Seminar Tugas Akhir Teknik Elektro FTI-ITS 28 Juni 2012
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.
1
Latar Belakang
2
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 (Solusi yang dilakukan bisa menggunakan rangkaian VSI)
Tujuan
3
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.
Batasan Masalah
4
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 adalah beban resistor 3 fasa seimbang.
Pemodelan Simulasi
5
Skematik Secara Umum Prime Mover Parameter Mesin Induksi Rangkaian VSI 3 Fasa Kontrol Tegangan Generator dan CCVSI Rangkaian DC Chopper dan Kontrol Tegangan DC.
Skematik Secara Umum
Pgen Pbeban Pinv
6
Prime Mover
Tsh T0 M ( 0 )
Prime Sebagai Penggerak dalam sistem ini dimodelkan dalam fungsi penghasil Torsi untuk menggerakkan Generator. 7
Parameter Mesin Induksi Parameter
Type Kw/HP V A Seri No IP Hz rpm
8
Nilai
EM802-4 0,75/1 220/380 3,6/2,1 001321 55 50 1380
Parameter Mesin Induksi Parameter
DEFINISI
Nilai
Rs L1s Rr L1r Lm
Resistansi stator Induktansi stator Resistansi rotor Induktansi rotor Induktansi magnetisasi Jumlah kutub
10,79 Ohm 0,095 H 10,08 Ohm 0,095 H 0,61 H
p
9
4
Rangkaian VSI 3 Fasa
Terdiri dari 6 buah saklar, saklar dikontrol dengan menggunakan metode current-controlled switching.
10
Kontrol Tegangan Generator dan CC-VSI Pengaturan Tegangan Generator
+
Vref(t)
Verr(t) I set PI
Vab RMS a.
Pengaturan Arus Inverter
I ref(t)
I set
+
-
I err(t)
I mod(t)
-
PI
Sin wt
11
PWM Current Control
Komparator
I inv(t)
b.
+
Sinyal Segitiga
Kontrol Tegangan Generator
Verr (t ) Vref Vab (t ) t
Verr= Sinyal tegangan error
I set (t ) K pab Verr (t ) K iab Verr (t )dt
Vref = Tegangan referensi Vab = Tegangan generator (line to line) rms yang terukur. = Sinyal output PI. K pab= Konstanta proportional PI Vab K iab = Konstanta integral PI V ab t = waktu atau waktu sesaat (menyatakan persamaan kontinyu)
I set
12
0
Current-Controlled PWM
I ref I set sin(t ) I err (t ) I ref I inv (t ) t
I
13
(t ) K
I (t ) K icc I err (t )dt
mod pcc err I ref = Arus referensi I inv = Arus inverter yang terukur. I err = Sinyal arus error I mod = Sinyal modulasi output PI. K pcc = Konstanta proportional Current-Controlled K icc = Konstanta integral Current-Controlled t = waktu atau waktu sesaat (menyatakan persamaan kontinyu) Kontroller ini berlaku pada setiap fasa inverter.
0
Rangkaian DC Chopper VRdc D Vdc
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.
14
Kontrol Tegangan DC Vdcerr (t ) Vdcref Vdc (t ) t
VDref (t ) K pdc Vdcerr (t ) K idc Vdcerr (t )dt 0
15
Vdcerr Vdcref Vdc Vdreff Kpdc Kidc t
= Sinyal tegangan error Vdc = Tegangan referensi Vdc = Tegangan dc terukur. = Sinyal output PI yang akan dimodulasi dengan sinyal segitiga. = Konstanta proportional PI Vdc. = Konstanta integral PI Vdc. = waktu atau waktu sesaat (menyatakan persamaan kontinyu)
Beban Sistem
Beban yang digunakan dalam sistem ini adalah beban resistor. 16
Sistem Dalam Simulasi
17
Simulasi dan Analisis
18
Parameter Simulasi Beban Konstan Pengurangan Beban Penambahan Beban
Parameter Simulasi PARAMETER
Nilai
Prime Mover
P Kecepatan Putar
500 Watt 1600 rpm
Pengaturan Tegangan Generator
Kpab Kiab Vabref
2 0,6 380 V
Current Controlled PWM
Kiab Kicc fout f segitiga
5 0,0004 50 Hz 5000 Hz
Pengaturan Tegangan DC
Kpdc Vdcref f segitiga
8 0,06 800 V 2000 Hz
Rdc
1000 Ohm
Lf Cac
20mH 4µF
Kidc
Induktor Inverter Kapasitor ac
19
Simulasi Beban Konstan Dalam simulasi ini generator induksi dioperasikan dengan beban resistor R=500 Ohm.
20
Simulasi Beban Konstan
21
Daya keluaran generator diserap oleh beban dan VSI. Tegangan generator yang dihasilkan 380 Volt. Kecepatan putar generator 1368 rpm.
Simulasi Beban Konstan
Frekuensi Output Generator 50 Hz. 22
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.
23
Simulasi Pengurangan Beban
24
Daya, tegangan dan kecepatan dijaga konstan saat beban berkurang. Ketika aliran daya ke beban berkurang daya serapan inverter bertambah.
Simulasi Pengurangan Beban
Frekuensi output generator 50 Hz. 25
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.
26
Simulasi Penambahan Beban
27
Daya, tegangan dan kecepatan dijaga konstan saat beban bertambah. Ketika aliran daya ke beban bertambah daya serapan inverter berkurang.
Simulasi Penambahan Beban
Frekuensi output generator 50 Hz 28
Kesimpulan
29
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.
Saran
30
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.
TERIMA KASIH
31
Daftar Pustaka
32
[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., International Conference.15-19 Nov 1993.
