konverter thyristor (kuliah ke 5) - elektronika daya itb · tetapi juga parameter beban. ... arus...
TRANSCRIPT
3/12/2010
1
Konverter Thyristor
Pekik Argo Dahono
Konverter Satu-Fasa Setengah-Gelombang
( ) ( )
( )απ
ωωπ
π
α
cos12
2
sin22
1
:rata-ratakeluaran Tegangan
+=
= ∫
s
so
V
tdtVV
sv
+
R ov
oi
Skema (a)
sv
tω
tω
ov
oi
0 π π2
gelombang. Bentuk (b)
si
0π π2
Tsi
α
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 2
3/12/2010
2
Gate Signal Generation
Generator
tooth-Saw
logic and
Comparatorline AC
synv
cv
swv signal Gate
0
synv
swv
cv
signal Gate
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 3
Linearizing the Phase-Control Characteristic
∫+
+
tωsin
1
−
+FF
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 4
3/12/2010
3
Konverter Satu-Fasa Setengah-Gelombang
sv
+
oi
R ovdv
si
T Lv
sv
tω
tω
dv
0π π2
0π π2
si
oi
α
•Arus masukan dan keluaran mempunyai
bentuk yang sama dan diskontinyu
•Harmonisa arus masukan mengandung
komponen dc dan semua orde harmonisa
•Nilai rata-rata tegangan keluaran tidak
hanya ditentukan oleh sudut penyalaan
tetapi juga parameter beban.
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 5
Konverter Satu-Fasa Setengah-Gelombang
sv
+
si
T
oi
R ov
Lv
dvFD
sv
tω
tω
dv
0π π2
0π π2
si
oi
α
Nilai rms arus masukan lebih kecil dibanding
arus keluaran
Arus masukan mengandung semua orde
harmonisa termasuk komponen dc
Nilai rata-rata tegangan keluaran hanya ditentukan
oleh sudut penyalaan
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 6
3/12/2010
4
Konverter Satu-Fasa Setengah Gelombang
sv
+
si
T
oi
R ov
Lv
dvFD
sv
tω
tω
dv
0π π2
0π π2
si
oi
α
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 7
Konverter Satu-Fasa Setengah-Gelombang
T
dvFDsv
+
si
oI
sL
sv
tω
tω
dv
0π π2
0π π2
si
oi
α µ
( ) oss
d IfLV
V −+= απ
cos12
2
Induktansi sumber menyebabkan
nilai rata-rata tegangan keluaran
berubah sebagai fungsi arus beban
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 8
3/12/2010
5
Konverter Satu-Fasa Setengah-Gelombang
sv
+
oi
dv
si
T Lv
oVsv
tω
tω
dv
0π π2
0π π2
si
oi
α
oV
oVNilai rata-rata tegangan keluaran
dipengaruhi oleh emf beban
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 9
Konverter Satu-Fasa Jembatan
Pekik A. Dahono : Konverter
thyristor
10
3/12/2010
6
Konverter Satu-Fasa Jembatan
( ) ( )
( )απ
ωωπ
π
α
cos12
sin21
:keluaran tegangan rata-rata Nilai
+=
= ∫
s
so
V
tdtVV
Arus sumber hanya mengandung
harmonisa orde ganjil
Tegangan dan arus beban mempunyai
jumlah pulsa dua dan hanya mengandung
harmonisa orde genap
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 11
Konverter Thyristor Satu-Fasa
Tegangan keluaran rata-rata:
απ
cos22
so VV =
Arus thyristor rata-rata:
2/oT II =
Arus rms sumber :
os II =
PF sumber :
απ
cos22
==ss
oo
IV
IVPF
sv
+
si
oi
R
1T 3T
2T 4T
dL
ov
sv
tω
tω
ov
0 π π2
si
α
4&1 TT 3&2 TT
oiTegangan keluaran bisa diatur dari minus maksimum sampai plus maksimum
tetapi arus selalu positip.
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 12
3/12/2010
7
Konverter Thyristor Satu-Fasa
sv
+
si
1T 3T
2T 4T
ov oI
sv
tω
tω
ov
0
π2
si
α
π
oI
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 13
Output Voltage
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 14
3/12/2010
8
Konverter Thyristor Satu-Fasasv
tω
tω
ov
0 π2
si
π
oI
4
πα =
1Tvtω
sv
tω
tω
ov
0π2
si
π
oI
2
πα =
tω1Tv
sv
tω
tω
ov
0 π2
si
π
oI
4
3πα =
1Tvtω
πα =
sv
tω
tω
ov
0π2
si
πoI
1Tv
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor15
Analisis Daya dan Harmonisa
( )
( ) ( )
( )[ ]
kII
II
kk
tdtkII
tkIi
IVQ
IVP
k
o
ok
nk
ks
ss
ss
/
22
2/cos12
4I
sin2
4
sin2
:Masukan Arus Harmonisa Analisis
sin
cos
:Aktif Daya
1
1
o
2/
0
12
1
1
=
=
−=
=
=
=
=
∫
∑∞
−=
π
ππ
ωωπ
ω
α
α
π
απ
2
π0
Q
P
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 16
3/12/2010
9
Pengaruh Induktansi Sumber
si
1T 3T
2T 4T
ov oIsv
+sL
sv
tω
tω
ov
0 π2
si
π
oI
α µ
osso IfLVV 4cos22
−= απ
Pekik A. Dahono : Konverter
thyristor
17
Sudut Pemadaman
sv
tω
tω
ov
0 π2
si
π
oI
α µ
osso IfLVV 4cos22
−= απ
1Tv
sv
tω
tω
ov
0 π2
si
π
oIα µ
osso IfLVV 4cos22
−= απ
1Tv
γ
Pekik A. Dahono : Konverter
thyristor
18
3/12/2010
10
Konduksi Tak Kontinyu
sv
+
si
oi
1T 3T
2T 4T
dL
ov oV
sv
tω
tω
ov
0 π π2
si
α
oioV
Pekik A. Dahono : Konverter
thyristor
19
Output voltage characteristic
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 20
3/12/2010
11
Penyearah Satu-Fasa Setengah-Terkendali
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 21
sv
+
si
1T 3D
ov
oi
R
dL
2T 4D
Penyearah Satu-Fasa Setengah-Terkendali
Tegangan keluaran rata-rata:
( )απ
cos12
+= so VV
Arus thyristor rata-rata:
π
απ
2
−= oT II
Arus rms sumber :
2/1
−=
π
απos II
PF sumber :
2/1
cos12
−
+==
π
απ
α
πss
oo
IV
IVPF
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor22
3/12/2010
12
Penyearah Satu-Fasa Setengah-Terkendali
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 23
Konverter Thyristor Tiga-Fasa Setengah-Gelombang
sou
rce
A
C
R
S
T
u
vw
n
1T
2T
3T
ov
Load
oiui
vi
wi
π0π2 tω
unvvnv wnv
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 24
3/12/2010
13
Persamaan Tegangan
( ) ( )
( )[ ]6
5
6cos1
2
6
60cos
2
23
sin22
3
: teganganrata-rata Nilai
6
ln6
5
6
πα
πα
π
παα
π
ωωπ
π
α
α
π
π
≤≤++=
≤≤=
= ∫+
+
llso
llso
so
VV
VV
tdtVV
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 25
Konverter Thyristor Tiga-Fasa Setengah-Gelombang
sou
rce
A
C
R
S
T
u
vw
n
1T
2T
3T
ov
oiui
vi
wi
Load
tω
Ri
wi
vi
ui
π0π2 tω
unv vnv wnvα
Jumlah pulsa tegangan keluaran sama dengan tiga
Arus sekunder trafo mengandung komponen dc.
απ
cos2
23
teganganrata-rata Nilai
llso VV =
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 26
3/12/2010
14
Konverter Thyristor Tiga-Fasa Setengah-Gelombang
tω
π0π2 tω
unv vnv wnvα
1Tv
1T 2T 3T
tω
π
0
π2 tω
unv vnv wnv
1Tv
1T 2T3T
α
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 27
Konverter Thyristor Tiga-Fasa
n
u
v
w
R
ui
vi
wi
ov
oi
1T 3T 5T
2T 4T 6Ttω
π0
π2 tω
unv vnv wnv
ui
dv
α
Jumlah pulsa tegangan keluaran sama dengan
enam.
Harmonisa arus masukan adalah 5,7, 11, 13,…
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 28
3/12/2010
15
Konverter Thyristor Tiga-Fasa Beban Resistif
α
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 29
Konverter Thyristor Tiga-Fasa Beban Resistif
( ) ( )
( ) ( )
3
2
33cos1
23
sin23
30cos
23
sin23
:rata-rataTegangan
3
6
26
πα
πα
π
π
ωωπ
παα
π
ωωπ
π
α
απ
α
π
π
π
≤≤
++=
=
≤≤=
−=
∫
∫
+
+
+
ll
llo
llo
llo
V
tdtVV
VV
tdtVV
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 30
3/12/2010
16
Konverter Tiga-Fasa Jembatan Beban Induktif
π0
π2 tω
unv
ui
π0
π2 tω
unv
ui
π0
π2 tω
unv
ui
π0
π2 tω
unv
ui
Pekik A. Dahono : Konverter
thyristor
31
Analisis
( )
( ) ( )
3/2
3. kelipatan untuk 0
/
6
sin22
sinI2
:masukan Arus
cosV23
:output tegangan rata-rata Nilai
1
1
2/
6/1
1-2nk
k
lls
ou
k
k
o
o
u
o
II
kI
kII
II
tdtII
tki
V
=
=
=
=
=
=
=
∫
∑∞
=
π
ωωπ
ω
απ
π
π
απ
cos3
:dayaFaktor
=PF
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 32
3/12/2010
17
Input current
Pekik A. Dahono : Konverter
thyristor
33
Input current characteristic
Pekik A. Dahono : Konverter
thyristor
34
3/12/2010
18
Pengaruh Induktansi Sumber
u
1T
2T
3T
4T
v
5T
w
6T
ui
vi
wi
n
sL
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 35
Pengaruh Induktansi Sumber
Pekik A. Dahono : Konverter
thyristor
36
π0
π2 tω
unv
ui
uvv uwv
osllo IfLVV 6cos23
−= απ
3/12/2010
19
Half-Controlled Thyristor Converters
u
1T
1D
2T
2D
v
3T
w
R
3T
ui
vi
wi
oi
ov
Lu
1T
2T
3T
4T
v
5T
6T
ui
vi
wi
R
oi
ov
L
w
1D
2D
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 37
Penyearah A Penyearah B
Half-Controlled Rectifier (A)
tω
π0π2 tω
unv vnv wnv
ui
dv
α
tω
wi
Ri
tω
π0π2 tω
unv
vnv wnv
ui
dv
α
tω
wi
Ri
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 38
3/12/2010
20
Konverter Tiga-Fasa Jembatan Half-Controlled (B)
tω
ui
tω
wi
Ri
tω
ui
tω
wi
Ri
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 39
Application Considerations
• Single-phase rectifiers generate input harmonics at the order of 2p±1, where p is the pulse number.
• The displacement power factor is reduced when the output voltage is reduced.
• Commutation generates voltage notches across the source.
• Input harmonics can be reduced by increasing the pulse number.
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 40
3/12/2010
21
Current Controller
• A thyristor converter is usually operated as a current source
• A thyristor converter cannot be controlled faster than the thyristor can respond
• After a thyristor is turned on, the thyristor can only be turned off by the input line voltage.
• By operating as a current source, the thyristor converter is inherently overcurrent protected.
• A current source can paralleled easily with other current sources
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 41
Current controller for Phase-Controlled Rectifiers
Load
driver Gate
1cos−PID+
−current
Reference
current
Actual
L
sLse
dv
oi
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 42
3/12/2010
22
Current-Controlled Phase-Controlled Rectifiers
+
−
)(* sI L PIDsL
1
)(sVo
+ − )(sIL
dsT+1
1
llVπ
23
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 43
Current Control of Phase-Controlled Rectifiers
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 44
3/12/2010
23
Dual Thyristor Converter
controller
Current 1cos−
−
+*ai
ai
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 45
Application Considerations
• At present, thyristor converters are used only for large power applications.
• The AC side always need reactive power under both rectifier and inverter operations.
• The AC side current has high harmonic content. The harmonic order is pk±1 where p is pulse number and k is integer. The harmonic current can be reduced by increasing the pulse number.
• Thyristor converter also generates voltage nothches due to the commutation.
• It is recommended to use a special feeder (or it is better if using a dedicated transformer) to supply a thyristor converter.
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 46
3/12/2010
24
High-Current Rectifiers
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 47
High-Current Rectifiers
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 48
3/12/2010
25
High-Current Rectifiers
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor49
High-Current Rectifiers (PWM)
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 50
3/12/2010
26
DC Arc Furnace Applications
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 51
HVDC Applications
• Environmental advantages
• Economical advantages
• Asynchronous interconnections
• Power flow control
• Added benefits to the existing
transmission system
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 52
3/12/2010
27
HVDC History• Hewitt’s mercury-vapour rectifier, 1901
• Experiments with thyratrons in US and mercury-arc valves in
Europe in 1940s.
• First commercial HVDC operation, Gotland, Sweden in 1954.
• First solid-state semiconductor switches, 1970.
• First microcontroller applications for HVDC in 1979.
• Highest DC voltage operation (600 kVdc) for Itaipu, Brazil, in
1984.
• First dc active power filter, 1994.
• First capacitor commutated converter for Argentina-Brazil
interconnection, 1998.
• First Voltage Source Converter for HVDC in Gotland, 1999.Pekik A. Dahono : Konverter
thyristor
53
HVDC Topology
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 54
3/12/2010
28
HVDC Systems
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 55
HVDC Operation
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 56
3/12/2010
29
HVDC Station
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 57
AC and DC Comparison
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 58
3/12/2010
30
HVDC Technologies
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor59
HVDC Applications
Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 60
3/12/2010
31
HVDC System
Pekik A. Dahono : Konverter
thyristor
61
+/- 500 kV, 2800 MW, Kii Chanel, Japan
Thyristors for HVDC
Pekik A. Dahono : Konverter
thyristor
62
3/12/2010
32
The End