SISTEM PERBAIKAN FAKTOR DAYA PADA PENYEARAH DIODE TIGA PHASA MENGGUNAKAN HYSTERESIS CURRENT CONTROL Denny Prisandi NRP 2210105075 Dosen Pembimbing Prof.Dr.Ir.Mochamad Ashari,M.Eng Heri Suryoatmojo, ST., MT., Ph. D.
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2012
PENDAHULUAN Kebutuhan sumber tegangan dc semakin meningkat. Untuk mendapatkan sumber tegangan dc diperlukan ac to dc konverter atau disebut penyearah. Penyearah menyebabkan harmonisa arus pada sisi sumber. Harmonisa menyebabkan dampak buruk bagi peralatan listrik.
PERMASALAHAN Penyearah yang digunakan pada tugas akhir ini adalah penyearah tiga phasa gelombang penuh. THD penyerah tersebut cukup besar. Besarnya THD berpengaruh pada faktor daya.
DASAR TEORI
PENYEARAH 3 PHASA GELOMBANG PENUH Tegangan Output Vdcrms
Vdcavg
2 3
2
Vm sin t dt 1,655 Vm 9
3
6 2
2 3
3
3 Vm sin t dt 1,654 Vm
Arus Input Iacrms
2 3
2
I m sint dt 0,78 I m 2
3
Dimana:
Im
3 Vm R
THD & FAKTOR DAYA
2
Isrms 1 THDi Is1rms
Is1rms Pf cos 1 Isrms
BAGAIMANA SOLUSINYA???
HYSTERESIS CURRENT CONTROL (HCC) Prinsip kerja:
Menggunakan selisih antara arus referensi dan arus fasa. Selisih bernilai positif, arus naik. Selisih bernilai negatif, arus turun.
PENYEARAH DIKONTROL DENGAN HCC
Menngunakan tambahan 3 bidirectional switch dan induktor. Bidirectional switch berfungsi menyuntikkan arus ke fasa input agar terbentuk gelombang sinus 50Hz. Besarnya nilai induktor dapat dihitung dengan [3]:
2
2
Vi 36 2 Vi L (2 3 3). 3 3,8489 10 . 7 2 f Po f Po
HYSTERESIS BAND
Arus dikontrol naik dan turun sesuai dengan gelombang sinus referensi. Terbentuk hysteresis band. Hysteresis band mempengaruhi besar frekuensi switching.
ARUS REFERENSI Pdc Pac 3 Vacrms Iacrms Pdc Vdc rms Idcrms Iacrms
Vdc rms Idcrms 3 Vac rms
Maka arus referensi:
Vm Sint Iref ( Iacrms 2 ) Vm
Iref I m sint
RANGKAIANHYSTERESIS CURRENT CONTROL
Lebar hysteresis band tidak diatur (minimum)
Frekuensi switching sangat tinggi THD rendah
RANGKAIANHYSTERESIS CURRENT CONTROL DENGAN PENGATURAN HYSTERESIS BAND
Terdapat Iref_max dan Iref_min (Hysteresis band). Lebar hysteresis band diatur untuk memgatur frekuensi switching
Frekuensi switching lebih rendah THD bertambah tinggi
HASIL SIMULASI THD dan Faktor Daya Penyearah Konvensional Beban (Ohm)
THD (%) IR
IS
IT
Faktor Daya
25 Ω
30,7673%
30,7673%
30,7673%
0,955
50 Ω
30,7672%
30,7672%
30,7672%
0,955
75 Ω
30,7670%
30,7670%
30,7670%
0,955
100 Ω
30,7669%
30,7669%
30,7669%
0,955
125Ω
30,7668%
30,7668%
30,7668%
0,955
HASIL SIMULASI THD dan Faktor Daya Penyearah dengan HCC
Hysteresis Band Minimum Beban
THD (%)
(Ohm)
IR
IS
IT
Faktor Daya
15 Ω
4,84
4,82
4,87
0,991
25 Ω
4,60
4,57
4,58
0,996
50 Ω
4,03
3,98
4,00
0,997
75 Ω
3,88
3,80
3,83
0,995
100 Ω
3,87
3,78
3,78
0,994
125Ω
3,82
3,82
3,77
0,993
Arus Input Penyearah Menggunakan HCC dengan
Hysteresis Band Minimum
THD rendah antara 3%-5% Faktor daya mencapai 0,99
HASIL SIMULASI THD dan Faktor Daya Penyearah menggunakan
HCC dengan Pengaturan Hysteresis Band Beban (Ω) 15 25 50 75 100
125
Lebar Band (Ampere)
4 8 4 8 3 6 2 4 1 2 1 2
THD (%) Fasa R
Fasa S
Fasa T
5,08 5,82 5,42 7,26 6,54 9,79 6,51 9,94 5,66 7,81 6,55 8,80
5,16 5,88 5,15 7,49 6,48 10,1 6,54 9,88 5,72 7,79 6,29 9,26
5,12 5,83 5,43 7,87 6,63 9,71 6,58 9,97 5,64 7,73 6,26 9,35
Faktor Daya
0,993 0,993 0,996 0,994 0,996 0,994 0,996 0,992 0,994 0,990 0,991 0,989
Arus Input Penyearah Menggunakan HCC
dengan Pengaturan Hysteresis Band
THD dapat diatur dengan mengubah lebar hysteresis band. Faktor daya berubah sesuai dengan THD.
PENGUJIAN PENYEARAH TIGA FASA GELOMBANG PENUH DENGAN HCC TERHADAP PERUBAHAN BEBAN
Daya beban dua kali beban awal
THD dan faktor daya cukup bagus, belum perlu
mengubah nilai induktor.
PENGUJIAN PENYEARAH TIGA FASA GELOMBANG PENUH DENGAN HCC TERHADAP PERUBAHAN BEBAN
Daya beban tiga kali beban awal
THD dan faktor menurun, perlu mengubah nilai induktor
menjadi lebih kecil untuk mengimbangi kenaikan arus yang cepat.
PENGUJIAN PENYEARAH TIGA FASA GELOMBANG PENUH DENGAN HCC TERHADAP PERUBAHAN BEBAN
Daya beban 1/2 kali beban awal
THD dan faktor daya cukup bagus, belum perlu
mengubah nilai induktor.
PENGUJIAN PENYEARAH TIGA FASA GELOMBANG PENUH DENGAN HCC TERHADAP PERUBAHAN BEBAN
Daya beban 1/3 kali beban awal
THD bertambah tinggi dan faktor daya sedikit
menurun.
PERBANDINGAN PENYEARAH KONVENSIONAL DENGAN PENYEARAH MENGGUNAKAN HYSTERESIS CURRENT CONTROL Parameter Faktor Daya THD
Iac_max
Iac_rms
Vdc_avg
Idc_avg
Beban (Ω) 15 50 125 15 50 125 15 50 125 15 50 125 15 50 125 15 50 125
Konvensional 0,955 0,955 0,955 30,7673 % 30,7670 % 30,7668 % 35,82 A 10,74 A 4,29 A 27,96 A 8,38 A 3,35 A 513,17 V 513,18 V 513,18 V 34,21 A 10,26 A 4,10 A
HCC 0,991 0,997 0,993 4,84 % 4,03 % 3,82 % 116,44 A 29,38 A 12,20 A 76,29 A 19,94 A 7,93 A 868,75 V 806,68 V 792,98 V 50,91 A 16,17 A 6,33 A
PERBANDINGAN TEGANGAN OUTPUT PENYEARAH KONVENSIONAL DENGAN PENYEARAH MENGGUNAKAN HCC
PERBANDINGAN ARUS INPUT PENYEARAHKONVENSIONAL DENGAN PENYEARAH MENGGUNAKAN HCC
KESIMPULAN
Hasil simulasi penyearah konvensional dicatu dengan tegangan 220V/380V, dengan beban bervariasi antara 2 kW (125 Ω) sampai dengan 17 kW (15 Ω) diperoleh faktor daya rata-rata sebesar 0,95 dan total harmonic distortion (THD) sebesar 30,76%. Hysteresis current control (HCC) memperbaiki arus input dengan cara memasukkan arus menggunakan saklar bidirectional kedalam saluran fasa melalui induktor, sehingga arus tersimpan pada induktor dan disalurkan ke beban saat discharge dalam bentuk tegangan. Dengan mengatur lebar band hysterisis maka frekuensi switching dapat disesuaikan dengan pemilihan kemampuan komponen. Hasil simulasi penyearah menggunakan hysteresis current control diperoleh faktor daya mencapai 0,99, total harmonic distortion (THD) sebesar 4,8% dan sudah sesuai dengan standard IEC 61000 -2-3.
DAFTAR PUSTAKA [1] Muhammad H Rashid , “Power Electronics Handbook”, Academic Press, 2001 [2] Ali I maswood, Fangrui Liu, “ A Unity Power Factor Front-End Rectifier With Hysteresis Current Control” IEEE Trans. Power Electron., vol.21, no.1, March. 2006. [3] E. L. M. Mehl and I. Barbi, “An Improved High Power Factor And LowCost Three- Phase Rectier”, IEEE Trans. Ind. Appl., vol.33, no.2, pp. 485—492, Mar./Apr. 1997. [4] A. I. Maswood, A. K. Yusop, and M. A. Rahman, “A Novel SuppressedLink Rectier-Inverter Topology With Unity Power Factor”, IEEE Trans. Power Electron., vol.17, no.5, pp. 692—700, Oct. 2002. [5] F. Liu and A. I. Maswood, “A Novel Near-Unity Power Factor AC Drive”, in Proc. 2003 IEEE Int. Conf. Power Electronics and Drive Systems (PEDS), Singapore, pp. 1090—1094.
TERIMA KASIH
PRESENTASI REVISI
SISTEM PERBAIKAN FAKTOR DAYA PADA PENYEARAH DIODE TIGA PHASA MENGGUNAKAN HYSTERESIS CURRENT CONTROL Denny Prisandi NRP 2210105075 Dosen Pembimbing Prof.Dr.Ir.Mochamad Ashari,M.Eng Heri Suryoatmojo, ST., MT., Ph. D.
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2012
SPESIFIKASI DESAIN Tegangan output (Vout) = 500V Daya output (Pout) = 7,5 kW (33,33Ω) Induktor input (L) = 5mH Tegangan input (line to netral) = 220 V
PENYEARAH 3 PHASA
RANGKAIAN HCC
REGULATOR TEGANGAN
PERBANDINGAN PENYEARAH KONVENSIONAL DENGAN HCC Parameter
Penyerah Konvensional
Penyearah dengan HCC
0,955
0,994
THD
30,76%
6,72%
Iac_max
18,21 A
16,12 A
Iac_rms
12,58 A
11,46 A
Vdc_rms
513,63 V
492,78 V
Idc_rms
15,41 A
14,81A
Faktor daya
PERBANDIANGAN ARUS INPUT PENYEARAH KONVENSIONAL DAN HCC
PERBANDIANGAN TEGANGAN OUTPUT PENYEARAH KONVENSIONAL DAN HCC
PERBANDIANGAN ARUS OUTPUT PENYEARAH KONVENSIONAL DAN HCC
RANGE KEMAMPUAN DESAIN Range Daya (watt) 3750 7500
Faktor Daya 0,987 0,998
THD (%) 13,8 % 6,21 %
15000 22500 30000
0,999 0,995 0,814
3,46 % 4,43 % 44,78%
