Transcript Cycloconverter

BAB 6
LAIN-LAIN JENIS
KAWALAN
PENGENALAN

Pelajaran yang lepas:
- ketahui dan pelajari kawalan voltan
dalam penyongsang yang menggunakan
kawalan lebar denyut dan pemodulatan lebar
denyut.
- pendedahan tentang kawalan laju dengan
voltan stator yang menggunakan tiristor dan
kawalan kelajuan motor sangkar tupai
menggunakan penyongsang frekuensi
bolehubah.
CYCLOCONVERTER

TAKRIFAN KAWALAN CYCLOCONVERTER
Iaitu satu kawalan yang menukar tenaga
secara terus dengan berdasarkan litar siklo
kepada frekuensi yang berbeza iaitu secara
mensintesis keluaran frekuensi rendah daripada
sumber frekuensi yang tinggi .
CYCLOCONVERTER

RAJAH BLOK CYCLOCONVERTER
Kumpulan
positif penukar
Punca
bekalan
voltan
frekuensi
tetap
V
Beban
Kumpulan
negatif penukar
Rajah 6.1
CYCLOCONVERTER
 BENTUK GELOMBANG BEBAN IDEAL
Vo
V
I
t
Kumpulan
Kumpulan
negatif
positif penerus
penyongsang
Kumpulan
Kumpulan
positif
negatif penerus
penyongsang
Rajah 6.2
CYCLOCONVERTER

Bagi menghasilkan isyarat keluar yang
menyerupai sinusoidal ialah dengan
melengahkan picuan tiristor dibahagian awal
dan akhir bagi setiap separuh kitar operasi.

Rajah 6.1 merupakan rajah blok yang
mengandungi litar asas Cycloconverter. Litar
asas ini akan menghadapi satu masalah kitaran
arus. Kitaran arus ini berlaku apabila satu
kumpulan penukar akan dipicu semasa satu
kumpulan penukar sedang beroperasi.
Fenomena ini dinamakan “circulating current”.
CYCLOCONVERTER
 Bagi mengatasi masalah ini, komponen regang
seperti peraruh boleh dimasukkan antara
kumpulan penukar. Kaedah ini dinamakan “block
group”. Operasi “block group” membentuk
pertahanan picuan sesuatu kumpulan sehingga
arus pada kumpulan penukar yang lain adalah
sifar. Kaedah ini digunapakai pada litar
cycloroconverter untuk motor aruhan sangkar
tupai. Jika beban adalah induktif maka terdapat
perbezaan isyarat keluaran voltan dan arus.
KAWALAN CYCLOCONVERTER
DENGAN GAMBARAJAH LITAR
T1
i1
Beban
T2
i2
Rajah 6.3 : Penyongsang Tiristor 1 Fasa
KAWALAN CYCLOCONVERTER
DENGAN GAMBARAJAH LITAR

Rajah 6.3, di atas menunjukkan penyongsang
tiristor 1-fasa yang membekalkan beban
rintangan dan menghasilkan bentuk gelombang
keluaran seperti yang ditunjukkan pada Rajah
6.5. Jika penyongsang tiristor disambungkan
seperti di Rajah 6.4 dibawah, arus akan
mengalir ke beban untuk separuh (½) kitar pada
arah yang sama dan kemudiannya berpatah
balik untuk bilangan yang sama sebanyak
separuh (½) kitar lagi.
KAWALAN CYCLOCONVERTER
DENGAN GAMBARAJAH LITAR
P1
Vx
P2
BEBAN
Vy
N1
N2
Rajah 6.4 : Litar Asas Kawalan Cycloconverter
KAWALAN CYCLOCONVERTER
DENGAN BENTUK GELOMBANG
Vo
t
T1
T2
Rajah 6.5 : Gelombang Keluaran
KAWALAN CYCLOCONVERTER
DENGAN BENTUK GELOMBANG

Berpandukan pada Rajah 6.6, bentuk
gelombang keluaran pada beban, dapat
diperolehi dengan memicu kumpulan tiristor iaitu
P1 dan P2 untuk lima (5) separuh kitar dan
kemudiannya diikuti dengan kumpulan N.
Cycloconverter ini terhad kepada julat
frekuensi keluaran yang rendah, frekuensi
keluaran maksima adalah lebih kurang satu per
tiga (1/3) daripada frekuensi masukan.
KAWALAN CYCLOCONVERTER
DENGAN BENTUK GELOMBANG
Keluaran
dikehendaki
t
Voltan
Beban
P1
P2
P1
P2
P1
N1
N2
Rajah 6.6: Voltan Beban
N1
N2
N1
t
KAWALAN CYCLOCONVERTER
DENGAN BENTUK GELOMBANG

Isyarat atau gelombang keluaran jelas menunjukkan
bahawa fo (frekuensi keluaran) bersamaan dengan satu
per lima (1/5) daripada f1 (frekuensi bekalan masukan).
fo = 1/5 f1

Penghampiran yang paling dekat gelombang sain yang
diperolehi iaitu dengan melengahkan picuan tiristor
dibahagian awal dan akhir bagi setiap separuh (½) kitar
keluaran seperti yang ditunjukkan pada Rajah 6.7. Di
dapati lengah picuan juga boleh mengubah voltan
keluaran punca purata ganda dua (PPGD).
KAWALAN CYCLOCONVERTER
DENGAN BENTUK GELOMBANG
Arus
Picuan
t
Rajah 6.7 : Lengah picuan dikenakan kepada bahagian awal dan akhir
bagi setiap separuh (½) kitar keluaran.
MOTOR ARUHAN SANGKAR TUPAI
YANG MENGGUNAKAN KAWALAN
CYCLOROCONVERTER
Rajah 6.7: Motor aruhan sangkar tupai menggunakan
Cycloroconverter tiga (3) denyut
MOTOR ARUHAN SANGKAR TUPAI
YANG MENGGUNAKAN KAWALAN
CYCLOROCONVERTER

Rajah 6.7, menunjukkan motor aruhan sangkar
tupai tiga-fasa disambungkan kepada keluaran
cycloroconverter tiga denyut. Untuk memahami
operasi cycloroconverter ini berdasarkan kepada
penukar siklo fasa A. Voltan yang melintangi
belitan ialah Ea dan arus ulangalik yang
melaluinya ialah Ia. Ini kerana motor sangkar
tupai jenis beraruhan, Ia mendulu daripada Ea
dengan 30o . Cycloroconverter akan
menghasilkan frekuensi 15 Hz.
MOTOR ARUHAN SANGKAR TUPAI
YANG MENGGUNAKAN KAWALAN
CYCLOROCONVERTER

Merujuk kepada Rajah 6.7, arus Ia positif hanya
boleh dibekalkan dengan penukar 1 kerana
tiristor Q1, Q3 dan Q5 berada dalam keadaan
yang sepadan. Penukar ini boleh bertindak
samada sebagai penerus atau penyongsang.
Apabila Ea positif, ia bertindak sebagai penerus
dan kuasa penghantaran kepada belitan fasa A.
Sebaliknya apabila Ea negatif, cycloroconverter
bertindak sebagai penyongsang dan kuasa
penghantaran daripada belitan fasa A ke talian
tiga - fasa.
MOTOR ARUHAN SANGKAR TUPAI
YANG MENGGUNAKAN KAWALAN
CYCLOROCONVERTER

Begitu juga, arus negatif Ia hanya boleh mengalir
melalui penukar 2. Penukar ini akan bertindak
sebagai penerus apabila Ea negatif dan pada ketika
ini penukar membekalkan kuasa ke belitan. Apabila
Ea positif penukar 2 akan memindahkan kuasa
daripada belitan ke talian tiga-fasa.

Perlu diingat, pada keadaan ini hanya salah satu
penukar akan beroperasi dalam satu masa. Apabila
penukar 1 beroperasi, maka penukar 2 tidak di
hidupkan. Begitulah sebaliknya, apabila penukar 2
beroperasi, penukar 1 tidak dihidupkan.
MOTOR ARUHAN SANGKAR TUPAI
YANG MENGGUNAKAN KAWALAN
CYCLOROCONVERTER

Pengoperasian penerus atau
penyongsang ditunjukkan pada Rajah 6.8.
Fungsi penukar pada fasa B dan C adalah
sama seperti pada fasa A kecuali tiristor.
Pada penukar fasa B adalah 120odan
penukar C, sudutnya ialah 240o .
KAWALAN CYCLOROCONVERTER
TIGA (3) DENYUT

Cycloroconverter 3 denyut berbeza
dengan menambahkan bilangan fasa
masukan berserta dengan lengah
pemicuan membolehkan kita memperolehi
penghampiran gelombang sinus dengan
lebih baik. Gambarajah di bawah
menunjukkan litar cycloroconverter 3
denyut.
KAWALAN CYCLOROCONVERTER
TIGA (3) DENYUT
ia
P1
P
Vb
IL
Va
Vc
N
Beban
VL
Rajah 6.8 : Cycloroconverter 3 Denyut Satu Fasa
KAWALAN CYCLOROCONVERTER
TIGA (3) DENYUT

Frekuensi keluaran maksima secara umumnya
dihadkan kepada separuh (½) atau satu per tiga
(1/3) frekuensi masukan. Tujuan sambungan
denyut yang tinggi adalah untuk membenarkan
frekuensi yang lebih tinggi dapat memperbaiki
bentuk gelombang keluaran.

Satu keburukan daripada penukar siklo ini ialah
melibatkan kos yang tinggi kerana memerlukan
tiristor dan litar kawalan yang banyak.
MOTOR ARUHAN SANGKAR TUPAI
MENGGUNAKAN KAWALAN PENUKAR
SIKLO DENGAN BENTUK GELOMBANG
Ia
Ea
Rajah 6.9 : Mod Operasi Penukar 1 dan Penukar 2 apabila arus Ia Mendulu
Voltan Ea dengan sudut 30o
MOTOR ARUHAN SANGKAR TUPAI
MENGGUNAKAN KAWALAN PENUKAR
SIKLO DENGAN BENTUK GELOMBANG

Dari Rajah 6.9, Ia menentukan kumpulan
mana yang beroperasi.

Manakala pada 6.10, menunjukkan bentuk
gelombang keluaran penukar siklo tiga
denyut pada beban.
MOTOR ARUHAN SANGKAR TUPAI
MENGGUNAKAN KAWALAN PENUKAR
SIKLO DENGAN BENTUK GELOMBANG
VL
Kumpulan
Positif
Va
Vb
Vc
t
MOTOR ARUHAN SANGKAR TUPAI
MENGGUNAKAN KAWALAN PENUKAR
SIKLO DENGAN BENTUK GELOMBANG
VL
Kumpulan
Negatif
t
Rajah 6.10 : Gelombang Keluaran Bagi Voltan Maksimum Pada Beban
KAWALAN CYCLOROCONVERTER
TIGA (3) DENYUT

Kebaikan Cycloroconverter 3 Denyut:
i.
ii.
iii.
iv.
v.
Pemanasan minimum
Kecekapan tinggi
Keupayaan pembalikan motor yang
tinggi
Pemacu yang ekonomi untuk beban
yang tinggi pada kelajuan rendah.
Seperti mesin pembuatan kertas
‘motor hoist’ dan sebagainya.
KAWALAN CYCLOROCONVERTER
TIGA (3) DENYUT

Keburukan Cycloroconverter 3 Denyut:
Keluaran berfrekuensi rendah bila sistem pemacu
dikendalikan daripada sistem bekalan komersil.

Kegunaan Cycloroconverter 3 Denyut:
Pemacu arus ulangalik tanpa gear yang menggunakan
sebuah motor segerak dengan kelajuan rendah yang
dibekalkan oleh cycloconverter boleh menggantikan
pemacu konvensional atau yang lebih rumit.
Contoh Pengiraan:
Motor aruhan sangkar tupai tiga (3) fasa beban penuh berkadar 25
kuasa kuda (k.k), 480 V, 1760 r.p.m., 60 Hz dan mempunyai tiga (3)
belitan yang setiap satunya berkemampuan membawa arus pada
kadar 20 A. Sambungan motor ditunjukkan pada Rajah 6.7.
Penukar siklo telah disambungkan pada tiga (3) fasa talian 60 Hz
dan menjana frekuensi 8 Hz.
Anggapkan kelajuan segerak adalah kelajuan tanpa beban
(anggapkan tiada kehilangan kelajuan pada keadaan tanpa beban).
Kirakan :
i. Voltan berkesan melintangi setiap belitan
ii. Kelajuan tanpa beban
iii. Kelajuan pada dayakilas kadaran (1760 r.p.m)
iv. Arus berkesan setiap belitan pada dayakilas kadaran
v. Voltan berkesan bagi talian 60 Hz
Penyelesaian:
i.
ii.
Voltan berkesan antara belitan
E
=
( 8 Hz / 60 Hz ) x 480 V
Kelajuan beban penuh pada 60 Hz =
Kelajuan segerak (motor 4 kutub)
=
 Kelajuan tanpa beban :
n = ( 8 Hz / 60 Hz ) x 1800 r.p.m.
= 64 V
1760 r.p.m.
1800 r.p.m.
=
240 r.p.m.
iii.
Kelajuan pada dayakilas kadaran (1760 r.p.m.)
Gelinciran pada dayakilas kadaran = 1800 r.p.m. – 1760 r.p.m.
=
40 r.p.m. (apabila motor
beroperasi pada 60 Hz)
n
=
240 r.p.m. - 40 r.p.m. =
200 r.p.m.
iv.
Fluks di dalam motor adalah sama pada 8 Hz dan 60 Hz. Oleh itu
arus berkesan setiap belitan pada dayakilas kadaran = 20 A iaitu
sama dengan arus kadaran dalam stator.
v.
Voltan talian (60 Hz) = Voltan keluaran penukar siklo = 64 V
SYNCHROCONVERTER

KAWALAN SYNCROCONVERTER
Kelajuan motor segerak boleh dikawal
dengan menggunakan kawalan frekuensi
pada bekalan kuasa.
Satu daripada kaedah kawalan kelajuan
ini digunakan ialah dengan menukarkan
voltan keluaran dan frekuensi dari
penyongsang atau cycloconverter.
SYNCHROCONVERTER
Pengawal
Penerus
Penyongsang
Motor
Segerak
Penapis
Vt f
Masukan 3
V
Gandaan
M
Vf
Pengawal
f Pengawal
Kelajuan
Rajah 6.11 : Kawalan Frekuensi Dengan Menggunakan Penyongsang
SYNCHROCONVERTER
Cycloconverter
Masukan 3
Motor Segerak
M
Vf
Pengawal
f Pengawal
Gandaan
Kelajuan
Rajah 6.12 : Kawalan Frekuensi Dengan Menggunakan Cycloconverter
SYNCHROCONVERTER

Rajah 6.11 dan 6.12, menunjukkan kawalan
kelajuan gelung buka bagi motor segerak dengan
mengubah frekuensi keluaran dan voltan pada
penyongsang dan cycloconverter.

Rajah 6.11, menunjukkan litar penyongsang
menerima frekuensi pelbagai julat yang besar.

Rajah 6.12, menunjukkan litar penukar segerak
yang membenarkan frekuensi pelbagai julat di
bawah nilai satu per tiga (1/3) daripada nilai
frekuensi bekalan.
FORMULA BAGI KUASA DAN
DAYAKILAS

Formula di bawah menunjukkan
pengiraan untuk kuasa dan dayakilas.
P
di mana
= T wm = 3 Vt Ef Sin 
Xs
wm =
Xs
=
4f
P
2  f Ls
dan
FORMULA BAGI KUASA DAN
DAYAKILAS
Seandainya arus medan (If) tetap, maka
voltan medan Ef seperti di bawah :
Ef =
K If
di mana K adalah tetap, dayakilas (T)
adalah seperti di bawah :
T
=
K Vt Sin 
f
FORMULA BAGI KUASA DAN
DAYAKILAS
di mana
K
Vt
f
=
=
=
Pemalar dayakilas
Voltan Talian
Frekuensi
* Kelajuan dasar boleh didapati apabila nilai Vt
dan f adalah nilai kadaran bagi motor. Jika julat
bagi Vt / f yang menyamai kelajuan dasar
dikekalkan pada kelajuan yang rendah
(dilakukan dengan cara menukar voltan dengan
frekuensi), dayakilas maksima dikekalkan bagi
menyamai kelajuan dasar tadi.
BENTUK GELOMBANG ATAU
LENGKUK KAWALAN PENUKAR
SEGERAK
Dayakilas
Dayakilas puncak (Pull out
torque)
Tmak
Pemotoran
Kelajuan
Tmak
Penjanaan
Rajah 6.13: Menunjukkan ciri-ciri operasi bagi kelajuan – dayakilas
untuk voltan pelbagai, frekuensi pelbagai (VVVI) untuk motor segerak.
BENTUK GELOMBANG ATAU
LENGKUK KAWALAN PENUKAR
SEGERAK

Bagi pembrekan penjanaan semula untuk motor
segerak, kejatuhan kuasanya adalah tersongsang /
terbalik. Untuk mengelakkan kejatuhan kuasa yang
terbalik ini. Diod pada penyongsang adalah
diperlukan. Untuk penukar sinkro kejatuhan
kuasanya adalah terbalik.

Frekuensi dinaikkan dan nilai voltan terminal
dikekalkan pada nilai kadaran bagi
mempelbagaikan kelajuan di bawah kelajuan dasar
0. Keadaan ini akan menyebabkan dayakilas
puncak (pull out torque) meningkat pada kelajuan
yang tinggi seperti Rajah 13.2 di atas.
BENTUK GELOMBANG ATAU
LENGKUK KAWALAN PENUKAR
SEGERAK

Jika frekuensi ditukarkan kepada kelajuan yang
tinggi, kutub rotor mungkin tidak akan dapat
mengikuti pusingan medan berputar stator dan
akan mengakibatkan motor hilang
kesegerakannya.

Untuk mengelakkan keadaan ini, nilai kadaran
pada mana-mana kadaran frekuensi yang hendak
ditukar perlulah dihadkan. Penukaran dayakilas
beban secara mengejut atau tiba-tiba akan
membuat motor hilang kesegerakkannya.
CARA MEMPERLAHANKAN MOTOR
ARUHAN MELALUI KAEDAH
PEMBREKAN SUNTIKAN
(INJECTION BRAKING)

Kaedah pembrekan suntikan (injection
braking) adalah cara yang paling luas
penggunaannya untuk pembrekan elektrik
dan mempunyai keupayaan yang tinggi
dalam mempertahankan motor aruhan tiga
(3) fasa di industri.
GAMBARAJAH LITAR
L1
TRANSFORMER
L2
L3
N
PENERUS
B3
M
3
Rajah 6.14
:
B2
B1
BUTANG
TEKAN
Litar Asas Untuk Pembrekan Suntikan Arus Terus (A.T)
GARIS LENGKUNG
Dayakilas
Pemotoran Normal
Kelajuan
Pembrekan Suntikan A.T
Rajah 6.15 : Lengkuk Dayakilas - Kelajuan Untuk Pembrekan Suntikan A.T
KENDALIAN LITAR

Merujuk kepada Rajah 6.14, apabila butang henti ditekan
maka bekalan arus ulangalik (A.U.) tiga (3) fasa akan
diputuskan dan arus terus (A.T.) akan disuapkan kepada
stator melalui dua terminal. Bekalan voltan A.T. ini
diperolehi dari suap penerus melalui transformer voltan
rendah dan arus tinggi.

Arus A.T. akan mengalir melalui gelung stator dan menjadi
medan magnetik stator pegun. Perbezaan kelajuan di
antara medan stator pegun dan pergerakan rotor adalah
negatif. Bekalan voltan tiga fasa akan terbalik polaritinya
dan juga turutan fasanya di dalam rotor (berbanding
pemotoran dalam arah yang sama). Hasilnya, arus rotor
tiga fasa akan menyebabkan medan berputar dan
menggerakkan rotor dalam arah yang berlawanan.
KENDALIAN LITAR

Tindakan ini akan menyebabkan medan rotor
menjadi pegun. Bila medan stator dan rotor
menjadi pegun, arus rotor akan mengalir ke arah
yang terbalik. Pada masa ini, dayakilas
pembrekan mantap terhasil dalam semua julat
kelajuan. Arus A.T. yang mengalir melalui stator,
bergantung kepada nilai rintangan di mana nilai
rintangan yang rendah memerlukan voltan A.T.
yang rendah juga.

Diketahui bahawa kelajuan pusingan medan sela
udara adalah berkadar terus dengan frekuensi
bekalan. Oleh kerana A.T. adalah berfrekuensi
sifar, maka medan sela udara akan menjadi
pegun.
KENDALIAN LITAR

Juga diketahui bahawa rotor sentiasa cuba
berputar pada kelajuan yang sama dengan
medan. Jika medan adalah pegun dan rotor
tidak pegun, maka dayakilas pembrekan akan
dikenakan.

Merujuk kepada Rajah 6.15, dayakilas
pembrekan adalah negatif. Ianya menurun ke
nilai sifar apabila rotor sampai ke keadaan rehat.
PERBANDINGAN
KAWALAN
CYCLOCONVERTER
KAWALAN
SYNCHROCONVERTER
1. Kawalan yang menukar tenaga 1. Kawalan kelajuan motor yang
secara terus kepada frekuensimenggunakan
kawalan
frekuensi yang berbeza.
frekuensi pada bekalan kuasa.
2. Membenarkan frekuensi yang
lebih tinggi untuk memperbaiki
bentuk gelombang keluaran.
2. Keupayaan yang tinggi dalam
sistem mempertahankan motor
aruhan 3 fasa di industri.