147

BAB

10Dinamis Tegangan kompensator

Dinamis tegangan kompensator untuk drop tegangan dan lonjakanmerupakan cara sederhana dan lebih murah untuk mencapaikekuatan diterima kualitas daripada bertenaga baterai UPS.

Pendahuluan

Kegunaan peralatan sistem listrik konvensional telah lama dimanfaatkan transformer dengan otomatis di bawah beban pengubah tap untuk mengimbangi penyimpangandalam tegangan di atas dan di bawah tingkat referensi yang diinginkan. Sirkuit untuk transformator tap-changer ditunjukkan pada Gambar 10.1. Kontroler memilih tegangan dari kumparan sekunder dan menambah atau mengurangi dari tegangan sekunder melalui sebuah transformator seri untuk menghasilkan tegangan beban yang diinginkan pada X1 terminal [10,1]. Pengoperasian tap-changer mekanik terlalu lambat untuk mengkompensasi penyimpangan cepat dalam tegangan yang mempengaruhi tegangan-sensitif peralatan. Sebagai perbandingan, kompensator tegangan dinamis menggunakan perangkat daya-elektronik untuk beralih dan mengimbangi voltage sags dalam setengah siklus-waktu untuk memenuhi persyaratan kualitas daya komputer dan lainnya tegangan- sensitif peralatan.

Pengoperasian kompensator tegangan dinamis membutuhkan dua langkah.Pada langkah pertama, ketika sumber tegangan berada dalam sebuah posisi yang dapat diterima, kompensator memanfaatkan saklar by-pass untuk menghubungkan sumber langsung ke beban. Pada langkah kedua, ketika sags sumber tegangan luarditentukan batas, kompensator menyuntikkan tegangan koreksi memanfaatkan listrik dari sumber atau kapasitor internal. Kompensator ini lebih murah dan lebih efisien daripada baterai-tenaga UPS yang membutuhkan penyimpanan energi dalam baterai dan biasanya online terus untuk memasok beban. Ukuran, rating, dan biaya komponen kompensator tergantung pada tegangan dan durasi waktu maksimum penyimpangan untuk dikompensasi. Untuk sags turun ke nol tegangan berlangsung hingga 0,2 s,

148

Gambar 10.1 Transformer-jenis tapchanger untuk mengatur sekundertegangan [10,1].

Kompensator lebih kecil dan lebih murah daripada sebuah UPS. Namun, tidak dapat menangani penyimpangan tegangan lama dan pemadaman total yang baterai-tenaga UPS bisa.

Prinsip Operasi

Sebuah bentuk dasar kompensator dinamis ditunjukkan pada Gambar 10.2 [10.2]. Pada rangkaian Gambar 10.2, di bawah kondisi normal, beban diberikan melalui dua back-to-back thyristor bertindak sebagai saklar by-pass. Sementara itu, dioda penyearah tegangan Doubler mempertahankan dclink dimana kapasitor terisi penuh. Bila penyimpangan- tegangan---contoh, sag---terdeteksi, controller akan membuka saklar by-pass, akan menyalakan IGBT inverter, dan menginjeksikannya komponen sumber tegangan hilang menggunakan energi yang tersimpan dalam kapasitor dc-link.

Gambar 10,2 kompensator tegangan Dinamis. Fase tunggal. paralelpenyuntikan koreksi tegangan [10,2].[© 2005, IEEE, dicetak ulang dengan izin]

149

Ketika kompensator tegangan menggunakan transformator seri untuk menambahkan komponen tegangan ke sumber tegangan selama voltage-sag, kompensator tegangan dinamis dapat dibangun di salah satu dari dua bentuk [10,3]:

Sebagai converter shunt (penyearah) pada sisi garis transformator seri(seperti yang ditunjukkan pada Gambar 10.3A)

Sebagai converter shunt (penyearah) pada sisi beban dari transformator seri (seperti yang ditunjukkan pada Gambar 10.3b)

Dalam rangkaian Gambar 10-3a dan 10-3b, converter shunt adalah penyearah yang mempertahankan tegangan yang diperlukan pada kapasitor dc-bus. converter seri adalah inverter PWM yang menghasilkan kompensasi yang tegangan koreksi untuk tegangan sumber selama voltage-sag. Di sirkuit dari Gambar 10.3, dalam kondisi normal, beban diberikan melalui saluran-sisi kumparan dari transformator seri. Bagian atas IGBTs dalam converter seri diaktifkan "on" sehingga memendek-converter sisi berliku dari transformator seri dan mencerminkan impedansi rendah ke garis sisi berliku. Ketika penyimpangan tegangan terdeteksi,

Gambar 10.3A kompensator Dinamis tegangan. rangkaian penyuntikantegangan koreksi. Shunt converter (penyearah) padasisi sumber [10,3].[© 2005, IEEE, dicetak ulang dengan izin]

Gambar 10.3b kompensator Dinamis tegangan. rangkaian penyuntikantegangan koreksi. Shunt converter (penyearah) padasisi beban [10,3].[© 2005, IEEE, dicetak ulang dengan izin]

rangkaian konverter diaktifkan, ia menginjeksi komponen yang hilang darisumber tegangan gelombang. Di sirkuit yang ditampilkan pada Gambar 10-3b, energi berasal dari transformator shunt pada sisi beban, bukan dari link dc- kapasitor. Namun, arus semakin line untuk menjaga daya untuk konstanta beban. Akibatnya, durasi waktu kompensasi tidak tergantung pada energi yang tersimpan dalam kapasitor tapi di pendek waktu termal kemampuan komponen.

150

Gambar 10.4 menunjukkan hasil percobaan kompensasi tegangan dinamis untuk voltage sag fase tunggal dengan kedalaman 50 persen menggunakan rangkaian Gambar 10.3b [10,3]. Para tegangan sag berlangsung 110 ms. Gelombang VC adalah seri transformator tegangan, yang akan ditambahkan ke sumber tegangan VS untuk menghasilkan tegangan VL beban.

Gambar hasil 10.4 Eksperimental bawah sumber tegangan fase tunggalmerosot sebesar 50% untuk sumber tegangan 110 ms; tegangan beban VL; VC koreksitegangan; adalah sumber arus; VDC tegangan kapasitor [10,3].[Â © 2005, IEEE, dicetak ulang dengan izin]

Operasi pada kurva ITIC

Dengan kisaran yang relatif terbatas dari operasi, kompensator tegangan dinamis (tanpa penyimpanan energi) dapat melindungi beban bagi sebagian besar tegangan sags yang berada di luar wilayah "diterima" dari CBEMA atau ITIC kurva. Operasi dari sebuah kompensator tegangan komersial dinamis ditumpangkan pada kurva ITIC dan CBEMA pada Gambar 10.5 [10.4]. Scatter plot dari sags bawah kurva ITIC (garis putus-putus) jatuh ke wilayah yang dicakup oleh kompensator. Kompensator komersial memanfaatkan rangkaian paralel Gambar 10.2 untuk satu

151

fase operasi dan sirkuit rangkaian Gambar 10.3 untuk daya yang lebih tinggi tiga fase operasi hingga 500 kVA [10,4]. Kompensator tertentu dapat memberikan 100 persen peningkatan dari tegangan sumber untuk waktu sampai 0,2 s (12,4 siklus), dan 50 persen meningkatkan hingga 2 s (124 siklus). Kompensator ini memanfaatkan energi yg dipasok dari garis atau disimpan dalam dc-link kapasitor. Untuk dorongan 50-persen, kapasitor memerlukan 60 detik untuk mengisi ulang sebelum kompensator dapat menangani andongan lain durasi waktu hingga 2 s.

Waktu yang lebih lama dari operasi daripada yang ditunjukkan pada Gambar 10,5 memerlukan penyimpanan energi-misalnya, baterai-di link dc. Pada merosot beberapa durasi waktu, baterai bertenaga UPS memberikan solusi yang lebih baik untuk masalah daya berkualitas. UPS dapat menangani keduanya waktu yang singkat dan diperpanjang waktu pemadaman. Suatu perbandingan dari kompensator tegangan dinamis dan UPS diberikan dalam referensi [10,5], dan juga ditampilkan dalam tabel Gambar 10,6 [10,4].

Gambar 10,5 scatter plot peristiwa PQ di satu lokasi industri lebih dari 2,3 tahun, dilapis dengan yang CBEMA kurva (garis tipis padat), kurva ITIC (garis putus-putus), dan fase tunggal kompensator (DySC) perlindungan rezim (garis tebal) [10,4].[© 2001, IEEE, dicetak ulang dengan izin]

152

Gambar 10,6 10,1 Tabel kemampuan perlindungan untuk berbagai jenis peralatan listrik pendingin untuk persentase peristiwa umum kualitas daya [10,4].[© 2001, IEEE, dicetak ulang dengan izin]

Deteksi gangguan dan kontrol

Rangkaian kontrol untuk kompensator tegangan dinamis melakukan setelah tiga fungsi: Mendeteksi gangguan tegangan. Menentukan apakah itu melebihi batas yang ditentukan

sehingga kompensasi dari tegangan sumber diperlukan. Membuka saklar by-pass antara sumber dan beban. Memulai operasi dari konverter yang memasok bagian yang hilang bentuk gelombang

tegangan sumber.

Beberapa sirkuit kontrol telah dijelaskan dalam literatur untuk dinamis tegangan kompensator. Diagram blok dari satu sirkuit kontrol ditunjukkan pada Gambar 10,7 [10,3]. Blok khas lain yang diterbitkan mengontrol sirkuit untuk melakukan fungsi yang telah dijelaskan sebelumnya. Dalam Gambar 10,7, tiga-fase garis vs tegangan berubah menjadi dua komponen: langsung sumbu tegangan vd dan quadrature-axis tegangan vq.

Gambar 10.7 Diagram Blok dari rangkaian kontrol untuk tegangan dinamis dengan kompensatorsuntikan serangkaian koreksi [10,3].[© 2005, IEEE, dicetak ulang dengan izin]Pada tegangan garis seimbang, vd 1 dan vq nol. Loop fasa-terkunci rangkaian PLL mendeteksi vs tegangan, beroperasi di sinkronisme dengan Tegangan listrik, dan menghitung sudut fase kita, yang digunakan dalam transformasi vs Tegangan vd dan vq dibandingkan dengan tegangan referensi vd* dan vq* Untuk menghasilkan kesalahan tegangan vd dan vq, yang mewakili penyimpangan dari

153

tegangan sumber dari gelombang direferensikan dan amplitudo. Rangkaian voltage sag deteksi merespon nilai vd yang melebihi sebuah nilai â diatur € "misalnya, 2 persen. Rangkaian membuka by-pass switch (Gerbang Kunci) dan feed gerbang sinyal ke converter kompensasi. Kesalahan tegangan vd dan vq menjalani transformasi dq invers untuk menghasilkan satu set tiga fase tegangan deviasi (v, yang menjadi tiga fase tegangan referensi vc* Untuk konverter yang menyediakan komponen-komponen tegangan kompensasi.

Peralatan komersial

Contoh dari peralatan komersial ditunjukkan pada Gambar 10,8 [10,6]. Itu kompensator tegangan berkisar dari 250-fase VAsingle ke 333 kVA 3 fasa. Kompensator tegangan tiga fase dinamis dinilai 480 V, 400 A, 333 kVA. Unit tertentu dapat mengkompensasi berikut sags untuk durasi waktu:

Tunggal garis nol tegangan sisa, 2 s Dua fase, sampai 30 persen tegangan sisa, 2 s

Gambar 10,8 kompensator Komersial tegangan dinamis, 250 VA ke 333 kVA [10,6].[Courtesy Teknologi softswitching]

Tiga fase, untuk tegangan 50 persen yang tersisa, 2 s Tiga fase, dengan nol tegangan sisa, 3 siklus standar, 12 siklus dengan ketentuan pemadaman

diperpanjang

RingkasanKompensator tegangan dinamis biasanya mengoreksi sags Tegangan listrik turun ke nol persen yang tersisa untuk waktu dari 12 siklus, dan 50 persen tersisa sampai 2 s. Kompensator tidak

154

memerlukan disimpan energi, seperti baterai. Oleh karena itu, kompensator adalah lebih murah peralatan dari bertenaga baterai UPS. Namun, kompensator tidak dapat memasok listrik ke beban kritis untuk pemadaman lebih dari 2, sementara baterai bertenaga UPS hanya terbatas dalam waktu oleh ampere-jamkapasitas baterainya.

Referensi

[10.1] D. G. Fink and H. W. Beaty, Standard Handbook for Electrical Engineers, 14th edition,McGraw-Hill, 2000, Figure 10.28.

[10.2] S. M. Silva, S. E. da Silveira, A. de Souza Reis, and B. J. Cardosa Filho, “Analysis of a Dynamic Voltage Compensator with Reduced Switch-Count and Absence of Energy Storage Systems,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 41, no. 5, September 10, 2005, pp. 1255–1262.

[10.3] T. Jimichi, H. Fujita, and H. Akagi, “Design and Experimentation of a Dynamic Voltage Restorer Capable of Significantly Reducing an Energy-Storage Element,” Conference Record, 2005 40th IAS Annual Meeting, pp. 896–903.

[10.4] W. E. Brunsickle, R. S. Schneider, G. A. Luckjiff, D. M. Divan, and M. F. McGranaghan, “Dynamic Sag Correctors: Cost-Effective Industrial Power Line Conditioning,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 37, no. 1, January/February 2001, pp. 212–217.

[10.5] A. Kusko and N. Medora, “Economic and Technical Comparison of Dynamic Voltage Compensators with Uninterruptible Power Supplies,” Power Quality Conference, October 24–26, 2006.

[10.6] SoftSwitching, “Technical Bulletin,” Middleton, WI.

155

BAB

11Kualitas Daya

Bab sebelumnya telah dijelaskan kekurangan daya berkualitas seperti baris-tegangan sags, gangguan tegangan, dan efek arus harmonik, serta solusi untuk inikondisi. Dalam bab ini, kami akan menjelaskan sensitivitas dan reaksi peralatan mengalami kekurangan tersebut. Peralatan dipengaruhi oleh kekurangan kualitas daya dan dijelaskan dalam bab ini meliputi:

Personal computer Controller AC dan DC kontaktor(Motor listrik peralatan drive dibahas pada Bab 12.)

Pendahuluan

Tujuan untuk menganalisis sistem listrik dan respon peralatan penting untuk daya kualitas kekurangan adalah untuk meminimalkan misoperation yang setiap potongan peralatan dan sistem di mana itu adalah berada. Berikut dua metode komprehensif analisis dapat digunakan.

Metode 1 C. P. Gupta et al. dijelaskan metode teoritis menggabungkan berikut langkah [11,1]:

1. Siapkan model jaringan dari sistem listrik, termasuk pelindung peralatan dan sambungan dari peralatan beban kritis.

2. Terapkan gangguan pada saluran jaringan dan bus sesuai dengan data rata-rata gangguan industri.

156

3. Bandingkan tegangan yang dihasilkan pada koneksi ke peralatan dengan yang nameplate peralatan.

4. Hitung jumlah dan durasi gangguan per tahun setiap peralatan kritis.5. Buat keputusan tentang langkah-langkah koreksi.

Metode 2

1. Meninjau semua beban kritis pada fasilitas, mulai dari komputer personal untuk menyelesaikan proses industri atau sistem pengolahan data.

2. Memperkirakan biaya gangguan untuk setiap peralatan.3. Melakukan tindakan pencegahan dan koreksi gangguan pada biaya yang sebanding.

Dalam dunia nyata, desain sistem listrik untuk memasok beban kritis didasarkan pada banyak faktor: ketersediaan yang diperlukan, biaya, ruang, catatan pelayanan utilitas, dan lainnya. Batas dalam desain sistem terjadi ketika kompleksitas ukuran koreksi diprediksi menimpa keandalan dan ketersediaan sistem.

Personal Komputer

Sebuah komputer personal (PC) adalah perangkat komputasi untuk keperluan umum yang dirancang untuk dioperasikan oleh satu orang pada suatu waktu. PC dapat mengerahkan kontrol realtime dari perangkat eksternal, beroperasi kontrol komunikasi online, atau menjadi bagian dari proses pengendalian aplikasi. Kerusakan dari PC dimasukkan dalam sistem real-time karena gangguan tegangan menghasilkan konsekuensi lebih besar dari kerusakan PC yang digunakan offline [11,2].

Ukuran pertama yang sesuai dengan kemampuan PC untuk gangguan baris-tegangan itu kurva CBEMA ditunjukkan pada Gambar 11.1, dari IEEE Std 446-1987 [11,3 dan 11,4]. Kurva mendefinisikan tingkat toleransi " pengolahan data otomatis "peralatan untuk voltage sags, swells, and short interruptions. Kurva telah di-update pada tahun 1995 dengan kurva ITIC untuk "Teknologi informasi peralatan" untuk 120-V/60-Hz fase tunggal layanan. Kurva serupa, SEMI F47, diusulkan untuk " pengolahan semi-konduktor " peralatan. Tiga kurva ditunjukkan pada Gambar 11,2 [11,2].

Contoh dari gangguan tegangan yang diukur pada situs pelanggan adalah ditunjukkan pada Gambar 11,3 [11,5]. Di sini, perhatikan kerusakan pada PC dari lonjakan tegangan. PC dapat menahan lonjakan hingga 3 kV.

157

Gambar 11.1 Kurva Awal CBEMA. Komputer voltage tolerance envelope. Sumber, IEEE Std 446-1987 [11,3].[© 1987, IEEE, dicetak ulang dengan izin]

Karakteristik Kualitas Daya

Komputer personal selain menghasilkan gangguan terhadap power sistem juga dipengaruhi oleh gangguan tegangan dari sistem. Setiap PC menggabungkan switch-mode power supply untuk mengubah sumber daya AC ke tegangan DC tingkat rendah untuk sirkuit internal. Semakin tua PC digunakan masukan diode-bridge dengan filter kapasitor DC. PC yang lebih baru dirancang dengan rangkaian input PWM yang membentuk baris saat ini ke bentuk gelombang sinusoidal dalam fase dengan tegangan-garis yang disebutkesatuan faktor daya operasi.

Bentuk gelombang dari baris saat ini dari PC yang lebih tua yang ditunjukkan pada Gambar 11.4 [11,6]. Harmonik yang dominan adalah yang ketiga. Ketika sekelompok PC tua dipasok dari fase tiga, panel daya 120/208-V, harmonik arus ketiga kembali dari panel untuk sumber pada konduktor netral. Akibatnya, fasilitas harus memperbesar penampang kabel atau "ganda" netral. Unity power faktor pada PC baru mengurangi persyaratan.

158

Gambar 11.2 Power acceptability curves for computers. Perbandingan kurva CBEMA ITIC dan SEMI F47 [11.2].[© 2005, IEEE, dicetak ulang dengan ijin]

Gambar 11.3 Avoltage disturbance profile pada commercial customer site.Surjah dan sags selama 2074 jam [11.5].[© 1998, IEEE, dicetak ulang dengan ijin]

159

Gambar 11.4 Total arus fasa pada jaringan komputer-komputerpersonal [11.6].[© 1997, IEEE, dicetak ulang dengan ijin]

Komputer personal yang dirancang untuk menahan line-voltage sag dan lonjakan sesuai dengan kurva CBEMA Gambar 11,1 atau lebih baik. Hasil tes sensitivitas yang sebenarnya akan diberikan

160

kemudian dalam bab ini. Respon dari PC yang lebih tua untuk gangguan empat siklus tegangan listrik ditunjukkan pada Gambar 11,5 [11,5]. Lonjakan arus untuk mengisi ulang filter kapasitor sewaktu pemulihan tegangan adalah sekitar 300 persen dari normal saat ini.

Mode kerusakan

Modus kerusakan komputer personal di bawah voltage sag terjadi pada tegangan filter kapasitor DC dari power supply menurun terhadap waktu. Berikutnya adalah kerusakan software yang termasuk berikut [11,2]:

Lockup, gangguan, atau kurangnya dari operasi pembacaan/penulisan (layar biru)

Memblokir sistem operasi, kurangnya respon terhadap perintah apapun dari keyboard (layar beku)

Kerusakan hardware diidentifikasi dengan otomatis restart/reboot, atau layar hitam permanen, sehingga restart-manual diperlukan.

Sensitivitas terhadap voltage-sags dan gangguan

Tes voltage-sag pada komputer personal menunjukkan bahwa kesensitivan terhadap tegangan gangguan berikut kurva persegi panjang, seperti yang ditunjukkan pada

Gambar 11.5 Gelombang tegangan dan arus pada pemakaian komputer dan following a momentary outage [11.5].[© 1998, IEEE, dicetak ulang dengan ijin]

161

Gambar 11.6 Kurva rectangular toleransi tegangan-waktu dariSebuah computer personal [11.2].[© 2005, IEEE, reprinted with permission]

Gambar 11,6 [11,2]. Tergantung pada PC, tegangan VTR berkisar antara terendah 30 sampai 40 persen hingga yang tertinggi 80 sampai 90 persen. Hasil tes untuk PC tertentu yang ditunjukkan pada Gambar 11,7 sebagai fungsi dari kerusakan PC tersebut. Untuk restart / reboot, gangguan ini bisa berlangsung 380 ms, atau 23 siklus. Voltage sag yang lebih panjang dapat memperpanjang hingga ke 20 persen dari tegangan dinilai [11,2].

Pengujian efek dari gangguan listrik yang khas digunakan pada uji sistem PC LAN yang ditunjukkan pada Gambar 11,8 [11,5]. Sinyal gangguan diawali saat memasok LAN. Tanggapan dari PC ditunjukkan pada Gambar 11,9 [11,5].

Gambar 11.7 Kurva toleransi tegangan-waktu untuk computer personalsebagai mode fungsi kesalahan [11.2].[© 2005, IEEE, dicetak ulang dengan ijin]

162

Tindakan Koreksi

Untuk terus beroperasi dari komputer personal atau sistem sensitif lainnyaketika interupsi tegangan fasa terakhir sekitar 0,5 s atau lebih, satu-satunya solusi adalah UPS [11,4].

Kontroler. Sebuah kontroler didefinisikan sebagai perangkat atau sekelompok perangkat yang berfungsi untuk mengatur, dalam beberapa cara yang telah ditetapkan, daya listrik disampaikan kepada aparat yang terhubung [11,7]. Kontroler dapat beroperasi di sistem hidrolik, mekanik, dan lainnya, serta listrik. Dalam semua kasus, kontroler biasanya menerima daya operasi, dan informasi, dengan hubungan listrik pasokan. Contoh kontroler adalah speed regulator sistem motor-drive, pengendali suhu dari tungku industri, dan regulator tegangan yang terkontrol penyearah. Sebuah diagram blok pengontrol proses ditunjukkan pada

Gambar 11.9 Tabel 1. Keseluruhan hasil tes pada tes sistem LAN [11.5].[© 1998, IEEE, dicetak ulang dengan ijin]

163

Gambar 11.10 Blok diagram fungsional dari kontroler [11.8].

Input untuk kontroler. Inputan ke pengontrol termasuk peralatan seperti berikut:

Manual: switch, tombol push

Sensor dan Referensi: tegangan, posisi, kecepatan, suhu

Data Link: informasi, perintah

AC Voltage: operasi daya, frekuensi, dan fase informasi

Output dari kontroler. Output yang mengoperasikan dan power control device, meliputi:

Kontaktor, motor, tungku, lift

Daya semikonduktor, thyristor, GTOs, MOSFET

Desain. Kontroler ini dirancang untuk menyediakan fungsi output dalam respon terhadap sinyal input. Desain dapat didasarkan pada satu atau lebih dari:

Relay Logic: Menggunakan relay AC atau DC untuk menjalankan on-off operasi Logic Semiconductor Digital: Menggunakan paket-paket individual atau PLC, seperti yang

ditunjukkan pada Gambar 11.11 [11,9] Digital Komputer: komputer personal atau lebih besar, diprogram untuk fungsi kontroler

Dalam semua kasus, daya operasi berasal dari jalur suplai listrik. Untuk kontroler yang memberikan sinyal gating untuk daya semikonduktor, menyediakan jalur suplai tegangan, frekuensi, dan fase informasi.

Gangguan-gangguan. Ketika line-voltage sag terjadi, kontroler akan gagal jika prosentase sag melebihi kepekaan relay atau sirkuit logika yang dipasok dari internal switch-mode power supply. Sensitivitas relay yang dibahas di bagian "AC kontaktor dan relay" nanti dalam bab ini. Sensitivitas dari switch-mode power supply dan sirkuit logika sesuai dengan informasi dalam Bagian "Personal Komputer ".

164

Gambar 11.11 Controller utilizing digital components [11.9].[© 2005, IEEE, dicetak ulang dengan ijin]

Dimana kontroler membutuhkan informasi fasa dari jalur supply, seperti untuk sinyal basis drive dalam Gambar 11.12, kontroler mungkin akan lebih sensitif terhadap voltage-sags dari komputer personal.

Tindakan Koreksi

Untuk menjaga operasi pengendali dalam menghadapi line-tegangan sags dan interupsi, peralatan berikut dapat digunakan:

Konstan-Voltage Transformers (Riwayat Hidup): Digunakan untuk mengoreksi sags turun sampai 30 persen dari tegangan line rata-rata untuk satu siklus, dan turun ke 70 persen terus menerus untuk beban penuh, seperti yang dijelaskan dalam Bab 8.

UPS: Untuk semua kondisi kecuali line-voltage fasa informasi. Asumsikan bahwa beban dikendalikan beroperasi dari supply untuk UPS sehingga informasi fasa dari UPS tidak ada gunanya selama dalam dan sags panjang atau interupsi.

Fase-Locked Loop: Digunakan dalam kontroler untuk memberikan informasi fasa

165

Gambar 11.12 Three-phase power factor correction boost converter. Line filter. Controller supplies base drive [11.9].[© 2005, IEEE, dicetak ulang dengan ijin]

AC kontaktor dan relay

Kontaktor adalah perangkat elektromagnetik di mana arus dalam operasi kumparan menyebabkan armatur bergerak melawan gaya pegas sehingga untuk menutup atau membuka kontak listrik. Kontaktor digunakan secara luas, sebagai motor starter, untuk mengontrol tanur listrik dan pemanas, dan dimanapun sirkuit listrik harus dioperasikan dari sinyal kontrol daya listrik rendah. Estafet adalah versi elektromagnetik yang lebih kecil dari kontaktor. Sebuah aplikasi umum ditunjukkan dalam diagram pada Gambar 11.13, di mana Darurat Off Relay EMO digerakkan oleh tombol tekan "On", dan EMO Kontak Relay memberi energi pada kumparan kontaktor utama [11,10].

Kontaktor dan relay yang dibangun untuk operasi AC atau DC dalam berbagai kumparan tegangan dan level kontak. Dalam beberapa kasus, seperti di motor "soft" starter, fungsi kontaktor telah beralih akibat kekuatan-elektronik perangkat seperti GTOs. Demikian juga, fungsi kontrol relay telah beralih karena PLC menggunakan logika digital. Apakah elektromagnetik atau solidstate, perangkat dipengaruhi oleh line-voltage sags dan interupsi. Dalam sebuah penelitian terhadap 33 "alat" yang digunakan dalam industri manufaktur semikonduktor, rangkaian yang ditunjukkan pada Gambar 11.13 untuk motor kontrol adalah yang paling rentan gagal dari kegagalan voltage-sag, 33 persen untuk relay, 14 persen untuk kontaktor [11.10]

Operasi

Kontaktor atau relay “gagal” ketika posisi antara armature dan kontak tidak terhubung dengan sinyal yang diterima oleh sistem control.

166

Gambar 11,13 contoh umum rangkaian kontaktor kontrol utama. Tombol OFF Darurat [11,10].

Sebagai contoh, pada Gambar 11.13, tombol "on" dan EMO Relay Kontak 2 "memerintah" Relay EMO dan Kontaktor Utama untuk menutup kontak, untuk memulai dan menjaga daya ke motor. Sebuah drop tegangan atau gangguan di line dapat menyebabkan salah satu atau kedua relay dan kontaktor untuk "putus," membuka kontak mereka, dan mematikan motor. Kontaktor atau relay telah "gagal" dari gangguan tegangan.

Rangkaian magnet elementer untuk kontaktor atau relay ditunjukkanpada Gambar 11.14 [11,13]. Perangkat ini relay DC, diaktifkan oleh kumparan DCsaat ini. Arus menghasilkan medan magnetik Bm pada celah udara. ituberlaku di armatur sebanding Bm2. Pada saat kumparan diberikan arus,

Gambar 11.14 Diagram Dasar untuk relay elektromagnetik atau kontaktor [11,13].

167

Gambar 11,15 Magnetik udara-celah kerapatan fluks. Hubungan gaya sesaat dan rata-rata untuk perangkat elektromagnetik AC [11,11].

kekuatan mengatasi gaya pegas, menutup armature dan membuatnya tetap tertutup. Tergantung pada desain perangkat, kontak diaktifkan oleh armature baik terbuka atau tertutup ketika armature ditutup. Jika sumber tegangan mensuplai kendur kumparan arus atau terganggu, tergantung pada durasi waktu, pegas dapat menarik armature yang cukup terbuka untuk membalikkan posisi kontak, dan dengan demikian perangkat telah gagal dalam fungsinya.

Bila perangkat, relay, kontaktor atau diaktifkan dari sumber AC, seperti yang ditunjukkan oleh transformator pada Gambar 11.13, arus kumparan adalah bolak-balik. Medan magnet Bm adalah bolak-balik, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 11.15 [11,11]. Kekuatan, proporsional adalah searah, mencapai puncak dua kali per siklus. Efeknya adalah getaran dan kebisingan dalam perangkat. Solusinya adalah "bayangan kumparan" yang merupakan kumparan satu-putaran tertutup ditempatkan di bagian perangkat, kutub seperti yang ditunjukkan pada Gambar 11.16 [11,11]. Medan magnet melalui kumparan bayangan tertunda setiap setengah siklus dari medan magnet di seluruh bagian kutub. Konsekuensinya adalah pola kekuatan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 11.17. Gaya total hampir terus-menerus dengan nilai rata-rata, seperti dalam sebuah magnet DC [11,11].

Gambar 11,16 kumparan bayangan muka kutub perangkat elektromagnetik AC [11,11].

168

Gambar 11,17 gaya sesaat dan rata-rata terhadap waktu untuk sebuah perangkat elektromagnetik AC dengan koil bayangan [11,11].

Dampak Gangguan Tegangan

Perangkat, relay, kontaktor atau dapat dikenakan tegangan drop, untuk gangguan tegangan, atau keduanya. Respon teoritis untuk gangguan ditunjukkan pada Gambar 11.18 [11,12]. Perangkat akan berfungsi secara normal untuk tegangan ke Vu. Untuk tegangan turun ke nol, pada interupsi, perangkat tidak akan gagal (drop out) untuk durasi waktu Tu. Pada tegangan yang kurang dari Vu dan waktu durasi lebih besar dari Tu, perangkat akan gagal. Kurva pada Gambar 11.18 berlaku untuk relay DC atau kontaktor.

Respon dari relay kontaktor AC atau tergantung pada titik dalam bentuk gelombang tegangan di mana gangguan tegangan terjadi. Bentuk gelombang pada Gambar 11,19 menunjukkan tegangan drop sampai 30 persen terjadi pada titik 90 dalam gelombang tegangan. Karena kumparan relay adalah induktif, arus kumparan adalah mendekati nol ketika tegangan maksimum di 90, dan gaya magnet adalah minimum.

Gambar 11,18 Rectangular tegangan-waktu kurva toleransi untuk kerusakan pada perangkat elektromagnetik AC [11,12]. [© 2004, IEEE, dicetak ulang dengan izin].

169

Gambar 11,19 Jalur drop tegangan pada titik 90 ° pada bentuk gelombang dari tegangan yang diberikan ke perangkat elektromagnetik AC [11,12] [© 2004, IEEE, dicetak ulang dengan izin].

Toleransi kurva tegangan generik untuk relay dan kontaktor AC ditunjukkan pada Gambar 11,20 [11,12]. Nilai eksperimen ditentukan adalah: S1 (90) 5A € "10 ms, S1 (0) 80A €" 120 ms, VS (0) 38A € "75% dari tegangan nominal, VS (90) 35a €" 60% dari nominal tegangan. Jelas, perangkat ini lebih toleran terhadap drop tegangan atau gangguan yang dimulai pada titik 0 pada gelombang tegangan dari titik 90, untuk alasan yang dinyatakan sebelumnya.

Metode Koreksi

Beberapa metode yang tersedia untuk mengurangi dampak drop tegangan dan gangguan pada relay dan kontaktor. Setiap metode memiliki kelebihan dan kekurangan, sebagai berikut:

Gambar 11,20 kurva toleransi Generik tegangan-kali untuk perangkat elektromagnetik AC sebagai fungsi dari titik dari gelombang drop tegangan di mana terjadi [11,12]. [© 2004, IEEE, dicetak ulang dengan izin]

tegangan Konstantransformator (CV = Constant Voltage) dapat digunakan untuk memasok sirkuit kontrol dalam peralatan spesifik-misalnya, Gambar transformator 11,13. CV akan

170

memberikan tegangan yang tepat untuk drop tegangan turun ke 30-70 persen dari tegangan nominal, tergantung pada pemuatan. Namun, kontaktor AC membutuhkan arus masuk sekitar enam kali saat operasi untuk menutup. CV adalah beban arus yang terbatas, itu akan memerlukan kebesaran rated CV untuk memasok AC kontaktor, tetapi tidak relay kontrol yang lebih kecil.

perangkat penyimpanan Energi menggabungkan kapasitor atau baterai dapat digunakan untuk menahan relay atau kontaktor ketika drop tegangan suplai atau terganggu. Namun, fungsi membuka perangkat tertunda, yang mungkin mengganggu kerjanya. Sebagai contoh, sebuah kontaktor motor harus perjalanan dengan cepat untuk gangguan di motor.

DC kontaktor dan relay dapat disuplai dari penyearah dalam sirkuit AC. Kumparan dapat didorong dengan kapasitor untuk memberikan menahan sebentar saat saat sumber tegangan drop atau terganggu. Seperti pada item yang sebelumnya terdaftar, keterlambatan fungsi pembukaan mungkin mengganggu kinerjanya.

Ringkasan

Kepekaan dari komputer pribadi, controller, kontaktor AC dan relay kekurangan daya berkualitas, bersama dengan metode koreksi, yang dibahas dalam bab ini. Analisis yang sama akan diterapkan pada motor induksi dan drive kecepatan disesuaikan (ASDs) dalam bab berikutnya sebagai contoh dari peralatan listrik di industri.

Referensi

[11.1] C. P. Gupta and J. V. Milanovic, “Probabilistic Assessment of Equipment Tripsdue to Voltage Sags,” IEEE Trans. on Power Delivery, vol. 21, no. 2, April 2006,pp. 711–718.[11.2] S. Z. Djokic, J. Desmet, G. Vaneme, J. V. Milanovic, and K. Stockman, “Sensitivityof Personal Computers to Voltage Sags and Short Interruptions,” IEEE Trans. onPower Del., vol. 20, no.1, January 2005, pp. 375–383.[11.3] IEEE Std 446-1987, “IEEE Recommended Practice for Emergency and StandbyPower Systems for Industrial and Commercial Applications,” (IEEE Orange Book).[11.4] IEEE Std 1250-1995, “IEEE Guide for Service to Equipment Sensitive toMomentary Voltage Disturbances,” Art 5.1.1, Computers.[11.5] M. E. Barab, J. Maclage, A. W. Kelley, and K. Craven, “Effects of PowerDisturbances on Computer Systems,” IEEE Trans. on Power Del., vol. 14, no. 4,October 1998, pp. 1309–1315.[11.6] D. O. Koval and C. Carter, “Power Quality Characteristics of Computer Loads,”IEEE Trans on Ind. Appl., vol. 33, no. 3, May/June 1997, pp. 613–621.[11.7] IEEE 100, The Authoritative Dictionary of IEEE Standard Terms, seventh edition,2000, p. 234.[11.8] J. G. Truxal, Control Engineers’ Handbook, first edition, McGraw-Hill, New York,1958, pp. 3–10.

[11.9] l. Mihalache, “A High-Performance DSP Controller for Three-Phase PWMRectifiers with Low Input Current THD under Unbalanced and Distorted InputVoltage,” Conference Record of the 2005 IEEE Industry Application Conference40th IAS Annual Meeting, pp. 138–144.[11.10] M. Stephens, D. Johnson, J. Soward, and J. Ammenheuser, “Guide for the Design

171

of Semiconductor Equipment to Meet Voltage Sag Immunity Standards,”Technology Transfer #9906376OB-TR, International SEMATECH, December 31,1999.[11.11] H. C. Rotors, Electromagnetic Devices, John Wiley, New York, 1941.[11.12] S. Z. Djokic, J. V. Milanovic, and D. S. Kischen, “Sensitivity of AC Coil Contactorsto Voltage Sags, Short Interruptions, and Undervoltage Transients,” IEEE Trans.on Power Delivery, vol. 19, no. 3, July 2004, pp. 1299–1307.[11.13] A. E. Fitzgerald, C. Kingsley, Jr., and A. Kusko, Electric Machinery, 3rd edition,McGraw-Hill, 1971.

172

BAB

12Peralatan Pengendali Motor Listrik

Dalam bab ini kita membahas masalah yang berkaitan dengan penggunaan peralatan motor listrik, khususnya peralatan, operasi dan perlindungan untuk motor induksi.

Motor Listrik

Setiap fasilitas industri, komersial, atau perumahan menggunakan motor listrik, mulai dari motor tenaga kuda fraksional untuk kipas pendingin ke ribuan tenaga kuda dalam sebuah motor untuk ekstruder plastik. Kekuatan untuk motor-motor adalah baik dipasok dari hubungan listrik atau dari inverter powerelectronic di drive kecepatan yang disesuaikan (ASD) sistem. Mereka semua rentan terhadap masalah kualitas-misalnya, baris-tegangan gangguan. Dalam bab ini, kita akan mengatasi kerentanan dari kedua motor induksi dan ASDs, serta metode untuk mengurangi kerentanan mereka terhadap masalah ini.

Motor Induksi

Motor induksi menyediakan tenaga mekanik untuk berbagai beban domestik, komersial, dan industri, mulai dari lemari pendingin untuk peralatan mesin. Motor ini beroperasi dari tunggal dan sumber daya, tiga fasa dikendalikan oleh starter, dan biasanya dilindungi oleh sekering dan perangkat termal kelebihan beban, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 12,1 [12,2]. Motor beroperasi pada dasarnya pada kecepatan konstan kecuali didukung oleh inverter di ASDs. Dengan demikian, motor induksi tergantung dari semua tegangan dips, interupsi, ketidakseimbangan, dan harmonik yang menjadi ciri kualitas daya yang buruk. Untuk informasi tentang motor induksi, lihat [12,4].

173

Gambar 12,1 Dasar sirkuit kontrol motor induksi. Starter kontaktor C, overloads Thermal OL. Sirkuit pemutus CB [12,2].[© 2002, IEEE, dicetak ulang dengan izin]

Operasi

Reaksi dari motor induksi untuk gangguan diatur oleh faktor-faktor berikut [12,2, 12,3]: gangguan adalah drop tegangan, biasanya sampai 70 persen tegangan rating sampai 10 siklus,

atau gangguan hingga 1 menit. Gangguan itu baik mempengaruhi seluruh tiga fasa, atau satu atau dua fasa, sehingga tegangan

tidak seimbang. Motor itu beroperasi baik tanpa beban atau beban sampai beban inersia penuh. Motor terputus dari baris dengan gangguan itu, adalah menghubungkan kembali (restart), atau

tetap terhubung. Motor terbatas pada jumlah restart [12,4].

Bahaya

Setelah motor induksi yang dibebani dengan suatu drop atau gangguan total tegangan, bahaya meliputi:1. Motornya berhenti baik karena kontaktor telah putus, atau karena arus motor yang meniup

sekering, karena mencoba untuk memulihkan mempercepat atau restart, saat daya dikembalikan. Bahaya tergantung pada inersia dan fungsi dari beban bahwa motor sedang berkerja.

2. Motor merusak diri dari torsi poros tinggi saat ini atau negatif stator ketika mencoba untuk memulihkan kecepatan (terutama di bawah beban inersia tinggi) setelah drop pendek waktu atau gangguan tegangan [12,3].

174

Fenomena

Dalam operasi normal dari motor induksi, yang berputar celah udara link medan magnet kedua gulungan stator dan gulungan rotor (tupai-kandang bar). Ketika drop tegangan stator atau terganggu, terjadi dua fenomena: rotor melambat (tergantung pada beban inersia) dan udaracelah penurunan medan magnet dalam amplitudo tetapi didukung oleh arus rotor.

Ketika tegangan stator dipulihkan, tergantung pada waktu pemadaman, medan stator diproduksi magnetik dan rotor menurun udara-gap lapangan dapat keluar dari fase. Hasilnya adalah hampir dua kali lipat tegangan yang bekerja pada reaktansi bocor, menghasilkan transien stator besar torsi poros saat ini dan negatif. Para osilogram untuk motor 10-hp dengan beban inersia 4,28 per unit (pu) dari inersia rotor dan gangguan siklus 7,3 ditunjukkan pada Gambar 12,2 [12,3]. Arus puncak adalah 1,67 pu.

Gambar 12,2 tegangan Motor, Arus, torsi, poros poros kecepatan terhadap waktu untuk 7,3 gangguan tegangan siklus untuk 10-hp motor. [12.3]. [© 2006, IEEE, dicetak ulang dengan izin]

175

Gambar 12.3 7.5-hp motor induksi. Saat ini selama drop tegangan sampai 30 persen dari 5,5 siklus dan setelah tegangan dipulihkan [12,2]. [© 2002, IEEE, dicetak ulang dengan izin]

arus awal; torsi puncak adalah negatif 1,71 pu dari torsi awal.

Dampak pada motor induksi line-tegangan drop juga sama gangguan dari durasi waktu yang sama di mana tegangan motor dipulihkan. Gambar 12.3 menunjukkan arus stator dari motor induksi 7,5 hp dibebani dengan suatu drop tegangan sampai 30 persen selama 5,5 siklus. Motor dimuat hanya dengan inersia dari sebuah rem eddy-saat ini. Arus pada pemulihan pada akhir drop tegangan adalah sekitar 4,5 kali nilai arus, dari urutan baris mulai saat ini [12,2].

Perlindungan

Langkah-langkah yang tersedia untuk melindungi motor induksi dan beban dari efek drop tegangan dan gangguan. Mereka meliputi:

1. Drop out dari kontaktor motor mulai dapat ditunda atau dicegah dengan melalui perangkat kontaktor, CRD1, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 12,4 [12,3]. Perangkat ini menggunakan beberapa jenis penyimpanan energi untuk menjaga kontaktor C1 ditutup. Perlindungan ini yang paling cocok untuk satu motor, satu beban, aplikasi-misalnya, pompa dan kipas, dibandingkan dengan sistem proses multimotor.

2. Mengoperasikan motor induksi di drive kecepatan yang disesuaikan di mana tegangan kapasitor dc-link dipertahankan selama drop baris-tegangan atau gangguan oleh sumber tambahan dari energi kinetik beban, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 12.5.

3. Mengendalikan motor induksi dengan relay manajemen berbasis mikroprosesor motor. Relay akan mengatur ulang setelah tegangan

176

Gambar 12.4 Rangkaian kontrol Gambar 12.1 dengan kontaktor penurunan tegangan yang naik melalui perangkat CRD1 [12,2].[© 2002, IEEE, dicetak ulang dengan izin]

interupsi berdasarkan kondisi termal motor, dibandingkan dengan hitungan yang mulai per jam. Relay cocok untuk motor besar di mana jumlah awalnya dibatasi agar tidak terlalu panas.

Adjustable Speed Drives

Adjustable Speed Drives (ASD) terdiri dari penyearah, motor induksi, dan pengendalinya. Inverter memberikan kekuatan untuk induksi motor pada frekuensi biasanya dari mendekati nol sampai 120 Hz, sehingga kecepatan motor induksi disesuaikan dari nol sampai dua kali nilainya. Inverter dan tegangan motor dikendalikan oleh frekuensi yang berubah pada Volt per Hertz secara konstan untuk mempertahankan konstannya celah udara pada kerapatan fluks di motor yang biasa disebut operasi torsi konstan.Diagram sederhana dari ASD yang disuplai oleh saluran tiga fase yang ditunjukkan pada Gambar 12,5 [12,7]. Bagian-bagian penting dari kiri ke kanan yang sebagai berikut:

Gambar 12.5 Sebuah ASD yang biasa dengan jembatan penyearah dioda, saluran, dan DC-link reaktor dan resistor pengereman [12,7].[© 2004, IEEE, dicetak ulang dengan izin]

Line reactors, Lgrid, untuk mengurangi harmonisa arus saluran Dioda penyearah untuk memasok daya ke saluran DC Filter inductor, Ldc Braking resistor, Rload, untuk menyerap energi saat motor melambat

177

Sebuah kapasitor saluran DC, C, untuk menyaring output dari rectifier Sumber tegangan inverter PWM untuk memasok tegangan tiga fasa sinusoidal daya AC ke

motor Motor induksi AC tiga fasa

Sebuah alternatif desain untuk ASD yang besar menggunakan inverter arus sumber.Inverter ini memberikan arus gelombang persegi ke motor. Kedua penyearah dan inverter menggunakan thyristor atau GTOs [12,7].

Aplikasi

ASD mewakili salah satu kelompok terbesar dari beban tiga-fasa di industri yang keduanya berdampak pada sistem pasokan mereka dan juga dipengaruhi oleh gangguan tegangan yang dikarenakan oleh pasokan sistem. ASD dibangun berkisar dari 1-10,000 hp untuk aplikasi di mana kecepatan dari motor induksi harus dikontrol. Aplikasi termasuk pompa, kipas angin, peralatan mesin dan motor besar berstarting pelan. Motor dari 1 sampai 500 hp biasanya menggunakan PWM inverter tegangan sumber, sementara motor 300-1000 hp dan yang lebih besar biasanya menggunakan inverter sumber arus [12,6].

Bagian penyearah dari ASD menghasilkan harmonisa pada arus saluran. Sebagai contoh, penyearah dioda pada Gambar 12,5 menghasilkan harmonisa kelima, ketujuh, dan orde yang lebih tinggi, seperti dijelaskan dalam Bab 5. Efek pada sistem pasokan listrik,yang tegangan harmonisa point of common coupling (PCC) untuk beban lainnya, dapat dikurangi dengan menggunakan langkah-langkah berikut [12,6]:

Mengurangi impedansi saluran dari sumber listrik ke PCC. Instal filter aktif dan pasif elektrik dekat dengan ASD. Memanfaatkan pelipatgandaan fase dalam rectifier ASD Memanfaatkan rectifier PWM untuk membentuk arus saluran.

Untuk ASD yang lebih besar, 12-pulsa penyearah bekerja untuk mengurangi tingkat harmonik pada arus. Seperti konverter ditunjukkan pada Gambar 12,6 [12,6]. Input transformator pada motor berdaya besar dapat berfungsi untuk menurunkan listrik atau tegangan primer pembangkit dan untuk menyediakan pergeseran fase delta dan wye tegangan sekunder untuk dua jembatan penyearah. Arus penyearah individu

178

Gambar 12,6 Jembatan terhubung seri ke 12-pulsa converter untuk ASD. Arus sekunder untuk jembatan wye dan delta. Transformator primer arus saluran [12,6].[© 1996, IEEE, dicetak ulang dengan izin]

dan input yang dihasilkan ditunjukkan pada Gambar 12,6 [12,6]. Setiap penyearah arus input khususnya bagi penyearah enam pulsa. Resultan penyearah 12-pulsa pada arus memiliki urutan ke 11 dan 13 sebagai urutan terendah orde harmonik (lihat Bab 5).

Tegangan Gangguan

179

Ada tiga jenis gangguan tegangan yang mempengaruhi ASD: penurunan tegangan, gangguan tegangan, dan tegangan tidak seimbang. Di pabrik tekstil dan kertas, penurunan tegangan singkat berpotensi dapat menyebabkan ASD mengalami fluktuasi kecepatan yang dapat merusak produk akhir dengan biaya yang besar. Selain itu, penurunan tegangan singkat juga dapat menyebabkan penurunan sesaat ditegangan DC yang memicu trip tegangan rendah atau mengakibatkan trip arus lebih dari ASD [12,8].

Sensitivitas dari ASD 4-kW, yang beroperasi pada kecepatan dan torsi nominal, untuk penurunan tegangan tiga fasa ditunjukkan pada Gambar 12,7 [12,9]. Kurva garis menggambarkan sebagai berikut:

ASD akan menahan penurunan tegangan dan gangguan tegangan menjadi nol selama 10 sampai 20 ms.

ASD akan menahan penurunan tegangan ke 70 persen tegangan sampai dengan 500 ms. Kecepatan ASD turun 11 persen pada 500 ms. Tegangan saluran DC ASD ini turun selama penurunan itu. Trip tegangan rendah dapat diatur

serendah 50 persen, atau setinggi 90 persen dari nominal.

Gambar 12.7 Sensitivitas waktu tegangan dari ASD 4-kW untuk keseimbangan tiga fase penurunan tegangan saluran-perlindungan arus lebih dan tegangan rendah [12,9].[© 2005, IEEE, dicetak ulang dengan izin]

Sistem proteksi arus lebih dapat dipicu oleh arus meningkat selama penurunan, atau dengan lonjakan tinggi arus pada pemulihan tegangan untuk mengisi ulang kapasitor DC-link.

180

Pengaruh tingkat pembebanan torsi konstan pada sensitivitas dari ASD pada Gambar 12.7 ditunjukkan pada Gambar 12,8 [12,9]. Pada torsi 25-persen, ASD dapat mentolerir tegangan gangguan 50 ms dan penurunan tegangan sampai 65 persen dari tegangan nominal hingga 500 ms. Penurunan beban menghasilkan kapabilitas yang lebih baik.

Ketidakseimbangan Tegangan

Ketidakseimbangan dalam tegangan tiga fase mensuplai ASD dapat menghasilkandampak kelanjutan [12.10]:

Input Tiga fase rectifier dioda kembali ke mode fase tunggal , sehingga ripple meningkat pada tegangan dc-link.

Arus saluran mengandung harmonisa triplen. Dioda dan kapasitor bus DC tertekan oleh ripple meningkat, dengan pengurangan masa hidup. Motor mengembangkan torsi ripple tidak seperti biasanya, dengan meningkatnya kebisingan

dan getaran.

Gambar 12.8 Pengaruh torsi, 100 persen menjadi 0 persen, pada sensitivitas dari ASD untuk keseimbangan penurunan tegangan saluran tiga fase [12,9].[© 2005, IEEE, dicetak ulang dengan izin]

181

Gambar 12,9 Definisi diagram fasor Tipe C dan D ketidakseimbangan tegangan input tiga fase [12.10].[© 2004, IEEE, dicetak ulang dengan izin]

Salah satu jenis ketidakseimbangan tegangan disebut Tipe C ditunjukkan pada Gambar 12.9 [12.10]. Fase b dan c diperpendek dan fase digeser terhadap fase a. Ketidakseimbangan didefinisikan sebagai:

Referensi [12.10] menggambarkan ASD dikenakan 2,5 persen ketidakseimbangan tegangan, yang kembali ke efek tercatat sebelumnya. Ambang batas untuk kondisi tersebut tergantung pada reaktansi saluran dan kapasitor bus DC.

Gambar 12.10 menunjukkan input penyearah tiga fasa dalam mode satu fasa. Bentuk gelombang dari tegangan bus DC dan arus saluran selama operasi fase tunggal ditunjukkan pada Gambar 12.11. Input arus terdiri dari pulsa setiap setengah siklus. Spektrum harmonisa arus saluran ditunjukkan pada Gambar 12.12. Ini termasuk triplens serta harmonisa ke 5, 7, 11, dan 13, pada karakteristik operasi tiga fase [12.10].

Gambar 12.10 Pengaruh ketidakseimbangan tegangan Input ASD. Rangkaian ekivalen tingkat penyearah selama pembalikan ke operasi tunggal [12.10].[© 2004, IEEE, dicetak ulang dengan izin]

182

Gambar 12.11 Operasi pada kondisi Gambar 12.10. Bentuk gelombang arus saluran, tegangan bus DC, dan "tanpa filter-kasar" diperbaiki tegangan AC saluran untuk kisaran reaktansi saluran, LS 1 persen menjadi 2 persen [12.10].[© 2004, IEEE, dicetak ulang dengan izin]

Tindakan Perlindungan

Tindakan perlindungan untuk menjaga operasi ASD dalam menghadapi penurun tegangan saluran dan gangguan meliputi berikut [12,7] :

■ Restart

■ Kinetic buffering

■ Boost converter

■ Active front end

Langkah-langkah kedua, ketiga, dan keempat mengurangi sensitivitas pada ASD dengan meningkatkan toleransi terhadap kedalaman dan durasi penurunan dan gangguan tegangan saluran. Peralatan eksternal, seperti UPS atau seperangkat E / G, diperlukan untuk mempertahankan operasi ASD lebih lama.

183

Gambar 12.12 ASD 5 hp. 2,5 persen tegangan saluran tidak seimbang, LS = 1%. Spektrum harmonik dalam kondisi ketidakseimbangan [12.10].[© 2004, IEEE, dicetak ulang dengan izin]

Pilihan restart diberikan pada ASD komersial. Gambar 12.13 menunjukkan versi sederhana dari operasi antara kegagalan daya dan pemulihan.Tegangan bus DC menurun karena pelepasan kapasitor bus yang sementara memasok inverter. Inverter dimatikan oleh trip tegangan rendah bus DC. Motor mengalami penurunan. Tegangan bus DC pulih saat listrik hidup kembali.Motor dan inverter hanya akan direstart pada perintah reset [12,11].

Gambar 12.13 Operasi ASD Komersial setelah kegagalan daya, inverter shutdown oleh trip tegangan rendah bus DC . Tidak ada perintah reset. Perintah motor untuk berhenti [12,11].

184

Gambar 12,14 Operasi ASD Komersial setelah kegagalan daya.Pemulihan daya, mereset perintah, inverter ulang. Motor kembali ke kecepatan sebelumnya [12,11].

Gambar 12.14 menunjukkan operasi dari ASD menyusul kegagalan listrik dan pemulihan ketika sebuah perintah reset membutuhkan inverter untuk restart dan membawa motor kembali ke pra-kegagalan kecepatan. Akhirnya, Gambar 12.15 menunjukkan operasi dengan beban inersia tinggi dan buffering kinetik.

Gambar 12,15 Operasi ASD Komersial setelah kegagalan daya. Beban inersia tinggi. Buffer kinetik untuk mempertahankan tegangan bus DC sebagai penurunan kecepatan motor. Motor kembali ke kecepatan sebelumnya pada pemulihan daya [12,11].

185

Gambar 12,16 Konverter boost terintegrasi untuk mempertahankan tegangan bus DC dan operasi ASD selama penurunan tegangan [12,3].[© 2006, IEEE, dicetak ulang dengan izin]

Sebagai motor kecepatan rendah, inverter transfer energi kinetik melalui motoryang bertindak sebagai generator dari beban mekanis untuk kapasitor bus DC. Metode ini cocok untuk beban non-kecepatan-sensitif, seperti kipas angin, tapi bukan mesin dalam proses kecepatan-sensitif [12,11]. Toleransi kurva tegangan diukur pada Gambar 12,17 untuk ASD 4-kW dengan menunjukkan penyangga kinetik bahwa lamanya lumayan dari gangguan tegangan saluran diperpanjang 0,02-0,80 s [12,7].

Berdasarkan penurunan tegangan saluran, meningkatan konverter, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 12.16 dan 12.18, transfer energi dari saluran suplai tertekan ke bus DC

Gambar 12,17 Pengukuran kurva toleransi tegangan untuk sebuah ASD 4-kW memiliki beban inersia besar, dengan dan tanpa Buffer kinetik.Aktivasi ditetapkan sebesar 90 persen nominal tegangan bus DC [12,7].

186

Gambar 12,18 boost konverter Parallel untuk bus DC di ASD pada Gambar 12,5 [12,7].

pada ASD. Toleransi durasi penurunan tergantung pada power rating dari converter dibandingkan dengan ASD. Kurva pada Gambar 12,19 menunjukkan toleransi durasi penurunan diperpanjang dari 0,02 ke 2,0 s, dan dengan toleransi kemiringan ke bawah 25 persen dari tegangan nominal. Jelas, meningkatkan converter tidak efektif untuk gangguan tegangan saluran kecuali sumber energi tambahan disediakan [12,7].

ASD dengan bagian depan yang aktif ditunjukkan pada Gambar 12.20. IGBT di bagian rectifier dirancang untuk mengekstrak daya dari saluran suplai untuk penurunan tegangan dibawah 25 persen dari tegangan nominal untuk jangka waktu hingga 30 detik. Saluran supply harus mampu menyediakan arus untuk motor untuk memberikan daya yang diperlukan selama penurunan [12,7].

Gambar 12,19 Kurva toleransi tegangan untuk boost ke ASD pada Gambar 12.18. k = rating konverter boost / rating dari ASD [12,7].

187

Gambar 12,20 Sebuah ASD dengan penyearah front-end aktif untuk mendukung tegangan bus DC selama penurunan tegangan saluran [12,7].

RingkasanInduksi motor sendiri (dan di ASD) mengambarkan sebagian besar dari beban tiga fasa listrik di fasilitas komersial dan industri. Mereka dipengaruhi oleh penurunan tegangan saluran dan gangguannya. Metode perlindungan yang tersedia untuk mempertahankan operasi selama penurunan tegangan dan untuk restart setelah gangguan tegangan.

Referensi[12.1] A. E. Fitzgerald, C. Kingsley, and A. Kusko, Electric Machinery, 3rd edition, McGraw-Hill, New

York, 1975.[12.2] J. C. Gomez, M. M. Morcos, C. A. Reineri, and G. N. Campetelli, “Behavior of Induction Motor

Due to Voltage Sags and Short Interruptions,” IEEE Trans. On Power Delivery, vol. 17, no. 2, April 2002, pp. 434–440.

[12.3] M. Baran, J. Cavaroc, A. Kelley, S. Peel, and Z. Kellum, “Stresses on Induction Motors Due to Momentary Service Interruptions,” 2006 IEEE Industrial and Commercial Power Systems Technical Conference, April 30–May 5, 2006, Detroit, MI.

[12.4] “NEMA Standard Publication No. MG 1-1998,” Art 20.12, Number of Starts.[12.5] A. Kusko and J. Y. Ayoub, “New Concepts in Large AC Motor Protection,” EC&M, March

2006, pp. 22–24.[12.6] J. W. Gray and F. J. Haydock, “Industrial Power Quality Consideration When Installing

Adjustable Speed Drive Systems,” IEEE Trans. on Industry Applications, vol. 32, no. 3, May/June 1996, pp. 95–101.

[12.7] K. Stockman, M. Didden, F. D. Hulster, and R. Belmans, “Bag the Sags, Embedded Solutions to Protect Textile Processes Against Voltage Sags,” IEEE Industry Applications Magazine, September/October 2004, pp. 59–65.

[12.8] J. L. Duran-Gomez, P. N. Enjeti, and B. Okwoo, “Effect of Voltage Sags on Adjustable-Speed Drives: A Critical Evaluation and an Approach to Improve Performances,” IEEE Trans on Industry Application, vol. 35, no. 6, November/ December 1999, pp. 1440–1449.

[12.9] S. Z. Djokic, K. Stockman, J. V. Milanovic, J. J. M. Desmet, R. Belmans, “Sensitivity of AC Adjustable Speed Drives to Voltage Sags and Short Interruptions,” IEEE Trans. on Power Delivery, vol. 20, no. 1, January 2005, pp. 494–505.

[12.10] K. Lee, G. Venkataramanan, and T. M. Jahns, “Design-Oriented Analysis of DC Bus Dynamics in Adjustable Speed Drives Under Input Voltage Unbalance and Sag Conditions,” 2004 35th Annual IEEE Power Electronics Specialist Conference,

[12.11] AF-300G11 Users Guide, GE Fuji Drives USA, 2000.