LAIN-LAIN JENIS KAWALAN 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 .

Kumpulan positif penukar Kumpulan negatif penukar CYCLOCONVERTER RAJAH BLOK CYCLOCONVERTER Kumpulan positif penukar Kumpulan negatif penukar Beban Punca bekalan voltan frekuensi tetap V Rajah 6.1

CYCLOCONVERTER BENTUK GELOMBANG BEBAN IDEAL V I Vo t Rajah 6.2 Kumpulan negatif penyongsang negatif penerus positif penerus positif penyongsang t 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 Beban 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 BEBAN N1 N2 P2 Vx Vy Rajah 6.4 : Litar Asas Kawalan Cycloconverter

KAWALAN CYCLOCONVERTER DENGAN BENTUK GELOMBANG Vo t 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 P1 P2 N1 N2 Keluaran dikehendaki Voltan Beban t Rajah 6.6: Voltan Beban

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). 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). fo = 1/5 f1

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 Va Beban P1 VL IL P N Vb Vc ia 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 Ea Ia 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

Rajah 6.10 : Gelombang Keluaran Bagi Voltan Maksimum Pada Beban MOTOR ARUHAN SANGKAR TUPAI MENGGUNAKAN KAWALAN PENUKAR SIKLO DENGAN BENTUK GELOMBANG t VL Kumpulan Negatif Rajah 6.10 : Gelombang Keluaran Bagi Voltan Maksimum Pada Beban

KAWALAN CYCLOROCONVERTER TIGA (3) DENYUT Kebaikan Cycloroconverter 3 Denyut: i. Pemanasan minimum ii. Kecekapan tinggi iii. Keupayaan pembalikan motor yang tinggi iv. Pemacu yang ekonomi untuk beban yang tinggi pada kelajuan rendah. v. 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. Voltan berkesan antara belitan E = ( 8 Hz / 60 Hz ) x 480 V = 64 V ii. Kelajuan beban penuh pada 60 Hz = 1760 r.p.m. Kelajuan segerak (motor 4 kutub) = 1800 r.p.m.  Kelajuan tanpa beban : n = ( 8 Hz / 60 Hz ) x 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.

Rajah 6.11 : Kawalan Frekuensi Dengan Menggunakan Penyongsang SYNCHROCONVERTER Kelajuan f Pengawal Gandaan M Masukan 3 Penapis V Penyongsang Vf Pengawal Motor Segerak Vt f Pengawal Penerus Rajah 6.11 : Kawalan Frekuensi Dengan Menggunakan Penyongsang

Rajah 6.12 : Kawalan Frekuensi Dengan Menggunakan Cycloconverter SYNCHROCONVERTER Gandaan Masukan 3 Cycloconverter f Pengawal M Motor Segerak Vf Pengawal 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 = T wm = 3 Vt Ef Sin  Xs di mana wm = 4  f dan P Xs = 2  f Ls

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 = Pemalar dayakilas Vt = Voltan Talian f = 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 Kelajuan Tmak Penjanaan Dayakilas puncak (Pull out torque) Pemotoran 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 BUTANG TEKAN M 3 TRANSFORMER PENERUS B1 B2 B3 L1 L2 L3 N Rajah 6.14 : Litar Asas Untuk Pembrekan Suntikan Arus Terus (A.T)

GARIS LENGKUNG Dayakilas Kelajuan Pemotoran Normal Pembrekan Suntikan A.T Dayakilas Kelajuan 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.

KAWALAN SYNCHROCONVERTER PERBANDINGAN KAWALAN CYCLOCONVERTER KAWALAN SYNCHROCONVERTER Kawalan yang menukar tenaga secara terus kepada frekuensi-frekuensi yang berbeza. 2. Membenarkan frekuensi yang lebih tinggi untuk memperbaiki bentuk gelombang keluaran. Kawalan kelajuan motor yang menggunakan kawalan frekuensi pada bekalan kuasa. 2. Keupayaan yang tinggi dalam sistem mempertahankan motor aruhan 3 fasa di industri.