- Operasi Empat Kuadran dalam Konverter Ganda
- Prinsip
- Konverter Ganda Praktis
- 1) Operasi Konverter Ganda tanpa Arus Sirkulasi
- 2) Operasi Konverter Ganda dengan Arus Sirkulasi
- 1) Konverter Ganda Fase Tunggal
- 2) Konverter Ganda Tiga Fase
Pada tutorial sebelumnya kita telah melihat bagaimana Rangkaian Catu Daya Ganda dirancang, sekarang kita belajar tentang Konverter Ganda, yang dapat mengubah AC ke DC dan DC ke AC secara bersamaan. Seperti namanya Dual Converter memiliki dua buah konverter, satu konverter berfungsi sebagai penyearah (Mengubah AC menjadi DC) dan konverter lainnya berfungsi sebagai inverter (mengubah DC menjadi AC). Kedua konverter tersebut dihubungkan secara back to back dengan beban yang sama seperti terlihat pada gambar di atas. Untuk mempelajari lebih lanjut tentang Rectifier dan Inverter, ikuti tautannya.
Mengapa kami menggunakan konverter ganda? Jika hanya satu konverter yang dapat menyuplai beban, lalu mengapa kami menggunakan dua konverter? Pertanyaan-pertanyaan ini mungkin muncul dan Anda akan mendapatkan jawabannya di artikel ini.
Di sini kami memiliki dua konverter yang terhubung kembali ke belakang. Karena jenis koneksi ini, perangkat ini dapat dirancang untuk operasi empat kuadran. Artinya tegangan beban dan arus beban menjadi reversibel. Bagaimana operasi empat kuadran dimungkinkan dalam konverter ganda? Itu akan kita simak lebih lanjut di artikel ini.
Umumnya, konverter ganda digunakan untuk drive DC yang dapat dibalik atau drive DC kecepatan variabel. Ini digunakan untuk aplikasi daya tinggi.
Operasi Empat Kuadran dalam Konverter Ganda
Kuadran pertama: tegangan dan arus keduanya positif.
Kuadran kedua: tegangan positif dan arus negatif.
Kuadran ketiga: tegangan dan arus keduanya negatif.
Kuadran keempat: tegangan negatif dan arus positif.
Dari dua konverter ini, konverter pertama bekerja di dua kuadran bergantung pada nilai sudut tembak α. Konverter ini berfungsi sebagai penyearah bila nilai α kurang dari 90˚. Dalam operasi ini, konverter menghasilkan tegangan beban rata-rata positif dan arus beban, dan beroperasi pada kuadran pertama.
Jika nilai α lebih besar dari 90˚, konverter ini berfungsi sebagai inverter. Dalam operasi ini, konverter menghasilkan tegangan keluaran rata-rata negatif dan arah arus tidak berubah. Itu sebabnya arus beban tetap positif. Pada operasi kuadran pertama, energi ditransfer dari sumber ke beban dan pada operasi kuadran keempat, energi ditransfer dari beban ke sumber.
Demikian pula, konverter kedua beroperasi sebagai penyearah saat sudut tembak α kurang dari 90˚ dan beroperasi sebagai inverter saat sudut tembak α lebih besar dari 90˚. Ketika konverter ini beroperasi sebagai penyearah, tegangan dan arus keluaran rata-rata keduanya negatif. Jadi, ia beroperasi di kuadran ketiga dan aliran daya dari beban ke sumber. Di sini, motor berputar ke arah sebaliknya. Ketika konverter ini beroperasi sebagai inverter, tegangan keluaran rata-rata adalah positif dan arus negatif. Jadi, ia beroperasi di kuadran kedua dan aliran daya dari beban ke sumber.
Ketika aliran daya dari beban ke sumber, motor berperilaku seperti generator dan ini memungkinkan pemutusan regeneratif.
Prinsip
Untuk memahami prinsip konverter ganda, kami berasumsi bahwa kedua konverter ideal. Ini berarti bahwa mereka menghasilkan tegangan keluaran DC murni, tidak ada riak di terminal keluaran. Diagram ekuivalen yang disederhanakan dari konverter ganda adalah seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Pada diagram rangkaian di atas, konverter diasumsikan sebagai sumber tegangan DC yang dapat dikontrol dan dihubungkan secara seri dengan dioda. Sudut pengapian konverter diatur oleh sirkuit kontrol. Jadi, tegangan DC dari kedua konverter sama besarnya dan berlawanan dalam polaritas. Hal ini memungkinkan untuk menggerakkan arus ke arah sebaliknya melalui beban.
Konverter yang beroperasi sebagai penyearah disebut konverter grup positif dan konverter lain yang berfungsi sebagai inverter disebut konverter grup negatif.
Tegangan keluaran rata-rata adalah fungsi dari sudut tembak. Untuk inverter satu fasa dan inverter tiga fasa, tegangan keluaran rata-rata berupa persamaan di bawah ini.
E DC1 = E maks Cos⍺ 1 E DC2 = E maks Cos⍺ 2
Dimana α 1 dan α 2 adalah sudut penembakan converter-1 dan converter-2 masing-masing.
Untuk, konverter ganda fase tunggal, E maks = 2E m / π
Untuk, konverter ganda tiga fase, E maks = 3√3E m / π
Untuk, konverter ideal, E DC = E DC1 = -E DC2 E maks Cos⍺ 1 = -E max Cos⍺ 2 Cos⍺ 1 = -Cos⍺ 2 Cos⍺ 1 = Cos (180⁰ - ⍺ 2) ⍺ 1 = 180⁰ - ⍺ 2 ⍺ 1 + ⍺ 2 = 180⁰
Seperti dibahas di atas, tegangan keluaran rata-rata merupakan fungsi dari sudut tembak. Artinya untuk tegangan keluaran yang diinginkan kita perlu mengontrol sudut tembak. Rangkaian kontrol sudut tembak dapat digunakan sedemikian rupa sehingga, ketika sinyal kontrol E c berubah, sudut tembak α 1 dan α 2 akan berubah sedemikian rupa sehingga memenuhi grafik di bawah ini.
Konverter Ganda Praktis
Secara praktis kami tidak dapat mengasumsikan kedua konverter sebagai konverter yang ideal. Jika sudut tembak konverter diatur sedemikian rupa sehingga ⍺ 1 + ⍺ 2 = 180⁰. Dalam kondisi ini, tegangan keluaran rata-rata dari kedua konverter sama besarnya dalam mm tetapi berlawanan dalam polaritas. Tetapi karena tegangan riak, kita tidak bisa mendapatkan tegangan yang sama persis. Jadi, ada perbedaan tegangan sesaat pada terminal DC dari dua konverter yang menghasilkan besar c saat irculating antara konverter dan yang akan mengalir melalui beban.
Oleh karena itu, dalam konverter ganda praktis, perlu untuk mengontrol arus yang bersirkulasi. Ada dua Mode untuk mengontrol arus yang bersirkulasi.
1) Operasi tanpa arus sirkulasi
2) Operasi dengan arus sirkulasi
1) Operasi Konverter Ganda tanpa Arus Sirkulasi
Dalam jenis konverter ganda ini, hanya satu konverter yang konduksi dan konverter lain diblokir sementara. Jadi, pada saat satu konverter beroperasi dan reaktor tidak diperlukan di antara konverter. Pada saat tertentu, katakanlah converter-1 bertindak sebagai penyearah dan memasok arus beban. Saat ini, konverter-2 diblokir dengan menghilangkan sudut tembak. Untuk operasi inversi, konverter-1 diblokir dan konverter-2 memasok arus beban.
Pulsa ke konverter-2 diterapkan setelah waktu tunda. Waktu tunda sekitar 10 hingga 20 msec. Mengapa kami menerapkan waktu tunda antara pergantian operasi? Ini memastikan pengoperasian thyristor yang andal. Jika konverter-2 memicu sebelum konverter-1 benar-benar mati, sejumlah besar arus sirkulasi akan mengalir di antara konverter.
Ada banyak skema kontrol untuk menghasilkan sudut tembak untuk operasi bebas arus sirkulasi dari konverter ganda. Skema kontrol ini dirancang untuk mengoperasikan sistem kontrol yang sangat canggih. Di sini, pada suatu waktu hanya satu konverter yang konduksi. Oleh karena itu, hanya mungkin untuk menggunakan satu unit sudut tembak. Beberapa skema dasar tercantum di bawah ini.
A) Pemilihan konverter dengan mengontrol polaritas sinyal
B) Pemilihan konverter dengan beban polaritas arus
C) Pemilihan konverter dengan tegangan kontrol dan arus beban
2) Operasi Konverter Ganda dengan Arus Sirkulasi
Dalam pengubah arus tanpa sirkulasi, diperlukan sistem kendali yang sangat canggih dan arus beban tidak kontinyu. Untuk mengatasi kesulitan tersebut, terdapat konverter ganda yang dapat beroperasi dengan arus yang bersirkulasi. Sebuah reaktor membatasi arus dihubungkan antara terminal DC dari kedua konverter. Sudut tembak kedua konverter diatur sedemikian rupa sehingga jumlah minimum arus yang bersirkulasi mengalir melalui reaktor. Sebagaimana dibahas dalam inverter ideal, arus sirkulasi adalah nol jika ⍺ 1 + ⍺ 2 = 180⁰.
Misalkan sudut tembak konverter-1 adalah 60˚ maka sudut tembak konverter-2 harus dijaga pada 120˚. Dalam operasi ini, konverter-1 akan beroperasi sebagai penyearah dan konverter-2 akan beroperasi sebagai inverter. Jadi, dalam jenis operasi ini, pada saat kedua konverter berada dalam status konduksi. Jika arus beban dibalik maka konverter yang dioperasikan sebagai penyearah kini beroperasi sebagai inverter, sedangkan konverter yang dioperasikan sebagai inverter kini beroperasi sebagai penyearah. Dalam skema ini, kedua konverter bekerja pada waktu yang sama. Sehingga dibutuhkan dua unit generator sudut tembak.
Keuntungan dari skema ini adalah kita bisa mendapatkan pengoperasian konverter yang lancar pada saat inversi. Respon waktu dari skema ini sangat cepat. Periode penundaan normal adalah 10 hingga 20 msec dalam kasus operasi bebas arus sirkulasi dihilangkan.
Kerugian dari skema ini adalah, ukuran dan biaya reaktor tinggi. Karena arus yang bersirkulasi, faktor daya dan efisiensinya rendah. Untuk menangani arus yang bersirkulasi, diperlukan thyristor dengan peringkat arus tinggi.
Menurut jenis beban, konverter ganda fase tunggal dan tiga fase digunakan.
1) Konverter Ganda Fase Tunggal
Diagram rangkaian konverter ganda ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Motor DC eksitasi terpisah digunakan sebagai beban. Terminal DC dari kedua konverter dihubungkan dengan terminal gulungan dinamo. Di sini, dua konverter penuh fase tunggal dihubungkan secara berurutan. Kedua konverter menyuplai beban umum.
Sudut tembak konverter-1 adalah α 1 dan α 1 kurang dari 90˚. Oleh karena itu, konverter-1 bertindak sebagai penyearah. Untuk setengah siklus positif (0 <t <π), thyristor S1 dan S2 akan berjalan dan untuk setengah siklus negatif (π <t <2π), thyristor S3 dan S4 akan berjalan. Dalam operasi ini, tegangan dan arus keluaran keduanya positif. Jadi, operasi ini disebut operasi motorik maju dan konverter bekerja di kuadran pertama.
Sudut tembak konverter-2 adalah 180 - α 1 = α 2 dan α 2 lebih besar dari 90˚. Jadi, converter-2 berfungsi sebagai inverter. Dalam operasi ini, arus beban tetap searah. Polaritas tegangan keluaran adalah negatif. Oleh karena itu, konverter bekerja di kuadran keempat. Operasi ini dikenal sebagai pengereman regeneratif.
Untuk putaran balik motor DC, konverter-2 bertindak sebagai penyearah dan konverter-1 bertindak sebagai inverter. Sudut tembak konverter-2 α 2 kurang dari 90˚. Sumber tegangan alternatif memasok beban. Dalam operasi ini, arus beban negatif dan tegangan rata-rata keluaran juga negatif. Oleh karena itu, konverter-2 bekerja di kuadran ketiga. Operasi ini dikenal sebagai motor terbalik.
Dalam operasi terbalik, sudut tembak konverter-1 kurang dari 90˚ dan sudut tembak konverter-2 lebih besar dari 90˚. Jadi, dalam operasi ini, arus beban bertanda negatif tetapi tegangan keluaran rata-rata bertanda positif. Jadi, konverter-2 bekerja di kuadran kedua. Operasi ini dikenal sebagai pengereman regeneratif terbalik.
Bentuk gelombang dari konverter ganda fase tunggal seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
2) Konverter Ganda Tiga Fase
Diagram rangkaian konverter ganda tiga fasa adalah seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Di sini, dua konverter tiga fase dihubungkan kembali ke belakang. Prinsip operasinya sama dengan konverter ganda fase tunggal.
Jadi ini adalah bagaimana Dual Converters dirancang dan seperti yang telah diberitahukan bahwa mereka umumnya digunakan untuk membangun drive DC yang dapat dibalik atau drive DC kecepatan variabel dalam aplikasi berdaya tinggi.