Cara Meminimisasi Riak Arus Keluaran pada Catu Daya DC

(Kadek Fendy Sutrisna, 9 Oktober 2008)

Untuk menghasilkan sumber daya DC biasanya dihasilkan dari gelombang AC yang di konversikan ke DC dengan menggunakan Konverter AC – DC.  Konverter AC-DC yang biasa digunakan untuk aplikasi daya tinggi adalah penyearah 3-fasa terkontrol fasa, penyearah 3-fasa PWM terkontrol arus dan penyearah tiga fasa yang di cascade dengan konverter DC-DC atau chopper. Permasalahan timbul pada aplikasi Catu Daya DC yaitu ketika kita mendesain Catu Daya yang memiliki arus keluaran yang memiliki riak yang sangat kecil. Akan diperlukan nilai filter pasif L dan C yang sangat besar.

Beberapa cara seperti menambahkan banyaknya pulsa dari penyearah atau meninggikan frekuensi switching biasanya dilakukan untuk mengurangi besarnya nilai pasif filter yang dibutuhkan. Kedua cara ini cukup efisien, hal ini dapat dilihat dari simulasi yang telah saya lakukan sebagai berikut (simulasi dilakukan dengan menggunakan penyearah yang di kaskade dengan chopper. Mengurangi nilai filter dilakukan dengan cara menaikan frekuensi switching dari chopper) :

Dari hasil simulasi dapat disimpulkan bahwa dengan menambah/meninggikan frekuensi swiching saklar maka riak arus yang dihasilkan pada sisi keluaran akan semakin kecil. Hal ini berarti dengan menaikan frekuensi swiching sistem filter yang dibutuhkan untuk meminimisasi riak semakin kecil pula.

Namun permasalahan baru muncul lagi!

Apabila sumber AC yang digunakan pada masukan penyearah tidak seimbang (sumber tiga fasa lebih sering dalam kondisi tak-seimbang) cara-cara diatas tidak bisa digunakan lagi. Akan tetap ada harmonisa dengan frekuensi 100Hz pada arus keluarannya walaupun sudah menggunakan frekuensi switching yang sangat besar. Seperti yang saya tampilkan pada simulasi berikut ini : Sumber tak-seimbang bisa dipresentasikan dengan adanya ketakseimbangan sudut fasa (dalam hal ini disimulasikan pada gambar yang kiri, salah satu sumber ditambahkan L 5mH) atau sumber tak seimbang dipresentasikan dengan ketakseimbangan tegangan maksimum salah satu fasa ( disimulasikan di gambar kanan)

Riak diatas dapat dihilangkan dengan menggunakan nilai filter yang sangat besar, hal ini karena adanya harmonisa dengan frekuensi yang sangat rendah (filter harus memiliki frekuensi cutt off yang kecil). Sayangnya dengan besarnya filter, performansi, respon transien dan efisiensi dari catu daya DC yang kita desain  akan semakin berkurang juga.

Berikut adalah bentuk gelombang yang memiliki riak sangat kecil dengan menggunakan filter yang besar :

Pada penelitian di lab konversi, diajukan  sebuah LC filter virtual untuk meminimalkan harmonisa frekuensi rendah ynag terjadi pada arus keluaran dari static converter. Usulan LC virtual ini dapat dianggap sebagai tambahan kontrol yang mensimulasikan peran dari pasif filter LC yang terhubung seri dengan keluaran konverter. Filter LC di catu pada frekuensi cutt -off dari gelombang yang ingin dihilangkan. Karena virtual, kita mampu mendesain filter yang tidak memiliki keterbatasan fisik dan biaya. Disamping itu, filter dapat di desain sedemikian rupa sehingga hanya diinginkan berpengaruh pada riak yang dihasilkannya saja.

(karena ini masih dalam proses penelitian beberapa cara tidak di bahas pada artikel ini)

Simulasi dilakukan dengan mengubah besarnya arus keluaran secara bertahap dari 15 A ke 25 A. Disini terlihat bahwa dengan menggunakan filter virtual harmonisa frekuensi 100 Hz dapat dihilangkan tanpa harus membuat respon transien dan efisiensi sistem menjadi berkurang.

Salam Harmonisa,

Referensi :

1. Dr. Ir. Pekik Argo Dahono, A New Virtual LC Filter Concept And Its Applications, School of Electrical Engineering and Informatics, Institute of Technology Bandung, Jl. Ganesa No. 10, Bandung 40132, INDONESIA

2. http://richpc1.ba.infn.it/~atauro/politecnico/current%20sensing/00975296.pdf

About konversi

This blog is a blog made by the students of the Laboratory Of Electric Energy Conversion, ITB. This blog shall be the place for us to write our researches and projects. Feel free to read any of the contents of this.
This entry was posted in Harmonisa, Power Electronics. Bookmark the permalink.

12 Responses to Cara Meminimisasi Riak Arus Keluaran pada Catu Daya DC

  1. Ishadi says:

    mas mohon kirimkan file PSIM software dong ato alamat website yang dapat mendownload file tersebut saya mohon kirimkan ke email saya ya ishadi_st3@yahoo.co.id terima kasih

  2. P. A. Dahono says:

    Kalau mau nunjukin besarnya pengurangan ripple, mestinya hasil simulasinya di-zoom. Jadi jelas berapa pengurangannya.

  3. hiron says:

    saya peru psim 7 ato 8 nih yg full, ada yg punya gk, kirim ya ke hironkasep@yahoo.com please…. psim veri brapa yg jalan di win vista?

  4. simon says:

    tolong dong kirimkan teori dasar penyarah satu fasa setengah gelombang dan gelombang penuh dengan filter & tanpa filter besrta gambar rangkaiannya
    MAKASIH…email:shay_month@yahoo.com

  5. arip19 says:

    mohon petujuk cr menganalisa filter L_C. dantolong dmn almt spy dapet aplikasi PSIM? terima kasih. email sholihul_arip@yahoo.com

  6. arip19 says:

    mohon petujuk cr menganalisa filter L-C. dan tolong dmn almt spy dapet aplikasi PSIM? terima kasih. email sholihul_arip@yahoo.com

  7. Menyoal ripple n harmonisa, dalam teknologi audio (PWM, Class D) saat ini sudah mulai digunakan hybrid amplifier, yang menggabungkan high power PWM Amplifier (chopping, PWM, class D) dengan v.low power linear amplifier ( class B, AB bahkan klas A). Lin-Amp digunakan utk killing the output ripple / harmonisa. Power dari LinAmp kecil saja, sesuai dengan total power harmonisanya. Cara ini cukup sukses, meski implementasinya baru pada i/c power amp sekitar upto 200W. Saya lupa websitenya : search saja dgn keywords : Univ Twente , hybrid amp, class d class ab.

    Masih bisa belajar dari audio engineering : baca pula topologi class H ( atau class G , suka terbolak-balik). Search white papernya Yamaha – X Class Amplifier. Cara ini cukup lama digunakan oleh pelbagai fabrikan audio gear (jepang n amerika) utk audio power yang cukup besar ( orde kilowatt). Eff around 80% ~ 90%.

    Mungkin cara-2 tersebut perlu dipertimbangkan untuk urusan menekan harmonisa di power engineering “yang sesuai” dgn keperluannya.

    salam,
    jbd/el74

  8. pekik says:

    Mas JBD, cara seperti itu sudah lama diterapkan sejak tahun 1980-an untuk active power filtering.
    Yang menjadi masalah adalah pada harga, bukan pada teknologinya.
    Karena PWM amplifier sudah bisa dioperasikan dengan frekuensi switching orde MHZ maka kita sudah bisa membuat amplifier audio berkwalitas tinggi dengan tanpa mengorbankan efisiensi.
    Saat ini, linear amplifier hanya digunakan pada laboratorium magnetic yang memerlukan riak ekstra kecil (kurang dari 1 ppm)

  9. Mas Pekik, makasih responnya.

    Ya betul, makanya saya sebut utk keperluan “yang sesuai” – sebab memang jadi tambah mahal. Betul teknik itu, klas H ( tracking power supply amp), diintroduce di audio eng oleh perush. jepang ( saya lupa namanya ) sekitar thn 76 atau 78. Tapi yang hybrid ( class D + AB) di audio eng. baru sekitar 10 tahunan. Saya tidak tahu kalau teknologi ini sudah diimplemen di power non audio. Sejauh ini saya kok belum pernah menjumpai artikel, journal atau report utk hal tsb. (let me know the pointers utk referensi, thank you).

    Betul, PWM amp sudah bisa orde MHz. Utk audio amp saya juga sudah implemen namun hanya hingga sekitar 500 KHz. Banyak problem utk f yang lebih tinggi, effisiensi turun. Terutama di feedback networknya yang nggak sederhana parasitisnya (soal PCB dan mungkin kualitas C dan R), selain mengingat spektrum audio cukup lebar. Selain itu, core utk filter yang safe utk hi-freq nggak mudah diperoleh disini. Utk audio pro (non audiophile) cukuplah memadai bahkan cuman 300KHz saja.

    Mumpung ketemu disini, saya pernah tanyakan ke anda di milis EL-ITB soal : Message #10221 / Thu Sep 4, 2008 7:58 am., soal Network Analyzer. Saat itu saya belum memperoleh jawaban.

    Inti pertanyaan saya tsb adalah : apakah sudah ada yang membuat (di Indonesia) freq. response analyzer utk evaluasi n pengukuran SMPS dan closed loop system lainnya. Ataukah sudah ada hasil TA utk ATE semacam ini di STIE ITB ?

    Pertanyaan saya ini mengingat (menurut pemahaman saya) analiser ini sangat urgen dan praktis utk mengevaluasi stabilitas f/b, loop gain dari network SMPS atau closed loop lainnya. Sayangnya, produk luar ( misal AP 300 dari Ridley Engineering) harganya relatip mahal ( > usd 13500), sehingga banyak praktisi yang ‘tidak akan menyempatkan’ membelinya dengan angka sebesar itu. Atau adakah alat sejenis yang lebih murah – selain menggunakan oscilloscope dan sign.generator ?

    Harapan saya sederhana, berharap sudah ada TA tentang alat tsb dan kemudian membuat dan menjualnya dengan harga yang cukup terjangkau.

    Mohon pencerahan, dan sekali terimakasih atas responnya.

    salam,
    jbd/el74

  10. pekik says:

    untuk literatur, coba lihat di IEEE Trans. Power Electronics atau Industry Applications.
    Untuk network analyzer, sayangnya nggak ada TA seperti itu. Biasanya kita pakai signal generator, oscilloscope, dan matlab. Laboratorium yang serius juga lebih senang membelinya.

  11. Makasih infonya Mas.

    Utk Network Analyzer : mbok di-trigger supaya ada yang bikin TA-nya Mas. Mestinya bisa dibuat jauh lebih murah dibanding dari Ridley. Kita tunggu !

    Mas Pekik, saya juga menunggu artikel anda menyoal feedback stabilization, gain n phase planning, mengingat banyak yang ‘agak nyuekin’ masalah yang satu ini.

    salam,jbd/el74

  12. pekik says:

    ok kapan2 saya tulis. sebenarnya masalah feedback stabilization dibahas dalam banyak TA dibawah bimbingan saya. Cuma karena tema TAnya sendiri bukan itu, jarang dibahas dengan detil.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s