Kedipan &Kualitas Daya

Blog ini membahas masalah kedipan, yang dapat dilihat sebagai masalah kualitas daya atau Kompatibilitas Elektromagnetik (EMC) tergantung pada sudut pandang Anda. Kami akan mempertimbangkan apakah drive berkecepatan variabel dapat menyebabkan kedipan dan juga di mana mereka dapat membantu memecahkan masalah kedipan.

"Flicker" mengacu pada efek pada penerangan listrik ketika tegangan suplai berubah dengan cepat. Ini bisa berupa apa saja, mulai dari kedipan atau kilatan tunggal sesekali ketika beban besar terhubung atau terputus secara tiba-tiba, hingga kedipan cepat yang menjengkelkan jika voltase dimodulasi pada frekuensi dalam kisaran di mana mata dan otak manusia sangat sensitif, yaitu sekitar 0,5 Hz hingga 20 Hz.

Flicker terkadang bingung dengan harmonik dan masalah kualitas daya lainnya. Harmonik menurut definisi pada frekuensi yang merupakan kelipatan bilangan bulat dari frekuensi suplai, dan mereka terlalu tinggi untuk mata untuk merespon. Namun tegangan kedip dan harmonik disebabkan oleh arus beban yang mempengaruhi tegangan karena impedansi sumber suplai, jadi di lokasi di mana impedansi suplai tinggi, karena jalur suplai yang panjang atau beberapa faktor lainnya, masalah tegangan harmonik dan kedip dapat terjadi bersama-sama.

Gambar 1 menunjukkan bentuk gelombang yang dilebih-lebihkan dengan kedipan simulasi pada seperlima frekuensi suplai. Sebaliknya Gambar 2 menunjukkan simulasi harmonik kelima. Pada Gambar 2 setiap siklus terdistorsi tetapi bentuknya sama, sehingga tidak terjadi kedipan.

Pemasok daya listrik harus memastikan bahwa kualitas daya mereka sesuai dengan tujuan, dan mereka memiliki pedoman untuk kedipan. Umumnya mereka hanya melakukan pengukuran jika ada keluhan, jarang ada pengujian rutin terhadap instalasi kecuali untuk beberapa sistem khusus seperti turbin angin.

Produk listrik yang diproduksi dalam jumlah besar mungkin harus memenuhi standar produk untuk flicker. Standar produk internasional yang paling terkenal adalah IEC 61000-3-3, atau untuk Eropa EN 61000-3-3, yang memberikan pengujian dan batasan untuk produk dengan nilai hingga 16 A per fase. Di Uni Eropa, standar ini diselaraskan di bawah EMC Directive, sehingga peralatan dalam ruang lingkupnya secara umum harus mematuhinya untuk membawa tanda CE dan ditempatkan di pasar di UE. Untuk arus pengenal hingga 75 A, berlaku IEC 61000-3-11. Standar memiliki batasan yang ketat dalam rentang frekuensi pengulangan 0,5 Hz – 20 Hz yang sensitif, tetapi tidak ada batasan di atas 25 Hz.

Semua standar untuk kedipan memerlukan pengukuran dan penilaian yang memperhitungkan perilaku dinamis lampu listrik dan kepekaan mata dan otak manusia. Kurva kedip (lihat nanti) didasarkan pada bola lampu filamen tungsten. Ini agak sensitif terhadap tegangan karena hubungan hukum kuadrat tegangan dan daya. Di sisi lain massa termal berarti bahwa mereka cenderung memuluskan fluktuasi yang cepat. Tentu saja bohlam filamen menjadi tidak umum sekarang. Lampu fluorescent memiliki karakteristik yang berbeda dengan efek smoothing yang lebih sedikit. Lampu LED sering kali memiliki pengatur sehingga tidak terpengaruh oleh tegangan, kecuali jika dirancang untuk digunakan dengan dimmer. Standar mungkin diperbarui di masa depan untuk mencerminkan perilaku lampu modern, tetapi biaya perubahan dalam penggantian peralatan uji dan pengujian ulang produk tidak diinginkan. Tampaknya batasan berdasarkan bohlam filamen akan tetap ada selama beberapa tahun mendatang.

Interharmonik

Interharmonik adalah frekuensi yang tidak diinginkan yang tidak berada pada kelipatan bilangan bulat dari frekuensi suplai, sehingga terletak di antara harmonik dalam spektrum. Jika mereka dekat dengan harmonik sejati maka mereka dapat menghasilkan modulasi tegangan suplai yang jelas. Dalam beban resistif sederhana seperti lampu filamen, mereka tidak menyebabkan kedipan karena frekuensinya tinggi dan lampu hanya peka terhadap rata-rata berjalan r.m.s. tegangan. Namun penyearah atau beban non-linier lainnya dapat menghasilkan frekuensi penjumlahan dan perbedaan yang dapat mencakup frekuensi rendah jika interharmonik dekat dengan kelipatan bilangan bulat dari frekuensi suplai. Gambar 3 menunjukkan contoh di mana interharmonik berorde 5.2. Amplitudo puncak terlihat termodulasi, tetapi r.m.s. tegangan tidak, dan ini tidak akan diukur sebagai flicker. Bentuk gelombang semacam ini dapat terjadi dengan penggerak regeneratif atau pengontrol daya aktif lainnya di mana frekuensi switching tidak dikunci fase dengan catu.

Penyebab berkedip

Flicker selalu disebabkan oleh variasi arus yang ditarik dari supply, sehingga menghasilkan variasi tegangan supply yang kemudian mempengaruhi beban lain termasuk penerangan. Ada banyak kemungkinan sumber, daftar di bawah ini menunjukkan beberapa sumber yang lebih umum.

Acara tunggal:

1. Memulai motor langsung on line. Sejauh ini, ini adalah penyebab paling umum dari penurunan tegangan tunggal. Motor induksi menarik antara 3 dan 5 kali arus pengenalnya ketika memulai, dan efek pada tegangan diperburuk oleh fakta bahwa arus awal tertinggal dari tegangan dalam fase sehingga penurunan tegangan pada impedansi suplai, yang biasanya dominan induktif. , lebih besar dari pada beban resistif.
2. Memulai perangkat elektronik besar seperti drive, dengan arus masuk pengisian kapasitor
3. Memulai transformator besar dengan arus masuk magnetisasi
4. Menghidupkan kompresor atau pompa dengan tekanan balik, menyebabkan torsi awal yang tinggi

Acara acak yang sering terjadi:

1. Tungku busur
2. Tukang las busur
3. Mesin sering mengalami beban puncak yang berat, mis. mixer, mesin pres, dll.

Peristiwa periodik atau hampir periodik:

1. Tukang las otomatis
2. Pompa atau kompresor bolak-balik, atau beban berdenyut serupa.
3. Termostat atau pengontrol lain yang bekerja dengan mengalihkan beban – terutama dengan sakelar solid-state yang dapat sering beroperasi.
4. Pengendali thyristor atau triac pemicu ledakan

Pengaruh penggerak kecepatan variabel pada kedipan

Drive itu sendiri

Satu-satunya cara drive dapat menyebabkan kedipan itu sendiri adalah melalui pengisian arus masuk kapasitor saat daya diterapkan. Drive Teknik Kontrol dirancang agar arus masuk tidak melebihi arus input pengenal, sehingga penurunan tegangan tidak melebihi yang disebabkan oleh pengoperasian normal pada daya pengenal.

Sistem kontrol

Jika drive berada dalam sistem yang menyebabkan drive menghasilkan output daya yang berfluktuasi dengan cepat, maka ini dapat menyebabkan kedipan. Ini bisa disebabkan oleh operasi periodik terprogram atau stabilitas marginal dalam loop kontrol umpan balik. Setiap sistem kontrol harus dinilai untuk memastikan bahwa itu tidak akan menyebabkan kedipan yang berlebihan.

Dalam mesin dengan banyak sumbu dan gerakan periodik yang cepat, dimungkinkan untuk mengatur kontrol sehingga puncak daya terjadi secara berurutan. Ini dapat mengalikan frekuensi kedipan dengan jumlah sumbu, yang jika bergerak melebihi 25 Hz dapat menghilangkan masalah.

Beban

Memulai motor

Drive sepenuhnya menghilangkan penurunan tegangan mendadak yang disebabkan oleh start motor. Frekuensi dan tegangan motor tidak hanya meningkat secara terkendali sehingga arus motor dibatasi, tetapi juga arus input penggerak sebanding dengan daya output, bukan arus output, sehingga arus input hanya meningkat saat motor kecepatan meningkat. Ada aplikasi di mana drive bermanfaat semata-mata karena manfaatnya dalam memulai tanpa menyebabkan penurunan tegangan yang berlebihan,  jika alternatifnya adalah penguatan sistem suplai yang mahal.

Beban berdenyut seperti pompa bolak-balik

Drive memiliki energi yang tersimpan sangat terbatas dalam kapasitor tautan DC-nya, tidak cukup untuk memperlancar siklus kedipan, jadi jika daya beban berfluktuasi maka arus input drive berfluktuasi dengan cara yang sama. Kecuali tindakan khusus diambil, drive tidak akan mengimbangi beban yang berfluktuasi.

Biasanya drive tidak membuat perbedaan pada tingkat kedipan yang disebabkan oleh beban yang berdenyut, tetapi mungkin drive membuat efek ini lebih buruk :

• Pertama, dengan mengurangi kecepatan, ini dapat menurunkan frekuensi denyut di bawah titik kritis 25 Hz di mana kedipan menjadi terlihat.
• Kedua, jika sistem penggerak dikonfigurasikan untuk memberikan kontrol kecepatan dekat dengan torsi beban yang berdenyut, maka hal itu dapat meningkatkan fluktuasi daya, karena ini mencegah motor melambat dan mempercepat dalam siklus torsi. Ini mengurangi manfaat energi yang tersimpan dalam inersia alat berat, termasuk roda gila jika dipasang. Kecuali ada alasan yang sangat khusus untuk mengontrol kecepatan secara dekat dalam siklus torsi, tidak disarankan untuk menggunakan kontrol kecepatan loop tertutup atau kompensasi slip dengan beban yang berdenyut. Sebenarnya lebih baik membiarkan kecepatan bervariasi dengan torsi untuk memanfaatkan energi yang tersimpan secara mekanis.

Jika kontrol kecepatan loop tertutup harus digunakan, yang terbaik adalah menerapkan pengontrol integral yang dominan dengan penguatan rendah. Dengan cara ini kecepatan rata-rata dikontrol dengan tepat, tetapi pengontrol tidak menahan variasi periodik alami dalam suatu siklus yang disebabkan oleh slip motor induksi. Saran ini tampak kontra-intuitif, karena kita cenderung menganggap penggerak kecepatan variabel menawarkan kontrol kecepatan yang cepat dan akurat, tetapi sebenarnya kontrol kerja cepat mengurangi manfaat roda gila atau inersia lainnya dalam menyimpan energi.

Pembahasan di atas berlaku dengan motor induksi. Dengan motor magnet permanen, kecepatan secara inheren diatur dengan ketat dan pulsa torsi direfleksikan secara langsung sebagai daya input tanpa kemungkinan slip rotor yang memberikan sedikit pengurangan. Dimungkinkan untuk memprogram algoritme kontrol khusus ke dalam penggerak yang dengan sengaja memungkinkan kecepatan turun secara dinamis saat torsi meningkat, dalam siklus rotasi, sambil menjaga kecepatan rata-rata jangka panjang pada nilai yang diinginkan. Ini cenderung menjaga daya konstan (daya =torsi x kecepatan), dan dayalah yang menentukan arus input. Teknik Kontrol memiliki aplikasi yang dipatenkan untuk ini. Ada kemungkinan bahwa hal ini dapat memberikan penghematan biaya yang berguna dalam desain mesin di beberapa aplikasi, misalnya pompa atau kompresor bolak-balik multi-silinder dapat diganti dengan satu silinder.

Batas kedipan

Kedipan diukur menggunakan “flickermeter” yang ditentukan dalam standar IEC 61000-4-15. Batas untuk peralatan ditetapkan dalam standar seperti IEC 61000-3-3  dan IEC 61000-3-11.

Pengukuran flicker adalah fluktuasi tegangan suplai. Untuk pengujian produk, sistem pengujian harus menyertakan impedansi suplai utama yang disimulasikan, yang ditentukan dalam standar. Batasan dalam IEC 61000-3-3 didasarkan pada suplai 230 V 50 Hz dengan impedansi (0,4 + j0.25) W, yang mensimulasikan suplai yang sangat “lemah”, yaitu suplai dengan arus hubung singkat yang rendah.

Gambar 4 menunjukkan batas untuk perubahan tegangan persegi panjang sederhana berulang dari IEC 61000-3-3, untuk suplai 230 V 50 Hz. Sumbu frekuensi mewakili siklus lengkap per detik, yaitu setiap siklus terdiri dari dua langkah yang sama tetapi berlawanan. Ada aturan lebih lanjut untuk mengevaluasi pola lain. Gambar tersebut menunjukkan dengan jelas tingkat rendah yang diizinkan untuk rentang frekuensi kritis antara sekitar 0,5 Hz dan 20 Hz.

Mengurangi kedipan

Kami telah mempertimbangkan cara-cara di mana penggunaan penggerak kecepatan variabel dapat membantu mengurangi kedipan dari start motor atau dari beban yang berdenyut.

Metode konvensional mencakup penggunaan pompa bolak-balik multi-silinder untuk memperlancar torsi, dan roda gila.

Bila pulsasi daya yang besar tidak dapat dihindari, sambungan suplai harus dibuat secara elektrik dekat dengan sumber daya yang masuk ke lokasi untuk menghindari penurunan tegangan pada kabel yang digunakan bersama dengan beban lain. Sirkuit penerangan juga harus dihubungkan secara terpisah di dekat sumber daya yang masuk.

Dalam kasus ekstrim mungkin perlu memasang suplai baru dengan impedansi yang lebih rendah. Mengingat tingginya biaya, ada baiknya menjajaki kemungkinan bahwa penggunaan kreatif penggerak kecepatan variabel dapat menghindari biaya.