TUGAS AKHIR
ANALISIS SISTEM KENDALI INDUSTRI
FIELD ORIENTED CONTROL ( FOC)
Oleh :
CHAIRUL NAZALUL ANSHAR
1209881
PENDIDIKAN TEKNOLOGI KEJURUAN
PASCA SARJANA FAKULTAS TEKNIK
A. Pengantar
Variabel kecepatan drive listrik saat ini digunakan di hampir setiap
kehidupan dari perangkat yang paling dasar seperti alat genggam dan
peralatan rumah lain sampai yang paling canggih seperti sistem propulsi
listrik di kapal pesiar dan manufaktur presisi tinggi technologies pada aplikasi
variabel kontrol mungkin kecepatan torsi motor atau posisi dari poros rotor.
Dalam aplikasi yang paling menuntut kebutuhannya adalah untuk dapat
mengontrol torsi pemilihan tromagnetic mesin listrik dalam rangka untuk
dapat memberikan transisi yang dikendalikan dari satu kecepatan operasi ke
kecepatan lain.
Ini berarti bahwa kontrol drive harus mampu mencapai respon
dinamik yang diinginkan dari variabel terkontrol dalam interval waktu
minimal ini hanya dapat dicapai jika torsi elektromagnetik motor
Dalam aplikasi yang paling menuntut kebutuhannya adalah untuk
dapat mengontrol torsi pemilihan tromagnetic mesin listrik dalam rangka
untuk dapat memberikan transisi yang dikendalikan dari satu kecepatan ke
kecepatan lain. Ini berarti bahwa kontrol drive harus mampu mencapai respon
dinamik yang diinginkan dari variabel terkontrol dalam interval waktu
minimal, ini hanya dapat dicapai jika torsi elektromagnetik motor dapat
mencapai nilai maksimum yang diinginkan, Variabel kecepatan drive listrik
diperbolehkan mencapai kinerja tersebut biasanya disebut kinerja tinggi drive
Pergantian dc drive dengan ac drive dalam aplikasi mungkin relatif
bekerja setara sehingga kontrol dua arus menghasilkan fluks yang dipisahkan
dan pengontrolan torsi, pengontrolan ini biasanya disebut “ field
oriented-control (FOC)" atau "vektor kontrol"
Field oriented-control (FOC) ada tiga :
1. Bidang berorientas kontrol pada motor singkron magnet permanen.
2. Bidang berorientasi kontrol pada motor singkron reluctance.
3. Bidang berorientasi kontrol pada motor induksi.
B. Bidang Berorientasi Kontrol Pada Motor Singkron Magnet Permanen.
Pertimbangkan MSMP terhubung multifase, dengan pergeseran
spasial antara dua fase yang berurutan dari 2π / n , dan membiarkan nomor
fase n menjadi ganjil tanpa mengurangi keumumannya. Titik netral dari
belitan stator terisolasi magnet permanen berada di rotor atau tertanam dalam
rotor dalam kasus yang pertama celah udara dari mesin dapat dianggap
sebagai seragam, sementara dalam kasus yang terakhir panjang celah udara
adalah variabel, karena magnet permanen memiliki permeabilitas yang praktis
sama dengan udara demikian MSMP ditandai dengan celah udara yang agak
besar ( yang akan membuat operasi di lapangan melemahnya, sedangkan
celah udara dari MSMP kecil, tetapi reduktance magnetik adalah variabel,
karena efek saliency yang dihasilkan oleh magnet yang tertanam pada rotor
dari mesin yang tidak memiliki gulungan , terlepas dari cara di mana magnet
ditempatkan Model Matematika dari MSMP dapat diberikan dalam kerangka
acuan umum yang melekat erat pada rotor dengan persamaan berikut : dimana
arus , dan fluks linkage , masing-masing , d dan q berdiri untuk komponen
sepanjang sumbu fluks magnet permanen ( d ) dan sumbu tegak lurus untuk
itu ( q ) , dan s menunjukkan stator induktansi Ld dan Lq adalah belitan stator
diri induktansi bersama sumbu d dan q.
Tegangan dan persamaan hubungan fluks merupakan mesin n fase
dalam hal set variabel n baru , diperoleh setelah mengubah model mesin asli
dalam fase variabel domain dengan menggunakan kekuatan invarian matriks
transformasi yang berkaitan variabel fase asli dan variabel baru melalui mana
f singkatan tegangan , fluks [ D ] dan [ C ] adalah matriks transformasi rotasi
dan decoupling matriks transformasi untuk variabel stator
Tipe Utama MSMP
1. Motor magnet interior (MI). Motor ini mampu menghasilkan torka
reluktansi selain torka mutual. Torka reluktansi dihasilkan oleh
struktur yang menonjol dalam lintasan-lintasan magnetik sumbu
quadratur (q) dan sumbu direct (d). Torka magnetik dihasilkan oleh
interaksi medan magnet dan arus stator. Karena torka reluktansi yang
besar maka memungkinkan untuk dilakukan pelemahan medan.
2. Tipe permukaan (surface mounted). Motor tipe ini memiliki struktur
yang kecil dengan unjuk kerja yang sangat baik dan sangat efektif
dalam aplikasi-aplikasi industri dengan daya yang tinggi. Dalam
penelitian ini digunakan
Jika torsi elektromagnetik sebuah mesin dapat berubah dari nilai
akan hampir linier, perubahan torsi membutuhkan pergerakan dari sumbu q di
mesin dengan waktu yang sangat kecil pada belitan stator ( induktansi sangat
kecil ) dalam sebuah MSMP, stator sumbu q merubah komponen arus yang
sangat cepat ( meskipun tidak seketika ) danmsebagai konsekuensinya ,
kecepatan respon untuk langkah perubahan referensi kecepatan linear praktis
selama operasi di torsi ( stator sumbu q - saat ini ) dibatasi, Hal ini terbukti
setiap drive performa tinggi adalah perilaku penolakan beban (yaitu , respon
terhadap langkah bongkar / muat ) untuk tujuan ini, selama pengoperasian
MSMP dengan kecepatan konstan merujuk 1500 rpm terminal angker dari
mesin dc, digunakan sebagai beban, tiba-tiba terhubung ke perlawanan di
sirkuit angker , sehingga menciptakan efek beban, direkam selama penerapan
beban pada 1500 rpm referensi kecepatan, Karena aplikasi beban torsi
terganggu, kecepatan pasti turun selama transien
Model prilaku dinamis MSMP dibutuhkan untuk mendukung
pengembangan sistem pengendalian. Persamaan dinamik belitan tiga fasa
yang menghubungkan tegangan terminal ke fluks linkup dan arus fasa adalah:
C. Bidang Berorientasi Pengendalian multifasa motor singkron reduktance
Motor variable-reluctance (VR) tidak menggunakan magnet pada
rotornya, sebagai gantinya, digunakan roda besi bergerigi (toothted iron
wheel, Keuntungan dari tidak diperlukannya rotor yang termagetisasi adalah
bahwa dia dapat dibuat dalam berbagai ketajaman (any shape). Setiap gigi
rotor ditarik mendekati kutub medan dalam stator yang mendapat energi,
ini memberikan motor VR torsi yang lebih kecil dibandingkan dengan motor
magnet permanen.
Gambar 1. Motor tiga-phase (15 step)
Motor VR umumnya mempunyai tiga atau empat phase. Gambar 1(a)
menunjukkan sebuah motor tiga-phase tipikal. Stator mempunyai tiga
rangkaian kutub medan: Ø1, Ø2 dan Ø3. Gambar 1(b) menunjukkan bahwa
motor aktual mempunyai 12 kutub medan, di mana setiap rangkaian
memberikan energi pada empat kumparan; kita dapat melihat ini dengan
mengamati lebih dekat kumparan Ø1 dalam Gambar 1(b). Perhatikan bahwa
rotor hanya mempunyai 8 gigi walaupun terdapat 12 gigi pada stator. Karena
Gambar 2. Motor VR tiga-phase 150.
(hanya empat kutub medan yang ditampilkan)
Gambar 1 mengilustrasikan operasi motor VR. Bila rangkaian Ø1
mendapat energi, rotor bergerak ke posisi seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 2(a)—yakni gigi rotor (A) segaris dengan kutub medan Ø1.
Selanjutnya rangkaian Ø2 mendapat energi. Gigi rotor B mendekat dan
ditarik ke arah Ø2 [Gambar 2(b)]. Perhatikan bahwa rotor harus bergerak
hanya 150 untuk persejajaran ini. Jika rangkaian Ø3 yang berikutnya
mendapat energi, rotor akan terus berlanjut ke arah CCW 150 dengan menarik
gigi C menjadi sejajar.
Sudut step motor VR adalah selisih antara sudut rotor dan sudut
stator. Untuk motor pada Gambar 2, sudut antara kutub medan adalah 300,
dan sudut antara kutub rotor adalah 450. Karena itu step nya adalah 150 (450 –
300 = 150). Dengan menggunakan desain ini, motor VR dapat dicapai step
yang sangat kecil (kurang dari 10). Ukuran step yang kecil sering menjadi
Motor VR mempunyai banyak perbedaan fungsional bila
dibandingkan dengan motor jenis magnet permanen. Karena rotor tidak
termagnetisasi, motor VR lebih lemah (torsi kecil) dari motor magnet
permanen dengan ukuran yang sama. Dan juga, tidak mempunyai detent
torque bila catu daya mati, yang dapat merupakan keuntungan atau kerugian
tergantung pada aplikasi. Akhirnya, karena ukuran step nya kecil dan detent
torque yang direduksi, motor VR mempunyai kecenderungan yang lebih
untuk mengalami overshoot dan melewati suatu step. Hal ini merupakan hal
yang serius jika motor dioperasikan dalam open-loop, di mana posisi
dipertahankan dengan menjaga sejumlah step yang diberikan. Untuk
mengatasi masalah ini, beberapa urutan damping dapat digunakan. Hal ini
dapat dilakukan secara mekanik dengan menanmbahkan gesekan (friction)
atau secara elektrik dengan memberikan suatu torsi pengereman kecil (slight
braking torque) dengan kutub-kutub medan yang berdekatan.
D. Bidang Berorientasi Pengendalian multifase Mesin Induksi
Motor induksi merupakan motor yang paling umum digunakan pada
berbagai peralatan industri. Popularitasnya karena rancangannya yang
sederhana, murah dan mudah didapat, dan dapat langsung disambungkan ke
sumber daya AC. Serupa dengan mesin sinkron , skema FOC untuk mesin
induksi juga dikembangkan menggunakan model matematis diperoleh dengan
teori umum mesin ac Sebuah n - fase tupai kandang induksi motor dapat
sewenang-wenang kecepatan rotasi ωa dengan bagian fluks - torsi yang memproduksi
model
Ini sekaligus model lengkap kandang tupai mesin induksi tiga fase
Jika stator memiliki lebih dari tiga fase , model ini juga mencakup persamaan
nonflux / torqueproducing adalah bentuk yang sama untuk semua mesin n
-fase dengan distribusi gaya magnetomotive sinusoidal Sebagai rotor hubung
pendek , tidak ada xy tegangan nilai nol dapat muncul pada rotor (karena
tidak ada penghubung antara stator dan rotor.
Motor induksi memiliki dua komponen listrik utama
1. Rotor. Motor induksi menggunakan dua jenis rotor:
- Rotor kandang tupai terdiri dari batang penghantar tebal yang
dilekatkan dalam petak-petak slots paralel. Batang-batang tersebut
diberi hubungan pendek pada kedua ujungnya dengan alat cincin
hubungan pendek.
- Lingkaran rotor yang memiliki gulungan tiga fase, lapisan ganda dan
terdistribusi. Dibuat melingkar sebanyak kutub stator. Tiga fase
digulungi kawat pada bagian dalamnya dan ujung yang lainnya
dihubungkan ke cincin kecil yang dipasang pada
batang as dengan sikat yang menempel padanya.
2. Stator. Stator dibuat dari sejumlah stampings dengan slots untuk
membawa gulungan tiga fase. Gulungan ini dilingkarkan untuk sejumlah
Gambar 3. Motor Induksi (Automated Buildings)
Motor induksi dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok utama
(Parekh, 2003):
1. Motor induksi satu fase. Motor ini hanya memiliki satu gulungan stator,
beroperasi dengan pasokan daya satu fase, memiliki sebuah rotor kandang
tupai, dan memerlukan sebuah alat untuk menghidupkan motornya.
Sejauh ini motor ini merupakan jenis motor yang paling umum digunakan
dalam peralatan rumah tangga, seperti fan angin, mesin cuci dan
pengering pakaian, dan untuk penggunaan hingga 3 sampai 4 Hp.
2. Motor induksi tiga fase. Medan magnet yang berputar dihasilkan oleh
pasokan tiga fase yang seimbang. Motor tersebut memiliki kemampuan
daya yang tinggi, dapat memiliki kandang tupai atau gulungan rotor
(walaupun 90% memiliki rotor kandang tupai); dan penyalaan sendiri.
ini, sebagai contoh, pompa, kompresor, belt conveyor, jaringan listrik ,
dan grinder. Tersedia dalam ukuran 1/3 hingga ratusan Hp.
Motor induksi bekerja sebagai berikut. Listrik dipasok ke stator yang
akan menghasilkan medan magnet. Medan magnet ini bergerak dengan
kecepatan sinkron disekitar rotor. Arus rotor menghasilkan medan magnet
kedua, yang berusaha untuk melawan medan magnet stator, yang
menyebabkan rotor berputar. Walaupun begitu, didalam prakteknya motor
tidak pernah bekerja pada kecepatan sinkron namun pada “kecepatan dasar”
yang lebih rendah. Terjadinya perbedaan antara dua kecepatan tersebut
disebabkan adanya “slip/geseran” yang meningkat dengan meningkatnya
beban. Slip hanya terjadi pada motor induksi. Untuk menghindari slip dapat
