ISSN(p): 2338-8323  | ISSN(e): 2459-9638 | Vol. 8 | No. 3 | Halaman 518 - 532 DOI : http://dx.doi.org/10.26760/elkomika.v8i3.518
Aplikasi Direct Matrix Converter pada Pengendali Kecepatan Motor Induksi 3 Fase menggunakan Modulasi Venturini

## GAMAR BASUKI, ERA PURWANTO, HARY OKTAVIANTO, MENTARI PUTRI JATI, MOCHAMAD ARI BAGUS NUGROHO
Teknik Elektro Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Indonesia Email: gamarbasuki@gmail.com
Received 24 Januari 2020 | Revised 23 Februari 2020 | Accepted 25 Juni 2020

## ABSTRAK
Motor  induksi  yang  paling  banyak  digunakan  juga  memiliki  kekurangan  seperti losses yang cukup tinggi, power factor correction, dan efisiensi yang rendah. Oleh karena  itu,  dibutuhkan    pengendali  motor  induksi  yang  memiliki  performa  dan efisiensi yang tinggi. Salah satu jenis AC – AC konverter yang mempunyai efisiensi, lifetime,  kekompakan  dan  faktor  daya  mendekati  unity  yang  akan  digunakan sebagai  pengendali  motor  induksi  adalah  matrix  converter.  Metode  venturini digunakan sebagai modulasi pada matrix converter. Untuk itu dalam penelitian ini dilakukan  pembuatan  simulasi  menggunakan  simulink  MATLAB  dan  hardware matrix  converter.   Pengujian  matrix  converter  menggunakan  modulasi venturini sebagai pengendali motor induksi telah dilakukan dengan motor dapat berputar mencapai kecepatan nominal sebesar 1440 Rpm sesuai nameplate dan motor juga dapat  berputar dibawah  frekuensi  nominal.  Dengan  penelitian  ini, pengendalian motor induksi dapat lebih efisien dalam penggunaannya di berbagai bidang.
Kata kunci : Matrix converter, metode venturini, motor induksi.

## ABSTRACT
The most widely used induction motors also have disadvantages such as fairly high losses, power factor correction, and low efficiency. From this disadvantages, we need an induction motor controller that has high performance and efficiency. One type  of  AC-AC  converter  that  has  efficiency,  lifetime,  compactness  and  power factor  approach to  unity  that  will be used as  an induction  motor controller  is  a matrix  converter.  The  Venturini  method  is  used  as  modulation  in  the  matrix converter.  For  this  reason,  in  this  study,  simulation  was  made  using  MATLAB simulink and hardware matrix converter. Matrix converter testing using venturini modulation as an induction motor controller has been done with the motor can be rotate  reaching a nominal  speed  of  1440 Rpm  according to  nameplate and  the motor can also rotate below the nominal frequency. It is expected that induction motor controller can be more efficient in their use in various fields.
Keywords : Matrix converter, venturini method, induction motor

## 1. PENDAHULUAN
Motor listrik yang paling  banyak digunakan adalah jenis motor induksi dengan pertimbangan beberapa faktor yaitu struktur yang simpel, volume kecil, harga yang murah, pengemudian elektrik yang mudah dan fleksible, efisiensi dan power density yang tinggi, memiliki torsi awal yang tinggi, range torsi dan daya konstan yang luas, memiliki respon torsi yang andal dalam beberapa kondisi operasi, dan lain – lain (Riba, dkk, 2016) . Menurut Saqib Jamshed Rind dan kawan - kawan yang dipublikasikan dalam Chinese Journal of Electrical Engineering 2017 membahas  tentang  evaluasi  perbandingan  performa  beberapa  jenis  motor  penggerak kendaraan listrik dapat diketahui bahwa motor induksi merupakan pilihan dengan penilaian yang paling tinggi untuk digunakan sebagai penggerak berdasarkan pertimbangan beberapa faktor seperti yang tertera pada Tabel 1.
Tabel 1. Evaluasi Performa Beberapa Jenis Motor Penggerak
Karakteristik motor DC  IM PMSM  SRM Kekuatan daya 2.5 4 5 3.5 Efisiensi 2.5 4 5 4.5 Sistem kontrol 5 5 4 3 Keandalan 3 5 4 5 Kekokohan 3 5 4 5 Kekuatan torsi 3 4 5 4 Jarak kecepatan 2.5 4 4.5 4.5 Pemeliharaan 3 4 4 4 Riak/gangguan torsi 3.5 4.5 4.5 3 Kemampuan beban lebih 3 4 4 4 Kekuatan teknis 5 4.5 4 3.5 Daya tahan 3.5 5 4 4.5 Ukuran dan berat 3 4 5 4 Harga 4 5 3 4 Total 46.5  62 60 56.5
Disamping  memiliki  beberapa  keunggulan  dalam  beberapa  faktor  yang  telah  dibahas sebelumnya, motor induksi juga memiliki beberapa kelemahan, yaitu losses yang cukup tinggi, power factor dan efisiensi yang rendah (Hannan, dkk, 2017) .
Dari  penjabaran  tentang  kekurangan  motor  induksi  tersebut,  maka  dibutuhkan  pengendali motor  induksi  yang  memiliki  performa  dan  efisiensi  yang  tinggi.  Secara  umum,  untuk mengendalikan  kecepatan  motor  induksi  3  fase  dapat  dilakukan  dengan  cara  mengubah tegangan atau frekuensi masukan menggunakan konverter konvensional seperti inverter. PWM yang digunakan pada inverter dapat menyebabkan rugi – rugi switching karena frekuensi yang tinggi dan menyebabkan timbulnya harmonisa orde tinggi. Selain itu, PWM dari inverter juga dapat  meningkatkan  daya  reaktif  ketika  torsi  turun  dan  mempengaruhi  efisiensi  motor. Sehingga  sangatlah  penting  untuk  memperhitungkan  efek  dari losses  akibat  PWM  yang dihasilkan inverter dalam merancang motor (Fujisaki, Sakai, & Takeda, 2012).
Telah banyak penelitian yang membahas tentang AC – AC konverter yang mempunyai efisiensi, lifetime, struktur dan faktor daya mendekati unity menggunakan matrix converter (Hamane, Doumbia,  Cheriti,  &  Belmokhtar,  2014) .Matrix  converter  merupakan  konverter  single state yang memiliki susunan m ke n sakelar bidirectional secara langsung menghubungkan
sumber tegangan masukan fase m ke beban fase n tanpa membutuhkan elemen penyimpanan energi (Karaca  &  Akkaya,  2012)  (Mahendra  &  Gurusamy,  2010). Salah  satu  jenis modulasi switching pada matrix converter yang digunakan dikenal sebagai metode Venturini atau pendekatan direct transfer function. Dalam metode ini, sinyal untuk penggerak gerbang sembilan sakelar bidirectional dihitung untuk menghasilkan tegangan keluaran sinusoidal.
Dalam makalah ini mengajukan sebuah perancangan matrix converter sebagai penggerak dari motor  induksi  menggunakan  metode Venturini  sebagai  teknik  modulasinya.  Hasil  tegangan keluaran sinusoidal dari matrix converter digunakan sebagai sumber tegangan masukan dari motor  induksi  3  fase.  Sementara  itu,  tujuan  dari  perancangan direct  matrix  converter diharapkan dapat melakukan pengendalian kecepatan motor induksi 3 fase dengan tegangan keluaran yang dapat menghasilkan perubahan frekuensi, menghasilkan efisiensi yang bagus dan losses yang rendah.

## 2. METODOLOGI PENELITIAN

## 2.1  Simulasi Direct Matrix Converter  pada Motor Induksi 3 Fase
Pada  penelitian  ini  yang  menjadi  salah  satu  bagian  penting  adalah  pembuatan  dan perencanaan matrix converter dan metode Venturini. Simulasi matrix converter terdiri dari 9 sakelar bidirectional dan telah di simulasikan menggunakan Simulink pada software MATLAB seperti pada Gambar 1.
Gambar 1. Sembilan Sakelar Bidirectional Matrix Converter
Keterangan  :
= sinyal PWM untuk metode Venturini = tegangan masukan 3 fase = tegangan keluaran 3 fase
Topologi 9 sakelar dua arah pada matrix converter dapat difungsikan pada frekuensi tinggi, sedangkan tujuan utama dari konverter ini adalah menghasilkan tegangan keluaran 3 fase dan frekuensi mengikuti karakteristik dari keluaran yang di inginkan. Dengan 9 sakelar bidirectional matrix converter dapat diasumsikan secara teori memiliki 512 (2 9 ) kombinasi switching yang berbeda (Roy, dkk, 2017) , tetapi tidak semua dapat digunakan. Kombinasi switching yang
dapat  digunakan  dalam  matrix  converter  memiliki  beberapa  aturan  yaitu (Bachir  & Bendiabdellah, 2009) :
1) 3 buah sakelar yang terhubung dalam 1 kombinasi
2) Fase masukan tidak terhubung singkat.
3) Hanya 1 sakelar yang terhubung pada setiap fase.
Dari batasan tersebut, maka pada matrix converter 3x3 ini terdapat 27 kombinasi switching yang diperbolehkan.
Persamaan matematis dari vektor tegangan masukan dapat di tuliskan seperti pada Persamaan (1).
|𝑉 | =   𝑉 𝑐𝑜𝑠𝜔 𝑡 cos (𝜔 𝑡 − ) cos (𝜔 𝑡 − ) (1)
Sementara itu untuk persamaan matematis vektor tegangan keluaran dapat dituliskan seperti Persamaan (2).
|𝑉 | =   𝑉 𝑐𝑜𝑠𝜔 𝑡 cos (𝜔 𝑡 − ) cos (𝜔 𝑡 − ) (2)
Hubungan antara tegangan keluaran dan tegangan masukan ditunjukkan oleh Persamaan (3).
[𝑉 ] = [𝑀][𝑉 ] (3)
Dimana [M] adalah matriks modulasi. Sementara itu, untuk hubungan arus masukan dan arus keluaran ditunjukkan oleh Persamaan (4).
[𝐼 ] = [𝑀] [𝐼 ] (4) Dan [M] T adalah transpose matriks dari matriks modulasi  [M] . Fungsi modulasi dari matriks [M] adalah seperti pada Persamaan (5).
𝑀⃗ = 𝑚  (𝑡) 𝑚  (𝑡) 𝑚  (𝑡) 𝑚  (𝑡) 𝑚  (𝑡) 𝑚  (𝑡) 𝑚  (𝑡) 𝑚  (𝑡) 𝑚  (𝑡) (5)
Perhitungan matematis dari direct matrix converter dijelaskan oleh Persamaan (1), Persamaan (2), Persamaan (3), Persamaan (4), dan Persamaan (5). Sementara itu, untuk parameter yang digunakan pada hasil simulasi ditunjukkan pada Tabel 2. Nilai parameter yang terdapat pada Tabel 2 akan menjadi rujukan untuk melakukan pengujian.

## Tabel 2. Parameter Simulasi Sistem
Tegangan masukan (Volt) 220 V L-L q (ratio tegangan masukan keluaran) 0,5 Frekuensi masukan (Hz) 50 Hz Frekuensi keluaran (Hz) 40 Hz dan 50 Hz Frekuensi switching (Hz) 6 kHz Beban motor (HP/kW) Motor induksi 3ø 10 HP
Bentuk gelombang keluaran hasil dari simulasi matrix converter ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Gelombang Tegangan Keluaran Matrix Converter dengan q = 0,5
Keterangan: losses sinyal spike tegangan
Gambar 2 adalah bentuk gelombang keluaran dari direct matrix converter. Bentuk gelombang keluaran tersebut masih terdapat spike tegangan pada saat sinyal menyentuh nilai 0 dan ada juga terjadi losses sinyal. Hal ini bisa terjadi salah satu penyebabnya adalah karena beban motor induksi yang digunakan dapat menimbulkan harmonisa. Hasil simulasi pada Gambar 2 akan dijadikan sebagai rujukan untuk menguji hardware dari matrix converter. Sementara itu, respon kecepatan dari penggunaan direct matrix converter pada pengendali kecepatan motor induksi 3 fase ditunjukkan pada Gambar 3.
(a) (b)
Gambar 3. Respon Kecepatan Motor Induksi (a) f out = 50 Hz, (b) f out = 40 Hz

## 2.2 Perancangan Hardware Direct Matrix Converter
Direct  Matrix  converter  adalah  konverter  yang  memiliki  susunan  baris  dan  kolom  sakelar bidirectional  yang  secara  langsung  menghubungkan  sumber  tegangan  masukan  fase-m  ke beban fase-n (Karaca & Akkaya, 2012), (Mahendra & Gurusamy, 2010). Konverter ini adalah  konverter  AC-AC  langsung  tanpa  membutuhkan  perubahan  dari  AC  ke  DC  atau sebaliknya. Rangkaian dari matrix converter dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4. Rangkaian Matrix Converter 3 Fase
Setelah  pembahasan  tentang direct  matrix  converter,  langkah  selanjutnya  akan  dibuat perancangan hardware dari direct matrix converter menggunakan MOSFET tipe IXFH 60N60. MOSFET  dengan  tipe  IXFH60N60  yang  dihubungkan  secara Common  Emitter  untuk memungkinkan  arus  dapat  mengalir  secara  bolak  balik.  Pemilihan  MOSFET  tipe  tersebut dikarenakan memiliki tegangan kerja (V DS ) yang besar yakni 600 Volt dan arus (I D ) sebesar 60A pada kondisi continuous dan 200A pada kondisi impulsed sehingga menjadikan MOSFET ini dapat digunakan pada direct matrix converter yang beroperasi pada tegangan (V rms ) 380 Volt dengan tegangan puncak (V max ) sebesar 538 Volt. Dengan kemampuan tersebut, MOSFET diharapkan memiliki daya tahan yang baik dan dapat mengalirkan arus secara dua arah pada saat dioperasikan pada sistem yang dirancang. Gambar 5 adalah sakelar bidirectional yang terdiri dari 2 MOSFET yang dihubungkan secara berkebalikan untuk proses konversi daya pada direct matrix converter.
Gambar 5. Sakelar Bidirectional Menggunakan MOSFET
Sakelar bidirectional pada Gambar 5 dirancang menggunakan MOSFET tipe IXFH 60N60 dan terdiri dari 9 buah sakelar yang masing – masing sakelar bidirectional akan diberikan sinyal PWM melalui perhitungan matematis menggunakan metode Venturini. Dari hasil perhitungan matematis untuk sinyal PWM akan dihubungkan ke kaki Gate dari MOSFET. Dengan mengikuti aturan  untuk  proses  modulasi switching  pada  direct  matrix  converter,  maka  hasil  keluaran pada direct matrix converter akan menghasilkan tegangan keluaran yang nilai frekuensinya tetap maupun frekuensinya berubah.

## 2.2  Metode Venturini
Dalam metode Venturini,  tegangan  keluaran  tiga fase  yang  diinginkan  dapat  disintesis dari rangkaian  tegangan  sinusoidal  masukan  tiga  fase  yang  di  suplai  secara  berurutan.  Bentuk
gelombang tegangan keluaran karena itu terdiri dari bagian gelombang tegangan masukan. Oleh  karena  itu,  penentuan  sinyal  PWM  yang  tepat  untuk  masing  –  masing  dari  9  sakelar bidirectional harus dihitung secara matematis untuk menghasilkan perubahan frekuensi atau perubahan tegangan keluaran  sinusoidal  dari frekuensi  tetap  dan tegangan masukan tetap (Rezaoui,  Kouzou,  Nezli  and  Mahmoudian,  2013). Persamaan  matematis  untuk hubungan tegangan masukan dan tegangan keluaran serta arus masukan dan arus keluaran ditulis seperti pada Persamaan (6) dan Persamaan (7).
𝑉  (𝑡)
𝑉  (𝑡) 𝑉  (𝑡) = 𝑚  (𝑡) 𝑚  (𝑡) 𝑚  (𝑡) 𝑚  (𝑡) 𝑚  (𝑡) 𝑚  (𝑡) 𝑚  (𝑡) 𝑚  (𝑡) 𝑚  (𝑡) 𝑉  (𝑡) 𝑉  (𝑡) 𝑉  (𝑡) (6)
𝐼  (𝑡)
𝐼  (𝑡) 𝑉  (𝑡) = 𝑚  (𝑡) 𝑚  (𝑡) 𝑚  (𝑡) 𝑚  (𝑡) 𝑚  (𝑡) 𝑚  (𝑡) 𝑚  (𝑡) 𝑚  (𝑡) 𝑚  (𝑡) 𝐼  (𝑡) 𝐼  (𝑡) 𝐼  (𝑡) (7)
Setiap  fungsi  modulasi dari  matriks  [M],  m ij (t)  (I,j=  1,2,3),  merepresentasikan  nilai duty cycle dari masing – masing sakelar bidirectional selama periode sampling T s dan fungsi dari duty cycle pada matriks [M] nilainya terbatas, yaitu antara 0<m ij (t)<1 (I,j = 1,2,3) (Metidji, dkk, 2013). Sementara itu, perhitungan untuk waktu modulasi Venturini pada fase pertama ditunjukkan  pada  Persamaan  (8),  (9),  dan  (10) (Kandan,  Senthilkumar  dan  Dhivya, 2016) .
𝑡 =   (1 + 2𝑞 cos (𝜔 𝑡 + 𝜃)) (8) 𝑡 =   (1 + 2𝑞 cos (𝜔 𝑡 + 𝜃 − )) (9) 𝑡 =   (1 + 2𝑞 cos (𝜔 𝑡 + 𝜃 − )) (10)
Perhitungan waktu modulasi fase kedua ditunjukkan oleh Persamaan (11), Persamaan (12), dan Persamaan (13).
𝑡 =   (1 + 2𝑞 cos (𝜔 𝑡 + 𝜃 − )) (11)
𝑡 =   (1 + 2𝑞 cos (𝜔 𝑡 + 𝜃)) (12) 𝑡 =   (1 + 2𝑞 cos (𝜔 𝑡 + 𝜃 − )) (13)
Dan untuk perhitungan modulasi fase ketiga ditunjukkan oleh Persamaan (14), Persamaan (15), dan Persamaan (16).
𝑡 =   (1 + 2𝑞 cos (𝜔 𝑡 + 𝜃 − )) (14)
𝑡 =   (1 + 2𝑞 cos (𝜔 𝑡 + 𝜃 − )) (15) 𝑡 =   (1 + 2𝑞 cos (𝜔 𝑡 + 𝜃)) (16)
Proses  untuk membangkitkan sinyal PWM  yang dihitung  menggunakan metode Venturini dihasilkan  dari  sebuah mikrokontroller  arm  STM32  F407VGTX  yang  diprogram  dari
Tegangan masukan 3 fasa Matrix converter
MI 3 fasa
Metode Venturini
MATLAB/Simulink.  Hasil  tegangan  keluaran  dari mikrokontroller  memiliki  nilai  tegangan antara 0 – 3.3 Volt, dimana sinyal yang dihasilkan adalah sinyal PWM yang sudah melalui proses  modulasi.  Tegangan  keluaran  dari mikrokontroller  tidak  bisa  langsung  digunakan untuk menggerakkan gerbang Gate dari MOSFET, karena nilai tegangannya tidak memenuhi syarat untuk menggerakkan gerbang Gate dari MOSFET. Maka dari itu, diperlukan sebuah penguatan  sinyal  tanpa  mengubah  bentuk  dari  sinyal  itu  sendiri  dengan  menggunakan sebuah komponen IC FOD3182. Tegangan keluaran dari IC FOD3182 dapat digunakan untuk menggerakkan gerbang Gate dari MOSFET, karena MOSFET dapat berfungsi jika kaki Gate dari  MOSFET  mendapatkan  sinyal  tegangan  >10  Volt.  Gambar  6  adalah  rangkaian  yang digunakan untuk menggerakkan gerbang kaki Gate dari MOSFET.
Gambar 6. Driver MOSFET menggunakan IC FOD3182

## 3. PENGUJIAN DAN ANALISIS
3.1 Pengujian Metode Venturini
Perancangan dan pengujian matrix converter sebagai pengendali motor induksi 3 fase diawali dengan membuat simulasi menggunakan simulink/MATLAB. Dari hasil simulasi akan dijadikan sebagai rujukan untuk melakukan pengujian hardware direct matrix converter. Sementara itu, diagram blok pengujian hardware dari direct matrix converter dapat dilihat pada Gambar 7.
Gambar 7. Diagram Blok Pengujian Matrix Converter
Metode Venturini adalah salah satu teknik modulasi yang paling sering digunakan pada matrix converter  selain  dari  teknik  modulasi  SVM.  Prinsip  metode  Venturini  dapat  dijelaskan pada awalnya  menggunakan keluaran  fase  tunggal. Tegangan  keluaran  tiga fase  dihasilkan  oleh tiga rangkaian independen, dan persamaan analitik untuk ketiga bentuk gelombang memiliki karakteristik  yang  sama (Kandan, Senthilkumar  & Dhivya, 2016) .  Pola switching  hasil dari perencanaan dan pengujian metode Venturini dapat dilihat pada Gambar 8.
(a)
(b)
(c) Gambar 8. Modulasi Switching S 11 , S 12 dan S 13 ; Modulasi Switching S 21 , S 22 dan S 23 ; Modulasi Switching S 31 , S 32 dan S 33
Elemen switching S1– S9 adalah sakelar bidirectional yang menghubungkan fase keluaran ke salah  satu  dari  tiga  fase  masukan  dan  dioperasikan  sesuai  dengan  pola switching  yang ditunjukkan  pada  Gambar  8.  Hanya  satu  dari  tiga  sakelar  yang  dihubungkan  pada  waktu tertentu,  dan  ini  memastikan  bahwa  masukan matrix  converter,  yang  merupakan  sumber tegangan,  tidak  terhubung  singkat  sementara  arus  kontinyu  disuplai  ke  beban (Kandan, Senthilkumar & Dhivya, 2016) .

## 3.2 Pengujian Direct Matrix Converter pada Motor Induksi 3 Fase
Direct matrix converter  adalah salah satu jenis AC – AC converter dimana antara sisi tegangan masukan  terhubung  langsung  ke  sisi  tegangan  keluaran  tanpa  membutuhkan  elemen penyimpapan  energi (Rodriguez,  dkk,  2012) .Oleh  karena  matrix  converter  adalah  jenis direct  AC  –AC  converter  ,  sehingga  dibutuhkan  suatu  sakelar  bidirectional  yang  dapat mengalirkan arus secara dua arah. Maka pada makalah ini telah dilakukan perencanaan dan pengujian direct matrix converter yang tersusun dari 9 sakelar bidirectional menggunakan 18 buah MOSFET tipe IXFH 60N60 yang disusun secara berkebalikan antar MOSFET. Motor induksi 3 fase yang digunakan mempunyai kapasitas daya 0,375 kW. Gambar dari hardware direct matrix converter ditunjukkan oleh Gambar 9.
Gambar 9. Hardware Direct Matrix Converter
Keterangan  : direct matrix converter oscilloscope
motor induksi 3 fase
Pengujian  ini  dilakukan  dengan  memberikan  suplai  tegangan  masukan  3  fase  pada direct matrix converter dan keluaran konverter terhubung langsung ke beban motor induksi 3 fase. Direct matrix converter menggunakan metode Venturini untuk teknik modulasinya dilakukan dengan perhitungan matematis untuk menghasilkan sinyal PWM pada 9 sakelar bidirectional. Sinyal PWM metode Venturini dihasilkan dari sebuah mikrokontroller ARM STM32 F407VGTX, dimana keluaran dari pin mikrokontroller berupa sinyal PWM yang sudah dimodulasi. Kemudian pin  keluaran  dari  mikorokontroller  dihubungkan  ke  rangkaian driver  MOSFET  untuk  proses penguatan  sinyal  PWM  yang  sudah  dimodulasi.  Keluaran  rangkaian driver  MOSFET dihubungkan ke kaki Gate dari MOSFET. Dari uraian tersebut akan menghasilkan gelombang keluaran dari Direct Matrix Converter menggunakan metode Venturini yang frekuensi keluaran dari converter bisa diubah untuk mengendalikan kecepatan motor induksi 3 fase. Hasil dari pengujian bentuk gelombang keluaran dari direct matrix converter ditunjukkan pada Gambar 10.

## Gambar 10. Gelombang Keluaran Direct Matrix Converter
Keterangan: spike tegangan
Gambar  10  adalah  bentuk  gelombang  keluaran  dari direct  matrix  converter.  Gelombang keluaran  tersebut  jika  dibandingkan  dengan  hasil  perencanaan  dari  simulasi,  bentuk gelombangnya  mendekati  dari  hasil  simulasi.  Tetapi  terlihat  jelas  bahwa  pada  Gambar  10 bentuk  gelombang  keluarannya  terdapat spike  tegangan  yang  dapat  membahayakan komponen dari konverter itu sendiri maupun beban yang disuplai. Spike tegangan yang terjadi disebabkan  salah  satunya  karena  faktor  komponen  yang  digunakan  terutama  komponen MOSFET, dimana dalam keadaan tanpa terhubung ke beban gelombang keluaran dari MOSFET sudah  ada spike  tegangannya. Sehingga dengan faktor  ini  gelombang keluaran mengalami kecacatan  bentuk  gelombang.  Sementara  itu  data  untuk  hasil  pengujian direct  matrix converter pada beban motor induksi 3 fase dengan kecepatan nominal dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3. Data Pengujian Kecepatan Nominal Motor Induksi (f out = 50 Hz) Vin (Volt) Iin (Ampere) Vout (Volt) Iout (Ampere) n (Rpm) 0 0 0 0 0 10 0,1 0 0 0 20 0,1 10 0,2 0 30 0,5 22 0,55 320 40 0,5 30 0,5 1253 50 0,5 36 0,5 1364 60 0,5 46 0,55 1403 70 0,55 52 0,55 1438 80 0,55 60 0,6 1443 90 0,6 67 0,6 1444 100 0,6 72 0,6 1446
Dari Tabel 3 dapat dilihat bahwa saat tegangan masukan sebesar 10V dan 20V motor induksi belum  berputar  dikarenakan  tegangan  keluaran  dari direct  matrix  converter  belum  mampu
untuk  melakukan starting  pada  motor  induksi.  Pada  saat  tegangan  masukan  sebesar  30V, motor mulai berputar dengan kecepatan sangat rendah yaitu 320 Rpm karena masih dalam proses starting. Pada pengujian ini motor mulai berada pada kondisi  steady saat tegangan masukan  sebesar  70V  dengan  kecepatan  motor  sebesar  1438  Rpm.  Pengujian  ini  diambil dengan step  10V  dari  0V  hingga  100V,  hal  ini  dikarenakan  adanya  keterbatasan  dari kemampuan hardware (MOSFET).
Sementara  itu,  pada  pengujian  ini  juga  dilakukan  percobaan  pada  saat  motor  berputar dibawah frekuensi nominalnya yaitu dengan frekuensi keluaran sebesar 40 Hz. Pengujian ini bertujuan untuk mengendalikan kecepatan motor induksi 3 fase mencapai kecepatan putar sebesar  1200  Rpm.  Sesuai  dengan  rumus  kecepatan  dari  motor  induksi  yaitu 𝑛 = × dengan motor induksi yang digunakan memiliki kutub ( Pole) sebanyak 4 buah, maka untuk mencapai kecepatan motor sebesar 1200 Rpm direct matrix converter harus mengeluarkan tegangan dengan frekuensi sebesar 40Hz. Dalam pengujian ini direct matrix converter akan merubah frekuensi dari modulasi tegangan  menuju 40Hz untuk dapat menghasilkan tegangan keluaran dengan frekuensi sebesar 40Hz. Data hasil pengujian kecepatan motor dengan f = 40 Hz dapat dilihat pada Tabel 4.
Tabel 4. Data pengujian Kecepatan Nominal Motor Induksi (f out = 40 Hz) Vin (Volt) Iin (Ampere) Vout (Volt) Iout (Ampere) n (Rpm) 0 0 0 0 0 10 0,1 0 0 0 20 0,2 15 0,2 0 30 0,5 22 0,5 170 40 0,55 30 0,5 678 50 0,55 34 0,55 958 60 0,6 42 0,6 1050 70 0,65 48 0,6 1090 80 0,7 55 0,75 1100 90 0,7 60 0,8 1123
Dari Tabel 4 dapat dilihat bahwa saat tegangan masukan sebesar 10V dan 20V motor induksi belum berputar dikarenakan tegangan keluaran  dari matrix  converter belum mampu untuk melakukan starting  pada  motor  induksi.  Pada  saat  tegangan  masukan  sebesar  30V,  motor mulai berputar dengan kecepatan sangat rendah yaitu 170 Rpm karena masih dalam proses starting. Pada pengujian ini motor mulai berada pada kondisi steady saat tegangan masukan sebesar 90V dengan kecepatan motor sebesar 1123 Rpm. Sementara itu, respon kecepatan pada saat frekuensi keluaran dari direct matrix converter sebesar 50 Hz dab 40 Hz ditunjukkan pada Gambar 11.
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 0 50 100 150 Ke ce pa ta n (R pm ) Tegangan (Volt) 0 200 400 600 800 1000 1200 0 50 100 Ke ce pa ta n (R pm ) Tegangan (Volt) (a) (b)
Gambar 11. Respon Kecepatan Motor Induksi (a) f out = 50 Hz, (b) f out = 40 Hz
Pengujian direct matrix converter yang telah dilakukan hasilnya ditunjukkan pada Tabel 3 dan Tabel 4, sementara tanggapan dari perubahan frekuensi terhadap kecepatan ditunjukkan pada Gambar  11.  Pada  pengujian direct  matrix  converter  untuk  pengendalian  kecepatan  motor induksi, sistem yang dirancang dapat bekerja sesuai dengan perencanaan yang telah dibuat yaitu kecepatan motor induksi dapat berubah seiring dengan berubahnya frekuensi keluaran dari direct  matrix  converter.  Perubahan  kecepatan  yang  diinginkan  adalah  beoperasi  pada kecepatan nominal dan dibawah kecepatan nominal. Tanggapan pada saat frekuensi nominal memilki tanggapan rise time yang lebih cepat untuk mencapai kecepatan nominal daripada tanggapan pada saat dibawah frekuensi nominal.
Sementara itu, efisiensi yang bagus, losses yang rendah pada pengendalian kecepatan motor induksi erat hubungannya dengan kandungan harmonisa yang dihasilkan oleh jenis konverter yang digunakan untuk teknik kendalinya. Penggunaan direct matrix converter pada pengujian yang sudah dilakukan dilihat kandungan harmonisanya menggunakan sebuah alat fluke meter seperti yang ditunjukkan pada Gambar 12.
Gambar 12. Spektrum Harmonisa Metode Venturini f o = 50 Hz
Pada  Gambar  12  adalah  spektrum  harmonisa  yang  dihasilkan direct  matrix  converter menggunakan metode Venturini. Nilai harmonisa pada masing – masing orde ditunjukkan pada Tabel 5.
Tabel 5. Nilai Harmonisa (%) pada Frekuensi Nominal f o = 50 Hz Frekuensi dari tegangan keluaran Orde harmonisa ketiga (%) Orde harmonisa kelima (%) Orde harmonisa ketujuh (%) 50 Hz 50 Hz 50 Hz Meotde Venturini 45,83 4,56 1,27
Pada Tabel 5 dapat dilihat bahwa orde harmonisa ke 3 nilainya masih cukup tinggi dengan nilai 45,83% , namun pada harmonisa kelima, ketujuh dan orde harmonisa kelipatan ganjil yang lain nilainya sudah kecil I h5 = 4,56% dan I h7 = 1,27%. Pada sistem direct matrix converter yang  dirancang  menggunakan  metode  Venturini  berdasar  nilai  kandungan  harmonisanya menghasilkan niali yang cukup bagus karena persentase harmonisa masih dibawah nilai yang diperbolehkan yaitu untuk arus nilainya adalah <10%. Harmonisa erat hubungannya dengan efisiensi  dan losses  yang  dihasilkan,  sehingga  pada  sistem  pengendalian  motor  induksi menggunakan direct matrix converter bisa dikatakan menghasilkan losses yang tidak terlalu tinggi dan efisiensi yang cukup bagus karena nilai harmonisa arusnya <10%.

## 4. KESIMPULAN
Suatu sistem AC – AC converter yang dirancang adalah aplikasi direct matrix converter yang tersusun  dari  9  sakelar bidirectional  dengan  menggunakan  MOSFET  sebagai  komponen utamanya.  Teknik  modulasi  yang  digunakan  pada direct  matrix  converter  adalah  modulasi Venturini  atau  pendekatan direct  transfer  function.  Sinyal  PWM  yang  digunakan  dihitung secara  matematis  menggunakan  metode  Venturini  untuk  menghasilkan  frekuensi  tetap maupun  tegangan  tetap  dan  frekuensi  berubah.  Keluaran  dari direct  matrix  converter terhubung langsung ke beban motor induksi 3 fase, sehingga dengan mengubah frekuensi dari modulasi tegangan menggunakan metode Venturini, akan terjadi perubahan kecepatan dari  motor  induksi.  Dari  hasil  pengujian  didapatkan  bahwa direct  matrix  converter  mampu menghasilkan perubahan frekuensi keluaran, sehingga menyebabkan motor induksi berputar sesuai dengan frekuensi keluaran yang dihasilkan dari direct matrix converter. Pada pengujian dengan  frekuensi  keluaran  sebesar  50  Hz  motor  mulai  berada  pada  kondisi steady  saat tegangan masukan sebesar 70V dengan kecepatan motor sebesar 1438 Rpm. Sedangkan pada saat frekuensi keluaran diubah sebesar 40 Hz motor mulai berada pada kondisi steady saat tegangan masukan sebesar 90V dengan kecepatan motor sebesar 1123 Rpm. Dari keseluruhan pengujian direct matrix converter menggunakan metode Venturini pada motor induksi 3 fase menghasilkan harmonisa yang nilainya cukup tinggi pada Ih3 = 45,83% dan nilai yangf relatif kecil pada Ih5 = 4,56% dan Ih7 = 1,27%.

## DAFTAR RUJUKAN
Bachir,  G.,  &  Bendiabdellah,  A.  (2009).  Scalar  Control  for  a  Matrix  Converter. Acta Electrotechnica et Informatica, 9(2), 38 -43.
Fujisaki, K., Sakai, M., & Takeda, S. (2012). Motor loss increment of induction motor driven by pwm  inverter  in  comparison  with  inverter  circuit  loss. International  Conference  on
Electrical Machines and Systems (ICEMS), (pp. 1 – 6).
Hamane, B, Doumbia, M. L. , Cheriti, A., & Belmokhtar, K. (2014). Comparative Analysis of PI and Fuzzy  Logic Controllers for Matrix  Converter. Ninth  International  Conference  on Ecological Vehicles and Renewable Energies, (pp. 16 - 32).
Hannan,  M.  A.,  Ali,  J.  A.,  Mohamed,  A., &  Hussain,  A.  (2017).  Optimization  Techniques  to Enhance  the  Performance  of  Induction  Motor  Drives:  A  Review. Renewable  and Sustainable Energy Reviews,  1–16.
Kandan, K., Senthilkumar, K., & Dhivya, K. (2016). Total Harmonic Distortion Analysis of Matrix Converter. International Journal  of Multidisciplinary  Research and  Modern Education (IJMRME), 2(2), 174 – 182.
Karaca, H., & Akkaya, R. (2012). Modeling, Simulation and Analysis of Matrix Converter Using Matlab&Simulink. International Journal of Modeling and Optimazation, 2(3), 328 -332. Mahendran, N., & Gurusamy, Dr.G. (2010). Fuzzy Controller for Matrix Converter System to Improve its Quality Output. International Journal of Artificial Intelligence & Applications (IJAIA), 1(4), 17 – 27.
Metidji, B., Taib, N., Baghli, L., Rekioua, T., & Bacha, S. (2013). Novel Single Current Sensor Topology for Venturini Controlled Direct Matrix Converters. IEEE Transactions on Power Electronics, 28(7), 3509 -3516.
Rezaoui, M. M., Kouzou, A., Lazhari, N., & Mahmoudian, M. O. (2013). Comparative analysis of PWM strategies of Venturini and Roy for the control of a [3x3] matrix converter. International Journal of Advanced Renewable Energy Research, 2(2), 681-688.
Riba, J. R., Torres, C. L., Romeral, L., & Garcia, A. (2016). Rare-Earth-Free Propulsion Motors for  Electric  Vehicles:  A  Technology  Review. Renewable  and  Sustainable  Energy Reviews,  57, 367–79.
Rodriguez, J., Rivera,  M., Kolar,  J. W., &  Wheeler,  P. W. (2012).  A Review  of  Control  and Modulation Methods for Matrix Converters. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 59(1), 58–70.
Roy, R. B., Cros, J., Basher, E., & Taslim, S. Md. B. (2017). Fuzzy Logic Based Matrix Converter Controlled Indution Motor Drive. IEEE Region 10 Humanitarian Technology Conference (R10-HTC), (pp. 21 - 23).