahan egangan refere nsi masukan. Pulsa persegi yang dihasilkan clock un uk me LM 331 merupakan pulsa nghasilkan 8 bi pulsa dari rangkaian kon er 4520. Delapan bi pulsa rangkaian k on er 4520 merupakan da a masukan yang diperlukan oleh mikrokon roller un uk mem bangki kan referensi 3 fasa Referensi 3 fasa Sinyal referensiberupa sinyal sinu soidal 3 fasa yang masing-masing ergeser 1200. Proses pemben ukan gelombang ini dilakukan dengan memasukkan da a secara look up able dari sua u rangkaian simu lasi dengan Power Simula or yang menghasilkan gelombang sinusoida 3 fasa. Me ode look up able adalah sua u me ode pengisian da a-da a kedalam mikrokon roller d enganmengambil da a-da a sampling yang memben uk sua u gelombang analog. Secara digi al sua u gelombang analog erdiri sinusoidal daribeberapa sinyal diskre yang menjadi fundamen al erben uknya gelombang ersebu . Da a-da a diskre inil ah yang diambil dan dialama kan kedalam mikrokon roller un uk di ampilkan pada b eberapa por keluarannya. Se iap por mikrokon roller jenis AT89S52 memiliki8 b i da amakajumlah bi maksimal dalam sa u kelompok por adalah 28 (256) da a. Un uk i u da a sampling diskre yang diambil dalam 7 b. Gambar 7 Pengalokasian yang dih Por pada mikrokon roller AT 89S52 Sinyal 3 fasa asilkan oleh mikrokon roller juga masih berben uk nilai-nilai diskre yang harus diubah kembali menjadi sinyal analog. Unuk i u diperlukan konver er Digi al o Analog yang men erjemahkan sinyal ersebu menjadi sinyal analog. Un uk diskre realisasi ini keluaran mikrokon roller erkoneksi dengan rangkaian DAC 0808 yan g erkombinasi dengan beberapa rangkaian pengua sebagai beriku : Gambar 8 Sis em Minimum DAC. Pada rangkaian DAC ini juga diberikan rangkaian sum ming amplifier dan pengua operasional sehingga gelombang
persegi dapa a aupun sinusoida yang dihasilkan dia ur posisi offse -nya hingga memben uk gelombang AC dan dapa dia ur ampli udonya. c. Rangkaian Mul iplier Mu l iplier AD 633 merupakan rangkaian pengali analog dengan dua buah sinyal masuka n analog sebagai inpu device-nya. dan semakinbesar juga egangan yang modulasinya dihasilkan oleh inver er. Semen ara i u keluaran inver er akan selalu mengiku ifrekuensi sinyal referensinya. e. Rangkaian Driver Saklar daya sejenisMOSFETaau IGBT bekerja berdasar pulsa pemicuan dari rangkaian kon rol pada ga e-nya e api bekerja pada ordo daya yang lebih inggi sehingga un uk mengendalikan se iap saklar daya diperlukan rangkai an driver. Rangkaian driver berfungsi un uk memindahkan sinyal picu dari sis em kon rol ke sis em daya dengan memisahkan bagian ground daya dari ground kon rol, karena keduanya bekerja pada ca u egangan yang berbeda. Kerusakan saklar s a i s MOSFET juga sering erjadi karena panas yang di imbulkan dari gesekan pulsa ya ng melewa kan arus pada saklar ersebu , un uk keamanan saklar daya ersebu ran gkaian driver juga dilengkapi dengan dead ime un uk menga ur perpindahan pulsa p emicuan pada se iap saklar dalam sa u lengan. +15 Dari SPWM Buffer CD 4050 VR 100k 200pF Inver ing CD 4049 TLP 250 Gambar 9 Rangkaian pengali AD 633 Mul iplier AD 633 dia as berfungsi sebagai pen gali sinyal sinusoidal dari rangkaian DAC dengan egangan referensi yang mengend alikan frekuensi rangkaianV o F. Gelombang sinusoidal yang dihasilkan oleh DAC merupakan gelombang yang erkendali frekuensinya oleh perubahan frekuensi dari rangkaian V o F. Frekuensi gelombang sinusoidal menjadi berubah jika egangan r efrensi pada rangkaian V o F ersebu juga berubah. Sehingga sinyal keluaran ra ngkaian pengali AD 633 mengalami duaben uk perubahan seiring berubahnya eganga n DC referensi rangkaian V o F, yai u perubahan ampli udo sekaligus perubahan f rekuensinya. d. Rangkaian SPWM 3 fasa Teknik SPWM sebagai pengendali inver er me manfaa kan sinyal carier berupa gelombang segi iga yang bekerja pada frekuensi 5 000Hz. Teknik SPWM ini diperlukan un uk menghasilkan pulsa pensaklaran inver er sekaligus penga ur egangan keluaran inver er dengan menga ur indeks modulasi pa da sis em SPWM ersebu . Semakin rendah ampli udo sinyal referensi indeks modula sinya semakin kecil hal ini berar i egangan keluaran inver er juga kecil dan se makin naik ampli udo gelombang referensi maka semakin naik indek 8 5 0 18 V 1k5 Ground Ground
Gambar 10 Rangkaian driver dengan dead ime Pada se iap aplikasi saklar daya an a ra ga e dan source diberikan sebuah diodaZener, (dalam aplikasi ini menggunakan zener 18 vol ). Dioda zener berfungsi un uk melindungi driver TLP 250 dari umpa n balik egangan daya apabila erjadi hubung singka pada rangkaian daya. To Power MOSFET
4. Pengujian Inver er V/H kon rol a. Tabel 2 konversi rangkaianV/H gelombang sinus resul an kedua sinyal ersebu . Dengan memper imbangkan egangan maksimum yang sa urasi pada nilai 7 Vppsedangkan egangan DC dari referensi ra ngkaian V o F maksimal pada nilai 9 vol ( abel 1) maka gelombang sinus yang di hasilkan oleh rangkain DAC dia ur sedemikian rupa sehingga pada nilai egangan D C maksimal gelombang sinus yang dihasilkan idak sa urasi. Da a-da a pengukuran rangkain AD 633 di unjukkan pada abel beriku : Tabel 3 Da a pengujian rangkaia n AD 633 Dari abelkonversi dia as menghasilkan sua u grafik V/H sebagai beriku : Grafik Vol /Her z kon rol 60 50 40 Her z 30 20 10 0 0.49 1.49 2.5 3.57 4.5 5.51 6.49 7.5 Vol 8.5 Frekuens i Gb. 11 Grafik konversi grafik yang di unjukkan pada gamba rangkaian V/H Berdasar r 11 menghasilkan sua u rasio perubahan egangan ke frekuensi yang kons an pada indeks 5,5 kecuali pada nilai egangan erja 0,5 vol dengan indeks 8,6. Hal ini di karena dis ribusi frekuensi pada egangan dibawah 0,5 vol belum mera a. Peng ujian rangkaian mul iplier Mul iplier AD 633 dengan egangan suply 12 vol mengh asilkan egangan keluaran sa urasi pada ampli udo 7 VPP. Dengan mengalikan egan gan masukan pada pin “x” yang erhubung pada rangkaian DAC yang menghasilkan gelomba ng referensi sinus dan “y” dari egangan DC referensi pada rangkaian V o F maka kel uaran rangkaian AD 633 berupa 9 b. c. Pengujian Inver er 3 fasa 3 lengan Pengendaliansaklar daya inver er 3 fasa 3 lengan yang erdiri dari 6 buahsaklar semikonduk or dilakukan dalam 8mode kon duksi pemicuan saklar semikonduk or ersebu . Ke delapan mode konduksi ersebu memben uk 3 buah keluaran yang saling ergeser 1200 lis rik a a siklus gelombang u sering disebu sebagai sis em 3 fasa.
Tabel 4 Da a pengujian egangan keluaran inver er 3 fasa 3 lengan secara prinsip mempengaruhi perubahankecepa an pu aran mo or. Hal inidapa dib uk ikan dengan abel pengujian beriku : Tabel 5 Pengujian berbeban mo or Induks i 3 fasa Berdasar da apengujian dengan menggunakan DC sumber 240 vol menunjukk egangan an perubahan egangan fasa-fasa yang era ur erhadap perubahan frekuensi refere nsi yang diiku i oleh perubahan egangan Fasa- Ne ral ± 1 3 Berdasar abel perubahan frekuensi referensi inverer diiku i oleh perubahan kec epaan mo or. Dengan rumus pada persamaan 1 kecepa an yangseharusnya dihasilkan mo or adalah sebagai beriku : Tabel 6 Perhi ungan kecepa an mo or Induksi 3 fa sa dari egangan kecil an ar fasa. Perubahan arus juga sanga linier dan sanga seh ingga idak erjadi lonjakan pada saa mo or mulai berjalan danse elah mo or be rjalan. Pengujian arus keluaran inver er ini membuk ikan indika or keberhasilan pengendali vol /her z yang mampu menekan lonjakan arus mula mo or.Berdasarkan d a a pengujian abel 4 dapa diliha sua u grafik yang menunjukkan egangan AC ya ng dihasilkan dari sis em inver er vol /her z kon rol Grafik Tegangan Inver er 180 160 140 120 AC vol 100 80 60 40 20 0 11.2 13.6 16.3 19.4 21.8 24.5 29.9 32. 9 35.2 38.4 40.8 43.5 46.4 50.5 8.02 8.65 9.84 27 Tegangan F-F Tegangan F-N Dari kedua abel pengukuran dan perhi ungan kecepa an mo or dia as menghasilkan sua u grafikpengukuran sebagai beriku Grafik perhi ungan dan pengukuran RPM mo or 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 8.02 8.65 9.84 11.2 13.6 16.3 19.4 21.8 24 .5 27 29.9 32.9 35.2 38.4 40.8 43.5 46.4 50.5 Her z Gb. 12 Grafik egangan inver er 3 fasa RPM Pengukuran Perhi ungan d. Pengujian Inver er Dengan Pembebanan mo or AC iga fasa Sis em inver er vol / her z iga fasa ini dibebani dengan mo or induksi iga fasa 4 ku up. Perubahan f rekuensi kerja inver er 3 fasa yang mensuplai mo or 3 fasa ini 10 Her z Gambar 13 Grafik pengukuran dan perhi ungan kecepa an mo or
Dalam pengukuran pu aranmo or baru dimulai pada frekuensi 8,65 herz dan hingga pada frekuensi 11,2her z baru menunjukkan perbandingan yangsama erhadap perh i Hal ini erjadi karena indeks modulasi SPWM inver er pada frekuensi ungannya. ersebu masih sanga kecil sehingga egangan yang dihasilkanoleh inver er juga masih sanga kecil sehingga pada kondisiini belum memenuhi orka yang dibu uhk an un uk mo or induksi 3 fasamelakukan s ar . Pada frekuensi 50 Hz pengukuran j uga menunjukkan grafik kecepa an dibawah frekuensi perhi ungan hal ini dipengaru hi oleh fak or slip pada mo or induksi yang digunakan ersebu . Fak or slip pada mo or induksi yang digunakan ini adalah sebagai beriku : 120 . f ns = P 120 . 50 ns = = 1500 RPM 4 n −n S= s x 100 % ns 1500 − 1400 S = x 100 % 1500 = 6 , 66 % (a) tegangan antar fasa pada beban motor (b) tegangan antara fasa dengan netral (tegangan saluran) pada beban motor Deviasi kesalahan rata rata dari keseluruhan sistem inverter volt/hertz sebagai pengendali torka dan kecepatan motor induksi 3 fasa pada pembuatan alat tugas ak hir ini adalah : RPM hitung − RPM ukur x 100 % (8) Ds = RPM hitung = 5,8 % Dengan faktor deviasi terbesar pada frekuensi dibaah 11,2 hertz, dan se sudahnya sistem stabil. Jadi dengan pertimbangan faktor slip pada motor induksi diatas maka deviasi kesalahan masih dibaah toleransi faktor slip motor induksi. Dari sistem rangkaian inverter 3 fasa dengan pembebanan motor induksi melalui k endali volt/hertz kontrol ini menghasilkan tegangan dan arus keluaran pada motor seperti pada gambar 14 (c) arus pada salah satu fasa beban motor Gambar 14 Hasil pengujian sinyal kelua ran Inverter 3 fasa pada beban motor 6. Kesimpulan 1. Perancangan alat volt/hertz control ini berfungsi sebagai siste m soft start dengan penyalaan yang sangat linier sehingga meredam lonjakan arus mula motor AC 3 fasa. Dengan sistem start yang lembut dan sistem menghentikan ya ng tidak konstan stop pada motor maka akan memperpanjang usia pemeliharaan motor induksi tersebut. 11
2. Dengan sistem Volt/hertz control ini maka Kecepatan kerja motor dapat diatur sesuai dengan kebutuhan kecepatan yang diperlukan oleh aplikasi beban motor deng an tetap menjaga kemampuan mekanik motor. Hal ini terjadi karena torka motor rel atif konstan pada setiap perubahan frekuensi dan kecepatan motor. 3. Sistem Inve rter volt/hertz kontrol yang terkendali SPWM ini juga menaarkan solusi terhadap permasalahan harmonisa arus listrik pada pembebanan motor induksi. Hal ini dibu ktikan dengan bentuk gelombang arus motor induksi yang sinusoidal dan sefasa den gan tegangan masukannya. 4. Pengendalian motor AC dengan menggunakan inverter vo lt/hertz kontrol membuktikan beberapa keuntungan, yaitu : Penggunaan energi menj adi efisien, Peningkatan fleksebilitas putaran motor Peningkatan umur komponen m ekanik Memudahkan untuk pemeliharaan. 7. DAFTAR PUSTAKA 1. Akhmad Musafa, Simula si Pengendalian Kecepatan Motor Induksi tiga Fasa tanpa Sensor Kecepatan, Progra m Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Budi Luhur, email : musafa_81 @yahoo.com, 2007. 2. Bambang Sutopo, F. Danang Wijaya, Supari, Perbaikan Faktor Daya Motor Induksi 3 fase menggunakan Mikrokontroler 68HC11, journal Teknik Elektro,2001. 3. Rahsy id M.H, Poer Electronics: Circuits, Devices and Applications, PT Prehallindo, J akarta, 1999. 4. Riyadi, Slamet, Diktat Kuliah Penggerak Listrik, Unika Soegijap ranata, 2007. 5. Soemarto, Metode Baru Dalam Identifikasi Parameter Motor Induks i, Epsilon : Journal of Electrical Engineering and Information Technology Vol. 1 , No. 1, July 2003. 6. Supari, Kendali Tegangan Motor Induksi untuk Penghematan Energi Berbasis Mikrokontroler, Tesis S2, TE UGM, Yogyakarta, 2001. 7. SZABÓ C, Ma ria IMECS, Ioan Iov, INCZE, VOLT HERTZ CONTROL OF THE SYNCHRONOUS MOTOR WITH RAM P EXCITING VOLTAGE, Annals of the University of Craiova, Electrical Engineering series, No. 30, 2006. 8. Zhenyu Yu and David Figoli, AC Induction Motor Control Using Constant V/Hz Principle and Space Vector PWM Technique ith TMS320C240, Te xas Instruments Incorporated, April 1998. 12
