Analisis Pengaruh Tegangan Dan Arus Pada Generator DC Berbeban Motor Menggunakan Superkapasitor Dengan Konverter Dua Arah Berbasis Kontrol PI KASKADE

Abstract

Dalam aplikasi pembangkit energi terbarukan ,generator DC sering menjadi pilihan utama pada sistem pembangkit energi terbarukan. Keunggulan yang menonjol dari generator ini adalah konstruksinya yang tidak rumit, sehingga mudah digunakan, serta fleksibilitas dalam pengaturan besar-kecilnya tegangan keluaran sesuai kebutuhan. Namun, permasalahan yang kerap muncul adalah fluktuasi tegangan dan stabilitas daya ketika kecepatan putaran rotor tidak stabil akibat perubahan beban ataupun kondisi mekanis penggerak..Untuk mengatasi permasalahan tersebut, salah satu teknologi yang banyak dikaji adalah superkapasitor. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis efektivitas superkapasitor sebagai energy buffer dalam meredam fluktuasi tegangan keluaran generator DC akibat perubahan beban step load dari 0.10 N.m sampai 0.50 N.m, sekaligus mengevaluasi respon dinamis sistem kontrol PI kaskade ganda (dual-loop) pada bidirectional DCDC converter.Metode yang diterapkan dalam penelitian ini adalah metode simulasi komputasional murni berbasis pendekatan kuantitatif dan analitik noneksperimental fisik yang diimplementasikan pada perangkat lunak MATLAB/Simulink R2019b. Dalam rancangan pengujian ini, variabel bebas yang ditetapkan adalah variasi pemberian gangguan mekanis berupa perubahan torsi beban motor DC serta variasi konstanta kontrol PI Kp dan Ki Sedangkan variabel terikatnya meliputi kestabilan tegangan keluaran, arah arus konverter (menentukan peralihan mode charging/discharging), dan profil respons transien daya Hasil simulasi menunjukkan bahwa pada kondisi tanpa sistem kendali, penambahan beban motor secara langsung memicu jatuh tegangan generator secara linear, sementara integrasi langsung superkapasitor secara paralel justru memperburuk kualitas daya akibat fenomena voltage clamping yang menarik jatuh tegangan bus secara ekstrem. Pengujian sistem kendali membuktikan bahwa kontrol PI tunggal gagal mempertahankan stabilitas akibat fenomena integrator windup yang menjenuhkan duty cycle sehingga arus induktor melonjak dan menghasilkan riak tegangan (ripple)yang besar. Penerapan kontrol PI kaskade ganda terbukti sangat efektif dan responsif; outer loop berhasil mengunci tegangan bus secara konstan pada target referensi 24 V di setiap titik pembebanan dengan riak yang sangat halus 0,048 hingga 0,130V, sementara inner loop sukses mengamankan arus induktor pada rentang normal 3,180 A hingga 5,611 A untuk transisi manajemen daya dua arah pada mode Buck (charging) saat beban ringan dan mode Boost (discharging) saat terjadi lonjakan beban berat. Melalui metode penalaan empiris (trial and error), diperoleh parameter operasional paling ideal yaitu Kp 10 dan Ki 250 yang menghasilkan respons transien tercepat.Hasil ini divalidasi secara matematis menggunakan metode Ziegler-Nichols Closed-Loop yang menghasilkan nilai Kp yang mendekati,sedangkan Ki dengan nilai yg jauh . Kesimpulan dari penelitian adalah bahwa penggunaaan superkapasutor dengan konyrol dua arah berbasis PI kaskade mampu meningkatkan kestabilan output dengan menjaga nilai referensi dan menahan arus agar tidak mengalami over arus yang dapat membahayakan. Sebagai saran untuk pengembangan ke depan, penelitian selanjutnya diharapkan dapat menguji performa sistem menggunakan variasi fluktuasi beban acak yang merepresentasikan kondisi riil di lapangan, serta mengimplementasikan rancangan simulasi ini ke dalam bentuk purwarupa perangkat keras (hardware prototype) untuk memvalidasi karakteristik dinamis sistem kontrol secara fisik dan nyata.