BAB 6

1
BAB 6
LAIN-LAIN JENIS KAWALAN
2
PENGENALAN

• Pelajaran yang lepas
• - ketahui dan pelajari kawalan voltan dalam
  penyongsang yang menggunakan kawalan lebar
  denyut dan pemodulatan lebar denyut.
• - pendedahan tentang kawalan laju dengan voltan
  stator yang menggunakan tiristor dan kawalan
  kelajuan motor sangkar tupai menggunakan
  penyongsang frekuensi bolehubah.

3
CYCLOCONVERTER

• TAKRIFAN KAWALAN CYCLOCONVERTER
• Iaitu satu kawalan yang menukar tenaga secara
  terus dengan berdasarkan litar siklo kepada
  frekuensi yang berbeza iaitu secara mensintesis
  keluaran frekuensi rendah daripada sumber
  frekuensi yang tinggi .

4
CYCLOCONVERTER

• RAJAH BLOK CYCLOCONVERTER

V
Rajah 6.1
5
CYCLOCONVERTER

• BENTUK GELOMBANG BEBAN IDEAL

Vo
t
Rajah 6.2
6
CYCLOCONVERTER

• Bagi menghasilkan isyarat keluar yang menyerupai
  sinusoidal ialah dengan melengahkan picuan
  tiristor dibahagian awal dan akhir bagi setiap
  separuh kitar operasi.
• Rajah 6.1 merupakan rajah blok yang mengandungi
  litar asas Cycloconverter. Litar asas ini akan
  menghadapi satu masalah kitaran arus. Kitaran
  arus ini berlaku apabila satu kumpulan penukar
  akan dipicu semasa satu kumpulan penukar sedang
  beroperasi. Fenomena ini dinamakan circulating
  current.

7
CYCLOCONVERTER

• Bagi mengatasi masalah ini, komponen regang
  seperti peraruh boleh dimasukkan antara
  kumpulan penukar. Kaedah ini dinamakan block
  group. Operasi block group membentuk
  pertahanan picuan sesuatu kumpulan sehingga arus
  pada kumpulan penukar yang lain adalah sifar.
  Kaedah ini digunapakai pada litar
  cycloroconverter untuk motor aruhan sangkar
  tupai. Jika beban adalah induktif maka terdapat
  perbezaan isyarat keluaran voltan dan arus.

8
KAWALAN CYCLOCONVERTER DENGAN GAMBARAJAH LITAR
Rajah 6.3 Penyongsang Tiristor 1 Fasa
9
KAWALAN CYCLOCONVERTER DENGAN GAMBARAJAH LITAR

• Rajah 6.3, di atas menunjukkan penyongsang
  tiristor 1-fasa yang membekalkan beban rintangan
  dan menghasilkan bentuk gelombang keluaran
  seperti yang ditunjukkan pada Rajah 6.5. Jika
  penyongsang tiristor disambungkan seperti di
  Rajah 6.4 dibawah, arus akan mengalir ke beban
  untuk separuh (½) kitar pada arah yang sama dan
  kemudiannya berpatah balik untuk bilangan yang
  sama sebanyak separuh (½) kitar lagi.

10
KAWALAN CYCLOCONVERTER DENGAN GAMBARAJAH LITAR
Rajah 6.4 Litar Asas Kawalan Cycloconverter
11
KAWALAN CYCLOCONVERTER DENGAN BENTUK GELOMBANG
Rajah 6.5 Gelombang Keluaran
12
KAWALAN CYCLOCONVERTER DENGAN BENTUK GELOMBANG

• Berpandukan pada Rajah 6.6, bentuk gelombang
  keluaran pada beban, dapat diperolehi dengan
  memicu kumpulan tiristor iaitu P1 dan P2 untuk
  lima (5) separuh kitar dan kemudiannya diikuti
  dengan kumpulan N. Cycloconverter ini terhad
  kepada julat frekuensi keluaran yang rendah,
  frekuensi keluaran maksima adalah lebih kurang
  satu per tiga (1/3) daripada frekuensi masukan.

13
KAWALAN CYCLOCONVERTER DENGAN BENTUK GELOMBANG
Rajah 6.6 Voltan Beban
14
KAWALAN CYCLOCONVERTER DENGAN BENTUK GELOMBANG

• Isyarat atau gelombang keluaran jelas menunjukkan
  bahawa fo (frekuensi keluaran) bersamaan dengan
  satu per lima (1/5) daripada f1 (frekuensi
  bekalan masukan).
• Penghampiran yang paling dekat gelombang sain
  yang diperolehi iaitu dengan melengahkan picuan
  tiristor dibahagian awal dan akhir bagi setiap
  separuh (½) kitar keluaran seperti yang
  ditunjukkan pada Rajah 6.7. Di dapati lengah
  picuan juga boleh mengubah voltan keluaran punca
  purata ganda dua (PPGD).

fo 1/5 f1
15
KAWALAN CYCLOCONVERTER DENGAN BENTUK GELOMBANG
Rajah 6.7 Lengah picuan dikenakan kepada
bahagian awal dan akhir
bagi setiap separuh (½) kitar
keluaran.
16
MOTOR ARUHAN SANGKAR TUPAI YANG MENGGUNAKAN
KAWALAN CYCLOROCONVERTER
Rajah 6.7 Motor aruhan sangkar tupai menggunakan
Cycloroconverter tiga (3) denyut
17
MOTOR ARUHAN SANGKAR TUPAI YANG MENGGUNAKAN
KAWALAN CYCLOROCONVERTER

• Rajah 6.7, menunjukkan motor aruhan sangkar tupai
  tiga-fasa disambungkan kepada keluaran
  cycloroconverter tiga denyut. Untuk memahami
  operasi cycloroconverter ini berdasarkan kepada
  penukar siklo fasa A. Voltan yang melintangi
  belitan ialah Ea dan arus ulangalik yang
  melaluinya ialah Ia. Ini kerana motor sangkar
  tupai jenis beraruhan, Ia mendulu daripada Ea
  dengan 30o . Cycloroconverter akan menghasilkan
  frekuensi 15 Hz.

18
MOTOR ARUHAN SANGKAR TUPAI YANG MENGGUNAKAN
KAWALAN CYCLOROCONVERTER

• Merujuk kepada Rajah 6.7, arus Ia positif hanya
  boleh dibekalkan dengan penukar 1 kerana tiristor
  Q1, Q3 dan Q5 berada dalam keadaan yang sepadan.
  Penukar ini boleh bertindak samada sebagai
  penerus atau penyongsang. Apabila Ea positif, ia
  bertindak sebagai penerus dan kuasa penghantaran
  kepada belitan fasa A. Sebaliknya apabila Ea
  negatif, cycloroconverter bertindak sebagai
  penyongsang dan kuasa penghantaran daripada
  belitan fasa A ke talian tiga - fasa.

19
MOTOR ARUHAN SANGKAR TUPAI YANG MENGGUNAKAN
KAWALAN CYCLOROCONVERTER

• Begitu juga, arus negatif Ia hanya boleh
  mengalir melalui penukar 2. Penukar ini akan
  bertindak sebagai penerus apabila Ea negatif dan
  pada ketika ini penukar membekalkan kuasa ke
  belitan. Apabila Ea positif penukar 2 akan
  memindahkan kuasa daripada belitan ke talian
  tiga-fasa.
• Perlu diingat, pada keadaan ini hanya salah satu
  penukar akan beroperasi dalam satu masa. Apabila
  penukar 1 beroperasi, maka penukar 2 tidak di
  hidupkan. Begitulah sebaliknya, apabila penukar 2
  beroperasi, penukar 1 tidak dihidupkan.

20
MOTOR ARUHAN SANGKAR TUPAI YANG MENGGUNAKAN
KAWALAN CYCLOROCONVERTER

• Pengoperasian penerus atau penyongsang
  ditunjukkan pada Rajah 6.8. Fungsi penukar pada
  fasa B dan C adalah sama seperti pada fasa A
  kecuali tiristor. Pada penukar fasa B adalah
  120odan penukar C, sudutnya ialah 240o .

21
KAWALAN CYCLOROCONVERTER TIGA (3) DENYUT

• Cycloroconverter 3 denyut berbeza dengan
  menambahkan bilangan fasa masukan berserta dengan
  lengah pemicuan membolehkan kita memperolehi
  penghampiran gelombang sinus dengan lebih baik.
  Gambarajah di bawah menunjukkan litar
  cycloroconverter 3 denyut.

22
KAWALAN CYCLOROCONVERTER TIGA (3) DENYUT
ia
Rajah 6.8 Cycloroconverter 3 Denyut Satu Fasa
23
KAWALAN CYCLOROCONVERTER TIGA (3) DENYUT

• Frekuensi keluaran maksima secara umumnya
  dihadkan kepada separuh (½) atau satu per tiga
  (1/3) frekuensi masukan. Tujuan sambungan denyut
  yang tinggi adalah untuk membenarkan frekuensi
  yang lebih tinggi dapat memperbaiki bentuk
  gelombang keluaran.
• Satu keburukan daripada penukar siklo ini ialah
  melibatkan kos yang tinggi kerana memerlukan
  tiristor dan litar kawalan yang banyak.

24
MOTOR ARUHAN SANGKAR TUPAI MENGGUNAKAN KAWALAN
PENUKAR SIKLO DENGAN BENTUK GELOMBANG
Ea
Ia
Rajah 6.9 Mod Operasi Penukar 1 dan Penukar 2
apabila arus Ia Mendulu
Voltan Ea dengan sudut 30o
25
MOTOR ARUHAN SANGKAR TUPAI MENGGUNAKAN KAWALAN
PENUKAR SIKLO DENGAN BENTUK GELOMBANG

• Dari Rajah 6.9, Ia menentukan kumpulan mana yang
  beroperasi.
• Manakala pada 6.10, menunjukkan bentuk gelombang
  keluaran penukar siklo tiga denyut pada beban.

26
MOTOR ARUHAN SANGKAR TUPAI MENGGUNAKAN KAWALAN
PENUKAR SIKLO DENGAN BENTUK GELOMBANG
27
MOTOR ARUHAN SANGKAR TUPAI MENGGUNAKAN KAWALAN
PENUKAR SIKLO DENGAN BENTUK GELOMBANG
Rajah 6.10 Gelombang Keluaran Bagi Voltan
Maksimum Pada Beban
28
KAWALAN CYCLOROCONVERTER TIGA (3) DENYUT

• Kebaikan Cycloroconverter 3 Denyut
• i. Pemanasan minimum
• ii. Kecekapan tinggi
• iii. Keupayaan pembalikan motor yang tinggi
• iv. Pemacu yang ekonomi untuk beban yang
  tinggi pada kelajuan rendah.
• v. Seperti mesin pembuatan kertas motor
  hoist dan sebagainya.

29
KAWALAN CYCLOROCONVERTER TIGA (3) DENYUT

• Keburukan Cycloroconverter 3 Denyut
• Keluaran berfrekuensi rendah bila sistem pemacu
  dikendalikan daripada sistem bekalan komersil.
• Kegunaan Cycloroconverter 3 Denyut
• Pemacu arus ulangalik tanpa gear yang
  menggunakan sebuah motor segerak dengan kelajuan
  rendah yang dibekalkan oleh cycloconverter boleh
  menggantikan pemacu konvensional atau yang lebih
  rumit.

30
Contoh Pengiraan
Motor aruhan sangkar tupai tiga (3) fasa beban
penuh berkadar 25 kuasa kuda (k.k), 480 V, 1760
r.p.m., 60 Hz dan mempunyai tiga (3) belitan yang
setiap satunya berkemampuan membawa arus pada
kadar 20 A. Sambungan motor ditunjukkan pada
Rajah 6.7. Penukar siklo telah disambungkan pada
tiga (3) fasa talian 60 Hz dan menjana frekuensi
8 Hz. Anggapkan kelajuan segerak adalah kelajuan
tanpa beban (anggapkan tiada kehilangan kelajuan
pada keadaan tanpa beban). Kirakan i. Voltan
berkesan melintangi setiap belitan ii. Kelajuan
tanpa beban iii. Kelajuan pada dayakilas kadaran
(1760 r.p.m) iv. Arus berkesan setiap belitan
pada dayakilas kadaran v. Voltan berkesan bagi
talian 60 Hz
31
Penyelesaian

• i. Voltan berkesan antara belitan
• E ( 8 Hz / 60 Hz ) x 480 V 64 V
• ii. Kelajuan beban penuh pada 60 Hz 1760
  r.p.m.
• Kelajuan segerak (motor 4 kutub) 1800
  r.p.m.
• ? Kelajuan tanpa beban
• n ( 8 Hz / 60 Hz ) x 1800 r.p.m.
  240 r.p.m.
• iii. Kelajuan pada dayakilas kadaran (1760
  r.p.m.)
• Gelinciran pada dayakilas kadaran 1800
  r.p.m. 1760 r.p.m. 40 r.p.m.
  (apabila motor beroperasi pada
  60 Hz)
• ? n 240 r.p.m. - 40 r.p.m.
  200 r.p.m.
• iv. Fluks di dalam motor adalah sama pada 8 Hz
  dan 60 Hz. Oleh itu arus berkesan setiap belitan
  pada dayakilas kadaran 20 A iaitu sama dengan
  arus kadaran dalam stator.
• v. Voltan talian (60 Hz) Voltan keluaran
  penukar siklo 64 V

32
SYNCHROCONVERTER

• KAWALAN SYNCROCONVERTER
• Kelajuan motor segerak boleh dikawal dengan
  menggunakan kawalan frekuensi pada bekalan kuasa.
  
• Satu daripada kaedah kawalan kelajuan ini
  digunakan ialah dengan menukarkan voltan keluaran
  dan frekuensi dari penyongsang atau
  cycloconverter.

33
SYNCHROCONVERTER
Rajah 6.11 Kawalan Frekuensi Dengan Menggunakan
Penyongsang
34
SYNCHROCONVERTER
Rajah 6.12 Kawalan Frekuensi Dengan Menggunakan
Cycloconverter
35
SYNCHROCONVERTER

• Rajah 6.11 dan 6.12, menunjukkan kawalan kelajuan
  gelung buka bagi motor segerak dengan mengubah
  frekuensi keluaran dan voltan pada penyongsang
  dan cycloconverter.
• Rajah 6.11, menunjukkan litar penyongsang
  menerima frekuensi pelbagai julat yang besar.
• Rajah 6.12, menunjukkan litar penukar segerak
  yang membenarkan frekuensi pelbagai julat di
  bawah nilai satu per tiga (1/3) daripada nilai
  frekuensi bekalan.

36
FORMULA BAGI KUASA DAN DAYAKILAS

• Formula di bawah menunjukkan pengiraan untuk
  kuasa dan dayakilas.
• P T wm 3 Vt Ef Sin ?
  Xs
• di mana wm 4 ? f dan
• P
• Xs 2 ? f Ls

37
FORMULA BAGI KUASA DAN DAYAKILAS

• Seandainya arus medan (If) tetap, maka voltan
  medan Ef seperti di bawah
• Ef K If
• di mana K adalah tetap, dayakilas (T) adalah
  seperti di bawah
• T K Vt Sin ?
• f

38
FORMULA BAGI KUASA DAN DAYAKILAS

• di mana K Pemalar dayakilas
• Vt Voltan Talian
• f Frekuensi
• Kelajuan dasar boleh didapati apabila nilai Vt
  dan f adalah nilai kadaran bagi motor. Jika julat
  bagi Vt / f yang menyamai kelajuan dasar
  dikekalkan pada kelajuan yang rendah (dilakukan
  dengan cara menukar voltan dengan frekuensi),
  dayakilas maksima dikekalkan bagi menyamai
  kelajuan dasar tadi.

39
BENTUK GELOMBANG ATAU LENGKUK KAWALAN PENUKAR
SEGERAK
Rajah 6.13 Menunjukkan ciri-ciri operasi bagi
kelajuan dayakilas untuk voltan pelbagai,
frekuensi pelbagai (VVVI) untuk motor segerak.
40
BENTUK GELOMBANG ATAU LENGKUK KAWALAN PENUKAR
SEGERAK

• Bagi pembrekan penjanaan semula untuk motor
  segerak, kejatuhan kuasanya adalah tersongsang /
  terbalik. Untuk mengelakkan kejatuhan kuasa yang
  terbalik ini. Diod pada penyongsang adalah
  diperlukan. Untuk penukar sinkro kejatuhan
  kuasanya adalah terbalik.
• Frekuensi dinaikkan dan nilai voltan terminal
  dikekalkan pada nilai kadaran bagi mempelbagaikan
  kelajuan di bawah kelajuan dasar 0. Keadaan ini
  akan menyebabkan dayakilas puncak (pull out
  torque) meningkat pada kelajuan yang tinggi
  seperti Rajah 13.2 di atas.

41
BENTUK GELOMBANG ATAU LENGKUK KAWALAN PENUKAR
SEGERAK

• Jika frekuensi ditukarkan kepada kelajuan yang
  tinggi, kutub rotor mungkin tidak akan dapat
  mengikuti pusingan medan berputar stator dan akan
  mengakibatkan motor hilang kesegerakannya.
• Untuk mengelakkan keadaan ini, nilai kadaran pada
  mana-mana kadaran frekuensi yang hendak ditukar
  perlulah dihadkan. Penukaran dayakilas beban
  secara mengejut atau tiba-tiba akan membuat motor
  hilang kesegerakkannya.

42
CARA MEMPERLAHANKAN MOTOR ARUHAN MELALUI KAEDAH
PEMBREKAN SUNTIKAN (INJECTION BRAKING)

• Kaedah pembrekan suntikan (injection braking)
  adalah cara yang paling luas penggunaannya untuk
  pembrekan elektrik dan mempunyai keupayaan yang
  tinggi dalam mempertahankan motor aruhan tiga (3)
  fasa di industri.

43
GAMBARAJAH LITAR
Rajah 6.14 Litar Asas Untuk Pembrekan
Suntikan Arus Terus (A.T)
44
GARIS LENGKUNG
Rajah 6.15 Lengkuk Dayakilas - Kelajuan
Untuk Pembrekan Suntikan A.T
45
KENDALIAN LITAR

• Merujuk kepada Rajah 6.14, apabila butang henti
  ditekan maka bekalan arus ulangalik (A.U.) tiga
  (3) fasa akan diputuskan dan arus terus (A.T.)
  akan disuapkan kepada stator melalui dua
  terminal. Bekalan voltan A.T. ini diperolehi dari
  suap penerus melalui transformer voltan rendah
  dan arus tinggi.
• Arus A.T. akan mengalir melalui gelung stator dan
  menjadi medan magnetik stator pegun. Perbezaan
  kelajuan di antara medan stator pegun dan
  pergerakan rotor adalah negatif. Bekalan voltan
  tiga fasa akan terbalik polaritinya dan juga
  turutan fasanya di dalam rotor (berbanding
  pemotoran dalam arah yang sama). Hasilnya, arus
  rotor tiga fasa akan menyebabkan medan berputar
  dan menggerakkan rotor dalam arah yang
  berlawanan.

46
KENDALIAN LITAR

• Tindakan ini akan menyebabkan medan rotor menjadi
  pegun. Bila medan stator dan rotor menjadi pegun,
  arus rotor akan mengalir ke arah yang terbalik.
  Pada masa ini, dayakilas pembrekan mantap
  terhasil dalam semua julat kelajuan. Arus A.T.
  yang mengalir melalui stator, bergantung kepada
  nilai rintangan di mana nilai rintangan yang
  rendah memerlukan voltan A.T. yang rendah juga.
• Diketahui bahawa kelajuan pusingan medan sela
  udara adalah berkadar terus dengan frekuensi
  bekalan. Oleh kerana A.T. adalah berfrekuensi
  sifar, maka medan sela udara akan menjadi pegun.

47
KENDALIAN LITAR

• Juga diketahui bahawa rotor sentiasa cuba
  berputar pada kelajuan yang sama dengan medan.
  Jika medan adalah pegun dan rotor tidak pegun,
  maka dayakilas pembrekan akan dikenakan.
• Merujuk kepada Rajah 6.15, dayakilas pembrekan
  adalah negatif. Ianya menurun ke nilai sifar
  apabila rotor sampai ke keadaan rehat.

48
PERBANDINGAN
KAWALAN CYCLOCONVERTER KAWALAN SYNCHROCONVERTER
Kawalan yang menukar tenaga secara terus kepada frekuensi-frekuensi yang berbeza. 2. Membenarkan frekuensi yang lebih tinggi untuk memperbaiki bentuk gelombang keluaran. Kawalan kelajuan motor yang menggunakan kawalan frekuensi pada bekalan kuasa. 2. Keupayaan yang tinggi dalam sistem mempertahankan motor aruhan 3 fasa di industri.