desain dan simulasi 5 level diode clamped multilevel
Post on 21-Oct-2021
17 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Desain Dan Simulasi 5 level Diode Clamped Multilevel
Inverter Sebagai Kontrol Motor
Induksi Tiga Fasa
Skripsi
Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Guna Meraih Gelar Sarjana Strata I Teknik
Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh :
Khairul Huda
201310130311018
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2018
LEMBAR PENGESAIIAN
Desain Dan Simulasi Slevel Diode Clamped MultilevelInverter Sebagai Kontrol Motor
Induksi Tiga X''asa
Diajukan Untuk Memenuhi Salah satu syarat Memperoleh Gelar Sarjana (Sl)Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh :
KHAIRUL HTTDANIM. 201010130311018
Tanggal Ujian : 13-Okt-2018Periode Wisuda : IV
Pembimbing I
Pembimbing II
Penguji I
Penguji II
Mengetahui,Ketua Jurusan Teknik Elektro
NIDN.0709117804
1,n0706066501
(cv*
ivah.Ir.MT
06301
Pakava.STN.07170r8801
iv
LEMBAR PERNYATAAN
Yang bertanda tangan dibawah ini :
NAMA : KHAIRUL HUDA
Tempat/Tgl Lahir : Sumenep, 10 Septembar 1994
NIM : 2013101303110018
FAK./JUR. : TEKNIK/ELEKTRO
Dengan ini saya menyatakan bahwa tugas akhir saya dengan judul ”Desain
Dan Simulasi 5level Diode Clamped Multilevel Inverter Sebagai Kontrol Motor
Induksi Tiga Fasa” beserta seluruh isinya adalah karya saya sendiri dan bukan
merupakan karya tulis orang lain, baik sebagian maupun seluruhnya, kecuali dalam
bentuk kutipan yang telah disebutkan sumbernya.
Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya. Apabila
kemudian ditemukan adanya pelanggaran terhadap etika keilmuan dalam karya saya
ini, atau ada klaim dari pihak lain terhadap keaslian karya saya ini maka saya siap
menanggung segala bentuk resiko/sanksi yang berlaku.
Mengetahui,
Dosen Pembimbing I
Ir. Nur Kasan, MT
NIDN. 0707106301
Dosen Pembimbing II
Dr. Zulfatman,ST.,M.Eng
NIDN.0709117804
Malang,19 November 2018
Yang Membuat Pernyataan
(Khairul Huda)
v
ABSTRAK Inverter merupakan suatu rangkaian elektronika yang berfungsi mengubah
arus searah menjadi arus bolak-balik dengan frekuensi tertentu. Gelombang
tegangan keluaran inverter berupa sinusoidal. Namun kenyataannya tidak demikian,
tegangan keluaran yang di hasilkan inverter tidak sinus murni sehingga
menimbulkan harmonisa yang cukup besar pada keluaran inverter. Oleh karena itu
diperlukan tindakan-tindakan untuk mengurangi THD pada keluaran inverter.
Metode lain untuk mengurangi THD adalah menggunakan Multilevel Inverter (MLI).
MLI disini digunakan untuk mengubah tegangan DC menjadi tegangan AC dengan
menggunakan teknik pemicuan Phase Opposition Disposition (POD). Output
Multilevel Inveter berupa tegangan AC yang digunakan sebagai sumber motor. Pada
penelitian ini di rancang 5 level Diode Clamped Multilevel Inverter yang digunakan
sebagai kontrol motor induksi 3 fasa mengunakan konsep (field Oriented Control)
FOC. POD disini yang mengatur switching pada kaki IGBT pada MLI Diode
Clamped. Dari hasil penelitian ini kecepatan referensi 200 rad/s dengan beban 0Nm,
30Nm dan 50 Nm didapatkan hasil terbaik dengan error steady state terkecil 2.275%,
kecepatan motor 204.55 dan THD sebesar 14.02%. 5level Diode Clamped MLI selain
menghasilkan tengangan terdistorsi yang cukup rendah juga dapat di
implementasikan sebagai kontrol kecepatan motor dengan menggunakan vector
control.
Kata kunci: Multilevel Inverter, Total Distortion Harmonisa, Diode Clamped, Phase
Opposition Disposition, Vector Control, Field Oriented Control.
vi
ABSTRACT
Inverter is an electronic circuit that serves to convert direct current into
alternating current with a certain frequency. Inverter output voltage wave form of
sinusoidal. But the reality is not the case, the output voltage that is produced is not a
pure sine inverter harmonics, causing large enough at the inverter output. Therefore
it is necessary actions to reduce the THD at the output of the inverter. Another
method to reduce THD is using Multilevel Inverter (MLI). MLI here is used to
convert the DC voltage into AC voltage by using the technique of triggering Phase
Opposition Disposition (POD). Multilevel inveter output in the form of an AC voltage
used as the source of the motor. In this research will be designed five-level diode
clamped multilevel inverters are used as the three-phase induction motor control
using the concept (Field Oriented Control) FOC. POD herein set foot IGBT
switching on the MLI Diode clamped. From this research, the reference speed of 200
rad / s with a load 0Nm, 30Nm and 50 Nm obtained the best results with the smallest
error steady state 2.275%, motor speed 204.55, and THD by 14,02%. 5level Diode
clamped MLI besides produce distorted fairly low voltage can also be implemented
as a motor speed control using vector control.
Keywords: Multilevel Inverter, Total Distortion Harmonisa, Diode Clamped, Phase
Opposition Disposition, Vector Control, Field Oriented Control.
vii
LEMBAR PERSEMBAHAN
Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT. Atas limpahan rahmat
dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian ini. Shalawat serta
salam selalu tercurahkan kepada Nabi besar Muhammad SAW yang telah
memberikan pencerahan kepada kita sekalian. Penulis juga menyampaikan ucapan
terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Ibu dan bapak saya, Bapak Abdullah Saidi dan Ibu Suci Yunani yang selalu
memberikan support apapun yang saya lakukan, selalu ada untuk saya dan
selalu menguatkan saat saya down, terima kasih bapak ibu ku dan juga kakak
kakakku yang selalu mendukung ku.
2. Bapak Ir.Nur kasan.MT dan Bapak Dr.Zulfatman,ST.,M.Eng selaku Guru dan
pembimbing dalam meyelesaikan penelitian ini. Terimakasih atas ilmu dan
kesabaran bapak selama saya kuliah dan bimbingan-nya selaman ini.
3. Terima kasih kepada seluruh dosen Teknik Elektro yang sabar menghadapi
mahasiswanya yang banyak maunya, tetap sehat ya guru-guruku. Kalian
panutanku. Terimakasih telah memberikan ilmu yang bukan hanya di bidang
elektro tetapi juga memberikan moral, mental, dan kedisiplinan untuk saya
khususnya
4. Dan terima kasih untuk Claudia Eka Prasasti S.pi supportmu sangat berarti.
Kamu yang selalu mengingatkan aku untuk terus mengerjakan skripsi ini
hingga terselesaikan dan juga menemaniku begadang untuk terselesaikannya
skripsi ini. Terima kasih.
5. Seluruh asisten lab yang telah membimbing praktikum saya dengan sabar
meski saya tau kalian capek sibuk tapi masih mau mengajarkan kami. Dan
juga kepada mas catur terima kasih sudah membimbing saya sampai saat ini.
6. Terimakasih buat teman kost terbaik saya alm mas imam, mas yoga, mas aris,
wahyu, yunan, eko dll
viii
7. Nuril Abrari, Hafandi, Syamsul Maarif Mahakam, dan teman-teman elektro A
2013 yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu. Tetap kompak, tetap solid,
tetap seru dan tetap di hati. terima kasih telah memberi kenangan yang baik
untuk saya.
8. Terima kasih untuk anom qhusay, anom ubay, kak mamat, apheng, ripki,
yayan, dan mas agus support kalian sangat berarti. Dan selalu mau mendengar
curhatku
Dan teman-teman lainnya yang namanya tidak bisa saya sebutkan satu persatu.
Saya ucapkan terimakasih atas bantuan, dukungan, perhatiannya selama ini.
ix
KATA PENGANTAR
Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT. Atas limpahan rahmat serta
hidayanh-Nya sehingga peneliti dapat menyelesaikan penelitian yang berjudul :
“Desain Dan Simulasi 5 level Diode Clamped Multilevel Inverter Sebagai Kontrol
Motor Induksi Tiga Fasa”
Di dalam tulisan ini disajikan pokok-pokok bahasan yang meliputi dasar teori 5
level Diode Clamped Multilevel Inverter, Phase Opposition Disposition PWM dan
Field-Oriented Control (FOC).
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam penulisan tugas akhir ini masih
banyak kekurangan dan keterbatasan. Oleh karena itu penulis mengharapkan saran
yang membangun agar tulisan ini bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan
kedepannya.
Malang, Oktober 2018
Penulis
x
DAFTAR ISI Halaman
LEMBAR JUDUL .................................................................................... i
LEMBAR PERSETUJUAN ................................................................... ii
LEMBAR PENGESAHAN ................................................................... iii
LEMBAR PERNYATAAN ................................................................... iv
ABSTRAK ............................................................................................... v
ABSTRACT ............................................................................................. vi
LEMBAR PERSEMBAHAN ............................................................... vii
KATA PENGANTAR ............................................................................ ix
DAFTAR ISI ............................................................................................ x
DAFTAR GAMBAR ............................................................................. xii
DAFTAR TABEL................................................................................. xvi
BAB I PENDAHULUAN ........................................................................ 1
1.1 Latar Belakang .................................................................................................... 1 1.2 Rumusan Masalah ............................................................................................... 2 1.3 Tujuan ................................................................................................................. 2 1.4 Batasan Masalah.................................................................................................. 2
1.5 Sistematika Penulisan Tugas Akhir…………………………………………….3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................................................ 4
2.1 Multilevel Inverter .............................................................................................. 4 2.2 Motor Induksi ...................................................................................................... 4 2.2.1 Prinsip Kerja Motor Induksi............................................................................. 6
2.3 Kontrol PID ......................................................................................................... 7
2.4 Vector Kontrol .................................................................................................... 8
2.4.1(a,b,c) (α,β) (Transformasi Clarke) ................................................... .10
2.5 Phase Opposition Disposition(POD).................................................................10
2.6 Diode..................................................................................................................11
2.7 Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT).........................................................11
2.8 Slip.....................................................................................................................12
2.9 Torsi...................................................................................................................13
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ........................................... 14
xi
3.1 Diagram Blok dan Prinsip Kerja ....................................................................... 14 3.2 Pemodelan Motor Induksi 3 Fasa ...................................................................... 15 3.3 Pemodelan 5 Level Diode Clamped Multilevel Inverter .................................. 17 3.4 Pemodelan Vector Control ................................................................................ 20
3.4.1 Current Calculation Diagram. .............................................................. 20
3.4.2 Teta Calculation. ................................................................................... 21
3.4.3 Flux Calculation. .................................................................................. 22
3.4.4 Blok Transformasi. ................................................................................ 22
3.4.5 PID Control. .......................................................................................... 23
3.5 Pemodelan POD PWM ..................................................................................... 24
BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISISA ............................. 30
4.1 Rangkaian Simulasi ........................................................................................... 30
4.2 HASIL SIMULASI ........................................................................................... 32
4.2.1 Kecepatan Referensi 200 rad/s Beban 0 N.m........................................ 33
4.2.2 Kecepatan Referensi 200 rad/s Beban 30 N.m...................................... 35
4.2.3 Kecepatan Referensi 200 rad/s Beban 50 N.m...................................... 38
4.24 Kecepatan Referensi 200 rad/s Beban 0Nm, 30Nm, dan 50 Nm............40
4.3 3 Ringkasan Hasil Pengujian / Pengukuran dengan Maltab ............................. 43
BAB V KESIMPULAN ........................................................................ 44
5.1 KESIMPULAN ................................................................................................. 44
5.2 SARAN ............................................................................................................. 45
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................ 46
xii
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1 Gambar rotor belitan ................................................................................ 5
Gambar 2.2 Skematik diagram motor induksi rotor belitan ........................................ 6
Gambar 2.3 Blok PID ................................................................................................... 7
Gambar 2.4 Koordinat Sistem (d,q) motor induksi ...................................................... 9
Gambar 2.5 Kerangka acuan tetap 3 koordinat ............................................................ 9
Gambar 2.6 (a,b,c) (α,β) (transfomasi Clarke) ...................................................... 10
Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem MLI sebagai pengontrol motor induksi .............. 14
Gambar 3.2 Model Motor Induksi Tiga Fasa ............................................................ 15
Gambar 3.3 Configuration Motor Induksi ................................................................. 16
Gambar 3.4 Parameter Motor Induksi Tiga Fasa ....................................................... 17
Gambar 3.5 Rangkaian 5 level diode clamped Multilevel Inverter Tiga Fasa ........ 18
Gambar 3.6 Rangkaian Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) ........................... 18
Gambar 3.7 Parameter Blok Sumber DC ................................................................... 19
Gambar 3.8 Blok Parameter IGBT Default MATLAB ................................................ 19
Gambar 3.9 Iq* Calculation Diagram ....................................................................... 20
Gambar 3.10 Id* Calculation Diagram ..................................................................... 21
Gambar 3.11 Rangkaian Teta Calculation ................................................................. 21
Gambar 3.12 Rangkaian Flux Calculation ................................................................ 22
Gambar 3.13 ABC to dq Conversion .......................................................................... 23
Gambar 3.14 dq to ABC Cnversion ............................................................................ 23
Gambar 3.15 Perancangan Kontrol PID .................................................................... 23
Gambar 3.16 Parameter Kontrol PID......................................................................... 24
Gambar 3.17 phase Oposition Disposition (POD) ................................................... 24
Gambar 3.18 Blok POD PWM untuk 5 level diode clamped multilevel inverter.......26
Gambar 3.19 Blok Parameter POD PWM ................................................................. 27
Gambar 3.20 Parameter Sinyal Am1 ........................................................................... 27
xiii
Gambar 3.21 Parameter Sinyal Am2 ........................................................................... 27
Gambar 3.22 Parameter Sinyal Am3 ........................................................................... 28
Gambar 3.23 Parameter Sinyal Am4 ........................................................................... 29
Gambar 3.24 Rangkain untuk menampilkan tegangan dan arus setiap fasa agar
sesuai dengan yang diinginkan ............................................................ 29
Gambar 4.1 Model Multilevel Inverter Sebagai Kontrol Motor Induksi Tiga Fasa .. 31
Gambar 4.2 Blok Vector Control dan blok PID ......................................................... 31
Gambar 4.3 Tegangan Fasa ke Fasa(Vab, Vbc, Vca) Saat Kecepatan Referensi 200 rad/s
dengan Beban 50 Nm...............................................................................32
Gambar 4.4 Kecepatan Motor Saat ωref 200 rad/s Beban 0 Nm .............................. 33
Gambar 4.5 Electromagnetic Torque Saat ωref 200 rad/s Beban 0 Nm ................... 33
Gambar 4.6 Arus Iabc Saat ωref 200 rad/s Beban 0 Nm .......................................... 34
Gambar 4.7 Total Harmonic Distortion Saat ωref 200 rad/s Beban 0 Nm ............... 34
Gambar 4.8 Kecepatan Motor Saat ωref 200 rad/s Beban 30 Nm ............................ 35
Gambar 4.9 Electromagnetic Torque Saat ωref 200 rad/s Beban 30 Nm ................. 36
Gambar 4.10 Arus Iabc Saat ωref 200 rad/s Beban 30 Nm ...................................... 36
Gambar 4.11 Total Harmonic Distortion Saat ωref 200 rad/s Beban 30 Nm ........... 37
Gambar 4.12 Kecepatan Motor Saat ωref 200 rad/s Beban 50 Nm .......................... 38
Gambar 4.13 Electromagnetic Torque Saat ωref 200 rad/s Beban 50 Nm ............... 38
Gambar 4.14 Arus Iabc Saat ωref 200 rad/s Beban 50 Nm ...................................... 39
Gambar 4.15 Total Harmonic Distortion Saat ωref 200 rad/s Beban 50 Nm ........... 39
Gambar 4.16 Kecepatan Motor Saat ωref 200 rad/s Beban 0,30, 50 Nm ................. 41
Gambar 4.17 Electromagnetic Torque Saat ωref 200 rad/s Beban 0,30,50 Nm ....... 41
Gambar 4.18 Arus Iabc Saat ωref 200 rad/s Beban 0,30,50 Nm .............................. 42
xiv
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 3.1 Parameter Motor Induksi Tiga Fasa ........................................................... 15
Tabel 4.1 Data Hasil Pengujian .................................................................................. 43
46
DAFTAR PUSTAKA
[1] Faizal Arya Samman, Rizkiyanti Ahmad, Mutiah Mustafa “Perancangan,
Simulasi dan Analisis Harmonisa Rangkaian Inverter Satu Fasa” JNTETI,
Vol.4, No.1, Februari 2015.
[2] Lalu Riza Aliyan, Rini Nur Hasanah, M. Aziz Muslim “Desain Inverter
Tiga Fasa dengan Minimum Total Harmonic Distortion Menggunakan
Metode SPWM ” Jurnal EECCIS Vol. 8, No. 1, Juni 2014.
[3] M.kedareswari “ Reduction of THD in Diode Clamped Mulitilevel Inverter
Employing SPWM Technique” Internasional Jurnal of Scientific and
Research Publications, Vol.3, Issue 6, june 2013. ISSN 2250-3153
[4] Nizar Muhammad.A, Alif Nur.M, Ilham Pakaya.“Analisis Dan Simulasi
Cascaded Multilevel Inverter Sebagai Sumber Motor Induksi,” Jurnal
Elektro Umm Malang, 2016
[5] Hafandi, Nurhadi, Ermanu Azizul Hakim “ Desain dan Simulasi Cascaded
H-bridge sebagai Kontrol Motor Tiga Fasa Berbasis Variable Speed
Drive”. Jurnal Elektro UMM. Malang 2017.
[6] Mohit Jain, Anuradha Singh, Suman Singh “Comparative Analysis and
Simulation of Diode Clamped & H-bridge Multilevel Inverter Using
SPWM Technique”. Ijera.com. ISSN:2248-9622, vol.5 issue 1 (Part 5),
January 2015, pp.95-102
[7] Dicky, Ardiansyah “Analisa Topologi Baru PV-Inverter Melalui
Penerapan Konsep Mutilevel pada Inverter HERIC (Highly Efficient and
Reliable Inverter Concept)”. Diploma thesis, Universitas Andalas. (2016)
[8] Rahul sadhwani and Ragavan “ A Comparative Study of Speed Control
Methods for Induction Motor Fed by Three Level Inverter “ IEEE
(ICPEICES-2016).
[9] Ali Mustafa Ali Almaktoof “ Multilevel Inverters using Finite Set-Model
Predictive Current Control for Renewable Energi Systems Applications”
ebook
[10] Ryanuargo, Setiyono “ Desain 3-Phase Diode Clamped Mutilevel Inverter
Using Matlab Simulink “ Jurnal Teknologi Rekayasa Volume 21 No.2,
Agustus 2016
[11] Xu Zheng, Li Song and Pan Hongying “Study of Five-level diodes
clamped Inverter Modulation Technology Based on Three-harmonic
Injection Method” School of Electrical and Electronic Engineering, East
China Jiaotong University, Nanchang 330013, China
47
[12] Emmanuel Agung Nugroho “Implementasi inverter sebagai pengendali
motor induksi tiga fasa dengan metode space vector pulse width
modulation (SVPWM)” jurnal SIMETRIS, Vol 7 No 2 November 2016
ISSN: 2252-4983.
[13] Danu Wisnu, Arif Wahjudi, dan Hendro Nurhadi “ Perancangan Sistem
Kontrol PID Untuk Pengendali Sumbu Azimuth Turret Pada Turret-gun
Kaliber 20mm “ JURNAL TEKNIK ITS Vol. 5, No. 2, (2016) ISSN:
2337-3539 (2301-9271 Print).
[14] Felix pasilia, Limboto, Bayu Krinawan “ Desain Flux Vector Control
Inverter 3 Fasa Pada Motor Induksi 1.5 HP Menggunakan Power Blockset.
Teknik elektro Universitas Kristen Petra. jurnal Teknik Elektro Vol.3,
No.1,Maret 2003 57-54
top related