33 BAB 5 SIMULASI INVERTER PWM LIMA

BAB 5
SIMULASI INVERTER PWM LIMA-FASA
5.1
Pendahuluan
Bab ini berisi tentang implementasi inverter lima-fasa pada simulasi
dengan metode-metode PWM yang telah dibahas sebelumnya. Simulasi ini
ditujukan untuk membuktikan kebenaran hasil analisis yang telah dilakukan.
Program yang dipakai untuk simulasi ini adalah PSIM@ V4.1 yang merupakan
salah satu program yang sering digunakan untuk melakukan simulasi elektronika
daya.
Pengukuran yang diambil dari simulasi adalah total riak arus inverter pada
setiap fasa. Karena pada PSIM@ V4.1 tidak terdapat fitur yang bisa menghitung
total riak maka penulis membuat sendiri program tambahan yang terintegrasi
dengan PSIM untuk menghitung total riak ini. Program ini berbentuk dll (dynamic
link library) yang dibuat dengan menggunakan bahasa C. Dari pengukuran ini
didapatkan hubungan antara indeks modulasi inverter dengan total riak arus
keluaran inverter.
Parameter yang digunakan dalam simulasi ini adalah
Ed = 100 V
L = 5 mH
R = 5 Ohm
fs = 4000 Hz
fr = 50 Hz
k = 0.1 s/d kmaks dengan selang 0.1
time step simulasi = 10-7 s
5.2
Penghitungan Nilai RMS Riak Arus Keluaran Inverter
Nilai rms riak arus keluaran inverter dihitung berdasarkan deret fourier.
Seperti telah dijelaskan pada bab II, nilai rms riak adalah pengurangan nilai RMS
33
sinyal dengan nilai RMS fundamental sinyal tersebut. Karena PSIM adalah
program komputer yang menggunakan data diskrit maka deret fourier nya juga
menggunakan deret fourier diskrit. Pada deret fourier diskrit, nilai RMS suatu
sinyal adalah:
RMS 
1 n 2
 ik
n k 1
(5.1)
sedangkan nilai rms fundamentalnya adalah,
F
A12  B12
2
(5.2)
dengan
2 n
 2 k 
A1   ik cos 

n k 1
 n 
(5.3)
2 n
 2 k 
ik sin 


n k 1
 n 
(5.4)
B1 
dimana,
ik = nilai sinyal pada saat k
n = jumlah sample sinyal dalam satu periode
Dengan demikian nilai rms riak arus H adalah
H  RMS 2  F 2
(5.5)
Dengan menggunakan program dll ini nilai arus pada setiap titik sample
diambil dan langsung dimasukan kedalam program dll ini.
Sedangkan untuk menghitung nilai rms riak tegangan dan arus sisi DC
nilai fundamentalnya,F, diganti dengan nilai rata-ratanya, R.
dengan R 
1
 ik
n
(5.7)
Berikut diagram alir program untuk menghitung total riak arus keluaran.
34
Start
Input
t
i
Inisiasi awal?
ya
tidak
ya
Inisiasi nilai awal
n = 0.02/Δt
k=1
temp1 = 0
temp2 = 0
temp3 = 0
Menunggu
keadaan stabil
t < 0.1s?
tidak
ya
Cek satu periode
k = n?
tidak
temp1 = temp1 + i2
Jumlah untuk
nilai rms
temp2 = temp2 + i cos(2πk/n)
Jumlah untuk
nilai A1
PSIM
temp3 =temp3 + i sin(2πk/n)
Jumlah untuk
nilai B1
k=k+1
k selanjutnya
rms = temp1/n
Nilai rms
A1 = 2temp2/n
Nilai A1
B1 = 2temp3/n
Nilai B1
F = sqrt((A12 + B12)/2)
H = sqrt(RMS2 - F2)
Nilai F
Nilai H
Keluar dll
Gambar 5.1 Flowchart perhitungan total riak
35
5.3
Riak Arus Sisi AC Inverter PWM Lima-Fasa
Persamaan riak arus keluaran inverter PWM lima-fasa pada kondisi ggl
sinusoidal[7] adalah :
I122 rms 
TS Ed k sin
8 3L

1
5  2  32 k sin   3 k 2  2

3
5 2 
(5.8)
Dan persamaan nilai rms riak arus keluaran inverter PWM lima-fasa pada
kondisi ggl beban non-sinusoidal dengan injeksi seperenam harmonisa ketiga
adalah :
ET
2.8788


I12 rms  d S m 0.7412 
m  0.4617m 2 

8 3L 

1
2
(5.9)
Sedangkan untuk persamaan riak arus keluaran dengan injeksi seperenam
harmonisa ketiga dan harmonisa kelima dengan amplitudo sebesar 13,9%
amplitudo komponen fundamental adalah :
I12 rms
Ed TS
2.8788



m 0.7412 
m  0.4402m 2 

8 3L 

1
2
(5.10)
Gambar rangkaian inverter PWM lima-fasa yang digunakan pada simulasi
adalah :
Rangkaian tambahan
Gambar 5.2 Rangkaian simulasi inverter PWM lima-fasa
Pada gambar 5.2 rangkaian tambahan yang digunakan adalah :
36
Gambar 5.3 Rangkaian tambahan pada simulasi inverter PWM lima-fasa
Berikut ini adalah grafik riak arus keluaran inverter PWM lima-fasa pada
kondisi ggl beban sinusoidal dan non-sinusoidal hasil perhitungan dan simulasi
yang di-plot terhadap indeks modulasi.
GGL Sinusoidal
GGL Non-Sinusoidal
GGL Non-Sinusoidal Optimum
Gambar 5.4 Grafik riak arus keluaran pada ggl beban sinusoidal dan non-sinusoidal
37
Titik menunjukkan hasil simulasi dan garis menunjukkan hasil
perhitungan.
Dari grafik di atas terlihat bahwa riak arus keluaran inverter PWM limafasa pada kondisi ggl beban non-sinusoidal lebih kecil dibandingkan dengan riak
arus keluaran yang dihasilkan pada kondisi ggl beban sinusoidal. Sebagai
perbandingan riak arus keluaran hasil perhitungan juga di-plot. Terlihat bahwa
hasil perhitungan sama dengan hasil simulasi. Hal ini menunjukkan bahwa
analisis yang dilakukan adalah benar.
5.4
Riak Sisi DC Inverter PWM Lima-Fasa
Persamaan riak arus dan tegangan sisi dc inverter PWM Lima-Fasa pada
kondisi ggl beban sinusoidal dapat dilihat pada persamaan (4.26) dan (4.35).
Gambar 5.5 dan 5.6 menunjukkan gambar rangkaian yang digunakan pada
simulasi untuk mencari riak arus dan tegangan sisi DC inverter PWM lima-fasa
pada kondisi ggl beban sinusoidal.
Gambar 5.5 Rangkaian untuk menghitung riak arus masukan
Gambar 5.6 Rangkaian untuk menghitung riak tegangan masukan
38
Gambar-gambar di bawah ini memperlihatkan perbandingan hasil simulasi
terhadap perhitungan yang telah dilakukan. Terlihat bahwa hasil perhitungan
hampir mendekati hasil simulasi yang menunjukkan bahwa analisis yang
dilakukan benar.
Gambar 5.7 Grafik riak arus masukan terhadap indeks modulasi
Gambar 5.8 Grafik riak arus masukan terhadap nilai rms arus keluaran
Gambar 5.9 Grafik riak tegangan masukan terhadap indeks modulasi
39
5.5
Penutup
Pada bab ini telah ditunjukan hasil simulasi yang mendukung hasil
analisis. Hampir semua hasil simulasi mendekati nilai perhitungan.
Dari hasil simulasi ditunjukkan bahwa nilai riak arus keluaran inverter
PWM lima-fasa pada pengaruh ggl beban non-sinusoidal lebih kecil dibandingkan
pada pengaruh ggl beban sinusoidal.
Semakin tinggi arus rms keluaran maka riak arus dan tegangan masukan
yang dihasilkan akan semakin tinggi. Untuk riak arus masukan inverter diketahui
bahwa semakin tinggi faktor daya beban maka riak arus yang dihasilkan akan
semakin tinggi
40