122333

MODUL

POLITEKNIK KEMENTERIAN PENDIDIKAN MALAYSIA

EE 55110055

KAWALAN MOTOR AU

Junainah Abd. Kadir (PPD), Fa’izah Ya’acob (PPD), Abdullah Morad (PPD).

http://modul2poli.blogspot.com/

BIODATA PENULIS MODUL E5105 KAWALAN MOTOR AU

Nama : Junainah bte Abd. Kadir No K/P : 740802-12-5416 Alamat : Jabatan Kejuruteraan Elektrik Politeknik Port Dickson Km14, Jalan Pantai, 71050 Si Rusa, Port Dickson, N. Sembilan Telefon : 06-6625399 ext. 159 Kelulusan : Sarjana Pendidikan (Teknikal) (UTM)

BSc Kejuruteraan Elektrik(UTM) Sijil Kejuruteraan Elektrik (PPD)

Jawatan : Pensyarah Teknik

Nama : Fai’zah binti Ya’acob No K/P : 750212-04-5482 Alamat : Jabatan Kejuruteraan Elektrik Politeknik Port Dickson Km14, Jalan Pantai, 71050 Si Rusa, Port Dickson, N. Sembilan Telefon : 06-6625399 ext. 159 Kelulusan : Sarjana Pendidikan (Teknikal) (UTM)

BSc Kejuruteraan Elektrik(UTM) Diploma Kejuruteraan Elektronik (POLIMAS) Sijil Kejuruteraan Elektronik (PPD)

Jawatan : Pensyarah Teknik

Nama : Abdullah bin Hj. Morad No K/P : 640201-02-5825 Alamat : Jabatan Kejuruteraan Elektrik Politeknik Port Dickson Km14, Jalan Pantai, 71050 Si Rusa, Port Dickson, N. Sembilan Telefon : 06-6625399 ext. 159 Kelulusan : Sarjana Muda Teknologi Kej. Elektrik(UTMKL)

Diploma/Sijil Perguruan Kej. Elektrik (MPTKL) Jawatan : Pensyarah Teknik


E5105 KAWALAN MOTOR ARUS ULANGALIK (i)

GRID KURIKULUM Grid kurikulum modul ini adalah berdasarkan kepada kurikulum yang sedang digunakan

di Politeknik Kementerian Pendidikan Malaysia.

TOPIK UNIT

Pengenalan Motor Arus Ulangalik (AU) 1

Pemacu Elektrik 2 3 4

Kawalan Voltan Dalam Penyongsang 5 6

Kawalan Laju Dengan Voltan Stator Boleh-Ubah 7

Penyongsang Tersuap Arus Dan Tersuap Voltan 8 9 10 11

Lain-lain Jenis Kawalan 12 13

UNIT 1 : PENGENALAN MOTOR ARUS ULANGALIK (AU) ( 2 JAM ) 1.0 Pengenalan

1.1 Kelajuan segerak 1.1.1 Penggunaan formula kelajuan segerak

1.2 Kegelinciran (Slip) 1.2.1 Penggunaan formula kegelinciran

1.3 Frekuensi kegelinciran 1.3.1 Penggunaan formula frekuensi kegelinciran

1.4 Kaedah kawalan motor AU 1.4.1 Kaedah kawalan motor AU dengan mengubah voltan 1.4.2 Kaedah kawalan motor AU dengan mengubah frekuensi 1.4.3 Kaedah kawalan motor AU dengan mengubah bilangan kutub

UNIT 2 : PEMACU ELEKTRIK ( 2 JAM )

2.0 Pengenalan 2.1 Takrifan pemacu elektrik

2.1.1 Lengkung dayakilas melawan kelajuan 2.1.2 Jenis-jenis operasi motor dalam setiap sukuan

2.2 Garislengkung dayakilas – kelajuan (i) bagi motor aruhan fasa tiga 2.2.1 Analisis operasi dan fungsi motor bagi setiap sukuan 2.2.2 Garislengkung dayakilas – kelajuan (ii) sekiranya sambungan

stator diterbalikkan.


E5105 KAWALAN MOTOR ARUS ULANGALIK (ii)

UNIT 3 : PEMACU ELEKTRIK ( 2 JAM ) 3.0 Pengenalan

3.1 Takrifan untuk voltan / frekuensi diubah dalam keadaan praktiknya 3.2 Kesan terhadap bentuk dan kedudukan garislengkung dayakilas –

kelajuan 3.3 Pengiraan bagi kedudukan baru garislengkung dayakilas – kelajuan bagi

lain-lain nilai voltan / frekuensi 3.3.1 Kedudukan baru garislengkung dayakilas – kelajuan bagi lain-

lain nilai voltan / frekuensi UNIT 4 : PEMACU ELEKTRIK ( 2 JAM ) 4.0 Pengenalan

4.1 Bentuk garislengkung ciri arus – kelajuan motor aruhan 4.1.1 Kesan garislengkung arus – kelajuan sekiranya voltan stator dan

frekuensi diubah pada kadar yang sama 4.1.2 Bentuk garislengkung arus – kelajuan sekiranya voltan stator dan

frekuensi diubah pada kadar yang sama 4.2 Penggunaan formula yang berkaitan

UNIT 5 : KAWALAN VOLTAN DALAM PENYONGSANG ( 2 JAM ) 5.0 Pengenalan

5.1 Takrifan Kawalan Lebar Denyut (KLD / PWC) 5.2 Litar penyongsang tetimbang satu fasa

5.2.1 Gelombang-gelombang bagi litar penyongsang tetimbang satu fasa

5.2.2 Pengendalian litar penyongsang tetimbang satu fasa UNIT 6 : KAWALAN VOLTAN DALAM PENYONGSANG ( 3 JAM )

6.0 Pengenalan 6.1 Takrifan Pemodulatan Lebar Denyut (PLD)

6.1.1 Kendalian litar PLD 6.1.2 Gelombang masukan dan keluaran 6.1.3 Contoh gelombang-gelombang yang berkaitan

6.2 Gelombang PLD oleh penyongsang 6.2.1 Gelombang PLD oleh penyongsang pada voltan keluaran

maksimum 6.2.2 Gelombang PLD oleh penyongsang pada separuh voltan keluaran maksimum 6.2.3 Gelombang PLD oleh penyongsang pada separuh voltan dan

separuh frekuensi


E5105 KAWALAN MOTOR ARUS ULANGALIK (iii)

UNIT 7 : KAWALAN LAJU DENGAN VOLTAN STATOR BOLEHUBAH

( 4 JAM )

7.0 Pengenalan 7.1 Litar kawalan voltan dengan menggunakan tiristor 7.2 Kendalian litar kawalan voltan dengan menggunakan tiristor

7.2.1 Ciri dayakilas melawan kelajuan bagi litar kawalan motor aruhan sangkar tupai 7.2.2 Urutan pemicuan tiristor bagi mengawal voltan 7.2.3 Bentuk gelombang arus fasa pada voltan kadaran 7.2.4 Bentuk gelombang voltan fasa pada voltan kadaran

UNIT 8 : PENYONGSANG TERSUAP ARUS DAN TERSUAP VOLTAN

( 2 JAM )

8.0 Pengenalan 8.1 Takrifan kawalan kelajuan motor sangkar tupai menggunakan penyongsang frekuensi bolehubah

8.1.1 Fungsi penyongsang tertukartertib kendiri bagi sebuah motor sangkar tupai

8.1.2 Prinsip asas penyongsang tertukartertib kendiri 8.1.3 Gambarajah litar penyongsang tertukartertib kendiri 8.1.4 Kendalian sistem penerus – penyongsang bagi mengawal laju motor aruhan sangkar tupai

UNIT 9 : PENYONGSANG TERSUAP ARUS DAN TERSUAP VOLTAN ( 2 JAM )

9.0 Pengenalan 9.1 Takrifan penyongsang tersuap voltan

9.1.1 Contoh perubahan voltan tidak berlaku dengan cepat 9.2 Takrifan penyongsang tersuap arus

9.2.1 Contoh perubahan arus tidak berlaku dengan cepat UNIT 10 : PENYONGSANG TERSUAP ARUS DAN TERSUAP VOLTAN ( 2 JAM )

10.0 Pengenalan 10.1 Litar bagi sistem pemacu penyongsang tersuap arus (arus tetap)

10.1.1 Kendalian litar sistem pemacu penyongsang tersuap arus (arus tetap)

10.1.2 Bentuk gelombang motor bila disuap dari penyongsang arus tetap


E5105 KAWALAN MOTOR ARUS ULANGALIK (iv) 10.1.3 Dua kelebihan penyongsang arus tetap 10.1.4 Pembrekan secara penjanaan semula

UNIT 11 : PENYONGSANG TERSUAP ARUS DAN TERSUAP VOLTAN ( 2 JAM )

11.0 Pengenalan 11.1 Litar bagi sistem pemacu penyongsang tersuap voltan (voltan tetap)

11.1.1 Kendalian litar sistem pemacu penyongsang tersuap voltan (voltan tetap)

11.1.2 Bentuk gelombang voltan talian motor 11.1.3 Bentuk gelombang arus talian motor

UNIT 12 : LAIN-LAIN JENIS KAWALAN ( 3 JAM )

12.0 Pengenalan 12.1 Takrifan kawalan penukar siklo

12.1.1 Rajah blok penukar siklo 12.1.2 Gelombang beban ideal

12.2 Kawalan penukar siklo dengan gambarajah litar 12.3 Kawalan penukar siklo dengan bentuk gelombang 12.4 Operasi motor aruhan sangkar tupai yang menggunakan kawalan

penukar siklo dengan gambarajah litar 12.4.1 Kawalan penukar siklo tiga denyut

12.4.2 Motor aruhan sangkar tupai yang menggunakan kawalan penukar siklo dengan bentuk gelombang

UNIT 13 : LAIN-LAIN JENIS KAWALAN ( 3 JAM )

13.0 Pengenalan 13.1 Kawalan penukar sinkro

13.1.1 Gambarajah litar kawalan penukar sinkro 13.1.2 Formula bagi kuasa dan daya kilas 13.1.3 Bentuk gelombang atau lengkuk kawalan penukar sinkro

13.2 Cara memperlahankan motor aruhan melalui kaedah “injection braking”

13.2.1 Gambarajah litar 13.2.2 Kendalian litar


E5105 KAWALAN MOTOR ARUS ULANGALIK (v) PANDUAN MENGGUNAKAN MODUL 1. Modul ini terbahagi kepada 14 unit. Setiap unit disediakan dalam jilid yang sama. 2. Muka surat dinomborkan mengikut kod subjek, unit dan halaman.

E5105 / UNIT 1 / 3

Subjek Unit Halaman

3. Pada permulaan unit, objektif am dan khusus dinyatakan. 4. Setiap unit mengandungi urutan aktiviti dan diberikan simbol berikut :-

OBJEKTIF

Bahagian ini mengandungi objektif am dan khusus bagi setiap unit

INPUT

Bahagian ini mengandungi maklumat yang akan anda pelajari

AKTIVITI

Bahagian ini mengandungi proses pembelajaran secara aktif untuk menguji kefahaman anda. Anda perlu ikuti dan laksanakan arahan yang diberikan

MAKLUMBALAS KEPADA AKTIVITI

Bahagian ini mengandungi jawapan kepada soalan-soalan yang dikemukakan dalam aktiviti PENILAIAN KENDIRI

Penilaian kendiri menguji kefahaman anda dalam setiap unit

MAKLUMBALAS KEPADA PENILAIAN KENDIRI

Bahagian ini mengandungi jawapan kepada soalan-soalan yang dikemukakan dalam penilaian kendiri

5. Anda perlu mengikuti unit demi unit yang disediakan. 6. Anda boleh meneruskan unit selanjutnya setelah berjaya melalui unit sebelumnya dan yakin dengan pencapaian anda.


E5105 KAWALAN MOTOR ARUS ULANGALIK (vi) PERNYATAAN TUJUAN

Modul ini disediakan untuk kegunaan pelajar-pelajar Semester 6 yang mengikuti kursus diploma di Jabatan Kejuruteraan Elektrik di politeknik-politeknik di Malaysia. Ianya bertujuan untuk memberi pendedahan kepada pelajar tentang konsep sesuatu unit yang memerlukan pembelajaran kendiri serta bantuan dan panduan daripada pensyarah pembimbing. PRA-SYARAT KEMAHIRAN & PENGETAHUAN

Pra-syarat untuk mengikuti modul ini adalah lulus penuh di semester 5 di peringkat diploma. OBJEKTIF AM

Di akhir modul ini, pelajar-pelajar akan dapat :-

Ø mengetahui, memahami beberapa perkara asas mengenai kawalan motor AU dan juga menyelesaikan pengiraan berkaitan dengan motor AU.

Ø memahami takrifan pemacu elektrik dan mengetahui ciri-ciri motor yang berfungsi pada berbagai dayakilas dan kelajuan, garislengkung dayakilas – kelajuan serta garislengkung arus – kelajuan.

Ø mengetahui dan memahami cara-cara huraian voltan dalam penyongsang dikawal dengan kawalan lebar denyut (KLD/PWC) dan pemodulatan lebar denyut (PLD/PWM).

Ø mengetahui dan memahami kaedah kawalan motor aruhan sangkar tupai dengan voltan stator bolehubah.

Ø mengetahui dan memahami kawalan kelajuan motor sangkar tupai menggunakan penyongsang frekuensi bolehubah, penyongsang tertukar tertib, terminologi tersuap voltan, terminologi tersuap arus serta kendalian pemacu penyongsang tersuap arus dan tersuap voltan.

Ø mengetahui dan memahami jenis-jenis kawalan laju motor iaitu kawalan penukar siklo, kawalan penukar sikro dan kawalan motor aruhan melalui kaedah “injection braking”.

PERALATAN DAN SUMBER YANG PERLU DIGUNAKAN BERSAMA MODUL

1. Kalkulator 2. Kertas Graf

RUJUKAN

1. James T.Humphries, Motors and Controls, Merrill Publishing Company; 1988 2. Theodore Wildi, Electrical Machines, Drives and Power Systems, Prentice Hall;

1991 3. Ashfaq Ahmed, Power Electronics For Technology, Prentice Hall; 1999


SOAL SELIDIK MODUL OLEH PELAJAR

Tajuk Modul : _________________________ Kod Modul : _____________ Nama Pelajar : _______________________ No. Pendaftaran: ____________ Kursus : ____________________________________ Nama Penulis Modul : ______________________________ Sila gunakan skala berikut untuk penilaian anda.

4 Sangat setuju 3 Setuju 2 Tidak setuju 1 Sangat tidak setuju Arahan : Tandakan √ pada ruangan skor yang dipilih.

Bil ELEMEN PENILAIAN SKALA A. FORMAT 1 2 3 4

1 Susun atur muka surat adalah menarik. 2 Saiz font yang digunakan adalah senang untuk dibaca.

3 Saiz dan jenis gambar serta carta yang digunakan sesuai dengan input.

4 Carta dan gambar senang dibaca dan difahami.

5 Jadual yang digunakan tersusun dengan teratur dan mudah difahami.

6 Teks input disusun dengan cara yang mudah difahami. 7 Semua ayat berbentuk arahan dipamerkan dengan jelas. B. ISI KANDUNGAN 1 2 3 4

8 Saya faham semua objektif dengan jelas. 9 Saya faham pada idea yang disampaikan. 10 Cara persembahan idea adalah menarik. 11 Semua arahan yang diberikan mudah difahami.

12 Saya boleh melaksanakan semua arahan yang diberikan dalam unit ini.

13 Soalan dalam aktiviti adalah mudah dijawab. 14 Saya boleh menjawab soalan-soalan dalam penilaian kendiri. 15 Maklum balas boleh membantu mengenalpasti kesilapan saya. 16 Ayat-ayat yang digunakan mudah difahami. 17 Gaya penulisan menarik. 18 Saya boleh mengikuti unit ini dengan mudah. 19 Unit ini memudahkan saya mempelajari & memahami topik ini. 20 Penggunaan modul ini menarik minat saya.


PENGENALAN MOTOR ARUS ULANGALIK (A.U) E5105/UNIT 1/1

UNIT 1 PENGENALAN MOTOR ARUS ULANGALIK (A.U)

OBJEKTIF

Objektif Am : Mengetahui, memahami beberapa perkara asas mengenai kawalan

motor AU dan juga menyelesaikan pengiraan berkaitan dengan motor

AU.

Objektif Khusus : Di akhir unit ini anda sepatutnya dapat :-

Ø menjelaskan kelajuan segerak

Ø mengira kelajuan segerak

Ø menjelaskan kegelinciran

Ø mengira kegelinciran

Ø menjelaskan frekuensi kegelinciran

Ø mengira frekuensi kegelinciran

Ø menerangkan kaedah kawalan motor AU dengan mengubah voltan

Ø menerangkan kaedah kawalan motor AU dengan mengubah

frekuensi

Ø menerangkan kaedah kawalan motor AU dengan mengubah

bilangan kutub



INPUT

1.0 PENGENALAN

Anda tentu biasa menaiki lif atau tangga bergerak (escalator ). Tahukah anda bagaimana lif atau escalator itu bergerak atau berfungsi ?

Lif atau escalator itu bergerak atau berfungsi dengan bantuan motor arus ulangalik (AU). Di mana kita akan mempelajarinya dalam unit 1 ini dan seterusnya sehingga ke unit 13 secara berperingkat-peringkat.

Sebelum kita masuk ke input yang seterusnya, kita lihat dulu apakah kegunaan dan kebaikan-kebaikan motor AU.

Motor AU banyak digunakan di industri-industri disebabkan oleh mudah untuk mendapatkan kuasa AU dan juga kos bagi motor AU adalah lebih murah daripada motor arus terus (AT) bagi kuasa yang sama.

Selain daripada itu, motor AU adalah lebih ringan iaitu 10% - 20% daripada motor AT dan kurang penyelenggaraan.

Motor AU ini adalah terdiri daripada motor aruhan, motor segerak dan motor universal. Di antara ketiga-tiga motor tersebut, motor aruhan yang paling banyak digunakan dalam industri. Ini adalah disebabkan oleh kemudahannya (simplicity ), keboleharapannya (reliability) dan kosnya yang rendah. Antara kegunaan-kegunaan mesin arus ulangalik ialah :

i. bagi mesin arus ulangalik satu fasa yang kecil digunakan dalam banyak perkakasan di rumah-rumah. Contohnya : pengisar, mesin rumput, mesin basuh dan peti sejuk.

ii. bagi mesin arus ulangalik tiga fasa yang besar digunakan dalam pam, kipas, pemampat, kilang kertas, kilang kain dan sebagainya.


PENGENALAN MOTOR ARUS ULANGALIK (A.U) E5105/UNIT 1/3 1.1 KELAJUAN SEGERAK

Medan stator berputar pada kelajuan yang dinamakan kelajuan segerak. Manakala medan rotor juga berputar pada kelajuan yang sama dengan medan stator. Kelajuan segerak bergantung kepada dua faktor iaitu frekuensi arus bekalan dan bilangan kutub. Kelajuan segerak juga dipengaruhi oleh amplitud voltan bekalan, amplitud voltan stator, saiz beban dan kapasitor atau aruhan.

1.1.1 PENGIRAAN KELAJUAN SEGERAK

Formula kelajuan segerak atau kelajuan medan berputar adalah seperti di bawah :

Ns = 120 f P

di mana Ns = kelajuan medan stator atau kelajuan segerak (p.p.m / pusingan per minit) f = frekuensi (Hz / Hertz)

P = bilangan kutub magnetik yang dihasilkan oleh belitan tiga fasa

Contoh 1-1

Kirakan kelajuan segerak bagi motor aruhan tiga fasa yang mempunyai 20 kutub per fasa apabila ianya disambungkan kepada 50 Hz daripada sumber bekalan.

Penyelesaian

Ns = 120 f / P = 120 x (50 / 20) = 300 p.p.m


PENGENALAN MOTOR ARUS ULANGALIK (A.U) E5105/UNIT 1/4 1.2 KEGELINCIRAN ( SLIP)

Ns merupakan kelajuan segerak bagi medan berputar bukannya kelajuan rotor. Rotor sentiasa berputar pada kelajuan yang kurang sedikit dari kelajuan segerak sebanyak 2% hingga 5% dan bergantung kepada beban mekanik yang tersambung pada motor. 1.2.1 PENGIRAAN KEGELINCIRAN

Perbezaan antara kelajuan stator dengan kelajuan rotor dipanggil gelinciran. Lebih kecil gelinciran lebih hampirlah kelajuan rotor dengan kelajuan medan stator.

S = Ns - Nr di mana S = gelinciran

Ns Ns = kelajuan segerak (p.p.m) Nr = kelajuan rotor (p.p.m)

Dari persamaan di atas, jika rotor berputar pada kelajuan segerak, nilai gelincir bersamaan sifar (s = 0), manakala apabila rotor pegun atau diam atau terkunci maka Nr = 0, nilai gelincir bersamaan 1 (s = 1). Kegelinciran adalah ‘0’ pada keadaan tanpa beban dan bersamaan dengan 1 (atau 100%) apabila rotor berkunci.

Contoh 1-2

Motor aruhan 6 kutub diuja oleh sumber bekalan tiga fasa, 60 Hz. Jika kelajuan beban penuh adalah 1140 p.p.m, kirakan kegelinciran (slip).

Penyelesaian

Kelajuan segerak motor : Ns = 120 f / P

= 120 x (60 / 6) = 1200 p.p.m

Perbezaan kelajuan kegelinciran : Ns - Nr = 1200 – 1140 = 60 p.p.m

Maka, kegelinciran (slip) : S = (Ns – Nr) / Ns

= 60 / 1200 = 0.05 atau 5%


PENGENALAN MOTOR ARUS ULANGALIK (A.U) E5105/UNIT 1/5 1.3 FREKUENSI KEGELINCIRAN

Semasa motor dihidupkan, arus mengalir dalam belitan stator dan menghasilkan medan magnet yang berputar pada kelajuan yang sama dengan kelajuan segerak. Ketika rotor masih berada dalam keadaan pegun, medan magnet berputar pada kelajuan merentasi pengalir rotor dan menghasilkan daya gerak elektrik (d.g.e) serta arus yang tinggi dalam pengalir rotor. Frekuensi arus dan d.g.e rotor semasa rotor berkeadaan pegun adalah sama dengan frekuensi bekalan. Tetapi apabila motor mula berputar dan semakin laju, nilai arus dan d.g.e menjadi semakin rendah kerana arus dan d.g.e rotor mempunyai magnitud dan frekuensi yang berkadar dengan kelajuan relatif antara fluks magnet dan rotor. Apabila rotor berputar pada kelajuan Nr (p.p.m), fluks stator akan berputar mengelilingi pengalir rotor pada kelajuan (Ns – Nr) dan akan mengaruh d.g.e dalam rotor. Oleh itu frekuensi rotor dan arus rotor pada sebarang nilai kelajuan gelincir (Ns – Nr) adalah : Ns – Nr = 120 fr ------- (i) P

Oleh itu, fr = P x (Ns – Nr) ------- (ii) 120

P = 120fs ------- (iii) Ns

Ganti (iii) ke dalam (ii), maka fr = (Ns – Nr) x 120 fs 120 Ns Oleh itu, fr = Sfs ------- (iv)

Dari persamaan (iv), fr = fs semasa rotor diam iaitu ketika s = 1 dan apabila rotor semakin laju nilai fr akan semakin berkurang. Faktor gelinciran boleh digunakan untuk mendapatkan beberapa maklumat penting. Di antaranya ialah : i. Frekuensi arus yang teraruh dalam rotor berubah dengan berubahnya kelajuan

rotor.


PENGENALAN MOTOR ARUS ULANGALIK (A.U) E5105/UNIT 1/6 ii. Lebih tinggi kelajuan rotor, semakin sedikit garisan daya yang dipotong oleh

pengalir rotor per unit masa. iii. Frekuensi arus rotor berkurang apabila kelajuan rotor bertambah. iv. Frekuensi arus rotor boleh dikira dengan mendarab frekuensi stator bekalan

dengan gelinciran.

1.3.1 PENGIRAAN FREKUENSI KEGELINCIRAN

Formula yang berkaitan dengan frekuensi gelinciran adalah seperti di bawah : fr = S fs di mana fr - ialah frekuensi arus rotor S - ialah gelinciran fs- ialah frekuensi stator bekalan

(biasanya 50 Hz)

Contoh 1-3

Merujuk kepada Contoh 1-2, kirakan frekuensi kegelinciran.

Penyelesaian

fr = S fs = 0.05 x 60 Hz = 3 Hz Contoh 1-4 Sebuah motor aruhan 3 fasa, 350kw, 415V, 50Hz mempunyai kelajuan beban penuh 950 p.p.m . Jika motor berkenaan mempunyai 6 kutub, kirakan frekuensi arus rotor pada keadaan beban penuh.

Ns = 120f = 120 (50) = 1000 p.p.m p 6

S = Ns – Nr = 1000 – 950 = 0.05

Ns 1000 Fr = S x Fs = 0.05 x 50 = 2.5 Hz



1.4 KAEDAH KAWALAN MOTOR AU

1.4.1 KAEDAH KAWALAN MOTOR AU DENGAN MENGUBAH VOLTAN

Apabila sumber voltan diubah, frekuensi adalah tetap iaitu 50 Hz. Kelajuan boleh diubah dengan menukar voltan yang dikenakan pada stator. Oleh kerana dayakilas berkadar terus dengan dua voltan bekalan ( T motor ∝ V bekalan2 ), maka cara ini akan mengakibatkan motor tidak berupaya memacu beban pada kelajuan rendah (dayakilas terlalu rendah).

Walaubagaimanapun cara mengawal kelajuan menggunakan voltan bolehubah ini digunakan untuk mengawal motor “shaded pole”, “permanent-split capasitor-wound motor” dan motor AU universal.

1.4.2 KAEDAH KAWALAN MOTOR AU DENGAN MENGUBAH

FREKUENSI Apabila frekuensi diubah, voltan stator adalah tetap. Daya kilas maksima yang dihasilkan oleh motor tidak akan berkurang dengan kelajuan. Mengubah frekuensi voltan stator akan menghasilkan kawalan kelajuan motor aruhan polifasa yang terbaik.

Asas kawalan kelajuan frekuensi bolehubah terdapat dalam tiga (3) bahagian iaitu :

i. motor tiga fasa. ii. unit penukar kuasa (power conversion unit) iii. stesen kawalan operator (operator’s control station)

1.4.3 KAEDAH KAWALAN MOTOR AU DGN MENGUBAH BILANGAN

KUTUB

Kelajuan bagi fluk berputar boleh dikurangkan dengan menambah bilangan kutub. Kelajuan bagi medan berputar bergantung kepada frekuensi bekalan dan bilangan kutub pada stator.

Berdasarkan persamaan kelajuan segerak, kelajuan segerak akan bertambah jika frekuensi bertambah dan akan berkurangan jika bilangan kutub bertambah.



AKTIVITI 1(A)

UJI KEFAHAMAN ANDA SEBELUM MENERUSKAN PENILAIAN KENDIRI SILA SEMAK JAWAPAN DIRUANGAN MAKLUMBALAS DI HALAMAN BERIKUTNYA 1-1 Motor aruhan belitan rotor enam (6) kutub diuja oleh bekalan tiga (3) fasa, 60 Hz.

Kirakan frekuensi bagi arus rotor mengikut keadaan-keadaan berikut :

a) tidak dapat bergerak b) motor berpusing pada 500 p.p.m dalam arah yang sama dengan medan yang

berputar c) motor berpusing pada 500 p.p.m dalam arah yang bertentangan dengan medan

yang berputar d) motor berpusing pada 2000 p.p.m dalam arah yang sama dengan medan yang

berputar

1-2 Cari kelajuan segerak bagi motor empat (4) kutub dengan 60 Hz diberikan kepada stator.

1-3 Jika motor aruhan lapan (8) kutub mendapat frekuensi 60 Hz dan kegelincirannya

(slip) ialah 5%, berapakah kelajuan rotor untuk berpusing ? 1-4 Nyatakan TIGA (3) kaedah untuk mengawal motor AU.



MAKLUMBALAS AKTIVITI 1(A)

Cari nilai kelajuan segerak dahulu : Ns = 120 f / P = ( 120 x 60 ) / 6 = 1200 p.p.m 1-1 a) Dalam keadaan tidak bergerak, kelajuan motor atau Nr = 0.

Maka, kegelinciran ialah : S = (Ns - Nr) / Ns = (1200 - 0) / 1200 = 1

Frekuensi bagi voltan aruhan (dan arus aruhan) adalah : fr = S fs = 1 x 60 Hz = 60 Hz

b) Apabila motor berpusing dalam arah yang sama dengan medan, kelajuan

motor atau Nr adalah positif.

Maka, kegelinciran ialah : S = (Ns - Nr) / Ns = (1200 - 500) / 1200 = 7 / 12 = 0.583

Frekuensi bagi voltan aruhan (dan arus aruhan) adalah : fr = S fs = 0.583 x 60 Hz = 35 Hz

c) Apabila motor berpusing dalam arah yang bertentangan dengan medan,

kelajuan motor adalah negatif iaitu Nr = - 500.

Maka, kegelinciran ialah : S = (Ns - Nr) / Ns = (1200 - (-500)) / 1200 = (1200 + 500) / 1200 = 17 / 12 = 1.417

Kegelinciran atau slip yang lebih besar daripada 1 menunjukkan motor beroperasi seperti brek.

Frekuensi bagi voltan aruhan (dan arus aruhan) adalah :

fr = S fs = 1.417 x 60 Hz = 85 Hz



d) Kelajuan motor adalah positif kerana rotor berpusing dalam arah yang sama dengan medan : Nr = + 2000

Maka, kegelinciran ialah :

S = (Ns - Nr) / Ns = (1200 - (-500)) / 1200 = (1200 - 2000) / 1200 = -2 / 3 = -0.667

Kegelinciran atau slip yang negatif menunjukkan motor sebenarnya beroperasi seperti penjana.

Frekuensi bagi voltan aruhan (dan arus aruhan) adalah :

fr = S fs = -0.667 x 60 Hz = -40 Hz

Frekuensi yang negatif bermakna rangkaian fasa bagi voltan aruhan pada belitan rotor adalah terbalik.

1-2 Ns = 120 f / P = ( 120 x 60 ) / 4 = 1800 p.p.m

1-3 Ns = 120 f / P = ( 120 x 60 ) / 8 = 900 p.p.m Dari formula S = (Ns - Nr) / Ns , cari Nr :

0.05 = ( 900 - Nr ) / 900 45 = 900 - Nr

Oleh itu Nr = 900 - 45 = 855 p.p.m

1-4 i. Kaedah kawalan dengan mengubah voltan ii. Kaedah kawalan dengan mengubah frekuensi iii. Kaedah kawalan dengan mengubah bilangan kutub



PENILAIAN KENDIRI

¹ JAWAB SEMUA SOALAN. ¹ SEMAK JAWAPAN PADA MAKLUMBALAS YANG DISEDIAKAN. ¹ JIKA ADA MASALAH, SILA RUJUK PADA PENSYARAH

MATAPELAJARAN.

SOALAN 1-1 Jika bekalan kutub pada stator bagi motor aruhan digandakan, adakah kelajuan segeraknya turut berganda ? Terangkan.

SOALAN 1-2 Sebuah motor aruhan tiga (3) fasa, 20 kutub disambungkan kepada punca 600V, 60Hz.

a) Kirakan kelajuan segerak. b) Jika bekalan berkurangan sehingga 300V, adakah kelajuan segerak akan berubah ?

SOALAN 1-3

a) Kirakan kelajuan segerak bagi motor aruhan tiga (3) fasa, dua belas (12) kutub yang diuja oleh 60Hz.

b) Kirakan kelajuan nominal (kelajuan rotor) jika kegelinciran pada beban penuh adalah 6%.

SOALAN 1-4 Motor aruhan tiga (3) fasa, enam (6) kutub disambungkan kepada bekalan 60Hz. Jika motor berpusing didalam arah yang sama dengan fluk, kirakan frekuensinya :

a) pada 300 p.p.m. b) pada 1000 p.p.m. c) pada 1500 p.p.m.

SOALAN 1-5 Jika motor, 6 kutub dengan 400 Hz diberikan kepada stator yang mempunyai kelajuan rotor 7600 Hz, kira kegelincirannya.


PENGENALAN MOTOR ARUS ULANGALIK (A.U) E5105/UNIT 1/12 SOALAN 1-6 Sebuah motor aruhan 6 kutub berkendali pada 1158 p.p.m bila dikenakan bekalan 60 Hz. Kirakan kelajuan segerak dan gelincir. SOALAN 1-7 Sebuah motor aruhan 3-fasa, 6 kutub, 50Hz, berkendali pada 1192 p.p.m pada masa tanpa beban dan 1120 p.p.m pada beban penuh. Tentukan gelincir pada beban penuh. SOALAN 1-8 Sebuah motor aruhan 3-fasa, 50 Hz, 8 kutub, 415 V berkendali pada gelincir 5 %. Tentukan :

i) kelajuan medan stator ii) kelajuan rotor iii) frekuensi rotor



MAKLUMBALAS PENILAIAN KENDIRI

SOALAN 1-1 Rujuk pada nota 1.4.3. SOALAN 1-2 a) 360 p.p.m. b) Tidak. SOALAN 1-3 a) 600 p.p.m. b) 564 p.p.m.

SOALAN 1-4 a) 45 Hz b) 10 Hz c) 15 Hz

SOALAN 1-5 S = 0.05


PENGENALAN MOTOR ARUS ULANGALIK (A.U) E5105/UNIT 1/14 SOALAN 1-6 Ns = 1200 p.p.m S = 0.035 SOALAN 1-7 S = 0.06 SOALAN 1-8 Ns = 750 p.p.m Nr = 712.5 p.p.m fr = 2.5Hz


PEMACU ELEKTRIK E5105/UNIT 2/1

UNIT 2 PEMACU ELEKTRIK

OBJEKTIF

Objektif Am : Memahami takrifan pemacu elektrik dan mempelajari ciri-ciri

motor yang berfungsi pada berbagai dayakilas dan kelajuan,

garislengkung dayakilas – kelajuan serta garislengkung arus –

kelajuan.


Ø menakrifkan pemacu elektrik

Ø melakarkan paksi dayakilas melawan kelajuan

Ø menerangkan jenis-jenis operasi motor dalam setiap sukuan

Ø melakarkan garislengkung dayakilas – kelajuan (i) bagi motor

aruhan fasa tiga

Ø menerangkan operasi dan fungsi motor bagi setiap sukuan

Ø melakarkan garislengkung dayakilas – kelajuan (ii) sekiranya

sambungan di stator diterbalikkan



INPUT

2.0 PENGENALAN

Kebanyakan perindustrian moden dan komersial menggunakan pemacu elektrik berbanding dengan pemacu mekanikal kerana terdapat banyak kelebihan. Di antaranya ialah :

i. binaannya ringkas dan kos penyelenggaraannya kurang. ii. kawalan kelajuannya mudah dan lancar. iii. kemas, bersih dan bebas daripada sebarang asap dan saluran gas. iv. boleh dikawal dari tempat yang berasingan. v. boleh dipadatkan di mana ianya menjimatkan ruang. vi. boleh dimulakan atau dihidupkan serta merta.

Bagaimanapun, sistem pemacu elektrik ini terdapat dua (2) kelemahan iaitu : i. ianya akan berhenti serta merta jika bekalan elektrik terputus. ii. tidak boleh digunakan di tempat yang jauh dan tiada bekalan

elektrik.

Kelemahan tersebut boleh diatasi dengan memasang penjana arus terus pacuan diesel dan tiga fasa pengulang-alik pacuan turbin.

2.1 TAKRIFAN PEMACU ELEKTRIK

Pemacu elektrik ialah suatu sistem yang mengandungi satu atau beberapa motor elektrik dan sebahagian peralatan kawalan elektrik yang direkabentuk untuk mengawal pencapaian motor-motor tersebut.

Pemacu elektrik ini boleh dikategorikan kepada tiga (3) kumpulan iaitu :

1. pemacu berkumpulan 2. pemacu individu 3. pemacu motor pelbagai

Contoh penggunaan pemacu elektrik ini ialah ianya terdapat di lif, tangga bergerak (escalator), pengangkut (conveyor) dan pam.



2.1.1 PAKSI DAYAKILAS MELAWAN KELAJUAN Dayakilas (Tm)

Kelajuan (p.p.m)

RAJAH 2.1

Sebahagian daripada pemacu elektrik di industri memerlukan motor berfungsi pada pelbagai dayakilas dan kelajuan di mana kedua-duanya adalah dalam arah mara dan songsang.

2.1.2 JENIS-JENIS OPERASI MESIN DALAM SETIAP SUKUAN Dayakilas + Penjana atau brek Motor - 0 + Kelajuan Motor Penjana atau brek -

RAJAH 2.2

SUKUAN 2 SUKUAN 1

SUKUAN 3 SUKUAN 4

Tmula (dayakilas mula)

Tmak (dayakilas maksima)

Tbp (dayakilas beban penuh)

STmak N=0 p.p.m S=1

Ns S=0



Rajah 2.2 menunjukkan pemacu elektrik boleh berkendali dalam 4 sukuan yang berbeza. Kelajuan positif dan negatif diplotkan pada satah ufuk dan dayakilas positif dan negatif pada satah menegak. Ini memberikan 4 sukuan pengoperasian iaitu sukuan 1, 2, 3 dan 4.

Untuk beroperasi sebagai motor, mesin juga selalunya terpaksa berfungsi dalam masa yang pendek sebagai penjana dan brek. Sebagai contoh; di dalam lokomotif elektrik, motor mungkin berpusing mengikut atau melawan arah jam dan dayakilas mungkin bertindak searah atau melawan arah pusingan. Dengan perkataan lain, kelajuan dan daya kilas mungkin positif atau mungkin negatif.

2.2 GARISLENGKUNG DAYAKILAS - KELAJUAN (i)

Dayakilas 2 1 Kelajuan 3 4

RAJAH 2.3

Rajah 2.3 menunjukkan garislengkung daya kilas melawan kelajuan bagi motor aruhan fasa tiga di mana jenis motor yang digunakan adalah motor aruhan jenis sangkar tupai.

Penjana

Motor Brek



2.2.1 OPERASI DAN FUNGSI MOTOR BAGI SETIAP SUKUAN

Merujuk kepada Rajah 2.2, mesin akan bertindak mengikut sukuan-sukuan seperti berikut :

Sukuan 1 - Kedua-dua dayakilas dan kelajuan adalah positif, ini bermakna

mereka bertindak pada arah yang sama. - Mesin beroperasi sebagai motor dan memberikan kuasa mekanikal

kepada beban.

Sukuan 2 - Mempunyai dayakilas positif tetapi kelajuannya negatif. Di mana

dayakilas bertindak mengikut pusingan jam sedangkan mesin berpusing mengikut lawan jam.

- Mesin akan menyerap kuasa mekanikal daripada beban di mana ia bertindak sebagai penjana.

- Kuasa mekanikal ditukar kepada kuasa elektrik dan disuap semula ke talian. Walaubagaimanapun, kuasa elektrik mungkin boleh dilesapkan di dalam rintangan luar misalnya pembrekan dinamik (dynamic braking).

- Bergantung kepada cara ianya disambung, mesin boleh juga berfungsi sebagai brek.

- Kuasa mekanikal yang diserap sekali lagi ditukar kepada kuasa elektrik tetapi kemudiannya terus ditukar kepada haba tanpa dapat dielakkan.

- Dalam keadaan sebenar jika mesin berfungsi sebagai brek, ia akan menyerap kuasa elektrik daripada talian bekalan dan pada masa yang sama ia akan menyerap kuasa mekanikal daripada aci.

- Kedua-dua kuasa masukan dilesapkan sebagai haba (biasanya di dalam mesin itu sendiri).

- Sebagai contoh, apabila mesin disekat untuk memperlahankan putaran, ia akan berkendali sebagai brek.

- Dalam pemacu kuasa yang besar, operasi brek tidak selalunya diperlukan kerana ianya membuat mesin tidak cekap.

- Oleh itu, mesin selalunya disusun supaya berfungsi sebagai penjana apabila beroperasi dalam Sukuan 2.



Sukuan 3 - Mesin beroperasi sebagai motor tetapi arah dayakilas dan

kelajuannya adalah berlawan dengan arah seperti di Sukuan 1.

Sukuan 4 - Sukuan 4 adalah sama seperti Sukuan 2 kecuali dayakilas dan

kelajuannya adalah pada arah yang bertentangan dengan yang ada pada Sukuan 2.

2.2.2 GARISLENGKUNG DAYAKILAS – KELAJUAN (ii)

Dayakilas

2 1 Kelajuan 3 4

RAJAH 2.4

- Rajah 2.4 menunjukkan garislengkung dayakilas – kelajuan sekiranya sambungan di stator diterbalikkan.

Brek

Motor

Penjana



AKTIVITI 2(A)

UJI KEFAHAMAN ANDA SEBELUM MENERUSKAN PENILAIAN KENDIRI SILA SEMAK JAWAPAN DIRUANGAN MAKLUMBALAS DI HALAMAN BERIKUTNYA 2-1 Nyatakan sukuan bagi mesin-mesin berikut akan beroperasi :

a) seperti brek b) seperti motor c) seperti penjana

2-2 Mesin akan berpusing mengikut arah jam di dalam sukuan 3. Nyatakan samada

ianya akan menghasilkan dayakilas mengikut jam atau melawan arah jam.




2-1 a) 2 atau 4

b) 1 atau 3 masing-masing c) 4 atau 2 masing-masing

2-2 Mengikut arah jam.



PENILAIAN KENDIRI


MATAPELAJARAN.

SOALAN 2-1 Takrifkan pemacu elektrik. SOALAN 2-2 Jika mesin berada di sukuan 2, terangkan operasi mesin tersebut. SOALAN 2-3 Lakarkan lengkuk dayakilas – kelajuan bagi motor aruhan tiga fasa. SOALAN 2-4 Lakarkan lengkuk dayakilas – kelajuan jika sambungan distator diterbalikkan.




SOALAN 2-1 Rujuk pada nota 2.1. SOALAN 2-2 Rujuk pada nota 2.2. SOALAN 2-3 Rujuk pada nota 2.2.1. SOALAN 2-4 Rujuk pada nota 2.2.2.




OBJEKTIF

Objektif Am : Memahami takrifan pemacu elektrik dan mengetahui ciri-ciri



kelajuan.


Ø menakrifkan voltan / frekuensi diubah dalam keadaan

praktiknya

Ø menerangkan kesan terhadap bentuk dan kedudukan

garislengkung dayakilas – kelajuan

Ø membuat kiraan bagi kedudukan baru garislengkung dayakilas

– kelajuan bagi lain-lain nilai voltan / frekuensi

Ø melakarkan kedudukan baru garislengkung dayakilas –

kelajuan bagi lain-lain nilai voltan / frekuensi



INPUT

3.0 PENGENALAN

Asas kawalan motor elektrik adalah sama seperti peranti-peranti lain misalnya : i. solenoid ii. lampu iii. injap

Bagaimanapun, motor elektrik mempunyai ciri-ciri khusus seperti di bawah : a) Motor memerlukan ‘momentary current surge’ sebanyak 5 hingga 10 kali

ganda dari arus larian (running). b) Bergerak dari mara (forward) ke songsang (reverse) memerlukan

perhatian khusus. Ini disebabkan pusuan arus dan sifat tekun (inertia) motor serta sifat tekun beban.

c) Masa untuk mencapai kelajuan operasi dan memperlahankan motor sehingga berhenti perlulah diambil kira.

d) Dalam banyak kes, untuk mengubah kelajuan motor, sistem kawalan mesti mengubah voltan masukan untuk arus terus atau mengubah frekuensi untuk arus ulangalik.

3.1 TAKRIFAN UNTUK VOLTAN / FREKUENSI DIUBAH DALAM

KEADAAN PRAKTIKNYA

Apabila voltan dan frekuensi diubah, ia akan memberi kesan terhadap garislengkung kelajuan. Contohnya, jika voltan dan frekuensi ditambah nilainya dan garislengkung akan mendatar pada nilai daya kilas (Tm atau torque meter) yang ditetapkan atau nilai dayakilas yang ditentukan serta pada kegelinciran tertentu.



Jika frekuensi elektrik pada stator motor aruhan diubah / dilaras, kadar putaran medan magnet akan berubah juga. Oleh itu titik tanpa beban untuk lengkuk dayakilas – kelajuan turut akan berubah juga.

Untuk memastikan arus permagnetan berada pada kadar yang sesuai (tidak berada pada kadar yang lampau), voltan talian yang digunakan haruslah dikurangkan juga (berkadar terus dengan pengurangan frekuensi). Jika tidak, besi pada motor akan berada pada keadaan tepu dan arus permagnetan akan menjadi terlampau tinggi.

Jika voltan dilaras secara linear dengan frekuensi yang dikenakan, keputusan ciri dayakilas – kelajuan akan diperolehi seperti Rajah 3.1 di bawah.

Dayakilas

Kelajuan

RAJAH 3.1

3.2 KESAN TERHADAP BENTUK DAN KEDUDUKAN GARISLENGKUNG

DAYA KILAS – KELAJUAN

Untuk motor aruhan jenis sangkar tupai (squirrel-cage induction motor), bentuk lengkuk dayakilas – kelajuan bergantung kepada voltan dan frekuensi yang diberikan pada stator. Jika frekuensi (f) ditetapkan, dayakilas adalah berkadar terus dengan kuasa dua voltan. Disamping itu, kelajuan segerak bergantung kepada frekuensi bekalan.

Sm (Speed meter)

Tm


PEMACU ELEKTRIK E5105/UNIT 3/4 Secara praktikal, bekalan voltan dan frekuensi dilaras dalam kadaran yang sekata (linear) untuk memastikan fluk dalam sela udara adalah malar. Sebagai contoh, jika voltan digandakan dengan faktor dua, frekuensi juga digandakan dua kali. Dalam keadaan ini, bentuk lengkuk dayakilas – kelajuan adalah masih sama tetapi kedudukannya akan diubah sepanjang paksi X mengikut frekuensi.

Rajah 3.2(a) di bawah menunjukkan bentuk lengkung dayakilas – kelajuan sebuah motor aruhan tiga fasa jenis sangkar tupai 11 kW, 460 V, 60 Hz di mana pada kelajuan beban penuh adalah 1725 p.p.m. (pusingan per minit) dan dayakilas beban penuh adalah 60 N-m (newton meter) manakala dayakilas maksimum adalah 160 N-m dan arus rotor berkunci (tidak bergerak) adalah 80 N-m.

RAJAH 3.2 (a) :Lengkung dayakilas – kelajuan bagi motor aruhan sangkar

tupai

(Sumber : Electrical Machines, Drives, and Power Systems, Page 445)



RAJAH 3.2 (b) : Lengkung dayakilas – kelajuan pada tiga frekuensi yang berbeza


Jika kedua-dua voltan dan frekuensi dikurangkan sebanyak satu per empat (¼) daripada asal iaitu 115 V dan 15 Hz, lengkuk dayakilas kelajuan akan digerak ke arah kiri. Pada masa ini, lengkuk tersebut akan memintas (memotong) paksi X pada kelajuan segerak 450 p.p.m. sepertimana yang ditunjukkan dalam Rajah 3.2 (b) di atas.

Mengikut formula : Ns = 120 f / P = 120 (15) / 4

= 450 p.p.m.

ATAU 1800 (Kelajuan asal) = 450 p.p.m 4 (Faktor yang dikurangkan)

Jika kedua-dua nilai voltan dan frekuensi ditingkatkan sebanyak 50% (690 V, 90 Hz), lengkuk tersebut akan dianjak ke arah kanan dan memotong paksi X pada kelajuan segerak selaju 2700 p.p.m.


PEMACU ELEKTRIK E5105/UNIT 3/6 Disebabkan oleh bentuk lengkuk dayakilas / kelajuan berada pada bentuk yang sama pada semua frekuensi, maka dayakilas yang dihasilkan oleh motor aruhan tersebut adalah sama apabila kelajuan kegelinciran (dalam p.p.m.) adalah sama.

3.3 PENGIRAAN BAGI KEDUDUKAN BARU GARISLENGKUNG

DAYAKILAS – KELAJUAN BAGI LAIN-LAIN NILAI VOLTAN / FREKUENSI

Contoh 3-1

Motor aruhan sangkar tupai tiga (3) fasa, 10 kuasa kuda (k.k.), 575 V, 1750 p.p.m. (pusingan per minit), 60 Hz menghasilkan dayakilas sebanyak 110 N-m (newton meter) pada kelajuan 1440 p.p.m. Jika motor diuja pada frekuensi 25 Hz. Kira :

a) voltan stator yang diperlukan untuk mengekalkan fluk yang sama di dalam mesin. b) kelajuan baru pada dayakilas 110 N-m.

Penyelesaian

a) Voltan mestilah dikurangkan mengikut kadar frekuensi.

E = (25 / 60) x 575 = 240 V

b) Kelajuan segerak Ns = (120 x 60) / 4 = 1800 p.p.m. Maka kelajuan kegelinciran pada dayakilas ialah : N1 = Ns - Nr = 1800 – 1440 = 360 p.p.m. Kelajuan segerak pada kelajuan 25 Hz ialah : Ns = (25 / 60) x 1800 = 750 p.p.m Kelajuan yang baru pada 110 N-m ialah : N = 750 - 360 = 390 p.p.m.



3.3.1 KEDUDUKAN BARU GARISLENGKUNG DAYAKILAS – KELAJUAN BAGI LAIN-LAIN NILAI VOLTAN / FREKUENSI

Dayakilas Kelajuan

RAJAH 3.3 (a) : Kedudukan lama garislengkung dayakilas kelajuan Dayakilas

Kelajuan

RAJAH 3.3 (b) : Kedudukan baru garislengkung dayakilas – kelajuan

240 V, 25 Hz

575 V, 60 Hz



AKTIVITI 3(A)

UJI KEFAHAMAN ANDA SEBELUM MENERUSKAN PENILAIAN KENDIRI. SILA SEMAK JAWAPAN DIRUANGAN MAKLUMBALAS DI HALAMAN BERIKUTNYA 3-1 Nyatakan TIGA (3) ciri-ciri khusus bagi sebuah motor elektrik. 3-2 Nyatakan kesan terhadap garislengkung dayakilas – kelajuan jika voltan dan

frekuensi diubah dalam keadaan praktiknya. 3-3 Motor aruhan sangkar tupai tiga (3) fasa, empat (4) kutub dengan kadaran 208 V,

60 Hz. Dikehendaki motor berpusing pada kelajuan tanpa beban pada 225 p.p.m untuk mengekalkan fluk yang sama dalam ruang udara. Jika motor diuja pada frekuensi 75 Hz,

Kira :

i. voltan yang diperlukan oleh stator. ii. kelajuan baru pada dayakilas 225 N-m.




3-1 Rujuk pada nota 3.0. 3-2 Rujuk pada nota 3.1. 3-3 i. Voltan mestilah dikurangkan mengikut kadar frekuensi. E = (75 / 60) x 208 = 260 V

ii. Kelajuan segerak Ns = (120 x 60) / 4 = 1800 p.p.m. Maka kelajuan kegelinciran pada dayakilas ialah : N1 = Ns - Nr = 1800 – 225 = 1575 p.p.m. Kelajuan segerak pada kelajuan 75 Hz ialah : Ns = (75 / 60) x 1800 = 2250 p.p.m Kelajuan yang baru pada 225 N-m ialah : N = 2250 - 1575 = 675 p.p.m.



PENILAIAN KENDIRI


MATAPELAJARAN.

SOALAN 3-1 Lakarkan garislengkung dayakilas – kelajuan bagi sebuah motor aruhan jika voltan dan frekuensi adalah linear. SOALAN 3-2 i. Nyatakan kesan pada garislengkung dayakilas – kelajuan jika voltan dan frekuensi

dikurangkan nilainya. ii. Nyatakan kesan pada garislengkung dayakilas – kelajuan jika voltan dan frekuensi

ditingkatkan nilainya. SOALAN 3-3 Motor aruhan sangkar tupai tiga (3) fasa, empat (4) kutub, 440 V, 50 Hz akan menjanakan dayakilas sebanyak 100 N-m pada kelajuan 1200 p.p.m.. Jika bekalan frekuensi stator dikurangkan sebanyak separuh (50%). Kira :

i. bekalan voltan stator yang diperlukan untuk memastikan nilai fluk yang sama pada motor tersebut.

ii. kelajuan baru pada dayakilas 100 N-m. iii. lakarkan kedudukan baru garislengkung tersebut.




SOALAN 3-1 Dayakilas Sm Kelajuan SOALAN 3-2 i. Garislengkung tersebut akan teranjak ke kiri dari garislengkung dayakilas –

kelajuan yang asal. ii. Garislengkung tersebut akan teranjak ke kanan dari garislengkung dayakilas –

kelajuan yang asal. SOALAN 3-3 i. 220 V ii. 1050 p.p.m. iii. Rujuk pada nota 3.3.1.

Tm




OBJEKTIF

Objektif Am : Memahami takrifan pemacu elektrik dan mengetahui ciri-ciri



kelajuan.


Ø melakarkan bentuk garislengkung ciri arus - kelajuan motor

aruhan

Ø menyatakan kesan garislengkung dayakilas - kelajuan

sekiranya voltan stator dan frekuensi diubah pada kadar yang

sama

Ø melakarkan bentuk garislengkung arus - kelajuan sekiranya

voltan stator dan frekuensi diubah pada kadar yang sama

Ø membuat pengiraan yang berkaitan



INPUT

4.0 PENGENALAN

Ciri garislengkung arus – kelajuan bagi motor aruhan adalah dalam bentuk lengkung V yang mempunyai nilai minimum pada kelajuan segerak. Nilai arus minimum adalah sama dengan arus kemagnetan yang diperlukan untuk menghasilkan fluk di dalam mesin.

Oleh kerana fluk sentiasa tetap, maka arus kemagnetan adalah sama pada semua kelajuan segerak.

4.1 BENTUK GARISLENGKUNG CIRI ARUS – KELAJUAN MOTOR

ARUHAN

RAJAH 4.1 : Lengkung arus – kelajuan bagi motor aruhan (dengan rintangan rotor normal)

Kelajuan (p.p.m) 1440

Arus (A)

100



4.1.1 KESAN GARISLENGKUNG ARUS – KELAJUAN SEKIRANYA VOLTAN STATOR DAN FREKUENSI DIUBAH PADA KADAR YANG SAMA

Jika voltan stator dan frekuensi berubah dalam kadar yang sama, lengkung arus – kelajuan adalah dalam bentuk yang sama tetapi berubah sepanjang paksi mendatar. Kesannya, lengkung dayakilas – kelajuan dan arus – kelajuan bergerak bersama mengikut perubahan nilai frekuensi.

Contoh 4-1

Rajah 4.2 menunjukkan garislengkung arus – kelajuan bagi 15 k.k , 460V, 60Hz bagi motor aruhan sangkar tupai. Pada ketika ini arus rotor biasanya 120A dan daya kilas ialah 80 N-m.

Sekiranya voltan stator dan frekuensi diubah sebanyak 75% iaitu 115V, 15Hz, arus motor yang diperolehi ialah 80A dan dayakilasnya ialah 160 N-m.

Apa yang dapat diperhatikan ialah pengurangan voltan stator dan frekuensi pada nisbah yang sama dapat mengurangkan arus rotor, manakala dayakilas bagi motor telah meningkat.



4.1.2 BENTUK GARISLENGKUNG ARUS – KELAJUAN SEKIRANYA VOLTAN STATOR DAN FREKUENSI DIUBAH PADA KADAR YANG SAMA

RAJAH 4.2



PEMACU ELEKTRIK E5105/UNIT 4/5 4.2 PENGGUNAAN FORMULA YANG BERKAITAN

Contoh 4-2

Dengan menggunakan garislengkung arus - kelajuan pada Rajah 4.2 : i. Kira voltan dan frekuensi yang diperlukan supaya motor aruhan sangkar

tupai empat (4) kutub, 60Hz, 460V boleh beroperasi pada 3200 p.p.m. bagi menghasilkan dayakilas 100 N-m.

ii. Nyatakan perkaitan di antara arus stator dengan dayakilas – kelajuan.

Penyelesaian

Kelajuan segerak Ns1 = 120 f / P = 120 (60 / 4) = 1800 p.p.m.

i. Merujuk kepada Rajah 4.2, apabila motor beroperasi pada 60Hz dan daya kilas 100N-m, kelajuan adalah 1650 p.p.m., maka kelajuan kegelinciran ialah:

N1 = Ns – Nr = 1800 – 1650 = 150 p.p.m

Kelajuan kegelinciran adalah sama apabila motor menghasilkan 100 N-m pada 3200 p.p.m., maka kelajuan segerak mestilah :

Ns2 = 3200 + 150 = 3350 p.p.m. Hubungkait antara frekuensi ialah : f = ( 3350 / 1800 ) x 60 = 111.7 Hz

Hubungkait antara voltan stator ialah : E = ( 111.7 / 60 ) x 460 = 856 V

ii. Lengkung arus – kelajuan seperti di Rajah 4.2 menunjukkan arus stator ialah 40 A apabila dayakilas 100 N-m. Ini kerana lengkung arus – kelajuan berubah mengikut lengkung dayakilas – kelajuan di mana arus masih 40 A pada 3200 p.p.m. dan daya kilas 100 N-m.



AKTIVITI 4(A)

UJI KEFAHAMAN ANDA SEBELUM MENERUSKAN PENILAIAN KENDIRI SILA SEMAK JAWAPAN DIRUANGAN MAKLUMBALAS DI HALAMAN BERIKUTNYA 4-1 i. Lakarkan garislengkung arus – kelajuan bagi sebuah motor aruhan.

ii. Terangkan apa yang dapat diperolehi dari soalan 4-1(i) di atas. 4-2 Kelajuan rotor apabila motor aruhan sangkar tupai beroperasi pada 80 Hz dan

daya kilas 120 N-m ialah 1750 p.p.m. Kira :

i. frekuensi dan ii. voltan yang diperlukan supaya motor dengan empat (4) kutub, 440V tersebut boleh beroperasi pada 3500 p.p.m. bagi menghasilkan daya kilas 120 N-m.




4-1 i. Rujuk pada nota 4.1.

ii. Lengkuk ini adalah berbentuk V dengan nilai terendah apabila berada pada kelajuan segerak. Nilai arus minimum adalah sama dengan arus kemagnetan yang diperlukan untuk menghasilkan fluk di dalam mesin. Oleh kerana fluk sentiasa tetap, maka arus kemagnetan adalah sama pada semua kelajuan segerak.

4-2 Kelajuan segerak Ns1 = 120 f / P = 120 (80 / 4) = 2400 p.p.m.

Apabila motor beroperasi pada 80 Hz dan daya kilas 120 N-m, kelajuan adalah 1750 p.p.m., maka kelajuan kegelinciran ialah :

N1 = Ns – Nr = 2400 – 1750 = 650 p.p.m

Kelajuan kegelinciran adalah sama apabila motor menghasilkan 120 N-m pada 3500 p.p.m., maka kelajuan segerak mestilah :

Ns2 = 3500 + 650 = 4150 p.p.m.

i. Hubungkait antara frekuensi ialah : f = ( 4150 / 2400 ) x 80 = 138.3 Hz

ii. Hubungkait antara voltan stator ialah :

E = ( 138.3 / 80 ) x 440 = 760.7 V



PENILAIAN KENDIRI


MATAPELAJARAN.

SOALAN 4-1 Dengan merujuk pada Rajah 4.2, kirakan :

i. voltan

ii. frekuensi yang akan diberikan kepada stator di mana daya kilas rotor berkunci (tidak bergerak) adalah 100 N-m pada arus 40 A. SOALAN 4-2 Lukiskan garislengkung arus – kelajuan sekiranya voltan stator dan frekuensi diubah pada kadar yang sama.




SOALAN 4-1 i. 38 V ii. 5 Hz SOALAN 4-2 Rujuk pada nota 4.1.2.


KAWALAN VOLTAN DALAM PENYONGSANG E5105/UNIT 5/1

UNIT 5 KAWALAN VOLTAN DALAM PENYONGSANG

OBJEKTIF

Objektif Am : Mengetahui dan memahami cara-cara huraian voltan dalam

penyongsang yang dikawal dengan kawalan lebar denyut (KLD)

atau pulse width control (PWC) dan pemodulatan lebar denyut

(PLD) atau pulse width modulation (PWM).


Ø menakrifkan Kawalan Lebar Denyut (KLD/PWC)

Ø melakarkan litar penyongsang tetimbang satu fasa

Ø melakarkan bentuk gelombang keluaran bagi penyongsang

tetimbang satu fasa

Ø menerangkan kendalian litar dengan merujuk kepada

gelombang-gelombang yang berkaitan



INPUT

5.0 PENGENALAN

Proses mendapatkan voltan ulangalik (AU) dari voltan arus terus (AT) dipanggil penyongsangan (inversion). Secara idealnya, voltan arus ulangalik (AU) yang diharapkan dari proses penyongsangan ini ialah gelombang sain (sinusoidal).

Tetapi oleh kerana proses ini menggunakan strategi penyuisan maka keadaan ideal ini tidak dapat diperolehi. Walaubagaimanapun, motor arus ulangalik (AU) masih boleh beroperasi menggunakan voltan keluaran dari penyongsang ini.

5.1 TAKRIFAN KAWALAN LEBAR DENYUT (KLD/PWC)

Kawalan lebar denyut (KLD/PWC) ialah sejenis kawalan yang boleh mengubah lebar denyut. Untuk mengawal lebar denyut adalah dengan menggunakan satu berbilang penggetar (multivibrator) dan penguat di dalam satu litar.

5.2 LITAR PENYONGSANG TETIMBANG SATU FASA Vs

RAJAH 5.1

Q4

Q1

Q3

Q2

BEBAN

A B



5.2.1 BENTUK GELOMBANG KELUARAN BAGI LITAR PENYONGSANG TETIMBANG SATU FASA

RAJAH 5.2

5.2.2 KENDALIAN LITAR

Masukan atau bahagian arus terus (AT) penyongsang biasanya dirujuk sebagai penyambung AT (dc link) di mana dalam kebanyakan kes, arus terus diperolehi daripada proses penerusan dan “smoothing” masukan bekalan frekuensi tetap. Keluaran arus ulangalik (AU) diperolehi dari terminal A dan B pada Rajah 5.1.

Apabila transistor 1 (Q1) dan 4 (Q4) hidup (ON), voltan beban adalah positif dan sama dengan voltan penyambung arus terus (dc link) sebaliknya apabila transistor 2 (Q2) dan 3 (Q3) hidup (ON), voltan beban adalah negatif.

Vs

Q1 / Q4

Q2 / Q3

Vk

t

t

t

t


KAWALAN VOLTAN DALAM PENYONGSANG E5105/UNIT 5/4 Jika tiada peranti yang hidup (ON), voltan keluaran adalah sifar. Bentuk gelombang voltan keluaran pada frekuensi rendah dan tinggi ditunjukkan pada Rajah 5.3.

a) Frekuensi Rendah b) Frekuensi Tinggi

RAJAH 5.3 : Bentuk gelombang keluaran penyongsang

Setiap pasang transistor dihidupkan (ON) untuk satu per tiga (1/3) kitaran dan semua transistor dimatikan (OFF) untuk dua tempoh bagi satu per enam (1/6) kitaran.

Bentuk gelombang keluaran adalah jelas bukannya gelombang sain tetapi ianya adalah arus ulangalik (AU) dan simetri. Komponen asas (fundamental) ditunjukkan oleh garisan putus-putus.

Perubahan frekuensi diperolehi dengan mengubah frekuensi jam yang mengawal bentuk penyuisan empat langkah. Kesan mengubah frekuensi penyuisan ditunjukkan pada Rajah 5.3 dan didapati bahawa amplitud bagi komponen asas (fundamental) voltan kekal tidak berubah walaupun frekuensi berubah. Ini merupakan sesuatu yang tidak dikehendaki dalam membekalkan voltan kepada motor aruhan.

Untuk mengelakkan kejatuhan fluks semasa frekuensi bertambah, voltan yang berkadaran dengan frekuensi perlu ditambah.

fundamental



Penyongsang pada Rajah 5.1 adalah terdedah kepada keadaan kerosakan jika semua transistor pada satu ‘kaki’ penyongsang secara tidak sengaja ‘ON’ serentak.

Ini tidak akan berlaku jika peranti disuis secara betul, tetapi jika berlaku kesilapan dan semua peranti ‘ON’ serentak, walaupun untuk masa yang pendek, mereka akan membentuk litar pintas melintangi penyambung AT (dc link). Keadaan kerosakan seperti ini dinamakan ‘shoot through’ sebab arus yang tinggi terbentuk secara mendadak dan seterusnya merosakkan peranti.

Penyongsang yang baik biasanya mempunyai kemudahan untuk mengelakkan kemungkinan ‘shoot through’ dengan cara mengenakan lengah masa antara satu peranti dalam keadaan ‘going OFF’ dan satu lagi ‘coming ON’.



AKTIVITI 5(A)

UJI KEFAHAMAN ANDA SEBELUM MENERUSKAN PENILAIAN KENDIRI SILA SEMAK JAWAPAN DIRUANGAN MAKLUMBALAS DI HALAMAN BERIKUTNYA 5-1 Terangkan maksud Kawalan Lebar Denyut (PWC). 5-2 Lukiskan litar penyongsang tetimbang satu fasa beserta gelombang-gelombang

yang sesuai.




5-1 Rujuk pada nota 5.1. 5-2 Rujuk pada nota 5.2 dan 5.2.1.



PENILAIAN KENDIRI


MATAPELAJARAN.

SOALAN 5-1 Terangkan carakerja litar pada Rajah 5-1 di bawah. Vs B

Rajah 5-1 SOALAN 5-2

i. Apakah yang akan terjadi jika secara tidak sengaja semua peranti penyuisan dalam Rajah 5-1 dihidupkan (ON) serentak ?

ii. Bagaimanakah kejadian ini boleh dielakkan ?

Q4

Q1

Q3

Q2

BEBAN

A


KAWALAN VOLTAN DALAM PENYONGSANG E5105/UNIT 5/9 SOALAN 5-3 i. Terangkan kendalian litar bagi litar penyongsang tetimbang satu fasa.

ii. Lakarkan bentuk gelombang keluaran penyongsang pada frekuensi rendah dan

frekuensi tinggi.




SOALAN 5-1 Rujuk pada nota 5.2.2. SOALAN 5-2 i. Berlakunya litar pintas di mana semua peranti akan rosak. ii. Dengan mengenakan lengah masa pada peranti-peranti tersebut. SOALAN 5-3 i. Rujuk pada nota 5.2.2. ii.

fundamental a) Frekuensi Rendah b) Frekuensi Tinggi



UNIT 6 KAWALAN VOLTAN DALAM PENYONGSANG

OBJEKTIF

Objektif Am : Mengetahui dan memahami cara-cara huraian voltan dalam

penyongsang yang dikawal dengan kawalan lebar denyut

(KLD/PWC) dan pemodulatan lebar denyut (PLD/PWM).


Ø menakrifkan Pemodulatan Lebar Denyut (PLD/PWM)

Ø melakarkan contoh gelombang-gelombang yang

berkaitan

Ø melakarkan gelombang PLD oleh penyongsang pada

voltan keluaran maksimum

Ø melakarkan gelombang PLD oleh penyongsang pada ½

voltan keluaran maksimum

Ø melakarkan gelombang PLD oleh penyongsang pada ½

voltan dan ½ frekuensi



INPUT

6.0 PENGENALAN

Di dalam unit 5, anda telah mempelajari dan memahami kawalan voltan dalam penyongsang yang menggunakan teknik kawalan lebar denyut yang berfungsi mengubah dan mengawal lebar denyut dengan menggunakan satu berbilang penggetar dan penguat. Manakala di dalam unit 6 pula anda juga akan mempelajari satu lagi teknik yang dipanggil teknik pemodulatan lebar denyut. Di akhir unit ini, anda akan mengetahui perbezaan di antara kedua-dua teknik yang digunakan di dalam kawalan motor arus ulangalik.

Di dalam kawalan motor, amplitud voltan keluaran fundamental akan menghasilkan bentuk pemodulatan yang mempunyai julat tidak terhingga. Oleh itu untuk mendapat amplitud pemodulatan yang baik, kandungan harmonik perlu dikurangkan supaya ianya dapat bertindakbalas dengan motor.

6.1 TAKRIFAN PEMODULATAN LEBAR DENYUT (PLD / PWM)

Pemodulatan Lebar Denyut (PLD) atau dikenali sebagai Pulse Width Modulation (PWM) merupakan satu cara untuk mengawal voltan keluarannya tanpa sebarang gangguan untuk kegunaan kawalan motor arus ulangalik. Voltan keluaran dihasilkan daripada sumber voltan yang tetap. Voltan keluaran puncak diberikan ke motor adalah malar.

Kelebihan pemodulatan lebar denyut ialah penerus tidak terkawal boleh digunakan untuk memberikan rangkaian voltan arus terus yang tetap.



6.1.1 KENDALIAN LITAR PLD

RAJAH 6.1 : Kawalan Kelajuan Untuk Pemodulatan Lebar Denyut

Daripada Rajah 6.1, litar menunjukkan sebuah PLD jenis tiga fasa yang terdiri daripada bahagian :

i) Penyongsang ii) Penapis iii) Penerus

Penyongsang yang digunakan dalam litar ini terdiri daripada komponen transistor. Transistor akan di (ON) dan (OFF) dengan kerap antara separuh (½) kitar untuk menjana frekuensi keluaran yang boleh laras yang biasanya mengandungi kandungan harmonik yang rendah. Voltan dan frekuensi keluaran yang boleh dilaras ini digunakan untuk menggerakkan motor aruhan tiga (3) fasa. Di penyongsang juga, komponen-komponen seperti transistor, SCR, MOSFET dan komponen yang mempunyai terminal gate boleh digunakan secara amnya.



Dalam litar penerus, diod digunakan bagi tujuan menukarkan voltan arus ulangalik kepada arus terus. Litar penerus ini menggunakan enam diod yang disambung secara litar tetimbang. Arus ulangalik tiga fasa ditukarkan kepada arus terus pada litar ini.

Penapis yang digunakan dalam litar ini adalah penapis jenis LC. Penapis digunakan bagi mengurangkan kesan harmonik pada voltan arus terus yang telah ditukarkan oleh penerus tetimbang tiga fasa. Setelah melalui litar ini kesan harmonik atau voltan riak akan ditapis dan voltan terus yang tulen diperolehi.

Gelombang masukan dan keluaran terhasil akan terhasil daripada kendalian litar PLD ditunjukkan pada Rajah 6. 2.



AKTIVITI 6(A)

UJI KEFAHAMAN ANDA SEBELUM MENERUSKAN INPUT YANG SETERUSNYA SILA SEMAK JAWAPAN DIRUANGAN MAKLUMBALAS DI HALAMAN BERIKUTNYA

6-1 Pemodulatan Lebar Denyut (PLD) bermaksud

6-2 Nyatakan kelebihan penerus tidak terkawal yang digunakan dalam litar PLD

6-3 Namakan TIGA (3) bahagian utama yang terdapat dalam litar PLD




6-1 Rujuk pada nota 6.1

6-2 Kelebihan penerus tidak terkawal yang digunakan dalam litar PLD digunakan

untuk memberikan voltan d.c link yang tetap.

6-3 Penyongsang, penerus dan penapis

6-4 Rujuk pada nota 6.1.1



INPUT

6.1.2 GELOMBANG MASUKAN DAN KELUARAN

RAJAH 6.2 : Gelombang masukan sain, segitiga dan gelombang keluaran segiempat

Merujuk kepada Rajah 6.2, bentuk gelombang pembawa segitiga terhasil disebabkan oleh frekuensinya yang tinggi. Gelombang pembawa segitiga dibandingkan dengan isyarat gelombang sain, dan titik “crossover” menentukan titik “turn OFF” untuk transistor. Gelombang pembawa segitiga adalah segerak dengan isyarat gelombang sain kecuali pada julat frekuensi rendah. Nisbah kamilan genap dikekalkan untuk memperbaiki

+E

-E

t

t

Gelombang pembawa Gelombang sinus V

Vo


KAWALAN VOLTAN DALAM PENYONGSANG E5105/UNIT 6/8 kandungan harmonik. Voltan keluaran fundamental boleh dilaras dengan melaraskan pemodulatan.

Kawalan voltan PLD boleh digunakan dalam kawasan daya kilas tetap. Dalam kuasa tetap, kendalian adalah sama seperti pada pemacu gelombang segiempat. Biasanya frekuensi pembawa gelombang segitiga adalah antara 1.5 – 2.5kHz. Harmonik yang rendah dan denyut daya kilas yang kecil semasa frekuensi rendah membolehkan julat kawalan kelajuan menjadi lebih besar iaitu daripada kelajuan hampir 0 pusingan per minit (p.p.m.) ke keupayaan dayakilas penuh motor. Ciri-ciri penyongsang PLD menjadikan ianya digunakan dalam pelbagai kegunaan. Contohnya seperti peralatan mesin, industri tekstil, percetakan dan pembuatan kertas.

6.1.3 CONTOH GELOMBANG-GELOMBANG YANG BERKAITAN

RAJAH 6.3 (a) : Komponen fundamental pada frekuensi rendah

Jadi, apabila frekuensi keluaran rendah, voltan keluaran rendah diperlukan. Oleh itu, satu daripada setiap pasangan peranti digunakan untuk memenggal (chop) voltan, nisbah ‘mark-space’ diubah untuk mencapai voltan yang diperlukan pada keluaran. Komponen fundamental pada frekuensi rendah berbentuk terputus-putus ditunjukkan pada Rajah 6.3 (a).

Apabila keluaran frekuensi tinggi, voltan yang tinggi diperlukan. Oleh itu, peranti pemenggal dibenarkan untuk pengaliran arus pada tempoh yang lebih panjang, ini memberikan keluaran komponen fundamental yang

0

Vo

t

fundamental


KAWALAN VOLTAN DALAM PENYONGSANG E5105/UNIT 6/9 tinggi. Rajah 6.3 (b) menunjukkan bentuk gelombang yang lebih tinggi frekuensinya.

RAJAH 6.3 (b) : Komponen fundamental pada frekuensi yang lebih tinggi

Sekiranya frekuensi terus bertambah, tempoh ( ON ) yang lebih lama akan menyebabkan gelombang yang terpisah akhirnya akan bersatu dan memberikan bentuk gelombang seperti Rajah 6.3 (c). Sebarang pertambahan frekuensi selepas itu tidak akan menambah voltan keluaran.

fundamental

0 RAJAH 6.3 (c) : Komponen fundamental apabila frekuensi semakin bertambah

Dalam penggunaan pemacu, julat frekuensi di mana nisbah voltan / frekuensi boleh dikekalkan dikenali sebagai kawasan pemodulatan lebar denyut atau PWM. Manakala had tertinggi biasanya diambil untuk mendefinisikan ‘kelajuan asas’ bagi motor. Jika frekuensi lebih tinggi dari had tersebut, voltan-frekuensi penyongsang tidak lagi akan sepadan.

0

Vo

t

t

Vo

fundamental



Voltan maksima bergantung kepada “link” voltan, iaitu ianya mestilah cukup tinggi untuk membekalkan sebarang voltan fundamental yang diperlukan oleh motor pada “base speed” atau kelajuan dasar yang biasanya 50 Hz atau 60 Hz.

Jika sesuatu frekuensi di luar kawasan PWM, bentuk gelombang ditunjukkan pada Rajah 6.3 (d). Bentuk gelombang ini tidak akan berubah dan dinamakan “quasi-square”.

fundamental

RAJAH 6.3 (d) : Komponen fundamental apabila frekuensi di luar kawasan PLD

0

Vo

t



AKTIVITI 6(B)

UJI KEFAHAMAN ANDA SEBELUM MENERUSKAN INPUT YANG SETERUSNYA SILA SEMAK JAWAPAN DIRUANGAN MAKLUMBALAS DI HALAMAN BERIKUTNYA 6-4 i. Lukiskan bentuk gelombang masukan dan keluaran PLD.

ii. Terangkan dengan jelas gelombang yang dilukis dalam soalan 6-4 (i). 6-5 Di manakah penyongsang PLD biasanya digunakan ?

6-6 Lukiskan bentuk gelombang PLD apabila :

i. frekuensi keluaran rendah, voltan keluaran rendah ii. frekuensi keluaran tinggi , voltan keluaran tinggi



MAKLUMBALAS AKTIVITI 6(B)

6-4 i. Rujuk pada nota 6.1.2.

ii. Rujuk pada nota 6.1.2.

6-5 Penyongsang PLD biasanya digunakan di dalam peralatan mesin, industri tekstil,

percetakan dan pembuatan kertas.

6-6 i. Rujuk pada nota 6.1.3 ( Rajah 6.3 (a) ).

ii. Rujuk pada nota 6.1.3 ( Rajah 6.3 (b) ).



INPUT

6.2 GELOMBANG PLD OLEH PENYONGSANG

Di dalam gelombang PLD oleh penyongsang terbahagi kepada tiga (3) iaitu : i) pada voltan keluaran maksimum ii) pada separuh (½) voltan keluaran maksimum iii) pada separuh (½) voltan dan keluaran separuh (½) frekuensi

6.2.1 GELOMBANG PLD OLEH PENYONGSANG PADA VOLTAN

KELUARAN MAKSIMUM

RAJAH 6.4 (a) : Gelombang Voltan Keluaran Maksimum

-E

t

t

Gelombang pembawa

Gelombang sinus V

Vo

+E



6.2.2 GELOMBANG PLD OLEH PENYONGSANG PADA SEPARUH (½) VOLTAN KELUARAN MAKSIMUM

RAJAH 6.4 (b) : Gelombang Separuh (½) Voltan Keluaran

-E

t

t

Gelombang pembawa

Gelombang sinus V

Vo

+E



6.2.3 GELOMBANG PLD OLEH PENYONGSANG PADA SEPARUH (½) VOLTAN DAN SEPARUH (½) FREKUENSI

RAJAH 6.4 (c) : Gelombang Keluaran Separuh (½) Voltan dan Separuh (½) frekuensi

Gelombang sinus V

-E

t

t

Gelombang pembawa

Vo

+E



AKTIVITI 6(C)

UJI KEFAHAMAN ANDA SEBELUM MENERUSKAN INPUT YANG SETERUSNYA SILA SEMAK JAWAPAN DIRUANGAN MAKLUMBALAS DI HALAMAN BERIKUTNYA 6-7 Lakarkan bentuk gelombang PLD oleh penyongsang pada voltan keluaran

maksimum.

6-8 Lakarkan bentuk gelombang PLD oleh penyongsang pada separuh (½) voltan

keluaran maksimum.



MAKLUMBALAS AKTIVITI 6(C)

6-6 Rujuk pada Rajah 6.4 (a).

6-7 Rujuk pada Rajah 6.4 (b).



PENILAIAN KENDIRI


MATAPELAJARAN.

SOALAN 6-1 i. Lukiskan rajah litar kawalan voltan oleh Pemodulatan Lebar Denyut. ii. Daripada soalan 6-1 di atas, huraikan kendalian litar PLD. SOALAN 6-2 Dengan bantuan gambarajah gelombang keluaran dengan komponen fundamental, terangkan secara ringkas bagaimana terhasilnya bentuk gelombang tersebut pada : i. frekuensi rendah ii. frekuensi tinggi iii. frekuensi di luar kawasan PLD SOALAN 6-3 Lukiskan bentuk gelombang PLD oleh penyongsang pada separuh (½) voltan dan separuh (½) frekuensi.




SOALAN 6-1 i. Rujuk pada nota 6.1.1. ii. Rujuk pada nota 6.1.1. SOALAN 6-2 Rujuk pada nota 6.1.3. SOALAN 6-3 Rujuk pada Rajah 6.4 (c).


KAWALAN LAJU DGN VOLTAN STATOR BOLEHUBAH E5105/UNIT 7/1

UNIT 7 KAWALAN LAJU DENGAN VOLTAN STATOR BOLEHUBAH

OBJEKTIF

Objektif Am : Mengetahui dan memahami kaedah kawalan motor aruhan sangkar

tupai dengan voltan stator bolehubah.


Ø melakarkan litar kawalan voltan menggunakan tiristor

Ø menerangkan kendalian litar kawalan voltan menggunakan

tiristor

Ø melakarkan ciri lengkung dayakilas melawan kelajuan

Ø menerangkan urutan pemicuan tiristor bagi mengawal voltan

Ø melakarkan bentuk gelombang arus fasa dan voltan fasa pada

voltan kadaran



INPUT

7.0 PENGENALAN

Kita boleh mengubah kelajuan motor aruhan sangkar tupai tiga fasa dengan mengubah voltan stator. Kaedah ini adalah menyerupai kaedah kawalan fasa yang dijana untuk mengawal kelajuan motor AT. Kaedah ini juga secara khususnya berguna untuk motor memacu kipas penghembus (blower) ataupun pam kawalan suis empar. Rajah 7.1 di bawah menunjukkan stator disambungkan ke voltan bolehubah (variable) tiga fasa pengubah auto.

I1 Ia Voltan bolehubah Pengubah auto.

RAJAH 7.1 : Kelajuan bolehubah motor kipas penghembus (blower). 7.1 LITAR KAWALAN VOLTAN MENGGUNAKAN TIRISTOR

Terdapat 2 kemungkinan dalam mengawal kelajuan dengan mengubah voltan iaitu :

i. dengan menggunakan triak ii. dengan menggunakan tiristor (SCR) belakang ke belakang

Kita boleh mengantikan voltan bolehubah pengubah auto dengan tiga set tiristor disambungkan belakang kebelakang seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 7.2.

T 1 2 3



1 Motor 3 Fasa AU 2 3

Pelarasan kawalan Pelarasan had

RAJAH 7.2 : Kawalan kelajuan voltan bolehubah motor aruhan sangkar tupai

7.2 KENDALIAN LITAR KAWALAN VOLTAN MENGGUNAKAN

TIRISTOR

Kendalian bagi litar kawalan voltan stator seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 7.2 diterangkan secara terperinci menerusi subtopik-subtopik yang seterusnya iaitu dari subtopik 7.2.1 hingga 7.2.3.

A

N

B

C

Pemproses Picuan ‘gate’

masukan

luaran

Q1

Q2

IA1

IA2



7.2.1 CIRI LENGKUNG DAYAKILAS MELAWAN KELAJUAN BAGI MOTOR ARUHAN SANGKAR TUPAI.

Dayakilas

80 100 Kelajuan

kelajuan segerak

RAJAH 7.3 : Lengkung dayakilas- kelajuan bagi motor kipas pada voltan kadaran (1), 50 % voltan kadaran (2) dan ciri-ciri kipas (3)

Pada voltan kadaran, ciri dayakilas-kelajuan motor ditunjukkan melalui lengkung 1 pada Rajah 7.3.

Untuk memudahkan lakaran, lengkung ditunjukkan seperti dua garis lurus. Jika separuh voltan kadaran diberikan, kita akan memperolehi lengkung 2 kerana dayakilas adalah berkadar terus dengan kuasa dua bekalan, maka dayakilas dalam lengkung 2 cuma satu per empat (¼) daripada dayakilas yang serupa dalam lengkung 1. Maka dayakilas kian menurun (breakdown) daripada 200% ke 50%. Dalam erti kata lain, dayakilas pada kelajuan 60% menurun daripada 175% hingga 43.75%.

1

25

2

3 100

Voltan kadaran

50% Voltan kadaran

Ciri-ciri kipas


KAWALAN LAJU DGN VOLTAN STATOR BOLEHUBAH E5105/UNIT 7/5 Beban dayakilas kipas penghembus (blower) berubah menghampiri kuasa dua kelajuan Jenis ciri-ciri ini ditunjukkan melalui lengkung 3 yang di tindihkan dalam lengkung dayakilas kelajuan motor. Maka pada kadaran voltan, persilangan lengkung 1 dan 3 menunjukkan kipas penghembus bergerak pada 90% kelajuan segerak. Dalam ertikata lain, pada separuh voltan kadaran, kipas penghembus berputar pada 60% kelajuan segerak. Dengan mengurangkan voltan, kita boleh membuatkan kelajuan menjadi perlahan seperti yang kita kehendaki.

7.2.2 URUTAN PEMICUAN TIRISTOR BAGI MENGAWAL VOLTAN

Untuk menghasilkan voltan kadaran melintangi motor, tiristor masing-masing dipicu dengan kelewatan θ bersamaan dengan sudut fasa mengekor yang mungkin wujud jika motor disambung terus ke talian.

Rajah 7.4 (a) menunjukkan arus dan voltan talian ke neutral untuk fasa A. Tiristor pada fasa B dan C dipicu serentak kecuali untuk kelewatan tambahan 120° dan 240° masing-masing. Untuk mengurangkan voltan motor, kita melewatkan picuan sudut θ. Sebagai contoh, untuk mendapatkan 50% voltan kadaran, semua denyut dilewatkan lebih kurang 100°. Keputusan bentuk gelombang dan arus untuk fasa A ditunjukkan dalam Rajah 7.4 (b). Dalam keadaan sebenar, kedua-dua voltan dan arus mengherot (distorted) dan arus mengekori voltan. Herotan menambahkan kehilangan dalam motor berbanding dengan kaedah pengubah auto.

Tambahan pula, faktor kuasa adalah rendah disebabkan oleh sudut mengekor (θ) fasa adalah besar. Dengan mengambil kira kehilangan kuasa (I2R) di mana I adalah arus dan R adalah rintangan serta faktor kuasa yang rendah, jenis kawalan kelajuan elektronik ini hanyalah sesuai untuk motor berkadaran di bawah 20 kuasa kuda (k.k.).



7.2.3 BENTUK GELOMBANG ARUS FASA DAN VOLTAN FASA PADA VOLTAN KADARAN

θ IA1 0 180

IA2 Q1 dipicu

RAJAH 7.4 (a) : Bentuk gelombang arus dan voltan fasa pada voltan kadaran

EAN

IA1 Q2 dipicu

Q1 dipicu ~ 100º

IA2

RAJAH 7.4 (b): Bentuk gelombang arus fasa dan voltan fasa pada 50% voltan kadaran * Untuk EAN ( voltan dari titik A ke titik N), IA1 , IA2, Q1 dan Q2 hendaklah

merujuk kepada Rajah 7.2.

θ

EAN (voltan dari titik A ke N)

Q2 dipicu

Q1 dipicu



AKTIVITI 7(A)

UJI KEFAHAMAN ANDA SEBELUM MENERUSKAN INPUT YANG SETERUSNYA SILA SEMAK JAWAPAN DIRUANGAN MAKLUMBALAS DI HALAMAN BERIKUTNYA 7-1 i. Nyatakan salah satu cara untuk mengubah kelajuan motor aruhan sangkar

tupai tiga fasa. ii Berikan DUA (2) contoh penggunaan daripada soalan 7-1(i) di atas.

7-2 Nyatakan DUA (2) kaedah untuk mengawal kelajuan dengan mengubah voltan. 7-3 i. Lakarkan litar kawalan kelajuan voltan bolehubah motor aruhan sangkar

tupai.

ii. Terangkan kendalian litar bagi soalan 7-3 (i) di atas berdasarkan ciri-ciri yang terdapat pada lengkung dayakilas melawan kelajuan dengan melakarkan rajah ciri lengkung dayakilas melawan kelajuan.




7-1 i. Salah satu cara untuk mengubah kelajuan motor aruhan sangkar tupai tiga

fasa ialah dengan mengubah voltan stator. ii. Dua contoh penggunaan ialah untuk motor memacu kipas penghembus

dan pam kawalan suis empar. 7-2 Dua kaedah untuk mengawal kelajuan dengan mengubah voltan ialah

menggunakan triak dan tiristor (SCR) belakang ke belakang. 7-3 i. Rujuk pada nota 7.1 ii. Rujuk pada nota 7.2.1



PENILAIAN KENDIRI


MATAPELAJARAN.

SOALAN 7-1 Apakah yang akan berlaku dari segi sudut fasa jika motor disambung terus ke talian? SOALAN 7-2 Dengan melakarkan gambarajah yang sesuai, terangkan kendalian urutan pemicuan tiristor bagi mengawal voltan. SOALAN 7-3 Nyatakan kesan apabila berlakunya herotan dalam motor.




SOALAN 7-1 Sudut fasa akan mengekor bersamaan dengan kelewatan ? jika motor disambung terus ke talian bagi menghasilkan voltan kadaran melintangi motor. SOALAN 7-2 Rujuk pada nota 7.2.2, Rajah 7.4 (a) dan 7.4 (b). SOALAN 7-3 Herotan akan menyebabkan kehilangan dalam motor iaitu dari segi faktor kuasanya yang rendah.


PENYONGSANG TERSUAP ARUS & TERSUAP VOLTAN E5105/UNIT 8/1

UNIT 8 PENYONGSANG TERSUAP ARUS DAN TERSUAP VOLTAN

OBJEKTIF

Objektif Am : Mengetahui dan memahami kawalan kelajuan motor aruhan

sangkar tupai dengan menggunakan penyongsang frekuensi

bolehubah, penyongsang penukar tertib, terminologi tersuap

voltan, terminologi tersuap arus serta kendalian pemacu

penyongsang tersuap arus dan tersuap voltan.


Ø menakrifkan kawalan kelajuan motor sangkar tupai

menggunakan penyongsang frekuensi bolehubah

Ø menerangkan fungsi penyongsang penukar tertib kendiri bagi

sebuah motor sangkar tupai

Ø menerangkan prinsip asas penyongsang penukar tertib kendiri

Ø melakarkan gambarajah litar penyongsang penukar tertib

kendiri

Ø menerangkan kendalian sistem penerus – penyongsang bagi

mengawal laju motor aruhan sangkar tupai



INPUT

8.0 PENGENALAN

Motor segerak boleh dipacu dengan penyongsang penukar tertib semulajadi. Ini adalah tidak mustahil kerana motor segerak boleh membekalkan kuasa reaktif yang diperlukan oleh penyongsang. Malangnya, jika kita menggantikan motor segerak dengan motor aruhan sistem penukaran frekuensi akan rosak disebabkan motor aruhan tidak boleh memindahkan atau menghantar kuasa reaktif. Jika keadaan tadi kekal maka ia sebenarnya menyerap kuasa reaktif. Bagaimanapun, kita boleh memacu motor aruhan menggunakan penyongsang tertukar tertib kendiri. Penyongsang tertukar tertib kendiri beroperasi berbeza sedikit daripada penyongsang tertukar tertib semulajadi iaitu:

i. Ianya boleh menjana frekuensi sendiri di mana ianya ditentukan oleh

frekuensi denyut yang di berikan pada kaki “gate”. ii. Ianya boleh menyerap atau memindah / menghantar kuasa reaktif. Kuasa

reaktif ini di jana atau diserap bergantung kepada tindakan penyuisan oleh tiristor kuasa.

Kita akan lebih mengetahui fungsi-fungsi serta kendalian penyongsang tertukar tertib kendiri dalam subtopik-subtopik yang seterusnya.


PENYONGSANG TERSUAP ARUS & TERSUAP VOLTAN E5105/UNIT 8/3 8.1 TAKRIFAN KAWALAN KELAJUAN MOTOR ARUHAN SANGKAR

TUPAI MENGGUNAKAN PENYONGSANG FREKUENSI BOLEHUBAH

Takrifan mengenai kawalan kelajuan motor aruhan sangkar tupai dengan menggunakan penyongsang frekuensi bolehubah adalah berdasarkan kepada penyongsang tertukar tertib kendiri dan sistem penerus – penyongsang. Kedua-dua teknik kawalan ini akan diterangkan pada sub topik – sub topik yang seterusnya.

8.1.1 FUNGSI PENYONGSANG TERTUKAR TERTIB KENDIRI BAGI

SEBUAH MOTOR ARUHAN SANGKAR TUPAI

Penyongsang tertukar tertib kendiri dapat berfungsi untuk menukarkan kuasa arus terus kepada arus ulang-alik. Terdapat berbagai jenis penyongsang tertukar tertib kendiri, akan tetapi semuanya adalah berasaskan kepada kekuatan penukaran (forced commutation). Frekuensi keluarannya boleh mencapai sehingga 20 kHz bergantung kepada kecekapan penyuisan tiristor. Beban mungkin berbentuk pasif seperti perintang atau aruhan, atau mungkin juga berbentuk aktif seperti motor arus ulang alik (AU).

Litar penyongsang tertukar tertib kendiri mengandungi tiristor kuasa yang disusun dalam litar tetimbang tiga fasa. Bagaimanapun, setiap tiristor dikelilingi oleh susunan kapasitor , induktor, diod dan tiristor tambahan.

Tujuan komponen-komponen tambahan ini adalah untuk memaksa sebahagian tiristor kuasa untuk mengalir apabila secara normalnya ianya tidak boleh berkendali dan memaksa sebahagian lagi tiristor kuasa untuk berhenti mengalir sebelum tiba masa ‘semulajadi’nya. Secara tepatnya, tindakan penyuisan membolehkan penukar ini menjana kuasa reaktif.



AKTIVITI 8(A)

UJI KEFAHAMAN ANDA SEBELUM MENERUSKAN PENILAIAN KENDIRI SILA SEMAK JAWAPAN DIRUANGAN MAKLUMBALAS DI HALAMAN BERIKUTNYA 8-1 Penyongsang tertukar tertib kendiri beroperasi berbeza sedikit daripada

penyongsang tertukar tertib semulajadi. Terangkan apakah perbezaan tersebut.

8-2 Berikan DUA (2) teknik kawalan kelajuan motor aruhan sangkar tupai yang

menggunakan penyongsang frekuensi boleh ubah. 8-3 Nyatakan fungsi asas penyongsang tertukar tertib kendiri. 8-4 Litar penyongsang tertukar tertib kendiri mengandungi susunan komponen-

komponen tambahan yang disusun dalam litar tetimbang 3 fasa. Terangkan tujuan komponen-komponen tambahan ini.




8-1 Rujuk pada nota 8.0 (Topik Pengenalan) 8-2 2 teknik kawalan kelajuan :

i. Penyongsang tertukar tertib kendiri ii. Sistem penerus – penyongsang

8-3 Menukarkan kuasa arus terus (AT) ke kuasa arus ulang alik (AU). 8-4 Rujuk pada nota 8.1.1.



8.1.2 PRINSIP ASAS PENYONGSANG TERTUKAR TERTIB KENDIRI

Rajah 8.1 menunjukkan gambarajah litar penyongsang penukar tertib kendiri yang ringkas. Rajah tersebut dapat membantu kita memahami prinsip asas bagi kesemua penyongsang tertukar tertib kendiri iaitu:

i. Kuasa kehilangan penyongsang adalah kecil, maka kita andaikan

kuasa masukan arus terus adalah bersamaan dengan kuasa aktif keluaran arus ulangalik.

ii. Kuasa reaktif yang dijanakan oleh penyongsang tidak dihasilkan melalui penukar tertib kapasitor dalam litar. Kuasa reaktif adalah merujuk kepada tindakan penyuisan itu sendiri.

iii. Kuasa keluaran reaktif tidak memerlukan masukan arus terus. iv. Tiristor menyambung terminal masukan arus terus kepada terminal

keluaran arus ulang alik dalam rangkaian terkawal dengan mengabaikan kejatuhan voltan. Ini diikuti oleh: a) dalam penyongsang suap voltan, talian voltan arus ulangalik

adalah bersamaan dengan voltan masukan arus terus. b) dalam penyongsang suap balik arus, talian arus ulang alik

adalah bersamaan dengan arus terus.

8.1.3 GAMBARAJAH LITAR PENYONGSANG PENUKAR TERTIB

L E T1

R C

RAJAH 8.1 : Penyongsang tertukar tertib kendiri

Q2 Q1

T2 T3



8.1.4 KENDALIAN SISTEM PENERUS-PENYONGSANG BAGI MENGAWAL KELAJUAN MOTOR ARUHAN SANGKAR TUPAI

Untuk mengawal kelajuan motor sangkar tupai, kita menggunakan sistem penerus-penyongsang. Penerus di sambungkan ke talian bekalan tiga fasa dan penyongsang di sambungkan ke stator. Keluaran arus terus daripada penerus di sambungkan sebagai masukan arus terus bagi penyongsang melalui sebuah penyambung arus terus.

Terdapat dua jenis penyambung arus terus yang digunakan iaitu :

1. Penyambung arus terus arus malar 2. Penyambung arus terus voltan malar

Penyambung arus terus ini dapat memberikan peningkatan nilai bagi penyongsang tersuap arus dan suap voltan di mana bagi penyongsang tersuap voltan, voltan talian arus ulangalik adalah bersamaan dengan voltan masukan arus terus manakala bagi penyongsang tersuap arus pula, arus talian arus ulangalik adalah bersamaan dengan talian arus terus. Sambungan arus malar sedemikian adalah untuk membekalkan arus yang tetap kepada penyongsang yang mana seterusnya akan disuapkan secara berturutan kepada bekalan tiga fasa bagi motor (Rajah 8.2 (a)). Begitu juga bagi penyongsang voltan malar, ia juga adalah bertujuan untuk membekalkan voltan yang tetap kepada penyongsang di mana ia adalah disuiskan dari satu fasa ke satu fasa bagi motor aruhan sangkar tupai (Rajah 8.2 (b)). Penyuisan ini boleh dilakukan samada secara kompleks atau ringkas bergantung kepada rekabentuk penukar.


PENYONGSANG TERSUAP ARUS & TERSUAP VOLTAN E5105/UNIT 8/8 Id L Ia A E B

C RAJAH 8.2 (a) : Penyongsang tersuap-arus Id L Ia A

B C

C

RAJAH 8.2 (b) : Penyongsang tersuap-voltan

Motor Aruhan Sangkar tupai

M

Motor Aruhan Sangkar tupai

E1 E2

Pemicu gate

Penyong sang tertukar tertib kendiri

Talian 3 fasa

M E1

C

E2

Pemicu gate

Penyong- sang tertukar tertib kendiri

Talian 3 fasa



AKTIVITI 8(B)

UJI KEFAHAMAN ANDA SEBELUM MENERUSKAN PENILAIAN KENDIRI SILA SEMAK JAWAPAN DIRUANGAN MAKLUMBALAS DI HALAMAN BERIKUTNYA

8-5 i. Berikan DUA (2) prinsip asas penyongsang tertukar tertib kendiri.

ii. Lakarkan gambarajah litar asas penyongsang tertukar tertib kendiri. 8-6 Salah satu cara untuk mengawal kelajuan motor aruhan sangkar tupai adalah

dengan menggunakan sistem penerus-penyongsang. Terangkan kendalian sistem tersebut secara ringkas.

8-7 Nyatakan DUA (2) jenis penyambung arus terus yang digunakan dalam sistem

penerus penyongsang. 8-8 i. Lakarkan gambarajah litar penukar frekuensi suap arus.

ii. Terangkan tujuan penukaran litar dalam soalan 8-8 (i).




8-5 i. Rujuk pada nota 8.1.2. ii. Rujuk pada Rajah 8.1. 8-6 Rujuk pada nota 8.1.4. 8-7 Penyambung AT arus malar dan penyambung AT voltan malar. 8-8 i. Rujuk pada Rajah 8.2 (a).

ii. Untuk membekalkan arus yang tetap kepada penyongsang yang mana seterusnya akan disuapkan secara berturutan kepada bekalan tiga fasa bagi motor.



PENILAIAN KENDIRI


MATAPELAJARAN.

SOALAN 8-1 Penyongsang tertukar tertib semulajadi boleh digunakan untuk memacu motor segerak TIGA (3) fasa bukannya motor aruhan TIGA (3) fasa. Terangkan mengapa. SOALAN 8-2 Motor aruhan sangkar tupai yang besar perlu berkendali pada kelajuan yang stabil dan perlahan. Jika kawalan elektronik diperlukan, apakah jenis kawalan yang lebih sesuai digunakan. SOALAN 8-3 Berikan EMPAT (4) prinsip asas bagi penyongsang tertukar tertib kendiri. SOALAN 8-4 Bagi penyongsang tersuap voltan, voltan talian AU adalah bersamaan dengan voltan masukan AT. Bagaimana pula dengan penyongsang tersuap arus ? Nyatakan. SOALAN 8-5 i. Lakarkan gambarajah litar penukar frekuensi suap voltan. ii. Nyatakan tujuan penukaran bagi litar dalam soalan 8-5 (i) di atas.




SOALAN 8-1 Rujuk pada nota 8.0. SOALAN 8-2 Penyongsang tertukar tertib kendiri. SOALAN 8-3 i. Rujuk pada Rajah 8.2 (b). ii. Untuk membekalkan voltan yang tetap kepada penyongsang di mana ia adalah

disuiskan dari satu fasa ke satu fasa bagi motor aruhan sangkar tupai SOALAN 8-4 Arus talian arus ulangalik (AU) adalah bersamaan dengan talian arus terus (AT). SOALAN 8-5 Rujuk pada nota 8.1.2.




OBJEKTIF







Ø menerangkan terminologi tersuap voltan

Ø menerangkan terminologi tersuap arus

Ø menakrifkan penyongsang tersuap voltan

Ø menerangkan contoh perubahan voltan tidak berlaku dengan

cepat

Ø menakrifkan penyongsang tersuap arus

Ø menerangkan contoh perubahan arus tidak berlaku dengan

cepat



INPUT

9.0 PENGENALAN

Sebelum meneruskan unit 9 ini, kita lihat dahulu apakah yang dimaksudkan dengan terminologi tersuap voltan dan tersuap arus. Maksud kedua-dua terminologi tersebut diterangkan di bawah ini. Terminologi tersuap voltan : Penyongsang tersuap voltan (voltage source inverter) atau boleh dikenali sebagai penyongsang sumber voltan merupakan sejenis penyongsang yang mengambil kuasa masukan dalam bentuk sumber voltan arus terus (AT) bolehubah. Sumber ini akan melaraskan semula voltan masukan untuk membekalkan amplitud voltan keluaran yang diperlukan daripada penyongsang. Terminologi tersuap arus : Penyongsang tersuap arus (current source inverter) atau boleh dikenali sebagai penyongsang sumber arus merupakan sejenis penyongsang yang mengambil kuasa masukan dalam bentuk sumber voltan arus terus (AT) bolehubah. Sumber ini akan melaraskan semula arus masukan untuk membekalkan amplitud voltan keluaran yang diperlukan daripada penyongsang.

9.1 TAKRIFAN PENYONGSANG TERSUAP VOLTAN

Penyongsang tersuap voltan (voltage fed inverter atau VFI) atau boleh dikenali sebagai penyongsang voltan bolehubah (VVI) merupakan sejenis penyongsang yang mengambil kuasa masukan dalam bentuk sumber voltan arus terus (AT) bolehubah. Sumber ini akan melaraskan semula voltan masukan untuk


PENYONGSANG TERSUAP ARUS & TERSUAP VOLTAN E5105/UNIT 9/3 membekalkan amplitud voltan keluaran yang diperlukan daripada penyongsang. Biasanya pemacu penyongsang tersuap voltan atau VFI berkurang keupayaan untuk dikenakan pembrekan secara penjanaan semula. Pemacu ini adalah paling mudah binaannya dan digunakan dalam industri untuk penggunaan sehingga 400 kuasa kuda (k.k.). 9.1.1 CONTOH PERUBAHAN VOLTAN TIDAK BERLAKU DENGAN

CEPAT

RAJAH 9.1 : Pemacu motor AU VVI menggunakan SCR sebagai suis

Rajah 9.1 menunjukkan pemacu motor AU menggunakan penyongsang voltan bolehubah (VVI) atau penyongsang tersuap voltan (VFI). Dari Rajah 9.1, bekalan kuasa satu fasa diberikan kepada penerus tetimbang (D9 - D12) melalui fius F1 dan F2 serta talian 1. Voltan AT yang dihasilkan oleh tetimbang ditapis oleh penapis kapasitor C4. Voltan AT bernilai tetap ini kemudiannya diperolehi di talian 1 dan 5. Di talian 1 dan 5 ini tidak terdapat SCR yang merintanginya dan ianya baik untuk menghadapi kebisingan talian (line noise) dan pepaku yang boleh menjejaskan pemicuan SCR di bahagian AT.

5

1


PENYONGSANG TERSUAP ARUS & TERSUAP VOLTAN E5105/UNIT 9/4 6 (enam) SCR (SCR1 – SCR6) dan 6 (enam) diod (D1 – D6) membawa arus dalam tetimbang voltan bolehlaras. Sepasang SCR dihidup dan dimatikan untuk setiap fasa. Tindakan ini akan menyebabkan setiap fasa menjadi positif – negatif – positif – negatif - ..... secara bergilir-gilir. SCR1 dan SCR2 digunakan pada fasa A, SCR3 dan SCR4 digunakan pada fasa B dan SCR5 dan SCR6 dalam fasa C. Tenaga untuk tetimbang voltan bolehlaras datang daripada kapasitor C3. Dengan kata lain SCR mengeluarkan kuasa dari C3 untuk menjalankan motor dan secara berterusan cuba untuk mendiscas C3. Kapasitor C3 dicas oleh tetimbang voltan tetap. Setiap pasangan SCR yang mengawal setiap fasa dihidup (ON) dan dimatikan (OFF) secara bertukar dalam turutan masa yang teratur untuk membekalkan kuasa tiga fasa kepada motor. Jika penyuisan hidup dan pertukaran dari suis hidup ke mati dicepatkan maka lebih tinggilah frekuensi yang diperolehi. Pengaliran SCR yang berturutan akan menyebabkan tidak berlakunya perubahan secara mendadak atau cepat di mana SCR yang berada di dalam tetimbang akan mati secara semulajadi selepas setiap denyut kerana ianya mengalir dalam litar penala. Voltan akan meningkat pada penghujung denyut untuk menghalang sebarang pengaliran arus yang seterusnya. Bagaimanapun untuk mengetahui tentang subtopik ini dengan lebih lanjut lagi, kita akan merujuk terus ke Unit 11.



9.2 TAKRIFAN PENYONGSANG TERSUAP ARUS

Penyongsang tersuap arus (current-fed inverter) juga dikenali sebagai penyongsang sumber arus (current-source inverter atau CSI) memerlukan sumber arus AT yang “stiff”. “Stiff” merujuk kepada kebolehannya membekalkan jumlah arus yang besar tanpa “loading down” litar. CSI mengambil kuasa masukan untuk sumber arus bolehubah, bukan sumber voltan seperti dalam VVI . Sumber arus ini akan dilaraskan semula untuk membekalkan amplitud voltan keluaran yang diperlukan daripada penyongsang. Pemacu CSI adalah sama dari segi binaannya dengan VVI kecuali ia menggunakan sumber arus. Melalui cara CSI ini, pembrekan secara penjanaan semula boleh dikenakan kepada motor.

9.2.1 CONTOH PERUBAHAN ARUS TIDAK BERLAKU DENGAN CEPAT

RAJAH 9.2(a) : Litar penyongsang sumber arus tiga fasa

(Sumber : Power Electronics for Technology, Page 348)


PENYONGSANG TERSUAP ARUS & TERSUAP VOLTAN E5105/UNIT 9/6 Penyongsang sumber arus merupakan satu litar di mana arus masukan daripada sumber AT yang kekal malar tanpa menghiraukan perbezaan masukan voltan AT. Secara praktikal, keadaan ini dicapai dengan memasukkan induktor besar yang bersiri dengan sumber bekalan AT. Susunan ini mengelakkan perubahan tiba-tiba dalam arus dan mengekalkan keadaan malar bagi bekalan arus. Penyongsang akan menukarkan masukan arus AT ke gelombang segiempat tepat arus keluaran AU. Rajah 9.2 (a) menunjukkan penyongsang tersuap arus atau sumber arus. Bentuk gelombang bagi arus masukan dan keluaran ditunjukkan dalam Rajah 9.2 (b). Dari Rajah 9.2 (a), kumpulan yang atas terdiri daripada SCR1,SCR3 dan SCR5 manakala kumpulan yang bawah terdiri dari SCR4, SCR6 dan SCR2. Apabila SCR dihidupkan, ia mestilah dengan segera mematikan pengaliran SCR dalam kumpulan yang sama. Contohnya, andaikan SCR1 dan SCR2 hidup, arus masukan akan mengalir dari bahagian positif bekalan melalui SCR1, beban fasa A, beban fasa C, SCR2 dan balik semula ke bahagian negatif bekalan. Jika SCR3 hidup, ianya mestilah serta merta menukar SCR1. Arus daripada SCR1 akan dipindahkan ke SCR3. Arus masukan akan mengalir melalui SCR3, beban fasa B, beban fasa C, SCR2 dan balik semula ke bahagian negatif bekalan. Kesemua turutan ini boleh dilihat dari bentuk gelombang arus di Rajah 9.2 (b) di mana perubahan yang berlaku adalah mengikut turutan dan tidak terlalu cepat.



RAJAH 9.2 (b) : Bentuk gelombang arus bagi litar penyongsang sumber arus tiga fasa




AKTIVITI 9

UJI KEFAHAMAN ANDA SEBELUM MENERUSKAN PENILAIAN KENDIRI SILA SEMAK JAWAPAN DIRUANGAN MAKLUMBALAS DI HALAMAN BERIKUTNYA 9-1 Terangkan maksud terminologi tersuap voltan. 9-2 Berikan maksud VSI. 9-3 Terangkan dengan menggunakan ayat sendiri contoh perubahan voltan tidak

berlaku dengan cepat dengan merujuk kepada gambarajah yang sesuai.



MAKLUMBALAS AKTIVITI 9

9-1 Penyongsang tersuap voltan (voltage source inverter) atau boleh dikenali sebagai

penyongsang sumber voltan merupakan sejenis penyongsang yang mengambil kuasa masukan dalam bentuk sumber voltan arus terus (AT) bolehubah. Sumber ini akan melaraskan semula voltan masukan untuk membekalkan amplitud voltan keluaran yang diperlukan daripada penyongsang.

9-2 Voltage-source inverter 9-3 Rujuk pada nota 9.1.1.



PENILAIAN KENDIRI


MATAPELAJARAN.

SOALAN 9-1 Terangkan maksud terminologi tersuap arus. SOALAN 9-2 i. Takrifkan penyongsang tersuap arus. ii. Takrifkan penyongsang tersuap voltan. SOALAN 9-3 Dengan menggunakan ayat sendiri, terangkan contoh perubahan arus tidak berlaku dengan cepat dengan merujuk kepada gambarajah yang sesuai. SOALAN 9-4 Berdasarkan soalan 9-3, lukiskan gambarajah gelombang yang diperolehi.




SOALAN 9-1 Penyongsang tersuap arus (current source inverter) atau boleh dikenali sebagai penyongsang sumber arus merupakan sejenis penyongsang yang mengambil kuasa masukan dalam bentuk sumber voltan arus terus (AT) bolehubah. Sumber ini akan melaraskan semula arus masukan untuk membekalkan amplitud voltan keluaran yang diperlukan daripada penyongsang. SOALAN 9-2 i. Penyongsang tersuap arus (current-fed inverter) juga dikenali sebagai

penyongsang sumber arus (current-source inverter atau CSI) memerlukan sumber arus AT yang “stiff”. “Stiff” merujuk kepada kebolehannya membekalkan jumlah arus yang besar tanpa “loading down” litar. CSI mengambil kuasa masukan untuk sumber arus bolehubah, bukan sumber voltan seperti dalam VVI. Sumber arus ini akan dilaraskan semula untuk membekalkan amplitud voltan keluaran yang diperlukan daripada penyongsang.

ii. Penyongsang tersuap voltan (voltage source inverter atau VSI) atau boleh dikenali

sebagai penyongsang sumber voltan merupakan sejenis penyongsang yang mengambil kuasa masukan dalam bentuk sumber voltan arus terus (AT) bolehubah. Sumber ini akan melaraskan semula voltan masukan untuk membekalkan amplitud voltan keluaran yang diperlukan daripada penyongsang. Biasanya pemacu penyongsang tersuap voltan atau VSI berkurang keupayaan untuk dikenakan pembrekan secara penjanaan semula.

SOALAN 9-3 Rujuk pada nota 9.2.1. SOALAN 9-4


Rujuk pada halaman 7 Unit 9.




OBJEKTIF







Ø melakarkan litar bagi sistem pemacu penyongsang tersuap arus

(arus tetap)

Ø menerangkan kendalian litar sistem pemacu penyongsang

tersuap arus (arus tetap)

Ø melakarkan bentuk gelombang motor bila disuap dari

penyongsang arus tetap

Ø menerangkan dua kelebihan penyongsang arus tetap

Ø menerangkan pembrekan secara penjanaan semula



INPUT

10.0 PENGENALAN

Di dalam unit 10 ini pula kita akan melihat lebih lanjut lagi sistem pemacu penyongsang tersuap arus setelah kita mengetahui takrifan bagi penyongsang tersebut.

Penyongsang tersuap arus (current fed inverter) juga boleh dipanggil penyongsang sumber arus (current source inverter atau CSI). Penyongsang tersuap arus ini mempunyai litar yang sama dengan penyongsang tersuap voltan cuma yang diubah adalah arus bukannya voltan.

10.1 LITAR BAGI SISTEM PEMACU PENYONGSANG TERSUAP ARUS

(ARUS TETAP)

RAJAH 10.1 : Sistem pemacu penyongsang tersuap arus (frekuensi bolehubah)



10.1.1 KENDALIAN LITAR SISTEM PEMACU PENYONGSANG TERSUAP ARUS (ARUS TETAP)

CSI (juga dipanggil current-source inverter) mempunyai litar yang sama dengan litar VVI (voltage-variable inverter) yang akan dibincangkan dalam Unit 11. Tetapi dalam CSI ini yang diubah adalah arus bukannya voltan. CSI memerlukan sumber arus terus yang tetap merujuk kepada kebolehannya membekalkan jumlah arus yang besar tanpa menurunkan nilai beban dalam litar. Rajah 10.1 menunjukkan litar kuasa untuk penyongsang tersuap arus menggunakan Darlington kuasa sebagai suis. Penerus terkawal fasa menjanakan arus terus bolehubah yang mana akan ditukarkan kepada sumber arus dengan menyambungkan sebuah induktor yang besar bersiri dengannya. Penerus terkawal (SCR), diikuti dengan pemenggal AT boleh juga digunakan untuk mendapatkan sumber AT bolehubah. Mod kawalan penyongsang boleh diperolehi samada dalam bentuk enam (6) langkah ataupun pemodulatan lebar denyut. Rajah 10.2(a) menunjukkan rajah blok pemacu arus ulangalik frekuensi bolehlaras model 1580 Graham. Pemacu ini menggunakan CSI. Ia terdiri daripada dua (2) bahagian besar iaitu :

A. Bahagian Kawalan B. Bahagian Kuasa

A. BAHAGIAN KAWALAN Bahagian kawalan mempunyai litar pengaturan (regulating circuitry) untuk voltan dan arus serta litar logik pintu tiristor (SCR gating logic circuitry).



RAJAH 10.2 (a) : Kawalan kelajuan motor AU CSI model 1580 Graham

(Sumber : Motors and Controls, Page 389)

B. BAHAGIAN KUASA i) Peringkat pertama di bahagian kuasa ialah tetimbang masukan

(input bridge) yang akan menukarkan kuasa masukan arus ulangalik tiga fasa kepada arus tetap. Tetimbang masukan pada Rajah 10.2(b) adalah dari jenis penerus tetimbang diod tiga (3) fasa yang konvensional. Ia mengandungi diod D13-D18. Kegunaan penerus ini adalah untuk menukar kuasa masukan tiga (3) fasa kepada bus voltan AT tetap. Kapasitor C1 ialah bank kapasitor elektrolitik. Kapasitor ini dicas kepada keupayaan bus. Dengan voltan talian 460V arus ulang alik, C1 akan dicas kepada 620V.



RAJAH 10.2 (b) : Tetimbang masukan, Kawalan CSI Graham 1580 (Sumber : Motors and Controls, Page 389)

RAJAH 10.2 (c) : Litar pemenggal, Kawalan CSI Graham


ii) Peringkat kedua dalam litar kuasa ialah pemenggal (chopper).

Pemenggal ialah suis elektronik yang akan ON dan OFFkan induktor besar daripada bus AT secara silih berganti. Atau dengan kata lain arus tetap dari peringkat pertama akan dibekalkan kepada pemenggal sumber arus (current source chopper). Pemenggal


PENYONGSANG TERSUAP ARUS & TERSUAP VOLTAN E5105/UNIT 10/6 mengubah arus terus tetap kepada denyut arus terus melalui induktor yang besar. Induktor menjadi sumber arus bagi beban (motor aruhan). Litar pemenggal yang telah dipermudahkan ditunjukkan pada Rajah 10.2 (c).

Berdasarkan pada Rajah 10.2(c), apabila gegelung disambung bus AT keupayaan tetap, arus akan bertambah. Kedudukan suis elektronik seperti ini dinamakan INC. Bila suis dalam kedudukan buka, induktor L18 dan L19 menetapkan aliran arus tanpa bantuan dari bus AT. Ini akan menarik keluar tenaga dari induktor dan menyebabkan arus menurun. Kedudukan suis seperti ini dipanggil “decrease” atau DEC. Arus beban dikesan oleh peranti “Hall Effect” yang memberi voltan keluaran terus ini dan disuapkan semula kepada litar pengaturan di mana ia dibandingkan dengan nilai yang diperlukan oleh sistem untuk menggerakkan beban (motor). Litar pengaturan kemudiannya mengubah masa yang digunakan dalam keadaan bertambah atau increase. Tindakan ini akan mengawal arus beban supaya berada pada nilai yang diperlukan.

iii) Peringkat akhir bahagian kuasa ialah penyongsang jenis tetimbang. Penyongsang jenis tetimbang ini akan menyalurkan keluaran pemenggal dengan fasa yang betul kepada motor tiga (3) fasa untuk jumlah masa yang betul. Rajah 10.2(d) merupakan bahagian penyongsang. Ia adalah penyongsang enam (6) langkah dengan SCR1 - SCR6 menyuiskan arus beban pada kadar yang betul sebagaimana yang ditentukan oleh litar kawalan. Penukartertib kapasitor iaitu C28 – C33 menyimpan tenaga yang diperlukan untuk mematikan SCR dengan cara menyongsangkan voltan terminalnya. Diod D1 – D6 mengasingkan kapasitor daripada beban. Hanya dua (2) SCR sahaja yang dihidupkan pada sebarang ketika. Dua SCR tersebut akan mati apabila SCR yang bersebelahan dengannya dipicu pada fasa seterusnya.


PENYONGSANG TERSUAP ARUS & TERSUAP VOLTAN E5105/UNIT 10/7 Induktor motor juga memainkan peranan di mana penukartertib induktor akan menyimpan tenaga yang diperlukan untuk menukartertib dan tenaga ini juga akan mengecas kapasitor untuk kitaran yang berikutnya.

Pemenggal mengawal arus dalam penyongsang yang datang dari L18. Walaupun terdapat dua laluan selari untuk arus, jumlah keduanya tidak akan menjadi lebih besar dari arus keluaran dari pemenggal. Penyongsang hanya akan mengawal masa untuk arus mengalir melalui setiap fasa motor.

RAJAH 10.2 (d) : Litar penyongsang, Kawalan CSI Graham (Sumber : Motors and Controls, Page 391)



AKTIVITI 10(A)

UJI KEFAHAMAN ANDA SEBELUM MENERUSKAN PENILAIAN KENDIRI SILA SEMAK JAWAPAN DIRUANGAN MAKLUMBALAS DI HALAMAN BERIKUTNYA 10-1 Berikan maksud CSI. 10-2 Nyatakan satu perbezaan di antara CSI dan VVI. 10-3

RAJAH 10-1



i. Namakan litar yang terdapat pada Rajah 10-1. ii. Terangkan secara ringkas kendalian litar bagi rajah dalam soalan 10-1(i).

10-4

RAJAH 10-2

Rajah 10-2 menunjukkan sebuah litar pemenggal (chopper) yang digunakan oleh litar dalam Rajah 10-1. Berdasarkan kepada Rajah 10-2 : i. Terangkan fungsi litar tersebut. ii. Terangkan prinsip kendaliannya.

10-5 Pemacu arus ulangalik frekuensi bolehlaras model 1580 Graham terdiri daripada

DUA (2) bahagian besar iaitu bahagian kawalan dan bahagian kuasa. Nyatakan DUA (2) kumpulan litar yang terdapat di bahagian kawalan.


PENYONGSANG TERSUAP ARUS & TERSUAP VOLTAN E5105/UNIT 10/10 10-6

RAJAH 10-3

Rajah 10-3 menunjukkan rajah blok sebuah motor kawalan AU penyongsang sumber arus (CSI) jenis 1580 Graham. Berdasarkan Rajah 10-3 tersebut : i. Namakan blok bahagian yang diwakili oleh blok A, B dan C. ii. Nyatakan kesan yang dihadapi oleh CSI sekiranya blok A mengalami

kerosakan.

iii. Nyatakan fungsi blok B.

iv. Berikan fungsi induktor utama.

A

B

C

BAHAGIAN KUASA

BAHAGIAN KAWALAN

Induktor utama

M

Motor Aruhan




10-1 CSI bermaksud current source inverter. 10-2 Perbezaan di antara CSI dan VVI ialah dalam CSI yang diubah adalah arus

manakala VVI yang diubah adalah voltan. 10-3 i. Litar sistem pemacu penyongsang tersuap arus.

ii. Rajah 10-1 menunjukkan litar kuasa untuk penyongsang tersuap arus menggunakan Darlington kuasa sebagai suis. Penerus terkawal fasa menjanakan arus terus bolehubah yang mana akan ditukarkan kepada sumber arus dengan menyambungkan sebuah induktor yang besar bersiri dengannya. Penerus terkawal (SCR), diikuti dengan pemenggal AT boleh juga digunakan untuk mendapatkan sumber AT bolehubah. Mod kawalan penyongsang boleh diperolehi samada dalam bentuk enam (6) langkah ataupun pemodulatan lebar denyut.

10-4 i. Fungsi litar dalam Rajah 10-2 ialah sebagai suis elektronik yang akan ON

dan OFFkan induktor besar daripada bus AT secara silih berganti.

ii. Pemenggal mengubah arus terus tetap kepada denyut arus terus melalui induktor yang besar. Induktor menjadi sumber arus bagi beban (motor aruhan). Berdasarkan pada Rajah 10-2, apabila gegelung disambung bus AT keupayaan tetap, arus akan bertambah. Kedudukan suis elektronik seperti ini dinamakan INC. Bila suis dalam kedudukan buka, induktor L18 dan L19 menetapkan aliran arus tanpa bantuan dari bus AT. Ini akan menarik keluar tenaga dari induktor dan menyebabkan arus menurun. Kedudukan suis seperti ini dipanggil “decrease” atau DEC.


PENYONGSANG TERSUAP ARUS & TERSUAP VOLTAN E5105/UNIT 10/12 Arus beban dikesan oleh peranti “Hall Effect” yang memberi voltan keluaran terus ini dan disuapkan semula kepada litar pengaturan di mana ia dibandingkan dengan nilai yang diperlukan oleh sistem untuk menggerakkan beban (motor). Litar pengaturan kemudiannya mengubah masa yang digunakan dalam keadaan bertambah atau increase. Tindakan ini akan mengawal arus beban supaya berada pada nilai yang diperlukan.

10-5 DUA kumpulan litar yang terdapat di bahagian kawalan ialah :

i. litar pengaturan untuk voltan dan arus iii. litar logik pintu tiristor

10-6 i. A - Tetimbang masukan (Input bridge) B - Pemenggal AT C - Penyongsang jenis tetimbang

ii. CSI tidak akan dapat berfungsi kerana kuasa masukan tiga (3) fasa tidak dapat ditukarkan kepada bus voltan AT yang tetap sekiranya blok A mengalami kerosakan.

iii. Fungsi blok B ialah mengubah arus terus tetap kepada denyut arus terus

melalui induktor yang besar.

iv. Fungsi induktor utama ialah sebagai sumber arus bagi beban (motor aruhan).



INPUT

10.1.2 BENTUK GELOMBANG MOTOR BILA DISUAP DARI PENYONGSANG ARUS TETAP

Bentuk gelombang motor yang disuap dari penyongsang arus tetap dapat dilihat dari sinkrogram (synchrogram) iaitu Rajah 10.3 di mana ia menunjukkan gelombang arus dan voltan pada motor apabila disuap dari penyongsang arus tetap.

RAJAH 10.3 : Gelombang arus dan voltan pada motor apabila disuap

dari penyongsang arus tetap




Merujuk pada Rajah 10.2(d), voltan arus terus pada terminal masukan penyongsang akan berubah menurut permintaan beban. Pada keadaan tanpa beban, voltan akan hampir-hampir sifar. Pada keadaan beban kadaran, voltan akan menjadi maksima. Tindakbalas motor dan beban dengan arus yang dikenakan dan frekuensi menentukan pembilang medan elektromagnetik (CEMF) bagi motor. Ianya hampir-hampir sinusoidal dengan berlakunya pepaku (spike) setiap kali SCR menukar tertib. Dari Rajah 10.3, dapat dilihat bahawa arus mengalir untuk 120° pada arah positif, berhenti untuk 60° dan kemudian mengulangi pengaliran tetapi mengikut arah negatif pula. Arus positif untuk fasa A ialah apabila SCR1 mengalir dengan samada SCR6 atau SCR2 mengalir. Gelombang gerigi (sawtooth) berlaku di bahagian atas arus kesekenaan (coincides) dengan pertukaran keadaan pemenggal di antara keadaaan menambah dan mengurang.

10.1.3 DUA KELEBIHAN PENYONGSANG ARUS TETAP

1. Arus puncak yang rendah melalui transistor. 2. Beroperasi dengan baik pada kelajuan yang rendah dan merupakan

litar kuasa yang lasak.



10.1.4 PEMBREKAN SECARA PENJANAAN SEMULA

Kelebihan kawalan frekuensi adalah ianya membenarkan pembrekan secara penjanaan semula. Merujuk kepada Rajah 10.4, diandaikan motor disambungkan ke talian 460V, 50Hz. Motor tersebut berpusing pada 1650 p.p.m. dengan memacu beban pada dayakilas tetap iaitu TL=100 N-m (titik operasi 1). Jika kita dengan tiba-tiba mengurangkan frekuensi dan voltan sebanyak 50%, motor tersebut dengan segera akan beroperasi sepanjang 230V, 30Hz pada lengkung dayakilas – kelajuan. Oleh kerana kelajuan tidak boleh bertukar dengan serta merta (disebabkan oleh sifat tekun), dengan tiba-tiba kita akan mendapati lengkung tersebut berada pada titik operasi 2 di lengkung dayakilas – kelajuan yang baru. Dayakilas motor adalah negatif, akibatnya kelajuan akan menurun dengan cepat mengikut lengkung 50% sehingga mencapai dayakilas TL (titik operasi 4). Ciri yang menarik daripada operasi-operasi ini ialah dalam pergerakan melalui lengkung daripada titik operasi 2 ke titik operasi 3, tenaga dikembalikan ke talian arus ulangalik (AU) disebabkan oleh motor bertindak sebagai penjana segerak sepanjang jarak lengkung ini. Kemampuan untuk mendapatkan dayakilas yang tinggi daripada sifar ke kelajuan penuh bersama dengan pembrekan secara penjanaan semula yang ekonomi adalah sebab utama mengapa kawalan frekuensi pemacu motor aruhan menjadi popular.



Dayakilas (N-m) 120 80 300 600 900 1800 Kelajuan(p.p.m)

RAJAH 10.4 : Kesan menukar frekuensi stator secara tiba-tiba

100

Titik operasi 1 TL

Titik operasi 4 Titik operasi 3

Titik operasi 2

230V, 30Hz 460V, 60Hz



AKTIVITI 10(B)

UJI KEFAHAMAN ANDA SEBELUM MENERUSKAN PENILAIAN KENDIRI SILA SEMAK JAWAPAN DIRUANGAN MAKLUMBALAS DI HALAMAN BERIKUTNYA 10-7

RAJAH 10-4

i. Terangkan apakah yang boleh diperolehi dari Rajah 10-4. ii. Nyatakan sebab berlakunya pepaku (spike) pada gelombang seperti yang

ditunjukkan pada Rajah 10-4.


PENYONGSANG TERSUAP ARUS & TERSUAP VOLTAN E5105/UNIT 10/18 10-8 Nyatakan DUA (2) kebaikan penyongsang arus tetap. 10-9 Salah satu kelebihan kawalan frekuensi adalah ianya membenarkan pembrekan

secara penjanaan semula. Bincangkan.




10-7 i. Dari Rajah 10-4, dapat dilihat bahawa arus mengalir untuk 120° pada arah

positif, berhenti untuk 60° dan kemudian mengulangi pengaliran tetapi mengikut arah negatif pula. Arus positif untuk fasa A ialah apabila SCR1 mengalir dengan samada SCR6 atau SCR2 mengalir. Gelombang gerigi (sawtooth) berlaku di bahagian atas arus kesekenaan (coincides) dengan pertukaran keadaan pemenggal di antara keadaaan menambah dan mengurang.

ii. Pepaku (spike) berlaku disebabkan SCR menukar tertib. 10-8 DUA kebaikan penyongsang arus tetap ialah :

i. Arus puncak yang rendah melalui transistor. ii. Beroperasi dengan baik pada kelajuan yang rendah dan merupakan litar

kuasa yang lasak. 10-9 Rujuk pada nota 10.1.4.



PENILAIAN KENDIRI


MATAPELAJARAN.

SOALAN 10-1 Di dalam litar kuasa bagi sistem pemacu penyongsang tersuap arus terdapat litar penyongsang yang menggunakan satu litar sebagai suis. Nyatakan litar tersebut. SOALAN 10-2 Kawalan kelajuan motor AU CSI model 1580 Graham terdiri daripada dua bahagian besar iaitu bahagian kawalan dan bahagian kuasa. Bahagian kuasa terdiri daripada tiga (3) peringkat utama. Nyatakan litar-litar yang terdapat di setiap peringkat tersebut. SOALAN 10-3 Dalam peringkat pertama di bahagian kuasa terdapat satu kapasitor. Berikan jenis kapasitor yang digunakan.


PENYONGSANG TERSUAP ARUS & TERSUAP VOLTAN E5105/UNIT 10/21 SOALAN 10-4

RAJAH 10-5 Berdasarkan Rajah 10-5, i. Berikan nama litar tersebut. ii. Nyatakan jenis litar yang digunakan dalam soalan 10-4 (i). iii. Terangkan prinsip kendaliannya.


PENYONGSANG TERSUAP ARUS & TERSUAP VOLTAN E5105/UNIT 10/22 SOALAN 10-5

Q

P

RAJAH 10-6

Rajah 10-6 menunjukkan rajah blok sebuah kawalan motor AU Penyongsang Sumber Arus (CSI) jenis 1580 Graham. Berdasarkan rajah tersebut : i. Namakan blok yang diwakili oleh garisan putus-putus P dan Q. ii. Namakan bahagian yang diwakili oleh blok-blok R, S dan T. iii. Nyatakan fungsi blok S. iv. Apakah kesan terhadap CSI sekiranya blok R mengalami kerosakan ? v. Apakah fungsi induktor utama ?

R

S

T

Induktor utama

M

Motor Aruhan


PENYONGSANG TERSUAP ARUS & TERSUAP VOLTAN E5105/UNIT 10/23 SOALAN 10-6 Dalam motor terdapat pembilang medan elektromagnetik (CEMF) yang ditentukan bilangannya melalui satu tindakbalas. Nyatakan tindakbalas tersebut. SOALAN 10-7

RAJAH 10-7

Nyatakan secara ringkas, mengapa berlakunya gelombang gerigi (sawtooth) pada sinkrogram yang ditunjukkan oleh Rajah 10-7. SOALAN 10-8 Nyatakan salah satu kebaikan penyongsang arus tetap. SOALAN 10-9 Terdapat EMPAT (4) titik operasi di dalam pembrekan secara penjanaan semula. Terangkan kedudukan setiap operasi tersebut dengan merujuk kepada gambarajah yang sesuai.




SOALAN 10-1 Litar Darlington Kuasa. SOALAN 10-2 Peringkat pertama - Tetimbang masukan Peringkat kedua - Pemenggal Peringkat akhir - Penyongsang jenis tetimbang SOALAN 10-3 Jenis bank kapasitor elektrolitik. SOALAN 10-4 i. Litar penyongsang. ii. Litar penyongsang jenis tetimbang atau jenis penyongsang enam langkah. iii. Penyongsang enam (6) langkah dengan SCR1 - SCR6 menyuiskan arus beban

pada kadar yang betul sebagaimana yang ditentukan oleh litar kawalan. Penukartertib kapasitor iaitu C28 – C33 menyimpan tenaga yang diperlukan untuk mematikan SCR dengan cara menyongsangkan voltan terminalnya. Diod D1 – D6 mengasingkan kapasitor daripada beban. Hanya dua (2) SCR sahaja yang dihidupkan pada sebarang ketika. Dua SCR tersebut akan mati apabila SCR yang bersebelahan dengannya dipicu pada fasa seterusnya. Pemenggal mengawal arus dalam penyongsang yang datang dari L18. Walaupun terdapat dua laluan selari untuk arus, jumlah keduanya tidak akan menjadi lebih besar dari arus keluaran dari pemenggal. Penyongsang hanya akan mengawal masa untuk arus mengalir melalui setiap fasa motor.


PENYONGSANG TERSUAP ARUS & TERSUAP VOLTAN E5105/UNIT 10/25 SOALAN 10-5 i. P - Bahagian Kawalan Q - Bahagian Kuasa ii. R - Tetimbang masukan (Input bridge) S - Pemenggal AT T - Penyongsang jenis tetimbang iii. Fungsi blok S ialah mengubah arus terus tetap kepada denyut arus terus melalui

induktor yang besar. iv. CSI tidak akan dapat berfungsi kerana kuasa masukan tiga (3) fasa tidak dapat

ditukarkan kepada bus voltan AT yang tetap sekiranya blok R mengalami kerosakan.

v. Fungsi induktor utama ialah sebagai sumber arus bagi beban (motor aruhan). SOALAN 10-6 Tindakbalas di antara motor dan beban dengan arus dan frekuensi yang dikenakan. SOALAN 10-7 Gelombang gerigi berlaku disebabkan oleh pertukaran keadaan pemenggal di antara keadaan menambah dan mengurang di bahagian atas arus kesekenaan. SOALAN 10-8 Arus puncak yang rendah melalui transistor. SOALAN 10-9 Rujuk pada nota 10.1.4.




OBJEKTIF

Objektif Am : Mengetahui dan memahami kawalan kelajuan motor aruhan sangkar tupai dengan menggunakan penyongsang frekuensi bolehubah, penyongsang penukar tertib, terminologi tersuap voltan, terminologi tersuap arus serta kendalian pemacu penyongsang tersuap arus dan tersuap voltan.


Ø melakarkan litar bagi sistem pemacu penyongsang

tersuap voltan

Ø menerangkan kendalian litar sistem pemacu

penyongsang tersuap voltan (voltan tetap)

Ø melakarkan bentuk gelombang voltan talian motor

Ø melakarkan bentuk gelombang arus talian motor



INPUT

11.0 PENGENALAN

Penyongsang tersuap voltan ialah sejenis penyongsang yang mengambil kuasa masukan dalam bentuk sumber voltan arus terus bolehubah. Penyongsang tersuap voltan menggunakan litar penyongsang untuk mengawal kelajuan motor dengan melaraskan frekuensi bagi menghasilkan dayakilas yang tetap pada motor menyebabkan pemacu penyongsang sentiasa dalam nisbah V/Hz (voltan per frekuensi) yang tetap.

Di dalam unit 11 ini, anda akan mempelajari dengan lebih mendalam lagi mengenai topik penyongsang tersuap voltan. Penyongsang tersuap voltan juga lebih dikenali sebagai penyongsang voltan bolehubah (variable-voltage inverter, VVI) atau penyongsang voltan bolehubah, frekuensi bolehubah (variable-voltage, variable-frequency inverter) atau penyongsang sumber voltan (VSI).

Masih ingat lagi TERMINOLOGI penyongsang tersuap voltan??

Tahukah anda nama lain bagi penyongsang tersuap voltan??


PENYONGSANG TERSUAP ARUS & TERSUAP VOLTAN E5105/UNIT 11/3 11.1 LITAR BAGI SISTEM PEMACU PENYONGSANG TERSUAP VOLTAN

(VOLTAN TETAP) Pemacu penyongsang tersuap voltan atau penyongsang voltan bolehubah terdiri

daripada dua jenis iaitu penyongsang enam langkah (penyongsang gelombang quasi-square) dan penyongsang pemodulat lebar denyut (PWMI). Dalam subtopik ini, hanya penyongsang enam langkah yang diterangkan. Manakala penyongsang pemodulat lebar denyut telah diterangkan di Unit 6.

Penyongsang tiga fasa menukarkan masukan AT kepada keluaran frekuensi

bolehubah. Voltan masukan AT boleh jadi dari sumber AT atau penerusan voltan AU. Penyongsang tetimbang tiga fasa boleh dibina dengan menggabungkan tiga penyongsang separuh tetimbang satu fasa.

11.1.1 KENDALIAN LITAR PEMACU PENYONGSANG TERSUAP

VOLTAN (VOLTAN TETAP)

RAJAH 11.1 : Litar penyongsang tetimbang tiga fasa

D1

D4

D3

D6

D5

D2

S1

S4

S3

S6 S2

S5

E

N

iA iB iC

iS


PENYONGSANG TERSUAP ARUS & TERSUAP VOLTAN E5105/UNIT 11/4 Litar asas bagi penyongsang tersuap voltan adalah seperti di Rajah 11.1. Ianya mengandungi 6 (enam) suis kuasa dan bergabung dengan 6 (enam) diod meroda bebas. Suis-suis tersebut akan buka dan tutup mengikut turutan masa yang sesuai untuk menghasilkan bentuk gelombang keluaran yang diperlukan. Kadar penyuisan menentukan keluaran frekuensi bagi penyongsang. Banyak turutan digunakan untuk mengoperasikan ketiga-tiga suis ini tetapi terdapat DUA keadaan asas yang melengkapkan satu kitar dengan enam (6) penyuisan iaitu :

a) jenis pengaliran 120° b) jenis pengaliran 180°.

A. JENIS PENGALIRAN 120° Rajah asas penyongsang tetimbang tiga fasa seperti di Rajah 11.1 boleh dikawal supaya setiap suis mengalir dalam tempoh 120°. Dalam situasi ini, hanya 2 (dua) suis mengalir pada bila-bila masa di mana satu daripada kumpulan positif (S1, S3 dan S5) dan satu daripada kumpulan negatif (S2, S4 dan S6). Kedua-dua suis yang hidup itu akan menyambungkan dua terminal beban ke terminal bekalan AT, manakala terminal ketiga tinggal terapung. Terdapat 6 (enam) sela masa dalam satu kitar bagi bentuk gelombang voltan AU. Suis-suis tersebut akan dihidupkan dalam tempoh 60° pada bentuk gelombang keluaran dalam turutan yang sesuai untuk mendapatkan voltan-voltan VAB, VBC dan VCA. Kadar penyuisan menentukan frekuensi keluaran. Untuk menghapuskan kemungkinan sumber bekalan AT dilitar pintaskan, hendaklah memastikan kedua-dua suis yang berada dikaki yang sama tidak dihidupkan serentak. Oleh kerana itu, sela masa 60° berlalu di antara hujung pengaliran suis S1 dan dipermulaan pengaliran suis S4 yang berada di kaki yang sama seperti S1. Keadaan yang sama juga akan berlaku bagi suis-suis S3 dan S6 serta suis-suis S5 dan S2.


PENYONGSANG TERSUAP ARUS & TERSUAP VOLTAN E5105/UNIT 11/5 Voltan fasa melalui beban, VAN, VBN dan VCN boleh ditentukan untuk pelbagai tempoh 60° dengan sambungan-bintang (Υ) beban resistif. Voltan-voltan ini boleh didapati dengan menimbang litar-litar setara pelbagai kombinasi beban penyongsang untuk 6 (enam) sela masa seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 11.2. Keputusannya adalah diringkaskan seperti di Jadual 11.1. Turutan penyuisan adalah seperti berikut : S1 dan S2, S2 dan S3, S3 dan S4, S4 dan S5, S5 dan S6, S6 dan S1, dan seterusnya.

(a) 0 - 60° (b) 60° - 120°

(c) 120° - 180° (d) 180° - 240°

A B C

E +

N

-

+ E / 2 -

+ E / 2 -

+ 0 -

N

+ E / 2 -

A B C

E + -

- E / 2 +

+ 0 -

A B C

E +

N

-

- E / 2 +

+ E / 2 -

+ 0 -

A B C

E -

N

+

- E / 2 +

+ E / 2 -

+ 0 -

N



(e) 240° - 300° (f) 300° - 360° RAJAH 11.2 : Litar setara penyongsang tetimbang tiga fasa

Interval

S1

S2

S3

S4

S5

S6

VAN

VBN

VCN

0 to 60°

On

Off

Off

Off

Off

Off

+ E / 2

- E / 2

0

60 to 120°

On

On

Off

Off

Off

Off

+ E / 2

0

- E / 2

120 to 180°

Off

On

On

Off

Off

Off

0

+ E / 2

- E / 2

180 to 240°

Off

Off

On

On

Off

Off

- E / 2

+ E / 2

0

240 to 300°

Off

Off

Off

On

On

Off

- E / 2

0

+ E / 2

300 to 360°

Off

Off

Off

Off

On

On

0

- E / 2

+ E / 2

JADUAL 11.1


A B C

E - +

+ E / 2 -

+ 0 -

- E / 2 +

A B C

E -

N

+

+ E / 2 -

- E / 2 +

+ 0 -

N



B. JENIS PENGALIRAN 180°

Penyuisan jenis ini berlaku tanpa tempoh mati (OFF) iaitu setiap suis sentiasa hidup sama ada terminal positif atau negatif tetapi situasi yang perlu dielakkan ialah dengan menghidupkan ketiga-tiga suis dalam terminal positif dan negatif serentak. Katakan suis S1, S2 dan S3 mengalir dahulu, selepas tempoh 60°, S2, S3 dan S4 pula akan mengalir. Tempoh pengaliran bagi setiap suis adalah 180° maka tidak terdapat dua suis yang berada dalam kaki yang sama mengalir serentak. Sela masa 60° yang nyata wujud untuk keluaran satu kitar dan kadar turutan bagi sela masa ini menentukan frekuensi penyongsang keluaran. Pola penyuisan lengkap untuk 6 (enam) sela masa ditunjukkan dalam Jadual 11.2. Turutan enam langkah menghasilkan pola berkitar : 1-2-3, 2-3-4, 3-4-5, 4-5-6, 5-6-1 dan seterusnya. Ini boleh dilihat di mana setiap suis mengalir untuk tempoh 180°.

Interval

S1

S2

S3

S4

S5

S6

0 to 60°

On

Off

Off

Off

On

On

60 to 120°

On

On

Off

Off

Off

On

120 to 180°

On

On

On

Off

Off

Off

180 to 240°

Off

On

On

On

Off

Off

240 to 300°

Off

Off

On

On

On

Off

300 to 360°

Off

Off

Off

Off

On

On

JADUAL 11.2




AKTIVITI 11(A)

UJI KEFAHAMAN ANDA SEBELUM MENERUSKAN PENILAIAN KENDIRI SILA SEMAK JAWAPAN DIRUANGAN MAKLUMBALAS DI HALAMAN BERIKUTNYA

11-1 Takrifkan penyongsang tersuap voltan. 11-2 Berikan nama lain bagi penyongsang tersuap voltan. 11-3 Lukiskan litar asas bagi penyongsang tersuap voltan iaitu penyongsang tetimbang

tiga fasa. 11-4 Nyatakan DUA keadaan pengaliran darjah setiap voltan yang dikenakan di dalam

penyongsang enam langkah dalam mengawal motor aruhan tiga fasa. 11-5 Berdasarkan litar asas seperti dalam soalan 11-3, lukiskan litar setara bagi :

i. 120° - 180° ii. 180° - 240°




11-1 Penyongsang tersuap voltan ialah sejenis penyongsang yang mengambil kuasa

masukan dalam bentuk sumber voltan arus terus bolehubah.

11-2 Penyongsang tersuap voltan juga lebih dikenali sebagai penyongsang voltan bolehubah (variable-voltage inverter, VVI) atau penyongsang voltan bolehubah, frekuensi bolehubah (variable-voltage, variable-frequency inverter) atau penyongsang sumber voltan (VSI).

11-3

Litar penyongsang tetimbang tiga fasa

11-4 120° dan 180°. 11-5 Rujuk pada halaman 6 Unit 11.

D1

D4

D3

D6

D5

D2

S

S

S

S S

SE

N

iA iB i

iS



INPUT

11.1.2 BENTUK GELOMBANG VOLTAN TALIAN MOTOR A. JENIS PENGALIRAN 120° Rajah 11.3 menunjukkan voltan-voltan tiga fasa iaitu VAN, VBN dan VCN

serta voltan talian. Voltan talian boleh ditentukan daripada voltan fasa dengan menggunakan persamaan-persamaan berikut :

VAB = VAN - VBN

VBC = VBN - VCN

VCA = VCN - VAN

Setiap suis dihidupkan untuk tempoh 120° dalam turutan. Apabila suis hidup pada ωt = 0, terminal A disambungkan ke bahagian positif sumber AT. Apabila suis dihidupkan pada ωt = π, terminal A disambungkan ke bahagian negatif sumber AT. Berikut adalah formula-formula yang biasa digunakan untuk jenis pengaliran 120° dalam Unit 11 ini :

Dengan sambungan-(Υ) beban resistif yang seimbang, kuasa keluaran ialah :

Po = [ (E / 2)2 ]/ R + [ (E / 2)2 ]/ R = (E2 / 2) R

di mana R = rintangan per fasa

Nilai RMS bagi voltan fasa ialah : Vph = (E √ 2) / (2 √ 3) = E / √ 6

Nilai RMS bagi voltan talian = VL(RMS) √ 3 Vph(RMS) = E / √ 2



Arus RMS melalui suis ialah : ISUIS (RMS) = (E / 2) (√ 3 R) Nilai RMS bagi arus keluaran ialah : IO (RMS) = √ 2 ISUIS (RMS) Kadaran voltan balikan bagi suis = E



RAJAH 11.3 : Bentuk gelombang voltan keluaran untuk jenis pengaliran 120°

VAN

VBN

VCN

+E/2

-E/2

VAB

VBC

VCA

+E/2

-E/2

+E

-E

120°

120° 60°

60°

180°

180°

240°

300°

300°

360°

360°

420°

480°

480° 540°

540°

600°

660°

660°


PENYONGSANG TERSUAP ARUS & TERSUAP VOLTAN E5105/UNIT 11/13 B. JENIS PENGALIRAN 180° Bentuk gelombang untuk tiga voltan keluaran boleh diperolehi daripada mengandaikan sambungan-(Υ) beban resistif yang seimbang. Voltan fasa untuk pelbagai sela masa 60° boleh didapati dengan menimbangkan litar setara untuk setiap sela masa seperti di Rajah 11.4. Daripada kesemua litar setara, voltan yang bergabung dengan setiap beban fasa boleh ditentukan. Ringkasan keputusan diberikan dalam Jadual 11.3. Bentuk gelombang voltan fasa seperti di Rajah 11.5 adalah serupa tetapi boleh berubah oleh 120°. Voltan fasa mempunyai 6 (enam) keadaan terputus-putus setiap kitar yang seakan-akan sama dengan titik 6 (enam) penyuisan setiap kitar. Voltan talian boleh diperolehi daripada hubungan-hubungan berikut :

VAB = VAN - VBN

VBC = VBN - VCN

VCA = VCN - VAN

Voltan talian untuk enam sela masa juga ditunjukkan dalam Jadual 11.3 dan diplotkan dalam Rajah 11.5. Ketiga-tiga voltan talian boleh berubah oleh 120°. Secara asasnya, bentuk gelombang voltan talian atau fasa bergantung pada ciri-ciri beban di mana mungkin terdapat kombinasi perintang, induktan dan kapasitan, seimbang atau tidak seimbang. Jika beban adalah resistif, arus beban adalah sama bentuk gelombangnya dengan voltan fasa.



Berikut adalah formula-formula yang biasa digunakan untuk jenis pengaliran 180° dalam Unit 11 ini :

Dengan sambungan-(Υ) beban resistif yang seimbang, kuasa keluaran ialah :

Po = [ (E / 3)2 ]/ R + [ (E / 3)2 ]/ R + (2E / 3)2 / R = 2E2 / 3R

di mana R = rintangan per fasa * Nota : Kuasa keluaran adalah 1.33 kali daripada kuasa keluaran bagi jenis pengaliran 120°

Nilai RMS bagi voltan fasa ialah : Vph = (√ 2 / 3) E

Nilai RMS bagi voltan talian = VL(RMS) = ( √ 2 / √ 3 ) E

Arus RMS melalui suis ialah :

ISUIS (RMS) = E / 3R Nilai RMS bagi arus keluaran ialah : IO (RMS) = √ 2 ISUIS (RMS) Kadaran voltan balikan bagi suis = E



Interval

VAN

VBN

VCN

VAB

VBC

VCA

0 to 60°

E / 3

- 2E / 3

E / 3

+ E

- E

0

60 to 120°

2E / 3

- E / 3

- E / 3

+ E

0

- E

120 to 180°

E / 3

E / 3

- 2E / 3

0

+ E

- E

180 to 240°

- E / 3

+2E / 3

- E / 3

- E

+ E

0

240 to 300°

- 2E / 3

E / 3

E / 3

- E

0

+ E

300 to 360°

- E / 3

- E / 3

+2E / 3

0

- E

+ E

JADUAL 11.3




RAJAH 11.4 : Litar setara penyongsang tetimbang tiga fasa



RAJAH 11.4 (sambungan) : Litar setara penyongsang tetimbang tiga fasa

(Sumber : Power Electronics for Technology, Page 338 & 339)



RAJAH 11.5 : Bentuk gelombang voltan untuk jenis pengaliran 180° (Sumber : Power Electronics for Technology, Page 340)



11.1.3 BENTUK GELOMBANG ARUS TALIAN A. JENIS PENGALIRAN 120°

Rajah 11.6 menunjukkan 3 (tiga) arus keluaran dan arus-arus bagi keenam-enam suis untuk jenis pengaliran 120° di mana arus keluaran adalah gelombang-langkah dengan setiap suis mengalirkan arus beban untuk 120°. Ketiga-tiga arus boleh berubah oleh 120°. B. JENIS PENGALIRAN 180°

Rajah 11.7 menunjukkan 3 (tiga) arus keluaran iaitu iA, iB dan iC. Bentuk gelombang arus keluaran adalah jenis langkah dengan setiap suis mengalirkan arus beban untuk 180°. Bagaimanapun dalam keadaan praktikal, perlu ada sedikit lengah masa (biasanya 100 – 150) kepada fasa arus semasa pengaliran dari positif ke negatif. Lengah masa ini membolehkan sesebuah transistor “OFF” dahulu sebelum transistor yang lain “ON”. Ini adalah untuk mengelakkan “cross conduction” yang boleh merosakkan transistor kuasa. Dengan itu pengaliran maksima adalah 1650 daripada tempoh 3600.



RAJAH 11.6 : Bentuk gelombang arus bagi pengaliran 120° (Sumber : Power Electronics for Technology, Page 334)



RAJAH 11.7 : Bentuk gelombang arus bagi pengaliran 180° (Sumber : Power Electronics for Technology, Page 342)



AKTIVITI 11(B)

UJI KEFAHAMAN ANDA SEBELUM MENERUSKAN PENILAIAN KENDIRI SILA SEMAK JAWAPAN DIRUANGAN MAKLUMBALAS DI HALAMAN BERIKUTNYA 11-6 Berdasarkan Jadual 11-1, lukiskan bentuk gelombang voltan keluaran untuk

pengaliran 120°.

Interval

S1

S2

S3

S4

S5

S6

VAN

VBN

VCN

0 to 60°

On

Off

Off

Off

Off

Off

+ E / 2

- E / 2

0

60 to 120°

On

On

Off

Off

Off

Off

+ E / 2

0

- E / 2

120 to 180°

Off

On

On

Off

Off

Off

0

+ E / 2

- E / 2

180 to 240°

Off

Off

On

On

Off

Off

- E / 2

+ E / 2

0

240 to 300°

Off

Off

Off

On

On

Off

- E / 2

0

+ E / 2

300 to 360°

Off

Off

Off

Off

On

On

0

- E / 2

+ E / 2

JADUAL 11-1

11-7 Nyatakan situasi apa yang perlu dielakkan dalam penyuisan jenis pengaliran 180°.




11-6 Rujuk pada halaman 12 Unit 11. 11-7 Situasi yang perlu dielakkan dalam penyuisan jenis pengaliran 180° ialah dengan

menghidupkan ketiga-tiga suis dalam terminal positif dan negatif serentak.



PENILAIAN KENDIRI


MATAPELAJARAN.

SOALAN 11-1 Penyongsang voltan bolehubah terdiri daripada dua jenis. Nyatakan keDUA-DUA jenis tersebut. SOALAN 11-2

RAJAH 11-1

JADUAL 11-2

Motor aruhan 3 fasa



Rajah 11-1 menunjukkan sejenis penyongsang untuk mengawal kelajuan motor aruhan dengan jadual turutan penyuisan pada Jadual 11-2. Berdasarkan kepada rajah dan jadual tersebut,

i. Nyatakan jenis penyongsang yang digunakan ii. Namakan peranti elektronik yang digunakan sebagai suis S1 hingga S6

SOALAN 11-3

RAJAH 11-2

Rajah 11-2 menunjukkan penyongsang enam langkah menggunakan transistor sebagai suis. Berdasarkan rajah tersebut ;

i. Secara teori, nyatakan selama berapa darjah setiap transistor itu mengalir ii. Apakah yang diperlukan kepada fasa arus untuk keadaan yang praktikal?

Mengapa ini perlu dilakukan?

iii. Apakah tugas diod-diod yang terdapat dalam rajah di atas?

Motor aruhan 3 fasa



SOALAN 11-4 Berdasarkan Jadual 11-3, lukiskan bentuk gelombang voltan keluaran untuk pengaliran 180°.

Interval

VAN

VBN

VCN

VAB

VBC

VCA

0 to 60°

E / 3

- 2E / 3

E / 3

+ E

- E

0

60 to 120°

2E / 3

- E / 3

- E / 3

+ E

0

- E

120 to 180°

E / 3

E / 3

- 2E / 3

0

+ E

- E

180 to 240°

- E / 3

+2E / 3

- E / 3

- E

+ E

0

240 to 300°

- 2E / 3

E / 3

E / 3

- E

0

+ E

300 to 360°

- E / 3

- E / 3

+2E / 3

0

- E

+ E

JADUAL 11-3




SOALAN 11-1 DUA jenis tersebut ialah penyongsang enam langkah dan penyongsang pemodulat lebar denyut. SOALAN 11-2 i. Penyongsang enam langkah ii. Transistor atau tiristor SOALAN 11-3 i. 1800 ii. Pada keadaan yang praktikal, adalah perlu untuk menyediakan sedikit lengah

masa (biasanya 100 hingga 150) kepada fasa arus semasa pengaliran dari positif ke negatif. Lengah masa ini diperlukan kerana membolehkan sesebuah transistor “OFF” dahulu sebelum transistor yang lain “ON”. Ini untuk mengelakkan “cross conduction” yang boleh merosakkan transistor kuasa.

iii. Tugas diod-diod di dalam litar ialah untuk mengalirkan arus bila transistor “OFF”

SOALAN 11-4 Rujuk pada halaman 18 Unit 11.


LAIN-LAIN JENIS KAWALAN E5105/UNIT 12/1

UNIT 12 LAIN-LAIN JENIS KAWALAN

OBJEKTIF

Objektif Am : Memahami takrifan kawalan penukar siklo dan mengetahui operasi

motor aruhan sangkar tupai yang menggunakan kawalan penukar

siklo.


Ø menakrifkan kawalan penukar siklo dengan gambarajah litar.

Ø melakarkan kawalan penukar siklo dengan bentuk gelombang.

Ø menerangkan operasi motor aruhan sangkar tupai yang

menggunakan kawalan penukar siklo dengan gambarajah litar.

Ø menerangkan operasi motor aruhan sangkar tupai yang

menggunakan kawalan penukar siklo dengan bentuk

gelombang.



INPUT

12.0 PENGENALAN

Di dalam unit yang lepas, anda telah mengetahui dan mempelajari kawalan voltan dalam penyongsang yang menggunakan kawalan lebar denyut dan pemodulatan lebar denyut. Selain itu, anda juga telah didedahkan tentang kawalan laju dengan voltan stator yang menggunakan tiristor dan kawalan kelajuan motor sangkar tupai menggunakan penyongsang frekuensi bolehubah.

Selain daripada kawalan-kawalan yang telah dinyatakan di atas tadi, di dalam bab ini anda juga akan mempelajari lain-lain jenis kawalan motor arus ulangalik iaitu kawalan penukar siklo.

12.1 TAKRIFAN KAWALAN PENUKAR SIKLO

Kawalan penukar siklo merupakan 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.

12.1.1 RAJAH BLOK PENUKAR SIKLO V

Kumpulan positif penukar

Kumpulan positif penukar

beban Punca frekuensi tetap


RAJAH 12.1 (a) : RAJAH BLOK PENUKAR SIKLO LAIN-LAIN JENIS KAWALAN E5105/UNIT 12/3 12.1.2 GELOMBANG BEBAN IDEAL

RAJAH 12.1 (b) : BENTUK GELOMBANG YANG IDEAL

Bagi menghasilkan isyarat keluar yang menyerupai sinusoidal ialah dengan melengahkan picuan tiristor dibahagian awal dan akhir bagi setiap separuh kitar operasi. Rajah 12.1 (a) merupakan rajah blok yang mengandungi litar asas penukar siklo. 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”. 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 penukar siklo untuk motor aruhan

t

Vo V

I

Kumpulan negatif

penyongsang

Kumpulan negatif penerus

Kumpulan positif penerus

Kumpulan positif

penyongsang


sangkar tupai. Jika beban adalah induktif maka terdapat perbezaan isyarat keluaran voltan dan arus.

LAIN-LAIN JENIS KAWALAN E5105/UNIT 12/4 12.2 KAWALAN PENUKAR SIKLO DENGAN GAMBARAJAH LITAR

RAJAH 12.2 (a) : Penyongsang tiristor 1-fasa

Rajah 12.2 (a) di atas menunjukkan penyongsang tiristor 1-fasa yang membekalkan beban rintangan dan menghasilkan bentuk gelombang keluaran seperti yang ditunjukkan pada Rajah 12.3 (a). Jika penyongsang tiristor disambungkan seperti di Rajah 12.2 (b) 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.

Vx P2 VL

BBBeban Vy N1 N2

RAJAH 12.2 (b): Litar asas kawalan penukar siklo.

T1

T2

i1

i2

Beban

Beban

P1


LAIN-LAIN JENIS KAWALAN E5105/UNIT 12/5 12.3 KAWALAN PENUKAR SIKLO DENGAN BENTUK GELOMBANG

RAJAH 12.3 (a) : Gelombang keluaran

Berpandukan pada Rajah 12.3 (b), 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. Penukar siklo ini terhad kepada julat frekuensi keluaran yang rendah, frekuensi keluaran maksima adalah lebih kurang satu per tiga (1/3) daripada frekuensi masukan.

RAJAH 12.3 (b) : Voltan beban

T1 T2

P1 P2 P3 P4 P5 N1 N2 N3 N4 N5

Keluaran dikehendaki

Voltan Beban

t

t

Vo

t



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 12.3 (c). Di dapati lengah picuan juga boleh mengubah voltan keluaran punca purata ganda dua (PPGD).

Arus picuan

RAJAH 12.3 (c) : Lengah picuan dikenakan kepada bahagian awal dan akhir bagi setiap separuh (½) kitar keluaran.

t



AKTIVITI 12(A)

UJI KEFAHAMAN ANDA SEBELUM MENERUSKAN PENILAIAN KENDIRI. SILA SEMAK JAWAPAN DIRUANGAN MAKLUMBALAS DI HALAMAN BERIKUTNYA 12-1 Kawalan penukar siklo bermaksud _____________________________________ 12-2 Dengan merujuk kepada litar asas kawalan penukar siklo :

i. Terangkan kendaliannya. ii. Tunjukkan gelombang keluaran untuk voltan beban.

12-3 Nyatakan cara yang paling mudah untuk mendapatkan gelombang sain.




12-1 Kawalan penukar siklo bermaksud 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.

12-2 Rujuk pada nota 12.3. 12-3 Cara yang paling mudah untuk mendapatkan gelombang sain iaitu dengan

melengahkan picuan tiristor di bahagian awal dan akhir pada setiap separuh (½) kitar keluaran.



INPUT

12.4 OPERASI MOTOR ARUHAN SANGKAR TUPAI YANG

MENGGUNAKAN KAWALAN PENUKAR SIKLO DENGAN GAMBARAJAH LITAR.

RAJAH 12.4 : Motor aruhan sangkar tupai menggunakan penukar siklo tiga (3) denyut


Rajah 12.4 menunjukkan motor aruhan sangkar tupai tiga-fasa disambungkan kepada keluaran penukar siklo tiga denyut. Untuk memahami operasi penukar siklo 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 300 . Penukar siklo akan menghasilkan frekuensi 15 Hz.


Merujuk kepada Rajah 12.4, 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, penukar siklo bertindak sebagai penyongsang dan kuasa penghantaran daripada belitan fasa A ke talian tiga - fasa.

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.

Pengoperasian penerus atau penyongsang ditunjukkan pada Rajah 12.6. Fungsi penukar pada fasa B dan C adalah sama seperti pada fasa A kecuali tiristor. Pada penukar fasa B adalah 1200 dan penukar C, sudutnya ialah 2400 .

12.4.1 KAWALAN PENUKAR SIKLO TIGA (3) DENYUT

Rajah 12.4.1 di bawah, menunjukkan penukar siklo tiga denyut berbeza menambahkan bilangan fasa masukan berserta dengan lengah pemicuan untuk memperolehi penghampiran gelombang sain dengan lebih baik.

ia

Va

Beban

P1

VL

IL P

N

Vb

Vc


RAJAH 12.5 : Penukar siklo 3 denyut satu fasa LAIN-LAIN JENIS KAWALAN E5105/UNIT 12/11

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.

12.4.2 MOTOR ARUHAN SANGKAR TUPAI MENGGUNAKAN KAWALAN PENUKAR SIKLO DENGAN BENTUK GELOMBANG

RAJAH 12.6 (a) : Mod operasi penukar 1 dan penukar 2 apabila arus Ia mendulu voltan Ea dengan sudut 30o .

(Sumber : Electrical Machines, Drives, and Power Systems, Page 547) * Dari Rajah 12.6 (a), Ia menentukan kumpulan mana yang beroperasi.



Manakala pada Rajah 12.6 (b) menunjukkan bentuk gelombang keluaran penukar siklo tiga denyut pada beban.

RAJAH 12.6 (b) : Gelombang Keluaran Bagi Voltan Maksimum Pada Beban

t

t

VL Kumpulan Positif

VL Kumpulan Negatif

Va Vb Vc



Contoh 12-1

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 12.4 (a). Penukar siklo telah disambungkan pada tiga (3) fasa talian 60 Hz dan menjana frekuensi 8 Hz.

Kirakan :

a) Voltan berkesan melintangi setiap belitan b) Kelajuan tanpa beban c) Kelajuan pada dayakilas kadaran (1760 r.p.m) d) Arus berkesan setiap belitan pada dayakilas kadaran e) Voltan berkesan bagi talian 60 Hz

Penyelesaian

a) Voltan berkesan antara belitan

E = ( 8 Hz / 60 Hz ) x 480 V = 64 V

b) 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.

c) 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.


d) 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.

e) Voltan talian (60 Hz) = Voltan keluaran penukar siklo = 64 V


AKTIVITI 12(B)

UJI KEFAHAMAN ANDA SEBELUM MENERUSKAN PENILAIAN KENDIRI. SILA SEMAK JAWAPAN DIRUANGAN MAKLUMBALAS DI HALAMAN BERIKUTNYA

12-4 i. Lakarkan gambarajah litar motor aruhan sangkar tupai yang menggunakan kawalan penukar siklo. ii. Huraikan operasi litar dalam soalan (i) di atas. iii. Nyatakan sebab dua penukar diperlukan pada setiap belitan fasa.

iv. Berdasarkan soalan 12-4 (iii), dalam keadaan manakah penukar akan bertindak sebagai penerus dan penyongsang dengan merujuk kepada gambarajah litar dalam soalan 12-4 (i).




12-4 i. Rujuk pada nota 12.4 (Rajah 12.4 ). ii. Rujuk pada nota 12.4. iii. Supaya boleh bertindak samada sebagai penerus atau penyongsang.

iv. Penukar bertindak sebagai penerus apabila Ea positif manakala ia akan bertindak sebagai penyongsang apabila Ea negatif.



PENILAIAN KENDIRI


MATAPELAJARAN.

SOALAN 12-1 Lakarkan litar asas penukar siklo satu fasa masukan dan satu fasa keluaran dengan sadap (tap) tengah. SOALAN 12-2 i. Dengan bantuan gambarajah litar yang sesuai, huraikan kendalian litar

untuk penukar siklo tiga (3) denyut satu (1) fasa. ii. Lakarkan bentuk gelombang voltan keluaran penukar siklo dalam soalan (a) di

atas.

iii. Nyatakan SATU (1) kelemahan litar penukar siklo tiga (3) denyut satu (1) fasa.




SOALAN 12-1 Rujuk pada nota 12.2 ( Rajah 12.2(b) ). SOALAN 12-2

i. Rujuk pada nota 12.4.1

ii. Rujuk pada nota 12.4.2 ( Rajah 12.4.2 (b) )

iii. Kelemahan kawalan penukar siklo tiga (3) denyut ialah melibatkan kos yang tinggi kerana memerlukan tiristor dan litar kawalan yang banyak.



UNIT 13 LAIN-LAIN JENIS KAWALAN

OBJEKTIF

Objektif Am : Mengetahui dan memahami jenis-jenis kawalan laju motor iaitu

kawalan penukar siklo, kawalan penukar sinkro dan kawalan motor

aruhan melalui kaedah “injection braking”.


Ø melakar gambarajah litar kawalan penukar sinkro

Ø menerangkan kawalan penukar sinkro

Ø melakar bentuk gelombang kawalan penukar sinkro

Ø melakar gambarajah litar bagi cara memperlahankan motor

aruhan melalui kaedah pembrekan suntikan (injection braking)

Ø menerangkan cara memperlahankan motor aruhan melalui

kaedah pembrekan suntikan (injection braking)



INPUT

13.0 PENGENALAN

Dalam unit 12, kita telah didedahkan dengan fungsi dan gambarajah litar penukar siklo. Untuk unit ini, kita akan melihat perbezaan di antara penukar siklo dan penukar sinkro serta sistem pembrekan elektrikal yang luas penggunaannya di masa kini. Kelajuan motor segerak boleh dikawal dengan menggunakan kawalan frekuensi pada bekalan kuasa. Satu daripada kaedah kawalan kelajuan ini ialah dengan menukarkan voltan keluaran dan frekuensi dari penyongsang atau penukar sinkro.

13.1 KAWALAN PENUKAR SINKRO 13.1.1 GAMBARAJAH LITAR KAWALAN PENUKAR SINKRO

RAJAH 13.1 (a) : Kawalan frekuensi dengan menggunakan penukar sinkro

Pengawal penerus

Kelajuan

f Pengawal Gandaan

M

Masukan 3φ

Penapis

V

Penyongsang

Vt Pengawal Motor

Segerak

Vt f



RAJAH 13.1 (b) : Kawalan frekuensi dengan menggunakan penukar sinkro

Rajah 13.1 (a) dan 13.1 (b) menunjukkan kawalan kelajuan gelung buka bagi motor segerak dengan mengubah frekuensi keluaran dan voltan pada penyongsang dan penukar sinkro.

Rajah 13.1 (a) menunjukkan litar penyongsang menerima frekuensi pelbagai julat yang besar.

Rajah 13.1 (b) menunjukkan litar penukar sinkro yang membenarkan frekuensi pelbagai julat di bawah nilai satu per tiga (1/3) daripada nilai frekuensi bekalan.

Gandaan

Masukan 3φ

Penukar siklo

f Pengawal

M

Motor Segerak

Vt Pengawal



13.1.2 FORMULA BAGI KUASA DAN DAYAKILAS

Bagi mengekalkan nilai dayakilas maksima kepada keseluruhan julat dalam kelajuan yang pelbagai dan juga untuk mengelakkan kepadatan magnet pada mesin, voltan dan frekuensi hendaklah ditukar. Formula di bawah menunjukkan pengiraan untuk kuasa dan dayakilas.

P = T wm = 3 Vt Ef Sin δ Xs

di mana wm = 4 π f dan

P Xs = 2 π f Ls * 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 δ f 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.



13.1.3 BENTUK GELOMBANG ATAU LENGKUK KAWALAN PENUKAR SINKRO

RAJAH 13.2

Rajah 13.2 menunjukkan ciri-ciri operasi bagi kelajuan – dayakilas untuk voltan pelbagai, frekuensi pelbagai (VVVI) untuk motor 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. Jika frekuensi ditukarkan kepada kelajuan yang tinggi, kutub rotor mungkin tidak akan dapat mengikuti pusingan medan berputar stator dan akan mengakibatkan motor hilang kesegerakannya.

Dayakilas

Kelajuan

Tmak

Tmak Penjanaan

Dayakilas puncak (Pull out torque)

Pemotoran


LAIN-LAIN JENIS KAWALAN E5105/UNIT 13/6 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.

13.2 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.

Untuk mengetahui cara pembrekan suntikan ini, kita ikuti sub unit ini sehingga ke sub unit yang terakhir.

13.2.1 GAMBARAJAH LITAR

L1

L2

L3

N

RAJAH 13.3 (a) : Litar asas untuk pembrekan suntikan arus terus (A.T)

BUTANG TEKAN M

3φ

TRANSFORMER

PENERUS

B1 B2 B3



Dayakilas

Kelajuan

RAJAH 13.3 (b) : Lengkuk dayakilas - kelajuan untuk pembrekan suntikan A.T

13.2.2 KENDALIAN LITAR

Merujuk kepada Rajah 13.3 (a), 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. 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.

Pemotoran Normal

Pembrekan Suntikan A.T


LAIN-LAIN JENIS KAWALAN E5105/UNIT 13/8 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. 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 13.3(b), dayakilas pembrekan adalah negatif. Ianya menurun ke nilai sifar apabila rotor sampai ke keadaan rehat.



AKTIVITI 13(A)

UJI KEFAHAMAN ANDA SEBELUM MENERUSKAN PENILAIAN KENDIRI. SILA SEMAK JAWAPAN DIRUANGAN MAKLUMBALAS DI HALAMAN BERIKUTNYA

13-1 i. Berikan nama pembrekan elektrik yang paling luas penggunaannya masa kini.

ii. Dengan melukiskan lengkuk-lengkuk berkaitan, terangkan bagaimanakah cara pembrekan pada soalan 13-1 (i) berfungsi?

13-2 Dalam sistem pembrekan suntikan, dayakilas pembrekan dikenakan kepada

motor. Nyatakan nilai dayakilas tersebut sekiranya motor sampai ke keadaan rehat.

13-3 Lakarkan gambarajah yang menunjukkan perbezaan di antara litar penyongsang

menerima frekuensi pelbagai julat yang besar dan frekuensi pelbagai julat di bawah nilai 1/3 daripada nilai frekuensi bekalan.




13-1 i. Pembrekan suntikan

ii. Rujuk pada Rajah 13.3(b) dan nota 13.2.2 13-2 Nilai dayakilas sekiranya motor sampai ke keadaan rehat ialah sifar (0). 13-3 Rujuk pada Rajah 13.1 (a) dan Rajah 13.1 (b).



PENILAIAN KENDIRI


MATAPELAJARAN.

SOALAN 13-1 Berikan DUA (2) perbezaan di antara Kawalan Penukar Siklo dan Kawalan Penukar Sinkro. SOALAN 13-1 Dengan menggunakan gambarajah litar yang berkaitan, terangkan bagaimana pembrekan suntikan berfungsi.




SOALAN 13-1

KAWALAN PENUKAR SIKLO KAWALAN PENUKAR SINKRO 1. Kawalan yang menukar tenaga secara

terus kepada frekuensi-frekuensi yang berbeza.

2. Membenarkan frekuensi yang lebih

tinggi untuk memperbaiki bentuk gelombang keluaran.

1. Kawalan kelajuan motor yang

menggunakan kawalan frekuensi pada bekalan kuasa.

2. Keupayaan yang tinggi dalam sistem

mempertahankan motor aruhan 3 fasa di industri.

SOALAN 13-2 Rujuk Rajah 13.3 (a) dan nota 13.2.2.


122333

Documents

Transcript of 122333