PEMODELAN DAN SIMULASI AVR UNTUK GENERATOR SINKRON 3 kVA BER.pdf

PEMODELAN DAN SIMULASI

AUTOMATIC VOLTAGE REGULATOR

UNTUK GENERATOR SINKRON 3 kVA

BERBASIS PENGENDALI PI

TUGAS AKHIR

Diajukan sebagai salah satu syarat dalam menyelesaikan Program Pendidikan Strata Satu

pada Jurusan Teknik Elektro di Institut Teknologi Nasional Bandung

Oleh,

Andri Suhindra

11 – 2004 – 091

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI NASIONAL

BANDUNG

2010

LEMBAR PENGESAHAN

PEMODELAN DAN SIMULASI

AUTOMATIC VOLTAGE REGULATOR

UNTUK GENERATOR SINKRON 3 kVA


Diajukan sebagai salah satu syarat dalam menyelesaikan Program Pendidikan Strata Satu

pada Jurusan Teknik Elektro di Institut Teknologi Nasional Bandung

Oleh,

Andri Suhindra

11 – 2004 – 091

Disetujui oleh:

Dosen Pembimbing I

Ir. Soenarjo

Dosen Pembimbing II

Syahrial, MT.

i

ABSTRAK

Tegangan listrik adalah suatu besaran yang penting dalam hal menjaga mutu listrik. Seiring dengan perubahan beban yang terhubung tentu juga akan mempengaruhi kualitas tegangan listrik yang dihasilkan, oleh karena hal ini maka instrumen Automatic Voltage Regulator (AVR) sangat dibutuhkan dalam menjaga tegangan listrik yang dihasilkan.

Diperlukan suatu model dari generator untuk mengintegrasikan dengan instrumen AVR berbasis pengendali PI, sehingga AVR yang dihasilkan dapat memenuhi kriteria yang sesuai dengan tegangan keluaran generator.

Untuk mendapatkan kriteria yang diinginkan maka dalam tugas akhir ini dibutuhkan beberapa metoda diantaranya mencari literatur yang berhubungan dengan pemodelan generator, sistem eksitasi, dan pengendali PI, serta dilakukan pengukuran untuk mendapatkan nilai parameter dari generator yang kemudian dapat disimulasikan menggunakan software MATLAB

Hasil dari tugas akhir ini adalah didapatkan suatu simulasi AVR berbasis pengendali PI yang dapat memperbaiki respon transient yang dihasilkan generator terhadap setiap perubahan beban, agar keadaan steady state tegangan generator tercapai dengan waktu optimal.

Kata kunci : generator, tegangan, eksitasi, beban, pemodelan, AVR, pengendali PI, transient.

ii

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum warahmatullahi wabarakatuh.

Alhamdulillahi Rabbil’alamaiin, Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah

memberikan Rahmat dan Hidayah-Nya sehingga Tugas Akhir yang

berjudul “Pemodelan Dan Simulasi Automatic Voltage Regulator

Untuk Generator Sinkron 3 KVA Berbasis Pengendali PI” dapat

diselesaikan. Shalawat serta salam semoga selalu terlimpah kepada

Rasulullah SAW, keluarganya, sahabat dan umatnya hingga akhir zaman.

Laporan Tugas Akhir ini diajukan sebagai salah satu syarat akademis

dalam menempuh program studi Strata Satu (S1) di Jurusan Teknik

Elektro Institut Teknologi Nasional Bandung.

Jazakumullah khairan katsiran kepada pihak-pihak yang telah banyak

memberikan kontribusinya sehingga laporan Tugas Akhir ini dapat

diselesaikan. Penulis menyadari bahwa laporan Tugas Akhir ini tentu tidak

akan selesai tanpa adanya bantuan dari pihak-pihak lain yang secara

langsung maupun tidak langsung ikut memiliki andil dalam pelaksanaan

Tugas Akhir penulis. Oleh karenanya, pada kesempatan ini penulis ingin

mengucapkan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Ayahanda Syamsilis dan Ibunda Hj. Maiyasni yang telah

memberikan kepercayaan penuh dan tak henti-hentinya

memberikan doa dan dorongan semangat, kasih sayang, dan rasa

sabar yang tak terhingga.

2. Adik-adik ku tercinta yang selalu menjadi motivasi dan inspirasi

3. Om Ijun yang selalu memberikan motivasi, dan dorongan

semangat.

iii

4. Bapak Ir. Soenarjo, selaku pembimbing I Tugas Akhir ini yang telah

banyak memberikan bimbingan, dukungan serta pengarahan

kepada penulis sehingga tugas akhir ini dapat diselesaikan.

5. Bapak Syahrial, M.T, selaku pembimbing II Tugas Akhir ini yang

telah banyak memberikan bimbingan, dukungan serta pengarahan

kepada penulis sehingga tugas akhir ini dapat diselesaikan.

6. Bapak Dwi A, M.T, selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Institut

Teknologi Nasional Bandung.

7. Ibu Siti Saodah, M.T, selaku Dosen Wali.

8. Seluruh dosen di Jurusan Teknik Elektro Institut Teknologi Nasional

Bandung yang telah memberikan ilmunya kepada penulis.

9. Staff dan karyawan di Jurusan Teknik Elektro Institut Teknologi

Nasional Bandung.

10. Kawan-kawan seperjuangan dalam menyelesaikan Tugas Akhir.

11. Luhur Prabhawa atas saran-saran dan waktunya .

12. Kawan-kawan ”Saiyo-Sapamainan” Boby Avior, Dian Syahril,

Habibie Ardino, Yando Wakano, Ihsan Wahyudi, Randi Ramelo,

Rifnaldi, Novriadi, Herman Situmeang. Atas kebersamaan, canda

tawa dan semangat yang diberikan.

13. Kawan-kawan Elektro 2004 (Dudi Chenk, Taufik. F, Nunu, Kia,

Andika, Aye, Welli, Bayu, Doni, Dayat, Tata, Mbem, Aris, Radit,

Ferdi, Rio, Asdos, Indra dan semua yang tidak dapat disebutkan

satu persatu) untuk dorongan dan semangatnya.

14. Kawan-kawan alumni SMA 2 Padang yang masih eksis di Bandung

Insanul Kamil, Arif Adrian, Ihsan Rivano, Fery Nawazir Reno

Kurniawan. Atas kebersamaan, cerita nostalgia, canda tawa dan

semangat yang diberikan.

15. Hera L Day atas dorongan moril, waktunya dalam bertukar pikiran

dan yang selalu memberikan semangat.

16. Kawan-kawan CIB 18 yang telah membantu baik langsung maupun

tidak langsung dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

iv

17. Seluruh keluarga besar di Dumai, dan Perawang yang selalu

memberikan harapan dan dukungan moril.

18. Tukang dagang keliling dan abang pemulung yang telah

menginspirasi tentang kerja keras

19. Serta Semua pihak yang telah turut membantu dalam Tugas Akhir

ini yang tidak dapat disebutkan satu persatu, dan semoga Allah

SWT memberikan balasan yang berlipat.

Menyadari dalam menyusun laporan Tugas Akhir ini masih terdapat

banyak kekurangan. Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran

yang membangun untuk perbaikan di masa mendatang.

Semoga karya Tugas Akhir ini dapat mendatangkan manfaat bagi

diri pribadi, generasi mendatang, serta seluruh pihak yang membacanya.

Semoga Allah SWT senantiasa memberikan ilmu yang berguna kepada

kita dan memberikan kekuatan untuk mengamalkan ilmu tersebut di jalan-

Nya.

Wassalaamu’alaikum warahmatullaahi wabarakatuuh.

Bandung, Januari 2010

Andri Suhindra

[email protected]

v

DAFTAR ISI

ABSTRAK.......................................................................................................i

KATA PENGANTAR DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDii

DAFTAR ISI DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD..v

DAFTAR GAMBAR DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDviii

DAFTAR TABEL ..........................................................................................ix

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah D...DDDDDDDDDDDD.........1

1.2 Tujuan Penelitian DD.DDDDDDDDDDDDDDDDD1

1.3 Pembatasan Masalah DDDDDDDDDDDDDDDDD.2

1.4 Sistematika Pembahasan DDDDDDDDDDDDDDD..2

BAB 2 DASAR TEORI

2.1 Teori Generator Sinkron Kutub Salient DDDDDDDDDD4

2.2 Sistem Eksitasi DDDDDDDDDDDDDDDDDDDD5

2.3 Generator Sinkron pada Koordinat qd0-rotor DDDDDDD..7

2.4 Automatic Voltage Regulator (AVR) DDDDDDDDDDD.9

2.5 Pengendali Proportional Integrator (PI) DDDDDDDDD.11

2.5.1 Pengendali Proportional (P) DDDDDDDDDDD..11

2.5.2 Pengendali Integrator (I) DDDDDDDDDDDDD12

2.5.3 Aksi Pengendali Poportional plus Integral (PI) DDD..13

2.6 MATLAB 7.1 DDDDDDDDDDDDDDDDDDDD..14

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Studi Literatur DDDDDDDDDDDDDDDDDDDD16

3.2 Deskripsi Matematis Generator Sinkron DDDDDDDDD16

3.3 Transformasi Sumbu Sistem 3 Fasa DDDDDDDDDD..16

3.3.1 Transformasi Terhadap referensi qd0-rotor DDD.......17

vi

3.3.2 Fluks Linkage Terhadap Arus di Kumparan DDDD...19

3.3.3 Mereferensikan Variabel Rotor ke Stator DDDDDD20

3.3.4 Persamaan Tegangan dan Fluks Linkage dalam

Referensi qd0-rotor DDDDDDDDDDDDDDD21

3.4 Pengukuran Parameter Generator Sinkron DDDDDDD..23

3.4.1 Pengukuran dan DDDDDDDDDDDD...23

3.4.2 Pengukuran DDDDD..DDDDDDDDDDD.25

3.4.3 Pengukuran DDDD..DDDDDDDDDDDD27

3.5 Pemodelan Generator Sinkron DDDDDDDDDDDDD27

3.5.1 Fungsi Transfer Generator Sinkron DDDDDDDD.28

3.5.2 Fungsi Transfer Generator Sinkron + Beban DDDD.30

3.6 Pemodelan dan simulasi Pengendali PI DDDDDDDDD31

BAB 4 PEMODELAN DAN SIMULASI AUTOMATIC VOLTAGE

REGULATOR UNTUK GENERATOR SINKRON 3 KVA


4.1 Hasil Pengukuran Generator Sinkron DDDDDDDDDD.33

4.1.1 Hasil Pengukuran dan DDDDDDDDDDD.33

4.1.2 Hasil Pengukuran D..DDDDDDDDDDDDD34

4.1.3 Hasil Pengukuran DDDDDD..DDDDDDD.34

4.2 Simulasi Automatic Voltage Regulator Pada MATLAB DDD35

4.2.1 Pengujian Simulasi pada MATLAB dengan Fungsi

Transfer Open Loop dalam Keadaan Arus

Beban Nol DDDDDDDDDDDDDDDDD35


Transfer Open Loop dalam Keadaan Arus Setengah

Beban Penuh DDDDDDDDDDDDDDDDD..36


Transfer Open Loop dalam Keadaan

Arus Beban Penuh DDDDDDDDDDDDDDD.37


Transfer Close Loop dengan Kendali PI dalam

Keadaan Arus Setengah Beban Penuh DDDDDD..38


vii

Transfer Close Loop dengan Kendali PI dalam

Keadaan Arus Beban Penuh DDDDDDDDDDD39

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD41

5.2 Saran DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD..41

DAFTAR PUSTAKA DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD..43

LAMPIRAN DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD..L1

viii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Penampang melintang generator sinkron kutub

salient DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD4

Gambar 2.2 Sistem eksitasi dengan sikat DDDDDDDDDDD.DD.6

Gambar 2.3 Sistem eksitasi tanpa sikat (Brushless Excitation) DD.DD.6

Gambar 2.4 Koordinat-qd rotor DDDDDDDDDDDDDDDDDD7

Gambar 2.5 Diagram fasor sumbu generator DDDDDDDDDDDD8

Gambar 2.6 Diagram blok sistem kendali eksitasi generator

sinkron DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD.10

Gambar 2.7 Perbandingan 3 nilai Kp (Ki dan Kd tetap) DDDD.DDD11

Gambar 2.8 Perbandingan 3 nilai Ki (Kp dan Kd tetap) DDDDDDD.12

Gambar 2.9 Blok diagram kendali PI DDDDDDDDDDDDDDD13

Gambar 2.10 Tampilan Window MATLAB DDDDDDDD.DDDDD.15

Gambar 3.1 Generator sinkron 3 fasa hubung bintang DDD.DDDD.17

Gambar 3.2a sumbu q DDDDDDDDDDDDD.DDDDDDD.....22

Gambar 3.2b sumbu d DDDDDDDDDDDDDD..DDDDDDD.22

Gambar 3.2c sumbu nol DDDDDDDDDDD..DDDDDDDDD..22

Gambar 3.3 Rangkaian pengukuran dan DDDD.DDDDDD..24

Gambar 3.4 Rangkaian pengukuran DDDDDDD..DDDDDD..26

Gambar 3.5 Rangkaian pengukuran dan DDDD.DDDDDD.27

Gambar 3.6 Model generator dengan AVR dan beban DDD.DDDD30

Gambar 4.1 Grafik Open Loop dengan arus beban nol DDDD.DDD35

Gambar 4.2 Grafik Open Loop dengan arus setengah beban

Penuh DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD..36

Gambar 4.3 Grafik Open Loop dengan arus beban penuh DDD.DD..37

Gambar 4.4 Grafik Close Loop dengan kendali PI dalam

keadaan arus setengah beban penuh DDDDDDDDD39

Gambar 4.5 Grafik Close Loop dengan kendali PI dalam

keadaan arus beban penuh DDDDDDDDDDDDD.40

ix

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Karakteristik masing-masin pengendaliDDDDDDDD14

Tugas Akhir 1 Andri Suhindra / 11-2004-091

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Untuk menyediakan listrik yang stabil dan berkelanjutan dengan

mutu listrik kualitas tinggi diperlukan aplikasi ilmu pengetahuan dan

teknologi. Dalam berbagai bentuk pembangkit listrik, selalu digunakan

generator sinkron sebagai mesin utama. Untuk menjaga mutu listrik,

berbagai variabel pada generator perlu dikendalikan. Salah satu variable

utama mutu listrik adalah tegangan listrik. Oleh karena itu alat pengendali

tegangan listrik (Automatic Voltage Regulator) sangat penting. Menurut

British Standart 205 (1943) AVR didefinisikan sebagai suatu piranti

tegangan dari suatu rangkaian yang secara otomatis menjaga tegangan

untuk berada dekat dengan nilai yang telah ditentukan.

Pemodelan dan simulasi Automatic Voltage Regulator (AVR) pada

generator sinkron mempunyai tingkat kerumitan tersendiri. Disamping

generator sinkron mempunyai ketidaklinieran, pengujian secara langsung

ke plant akan memakan biaya yang tidak sedikit. Pada tugas akhir ini,

penulis mencoba untuk melakukan pemodelan dan simulasi AVR dengan

simulasi MATLAB.

Pengendali PI dipilih dalam tugas akhir ini karena sederhana dan

mampu melakukan aksi kontrol dalam sistem dinamis. Lebih dari 85 %

sistem kontrol sistem dinamis menggunakan pengontrol PID[Robert A. Paz].

1.2 Tujuan Penelitian

Tujuan dilakukannya penelitian tentang pemodelan dan simulasi

Automatic Votage Regulator (AVR) untuk generator sinkron tiga fasa

berbasis pengendali PI ini adalah :

Bab 1 Pendahuluan 2

Tugas Akhir Andri Suhindra / 11-2004-091

1. Membuat persamaan matematis generator sinkron hingga didapat

persamaan fungsi transfer generator ditambah dengan beban.

2. Melakukan implementasi persamaan yang telah didapat kedalam

simulasi MATLAB menggunakan pengendali PI.

3. Melakukan analisa pada sinyal respon tegangan untuk

mendapatkan optimasi parameter PI.

1.3 Pembatasan Masalah

Penelitian ini dibatasi dengan beberapa batasan sehingga

permasalahan yang dibahas akan lebih terfokus. Batasan permasalahan

tersebut adalah :

1. Variabel yang dikendalikan adalah tegangan terminal generator

sinkron, dengan putaran konstan.

2. Model yang digunakan untuk pemodelan dan simulasi dan simulasi

adalah model transien generator sinkron.

1.4 Sistematika Pembahasan

Garis besar pembahasan tugas akhir ini diuraikan sebagai berikut :

BAB I Pendahuluan

Merupakan pendahuluan yang akan menerangkan latar belakang,

tujuan penulisan, pembatasan masalah dan sistematika penulisan

berkaitan dengan kegiatan penelitian tugas akhir tentang

pemodelan dan simulasi Automatic Votage Regulator (AVR) untuk

generator sinkron tiga fasa berbasis pengendali PI.

BAB II Dasar Teori

Berisi tentang teori dasar yang diperlukan dalam melakukan

pemodelan dan simulasi AVR.

Bab 1 Pendahuluan 3


BAB III Metodologi Penelitian

Menggambarkan bagaimana prosedur dan tahapan tugas akhir

yang dilakukan. Serta parameter-parameter yang diperlukan untuk

mensimulasikan model generator sinkron tiga fasa.

BAB IV Pemodelan dan simulasi Automatic Voltage Regulator Untuk

Generator Sinkron Labortorium TEE Berbasis Pengendali PI

Membahas Pemodelan dan simulasi AVR dan simulasinya pada

MATLAB.

BAB V Kesimpulan dan Saran

Berisi kesimpulan yang diperoleh dari hasil penelitian yang

dilakukan serta beberapa saran berkaitan dengan penelitian tugas

akhir ini.


BAB II

DASAR TEORI

2.1 Teori Generator Sinkron Kutub Salient

Gambar 2.1 Penampang melintang generator sinkron kutub salient

Sebagian besar energi listrik di dunia disuplai menggunakan

generator sinkron, yang memiliki prinsip mengubah energi kinetik putaran

menjadi energi listrik. Arus listrik dihasilkan karena adanya fluks magnet

yang berubah dan memotong suatu kumparan tertutup (stator).

Persamaan (2.1) merumuskan fluks lingkup pada stator :

..(2.1)

dengan

= fluks lingkup pada kumparan stator (Wb)

= fluks maksimum (Wb)

= kecepatan putaran rotor (rad/s)

= waktu (s)

Adanya fluks lingkup ini menyebabkan dibangkitkannya tegangan stator

Bab 2 Dasar Teori 5


pada generator sinkron sesuai dengan hukum Faraday. Hukum Faraday

menyatakan bahwa perubahan fluks magnet yang melewati kumparan

terhadap waktu akan menimbulkan tegangan induksi. Secara matematis

hukum Faraday dituliskan sebagai berikut:

.. ..(2.2)

dengan

tegangan induksi (V)

= jumlah belitan kumparan

= fluks yang melewati kumparan (Wb)

2.2 Sistem Eksitasi

Sistem eksitasi adalah sistem pasokan listrik DC sebagai

penguatan pada generator listrik atau sebagai pembangkit medan magnet,

sehingga suatu generator dapat menghasilkan energi listrik dengan besar

tegangan keluaran generator bergantung pada besarnya arus eksitasinya.

Sistem ini merupakan sistem yang vital pada proses pembangkitan listrik

dan pada perkembangannya, sistem eksitasi pada generator listrik ini

dapat dibedakan menjadi 2 macam, yaitu:

1. Sistem eksitasi dengan menggunakan sikat (brush excitation), pada

sistem eksitasi menggunakan sikat, sumber tenaga listriknya

berasal dari generator arus searah (DC) atau generator arus bolak

balik (AC) yang disearahkan terlebih dahulu dengan menggunakan

rectifier. Untuk mengalirkan arus eksitasi dari main exciter ke rotor

generator menggunakan slip ring dan sikat arang

Bab 2 Dasar Teori 6


Gambar 2.2 Sistem eksitasi dengan sikat

2. Sistem eksitasi tanpa sikat (brushless excitation), Untuk sistem

brushless eksitasi dilakukan oleh dua generator penguat yaitu

generator penguat pertama disebut pilot exciter dan generator

penguat kedua disebut main exciter (penguat utama). Main exciter

adalah generator arus bolak-balik dengan kutub pada statornya.

Rotor menghasilkan arus bolak-balik disearahkan dengan dioda

yang berputar pada poros main exciter (satu poros dengan

generator utama). Arus searah yang dihasilkan oleh dioda berputar

menjadi arus penguat generator utama. Pilot exciter pada generator

arus bolak-balik dengan rotor berupa kutub magnet permanen yang

berputar menginduksi pada lilitan stator. Tegangan bolak-balik

disearahkan oleh penyearah dioda dan menghasilkan arus searah

yang dialirkan ke kutub-kutub magnet yang ada pada stator main

exciter. Besar arus searah yang mengalir ke kutub main exciter

diatur oleh pengatur tegangan otomatis (automatic voltage

regulator/AVR).

Gambar 2.3 Sistem eksitasi tanpa sikat (Brushless Excitation)

Bab 2 Dasar Teori 7


2.3 Generator Sinkron pada Koordinat qd0-rotor

Pada generator sinkron, besaran-besaran di stator abc tentu akan

berubah secara periodik pada keadaan tunak. Self inductances dan

mutual inductances antara stator dan rotor berubah tergantung posisi

rotor. Daripada melakukan semua perhitungan pada koordinat stator yang

diam, besaran stator seperti tegangan, arus, dan fluks dapat

ditransformasikan ke koordinat rotor. Koordinat rotor memiliki dua sumbu

yang saling tegak lurus seperti pada Gambar 2.4 berikut.

Gambar 2.4 Koordinat-qd rotor

Sumbu pertama adalah sumbu direct (sumbu-d) yang searah fluks

yang dihasilkan oleh arus pada belitan rotor, dan yang kedua adalah

sumbu quadrature (sumbu-q) yang tegak lurus terhadap sumbu pertama.

Untuk melengkapinya, komponen ketiga yang berhubungan dengan

urutan nol juga harus didefinisikan.

Untuk mendefinisikannya ke dalam sistem 2 sumbu maka kita

membutuhkan sebuah transformasi yaitu Park’s Transformation, jika

dinayatakan dalam matrik adalah sebagai berikut[Mun Ong] :

Bab 2 Dasar Teori 8


..................... .(2.3)

Inverse matrik

............................ (2.4)

(2.5)

... (2.6)

......... (2.7)

........... (2.8)

Gambar 2.5 Diagram fasor sumbu generator

Bab 2 Dasar Teori 9


2.4 Automatic Voltage Regulator (AVR)

AVR erat kaitannya dengan sistem eksitasi karena prinsip kerja dari

AVR adalah mengatur arus eksitasi pada exciter. Sistem pengoperasian

unit AVR berfungsi untuk menjaga agar tegangan generator tetap konstan

dengan kata lain generator akan tetap mengeluarkan tegangan yang

selalu stabil tidak terpengaruh pada perubahan beban yang selalu

berubah-ubah, dikarenakan beban sangat mempengaruhi tegangan output

generator. Apabila tegangan output generator di bawah tegangan nominal

tegangan generator, maka AVR akan memperbesar arus eksitasi pada

exciter. Dan juga sebaliknya apabila tegangan output generator melebihi

tegangan nominal generator maka AVR akan mengurangi arus eksitasi

pada exciter. Dengan demikian apabila terjadi perubahan tegangan output

Generator akan dapat distabilkan oleh AVR secara otomatis.

Elemen- elemen dari sistem AVR[kundur] :

1. Unit exciter mencatu arus listrik searah ke lilitan medan (rotor)

dengan cara memberikan tegangan listrik searah ke terminal lilitan

medan.

2. Unit voltage measurement dan unit load compensation

melakukan pengukuran dan kompensasi beban. Unit pengukur

tegangan mengukur tegangan keluaran generator sinkron

menggunakan Potential Transformer (PT), lalu mengubahnya

menjadi tegangan searah menggunakan penyearah yang

dilengkapi rangkaian filter berupa Low Pass Filter (LPF), dan

kemudian mengirim sinyal tegangan ini ke unit regulator sebagai

sinyal umpan balik tegangan generator sinkron. Unit kompensasi

beban digunakan untuk mengukur tegangan generator sinkron

pada titik di luar terminal generator. Misalnya jika ingin mengukur

tegangan di sebuah titik maya di step-up transformer yang

menyambung generator ke jaringan listrik.

Bab 2 Dasar Teori 10


3. Unit limiter (pembatas) dan unit protection (proteksi) memiliki

fungsi untuk memastikan bahwa batasan kemampuan fisik dan

batasan kemampuan suhu dari generator dan unit exciter tidak

dilampaui. Unit ini diantaranya berfungsi untuk: (1) membatasi

arus, (2) proteksi over-excitation, dan (3) proteksi under-excitation.

Fungsi-fungsi ini berguna agar generator sinkron tidak

memproduksi atau mengkonsumsi (menyerap) daya reaktif di luar

batas kemampuan pada saat dirancang.

4. Unit power system stabilizer (PSS) mengirimkan sinyal kompensasi

damping ke unit regulator. Fungsi PSS adalah untuk menaikkan

nilai damping sistem tenaga listrik. Pada umumnya unit PSS

menerima sinyal berupa: (1) perubahan kecepatan rotasi rotor, (2)

daya, dan (3) frekuensi tegangan.

5. Unit regulator menerima sinyal masukan, memprosesnya

menggunakan algoritma kendali tertentu, dan kemudian

mengeluarkan sinyal kendali ke exciter. Unit regulator umumnya

tersusun oleh automatic voltage regulator (AVR) dan manual

voltage regulator (MVR).

Gambar 2.6 Diagram blok sistem kendali eksitasi generator sinkron



2.5 Pengendali Proportional Integrator (PI)

Pengendali PI dipilih karena sederhana dan mampu melakukan

aksi kontrol dalam sistem dinamis. Lebih dari 85 % sistem kontrol sistem

dinamis menggunakan pengontrol PID[Robert A. Paz].

2.5.1 Pengendali Proportional (P)

Kendali proposional memiliki keluaran yang sebanding/proposional

dengan besarnya sinyal kesalahan (selisih antara besaran yang diinginkan

dengan harga aktualnya). Secara lebih sederhana dapat dikatakan, bahwa

keluaran kendali proporsional merupakan perkalian antara konstanta

proporsional dengan masukannya. Perubahan pada sinyal masukan akan

segera menyebabkan sistem secara langsung mengubah keluarannya

sebesar konstanta pengalinya.

Gambar 2.7 Perbandingan 3 nilai Kp (Ki dan Kd tetap)

Hubungan antara sinyal kendali dan error adalah:

..(2.9)

Fungsi transfer dalam domain s adalah:

.(2.10)



Kendali Proporsional tidak lain adalah amplifier dengan penguatan

sebesar Kp. Gambar 2.7 menunjukkan bahwa besarnya aksi kendali

sesuai dengan besarnya error dan faktor pengali. Kelemahan dari aksi

kendali ini adalah terdapatnya steady state error yaitu output mempunyai

selisih terhadap setpoint.

2.5.2 Pengendali Integrator (I)

Kendali integral berfungsi menghasilkan respon sistem yang

memiliki kesalahan keadaan mantap nol. Kalau sebuah plant tidak

memiliki unsur integrator (1/s), kendali proporsional tidak akan mampu

menjamin keluaran sistem dengan kesalahan keadaan mantapnya nol.

Dengan kendali integral, respon sistem dapat diperbaiki, yaitu mempunyai

kesalahan keadaan mantapnya nol. Pada pengontrol ini, kecepatan

perubahan sinyal kendali sebanding dengan sinyal error.

Gambar 2.8 Perbandingan 3 nilai Ki (Kp dan Kd tetap)

Sinyal keluaran kendali integral merupakan luas bidang yang

dibentuk oleh kurva kesalahan penggerak. Sinyal keluaran akan berharga

sama dengan harga sebelumnya ketika sinyal kesalahan berharga nol.

Gambar 2.8 menunjukkan contoh sinyal kesalahan yang disulutkan ke



dalam kendali integral dan keluaran kendali integral terhadap perubahan

sinyal kesalahan tersebut.

Hubungan antara sinyal kendali dan error adalah:

..(2.11)

Fungsi transfer dalam domain s adalah:

..(2.12)

Selama sinyal error masih ada, maka sinyal kendali akan beraksi

terus. Ketika sinyal error nol, u (t) tetap stasioner. Dengan demikian, aksi

kendali integral akan menghilangkan steady state error. Artinya output

sistem akan selalu mengejar setpoint sedekat mungkin. Aksi kendali

integral sering disebut automatic reset kendali. Kerugian dari aksi kendali

ini adalah terjadi osilasi sehingga mengurangi kestabilan sistem.

2.5.3 Aksi Pengendali Proportional plus Integral (PI)

Kendali Integral memiliki karakteristik mengurangi rise time,

menambah overshoot dan setling time, serta menghilangkan steady state

error. Kendali P dan I memiliki karakteristik yang sama dalam hal rise time

dan overshoot. Oleh karena itu, nilai Kp harus dikurangi untuk

menghindari overshoot yang berlebihan. Blok diagram kendali PI dapat

dilihat pada Gambar 2.9

Gambar 2.9 Blok diagram kendali PI



Hubungan antara sinyal kendali dan error adalah :

..(2.13)

Fungsi transfer dalam domain s adalah :

..(2.14)

dengan

Kp adalah gain proporsional, Ti adalah integral time. Integral time

mengatur aksi kendali integral sedangkan Kp akan mempengaruhi baik

bagian integral maupun proporsional. Kebalikan dari Ti disebut reset rate

yang artinya jumlah waktu per menit dimana bagian proporsional dari aksi

kendali diduplikasi.

Tabel 2.1 Karakteristik masing-masin pengendali

Closed-loop

Response

Rise Time Overshoot Settling

Time

SS Error

Kp Decrease Increase Small

change

Decrease

Ki Decrease Increase Increase Eliminate

2.6 MATLAB 7.1

MATLAB adalah sebuah bahasa high performance untuk komputasi

teknis. MATLAB adalah singkatan dari MATrix LABoratory. MATLAB

mengintegrasikan perhitungan, visualisasi, dan pemograman dalam suatu

lingkungan yang mudah digunakan, dimana permasalahan dan solusi

dinyatakan dalam notasi secara matematis yang dikenal umum.

MATLAB memungkinkan untuk melakukan visualisasi data dalam

berbagai cara, melakukan aljabar matriks, dan dapat melakukan



transformasi laplace secara langsung. Seperti dalam sebuah kalkulator

yang dapat diprogram, sebuah model dapat diciptakan, dan dieksekusi.

Dapat menyimpan urutan perintah sehingga memungkinkan melakukan

komputasi secara otomatis. MATLAB secara khusus dirancang untuk

bekerja dengan sekumpulan data tertentu sebagai vektor, matriks dan

gambar.

Gambar 2.10 Tampilan Window MATLAB


BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

Dalam bab ini penulis akan menjelaskan bagaimana prosedur dan

metoda penelitian yang akan digunakan

3.1 Studi Literatur

Studi literatur dilakukan dengan membaca beberapa buku, dan

browsing melalui internet yang berkaitan dengan model dinamis generator

sinkron, transformasi Park’s, sistem kontrol, pengendali PI dan

pemograman MATLAB.

3.2 Deskripsi Matematis Generator Sinkron

Untuk membuat persamaan generator sinkron, beberapa asumsi

perlu dinyatakan, diantaranya :

a. Terkait dengan mutual induktansi maka, fluks kumparan rotor dan

stator terdistribusi sinusoidal melalui air-gap

b. Histerisis magnet diabaikan.

c. Efek saturasi magnet diabaikan.

d. Harmonisa diabaikan

3.3 Transformasi Sumbu Sistem 3 Fasa

Transformasi sistem sumbu 3 fasa ke dalam sumbu qd0 sangat

dibutuhkan dalam penelitian ini tujuannya untuk penyederhanaan sumbu 3

fasa (sumbu abc) menjadi sumbu 2 fasa (sumbu qd0), sehingga dalam

melakukan analisa dan perhitungan menjadi lebih mudah[krause].

Bab 3 Metodologi Penelitian 17


3.3.1 Transformasi Terhadap Referensi qd0 rotor

Persamaan matrik tegangan stator adalah :

00000000000(3.1)

persamaan matrik tegangan rotor adalah :

.......................................(3.2)

Gambar 3.1 Generator sinkron 3 fasa hubung bintang

dengan,

dimana,

= tahanan kumparan stator

= tahanan kumparan rotor sumbu d

= induktansi bocor kumparan stator



= induktansi bocor kumparan rotor sumbu d

= mutual induktansi stator sumbu d

= mutual induktansi stator sumbu q

= induktansi sinkron sumbu d

= induktansi sinkron sumbu q

= fluks linkage kumparan stator sumbu d

= fluks linkage kumparan stator sumbu q

= fluks linkage kumparan rotor sumbu 0

= fluks linkage kumparan rotor sumbu d

= tegangan stator sumbu d

= tegangan stator sumbu q

= tegangan stator sumbu 0

= tegangan rotor sumbu d

Transformasi Park’s :

.........(3.3)

Transformasi tegangan, arus, dan fluks linkage pada stator adalah

sebagai berikut :

0000000000000(3.4)

Setelah ditransformasi maka persamaan stator (3.1) akan menjadi :

000..(3.5)



jika maka persamaan dapat direduksi menjadi :

0000000000.(3.6)

dan

...(3.7)

dan kemudian

dimana mewakili dalam besaran listrik rad/sec

sehingga persamaan (3.5) berubah menjadi

3.3.2 Fluks Linkage Terhadap Arus di Kumparan

Hubungan antara fluks linkage dan arus qd0 dapat diperoleh

dengan hanya mentransformasikan variabel stator saja, yaitu :

..00000(3.8)

00000..(3.9)



Dengan pemilihan referensi qd0 rotor, variabel kumparan rotor tidak

membutuhkan transformasi rotasi. Persamaan fluks pada kumparan rotor

adalah sebagai berikut :

........0000000(3.10)

3.3.3 Mereferensikan Variabel Rotor ke Stator

Persamaan ekivalen dari induktansi bersama pada sumbu q dan d

dalam kumparan stator direpresentasikan oleh dan

000000000.00000.(3.11)

000000.00000000.(3.12)

persamaan stator dan fluks linkage rotor dalam ekivalen arus rotor dan

induktansi bersama adalah,

00.(3.13)

dengan,

000...........000000000000.(3.14)

Selanjutnya kita akan mereferensikan variabel rotor ke stator

menggunakan rasio jumlah kumparan, arus rotor ekivalen yang

direferensikan ke stator ditandai dengan (‘) :

0000000000000000(3.15)

..................00000000000(3.16)

..................00000000000(3.17)



..............000000000000(3.18)

Dari persamaan (3.11) dan (3.12) induktansi kumparan dapat dinyatakan

sebagai berikut :

.........0000000000.(3.19)

Penggunaan variabel dan sebagai induktansi bersama

dalam rangkaian sumbu q dan d, secara esensial telah menentukan

hubungan fluks dalam sumbu ini, semua fluks linkage karena arus bocor

adalah komponen bocor. Dalam sumbu q dan d induktansi sinkron adalah

000000000000.(3.20)

3.3.4 Persamaan Tegangan dan Fluks Linkage dalam Referensi qd0-

rotor

Persamaan kumparan keseluruhan untuk generator sinkron dalam

referensi qd0 rotor adalah sebagai berikut :

0000000(3.21)

dan persamaan fluks linkage-nya adalah :



0000000000(3.22)

Gambar 3.2 a, b, dan c merupakan representasi dari rangkaian

ekivalen generator sinkron. Gambar dan persamaan ini hanya berlaku

untuk mesin dengan mengabaikan faktor saturasi dan harmonisa

Gambar 3.2a sumbu q

Gambar 3.2b sumbu d

Gambar 3.2c sumbu nol



Pada gambar 3.2a terlihat hanya ada variabel dari sumbu q dan

mutual induktansi antara kedua sumbu. Sedangkan pada gambar 3.2b

tidak hanya variabel dari sumbu d dan mutual induktansi antara kedua

sumbu tetapi juga ada variabel dari kumparan medan hal ini

dikarenakan kumparan medan terletak pada sumbu d seperti yang

tergambar pada gambar 2.4. Pada sumbu nol adalah titik netral pada

sumbu tiga fasa.

3.4 Pengukuran Parameter Generator Sinkron

Dalam pengukuran parameter ini terminal netral tidak dikeluarkan

(tidak ada parameter sumbu 0). Persamaan tegangan dalam vektor

adalah sebagai berikut :

.....00(3.23)

...0000..(3.24)

00.00..(3.25)

00000000..(3.26)

000000000000.(3.27)

Berdasarkan persamaan dan fluks yang telah didapat maka dapat

ditentukan parameter yang harus diukur yaitu, dan .

Jika dan dapat diukur langsung pada terminal kumparan, maka

dan . dapat dihitung.

3.4.1 Pengukuran dan

Dilakukan dengan rotor dalam keadaan terkunci dan posisi

kumparan secara skematik ditunjukan dalam gambar 3.3 Kemudian

transformasi matriknya adalah sebagai berikut[ivan jadric] :



dengan , , maka berubah menjadi :

.000000000000(3.28)

dan invers transformasi matrik,

00000000000.(3.29)

Gambar 3.3 Rangkaian pengukuran dan

Dalam gambar 3.2, arus jangkar dalam referensi abc dapat

dinyatakan sebagai .

000000000.(3.30)



Arus jangkar dalam referensi dq dapat dihitung dengat transformasi

park’s menghasilkan . Kemudian jika kumparan medan

dan dalam keadaan terbuka persamaan tegangan dan fluks

dalam referensi dq dapat direduksi menjadi :

..(3.31)

0000000......0000000..(3.32)

000000000000000.(3.32)

jika dan telah diketahui, maka dan dapat dihitung dan

menghasilkan :

0000(3.33)

000000000000000000(3.34)

000000.(3.35)

tegangan sumber didapatkan dari tegangan dan

000000..(3.36)

dalam fasor

00000(3.37)

dengan sebagai induktansi sinkron eksitasi sumbu d, maka dengan

mengukur , dan dapat ditentukan nilai dari .

Dalam kondisi yang sama, kecuali pada kumparan medan dimana

dan di-short , maka

000.(3.38)



dengan sebagai induktansi transient eksitasi sumbu d.

3.4.2 Pengukuran

Untuk mengukur parameter sumbu q kumparan masih di posisi

yang sama seperti pada pengukuran induktansi sumbu d tetapi pada

terminal kumparan jangkar dihubungkan seperti pada gambar. Dalam

kasus ini tidak penting apakah kumparan medan di-short atau di-open,

asalkan tidak ada fluks yang dihasilkan kumparan jangkar mempengaruhi

kumparan medan.

Gambar 3.4 Rangkaian pengukuran

Arus jangkar referensi abc adalah

0000000000(3.39)

dalam referensi dq menghasilkan . Kemudian persamaan

tegangan dalam dq menjadi :

000000000000000000.(3.40)

..(3.41)

Tegangan jangkar dalam referensi abc adalah



000.(3.42)

00000000000(3.43)

00000000.(3.44)

persamaan dapat ditulis menjadi (dalam fasor)

000000(3.45)

dengan sebagai induktansi sinkron eksitasi sumbu q, maka dengan

mengukur , dan dapat ditentukan nilai dari .

3.4.3 Pengukuran

Konstanta waktu sumbu d dapat diukur melalui terminal

kumparan medan. Cara mengukur dilihat dalam gambar 3.5. Perlu diingat

konstanta waktu tidak tergantung dari apakah direferensikan terhadap

rotor atau stator.

Gambar 3.5 Rangkaian pengukuran dan

Jika kumparan jangkar dibuka maka persamaan akan menjadi

0000000000.(3.46)



dalam fasor

000000000.(3.47)

Konstanta waktu transient open-circuit dapat diperoleh dari nilai resistif

dan induktif dari .

3.5 Pemodelan Generator Sinkron

Ketika tegangan terminal generator jatuh, , maka AVR

akan mendeteksi perubahan dan dengan segera menambahkan arus

eksitasi maka tegangan terminal akan kembali normal.

Perubahan ini akan diterapkan dalam suatu fungsi transfer yaitu Laplace

Transform, karena nantinya model akan disimulasikan menggunakan

software MATLAB. Di dalam transformasi laplace, .

3.5.1 Fungsi Transfer Generator Sinkron

Persamaan Laplace dapat ditulis dengan mengganti dengan

dan L (induktansi) didefinisikan sebagai X (reaktansi) maka persamaan

(3.21) dan (3.22) menjadi :

........................(3.48)

Jika perubahan kecepatan maksimal 5% maka dapat kita

definisikan :



.................................(3.49)

Sedangkan nilai dari dan (berhubungan dengan nilai arus

transient d.c) dalam penelitian ini diabaikan terlebih dahulu.

Maka persamaan (3.48) dapat ditulis kembali sebagai berikut :

............................(3.50)

kemudian

..............(3.51)

Jika pada persamaan (3.51) disubstitusikan ke dalam persamaan

maka persamaan menjadi

dengan ...............(3.52)



dari persamaan

dari persamaan

...............(3.53)

dan persamaan (3.61) dapat ditulis,

.......(3.54)

dengan

3.5.2 Fungsi Transfer Generator Sinkron + Beban

Jika generator dihubungkan dengan beban yang memiliki

impedansi dapat ditentukan beberapa persamaan sebagai

berikut :

Gambar 3.6 Model generator dengan AVR dan beban



(3.55)

Dengan mensubstitusi dan (3.55) pada persamaan

dan (3.54) dihasilkan

..(3.56)

kemudian substitusikan ke dalam persamaan ,

................................................(3.57)

dengan

; nilai gain generator + beban

; nilai time constant generator + beban

; eksitasi

3.6 Pemodelan dan simulasi Pengendali PI

Langkah awal pemodelan dan simulasi perangkat lunak sistem

kendali PI pada AVR ini adalah menetukan parameter P, dan I agar

tanggapan keluaran sinyal sistem (tegangan terminal generator) sesuai

dengan yang diinputkan (tegangan setpoint).

Pengaruh komponen proporsional terhadap tegangan generator

dapat dijelaskan sebagai error yang terjadi ketika tegangan kurang dari

setpoint, maka akan diperkuat oleh pengendali dengan nilai penguatan

tertentu (Kp) untuk menghasilkan sinyal kendali yang lebih besar,

sehingga tegangan generator bertambah sampai tegangan generator



stabil pada besaran tertentu dibawah set point. Komponen proporsional

memiliki kegunaan terbatas sebab tidak dapat membuat generator untuk

bertegangan tepat sesuai dengan set point, namun mampu menghasilkan

respon yang cepat terhadap sinyal error.

Pengembangan lebih lanjut dilakukan dengan menambahkan atau

mengurangkan nilai tertentu pada sinyal kendali hingga generator

mencapai set point, dimana tidak terjadi perubahan lebih lanjut. Secara

efektif nilai ini adalah integral dari sinyal error dan nilai ini diperkuat

dengan nilai penguatan tertentu (Ki) membentuk suku integral. Suku

integral bekerja lebih lambat untuk mengkoreksi error, namun mampu

menurunkan bahkan menghilangkan steady state error.

Langkah selanjutnya adalah melakukan penentuan konstanta PI

yang akan digunakan dalam perangkat lunak sistem untuk mengendalikan

tegangan generator agar memiliki respon yang baik. Penentuan konstanta

PI pada tugas akhir ini menggunakan metoda trianl and error dengan

mengacu pada karakteristik yang dimiliki masin-masing parameter PI

seperti yang ditunjukkan pada tabel 2.1. Secara umum metode ini

merupakan salah satu cara yang biasa digunakan untuk mendapatkan

nilai konstanta PI. Dengan mengacu pada tabel 2.1 tersebut, adapun

langkah penentuan nilai konstanta PI dengan metoda trial and error yang

dilakukan sebagai berikut :

1. Membuat nol konstanta pengendali integral (Ki).

2. Mengatur konstanta pengendali proporsional (Kp) dengan

menaikkan nilainya secara bertahap sampai rise time menjadi kecil

daripada rise time open loop transfer function.

3. Kemudian menentukan konstanta integral (Ki) untuk

menghilangkan error steady state sistem (nilai error sistem yang

minimum) yang terlihat dari respon yang dihasilkan sistem dengan

mengamati tegangan aktual motor yang terjadi.


BAB IV

PEMODELAN DAN SIMULASI AUTOMATIC VOLTAGE REGULATOR

UNTUK GENERATOR SINKRON 3 KVA


4.1 Hasil Pengukuran Generator Sinkron

Berdasarkan rumus pengukuran yang ada pada sub bab

metodologi penelitian maka nilai parameter yang dibutuhkan dapat

dihitung dengan hasil sebagai berikut :

4.1.1 Hasil Pengukuran dan

Setelah dilakukan pengukuran menurut prosedur maka didapatkan

hasil sebagai berikut :

1. Hasil pengukuran

2. Hasil pengukuran

Bab 4 Pemodelan dan Simulasi Automatic Voltage Regulator 34

Untuk Generator Sinkron 3 KVA

Berbasis Pengendali PI


4.1.2 Hasil Pengukuran

Setelah dilakukan pengukuran menurut prosedur maka didapatkan

hasil sebagai berikut :

4.1.3 Hasil Pengukuran

Setelah dilakukan pengukuran menurut prosedur maka didapatkan hasil

sebagai berikut





4.2. Simulasi Automatic Voltage Regulator Pada MATLAB

4.2.1 Pengujian Simulasi pada MATLAB dengan Fungsi Transfer

Open Loop dalam Keadaan Arus Beban Nol

Dari persamaan (3.57) dapat dibuat perintah dalam MATLAB,

berikut perintahnya :

R = 3000 ; X = 70000 ; xq = 16 ; rs = 2.625 ; xd = 22 ; x1d = 5 ; T1d0 = 0.25 ; u = 380 A = (sqrt(X^2+R^2)*sqrt((X+xq)^2+(R+rs)^2))/

(X+xd)*(X+xq)+(R+rs)^2) T = ((X+x1d)*(X+xq)+(R+rs)^2)*T1d0/((X+xd)*(X+xq)+(R+rs)^2) GG= A/(T+1) num = [0 A] den = [T 1] t=0:0.001:2 step(u*num,den,t)

Dari perintah diatas jika dieksekusi akan menghasilkan grafik,

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 20

50

100

150

200

250

300

350

400

Step Response

Time (sec)

Am

plitude

Gambar 4.1 Grafik Open Loop dengan arus beban nol

Dari gambar 4.1 dapat dilihat dengan memberikan input unit step

sebesar 380 Volt pada keadaan arus beban nol, dalam simulasi di

inputkan nilai beban dengan R= 3000 dan X=70000 hal ini dimaksudkan





untuk mendapatkan arus nol. Waktu transient yang dibutuhkan untuk

mencapai keadaan steady state berkisar 1.2 detik.


Open Loop dalam Keadaan Arus Setengah Beban Penuh

Untuk mendapatkan respon sinyal open loop dalam keadaan arus

setengah beban penuh dapat diberikan perintah MATLAB berikut,

R = 8 ; X = 120 ; xq = 16 ; rs = 2.625 ; xd = 22 ; x1d = 5 ; T1d0 = 0.25 ; u = 380

A = (sqrt(X^2+R^2)*sqrt((X+xq)^2+(R+rs)^2))/



0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 20

50

100

150

200

250

300

350

Step Response

Time (sec)

Am

plitude

Gambar 4.2 Grafik Open Loop dengan arus setengah beban penuh


sebesar 380 Volt pada keadaan arus setengah beban penuh ternyata

menghasilkan respon sinyal dibawah 380 Volt karena adanya drop voltage





yang diakibatkan oleh efek pembebanan dengan nilai arus eksitasi tetap.

Waktu transient yang dibutuhkan untuk mencapai keadaan steady state

berkisar 1 detik.


Open Loop dalam Keadaan Arus Beban Penuh

Untuk mendapatkan respon sinyal open loop dalam keadaan arus

beban penuh dapat diberikan perintah MATLAB berikut,

R = 4 ; X = 60 ; xq = 16 ; rs = 2.625 ; xd = 22 ; x1d = 5 ; T1d0 = 0.25 ; u = 380 A = (sqrt(X^2+R^2)*sqrt((X+xq)^2+(R+rs)^2))/



0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 20

50

100

150

200

250

300

Step Response

Time (sec)

Am

plitude

Gambar 4.3 Grafik Open Loop dengan arus beban penuh






sebesar 380 Volt pada keadaan arus beban penuh ternyata menghasilkan

respon sinyal dibawah 380 Volt karena adanya drop voltage yang

diakibatkan oleh efek pembebanan dengan nilai arus eksitasi tetap. Waktu

transient yang dibutuhkan untuk mencapai keadaan steady state berkisar

0.8 detik.

Jika dibandingkan dengan pengujian setengah beban penuh, maka

pengujian dengan beban penuh menghasilkan drop voltage yang lebih

besar


Close Loop dengan Kendali PI dalam Keadaan Arus Setengah

Beban Penuh

Untuk mendapatkan respon sinyal close loop dalam keadaan arus

setengah beban penuh dapat diberikan perintah MATLAB berikut,

R = 8 ; X = 120 ; xq = 16 ; rs = 2.625 ; xd = 22 ; x1d = 5 ; T1d0 = 0.25 ; Kp = 6 Ki = 37 u = 380

A = (sqrt(X^2+R^2)*sqrt((X+xq)^2+(R+rs)^2))/

((X+xd)*(X+xq)+(R+rs)^2) T = ((X+x1d)*(X+xq)+(R+rs)^2)*T1d0/((X+xd)*(X+xq)+(R+rs)^2) GG = A*Kp+(A*Ki)/(T+(A*Kp+1)+A*Ki) num = [0 A*Kp A*Ki] den = [T A*Kp+1 A*Ki] t = 0:0.01:2 step(u*num,den,t)






0 0.5 1 1.5 2 2.5 30

50

100

150

200

250

300

350

400

Step Response

Time (sec)

Am

plitude

Gambar 4.4 Grafik Close Loop dengan kendali PI dalam keadaan arus

setengah beban penuh


sebesar 380 Volt pada keadaan arus setengah beban penuh dengan

pengendali PI menghasilkan respon sinyal yang dapat mencapai nilai dari

input setpoint 380 Volt dan juga dengan waktu transient yang lebih singkat

yaitu 0.6 detik.


Close Loop dengan Kendali PI dalam Keadaan Arus Beban

Penuh

Untuk mendapatkan respon sinyal close loop dalam keadaan arus

beban penuh dapat diberikan perintah MATLAB berikut,

R = 4 ; X = 60 ; xq = 16 ; rs = 2.625 ; xd = 22 ; x1d = 5 ; T1d0 = 0.25 ; Kp = 5 Ki = 35 u = 380 A = (sqrt(X^2+R^2)*sqrt((X+xq)^2+(R+rs)^2))/

((X+xd)*(X+xq)+(R+rs)^2)





T = ((X+x1d)*(X+xq)+(R+rs)^2)*T1d0/((X+xd)*(X+xq)+(R+rs)^2) GG = A*Kp+(A*Ki)/(T+(A*Kp+1)+A*Ki) num = [0 A*Kp A*Ki] den = [T A*Kp+1 A*Ki] t = 0:0.01:2 step(u*num,den,t)


0 0.5 1 1.5 2 2.5 30

50

100

150

200

250

300

350

400

Step Response

Time (sec)

Am

plitude

Gambar 4.5 Grafik Close Loop dengan kendali PI dalam keadaan arus

beban penuh


sebesar 380 Volt pada keadaan arus beban penuh dengan pengendali PI

menghasilkan respon sinyal yang dapat mencapai nilai dari input setpoint

380 Volt dan juga dengan waktu transient yang lebih singkat yaitu 0.4

detik.


BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari hasil pemodelan generator dan pengujian dengan simulasi

MATLAB dapat disimpulkan bahwa :

1. Persamaan matematik generator sinkron (3.21) dan (3.22)

didapatkan dengan menerapkan matrik transformasi Park’s pada

persamaaan (3.1) dan (3.2)

2. Pengendali PI yang dirancang telah bekerja dengan baik karena

memiliki regulasi tegangan yang baik (kurang dari 5%)pasca

terjadinya fault.

3. Optimasi pada parameter PI telah didapatkan dengan melakukan

metoda trial and error

4. Bila menggunakan kendali PI (close loop) perubahan beban akan

direspon oleh pengendali dan memaksa sistem eksitasi untuk

menyesuaikan arus penguatan yang dibutuhkan agar kembali pada

tegangan nominal 380 Volt.

5.2 Saran

Dalam simulasi ini penulis masih merasakan kekurangan-

kekurangan dan perlu dilakukan perbaikan-perbaikan agar kinerja dari

AVR dapat disempurnakan. Saran-saran yang dapat penulis berikan

antara lain :

1. Pada penelitian ini digunakan model transien generator sinkron,

untuk penelitian selanjutnya dapat dikembangkan dengan

menggunakan model lengkap generator sinkron.

42


2. Untuk pengendali PI perlu ditambahkan modul auto tuning agar

respon sinyal yang dihasilkan oleh pengendali PI selalu sama

(berada pada nilai optimal) untuk setiap perubahan beban.


DAFTAR PUSTAKA

1. Chapman, Stephen J., “Electric Machinery Fundamentals”,

Singapore : McGraw-Hill,Inc, 1985.

2. P. C. Krause. “Analysis of Electric Machinery”, McGraw-Hill,

Singapore, 1987.

3. Ong, Che-Mun. “Dynamic Simulation of Electric Machinery”,

Prentice Hall, New Jersey, 1998.

4. Hase, Yoshihide. “Handbook of Power Sistem Engineering”, John

Wiley & Sons, England, 2007.

5. Kundur, Prabha. “Power Sistem Stability and Control”, Mc Graw-

Hill, New York, 1993.

6. Jadric, Ivan. “Modelling and Control of Synchoronous Generator

With Electronic Load”, Virginia Polytechnic Institute and State

University, Virginia, 1998.

7. A. Paz, Robert. “The design of The PID Controller”, Klipsch School

of Electrical and Computer Engineering, 2001.

8. Kreyszig, Erwin,”Advanced Engineering Mathematics”, Singapore :

John Wiley and Sons, Inc, 2003.

9. http://www.engin.umich.edu/group/ctm/PID/PID.html

10. http://dunia-listrik.blogspot.com/2009/06/avr-automatic-voltage-

regulator.html

L-1

LAMPIRAN

A. Name Plate Generator Sinkron

3-Phase Synchronous Generator

Output 3 Hp

Volt 220/380 V

Excitacy 30 V, 6A

RPM 1500

Freq 50 Hz

Pf 0,8

PEMODELAN DAN SIMULASI AVR UNTUK GENERATOR SINKRON 3 kVA BER.pdf

Documents

Transcript of PEMODELAN DAN SIMULASI AVR UNTUK GENERATOR SINKRON 3 kVA BER.pdf