i. voltage source inverter (vsi) ii. metode...

I. Voltage Source Inverter (VSI)A. Six-Step VSI

B. Pulse-Width Modulated VSI

II. Metode PWM

A. Sinusoidal PWM

B. Hysteresis (Bang-bang)

C. Space Vector PWM

/352

Voltage Source Inverter Tiga Fasa Six Step

Gambar 1 Three phase voltage source inverter

/353

Gambar 1 Three-phase voltage source inverter.

Sinyal gate, urutan switching dan tegangan line ke negatif.y g , g g g g

/354

Voltage Source Inverter (VSI)Six-Step VSISix-Step VSI

Urutan Switching: 561 (V ) → 612 (V ) → 123 (V ) → 234 (V ) → 345 (V ) → 456 (V ) → 561 (V )dimana, 561 berarti S5, S6 and S1 di-ON-kan sedangkan switch lainnya OFF

561 (V1) → 612 (V2) → 123 (V3) → 234 (V4) → 345 (V5) → 456 (V6) → 561 (V1)

5


Tegangan line-to-line (Vab, Vbc, Vca) dan tegangan line-to-neutral (Van, Vbn, Vcn)g g ( ab bc ca) g g ( an bn cn)

V b = V N - VbN

Tegangan line-to-line

Vab VaN VbN

Vbc = VbN - VcN

V = V VVca = VcN - VaN

Tegangan fasa

Van = 2/3VaN - 1/3VbN - 1/3VcN

Vbn = -1/3VaN + 2/3VbN - 1/3VcNbn aN bN cN

Vcn = -1/3VaN - 1/3VbN + 2/3VcN

6


Amplitud tegangan line to line (Vab, Vbc, Vca)p g g ( ab, bc, ca)

Komponen frekuensi fundamental (Vab)1

dcdcdc V78.0V62

V423

≈==ππ

(rms))(V 1ab

Komponen frekuensi harmonik (Vab)h

: amplitud harmonik menurun dengan naiknya orde harmoniknya: amplitud harmonik menurun dengan naiknya orde harmoniknya

V78.0dcab =

h(rms))(V h

3 )21(16hdi ±

h

3,.....)2,1,(n16nhdimana, =±=

7


Karakteristik VSI Six Stepp

Disebut “inverter six-step” karena adanya enam step pada bentuk

gelombang tegangan line-to-netral (fasa) nya.

H ik d 3 d k li t 3 tid k l d t li tHarmonik orde 3 dan kelipatan 3 tidak muncul pada tegangan line-to-

line dan line-to-neutral. Konsekuensinya juga tidak muncul pada

arusnya.

Amplitud output inverter tiga fasa dapat dikontrol hanya denganAmplitud output inverter tiga fasa dapat dikontrol hanya dengan

mengubah tegangan DC-link nya (Vdc).

8

Sasaran PWM

Mengontrol tegangan output inverter

Mengurangi harmonik

Kekurangan dari PWM

R i i it hi ik k f k i PWM ti iRugi-rugi switching naik karena frekuensi PWM yang tinggi

Tegangan output menjadi berkurang

Problem interferensi elektromagnetik (EMI) disebabkan harmonik ordetinggi

/359

Pulse Width Modulation (PWM)Pulse-Width Modulation (PWM)

/3510

Tegangan output inverterTegangan output inverter

Jika vcontrol > vtri, VA0 = Vdc/2

Jika vcontrol < vtri, VA0 = -Vdc/2

Kontrol tegangan output inverter

Amplitud dikontrol oleh harga puncak vcontrol

Frekuensi PWM sama dengan frekuensi vtri

p g p control

Frekuensi fundamental dikontrol oleh frekuensi vcontrol

10 ,2/

)(puncak AcontrolV

Vvm ==∴

Indeks modulasi (m)

/35 A01A0 V dari lfundamenta frekuensikomponen :)(Vdimana,2/dctri Vv

11

Sinusoidal PWMSinusoidal PWM

Hysteresis Band PWMyste es s a d

Space Vector PWMp

/35

Three phase inverterThree-phase inverter

/3512

Bentuk Gelombang v v v vg

frekuensi vtri = fs

Frekuensi vtri dan vcontrol

vtri vcontrol_A vcontrol_B vcontrol_C

frekuensi vcontrol = f1

dimana, fs = frekuensi PWM

f1 = frekuensi fundamental

Tegangan output inverter

jika vcontrol > vtri, VA0 = Vdc/2

Tegangan output inverter

dimana, VAB = VA0 – VB0

V = V – V

jika vcontrol < vtri, VA0 = -Vdc/2

/35

VBC = VB0 – VC0

VCA = VC0 – VA0

Rasio Modulasi Amplitud (ma)Rasio Modulasi Amplitud (ma)

10 ,2/

)(

dc

A

tri

controla V

Vpuncaknilaivamplitudvpuncakamplitudm ==∴

A01A0 V lfundamenta frekuensikomponen :)(Vdimana,

Rasio modulasi frekuensi (mf)

lfundamentafrekuensifdanPWMfrekuensifdimana,, 1s ===ffm s

f ,, 1s1f

f

mf seharusnya bilangan bulat ganjilJika mf bukan bilangan bulat mungkin ada subharmonik pada output teganganJika mf bukan bilangan bulat, mungkin ada subharmonik pada output teganganJika mf bukan ganjil, komponen DC masih ada dan harmonik pada tegangan output

m seharusnya adalah kelipatan 3 untuk inverter PWM 3 fasa

/35

mf seharusnya adalah kelipatan 3 untuk inverter PWM 3 fasaHarmonik kelipatan 3 ganjil dan harmonik genap dihilangkan

14

Inverter Tiga fasa untuk Kontrol Arus HysteresisInverter Tiga fasa untuk Kontrol Arus Hysteresis

/3515

Kontroler arus HysteresisKontroler arus Hysteresis

/3516

Karakteristik Kontrol Arus HysteresisKarakteristik Kontrol Arus Hysteresis

Keunggulan

R di ik t b ikRespon dinamik yang sangat baik

Biaya rendah dan mudah diterapkan

Kelemahan

Riak arus yang besar pada steady-state

Variasi pada frekuensi switching

Tidak ada inter-komunikasi antara masing-masing kontroler histerisis dariketiga fasa, dan akibatnya tidak ada cara untuk membangkitkan vektortegangan nol. Hasilnya, frekuensi switching bertambah pada indeksmodulasi yang lebih rendah dan sinyal akan melewati pita histeresis setiap

/3517

kali vektor nol ON.Proses modulasi membangkitkan komponen sub-harmonik.

Tegangan outpur inverter tiga fasa (1)Tegangan outpur inverter tiga fasa (1)

dimana, transistor atas: S1, S3, S5transistors bawah: S4, S6, S2

/35

4 6 2vektor variabel switching: a, b, c

18

Tegangan outputTegangan output

S1 sampai S6 adalah 6 transistor yang membentuk tegangan output

P d t k l t ON k l b h d k ki h OFFPada saat sakelar atas ON, sakelar bawah pada kaki yang harus sama OFF

Menghasilkan 8 kombinasi pola ON-OFF bagi transistor-transistor atas (S1, S3, S5)

ab a011V⎥⎤

⎢⎡⎥⎤

⎢⎡ −

⎥⎤

⎢⎡

Vektor tegangan line-to-line [Vab Vbc Vca]t

tdc

ca

bc c]b[aswitchingvariabelvektordimana,cb

101110V

VV

⎥⎥⎥

⎦⎢⎢⎢

⎣⎥⎥⎥

⎦⎢⎢⎢

⎣−−=

⎥⎥⎥

⎦⎢⎢⎢

⎣V t t li t t l (t f ) [V V V ]t

⎥⎤

⎢⎡⎥⎤

⎢⎡ −−

⎥⎤

⎢⎡ a112

1Van

Vetor tegangan line-to-netral (tegangan fasa) [Van Vbn Vcn]t

/35⎥⎥⎥

⎦⎢⎢⎢

⎣⎥⎥⎥

⎦⎢⎢⎢

⎣ −−−−=

⎥⎥⎥

⎦⎢⎢⎢

⎣ cb

211121V

31

VV dc

cn

bn

19

Tegangan outputTegangan output8 vektor teganganganinverter (V0 to V7)

/3520

8 kombinasi, tegangan fasa dan tegangan line output

/3521

Prinsip Space Vector PWMPrinsip Space Vector PWM

Memperlakukan tegangan sinusoidal sebagai sebuah vektor amplitud konstanyang berputar pada frekuensi konstan

Teknik PWM ini memperkirakan tegangan referensi Vref lewat kombinasi

yang berputar pada frekuensi konstan

kedelapan pola switching (V0 - V7)

Perubahan Koordinat (kerangka referensi abc menjadi kerangka d-q stasioner)Perubahan Koordinat (kerangka referensi abc menjadi kerangka d q stasioner) : Vektor tegangan tiga fasa ditransformasikan menjadi vektor pada kerangka koordinat d-q

stasioner yang mewakili penjumlahan vektor ruang dari ketiga tegangan fasa

Vektor-vektor (V1 - V6) membagi bidang menjadi 6 sektor (masing-masing 60 derajat)

/35

Vref dibangkitkan oleh dua vektor bukan nol yang berdekatan dan dua vektor nol

22

D kt d kt it hiDasar vektor dan sektor switching

6 vektor aktif (V1,V2, V3, V4, V5, V6)

Sumbu heksagonal

Tegangan DC link disuplay ke beban

Masing-masing sektor (1 - 6): 60

derajat

2 vektor nol (V0, V7)Pada titik asal

Tidak ada tegangan yang disuplay ke beban

/3523

Perbandingan Sinusoidal PWM dan Space Vector PWMPerbandingan Sinusoidal PWM dan Space Vector PWM

/35

Gambar. Perbandingan lokus tegangan kontrol linier maksimum pada SPWM dan SVPWM

24

Perbandingan Sinusoidal PWM dan Space Vector PWM

Space Vector PWM membangkitkan distorsi harmonik lebih sedikit padaoutput tegangan atau arus dibanding sinusoidal PWM

Perbandingan Sinusoidal PWM dan Space Vector PWM

output tegangan atau arus dibanding sinusoidal PWM

Space Vector PWM menghasilkan penggunaan tegangan suplay yang lebihefisien dibanding sinuosoidal PWMefisien dibanding sinuosoidal PWM

Sinusoidal PWM: Lokus vektor referensi berada di dalam lingkaran dengan radius 1/2 Vdc

Space Vector PWM: Lokus vektor referensi berada di dalam lingkaran dengan radius 1/√3 Vdc

∴ Utilisasi tegangan: Space Vector PWM = 2/√3 kali Sinusoidal PWM

/3525

P S V t PWMPenerapan Space Vector PWM

Langkah 1 Tentukan V V V dan sudut (α)Langkah 1. Tentukan Vd, Vq, Vref, dan sudut (α)

Langkah 2. Tentukan durasi waktu T1, T2, T0

Langkah 3. Tentukan waktu switching masing-masing transistor (S1 to S6)

/3526

Langkah 1. Menentukan Vd, Vq, Vref, dan sudut (α)

cnbnan

cnbnand

V21V

21V

cos60Vcos60VVV

−−=

⋅−⋅−=

Langkah 1. Menentukan Vd, Vq, Vref, dan sudut (α)

Transformasi koordinat: abc dq

cnbnq

cnbnan

cos30Vcos30V0V

22

⋅−⋅+=

⎤⎡⎤⎡ V111

cnbnan V23V

23V −+=

⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

−

−−=⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡∴

cn

bn

an

q

d

VVV

23

230

21

211

32

VV

⎦⎣ 22

V

VVV

q1

2q

2dref +=

/35 l)fundamentafrekuensif(dimana,

t2ππtω)VV

(tanα

s

ssd

q1

=

=== −Gambar: Vektor ruang tegangan dan komponennyadalam (d, q).

27

Step 2 Menentukan durasi waktu T T T (1)Step 2. Menentukan durasi waktu T1, T2, T0 (1)

Gambar. Vektor referensi sebagai kombinasi vektor-vektor berdekatan padasektor 1.

/3528

Step 2. Menentukan durasi waktu T1, T2, T0

durasi waktu switching pada sektor 1TTTT T z21z 1

∫∫∫ ∫+

p 1, 2, 0

)VTV(TVT

VdtVdtVV

2211refz

TT0

T12

0 01ref

21

⋅+⋅=⋅∴

++= ∫∫∫ ∫+

)60α0(dimana)3/(sin)3/(cos

V32T

01

V32T

)(sin)(cos

VT dc2dc1refz

°≤≤

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⋅⋅⋅+⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡⋅⋅⋅=⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡⋅⋅⇒

ππ

αα

)60α0(dimana, ≤≤

⋅⋅=∴−

⋅⋅=∴ 21 )3/(sin)(sin

)3/(sin)3/(sin aTTaTT zz π

απ

απ

⎟⎟⎟⎞

⎜⎜⎜⎛

==+−=∴ref

z210 2V

aandf1Twhere,),(

)3/(sin)3/(sin

TTTT z

ππ

/35

⎟⎟⎠

⎜⎜⎝ dcs V

32f

29

Langkah 2. Menentukan durasi waktu T1, T2, T0

Durasi waktu switching pada setiap sektor

Langkah 2. Menentukan durasi waktu T1, T2, T0

⎞⎛⎞⎛

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −

+−⋅⋅

=∴

33

31

3sin

31

fVTfVT

nV

refVTT

dc

zπαπ

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −

⋅⋅=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −

⋅⋅= sin

3coscos

3sin

3

3sin

3 nnV

refVTnV

refVT

dc

z

dc

zαπαπαπ

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −

⋅+−

⋅−⋅

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −

−⋅⋅

=∴3

1cossin3

1sincos3

31sin

32

nnV

refVTnV

refVTT

dc

z

dc

zπαπαπα

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛°≤≤

=−−=∴

60α06)sampai(sektor16sampai1ndimana,

,210 TTTT z

/35

⎠⎝ ≤≤ 60α0

30

Langkah 3. Menentukan waktu switching masing-masing transistor (S1 - S6)Langkah 3. Menentukan waktu switching masing masing transistor (S1 S6)

(a) Sektor 1. (b) Sektor 2.

/35

Gambar. Pola switching space Vector PWM pada tiap sektor

31

L k h 3 M t k kt it hi i i t i t (S S )Langkah 3. Menentukan waktu switching masing-masing transistor (S1 - S6)

(c) Sektor 3. (d) Sektor 4.

/3532


L k h 3 M t k kt it hi i i t i t (S S )Langkah 3. Menentukan waktu switching masing-masing transistor (S1 - S6)

(e) Sektor 5. (f) Sektor 6.

/3533


Langkah 3 Menentukan waktu switching masing-masing transistor (S1 - S6)Langkah 3. Menentukan waktu switching masing-masing transistor (S1 - S6)

/35 Tabel waktu switching pada tiap sektor34

[1] N Mohan W P Robbin and T Undeland Power Electronics: Converters[1] N. Mohan, W. P. Robbin, and T. Undeland, Power Electronics: Converters,Applications, and Design, 2nd ed. New York: Wiley, 1995.

[2] B K Bose Power Electronics and Variable Frequency Drives:Technology[2] B. K. Bose, Power Electronics and Variable Frequency Drives:Technology and Applications. IEEE Press, 1997.

[3] H W d B k H C Sk d l d G V St k “A l i d[3] H.W. van der Broeck, H.-C. Skudelny, and G.V. Stanke, “Analysis and realization of a pulsewidth modulator based on voltage space vectors,” IEEE Transactions on Industry Applications, vol.24, pp. 142-150, 1988.

/3535

i. voltage source inverter (vsi) ii. metode...

Documents