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.