際際滷

際際滷Share a Scribd company logo

Kendali mesin-listrik

Khairul Jakfar
Khairul Jakfar

Dokumen tersebut membahas tentang pemodelan matematis dan simulasi beberapa jenis mesin-mesin AC seperti motor induksi, generator induksi ganda, dan motor sinkron magnet permanen. Juga membahas tentang desain PWM pada konverter DC-AC dan kontrol field oriented pada motor induksi.

1 of 22
DAFTAR ISI DAFTAR ISI ............................................................................................................................................. 1 PERCOBAAN 1........................................................................................................................................ 2 1.Squirrel Cage Induction Motor (Motor Induksi dengan rotor sangkar) ................................................ 2 2.Double Fed Induction Generator (DFIG) ............................................................................................. 6 PROSEDUR PERCOBAAN................................................................................................................. 10 PERCOBAAN 2...................................................................................................................................... 12 PENDAHULUAN ................................................................................................................................ 12 PROSEDUR PERCOBAAN................................................................................................................. 16 PERCOBAAN 3...................................................................................................................................... 19 1.Kontrol Motor Induksi dengan metode Vf.......................................................................................... 19 PROSEDUR PERCOBAAN................................................................................................................. 21
PERCOBAAN 1 PEMODELAN MATEMATIS DAN SIMULASI MESIN-MESIN AC 1. Squirrel Cage Induction Motor (Motor Induksi dengan rotor sangkar) Rangkaian ekivalen motor induksi per fasa ditunjukkan oleh gambar 1.1, terdiri atas resistansi dan induktansi bocor pada sisi stator, induktansi bersama, resistansi dan induktansi pada sisi stator, dan tegangan induksi emf. Gambar 1.1 Rangkaian ekivalen per fasa motor induksi tipe rotor sangkar Pemodelan motor induksi dalam kerangka acuan bebas dapat direpresentasikan dalam kecepatan sudut yaitu
Dimana adalah konstanta waktu mesin, , , , , adalah tegangan, arus, dan fluksi pada sisi stator dan rotor, , adalah resistansi stator dan rotor, adalah kecepatan sudut rotor, adalah kecepatan sudut pada kerangka acuan, adalah momen inersia, dan ＄ adalah torka beban. Persamaan arusnya dinyatakan dengan: Pemodelan motor induksi dalam kerangka acuan dengan kecepatan bebas didefinisikan dengan
Dimana , , , , adalah tegangan, arus, dan fluksi pada sisi stator dan rotor, , adalah resistansi stator dan rotor, adalah kecepatan sudut rotor, adalah kecepatan sudut pada kerangka acuan, adalah momen inersia, dan 0 adalah torka beban. Pemodelan matematis motor induksi dengan persamaan differensial pada state variabel- nya pada kerangka acuan stasioner (腫) dan = 0 adalah
Dengan
2. Double Fed Induction Generator (DFIG) Model matematis DFIG relatif sama dengan motor induksi rotor sangkar, akan tetapi perbedaannya adalah tegangan pada rotor tidak nol. Model matematis DFIG diberikan dalam persamaan di bawah ini Dimana ｐ dan ｐ adalah tegangan rotor dan stator, dan adalah fluksi rotor dan stator, , , , dan adalah resistansi dan induktansi rotor dan stator, adalah induktansi bersama, dan adalah kecepatan rotor dan kecepatan sinkron. Pada kerangka acuan , persamaan modelnya menjadi
Dan torka elektriknya dinyatakan sebagai berikut Dan bagian mekanis dari model DFIG dinyatakan dengan Untuk memperoleh pemodelan dalam satuan per unit, digunakan nilai base pada tabel di bawah ini Nilai Base Tegangan = Daya () = Arus = 3 Impedansi = 2 Kecepatan = 2 Fluksi = Torka =
Model per unit DFIG dalam kerangka 腫 (xy), terkoneksi dengan grid (jala-jala), dijelaskan dalam persamaan differsial variabel state-nya (komponen fluksi stator dan arus rotor mengacu pada sisi rotor) yaitu Dimana konstanta dan didefinisikan sebagai berikut Dalam persamaan ini, , adalah tegangan dan arus stator, , adalah resistansi dan induktansi stator, , adalah kecepatan rotor dan stator. Sudut 情 adalah posisi sudut rotor (dalam
MATLAB/SIMULINK), dan 情 adalah sudut antara fluksi stator dan kecepatan rotor (dalam MATLAB/SIMULINK).
PROSEDUR PERCOBAAN Buatlah pemodelan matematis dan simulasikan persamaan motor induksi di atas dengan menggunakan diagram block di bawah ini pada MATLAB/SIMULINK! Catatan:Gunakan spesifikasi motor induksi tiga fasa yang tersedia pada laboratorium Konversi Energi Teknik Elektro UM Buatlah pemodelan matematis dan simulasikan persamaan DFIG di atas dengan menggunakan diagram block di bawah ini pada MATLAB/SIMULINK! Catatan: Carilah contoh spesifikasi DFIG pada manufaktur-manufaktur mesin listrik ternama seperti SIEMENS, Toshiba, maupun General Electric Motors!
Dengan menggunakan analisis yang sama, turunkan persamaan matematis dari PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor) dan simulasikan modelnya menggunakan MATLAB/SIMULINK Desain lah ketiga model IM, DFIG, dan PMSM dengan menggunakan sinyal input tegangan sinusoidal dan plot hasilnya untuk setiap parameter.
PERCOBAAN 2 DESAIN PWM (PULSE WIDTH MODULATION) PADA KONVERTER DC AC PENDAHULUAN Teknik PWM pada inverter (konverter DC AC) untuk menghasilkan variasi tegangan keluaran dan frekuensi banyak diaplikasikan pada sistem pengendalian motor listrik. Masukan inverter, berupa tegangan DC, diperoleh melalui penyearah (rectifier) terkendali atau pun tidak terkendali. Jadi, secara umum, sebuah inverter merupakan konverter daya dua tahap yang mengkonversikan tegangan jala-jala (grid) AC ke DC kemudian mengubah tegangan DC tersebut ke tegangan AC yang dibutuhkan motor yang akan dikendalikan. Dua Teknik modulasi PWM yang populer digunakan untuk pada aplikasi pengendalian motor AC adalah Sinusoidal PWM (SPWM) dan Space Vector PWM (SVPWM). Klasifikasi Teknik PWM yaitu: Continuous PWM Discontinuous PWM Pada teknik discontinuous PWM, saklar semikonduktor tidak melakukan penyakalaran selama inverval tertentu. Teknik ini dilakukan dengan tujuan untuk mengurangi rugi-rugi penyaklaran.
1. Inverter Half-Bridge Satu Fasa Prinsip kerja inverter half-bridge satu fasa diilustrasikan pada gambar-gambar di bawah ini: Gambar 2.1 Rangkaian daya inverter half-bridge satu fasa Gambar 2.2 Penyaklan pada inverter half-bridge
Gambar 2.3. Detil sinyal penyaklaran dan tegangan keluaran pada inverter half-bridge satu fasa Tegangan keluaran berbentuk kotak (square wave) dan dinyatakan dalam uraian deret fourier berikut: ( ) = 4 (0.5) sin( ) =1 Spektrum tegangan keluarannya dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
Implementasi teknik modulasi SPWM pada topologi inverter ini yaitu dengan membandingkan tegangan sinusoidal () (amplitudo dan frekuensi ) dengan tegangan carrier segitiga frekuensi () tinggi. Perbandingan amplitudo dari sinyal carrier dan sinyal modulasi dinyatakan dalam indeks modulasi , yaitu: = Ketika sinyal modulasi kurang dari sama dengan sinyal carrier, modulasi ini berada pada daerah modulasi linear, dan sebaliknya ketika amplitudo sinyal modulasi lebih besar daripada sinyal carrier, modulasi berada pada daerah overmodulation. Parameter penting lainnya pada teknik SPWM dikenal dengan rasio frekuensi modulasi dan dinyatakan dengan = Rasio di atas penting untuk menentukan harmonisa tegangan keluaran pada sisi inverter. Gambar 2.4 Skema modulasi bipolar PWM pada kaki inverter
PROSEDUR PERCOBAAN Simulasikan bentuk penyaklaran SPWM dalam MATLAB/SIMULINK di bawah ini: Plot tegangan keluaran dan arus inverter, sinyal penyaklara tegangan modulasi, tegangan caririer, tegangan saklar S1 dan S2 Dengan teknik yang sama, simulasikan SPWM pada inverter satu fasa full bridge dan inverter tiga fasa dengan indeks modulasi bervariasi untuk nilai = 0.8, = 0.9, = 1,3, dan = 3.0. Plot hasilnya dan jelaskan analisa anda!
Kendali mesin-listrik
Kendali mesin-listrik
PERCOBAAN 3 FIELD ORIENTED CONTROL MESIN-MESIN AC 1. Kontrol Motor Induksi dengan metode Bentuk pengendalian motor induksi ini tergolong yang paling simpel. Pada teknik ini, rasio antara besar tegangan dan frekuensi dijaga konstan. Model matematis motor induksi dinyatakan dalam Diasumsikan koordinat sistem terkonesi dengan arus stator, sehingga Dimana dalam kondisi steady-state = 0, sehingga = dan = + Besar tegangan dinyatakan dalam Dengan mengabaikan resistansi stator, diperoleh
Dengan menjaga flux motor konstan pada nilai nominal (dalam satuan per unit, yaitu 1), maka Sehingga Dimana = 2
PROSEDUR PERCOBAAN Simulasikan kontrol v/f motor induksi pada MATLAB/SIMULINK dan plot hasilnya!
Catatan: Gunakan spesifikasi motor induksi tiga fasa di laboratorium! Dari hasil simulasi yang telah Anda lakukan, jelaskan kesimpulan apa yang bisa Anda peroleh!

More Related Content

Kendali mesin-listrik

  • 1. DAFTAR ISI DAFTAR ISI ............................................................................................................................................. 1 PERCOBAAN 1........................................................................................................................................ 2 1.Squirrel Cage Induction Motor (Motor Induksi dengan rotor sangkar) ................................................ 2 2.Double Fed Induction Generator (DFIG) ............................................................................................. 6 PROSEDUR PERCOBAAN................................................................................................................. 10 PERCOBAAN 2...................................................................................................................................... 12 PENDAHULUAN ................................................................................................................................ 12 PROSEDUR PERCOBAAN................................................................................................................. 16 PERCOBAAN 3...................................................................................................................................... 19 1.Kontrol Motor Induksi dengan metode Vf.......................................................................................... 19 PROSEDUR PERCOBAAN................................................................................................................. 21
  • 2. PERCOBAAN 1 PEMODELAN MATEMATIS DAN SIMULASI MESIN-MESIN AC 1. Squirrel Cage Induction Motor (Motor Induksi dengan rotor sangkar) Rangkaian ekivalen motor induksi per fasa ditunjukkan oleh gambar 1.1, terdiri atas resistansi dan induktansi bocor pada sisi stator, induktansi bersama, resistansi dan induktansi pada sisi stator, dan tegangan induksi emf. Gambar 1.1 Rangkaian ekivalen per fasa motor induksi tipe rotor sangkar Pemodelan motor induksi dalam kerangka acuan bebas dapat direpresentasikan dalam kecepatan sudut yaitu
  • 3. Dimana adalah konstanta waktu mesin, , , , , adalah tegangan, arus, dan fluksi pada sisi stator dan rotor, , adalah resistansi stator dan rotor, adalah kecepatan sudut rotor, adalah kecepatan sudut pada kerangka acuan, adalah momen inersia, dan ＄ adalah torka beban. Persamaan arusnya dinyatakan dengan: Pemodelan motor induksi dalam kerangka acuan dengan kecepatan bebas didefinisikan dengan
  • 4. Dimana , , , , adalah tegangan, arus, dan fluksi pada sisi stator dan rotor, , adalah resistansi stator dan rotor, adalah kecepatan sudut rotor, adalah kecepatan sudut pada kerangka acuan, adalah momen inersia, dan 0 adalah torka beban. Pemodelan matematis motor induksi dengan persamaan differensial pada state variabel- nya pada kerangka acuan stasioner (腫) dan = 0 adalah
  • 6. 2. Double Fed Induction Generator (DFIG) Model matematis DFIG relatif sama dengan motor induksi rotor sangkar, akan tetapi perbedaannya adalah tegangan pada rotor tidak nol. Model matematis DFIG diberikan dalam persamaan di bawah ini Dimana ｐ dan ｐ adalah tegangan rotor dan stator, dan adalah fluksi rotor dan stator, , , , dan adalah resistansi dan induktansi rotor dan stator, adalah induktansi bersama, dan adalah kecepatan rotor dan kecepatan sinkron. Pada kerangka acuan , persamaan modelnya menjadi
  • 7. Dan torka elektriknya dinyatakan sebagai berikut Dan bagian mekanis dari model DFIG dinyatakan dengan Untuk memperoleh pemodelan dalam satuan per unit, digunakan nilai base pada tabel di bawah ini Nilai Base Tegangan = Daya () = Arus = 3 Impedansi = 2 Kecepatan = 2 Fluksi = Torka =
  • 8. Model per unit DFIG dalam kerangka 腫 (xy), terkoneksi dengan grid (jala-jala), dijelaskan dalam persamaan differsial variabel state-nya (komponen fluksi stator dan arus rotor mengacu pada sisi rotor) yaitu Dimana konstanta dan didefinisikan sebagai berikut Dalam persamaan ini, , adalah tegangan dan arus stator, , adalah resistansi dan induktansi stator, , adalah kecepatan rotor dan stator. Sudut 情 adalah posisi sudut rotor (dalam
  • 9. MATLAB/SIMULINK), dan 情 adalah sudut antara fluksi stator dan kecepatan rotor (dalam MATLAB/SIMULINK).
  • 10. PROSEDUR PERCOBAAN Buatlah pemodelan matematis dan simulasikan persamaan motor induksi di atas dengan menggunakan diagram block di bawah ini pada MATLAB/SIMULINK! Catatan:Gunakan spesifikasi motor induksi tiga fasa yang tersedia pada laboratorium Konversi Energi Teknik Elektro UM Buatlah pemodelan matematis dan simulasikan persamaan DFIG di atas dengan menggunakan diagram block di bawah ini pada MATLAB/SIMULINK! Catatan: Carilah contoh spesifikasi DFIG pada manufaktur-manufaktur mesin listrik ternama seperti SIEMENS, Toshiba, maupun General Electric Motors!
  • 11. Dengan menggunakan analisis yang sama, turunkan persamaan matematis dari PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor) dan simulasikan modelnya menggunakan MATLAB/SIMULINK Desain lah ketiga model IM, DFIG, dan PMSM dengan menggunakan sinyal input tegangan sinusoidal dan plot hasilnya untuk setiap parameter.
  • 12. PERCOBAAN 2 DESAIN PWM (PULSE WIDTH MODULATION) PADA KONVERTER DC AC PENDAHULUAN Teknik PWM pada inverter (konverter DC AC) untuk menghasilkan variasi tegangan keluaran dan frekuensi banyak diaplikasikan pada sistem pengendalian motor listrik. Masukan inverter, berupa tegangan DC, diperoleh melalui penyearah (rectifier) terkendali atau pun tidak terkendali. Jadi, secara umum, sebuah inverter merupakan konverter daya dua tahap yang mengkonversikan tegangan jala-jala (grid) AC ke DC kemudian mengubah tegangan DC tersebut ke tegangan AC yang dibutuhkan motor yang akan dikendalikan. Dua Teknik modulasi PWM yang populer digunakan untuk pada aplikasi pengendalian motor AC adalah Sinusoidal PWM (SPWM) dan Space Vector PWM (SVPWM). Klasifikasi Teknik PWM yaitu: Continuous PWM Discontinuous PWM Pada teknik discontinuous PWM, saklar semikonduktor tidak melakukan penyakalaran selama inverval tertentu. Teknik ini dilakukan dengan tujuan untuk mengurangi rugi-rugi penyaklaran.
  • 13. 1. Inverter Half-Bridge Satu Fasa Prinsip kerja inverter half-bridge satu fasa diilustrasikan pada gambar-gambar di bawah ini: Gambar 2.1 Rangkaian daya inverter half-bridge satu fasa Gambar 2.2 Penyaklan pada inverter half-bridge
  • 14. Gambar 2.3. Detil sinyal penyaklaran dan tegangan keluaran pada inverter half-bridge satu fasa Tegangan keluaran berbentuk kotak (square wave) dan dinyatakan dalam uraian deret fourier berikut: ( ) = 4 (0.5) sin( ) =1 Spektrum tegangan keluarannya dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
  • 15. Implementasi teknik modulasi SPWM pada topologi inverter ini yaitu dengan membandingkan tegangan sinusoidal () (amplitudo dan frekuensi ) dengan tegangan carrier segitiga frekuensi () tinggi. Perbandingan amplitudo dari sinyal carrier dan sinyal modulasi dinyatakan dalam indeks modulasi , yaitu: = Ketika sinyal modulasi kurang dari sama dengan sinyal carrier, modulasi ini berada pada daerah modulasi linear, dan sebaliknya ketika amplitudo sinyal modulasi lebih besar daripada sinyal carrier, modulasi berada pada daerah overmodulation. Parameter penting lainnya pada teknik SPWM dikenal dengan rasio frekuensi modulasi dan dinyatakan dengan = Rasio di atas penting untuk menentukan harmonisa tegangan keluaran pada sisi inverter. Gambar 2.4 Skema modulasi bipolar PWM pada kaki inverter
  • 16. PROSEDUR PERCOBAAN Simulasikan bentuk penyaklaran SPWM dalam MATLAB/SIMULINK di bawah ini: Plot tegangan keluaran dan arus inverter, sinyal penyaklara tegangan modulasi, tegangan caririer, tegangan saklar S1 dan S2 Dengan teknik yang sama, simulasikan SPWM pada inverter satu fasa full bridge dan inverter tiga fasa dengan indeks modulasi bervariasi untuk nilai = 0.8, = 0.9, = 1,3, dan = 3.0. Plot hasilnya dan jelaskan analisa anda!
  • 19. PERCOBAAN 3 FIELD ORIENTED CONTROL MESIN-MESIN AC 1. Kontrol Motor Induksi dengan metode Bentuk pengendalian motor induksi ini tergolong yang paling simpel. Pada teknik ini, rasio antara besar tegangan dan frekuensi dijaga konstan. Model matematis motor induksi dinyatakan dalam Diasumsikan koordinat sistem terkonesi dengan arus stator, sehingga Dimana dalam kondisi steady-state = 0, sehingga = dan = + Besar tegangan dinyatakan dalam Dengan mengabaikan resistansi stator, diperoleh
  • 20. Dengan menjaga flux motor konstan pada nilai nominal (dalam satuan per unit, yaitu 1), maka Sehingga Dimana = 2
  • 21. PROSEDUR PERCOBAAN Simulasikan kontrol v/f motor induksi pada MATLAB/SIMULINK dan plot hasilnya!
  • 22. Catatan: Gunakan spesifikasi motor induksi tiga fasa di laboratorium! Dari hasil simulasi yang telah Anda lakukan, jelaskan kesimpulan apa yang bisa Anda peroleh!