Simulasi dan Analisis Konverter Kaskade Buck-Boost Dua Arah

sebagai Pencatu Tegangan Inverter Motor Induksi pada Mobil Listrik

Ahsin Hariri

2210 106 047

Falkutas Tekhnologi Industri

Program Studi Teknik Sistem Tenaga

Insitut Tekhnologi Sepuluh November Surabaya

2013

Latar Belakang

Krisis energi Produksi Mobil Listrik Nasional

Konversi Tegangan Konverter Kaskade untuk memperkecil duty cycle

DC

DC

DC

DC

Tujuan mampu memberikan catu pada motor dan

mengisi baterai dari motor

Mobil listrikBagian-bagian mobil listrik

Sumber tegangan

• Baterai• Plug in

charger

konverter• DC-DC• AC-DC

penggerak• Motor• Generator

Perancangan sistem

Baterai

0 50 100 150 200 250 300 350

100

120

140

Nominal Current Discharge Characteristic at 0.2C (50A)

Ampere-hour (Ah)

Volta

ge

Discharge curveNominal areaExponential area

0 50 100 150 200 250 300 350100

120

140

E0 = 124.4922, R = 0.012, K = 0.29221, A = 15.6, B = 0.014118

Ampere-hour (Ah)

Volta

ge

Konverter kaskade buck-boost dua arah

terdiri dari dua buah rangkaian SNIBB yang dirangkai seri

A B

SNIBB arah maju

Vin

L C

R

S1

VoutS2 S3

S4

Vin

L C

R

S1

VoutS2 S3

S4

RANGKAIAN SNIBB

Analisa Saklar Tertutup Analisa Saklar Terbuka

maka

SNIBB arah mundur

Analisa Saklar Tertutup

RANGKAIAN SNIBB

Analisa Saklar Terbuka

Maka

Perhitungan tegangan output konverter

DDVV in

out −=

1.

A B

Vout A Vout B

IGBT Inverter

Sinyal penyalaan

Rectifier

reference speed (rad /s)

120

Vector Control

speedpulses

VDC

Induction Motor50 HP / 460 V

Tm

m

A

B

C

IGBT Inverter

g

A

B

C

+

-

Rectifier 3 fasa

Motor Induksi

Spesifikasi motor :Daya 50 HPTegangan 220/380 V, 50 HzKecepatan 1480 RPM

Simulasi Konverter kaskade buck-boost dua arah, arah maju

Hasil Simulasi

Simulasi arah mundur

powergui

Discrete ,s = 1e-006

RepeatingSequence

RelationalOperator 1

>=

NOT 3 NOT

NOT 2 NOT

NOT 1 NOT

NOT NOT

Mosfet8

gm

DS

Mosfet7

gm

DS

Mosfet6

gm

DS

Mosfet5

gm

DS

Mosfet4

gm

DS

Mosfet3

gm

DS

Mosfet2

gm

DS

Mosfet1

gm

DS

L2L1

Constant 2

0.5

C1

Battery KIRI

+

_m

Battery KANAN

+

_m

Hasil simulasi

Baterai kanan

Baterai kiri

Simulasi Motor Induksi dan IGBT Inverter

Torsi beban 100Nm

30rad/s 60rad/s 90rad/s

kecepatan

Tegangan MotorArus stator

Simulasi dengan Torsi Beban Berubah-ubah

λ µ

100Nm

200Nm

50Nm

Torsi beban

45 rad/skecepatan

Simulasi keseluruhan sistem

λ µ

torsi

u yfcn

time 2

time

switch

speed

uy fcn

powergui

Discrete ,s = 1e-006

Voltage OUT

v+-

Vector Control

speedpulses

Vab

v+-

z

1

Scope 14

Scope 1

Saturation 1

Saturation

RepeatingSequence 1

RepeatingSequence

RelationalOperator 2

>=

RelationalOperator 1

>=

PI MUNDUR

PID

PI MAJU

PID

NOT 3 NOT

NOT 2 NOT

NOT 1 NOT

NOTNOT

Mosfet8

gm

DS

Mosfet7

gm

DS

Mosfet6

gm

DS

Mosfet5

gm

DS

Mosfet4

gm

DS

Mosfet3

gm

DS

Mosfet2

gm

DS

Mosfet1

gm

DS

L2L1

Induction Motor50 HP / 460 V

Tm

m

A

B

C

IGBT Inverter

g

A

B

C

+

-

Goto3

[Vin ] Goto 2

[Vout ]

Iabc

Speed

From 1

[Vin ]

From

[Vout ]

Constant 2

460

Constant 1

150

C4C3

C2C1

C

Battery

+

_m

<Rotor speed (wm)>

Iabc (A)

<SOC (%)>

<Current (A)>

<Voltage (V)>

Vab (V)

<Electromagnetic torque Te (N*m)><Electromagnetic torque Te (N*m)>

Torsi tetap kecepatan berubah

Tegangan baterai

Arus baterai

State of charging baterai

Kecepatan tetap torsi berubah

30Nm 50Nm 25Nm 30Nm

Simulasi jalanan menurunKecepatan diberikan -100rad/s

Parameter baterai

Kesimpulan• Konverter kaskade buck-boost dua arah sangat cocok

digunakan pada mobil listrik, karena dapat menaikkan tegangan baterai pada saat memberikan catu tegangan pada motor induksi dan juga mengatur tegangan pada saat pengisian baterai.

• Untuk menaikkan tegangan baterai 120 V menjadi tegangan yang diperlukan IGBT inverter yaitu 540 V, diperlukan dua buah rangkaian buck-boost converter yang dirangkai seri (kaskade).

• IGBT inverter mempunyai beberapa fungsi yaitu sebagaipengubah tegangan DC menjadi AC, sebagai driver motorinduksi, dan juga sebagai rectifer.

• Motor induksi selain mempunyai beberapa keunggulan dari motor jenis lain, juga dapat digunakan sebagai generator dengan menambahkan sumber daya reaktif berupa kapsitor.

Saran

• Perlu adanya kontroler loop tertutup yang tepat untuk mengatur konverter kaskade buck-boost dua arah agar didapat respon yang tercepat dalam mencapai tegangan output, sehingga motor cepat memperoleh catu tegangan dan dapat mencapai kecepatan putar sesuai dengan referensi kecepatan.