Automatic Voltage Regulator (AVR) Berbasis Kompensasi Tegangan Seri dengan AC Chopper

Automatic Voltage Regulator (AVR) Berbasis Kompensasi Tegangan Seri

dengan AC Chopper

Galih Wicaksono Triyogi 2209100046

Dosen Pembimbing :

Dedet Candra Riawan, ST., M.Eng., Ph.D

Prof. Ir. Mochamad Ashari, M.Eng., Ph.D

Latar Belakang

Terjadi hubung singkat pada sistem

Penyalaan motor induksi dengan daya besar

Perubahan jumlah beban secara mendadak

Gangguan kualitas daya (voltage sag atau voltage

swell)

Automatic voltage regulator

Batasan Masalah

• Simulasi dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak.

• Semua komponen diasumsikan dalam kondisi ideal.

• Jenis gangguan yang dibahas adalah voltage sag dan voltage swell.

• Jenis beban yang digunakan adalah beban

linier.

Tujuan

Untuk mendesain dan mensimulasikan cara

kerja Automatic Voltage Regulator dengan

menggunakan PWM AC Chopper sebagai

kompensasi tegangan secara seri.

AVR dengan PWM AC Chopper

• AVR dengan PWM AC Chopper adalah metode untuk mengatasi voltage sag dan voltage swell yang berbasis pada buck konverter.

• AVR  Kompensasi tegangan AC ke AC  komponen yang digunakan lebih sedikit  dimensi alat lebih kecil

• AVR ini hanya akan mengkompensasi tegangan yang

diperlukan  Efisiensi meningkat

Sistem Secara Umum

Sumber dari sistem distribusi

PWM AC chopper sebagai kompensasi

Transformator center-tap

Pengatur tegangan kompensasi

Sistem Secara Keseluruhan

Rangkaian PWM AC chopper

Triac₁ beroperasi pada keadaan voltage sag Triac₂ beroperasi pada

keadaan voltage swell

Penyalaan PWM AC chopper

S1

S2

S3

S4

t

t

t

t Vinput

Keadaan Mode Switch

S1 S2 S3 S4

Vi > 0 1 on on off on

2 off on on on

Vi < 0 1 on on on off

2 on off on on

Siklus positif

PWM On

Siklus negatif

On PWM

AVR dengan PWM AC Chopper

S1 S3

S4

Cb

Cb

L

C

Vi VO

TRIAC

Ns

(b)

Np

S1 S3

S2

S4

Cb

Cb

L

C

Vi VO

TRIAC

Ns

(a)

Np

Mode 1 (saklar S1 & S2 ON) (a) V_i>0 dan I_L>0

(b) Vi<0 dan I_L<0

Karena arus yang mengalir melewati induktor semakin bertambah, maka :

AVR dengan PWM AC Chopper

Mode 2 (saklar S3 & S4 ON) (a) V_i>0 dan I_L>0

(b) Vi<0 dan I_L<0

Karena arus yang mengalir melewati induktor semakin berkurang, maka :

S1 S3

S2

S4

Cb

Cb

L

C

Vi VO

TRIAC

Ns

(a)

Np

S1 S3

S

S4

Cb

Cb

L

C

Vi VO

TRIAC

Ns

(a)

Np

AVR dengan PWM AC Chopper

• Dalam kondisi voltage sag : Gain =

• Persamaan untuk mencari induktor :

• Persamaan untuk mencari kapasitor :

• Dalam Kondisi voltage swell :

Gain =

AVR dengan PWM AC Chopper

PI

Tegangan Output (dalam RMS) Tegangan Referensi

(220 V)

Tegangan Referensi (220 V)

Tegangan Input (dalam RMS)

Output Kontroler

Kontroler PI Limiter

Pengaturan Tegangan :

• Umpan balik berupa tegangan output sistem dalam RMS.

• Tegangan referensi berupa tegangan DC sebesar 220 V.

• Output Kontroler digunakan sebagai referensi komparator yang

kemudian dibandingkan dengan sinyal gergaji.

Simulasi

A. Simulasi Sistem Terhadap gangguan Voltage Sag

B. Simulasi Sistem Terhadap gangguan Voltage Swell

C. Simulasi Sistem pada Kondisi Tidak Ideal

Simulasi Sistem Terhadap Gangguan Voltage Sag

Simulasi ini dilakukan dengan memvariasikan nilai voltage sag. Variasi nilai voltage sag yang dilakukan adalah sebesar 10%, 25%, 50% dan 75%.

PWM AC chopper

Vi Vo

Sumber

Beban

Gangguan voltage sag

+ ⁺

-

Simulasi sistem dengan voltage sag 10% :

Tegangan Input Tegangan Kompensasi

Tegangan output

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Time (s) 0

-200 -400 200 400

Vorms Voutput

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Time (s) 0

-200 -400 200 400

Vinput Virms

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Time (s) 0

-200 -400 200 400

Vco

Simulasi Sistem Terhadap Gangguan Voltage Sag

198 V

22 V

220 V

Simulasi sistem dengan voltage sag 25% :

Tegangan Input

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Time (s) 0

-200 -400 200 400

Vinput Virms

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Time (s) 0

-200 -400 200 400

Vco

Tegangan Kompensasi

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Time (s) 0

-200 -400 200 400

Vorms Voutput

Tegangan output

Simulasi Sistem Terhadap Gangguan Voltage Sag

165 V

55 V

220 V

Simulasi sistem dengan voltage sag 50% :

Tegangan Input Tegangan Kompensasi

Tegangan output

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Time (s) 0

-200 -400 200 400

Vco

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Time (s) 0

-200 -400 200 400

Vinput Virms

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Time (s) 0

-200 -400 200 400

Vorms Voutput

Simulasi Sistem Terhadap Gangguan Voltage Sag

110 V 110 V

220 V

Simulasi sistem dengan voltage sag 75% :

Tegangan Input Tegangan Kompensasi

Tegangan output

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Time (s) 0

-200 -400 200 400

Vorms Voutput

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Time (s) 0

-200 -400 200 400

Vinput Virms

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Time (s) 0

-200 -400 200 400

Vco

Simulasi Sistem Terhadap Gangguan Voltage Sag

55 V 55 V

110 V

Simulasi ini dilakukan dengan memvariasikan nilai voltage swell. Variasi nilai voltage swell yang dilakukan adalah sebesar 10%, 25%, 50%

dan 75%.

PWM AC chopper

Vi Vo

Sumber

Beban

Gangguan voltage swell

+ ⁺

-

Simulasi Sistem Terhadap

Gangguan Voltage Swell

Simulasi sistem dengan voltage swell 10% :

Tegangan Input Tegangan Kompensasi

Tegangan output

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Time (s) 0

-200 -400 200 400

Vco

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Time (s) 0

-200 -400 200 400

Vinput Virms

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Time (s) 0

-200 -400 200 400

Vorms Voutput

Simulasi Sistem Terhadap Gangguan Voltage Swell

242 V

22 V

220 V

Simulasi sistem dengan voltage swell 25% :

Tegangan Input Tegangan Kompensasi

Tegangan output

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Time (s) 0

-200 -400 200 400

Vorms Voutput

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Time (s) 0

-200 -400 200 400

Vinput Virms

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Time (s) 0

-200 -400 200 400

Vco

Simulasi Sistem Terhadap Gangguan Voltage Swell

275 V

55 V

220 V

Simulasi sistem dengan voltage swell 50% :

Tegangan Input Tegangan Kompensasi

Tegangan output

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Time (s) 0

-200 -400 200 400

Vinput Virms

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Time (s) 0

-200 -400 200 400

Vco

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Time (s) 0

-200 -400 200 400

Vorms Voutput

Simulasi Sistem Terhadap Gangguan Voltage Swell

330 V 110 V

220 V

Simulasi sistem dengan voltage swell 75% :

Tegangan Input Tegangan Kompensasi

Tegangan output

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Time (s) 0

-200 -400 200 400

Vorms Voutput

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Time (s) 0

-200 -400 200 400

Vco

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Time (s) 0

-200 -400 200 400

Virms Vinput

Simulasi Sistem Terhadap Gangguan Voltage Swell

385 V 165 V

220 V

Simulasi Sistem pada Kondisi Tidak Ideal

Simulasi ini dilakukan dengan memvariasikan nilai impedansi saluran. Nilai impedansi saluran yang dilakukan adalah sebesar 1mH dan 10mH. Pada simulasi ini dipilih jenis gangguan voltage sag 25%.

PWM AC chopper

Vi Vo

Sumber

Beban

Gangguan voltage sag

+ ⁺

-

Zline

Simulasi Sistem pada Kondisi Tidak Ideal

Simulasi sistem dengan impedansi saluran 1mH :

Tegangan Input Tegangan Kompensasi

Tegangan output

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Time (s) 0

-200

-400 200 400

Vinput Virms

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Time (s) 0

-200

-400 200 400

Vco

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Time (s) 0

-200

-400 200 400

Vorms Voutput

165 V

55.5 V

220 V

Simulasi Sistem pada Kondisi Tidak Ideal

Simulasi sistem dengan impedansi saluran 10mH :

Tegangan Input Tegangan Kompensasi

Tegangan output

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Time (s) 0

-200

-400 200 400

Vinput Virms

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Time (s) 0

-200

-400 200 400

Vco

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Time (s) 0

-200

-400 200 400

Vorms Voutput

165 V

66 V

220 V

207.8 V

Kesimpulan

• PWM AC chopper menggunakan topologi buck konverter untuk mengkompensasi gangguan yang terjadi pada sistem.

• Batas kompensasi voltage sag adalah sebesar 50%, karena buck konverter tidak dapat memberikan tegangan output melebihi dari tegangan input.

• Semakin besar nilai gangguan, maka semakin lama waktu yang dibutuhkan untuk kompensasi.

• Nilai impedansi saluran yang semakin besar, maka akan

membuat tegangan berosilasi.

Terima Kasih

Tugas Seminar

• Apabila digunakan 1 triac saja dan ditaruh ditengah trafo, apakah bisa?

• Cara mematikan triac? Lalu bedanya dengan

mosfet?

Tugas Seminar

Triac 1 beroperasi dalam keadaan voltage sag, sehingga kompensasi dari PWM AC chopper melalui trafo akan sefasa dengan sistem.

Triac 2 beroperasi dalam keadaan voltage swell, sehingga kompensasi dari PWM AC chopper melalui trafo akan berbalik fasa dengan sistem.

Tugas Seminar

Cara mematikan TRIAC adalah dengan mengurangi arus

yang mengalir pada triac menjadi di bawah arus

penahannya. Sedangan cara mematikan MOSFET

adalah dengan memberikan sinyal 0 pada gatenya.