Fachrul Feriantono
Mahasiswa S1 JurusanTeknik Elektro
Universitas Gunadarma
Kampus Universitas Gunadarma Margonda, Depok 16424
Email fahrul.ferian@yahoo.com
Abstrak – Metode
Field Oriented Control pada kecepatan motor induksi 3 fase digunakan untuk mengurangi
overshoot dan memperpendek settling time. Kecepatan motor diatu rmelalui kontroler
PID. Penyetelan parameter nilai Kp, Ki, dan Kd pada kontroler PID. Field
Oriented Control digunakan pada kondisi dinamis. Pada rangcangan pengatur
kecepatan motor ini ditambahkan rangkaian rectifier 3 fase untuk menyearahkan
tegagan untuk keperluan sensor tegangan dan sensor arus, dan rangkaian inverter untuk pembacaan sinyal AC
pada sensor. Nilai overshoot yang rendah dan settling time yang pendek dapat
mengurangi penurunan kecepatan paa saat pembebanan.
Kata Kunci: PID Controller, Field Oriented Control (FOC),
Induction Motor
I.
PENDAHULUAN
Motor induksi yang banyak digunakan untuk
kebutuhan di bidang industri ternyata masih memiliki hal-hal yang kurang menguntungkan
seperti, nilai overshoot tinggi dan settling time yang lama yang dapat menyebabkan
kecepatan motor induksi turun pada saat pembebanan.
Untuk melakukan pengaturan arus torsi
dan arus medan secara terpisah, maka digunakan metode FOC pada pengendalian kecepatan
motor induksi.
Untuk menghasilkan keluaran yang konstan
maka digunakan metode pengontrolan dengan kontrol PID. Kontrol PID memiliki kekurangan,
tetapi dapat ditutupi dengan cara menggabungkan ketiganya secara paralel dan menjadi
kontroler proporsional, kontroler integral dan kontroler diferensial yang
menjadi satu.
Masing-masing elemen kontrol P, I, dan D
pada kontrol PID secara keseluruhan digunakan untuk mengatasi masalah pada saat
start awal motor listrik. Keluaran kontrol PID merupakan jumlah dari keluaran kontroler
proporsional, integral dan differensial. Untuk mengatur perubahan sifat dari elemen-elemen
proporsional, integral dan differensial dapat dilakukan dengan merubah konstanta
KP, KI, dan KD. Satu atau dua konstanta tersebut dapat disetel lebih menonjol dari
konstanta yang lainya untuk memberi konstribusi pengaruh pada respon sistem secara
keseluruhan.
II. DASAR TEORI
A. Metode
Field Oriented Control
Field Oriented Control (FOC) digunakan untuk
dapat mengatur arus torsi dan arus medan secara terpisah. FOC adalah suatu metode
pengaturan medan pada motor ac dari sistem
coupled diubah menjadi sistem decoupled. Dengan sistem ini arus penguatan
dan arus beban motor dapat dikontrol secara terpisah, dengan demikian torsi dan
fluksi juga dapat diatur secara terpisah, sepertihalnya motor dc.
Prinsip dasar dari motor dc adalah dengan
menjaga fluks tetap konstan, torsi dapat dikontrol dengan mengontrol arus jangkar.
Te = kIfIa (1)
Arus stator menghasilkan fluks stator,
selanjutnya fluks stator akan menginduks iarus rotor sehingga akan menghasilkan
fluks rotor, interaksi antara fluks stator dan fluks rotor menghasilkan torsi.
Jarak sudut antara fluks stator dan fluks rotor tergantung dari beban dan putaran.
Ø Perhitungan
Torsi :
Ø Pada
sumbu dq :
B. Kontrol PID
Kontrol PID ( Proportional – Integral –
Derivative ) digunakan untuk pengaturan penguatan. Kontrol PID merupakan kombinasi
dari tiga jenis kontroler. Jika masing-masing dari ketiga jenis kontroler tersebut
berdiri sendiri maka hasil yang dicapai kurang baik, sebab masing-masing memiliki
kelebihan dan kelemahan sendiri sendiri. Kombinasi dari ketiga jenis kontroler tersebut
menjadi satu sistem kontrol tunggal, diharapkan mampu memberikan kontribusi dari
kelebihan masing-masing.
Kontrol proporsional adalah suatu penguat
linier yang dapat diatur penguatannya. Hubungan antara keluaran kontroler m (t)
dan sinyal kesalahan e (t) .
m (t) = 𝐾𝑝𝑒(𝑡) (5)
dengan:
Kp adalah gain proporsional
m (t) adalah keluaran kontrol
e(t) adalah sinyal kesalahan
Kontrol proporsional integral adalah merupakan
perubahan dari keluaran kontrol integral m(t), berubah dengan fungsi waktu yang
sebanding dengan sinyal kesalahan. Hubungan antara keluaran kontroler m (t) dan
sinyal kesalahan e(t) adalah :
dengan:
Kp
adalah gain proporsional
Ti
adalah waktu integral
Tetapan waktu integral Ti mengatur aksi kontrol integral, sedangkan Kp memperkuat
bagian proporsional maupun bagian integral dari aksi kontrol. Kebalikan dari tetapan
waktu integral Ti disebut laju reset.
Laju reset adalah banyaknya pengulangan bagian proporsional dari aksi pengontrolan
per detik. Kontrol proporsional derivatif didefinisikan.
dengan:
Kp
adalah gain proporsional
Td
adalah tetapan waktu derivatif
Kontrol derivatif sering disebut kontrol
laju (rate control), karena besar keluaran kontroler sebanding dengan laju perubahan
sinyal kesalahan. Tetapan waktu turunan
Td adalah selang waktu bertambah majunya respon kontrol proporsional
yang disebabkan oleh aksi laju (rate action). Kontroler PID adalah gabungan kontrol
proporsional, kontrol integral, dan kontrol turunan.Gabungan kontrol ini mempunyai
keunggulan dalam memperbaiki kesalahan sinyal dibandingkan dengan masing-masing
dari tiga kontrol tersebut. Persamaan kontrol PID dapat diberikan sebagai berikut:
Untuk memenuhi sistem yang diinginkan maka
ketiga parameter PID harus ditetapkan secara optimal. Ada beberapa metode untuk
menentukan parameter tersebut diantaranya adalah metode coba-coba (cut and try
method), metode Ziegler-Nichols dan metode tanggapan tangga.
PID merupakan salah satu jenis pengatur
yang banyak digunakan.
C. Rectifier 3 Phase
Rangkaian rectifier 3 phasa dan 6 buah diode
yang dapat mengubah tegangan 3 phasa menjadi tegangan DC. Rangkaiannya seperti
yang ditunjukkan oleh gambar 2 berikut :
Untuk menentukan tegangan keluaran dapat
digunakan persamaan sebagai berikut :
D. Inverter 3 Phase
Konverter DC ke AC dinamakan inverter. Fungsi sebuah inverter adalah mengubah
tegangan input DC menjadi tegangan output AC simetris dengan besar dan frekuensi
yang diinginkan. Tegangan outputnya bisa tertentu dan bisa jugadiubah – ubah dengan
frekuensi tertentu atau frekuensi yang diubah – ubah. Tegangan output variabel didapat
dengan mengubah – ubah tegangan input DC agar gain inverter konstan. Disisi lain,
apabila tegangan input DC adalah tertentu dan tidak bisa diubah – ubah, bisa didapatkan
tegangan output yang variabel dengan mengubah – ubah gain dari inverter. Gain
inverter didefinisikan sebagai rasio tegangan output AC terhadap tegangan input
DC.
Rangkaian Inverter ini terdiri dari enam
buah piranti switching (MOSFET) yang bekerja secara berpasangan dan bekerja
(on-off) secara bergantian. Maka membutuhkan enam buah pulsa yang bekerja
on-off secara bergantian. Rangkaian dasar Three Phase Full Bridge Inverter pada
Gambar 4. Didesain untuk menghasilkan tegangan 380 Vac dan arus 3 Ampere.
Untuk memenuhi keadaan tersebut, piranti
yang sesuai untuk Three Phase Full Bridge Inverter ini menggunakan MOSFET tipe
IRFP 460. MOSFET ini memiliki kemampuan switching diatas 50 KHz, batas kemampuan
tegangan drain-source sampai 500 V danarus drain ID 20 Ampere. Untuk menentukan
tegangan keluaran dari inverter dapat digunakan persamaan sebagai berikut :
Rangkaian Inverter 3 phase ini menggunakan
PCI 1710 yang sudah diprogram matlab sebagai pembangkit PWM untuk menyulut mosfet
inverter. PWM keluaran dari PCI 1710 dihubungkan dengan rangkaian optoisolator
yang digunakan sebagai pemisah antara PCI dengan mosfet inverter 3 phase.
Sehingga
dengan optoisolator terhindar dari kerusakan, apabila terdapat arus balik dari rangkaian
inverter 3 phase.
Dengan simulasi menggunakan sudut
switching 180° untuk inverter seperti pada gambar 5 diatas, maka dihasilkan pulsa
keluaran dari inverter seperti pada gambar
6. Dibawah ini.
E. Sensor arus
Untuk sensor arus digunakan IC ACS 712
yang dapat membaca nilai arus hingga 20 Ampere. Output dari sensor arus ini berupa
tegangan yang proporsional dengan nilai arus input yang dibaca, dengan sensitivitas
100 mV / A.
F. Sensor Tegangan
Sensor tegangan menggunakan resistor
pembagi tegangan dipasang secara paralel antara phasa dan netral. Fungsi
resistor ini adalah untuk menurunkan tegangan dari tegangan sumber menjadi tegangan
yang dikehendaki.
I. DATA
HASIL PENGUJIAN
A. Hasil
Pengujian Rectifier 3 Fasa
Untuk menghitug Vout, dilakukan dengan menghitung
Vdc menggunakan persamaan (9) dan (10).
B. Hasil
Pengujian Sensor Arus
Sensor arus dapat mendeteksi arus yang
melalui rangkaian.
C. Hasil
Pengujian Sensor Tegangan AC
Hasil perhitungan pada sensor tegangan
AC dilakukan dengan menggunakan persamaan (12).
D. Hasil
Pengujian Sensor Tegangan DC
Vout dapat dihitung dengan mengunakan persamaan
(12).
IV.
KESIMPULAN
1. Kecepatan
putar motor induksi 3 fasa diatur untuk mendapatkan overshoot yang rendah dan setling
time yang pendek sehingga tidakterjadi penurunan kecepatan pada saat pembebanan
pada motor.
2. Kontrol
PID diatur dengan cara mengubah parameter konstanta K[p. KI, dan KD. Penggunaan
metode FOC untuk motor induksi dengan kondisi dinamis.
V.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Ardana
I WayanRaka, “Simulasi Sistem Kontroler
PID untuk Motor Induksi menggunakan perangkat lunak Matlab / Simulink”,
Politeknik Negeri Bali, Bali, 2008.
[2]
Domenico Casadei, Member, IEEE,
Francesco Profumo, Senior Member, IEEE, Giovanni Serra, Member, IEEE, and
Angelo Tani, “FOC and DTC: Two Viable
Schemes for Induction Motors Torque Control”, IEEE TRANSACTIONS ON POWER
ELECTRONICS, Vol. 17, No. 5, September 2002.
[3] Denny Septa Ferdiansyah, Gigih Prabowo, Sutedjo, Pengaturan Kecepatan Motor Induksi 3ø dengan Kontrol PID melalui Metode Field Oriented Control (FOC) ( Rectifier, Inverter, Sensor arus dan Sensor tegangan), Politeknik Elektronika Negeri Surabaya – ITS
