150 Dielektrika, ISSN 2086-9487 Vol. 3, No. 2 : 150 - 160, Agustus 2016 SIMULASI SISTEM ELECTRONIC DIFFERENTIAL SEBAGAI PENGATUR MOTOR INDUKSI PADA MOBIL LISTRIK MENGGUNAKAN TEKNIK FIELD ORIENTED CONTROL Simulation System Of Electronic Differential Induction Motor Control As On Electric Cars Using The Field Oriented Control Muhamad Majedi11, I Nyoman Wahyu Satiawan21, I Made Mara32 ABSTRAK Penggunaan gearbox (differential mekanik) untuk stabilisasi roda kendaraan masih memiliki kekurangan yaitu perlunya perawatan secara rutin dan penyaluran torsi putar dari motor induksi ke roda tidak maksimal dikarenakan masih terdapat banyak losses pada gear. untuk memaksimalkan penyaluran torsi pada mobil listrik, kita membutuhkan suatu sistem untuk mengatur kecepatan motor penggerak roda kendaraan listrik secara elektronik. Penelitian ini membuat simulasi sistem electronic differential yang dikendalikan dengan teknik scalar control (V/F) dan teknik field oriented control dengan menggunakan software Simulink MATLAB version 7.8.0.(R2009a). Dari hasil simulasi dan pengujian, sistem electronic differential mampu bekerja seperti halnya differential secara mekanik, hal ini ditunjukkan saat kendaraan melaju di jalan yang lurus sistem electronic differential mampu memberikan referensi kecepatan yang sama dan referensi kecepatan yang berbeda pada kedua motor penggerak roda saat kendaraan sedang berbelok. Penggunaan teknik filed oriented control pada electronic differential memberikan performa yang lebih baik jika dibandingkan dengan teknik scalar control (V/F), hal ini di tunjukan dengan menghasilkan waktu steady state yang lebih cepat dan ripple torsi yang lebih kecil. Kata Kunci : Electronic Differential, Filed Oriented Control, Scalar Control (V/F), Mobil Listrik ABSTRAC The use of gearbox (mechanic differential) to stabilize the wheels in the vehices has some weaknesses. Gearbox need to be maintained and the distribution of torque from the induction motor to the wheel is not maximum because of any losses on the gear. To maximize the torque distribution in an electric car, it needs an electronic system to manage the speed of activator motor's wheel. This research developed a differential electronic model and verified in computer simulation using Simulink MATLAB version 7.8.0 (R2009a). Both scalar control (V/F) and field oriented control were applied in the model. The simulation result shows that the electronic differential system works well just like a mechanic differential. The system is able to control the wheels properly, i.e have the same speed in the straigh road and have different speed when it turned right or left. In both control methods applied reveal that the Field Oriented Control (FOC) gives better performance than the scalar control (V/F) particularly in reaching the steady state condition and give smaller torque ripple. Keywords: Electronic Differential, Field Oriented Control, Scalar Control (V/F), Electric Car. PENDAHULUAN sebagai penggerak memiliki beberapa keuntungan diantaranya, tidak menimbulkan polusi, biaya operasional yang rendah dan pemeliharaan mudah. Disamping itu penggunaan motor listrik memungkinkan pengaturan kecepatan dan stabilisasi kendaraan dapat diatur secara elektronik, hasil pengaturan yang lebih nyaman dan handal. Awalnya, motor arus searah (DC) banyak Penggunaan motor listrik sehingga didapatkan banyak digunakan sebagai penggerak mobil listrik karena sistem kontrol motor DC relatif lebih sederhana dan murah dibandingkan motor arus bolak-balik (AC). Tetapi motor DC memiliki beberapa kelemahan diantaranya struktur motor DC lebih berat (20% sampai 40%) dibandingkan dengan motor arus bolak balik (AC) untuk daya yang sama (Warsito, 2006), biaya pemeliharaan yang lebih tinggi karena adanya sikat / komutator, harga satuan 1Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Mataram, Nusa Tenggara Barat, Indonesia 2Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Mataram, Nusa Tenggara Barat, Indonesia Jln.Majapahit No.62 Mataram 83125 Telepon (0370)636755, 636126-Ext. 117 Fax (0370)636523 Email:
M. Majedi, I N. Wahyu Satiawan, I Made Mara : Simulasi Sistem Electronic Differential Sebagai Pengatur 151 masih mahal, dan keterbatasan jumlah phase motor dimana hanya tersedia motor dengan satu phase saja, sehingga untuk daya yang besar, masih rating komponen yang digunakan untuk pengaturan kecepatannya. terkendala dengan = + = − Keterangan: ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... (2) (1) Penggunaan gearbox untuk stabilisasi roda kendaraan masih memiliki kekurangan yaitu perlunya perawatan secara rutin dan penyaluran torsi putar dari motor induksi ke roda tidak maksimal dikarenakan masih losses pada gear. Oleh terdapat banyak karena itu, untuk memaksimalkan penyaluran torsi pada mobil listrik, kita membutuhkan suatu sistem untuk mengatur kecepatan motor listrik secara penggerak elektronik. Electronic differential adalah suatu cara yang mampu mengatasi permasalahan diatas. Electronic differential ini menggunakan dua motor sebagai penggerak sehingga dapat berguna untuk memberi masukan kecepatan yang sesuai pada masing-masing penggerak agar mobil listrik dapat bergerak sesuai dengan keinginan. roda kendaraan = Kecepatan linier roda kiri (m/s) = Pedal gas referensi (rad/s) as roda kanan (m) = Jari-jari belokan (m) = Jarak antara as roda kiri dengan Jari-jari belokan tergantung pada jarak roda dan sudut kemudi seperti ditunjukkan dalam persamaan berikut : tan = Dengan mensubtitusikan persamaan (3) ke persamaan (1) dan (2) diperoleh kecepatan angular dari setiap roda penggerak seperti pada persamaan berikut : ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . . (	3) Diferensial elektronik yang berarti pemisah secara elektronik adalah alat yang akan digunakan untuk membedakan kecepatan antara dua roda penggerak pada mobil listrik ( hal ini sangat diperlukan ketika mobil berbelok). Diferensial elektronik menjadi mungkin untuk direalisasikan karena sumber penggerak berupa motor listrik yang dapat di kendalikan secara elektronik. _ = + 1 2 . tan ... ... ... ... ... ... ... ... ... . (4) _ = − 1 2 . tan ... ... ... ... ... ... ... ... (5) Perbedaan kecepatan angular dari roda penggerak dinyatakan dalam persamaan di bawah ini. Sistem electronic menggunakan sudut kemudi ( ( ) sebagai parameter input:
differential ) dan pedal gas # = _ − $% = . tan ... ... ... ... ... ... . . (6) Penetapan sudut kemudi ditunjukkan pada persamaan berikut : δ> 0 belok kanan δ = 0 lurus δ< 0 belok kiri Pengendalian kecepatan angular roda penggerak mengikuti persamaan di bawah ini ∗ _ = + # 2 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . . (7) Gambar 1 (a) Struktur Diferensial Elektronik. (b) Model untuk Struktur Kendaraan.(Hartani,2009) ∗ _ = − # 2 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . . (8) Kecepatan referensi dari kedua motor bahwa kecepatan linier dari setiap roda penggerak dinyatakan sebagai fungsi dari kecepatan kendaraan dan jari-jari kurva yang dinyatakan dalam persamaan berikut ini: (Hartani,2009) Gambar 1 menunjukkan mengikuti persamaan sebagai berikut: ∗ *_ ∗ = +,-.. / ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . . (9) ∗ *_ ∗ = +,-.. % ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . (10)
152 Dielektrika, 3 (2), Agustus 2016 Motor induksi adalah suatu mesin listrik yang mengubah energi listrik menjadi energi gerak menggunakan gandengan magnetik dan mempunyai slip antara medan stator dan medan rotor. Motor induksi merupakan motor yang paling umum digunakan pada berbagai peralatan industri. Karena rancangannya yang sederhana, murah dan mudah didapat, dan dapat langsung disambungkan ke sumber daya AC. Gambar 2 Konstruksi motor induksi 3 phase (Petruzella, 2010) Prinsip kerja dari motor induksi tiga phase bahwa pada saat berputar (S<1) nilai tegangan induksi rotor ( ) dan reaktansi kumparan rotor (X2) juga dipengaruhi oleh slip, maka selanjutnya nilai arus rotor (I2) saat rotor sudah berputar akan dapat dihitung dengan cara membagi tegangan induksi rotor dengan impedansi kumparan rotor. 23 Berdasarkan prinsip transformasi nilai parameter sisi skunder ke sisi primer transformator ( R2' = a2R2, X2' = dengan a = N1/N2 ), maka rangkaian ekivalen motor induksi dapat dibuat. Gambar 3 Rangkaian ekuivalen motor induksi tiga phase (Theraja,1993) Berdasarkan rangkaian ekivalen motor induksi pada Gambar 2.11, maka dapat diperoleh persamaan arus rotor dipandang dari sisi stator: 5	4 = 76 + 8 9 6 : + ;(<6 + 8<	) ... ... . . (11) Inverter. Inverter adalah rangkaian konverter dari DC ke AC, yang mempunyai fungsi mengubah tegangan input DC menjadi tegangan output AC simetris dengan besar dan frekuensi yang diinginkan. Tegangan keluaran bisa tetap ataupun berubah-ubah, dengan frekuensi tetap ataupun dengan frekuensi yang berubah-ubah. Tegangan keluaran variabel didapat dengan mengubah- ubah tegangan input DC dan agar inverter konstan. Gambar 4 rangkaian inverter 3 phase (Ahmed,2013) PWM inverter. Adalah alat yang digunakan untuk mengubah atau mengkonversi tegangan masukan searah menjadi tegangan keluaran bolak balik dengan besar tegangan dan frekuensi tertentu dengan menggunakan teknik modulasi lebar pulsa. Terdapat macam bentuk pulsa yang dapat digunakan untuk modulasi. Gambar 5 proses sinusoidal inverter (Ahmed,2013) Sinusoidal Pulse Width Modulation. (SPWM) adalah suatu metode yang digunakan untuk menentukan sudut pemicuan dengan cara membandingkan gelombang segitiga dengan 3 gelombang sinus ( phase R, phase S, dan phase T) yang masing-masing berbeda phase 120o Perbandingan modulasi amplitudo didefinisikan sebagai: =. = >?@AB@C >BD ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . . (12) =. = Modulasi amplitudo = Amplitudo puncak dari sinyal kontrol >?@AB@C >BD = Sinyal gelombang segitiga Sedangkan untuk nilai perbandingan modulasi frekuensi didefinisikan sebagai: =E = F3 F6 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . . (13)
M. Majedi, I N. Wahyu Satiawan, I Made Mara : Simulasi Sistem Electronic Differential Sebagai Pengatur 153 Keterangan: = Rasio modulasi frekuensi = Frekuensi penyalaan (Hz) = Frekuensi modulasi (Hz) =E F3 F6 Scalar control (V/F). Scalar control (V/F) adalah untuk satu mengendalikan kecepatan putar motor induksi tegangan dan dengan merubah frekuensi, yaitu cara mempertahankan perbandingan (ratio) keduanya tetap konstan. induksi dengan Kontrol kecepatan motor metode ini digunakan tanpa umpan balik kecepatan.. salah metode dengan arus quadrature-axis referensi (i* dihitung menggunakan persamaan berikut. qs) dapat *) torsi dengan referensi (Te ∗ GH3 = 2 3 . 2 I . * . ∗ J- ∗ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ....	(14) K dengan Lr adalah induktansi rotor, Lm adalah induktansi mutual, dan λr adalah fluks linkage rotor estimasi yang diperoleh dari persamaan berikut: K = *. G3 1 + LM ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . (15) dengan adalah konstanta waktu
L = N . Besarnya arus direct-axis stator rotor referensi ( ∗ ) adalah tergantung dari input G3 fluks referensi ∗ K * ∗ yaitu: K ∗ G3 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . . (16) = Gambar 6 Blok diagram scalar control (V/F) Field oriented control. Field oriented control adalah pengaturan kumparan medan pada motor induksi, dimana dari sistem coupling dirubah menjadi sistem decoupling. Dengan sistem ini arus jangkar dan arus medan pada motor dapat dikontrol secara terpisah, sehingga torsi dan fluks juga dapat diatur secara terpisah, seperti halnya motor DC. e untuk transformasi koordinat diperoleh dari perhitungan antara kecepatan putaran rotor ωm dan kecepatan slip ωsl yaitu dengan persamaan: Sudut fluks rotor Ө Ө- = P(* + 3C)	Q	... ... ... ... ... ... ... ... ... . (17) Kecepatan arus dari stator ∗ dengan parameter motor dengan GH3 slip quadratur-axis diperoleh perhitungan referensi persamaan sebagai berikut: 3C = * ∗ . K
∗ . GH3 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . . (19) Kontroler PI. Kontroler PI adalah gabungan antara kontroler proporsional dengan kontroler integral. Dimana karakteristik dari kontroler time, proporsional adalah mengurangi rise menambah overshoot, dan mengurangi steady state error. Sedangkan kontroler integral memiliki karakteristik mengurangi rise time, menambah overshoot, serta menghilangkan steady state error. Gambar 7 Blok diagram sistem pengaturanMotor Induksi Menggunakan Field Oriented (Blascke,1972) bahwa pengaturan kecepatan motor induksi dengan teknik field oriented control inverter beroprasi sebagai sumber arus tiga phase yang akan menggerakkan motor induksi tiga phase. Gambar 7 dapat dilihat Kontroler P dan I memiliki karakteristik yang sama dalam hal rise time dan overshoot. Oleh karena itu, nilai Kp harus dikurangi untuk menghindari overshoot yang berlebihan. Nilai Ki diambil lebih besar dari Kp karena diinginkan untuk menghilangkan steady state error. Dalam waktu kontinyu PI dirumuskan sebagai berikut, (Singh dkk,2012) Fluks rotor dan torsi dapat dikontrol secara terpisah oleh arus stator direct-axis (ids) dan arus quadrature-axis (iqs). Besarnya R(Q) =	ST	U(Q) + SD ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . (15)
154 Dielektrika, 3 (2), Agustus 2016 Fungsi alih kontroler PI (dalam domain s ) dapat dinyatakan sebagai berikut: SD M Sinyal keluaran control PI Konstanta proporsional Konstanta integral Sinyal error R(M) =	V	ST + Dimana: W U(M) ... ... ... ... ... ... ... ... ...	(16) R(Q) = ST	= SD	= U(Q)	= METODE PENELITIAN Perancangan dan pemodelan sistem Blok diagram dari diferensial elektronik seperti pada gambar 8. terdapat dua masukan yaitu sudut kemudi (steering angle) dan pedal gas (accelerator) dan keluaran yang dihasilkan adalah masukan yang digunakan untuk kecepatan referensi untuk roda penggerak kanan dan roda penggerak kiri. Gambar 8 Blok Diagram Diferensial Elektronik (Hartani, 2009) Dan dapat dibuat blok simulasi dalam MATLAB seperti terlihat pada gambar 3.5. Gambar 9 Blok Simulasi Diferensial Elektronik (Afkal, 2009) Dengan: ωv = Pedal gas (accelerator) d = Sudut kemudi (steering angle) ωlR = Referensi kecepatan untuk roda penggerak kiri ωrR = Referensi kecepatan untuk roda penggerak kanan yang digunakan dalam menyimulasikan sistem diferensial elektronik dapat dilihat pada tabel 1. Parameter Tabel 1 Parameter kendaraan listrik (Hartani,2009) No. Parameter Nilai 1 2 3 Jarak antara as roda kiri dengan as roda kanan (m) Jarak antara roda depan dengan roda belakang (m) Rasio Gearbox (rasio) 1,5 2,5 7,2 Adapun parameter motor induksi yang digunakan pada perancangan dapat dilihat pada tabel 2. Tabel 2 Parameter Motor Induksi (Singh,dkk,2015) No. 1 Parameter Daya motor (KW) Tegangan motor line to line (Volt) Frekuensi (Hz) Jumlah pasang kutub Tahanan stator (Ohm) Induktansi stator (mH) Tahanan rotor (Ohm) Induktansi rotor (mH) Induktansi magnetik (mH) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Momen inersia (kg.m2) Nilai 3.7 460 50 2 0.087 0.8 0.228 0.8 34.7 1.662 perancangan keseluruhan sistem dimana pada perancangan blok diagram ini menggunakan dua input yaitu pedal gas (accelerator) dan sudut kemudi (steering angle), dimana keluaran dari diferensial elektronik akan dijadikan kecepatan referensi (ωref ) untuk menggerakkan motor penggerak dan motor penggerak ini digunakan untuk menggerakkan roda depan pada kendaraan roda empat atau lebih. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 10. Blok diagram dari Gambar 10 blok diagram perancangan sistem Field Oriented Control Kecepatan yang di hasilkan motor penggerak akan di kalkulasi ulang (feedback) untuk mendapatkan kecepatan yang lebih baik atau stabil Diagram alir simulasi sistem electronic differential menggunakan teknik field oriented control
M. Majedi, I N. Wahyu Satiawan, I Made Mara Wahyu Satiawan, I Made Mara : Simulasi Sistem Electronic Differential Sebagai Pengatur Sebagai Pengatur 155 Pedal gas referensi Pedal gas referensi Mulai ) k i t e d Studi Literatur d a r ( n a 100 data dan Memepersiapkan data -data dan parameter mobil listrik a p e c e K 0 0.5 1 1.5 Waktu (detik) Waktu (detik) 2 2.5 3 Sudut steer referensi Sudut steer referensi Membuat simulasi Electronic Differential Menguji simulasi sistem Electronic Menguji simulasi sistem Electronic Differential Pengecekan data dan parameter ) t a a r d ( t u d u S 50 0 50 0 0.5 1 1.5 Waktu (detik) Waktu (detik) 2 2.5 3 Data terbaca Sinyal masukan diferensial elektronik Gambar 13 Sinyal masukan diferensial elektronik Tidak Tidak Ya Dari masukan yang diberikan akan Dari masukan yang diberikan akan dihasilkan sinyal keluaran kecepatan referensi dihasilkan sinyal keluaran kecepatan referensi untuk kedua roda pada Gambar 14. untuk kedua roda pada Gambar 14 Sinyal keluaran electronic differential Sinyal keluaran electronic differential 240 230 Membuat simulasi Field oriented control Menyesuaikan parameter motor induksi 3 phase Membuat simulasi inverter 3 phase Membuat simulasi Membuat simulasi Scalar control (V/F) Scalar control Menyesuaikan parameter motor induksi 3 phase Membuat simulasi inverter 3 phase ) k i t e d / d a r ( n a a p e c e K t 220 210 200 190 Referensi motor kiri (rad/detik) Referensi motor kiri (rad/detik) Referensi motor kanan (rad/detik) Referensi motor kanan (rad/detik) 180 Penggabungan simulasi sistem Penggabungan simulasi sistem 170 160 0 0.5 1.5 2 Waktu (detik) Waktu (detik) 2.5 Pengujian sistem Pengujian sistem Sinyal kecepatan referensi dari Gambar 14 Sinyal kecepatan referensi dari diferensial elektronik diferensial elektronik k hasil Perbandingan, gambar grafik field oriented control simulasi sistem field oriented control /F) dengan scalar control (V/ Menyimpulkan hasil pengujian Selesai Gambar 11 Diagram alir sistem menggunakan differential menggunakan control Diagram alir sistem electronic field oriented teknik teknik Hasil Simulasi Diferensial Elektronik Hasil Simulasi Diferensial Elektronik Scalar Control (V/F) Menggunakan Metode Scalar Control Pada Motor Induksi Tiga Phase Tiga Phase. Masukkan yang digunakan pada metode yang digunakan pada metode scalar control (V/F) adalah kecepatan referensi yang referensi yang ) adalah kecepatan dihasilkan diferensial elektronik. Kecepatan dihasilkan diferensial elektronik. Kecepatan referensi sebagai masukkan blok modulator referensi sebagai masukkan blok modulator yang merubah sinyal kotak (step) menjadi yang merubah sinyal kotak (step) menjadi sinyal sinusoidal, hal ini dilakukan dengan cara sinyal sinusoidal, hal ini dilakukan dengan cara menerapkan rumus: HASIL DAN PEMBAHASAN HASIL DAN PEMBAHASAN Simulasi Sistem Diferensial Elektronik Sistem Diferensial Elektronik. Dalam simulasi diferensial elektronik dengan Dalam simulasi diferensial elektronik dengan scalar control (V/F) dan menggunakan teknik scalar control teknik field oriented control, field oriented control, sinyal masukan yang digunakan adalah pedal gas (accelerator) yang digunakan adalah pedal gas ( steering angle). Adapun dan sudut kemudi (steering angle ferensial elektronik pada hasil rancangan diferensial elektronik pada Simulink MATLAB ditunjukkan pada Gambar imulink MATLAB ditunjukkan pada Gambar Blok diagram sinyal masukkan seperti pada 9. Blok diagram sinyal masukkan Gambar 12, sedangkan sinyal masukan seperti , sedangkan sinyal masukan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 13. yang ditunjukkan pada Gambar X = Y sin 2\FQ	... ... ... ... = Amplitudo (m) Y = Frekuensi (Hz) = Frekuensi (Hz) F = waktu (detik) Q Keterangan: ... ... ... ... ... ... ... . (17) Blok diagram modulator ditunjukkan Blok diagram modulator ditunjukkan pada Gambar 15, sedangkan sinyal keluaran , sedangkan sinyal keluaran seperti yang ditunjukkan pada Gambar 16. seperti yang ditunjukkan pada Gambar Gambar 12 Blok diagram sinyal masukan diferensial Blok diagram sinyal masukan diferensial elektronik Blok diagram modulator Gambar 15 Blok diagram modulator
156 Dielektrika, 3 (2), Agustus 2016 Sinyal keluaran blok modulator 1.5 1 ) m 0.5 o d u t i l 0 Sinyal referensi motor penggerak kiri Sinyal referensi motor penggerak kiri p m A 0.5 1 1.5 0 0.5 1 1.5 Waktu (detik) 2 2.5 3 Sinyal keluaran blok modulator 1.5 1 ) m 0.5 o d u t i l 0 Sinyal referensi motor penggerak kanan Sinyal referensi motor penggerak kanan p m A 0.5 1 1.5 0 0.5 1 1.5 Waktu (detik) 2 2.5 3 Sinyal keluaran blok modulator Gambar 16 Sinyal keluaran blok modulator gelombang sinus inilah yang digunakan gelombang sinus inilah yang digunakan sebagai masukan SPWM inverter untuk bisa sebagai masukan SPWM inverter untuk bisa membangkitkan sumber tegangan membangkitkan sumber tegangan tiga phase yang digunakan untuk menggerakkan motor yang digunakan untuk menggerakkan motor induksi tiga phase, Blok diagram diferensial elektronik Gambar 17 Blok diagram diferensial elektronik menggunakan metode Scalar Control Scalar Control (V/F) Hasil simulasi dalam keadaan tanpa Hasil simulasi dalam keadaan tanpa beban dan berbeban dilakukan pengujian dilakukan pengujian dengan memberikan nilai pedal gas referensi dengan memberikan nilai pedal gas referensi = 0 detik sampai t = 2 detik, 60 rad/detik saat t = 0 detik sampai = 2 detik sampai t = 4 detik, 80 rad/detik saat t = 2 detik sampai = 4 detik sampai t = 6 detik 100 rad/detik saat t = 4 detik sampai = 6 detik sampai t = 8 dan 80 rad/detik saat t = 6 detik sampai detik, nilai sudut kemudi 0o mulai dari mulai dari t = 0 Hasil simulasi t = 8 detik. Hasil simulasi detik sampai ditunjukkan pada Gambar 18. Respon kecepatan motor penggerak saat kendaraan melaju lurus dan tanpa beban Respon kecepatan motor penggerak saat kendaraan melaju lurus dan tanpa beban 1000 800 m) p r ( n a t a p c e K 600 400 200 Motor penggerak kiri Motor penggerak kiri Motor penggerak kanan Motor penggerak kanan 0 0 5 4 Waktu (detik) Respon torsi motor penggerak saat kendaraan melaju lurus dan tanpa beban Respon torsi motor penggerak saat kendaraan melaju lurus dan tanpa beban 1 2 3 6 7 8 9 1000 500 m) N ( si r o T 0 500 0 1 2 3 4 5 Waktu (detik) 6 7 8 9 Gambar 18 Respon kecepatan dan torsi motor Respon kecepatan dan torsi motor dengan peda gas referensi yang dengan peda gas referensi yang ubah, tanpa beban berubah-ubah, tanpa beban Respon kecepatan motor penggerak saat kendaran melaju di jalan yang lurus Respon kecepatan motor penggerak saat kendaran melaju di jalan yang lurus 1000 800 m) p r ( n a at p e c e K 600 400 200 0 Motor penggerak kiri Motor penggerak kanan 200 0 1 2 3 4 W aktu (detik) 5 6 7 8 Respon torsi motor penggerak saat kendaran melaju di jalan yang lurus Respon torsi motor penggerak saat kendaran melaju di jalan yang lurus 1000 500 m) N ( si or T 0 500 0 1 2 3 4 Waktu (detik) 5 6 7 8 Gambar 20 respon kecepatan dengan pedal gas Gambar 20 respon kecepatan dengan pedal gas ubah, berbeban referensi yang berubah-ubah, berbeban Pengujian sistem dalam keadaan Pengujian sistem dalam keadaan berbelok, tanpa beban dan berbeban berbelok, tanpa beban dan berbeban Respon kecepatan motor penggerak saat kendaraan berbelok dan tanpa beban Respon kecepatan motor penggerak saat kendaraan berbelok dan tanpa beban 700 600 500 m) p r ( n a a p c e K t 400 300 200 100 0 Motor penggerak kiri Motor penggerak kiri Motor penggerak kanan Motor penggerak kanan 100 0 5 4 Waktu (detik) Respon torsi motor penggerak saat kendaraan berbelok dan tanpa beban Respon torsi motor penggerak saat kendaraan berbelok dan tanpa beban 1 2 3 6 7 8 9 1000 500 m N ( i s r o T 0 500 0 1 2 3 5 Waktu (detik) 4 6 7 8 9 torsi saat respon kecepatan dan torsi saat Gambar 20 respon kecepatan dan kendaraan berbelok ke kanan dan ke kiri dengan kendaraan berbelok ke kanan dan ke kiri dengan sudut belok 25o, tanpa beban asil pengujian sistem, baik dalam Hasil pengujian sistem, baik dalam keadaan tanpa beban atau berbeban, dengan keadaan tanpa beban atau berbeban, dengan semakin bertambahnya pedal gas referensi semakin bertambahnya pedal gas referensi maka kecepatan motor induksi yang digunakan induksi yang digunakan untuk menggerakkan roda kendaraan listrik untuk menggerakkan roda kendaraan listrik akan semakin cepat. Hal ini mengacu pada persamaan (5) Hal ini mengacu pada persamaan (5) dan persamaan (6).
M. Majedi, I N. Wahyu Satiawan, I Made Mara Wahyu Satiawan, I Made Mara : Simulasi Sistem Electronic Differential Sebagai Pengatur Sebagai Pengatur 157 Respon kecepatan motor penggerak saat kendaraan berbelok dan berbeban Respon kecepatan motor penggerak saat kendaraan berbelok dan berbeban 700 600 500 m) p r ( n a a p c e K t 400 300 200 100 0 Motor penggerak kiri Motor penggerak kanan 100 0 1 2 3 5 Waktu (detik) 4 6 7 8 9 Respon torsi motor penggerak saat kendaraan berbelok dan berbeban Respon torsi motor penggerak saat kendaraan berbelok dan berbeban 1000 500 m) N ( i s r o T 0 Grafik perubahan pedal gas referensi Gambar 25 Grafik perubahan pedal gas referensi terhadap kecepatan motor induksi terhadap kecepatan motor induksi 500 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Waktu (detik) torsi saat torsi saat respon kecepatan dan Gambar 21 respon kecepatan dan kendaraan berbelok ke kanan dan ke kiri dengan kendaraan berbelok ke kanan dan ke kiri dengan sudut belok 25o, berbeban Perubahan pedal gas referensi tidak Perubahan pedal gas referensi tidak hanya berpengaruh pada kecepatan dan hanya berpengaruh pada kecepatan dan steady state. Hal ini berlaku pada sistem steady state. Hal ini berlaku pada sistem tanpa beban dan dalam dalam keadaan dalam keadaan tanpa beban dan dalam keadaan berbeban. Hasil Simulasi Diferensial Elektronik Hasil Simulasi Diferensial Elektronik Menggunakan Metode Field Oriented Menggunakan Metode Pada Motor Induksi. Masukan yang Control Pada Motor Induksi digunakan sama dengan yang digunakan pada dengan yang digunakan pada sistem yang differential differential electronic electronic sistem yang menggunakan teknik scalar control. menggunakan teknik scalar control. Gambar 26 Blok simulasi field oriented control Gambar 26 Blok simulasi field oriented control Gambar 22 Grafik perubahan pedal gas referensi afik perubahan pedal gas referensi terhadap kecepatan motor induksi terhadap kecepatan motor induksi diagram diferensial elektronik Gambar 27 Blok diagram diferensial elektronik Field Oriented Control menggunakan metode Field Oriented Control Pengujian sistem dalam keadaan Pengujian sistem dalam keadaan dan berbeban. tanpa beban dan berbeban. Respon kecepatan motor penggerak saat kendaran melaju lurus dan tanpa beban Respon kecepatan motor penggerak saat kendaran melaju lurus dan tanpa beban 1000 900 800 Gambar 23 Grafik perubahan pedal gas referensi Gambar 23 Grafik perubahan pedal gas referensi terhadap waktu steady state terhadap waktu steady state m) p r ( n a t a p e c e K 700 600 500 400 300 200 100 Motor penggerak kiri Motor penggerak kanan 0 0 5 Waktu (detik) Waktu (detik) Respon torsi motor penggerak saat kendaran melaju lurus dan tanpa beban Respon torsi motor penggerak saat kendaran melaju lurus dan tanpa beban 1 2 3 4 6 7 8 400 300 200 ) m N 100 ( i s r o T 0 100 200 300 400 0 1 2 3 5 W aktu (detik) W aktu (detik) 4 6 7 8 Grafik perubahan pedal gas referensi Gambar 24 Grafik perubahan pedal gas referensi erhadap kecepatan motor induksi terhadap kecepatan motor induksi Gambar 28 Respon kecepatan dan torsi dengan Gambar 28 Respon kecepatan dan torsi dengan pedal gas referensi yang berubah beban pedal gas referensi yang berubah-ubah, tanpa 9 9
158 Dielektrika, 3 (2), Agustus 2016 Respon kecepatan motor penggerak saat kendaran melaju lurus dan berbeban 1000 800 ) m p r ( n a a p e c e K t 600 400 200 0 Motor penggerak kiri Motor penggerak kanan 200 0 1 5 Waktu (detik) Respon torsi motor penggerak saat kendaran melaju lurus dan berbeban 2 3 4 6 7 8 400 300 200 m) N ( i s r o T 100 0 100 200 300 400 0 1 2 3 4 5 6 7 8 W aktu (detik) Gambar 29 Respon kecepatan dan torsi dengan pedal gas referensi yang berubah-ubah, berbeban Pengujian sistem dalam keadaan berbelok. Respon kecepatan motor penggerak saat kendaran berbelok dan tanpa beban 700 600 500 ) m p r ( n a t a p e c e K 400 300 200 100 0 Motor penggerak kiri Motor penggerak kanan 100 0 1 5 4 Waktu (detik) Respon torsi motor penggerak saat kendaran berbelok dan berbeban 2 3 6 7 8 9 400 300 200 ) m N 100 ( i s r o T 0 100 200 300 400 0 1 2 3 5 Waktu (detik) 4 6 7 8 9 Gambar 30 respon kecepatan dan torsi saat kendaraan berbelok ke kanan dan ke kiri dengan sudut belok 25o, tanpa beban Respon kecepatan motor penggerak saat kendaran berbelok dan berbeban 1200 1000 ) m p r ( n a t a p e c e K 800 600 400 200 0 Motor penggerak kiri Motor penggerak kanan 200 0 1 2 3 5 Waktu (detik) 4 6 7 8 9 Respon torsi motor penggerak saat kendaran berbelok dan berbeban 400 300 200 ) m N 100 ( s r o T i 0 100 200 300 400 0 1 2 3 5 Waktu (detik) 4 6 7 8 9 Gambar 31 respon kecepatan dan torsi saat kendaraan berbelok ke kanan dan ke kiri dengan sudut belok 25o, berbeban Perubahan respon kecepatan pada sistem dipengaruhi oleh perubahan referensi pedal gas yang diberikan, baik dalam keadaan tanpa beban atau berbeban. 9 9 Pembebanan yang diberikan sebesar 100 Nm menyebabkan perubahan pada kecepatan dan waktu yang dibutuhkan untuk steady state. Gambar 32 Grafik perubahan pedal gas referensi terhadap kecepatan motor induksi Gambar 33 Grafik perubahan pedal gas referensi terhadap waktu steady state Gambar 34 Grafik perubahan pedal gas referensi terhadap kecepatan motor induksi Gambar 35 Grafik perubahan pedal gas referensi terhadap waktu steady state sistem electronic differential menggunakan metode field scalar control (V/F) dengan metode oriented control. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada tabel 3. Perbandingan pengujian
M. Majedi, I N. Wahyu Satiawan, I Made Mara : Simulasi Sistem Electronic Differential Sebagai Pengatur 159 Tabel 3 Perbandingan metode scalar control dengan metode field oriented control sesuai dengan nilai diberikan. torsi beban yang 4. Metode juga oriented menghasilkan nilai presentasi ripple torsi yang lebih kecil dibandingkan dengan metode scalar control, masing-masing nilainya adalah 57,1% dan 67,2%. field control SARAN KESIMPULAN 1. Dari hasil simulasi, dapat dilihat sistem diferensial elektronik yang sudah dirancang bisa bekerja seperti halnya diferensial mekanik (gardan) pada kendaraan roda empat yaitu mampu lebih, menghasilkan kecepatan yang sama untuk motor penggerak roda kanan dan roda kiri ketika kendaraan bergerak di jalan/trek yang lurus dan mampu membedakan kecepatan untuk kedua motor penggerak di saat kendaraan akan berbelok ke kiri maupun berbelok ke kanan, baik dengan menerapkan metode field oriented control dan metode scalar control (V/F). (V/F), ditunjukkan 1. Dari hasil simulasi, dapat dilihat sistem diferensial elektronik yang sudah dirancang bisa bekerja seperti halnya diferensial mekanik (gardan) pada kendaraan roda empat yaitu mampu lebih, menghasilkan kecepatan yang sama untuk motor penggerak roda kanan dan roda kiri ketika kendaraan bergerak di jalan/trek yang lurus dan mampu membedakan kecepatan untuk kedua motor penggerak di saat kendaraan akan berbelok ke kiri maupun berbelok ke kanan, baik dengan menerapkan metode field oriented control dan metode scalar control (V/F). (V/F), ditunjukkan atau 2. Penggunaan controller PI pada teknik field oriented control (FOC) sebagai kontrol kecepatan mampu memberikan performa yang lebih baik dari pada teknik scalar pada control penggunaan metode field oriented control mampu menghasilkan respon kecepatan dan lebih stabil, torsi yang menghasilkan waktu steady state yang lebih cepat untuk nilai pedal gas referensi yang sama. Saat pedal gas 60, 80, dan 100 rad/detik dan dalam keadaan tanpa beban, untuk metode scalar control (V/F) masing- masing menghasilkan waktu steady state 1 detik, 1,1 detik, dan 1,2 detik sedangkan metode field oriented control 0.34 detik, 0.45 detik, dan 0,57 detik. diferensial elektronik yang menggunakan metode field oriented control (FOC) dengan metode pengaturan kecepatan motor yang lain seperti metode direct toque control (DTC) 2. Merealisasikan sistem diferensial elektronik dan kemudian melakukan pengujian secara aktual untuk berbagai kondisi kecepatan dan sudut belok yang berbeda-beda 1. Membandingkan sistem DAFTAR PUSTAKA Afkal, M.I.A., 2009,"Perancangan Dan Simulasi Direct Torque Fuzzy Control Untuk Induksi Tiga-Phase Sebagai Motor Penggerak Roda Kendaraan Listrik'', Jurusan Teknik Elektronika, Politeknik Elektronika Surabaya, Surabaya. Ahmed, W, A, H., 2103, "Power electronic inverter circuit", Faculty of Enginnering, University of Khartoum. Fauzi, R., Happiyanto, C, D., dan Sulistijono, A, I.,2014, "Pengembangan PI controller sebagai kendali respon cepat pada motor tiga phase berbasis indirect field oriented control", Teknik Mekanisasi Pengolahan, Politeknik Palu. induksi Ferdiansyah, D. S., 2008, '' Pengaturan Kecepatan Motor Induksi Tiga Phase dengan Kontrol PID melalui Metode Field Oriented Control (FOC)'', Jurusan Teknik Elektro Industri, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Surabaya. 3. Pada kondisi berbeban teknik field oriented control (FOC) juga menunjukkan performa respon yang lebih baik dari teknik scalar control (V/F), menghasilkan steady state yang lebih cepat yaitu saat t = 0,69 detik sedangkan (V/F) mencapai steady state saat t = 1.1 detik untuk semua nilai pedal gas referensi dan nilai torsi beban yang sama, menghasilkan respon kecepatan yang lebih stabil serta mampu membangkitkan torsi pada motor teknik scalar control Haddoun, A., Benbouzid, M.E.H., Diallo, D., Abdessemed, R., Ghouili, J., dan Srairi, K., 2010, "Design and Implementation of for Traction an Electric Differential Application", University of Brest, France. Hartani, K., Bourahla, M., Miloud, Y., dan '' Electronic 2009, Sekour, M., Differential with Direct Torque Fuzzy Control for Vehicle Propulsion System'',
160 Dielektrika, 3 (2), Agustus 2016 Electrotechnic Department, University center of Saida, Algeria. Heisler, H., 2002, '' Vehicle Technology '', College of North West London, London. Krishnan, R., 2001, "Electric Motor Drives Analisis, modeling and Control", prentice hall, United States of America. Kumar, V., dan Rao, S., 2011, "Modified Direct Three-Phase Torque Control Induction Motor Drives with Low Ripple in Flux and Torque", National Institute of Technology, Warangal, A.P., India. of Nugroho, G., Sukmadi,T., dan Handoko,S., 2012, Sistem ''Perbandingan Pengendalian Motor Induksi Tiga Phase Dengan Metode Field Oriented Control Menggunakan PI Controller Dan Fuzzy Jurusan Teknik Logic Controller'' Elektro, Diponegoro, Semarang. Universitas Petruzella, F, D.,2010, "Electric motor and control system", Higher Education, New York, America. Purba, J., 2009, ''Simulasi Pengaturan Kecepatan Motor Induksi Tiga Phase dengan Direct Torque Control dengan Menggunakan MATLAB 7.1.0 '', Jurusan Teknik Elektro Universitas Sumatra Utara, Medan Purwanto, G., Prabowo, G., Wahyono, E., dan Rifadil, M.M., 2011, '' Pengembangan Model Motor Induksi sebagai Penggerak Mobil Listrik dengan Menggunakan Metode Vektor Kontrol '', Jurusan Teknik Elektronika Politeknik Elektronika, Surabaya, Surabaya. Sardiyanto., 2001, "Pembuatan Modul Inverter 3 Phase Sinusoidal Pulse Width Pengatur Sebagai Modulation Kecepatan Motor Induksi Tiga Phase Terhubung Segitiga 220 Volt", Jurusan Teknik Elektro, Universitas Diponegoro Semarang. Sharifian,M, B, B., Babaei, E., dan Eslami, A., 2001, "Comparison of Two Torque Control Methods For Induction Motor", Faculty of Electrical and Computer Enginnering, Tabriz University, Iran. Singh, D, K., Manikpuri, S., and Sharma, M, D., 2015, "Design and Simulation of an Efficient Neural Network Based Speed Controller For Vector Controlled Induction Motor Drive", Raman Institute of Science and Technology Kota Bilaspur, India. Singh, S., Pandey., A, K., dan, Dipraj, 2012, "Design of PI Controller to Minimize the Speed Error of D.C. Servo Motor", Buddha Institute of Technology, India '' Pengembangan Sutawinaya, Model Untuk Mamdani Pengaturan Kecepatan Motor Induksi Tiga Phase Berbasis Metode Kontrol Field Oriented'', Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Bali, Bali. I.P., 2013, Fuzzy Theraja, B, K., dan Theraja, A, K., (1993), "Electrical Technology", S.chand. Zhao, J., Yan, Y., Li, B., Liu, X., dan Chen, Z., (2014), "Influence of Different Rotor Teeth Shapes on the Performance of Flux Switching Permanent Magnet Machines Used for Electric Vehicles", School of Automation, Beijing Institute of Technology, Beijing , China.