penyearah tiga fasa terkontrol

8/13/2019 Penyearah Tiga Fasa Terkontrol

1/42

Bab 12Penyearah Terkontrol Tiga Fasa

(Three Phase Controlled Rectifier)

Oleh:

Kelompok A6


2/42

12.2 Penyearah Line-

Commutated Controlled


3/42

12.2.1 Penyearah Setengah Gelombang 3 fasa

Gambar di atas merupakan topologi penyearah tiga fasasetengah gelombang. Catu daya dan transformator diasumsikanideal. Tiristor akan aktif (ON) ketika tegangan antara anoda-katodabernilai positif dan ketika pulsa arus i G terhubung dengan terminalgate.


4/42

Dengan bantuan gambar di atas, dapat dihitung nilai dari teganganrata-rata beban dengan persamaan sebagai berikut


5/42

Gambar di samping adalahbentuk gelombang arus padabeban.

Dimana VA prim dan Va subadalah rating dari tranformerprimer dan sekunder.Sedangkan P D adalah daya

transfer ke sisi DC.


6/42

12.2.2 Penyearah hubungan Y-Y atau 6 fasa

Penyearah jenis ini memiliki tegangan langsung yang lebih besar daripada jenis penyearah setengah gelombang. Dengan nilai tegangan rata-rata dirumuskansebagai berikut.


7/42

Gambar 12.7 Bentuk gelombang arus AC pada penyearah 6 fasa


8/42


9/42

Gambar 12.11 Bentuk gelombang arus AC pada penyearah6 fasa dengan koneksi antarfasa


10/42

Gambar 12.9 Bentuk gelombang pada saat beroperasidengan =0


11/42

12.2.4 penyearah 3 fasa gelombang penuh atau JembatanGraetz

Penyearah gelombang penuh tiga fasa (Jembatan Graetz) menerapkanprinsip koneksi seri melalui trafo antarfasa. Akibatnya, penyearah jenis ini dapatdiaplikasikan pada suatu sistem dengan tegangan yang cukup tinggi. Bagian yangterhubung dengan common katoda menghasilkan tegangan positif. Sedangkanbagian common anoda menghasilkan tegangan negatif.

Gambar 12.12 penyearah 3 fasa gelombangpenuh


12/42

Gambar di atas merupakan bentuk

output dari sinyal tegangan yangdikeluarkan oleh Jembatan Graetz.

Sedangkan tegangan rata-rata bebandirumuskan sebagai berikut.


13/42

Gambar di atas merupakan bentuk keluaran sinyal arus dari Jembatan Graetz.


14/42

12.2.5 Konverter Jembatan Setengah Kendali

Konverter jenis ini akan berfungsi sebagai penyearahketika sudut tembak dari tiristor < 90 0. Sedangkan berfungsisebagai inverter ketika sudut tembak dari tiristor > 90 0

Nilai tegangan rata-rata beban dari rangkaian jenis inidapat dirumuskan sebagai berikut.


15/42


16/42

12.2.7 Faktor DayaFaktor Perpindahan arus dapat dicari dengan persamaan sbb.

Sedangakan daya aktif yang dikirimkan per fasa oleh supply sinusoidaladalah

Untuk Power Faktor sendiri dirumuskan sebagai berikut


17/42

12.3 Penyearah Terkontrol

Komutasi paksa 3 fasa


18/42

12.3.1 Topologi Dasar dan Karakteristiknya

Penyearah Komutasi paksa dibuat dengan semikonduktor, dengan kemampuangate-turn-off, yang memberikan kendali penuh pada konverter, karena katup dapatberubah ON-OFF ketika dibutuhkan. Hal ini menyebabkan komutasi pada katup ratusan kali dalam satu periode, yang tidak memungkinkan dengan line-commutated penyearah , transistor berubah ON-OFF hanya sekali dalam satu siklus.

Keadaan ini memberikan keuntungan, yaitu: (a) Arus atau tegangan dapat dimodulasi ( Pulse Width Modulation atau PWM). (b) Faktor Daya dapat dikendalikan. (c) Penyearah dapat dibuat sebagai sumber tegangan atau sumber arus. (d) Power reversal di dalam penyearah tiristor adalah hasil dari tegangan balikan

pada DC link .Ada dua cara untuk menerapkan penyearah Komutasi paksa tiga fasa, yaitu:

(a) Sebagai penyearah sumber arus, dengan power reversal berasal dari teganganDC balikan.

(b) Sebagai penyearah sumber tegangan, dengan power reversal berasal dari arusbalikan pada DC link .


19/42

Gambar 12.35 Topologi dasar untuk penyearah Komutasi paksaPWM : (a) penyearah sumber arus; dan (b) penyearah sumber

tegangan


20/42

12.3.2 Operasi dari penyearah Sumber

Tegangan penyearah sumber tegangan dioperasikan dengan

menjaga tegangan DC sesuai nilai referensi, denganmenggunakan loop kontrol umpan balik.

Gambar 12.36 Prinsip operasi dari penyearah sumber tegangan


21/42

Pada gambar diatas terlihat tegangan DC diukur dandibandingkan dengan tegangan referensi V REF. Sinyal

error dibangkitkan dari pembandingan ini dandigunakan untuk men- switch 6 katup pada

penyearah ON and OFF. Dalam hal ini, daya dapatmuncul dan hilang ke sumber AC tergantungkebutuhan tegangan DC. Tegangan V D diukur padakapasitor C D.

PWM control tidak hanya mengatur daya aktif, tetapi

juga daya reaktif, dengan penyearah dimungkinkanuntuk mengoreksi Faktor Daya . Dalam suatu kondisi,bentuk gelombang arus AC dapat dibentukmenyerupai gelombang sinusoidal, dengan cara

mereduksi gelombang harmonisa pada catu daya


22/42

PWM pattern ini adalah bentuk gelombang periodikutama, yang amplitudonya disebut V MOD.

Gambar 12.37 PWM pattern dan fundamental VMOD


23/42


24/42

Gambar 12.39 Operasi 4 kuadran dari penyearah komutasi paksa :(a) PWM Komutasi paksa penyearah ; (b) penyearah operation at unity Faktor Daya ;

(c) inverter operation at unity Faktor Daya ; (d) capacitor operation at zero Faktor Daya ; dan

(e) inductor operation at zero Faktor Daya .


25/42

Pada gambar di atas, I s adalah nilai rms dari sumber arus i s.Aliran arus ini melewati semikonduktor dengan arah yangsama seperti gambar di bawah ini:

Gambar 12.40 bentuk gelombang arus melewati pusat, katups, dan DC link .


26/42

Untuk memiliki kendali penuh dari operasi penyearah , ada 6 diodayang harus dipolarisasi negatif untuk semua nilai catu dayategangan AC seketika. Sebaliknya, dioda akan terkonduksi, dan

PWM penyearah akan berlaku seperi common diode penyearahbridge . Cara untuk menjaga dioda terblok adalah memastikantegangan DC link lebih besar daripada tegangan DC puncak yangdibangkitkan oleh dioda sendiri, seperti gambar di bawah ini:

Gambar 12.41 Kondisi direct current link voltage untuk operasi dari PWM

penyearah .


27/42

12.3.3 Tegangan Fasa ke Fasa dan fasa kenetral PWM

Bentuk gelombang PWM yang ditunjukkan sebelumnyamenunjukkan tegangan terukur di antara titik tengah daritegangan DC dan fasanya.

Tegangan Fasa ke Fasa PWM dapat dijeleaskan padapersamaan ini:

dan adalah tegangan terukur di antara titik tengahdari tegangan DC, dan fasa A dan B berturut-turut.

Tegangan fasa ke netral dapat dijelaskan pada persamaan ini:


28/42

adalah tegangan fasa ke netral untuk fasa A, dan adalah tegangan Fasa ke Fasa di antara fasa j dan

fasa k.

Gambar 12.42 tegangan fasa PWM: (a) modulasi fasa PWM; (b)tegangan Fasa ke Fasa PWM; dan (c) tegangan fasa ke netral PWM.


29/42


30/42

12.3.4.1 Voltage-Source Current-ControlledPWM penyearah

Metode kendali ditunjukkan pada gambar di atas. Kendalidicapai dengan pengukuran arus fasa saat itu denagn arussinusoidal referansi I ref . Amplitudo arus referensi I max ditunjukkan dengan rumus:

GC pada gambar 12.43 menunjukkan kontroler PI, P, fuzzyatau yang lainnya. Bentuk gelombang sinusoidal dijelaskandengan mengalikan I max denagn sebuah fungsi sinus yangsama frekuensinya, dan dengan sudut pergeseran fasa j.


31/42

Gambar 12.44 Fungsi transfer loop tertutup dari penyearah dengan:

G1(s) dan G 2(s) merepresentasikan fungsi transfer daripenyearah. P 1(S) dan P 2(S) merepresentasikan input danoutput penyearah dalam domain Laplace, V adalah nilai rms, I S adalah arus input, L S adalah induktansi input, R adalahresistansi di antara konverter dan Catu daya .


32/42

Pada kriteria kestabilan, dengan kontroler PI, didapathubungan:

Gambar 12.45 Metode kendali modulasi: (a) periodical sampling ;(b) hysteresis band ; dan (c) triangular carrier .


33/42

Nilai didapat dengan persamaan:

Untuk mendapatkan performansi dinamis yang bagus, didapatdengan persamaan:

dengan L S adalah induktansi seri total dari penyearah , adalahfrekuensi carrier triangular, dan V D adalah tegangan Dc link dari

penyearah . Untuk mengukur level distorsi, didapat melalui persamaan:

Bentuk gelombang dari arus dibangkitkan dengan 3 metode kontrol,seperti dijelaskan melalui gambar 12.46:


34/42

Gambar 12.46 Bentuk gelombang diperoleh dengan menggunakanfrekuensi switching dan induktansi sebesar 13 mH; (a) Metode periode

sampling; (b) Metode hysteresis band ; (c) Metode triangular carrier (kP +kI); dan (d) Metode triangular carrier (kP).

Gambar 12.47 Perbandingan distorsi dari sebuah arus referensi sinusoidal


35/42

12.3.4.2 Voltage-Source Voltage-Controlled PWM penyearah

Gambar 12.48 Diagram satu fasa dari penyearah sumber tegangan

dengan nilai i s(t), v(t), v MOD(t), didapat melalui persamaan berturut-turutdi bawah ini:


36/42

Gambar 12.49 Implementasi dari voltage-controlled penyearah untuk

operasi unity Faktor Daya .


37/42

Dibawah kondisi steady-state , Imax adalah konstan, dan nilaiVMOD ditentukan dengan diagran fasor:

Gambar 12.50 Operasi steady-state dari unity Faktor Daya penyearah ,

under different load conditions .


38/42

Dengan V MOD sinusoidal template , sebuah metode modulasiuntuk mengkomutasikan transistor diperlukan, yang dikenaldengan Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM), dengan

menggunakan sinyal carrier triangular untuk membangkitkanPWM.

Gambar 12.51 Metode modulasi sinusoidal berdasarkan sinyal carriertriangular


39/42

Gambar 12.52 Spektrum harmonik untuk modulasi SPWM Nilai m (indeks modulasi) dan p (rasio frekuensi modulasi), didapat

dengan:

Gambar 12.53 Berbagai bentuk gelombangarus dengan nilai p yang berbeda

12.3.4.3 Voltage-Source Load-Controlled PWM penyearah


40/42

12.3.4.3 Voltage Source Load Controlled PWM penyearah Metode sederhana untuk mengendalikan PWM penyearah mini (up to 10 20kW)

berasal dari kendali langsung arus DC.

Gambar 12.54 Voltage-source load-controlled PWM penyearah Tegangan V MOD dimodulasi oleh penyearah dengan pola PWM yang unik, yang

dapat menyeleksi gelomabng harmonik yang tidak diperlukan. Jika nilai PWM tidakberubah, dpat disimpan di memori digital permanen (ROM). Sistem kendaliberdasarkan perubahan sudut daya di antara tegangan utama V dengantegangan PWM V MOD. Ketika berubah, jumlah aliran daya dari AC ke DC jugaberubah. Ketika sudut daya berubah negatif (V MOD lags V), aliran daya berpindahdari sisi AC ke DC. Ketika sudut daya berubah positif (V MOD lags V), aliran dayaberpindah sebaliknya. Kemudian sudut daya dapat dikontrol melalui arus I D.


41/42

12.3.5 Teknologi Baru dan Aplikasi daripenyearah Komutasi paksa

12.3.5.1 Filter Daya Aktif Komutasi paksa PWM penyearah dapat bekerja sebagai filter daya aktif.

Voltage-source current-controlled penyearah dapat menghilangkangelombang harmonik yang dihasilkan dari polluting loads yang lainnya,seperti gambar di bawah ini:

Gambar 12.55 Penyearah sumber tegangan dengan kemampuanmenghilangkan gelombang harmonik


42/42

penyearah tiga fasa terkontrol

Documents