KENDALI SEDERHANA VVVF INVERTERrepository.unika.ac.id/21093/1/15.F1.0028 PAULUS SUMINAR BIMA...

KENDALI SEDERHANA VVVF INVERTER

UNTUK MOTOR INDUKSI BERBASIS

SPACE VECTOR MODULATION (SVM)

HALAMAN JUDUL

LAPORAN TUGAS AKHIR

Oleh :

PAULUS SUMINAR BIMA SAKTI

15.F1.0028

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS KATOLIK SOEGIJAPRANATA

SEMARANG

2019

ii

7

7

iv

ABSTRAK

Sumber energi baru terbarukan telah berkembang secara cepat. Pada

umumnya sumber energi tersebut memproduksi tegangan DC (Direct-Current).

Inverter diperlukan untuk mengubah tegangan DC ke tegangan AC (Alternating-

Current) karena perangkat yang sering digunakan yaitu dengan sumber tegangan

AC. Salah satu mesin bertegangan AC dan sering digunakan dalam aplikasi

industri adalah motor induksi. Motor induksi mempunyai banyak kelebihan yaitu

konstruksi sederhana, kontrol mudah serta perawatan murah.

Berbagai pengembangan pada induksi motor dari segi konstruksi maupun

pengontrolan telah dikembangakan. Salah satu pengontrolan yang paling mudah

yaitu menggunakan teknik SPWM (Sinusoidal Pulse Width Modulation). Namun

metode SPWM memproduksi nilai distorsi yang cukup tinggi. Lalu berkembang

metode SVM (Space Vector Modulation) yaitu modulasi lebar pulsa dengan

kendali vektor. SVM direpresentasikan untuk mengurangi nilai distorsi dan

keluaran tegangan lebih tinggi daripada SPWM. Pada laporan diusulkan VVVF

(Variable Voltage Variable Frequency) Inverter berbasis modulasi vektor ruang

untuk mengendalikan kecepatan motor induksi.

Kata Kunci : Motor induksi, SPWM, SVM, VVVF Inverter.

v

KATA PENGANTAR

Puji dan rasa syukur mendalam penulis panjatkan kepada Tuhan YME,

karena berkat limpahan rahmat-Nya maka skripsi ini dapat diselesaikan dengan

baik. Skripsi yang berjudul KENDALI SEDERHANA VVVF INVERTER

UNTUK MOTOR INDUKSI BERBASIS SPACE VECTOR MODULATION

(SVM) ini disusun untuk memenuhi persyaratan kurikulum sarjana strata-1 (S-1)

pada Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Katolik Soegijapranata

Semarang.

Penulis mengucapkan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya atas semua

bantuan yang telah diberikan, baik secara langsung maupun tidak langsung selama

penyusunan tugas akhir ini hingga selesai. Secara khusus rasa terimakasih tersebut

saya sampaikan kepada :

1. Tuhan Yesus Kristus yang senantiasa memberikan rahmat, kemudahan dan

kelancaran dalam proses pelaksanaan Tugas Akhir dan penyusunan laporan

akhir.

2. Kedua Orang tua, Mas Seto, Mas Tinus, Mas Yohan, dan Elin Devi yang

memberikan semangat dan dukungan secara moril maupun secara materil

kepada penulis.

3. Bapak Prof. Dr. Ign. Slamet Riyadi, MT. Selaku dosen pembimbing Tugas

Akhir, yang telah membimbing dari awal sampai akhir dalam pelaksanaan

Tugas Akhir yang selalu memberikan bantuan, kritik dan saran yang

memberikan semnagat penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir tersebut.

vii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL i

LEMBAR PENGESAHAN ii

PERNYATAAN KEASLIAN LAPORAN TUGAS AKHIR (SKRIPSI) iii

ABSTRAK iv

KATA PENGANTAR v

DAFTAR ISI vii

DAFTAR GAMBAR xi

DAFTAR TABEL xv

BAB I PENDAHULUAN 1

1.1 Latar Belakang ............................................................................................... 1

1.2 Perumusan Masalah ....................................................................................... 2

1.3 Pembatasan Masalah ...................................................................................... 2

1.4. Tujuan dan Manfaat ....................................................................................... 2

1.5 Metodologi Penelitian .................................................................................... 3

1.6 Sistematika Penulisan .................................................................................... 4

BAB II DASAR TEORI......................................................................................... 6

2.1 Pendahuluan ................................................................................................... 6

2.2 Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM) ............................................... 6

viii

2.3 Topologi Voltage Source Inverter (VSI) Tiga Fasa-Tiga Lengan ................. 8

2.4 Space Vector Modulation (SVM) ................................................................ 10

2.4 Motor Induksi .............................................................................................. 17

2.5 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) .................................................. 18

2.6 Digital Signal Controller ............................................................................. 19

2.7 Dasar Optocoupler ....................................................................................... 19

BAB III KENDALI SEDERHANA VVVF INVERTER BERBASIS

SPACE VECTOR MODULATION (SVM).......................................... 21

3.1 Pendahuluan ................................................................................................. 21

3.2 Simulasi dan Desain .................................................................................... 21

3.2.1 Sistem Kontrol ........................................................................................ 23

3.2.2 Sistem Daya ............................................................................................ 27

3.3 Beban Daya dan Motor Induksi Tiga Fasa .................................................. 28

3.4 Rangkaian Deteksi Arus LEM HX 10-P ..................................................... 29

3.5 Implementasi Desain Pemrograman ............................................................ 31

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................. 35

4.1 Pendahuluan ................................................................................................. 35

4.2 Hasil Simulasi .............................................................................................. 36

4.3 Implementasi dan Pengujian Prototipe ........................................................ 38

4.3.1 Hasil Pengujian Kondisi Frekuensi 50Hz ............................................... 41

ix




4.3.5 Hasil Pengujian Kondisi Frekuensi 27 Hz .............................................. 46

4.4 Pembahasan ................................................................................................. 48

BAB V P E N U T U P ......................................................................................... 50

5.1 Kesimpulan .................................................................................................. 50

5.2 Saran ............................................................................................................ 50

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 51

LAMPIRAN .......................................................................................................... 53

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar-2.1 Teknik Sinusoidal Pulse Width Modulation satu fasa (a) modulasi,

(b) carrier, (c) pensaklaran SPWM 7

Gambar-2.2 Konfigurasi Inverter Tiga Fasa Tiga Lengan 8

Gambar-2.3 Kemungkinan Pola Pensaklaran Inverter Tiga Fasa Tiga Lengan 9

Gambar-2.4 Sinyal keluaran three phase six-step inverter pada domain waktu (t) 10

Gambar-2.5 Perbandingan tegangan keluaran antara SVM dan SPWM 11

Gambar-2.6 Vektor Tegangan pada sumbu αβ 12

Gambar-2.7 Pembentukan vektor tegangan dari tegangan fasa abc 12

Gambar-2.8 Vektor tegangan V referensi di sektor 1 13

Gambar-2.9 Hubungan antara waktu pensaklaran terhadap waktu sampling 14

Gambar-2.10 SVM tipe Right Aligned Sequence [9] 15

Gambar-2.11 SVM tipe Symmetric Aligned Sequence 15

Gambar-2.12 SVM tipe Alternating Zero Vector Sequence 16

Gambar-2.13 SVM tipe Highest Current Not-Switched Sequence 16

Gambar-2.14 Motor Induksi 17

Gambar-2.15 Stator dan Rotor Motor Induksi 17

Gambar-2.16 Rangkaian ekuivalen Motor Induksi 18

Gambar-2.17 Konfigurasi Pin IGBT 18

Gambar-3.1 Diagram Blok Desain Kendali SVM 21

Gambar-3.2 Perbandingan tegangan dan frekuensi pada VVVF Inverter 22

Gambar-3.3 Desain Blok Sistem 23

xii

Gambar-3.4 Konfigurasi pin dsPIC33FJ128MC202 23

Gambar-3.5 Konfigurasi pin IC Buffer 74HC541 24

Gambar-3.6 Konfigurasi Gerbang IC Buffer 74HC541 24

Gambar-3.7 (a) Layout driver dsPIC33FJ128MC202 dan (b) buffer 74HC541

dilengkapi dengan regulator 3,3 V DC 25

Gambar-3.8 Konfigurasi pin HCPL 2531 25

Gambar-3.9 Konfigurasi pin IR2132 26

Gambar-3.10 DC/DC Isolated B1212s/B1205s 26

Gambar-3.11 IGBT tipe FGL60N100BNTD 27

Gambar-3.12 Beban resistif dan beban induktif 28

Gambar-3.13 Motor induksi tiga fasa 29

Gambar-3.14 Sensor arus LEM HX 10-P 30

Gambar-3. 15 Skema blok sensor arus tipe LEM HX 10-P 30

Gambar-3.16 Alur diagram VVVF Inverter berbasis Space Vector Modulation 31

Gambar-3.17 Penentuan tiap sektor pada teknik SVM 32

Gambar-3.18 Persamaan matematis SVM pada sektor#1 – sektor#6 34

Gambar 4.1 Skema simulasi Inverter berbasis SVM 35

Gambar-4.2 Sinyal referensi VA, VB, dan VC pada simulasi 36

Gambar-4.3 Keluaran sinyal Vα dan Vβ hasil dari Transformasi Clarke dari

simulasi 36

Gambar-4.4 Keluaran (a) Teta dan (b) Magnitude hasil Transformasi 37

Gambar-4.5 Keluaran sinyal Space Vector Modulation (SVM) pada simulasi 37

xiii

Gambar-4.6 Hasil keluaran gelombang sinusoidal pada simulasi inverter tiga fasa

berbasis Space Vector Modulation (SVM) 37

Gambar-4.7 Realisasi hardware sistem minimum dsPIC 33FJ128MC202 38

Gambar-4.8 Driver gate saklar statik 39

Gambar-4.9 Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) tipe FGL60N100BNTD 40

Gambar-4.10 Implementasi perangkat keras VVVF Inverter 41

Gambar-4.11 Hasil pengujian keluaran arus tiga fasa kondisi frekuensi 50 Hz 41

Gambar-4.12 Hasil pengujian keluaran tegangan tiga fasa kondisi frekuensi 50 Hz

(skala 100V/div dan 10ms/div) 42

Gambar-4.13 Hasil pengujian keluaran tegangan tiga fasa kondisi frekuensi 50 Hz


Gambar-4.14 Tegangan keluaran motor induksi tiga fasa kondisi frekuensi 50Hz 42


Gambar-4.16 Hasil pengujian keluaran tegangan tiga fasa kondisi frekuensi 40

Hz (skala 100V/div dan 10ms/div) 43

Gambar-4.17 Kecepatan rotor motor induksi tiga fasa kondisi frekuensi 40Hz 43



Gambar-4.20 Hasil pengujian keluaran tegangan tiga fasa kondisi frekuensi

35 Hz (skala 100V/div dan 10ms/div) 44




xiv

Gambar-4.24 Hasil pengujian keluaran tegangan tiga fasa kondisi frekuensi 30Hz





Gambar-4.28 Hasil pengujian keluaran tegangan tiga fasa kondisi frekuensi 27Hz


Gambar-4.29 Kecepatan rotor motor induksi tiga fasa kondisi frekuensi 27 Hz 47


Gambar-4.31 Perbandingan arus berdasarkan perubahan frekuensi (a) 50Hz,

(b) 40Hz, dan (c) 27Hz 48

Gambar-4.32 Tegangan antar fasa pada kondisi frekuensi (a) 50Hz, (b) 40Hz, dan

(c) 27Hz 48

xv

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Spesifikasi B1212s & B1205s 27

Tabel 3.2 Fitur IGBT FGL60N100BNTDFitur IGBT FGL60N100BNTD 28

Tabel 3.3 Tabel matematis nilai modulasi SVM tipe Right Aligned Sequence[9] 33

Tabel 4.1 Parameter komponen pada simulasi 36

Tabel 4.2 Tabel hasil percobaan VVVF Inverter berbasis SVM 49

KENDALI SEDERHANA VVVF INVERTERrepository.unika.ac.id/21093/1/15.F1.0028 PAULUS SUMINAR BIMA...

Documents

Transcript of KENDALI SEDERHANA VVVF INVERTERrepository.unika.ac.id/21093/1/15.F1.0028 PAULUS SUMINAR BIMA...