3/12/2010. Konverter Thyristor. Pekik Argo Dahono. Konverter Satu-Fasa Setengah-Gelombang. v o. sin. π 2π. Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 2

Transkripsi

1 Konverter Thyristor Pekik Argo Dahono Konverter Satu-Fasa Setengah-Gelombang T R vo (a)skema Tegangan keluaran rata - rata : 2 V o 1 = 2 = 2Vs 2 2V s sin ( 1 cos ) ( ) d( ) 2 (b) Bentuk gelombang. Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 2 1

2 Gate Signal Generation AC line yn Saw - tooth Generator vsw Comparator and logic Gate signal v c yn w v c Gate signal Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 3 Linearizing the Phase-Control Characteristic sin FF 1 Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 4 2

3 Konverter Satu-Fasa Setengah-Gelombang T v d vl R vo 2 v d 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. 2 Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 5 Konverter Satu-Fasa Setengah-Gelombang T FD v d v L R vo 2 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 v d 2 Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 6 3

4 Konverter Satu-Fasa Setengah Gelombang T FD v d v L R vo 2 v d 2 Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 7 Konverter Satu-Fasa Setengah-Gelombang L s T FD v d I o 2 v d Induktansumber menyebabkan nilai rata-rata tegangan keluaran berubah sebagai fungsi arus beban µ 2 2V Vd = 2 s ( 1 cos ) flsio Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 8 4

5 Konverter Satu-Fasa Setengah-Gelombang T v d vl V o V o 2 Nilai rata-rata tegangan keluaran dipengaruhleh emf beban V o v d 2 Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 9 Konverter Satu-Fasa Jembatan Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 1 5

6 Konverter Satu-Fasa Jembatan Nilai rata - rata tegangan keluaran : Vo 1 = = 2V s 2Vs sin ( 1 cos ) ( ) d( ) 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 T1 T3 L d Tegangan keluaran rata-rata: R 2 2 V = o V s cos Arus thyristor rata-rata: T 2 T 4 I T = I o / 2 Arus rms sumber : I s = I o io 2 PF sumber : Vo I o PF = Vs I s 2 2 = cos Tegangan keluaran bisa diatur dari minus maksimum sampai plus maksimum tetapi arus selalu positip. T1& T 4 T 2 & T 3 Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 12 6

7 Konverter Thyristor Satu-Fasa T1 T3 vo Io I o T 2 T 4 2 Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 13 Output Voltage Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 14 7

8 Konverter Thyristor Satu-Fasa I o I o 2 2 v T1 v T1 = 4 = 2 I o 2 I o 2 v T1 3 = 4 Pekik A. Dahono : Konverter thyristor v T1 = 15 Daya Aktif 2 2 I1 = Io Ik = I1 / k Analisis Daya dan Harmonisa : P = VsIs1 cos Q = VsIs1 sin Analisis Harmonisa Arus Masukan : ( k) is = 2 Ik sin k= 2n 1 Ik = 4 / 2 Io sin 2 = 4Io 2k ( k) d( ) [ 1 cos( k / 2) ] P 2 Q Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 16 8

9 Pengaruh Induktansi Sumber T1 T3 L s vo I o T 2 T 4 µ I o Vo = Vs cos 4 fls Io Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 17 Sudut Pemadaman µ I o µ I o 2 2 v T1 v T1 γ 2 2 Vo = Vs cos 4 fls Io 2 2 Vo = Vs cos 4 fls Io Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 18 9

10 Konduksi Tak Kontinyu T1 T3 L d vo Vo T 2 T 4 V o 2 Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 19 Output voltage characteristic Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 2 1

11 Penyearah Satu-Fasa Setengah-Terkendali T1 D3 L d R T 2 D4 Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 21 Penyearah Satu-Fasa Setengah-Terkendali Tegangan keluaran rata-rata: 2 V o = Vs ( 1 cos ) Arus thyristor rata-rata: I T = I o 2 Arus rms sumber : 1/2 I s = I o PF sumber : VoI o 2 1 cos PF = = V 1/2 sis Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 22 11

12 Penyearah Satu-Fasa Setengah-Terkendali Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 23 Konverter Thyristor Tiga-Fasa Setengah-Gelombang v un vvn vwn 2 i w T3 u T1 R T 2 AC source T S w n i v v Load Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 24 12

13 Persamaan Tegangan Nilai rata - rata V V V o o o 3 = = V 2 6 = V lls lls tegangan : 2V cos ln s sin [ 1 cos( )] 6 ( ) d( ) Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 25 Konverter Thyristor Tiga-Fasa Setengah-Gelombang i w T3 u T1 vun vvn vwn R T 2 AC source T S w n i v v Load 2 Jumlah pulsa tegangan keluaran sama dengan tiga Arus sekunder trafo mengandung komponen dc. i v Nilai rata - rata tegangan 3 2 V = 2 o V lls cos i w i R Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 26 13

14 Konverter Thyristor Tiga-Fasa Setengah-Gelombang vun vvn vwn vun vvn vwn 2 2 T1 T 2 T3 T3 T1 T 2 v T1 v T1 Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 27 Konverter Thyristor Tiga-Fasa T1 T3 T5 vun vvn vwn u 2 n i v v R i w w v d T 2 T 4 T 6 Jumlah pulsa tegangan keluaran sama dengan enam. Harmonisa arus masukan adalah 5,7, 11, 13, Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 28 14

15 15 Konverter Thyristor Tiga-Fasa Beban Resistif Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 29 Konverter Thyristor Tiga-Fasa Beban Resistif ( ) ( ) ( ) ( ) cos sin cos 2 3 sin 2 3 Tegangan rata - rata : ω ω ω ω = = = = ll ll o ll o ll o V t d t V V V V t d t V V Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 3

16 Konverter Tiga-Fasa Jembatan Beban Induktif v un v un 2 2 v un v un 2 2 Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 31 Analisis Nilai rata - rata tegangan output : 3 2 Vo = Vllscos Arus masukan : iu = 2 Ik sin k= 2n / 2 I1 = I sin / 6 o 2 / 3 ( k) ( ) d( ) 6 I1 = Io Ik = I1 / k Ik = untuk k kelipatan 3. Iu = Io Faktor daya : PF = 3 cos Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 32 16

17 Input current Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 33 Input current characteristic Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 34 17

18 Pengaruh Induktansi Sumber T1 u T 3 T 5 n i v v i w w L s T 2 T 4 T 6 Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 35 Pengaruh Induktansi Sumber v un 2 vuv vuw 3 2 Vo = Vll cos 6 fls Io Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 36 18

19 Half-Controlled Thyristor Converters T1 T 2 u T3 L T1 T 3 u T 5 D1 L i v i w v w R i v i w T 2 T 4 v w T 6 D2 R D1 D2 T3 Penyearah A Penyearah B Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 37 Half-Controlled Rectifier (A) vun vvn vwn vvn vwn v un 2 2 v d v d i w i w i R i R Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 38 19

20 Konverter Tiga-Fasa Jembatan Half-Controlled (B) i w i w i R i R 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 4 2

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 e s L s L v d Load Gatedriver Reference current PID cos 1 Actual current Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 42 21

22 Current-Controlled Phase- Controlled Rectifiers V o (s) I * L s ( ) PID 1 1 st d 3 2 V ll 1 I L (s) sl Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 43 Current Control of Phase-Controlled Rectifiers Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 44 22

23 Dual Thyristor Converter i a * i a Current 1 cos controller 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 23

24 High-Current Rectifiers Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 47 High-Current Rectifiers Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 48 24

25 High-Current Rectifiers Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 49 High-Current Rectifiers (PWM) Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 5 25

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 26

27 HVDC History Hewitt s mercury-vapour rectifier, 191 Experiments with thyratrons in US and mercury-arc valves in Europe in 194s. First commercial HVDC operation, Gotland, Sweden in First solid-state semiconductor switches, 197. First microcontroller applications for HVDC in Highest DC voltage operation (6 kvdc) for Itaipu, Brazil, in First dc active power filter, First capacitor commutated converter for Argentina-Brazil interconnection, First Voltage Source Converter for HVDC in Gotland, Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 53 HVDC Topology Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 54 27

28 HVDC Systems Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 55 HVDC Operation Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 56 28

29 HVDC Station Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 57 AC and DC Comparison Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 58 29

30 HVDC Technologies Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 59 HVDC Applications Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 6 3

31 HVDC System /- 5 kv, 28 MW, Kii Chanel, Japan Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 61 Thyristors for HVDC Pekik A. Dahono : Konverter thyristor 62 31

32 The End 32