BAGIAN 2 KEMUDI MOTOR DC
8. Kemudi DC Thyristor-Umum
8.3 Arus Diskontinyu
Dapat dilihat dari Gambar 8.2 bahwa ketika torsi beban berkurang, akan datang titik di mana minima dari riak arus menyentuh garis arus nol (zerocurrent), yaitu arus mencapai batas antara arus kontinyu dan diskontinyu. Beban di mana hal ini terjadi juga akan tergantung pada induktansi jangkar, karena semakin tinggi induktansi maka semakin lancar arus (yaitu semakin sedikit riak). Oleh karena itu, mode arus diskontinyu kemungkinan besar ditemui pada mesin kecil dengan induktansi rendah (terutama ketika diumpankan dari konverter dua-pulsa) dan dalam kondisi beban ringan atau tanpa beban.
Kemudi Motor DC 62 Tegangan jangkar dan bentuk gelombang arus khas dalam mode diskontinyu ditunjukkan pada Gambar 8.3. Arus jangkar terdiri dari pulsa diskrit dari arus yang terjadi hanya saat jangkar terhubung ke catu, dengan nol arus untuk periode tersebut (ditunjukkan oleh 𝜃 pada Gambar 8.3) ketika tidak ada thyristor yang mengalirkan dan motor meluncur bebas dari catu.
Gambar 8.3 Bentuk gelombang tegangan-arus jangkar untuk operasi arus diskontinyu motor dc yang dicatu dari konverter thyristor fasa tunggal terkendali penuh, dengan sudut penyalaan 60°.
Bentuk gelombang arus dapat dipahami dengan mencatat bahwa dengan resistensi diabaikan, persamaan (2.6) dapat disusun ulang sebagai
𝑑𝑖 𝑑𝑡=1
𝐿(𝑉 − 𝐸) (8.2)
yang menunjukkan bahwa laju perubahan arus (yaitu gradien grafik bawah pada Gambar 8.3) ditentukan oleh perbedaan sesaat antara tegangan yang diberikan V dan gerakan GGL E. Nilai (V- E) ditunjukkan oleh garis vertikal pada Gambar 8.3, yang dapat dilihat bahwa jika V > E, arus meningkat, sedangkan jika V < E, arus turun. Arus puncak dengan demikian ditentukan oleh luas area berarsir atas atau bawah dari grafik atas.
Sudut penyalaan pada Gambar 8.2 dan Gambar 8.3 adalah sama, pada 60°. Tetapi beban kurang pada Gambar 8.3 dan karenanya arus rata-rata lebih rendah (meskipun, demi penjelasan yang ditawarkan di bawah sumbu arus pada Gambar 8.3 diperluas sebagai perbandingan dengan yang ada pada Gambar 8.2). Harus jelas dengan membandingkan grafik ini bahwa bentuk
Kemudi Motor DC 63 gelombang tegangan jangkar (garis tebal) berbeda karena, pada Gambar 8.3, arus turun ke nol sebelum pulsa penyalaan berikutnya tiba. Dan selama periode yang ditunjukkan ketika 𝜃 motor mengambang bebas, tegangan terminalnya selama itu hanya menjadi gerak GGL (E). Untuk menyederhanakan Gambar 8.3, diasumsikan bahwa resistansi jangkar bernilai kecil dan penurunan tegangan (IaRa) yang sesuai dapat diabaikan.Dalam hal ini, tegangan jangkar rata-rata (Vdc) harus sama dengan gerak GGL, karena tidak boleh ada tegangan rata-rata melintasi induktansi jangkar ketika tidak ada perubahan bersih dalam arus melalui satu pulsa.
Perbedaan paling penting antara Gambar 8.2 dan Gambar 8.3 adalah bahwa tegangan rata-rata lebih tinggi ketika arus diskontinyu. Dan karenanya kecepatan yang sesuai dengan kondisi pada Gambar 8.3 lebih tinggi daripada di Gambar 8.2 meskipun keduanya memiliki sudut penyalaan yang sama. Dan sementara dalam mode kontinyu kenaikan beban dapat dipenuhi oleh peningkatan arus jangkar tanpa mempengaruhi tegangan (dan karenanya kecepatan), situasinya sangat berbeda ketika arus diskontinyu. Dalam kasus terakhir, satu-satunya cara agar arus rata- rata dapat meningkat adalah ketika kecepatan (dan karenanya E) turun sehingga area yang diarsir pada Gambar 8.3 menjadi lebih besar.
Ini berarti bahwa dari sudut pandang pengguna, perilaku motor dalam mode diskontinyu jauh lebih buruk daripada dalam mode arus kontinyu, karena ketika torsi beban meningkat, ada penurunan kecepatan yang serius.Karenanya, kurva kecepatan-torsi yang dihasilkan, memiliki karakteristik “droopy” yang sangat tidak disukai di daerah arus diskontinyu, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8.4. Dan di samping itu, kerugian I2R jauh lebih tinggi daripada dengan dc murni.
Gambar 8.4 Kurva kecepatan-torsi menggambarkan karakteristik “droopy” yang tidak diinginkan yang terkait dengan arus diskontinyu. Karakteristik yang ditingkatkan (ditunjukkan titik) sesuai dengan
operasi dengan arus kontinyu.
Kemudi Motor DC 64 Di bawah kondisi beban yang sangat ringan atau tanpa beban, pulsa arus menjadi hampir tidak ada. Daerah yang diarsir pada Gambar 8.3 menjadi sangat kecil dan kecepatan motor mencapai titik di mana GGL balik sama dengan puncak tegangan catu.
Sangat mudah untuk melihat bahwa kurva kecepatan-torsi yang inheren dengan diskontinyuitas mendadak dari bentuk yang ditunjukkan pada Gambar 8.4 sangat tidak diinginkan. Jika misalnya sudut penyalaan diatur ke nol dan motor dengan beban penuh, kecepatannya akan menetap pada titik A, tegangan jangkar rata-rata dan arus memiliki nilai penuh (pengenal). Ketika beban berkurang, arus terus menerus kontinyu, ada sedikit peningkatan kecepatan yang diharapkan, sampai titik B tercapai. Ini adalah titik di mana arus akan memasuki fasa diskontinyu. Setiap pengurangan lebih lanjut dalam torsi beban kemudian menghasilkan peningkatan kecepatan yang tidak proporsional. Terutama jika beban dikurangi menjadi nol ketika kecepatan mencapai titik C.
Ada dua cara yang digunakan untuk meningkatkan karakteristik yang buruk ini. Pertama, menambahkan induktansi ekstra secara seri dengan jangkar untuk lebih menghaluskan bentuk gelombang arus dan mengurangi kemungkinan arus diskontinyu.Efek penambahan induktansi ditunjukkan oleh garis putus-putus pada Gambar 8.4. Dan kedua, dapat menukar dari konverter fasa tunggal ke konverter 3 fasa yang menghasilkan tegangan dan bentuk gelombang arus yang lebih halus.
Ketika konverter dan motor digabungkan dalam kendali loop tertutup, pengguna seharusnya tidak menyadari adanya kekurangan dalam karakteristik motor/konverter yang melekat. Karena sistem kendali secara otomatis mengubah sudut penyalaan untuk mencapai kecepatan target pada semua beban.Sehubungan dengan Gambar 8.4, misalnya, sejauh menyangkut pengguna, sistem kendali akan membatasi operasi ke daerah yang diarsir. Dan fakta bahwa motor secara teoritis mampu berjalan tanpa beban pada kecepatan tinggi yang sesuai dengan titik C hanya untuk kepentingan akademik.