Starting Current Reduction for Induction motor using Z-Source Converter (Current Fed)

Abstract

This research presents the reduction of the starting current of a three-phase induction motor with a three-phase power converter that could directly convert AC voltage from a three-phase power supply with constant voltage and frequency by adjusting voltage together with the impedance source. The circuits under consideration consisted of 3 circuits: the soft starter circuit, the soft starter circuit with z-sources and the soft starter circuit with a current-fed z-source. These starter circuits were simulated via the computer program in order to compare the starting currents of a three-phase induction motor and their circuit performances. These starter circuit were tested at 3 cases of load torque: Case 1: without load, Case 2: half rated load torque and Case 3: rated load torque. The test results showed that the soft starter circuit with a current-fed z-source had the lowest starting current for all the 3 cases; i.e., Case 1 had a maximum starting current of 63.1 A, which was 13.78% lower compared to the soft starter circuit and 23.95% compared to the soft starter circuit with z-sources. The Case 2 had a maximum starting current of 63.87 A, which was 13.6% lower compared to the soft starter circuit and 23.61% compared to the soft starter circuit with z-sources. The Case 3 had a maximum starting current of 64.49 A, which was 13.54% lower compared to the soft starter circuit and 23.56% compared to the soft starter circuit with z-sources. When considering the harmonic quantity of the current, it was found that at the rated load torque the soft starter circuit with a current-fed z-source achieved the lowest harmonic current by having THDi of 0.57% compared to the soft start circuit and the soft starter circuit with z-sources, that had the THDi of 0.67% and 0.76%, respectively. However, the stress on the switches was rather high for the proposed circuit.

งานวิจัยนี้นำเสนอการลดกระแสขณะเริ่มเดินเครื่องของมอเตอร์เหนี่ยวนำสามเฟสด้วยวงจรแปลงผันกำลังไฟฟ้าสามเฟสที่สามารถแปลงผันแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับได้โดยตรงจากแหล่งจ่ายกำลังไฟฟ้า 3 เฟส ที่มีแรงดันและความถี่คงที่ให้สามารถปรับแรงดันได้ร่วมกับวงจรแหล่งจ่ายอิมพิแดนซ์ วงจรที่ศึกษาประกอบไปด้วย 3 วงจร ดังนี้ วงจรซอฟต์สตาร์ท วงจรซอฟต์สตาร์ทร่วมกับวงจรแหล่งจ่ายอิมพิแดนซ์ และวงจรซอฟต์สตาร์ทร่วมกับวงจรแหล่งจ่ายอิมพิแดนซ์ชนิดป้อนกระแส ซึ่งวงจรเหล่านี้ได้มีการจำลองสถานการณ์การทำงานด้วยโปรแกรมคอมพิวเตอร์เพื่อเปรียบเทียบค่ากระแสขณะเริ่มเดินเครื่องของมอเตอร์เหนี่ยวนำสามเฟสและสมรรถนะของวงจร โดยการจำลองสถานการณ์จะทดสอบที่แรงบิดโหลด 3 กรณี คือ กรณีที่ 1 ไร้โหลด กรณีที่ 2 แรงบิดโหลดครึ่งหนึ่งของพิกัด และ กรณีที่ 3 แรงบิดโหลดที่พิกัด ผลการทดสอบพบว่า วงจรแหล่งจ่ายอิมพิแดนซ์ชนิดป้อนกระแสมีค่ากระแสขณะเริ่มต้นต่ำที่สุดของการทดสอบโดยการป้อนแรงบิดที่โหลดทั้ง 3 กรณี คือ กรณีที่ 1 มีค่ากระแสตอนเริ่มต้นสูงที่สุดเท่ากับ 63.1 A เมื่อเทียบกับวงจรวงจรซอฟต์สตาร์ทลดลงคิดเป็นร้อยละ 13.78 เมื่อเทียบกับวงจรวงจรซอฟต์สตาร์ทร่วมกับวงจรแหล่งจ่ายอิมพิแดนซ์ลดลงคิดเป็นร้อยละ 23.95 กรณีที่ 2 มีค่ากระแสตอนเริ่มต้นสูงที่สุดเท่ากับ 63.87 A เมื่อเทียบกับวงจรวงจรซอฟต์สตาร์ทลดลงคิดเป็นร้อยละ 13.6 เมื่อเทียบกับวงจรวงจรซอฟต์สตาร์ทร่วมกับวงจรแหล่งจ่ายอิมพิแดนซ์ลดลงคิดเป็นร้อยละ 23.61 และกรณีที่ 3 มีค่ากระแสตอนเริ่มต้นสูงที่สุดเท่ากับ 64.49 A เมื่อเทียบกับวงจรวงจรซอฟต์สตาร์ทลดลงคิดเป็นร้อยละ 13.54 เมื่อเทียบกับวงจรวงจรซอฟต์สตาร์ทร่วมกับวงจรแหล่งจ่ายอิมพิแดนซ์ลดลงคิดเป็นร้อยละ 23.56 เมื่อพิจารณาปริมาณฮาร์มอนิกส์ของกระแส พบว่าที่แรงบิดโหลดสูงสุด วงจรแหล่งจ่ายอิมพิแดนซ์ชนิดป้อนกระแสมีปริมาณฮาร์มอนิกส์ของกระแสต่ำที่สุดเท่ากับ THDi = 0.57% ซึ่งต่ำกว่าวงจรซอฟต์สตาร์ทและวงจรซอฟต์สตาร์ทร่วมกับวงจรแหล่งจ่ายอิมพิแดนซ์ที่มีค่า THDi = 0.67% และ THDi = 0.76% อย่างไรก็ตามความเครียดบนอุปกรณ์สวิตซ์ค่อนข้างสูงสำหรับวงจรที่ได้นำเสนอ