INVERTER DENGAN METODE KENDALI VARIABLE VOLTAGE …

ELEKTRA, Vol.4, No.2, Juli 2019, Hal. 7 – 19 ISSN: 2503-0221 7

Inverter dengan Metode Kendali Variable Voltage Variable Frequensi Sebagai Pengatur Kecepatan Motor Induksi 3 Fasa,

Emmanuel Agung Nugroho

INVERTER DENGAN METODE KENDALI VARIABLE VOLTAGE VARIABLE FREQUENSI SEBAGAI PENGATUR KECEPATAN

MOTOR INDUKSI 3 FASA

Emmanuel Agung Nugroho Prodi Teknik Mekatronika Politeknik Enjinering Indorama

[email protected] , [email protected]

Abstrak

Pemakaian motor induksi menyebabkan munculnya daya reaktif induktif yang

mengakibatkan menurunnya faktor daya dengan impedansi tinggi. Permasalah yang lain adalah munculnya lonjakan aus mula yang disebabkan karena sistem pengasutan motor konvensional. Sistem pengendalian secara konvensional menyebabkan konsumsi energi listrik tidak efisien, hasil produksi tidak fleksibel dan motor listrik lebih mudah rusak karena selalu dipaksa bekerja pada kecepatan maksimal. Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM) Inverter dengan teknik pengendalian tegangan dan frekuensi secara bersamaan (Variable Voltage variable frequency) atau dikenal juga dengan volt/hertz control bisa menjadi solusi dari permasalahan perbaikan kualitas daya dan faktor daya dan sekaligus mampu mengendalikan motor pada saat start ataupun pada saat motor runing. Inverter volt/hertz ini dirancang untuk membangkitkan tegangan 3 fasa sebagai pengendali motor AC 3 fasa dari sumber tegangan 1 fasa dengan arus motor berupa gelombang sinus yang sefasa terhadap tegangan sumber sebagai bukti perbaikan faktor daya. Selain itu motor listrik mampu dikendalikan kecepatannya dari frekuensi 10 Hz hingga 50 Hz secara linier.

Kata kunci: Volt/hertz control, SPWM inverter, Variable Voltage variable frequency

Abstract Induction motors cause inductive reactive power which results in a decrease in the power factor

with high impedance. Another problem is the appearance of initial wear spikes caused by

conventional motor starting systems. Conventional control systems lead to inefficient electricity

consumption, inflexible production and damage to electric motors because they are always forced

to work at maximum speed. Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM) Inverters with the

technique of controlling voltage and frequency simultaneously (Variable Voltage variable

frequency) or also known as volt / hertz control can be a solution to the problem of improving

power and power factor quality and at the same time able to control the motor at start or when

the motor is running. This volt / hertz inverter is designed to generate a 3 phase voltage as a 3

phase AC motor controller from a 1 phase voltage source with a motor current in the form of a

sine wave that is in phase against source voltage as evidence of a power factor improvement. In

addition, electric motors can be controlled at speeds from a frequency of 10 Hz to 50 Hz linearly.

Keywords: Volt/hertz control, SPWM inverter, Variable Voltage variable frequency

1. PENDAHULUAN Untuk menjalankan kecepatan suatu motor AC dapat dilakukan dengan beberapa cara [1,2]: 1. Pengaturan jumlah kutub stator pada belitan stator motor 2. Pengaturan tegangan suplay belitan motor tersebut pada frekuensi tetap 3. Pengaturan frekuensi kerja motor dengan tegangan tetap 4. Pengaturan frekuensi dan tegangan secara bersamaan.

Makalah dikirim 12 Maret 2019; Revisi 20 April 2019; Diterima 29 Juni 2019

mailto:[email protected]






Salah satu sistem yang terbaik adalah dengan mengendalikan frekuensi dan tegangan keluaran inverter secara berimbang dan bersama-sama untuk mengendalikan kecepatan motor AC 3 fasa. Teknik pengendalian frekuensi dan tegangan keluaran inverter secara bersama-sama semacam ini dikenal dengan istilah Volt/ Hertz control [3].

Dalam perkembangannya sistem seperti ini umumnya dinamakan Variable Speed Drive (VSD), tetapi karena sistem pengendaliannya dilakukan dengan mengatur tegangan dan frekuensi maka divais ini dinamakan juga Variable Voltage Variable Frequency (VVVF) [3].

Keuntungan teknik VVVF, antara lain :

1. Penggunaan energi menjadi efisien, 2. Peningkatan fleksebilitas produksi, 3. Peningkatan umur komponen mekanik, 4. Memudahkan untuk pemeliharaan

Skema daya VVVF yang digunakan untuk pengendalian arus bolak-balik (AC Drive) ditunjukkan pada Gambar 1. Sumber tegangan AC 220 volt disearahkan dengan penyearah dioda dan dipasang filter kapasitor sehingga menghasilkan tegangan DC. Tegangan searah yang dihasilkan adalah :

22*Sdc

VV = .......................................................................................................... (1)

dengan Vdc dan Vs masing-masing adalah tegangan keluaran searah dan tegangan bolak-balik masukan.

Gambar 1. Skema sistem daya VVVF.

Dari sumber AC 1 fasa disearahkan dengan bridge rectifier dan ditapis dengan kapasitor, selanjutnya diubah menjadi tegangan bolak-balik oleh inverter. Tegangan bolak-balik dan frekuensi keluaran inverter dapat diatur dan dikendalikan dengan menggunakan teknik sinusoidal modulasi lebar pulsa (SPWM).

Teknik SPWM pada sistem VVVF dibentuk dari gelombang referensi sinusoidal tiga fasa dibandingkan dengan gelombang pembawa (carrier) berupa gelombang segitiga frekuensi 5000 Hz. Hasil simulasi Teknik SPWM ditunjukkan dalam Gambar 2.

Gambar 2. Modulasi lebar pulsa sinusoidal.




Misal untuk fasa U (sin_1) jika nilai sesaat gelombang frekuensi fasa U (Eu) lebih tinggi dari

nilai sesaat gelombang segitiga (Ecarr) maka transistor S1 akan menerima sinyal ON. Pada

kondisi ini tegangan fasa U bernilai Ed/2,sedangkan jika nilai sesaat gelombang fasa U (Eu) lebih

rendah dari nilai sesaat gelombang segitiga (Ecarr) maka transistor S2 akan menerima sinyal ON,

pada kondisi ini tegangan nilai fasa U bernilai –Ed/2. Sehingga tegangan keluaran VVVF akan

mempunyai nilai sebagai berikut :

tkV

V dcpn sin

2= ..................................................................................................... (2)

dengan :

c

r

V

Vk = ..................................................................................................... (3)

Dimana k adalah factor modulasi dengan nilai maksimum sama dengan satu. Sin t adalah

frekuensi sudut gelombang referensi, Vr dan Vc masing-masing adalah amplitudo gelombang

referensi dan gelombang pembawa. Jadi, tegangan keluaran VVVF dapat diatur amplitudo dan

frekuensinya dengan cara mengatur amplitude dan frekuensi gelombang referensi yang

menentukan kualitas modulasi frekuensi yang didapat. Tegangan keluaran maksimum VVVF

adalah :

dc

dc

mak VV

V 83.02

33==

.......................................................................................... (4)

Suatu converter DC to AC jenis sumber tegangan (voltage-type inverter) harus memenuhi dua syarat, yaitu saklar yang terletak pada satu lengan tidak boleh konduksi secara bersamaan hingga menimbulkan arus hubung singkat, dan arus sisi AC harus selalu dijaga kontinuitasnya. Mengacu pada kedua syarat tersebut maka akan terdapat 23 kondisi (delapan kondisi saklar) seperti ditunjukan pada Gambar 3 berikut.

A

A”

B

B”

C

C”

Va Vb Vc

Gambar 3. Konfigurasi inverter 3 fasa 3 lengan.

Konfigurasi inverter 3 fasa 3 lengan dibentuk oleh 6 buah saklar daya dengan masing-

masing dua saklar berpasangan untuk menghasilkan setiap fasa untuk setiap lengannya. Lengan

“a” dibentuk oleh saklar A pada sisi positif dan saklar A’ pada sisi negatif yang bekerja secara

bergantian demikian pula dengan saklar “b” dan “c”. Dengan teknik kendali SPWM maka

konfigurasi saklar daya inverter di atas dapat menghasilkan beberapa kemungkinan pensaklaran

seperti pada Gambar 4 berikut [4].




000 001 010 011

100 101 110 111

Gambar 4. Konfigurasi saklar daya inverter 3 fasa 3 lengan.

Dari konfigurasi pensaklaran di atas maka dapat diturunkan suatu persamaan tegangan antar

fasa sebagai berikut [5,6]:

−

−

−

=

c

b

a

V

V

V

V

dc

ca

bc

ab

101

110

011

................................................................................ (5)

Sedangkan persamaan tegangan fasa yang dihasilkan oleh inverter di atas adalah sebagai

berikut :

−−

−−

−−

=

c

b

a

V

V

V

V

dc

c

b

a

111

121

112

3

1 ................................................................................ (6)

Sehingga dari kedua persamaan di atas dapat dibuat suatu tabel nilai tegangan keluaran inverter

seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1.

Tabel 1. Nilai tegangan keluaran inverter 3 fasa.

Sa Sb Sc Va-n Vb-n Vc-n Va Vb Vc

0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 1 -1/3 Vdc -1/3 Vdc 2/3 Vdc 0 -V dc V dc

0 1 0 -1/3 Vdc 2/3 Vdc -1/3 Vdc -Vdc V dc 0

0 1 1 -2/3 Vdc 1/3 Vdc 1/3 Vdc -Vdc 0 V dc

1 0 0 2/3 Vdc -1/3 Vdc -1/3 Vdc Vdc 0 -Vdc

1 0 1 1/3 Vdc -2/3 Vdc 1/3 Vdc Vdc -V dc 0

1 1 0 1/3 Vdc 1/3 Vdc -2/3 Vdc 0 V dc -Vdc

1 1 1 0 0 0 0 0 0




2. METODE PENELITIAN

Garis besar perancangan rangkaian kontrol inverter volt/hertz ditunjukkan dalam Gambar

5.

Sumber AC

PLNRectifier

Inverter 3

fasa

V to F

konverter

Referensi

3 fasaMultiplier

SPWM

inverter

3 fasa

Carrier

segitiga

Motor induksi

3 fasa

V ref DC

Gambar 5. Skema umum Inverter Volt/hertz.

Untuk merancang suatu inverter baik satu fasa ataupun 3 fasa diperlukan tegangan DC

sebagai masukannya sehingga tegangan AC yang disediakan oleh PLN perlu disearahkan

terlebih dulu melalui rangkaian single phase rectifier ataupun three phase rectifier. Tegangan DC

yang dihasilkan oleh rangkaian penyearah ini berfungsi sebagai tegangan sumber rangkaian

daya inverter.

a. Volt/Hertz konverter Rangkaian volt /hertz mengubah nilai masukan berupa tegangan analog menjadi sinyal

dalam bentuk pulsa pada sisi keluarannya. LM 331 merupakan IC monolitik yang didalamnya

terdapat sebuah komparator yang berfungsi sebagai pembanding tegangan masukan pada pin 7

dengan tegangan lerengan secara periodik yang dihasilkan dari rangkaian RC pada pin 6. Jika

kondisi tegangan pada pin 7 lebih positif dari tegangan pada pin 6 maka komparator akan

membangkitkan sebuah pulsa yang memicu transistor untuk melewatkan tegangan pada sisi

kolektor menjadi pulsa pada sisi keluarannya. Seiring dengan naiknya tegangan masukan pada

pin 7 maka semakin sering komparator menghasilkan pulsa sehingga semakin tinggi frekuensi

pulsa kotak yang dihasilkan oleh keluaran transistor [7]. Untuk menghasilkan konversi tegangan

menjadi frekuensi pada aplikasi LM 331 dirumuskan dengan persamaan berikut, sedangkan

gambar rangkaian ditunjukkan dalam Gambar 6.

CRx

Rl

Rsx

Vf in

out.

1

09.2=

Gambar 6. Rangkaian konverter Voltage / Hertz LM 331.




Sinyal keluaran LM 331 merupakan pulsa kotak dapat terkendali frekuensinya melalui perubahan

tegangan referensi masukan. Pulsa persegi yang dihasilkan LM 331 merupakan pulsa clock untuk

menghasilkan 8 bit pulsa dari rangkaian konter 4520. Delapan bit pulsa rangkaian konter 4520

merupakan data masukan yang diperlukan oleh mikrokontroller untuk membangkitkan referensi

3 fasa.

b. Referensi 3 fasa Sinyal referensi berupa sinyal sinusoidal 3 fasa yang masing-masing tergeser 1200. Proses pembentukan gelombang ini dilakukan dengan memasukkan data secara look up table dari suatu rangkaian simulasi dengan Power Simulator yang menghasilkan gelombang sinusoida 3 fasa. Metode look up table adalah suatu metode pengisian data-data kedalam mikrokontroller dengan mengambil data-data sampling yang membentuk suatu gelombang analog. Secara digital suatu gelombang sinusoidal analog terdiri dari beberapa sinyal diskret yang menjadi fundamental terbentuknya gelombang tersebut. Data-data diskret inilah yang diambil dan dialamatkan kedalam mikrokontroller untuk ditampilkan pada beberapa port keluarannya [8].

Setiap port mikrokontroller jenis AT89S52 memiliki 8 bit data maka jumlah bit maksimal dalam satu kelompok port adalah 28 (256) data [7]. Untuk itu data sampling diskret yang diambil dalam proses pengisian data secara look up table untuk dimasukkan kedalam mikrokontrol maksimal 256 data. Sedangkan untuk menghasilkan sinyal 3 fasa dilakukan pemrograman

aritmatik yang bertujuan menciptakan dua buah sinyal lainya yang saling tergeser 1200 dari sinyal pertama. Pembangkit gelombang 3 fasa melalui mikrokontroler ditunjukkan dalam Gambar 7.

103 R

VCCP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7

P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7

P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7

P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7

12345678

10111213141516

2827262524232221

3938373635343332

1819

20

17

VCC

313029

RST

Psen

40

Ale ProgEA Vpp

Inp

ut

Dari

Kou

nte

r

Ou

tpu

t k

e D

AC

Fasa

A

Ou

tpu

t k

e D

AC

Fasa

BO

utp

ut

ke

DA

C

Fasa

C

Ke Vcc

5 Volt

Ground

Gambar 7. Pengalokasian Port pada mikrokontroller AT 89S52.

Sinyal 3 fasa yang dihasilkan oleh mikrokontroller juga masih berbentuk nilai-nilai diskret yang harus diubah kembali menjadi sinyal analog. Untuk itu diperlukan konverter Digital to Analog yang menterjemahkan sinyal diskret tersebut menjadi sinyal analog [9]. Untuk realisasi ini keluaran mikrokontroller terkoneksi dengan rangkaian DAC 0808 yang terkombinasi dengan beberapa rangkaian penguat seperti pada Gambar 8.

Ke multiplier

Gambar 8. Sistem Minimum DAC.




Pada rangkaian DAC ini juga diberikan rangkaian summing amplifier dan penguat operasional sehingga gelombang persegi ataupun sinusoida yang dihasilkan dapat diatur posisi offset-nya hingga membentuk gelombang AC dan dapat diatur amplitudonya.

c. Rangkaian Multiplier Multiplier AD 633 merupakan rangkaian pengali analog dengan dua buah sinyal masukan

analog sebagai input device-nya seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 9.

Sin ref

DC ref

VCC

Vee

Opamp

Opamp

Gambar 9. Rangkaian pengali AD 633.

Multiplier AD 633 di atas berfungsi sebagai pengali sinyal sinusoidal dari rangkaian DAC dengan tegangan referensi yang mengendalikan frekuensi rangkaian V to F. Gelombang sinus yang dihasilkan oleh DAC merupakan gelombang yang terkendali frekuensinya oleh perubahan frekuensi dari rangkaian V to F. Frekuensi gelombang sinusoidal menjadi berubah jika tegangan refrensi pada rangkaian V to F tersebut juga berubah. Sehingga sinyal keluaran rangkaian pengali AD 633 mengalami dua bentuk perubahan seiring berubahnya tegangan DC referensi rangkaian V to F, yaitu perubahan amplitudo sekaligus perubahan frekuensinya.

d. Rangkaian SPWM 3 fasa

Teknik SPWM sebagai pengendali inverter memanfaatkan sinyal carier berupa gelombang segitiga yang bekerja pada frekuensi 5000Hz. Teknik SPWM ini diperlukan untuk menghasilkan pulsa pensaklaran inverter sekaligus pengatur tegangan keluaran inverter dengan mengatur indeks modulasi pada sistem SPWM tersebut. Semakin rendah amplitudo sinyal referensi indeks modulasinya semakin kecil hal ini berarti tegangan keluaran inverter juga kecil dan semakin naik amplitudo gelombang referensi maka semakin naik indek modulasinya dan semakin besar juga tegangan yang dihasilkan oleh inverter. Sementara itu keluaran inverter akan selalu mengikuti frekuensi sinyal referensinya. e. Rangkaian Driver

Saklar daya sejenis MOSFET atau IGBT bekerja berdasar pulsa pemicuan dari rangkaian kontrol pada gate-nya tetapi bekerja pada ordo daya yang lebih tinggi sehingga untuk mengendalikan setiap saklar daya diperlukan rangkaian driver. Rangkaian driver berfungsi untuk memindahkan sinyal picu dari sistem kontrol ke sistem daya dengan memisahkan bagian ground daya dari ground kontrol, karena keduanya bekerja pada catu tegangan yang berbeda.

Kerusakan saklar statis MOSFET juga sering terjadi karena panas yang ditimbulkan dari gesekan pulsa yang melewatkan arus pada saklar tersebut, untuk keamanan saklar daya tersebut rangkaian driver juga dilengkapi dengan deadtime untuk mengatur perpindahan pulsa pemicuan pada setiap saklar dalam satu lengan (Gambar 10).

1k5

+15

To

Po

wer

MO

SF

ET

5

0

18

V

TLP 250Buffer

CD 4050

Inverting

CD 4049

VR 100k

200pF

Dari

SPWM

GroundGround

Gambar 10. Rangkaian driver dengan deadtime.




Pada setiap aplikasi saklar daya antara gate dan source diberikan sebuah dioda Zener, (dalam aplikasi ini menggunakan zener 18 volt). Dioda zener berfungsi untuk melindungi driver TLP 250 dari umpan balik tegangan daya apabila terjadi hubung singkat pada rangkaian daya. 3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1. Pengujian Inverter V/H kontrol

Tabel 2. Konversi rangkaianV/H.

Dari Tabel 2 konversi di atas menghasilkan suatu grafik V/H seperti yang ditunjukkan

dalam Gambar 11 berikut ini.

Gambar 11. Grafik konversi rangkaian V/H.

Berdasar grafik yang ditunjukkan pada Gambar 11 menghasilkan suatu rasio perubahan

tegangan ke frekuensi yang konstan pada indeks 5,5 kecuali pada nilai tegangan 0,5 volt dengan indeks 8,6. Hal ini terjadi karena distribusi frekuensi pada tegangan di bawah 0,5 volt belum merata.

Grafik Volt/Hertz kontrol

0

10

20

30

40

50

60

0.49 1.49 2.5 3.57 4.5 5.51 6.49 7.5 8.5

Volt

Hert

z

Frekuensi

Pengujian ke

TEGANGAN (Volt)

FREKUENSI (Hertz)

1 0,49 8,02 2 1 8,65 3 1,49 9,84 4 2,06 11,24 5 2,5 13,24 6 3 16,34 7 3,57 19,4 8 4,01 21,75 9 4,5 24,46

10 5,06 27,03 11 5,51 29,93 12 6,07 32,94 13 6,49 35,21 14 7,08 38,35 15 7,5 40,75 16 8 43,54 17 8,85 46,39 18 9,06 50,45




3.2. Pengujian rangkaian multiplier Multiplier AD 633 dengan tegangan suply 12 volt menghasilkan tegangan keluaran saturasi pada amplitudo 7 VPP. Dengan mengalikan tegangan masukan pada pin “x” yang terhubung pada rangkaian DAC yang menghasilkan gelombang referensi sinus dan “y” dari tegangan DC referensi pada rangkaian V to F maka keluaran rangkaian AD 633 berupa gelombang sinus resultan kedua sinyal tersebut. Dengan mempertimbangkan tegangan maksimum yang saturasi pada nilai 7 Vpp sedangkan tegangan DC dari referensi rangkaian V to F maksimal pada nilai 9 volt (tabel 1) maka gelombang sinus yang dihasilkan oleh rangkain DAC diatur sedemikian rupa sehingga pada nilai tegangan DC maksimal gelombang sinus yang dihasilkan tidak saturasi. Data-data pengukuran rangkain AD 633 ditunjukkan pada Tabel 3 berikut ini.

Tabel 3. Data pengujian rangkaian AD 633.

Input X (sinus) Input Y Sinyal keluaran Frekuensi

(Hertz) Tegangan

(Vpp) Tegangan DC

(Volt) Frekuensi

(Hertz) Tegangan

(Vpp)

8,02 0,75 0,49 8,02 0,3 8,65 0,75 1 8,65 0,74 9,84 0,75 1,49 9,84 1,16

11,24 0,75 2,06 11,24 1,62 13,24 0,75 2,5 13,24 1,91 16,34 0,75 3 16,34 2,21 19,4 0,75 3,57 19,4 2,73

21,75 0,75 4,01 21,75 3,31 24,46 0,75 4,5 24,46 3,41 27,03 0,75 5,06 27,03 3,9 29,93 0,75 5,51 29,93 4,18 32,94 0,75 6,07 32,94 4,59 35,21 0,75 6,49 35,21 4,93 38,35 0,75 7,08 38,35 5,25 40,75 0,75 7,5 40,75 5,67 43,54 0,75 8 43,54 6,18 46,39 0,75 8,85 46,39 6,41 50,45 0,75 9,06 50,45 6,86

3.3. Pengujian Inverter 3 fasa 3 lengan Pengendalian saklar daya inverter 3 fasa 3 lengan yang terdiri dari 6 buah saklar

semikonduktor dilakukan dalam 8 mode konduksi pemicuan saklar semikonduktor tersebut. Ke

delapan mode konduksi tersebut membentuk 3 buah siklus gelombang keluaran yang saling

tergeser 1200 listrik atau sering disebut sebagai sistem 3 fasa. Tabel 4 merupakan data pengujian

tegangan keluaran inverter 3 fasa 3 lengan.

Tabel 4. Data pengujian tegangan keluaran inverter 3 fasa 3 lengan.

Frekuensi (Hertz)

Tegangan keluaran F-F (Volt)

Tegangan keluaran F-N (Volt)

8,02 0 0 8,65 17 19 9,84 29 17,6

11,24 44 26,5 13,24 60 34,2 16,34 72 40,8 19,4 87 49,6

21,75 95 55,3 24,46 105 60,7




27,03 113 64,9 29,93 121,5 69,4 32,94 131 76,1 35,21 137 78,8 38,35 145 83,2 40,75 155 87,2 43,54 163 90,7 46,39 166 94,2 50,45 167 95,9

Inverter 3 fasa 3 lengan dengan menggunakan 6 saklar daya tanpa mid point yang terkendali

secara volt/hertz memiliki karakteristik yang mantap dan stabil pada perubahan tegangan antar

fasa dan tegangan fasa netral yang dihasilkan, hal ini ditunjukkan dengan data tabel dan grafik

yang linier (Tabel 4 dan Gambar 12).

Gambar 12. Grafik tegangan inverter 3 fasa. 3.4. Pengujian Inverter Dengan Pembebanan motor AC tiga fasa Sistem inverter volt/hertz tiga fasa ini dibebani dengan motor induksi tiga fasa. Untuk pengujian ini jenis motor induksi tiga fasa 4 kutub dengan rating kecepatan 1400 RPM. Perubahan frekuensi kerja inverter 3 fasa yang mensuplai motor 3 fasa ini secara prinsip dasar akan mempengaruhi perubahan kecepatan putaran motor. Hal ini dapat dibuktikan dengan Tabel 5 pengujian berikut ini.

Tabel 5. Pengujian berbeban motor Induksi 3 fasa.

Frekuensi (Hertz)

Pengukuran Kecepatan (Rpm)

Perhitungan Kecepatan (Rpm)

8,02 0 240,6 8,65 23 259,5 9,84 97 295,2

11,24 327 337,2 13,24 422 409,2 16,34 488 490,2 19,4 583 582

21,75 678 652,5 24,46 730 733,8 27,03 810 810,9 29,93 884 897,9 32,94 980 988,2 35,21 1085 1056,3

Grafik Tegangan Inverter

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

8.0

2

8.6

5

9.8

4

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

Hertz

AC

vo

lt

Tegangan F-F

Tegangan F-N




38,35 1161 1150,5 40,75 1264 1222,5 43,54 1305 1306,2 46,39 1393 1391,7 50,45 1439 1513,5

Perubahan frekuensi kerja inverter 3 fasa terbukti direspon oleh perubahan kecepatan putar motor secara linier hingga mencapai putaran optimal yang dimiliki oleh motor tersebut. Hal ini dapat dibandingkan dengan rumus kecepatan motor yang dinyatakan pada persamaan 1. Dari pengukuran dan perhitungan kecepatan motor di atas menghasilkan suatu grafik pengukuran yang ditunjukkan dalam Gambar 13 berikut ini.

Gambar 13. Grafik pengukuran dan perhitungan kecepatan motor. Dalam pengukuran putaran motor baru dimulai pada frekuensi 8,65 hertz dan hingga pada frekuensi 11,2 hertz baru menunjukkan perbandingan yang sama terhadap perhitungannya. Hal ini terjadi karena indeks modulasi SPWM inverter pada frekuensi tersebut masih sangat kecil sehingga tegangan yang dihasilkan oleh inverter juga masih sangat kecil sehingga pada kondisi ini belum memenuhi torka yang dibutuhkan untuk motor induksi 3 fasa melakukan start. Pada frekuensi 50 Hz pengukuran juga menunjukkan grafik kecepatan di bawah frekuensi perhitungan hal ini dipengaruhi oleh faktor slip pada motor induksi yang digunakan tersebut. Faktor slip pada motor induksi yang digunakan ini adalah sebagai berikut :

P

fns

.120=

RPMns 15004

50.120==

%100xn

nnS

s

s −=

%1001500

14001500xS

−= %66,6=

Deviasi kesalahan rata-rata dari keseluruhan sistem inverter volt/hertz sebagai

pengendali torka dan kecepatan motor induksi 3 fasa pada pembuatan alat tugas akhir ini adalah

:

Grafik perhitungan dan pengukuran RPM motor

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

8.0

2

8.6

5

9.8

4

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

Hertz

RP

M

Pengukuran

Perhitungan




Ds = %100xRPM

RPMRPM

hitung

ukurhitung− .............................................................................. (8)

= 5,8 %

Dengan faktor deviasi terbesar pada frekuensi di bawah 11,2 hertz, dan sesudahnya sistem stabil.

Jadi dengan pertimbangan faktor slip pada motor induksi di atas maka deviasi kesalahan masih

di bawah toleransi faktor slip motor induksi. Dari sistem rangkaian inverter 3 fasa dengan

pembebanan motor induksi melalui kendali volt/hertz kontrol ini menghasilkan tegangan dan arus

keluaran pada motor seperti pada Gambar 14.

(a) Tegangan antar fasa pada beban motor.

(b) Tegangan antara fasa dengan netral (tegangan saluran) pada beban motor.

(c) Arus pada salah satu fasa beban motor.

Gambar 14 Hasil pengujian sinyal keluaran Inverter 3 fasa pada beban motor.




5. KESIMPULAN

1. Perancangan alat volt/hertz control ini berfungsi sebagai sistem soft start dengan penyalaan yang sangat linier sehingga meredam lonjakan arus mula motor AC 3 fasa. Dengan sistem start yang lembut dan sistem menghentikan yang tidak konstan stop pada motor maka akan memperpanjang usia pemeliharaan motor induksi tersebut.

2. Dengan sistem Volt/hertz control ini maka Kecepatan kerja motor dapat diatur sesuai dengan kebutuhan kecepatan yang diperlukan oleh aplikasi beban motor dengan tetap menjaga kemampuan mekanik motor. Hal ini terjadi karena torka motor relatif konstan pada setiap perubahan frekuensi dan kecepatan motor.

3. Sistem Inverter volt/hertz kontrol yang terkendali SPWM ini juga menawarkan solusi terhadap permasalahan harmonisa arus listrik pada pembebanan motor induksi. Hal ini dibuktikan dengan bentuk gelombang arus motor induksi yang sinusoidal dan sefasa dengan tegangan masukannya. Pengendalian motor AC dengan menggunakan inverter volt/hertz kontrol membuktikan beberapa keuntungan, yaitu:

• Penggunaan energi menjadi efisien

• Peningkatan fleksebilitas putaran motor

• Peningkatan umur komponen mekanik

• Memudahkan untuk pemeliharaan

DAFTAR PUSTAKA

[1]. Akhmad Musafa, Simulasi Pengendalian Kecepatan Motor Induksi tiga Fasa tanpa Sensor Kecepatan, Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik-Universitas Budi Luhur, email : [email protected], 2007.

[2]. Soemarto, Metode Baru Dalam Identifikasi Parameter Motor Induksi, Epsilon : Journal of Electrical Engineering and Information Technology Vol. 1, No. 1, July 2003.

[3]. SZABÓ C, Maria IMECS, Ioan Iov, INCZE, VOLT-HERTZ CONTROL OF THE SYNCHRONOUS MOTOR WITH RAMP EXCITING VOLTAGE, Annals of the University of Craiova, Electrical Engineering series, No. 30, 2006.

[4]. Riyadi, Slamet, Diktat Kuliah Penggerak Listrik, Unika Soegijapranata, 2007. [5]. Rahsyid M.H, Power Electronics: Circuits, Devices and Applications, PT Prehallindo,

Jakarta, 1999. [6]. Zhenyu Yu and David Figoli, AC Induction Motor Control Using Constant V/Hz Principle

and Space Vector PWM Technique with TMS320C240, Texas Instruments Incorporated, April 1998.

[7]. Bambang Sutopo, F. Danang Wijaya, Supari, Perbaikan Faktor Daya Motor Induksi 3 fase menggunakan Mikrokontroler 68HC11, journal Teknik Elektro,2001.

[8]. Supari, Kendali Tegangan Motor Induksi untuk Penghematan Energi Berbasis Mikrokontroler, Tesis S2, TE-UGM, Yogyakarta, 2001.

[9]. E. A. Nugroho, "Implementasi Proporsional Integral (Pi) Pada Sistem Maximum Power Point Tracker (Mppt) Untuk Optimalisasi Energi Matahari Pada Sel Surya," Elektran, Vol3, No. 1, P. 55–64 , 2018.

INVERTER DENGAN METODE KENDALI VARIABLE VOLTAGE …

Documents

Transcript of INVERTER DENGAN METODE KENDALI VARIABLE VOLTAGE …