DC-DC Step-Up Converter Rasio Tinggi Kombinasi Charge Pump dan Boost Converter untuk Catu Daya Motor Induksi pada Mobil Listrik Agus Miftahul Husni 2209100132
Dosen Pembimbing: Prof. Ir. Mochamad Ashari, M.Eng., Ph.D Ir. Teguh Yuwono
Latar Belakang Mobil Listrik merupakan alat transportasi yang ramah lingkungan dan menjadi tren kendaraaan masa depan
Motor Induksi yang murah dengan tenaga yang besar dan mudah dalam perawatan sangat potensial untuk digunakan sebagai penggerak mobil listrik. Namun motor induksi membutuhkan suplai tegangan DC yang besar sebagai masukan inverter
Baterai sebagai sumber tenaga mobil listrik memiliki keterbatasan pada rating tegangan keluaran yang dihasilkan 2
Batasan Masalah ¤ Respon tegangan keluaran konverter pada simulasi step-up converter dan simulasi sistem ¤ Respon kecepatan motor induksi pada simulasi pengereman
3
Tujuan ¤ Mempelajari prinsip kerja dan keunggulan dari topologi DC-DC step-up converter kombinasi charge pump dan boost converter ¤ Melakukan simulasi dan analisis terhadap kinerja DCDC step-up converter kombinasi charge pump dan boost converter yang digunakan sebagai catu daya motor induksi 3 fasa dalam aplikasinya sebagai penggerak mobil listrik
4
Boost Converter Induktor
Dioda
VL Baterai Vin
Beban Switch
Vo
¤ Terdiri dari sebuah induktor yang disusun seri dengan tegangan sumber ¤ Besarnya tegangan keluaran dapat divariasikan dengan mengatur pensaklaran konverter
5
Charge Pump S1
Vin
Vout C S2
S3
¤ Didasari dari rangkaian pengganda tegangan ¤ Terdiri dari sebuah kapasitor dan 3 saklar ¤ S1 dan S3 dinyalakan secara komplemen dengan S2 sehingga Vout = 2 Vin 6
Step-Up Converter Kombinasi Charge Pump dan Boost Converter D2
L2
Q2
Ce L1
Vin
D1
Co
RL
DC
Q1
¤ Terdiri dari dua buah induktor, sebuah kapasitor charge pump, dan dua buah saklar ¤ Rasio konversi tegangan besar ¤ Mudah dikontrol 7
Step-Up Converter Kombinasi Charge Pump dan Boost Converter D2
L1
L2 + VCe _
IL2
Ce D1
Co
IL1
Vin
DC
Q1
+ _
VO
RL
+ _
VQ1
Periode Magnetisasi:
8
Step-Up Converter Kombinasi Charge Pump dan Boost Converter L2
L1 IL1
Vin
+ VCe _
IL2
Ce
Q2 + VQ2 -
Co
+ _
VO
RL
DC
Periode Demagnetisasi:
9
Step-Up Converter Kombinasi Charge Pump dan Boost Converter Gain Konversi Tegangan:
10
Simulasi dan Analisis Data Simulasi Step-Up Converter Simulasi Sistem dengan Torsi beban Bervariasi
Simulasi Sistem dengan Kecepatan Bervariasi Simulasi Pengereman Dinamik 11
Simulasi Step-Up Converter Komponen
Nilai
Vin
156 V
Vdc_link ref
780 V
L1 dan L2
19,2 µH
Ce
270 µF
Co
330 µF
RL
10,58 Ω
12
Kontrol Tegangan Konverter ¤ Mengatur pensaklaran konverter ¤ Memberikan tegangan keluaran konverter sebesar tegangan referensi yang diberikan
13
Hasil Simulasi ¤
Vin = 156 V
¤
Duty cycle = 0,6
¤
Vo rata-rata = 779 V
¤
Ripple Vo = 1,2 V
¤
Error Vo = 0,13 %
14
Simulasi Sistem Baterai DC-Link
Step Up Converter Kombinasi Charge Pump dan Boost Converter
PWM Tegangan Referensi
Ia, Ib, Ic
Motor Induksi 3 Fasa
Inverter 3 Fasa
nr Beban Torsi
SPWM Kontrol Kecepatan Motor Induksi Kecepatan Referensi
15
Parameter Simulasi Komponen Baterai
Step-Up Converter
Inverter
Parameter Tegangan
156 V
Kapasitas
100 Ah
Induktor L1 dan L2
19,2 µH
Kapasitor Ce
330 µF
Tegangan keluaran
780 V
Frekuensi switching
195 kHz
Tegangan line-line
380 V
Frekuensi switching
10 kHz
Indeks modulasi Motor Induksi
Nilai
Daya nominal
Tegangan nominal
0,8 10 HP
220/380 V 16
Simulasi Sistem dengan Torsi Beban Bervariasi ¤ Torsi beban berubah dari 20 Nm menjadi 30 Nm
- Mobil sedang melewati tanjakan
17
Simulasi Sistem dengan Torsi Beban Bervariasi ¤ Torsi beban berubah dari 20 Nm menjadi 30 Nm
Steady State = 0,012 detik
Steady State = 0,055 detik
Torsi rata-rata = 30,001 Nm
Tegangan rata-rata = 780 V
Ripple Torsi = 0,5 – 2 Nm
Ripple Tegangan - Saat torsi 20 Nm = 5 – 35 V - Saat torsi 30 Nm = 11 – 83 V
18
Simulasi Sistem dengan Torsi Beban Bervariasi ¤ Torsi beban berubah dari 30 Nm menjadi 20 Nm
- Mobil sedang melewati turunan
19
Simulasi Sistem dengan Torsi Beban Bervariasi ¤ Torsi beban berubah dari 30 Nm menjadi 20 Nm
Steady State = 0,011 detik
Steady State = 0,06 detik
Torsi rata-rata = 20 Nm
Tegangan rata-rata = 780 V
Ripple Torsi = 0,9 – 1,6 Nm
Ripple Tegangan - Saat torsi 30 Nm = 9 – 100 V - Saat torsi 20 Nm = 2 – 40 V
20
Simulasi Sistem dengan Kecepatan Bervariasi ¤ Kecepatan berubah dari 500 rpm menjadi 1000 rpm
- Mobil mengalami percepatan pada bidang datar
21
Simulasi Sistem dengan Kecepatan Bervariasi ¤ Kecepatan berubah dari 500 rpm menjadi 1000 rpm
Steady State = 0,25 detik
Steady State = 0,055 detik
Kecepatan rata-rata = 1000 rpm
Tegangan rata-rata = 780 V
Ripple Kecepatan = 0,5 – 2 rpm
Ripple Tegangan - Saat 500 rpm = 2 – 55 V - Saat 1000 rpm = 1 – 30 V
22
Simulasi Pengereman Dinamik ¤ ¤ ¤
Memutus sumber tiga fasa pada motor dan memberikan tegangan DC pada stator Besarnya tegangan DC yang diberikan mempengaruhi respon kecepatan pengereman Pengaturan tegangan DC untuk pengereman dengan buck converter
+ Vdc -
23
Hasil Simulasi Pengereman Dinamik ¤ Tegangan DC diberikan sebesar 0 V, 25 V, 50 V
Mencapai 0 rpm: - Vdc = 0 V 0,56 detik - Vdc = 25 V 0,24 detik - Vdc = 100 V 0,05 detik
Steady state: - Vdc = 0 V 0,56 detik - Vdc = 25 V 0,34 detik - Vdc = 100 V 0,26 detik
Tegangan rata-rata DC-link : - Vdc = 0 V 175 V - Vdc = 25 V 169 V - Vdc = 100 V 163 V Ripple tegangan: - Vdc = 0 V 0,02 V - Vdc = 25 V 0,4 V - Vdc = 100 V 3 V
24
Kesimpulan ¤ Topologi step-up converter kombinasi charge pump dan boost converter dapat menaikkan tegangan dua kali lebih besar dibandingkan topologi boost converter konvensional
¤ Pada pengujian sistem dengan torsi beban bervariasi dan kecepatan referensi bervariasi, step up converter kombinasi charge pump dan boost converter mampu menyuplai daya untuk sistem motor induksi 10 HP dengan ripple tegangan berkisar antara 9 – 100 V pada torsi beban 30 Nm dengan kecepatan konstan 1000 rpm. ¤ Pada pengujian pengereman dinamik, tegangan DC-link mengalami penurunan atau kenaikan berdasarkan besarnya tegangan DC yang dikonversi untuk pengereman .
25
Terima Kasih
26
