PENG ENDA LIA N MO TO R SINKRO N MA G NET PERMA NEN MENG G UNA KA N DIREC T MO DEL REFERENC E A DA PTIVE C O NTRO L DA N A DA PTIVE FIELD
WEA KENING C O NTRO L
Ta jud d in Ha m d a ni *
A b stra c t
This p a p e r p re se nt a n a p p ro a c h fo r a d a p tive c o ntro l o f the surfa c e m o unte d p e rm a ne nt m a g ne t sync hro no us m o to r (PSMS) o ve r its e ntire sp e e d ra ng e . This re q uire s c o o rd ina tio n o f d ire c t a nd q ua d ra ture a xis c urre nts id, iq. Dire c t m o d e l re fe re nc e a d a p tive c o ntro l is re sp o nsib le fo r the c o ntro l o f q ua d ra ture a xis c urre nt. Dire c t a xis c urre nt is c o ntro lle d b y a n a d a p tive fie ld we a ke ning a p p ro a c h a t e le va te d sp e e d s whe re the inve rte r is in vo lta g e sa tura tio n. The d e ve lo p e d a d a p tive fie ld we a ke ning sc he m e is a b le to d e te rm ine the rig ht a m o unt o f id a t a ny o p e ra tio n c o nd itio ns witho ut the kno wle d g e o f lo a d to rq ue , m o to r o r inve rte r p a ra m e te rs.
Ke y wo rds: MSMP, a d a p tive c o ntro l, fie ld we a ke ning , fluks, DMRAC.
A b stra k
Pa p e r ini a ka n m e m b a ha s se b ua h p e nd e ka ta n ke nd a li a d a p tive untuk Mo to r sinkro n m a g ne t p e rm a ne n (MSMP) tip e surfa c e m o unte d d a la m se luruh re nta ng ke c e p a ta nnya . Pe nd e ka ta n ini m e m b utuhka n ko o rd ina si a nta ra a rus sum b u d ire c t id d a n a rus sum b u q ua d ra tur iq. Dire c t Mo d e l
Re fe re nc e Ad a p tive C o ntro l d ig una ka n untuk me ng e nd a lika n a rus sum b u q ua d ra tur. Se d a ng ka n a rus sum b u d ire c t d ike nd a lika n d e ng a n p e nd e ka ta n Ad a p tive Fie ld We a ke ning p a d a sa a t ke c e p a ta n b e rta m b a h d im a na inve rte r d a la m ko nd isi sa tura si. Ske m a ke nd a li d a ri Ad a p tive Fie ld We a ke ning ya ng d ike m b a ng ka n d a p a t m e ne ntuka n b e sa r id ya ng te p a t p a d a se m b a ra ng
ko nd isi o p e ra si ta m p a p e rlu m e ng e ta hui to rka b e b a n, p a ra m e te r m o to r a ta u inve rte r.
Kata kunc i: MSMP, a d a p tive c o ntro l, fie ld we a ke ning , fluks, DMRAC
* Sta f Pe ng a ja r Jurusa n D3 Te knik Ele ktro Fa kulta s Te knik Unive rsita s Ta d ula ko , Pa lu
1. Pe nd a hulua n
Mo to r Sinkro n Ma g ne t Pe rm a ne n (MSMP) b a nya k d ig una ka n d a la m a p lika si p e ng g e ra k se rvo ya ng m e nsya ra tka n re sp o n d ina mik ya ng c e p a t se p e rti ro b o tika d a n ke nd a ra a n listrik ka re na ke le b iha n ya ng d imilikinya d ib a nd ing ka n d e ng a n m o to r ind uksi se p e rti e fie nsi, ra sio to rka te rha d a p ine rsia d a n ke ra p a ta n d a ya ya ng ting g i, ukura n le b ih ke c il d a n b e b a s d a ri p e m e liha ra a n. Da la m a p lika si te rte ntu, MSMP ha rus d a p a t d io p e ra sika n d a la m re nta ng ke c e p a ta n ya ng le b a r m ula i d a ri ke c e p a ta n re nd a h d ib a wa h ke c e p a ta n d a sa r sa mp a i me le b ihi ke c e p a ta n d a sa r.
Pe ng e nd a lia n m o to r d i b a wa h ke c e p a ta n d a sa r um um nya d a p a t d ila kuka n d e ng a n m e ng a tur te g a ng a n m a suka n. Na m un untuk ko nd isi d ia ta s
ke c e p a ta n d a sa r, ha l ini tid a k b isa d ila kuka n, ka re na ke tika mo to r m e nc a p a i ke c e p a ta n d a sa r, inve rte r ya ng m e nsup la i te g a ng a n ke te rm ina l sta to r m ula i m e ng a la mi sa tura si te g a ng a n, se hing g a ke c e p a ta n m o to r tid a k b isa la g i d ina ikka n. Untuk m e ng o p e ra sika n m o to r d ia ta s ke c e p a ta n d a sa r ma ka fluks me d a n ha rus d ip e rle m a h. Na m un p e le m a ha n fluks tid a k b isa d d ila kuka n se c a ra la nsung ka re na m e d a n d ib a ng kitka n o le h m a g ne t p e rm a ne n. Se hing g a p e ng e nd a lia n to rka d a n fluks ha rus d ila kuka n d e ng a n c a ra m e ng e nd a lika n
a rus sta to r se c a ra d e c o up le, ya itu
m e m b a g i a rus sta to r m e nja d i d ua ko m p o ne n sum b u, ya itu a rus sum b u
(Ta jud d in Ha m d a ni)
f(xm,dy)
PLANT
MODEL Cm
Kx(t)
f(xm,dy) Ku(t)
f(xm,dy) Ke(t)
+
+ +
Up(t)
Um Xm(t) Ym(t)
Yp(t) ey(t)
+
-G a m b a r 4. Dia g ra m b lo k untuk d ire c t mo d e l re fe re nc e a d a p tive c o ntro lle r (DMRAC )
Ke a d a a n p la nt xp d a n ke lua ra n
p la nt yp ke d ua nya sa m a d e ng a n
ke c e p a ta n
ω
, d a n ke nd a li a d a p tif upa d a la h m a g nitud d a ri a rus iq.. Arus re fe re nsi tig a fa sa ya ng d iha silka n te rg a ntung d a ri p o sisi ro to r
θ
, m a g ntiud a rus iq d a n a rus id.Mo d e l o rd e sa tu d ip ilih untuk m e ng ha silka n re sp o n ke nd a li c e p a t. Mo d e l ya ng d iing inka n untuk d iikuti ke c e p a ta n m o to r d ip ilih se b a g a i Am =
-16, Bm = 1 d a n Cm = 16 d ima na um
a d a la h m a suka n m o d e l (ke c e p a ta n
re fe re nsi) d a n ym a d a la h ke lua ra n
m o d e l.
2.6 Ke nd a li Pe le m a ha n Me d a n (Fo e ld We a ke ning C o ntro l)
Arus iq d ike nd a lika n untuk
m e ng ha silka n to rka e le ktro m a g ne tik ya ng d ip e rluka n se la m a inve rte r d a p a t m e nsup la i te g a ng a n ya ng d ip e rluka n ke te rm ina l fa sa m o to r. Sa tu-sa tunya b a ta sa n a rus d i b a wa h ke c e p a ta n d a sa r m o to r a d a la h a rus m a ksim un ya ng d a p a t d ip ikul mo to r. Ma g nitud a rus fa sa d ib e rika n se b a g a i Im2 = id2 + iq2
. Be rta m b a hnya ke c e p a ta n m e nye b a b ka n g g l la wa n d a n te g a ng a n ya ng d ib utuhka n ke m o to r jug a b e rta mb a h. Ma g nitud d a ri te g a ng a n fa sa ya ng d ib e rika n ke te rmina l m o to r a d a la h:
(
)
2(
)
2q T d
T a
a
P
P
L
i
P
L
i
V
=
ω
Φ
+
ω
+
ω
...(23)
Dim a na Φa a d a la h K
2
3 . Pe rsa m a a n
Ling ka ra n b a ta s te g a ng a n untuk
ke c e p a ta n ya ng b e rb e d a a d ib e rika n o le h:
( )
2(
)
2(
)
2q T d
T a
lim V
i
PL
i
L
P
P
+
+
=
Φ
ω
ω
...(24)
Dim a na Vlim a d a la h te g a ng a n
m a ksim un ya ng te rse d ia d a ri inve rte r. G a m b a r 5 m e m p e rliha tka n ling ka ra n b a ta s a rus d a n te g a ng a n. G a ris e d a r 1 d a la m g a m b a r 5 m e re p rse nta sika n o p e ra si m o to r d ib a wa h ke c e p a ta n d a sa r. G a ris e d a r 2 m e nya ta ka n o p e ra si d i a ta s ke c e p a ta n d a sa r, d im a na p e ne ra p a n a rus sum b u d
ne g a tif se c a ra te rp isa h m e la wa n fluks ya ng m e ling kup i b e lita n ya ng d ise b a b ka n o le h m a g ne t ro to r. De ng a n m e ng ura ng i fluks linkup ke c e p a ta n m o to r d a p a t d ina ikka n p a d a zo na d a ya ko nsta n. Di a ta s ke c e p a ta n kristis
ω
cp ro d uksi a rus p a d a ling ka ra n b a ta s a rus m e nja d i tid a k m ung kin d ip e rta ha nka n (
So ze r, 1998).
G a m b a r 5. Ling ka ra n te g a ng a n d a n a rus m a ksim un
jumla h a rus id ya ng te p a t p a d a wa ktu
ya ng te p a t. Jika a rus id ta k c ukup , ma ka
inve rte r m e nja d i je nuh d a n a rus fa sa ya ng d ib utuhka n tid a k d a p a t d iha silka n.
Se b a liknya a rus id ya ng b e rle b iha n
m e na ika n m a g nitud a rus fa sa d a n m e nye b a b ka n ine fisie nsi d a ri p e ng g una a n inve rte r d a n m o to r. Arus id
ya ng m e m e nuhi untuk ko nd isi b e rb e b a n d a n ta np a b e b a n d ib e rika n o le h:
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
Φ
−
−
−
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
−
Φ
−
=
a b m T
q
r a
T a
P
V
I
L
i
P
V
L
i
ω
ω
lim lim
1
....(25)
Dim a na Im a d a la h a rus m a ksim un ya ng
d ia lirka n d a la m b e lita n. Me to d a ini m e ng a sum sika n o p e ra si d a ya ko nsta n d i a ta s ke c e p a ta n d a sa r d e ng a n
m r b
q
I
i
=
ωω . G a mb a r 6 d a n 7m e m p e rliha tka n ve kto r a rus fa sa d a n ve kto r te g a ng a n te rm ina l d a ri m o to r.
G a m b a r 6. Ve kto r a rus fa sa
G a m b a r 7. Ve kto r te g a ng a n te rm ina l
Sua tu a lg o ritm a ke nd a li ya ng d id a sa rka n a ta s p e rhitung a n to rka untuk MSMP tip e inte rio r d ije la ska n o le h Ja hns
(1991). Erro r a nta ra to rka ya ng d iing inka n d a n to rka re fe re nsi
m e ng e nd a lika n m a g nitud a rus id.
Alg o ritm a ini sa ng a t te rg a ntung b a ik p a d a p a ra m e te r me sin a ta up un to rka b e b a n d a n ke c e p a ta n m e sin.
Alg o ritm a ke nd a li a d a p tif d ike m b a ng ka n untuk m e m p e ro le h nila i
a rus id ya ng b e na r d e ng a n
m e ng g una ka n e rro r a nta ra a rus a ktua l d a n a rus re fe re nsi d a la m ke ra ng ka re fe re nsi
α
-β
(So ze r, 1998). Erro r a nta ra a ktua l d a n re fe re nsi d a ri a rus d ua fa sa m e m b e rika n ukura n ke je nuha n inve rte r. Inte g ra si d a ri e rro r ini me ng e nd a lika n a rus id. Ke tika ke c e p a ta n m o to r a ta uto rka b e b a n b e rkura ng a ta u p a ra m e te r mo to r b e rub a h, ma ka a m p litud o a rus id
ha rus d a p a t d iturunka n. Info rma si ini tid a k d a p a t d ip e ro le h jika p e rub a ha n-p e rub a ha n ini tid a k d ie stima si.
Arus id d ikura ng i se d ikit d e mi
se d ikit d a la m p e rio d e ya ng p a nta s. Inte g ra si d a ri e rro r m e na ikka n a rus id ke
nila i se b e lumnya d e ng a n c e p a t se te la h se tia p la ng ka h re d uksi jika tid a k a d a p e rub a ha n d a la m ko nd isi o p e ra si siste m . Jika siste m b e rub a h, e rrro r tid a k a ka n
te rja d i se hing g a a rus id b e rkura ng
d e ng a n nila i p e ng ura ng a n ya ng b e rta m b a h sa m p a i ke nila i ya ng b e na r.
Dia g ra m b lo k d a ri fie ld we a ke ning
ko ntro l d ip e rliha tka n d a la m G a m b a r 8.
3. Me to d o lo g i Pe ne litia n
Te o ri ya ng d ib a ha s d iuji p a d a m o to r MSMP 25 hp . Pa ra m e te r m o to r d ip e ro le h d a ri a na lisis FEM. Inve rte r sumb e r te g a ng a n tig a fa sa , a lg o ritm a ke nd a li d a n m o d e l m o to r d isim ula sika n. Untuk m e m p e ro le h e fe k sa tura si te g a ng a n inve rte r, m a ka sim ula si p a d a ko nd isi ke c e p a ta n ting g i d ila kuka n d e ng a n d ua p e rla kua n, ya itu d e ng a n
(Ta jud d in Ha m d a ni)
G a m b a r 8. Dia g ra m b lo k Ad a p tive Fie ld We a ke ning C o ntro l (So ze r, 1998)
4. Ha sil d a n Pe m b a ha sa n
Ha sil ya ng d ip e ro le h d a ri sim ula si d ip e rliha tka n d a la m b e ntuk g a m b a r-g a m b a r se p e rti ya nr-g d itunjukka n p a d a g a m b a r 9 sa m p a i 14.
G a m b a r 9 m e m p e rliha tka n a rus fa sa a ktua l d a n re fe re nsi p a d a ke c e p a ta n 150 ra d / d e t d a n to rka b e b a n 140 Nm. Ke tika ke c e p a ta n d ina ikka n sa mp a i 155 ra d / d e t, inve rte r me ng a la mi sa tura si d a n tid a k d a p a t m e ng ha silka n a rus re fe re nsi, se p e rti d itunjukka n d a la m G a m b a r 10.
Alg o ritm a p e ng a tura n id se c a ra
o to m a tis d iuji m e la lui o p e ra si tra nsie n d a ri m e sin. Pro se s a d a p ta si a rus id
te rha d a p p e rub a ha n ke c e p a ta n d ip e rliha tka n p a d a G a mb a r 11.
Se la m a tra nsie n d a ri 0 sa m p a i 0,4 d e tik,
id d ib e rika n o le h p e ng e nd a li se c a ra
b e rta ha p sa m p a i ke c e p a ta n m e nd e ka ti 160 ra d / d e t. Ke tika ke c e p a ta n mo to r b e rta m b a h, inve rte r m ula i sa tura si d a n e rro r a nta ra a ktua l d a n re fe re nsi d a ri a rus d ua fa sa tim b ul, d a n inte g ra si d a ri e rro r ini me nimb ulka n a rus id. Arus id
m e nc a p a i ke a d a a n m a nta p (id=0)
ke tika ke c e p a ta n me nc a p a i ke a d a a n m a nta p . G a m b a r 12 m e m p e rliha tka n ke a d a a n m a nta p d a ri a rus a ktua l d a n a rus re fe re nsi p a d a ke c e p a ta n 160 ra d / d e t d a n to rka b e b a n 140 Nm. Tid a k a d a la g i e rro r ke tika ke c e p a ta n b e rkura ng sa m p a i nila i ke c e p a ta n d a sa r.
Da ri 0,4 sa m p a i 0,8 d e tik, a rus id
b e rkura ng p a d a se tia p p ulsa switc hing , te ta p i e rro r a nta ra re fe re nsi d a n a c tua l d a ri a rus-a rus d ua fa sa m e m a ksa
p e ng e nd a li untuk m e na ikka n a rus id
ke mb a li se te la h se tia p p ulsa . Pa d a 0,8 d e tik, re fe re nsi ke c e p a ta n d ikura ng id a n ke c e p a ta n m o to r b e rkura ng se c a ra b e rta ha p sa mp a i 120 ra d / d e t d a n p e ng e nd a li p e ng e nd a li d a p a t
m e nurunka n a rus id ya ng tid a k
d ip e rluka n sa mp a i 0 se c a ra b e rta ha p .
Arus id me mb utuhka n 1,2 d e tik untuk
m e nc a p a i 0.
To rka ya ng d iha silka n m o to r untuk ko nd isi ya ng d ib e rika n p a d a g a m b a r 11 d ip e rliha tka n p a d a g a mb a r 13.
G a m b a r 10 . Arus re fe re nsi (g a ris p utus-p utus) d a n a rus a ktua l (g a ris p a d a t) fa sa a p a d a ke c e p a ta n 155 ra d / d e t, to rka b e b a n 140 Nm , id = 0
G a m b a r 11. Ad a p ta si a rus sum b u d ke tika ke c e p a ta n m o to r na ik (0 d e tik – 0,4 d e tik) d a n ke tika turun (0,8 d e tik – 1,2 d e tik) d e ng a n to rka b e b a n 140 Nm
(Ta jud d in Ha m d a ni)
(a )
(b )
G a m b a r 13. To rka ya ng d iha silka n m o to r ke tika ke c e p a ta n na ik (0 – 0,4 d e t) d a n turun (0,8 – 1,2 d e t). (a ) kurva ke se luruha n, (b ) p e rb e sa ra n kurva untuk inte rva l 0,45 - 0,7 d e tik.
(a )
(b )
G a mb a r 14. Arus iq ke tika ke c e p a ta n m o to r na ik (0 d e t– 0,4 d e t) d a n turun (0,8 d e t –
-5. Ke sim p ula n
O p e ra si MSMP p a d a d a e ra h fie ld we a ke ning m e rup a ka n o p e ra si m o to r d a la m ko nd isi d a ya ko nsta n. Pe ng a tura n MSMP d i d a e ra h fie ld we a ke ning d ila kuka n d e ng a n m e mb ua t a rus sumb u d m e nja d i ne g a tif.
Untuk m e nd a p a t a rus sum b u d
ne g a tif b a nya k a lg o ritm a ya ng d a p a t d ila kuka n untuk ke nd a li flux we a ke ning ,
sa la h sa tunya a d a la h d ire c t m o d e
re fe re nc e a d a p tive c o ntro l (DMRAC ). Ad a p tif flux we a ke ning d a p a t te ta p m e nja g a inve rte r m e nja d i ta k je nuh d e ng a n m e ng e nd a lika n a rus sum b u ne g a tif.
Ske m a a d a p tif flux we a ke ning ya ng te la h d ike m b a ng ka n d a p a t untuk m e ne ntuka n kua ntita s ya ng te p a t d a ri id
p a d a se m b a ra ng ko nd isi o p e ra si ta np a m e ng e ta hui to rka b e b a n, p a ra m te r m o to r a ta u inve rte r.
6. Da fta r Pusta ka
Ja hns,TM., 1991, C o ntro l Te c hniq ue fo r
Im p ro ve d Hig h-Sp e e d Pe rfo rma nc e o f Inte rio r PM
Sync ro no us Mo to r Drive s, IEEE
Tra nsc tio n o n Ind . Ap p l., Vo l IA-27, No . 4, p p 997-1004.
Kim ,J.M., e t.a l.,1997, Sp e e d C o ntro l o f Inte rio r Pe rma ne nt Ma g ne t PM Sync ro no us Mo to r Drive s fo r the Flux We a ke ning O p e ra tio n, IEEE Tra nsc tio n o n Ind . Ap p l., Vo l IA-33, No . 1, p p 43-48.
Se p e , R.B., e t.a l., 1991, Re a l Time
Ad a p tive C o ntro l o f Pe rma ne nt Ma g ne t Sync hro no us Mo to r, IEEE Tra nsa c tio n o n Ind ustria l Ap p lic a tio n, Vo l.IA-27, No .4, p p .706-714.
So ze r, Y, e t.a l., 1997, Dire c t Mo d e l
Re fe re nc e Ad a p tive C o ntro l o f Pe rm a ne nt Ma g ne t Brushle ss DC Mo to r, IEEE Inte rna tio na l C o nf. O n C o ntro l Ap p l., Vo l.1, p p .633-638.
So ze r, Y. e t.a l., 1998, Ad a p tive Flux
we a ke ning C o ntro l o f Pe rm a ne nt Ma g ne t Sync hro no us Mo to rs, IEEE ko d e
