perancangan dan simulasi direct torque control (dtc) pada...

Perancangan dan Simulasi

Direct Torque Control (DTC)

pada Motor Induksi

Menggunakan Teknik Space

Vector Pulse Width Modulation

(SVPWM) Three Phase Two

Level Inverter

Dosen Pembimbing :

Dr. Ir. Moch. Rameli

Ir. Rusdhianto Effendi A.K, M.T

Judul Tugas Akhir

Materi Presentasi:

Pendahuluan

Tinjauan Pustaka

Perancangan

Hasil Simulasi

Kesimpulan

Latar Belakang

• Motor induksi sangat banyak digunakan di

industri dibanding motor DC.

• Metode yang simple untuk mengendalikan

motor induksi salah satunya adalah Direct

Torque Control (DTC).

• Metode modulasi SVPWM pada inverter 3

phasa memiliki frekuensi switching yang tetap.

Permasalahan

• DTC memiliki kelemahan seperti tingginya

ripple pada torsi motor dan distorsi arus.

• Respon motor lambat saat kondisi start.

• Nilai frekuensi switching yang berubah-ubah .

Tujuan

• Merancang dan mengintegrasikan metode

pengaturan motor induksi DTC yang

menerapkan metode modulasi SVPWM 2 level.

Prinsip Kerja Motor Induksi

• Terdapat stator dan rotor

• Sumber tegangan 3 fasa di suplai ke kumparan

stator

• Timbul medan putar stator

• Timbul ggl induksi

• Timbul arus rotor

• Timbul torsi elektromagnetik (Te)

• Rotor berputar

Inverter 3 Phasa

Vektor

Tegangan

Kondisi SaklarTegangan Line to Netral /

Vdc

Tegangan Line to Line /

Vdc

a b c Van Vbn Vcn Vab Vbc Vca

V0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

V1 1 0 0 2/3 -1/3 -1/3 1 0 -1

V2 1 1 0 1/3 1/3 -2/3 0 1 -1

V3 0 1 0 -1/3 2/3 -1/3 -1 1 0

V4 0 1 1 -2/3 1/3 1/3 -1 0 1

V5 0 0 1 -1/3 -1/3 2/3 0 -1 1

V6 1 0 1 1/3 -2/3 1/3 1 -1 0

V7 1 1 1 0 0 0 0 0 0

Space Vector Pulse Width Modulation (SVPWM)

• Menghasilkan tegangan sinusoidal pada amplitudo vector (Vref) yang konstan yang memiliki frekuensi switching tetap.

Space Vector Pulse Width Modulation (SVPWM)

• Langkah-langkah menjalankan teknik modulasi

SVPWM:

• 1. Tentukan dulu Vα,Vβ,Vref dan besar sudut (α).

• 2. Tentukan durasi waktu T1,T2, dan T0.

• 3. Tentukan lama waktu switching dari tiap

transistor.


1. Nilai dari fluks stator merupakan perubahan atau

penambahan nilai tegangan emf stator.

2. Nilai torsi elektromagnetik sebanding dengan sinus

sudut fluks stator dan rotor

3. Nilai fluks rotor dapat diabaikan

4. Pemilihan vektor tegangan inverter yang tepat


• Konsep dasar

DTC menggunakan SVPWM

• Berdasarkan pengukuran arus dan tegangan

sesaat, maka dimungkinkan untuk menghitung

tegangan yang diperlukan.

• Hasil perhitungan tegangan ini kemudian

disintesis menggunakan space vector modulation

• Ditahan untuk satu siklus lengkap oleh inverter.


• Blok Diagram


• Subsistem-subsistem yang menjadi bagian penting

dari keseluruhan blok diagram DTC-SVPWM yaitu:

1. Kontroler PI untuk Fluks dan Torsi

2. Blok konversi sumbu dq ke abc.

3. Space Vector Pulse Width Modulation Three

Phase Two Level Inverter.

4. Fluks dan Torsi Estimator.

Kontroler PI

• Fungsi alih kontroler:

sKiKp

sTiKp

sE

sUsG

1.)

.

11(

)(

)()(

)1(

.)(

1sTs

KcsG

50000001.0.2

1

2

1

1.2

1

TsKcTKp

0004.0.41.4 TsTTi

0004.0

24

Ti

Kp

Transformasi Vektor

c

fc

a = αfa

fb

bβ

π/6

π/3

α

β

βu

θ = ωt

d

q

αu

Transformasi Clarke dan Transformasi Park

=

=

SVPWM Con’t

cn

bn

an

V

V

V

2

3

2

30

2

1

2

11

3

2

V

V

t2ππtω)V

V(tanα

VVV

ss

1

22ref

)3

sin(...3

1 n

Vdc

VrefTsT

)3

1sin(.

..32

n

Vdc

VrefTsT

210 TTTsT

SVPWM Con’t

Fluks dan Torsi Estimasi

Pada DTC dihasilkan nilai fluks dan torsi estimasidengan persamaan :

Magnitud dan sudut fluks stator adalah :

dtRiV

dtRiV

sdsdsds

sqsqsqs

.

.

dsqsqsdse iipT ..

2

3

22

dsqss ds

qs

1tan

Perancangan KontrolerPI

function [T,F] = PI(Te,Tes,Fe,Fes)

Kpf = 5000;

Tif = 0.0004;

Kpt = 24;

Tit = 0.0004;

F = Kpf * (Fe+(Fes/Tif));

T = Kpt * (Te+(Tes/Tit));

Transformasi sumbu dqke abc

function [Va,Vb,Vc] = dq2abc(Vd,Vq,Teta)

Va = (Vd * cos(Teta)) - (Vq * sin(Teta));

Vb = ((-0.5 * cos(Teta))+(1.732/2*sin(Teta)))*Vd

+((0.5*sin(Teta))+(1.732/2*cos(Teta)))*Vq;

Vc = ((-0.5*cos(Teta))-(1.732/2*sin(Teta)))*Vd +

((0.5*sin(Teta))-(1.732/2*cos(Teta)))*Vq;

Blok SVPWM

function [Sudut,Vref]= fcn(Va,Vb,Vc)

Valfa = (2/3*Va)+(-1/3*Vb)+(-1/3*Vc);

Vbeta = (1/1.732*Vb)+(-1/1.732*Vc);

Vref = sqrt(Valfa*Valfa+Vbeta*Vbeta);

Sudut = atan2(Vbeta,Valfa);

Blok SVPWM

function [S1,S3,S5]= SVMCalculation(angle,Mag,Seq,ts,Vdc)

mag=(1.732*Mag/Vdc)*ts;

t1=[0 0 0 0 0 0 0];

sa = 0;

sb = 0;

sc = 0;

%%%%SECTOR I

if (angle>=0) && (angle<pi/3)

ta = mag*sin((pi/3)-angle);

tb = mag*sin(angle);

t0 = (ts-ta-tb);

t1=[t0/2 ta tb t0 tb ta t0/2];

t1=cumsum(t1);

v1= [0 1 1 1 1 1 0];

v2= [0 0 1 1 1 0 0];

v3= [0 0 0 1 0 0 0];

for j = 1:7

if(Seq <= t1(j))

sa=v1(j);

sb=v2(j);

sc=v3(j);

break

end

end

%Apply vectors accordingly

as a result of timing

end

%%%%%SECTOR II

if (angle>=pi/3) &&

(angle<2*pi/3)

Fluks dan Torsi Estimator

function [fluksD,fluksQ] = FLUKS(Iqd,Vqd)

Rs = 0.7384;

Vds = Vqd(2);

Vqs = Vqd(1);

Ids = Iqd(2);

Iqs = Iqd(1);

fluksD = Vds - (Rs*Ids);

fluksQ = Vqs - (Rs*Iqs);

function [T,F,Teta] = Estimator(Iqd,fluksD,fluksQ)

Ids = Iqd(2);

Iqs = Iqd(1);

T = 3/2*2*(fluksD*Iqs-fluksQ*Ids);

F = sqrt((fluksD*fluksD)+(fluksQ*fluksQ));

Teta = atan2(fluksQ,fluksD);

1

2

3

4

5

Hasil Rancangan

HASIL SIMULASI DAN ANALISA

Parameter Motor

• Parameter Motor:• Torsi referensi =30

Nm dan 150 Nm • Fluks Referensi =

0.5 Wb

No. Nama Nilai 1Nilai 2

1. Tenaga motor7500 W (10

HP)

37 kW (50HP)

2.Tegangan motor (line to line)

(volt)400

400

3. Frekuensi (Hz) 60 60

4. Jumlah pasang kutub 2 2

5. Tahanan stator (ohm) 0.7384 0.08233

6. Tahanan rotor (ohm) 0.7402 0.0503

7. Induktansi stator (H) 0.003045 0.000724

8. Induktansi rotor (H) 0.003045 0.000724

9. Induktansi magnetic (H) 0.1241 0.02711

10. Momen inersia (kg.m2) 0.0343 0.27

11. Koefisien gesekan (N.m.s) 0.000503 0.02791

Respon Arus Stator

Beban 25 Nm

diberikan (0.3 s)

Beban 124 Nm

diberikan (1 s)

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

Waktu(s)

Aru

s (

A)

diberi beban,(1 s)

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

Waktu(s)

Aru

s (

A)

Respon Arus Stator

diberibeban,(0.3 s)

Respon Arus Stator

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.40

50

100

150

200

250

Waktu(s)

Aru

s (

A)

Respon Arus Stator (Isa)

motor 10 HP

motor 50 HP

Beban 25 Nm

diberikan (0.3 s)

Beban 124 Nm

diberikan (1 s)

(Motor 10 HP)

Arus starting = 50 A

Lama starting = 0.2 s

Arus steady tanpa beban = 4 A

Arus steady berbeban =14 A

(Motor 50 HP)

Arus starting =245 A

Lama starting = 0.7 detik

Arus steady tanpa beban =18 A

Arus steady berbeban =88 A

Respon Torsi Motor

Beban 124 Nm

diberikan (1 s)

Beban 25 Nm

diberikan (0.3 s)

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Waktu(s)

Tors

i (N

m)

Respon Torsi Motor Efektif

diberi beban,(0.3 s)

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.40

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Waktu(s)

Tors

i (N

m)

diberi beban,(1 s)

Respon Torsi Motor

(Motor 10 HP)

Torsi starting =40 Nm

Torsi ripple = 4 Nm

Torsi steady tanpa beban=2 Nm

Torsi steady berbeban =25Nm

(Motor 50 HP)

Torsi starting = 120 Nm

Torsi ripple = 22 Nm

Torsi steady tanpa beban=8 Nm

Torsi steady berbeban = 155

Nm

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4-150

-100

-50

0

50

100

150

200

250

Waktu(s)

Tors

i (N

m)

Respon Torsi Motor

motor 10 HP

motor 50 HP

Beban 124 Nm

diberikan (1 s)Beban 25 Nm

diberikan (0.3 s)

Respon KecepatanMotor

(Motor 10 HP)

steady state = 1800 rpm dan

1648 rpm

time cosntant(τ )= 0.127 detik

tr(5-95%)= τ ln19= 0.374 detik

ts (5%) = 3τ = 0.381 detik

(Motor 50 HP)

steady state = 1800 rpm dan

1734 rpm

time constant(τ )= 0.55 detik

tr(5-95%)= τ ln19= 1.619 detik

ts (5%) = 3τ = 1.65 detik

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.20

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

Waktu(s)

Kecepata

n (

rpm

)

Respon Kecepatan Motor

Motor 10 HP

Motor 50 HP

Beban 124 Nm

diberikan (1 s)

Beban 25 Nm

diberikan (0.3 s)

Daya Keluaran Motor

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

1000

2000

3000

4000

5000

6000

Waktu(s)

Kecepata

n (

Watt

)

Daya Keluaran Motor

diberi beban,(0.3 s)

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.40

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

x 104

Waktu(s)

Daya (

Watt

)

Daya Keluaran Motor

diberi beban,(1 s)

Motor 50 HPPout = 1500 dan 28250 W

Motor 10 HPPout = 350 dan 4350 W

KESIMPULAN

• Poin penting dari DTC adalah pemilihan vektor tegangan yang tepat.• Torsi motor yang dihasilkan dipengaruhi oleh arus stator.• Pada motor yang bertenaga lebih besar respon yang dihasilkan lebih

lambat dengan besar arus stator, torsi motor, serta daya keluaran yang lebih besar.

• Respon kecepatan cepat dengan time constant 0.127 detik dan 0.55 detik. Dan slip yang terjadi akibat pemberian beban pada motor 10 HP sebesar 8.4 % dan pada motor 50 HP sebesar 3.67%.

• Respon torsi yang dihasilkan mengikuti torsi referensi yang diberikanpada kondisi starting. Ripple torsi yang terjadi sebesar 4 Nm dan 22 Nm. Respon torsi memiliki keadaan tunak sesuai besar beban yang diberikan.

• Ripple arus saat starting cukup kecil.• Daya keluaran motor akan naik ketika terjadi pemberian beban pada

motor.

SEKIAN..TERIMA KASIH …

perancangan dan simulasi direct torque control (dtc) pada...

Documents