metode baru dalam identifikasi parameter motor induksi

Epsilon : Journal of Electrical Engineering and Information Technology
Vol. 1, No. 1, July 2003
METODE BARU DALAM IDENTIFIKASI PARAMETER
MOTOR INDUKSI*)
Soemarto
Jurusan Pendidikan Teknik Elektro,
Fakultas Pendidikan Teknologi dan Kejuruan, Universitas Pendidikan Indonesia
Jl. Dr. Setiabudhi No. 207 Bandung, Indonesia
e-mail : [email protected]
Abstract
The present paper describes a new parameter identification method for induction motor. This method
requires only a start-up test during which speed as well as stator currents and voltages are measured.
The procedure allows the computation of the parameters of the equivalent circuit of different types of
induction motor.
Keywords : induction motor, optimization, parameter identification.
Abstrak
Pengidentifikasian sebuah parameter baru pada motor induksi. Metode ini hanya menggambarkan
selama start-up test selama kelajuan sebaik arus stator dan tegangan .yang diukur. Proses kuantitas
pada prosedur pengidentifikasian ini dihasilkan dari perhitungan sebuah parameter pada rangkaian
ekivalen untuk setiap tipe yang berbeda pada motor induksi.
Kata kunci : identifikasi parameter, motor induksi, optimisasi.
l. Pendahuluan
Sebuah perkiraan yang lazim untuk
perputaran motor pada kondisi steady-state
atau transient dengan simulasi numerik
yang terbaik adalah untuk mengontrol
pergerakan variabel-kelajuan, memerlukan
sebuah pengetahuan yang tepat untuk
parameter rangkaian ekivalen pada motor
induksi.
Metode klasik yang normal menggunakan
several-test yang
digunakan
untuk
mendapatkan parameter pada rangkaian
ekivalen untuk setiap tipe yang berbeda
pada motor induksi dengan kerelatifan
waktu investasi yang penting. Sebuah
metode baru dijelaskan pada paper ini
didasarkan pada single start-up test yang
dapat digunakan untuk seluruh tipe pada
motor induksi.
Sebuah test-bench yang dihasilkan untuk
mendapat start-up test dan pengukuran
kuantitas yang berbeda yakni : tegangan
dan arus stator, faktor kerja, kelajuan rotor
dan torsi elektromagnetik. Prosedur
pengidentifikasian
dihasilkan
dari
perhitungan sebuah parameter pada
rangkaian ekivalen sampai dengan 3
rangkaian rotor.
Prosedur ini didasarkan pada metode
pengoptimalisasian yang disebut "metode
gradient". Definisi dari fungsi objektif, J
yang diijinkan untuk mendapatkan
lambang matematik.
2. Start-up Test
Diagram rangkaian ekivalen pada motor
induksi diperlihatkan pada gambar l.
Jumlah yang diperhitungkan rangkaian
rotor bergantung pada tipe dari motor
induksi. Hal ini sama untuk memutar 1
type rotor dan 2 atau 3 untuk tipe
squirrel-cage atau double-cage, dengan
mengatur perhitungan skin effect.
______________________________________________________________________
17
Gambar 1. Rangkaian ekivalen motor
induksi dengan 3 rangkaian
rotor
Pada kondisi steady-state,
Z = U.I
Gambar 2. Test-bench
(1)
dengan Z menyatakan total impedansi.
Untuk menentukan jumlah parameter
bergantung pada jumlah rangkaian rotor.
Selama start-up test kelajuan, tegangan
stator, arus, torsi dan faktor kerja (power
factor) akan disimpan.
Pada hal lain untuk menjelaskan kondisi
steady-state,
pada
saat
starting
pensuplaian ke stator akan ditingkatkan
dengan dikuranginya tegangan, dan jika
hal ini dianggap penting dapat dilakukan
dengan peningkatan inersia pada rotor oleh
flywheel. Dengan menulis persamaan l
untuk kelajuan atau slip yang berbeda
selama start-up test, akan diperoleh satu
persamaan yang diijinkan pada diagram
rangkaian ekivalen.
Bagian terpenting pada test-bench adalah
sistem data perolehan dan perhitungan.
Pada bagian ini berisi tiga kartu
perolehan untuk tegangan dan arus (2,3)
bagian perhitungan yakni sebuah DSP
dan sebuah kartu memori (gambar 3).
Nilai yang dihitung sebanding dengan
kelajuan yang disimpan dalam kartu
memori. Sebuah peralatan algoritma DSP
akan menjumlahkan nilai effektif pada
bagian arus dan tegangan yang
sebanding dengan power factor pada tiga
phasa.
3. Deskripsi pada Test-Bench
Bagian-bagian yang di gunakan pada
aturan percobaan adalah (lihat gambar 2):
Motor induksi
Perlengkapan untuk data perolehan
dan perhitungan transient untuk torsi
celah udara
Letak sensor
Personal Computer (PC)
Gambar 3. Perangkat Digital Signal
Processing (DSP)
Nilai sesaat akan mendapat reaksi dari arus
phasa dan tegangan seperti dicontohkan
pada sebuah frekuensi 100 KHz dan
ditransfer ke DSP, yang mentransfer nilai
phasa kebentuk nilai berhenti dan
menjumlahkan torsi celah udara (4). Sebuah
sensor menggunakan kode Gray yang
ditentukan akan menghitung kelajuan.
4. Proses Perhitungan
Tegangan yang tetap digunakan pada
bagian terminal unit data perolehan
18
Metode Baru Dalam Identifikasi ParameterMotor Induksi
(Soemarto)
Epsilon : Journal of Electrical Engineering and Information Technology
Vol. 1, No. 1, July 2003
adalah perhitungan awal bekerjanya
motor induksi. Nilai efektif pada
tegangan dan arus, faktor kerja dan torsi
elektromagnetik akan dijumlahkan dan
disimpan dalam papan memori. Ketika
starting-up diakhiri, DSP mencatat data
dari PC dan memeriksa prosedur awa1.
Prosedur
pengidentitikasian
menyediakan
perhitungan
pada
rangkaian ekivalen sampai dengan 3
rangkaian rotor. Prosedur ini didasarkan
pada metode iterasi optimal yang disebut
"metode gradient"(5). Definisi dari
fungsi objek J yang diijinkan untuk
mendapatkan lambang matematik yaitu
jumlah karakteristik untuk parameter
yang diidentifikasi.
Prosedur
pengidentifikasian
dapat
diperoleh dari MATLAB yang memiliki
kemampuan terbaik diantara sistem lain
(Windows, Mac. OS, UNIX).
Seluruh perhitungan akan dibuat per
unit (pu), dimana besarnya impedansi
dalam per unit adalah :
1
z mod el .u
(2)
Torsi elektromangnetik, tem,model pada
motor induksi akan sebanding dengan
rugi-rugi i2r pada rotor dan besarnya
torsi dalam perunit adalah :
tem,model =
Pcu,r
s
( i
J( ,s,u,imes,tem,mes)=
s
5. Deskripsi pada prosedur
pengidentifikasian
i mod el
dengan membedakan
i dan
tem .
Fungsi objektif J bergantung pada
penentuan parameter , slip s, tegangan
yang digunakan, arus yang diukur imes dan
torsi yang diukur tem,mes, yakni :
(3)
t em ) (4)
s
Prosedur
pengidentifikasian
yang
dijelaskan di atas mengawali diagram
rangkaian ekivalen yang diambil dari
perhitungan skin effect yang sebanding
dengan rugi-rugi akibat efek kejenuhan
dan kebocoran reaktansi magnetik
selama start-up test. Akibat dari efek
kejenuhan pada reaktansi magnetik yang
diperoleh dari tes beban nol secara
otomatis setelah start-up test.
Parameter dari rangkaian ekivalen
diperoleh dari constraints. Untuk itu hal
ini mungkin terjadi pada pengaturan
batas bawah dan batas atas untuk daerah
yang bervariasi. Untuk setiap tipe motor
induksi yang lain dapat ditetapkan secara
bebas,
tetapi
penggunaan
dapat
dimodifikasi harga mulanya.
Sebagai contoh untuk tahanan pada stator
yang dapat diukur secara manual, akan
dapat diperkenalkan. Harga mula dalam
prosedur pengidentifikasian akan terkumpul
dengan cepat pada solusi yang dapat
diterima. Hal itu dapat memungkinkan
untuk menentukan constraints, seperti
akibat kebocoran induktansi dalam
rangkaian rotor pertama yang mempunyai
nilai tertinggi terhadap rangkaian rotor yang
kedua.
Grafik pada interface memperkenalkan
pada pengguna tentang seluruh parameter
yang dibutuhkan untuk pengidentifikasian
perameter-parameter: nomor rangkaian
rotor, pembatas, initial values pada
parameter dan tampilan grafik.
Gambar 4. Skema dari algoritma
optimasi
Permasalahan parameter pada rangkaian
ekivalen (menempatkan secara bersamaan
dalam vector ) akan dapat diperkecil,
untuk seluruh susunan pada kelajuan
6. Contoh Penggunaan
Pada tabel 1 dibawah ini akan diperlihatkan
beberapa karakter motor yang diuji:
______________________________________________________________________
19
Tabel 1. Karakteristik dari motor yang diuji
Type
Connection
Rated
voltage Un
(V)
Rated
current In(V)
Rated active
power Pn (V)
Rated speed
nn (rpm)
Rated
frequency
(Hz)
Power factor
cos n (I)
Wound
Rotor
Motor 1
Double
Cage
Motor 2
Deep
Bars
Motor 3
Y
Y
Y
230 / 380
220 / 380
220 / 380
8,7 / 5
11,9 / 6,9
63 / 36,5
2200
2200
18500
1405
1435
1460
50
50
50
0,8
0,79
0,85
6.2 Motor induksi double cage
Untuk contoh ke dua digunakan motor
induksi double cage (lihat tabel 1motor 2).
Diagram rangkaian ekivalen dihubungkan
dengn rangkaian rotor 2. Skin effect yang
penting untuk tipe motor ini memiliki nilai
slip 1. Akibatnya, locus geometri arus tidak
digambarkan secara semicircle, tetapi
dengan bagian circle untuk nilai yang
tertinggi dari slip (lebih dari 0,4).
6.1 Wound rotor type pada motor
induksi
Sebuah motor induksi tipe wound rotor
digunakan untuk contoh (lihat tabel 1 motor
1), pada kasus ini tempat geometri pada
perhitungan arus untuk rangkaian ekivalen
akan diperlihatkan dengan setengah putaran
(semicircle). Gambar 5 memperlihatkan
hasil pengukuran dan perhitungan.
Gambar 7. Locus arus untuk motor 2
Gambar 7 memperlihatkan arus yang telah
dihitung dan diukur. Perbandingan torsi
relatif maksimum antara yang diukur
dengan yang dihitung adalah = 8% (lihat
gambar 8).
Gambar 5. Locus arus untuk motor 1
Gambar 6 memperlihatkan torsi yang
dihitung agak lebih tinggi dibanding torsi
yang diukur. Besar torsi maksimum adalah
8% dan terendah 4% untuk setiap nilai.
Gambar 8. Pengukuran dan perhitungan
torsi untuk motor 2
6.3 Deep bar motor induksi metode yang
tepat
Gambar 6. Pengukuran dan perhitungan
torsi untuk motor 1
20
Metode yang tepat untuk motor yang paling
besar, yakni motor ke tiga pada tabel 1 yang
digunakan sebagai contoh. Skin effect
sangat penting pada kasus ini. Sebuah
contoh pada rotor dengan 2 rangkaian.
Gambar 9 dan 10 memperlihatkan arus dan
torsi yang telah dihitung dan diukur untuk
rotor
dengan
3
rangkaian
rotor.
Metode Baru Dalam Identifikasi ParameterMotor Induksi
(Soemarto)
Epsilon : Journal of Electrical Engineering and Information Technology
Vol. 1, No. 1, July 2003
Perbandingan relatif antara nilai maksimum
dari torsi adalah = 9 %.
Gambar 13. Simulasi torsi
Gambar 9. Locus arus untuk motor 3
Gambar 14. Tegangan fasa yang diukur
Gambar 10.
Pengukuran dan perhitungan
torsi untuk motor 3
6.4 Motor Induksi yang diberi sebuah
konverter frekuensi
Bagian pada rangkaian ekivalen dapat
digunakan sebagai simulasi motor yang
berbeda dalam kondisi pengoperasiannya.
Gambar 11, 12 dan 13 menunjukkan hasil
simulasi untuk motor 3 pada beban konstant
(7). Motor yang diberi konverter frekuensi
dapat dilihat pada gambar 17.
Gambar 15. Arus fasa yang diukur
Gambar 14, 15 dan 16 menunjukkan
pengukuran tegangan, arus dan torsi
untuk beban konstan dengan operasi
steady-state (kondisi mantap).
Gambar 16. Torsi yang diukur
Gambar 11. Simulasi tegangan fasa
Gambar 12.Simulasi arus fasa
Hasil simulasi dan nilai-nilai yang diukur
telah sesuai dan telah dikonfirmasi dengan
valid dari elemen-elemen yang telah
diidentifikasi pada rangkaian ekivalen.
Gambar 17. Motor induksi yang dibebani
dengan konvertor frekuensi
______________________________________________________________________
21
7. Kesimpulan
Metode yang diperlihatkan dalam paper
ini merupakan turunan parameter pada
rangkaian ekivalen yang didasarkan pada
single start-up test dan dapat digunakan
untuk semua tipe pada motor induksi
A test-banch yang didasarkan pada startup test dibuat untuk mengukur perbedaan
kuantitas, stator voltages dan currents,
power
factor,
rotor
speed
dan
electromagnetic torque.
Dalam rangka menunjukkan keuntungan
dari
metoda
ini,
tiga
contoh
diperkenalkan. Rangkaian ekuivalen dari
wound rotor, double cage, dan deep bar
motor induksi dengan ukuran daya yang
berbeda yang dapat diidentifikasi.
Sistem suplai yang diatur, sebuah
inverter tegangan, sebuah motor induksi
dan
sebuah
beban
listrik
telah
disimulasikan dengan hasil yang akan
dibandingkan secara langsung dengan
pengukuran pada sistem ini yang akan
dilihat
ketepatan
dalam
pengidentifikasian parameter-parameter.
Dibentuknya test-bench dan prosedur
pengidentifikasian
memberikan
penurunan secara otomatis dan cepat
pada parameter untuk rangkaian ekivalen
motor induksi.
Referensi
[4] H. Buhler, “Convertisseurs Statiques”,
Cllection
electricite,
Presses
polytechniques
et
universitaires
romandes, Lausanne, 1998.
[5] J.J. Simond, A. Sapin, B. Kawkabani,
D. Schafer, M. Tu Xuan, B. Willy,
“Optimized design of variable speed
drives based on numerical simulation”,
EPE, Trondheim, Norway, 1997.
[6] M. . Eigenmann, Ch. Moser, A.
Schwery, “Identification informatisee
des parametres de machines tournantes
a
courantalternatif”,
Travailpratiquediplome, Laboratoire
d’electromecanique et de machines
electrques, EPFL, 1999.
[7] M.T. Nguyen, M. Tu Xuan, J.J.
Simond, “Digital transient torque
measurements for rolating or linear
AC machines (real time measurement),
EPE, 2002, Sevilla (Spain), pp. 1.3191321.
Penulis menyelesaikan pendidikan strata
satu di Departemen Teknik Elektro Institut
Teknologi Bandung (ITB), pendidikan
strata dua di Program Pascasarjana Bidang
Manajemen dan Industri ITB, dan
pendidikan tingkat doktor dalam bidang
Manajemen Pendidikan di Universitas
Pendidikan Indonesia tahun 2002. Minat
penelitiannya dalam bidang mesin-mesin
listrik dan kendalinya serta manajemen
pendidikan. Sekarang, selain beliau
mengajar di Universitas Pendidikan
Indonesia juga menjabat sebagai Ketua
Jurusan
Teknik
Elektro
UNJANI.
[1] Ch. Moser, M. Tu Xuan, A. Schwery,
“Stand d’essai automatise’ pour
moteurs asynchrones de se’rie”,
Travail
pratique
de
diplome,
Laboratorie d’electromecanique et de
machines electriques, EPFL, 2000.
[2] Commission
Electrotechnique
Internationale
(CEI),
“Recommandation
de
la
CEI,
machines electriques tournantes”,
Publication 34-2, Bureau Central de la
CEI, Geneve, 2001.
[3] Erwin
Kreyszig,
“Advanced
Engineering Mathematics, 7th edition”,
John Wiley & Sons, Inc, 1999.
22
Metode Baru Dalam Identifikasi ParameterMotor Induksi
(Soemarto)
Epsilon : Journal of Electrical Engineering and Information Technology
Vol. 1, No. 1, July 2003
______________________________________________________________________
23