Makalah - Politeknik Elektronika Negeri Surabaya

PENGATURAN KECEPATAN MOTOR AC TIGA PHASA YANG
DIGUNAKAN PADA MOBIL LISTRIK BERBASIS FUZZY LOGIC
CONTROLLER
Hari Santoso 1,.Renny Rakhmawati, ST, MT
2 Ir.
Era Purwanto, M.eng1.
1 Mahasiswa
Jurusan Teknik Elektro Industri, 2 Dosen PENS-ITS
Politeknik Elektronika Negeri Surabaya
Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya
Kampus ITS Sukolilo Surabaya 60111
Telp (+62) 031-59447280 .Fax (+62) 031-5946114
e-mail:[email protected]
Abstrak
Mobil listrik yang dimaksud adalah kendaraan penumpang untuk pribadi, yang beroperasi pada jalan raya,
dan untuk kenyamanan umumnya menggunakan roda empat dan digerakkan secara elektrik. Mobil listrik
merupakan disiplin ilmu pengemudian elektrik (electric drives), yang dapat didefinisikan sebagai konversi energi
listrik ke energi mekanik, dengan sistem pengaturannya. Motor dc adalah motor yang ideal untuk digunakan
pada sistem pengemudian elektrik, disebabkan karena sistem pengaturan kecepatannya sangat mudah, motor
dc mempunyai kelemahan harganya relatif mahal, dan membutuhkan perawatan yang rutin karena adanya sikatsikat yang selalu menggeser pada komutator.
Pada saat ini motor DC sudah mulai tergeser pemakaiannya oleh motor AC. Salah satu motor AC yang
banyak digunakan adalah motor induksi tiga-fasa, kelebihan motor AC dibandingkan dengan motor DC adalah
harganya relatif lebih murah, kokoh, dan bebas perawatan. Namun motor AC adalah motor yang tidak linier,
sehingga sistem pengaturannya tidak semudah motor DC.
Pengaturan kecepatan menggunakan motor tiga phasa yang di kombinasikan dengan rotary encoder
secara otomatis pada mobil listrik didasari pada pengondisian jalan dan penumpang secara manual pada
umumnya yang digunakan untuk mengatur seberapa cepatnya putaran motor tersebut ketika pada saat jalan
mendaki dan menurun maupun jumlah orang yang menaiki mobil tersebut. Dengan mengandalkan kecepatan
dari motor induksi tiga fasa, mobil listrik ini dapat bekerja sesuai dengan input tegangan yang diberikan. Semakin
berkembangnya zaman, maka kecepatan motor induksi dapat dikontrol dengan berbagai metode, salah satunya
adalah menggunakan logika fuzzy.
Kata kunci : electric drive, logika fuzzy
1.Pendahuluan
Mobil listrik adalah kendaraan penumpang
untuk pribadi, yang beroperasi pada jalan raya,
dan
untuk
kenyamanan
umumnya
menggunakan roda empat dan yang digerakkan
secara elektrik. Mobil listrik termasuk salah satu
bagian dari disiplin ilmu pengemudian elektrik
(electric drives), yang dapat didefinisikan
sebagai konversi energi listrik ke energi
mekanik, serta cara-cara pengaturannya.
Komponen utama mobil listrik adalah motor
listrik sebagai penggerak, baterei sebagai
sumber energi, sistem kontrol sebagai pusat
kendali, dan konverter daya sebagai peralatan
elektrik atau rangkaian elektrik yang mengubah
kebutuhan variabel sumber energi dengan
kebutuhan variabel mobil listrik
melalui
switching devices.
Isu penghematan penggunaan Bahan
Bakar Minyak (BBM) pada sektor transportasi
merupakan isu yang sangat penting bagi
perusahaan
otomotif
untuk
memasarkan
produksinya kepada masyarakat sebagai
konsumennya. Perusahaan otomotif Jepang
seperti Toyota dan Honda saat ini menduduki
posisi penjualan teratas di Amerika Serikat (US
EPA, 2006). Hal ini disebabkan oleh
keberhasilan
industri
otomotif
Jepang
menciptakan teknologi efisiensi energi dan
rendah emisi dalam produk otomotif.
Di
Indonesia,
sektor
transportasi
mengkonsumsi lebih dari 50% BBM Nasional
dimana 60% merupakan mobil pribadi dan
angkutan barang (Bappenas, 2006). Sebagai
pemakai terbesar BBM, sektor transpotasi
berpotensi besar menjadi sumber strategi
penghematan energi. Strategi konservasi energi
di sektor ini bisa dilakukan dengan berbagai
macam cara mulai dari pengembangan
angkutan
massal,
pengurangan
jumlah
kendaraan pribadi sampai penerapan pajak
karbon. Secara sektoral untuk jangka panjang
pangsa penggunaan energi yang terbanyak
telah berubah dari sektor industri besar ke
sektor
transportasi.
Sektor
transportasi
mempunyai pangsa sebesar 34 %, diikuti oleh
sektor industri sedang/kecil (27 %) dan sektor
industri besar (23 %).
Berkaitan dengan permasalahan tersebut
serta untuk mengurangi ketergantungan yang
sangat tinggi pada penggunaan BBM pada
sektor transportasi, banyak hal yang dapat
dilakukan, antara lain dengan mengembangkan
transpotasi massal, mengembangkan sumber
1
energy lain, salah satu yang bisa dilakukan di
sektor transpotasi adalah mengembangkan
mobil listrik dengan menggunakan motor –
motor listrik sebagai tenaga penggerak utama
untuk menggantikan BBM. Pemerintah harus
berani memaksa industri otomotif asing dan
merangsang industri dalam negeri untuk
mengembangkan kendaraan hemat energi dan
rendah polusi seperti mobil listrik dan hibrid,
serta mobil berbahan bakar gas.
Konsep dasar mobil listrik dikembangkan
mulai dari pertengahan abad ke 21, dimana
pengembangan ini dikarenakan kekurangan dari
mobil dengan konsep internal combustion
engine (ICE) yang banyak menghasilkan polusi
udara seperti dikeluarkan oleh Environmental
Protection Agency (EPA), konvensional mobil
ICE menghasilkan polusi udara 40% - 50%
ozon, 80% - 90% karbon monosida dan setelah
terjadinya krisis energi pada tahun 1970.
Untuk mengatasi hal tersebut maka
diperlukan suatu penelitian untuk mencoba
penggunaan motor listrik sebagai penggerak
utama pada mobil listrik sebagai pengganti
BBM, permasalahan yang berkembang pada
sistem ini adalah bagaimana mengendalikan
motor listrik tersebut layaknya seperti motor
bakar, motor listrik yang dapat digunakan
sebagai penggerak antara lain motor AC
ataupun Motor DC. Motor listrik akan berfungsi
sebagai interface antara power supply dengan
vehicle wheels, pada bagian ini akan terjadi
perpindahan energy yang memerlukan efficiency
yang tinggi, dan proses kontrol pada driver terus
menerus.
Mobil listrik yang dimaksud adalah
kendaraan penumpang untuk pribadi, yang
beroperasi pada jalan raya, dan untuk
kenyamanan umumnya menggunakan roda
empat dan digerakkan secara elektrik. Mobil
listrik merupakan disiplin ilmu pengemudian
elektrik (electric drives), yang dapat didefinisikan
sebagai konversi energi listrik ke energi
mekanik, dengan sistem pengaturannya. Motor
dc adalah motor yang ideal untuk digunakan
pada sistem pengemudian elektrik, disebabkan
karena sistem pengaturan kecepatannya sangat
mudah, motor dc mempunyai kelemahan
harganya relatif mahal, dan membutuhkan
perawatan yang rutin karena adanya sikat-sikat
yang selalu menggeser pada komutator.
Pada saat ini motor DC sudah mulai
tergeser pemakaiannya oleh motor ac. Salah
satu motor AC yang banyak digunakan adalah
motor induksi tiga-fasa, kele bihan motor AC
dibandingkan dengan motor DC adalah
harganya relatif lebih murah, kokoh, dan bebas
perawatan. Namun motor AC adalah motor yang
tidak linier, sehingga sistem pengaturannya
tidak semudah motor DC. Metoda vektor kontrol
dan field oriented control pada saat ini sedang
dikembangkan untuk pengaturan kecepatan
motor AC, dengan metoda ini, maka motor AC
akan dapat diatur seperti motor DC.
Penelitian tentang penggunaan sumber
energi alternatif pada sektor transpotasi hingga
saat ini masih banyak dilakukan dan dibahas
dan menjadi topik utama dalam penyelesaian
pengembangan sistem transportasi agar tidak
tergantung pada energi bahan bakar minyak,
salah
satu
bidang
ilmu
yang
dapat
dikembangkan
untuk
mendukung
pengembangan
mobil
listrik
adalah
pengemudian elektris. Pengemudian Elektris
adalah bagian dari industrial sistem yang
berhubungan dengan konversi energi elektrik ke
energi mekanik (motoring) atau sebalikannya
untuk melakukan suatu proses kerja untuk
menggerakkan production plants, transportasi
barang atau orang, peralatan rumah tangga,
pompa air, kompressor, computer disc drives,
robotik, musik, image players.
Untuk mengatasi hal tersebut maka
diperlukan suatu penelitian untuk mencoba
penggunaan motor listrik sebagai penggerak
utama pada mobil listrik sebagai pengganti
BBM, permasalahan yang berkembang pada
sistem ini adalah bagaimana mengendalikan
motor listrik tersebut layak seperti motor bakar,
motor listrik yang dapat digunakan sebagai
penggerak antara lain motor AC ataupun Motor
DC. Motor listrik akan berfungsi sebagai
interface antara power supply dengan vehicle
wheels, pada bagian ini akan terjadi
perpindahan energy yang memerlukan efficiency
yang tinggi, dan proses kontrol pada driver terus
menerus.
Dengan latar belakang yang telah
dipaparkan di atas, maka perumusan masalah
yang diangkat dalam penelitian adalah
pengembangan pemodelan motor induksi
dengan metoda fuzzy logic untuk digunakan
sebagai kontrol penggerak mobil listrik untuk
mendapatkan informasi karakteristik yang akan
dapat digunakan sebagai acuan dalam
pengembangan sistem secara keseluruhan.
Dengan perkembangan teknologi dan
tuntutan yang lain pengemudian elektrik telah
berkembang, sehingga disiplin ilmu yang terkait
telah bertambah. Teknologi dari electric motor
drives menjangkau berbagai macam disiplin
seperti: electric machines, power semiconductor
devices, converter circuits, control theory, signal
processing, dan microprocessor. Technology
multidisiplin ini telah mengalami kemajuan yang
pesat selama dua dekade terakhir ini, dan telah
membuat kemajuan yang meyakinkan, dan
tentunya akan terus berlangsung hingga saat ini.
Evolusi dalam tiap disiplin telah memberikan
kontribusi kepada perbaikan secara menyeluruh
dalam teknologi pengemudian elektrik. Karena
itu pada penelitian yang diusulkan dalam ini
akan secara komprehensif menyelesaikan
permasalahan dan target yang dilakukan dalam
kerangka seperti terlihat pada Gambar 1.1 yang
merupakan roadmap total dari kegiatan
penelitian yang telah dilakukan dan yang akan
dicapai.
Penelitian yang dilakukan adalah
mengembangkan teknologi fuzzy logic yang
akan digunakan sebagai metoda penggunaan
motor induksi sebagai penggerak mobil listrik,
penelitian ini mengembangkan permodelan
2
motor induksi dengan menggunakan metoda
fuzzy logic untuk mendapatkan informasi
karakteristik motor induksi yang akan dapat
digunakan sebagai acuan dalam pengembangan
sistem secara keseluruhan.
Rotating Electronic
Converters
Power Electronics
Electrical Machinery
- design Inverter
- design Converter
- Manufacturing
- DC Machine
- AC Machine
- Vector Control
- Field Oriented Control
Traction Drives,
Robot Drives, Electric Vehicle
Smart Drives, Robot Drives
Optimization of robot trajectory
Control System
- conventional Control
- intelligent control
- Adaptive Control
2.
KONFIGURASI SISTIM
Secara umum konfigurasi dari sistim
yang dibuat terdiri dari sensor tegangan dan sensor
arus yang akan dimasukkan ke dalam ADC dan
akan dibandingkan dengan nilai setting point yang
telah diinputkan dari keypad. Selanjutnya LCD akn
menamoilkan jenis gangguan yang trjadi jika
melebihi setting pointnya. Serta akn mengaktifkan
lampu indikator dan alarm juga akan memutuskan
dari sumber jala-jala 3 phasa. Sensor tegangan
yang digunakan pada sistem ini menggunakan
sensor pembagi tegangan, sedangkan sensor arus
menggunakan Current Transformer. Untuk lebih
jelasnya, lihat gambar blok diagram
4. KESIMPULAN
Setelah melalui beberapa proses perencanaan,
pembuatan dan pengujian alat serta dari beberapa
data yang didapat dari pengujian dan pembuatan
Tugas Akhir ini, maka dapat diberikan kesimpulan
sebagai berikut:
1.
2.
Besar tegangan 1 volt dapat
membangkitkaan frekwensi 8,7 Hz
dengan output tegangan pada motor
sebesar 36 volt dan kecepatan motor
sebesar 263 rpm.
Berdasarkan
pengujian
control
kecepatan motor tersebut secara
otomatis sehingga di dapatkan output
kecepatan motor yang stabil sesuai
dengan error dan Derror yang di
gunakan dalam controller fuzzy .
5. DAFTAR PUSTAKA.
3.
Pengujian Dan Analisa
Hasil dari pembacaan yang masuk dan keluar
pada inverter tertera pada table 4.1 di bawah ini
Vdc
control
1.07
2.12
3.03
4.06
5.09
Vac
Iout
50
80
130
145
160
6
6
6
6
6
Vdc
input
360
360
360
360
360
frekwensi
RPM
5
10
15
20
25
702
790
883
1196
1400
Hasil dari pembacaan yang keluar pada layar
LCD tertera pada table 4.2 di bawah ini
Vdc
control
Error
Derror
kecepatan
RPM
SP
1.07
-56
32
109
128
64
2.12
77
13
205
144
83
3.03
66
0
193
161
89
4.06
131
20
225
218
97
5.09
163
6
255
255
98
[1] H.F. Abdul Wahab, H. Sanusi, “ Simulink
Model of Direct Torque Control of Induction
Machine” , Faculty of Engineering, Universiti
Kebangsaan Malaysia, 43600 UKM Bangi,
Selangor DE, Malaysia.
[2] Arman Jaya*, Mauridhi Heri Purnomo**,
Soebagio**, “Pengaturan Kecepatan Motor
Induksi
Tanpa
Sensor
Kecepatan
Menggunakan Metode Fuzzy Sliding Mode
Control Berbasis Direct Torque Control”,
*Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, ITS
**Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi
Industri, ITS
[3] Domenico Casadei, Francesco Profumo,
Giovanni Serra, 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