ANALISIS DAN SIMULASI CASCADED MULTILEVEL INVERTER SEBAGAI SUMBER MOTOR INDUKSI
ANALISIS DAN SIMULASI CASCADED MUL
ULTILEVEL
INVERTER SE
SEBAGAI SUMBER MOTOR
R IINDUKSI
SKRIPSI
Diajukan Untuk Meme
menuhi Persyaratan Guna Meraih Gelar Sarjana Strata
ta I Teknik Elektro
Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh :
M
MUHAMMAD NIZAR ARIFANSYAH
201110130311012
JURUSAN
URUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSI
ALANG
RSITAS MUHAMMADIYAH MAL
2016
LEMBAR PERSETUJUAN
ANALISIS DAN SIMULASI CASCADED MULTILEVEL
INVERTER SEBAGAI SUMBER MOTOR INDUKSI
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1)
Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh:
Muhammad Nizar Arifansyah
NIM. 201110130311012
Diperiksa dan disetujui oleh:
ii
LEMBAR PENGESAHAN
ANALISIS DAN SIMULASI CASCADED MULTILEVEL
INVERTER SEBAGAI SUMBER MOTOR INDUKSI
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1)
Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh :
MUHAMMAD NIZAR ARIFANSYAH
NIM. 201110130311012
Tanggal Ujian
Periode Wisuda
: 30 Januari 2016
: Februari 2016
Disetujui oleh :
Nur Alif Mardiyah, Ir.MT.
NIDN: 0718036502
Pembimbing I
Ilham Pakaya, ST.
NIDN: 0717018801
Pembimbing II
Emanu Azizul Hakim, Dr.Ir.MT.
NIDN: 0705056501
Penguji I
Nur Kasan, Ir.MT.
NIDN: 0707106301
Penguji II
iii
LEMBAR PERNYATAAN
Yang bertanda tangan dibawah ini :
NAMA
Tempat/Tgl Lahir
NIM
FAK./JUR.
: MUHAMMAD NIZAR ARIFANSYAH
: Banjarbaru, 29 Juni 1993
: 201110130311012
: TEKNIK/ELEKTRO
Dengan ini saya menyatakan bahwa Tugas Akhir kami dengan judul
“ANALISIS DAN SIMULASI CASCADED MULTILEVEL INVERTER
SEBAGAI SUMBER MOTOR INDUKSI” beserta seluruh isinya adalah karya
saya sendiri dan bukan merupakan karya tulis orang lain, baik sebagian maupun
seluruhnya, kecuali dalam bentuk kutipan yang telah disebutkan sumbernya.
Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya. Apabila
kemudian ditemukan adanya pelanggaran terhadap etika keilmuan dalam karya
saya ini, atau ada klaim dari pihak lain terhadap keaslian karya saya ini maka saya
siap menanggung segala bentuk resiko/sanksi yang berlaku.
Mengetahui,
iv
LEMBAR PERSEMBAHAN
Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT. Atas limpahan rahmat
dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Shalawat
serta salam tak lupa dipanjatkan kepada Nabi Muhammad SAW yang telah
memberikan pencerahan di muka bumi ini. Penulis juga menyampaikan ucapan
terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Ibu Ir. Nur Alif Mardiyah, MT. dan Bapak Ilham Pakaya, ST. selaku
dosen pembimbing tugas akhir yang selalu membantu saya dalam
menyelesaikan tugas akhir ini. Terimakasih atas ilmu dan kesabaran ibu
dan bapak selama saya kuliah dan selama membimbing saya.
2. Bapak Dr. Ir. Ermanu Azizul Hakim, MT. dan Ir. Nur Kasan, MT. selaku
dosen penguji tugas akhir yang telah memberikan masukan pada tugas
akhir ini. Terimakasih atas ilmu dan masukannya.
3. Kedua orang tua saya, Bapak Mohammad Firmansyah dan Ibu Ritta
Purnamasari serta Adikku Muhammad Faisal Hafiz yang tiada henti dan
tiada lelah selalu mendukung dan mendoakan saya serta memberi
semangat dengan nasihat agar meneruskan apa yang telah saya
perjuangkan.
4. Keluarga Besar Soeratman dan Isransyah.
5. Seluruh dosen teknik elektro serta TU jurusan yang selalu memberi ilmu
dan dukungan dalam menyelesaikan tugas akhir.
6. Ririn Kurnia Sari, yang telah menemani serta memberi semangat untuk
saya bisa menyelesaikan tugas akhir ini.
7. Teman-teman terbaik seperantauan Asrama Mahasiswa Banjarbaru
”IDAMAN” yang telah menemani saya selama menjadi mahasiswa di
malang.
8. Dea, Yuli, Ari, Cahyadi, Tony, dan yang tidak bisa saya sebutkan satu
persatu teman-teman seperjuangan untuk menempuh ujian tugas akhir.
9. Elektro A dari awal semester sampai akhir semester untuk kenangan yang
tidak bisa dilupakan.
vii
10. Seluruh Laboran dan Asisten Lab Elektro yang telah banyak memberikan
ilmu serta banyak lagi pelajaran yang saya dapatkan di Lab Elektro.
Dan teman-teman lainnya yang namanya tidak bisa saya sebutkan satu
persatu. Saya ucapkan terimakasih atas bantuan, perhatian, semangat, dan
pengertiannya selama saya menyelesaikan tugas akhir ini.
viii
KATA PENGANTAR
Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT. Atas limpahan rahmat
dan hidayah-NYA sehingga peneliti dapat menyelesaikan tugas akhir yang
berjudul :
”ANALISIS DAN SIMULASI CASCADED MULTILEVEL INVERTER
SEBAGAI SUMBER MOTOR INDUKSI”
Di dalam tulisan ini disajikan pokok-pokok bahasan yang meliputi dasar
teori dari harmonisa, motor induksi, inverter, cascaded multilevel inverter,
MATLAB dan Simulink.
Peneliti menyadari sepenuhnya bahwa dalam penulisan tugas akhir ini
masih banyak kekurangan dan keterbatasan. Oleh karena itu peneliti
mengharapkan saran yang membangun agar tulisan ini bermanfaat bagi
perkembangan ilmu pengetahuan kedepan.
Malang, 27 Januari 2016
Penulis
ix
DAFTAR ISI
Halaman
LEMBAR JUDUL................................................................................i
LEMBAR PERSETUJUAN ...............................................................ii
LEMBAR PENGESAHAN ...............................................................iii
LEMBAR PERNYATAAN ...............................................................iv
ABSTRAK ........................................................................................... v
ABSTRACT .........................................................................................vi
LEMBAR PERSEMBAHAN ...........................................................vii
KATA PENGANTAR........................................................................ix
DAFTAR ISI........................................................................................ x
DAFTAR GAMBAR.........................................................................xii
DAFTAR TABEL.............................................................................xvi
BAB I PENDAHULUAN.................................................................... 1
1.1 Latar Belakang .............................................................................................. 1
1.2 Rumusan Masalah ......................................................................................... 2
1.3 Tujuan............................................................................................................ 3
1.4 Batasan Masalah............................................................................................ 3
1.5 Sistematika Penulisan Tugas Akhir............................................................... 4
BAB II LANDASAN TEORI ............................................................. 5
2.1 Dasar Harmonik ............................................................................................ 5
2.1.1 Akibat yang Ditimbulkan Harmonik................................................. 7
2.2 Motor Induksi ................................................................................................ 9
2.2.1 Komponen Utama .............................................................................. 9
2.2.2 Klasifikasi ........................................................................................ 12
2.2.3 Prinsip Terjadinya Medan Putar ...................................................... 13
2.2.4 Prinsip Kerja Motor Induksi............................................................. 14
2.2.5 Slip ................................................................................................... 15
2.3 Inverter ........................................................................................................ 16
2.4 Cascaded Multilevel Inverter ...................................................................... 16
2.5 Sine-triangle Modulasi ................................................................................ 21
2.5.1 In-Phase Disposition (IPD).............................................................. 23
2.6 MATLAB dan Simulink.............................................................................. 26
BAB III PERANCANGAN PEMODELAN SISTEM ................... 27
3.1 Data Motor Induksi ..................................................................................... 27
3.2 Perancangan Pemodelan Simulasi............................................................... 28
3.2.1 Pemodelan Motor Induksi 3 Fasa..................................................... 29
3.2.2 Metode Modulasi SPWM................................................................. 31
x
3.2.2.1 SPWM Inverter Konvensional.......................................... 31
3.2.2.2 SPWM 3 Level Cascaded Multilevel Inverter .................. 35
3.2.2.3 SPWM 5 Level Cascaded Multilevel Inverter .................. 37
3.2.3 Perhitungan ...................................................................................... 41
3.2.4 Pemodelan Inverter Konvensional................................................... 41
3.2.5 Pemodelan 3 Level Cascaded Multilevel Inverter ........................... 43
3.2.6 Pemodelan 5 Level Cascaded Multilevel Inverter ........................... 45
3.2.7 Blok Input ........................................................................................ 46
BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISIS ........................... 47
4.1 HASIL SIMULASI SPWM......................................................................... 47
4.1.1 SPWM Inverter Konvensional......................................................... 47
4.1.2 SPWM 3 Level Cascaded Multilevel Inverter ................................. 48
4.1.3 SPWM 5 Level Cascaded Multilevel Inverter ................................. 49
4.2 HASIL SIMULASI INVERTER KONVENSIONAL ................................. 50
4.2.1 HASIL SIMULASI BEBAN 0 Nm ................................................. 50
4.2.2 HASIL SIMULASI BEBAN 10 Nm ............................................... 53
4.3 HASIL SIMULASI 3 Level Cascaded Multilevel Inverter ......................... 55
4.3.1 HASIL SIMULASI BEBAN 0 Nm ................................................. 55
4.3.2 HASIL SIMULASI BEBAN 10 Nm ............................................... 58
4.4 HASIL SIMULASI 5 Level Cascaded Multilevel Inverter ......................... 61
4.4.1 HASIL SIMULASI BEBAN 0 Nm ................................................. 61
4.4.2 HASIL SIMULASI BEBAN 10 Nm ............................................... 64
4.5 PERBANDINGAN ..................................................................................... 66
4.6 PEMBAHASAN ......................................................................................... 69
BAB V KESIMPULAN .................................................................... 71
5.1 KESIMPULAN ........................................................................................... 71
5.2 SARAN ....................................................................................................... 72
DAFTAR PUSTAKA........................................................................ 73
xi
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Bentuk Gelombang Hasil Distorsi Harmonik ..................................... 6
Gambar 2.2 Representasi Deret Fourier Dari Gelombang yang Terdistorsi ........... 7
Gambar 2.3 Konstruksi Motor Induksi ................................................................... 9
Gambar 2.4 Rangkaian Rotor Belitan ................................................................... 10
Gambar 2.5 Rangkaian Rotor Squirrel-Cage........................................................ 11
Gambar 2.6 Terminal a,b,c pada stator yang terhubung ke sumber 3 fasa ........... 13
Gambar 2.7 Medan Putar Pada Motor Induksi .................................................... 13
Gambar 2.8 Struktur satu fasa dari Cascaded H-bridge multilevel inverter......... 18
Gambar 2.9 Gelombang tegangan keluaran fasa dari 11-level cascaded
multilevel inverter dengan 5 sumber dc terpisah................................................... 19
Gambar 2.10 Struktur tiga fasa terhubung wye untuk driver kendaraan listrik
dan pengisian batray.............................................................................................. 20
Gambar 2.11 3 fasa sinusoidal PWM inverter ...................................................... 21
Gambar 2.12 Gelombang SPWM inverter tiga fasa.............................................. 22
Gambar 2.13 Pola switching mengunakan skema IPD carrier-based PWM :...... 25
Gambar 2.14 Simulasi dari skema carrier-based PWM menggunakan
IPD.(a).Sinyal Modulasi dan gelombang fasa didalam sinyal pembawa (b)
Tegangan keluaran fasa “a” ................................................................................. 25
Gambar 3.1 Diagram blok Inverter Konvensional................................................ 28
Gambar 3.2 Diagram Blok n Level Cascaded Multilevel Inverter
dan Motor Induksi ................................................................................................. 29
Gambar 3.3 Pemodelan Motor Induksi 3 Fasa...................................................... 29
Gambar 3.4 Blok Parameter Model Motor Induksi MATLAB............................. 30
Gambar 3.5 Pemodelan SPWM Pada Inverter Konvensional .............................. 32
Gambar 3.6 Blok SPWM ..................................................................................... 32
Gambar 3.7 Parameter Blok SPWM ..................................................................... 33
Gambar 3.8 Parameter Sinyal Segitiga ................................................................. 33
Gambar 3.9 Parameter Sinyal Fundamental Sudut 0 Derajat ............................... 34
Gambar 3.10 Pemodelan SPWM 3 Level Cascaded Multilevel Inverter.............. 36
xii
Gambar 3.11 Parameter Sinyal Segitiga 1 ............................................................ 36
Gambar 3.12 Parameter Sinyal Segitiga -1 ........................................................... 37
Gambar 3.13 Pemodelan SPWM 5 Level Cascaded Multilevel Inverter.............. 38
Gambar 3.14 Parameter Sinyal Segitiga Am1 ........................................................ 39
Gambar 3.15 Parameter Sinyal Segitiga Am2 ........................................................ 39
Gambar 3.16 Parameter Sinyal Segitiga Am3 ........................................................ 40
Gambar 3.17 Parameter Sinyal Segitiga Am4 ........................................................ 40
Gambar 3.18 Rangkaian Inverter Konvensional................................................... 41
Gambar 3.19 Pemodelan Inverter Konvensional Tiga Fasa ................................. 42
Gambar 3.20 Blok Parameter Sumber DC ............................................................ 43
Gambar 3.21 Blok Parameter IGBT Default MATLAB ........................................ 43
Gambar 3.22 Rangkaian 3 Level Cascaded Multilevel Inverter ........................... 44
Gambar 3.23 Pemodelan 3 Level Cascaded Multilevel Inverter Tiga Fasa.......... 44
Gambar 3.24 Rangkaian 5 Level Cascaded Multilevel Inverter ........................... 45
Gambar 3.25 Pemodelan 5 Level Cascaded Multilevel Inverter Satu Fasa .......... 45
Gambar 3.26 Blok Parameter Sumber DC Untuk Setiap H-bridge Inverter ........ 46
Gambar 3.27 Constan Block 10 Nm ..................................................................... 46
Gambar 4.1 Metode SPWM Inverter Konvensional 3 Fasa ................................. 47
Gambar 4.2 Hasil PWM Inverter Konvensional................................................... 48
Gambar 4.3 Metode SPWM 3 Level Cascaded Multilevel Inverter 1 Fasa .......... 48
Gambar 4.4 Hasil SPWM 3 Level Cascaded Multilevel Inverter 1 Fasa.............. 49
Gambar 4.5 Metode SPWM 5 Level Cascaded Multilevel Inverter 1 Fasa .......... 49
Gambar 4.6 Hasil SPWM 5 Level Cascaded Multilevel Inverter 1 Fasa.............. 50
Gambar 4.7 Kecepatan Motor Beban 0 Nm Inverter Konvensional..................... 50
Gambar 4.8 Torsi Motor Beban 0 Nm Inverter Konvensional ............................. 51
Gambar 4.9 Tegangan Fasa Inverter Beban 0 Nm Inverter Konvensional........... 51
Gambar 4.10 Tegangan Fasa ke Fasa Inverter Beban 0 Nm Inverter
Konvensional ........................................................................................................ 51
Gambar 4.11 Arus Keluaran Inverter Beban 0 Nm Inverter Konvensional ......... 52
Gambar 4.12 Arus Keluaran Inverter Beban 0 Nm Inverter Konvensional ......... 52
Gambar 4.13 Kecepatan Motor Beban 10 Nm Inverter Konvensional................. 53
xiii
Gambar 4.14 Torsi Motor Beban 10 Nm Inverter Konvensional ......................... 53
Gambar 4.15 Tegangan Fasa Inverter Beban 10 Nm Inverter Konvensional....... 53
Gambar 4.16 Tegangan Fasa ke Fasa Inverter Beban 10 Nm Inverter
Konvensional ........................................................................................................ 54
Gambar 4.17 Arus Keluaran Inverter Beban 0 Nm Inverter Konvensional ......... 54
Gambar 4.18 Arus Keluaran Inverter Beban 0 Nm Inverter Konvensional ......... 54
Gambar 4.19 Kecepatan Motor Beban 0 Nm 3 Level Cascaded Multilevel
Inverter.................................................................................................................. 55
Gambar 4.20 Torsi Motor Beban 0 Nm 3 Level Cascaded Multilevel Inverter.... 55
Gambar 4.21 Tegangan Fasa Inverter Beban 0 Nm 3 Level Cascaded
Multilevel Inverter................................................................................................. 56
Gambar 4.22 Tegangan Fasa ke Fasa Inverter Beban 0 Nm 3 Level Cascaded
Multilevel Inverter................................................................................................. 56
Gambar 4.23 Arus Keluaran Inverter Beban 0 Nm 3 Level Cascaded
Multilevel Inverter................................................................................................. 57
Gambar 4.24 Arus Keluaran Inverter Beban 0 Nm 3 Level Cascaded
Multilevel Inverter................................................................................................. 57
Gambar 4.25 Kecepatan Motor Beban 10 Nm 3 Level Cascaded Multilevel
Inverter.................................................................................................................. 58
Gambar 4.26 Torsi Motor Beban 10 Nm 3 Level Cascaded Multilevel Inverter.. 58
Gambar 4.27 Tegangan Fasa Inverter Beban 10 Nm 3 Level Cascaded
Multilevel Inverter................................................................................................. 59
Gambar 4.28Tegangan Fasa ke Fasa Inverter Beban 10 Nm 3 Level Cascaded
Multilevel Inverter................................................................................................. 59
Gambar 4.29 Arus Keluaran Inverter Beban 10 Nm 3 Level Cascaded
Multilevel Inverter................................................................................................. 60
Gambar 4.30 Arus Keluaran Inverter Beban 10 Nm 3 Level Cascaded
Multilevel Inverter................................................................................................. 60
Gambar 4.31 Kecepatan Motor Beban 0 Nm 5 Level Cascaded Multilevel
Inverter.................................................................................................................. 61
Gambar 4.32 Torsi Motor Beban 0 Nm 5 Level Cascaded Multilevel Inverter.... 61
xiv
Gambar 4.33 Tegangan Fasa Inverter Beban 0 Nm 5 Level Cascaded
Multilevel Inverter................................................................................................. 62
Gambar 4.34 Tegangan Fasa ke Fasa Inverter Beban 0 Nm 5 Level Cascaded
Multilevel Inverter................................................................................................. 62
Gambar 4.35 Arus Keluaran Inverter Beban 0 Nm 5 Level Cascaded
Multilevel Inverter................................................................................................. 63
Gambar 4.36 Arus Keluaran Inverter Beban 0 Nm 5 Level Cascaded
Multilevel Inverter................................................................................................. 63
Gambar 4.37 Kecepatan Motor Beban 10 Nm 5 Level Cascaded Multilevel
Inverter.................................................................................................................. 64
Gambar 4.38 Torsi Motor Beban 10 Nm 5 Level Cascaded Multilevel Inverter.. 64
Gambar 4.39 Tegangan Fasa Inverter Beban 10 Nm 5 Level Cascaded
Multilevel Inverter................................................................................................. 65
Gambar 4.40 Tegangan Fasa ke Fasa Inverter Beban 10 Nm 5 Level Cascaded
Multilevel Inverter................................................................................................. 65
Gambar 4.41 Arus Keluaran Inverter Beban 10 Nm 5 Level Cascaded
Multilevel Inverter................................................................................................. 66
Gambar 4.42 Arus Keluaran Inverter Beban 10 Nm 5 Level Cascaded
Multilevel Inverter................................................................................................. 66
Gambar 4.43 FFT THD Inverter Konvensional Modulasi Indeks 1 ..................... 67
Gambar 4.44 FFT THD 3 Level Cascaded Multilevel Inverter Modulasi
Indeks 1 ................................................................................................................. 67
Gambar 4.45 FFT THD 5 Level Cascaded Multilevel Inverter Modulasi
Indeks 1 ................................................................................................................. 68
Gambar 4.46 Grafik Perbandingan THD 3 Inverter ............................................. 68
xv
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 3.1 Data Nameplate Motor Induksi 3 fasa MATLAB .................................. 27
Tabel 4.1 Tabel Perbandingan THD ..................................................................... 68
xvi
DAFTAR PUSTAKA
[1] Arrillaga, J., Watson, N.R, 2003. Power System Harmonics. 2nd Edition.
England, John Wiley & Sons.
[2] Rashid, M.H., 2011. POWER ELECTRONICS HANDBOOK:devices, circuits,
and applications handbook. USA, Butterworth-Heinemann.
[3] El-Hawary, M.E., 2006. HIGH-POWER CONVERTERS AND AC DRIVES,
USA, John Wiley & Sons.
[4] Abu-Rub, H., Iqbal, A., Guzinski, J., 2012. HIGH PERFORMANCE
CONTROL OF AC DRIVES WITH MATLAB/SIMULINK MODELS. UK, John
Wiley & Sons.
[5] Majhi, B., 2012. Analysis of Single-Phase SPWM Inverter. India, National
Institute of Technology, Rourkela.
[6] Elistiyani, M., 2015. ANALISIS SISTEM KONTROL KECEPATAN
MOTOR BERBASIS VARIABLE SPEED DRIVE (VSD) PADA PROSES
TRANSPORT BATUBARA DI PT KALTIM PRIMA COAL. Malang,
Universitas Muhammadiyah Malang.
[7] Alzari, B., 2011. RANCANG BANGUN SINGLE TUNED FILTER
SEBAGAI
ALAT
KARAKTERISTIK
PEREDUKSI
BEBAN
DISTORSI
RUMAH
HARMONIK
TANGGA
2200VA.
UNTUK
Jakarta,
Universitas Indonesia.
[8] Panda, Y., 2011. Analysis of Cascaded Multilevel Inverter Induction Motor
Drives. India, National Institute of Technology, Rourkela.
[9] Verma, N.K., Gupta, P., Shrivastava, A., 2013, THD Reduction in
Performance of Cascaded Multi-Level Inverter Fed Induction Motor Drive.
International Journal of Advanced Computer Research Volume-3 Number-4.
[10] C. K. Sruthi, P. Saritha,2014, A Novel Multilevel Inverter Using Single
Carrier PWM Technique, International Conference on Circuit, Power and
Computing Technologies [ICCPCT].
[11] Venkadesan, A., Panda, P., Agrawal, P., Puli, V., 2014, Cascaded H-bridge
Multilevel Inverter For Induction Motor Drives, International Journal of
Research in Engineering and Technology Volume 3 Issues 05 May 2014.
73
[12] Preethi, K., Ani,l G., Vani, E., 2013, Speed Control of Induction Motor Using
Eleven Leves Multilevel Inverter, International Journal of Science and
Modern Engineering (IJISME) ISSN:2319-6386, Volume-1,Issue-5,April
2013.
74
75
76
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dari tahun ke tahun pemanfaatan komponen elektronika daya didalam proses
konversi energi listrik semakin berkembang. Karakteristik dari peralatan-peralatan
elektronika daya untuk pengendalian daya dari satu bentuk ke bentuk yang lain
telah memungkinkan hal tersebut. Peralatan elektronika daya dikenal dengan
bentuk yang kompak, relatif tidak memerlukan tempat yang luas dan juga
memiliki pengaturan yang begitu luas, sehingga banyak digunakan sebagai
konverter untuk berbagai keperluan industri. Konverter yang digunakan untuk
memperoleh tegangan keluaran ac variabel dari tegangan sumber dc dikenal
dengan sebutan inverter.
Inverter pada industri digunakan secara
luas seperti pada pengaturan
kecepatan motor ac, pemanasan industry, ataupun pada catu daya tak terputus
Uninterruptible Power Supply (UPS). Peralatan kedokteran, peralatan pengolah
data, dan peralatan telekomunikasi adalah peralatan
yang kebanyakan
memerlukan catu daya tak terputus dengan kualitas baik.
Namun penggunaan komponen elektronika daya didalam suatu sistem tenaga
listrik justru menimbulkan masalah baru yaitu gangguan harmonisa. Penggunaan
komponen elektronika daya membuat bentuk gelombang yang dihasilkan tidak
sinusoidal murni (terdistorsi) sehingga menimbulkan harmonisa. Munculnya
harmonisa pada suatu sistem tenaga listrik dapat memperburuk kualitas daya
sistem tersebut, karena dapat menyebabkan faktor daya sistem menjadi lebih
rendah, distorsi gelombang tegangan, meningkatkan rugi-rugi sistem, pembebanan
lebih pada perlatan, pergeseran titik netral sistem, ataupun peningkatan arus netral
pada sistem.
Perbaikan kinerja inverter terus mengalami kemajuan untuk mengurangi halhal yang dihasilkan oleh komponen elektronika daya tersebut. Salah satunya
multilevel inverter yang mulai populer dalam mengatasi masalah harmonisa
dibandingkan inverter konvensional. Topologi dari multilevel inverter di
1
klasifikasikan menjadi tiga tipe,antara lain flying capacitor, diode clamped dan
cascaded multilevel inverters.
Cascaded multilevel inverter adalah satu topologi yang paling populer
digunakan disusun dari beberapa inverter H-bridge satu fasa dan sumber dc.
Cascaded multilevel inverter membutuhkan paling sedikit komponen pada
tingkatan
tegangan
sama
dibandingkan
jenis
multilevel
inverter
lain.
Perkembangan multilevel inverter juga diikuti pengembangan dari berbagai
macam teknik modulasi. Banyak teknik pemicuan inverter menggunakan Pulse
Width Modulation (PWM) dengan beberapa sinyal pembawa dinamakan phase
disposition (PD), alternate phase opposition disposition (APOD), phase
opposition disposition (POD).
Pada tugas akhir ini akan dibahas tentang cascaded multilevel inverter
sebagai penggerak motor induksi dengan berbagai macam tingkatan level
kemudian dibandingkan terhadap inverter konvensional dalam hal ini harmonisa
keluaran inverter dengan kondisi pengoperasian yang sama. Diharapkan nilai
harmonisa pada rangkaian cascaded multilevel inverter berkurang dibanding
inverter konvensional sehingga dapat meningkatkan efisiensi pada sistem.
1.2 Rumusan Masalah
Permasalahan yang akan dibahas dalam tugas akhir ini adalah :
1.Bagaimana merancang cascaded multilevel inverter sebagai sumber motor
induksi 3 fasa?
2. Bagaimana merancang inverter konvensional sebagai sumber motor induksi
3 fasa?
3. Bagaimana merancang teknik pemicuan PWM pada cascaded multilevel
inverter dan inverter konvensional?
4. Bagaimana mensimulasikan dengan software MATLAB untuk penggunaan
cascaded multilevel inverter dan inverter konvensional agar dapat
mengurangi harmonisa pada keluaran kedua inverter tersebut?
2
1.3 Tujuan
Pada tugas akhir ini bertujuan sebagai berikut:
1. Merancang, mensimulasikan, dan menganalisa cascaded multilevel inverter
sebagai sumber motor induksi 3 fasa.
2. Merancang, mensimulasikan, dan menganalisa inverter konvensional
sebagai sumber motor induksi 3 fasa.
3. Merancang dan mensimulasikan teknik pemicuan PWM menggunakan
teknik In-Phase Disposition PWM (IPD PWM).
4. Membandingkan nilai harmonisa keluaran inverter pada saat menggunakan
cascaded multilevel inverter dan pada saat menggunakan inverter
konvensional.
1.4 Batasan Masalah
Agar tujuan dari tugas akhir ini tidak menyimpang dari tujuan semula,
dibutuhkan suatu batasan-batasan yang jelas guna mengarahkan pembahasan.
Batasan-batasan masalah tersebut adalah sebagai berikut,
1. Cara kerja cascaded multilevel inverter dan inverter konvensional dengan
pemicu IPD PWM.
2. Nilai harmonisa keluaran cascaded multilevel inverter dan keluaran
inverter konvensional pada frekuensi 50Hz.
3. Teknik pemicuan PWM dengan IPD PWM.
4. Motor induksi tiga fasa menggunakan spesifikasi dari MATLAB.
5. Simulasi dan analisis menggunakan simulink MATLAB
3
1.5 Sistematika Penulisan Tugas Akhir
Sistematika penulisan pada tugas akhir ini adalah sebagai berikut:
BAB I
PENDAHULUAN
Merupakan bagian yang menjelaskan tentang latar belakang,
rumusan masalah, tujuan, metodologi, dan sistematika.
BAB II
DASAR TEORI
Menjelaskan tentang tinjauan pustaka yang memberikan teori
sebagai acuan atau referensi peneliti untuk melakukan penelitian.
Tinjauan pustaka membahas beberapa teori penting dalam tugas
akhir ini yaitu harmonisa, motor induksi tiga fasa, cascade Hbridge multilevel inverter beserta pemicuannya.
BAB III
RANCANGAN PENELITIAN
Menjelaskan tentang penelitian yang sudah dilakukan oleh penulis
dalam merancang cascaded H-bridge multilevel inverter dan
membuat simulasi pada matlab.
BAB IV
PENGUJIAN DAN ANALISA SISTEM
Pada bagian ini berisi tentang hasil pengujian analisis simulasi
sistemnya.
BAB V
PENUTUP
Pada bagian ini berisi tentang kesimpulan dari pengerjaan tugas
akhir dan saran untuk memperbaiki kekurangan dari perancangan
sistem yang sudah dibuat untuk hasil yang lebih baik.
4
ULTILEVEL
INVERTER SE
SEBAGAI SUMBER MOTOR
R IINDUKSI
SKRIPSI
Diajukan Untuk Meme
menuhi Persyaratan Guna Meraih Gelar Sarjana Strata
ta I Teknik Elektro
Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh :
M
MUHAMMAD NIZAR ARIFANSYAH
201110130311012
JURUSAN
URUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSI
ALANG
RSITAS MUHAMMADIYAH MAL
2016
LEMBAR PERSETUJUAN
ANALISIS DAN SIMULASI CASCADED MULTILEVEL
INVERTER SEBAGAI SUMBER MOTOR INDUKSI
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1)
Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh:
Muhammad Nizar Arifansyah
NIM. 201110130311012
Diperiksa dan disetujui oleh:
ii
LEMBAR PENGESAHAN
ANALISIS DAN SIMULASI CASCADED MULTILEVEL
INVERTER SEBAGAI SUMBER MOTOR INDUKSI
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1)
Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh :
MUHAMMAD NIZAR ARIFANSYAH
NIM. 201110130311012
Tanggal Ujian
Periode Wisuda
: 30 Januari 2016
: Februari 2016
Disetujui oleh :
Nur Alif Mardiyah, Ir.MT.
NIDN: 0718036502
Pembimbing I
Ilham Pakaya, ST.
NIDN: 0717018801
Pembimbing II
Emanu Azizul Hakim, Dr.Ir.MT.
NIDN: 0705056501
Penguji I
Nur Kasan, Ir.MT.
NIDN: 0707106301
Penguji II
iii
LEMBAR PERNYATAAN
Yang bertanda tangan dibawah ini :
NAMA
Tempat/Tgl Lahir
NIM
FAK./JUR.
: MUHAMMAD NIZAR ARIFANSYAH
: Banjarbaru, 29 Juni 1993
: 201110130311012
: TEKNIK/ELEKTRO
Dengan ini saya menyatakan bahwa Tugas Akhir kami dengan judul
“ANALISIS DAN SIMULASI CASCADED MULTILEVEL INVERTER
SEBAGAI SUMBER MOTOR INDUKSI” beserta seluruh isinya adalah karya
saya sendiri dan bukan merupakan karya tulis orang lain, baik sebagian maupun
seluruhnya, kecuali dalam bentuk kutipan yang telah disebutkan sumbernya.
Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya. Apabila
kemudian ditemukan adanya pelanggaran terhadap etika keilmuan dalam karya
saya ini, atau ada klaim dari pihak lain terhadap keaslian karya saya ini maka saya
siap menanggung segala bentuk resiko/sanksi yang berlaku.
Mengetahui,
iv
LEMBAR PERSEMBAHAN
Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT. Atas limpahan rahmat
dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Shalawat
serta salam tak lupa dipanjatkan kepada Nabi Muhammad SAW yang telah
memberikan pencerahan di muka bumi ini. Penulis juga menyampaikan ucapan
terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Ibu Ir. Nur Alif Mardiyah, MT. dan Bapak Ilham Pakaya, ST. selaku
dosen pembimbing tugas akhir yang selalu membantu saya dalam
menyelesaikan tugas akhir ini. Terimakasih atas ilmu dan kesabaran ibu
dan bapak selama saya kuliah dan selama membimbing saya.
2. Bapak Dr. Ir. Ermanu Azizul Hakim, MT. dan Ir. Nur Kasan, MT. selaku
dosen penguji tugas akhir yang telah memberikan masukan pada tugas
akhir ini. Terimakasih atas ilmu dan masukannya.
3. Kedua orang tua saya, Bapak Mohammad Firmansyah dan Ibu Ritta
Purnamasari serta Adikku Muhammad Faisal Hafiz yang tiada henti dan
tiada lelah selalu mendukung dan mendoakan saya serta memberi
semangat dengan nasihat agar meneruskan apa yang telah saya
perjuangkan.
4. Keluarga Besar Soeratman dan Isransyah.
5. Seluruh dosen teknik elektro serta TU jurusan yang selalu memberi ilmu
dan dukungan dalam menyelesaikan tugas akhir.
6. Ririn Kurnia Sari, yang telah menemani serta memberi semangat untuk
saya bisa menyelesaikan tugas akhir ini.
7. Teman-teman terbaik seperantauan Asrama Mahasiswa Banjarbaru
”IDAMAN” yang telah menemani saya selama menjadi mahasiswa di
malang.
8. Dea, Yuli, Ari, Cahyadi, Tony, dan yang tidak bisa saya sebutkan satu
persatu teman-teman seperjuangan untuk menempuh ujian tugas akhir.
9. Elektro A dari awal semester sampai akhir semester untuk kenangan yang
tidak bisa dilupakan.
vii
10. Seluruh Laboran dan Asisten Lab Elektro yang telah banyak memberikan
ilmu serta banyak lagi pelajaran yang saya dapatkan di Lab Elektro.
Dan teman-teman lainnya yang namanya tidak bisa saya sebutkan satu
persatu. Saya ucapkan terimakasih atas bantuan, perhatian, semangat, dan
pengertiannya selama saya menyelesaikan tugas akhir ini.
viii
KATA PENGANTAR
Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT. Atas limpahan rahmat
dan hidayah-NYA sehingga peneliti dapat menyelesaikan tugas akhir yang
berjudul :
”ANALISIS DAN SIMULASI CASCADED MULTILEVEL INVERTER
SEBAGAI SUMBER MOTOR INDUKSI”
Di dalam tulisan ini disajikan pokok-pokok bahasan yang meliputi dasar
teori dari harmonisa, motor induksi, inverter, cascaded multilevel inverter,
MATLAB dan Simulink.
Peneliti menyadari sepenuhnya bahwa dalam penulisan tugas akhir ini
masih banyak kekurangan dan keterbatasan. Oleh karena itu peneliti
mengharapkan saran yang membangun agar tulisan ini bermanfaat bagi
perkembangan ilmu pengetahuan kedepan.
Malang, 27 Januari 2016
Penulis
ix
DAFTAR ISI
Halaman
LEMBAR JUDUL................................................................................i
LEMBAR PERSETUJUAN ...............................................................ii
LEMBAR PENGESAHAN ...............................................................iii
LEMBAR PERNYATAAN ...............................................................iv
ABSTRAK ........................................................................................... v
ABSTRACT .........................................................................................vi
LEMBAR PERSEMBAHAN ...........................................................vii
KATA PENGANTAR........................................................................ix
DAFTAR ISI........................................................................................ x
DAFTAR GAMBAR.........................................................................xii
DAFTAR TABEL.............................................................................xvi
BAB I PENDAHULUAN.................................................................... 1
1.1 Latar Belakang .............................................................................................. 1
1.2 Rumusan Masalah ......................................................................................... 2
1.3 Tujuan............................................................................................................ 3
1.4 Batasan Masalah............................................................................................ 3
1.5 Sistematika Penulisan Tugas Akhir............................................................... 4
BAB II LANDASAN TEORI ............................................................. 5
2.1 Dasar Harmonik ............................................................................................ 5
2.1.1 Akibat yang Ditimbulkan Harmonik................................................. 7
2.2 Motor Induksi ................................................................................................ 9
2.2.1 Komponen Utama .............................................................................. 9
2.2.2 Klasifikasi ........................................................................................ 12
2.2.3 Prinsip Terjadinya Medan Putar ...................................................... 13
2.2.4 Prinsip Kerja Motor Induksi............................................................. 14
2.2.5 Slip ................................................................................................... 15
2.3 Inverter ........................................................................................................ 16
2.4 Cascaded Multilevel Inverter ...................................................................... 16
2.5 Sine-triangle Modulasi ................................................................................ 21
2.5.1 In-Phase Disposition (IPD).............................................................. 23
2.6 MATLAB dan Simulink.............................................................................. 26
BAB III PERANCANGAN PEMODELAN SISTEM ................... 27
3.1 Data Motor Induksi ..................................................................................... 27
3.2 Perancangan Pemodelan Simulasi............................................................... 28
3.2.1 Pemodelan Motor Induksi 3 Fasa..................................................... 29
3.2.2 Metode Modulasi SPWM................................................................. 31
x
3.2.2.1 SPWM Inverter Konvensional.......................................... 31
3.2.2.2 SPWM 3 Level Cascaded Multilevel Inverter .................. 35
3.2.2.3 SPWM 5 Level Cascaded Multilevel Inverter .................. 37
3.2.3 Perhitungan ...................................................................................... 41
3.2.4 Pemodelan Inverter Konvensional................................................... 41
3.2.5 Pemodelan 3 Level Cascaded Multilevel Inverter ........................... 43
3.2.6 Pemodelan 5 Level Cascaded Multilevel Inverter ........................... 45
3.2.7 Blok Input ........................................................................................ 46
BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISIS ........................... 47
4.1 HASIL SIMULASI SPWM......................................................................... 47
4.1.1 SPWM Inverter Konvensional......................................................... 47
4.1.2 SPWM 3 Level Cascaded Multilevel Inverter ................................. 48
4.1.3 SPWM 5 Level Cascaded Multilevel Inverter ................................. 49
4.2 HASIL SIMULASI INVERTER KONVENSIONAL ................................. 50
4.2.1 HASIL SIMULASI BEBAN 0 Nm ................................................. 50
4.2.2 HASIL SIMULASI BEBAN 10 Nm ............................................... 53
4.3 HASIL SIMULASI 3 Level Cascaded Multilevel Inverter ......................... 55
4.3.1 HASIL SIMULASI BEBAN 0 Nm ................................................. 55
4.3.2 HASIL SIMULASI BEBAN 10 Nm ............................................... 58
4.4 HASIL SIMULASI 5 Level Cascaded Multilevel Inverter ......................... 61
4.4.1 HASIL SIMULASI BEBAN 0 Nm ................................................. 61
4.4.2 HASIL SIMULASI BEBAN 10 Nm ............................................... 64
4.5 PERBANDINGAN ..................................................................................... 66
4.6 PEMBAHASAN ......................................................................................... 69
BAB V KESIMPULAN .................................................................... 71
5.1 KESIMPULAN ........................................................................................... 71
5.2 SARAN ....................................................................................................... 72
DAFTAR PUSTAKA........................................................................ 73
xi
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Bentuk Gelombang Hasil Distorsi Harmonik ..................................... 6
Gambar 2.2 Representasi Deret Fourier Dari Gelombang yang Terdistorsi ........... 7
Gambar 2.3 Konstruksi Motor Induksi ................................................................... 9
Gambar 2.4 Rangkaian Rotor Belitan ................................................................... 10
Gambar 2.5 Rangkaian Rotor Squirrel-Cage........................................................ 11
Gambar 2.6 Terminal a,b,c pada stator yang terhubung ke sumber 3 fasa ........... 13
Gambar 2.7 Medan Putar Pada Motor Induksi .................................................... 13
Gambar 2.8 Struktur satu fasa dari Cascaded H-bridge multilevel inverter......... 18
Gambar 2.9 Gelombang tegangan keluaran fasa dari 11-level cascaded
multilevel inverter dengan 5 sumber dc terpisah................................................... 19
Gambar 2.10 Struktur tiga fasa terhubung wye untuk driver kendaraan listrik
dan pengisian batray.............................................................................................. 20
Gambar 2.11 3 fasa sinusoidal PWM inverter ...................................................... 21
Gambar 2.12 Gelombang SPWM inverter tiga fasa.............................................. 22
Gambar 2.13 Pola switching mengunakan skema IPD carrier-based PWM :...... 25
Gambar 2.14 Simulasi dari skema carrier-based PWM menggunakan
IPD.(a).Sinyal Modulasi dan gelombang fasa didalam sinyal pembawa (b)
Tegangan keluaran fasa “a” ................................................................................. 25
Gambar 3.1 Diagram blok Inverter Konvensional................................................ 28
Gambar 3.2 Diagram Blok n Level Cascaded Multilevel Inverter
dan Motor Induksi ................................................................................................. 29
Gambar 3.3 Pemodelan Motor Induksi 3 Fasa...................................................... 29
Gambar 3.4 Blok Parameter Model Motor Induksi MATLAB............................. 30
Gambar 3.5 Pemodelan SPWM Pada Inverter Konvensional .............................. 32
Gambar 3.6 Blok SPWM ..................................................................................... 32
Gambar 3.7 Parameter Blok SPWM ..................................................................... 33
Gambar 3.8 Parameter Sinyal Segitiga ................................................................. 33
Gambar 3.9 Parameter Sinyal Fundamental Sudut 0 Derajat ............................... 34
Gambar 3.10 Pemodelan SPWM 3 Level Cascaded Multilevel Inverter.............. 36
xii
Gambar 3.11 Parameter Sinyal Segitiga 1 ............................................................ 36
Gambar 3.12 Parameter Sinyal Segitiga -1 ........................................................... 37
Gambar 3.13 Pemodelan SPWM 5 Level Cascaded Multilevel Inverter.............. 38
Gambar 3.14 Parameter Sinyal Segitiga Am1 ........................................................ 39
Gambar 3.15 Parameter Sinyal Segitiga Am2 ........................................................ 39
Gambar 3.16 Parameter Sinyal Segitiga Am3 ........................................................ 40
Gambar 3.17 Parameter Sinyal Segitiga Am4 ........................................................ 40
Gambar 3.18 Rangkaian Inverter Konvensional................................................... 41
Gambar 3.19 Pemodelan Inverter Konvensional Tiga Fasa ................................. 42
Gambar 3.20 Blok Parameter Sumber DC ............................................................ 43
Gambar 3.21 Blok Parameter IGBT Default MATLAB ........................................ 43
Gambar 3.22 Rangkaian 3 Level Cascaded Multilevel Inverter ........................... 44
Gambar 3.23 Pemodelan 3 Level Cascaded Multilevel Inverter Tiga Fasa.......... 44
Gambar 3.24 Rangkaian 5 Level Cascaded Multilevel Inverter ........................... 45
Gambar 3.25 Pemodelan 5 Level Cascaded Multilevel Inverter Satu Fasa .......... 45
Gambar 3.26 Blok Parameter Sumber DC Untuk Setiap H-bridge Inverter ........ 46
Gambar 3.27 Constan Block 10 Nm ..................................................................... 46
Gambar 4.1 Metode SPWM Inverter Konvensional 3 Fasa ................................. 47
Gambar 4.2 Hasil PWM Inverter Konvensional................................................... 48
Gambar 4.3 Metode SPWM 3 Level Cascaded Multilevel Inverter 1 Fasa .......... 48
Gambar 4.4 Hasil SPWM 3 Level Cascaded Multilevel Inverter 1 Fasa.............. 49
Gambar 4.5 Metode SPWM 5 Level Cascaded Multilevel Inverter 1 Fasa .......... 49
Gambar 4.6 Hasil SPWM 5 Level Cascaded Multilevel Inverter 1 Fasa.............. 50
Gambar 4.7 Kecepatan Motor Beban 0 Nm Inverter Konvensional..................... 50
Gambar 4.8 Torsi Motor Beban 0 Nm Inverter Konvensional ............................. 51
Gambar 4.9 Tegangan Fasa Inverter Beban 0 Nm Inverter Konvensional........... 51
Gambar 4.10 Tegangan Fasa ke Fasa Inverter Beban 0 Nm Inverter
Konvensional ........................................................................................................ 51
Gambar 4.11 Arus Keluaran Inverter Beban 0 Nm Inverter Konvensional ......... 52
Gambar 4.12 Arus Keluaran Inverter Beban 0 Nm Inverter Konvensional ......... 52
Gambar 4.13 Kecepatan Motor Beban 10 Nm Inverter Konvensional................. 53
xiii
Gambar 4.14 Torsi Motor Beban 10 Nm Inverter Konvensional ......................... 53
Gambar 4.15 Tegangan Fasa Inverter Beban 10 Nm Inverter Konvensional....... 53
Gambar 4.16 Tegangan Fasa ke Fasa Inverter Beban 10 Nm Inverter
Konvensional ........................................................................................................ 54
Gambar 4.17 Arus Keluaran Inverter Beban 0 Nm Inverter Konvensional ......... 54
Gambar 4.18 Arus Keluaran Inverter Beban 0 Nm Inverter Konvensional ......... 54
Gambar 4.19 Kecepatan Motor Beban 0 Nm 3 Level Cascaded Multilevel
Inverter.................................................................................................................. 55
Gambar 4.20 Torsi Motor Beban 0 Nm 3 Level Cascaded Multilevel Inverter.... 55
Gambar 4.21 Tegangan Fasa Inverter Beban 0 Nm 3 Level Cascaded
Multilevel Inverter................................................................................................. 56
Gambar 4.22 Tegangan Fasa ke Fasa Inverter Beban 0 Nm 3 Level Cascaded
Multilevel Inverter................................................................................................. 56
Gambar 4.23 Arus Keluaran Inverter Beban 0 Nm 3 Level Cascaded
Multilevel Inverter................................................................................................. 57
Gambar 4.24 Arus Keluaran Inverter Beban 0 Nm 3 Level Cascaded
Multilevel Inverter................................................................................................. 57
Gambar 4.25 Kecepatan Motor Beban 10 Nm 3 Level Cascaded Multilevel
Inverter.................................................................................................................. 58
Gambar 4.26 Torsi Motor Beban 10 Nm 3 Level Cascaded Multilevel Inverter.. 58
Gambar 4.27 Tegangan Fasa Inverter Beban 10 Nm 3 Level Cascaded
Multilevel Inverter................................................................................................. 59
Gambar 4.28Tegangan Fasa ke Fasa Inverter Beban 10 Nm 3 Level Cascaded
Multilevel Inverter................................................................................................. 59
Gambar 4.29 Arus Keluaran Inverter Beban 10 Nm 3 Level Cascaded
Multilevel Inverter................................................................................................. 60
Gambar 4.30 Arus Keluaran Inverter Beban 10 Nm 3 Level Cascaded
Multilevel Inverter................................................................................................. 60
Gambar 4.31 Kecepatan Motor Beban 0 Nm 5 Level Cascaded Multilevel
Inverter.................................................................................................................. 61
Gambar 4.32 Torsi Motor Beban 0 Nm 5 Level Cascaded Multilevel Inverter.... 61
xiv
Gambar 4.33 Tegangan Fasa Inverter Beban 0 Nm 5 Level Cascaded
Multilevel Inverter................................................................................................. 62
Gambar 4.34 Tegangan Fasa ke Fasa Inverter Beban 0 Nm 5 Level Cascaded
Multilevel Inverter................................................................................................. 62
Gambar 4.35 Arus Keluaran Inverter Beban 0 Nm 5 Level Cascaded
Multilevel Inverter................................................................................................. 63
Gambar 4.36 Arus Keluaran Inverter Beban 0 Nm 5 Level Cascaded
Multilevel Inverter................................................................................................. 63
Gambar 4.37 Kecepatan Motor Beban 10 Nm 5 Level Cascaded Multilevel
Inverter.................................................................................................................. 64
Gambar 4.38 Torsi Motor Beban 10 Nm 5 Level Cascaded Multilevel Inverter.. 64
Gambar 4.39 Tegangan Fasa Inverter Beban 10 Nm 5 Level Cascaded
Multilevel Inverter................................................................................................. 65
Gambar 4.40 Tegangan Fasa ke Fasa Inverter Beban 10 Nm 5 Level Cascaded
Multilevel Inverter................................................................................................. 65
Gambar 4.41 Arus Keluaran Inverter Beban 10 Nm 5 Level Cascaded
Multilevel Inverter................................................................................................. 66
Gambar 4.42 Arus Keluaran Inverter Beban 10 Nm 5 Level Cascaded
Multilevel Inverter................................................................................................. 66
Gambar 4.43 FFT THD Inverter Konvensional Modulasi Indeks 1 ..................... 67
Gambar 4.44 FFT THD 3 Level Cascaded Multilevel Inverter Modulasi
Indeks 1 ................................................................................................................. 67
Gambar 4.45 FFT THD 5 Level Cascaded Multilevel Inverter Modulasi
Indeks 1 ................................................................................................................. 68
Gambar 4.46 Grafik Perbandingan THD 3 Inverter ............................................. 68
xv
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 3.1 Data Nameplate Motor Induksi 3 fasa MATLAB .................................. 27
Tabel 4.1 Tabel Perbandingan THD ..................................................................... 68
xvi
DAFTAR PUSTAKA
[1] Arrillaga, J., Watson, N.R, 2003. Power System Harmonics. 2nd Edition.
England, John Wiley & Sons.
[2] Rashid, M.H., 2011. POWER ELECTRONICS HANDBOOK:devices, circuits,
and applications handbook. USA, Butterworth-Heinemann.
[3] El-Hawary, M.E., 2006. HIGH-POWER CONVERTERS AND AC DRIVES,
USA, John Wiley & Sons.
[4] Abu-Rub, H., Iqbal, A., Guzinski, J., 2012. HIGH PERFORMANCE
CONTROL OF AC DRIVES WITH MATLAB/SIMULINK MODELS. UK, John
Wiley & Sons.
[5] Majhi, B., 2012. Analysis of Single-Phase SPWM Inverter. India, National
Institute of Technology, Rourkela.
[6] Elistiyani, M., 2015. ANALISIS SISTEM KONTROL KECEPATAN
MOTOR BERBASIS VARIABLE SPEED DRIVE (VSD) PADA PROSES
TRANSPORT BATUBARA DI PT KALTIM PRIMA COAL. Malang,
Universitas Muhammadiyah Malang.
[7] Alzari, B., 2011. RANCANG BANGUN SINGLE TUNED FILTER
SEBAGAI
ALAT
KARAKTERISTIK
PEREDUKSI
BEBAN
DISTORSI
RUMAH
HARMONIK
TANGGA
2200VA.
UNTUK
Jakarta,
Universitas Indonesia.
[8] Panda, Y., 2011. Analysis of Cascaded Multilevel Inverter Induction Motor
Drives. India, National Institute of Technology, Rourkela.
[9] Verma, N.K., Gupta, P., Shrivastava, A., 2013, THD Reduction in
Performance of Cascaded Multi-Level Inverter Fed Induction Motor Drive.
International Journal of Advanced Computer Research Volume-3 Number-4.
[10] C. K. Sruthi, P. Saritha,2014, A Novel Multilevel Inverter Using Single
Carrier PWM Technique, International Conference on Circuit, Power and
Computing Technologies [ICCPCT].
[11] Venkadesan, A., Panda, P., Agrawal, P., Puli, V., 2014, Cascaded H-bridge
Multilevel Inverter For Induction Motor Drives, International Journal of
Research in Engineering and Technology Volume 3 Issues 05 May 2014.
73
[12] Preethi, K., Ani,l G., Vani, E., 2013, Speed Control of Induction Motor Using
Eleven Leves Multilevel Inverter, International Journal of Science and
Modern Engineering (IJISME) ISSN:2319-6386, Volume-1,Issue-5,April
2013.
74
75
76
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dari tahun ke tahun pemanfaatan komponen elektronika daya didalam proses
konversi energi listrik semakin berkembang. Karakteristik dari peralatan-peralatan
elektronika daya untuk pengendalian daya dari satu bentuk ke bentuk yang lain
telah memungkinkan hal tersebut. Peralatan elektronika daya dikenal dengan
bentuk yang kompak, relatif tidak memerlukan tempat yang luas dan juga
memiliki pengaturan yang begitu luas, sehingga banyak digunakan sebagai
konverter untuk berbagai keperluan industri. Konverter yang digunakan untuk
memperoleh tegangan keluaran ac variabel dari tegangan sumber dc dikenal
dengan sebutan inverter.
Inverter pada industri digunakan secara
luas seperti pada pengaturan
kecepatan motor ac, pemanasan industry, ataupun pada catu daya tak terputus
Uninterruptible Power Supply (UPS). Peralatan kedokteran, peralatan pengolah
data, dan peralatan telekomunikasi adalah peralatan
yang kebanyakan
memerlukan catu daya tak terputus dengan kualitas baik.
Namun penggunaan komponen elektronika daya didalam suatu sistem tenaga
listrik justru menimbulkan masalah baru yaitu gangguan harmonisa. Penggunaan
komponen elektronika daya membuat bentuk gelombang yang dihasilkan tidak
sinusoidal murni (terdistorsi) sehingga menimbulkan harmonisa. Munculnya
harmonisa pada suatu sistem tenaga listrik dapat memperburuk kualitas daya
sistem tersebut, karena dapat menyebabkan faktor daya sistem menjadi lebih
rendah, distorsi gelombang tegangan, meningkatkan rugi-rugi sistem, pembebanan
lebih pada perlatan, pergeseran titik netral sistem, ataupun peningkatan arus netral
pada sistem.
Perbaikan kinerja inverter terus mengalami kemajuan untuk mengurangi halhal yang dihasilkan oleh komponen elektronika daya tersebut. Salah satunya
multilevel inverter yang mulai populer dalam mengatasi masalah harmonisa
dibandingkan inverter konvensional. Topologi dari multilevel inverter di
1
klasifikasikan menjadi tiga tipe,antara lain flying capacitor, diode clamped dan
cascaded multilevel inverters.
Cascaded multilevel inverter adalah satu topologi yang paling populer
digunakan disusun dari beberapa inverter H-bridge satu fasa dan sumber dc.
Cascaded multilevel inverter membutuhkan paling sedikit komponen pada
tingkatan
tegangan
sama
dibandingkan
jenis
multilevel
inverter
lain.
Perkembangan multilevel inverter juga diikuti pengembangan dari berbagai
macam teknik modulasi. Banyak teknik pemicuan inverter menggunakan Pulse
Width Modulation (PWM) dengan beberapa sinyal pembawa dinamakan phase
disposition (PD), alternate phase opposition disposition (APOD), phase
opposition disposition (POD).
Pada tugas akhir ini akan dibahas tentang cascaded multilevel inverter
sebagai penggerak motor induksi dengan berbagai macam tingkatan level
kemudian dibandingkan terhadap inverter konvensional dalam hal ini harmonisa
keluaran inverter dengan kondisi pengoperasian yang sama. Diharapkan nilai
harmonisa pada rangkaian cascaded multilevel inverter berkurang dibanding
inverter konvensional sehingga dapat meningkatkan efisiensi pada sistem.
1.2 Rumusan Masalah
Permasalahan yang akan dibahas dalam tugas akhir ini adalah :
1.Bagaimana merancang cascaded multilevel inverter sebagai sumber motor
induksi 3 fasa?
2. Bagaimana merancang inverter konvensional sebagai sumber motor induksi
3 fasa?
3. Bagaimana merancang teknik pemicuan PWM pada cascaded multilevel
inverter dan inverter konvensional?
4. Bagaimana mensimulasikan dengan software MATLAB untuk penggunaan
cascaded multilevel inverter dan inverter konvensional agar dapat
mengurangi harmonisa pada keluaran kedua inverter tersebut?
2
1.3 Tujuan
Pada tugas akhir ini bertujuan sebagai berikut:
1. Merancang, mensimulasikan, dan menganalisa cascaded multilevel inverter
sebagai sumber motor induksi 3 fasa.
2. Merancang, mensimulasikan, dan menganalisa inverter konvensional
sebagai sumber motor induksi 3 fasa.
3. Merancang dan mensimulasikan teknik pemicuan PWM menggunakan
teknik In-Phase Disposition PWM (IPD PWM).
4. Membandingkan nilai harmonisa keluaran inverter pada saat menggunakan
cascaded multilevel inverter dan pada saat menggunakan inverter
konvensional.
1.4 Batasan Masalah
Agar tujuan dari tugas akhir ini tidak menyimpang dari tujuan semula,
dibutuhkan suatu batasan-batasan yang jelas guna mengarahkan pembahasan.
Batasan-batasan masalah tersebut adalah sebagai berikut,
1. Cara kerja cascaded multilevel inverter dan inverter konvensional dengan
pemicu IPD PWM.
2. Nilai harmonisa keluaran cascaded multilevel inverter dan keluaran
inverter konvensional pada frekuensi 50Hz.
3. Teknik pemicuan PWM dengan IPD PWM.
4. Motor induksi tiga fasa menggunakan spesifikasi dari MATLAB.
5. Simulasi dan analisis menggunakan simulink MATLAB
3
1.5 Sistematika Penulisan Tugas Akhir
Sistematika penulisan pada tugas akhir ini adalah sebagai berikut:
BAB I
PENDAHULUAN
Merupakan bagian yang menjelaskan tentang latar belakang,
rumusan masalah, tujuan, metodologi, dan sistematika.
BAB II
DASAR TEORI
Menjelaskan tentang tinjauan pustaka yang memberikan teori
sebagai acuan atau referensi peneliti untuk melakukan penelitian.
Tinjauan pustaka membahas beberapa teori penting dalam tugas
akhir ini yaitu harmonisa, motor induksi tiga fasa, cascade Hbridge multilevel inverter beserta pemicuannya.
BAB III
RANCANGAN PENELITIAN
Menjelaskan tentang penelitian yang sudah dilakukan oleh penulis
dalam merancang cascaded H-bridge multilevel inverter dan
membuat simulasi pada matlab.
BAB IV
PENGUJIAN DAN ANALISA SISTEM
Pada bagian ini berisi tentang hasil pengujian analisis simulasi
sistemnya.
BAB V
PENUTUP
Pada bagian ini berisi tentang kesimpulan dari pengerjaan tugas
akhir dan saran untuk memperbaiki kekurangan dari perancangan
sistem yang sudah dibuat untuk hasil yang lebih baik.
4