I nte rna t io na l J o urna l o f   P o w er   E lect ro nics   a nd   Driv Sy s t e m   ( I J P E DS )   Vo l.   7 ,   No .   3 Sep tem b er   201 6 ,   p p .   901 ~ 907   I SS N:  2088 - 8 694 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j p ed s . v 7 . i3 . p p 9 0 1 - 907           901       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I JP E DS   Vo ltag e Control   o f   Sing le - Phas Tw o  Winding  Sel E x cited  Indu ction  G ene ra tor   Using  SV C - M ERS  for Is o la ted   Sy ste m       F .   Da na ng   Wij a y a H a r t a nto   P ra bo wo     De p a rt m e n o f   El e c tri c a En g in e e rin g   a n d   I n f o rm a ti o n   T e c h n o lo g y ,   Un iv e rsitas   Ga d jah   M a d a ,   Y o g y a k a rta,  In d o n e sia         Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   No v   1 2 ,   2 0 1 5   R ev i s ed   A p r   2 ,   2 0 1 6   A cc ep ted   Ma y   3 ,   2 0 1 6       S in g le - p h a se   in d u c ti o n   g e n e ra to r   is  v e r y   su it a b le  to   b e   u se d   i n   t h e   ty p ica l   lo a d w h ich   o n ly   n e e d   a   sin g l e - p h a se   p o w e su p p ly   w it h   sm a ll   p o w e c a p a c it y   r e q u irem e n t,   su c h   a s   d ies e e n g in e ,   p ico h y d ro   o s m a ll   w i n d   p lan t.   It  h a so m e   a d v a n ta g e su c h   a ru g g e d ,   e ff e c ti v e   c o st,  m a in ten a n c e   f re e   a n d   re q u ire  n o   e x tern a e x c it a ti o n .   Ho w e v e r,   it   h a in d u c ti v e   c h a ra c teri stic  w h ich   m a k e p o o v o lt a g e   re g u latio n .   T h is  p a p e p ro p o se d   a   sh u n t   re a c ti v e   c o m p e n sa to c a ll e d   S V C - M ERS   w h ich   c a n   p ro v id e   a   v a riab le  re a c ti v e   p o w e to   m a in tain   th e   g e n e ra to v o lt a g e   d e sp it e   o f   lo a d   v a riatio n s.  T h e   e x p e rime n w a c o n d u c ted   o n   sin g le - p h a se   tw o   w in d in g   in d u c ti o n   g e n e ra to c o u p le d   b y   a   th re e - p h a se   i n d u c ti o n   m o to r   w h ich   se rv e a th e   p rim e   m o v e r.   S V C - M ER S   a n d   t h e   l o a d   a re   c o n n e c ted   in   s h u n t o   t h e   m a in   w in d in g ,   w h il e   t h e   e x c it a ti o n   c a p a c it o w a c o n n e c ted   to   th e   a u x il iary   w in d in g .   T h e   e x p e ri m e n tal  re su lt sh o w e d   th a S V C - M ERS   c a n   i m p ro v e   v o lt a g e   re g u latio n   a n d   s u b sta n ti a l ly   e n h a n c e d   ste a d y   sta te l o a d in g   li m it .   K ey w o r d :   Gen er ato r   ( SEI G)   Sin g le - p h a s e   in d u c tio n   SVS ME R S   Var iab le  r ea ctiv co n tr o l   Vo ltag r eg u latio n   Co p y rig h ©   201 6   In s t it u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   F.  Dan a n g   W ij a y a,     Dep ar t m en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g   an d   I n f o r m at io n   T ec h n o lo g y ,   Un i v er s ita s   Gad j ah   Ma d a,   J l.  Gr af i k 2   Yo g y a k ar ta,   I n d o n e s ia.   E m ail:  d an a n g w ij a y a @ u g m . a c. id       1.   I NT RO D UCT I O N   I n   t h las d ec ad e,   lo ca ll y   r e n e w ab le  e n er g y   s o u r ce s   w it h   s m al o r   m ed i u m   s ize  p o ten tia ca p ac it y ,   s u c h   as  m i n i/p ico   h y d r o ,   w in d   o r   b io f u el  d iesel,  h as  b ee n   in cr ea s i n g l y   d e v elo p ed   b ec au s th e   g o v er n m en t   p o licy   to   u s clea n   en er g y   a n d   to   in cr ea s elec tr if icatio n   in   r u r al  ar ea   b ec o m es  i m p o r tan r eq u ir e m e n t.     I n   is o lated   ar ea s   lo ca ted   f ar   a w a y   f r o m   t h g r id ,   s in g le - p h ase   p o w er   s u p p l y   s y s te m s   i s   ef f ec ti v to   s u p p l y   lig h ti n g   eq u ip m e n o r   o th er   r esid en tial  ap p lian ce s .   Si n g le - p h ase  s q u ir r el  ca g in d u c tio n   g en er ato r ,   in   th is   r eg ar d ,   ar f o u n d   to   b ex tr e m el y   u s e f u m ac h i n d u t o   co s ef f ec ti v e,   co m p ac tn e s s ,   r u g g ed n e s s ,   h i g h   r eliab ilit y ,   m a in te n a n ce   f r ee ,   an d   ea s to   f in d   i n   th lo ca m ar k et   [ 1 ] T h is   g en er ato r   is   u s u all y   h a s   s m al l   ca p ac it y   th at  i s   o n l y   ab le  to   s u p p ly   lo ad   less   t h an   1 0   k W   [ 2 ] .     In - s p ite  o f   n u m er o u s   ad v a n t ag es  o f f er ed   b y   s in g le - p h a s e   in d u ctio n   g en er ato r s ,   t h ey   ha ve   p o o r   v o ltag r eg u latio n   d u to   th eir   in ab ilit y   to   s u p p l y   r ea ctiv p o w er .   I n   ca s th in d u c tio n   g e n er ato r   w as   co n n ec ted   to   t h g r id ,   its   r ea ctiv p o w er   w as   s u p p lied   f r o m   t h g r id .   Ho w ev er ,   in   is o l ated   o r   s tan d - alo n co n d itio n   r ea ctiv p o w er   s o u r ce   is   r eq u ir ed   [ 3 , 4 , 5 , 6 ] .   T h is   s y s te m   i s   ca lled   s elf - ex c ited   in d u ctio n   g en er ato r   ( SEI G) .   T C h an   [ 7 ]   m e n tio n ed   th at  r an g v a lu e   o f   s h u n ca p ac ito r   ca n   b ca lcu lated   m ath e m at icall y   to   m ai n tai n   v o lta g d esp ite  o f   an y   ch a n g e s   o n   lo ad   an d   s p ee d .   So m r esear ch   w o r k s   r elate d   to   th i m p r o v e m e n o f   v o lta g r eg u latio n   o n   s i n g le - p h ase   in d u ctio n   g en er ato r   u s in g   f i x ed   ca p ac ito r   co n n ec ted   in   s er ie s   o r   s h u n ar co n d u c ted   in   r ef er e n ce   [ 3 ] - [ 5 ] .   R ap id   d ev elo p m en o f   p o w er   elec tr o n ics  tec h n o lo g y   h a s   s u cc ess f u ll y   d eli v er ed   t h id ea   to   m a k v ar iab le  r ea ctiv p o w er   s u p p l y   b ased   o n   p o w er   s e m ico n d u cto r   s w i tch e s ,   e. g .   SC R ,   T R I A C ,   MO SF E T   o r   I GB T .   So m r ea cti v e   p o w er   s u p p lies   w er e   d ev elo p ed   w ith   u s i n g   s tatic  r ea ctiv p o w er   s u c h   as  SV C   o r   S T A T C OM .   Ho w ev er ,   th e   co n tr o s y s te m   is   v er y   co m p l ex   a n d   r eq u ir es   lar g e   d ca p ac ito r s   as  w ell  to   s to r e n er g y   [ 1,   9 ] .   R elate d   to   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 694   IJ PEDS   Vo l.   7 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 1 6   901     9 0 7   902   s in g le - p h a s i n d u ctio n   g e n er a to r ,   B .   Sin g h   et  al.   [ 6 ]   u s ed   a n   elec tr o n ic   lo ad   co n tr o ller   ( E L C )   w h ic h   co n s i s ts   o f   s in g le - p h a s r ec tif ier   an d   co n n ec ted   in   s er ies  w it h   d c - ch o p p er   an d   d u m m y   lo ad   to   m ai n tai n   th g en er ato r   o u tp u v o lta g at   co n s ta n t.  T .   Ah m ed   et  al.   [ 7 ]   u s e d   co m b in atio n   o f   f ix ed   ca p ac ito r ,   T SC   an d   T C R   co n n ec ted   to   th m ai n   w i n d in g   o f   s in g l e - p h a s i n d u ctio n   g e n er ato r .   I t h as d i s cr ete  v ar iab le  r ea cti v p o w er .   Ot h er   w o r k   w a s   co n d u c ted   in   [ 8 ]   b y   u s in g   A C - D C   a n d   DC - AC   co n v er ter s   to   s u p ll y   in d u ctio n   m o to r   lo ad .   T h ese  to p o lo g ies h av co m p lex   co n t r o in   o r d er   to   ca r r y   o u t D C   v o ltag o f   SIE G   a n d   AC   v o ltag o u tp u t.      T h is   p ap er   p r o p o s ed   co n tin u o u s l y   v ar iab le  r ea cti v p o w e r   u s i n g   SVC   ME R ( m ag n e tic  en er g y   r ec o v er y   s o u r ce s )   w h ic h   h as  i m p le m e n ted   to   co n tr o v o lta g o f   an   is o lated   s m all - s ca le  g en er atin g   s y s te m   o f   d o u b le  w in d i n g   s i n g le - p h a s i n d u ctio n   g e n er ato r .   SVC - ME R h a s   s o m ad v a n ta g es  s u c h   as  s i m p le  co n tr o l,  lo w   lo s s   s w itc h i n g   d u to   ze r o   s w itch in g   co n tr o l a n d   s m all  d ca p ac ito r .         2.   M E RS O P E RATI O P R I N CIPL E   ME R co n s is t s   o f   f u ll - b r id g e   s w i tch e s   an d   d ca p ac ito r .   T h s w itc h es  ar s w itc h ed   in   p air s   ( UV     an d   XY)   to   co n tr o th ca p a cito r   ch ar g in g   p r o ce s s   b y   tu r n in g   t h e m   o n   a n d   o f f   at  ce r tain   f ir i n g   an g le.     Fig u r e   1   a)   s h o w s   th e   b asic  c o n f i g u r atio n   o f   ME R S.   I m ea n s   th a t h ca p ac ito r   c h ar g i n g   ti m ca n   b s et  b y   ad j u s tin g   t h f ir i n g   an g le.   C a p ac ito r   ch ar g i n g   ti m w i ll  d e te r m i n t h a m o u n o f   r ea cti v p o w er   g e n er ated   [ 10 ] .   T h co n f ig u r atio n   o f   M E R is   s i m ilar   to   co m m o n   f u ll - w a v co n v er ter s ,   b u t h er ar t w o   i m p o r tan t   d if f er e n ce s .   Firs t,  ME R ca n   b co n n ec ted   eith er   in   s er ie s   o r   s h u n w it h   th s y s te m .   Sec o n d ,   th v al u o f   d c   v o ltag o n   t h ME R S c ap ac ito r   ca n   b ch an g ed   d y n a m icall y   ev en   to   ze r o .           ( a)                           ( b )                                                     ( c)     Fig u r 1 .   ( a)   C o n f i g u r atio n   o f   ME R S       Fig u r 2 .   ME R S o p er atin g   s tat es.  ( a )   C ap ac ito r   ch ar g in g   ( b )   C ap ac ito r   d is ch ar g i n g   ( c )   C ap ac ito r   is   b y p as s ed             C o m p ar ed   to   th co n v en tio n al   s in g le - p h a s f u ll - b r id g cir cu it,  th ca p ac ita n ce   o f   d ca p ac ito r   ca n   b e   s ev er al  ti m e s   s m aller   d u e   to   th allo w a n ce   o f   ca p ac ito r   v o ltag to   v ar y   an d   e v e n   b ec o m es   ze r o   at  e v er y   f u n d a m en ta c y c le  ( 5 0   Hz  o r   6 0   Hz) .   I n   th o t h er   h a n d ,   f u ll - b r id g co n f i g u r atio n   i s   tr y in g   to   m ai n tai n   lar g e   v o ltag e,   s o   th a th ca p ac itan c v alu o f   t h ca p ac ito r s   b ec o m es  lar g e.   ME R co n f i g u r ati o n   also   u tili ze s   th e   lin f r eq u e n c y   a s   its   s w i tch i n g   f r eq u e n c y ,   w h ich   m ea n s   th at  ea ch   s w itc h   is   o n l y   t u r n ed   o n   an d   o f f   at  th e   f u n d a m en ta c y c le.   I n   o n e   c y cle,   ME R h as  t h r ee   o p er atin g   s ta tes,  w h ic h   ar ch ar g i n g   d ca p ac ito r   b y   s w itc h in g   XY,   d is c h ar g in g   d ca p ac ito r   b y   s w itc h i n g   UV   an d   b y   p ass in g   w h e n   d ca p ac ito r   v o ltag e   is   ze r o   o r   th er is   n o   e n er g y   s to r ed   in   d ca p ac ito r .   T h o p e r atin g   s ta te s   ar illu s tr ated   in   Fi g u r 2 .     I n   o r d er   to   co m p en s a te  th r ea ctiv p o w er ,   ME R v ar iab le  r ea ctan ce ,   X MERS ,   is   o b tain ed   b y   s h i f ti n g   t h p h ase  o f   g ate  s i g n als  to   t h p h ase   o f   lin e   v o lta g e.   B y   u s i n g   t h is   m eth o d ,   t h er ar th r ee   m o d es   o f   o p er atio n   th at   ca n   b o b tain e d ,   i.e .   b alan ce ,   d c - o f f s et,   a n d   d is co n ti n u o u s   m o d e   [ 10 ]   as   s h o w n   i n   Fig u r 3 E ac h   o p er atio n   m o d ca n   b d eter m i n ed   b y   o b s er v in g   t h ca p ac ito r   v o ltag w av e f o r m   ( V c ) .   T h f ir s t   o n i s   d is co n ti n u o u s   m o d e.   T h is   m o d o c cu r s   wh en   t h ti m o f   ca p ac ito r   ch a r g in g   a n d   d is ch ar g i n g   is   s h o r ter   th an   t h e   s w i tch i n g   p er io d   o r   f u n d a m e n tal  h al f - w a v p er io d .   I n   th d is co n ti n u o u s   m o d ca p ac ito r   is   n o ch ar g ed   f o r   m o m e n t,  s o   t h at  th e n er g y   i n   th f o r m   o f   th v o lta g s to r ed   b y   t h ca p a cito r   is   r ed u ce d   f r o m   t h m a x i m u m   li m it t h at  ca n   b ac co m m o d ated   b y   th ca p ac ito r .   Fi g u r 3 ( c)   s h o w s   t h ca p ac ito r   an d   ME R v o lta g w a v ef o r m   i n   d is co n tin u o u s   m o d e.   T h d is co n ti n u o u s   m o d w ill  o c cu r   if   X MER S   i s   les s   th an   Xc.       T h s ec o n d   o n is   b ala n ce   m o d e .   T h is   m o d o cc u r s   w h e n   th e   ca p ac ito r   ch ar g in g   a n d   d is ch ar g in g   ti m eq u al  to   t h s w itc h i n g   p er io d   o r   f u n d a m en tal  h al f - w a v p er io d .   I n   th is   m o d e,   th e   e n er g y   s to r ed   b y   th e   ca p ac ito r   in   th e   f o r m   o f   v o lta g w il b d is c h ar g ed   e n tire l y   in   ac co r d an ce   to   t h m a x i m u m   li m it   b ased   o n   i t s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2088 - 8 694       V o lta g C o n tr o l o f S i n g le - P h a s Tw o   W in d in g   S E I G   u s in g   S V C - MER S   fo r   I s o la ted     ( F .   Da n a n g   W ija ya )   903   ca p ac itan ce   v a lu e.   F ig u r 3 ( a)   s h o w s   th ca p ac ito r   an d   ME R v o ltag w av e f o r m   in   b alan ce   m o d e.   T h e   b alan ce   m o d w ill o cc u r   i f   X M ERS   eq u als to   Xc.             Fig u r 3 Sch e m atic  w a v ef o r m s   o f   th ME R S i n   v ar io u s   eq u iv a len t r ea cta n ce   w it h   th s a m cu r r en t ( cu r r en t,    ME R S v o lta g a n d   g ate  s i g n al   o f   UY  w ith   p h ase  s h i f t a n g le  ( δ) : ( a)   d is co n tin u o u s   m o d ( X MER S    < X C )               ( b )   b alan ce   m o d ( X MER S =X C ) ,   ( c)   dc - o f f s et   m o d ( X M ER S   X C )   [ 1 0 ] .       T h last   o n e   is   d c - o f f s et  m o d e.   I n   th is   m o d e,   d v o ltag b et w ee n   th tip s   o f   ca p ac ito r   h as  an   o f f s et   v alu e.   T h is   i s   d u to   th ti m e   o f   ca p ac ito r   ch ar g in g   a n d   d i s ch ar g in g   i s   lo n g er   t h a n   t h s w itc h i n g   p er io d   o r   f u n d a m en ta h al f - w a v p er io d ,   s o   th at  w h e n   t h ch ar g s to r ed   in   ca p ac ito r   is   n o f u ll y   e m p t y ,   t h ca p ac ito r   h as  a lr ea d y   s tar ted   to   b c h ar g ed   ag ai n .   So   th e   ca p ac ito r   s t ill  s to r es  e n er g y   in   th e   f o r m   o f   d c - o f f s et  v o lta g e.   Fig u r 3 ( b )   s h o w s   t h ca p ac it o r   an d   ME R v o ltag e   w av e f o r m   in   d c - o f f s e m o d e.   T h d c - o f f s et   m o d w il l   o cc u r   if   t h v al u o f   r ea cta n ce   X MER S   is   m o r t h an   Xc.   T h th r ee   m o d s tate s   ca n   b ac h ie v ed   b y   co n tr o lli n g   f ir in g   a n g le  ( δ)   to   g ate  s i g n al   o f   th p air s   o f   t h s w itc h e s .   T h ad v an tag e s   o f   ME R ar s i m p le  co n tr o a nd   lo w   s w i tch in g   s w i tch in g   lo s s e s .       3.   SYST E M   DE SI G N   Fig u r e   4   s h o w s   t h ex p er i m en s etu p   t h at  h as  b ee n   co n d u cte d .   A   t h r ee - p h a s w o u n d   r o to r   in d u ctio n   m o to r   is   co u p led   to   a   s in g le - p h ase  t w o   w i n d in g   in d u ctio n   g en er ato r   an d   s er v es  as  th p r im m o v er s .   T h is   s y s t e m   w a s   d esi g n ed   to   r ep r esen t   t h s tan d - alo n e   co n d itio n s   w h ic h   o f ten   f o u n d   i n   s m al l - s ca le  p o w er   p lan t s   th at  u tili ze   r en e w ab le  en er g y .   I n d u ctio n   m o to r   w a s   co n tr o lle d   b y   an   i n v er ter   to   k ee p   th s p ee d   co n s tan o r   to   p r o d u ce   v ar y i n g   s p ee d .   A   r u n - ca p ac ito r   t y p s i n g le - p h a s i n d u ctio n   m o to r   ca n   s er v e   as  s i n g le - p h a s t w o   w i n d i n g   i n d u ct io n   g en er ato r   w it h   s li g h m o d if icatio n ,   i.e .   b y   d i s co n n ec ti n g   t h a u x i liar y   w i n d in g   w h ich   is   p r ev io u s l y   co n n ec ted   to   th m ain   w in d i n g .   T h ex citatio n   ca p ac ito r   w as   co n n ec ted   to   th au x iliar y   w i n d i n g ,   w h ile  th s h u n ca p ac ito r   w a s   co n n ec ted   to   th m ai n   w i n d i n g   an d   s er v es  as  f i x ed   co m p en s ato r .   Du to   th ese   t w o   w i n d i n g s   i n   t h s i n g le - p h ase  i n d u ctio n   g e n er ato r   w er e   u s ed ,   t h e n   t h is   co n f ig u r ati o n   w as   r e f er r ed   as   s in g le  p h a s t w o   w i n d in g   i n d u ctio n   g e n er ato r .   I n   th e x p er im en u s i n g   S VC - ME R [ 1 1 ] - [ 1 3 ] ,   th ex citatio n   ca p ac ito r   w as   p er m a n en t l y   co n n ec ted   to   t h a u x i liar y   w in d i n g ,   w h er ea s   t h s h u n ca p ac it o r   w ill   b r e m o v ed   an d   r ep lace d   b y   SV C - ME R S.   T h lo ad   u s ed   w as   r esis t iv l o ad   th at  co n n ec ted   to   t h m ai n   w i n d in g   to g et h er   w it h   S VC - ME R S.  T ab le  I   s h o w s   th p ar a m eter s   u s ed   in   t h is   ex p er i m e n t.   SVC - ME R is   co n tr o lled   th r o u g h   clo s ed   lo o p   s y s te m   b y   u s in g   P I   co n tr o ller   as  s h o w n   i n   Fig u r 5 .   T h o u tp u v o lta g o f   s in g le - p h a s i n d u ctio n   g en er ato r   i s   k ep co n s ta n t   ( o r   ap p r o x i m a tel y   co n s ta n t)   i n   ce r tain   r ef er en ce   v al u b y   i m p le m en t in g   v ar iab le  r ea cti v e   p o w er   co n tr o o f   SVC - ME R ac co r d in g   to   lo ad   co n d itio n s .   Var iab le  r ea ctiv e   p o w er   is   o b tai n ed   b y   s etti n g   th f ir i n g   an g le  ( α )   w h o s v a lu d ep en d s   o n   t h o u tp u o f   P I   co n tr o ller .   A   clo s ed   lo o p   co n tr o s y s te m   i s   o p er ated   b y   co m p ar in g   b et w ee n   th o u tp u t   v a lu e   o f   s in g le - p h a s in d u ctio n   g en er a to r   w h ic h   h as  b ee n   lo w er ed   an d   r ec tif ied   to   r ef er en ce   v a l u e.   T h is   er r o r   is   th m ai n   i n p u f o r   P I   co n tr o ller   to   d e ter m in th f ir i n g   an g le  v al u w h ich   w ill  b f ed   to   th g a te  d r iv er   cir cu it  to   g en er ate  s ig n al  f o r   tu r n i n g   o n   th MO S FET .   α - p h ase  li m iter   is   also   ap p lied   to   k ee p   th f ir in g   a n g le  b o u n d   in   th s a f o p er atin g   ar ea ,   eith er   f o r   s tab ilit y   o f   P I   co n tr o ller   o r   eq u ip m e n r atin g .   T h h ar d war i m p le m e n tatio n   o f   SVC - ME R S c a n   b s ee n   i n   Fig u r 6 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 694   IJ PEDS   Vo l.   7 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 1 6   901     9 0 7   904   1 Φ    I G   3 Φ   I M   A u x i l i a r y   w i n d i n g M a i n   w i n d i n g C ex C sh M E R S L oa d Co nt rol l e r S w i t c h i n g   s i g n a l s     Fig u r 4 .   C o n f ig u r atio n   o f   SE I ex p er i m en tal  s et u p       + - R e f e r r e nc e   v ol t ag e PI α - ph as e   l i m i t e r G at e   c on t r ol l e r α G e n e r a t o r   o u t p u t M E RS Co nt r ol l e r           Fig u r 5 .   Vo ltag f ee d b ac k   c o n tr o l f o r   SVC   ME R u s i n g   P I   co n tr o l     Fig u r 6 .   SVC   ME R S h ar d w a r w it h   MO S FET   an d   s m al l d ca p ac ito r       T ab le  1 .   T h p ar am eter s   u s ed   in   t h ex p er im e n t.   S i n g l e - P h a se   I n d u c t i o n   M o t o r   ( c a p a c i t o r - ru n )   ( se r v e s a s t h e   g e n e r a t o r )   R a t e d   v o l t a g e   V   2 2 0   V   R a t e d   c u r r e n t   I   6 . 3   A   R a t e d   p o w e r     P   0 . 7 5   k W   R a t e d   f r e q u e n c y   F   5 0   H z   P o w e r   f a c t o r   Pf   0 . 8 5   T h r e e - P h a se   I n d u c t i o n   M o t o r   ( se r v e s a s t h e   p r i me   mo v e r )   R a t e d   v o l t a g e   P   2 2 0 / 3 8 0   V   R a t e d   c u r r e n t   V   6 . 3 / 3 . 6   A   R a t e d   p o w e r     P   1 . 5   k W   R a t e d   f r e q u e n c y   F   5 0   H z   P o w e r   f a c t o r   Pf   0 . 8 2   R e a c t i v e   P o w e r   S u p p l y     Ex c i t a t i o n   c a p a c i t o r   C ex   5 0   µ F   S h u n t   c a p a c i t o r   C sh   7 . 8 7   µ F   S V C - M E R S   C ME R S   7 . 8 4   µ F       Th ex p er i m en t s   o f   v o ltag co n tr o o f   s i n g le  p h ase  t w o   w i n d i n g   SEI G   w i th   SVC - M E R w er e   d iv id ed   in to   t w o   ca teg o r ies.   T h f ir s t   o n w a s   e x p er i m e n to   f i n d   t h s tead y   s tate  c h ar ac te r is tic  o f   SEI w i t h   th r ee   d if f er en r ea cti v p o w er   s u p p lies   i.e .   1 )   ex cita tio n   ca p ac ito r   at  au x il iar y   w i n d i n g 2 )   s h u n ca p ac ito r   at  m ai n   w i n d in g   a n d   3 )   SVC - ME R S   at   m ai n   w in d i n g .   T h s ec o n d   o n w as   e x p er i m e n to   o b s er v d y n a m i c   ch ar ac ter is tic  o f   t h SEI wh en   SV C   ME R w a s   co n tr o lled   b y   f ee d b ac k   P I   co n tr o ller .   T h p r o p o r tio n al    an d   in te g r al  g ai n s   ( K p =2 . 7   an d   K i =1 6 . 2 )   w er d eter m in ed   b y   r u n n i n g   co m p u ter   p r o g r a m   ca l cu latio n       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2088 - 8 694       V o lta g C o n tr o l o f S i n g le - P h a s Tw o   W in d in g   S E I G   u s in g   S V C - MER S   fo r   I s o la ted     ( F .   Da n a n g   W ija ya )   905   4.   RE SU L T A ND  AN AL Y SI S     T er m in al   o u tp u v o lta g o f   s i n g le   p h ase   t w o   w i n g s i n g   SEI at  th e   m a in   w in d i n g   w as  m ain tai n ed   a t   1 1 0   d u to   s af et y   cu r r e n o p er atio n   in   th a u x ia lia r y   w i n d i n g .   I n   o r d er   to   o b s er v th lo ad in g   ch ar ac ter is tic s ,   r esis ti v lo a d   w as  ap p lied   to   th m ai n   w i n d in g   o f   SEI G.   Fi g u r e   7   s h o w s   th co m p ar is o n   o n   h o w   lo ad in g   af f ec t s   th g e n e r ato r   v o ltag w h en   r ea ctiv p o w er   w a s   s u p p lied   b y   1 )   ex citatio n   ca p ac ito r   at   a u x i liar y   w i n d i n g 2 )   s h u n ca p ac ito r   at  m ai n   w i n d in g   a n d   3 )   SVC - ME R S   at  m ai n   w i n d i n g E x c itatio n   ca p ac ito r   w as  s elec ted   at  5 0   μ an d   s h u n ca p ac ito r   at  7 . 7 8   μ in   o r d er   to   g en er ate  1 1 0   at  th m ai n   w i n d i n g .   I is   s h o w n   t h at  t h es t w o   f ix ed   ca p ac ito r s   h a v e   p o o r   v o ltag r eg u latio n ,   w h il SVC   ME R ca n   i m p r o v t h v o lta g r eg u latio n   o f   t h s in g le  p h a s t w o   w i n d in g s   SE I G.   T h lo ad in g   ca p ac it y   ca n   b en h an ce d   u p   to   2 5 0   W .             Fig u r 7 .   T h c o m p ar is o n   SEI v o ltag e   d u r i n g   lo ad in g   co n d itio n   w er s u p p li ed   th r ee   d if f er e n r ea ctiv p o w er   s o u r ce s   Fig u r 8 T h co m p ar is o n   o f   t h SEI G   v o lta g e   u s i n g   o p en - lo o p   an d   clo s e - lo o p   s y s te m           Fig u r 9 .   T h in f l u en ce   o f   lo a d   v ar iatio n   to   th r ea cti v p o w er   g en er ated   b y   SV C - ME R S a n d   th g e n er ato r   o u tp u t v o lta g e       C o m p ar is o n   b et w ee n   t h g en er ato r   v o ltag w h en   u s in g   t h o p en - lo o p   an d   clo s ed - lo o p   s y s te m   i n   lo ad   v ar y i n g   co n d itio n   i s   illu s tr ated   in   Fig u r 8 .   T h P I   c o n tr o ller   b ased - f ee d b ac k   co n tr o s ch e m u s i n g   SV C   ME R w a s   e m p lo y ed   f o r   s tab le  g e n er ated   v o lta g r e g u lati o n   o f   t h s i n g le  p h ase  t w o   w i n d in g s   SEI s y s te m .   T h is   w a s   d u to   th p o s s ib ili t y   to   ad j u s au to m atica ll y   t h f ir in g   a n g le  o f   t h SV C   ME R s w itc h e s .       Fig u r e   9   s h o w s   t h ch ar ac ter i s tics   o f   r ea cti v p o w er   g e n er ated   b y   SV C - ME R w h e n   o p er ated   o n   lo ad   co n d itio n R ea c tiv e   p o w e r   in cr ea s e d   i n   o r d er   to   m a in ta i n   SEI G   v o lta g w h ile   r esis tiv lo ad   w a s   v ar y i n g   f r o m   n o - lo ad   s tate  u n til  250   W .   T h g en er ato r   w o u ld   n o b ab le  to   s u p p l y   t h ac t iv e   p o w er   g r ea ter   t h an   th a v alu al th o u g h   t h r ea ctiv p o w er   o f   th SVC - ME R is   i n cr ea s ed   d u to   in d u ct io n   g e n er ato r   m ag n etizi n g   ch ar ac ter ics .   A t   t h is   cr it ical   co n d itio n   a n y   ad d itio n al   l o ad s   w o u ld   m ak e   th e   g e n er ato r   ex p er ien c es   d em a g n etiza tio n   ( th v alu o f   r ea ctiv p o w er   d ec r ea s es)  an d   f i n all y   ca n n o s u p p l y   ac ti v p o w er   ag ai n   o r   co llap s e.     T h d y n a m ic   r esp o n s e   o f   s in g le  p h ase  SEI v o lta g e   at  s tep   lo ad   ( f r o m   no - lo ad   to   f u ll  lo ad   an d   f r o m   f u ll  lo ad   to   n o   lo ad )   is   s h o w n   in   Fi g u r e   1 0 .   T h SVC - ME R w it h   P I   co n tr o ller   ca n   m ai n t ain   s m o o th   v o lta g e   r eg u lat io n   o f   t h SEI s y s te m   in   d y n a m ic  lo ad i n g   co n d it io n .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 694   IJ PEDS   Vo l.   7 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 1 6   901     9 0 7   906       Fig u r 1 0 .   Dy n a m ic  r esp o n s o f   s i n g le  p h ase  SEI v o lta g w h e n   lo ad in g   ca p ac it y   w as c h an g i n g       5.   CO NCLU SI O N     T h is   p ap er   p r o p o s ed   an   is o lat ed   s m all - s ca le  p o w er   p la n u s i n g   s i n g le - p h ase  t w o   w i n d in g   i n d u ctio n   s elf   ex ci ted   in d u ctio n   g e n er ato r .   E x p er i m en ta r es u lt  i n d icate d   th at  S VC - ME R ca n   i m p r o v v o ltag e   r eg u lat io n   a n d   en h an ce   lo ad in g   ca p ac it y   o f   t h s i n g le  p h a s e   t w o   w i n d in g   SEI s y s te m .   Mo r eo v er   i n   t h e   d y n a m ic  co n d it io n s ,   SVC   ME R S   w i th   P I   co n tr o ller   w as   ab le  to   m a k t h s y s te m   v o lta g r e m ain s   s tab le.   T h p r o s p ec tiv ap p licatio n   o f   t h p r o p o s ed   s y s te m   w o u ld   b as  a n   a u to m a tic  v o ltag e   c o n tr o ller   in   s m all   g en er ato r   ca p ac it y   w it h   d iesel  en g i n e,   p ico   h y d r o   o r   w i n d   p lan t.       RE F E R E NC E S   [1 ]   S h il p Bh a tt a c h a ry a ,   P ra b a De b ,   S u ji Bisw a s,   Am b a rn a th   Ba n e rjee ,   Op e n - De lt a   V S Ba se d   V o lt a g e   Co n tr o ll e i n   Iso late d   P o w e S y st e m s ”,   In ter n a ti o n a J o u rn a o P o we El e c tro n ics   a n d   Dr ive   S y ste ms ,   Vo l.   6 ,   N o .   2 ,   Ju n e   2 0 1 5 ,   p p .   3 7 6 ~ 3 8 6 .   [2 ]   S . S .   M u rth y ,   A   No v e S e l f - Ex c it e d   S e lf - Re g u late d   S in g le  P h a se   In d u c ti o n   G e n e ra to P a rt - I  Ba sic   S y ste m   a n d   T h e o r y ,   IEE T ra n s.  E n e rg y   Co n v e rs . ,   v o l.   8 ,   n o .   3 ,   p p .   3 7 7     3 8 2 ,   1 9 9 3 .   [3 ]   Y.H.A .   Ra h im ,   A . I.   A lo lah ,   a n d   R. I.   A l - M u d a i h e e m ,   P e rf o r m a n c e   o f   S in g le  P h a se   I n d u c ti o n   G e n e ra to rs” ,   IEE E   T ra n s.  En e rg y   C o n v e rs ,   v o l.   8 ,   n o .   3 ,   p p .   3 8 9     3 9 5 ,   1 9 9 3 .   [4 ]   S . S .   M u rth y ,   A   No v e S e lf - E x c it e d   S e lf - R e g u late d   S in g le  P h a se   In d u c ti o n   G e n e ra to P a rt - l l :   Ex p e rime n tal   In v e stig a ti o n ,   IEE T ra n s .   En e r g y   Co n v e rs ,   v o l.   8 ,   n o .   3 ,   p p .   3 8 3 3 8 8 ,   1 9 9 3 .   [5 ]   T . F .   Ch a n ,   A n a l y sis  o f   S e lf - E x c it e d   In d u c ti o n   G e n e ra to rs  Us in g   a n   Itera ti v e   M e th o d ,   IEE E   T ra n s.  E n e rg y   Co n v e rs io n ,   v o l.   1 0 ,   p p .   5 0 2     5 0 7 ,   1 9 9 5 .   [6 ]   B.   S i n g h ,   S . S .   M u rth y ,   a n d   S .   G u p ta,  A n   El e c tro n ic  Vo lt a g e   a n d   F re q u e n c y   Co n tr o ll e f o S i n g le - P h a se   S e lf - Ex c it e d   In d u c ti o n   G e n e ra to rs f o P ic o   Hy d ro   A p p li c a ti o n s” ,   in   P E DS 2 0 0 5 ,   p p .   2 4 0     2 4 5 .   [7 ]   T .   A h m e d ,   K.  Nish id a ,   K.  S o u sh i n ,   a n d   M .   Na k a o k a ,   S ta ti c   VA c o mp e n sa t o r - b a se d   v o lt a g e   c o n tro l   imp lem e n ta ti o n   o sin g le - p h a se   se lf - e x c it e d   in d u c ti o n   g e n e ra to r ,   IEE P r o c e e d in g s - G e n e ra ti o n ,   T ra n s m issio n   Distrib rib u ti o n ,   v o l.   1 5 2 ,   n o .   2 ,   p p .   1 4 5 1 5 6 ,   2 0 0 5 .   [8 ]   M o h a m e d   Ba ra ra ,   A b d e rra h i m   Be n n a ss a r,   A h m e d   A b b o u ,   M o h a m m e d   A k h e rra z ,   Ba d re   Bo ss o u f i,   " A d v a n c e d   Co n tr o o f   W in d   El e c tri c   P u m p in g   S y ste m   f o Iso late d   A re a s   A p p li c a ti o n " ,   I n ter n a ti o n a l   J o u rn a l   o P o we El e c tro n ics   a n d   Dr i v e   S y ste m ,   v o l .   4 ,   De 2 0 1 4   p p .   5 6 7 - 5 7 7 .   [9 ]   M .   Na id u   a n d   J.  W a lt e rs,  4 - k W   4 2 - V   In d u c ti o n - M a c h i n e - Ba se d   A u to m o ti v e   P o w e G e n e ra ti o n   S y st e m   w it h   a   Dio d e   Bri d g e   Re c ti e a n d   a   P W M   In v e rter” ,   IEE T ra n s.   In d .   A p p l . ,   v o l.   3 9 ,   p p .   1 2 8 7     1 2 9 3 ,   2 0 0 3 .   [1 0 ]   J.A .   W ii k ,   F . D.  W id ja y a ,   T .   Iso b e ,   T .   Kitah a ra ,   a n d   R.   S h im a d a ,   S e ries   Co n n e c ted   P o w e F lo Co n tro u sin g   M a g n e ti c   En e rg y   Re c o v e r y   S w it c h   (M ER S ) ,   in   PCC ,   2 0 0 7 ,   p p .   9 8 3 9 9 0 .   [1 1 ]   F . D.   W ij a y a ,   T .   Iso b e ,   K.  Us u k i,   J. A .   W ii k ,   a n d   R.   S h im a d a ,   A   N e w   A u to m a ti c   V o lt a g e   Re g u lato o f   S e lf - Ex c it e d   In d u c ti o n   G e n e ra to u sin g   S V M a g n e ti c   En e rg y   Re c o v e r y   S w it c h   (M ER S )” ,   in   PE S C ,   2 0 0 8 ,   p p .   6 9 7 7 0 3 .   [1 2 ]   T a k a n o ri  Iso b e ,   Da isu k e   In o ji m a ,   R y u ich S h im a d a ,   K y o h e Ka to ,   Ro sa les ,   Rea c ti v e   Po we Co mp e n sa ti o n   Brid g e   wit h   M in imize d   Eq u ip p e d   C a p a c i to r a n d   it s A p p li c a ti o n   t o   S ta ti c   V AR   Co mp e n sa ti o n ,   ECCE   c o n f e r e n c e   2 0 1 3 .   [1 3 ]   Ye w e n   W e i ,   L o n g y u n   Ka n g ,   Ru ju n   Qi ,   M a o q i n   W e n , O p ti ma l   c o n tro o S VC - M ER S   a n d   a p p li c a ti o n   i n   S CIG  p o we re d   mic ro - g rid ,   A p p li e d   P o w e El e c tro n ics   Co n f e re n c e   a n d   Ex p o siti o n   (A P EC),   2 0 1 4   T w e n t y - Nin th   A n n u a IEE E   p p .   3 3 6 7 - 3 3 7 3 .               Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2088 - 8 694       V o lta g C o n tr o l o f S i n g le - P h a s Tw o   W in d in g   S E I G   u s in g   S V C - MER S   fo r   I s o la ted     ( F .   Da n a n g   W ija ya )   907   B I O G RAP H I E S   O F   AUTH O RS       F.   Da n a n g   W ij a y a   re c e i v e d   th e   Ba c h e lo r’s  a n d   M a ste r’s  d e g re e   in   El e c tri c a En g in e e rin g   f ro m   Un iv e rsitas   Ga d jah   M a d a ,   Y o g y a k a rta,  In d o n e sia   i n   1 9 9 7   a n d   2 0 0 1 ,   re sp e c ti v e l y ,   a n d   d o c to r’s   d e g re e   in   En e rg y   S c ien c e f ro m   T o k y o   In stit u te  o f   Tec h n o lo g y ,   T o k y o ,   Ja p a n   in   2 0 0 9 .   He   is  c u rre n tl y   a n   As so c iate   P ro f e ss o in   t h e   De p a rtm e n o f   El e c tri c a l   En g in e e rin g   a n d   In f o rm a ti o n   T e c h n o lo g y   F a c u lt y   o f   En g in e e ri n g   Un iv e rsitas   Ga d jah   M a d a .     His res e a rc h   in tere sts a re   in   p o w e e n e rg y   s y st e m ,   p o w e e lec tro n ic,  re n e w a b le en e rg y   a n d   e lec tri c a m a c h in e .         H a r t a n t o   Pra b o w o   w a b o rn   in   S a m a rin d a ,   In d o n e sia ,   in   1 9 9 2 .   H e   re c e iv e d   th e   Ba c h e lo r’s  a n d   M a ste r’s d e g re e   in   El e c tri c a En g in e e rin g   f ro m   Un iv e r sitas   G a d jah   M a d a ,   Yo g y a k a rta,  In d o n e sia   in   2 0 1 4   a n d   2 0 1 5 ,   re sp e c ti v e l y .     His  re se a rc h   in tere sts  a re   p o w e s y ste m   a n d   p o w e r   e lec tro n ics   a p p li e d   in   re n e w a b le en e rg y   a n d   e lec tri c a m a c h in e s.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.