SISTEM KENDALI MOTOR PENGGERAK MESIN PENCUCI PAKAIANDENGAN METODE VECTOR CONTROL

Muharnis 1,Ariprihaarta2

Teknik Perkapalan Politeknik Negeri Bengkalis,(Riau) 1

Jurusan Teknik Elektro Universitas Negeri Malang 2

E-mail: muharnis_74@yahoo.co.id 1 , aripriharta@um.ac.id 2

Abstrak

Field Oriented Control (FOC) membuat ac-drives menjadi semakin populer, sehingga motor induksi semakinmenggeser pemakaiannya motor dc dalam industri. FOC telah banyak digunakan di beberapa produk industri,salah satunya adalah mesin cuci. Pada mesin cuci, FOC untuk mengatur putaran drum yang dikopel dengan shaftmotor induksi 3 fasa. FOC diperlukan untuk memperbaiki respon sistem, utamanya saat perubahan putaran(manuver) yang tiba-tiba, agar tidak terjadi osilasi pada torsi mapun kecepatan putarnya. Paper ini membahastentang kendali kecepatan motor induksi 3 fasa dengan metode DVC atau DFOC utamanya pada model danperforma sistem. Validasi dilakukan dengan simulasi. Hasil simulasi menunjukkan bahwa metode FOC dapatbermanuver dengan perubahan torsi dan kecepatan motor induksi dengan respon yang cepat.

Kata kunci: DFOC, DVC, mesin cuci, motor induksi, vector control

I. PENDAHULUAN

Motor dc adalah motor yang paling idealuntuk dipakai sebagai penggerak elektrik,karena sifatnya yang linier dengan pengaturankecepatannya yang relatif lebih mudah. Akantetapi, dari segi ekonomis untuk kapasitasyang sama, bila dibandingkan dengan motorinduksi, motor dc jauh lebih mahal, ukurannyarelative besar. Adanya komutator dan sikat-sikat dalam motor dc memerlukanpemeliharaan yang rutin (biasanya selamapemeliharaan operasi sistem terhenti) sehingaoperating cost-nya menjadi lebih mahal.Sedangkan motor induksi harganya lebihmurah, aman digunakan dalam lingkunganyang berbahaya (tanpa bunga api akibatgesekan sikat) dan bebas dari pemeliharaan.Sementara kelemahan motor induksi adalahsifatnya yang tidak linier, dan metoda untukmengatur kecepatan menjadi lebih rumit.Selain itu, diperlukan konverter/inverter dayayang menimbulkan harmonisa. Awalnyadigunakan metode skalar untukmengendalikan motor induksi. Metode skalarsangat unggul untuk operasi keadaan tunak,tetapi lemah dalam aplikasi yang memerlukan

respon dinamis yang cepat. Selanjutnya,ditemukan metoda vector control atau fieldoriented control (FOC), yang dapatmengoperasikan motor induksi sebagai motoryang linier (dengan batasan aproksimasi).Pada metode ini, pengaturan kecepatan putarmotor melalui kontrol torsi atau medan denganmempertahankan daya motor dan banyakdigunakan dalam proses industri. Berdasarkanfakta, FOC membuat ac-drives menjadisemakin populer, sehingga motor induksisemakin menggeser pemakaiannya motor dcdalam industri. FOC telah banyak digunakandi beberapa produk industri dengan teknikpenyelesaian yang berbeda, salah satunyaadalah mesin cuci.

Pada mesin cuci, FOC untuk mengatur putarandrum yang dikopel dengan shaft motor induksi3 fasa. FOC diperlukan untuk memperbaikirespon sistem, utamanya saat perubahanputaran (manuver) yang tiba-tiba, terutamapada mesin cuci modern. Algorithma prosespencucian, mulai dari memutar untukmembuat cucian basah dengan kecepatantertentu, dipercepat saat memberi diterjen danpewangi. Kemudian diayunkan dan diputarlagi, setelah beberapa menit diputar dengan

Jurnal Inovtek Volume 2, No 1, Juni 2012 hlmn 36-42

37

kecepatan tinggi, setelah itu tiba-tiba berhenti.Selanjutnya, diputar dengan arah berlawanandengan cepat. Proses perubahan kecepatanatau pengereman yang tiba-tiba, maupunputaran yang halus, memerlukan kontrol yangbaik, agar tidak terjadi osilasi pada torsimapun kecepatan putarnya. Inilah yangmenjadi alasan utama para produsen mesincuci memilih vector control sebagai solusinya.Selanjutnya, berdasarkan fakta-fakta yangtelah disebutkan, masalah yang dibahas padapaper ini adalah performa motor induksi yangdikendalikan dengan metode vector control.

II. PEMODELAN

Sistem yang didiskusikan dalam paper iniadalah kendali kecepatan drum mesin cuciyang digerakkan oleh motor induksi tigafasarotor sangkar dengan inverter SVPWM yangberbasis metode vector control sebagaikendalinya. Sistem ini diperlihatkan padaGambar 1 berikut ini,

Gambar 1. Model Sistem FOC Pada MesinCuci

2.1. Model Mesin CuciMesin cuci (Gambar 2), dimodelkan denganpendekatan bahwa struktur mekanik sistemgearbox pada drum mesin cuci diabaikan.Drum diasumsikan dikopel langsung denganshaft motor induksi 3 fasa rotor sangkar. Drum

dianggap sebagai beban dengan karakteristikconstant power sebesar 1,5 kW

Gambar 2 Mesin Cuci

2.2. Vector Control Motor Induksi2.2.1. Model Motor Induksi Rotor SangkarMotor induksi 3 fasa rotor sangkar yangdigunakan dilengkapi dengan optical encodersebagai tachogenerator, dengan shaft yang diGambar 2.2. Bagian-bagian mesin cuci dikopel dengan beban (Gambar 3).

(a) fisik (b) simbol

Gambar 3. Motor Induksi Rotor Sangkaruntuk Mesin Cuci

Rangkaian ekivalen motor induksi dalamkoordinat d-q pada Gambar 2.3. Model d-qmotor induksi merupakan dasar pengaturankecepatan motor induksi dengan metodevector control. Sistem koordinat tiga fasastatis ditransformasikan ke koordinat dinamisd-q, koordinat ini berputar mengikutikecepatan sinkron motor atau medan putarstator. Dengan transformasi ini didapatkanmodel motor induksi yang lebih sederhana,

Jurnal Inovtek Volume 2, No 1, Juni 2012 hlmn 36-42

38

model tegangan dan arus pada persamaan inimerupakan variabel dengan referensikoordinat d-q, transformasi tegangan tiga fase

ke koordinat d-q menggunakan transformasipark seperti ditunjukkan pada persamaanberikut:= (− ) ( + ) (− + )(− ) (− + (− + (1)

= ⎣⎢⎢⎡ −− − −− − −− − ⎦⎥⎥

⎤⎣⎢⎢⎡⎦⎥⎥⎤ + 0 − 00 0 −− 0 00 − 0 ⎣⎢⎢

⎡⎦⎥⎥⎤ ; − (2)

dengan persamaan torsi elektromagnetikmotor (Te) berikut ini:T = PM(i i − i i ) (3)

Kecepatan motor induksi yang merupakanfungsi torsi elektromagnetik dan torsi bebansebagai berikut :+ = − (4)= (5)

Vector Control (FOC)

Persamaan tegangan stator dalam sumbu d danq adalah vsd dim vsq , pengendali yangdigunakan adalah pengendali PI, namunpengendali ini hanya dapat mengendalikansistem yang linier, sehingga vsd dan vs harusdilinierisasi dengan menggunakan dekopling.= + ; = + (6)

= + ; . +(7)

= − + (1 − ) (8)= + (1 − ) (9)

Persamaan fluks model adalah := ( − ) (10)= + ∗(11)= (12)

III. SIMULASI

Pemodelan matematis disederhanakan denganmenggunakan toolbox Matlab untuk kendaliFOC seperti yang diperlihatkan pada gambar 4berikut,

Jurnal Inovtek Volume 2, No 1, Juni 2012 hlmn 36-42

39

Gambar 4. Toolbox Model FOC Motor Induksi

Motor induksi yang digunakan untuk simulasimeiliki data sebagai berikut,

1.5 Kw , 1420 rpm , 220/380 V , 6.4 / 3.7 A3 phase , 50 Hz , 4 polesRs = 4.85 Ω Rr = 3.805 Ω

Ls = 27.4 mH Lr = 27.4 mHLm = 25.8 mH

J = 0.031 kg.m2 B = 0.00114 kg.m2/s

Sedangkan model FOC yang digunakandiperlihatkan pada gambar 5 dan speedcontroller pada gambar 6.

Jurnal Inovtek Volume 2, No 1, Juni 2012 hlmn 36-42

40

Gambar 5. Toolbox Algorithma FOC

Gambar 6. Speed Controller

Jurnal Inovtek Volume 2, No 1, Juni 2012 hlmn 36-42

41

Dengan manuver simulasi sebagaiberikut:

t 0 0.5 1 1.5Torsi -64,2857 -32,1429 0 32,14286

t 0 1 2Speed 1400 0 1400

IV. HASIL DAN ANALISIS

Setelah dirun, diperoleh hasil simulasi

performa sistem yang meliputi:

Gambar 7. Performa FOC

Dengan waktu 0s, 1s dan 1,5 s dilakukanmanuver setpoint speed sebesar 1400 rpm 0dan -1400 rpm (ramp) dan torsi 0Nm;64,2857Nm; - 64,2857Nm. Dari grafikperforma dalam gambar 7 dapat diamatibahwa Metode FOC dapat bermanuver denganperubahan torsi dan kecepatan motor induksidengan respon yang cepat.

V. KESIMPULANMetode FOC dapat bermanuver denganperubahan torsi dan kecepatan motor induksidengan respon yang cepat. Dengan waktu 0s,1s dan 1,5 s dilakukan manuver setpoint speedsebesar 1400 rpm 0 dan -1400 rpm (ramp) dantorsi 0Nm; 64,2857Nm; - 64,2857Nm.

Jurnal Inovtek Volume 2, No 1, Juni 2012 hlmn 36-42

42

VI. DAFTAR PUSTAKA

Arman Jaya, Soebagio , Mauridhi Heri Purnomo. (2009). Pengaturan Kecepatan MotorInduksi Tanpa Sensor Kecepatan Menggunakan Metode Self-Tuning Fuzzy SlidingMode Control Berbasis Direct Torque Control. Procedings Seminar NasionalAplikasi Teknologi Informasi.

Bimal K. Bose , (2002)” Modern Power Electronics and AC drives”, Prentice Hall PTR

Chikhi A., Djarallah M., Chikhi K. (2010). “A Comparative Study Of Field-OrientedControl And Direct-Torque Control Of Induction Motors Using An Adaptive FluxObserver.” Serbian Journal Of Electrical Engineering. Vol. 7, No. 1, Pp. 41-55

D. Casadei, Giovanni Serra (2002),” FOC and DTC: two variable scheme for inductionmotorstorque control”, IEEE Trans. On Power Electronics, Vol. 17, No. 5.

Era Purwanto, M. Ashary, Subagio, dan Mauridhi Herry P. (2008). “PengembanganInverter Fuzzy Logic Control Untuk Pengendalian Motor Induksi SebagaiPenggerak Mobil Listrik Dengan Metoda Vector Kontrol.” Makara, Teknologi,Volume 12, No. 1, pp.1-6.

Hasti Afianti, Soebagio, Mauridhi Hery Purnomo.(2005). Perancangan Modified AnfisObserver Untuk Identifikasi Kecepatan Motor Induksi.” Procedings SeminarNasional Aplikasi Teknologi Informasi, ISBN: 979-756-061-6.

Jaroslav Lepka, Petr Stekl.(2004). “3-Phase AC Induction Motor Vector Control Using a56F80x, 56F8100 or 56F8300 Device.” Design of Motor Control Application Note-AN1930 Rev. 2, 2/2005, Freescale Semiconductor, Inc.

O. Barambones, A. J. Garrido, F.J. Maseda (2003). “A Robust Field Oriented Control ofinduction Motor with Flux Observer and Speed Adaptation”. Proc. IEEE-ATFA.

Petr Stekl. (2006). “Washing Machine Three Phase AC Induction Motor Drive Based onMC56F8013.” Design of Motor Control Application Note - AN3234 Rev. 0,02/2006, Freescale Semiconductor, Inc.

R. Krishnan. (2001). “Electric Motor drives: Modeling, Analysis, and Control”. Newjersey: Prentice Hall, Inc.

Ridwan Gunawan, Feri Yusivar,Wahidin Wahab, Zuhal A. Kadir. (2006). ”PerancanganPutaran Motor Induksi Tiga Phasa Tanpa Sensor Kecepatan Dengan PengendaliVektor Arus dan Full Dan Reduced Observer Berada Pada Sumbu dq.” Makara,Teknologi, Vol. 10, No. I, pp. 34-39

Muharnis,lahir di Pekanbaru,4 Febuari 1973 sebagai anak ke dua dari lima bersaudara dariayah Busra dan Daonar.A.Y, Tahun 1979 bersekolah di SD YPS Singkole Soroako SulawesiSelatan dan lulus tahun 1985. SMP YPS Singkole Soroako Sulawesi Selatan lulus tahun1988. SMUN Rumbai Pekanbaru lulus tahun 1991. Sarjana Teknik Elektro Universitas BungHatta lulus tahun 1998. Penulis bekerja sebagai dosen di Politeknik Negri Bengkalis sejaktahun 2001 sampai sekarang.

Aripriharta.Sejak tahun 2005 – sekarang bergabung sebagai dosen di TE FT-UMMalang,minat riset terfocus pada bidang elektronika daya modern,energi seving dan smartsistem