SISTEM PENGEREMAN ELEKTRIS BRUSHLESS DC MOTOR MENGGUNAKAN BIDIRECTIONAL INVERTER UNTUK APLIKASI KENDARAAN LISTRIK

AHMAD AFIF FAHMI

2209100130

Dosen Pembimbing:

Prof. Ir. Mochamad Ashari, M.Eng., Ph.D Heri Suryoatmojo, ST., MT., Ph.D.

MOTOR MENGGUNAKAN BIDIRECTIONAL

INVERTER UNTUK APLIKASI

Mobil Listrik

Inverter

Pengereman Elektris Motor BLDC

Latar Belakang

• Energi banyak terbuang saat menggunakan

pengereman mekanis

• Memanfaatkan energi regeneratif saat

dilakukan pengereman elektris

• Mengubah urutan switching VSI

berdasarkan sinyal sensor hall motor BLDC

• Daya tahan baterai meningkat

Batasan Masalah

•

Pengaturan kecepatan motor BLDC dilakukan

dengan referensi 200 rpm sampai 1200 rpm.

•

Pengaruh penggunaan kapasitas Ampere Hour

baterai dianalisis dari state of charge (SOC) baterai.

•

Mode regeneratif motor yang dibahas hanya

pengereman elektris saja.

Tujuan

Untuk mengetahui karakteristik kinerja bidirectional

voltage source inverter serta pengaruh penggunaanya

terhadap kapasitas Ampere Hour (Ah) baterai.

Ilustrasi Kerja Sistem

A B Kecepatan Waktu C 1200 rpm 0 rpm A = Kondisi Akselerasi

Mode Akselerasi Mode Regeneratif

B = Pengereman Elektris C = Motor Berhenti

Perancangan Decoder

INVERTER 3 FASA PWM Mode Selection Current Controller Decoder HaHb Hc Brake Command Brake Reference Acceleration C Braking Command

Input Decoder :

•

Sinyal sensor hall

•

Braking Command (SB)

•

Sinyal PWM

Decoder berupa rangkaian logika

yang disusun berdasarkan

kombinasi-kombinasi komutasi

Urutan Switching Inverter

Mode Akselerasi

Armature current Back EMF Phase a Phase b Phase c Ha Hb Hc S1 S3 S5 S2 S4 S6 I II III IV V VI Switching signals Commutation signals 0° 30° 90° 150° 210° 270° 330° 30° State Kombinasi

H(a,b,c) S1 & S2 S3 & S4 S5 & S6

Fase Komutasi I (101)

Aliran Arus (Mode Akselerasi)

a b ibatt iin Vbatt C S1 S2 S3 S4 ioff ion D3 D4 D2 D1 iab eab S1 t ON OFF ON OFF ON (a) S ioff S4 4 iab eab S1 S4 Iin Iab t t t t ON ON ON ON OFF OFF (a) (b)

Saat switch S1 dan S4 ON (konduksi)

Saat switch S1 OFF sedangkan S4 ON (freewheeling)

Urutan Switching Inverter

Mode Regeneratif

Phase a Phase b Phase c Ha Hb Hc S1 S3 S5 S2 S4 S6 Armature current Back EMF Switching signals Commutation signals I II III IV V VI 0° 30° 90° 150° 210° 270° 330° 30° State Kombinasi

H(a,b,c) S1 & S2 S3 & S4 S5 & S6

Fase Komutasi I (101)

Aliran Arus (Mode Regeneratif)

a b ibatt iin Vbatt C S1 S2 S3 S4 ion ioff D3 D4 D2 D1 iab eab S3 t ON OFF ON OFF ON (a) S i_on S4 4 iab eab S3 S2 Iin Iab t t t t ON ON ON ON OFF OFF ON OFF OFF ON (a) (b)

Saat switch S2 dan S3 ON Saat switch S2 dan S3 OFF

Va

Sistem Controlled PWM

Saat SB = 0, Sinyal referensi akselerasi lebih diutamakan MUX Saat SB = 1, Sinyal referensi pengereman lebih diutamakan MUX

Pengaturan Kecepatan

• Sistem ini menggunakan dua macam referensi

sebagai umpan balik yaitu kecepatan aktual motor dan arus output baterai.

• Output mux (mode selector) akan menjadi referensi

komparator untuk menghasilkan sinyal PWM yang diinginkan.

Simulasi Sistem

Simulasi sistem dengan kecepatan bervariasi Simulasi sistem dengan torsi bervariasi Simulasi sistem dengan torsi pengereman bervariasi

Simulasi kemampuan regeneratif sistem

17

Bervariasi

Simulasi Sistem dengan Kecepatan

Bervariasi

Parameter Simulasi Kecepatan Referensi (rpm)

1200 1000 800 400 200

Kecepatan steady state

(rpm) 1201 1000 799 398 199 Kesalahan (%) 0.083 0 0.125 0.5 0.5

Waktu steady state

(detik) 1,3 1,5 3 4 4,7 Osilasi respon (rmp) ± 0,4 ± 0,2 ± 0,3 ± 0,1 ± 0,2

Arus Baterai (A) 60 50,6 44 23 14

Analisis Respon Kecepatan Motor BLDC

Simulasi Sistem dengan Kecepatan

Bervariasi (2)

20

Bervariasi

Simulasi Sistem dengan Torsi

Bervariasi

Sempat Terjadi Penurunan Kecepatan

3,6 detik

A B

22

Pengereman Bervariasi

Simulasi Sistem dengan Torsi

Pengereman Bervariasi

Mode Akselerasi Mode

Arus Phasa “a”

I II III IV V VI

Ampere

Saat Mode Akselerasi

Arus Phasa “a”

Saat Mode Regeneratif

I II III IV V VI

Ampere

Parameter Simulasi Sinyal Referensi Pengereman (volt) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Durasi pengereman (detik) 1,4 1,1 0,89 0,64 0,51 Torsi rata-rata sampai tepat berhenti (Nm) 3,3 14 36 75 157 Torsi rata-rata setelah berhenti (Nm) 1 2,8 8,5 16 22

Respon Kecepatan Motor dengan Variasi Torsi Pengereman

Simulasi Sistem dengan Torsi

Pengereman Bervariasi (2)

Efek bila referensi pengereman terlalu besar

Simulasi Sistem dengan Torsi

Pengereman Bervariasi (3)

Motor berputar balik

Saat referensi pengereman 0,6 volt, torsi yang terbangkit mencapai - 74 Nm Saat referensi pengereman 0,7 volt, torsi yang terbangkit mencapai - 105 Nm

28

Simulasi Kemampuan

Regeneratif Sistem

PWM bernilai 1 (∆t_on)  terjadi pengereman plugging dengan memberikan arus ke motor (bernilai positif)

PWM bernilai 0 (∆t_off)  terjadi pengereman regeneratif sehingga arus mengalir menuju baterai (bernilai negatif)

Simulasi Kemampuan

Regeneratif Sistem (2)

Aliran daya negatif saat referensi pengereman 0,3 volt

Kenaikkan SOC

Simulasi Kemampuan

Regeneratif Sistem (3)

Mode Akselerasi Mode Regeneratif

Minus 0,087 Ah Plus 0,00304 Ah

Simulasi Kemampuan

Regeneratif Sistem (4)

Hasil Simulasi Kemampuan Regeneratif Sistem

Parameter

Simulasi 0,1 Sinyal Referensi Pengereman (volt DC) 0,2 0,3 0,4 0,5

Kenaikkan SOC

(%) 4,12e-4 14,3e-4 20,25e-4 18,4e-4 7,08e-4

Kenaikkan SOC

(Ah) 6,2e-4 2,14e-3 3,04e-3 2,77e-3 1,06e-3

Pulsa

regeneratif terbesar (Ampere)

56 170 292 416 528

Semakin besar referensi maka pulsa arus regeneratif semakin besar namun periode (∆t_off) justru semakin pendek sehingga kenaikkan SOC justru semakin kecil saat referensi semakin diperbesar.

Terbesar

Simulasi Kemampuan

Regeneratif Sistem (5)

• Semakin besar sinyal referensi maka torsi pengereman

dan arus regeneratif yang dihasilkan juga semakin besar

• Untuk melindungi sistem dari torsi pengereman yang

terlalu besar dan arus regeneratif yang melebihi rating

arus charging baterai maka sinyal referensi perlu dibatasi

lebih kecil atau sama dengan 0,3 volt.

Kesimpulan

1. Metode regenerasi berbasis back EMF motor BLDC ini memberikan peningkatan performa pengereman motor yang lebih baik dibandingkan penggunaan pengereman mekanik.

2. Pengaturan arus regeneratif dan torsi pengereman sistem dilakukan dengan mengubah nilai sinyal referensi pengereman ( 0 < ref ≤ 0,3 volt ).

3. Penambahan Ah baterai tidak linier terhadap kenaikkan nilai referensi pengereman dimana nilai penambahan terbesar mencapai 0,00304 Ah.

36

Tugas Seminar

Tunjukkan berapa daya yang dibutuhkan untuk pengereman plugging dan daya yang dikembalikan saat pengereman regeneratif ?

Jawab :

Porsi Daya Saat Sinyal Referensi

Pengereman 0,3 Volt

PReg = 2331 watt

-

P_Plug = 361 watt

=

1970 watt

* Daya rata-rata

1970 Ws

back

Arus Saat Referensi 0,3 Volt

PReg = 1475 watt

-

P_Plug = 103 watt

=

1345 watt

* Daya rata-rata

1345 Ws

back

Porsi Daya Saat Sinyal Referensi

Pengereman 0,2 Volt

back