Studi Regulasi Output Generator Induksi dengan Voltage Source Inverter

(1)

1 Studi Regulasi Output Generator Induksi

dengan Voltage Source Inverter

Heri Ardiansyah

2208100093

Dosen Pembimbing:

Dedet Candra Riawan ST,M.Eng, PhD

Ir.Sjamsjul Anam, MT.

Seminar Tugas Akhir

Teknik Elektro FTI-ITS

(2)

2

Latar Belakang



Pemanfaatan energi air dapat dibangun PLTMH

(Energi terbarukan dan ramah lingkungan).



Generator induksi dapat diapklikasikan pada PLTMH

(Operasi yang lebih sederhana dan konstruksi yang lebih kuat

dibanding mesin sinkron).



Operasi generator induksi yang sensitif terhadap perubahan

beban

(Output generator berfluktuatif pada perubahan beban).



Pengaturan tegangan dan frekuensi output generator induksi

dapat dilakukan dengan memasang rangkaian VSI

(3)

3

Tujuan



Pemodelan generator induksi dengan

pemasangan rangkaian VSI sebagai

pengaturan output generator induksi

yang disimulasikan di dalam software



Menyajikan hasil simulasi dan analisis

pemasangan rangkaian VSI pada

generator yang beroperasi pada kondisi

beban konstan dan beban yang

berubah.

(4)

4

Batasan Masalah



Tugas akhir ini membahas tentang kontrol

tegangan dan frekuensi output generator

induksi dengan menggunakan rangkaian VSI.



Tidak membahas harmonisa yang dihasilkan

inverter 3 fasa.



Dalam tugas akhir ini tidak membahas sistem

PLTMH secara detail.



Beban yang digunakan dalam simulasi

(5)

5

Pemodelan Simulasi



Skematik Secara Umum



Prime Mover



Parameter Mesin Induksi



Rangkaian VSI 3 Fasa



Kontrol Tegangan Generator dan

CC-VSI



Rangkaian DC Chopper dan Kontrol

(6)

6

Skematik Secara Umum

inv

beban

gen

P

(7)

7

Prime Mover

Prime Sebagai Penggerak dalam sistem ini

dimodelkan dalam fungsi penghasil Torsi untuk

menggerakkan Generator.

)

(

₀

0 









T

M

T

_sh

(8)

8

Parameter Mesin Induksi

Parameter

Nilai

Type

EM802-4

Kw/HP

0,75/1

V

220/380

A

3,6/2,1

Seri No

001321

IP

55 Hz

50 rpm

1380

(9)

9

Parameter Mesin Induksi

Parameter

D

EFINISI

Nilai

R

_s

Resistansi stator

10,79 Ohm

L

_1s

Induktansi stator

0,095 H

R

_r

Resistansi rotor

10,08 Ohm

L

_1r

Induktansi rotor

0,095 H

L

_m

Induktansi

magnetisasi

0,61 H

(10)

10

Rangkaian VSI 3 Fasa

Terdiri dari 6 buah saklar, saklar dikontrol dengan

menggunakan metode current-controlled switching.

(11)

11 Kontrol Tegangan Generator dan

CC-VSI

PI

+

-+

-I ref(t) I inv(t) PWM Current Control I err(t) Sinyal Segitiga Komparator I mod(t) Sin wt I set

+

Vref(t) PI

-Vab RMS I set Pengaturan Tegangan Generator

Pengaturan Arus Inverter Verr(t)

b. a.

(12)

12 Kontrol Tegangan Generator

= Sinyal tegangan error

= Tegangan referensi

= Tegangan generator (line to line) rms yang terukur.

= Sinyal output PI.

= Konstanta proportional PI V

ab

= Konstanta integral PI V

_ab

= waktu atau waktu sesaat (menyatakan persamaan kontinyu)

)

(

)

(

t

V

t

V

_err



_ref



_ab









t err iab err pab set

t

K

V

t

K

V

t

dt

I

0

)

(

)

(

)

(

err

V

ref

V

ab

V

set

I

pab

K

iab

K

t

(13)

13 Current-Controlled PWM

= Arus referensi

= Arus inverter yang terukur.

= Sinyal arus error

= Sinyal modulasi output PI.

= Konstanta proportional Current-Controlled

= Konstanta integral Current-Controlled

= waktu atau waktu sesaat (menyatakan persamaan kontinyu)

Kontroller ini berlaku pada setiap fasa inverter.

)

(

)

(

t

I

t

I

_err



_ref



_inv









K

_pcc

I

_err

t

K

_icc t

I

_err

t

dt

t

I

0 mod

(

)

(

)

(

)

sin( t

I

_ref



_set





ref

I

err

I

inv

I

mod

I

pcc

K

icc

K

t

(14)

14 Rangkaian DC Chopper

Rangkaian ini terdiri dari satu saklar dan resistor DC yang

digunakan untuk menyerap aliran daya yang tidak disalurkan ke

beban. Tegangan di resistor dc (Vdc) bergantung pada

besarnya duty cycle. Duty cycle diatur berdasarkan kontrol

tegangan sisi dc.

dc

Rdc

D

V

(15)

15

Kontrol Tegangan DC

V

dcerr

= Sinyal tegangan error V

dc

V

dcref

= Tegangan referensi V

dc

V

dc

= Tegangan dc terukur.

V

dreff

= Sinyal output PI yang akan dimodulasi dengan sinyal segitiga.

K

pdc

= Konstanta proportional PI V

dc

.

K

idc

= Konstanta integral PI V

dc.

t

= waktu atau waktu sesaat (menyatakan persamaan kontinyu)

)

(

)

(

t

V

t

V

_dcerr



_dcref



_dc









t dcerr idc dcerr pdc Dref

t

K

V

t

K

V

t

dt

V

0

)

(

)

(

)

(

(16)

16

Beban Sistem

Beban yang digunakan dalam sistem ini

adalah beban resistor.

(17)

17

(18)

18

Simulasi dan Analisis



Parameter Simulasi



Beban Konstan



Pengurangan Beban



Penambahan Beban

(19)

19

Parameter Simulasi

P

ARAMETER

Nilai

Prime Mover

P

500 Watt

Kecepatan Putar

1600 rpm

Pengaturan Tegangan Generator

K

_pab

2 K

_iab

0,6

Vab

_ref

380 V

Current Controlled PWM

K

_iab

5 K

_icc

0,0004

f

_out

50 Hz

f segitiga

5000 Hz

Pengaturan Tegangan DC

K

_pdc

8 K

_idc

0,06

Vdc

_ref

800 V

f segitiga

2000 Hz

Rdc

1000 Ohm

Induktor Inverter

Kapasitor ac

Lf

Cac

20mH

4µF

(20)

20

Simulasi Beban Konstan

Dalam simulasi ini generator induksi

dioperasikan dengan beban resistor

R=500 Ohm.

(21)

21

Simulasi Beban Konstan

Daya keluaran generator diserap oleh beban dan

VSI. Tegangan generator yang dihasilkan 380 Volt.

Kecepatan putar generator 1368 rpm.

(22)

22

Simulasi Beban Konstan

(23)

23 Simulasi Pengurangan Beban

Simulasi

ini

dilakukan

dengan

mengkondisikan operasi generator pada

awalnya beroperasi pada beban R=500 Ohm,

beban diubah menjadi R=800 Ohm sehingga

aliran daya ke beban akan berkurang.

(24)

24 Simulasi Pengurangan Beban

Daya, tegangan dan kecepatan dijaga konstan saat

beban berkurang. Ketika aliran daya ke beban

berkurang daya serapan inverter bertambah.

(25)

25 Simulasi Pengurangan Beban

(26)

26 Simulasi Penambahan Beban

Simulasi

ini

dilakukan

dengan

mengkondisikan operasi generator pada

awalnya beroperasi pada beban R=800 Ohm,

beban diubah menjadi R=450 Ohm sehingga

aliran daya ke beban akan bertambah.

(27)

27 Simulasi Penambahan Beban

Daya, tegangan dan kecepatan dijaga konstan saat

beban bertambah. Ketika aliran daya ke beban

bertambah daya serapan inverter berkurang.

(28)

28 Simulasi Penambahan Beban

(29)

29

Kesimpulan

Dari hasil simulasi dan analisis data yang dilakukan dapat ditarik

kesimpulan bahwa:



Pemasangan rangkaian VSI dan dc chopper dengan kombinasi

pengaturan tegangan ac, tegangan dc dan current-controlled inverter

dapat digunakan untuk mengatur tegangan dan frekuensi output

generator induksi. Tegangan dan frekuensi output generator induksi

adalah masing-masing 380 Volt dan 50 Hz. Output tidak berfluktuasi

saat terjadi perubahan beban.



Generator induksi dengan pemasangan rangkaian VSI beroperasi

dengan daya output relatif konstan 438,5 Watt. Daya yang diserap

inverter akan bertambah ketika beban berkurang, dan sebaliknya daya

inverter akan berkurang ketika beban bertambah.



Dari hasil simulasi yang dilakukan, penggunaan kontroller PI pada

sistem menunjukkan tegangan dan frekuensi output generator induksi

dijaga sesuai dengan yang diinginkan.

(30)

30

Saran



Tugas akhir ini dibatasi pada beban 3 fasa linear dan

seimbang, untuk penelitian selanjutnya dapat

dilakukan analisis pengaturan dengan menggunakan

beban satu fasa, tidak seimbang atau dengan beban

non linear.



Dalam tugas akhir ini menggunakan metode

pengaturan arus output inverter menggunakan

kontrol linear, untuk selanjutnya dapat dilakukan

analisis dengan menggunakan metode kontrol lain.

(31)

31

(32)

32

Daftar Pustaka

 [1] C. Marinescu, C.P. Ion, “Optimum Control for an Autonomous Micro Hydro Power Plant with

Induction Generator”IEEE.Romania.28Juni-2Juli 2009.

 [2] Shokrollah Hamid, Timorabadi ,"Voltage Source Inverter for Voltage Control and Frequency Control of A

Stand-Alone Self-Excited Induction Generator"University of Toronto.Canada.1998

 [3] Firmansyah Ifhan, Ir. Syariffuddin Mahmudsyah,M.Eng,Ir.Teguh Yuwono “Studi Pembangunan

Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro (PLTMH) Dompyong 50 kW di Desa Dompyong, Bendungan, Trenggalek Untuk Mewujudkan Desa Mandiri Energi (DME)”Jurusan Teknik Elektro FTI-ITS.

 [4] Min Min Kyaw, V.K. Ramachandaramurthy”Fault Ride Through and Voltage Regulation for Grid

Connected Wind Turbine”Elsevier.Renewable Energy 36(2011) 206-215.2011

 [5] "Self-Excited Induction Generators"2006 by Taylor & Francis Group, LLC.UK.

 [6] Stefan Breban, Mehdi Nasser, Arnaud Vergnol, Benoît Robyns, Mircea M. Radulescu”Hybrid

wind/microhydro power system associated with a supercapacitor energy storage device-Experimental results”IEEE. Proceedings of the 2008 International Conference on Electrical Machines.2008

 [7] Bhim Singh, Gaurav Kumar Kasal, Ambrish Chandra, Kamal-Al-Haddad”Voltage and Frequency

Controller for an Autonomous Micro Hydro Generating System”IEEE.2008.

 [8] Rashid, Muhammad H. “Power Electronics: Circuits, Devices, and Applications”, Pearson Prentice

Hall. 2009.

 [9] G.V Jayaramaiah, B.G. Fernandes “Analysis od Voltage Regulator for a 3-Ф Self-Excited Induction

Generator Using Current Controlled Voltage Source Inverter” Power Electronics and Motion Control

Conference, 2004. IPEMC 2004. The 4th International. 14-16Aug.2004

 [10] Malesani Luigi, Tomasin Paolo.”PWM Curren Control Techniques of Voltage Source Converters-A

Survey”IEEE. Industrial Electronics, Control, and Instrumentation, 1993. Proceedings of the IECON '93.,