09e00640

TUGAS AKHIR

SIMULASI PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI

TIGA PHASA DENGAN DIRECT TORQUE CONTROL DENGAN

MENGGUNAKAN MATLAB 7.0.1

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam

menyelesaikan pendididkan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro

Oleh

NAMA : JEREMIA PURBA

NIM : 0 4 0 4 0 2 0 4 6

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2009

Jeremia Purba : Simulasi Pengaturan Kecepatan Motor Induksi Tiga Phasa Dengan Direct Torque Control Dengan Menggunakan Matlab 7.0.1, 2009. USU Repository 2009

SIMULASI PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI TIGA PHASA

DENGAN DIRECT TORQUE CONTROL DENGAN MENGGUNAKAN

MATLAB 7.0.1

oleh :

JEREMIA S. PURBA

NIM : 04 0402 046

Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat

untuk memperoleh gelar sarjana Teknik Elektro

Disetujui oleh :

DOSEN PEMBIMBING

Ir. EDDY WARMAN

NIP : 130 809 911

Diketahui oleh :

KETUA DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

Ir. NASRUL ABDI, MT

NIP : 131 459 554

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2009


i

KATA PENGANTAR

Penulis bersyukur kepada Tuhan atas segala tuntunan dan pengajaran yang

diberikan-Nya dalam penyelesaian Tugas Akhir ini. Penulisan Tugas Akhir ini

bertujuan memenuhi syarat kurikulum Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,

Universitas Sumatera Utara dalam menyelesaikan program studi strata satu (S1).

Adapun judul Tugas Akhir ini adalah: Simulasi Pengaturan Kecepatan Motor Induksi

Tiga Phasa dengan Direct Torque Control dengan Menggunakan Matlab 7.0.1.

Selama penulisan Tugas Akhir ini, penulis mendapatkan banyak bantuan baik

berupa bimbingan dan kritikan sehingga dengan rasa syukur, penulis mengucapkan

terima kasih kepada:

1. Bapak Ir. Eddy Warman, selaku dosen pembimbing Tugas Akhir ini.

2. Bapak Ir. Syarifuddin Siregar, selaku dosen wali penulis yang telah

membantu dari awal perkuliahan sampai penyelesaian Tugas Akhir ini.

3. Bapak Ir. Nasrul Abdi, MT, selaku Ketua Departemen Teknik Elektro.

4. Bapak Rahmad Fauzi, ST. MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik

Elektro.

5. Ayah dan Ibu Tercinta yang mengasihi saya, yang telah memberikan semua

kemampuan mereka dalam menyediakan segala kebutuhan saya selama

perkuliahan.

6. Seluruh teman-teman Departemen Teknik Elektro stambuk 2004 serta

seluruh saudara-saudariku yang namanya tidak dapat saya sebutkan satu

persatu, atas bantuan yang diberikan kepada saya.

7. Seluruh teman-teman yang ada di Laboratorium Elektrnika Dasar, yang

telah banyak menberikan dukungan dan bantuan selama penulisan tugas

akhir ini.


ii

Akhirnya penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam penulisan Tugas

Akhir ini. Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan saran yang membangun demi

penyempurnaan Tugas Akhir ini. Kiranya Tugas Akhir ini berguna bagi pembaca

terutama yang ingin mendalami pengontrolan pada motor induksi tiga phasa.

Terima kasih.

Medan, Januari 2008

( Jeremia Purba )


iii

ABSTRAK

Motor induksi banyak dipergunakan dalam industri saat ini karena dalam

penggunaannya motor induksi dapat dioperasikan dengan kecepatan yang bervariasi.

Pengaturan kecepatan putaran motor induksi dapat dilakukan dengan beberapa

metode dan salah satu metode yang digunakan adalah dengan mengatur torsi secara

langsung.

Direct Torque Control (DTC) merupakan teknologi terbaru yang dapat

mengatur fluks dan torsi motor induksi secara langsung dengan mengatur vektor

tegangannya. Pengaturan vektor ini menggunakan pengendalian umpan balik torsi

dan fluks stator . Fluks dan torsi ini dihitung dari tegangan dan arus stator yang

diukur pada motor. Metode ini menggunakan model referensi stator (stator reference

frames) motor induksi

Dalam tulisan ini pengaturan kecepatan motor induksi tiga phasa dengan

Direct Torque Control akan disimulasikan dengan Matlab 7.0.1.


iv

DAFTAR ISI

Kata Pengantar ......................................................................................................... i

Abstrak................................................................................................................... iii

Daftar Isi ................................................................................................................ iv

Daftar Gambar ...................................................................................................... vii

Daftar Tabel ........................................................................................................... ix

BAB I : PENDAHULUAN

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

1.2 Rumusan Masalah.......................................................................... 2

1.3 Tujuan Penulisan............................................................................ 2

1.4 Batasan Masalah ............................................................................ 3

1.5 Metodologi Penulisan .................................................................... 3

1.6 Sistematika Penulisan .................................................................... 3

BAB II: MOTOR INDUKSI

2.1 Umum ............................................................................................ 5

2.2 Konstruksi Motor Induksi .............................................................. 5

2.2.1 Stator ................................................................................... 6

2.2.1 Rotor ................................................................................... 7

2.3 Medan Putar ................................................................................... 9

2.4 Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Phasa...................................... 12

2.5 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi ............................................ 14

2.6 Pengaturan Putaran Motor Induksi .............................................. 18

2.7 Perhitungan Performansi Motor Induksi Tiga Phasa ................... 19


v

2.7.1 Aliran Daya Pada Motor Induksi ...................................... 19

2.7.2 Perhitungan Torsi Pada Motor Induksi tiga Phasa............ 21

2.8 Model Dinamik Motor Induksi .................................................... 23

2.8.1 Model Motor Induksi Dua Phasa ...................................... 23

2.8.2 Transformasi untuk Memperoleh Matriks Yang

Konstan ............................................................................. 26

2.8.3 Transformasi Tiga Phasa ke Dua Phasa............................ 30

BAB III : PENGONTROLAN TORSI SECARA LANGSUNG

(DIRECT TORQUE CONTROL)

3.1 Umum ................................................................................................34

3.2 Pengontrolan Vektor Pada Motor Induksi..........................................35

3.3 Kondisi Switching dan Vektor Tegangan Output Inverter.37

3.4 Pengontrolan Fluks. ...........................................................................42

3.5 Pengontrolan Torsi 44

BAB IV : SIMULASI PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI TIGA

PHASA DENGAN DIRECT TORQUE CONTROL DAN

PEMBAHASANNYA

4.1 Umum 49

4.2 Rangkaian Simulasi ...49

4.3 Spesifikasi Komponen Simulasi ...50

4.4 Simulasi Dan Analisa Hasil Simulasi.55


vi

BAB V : PENUTUP

5.1 Kesimpulan 60

5.1 Saran ..................................................................................................60

DAFTAR PUSTAKA ..........................................................................................61


vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Konstruksi motor induksi rotor belitan ............................... 6

Gambar 2.2 Stator ................................................................................... 6

Gambar 2.3 Rotor Sangkar .................................................................... 7

Gambar 2.4 Rotor Belitan....................................................................... 8

Gambar 2.5 Arus tiga phasa seimbang .................................................. 9

Gambar 2.6 Diagram phasor fluksi tiga phasa seimbang ....................... 9

Gambar 2.7 Medan putar pada motor induksi tiga fasa ........................ 10

Gambar 2.8 Rangkaian pengganti motor induksi ................................. 14

Gambar 2.9 Rangkaian ekivalen stator ................................................. 15

Gambar 2.10 Rangkaian ekivalen rotor .................................................. 17

Gambar 2.11 Rangkaian ekivalen motor induksi sisi stator ................... 18

Gambar 2.12 Rangkaian ekivalen per-phasa motor induksi tiga phasa.. 19

Gambar 2.13 Diagram aliran daya pada motor induksi tiga phasa......... 20

Gambar 2.14 Rangkaian ekivalen Thevenin per phasa motor induksi

tiga phasa .......................................................................... 22

Gambar 2.15 Kumparan stator dan rotor motor induksi dua-phasa........ 24

Gambar 2.16 Transformasi variabel rotor dari nilai aktual ke nilai

khayalan ............................................................................ 27

Gambar 2.17 Kumparan stator motor dua phasa dan tiga phasa ............ 30

Gambar 3.1 Skema DTC....................................................................... 35

Gambar 3.2 Rangkaian daya penggerak motor induksi tiga phasa....... 37

Gambar 3.3 Bentuk gelombang tegangan keluaran Dioda ................... 38

Gambar 3.4 Bentuk tegangan keluaran inverter ................................... 38


viii

Gambar 3.5 Tegangan output inverter untuk setiap switching ............. 41

Gambar 3.6 Pembagian fluks linkages stator dalam 6 ruang................ 43

Gambar 3.7 Pengaruh switching IV dan VIV pada phasor fluks stator.. 44

Gambar 3.8 Blok diagram pengontrolan motor induksi dengan

direct torque control ......................................................... 47

Gambar 4.1 Rangkaian simulasi pengaturan kecepatan motor induksi

tiga phasa dengan direct torque control............................ 50

Gambar 4.2 Sumber tiga phasa ............................................................. 50

Gambar 4.3 Blok Parameter sumber tiga phasa.................................... 51

Gambar 4.4 DTC Induction Motor Drive ............................................. 51

Gambar 4.5 Blok Parameter asynchronous machine............................ 52

Gambar 4.6 Blok parameter converter and DC bus ............................. 53

Gambar 4.7 Blok parameter controller................................................. 54

Gambar 4.8 Demux ............................................................................... 55

Gambar 4.9 Scope ................................................................................. 55

Gambar 4.10 Grafik hasil simulasi untuk kondisi tanpa torsi beban ...... 56

Gambar 4.11 Grafik hasil simulasi untuk kondisi dengan torsi beban

sebesar 300 Nm................................................................. 57


sebesar 600 Nm................................................................. 58


ix

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Kondisi switching inverter phasa a ................................... 39

Tabel 3.2 Kondisi switching inverter ................................................ 40

Tabel 3.3 Tegangan keluaran inverter............................................... 41

Tabel 3.4 Sambungan tabel tegangan keluaran inverter ................... 42

Tabel 3.5 Logic pegontrolan fluks .................................................... 43

Tabel 3.6 Logic pengontrolan torsi ................................................... 44

Tabel 3.7 Kondisi switching untuk berbagai kondisi TSS , dan S 45

Tabel 3.8 Logic fluks phasor ............................................................ 47

Tabel 4.1 Respon Kecepatan dengan kecepatan Aktual 600 rpm .... 59

Tabel 4.2 Respon Kecepatan dengan kecepatan Aktual 1200 rpm... 59


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Pada era saat ini, kebutuhan akan alat produksi yang tepat sangat diperlukan

agar dapat meningkatkan efisiensi waktu dan biaya. Sebagian besar dari peralatan

industri menggunakan tenaga listrik sebagai penggerak utama, yaitu motor listrik.

Pemilihan motor listrik untuk industri merupakan salah satu hal penting yang harus

dipertimbangkan.

Pada awalnya yang paling banyak digunakan dalam aplikasi mesin listrik yang

membutuhkan pengaturan kecepatan dan torsi dengan kehandalan yang tinggi adalah

motor DC karena fluks dan torsinya dapat dengan mudah diatur, yaitu dengan

mengubah arus jangkar atau arus medannya. Kekurangan motor ini adalah

membutuhkan perawatan yang rutin karena memiliki brush dan komutator, disamping

itu harganya relatif lebih mahal dibandingkan motor induksi. Motor induksi merupakan

motor yang paling menguntungkan dibandingkan dengan motor yang lain. Salah satu

keuntungan utamanya adalah motor induksi tidak membutuhkan hubungan elektrik

antara stator dengan rotor motor. Oleh karena itu motor induksi tidak membutuhkan

brush dan komutator, sehingga tidak membutuhkan perawatan yang rutin. Motor

induksi memiliki harga yang lebih murah, lebih ringan, padat dan kokoh serta memiliki

efisiensi yang tinggi. Tetapi dalam hal pengaturan kecepatan dan torsi motor induksi

bukanlah suatu permasalahan yang mudah untuk dilakukan.

Seiring dengan kemajuan dalam bidang elektronika daya maka teknologi

pengaturan mesin listrik mengalami terobosan yang menggembirakan untuk memenuhi

kebutuhan pengaturan motor induksi dalam dunia industri. Perkembangan penggerak


2

motor induksi ini didasari atas keinginan untuk menandingi bahkan melebihi

kehandalan penggerak motor DC, seperti respon torsi yang cepat, dan ketelitian

pengaturan kecepatan, disamping itu juga memanfaatkan keunggulan motor induksi.

Generasi pertama penggerak motor induksi ini menggunakan pulse width modulation

untuk memberikan frekuensi arus sinusoidal yang dapat diubah kepada stator motor

induksi. Tetapi dengan cara ini tidak mampu mengatur torsi secara langsung. Dengan

kemajuan teknologi elektronika daya maka pengaturan motor induksi dengan Direct

Torque Control (DTC) ini telah memungkinkan untuk membuat motor induksi yang

berfungsi sebagai sumber torsi dengan pengaturan torsi secara langsung (direct torque

control).

1.2 RUMUSAN MASALAH

Dari latar belakang diatas, maka dapat dirumuskan beberapa permasalahan

antara lain :

1. Bagaimana cara pengaturan kecepatan putaran motor induksi.

2. Apa pengaruh perubahan torsi terhadap kecepatan putaran motor induksi.

3. Bagaimana keandalan pengaturan torsi secara langsung pada motor induksi.

1.3 TUJUAN PENULISAN

Adapun tujuan penulisan tugas akhir ini adalah

1. Untuk memberikan penjelasan pengaturan torsi secara langsung (direct

torque control).

2. Untuk memberikan pembahasan simulasi pengaturan torsi secara langsung

(direct torque control) dengan matlab.


3

1.4 BATASAN MASALAH

Untuk menjaga agar pembahasan materi dalam tugas akhir ini lebih terarah,

penulis menetapkan suatu batasan masalah sebagai berikut:

1. Tidak membahas pengaruh direct torque control (DTC) pada saat starting

motor induksi.

2. Tidak membahas bagaimana pengontrolan torsi pada motor DC.

3. Tidak membahas secara rinci peralatan elektronika daya yang digunakan.

4. Tidak membahas pengaruh harmonisa terhadap motor induksi tiga phasa.

1.5 METODOLOGI PENULISAN

Metode yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut:

1. Studi literature : mengambil bahan dari buku-buku referensi, jurnal,

majalah dan sebagainya.

2. Studi bimbingan : Diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing

yang telah ditunjuk oleh pihak Departemen Teknik Elektro USU, mengenai

masalah-masalah yang timbul selama penulisan Tugas Akhir ini

berlangsung

3. Percobaan dan pengamatan melalui simulasi Matlab.

1.6 SISTEMATIKA PENULISAN

Gambaran tulisan ini secara singkat dapat diuraikan pada sistematika

pembahasan sebagai berikut :


4

BAB I: PENDAHULUAN

Bab ini menguraikan latar belakang penulisan, rumusan masalah,

tujuan penulisan, batasan masalah, metode penulisan, sistematika

penulisan.

BAB II: MOTOR INDUKSI TIGA PHASA

Bab ini menjelaskan konstruksi, teori medan putar, prinsip kerja,

rangkaian ekivalen dan model dinamik motor induksi.

BAB III: PENGONTROLAN TORSI SECARA LANGSUNG (DIRECT

TORQUE CONTROL) DENGAN INVERTER

Dalam bab ini dijelaskan prinsip terjadinya vektor tegangan inverter,

flux yang terjadi serta torsi yang dikontrol secara langsung oleh

switching inverter.

BABIV: SIMULASI PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI

DENGAN DIRECT TORQUE CONTROL SERTA

PEMBAHASANNYA

Bab ini menguraikan rangkaian simulasi, spesifikasi komponen

simulasi, prosedur simulasi, hasil simulasi, data hasil simulasi, dan

analisa hasil simulasi pengontrolan dengan direct torque control.

BAB V : PENUTUP

Dalam bab ini dituliskan hal-hal yang dianggap penting di dalam

penulisan yang dirangkumkan sebagai kesimpulan dan saran.

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN


5

BAB II

MOTOR INDUKSI

2.1 Umum

Motor listrik yang paling umum dipergunakan dalam perindustrian industri

adalah motor induksi. Berdasarkan phasa sumber daya yang digunakan, motor induksi

dapat diklasifikasikan menjadi motor satu phasa dan motor phasa banyak. Karena

sistem distribusi umumnya adalah tiga phasa, maka motor phasa banyak biasanya

adalah tipe tiga phasa. Motor induksi tiga phasa banyak digunakan di dalam berbagai

bidang industri, sedangkan motor induksi satu phasa banyak digunakan pada peralatan

rumah tangga karena motor induksi satu phasa mempunyai daya keluaran yang rendah.

Adapun beberapa keuntungan motor induksi dibandingkan motor lain adalah

konstruksinya yang sederhana tetapi padat dan kuat, ukurannya lebih kecil dan lebih

ringan sehingga harganya lebih murah, perawatan yang mudah, dan memiliki efisiensi

yang tinggi. Tetapi dalam hal pengaturan kecepatan dan pengontrolan torsi lebih sulit

dilakukan dibandingkan motor dc. Tetapi seiring perkembangan teknologi dalam

bidang elektronika daya, telah memungkinkan untuk menandingi motor dc dalam hal

pengaturan kecepatan dan pengontrolan torsi.

2.2 Konstruksi Motor Induksi

Motor induksi terdiri dari dua bagian utama yaitu stator dan rotor. Stator

merupakan bagian yang diam dan rotor bagian yang berputar. Stator dan rotor

dipisahkan oleh celah udara yang jaraknya sangat kecil. Konstruksi motor induksi

diperlihatkan pada Gambar 2.1.


6

Gambar 2.1 Konstruksi motor induksi rotor belitan

2.2.1 Stator

Stator motor induksi pada prinsipnya sama dengan stator motor sinkron. Stator

tersebut terbuat dari sejumlah stamping (kaki) yang membentuk slot, tempat dari

belitan-belitannya. Belitan pada stator adalah belitan tiga phasa yang dihubungkan

dengan sumber tiga phasa. Belitannya dibelitkan untuk sejumlah kutub tertentu,

dimana jumlah pastinya ditentukan dari kecepatan yang dibutuhkan. Semakin besar

jumlah kutub, kecepatan putarnya semakin berkurang dan sebaliknya.

Jika belitan stator disuplai dengan tegangan tiga phasa maka akan mengalir arus

tiga phasa yang akan menghasilkan fluks magnetik berputar dengan besaran yang

konstan, fluks magnetik yang berputar ini akan menginduksikan ggl pada rotor.

Konstruksi stator motor induksi ditunjukkan pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Stator


7

2.2.2 Rotor

Ada dua jenis kumparan rotor, yaitu jenis rotor sangkar (squirel-cage rotor)

dan rotor belitan (wound rotor). Kedua rotor ini bekerja pada prinsip yang sama dan

mempunyai konstruksi stator yang sama, hanya berbeda dalam konstruksinya saja.

a. Rotor Sangkar (Squirrel Cage Rotor)

Hampir 90% dari motor induksi adalah jenis rotor sangkar, karena jenis ini

mempunyai konstruksi yang sangat sederhana dan kuat. Rotor ini seperti pada

Gambar 2.3, terdiri dari laminasi silindris inti dengan slot-slot yang paralel sebagai

tempat dari konduktornya, dan konduktor-konduktor ini terbuat dari batangan

tembaga atau aluminium alloy. Konduktornya tidak terisolasi dari inti, karena arus

rotor secara alamiah akan mengalir melalui tahanan yang paling kecil, yaitu

konduktor rotor. Pada setiap ujung konduktor rotor, semuanya dihubungsingkatkan

dengan cincin ujung sehingga tidak mungkin menambahkan tahanan luar sebagai

pembantu starting.

Gambar 2.3 Rotor sangkar

Batang rotor dan cincin ujung motor sangkar yang lebih kecil adalah coran

tembaga atau aluminium dalam satu lempeng pada inti rotor. Dalam motor yang

lebih besar, batang rotor tidak dicor melainkan dibenamkan ke dalam alur rotor dan

kemudian dilas dengan kuat ke cincin ujung. Batang rotor motor sangkar tidak


8

selalu ditempatkan paralel terhadap poros motor tetapi kerapkali dimiringkan. Hal

ini akan menghasilkan torsi yang lebih seragam dan juga mengurangi derau

dengung magnetik sewaktu motor sedang berputar.

b. Rotor Belitan (Wound Rotor)

Motor rotor belitan atau motor cincin slip berbeda dengan motor sangkar

dalam hal konstruksi rotornya. Rotor ini memiliki belitan tiga phasa dengan jumlah

kutub yang sama dengan stator. Belitan rotor ini juga diberikan tambahan resistansi

luar yang terhubung melalui slip-ring. Seperti namanya, rotor dililit dengan lilitan

terisolasi serupa dengan lilitan stator. Lilitan phasa rotor dihubungkan secara dan

masing-masing phasa ujung terbuka yang dikeluarkan ke cincin slip yang terpasang

pada poros rotor.

Motor rotor belitan kurang banyak digunakan dibandingkan dengan motor

sangkar tupai karena harganya yang mahal dan biaya pemeliharaannya yang lebih

besar. Rotor ini dapat dilihat pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4 Rotor belitan


9

2.3 Medan Putar

Ketika belitan tiga phasa dari motor induksi diberi suplai maka medan

magnet yang berputar akan dihasilkan. Medan magnet ini dibentuk oleh kutub-

kutubnya yang berada pada posisi yang tidak tetap pada stator tetapi berubah-ubah

mengelilingi stator. Adapun magnitudo dari medan putar ini selalu tetap yaitu sebesar

1.5 m dimana m adalah fluks yang disebabkan suatu phasa.

Untuk melihat bagaimana medan putar dibangkitkan, maka dapat diambil

contoh pada motor induksi tiga phasa dengan jumlah kutub dua. Dimana ke-tiga

phasanya R, S, T disuplai dengan sumber tegangan tiga phasa, dan arus pada phasa ini

ditunjukkan sebagai IR, IS, dan IT, maka fluks yang dihasilkan oleh arus-arus ini adalah:

R = m sin t ...................................................................( 2.1a )

S = m sin (t 120o )............................................................( 2.1b )

T = m sin (t 240o )............................................................( 2.1c )

Gambar 2.5 Arus tiga phasa seimbang

Gambar 2.6 Diagram phasor fluks tiga phasa seimbang


10

i ii

iii iv

2.7 Medan putar pada motor induksi tiga phasa

(i) Pada keadaan 1 ( Gambar 2.5 ), t = 0 ; arus dalam phasa R bernilai nol

sedangkan besarnya arus pada phasa S dan phasa T memiliki nilai yang sama dan

arahnya berlawanan. Dalam keadaan seperti ini arus sedang mengalir ke luar dari

konduktor sebelah atas dan memasuki konduktor sebelah bawah. Sementara

resultan fluks yang dihasilkan memiliki besar yang konstan yaitu sebesar 1,5 m

dan dibuktikan sebagai berikut :

R = 0 ; S = m sin ( -120o ) = 23 m ;

T = m sin ( -240o ) = 23 m

Oleh karena itu resultan fluks, r adalah jumlah phasor dari T dan S

Sehinngga resultan fluks, r = 2 x 23

m cos 30o = 1,5 m


11

(ii) Pada keadaan 2, arus bernilai maksimum negatif pada phasa S, sedangkan pada

phasa R dan phasa T bernilai 0,5 maksimum, dan pada saat ini t = 30o, oleh

karena itu fluks yang diberikan oleh masing-masing phasa :

R = m sin ( 30o ) = 0,5 m S = m sin ( -90o ) = - m T = m sin (-210o) = 0,5 m

Maka jumlah phasor R dan - T adalah = r = 2 x 0,5 m cos 60 = 0,5 m.

Sehingga resultan fluks r = 0,5 m + m = 1,5 m.

Dari gambar diagram phasor tersebut dapat dilihat bahwa resultan fluks

berpindah sejauh 30o dari posisi pertama.

(iii) Pada keadaan ini t = 60o, arus pada phasa R dan phasa S memiliki besar yang

sama dan arahnya berlawanan ( 0,866 m ), oleh karena itu fluks yang diberikan

oleh masing-masing phasa :

R = m sin ( 60o ) = 23m

S = m sin ( -60o ) = 23 m

T = m sin ( -180o ) = 0

Maka magnitudo dari fluks resultan : r = 2 x 23 m cos 30o = 1,5 m




12

( iv ) Pada keadaan ini t = 90o, arus pada phasa R maksimum ( positif), dan arus pada

phasa S dan phasa T = 0,5 m , oleh karena itu fluks yang diberikan oleh

masing-masing phasa:

R = m sin ( 90o ) = m S = m sin ( -30o ) = - 0,5 m T = m sin (-150o) = - 0,5 m

Maka jumlah phasor - T dan S adalah = r = 2 x 0,5 m cos 60 = 0,5 m.

Sehingga resultan fluks r = 0,5 m + m = 1,5 m.



2.4 Prinsip Kerja Motor Induksi Tiga Phasa

Prinsip kerja motor induksi tiga phasa dapat dijelaskan sebagai berikut :

Jika pada belitan stator diberi tegangan tiga phasa, maka pada stator akan

dihasilkan arus tiga phasa. Arus ini akan mengalir melalui belitan yang akan

menimbulkan fluks dan karena adanya perbedaan sudut phasa sebesar 1200 antara

ketiga phasanya, maka akan timbul medan putar dengan kecepatan sinkron ns.

p

fn

= 120s ( rpm ) ......................................... (2.2)

Dalam stator sendiri akan timbul tegangan pada masing-masing phasa yang dinyatakan

= 11 44,4 fNE ( Volt ) .................................. (2.3) Dalam keadaan rotor masih diam, medan putar stator akan memotong batang

konduktor pada rotor. Akibatnya pada kumparan rotor timbul tegangan induksi (ggl)

sebesar E2 :


13

m22 44,4 = fNE ( Volt ) ................................. (2.4) dimana :

E2 = Tegangan induksi pada rotor saat rotor dalam keadaan diam (Volt)

N2 = Jumlah lilitan kumparan rotor

m = Fluks maksimum(Wb)

Karena kumparan rotor membentuk rangkaian tertutup, maka ggl tersebut akan

menghasilkan arus I2. Adanya arus I2 di dalam kumparan rotor akan menghasilkan

medan magnet rotor. Interaksi medan magnet rotor dengan medan putar stator akan

menimbulkan gaya F pada rotor. Bila kopel mula yang dihasilkan oleh gaya F cukup

besar untuk memikul kopel beban, rotor akan berputar searah medan putar stator.

Perputaran rotor akan semakin meningkat hingga mendekati kecepatan sinkron.

Perbedaan kecepatan sinkron medan putar stator (ns) dan kecepatan rotor (nr) disebut

slip, dinyatakan dengan:

%100s

rs =n

nns ................................................ (2.5)

Pada saat rotor dalam keadan berputar, besarnya tagangan yang terinduksi pada

kumparan rotor akan bervariasi tergantung besarnya slip, dan tegangan induksi ini

dinyatakan dengan E2s.

m2s2 44,4 = sfNE ( Volt ) ............................... (2.6)

dimana :

E2s = tegangan induksi pada rotor dalam keadaan berputar (Volt)

f2 = s. f = frekuensi rotor (frekuensi tegangan induksi pada rotor dalam

keadaan berputar)

Bila ns = nr, tegangan tidak akan terinduksi dan arus tidak akan mengalir pada

kumparan rotor, karenanya tidak dihasilkan kopel. Kopel ditimbulkan jika nr < ns.


14

2.5 Rangkaian Ekivalen Motor Induksi

Kerja motor induksi seperti juga kerja transformator adalah berdasarkan prinsip

induksi-elektromagnetik. Oleh karena itu, motor induksi dapat dianggap sebagai

transformator dengan rangkaian sekunder yang berputar. Rangakian pengganti motor

induksi dapat dilihat pada gambar 2.8.

Gambar 2.8 Rangkaian pengganti motor induksi

Untuk menentukan rangkaian ekivalen dari motor induksi tiga phasa, pertama-

tama perhatikan keadaan pada stator. Gelombang fluks pada celah udara yang berputar

sinkron membangkitkan ggl lawan tiga phasa yang seimbang di dalam phasa-phasa

stator. Besarnya tegangan terminal stator berbeda dengan ggl lawan sebesar jatuh

tegangan pada impedansi bocor stator, sehingga dapat dinyatakan dengan persamaan

1V = 1E + 1I ( 11 jXR + ) Volt .(2.7)

Di mana: 1V = tegangan terminal stator (Volt)

1E = ggl lawan yang dihasilkan oleh fluks celah udara resultan(Volt)

1I = arus stator (Ampere)

1R = resistansi efektif stator (Ohm)

1X = reaktansi bocor stator (Ohm)

Seperti halnya transformator, arus stator dapat dipecah menjadi dua komponen,

komponen beban dan komponen peneralan. Komponen beban 2I menghasilkan suatu

1V

1R 1X

1I

cR mX

I

cI mI

2I

1E

2sX

2I

2R2Es


15

fluks yang akan melawan fluks yang diakibatkan arus rotor. Komponen peneralan I ,

merupakan arus stator tambahan yang diperlukan untuk menghasilkan fluks celah

udara resultan. Arus peneralan dapat dipecah menjadi komponen rugi-rugi inti IC yang

sephasa dengan 1E dan komponen magnetisasi mI yang tertinggal dari 1E sebesar

90 . Sehingga dapat dibuat rangkaian ekivalen pada stator, seperti Gambar 2.9.

Gambar 2.9 Rangkaian ekivalen stator

Pada rotor belitan, jika belilitan yang dililit sama banyaknya dengan jumlah

kutub dan phasa stator. Jumlah lilitan efektif tiap phasa pada lilitan stator banyaknya a

kali jumlah lilitan rotor. Bandingkan efek magnetis rotor ini dengan yang terdapat pada

rotor ekivalen magnetik yang mempunyai jumlah lilitan yang sama seperti stator.

Untuk kecepatan dan fluks yang sama, hubungan antara tegangan rotorE yang

diimbaskan pada rotor yang sebenarnya dan tegangan sE 2 yang diimbaskan pada rotor

ekivalen adalah

sE 2 = a rotorE ...(2.8)

Bila rotor rotor akan diganti secara magnetis, lilitan-ampere masing- masing

harus sama, dan hubungan antara arus rotor sebenarnya rotorI dan arus sI 2 pada rotor

ekivalen haruslah

sI 2 = a

I rotor ..(2.9)

1V

1R 1X

1I

cR mX

I

cI mI

2I

1E


16

Akibatnya hubungan antara impedansi bocor frekuensi slip SZ 2 dari rotor

ekivalen dan impedansi bocor frekuensi slip rotorZ dari rotor yang sebenarnya haruslah

sebagai berikut

SZ 2 = =S

S

IE

2

2 =rotor

rotor

IEa 2

rotorZa2 ( Ohm ) . .(2.10)

Karena rotor terhubung singkat, hubungan fasor antara ggl frekuensi slip sE 2

yang dibangkitkan pada phasa patokan dari rotor patokan dan arus sI 2 pada phasa

tersebut adalah

=S

S

IE

2

2SZ 2 = 2R + 2jsX ..(2.11)

Dimana: SZ 2 = impedansi bocor rotor frekuensi slip/phasa (Ohm)

2R = tahanan rotor (Ohm)

2sX = reaktansi bocor patokan pada frekuensi slip (Ohm)

Reaktansi yang didapat pada persamaan (2.11) dinyatakan dalam cara yang

demikian karena sebanding dengan frekuensi rotor dan slip. Jadi 2X didefinisikan

sebagai harga yang akan dimiliki oleh reaktansi bocor pada rotor dengan patokan pada

frekuensi stator.

Pada stator ada gelombang fluks yang berputar pada kecepatan sinkron.

Gelombang fluks ini akan mengimbaskan tegangan pada rotor dengan frekuensi slip

sebesar sE 2 dan ggl lawan stator 1E . Bila bukan karena efek kecepatan, tegangan rotor

akan sama dengan tegangan stator, karena lilitan rotor identik dengan lilitan stator.

Karena kecepatan relatif gelombang fluks terhadap rotor adalah s kali kecepatan

terhadap stator, hubungan antara ggl efektif pada stator dan rotor adalah

sE 2 = 2Es ...(2.12)


17

Gelombang fluks magnetik pada rotor dilawan oleh fluks magnetik yang

dihasilkan komponen beban 2I dari arus stator, dan karenanya, untuk harga efektif

sI 2 = 2I ...................................................................................(2.13)

Dengan membagi persamaan (2.12) dengan persamaan (2.13) didapatkan:

=S

S

IE

2

2

2

2

IEs .(2.14)

Didapat hubungan antara persamaan (2.13) dengan persamaan (2.14), yaitu

=S

S

IE

2

2

2

2

IEs = 2R + 2jsX ...(2.15)

Dengan membagi persamaan (2.15) dengan s, maka didapat

2

2

IE =

sR2 + 2jX ...(2.16)

Dari persamaan (2.11) , (2.12) dan (2.16) maka dapat digambarkan rangkaian ekivalen

pada rotor seperti pada Gambar 2.10.

Gambar 2.10 Rangkaian ekivalen rotor

s

R2 = s

R2 + 2R - 2R

s

R2 = 2R + )11(2 sR ..(2.17)

Dari penjelasan mengenai rangkaian ekivalen pada stator dan rotor di atas,

maka dapat dibuat rangkaian ekivalen motor induksi tiga phasa pada masing-masing

phasanya dan untuk mempermudah perhitungan maka rangkaian ekivalen dilihat dari

sisi stator seperti pada Gambar 2.11.

sE2

2R

2sX

2X

sR2

2R

)11(2 sR2I 2I

2X

2IsE2 sE2


18

Gambar 2.11 Rangkaian ekivalen motor induksi sisi stator

Dimana: 2'X = 22 Xa

2'R = 22 Ra

2.6 Pengaturan Putaran Motor Induksi

Operasi putaran suatu motor induksi, diberikan oleh persamaan :

)1(.120)1( Sp

fSnn sr == ..(2.18)

Dari persamaan 2.18, dapat dilihat bahwa pengaturan putaran pada motor induksi

dapat dilakukan beberapa cara, yakni:

Mengubah jumlah kutub

Salah satu cara pengaturan putaran adalah dengan mengubah jumlah kutub p,

dan ini hanya dapat memberikan perubahan putaran yang diskrit, karena p harus

merupakan bilangan bulat. Dengan perencanaan yang benar dari rotor sangkar , hanya

diperlukan untuk mengubah jumlah kutub dari belitan stator, bersamaan dengan itu

arus akan rotor akan menemukan jalurnya masing-masing pada sangkar.

Mengubah frekuensi Pengaturan frekuensi untuk mengendalikan putaran motor induksi biasanya

dibarengi juga dengan pengaturan tegangan masuk yang sebanding dengan frekuensi.

Dengan menggunakan inverter , yaitu suatu alat yang dapat mengubah tegangan searah

menjadi tegangan bolak-balik, frekuensi yang dihasilkan dapat dibuat berubah.

1V

1R 1X

cRmX

2'R'2X

)11('2 sR1I

0I

cImI

2'I


19

Perubahan frekuensi arus bolak-balik dari inverter ini ditentukan oleh periode pulsa

yang memicu penyearah yang digunakan. Dengan mempercepat atau memperlambat

periode pulsa yang memicu penyearah, frekuensi dan juga kecepatan dapat diatur.

Mengubah tegangan stator

Pengaturan putaran dengan mengubah tegangan stator dapat dilakukan dengan

mengatur vektor tegangannya. Pengaturan vektor tegangan ini menggunakan

pengendalian umpan balik torsi dan fluks stator .Fluks dan torsi dihitung dari tegangan

dan arus stator yang diukur pada motor. Fluks dan torsi ini merupakan keadaan aktual,

yang akan dibandingkan dengan torsi dan fluks referensi untuk menentukan kondisi

torsi error, fluks error dan posisi fluks stator. Dengan menggabungkan output torsi

error, output fluks error, dan posisi fluks stator maka dapat diperoleh posisi switching

inverter yang akan menentukan besar tegangan dan arus yang diberikan ke stator.

Pengaturan ini dapat dilakukan dengan Direct Torque Control (DTC) dan pengaturan

dengan metode ini akan dibahas lebih lanjut pada BAB berikutnya.

2.7 Perhitungan Performansi Motor Induksi Tiga Phasa 2.7.1 Aliran Daya Pada Motor Induksi Pada motor induksi tidak ada sumber tegangan yang langsung terhubung ke

rotor, sehingga daya yang melewati celah udara sama dengan daya yang yang

diinputkan ke rotor.

Gambar 2.12 Rangkaian ekivalen per-phasa motor induksi tiga phasa

R1 X1

c m

Rc Xm

'2 '2R

'2X

Pg

1 ( )s

sR 1'2

m

PFW/3

Ps/3

Ts/3

1V

a

n -

+

Celah Udara Daerah Konversi Daya


20

dengan: PFW = Rugi-rugi gesek dan angin motor

Ps = Daya penggerak poros

Ts = Torsi penggerak poros

Model rangkaian ekivalen per phasa motor induksi tiga phasa pada Gambar

2.12 menggambarkan proses pengubahan daya elektromekanik pada motor induksi tiga

phasa. Daya total yang diinputkan pada kumparan stator (P1) dapat dirumuskan sebagai

berikut:

P1 = 3 V1 I1 Cos .(2.18) dengan: V1 = tegangan sumber

I1 = arus masukan

= perbedaan sudut phasa antara arus masukan dan tegangan sumber Sebelum daya ditransfer melewati celah udara, motor induksi mengalami rugi-

rugi berupa rugi-rugi tembaga stator (3 I12 R1) dan rugi-rugi inti stator (3 E12 / Rc ).

Daya yang ditransfer melalui celah udara (3 PAG) sama dengan penjumlahan rugi-rugi

tembaga rotor (3Prcu) dan daya mekanik (3 Pd). Daya yang ditransfer melalui celah

udara ini sering disebut juga dengan daya input rotor.

3 PAG = 3 Prcu + 3 Pm

3 s

RI'

22'2 )( = 3

'2

2'2 )( RI + 3

'2

2'2

)1()( Rs

sI .. .(2.19) Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 2.13 yang menggambarkan

diagram aliran daya pada motor induksi tiga phasa.

Gambar 2.13 Diagram aliran daya pada motor induksi tiga phasa

CosIV 113

Rugi - rugitembaga stator

Rugi - rugiinti stator

Rugi - rugitembaga rotor

Konversi daya

Daya mekanikRugi-rugi gesek

dan angin

12

13 RI cRE /32

1'

22'

2 )(3 RI

'2

2'2

)1()(3 Rs

sI

sP

Celah Udara

FWP

msT sRIPAG /)(33

'2

2'2=


21

Hubungan antara rugi-rugi tembaga rotor dan daya mekanik dengan daya input

rotor, masing-masing dalam besaran per-phasa dapat ditulis sebagai berikut:

rcuP = AGPsRI ='22'2 )( .... (2.20)

dP = AGPsRssI )1()1()( '2

2'2 = ...(2.21)

Dari gambar 2.13 juga dapat dilihat bahwa motor induksi juga mengalami rugi-

rugi gesek dan angin (PFW ) sehingga daya output mekanik yang merupakan daya

penggerak poros (Ps) sama dengan daya mekanik total (3Pd) dikurangi rugi-rugi gesek

dan angin (PFW ).

msFWds TPPP ==3 (2.22) dengan Ts = torsi penggerak poros

m = kecepatan sudut poros

2.7.2 Perhitungan Torsi Pada Motor Induksi Tiga Phasa Torsi mekanik (Td) dapat dihitung dengan membagi persamaan (2.21) dengan

kecepatan sudut poros (m ).

s

RIsPTmm

dd

'22'

2 )()1(

== .......(2.23)

s

m

s

ms

m

ms nns

=== 1 .............(2.24)

dengan =s kecepatan sudut sinkron (radian/detik) =m kecepatan sudut poros rotor (radian/detik)

sm s )1( =

sehingga: s

ds

RIT

'22'

2 )(= (2.25)


22

Rangkaian ekivalen pada Gambar 2.11 dapat disederhanakan sehingga menjadi

rangkaian Thevenin seperti diperlihatkan pada Gambar 2.14. Dengan rangkain ini,

harga arus rotor ( )'2I dapat dihitung, sehingga persamaan torsi yang diinginkan dapat

diperoleh.

Gambar 2.14 Rangkaian ekivalen Thevenin per phasa motor induksi tiga phasa

Dengan: VZZZV

M

MTh

1+=

MC

MCM jXR

jXRZ += ; 111 jXRZ +=

Sehingga: 2

'2 ZZ

VITh

Th

+=

22

2 ' jXjXsRRVI

ThTh

Th

+++= .....(2.26)

Besar arus ini adalah:

2

22'

2

'2

)()( jXjXsRR

VIThTh

Th

+++= ......(2.27)

Substitusi persamaan (2.26) ke persamaan (2.25) dan pengalian dengan 3

(untuk torsi tiga phasa) diperoleh persamaan torsi mekanik total:

'2I

ThV

ThjXThR

sR2

+

Celah Udara

+

2jX

1E

M

MThThTh ZZ

ZZjXRZ +=+= 11


23

( )

++

+

=2'

2

2'2

'22

3,

3

XXs

RR

sRV

T

ThThs

Th

d

...(2.28)

2.8 MODEL DINAMIK MOTOR INDUKSI

2.8.1 Model Motor Induksi Dua Phasa

Rangkaian ekivalen motor seperti diuraikan sebelumnya hanya dapat digunakan

untuk menganalisa performansi motor induksi dalam keadaan stabil (steady-state). Ini

menyebabkan kondisi transien ketika terjadi perubahan beban dan perubahan frekuensi

diabaikan. Perubahan ini terjadi pada aplikasi yang membutuhkan penggerak pengatur

kecepatan yang variabel (variable speed drive). Model dinamik ini digunakan untuk

melihat pengaruh perubahan sesaat tegangan/arus, frekuensi stator dan torsi. Untuk

mendapatkan model dinamik motor induksi, maka ada beberapa asumsi yang diambil

pada motor induksi yaitu:

1. Celah udara yang seragam (Uniform air gap)

2. Kumparan stator dan rotor motor seimbang, dengan distribusi magnetomotive

force (mmf) yang sinusoidal.

3. Induktansi bervariasi secara sinusoidal terhadap posisi rotor.

4. Perubahan parameter motor dan saturasi diabaikan.

Model dinamik motor induksi ini didapat dengan menggunakan model motor

induksi dua phasa dalam koordinat d (direct) dan q (quadrature). Motor induksi dua

phasa dengan kumparan stator dan rotor ditunjukkan pada Gambar 2.15.


24

Gambar 2.15 Kumparan stator dan rotor motor induksi dua phasa

Tegangan terminal pada kumparan stator dan rotor merupakan penjumlahan

tegangan jatuh pada resistansi dengan rata-rata perubahan fluks (persamaan 2.29 s/d

2.32) Perubahan fluks ini merupakan perkalian arus dengan induktansi.

)32.2.....(....................)()()()(

)31.2.......(....................)()()()()30.2......(....................)()()()()(

)29.2......(....................)()()()(

iLpiRiLpiLpiLpviLpiLpiRiLpiLpv

iLpiLpiLpiRiLpviLpiLpiLpiLpiRv

dsdqsq

dsdqsq

dddsdddsdqsdqds

qqdsqdqsqqqsqqs

++++=++++=++++=

++++=

dengan p adalah operator diferensial d/dt. vvvv dsqs ,,, adalah tegangan terminal

stator pada koordinat q, d, dan pada kumparan rotor dan . qsi dan dsi adalah arus

stator pada koordinat d dan q. i dan i adalah arus rotor pada kumparan dan .

LLL ddqq ,, dan L adalah induktansi diri pada q, d axis dan pada kumparan dan

. T1 adalah jumlah belitan kumparan stator, sementara T2 adalah jumlah belitan kumparan rotor. Induktansi bersama antara dua buah kumparan dilambangkan dengan

L, dengan dua subscript. Subscript pertama menyatakan ggl induksi yang timbul pada

sebuah kumparan oleh karena arus pada kumparan lain (arus pada kumparan lain ini

dinotasikan dengan subscript kedua). Sebagai contoh qdL merupakan induktansi

d-axis

q-axis

dsv

1T2T

v i

iv

qsi

r

Stator

Rotor

2T

1T

dsi+

+

+qsv

+


25

bersama antara kumparan d dan q disebabkan arus pada kumparan d. Dengan asumsi

celah udara yang seragam (uniform) maka besarnya induktansi diri konstan setiap saat

tanpa dipengaruhi posisi angular rotor.

rrLLL == ( rrL =Induktansi rotor).(2.33)

sqqdd LLL == ( =sL Induktansi stator) ....(2.34)

Induktansi bersama antara kumparan-kumparan stator dan antara kumparan-kumparan

rotor adalah nol, karena fluks yang timbul pada kumparan tidak akan melingkupi

kumparan lain yang berbeda sudut 900. Sehingga:

0== LL .....(2.35)

0== qddq LL ..(2.36)

Induktansi bersama antara kumparan stator dengan rotor merupakan fungsi posisi rotor,

r . Induktansi bersama ini merupakan fungsi sinusoidal karena asumsi mmf (magnetomotive force) yang sinusoidal pada kumparan. Karena kumparan stator dan

rotor adalah simetris, maka induktansi bersama antara kumparan stator dengan rotor

adalah sama apakah dilihat dari sisi stator ataupun rotor.

rsrdd CosLLL == ..(2.37) rsrdd SinLLL == ...(2.38) rsrqq SinLLL == ...(2.39) rsrqd CosLLL == (2.40)

Dengan srL adalah nilai puncak induktansi bersama kumparan stator dengan kumparan

rotor. Persamaan 2.40 bernilai negatif karena arus yang bernilai positif pada kumparan

menghasilkan fluks linkage yang bernilai negatif pada kumparan q. Dengan men-substitusikan persamaan 2.33 s/d 2.40 ke dalam persamaan 2.29 s/d 2.32 dihasilkan


26

persaman differensial dengan induktansi yang bervariasi terhadap waktu. Persaman

tersebut menjadi:

)()()( rsrrsrqsssqs CosipLSinipLipLRv ++= ...(2.41)

)()()( rsrrsrdsssds SinipLCosipLipLRv +++= ....(2.42)

ipLRCosipLSinipLv rrrrrdssrrqssr )()()( +++= ..(2.43)

ipLRSinipLCosipLv rrrrrdssrrqssr )()()( +++= ....(2.44)

dengan: === dqs RRR tahanan stator

=== RRRrr tahanan rotor

Lrr = induktansi rotor

=sL induktansi stator

Lsr = induktansi bersama kumparan stator dengan rotor

Persamaan 2.41 s/d 2.44 berubah-ubah menurut waktu karena dipengaruhi oleh

posisi sesaat rotor ( r ). Oleh karena itu untuk mempermudah menganalisis performansi motor dibutuhkan persamaan yang lebih sederhana yang besarnya tidak

tergantung pada posisi rotor.

2.8.2 Transformasi Untuk Memperoleh Matriks yang Konstan

Transformasi untuk memperoleh induktansi yang konstan diperoleh dengan

cara menggantikan model motor yang sebenarnya (aktual) dengan model khayalan

pada koordinat d, q seperti ditunjukkan pada Gambar 2.16.


27

Gambar 2.16 Transformasi variabel rotor dari nilai aktual ke nilai khayalan

Pada proses ini nilai khayalan rotor setiap phasa-nya memiliki jumlah belitan

yang sama dan juga menghasilkan mmf (magnetomotif force) yang sama dengan

kumparan aktual rotor. Dengan memproyeksikan kumparan dan ke sumbu d-axis dan q-axis, maka akan didapatkan arus pada kumparan khayalan drri dan

qrri (persamaan 2.45)

=

ii

CosSinSinCos

ii

rr

rr

qrr

drr ............(2.45)

Transformasi ini berlaku untuk tegangan, arus dan fluks linkages pada sebuah mesin.

Persamaan (2.45) ditulis menjadi:

[ ] iTidqrr = ...(2.46) dengan [ ] tqrrdrrdqrr iii = ..(2.47) [ ] tiii = ........(2.48) dan

= rrrr

CosSinSinCos

T

(2.49)

q-axis

qrrv

dsvdsi

drri1T2T

2T

v i

iv

2T

qsi

qrri

drrv

r

Stator

Rotor

1T

2T

qsv

+ +

+

+

+

+

d-axis


28

Transformasi dari bentuk - axis ke d-q axis berlaku juga untuk sebaliknya karena:

1= TT .....(2.50)

Dengan demikian diperoleh:

=

qrr

drr

rr

rr

ii

CosSinSinCos

ii

..(2.51)

dan untuk persamaan tegangan diperoleh:

=

qrr

drr

rr

rr

vv

CosSinSinCos

vv

...(2.52)

dengan memasukkan transformasi pada persamaan (2.45) ini kedalam persamaan

(2.41) dan (2.42) didapatkan

)()( pLipLRv srqsssqs ++= qrri ....(2.53)

)()( drrsrdsssds ipLipLRv ++= .....(2.54)

dengan memasukkan nilai i dari persaman (2.51) kedalam persamaan (2.43)

didapatkan

[ ]rqrrrdrrrrrrrdssrrqssr SiniCosipLRCosipLSinipLv ++++= )()()( = +++ rrdssrdsrsrrrqssrqsrsr SiniLpiCosLCosiLpiSinL &&

[ ]rqrrrdrrrr SiniCosiR + rrdrrrrdrrrrr SiniLpiCosL &+ qrrrrr piSinL + rrqrrrr CosiL &+

=v [ ] +++ rqrrrrrrdrrrrrdsrsrqssr SinipLRiLiLpiL )(&& [ ] rdrrrrrrqrrrrrdssrqsrsr CosiLRiLpiLiL )( ++++ && ..(2.55) dengan, r& adalah turunan dari r terhadap waktu. Dari persamaan transformasi (3.53) bahwa rqrrrdrr SinvCosvv += sehingga:

=drrv [ ]drrrrrrqrrrrrdssrqsrsr iLRiLpiLiL )( ++++ && ...(2.56)


29

=qrrv [ ]qrrrrrrdrrrrrdsrsrqssr ipLRiLiLpiL )( ++ && ..(2.57) Dari (2.53), (2.54) ,(2.56) dan (2.57) persamaan vektor tegangan tersebut dituliskan

dalam bentuk matriks yaitu:

++

++

=

pLRLpLL

LpLRLpL

pLpLRpLpLR

vvvv

rrrrrrrsrsr

rrrrrrrrsrsr

srss

srss

drr

qrr

ds

qs

&&&&

0000

drr

qrr

ds

qs

iiii

....(2.58)

Seperti halnya pada rangkaian ekivalen trafo, jika dilihat dari sisi stator persamaan

(2.58) menjadi:

++

++

=

pLRLpLLLpLRLpL

pLpLRpLpLR

vvvv

rrrrmm

rrrrrmm

mss

mss

dr

qr

ds

qs

&&&&

0000

dr

qr

ds

qs

iiii

......(2.59)

dengan:

rrr RaR2= ,

ai

i qrrqr = , qrrqr vav = , 2

1

TT

a =

rrr LaL2= ,

ai

i drrdr = , drrdr vav = , srm aLL =

Persaman (2.59) menunjukkan bahwa vektor tegangan merupakan perkalian matriks

impedansi dengan vektor arus. Disini induktansi pada matriks impedansi konstan dan

tidak tergantung lagi pada posisi rotor. Sebagian elemen matriks impedansi bergantung

pada kecepatan rotor, sehingga persamaan (2.59) linier jika matriks impedansi konstan.

Matriks impedansi yang konstan terjadi jika kecepatan konstan (steady state). Jika

kecepatan rotor berubah-ubah (dinamik) sehingga perubahan ini bergantung kepada

arus maka persamaan tersebut menjadi nonlinier.


30

2.8.3 Transformasi Tiga Phasa ke Dua Phasa

Model motor induksi yang dibahas sebelumnya adalah untuk mesin dua phasa.

Mesin induksi dua-phasa jarang sekali digunakan dalam aplikasi industri. Model

dinamik motor induksi tiga phasa diturunkan dari mesin dua phasa. Kedua model ini

ekivalen karena kumparan pada dua phasa dan tiga phasa menghasilkan mmf

(magnetomotive force) dan arus yang sama. Gambar 2.17 menunjukkan kumparan dua

phasa dan tiga phasa.

Gambar 2.17 Kumparan stator motor dua phasa dan tiga phasa.

Dengan menganggap kumparan tiga phasa masing-masing memiliki jumlah

belitan (T1) per phasa. Untuk menghasilkan mmf yang sama maka kumparan dua phasa

mempunyai jumlah belitan (3T1/2) per phasa. mmf pada sumbu d-q didapat dengan

memproyeksikan mmf (magnetomotive force) tiga phasa pada sumbu d-q. Dimisalkan

sumbu q tertinggal c dari sumbu a, maka hubungan antara arus phasa d-q dengan phasa abc adalah:

+

+

=

cs

bs

as

ccc

ccc

o

ds

qs

iii

SinSinSin

CosCosCos

iii

21

21

21

)3

2()3

2(

)3

2()3

2(

..(2.60)

bsi

q

a

b c

d

dsi

csi

qsi

asi

1T

1T

1T

123 T 12

3 T

0120

0120

c


31

Arus io menyatakan ketidakseimbangan arus phasa a, b dan c dan dikenal sebagai arus

urutan nol. Persamaan diatas dituliskan dengan:

[ ] abcabcqdo iTi = (2.61) dengan: qdoi = [ ] todsqs iii .(2.62) [ ] tcsbsasabc iiii = ...(2.63) dan variabel transformasi dari phasa abc ke phasa d-q adalah:

[ ]32=abcT

+

+

21

21

21

)3

2()3

2(

)3

2()3

2(

ccc

ccc

SinSinSin

CosCosCos

..(2.64)

Transformasi dari arus dua phasa ke arus tiga phasa adalah

[ ] qdoabcabc iTi 1= ..(2.65)

[ ]

++

=

1)3

2()3

2(

1)3

2()3

2(

11

cc

cc

cc

abc

SinCos

SinCos

SinCos

T ...(2.66)

Jika sumbu q pada Gambar 2.18 berimpit dengan phasa a )0( =c ,maka transformasi dari sumbu abc ke sumbu d-q menjadi seperti pada persamaan (2.67).

Kondisi seperti ini disebut model stator reference-frames.

=

21

21

21

23

230

21

211

32

abcsT .(2.67)


32

Sehingga untuk tegangan pada dua phasa:

=

cs

bs

as

abcs

ds

qs

vvv

Tvvv

0

.(2.68)

=

0vvv

ds

qs

21

21

21

23

230

21

211

32

cs

bs

as

vvv

(2.69)

sehingga,

( )

+= csbsasqs vvvv 21

32 ....(2.70)

untuk sistem tiga phasa yang seimbang berlaku:

0=++ csbsas vvv (2.71)

maka

ascsbs vvv =+ )( ...(2.72)

dengan mensubstitusikan persamaan (2.72) ke dalam persamaan (2.70) didapatkan

tegangan quadrature stator )( qsv menjadi:

asasqs vvv =

=23

32 ..(2.73)

dengan cara yang sama didapatkan

cbbscsds vvvv 31)(

31 == .....(2.74)

dari persaman (2.73) dan (2.74) didapatkan hubungan tegangan stator mesin dua phasa

dengan mesin tiga phasa. Transformasi ini berlaku juga untuk arus dan juga fluks.

Dengan demikian:


33

asqs ii = .....(2.75)

)(3

1bscsds iii = .........(2.76)


34

BAB III

PENGONTROLAN TORSI SECARA LANGSUNG (DIRECT TORQUE

CONTROL)

3.1 Umum

Dalam penggunaannya, motor induksi dapat dioperasikan dengan kecepatan

yang bervariasi. Oleh karena itu, motor induksi banyak dipergunakan dalam industri

saat ini. Pengaturan kecepatan putaran motor induksi dapat dilakukan dengan beberapa

metode dan salah satu metode yang digunakan adalah dengan mengontrol torsi motor

induksi secara langsung.

Direct Torque Control merupakan kemajuan terbaru dalam teknologi

pengontrolan motor induksi. Seperti diketahui bahwa fungsi dasar penggerak pengatur

kecepatan (variable speed drive) adalah mengendalikan aliran energi dari jala-jala ke

mesin dalam proses produksi industri. Energi ini disuplai lewat poros motor. Dua

besaran yang dapat diukur yang menunjukkan kondisi poros ini adalah torsi dan

kecepatan. Untuk mengendalikan aliran energi maka besaran tersebut harus diatur.

Dalam prakteknya salah satu dari besaran ini harus dikontrol yang dikenal dengan

kontrol torsi (torque control) dan kontrol kecepatan (speed control). Ketika variable

speed drive beroperasi sebagai kontrol torsi maka kecepatan bergantung kepada beban.

Sebaliknya ketika beroperasi sebagai kontrol kecepatan, maka torsi bergantung kepada

beban.

Pada awalnya yang paling banyak digunakan dalam aplikasi mesin listrik yang

membutuhkan pengaturan kecepatan dan pengontrolan torsi dengan kehadalan yang

tinggi adalah motor DC karena fluks dan torsinya dapat dengan mudah diatur tanpa

membutuhkan peralatan elektronika yang kompleks. Perkembangan teknologi


35

penggerak pengatur kecepatan mesin ac (ac variable speed drive) didasari atas

keinginan untuk menandingi bahkan melebihi performansi yang cukup bagus yang

dimiliki penggerak motor dc (dc drives), seperti respon torsi yang cepat dan pengaturan

kecepatan yang akurat dengan memanfaatkan berbagai kelebihan motor ac.

3.2 Pengontrolan Vektor Pada Motor Induksi

Teknik pengontrolan pada motor induksi yang dikenal dengan field-oriented

control (FOC) bekerja dengan performansi dinamik yang tinggi yang sebanding

dengan karakteristik dari motor dc. Pengontrolan motor induksi ini dilakukan dengan

mengontrol parameter motor dalam besaran vektor. Pengontrolan vektor ini

menggunakan pengendalian umpan balik torsi dan fluks stator (Gambar 3.1). Fluks dan

torsi dihitung dari tegangan dan arus stator yang diukur pada motor. Metode ini

menggunakan model referensi stator (stator reference frames) motor induksi.

Gambar 3.1 Skema DTC

Persaman tegangan stator mesin dalam model referensi stator (stator reference frames)

dalam besaran vektor adalah:


36

dtd

iRv ssss+= .(3.1)

sehingga:

dtiRv ssss )( = .. ......(3.2) dengan: =sv vektor tegangan stator

=si vektor arus stator

=sR tahanan stator

=s vektor fluks stator dengan demikian fluks linkages dalam koordinat stator reference frames dihitung

berdasarkan

dtiRv qssqsqs )( = ..(3.3)

dtiRv dssdsds )( = ..(3.4)

sehingga besarnya fluks stator adalah:

22 )()( dsqss += fs ..............(3.5)

=

ds

qsfs

1tan ..(3.6)

Persamaan torsi elektromagnetik adalah:

( )qsdsdsqse iiPT = 223 .....(3.7) Frekuensi listrik dihitung dengan mendifferensialkan sudut vektor fluks rotor yaitu:

==

ds

qsre dt

ddt

d 1tan

2s

qsdsdsqse

&& = .......(3.8)


37

Persamaan kecepatan rotor adalah :

)( 2r

erer

TRP = (3.9)

dengan komponen d dan q-axis diperoleh dari transformasi tiga phasa ke sistem dua

phasa.

asqs ii = ........(3.10)

)(3

1bscsds iii = ........(3.11)

3.3 Kondisi Switching Dan Vektor Tegangan Output Inverter

Rangkaian daya penggerak motor induksi tiga phasa dapat dilihat pada

Gambar 3.2.

MotorInduksi

TigaPhasa

SumberTegangan

TigaPhasa

T1 3

T

T

T T

T

24

5

6

ab c

TR

RR

c f

Diode-BridgeRectifier

RegeneratingCircuit

Link Filter PWM Inverter

a

b

c

D1

D2

3D

4D

5D

6D

Gambar 3.2 Rangkaian daya penggerak motor induksi tiga phasa

Sumber tegangan tiga phasa pada Gambar 3.2 terlebih dahulu disearahkan

dengan menggunakan penyearah tiga phasa. Bentuk gelombang setelah disearahkan

dapat dilihat pada Gambar 3.3.


38

Gambar 3.3 Bentuk gelombang tegangan keluaran Dioda

Setelah disearahkan maka tegangan ini akan diubah kedalam tegangan bolak-

balik yang akan diberikan kepada motor induksi tiga phasa. Bentuk tegangan yang

dihasilkan oleh inverter ini untuk konduksi 1800 pada transistor adalah seperti pada

Gambar 3.4.

Gambar 3.4 Bentuk tegangan keluaran Inverter

3 2

2

2 3

3

t

t

t

Vas

Vbs

Vcs

0

dcV32

dcV31

dcV31

dcV31

dcV32

dcV31

V c b

VacVabVbc Vba

Vca

12 23 34 45

0

Vm

Vm

900 2700180

Vm

600 1200 2400

1800

3000

3600

V c b

VacVabVbc Vba

Vca

56 61

0

0


39

Pada Inverter tiga-phasa seperti pada Gambar 3.2 dapat dibuat beberapa

kombinasi switching yang akan menghasilkan vektor tegangan yang berbeda. Jika T1

on dan T4 off (dilambangkan dengan Sa = 1) maka pada Va timbul tegangan sebesar

Vdc, seperti dapat dilihat pada Tabel 3.1. Demikian juga halnya pada Sb dan Sc. Ketika

T1 dan T4 off maka tidak ada tegangan pada Va.

Tabel 3.1 Kondisi Switching Inverter Phasa a

T1 T4 Sa Va

on

off

off

off

1

0

Vdc

0

Tegangan output tiga phasa diperoleh dari konfigurasi waktu penyalaan enam

buah transistor pada Gambar 3.2 tersebut. Ada 8 jenis switching yang berbeda yang

dapat dibuat dari kombinasi Sa, Sb, dan Sc. Delapan jenis switching ini akan

menghasilkan 8 buah vektor tegangan output inverter yang berbeda. Vektor tegangan

yang terjadi untuk tegangan line to line berlaku:

===

acca

cbbc

baab

vvvvvvvvv

.. (3.12)

Untuk sistem yang setimbang berlaku:

0=++ cba vvv .....(3.13)

cba vvv = persamaan ini dimodifikasi menjadi:

acbaaa vvvvvv +=+ 2

caaba vvv =3

3caab

avv

v=


40

Sehingga tegangan phasa kumparan stator motor adalah:

3caab

asvv

v= .......(3.14)

dengan cara yang sama didapatkan

3abbc

bsvv

v= ....(3.15)

3bcca

csvv

v= ....(3.16)

dengan, =csbsas vvv ,, tegangan phasa kumparan stator motor.

dan tegangan stator motor pada d dan q axis adalah:

asasqs vvv =

=23

32 .....(2.73)

cbbscsds vvvv 31)(

31 == ...(2.74)

dari persamaan (3.12), (3.14 s/d 3.16), (2.73), dan (2.74) didapatkan tegangan pada

mesin (juga merupakan tegangan output inverter) untuk setiap jenis switching yang

dapat dilihat pada Tabel 3.2.

Tabel 3.2 Kondisi Switching Inverter

Switcing

I

II

III

IV

V

VIII

bSa S Sc V Vab bcV Vca Vcsbs Vqs Vds

001 0 dcV

dcV32

3dcV

dcV32

dcV31 dcV3

1 dcV32 0

1 0 1

dcV31

3dcV

Va Vb c

dcV 0 dcV 0

V asV

dcV 0 dcV dcV dcV 0 dcV31

dcV31

0 0 1 0 0 dcV 0 dcV dcV dcV31 dcV3

1 dcV32

dcV31

3dcV

0 1 1 0 dcV dcV dcV 0 dcV dcV32 dcV3

1dcV3

1dcV3

2 0

VI

0 1 0 dcV dcV 0 dcV31 dcV3

2dcV3

1 dcV31

1

1 0 dcV dcV 0 0 dcV dcV dcV31

dcV31

dcV32

3dcV

VII 0 0

dcV31

0 0 0 0 0 00 0 0 0 0

11 dcV dcV dcV 0

0

0 0 0 0 0 0 0

0dcV0

1

Tabel 3.3 Kondisi switcing inverter


41

Gambar 3.5 Tegangan output inverter untuk setiap switching.

Jadi untuk berbagai jenis switching inverter didapatkan phasor tegangan stator

yang berbeda sebagai resultan dari Vqs dan Vds (Gambar 3.5, Tabel 3.3 dan Tabel 3.4).

Tabel 3.3 Tegangan Keluaran Inverter

q

d

dcV31

dcV32

dcV31

dcV31

dcV32

I

II

IIIV

IV

(VII,VIII)(0,0)

VI dcV31


42

Tabel 3.4 Sambungan Tabel Tegangan Keluaran Inverter

Dengan phasor tegangan yang berubah-ubah maka sesuai dengan persamaan

(3.1) dan (3.2) didapat fluks stator berubah secara vektoris.

3.4 Pengontrolan Fluks

Fluks yang bergerak melingkar pada stator mesin menempati salah satu dari

enam ruang seperti pada Gambar 3.6. Phasor fluks stator mempunyai besar s , dengan posisi fs . Fluks dalam koordinat d-q adalah ds dan qs . Jika phasor fluks berada pada ruang maka vektor tegangan yang harus diberikan adalah VI atau I. Salah satu dari

kedua vektor tegangan ini memperbesar fluks sementara yang lain mengurangi.

Penjelasan ini dapat dilihat pada Gambar 3.7.


43

q

s

ds

qs060

060

060060

060fs

1

3

4

5

62

d

Gambar 3.6 Pembagian fluks linkages stator dalam 6 ruang.

Pada Gambar 3.7 dapat dilihat pengaruh switching phasor tegangan I ( IV ),

yang memperbesar phasor fluks dari s menjadi sI . Sementara phasor tegangan VI ( VIV ) mengurangi fluks menjadi sVI . Ini menyebabkan phasor tegangan yang lebih dekat memperbesar fluks sementara phasor tegangan yang lebih jauh mengurangi

fluks. Tetapi kedua-duanya memperbesar posisi phasor fluks. Pengontrolan fluks ini

dilakukan dengan cara membandingkan fluks aktual ( s ) yang didapat dari persamaan (3.3 s/d 3.5) dengan fluks referensi ( )ref . Kemudian hasil perbandingan ini

dikonversikan dalam sinyal digital (dilambangkan S ). Perbandingan ini dapat dilihat

pada Tabel 3.5.

Tabel 3.5 Logic Pengontrolan Fluks

Kondisi S

0

0

>

sref

sref

1

0


44

Dari hasil perbandingan ini akan ditentukan vektor tegangan yang sesuai untuk

mengontrol perubahan fluks secara langsung. Jika S bernilai 1 berarti fluks harus

diperbesar, sementara jika bernilai 0 fluks harus diperkecil.

Gambar 3.7 Pengaruh switching IV dan VIV pada phasor fluks stator.

3.5 Pengontrolan Torsi

Pengontrolan torsi ini dilakukan dengan membandingkan torsi yang diinginkan

(torsi referensi) dengan torsi aktual pada motor (Tabel 3.6). Torsi aktual motor dihitung

dengan menggunakan persamaan (3.7).

Tabel 3.6 Logic Pengontrolan Torsi

Kondisi TS

eeref

eerefe

eeref

TTTTTTT

TTT

45

dengan eT adalah torsi elektromagnetik, refT adalah torsi referensi dan eT adalah

batas torsi yang diterima di atas torsi referensi. Ketika torsi error )( eref TT melebihi

eT maka waktunya untuk menambah torsi, dilambangkan dengan sinyal 1+ . Jika torsi error berada antara positif dan negatif eT , maka phasor tegangan harus vektor tegangan nol. Untuk torsi error di bawah eT maka waktunya untuk melakukan pengereman, dilambangkan dengan sinyal -1.

Sementara jika TS bernilai 1 berarti phasor tegangan harus dinaikkan, 0 artinya

phasor tegangan bernilai tetap dan -1 berarti phasor tegangan harus diperlambat di

belakang phasor fluks untuk pengereman. Dengan menggabungkan output fluks error

S , output torsi error TS dan keenam ruang posisi fluks stator S maka tabel switching

dapat dibuat untuk memperoleh switching inverter yang tepat pada suatu kondisi

tertentu seperti dapat dilihat pada Tabel 3.7.

Tabel 3.7 Kondisi Switching untuk Berbagai Kondisi ,, TSS dan S


46

Pada kolom S = untuk sinyal fluks bernilai 1 yang berarti besarnya fluks

kurang dari yang diharapkan sehingga phasor fluks harus diperbesar. Pada saat

bersamaan torsi error bernilai positif yang berarti torsi harus dinaikkan. Dengan

menggabungkan kedua sinyal ini dengan posisi fluks phasor pada maka phasor

tegangan yang memenuhi untuk kondisi ini adalah I dan VI. Tetapi ini hanya berlaku

pada sudut 030 pada . Pada sudut 030 kedua, phasor tegangan I akan memperbesar

phasor fluks tetapi memperlambat sudut fluks. Ini akan menyebabkan penurunan

frekuensi stator dan mengubah arah torsi. Pengontrolan pada kondisi ini dimaksudkan

untuk membuat fluks terus berputar (dalam hal ini berlawanan arah jarum jam).

Dengan demikian pada sudut 030 kedua, pada ruang phasor tegangan yang sesuai

adalah VI. Jadi untuk TS dan S bernilai +1 dengan posisi phasor fluks pada ruang

phasor tegangan yang memenuhi hanya phasor tegangan VI. Ketika sinyal torsi bernilai

nol pilihan satu-satunya adalah memberi phasor tegangan nol yaitu vektor tegangan

VIII. Jika torsi error menjadi negatif dengan TS = -1, sementara S =1 maka torsi harus

diperkecil dengan memberi phasor tegangan II.

Jika S = 0 (yang berarti phasor fluks telah melampaui nilai yang seharusnya)

maka fluks ini harus diperkecil dengan memilih phasor tegangan V. Dengan memilih

phasor tegangan V maka akan memepercepat perputaran fluks, sehingga slip makin

bertambah dengan demikian torsi elektromegnetik juga bertambah besar. Dengan

demikian dipenuhi untuk Untuk TS = 1. Jika TS = 0 maka waktunya untuk memilih

Phasor tegangan nol (dalam hal ini phasor vector tegangan VII). Sementara untuk TS =

-1 maka torsi harus diperkecil sementara fluks bertambah. Dalam kondisi phasor

tegangan harus memperlambat perputaran torsi, sehingga phasor tegangan yang tepat


47

adalah III. Untuk posisi phasor fluks pada ruang yang lain maka phasor tegangan yang

sesuai dapat dilihat pada Tabel 3.8.

Tabel 3.8 Logic Fluks Phasor

fs Ruang fluks

3/23/

3/23/2

3/3/2

03/3/0

fs

fs

fs

fs

fs

fs

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(1)

Direct torque control ini merupakan pengontrolan penggerak motor ac yang

unik karena switching pada inverter mengontrol secara langsung variabel motor yaitu

fluks dan torsi. Blok diagram pengontrolan dengan direct torque control (pengontrolan

secara langsung) Ini dapat dilihat pada Gambar 3.8.

Gambar 3.8 Blok diagram pengontrolan motor induksi dengan direct torque control


48

Pada Gambar 3.8 dapat dilihat beberapa langkah dalam pengontrolan torsi dan

fluks yaitu sebagai berikut:

1. Pengukuran arus dan tegangan motor.

Pada operasi normal dua buah arus phasa motor beserta dengan tegangan

diukur.

2. Transformasi arus dan tegangan tiga phasa (abc) ke dua phasa (d-q)

Arus dan tegangan dua phasa dihitung dengan menggunakan persamaan (2.73)

s/d (2.76)

3. Penghitungan besar torsi, fluks dan sudut fluks stator

Besar torsi, fluks dan sudut fluks stator dapat dihitung dengan menggunakan

persamaan (3.5) s/d (3.7)

4. Penetuan keadaan TSS , dan S

S didapat dari hasil perbandingan fluks aktual dengan fluks referensi. TS dari

hasil perbandingan torsi aktual dengan torsi referensi. Ini dapat dilihat pada

Tabel 3.5 dan Tabel 3.6. Sementara S menyatakan posisi fluks stator.

5. Penentuan Jenis Switching

Kemudian ditentukan switching yang sesuai dengan yang dibutuhkan.

Switching yang sesuai untuk masing-masing keadaan TSS , dan S didapat

dari Tabel 3.7.


49

BAB IV

SIMULASI PENGATURAN KECEPATAN MOTOR INDUKSI TIGA PHASA

DENGAN DIRECT TORQUE CONTROL DAN PEMBAHASANNYA

4.1 Umum

MATLAB (Matrix Laboratory) adalah sebuah program untuk analisis dan

komputasi numerik yang merupakan bahasa pemrograman matematika lanjutan dengan

dasar pemikiran menggunakan sifat dan bentuk matrik.

MATLAB sering digunakan untuk

Matematika dan komputasi

Pengembangan dan algoritma

Pemrograman modeling, simulasi dan pembuatan prototipe

Analisa data, eksplorasi dan visualisasi

Analisis numerik dan statistik

Pengembangan aplikasi teknik

Dalam Tugas Akhir ini, Matlab digunakan untuk mensimulasikan pengaturan

kecepatan motor induksi tiga phasa dengan direct torque control.

4.2 Rangkaian Simulasi

Model rangkaian simulasi pengaturan kecepatan motor induksi tiga phasa

dengan direct torque control dapat dilihat pada gambar 4.1.


50

Gambar 4.1 Rangkaian simulasi pengaturan kecepatan motor induksi tiga phasa dengan

direct torque control

4.3 Spesifikasi Komponen Simulasi

Berikut ini adalah model-model dan blok parameter yang digunakan dalam

simulasi, yaitu :

Three Phase Source ( Sumber Tiga Phasa)

Model sumber tiga phasa pada gambar 4.2 merupakan implementasi sumber tegangan

tiga phasa dengan impedansi dalam R-L. Ketiga phasa sumber tegangan dihubungkan

Y dengan hubungan netral ditanahkan.

Gambar 4.2 Sumber Tiga Phasa

Data parameter sumber tegangan tiga phasa adalah sebagai berikut:

1. Tegangan phasa-phasa (VLL) : 460 V

2. Frekuensi Sumber (f) : 60 Hz

3. Tahanan Sumber (R) : 0.0056

4. Induktansi Sumber (L) : 0.15 mH


51

Adapun parameter-parameter sumber tegangan tiga phasa dimasukkan ke dalam blok

parameter sumber tiga phasa seperti pada Gambar 4.3.

Gambar 4.3 Blok Parameter sumber tiga phasa

DTC Induction Motor Drive

DTC Induction Motor pada gambar 4.4 terdiri dari beberapa bagian yaitu motor

induksi, inverter, dioda penyearah, speed controller, braking chopper, dan DTC

controller.

Gambar 4.4 DTC Induction Motor Drive


52

Adapun parameter-parameter motor induksi dapat dilihat pada blok parameter

asynchronous machine seperti pada gambar 4.5.

Gambar 4.5 Blok Parameter asynchronous machine


53

Adapun parameter-parameter Inverter, braking chopper, diode dan DC Bus dapat

dilihat pada blok parameter converter and DC bus seperti pada gambar 4.6.

Gambar 4.6 Blok parameter converter and DC bus


54

Adapun parameter-parameter speed controller dan DTC controller dapat dilihat pada

blok parameter controller seperti pada gambar 4.7.

Gambar 4.7 Blok parameter controller

Demux

Demux merupakan pembagi sinyal keluaran mesin yang berasal dari motor, conv, ctrl

pada blok DTC Induction Motor Drive. Sinyal keluaran pada mesin ada 4 komponen

yaitu arus stator, kecepatan rotor, torsi elektromagnetik, tegangan DC bus. Untuk

memisahkan sinyal ini menjadi 4 bagian agar dapat dibaca oleh alat ukur maka

digunakan demux.


55

Gambar 4.8 Demux

Scope

Scope merupakan blok yang menampilkan sinyal keluaran dari keempat komponen

demux yaitu arus stator, kecepatan rotor, torsi elektromagnetik, tegangan DC bus

Gambar 4.9 Scope

4.4 Simulasi Dan Analisa Hasil Simulasi

Simulasi pengaturan kecepatan putaran motor induksi tiga phasa dilakukan

dengan menggunakan Matlab 7.0.1. Rangkaian simulasi ditunjukkan pada Gambar 4.1.

Masukan kecepatan referensi yang diberikan adalah 600 rpm, kemudian dinaikkan

menjadi 1200 rpm pada saat t = 1,5 detik. Simulasi dilakukan untuk kondisi tanpa torsi

beban dan kondisi dengan torsi beban sebesar 300 Nm dan 600 Nm. Hasil simulasi

untuk kondisi tanpa torsi beban ditunjukkan pada Gambar 4.10, kondisi dengan torsi

beban sebesar 300 ditunjukkan pada Gambar 4.11, dan kondisi dengan torsi beban

sebesar 600 ditunjukkan pada Gambar 4.12.


56

Gambar 4.10 Grafik hasil simulasi untuk kondisi tanpa torsi beban


57


sebesar 300 Nm


58


sebesar 600 Nm

Dari hasil simulasi pengaturan kecepatan motor induksi dengan direct torque

control untuk kecepatan referensi 600 rpm terlihat bahwa untuk kondisi torsi tanpa

beban motor mampu mencapai kecepatan referensi dalam waktu 0,5 detik dan

men

09e00640

Documents