konverter thyristor (kuliah ke 5) - elektronika daya itb · tetapi juga parameter beban. ... arus...

32
3/12/2010 1 Konverter Thyristor Pekik Argo Dahono Konverter Satu-Fasa Setengah-Gelombang ( )( ) ( ) α π ω ω π π α cos 1 2 2 sin 2 2 1 : rata - rata keluaran Tegangan + = = s s o V t d t V V s v + R o v o i Skema (a) s v t ω t ω o v o i 0 π π 2 gelombang. Bentuk (b) s i 0 π π 2 T s i α Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 2

Upload: vuthuan

Post on 29-Mar-2019

261 views

Category:

Documents


8 download

TRANSCRIPT

Page 1: Konverter Thyristor (Kuliah ke 5) - Elektronika Daya ITB · tetapi juga parameter beban. ... Arus sekunder trafo mengandung komponen dc. ... 3/12/2010 16 Konverter Tiga-Fasa Jembatan

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

ov

oi

0 π π2

gelombang. Bentuk (b)

si

0π π2

Tsi

α

Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 2

Page 2: Konverter Thyristor (Kuliah ke 5) - Elektronika Daya ITB · tetapi juga parameter beban. ... Arus sekunder trafo mengandung komponen dc. ... 3/12/2010 16 Konverter Tiga-Fasa Jembatan

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

Page 3: Konverter Thyristor (Kuliah ke 5) - Elektronika Daya ITB · tetapi juga parameter beban. ... Arus sekunder trafo mengandung komponen dc. ... 3/12/2010 16 Konverter Tiga-Fasa Jembatan

3/12/2010

3

Konverter Satu-Fasa Setengah-Gelombang

sv

+

oi

R ovdv

si

T Lv

sv

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

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

Page 4: Konverter Thyristor (Kuliah ke 5) - Elektronika Daya ITB · tetapi juga parameter beban. ... Arus sekunder trafo mengandung komponen dc. ... 3/12/2010 16 Konverter Tiga-Fasa Jembatan

3/12/2010

4

Konverter Satu-Fasa Setengah Gelombang

sv

+

si

T

oi

R ov

Lv

dvFD

sv

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

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

Page 5: Konverter Thyristor (Kuliah ke 5) - Elektronika Daya ITB · tetapi juga parameter beban. ... Arus sekunder trafo mengandung komponen dc. ... 3/12/2010 16 Konverter Tiga-Fasa Jembatan

3/12/2010

5

Konverter Satu-Fasa Setengah-Gelombang

sv

+

oi

dv

si

T Lv

oVsv

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

Page 6: Konverter Thyristor (Kuliah ke 5) - Elektronika Daya ITB · tetapi juga parameter beban. ... Arus sekunder trafo mengandung komponen dc. ... 3/12/2010 16 Konverter Tiga-Fasa Jembatan

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

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

Page 7: Konverter Thyristor (Kuliah ke 5) - Elektronika Daya ITB · tetapi juga parameter beban. ... Arus sekunder trafo mengandung komponen dc. ... 3/12/2010 16 Konverter Tiga-Fasa Jembatan

3/12/2010

7

Konverter Thyristor Satu-Fasa

sv

+

si

1T 3T

2T 4T

ov oI

sv

ov

0

π2

si

α

π

oI

Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 13

Output Voltage

Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 14

Page 8: Konverter Thyristor (Kuliah ke 5) - Elektronika Daya ITB · tetapi juga parameter beban. ... Arus sekunder trafo mengandung komponen dc. ... 3/12/2010 16 Konverter Tiga-Fasa Jembatan

3/12/2010

8

Konverter Thyristor Satu-Fasasv

ov

0 π2

si

π

oI

4

πα =

1Tvtω

sv

ov

0π2

si

π

oI

2

πα =

tω1Tv

sv

ov

0 π2

si

π

oI

4

3πα =

1Tvtω

πα =

sv

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

Page 9: Konverter Thyristor (Kuliah ke 5) - Elektronika Daya ITB · tetapi juga parameter beban. ... Arus sekunder trafo mengandung komponen dc. ... 3/12/2010 16 Konverter Tiga-Fasa Jembatan

3/12/2010

9

Pengaruh Induktansi Sumber

si

1T 3T

2T 4T

ov oIsv

+sL

sv

ov

0 π2

si

π

oI

α µ

osso IfLVV 4cos22

−= απ

Pekik A. Dahono : Konverter

thyristor

17

Sudut Pemadaman

sv

ov

0 π2

si

π

oI

α µ

osso IfLVV 4cos22

−= απ

1Tv

sv

ov

0 π2

si

π

oIα µ

osso IfLVV 4cos22

−= απ

1Tv

γ

Pekik A. Dahono : Konverter

thyristor

18

Page 10: Konverter Thyristor (Kuliah ke 5) - Elektronika Daya ITB · tetapi juga parameter beban. ... Arus sekunder trafo mengandung komponen dc. ... 3/12/2010 16 Konverter Tiga-Fasa Jembatan

3/12/2010

10

Konduksi Tak Kontinyu

sv

+

si

oi

1T 3T

2T 4T

dL

ov oV

sv

ov

0 π π2

si

α

oioV

Pekik A. Dahono : Konverter

thyristor

19

Output voltage characteristic

Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 20

Page 11: Konverter Thyristor (Kuliah ke 5) - Elektronika Daya ITB · tetapi juga parameter beban. ... Arus sekunder trafo mengandung komponen dc. ... 3/12/2010 16 Konverter Tiga-Fasa Jembatan

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

Page 12: Konverter Thyristor (Kuliah ke 5) - Elektronika Daya ITB · tetapi juga parameter beban. ... Arus sekunder trafo mengandung komponen dc. ... 3/12/2010 16 Konverter Tiga-Fasa Jembatan

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

Page 13: Konverter Thyristor (Kuliah ke 5) - Elektronika Daya ITB · tetapi juga parameter beban. ... Arus sekunder trafo mengandung komponen dc. ... 3/12/2010 16 Konverter Tiga-Fasa Jembatan

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

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

Page 14: Konverter Thyristor (Kuliah ke 5) - Elektronika Daya ITB · tetapi juga parameter beban. ... Arus sekunder trafo mengandung komponen dc. ... 3/12/2010 16 Konverter Tiga-Fasa Jembatan

3/12/2010

14

Konverter Thyristor Tiga-Fasa Setengah-Gelombang

π0π2 tω

unv vnv wnvα

1Tv

1T 2T 3T

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

Page 15: Konverter Thyristor (Kuliah ke 5) - Elektronika Daya ITB · tetapi juga parameter beban. ... Arus sekunder trafo mengandung komponen dc. ... 3/12/2010 16 Konverter Tiga-Fasa Jembatan

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

Page 16: Konverter Thyristor (Kuliah ke 5) - Elektronika Daya ITB · tetapi juga parameter beban. ... Arus sekunder trafo mengandung komponen dc. ... 3/12/2010 16 Konverter Tiga-Fasa Jembatan

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

Page 17: Konverter Thyristor (Kuliah ke 5) - Elektronika Daya ITB · tetapi juga parameter beban. ... Arus sekunder trafo mengandung komponen dc. ... 3/12/2010 16 Konverter Tiga-Fasa Jembatan

3/12/2010

17

Input current

Pekik A. Dahono : Konverter

thyristor

33

Input current characteristic

Pekik A. Dahono : Konverter

thyristor

34

Page 18: Konverter Thyristor (Kuliah ke 5) - Elektronika Daya ITB · tetapi juga parameter beban. ... Arus sekunder trafo mengandung komponen dc. ... 3/12/2010 16 Konverter Tiga-Fasa Jembatan

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

Page 19: Konverter Thyristor (Kuliah ke 5) - Elektronika Daya ITB · tetapi juga parameter beban. ... Arus sekunder trafo mengandung komponen dc. ... 3/12/2010 16 Konverter Tiga-Fasa Jembatan

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)

π0π2 tω

unv vnv wnv

ui

dv

α

wi

Ri

π0π2 tω

unv

vnv wnv

ui

dv

α

wi

Ri

Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 38

Page 20: Konverter Thyristor (Kuliah ke 5) - Elektronika Daya ITB · tetapi juga parameter beban. ... Arus sekunder trafo mengandung komponen dc. ... 3/12/2010 16 Konverter Tiga-Fasa Jembatan

3/12/2010

20

Konverter Tiga-Fasa Jembatan Half-Controlled (B)

ui

wi

Ri

ui

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

Page 21: Konverter Thyristor (Kuliah ke 5) - Elektronika Daya ITB · tetapi juga parameter beban. ... Arus sekunder trafo mengandung komponen dc. ... 3/12/2010 16 Konverter Tiga-Fasa Jembatan

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

Page 22: Konverter Thyristor (Kuliah ke 5) - Elektronika Daya ITB · tetapi juga parameter beban. ... Arus sekunder trafo mengandung komponen dc. ... 3/12/2010 16 Konverter Tiga-Fasa Jembatan

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

Page 23: Konverter Thyristor (Kuliah ke 5) - Elektronika Daya ITB · tetapi juga parameter beban. ... Arus sekunder trafo mengandung komponen dc. ... 3/12/2010 16 Konverter Tiga-Fasa Jembatan

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

Page 24: Konverter Thyristor (Kuliah ke 5) - Elektronika Daya ITB · tetapi juga parameter beban. ... Arus sekunder trafo mengandung komponen dc. ... 3/12/2010 16 Konverter Tiga-Fasa Jembatan

3/12/2010

24

High-Current Rectifiers

Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 47

High-Current Rectifiers

Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 48

Page 25: Konverter Thyristor (Kuliah ke 5) - Elektronika Daya ITB · tetapi juga parameter beban. ... Arus sekunder trafo mengandung komponen dc. ... 3/12/2010 16 Konverter Tiga-Fasa Jembatan

3/12/2010

25

High-Current Rectifiers

Pekik A. Dahono : Konverter thyristor49

High-Current Rectifiers (PWM)

Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 50

Page 26: Konverter Thyristor (Kuliah ke 5) - Elektronika Daya ITB · tetapi juga parameter beban. ... Arus sekunder trafo mengandung komponen dc. ... 3/12/2010 16 Konverter Tiga-Fasa Jembatan

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

Page 27: Konverter Thyristor (Kuliah ke 5) - Elektronika Daya ITB · tetapi juga parameter beban. ... Arus sekunder trafo mengandung komponen dc. ... 3/12/2010 16 Konverter Tiga-Fasa Jembatan

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

Page 28: Konverter Thyristor (Kuliah ke 5) - Elektronika Daya ITB · tetapi juga parameter beban. ... Arus sekunder trafo mengandung komponen dc. ... 3/12/2010 16 Konverter Tiga-Fasa Jembatan

3/12/2010

28

HVDC Systems

Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 55

HVDC Operation

Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 56

Page 29: Konverter Thyristor (Kuliah ke 5) - Elektronika Daya ITB · tetapi juga parameter beban. ... Arus sekunder trafo mengandung komponen dc. ... 3/12/2010 16 Konverter Tiga-Fasa Jembatan

3/12/2010

29

HVDC Station

Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 57

AC and DC Comparison

Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 58

Page 30: Konverter Thyristor (Kuliah ke 5) - Elektronika Daya ITB · tetapi juga parameter beban. ... Arus sekunder trafo mengandung komponen dc. ... 3/12/2010 16 Konverter Tiga-Fasa Jembatan

3/12/2010

30

HVDC Technologies

Pekik A. Dahono : Konverter thyristor59

HVDC Applications

Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 60

Page 31: Konverter Thyristor (Kuliah ke 5) - Elektronika Daya ITB · tetapi juga parameter beban. ... Arus sekunder trafo mengandung komponen dc. ... 3/12/2010 16 Konverter Tiga-Fasa Jembatan

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

Page 32: Konverter Thyristor (Kuliah ke 5) - Elektronika Daya ITB · tetapi juga parameter beban. ... Arus sekunder trafo mengandung komponen dc. ... 3/12/2010 16 Konverter Tiga-Fasa Jembatan

3/12/2010

32

The End