6. inverter
TRANSCRIPT
-
7/30/2019 6. Inverter
1/27
Ir. Nyoman Udhi, MSi 1
KONVERTER DC KE AC(INVERTER)
MODUL 6
Leteratur :
Muhammad H. Rashid Power El ectroni cs, Circui ts, devices, and Applications, Prentice Hall,
Second Edition, 1993, Chapter 10,
-
7/30/2019 6. Inverter
2/27
Ir. Nyoman Udhi, MSi 2
TUJUAN PEMBELAJARANPada akhir pertemuan ini diharapkan mahasiswa dapat :
Memperoleh gambaran umum tentang prinsip dasar
inverter.
Memahami tentang inverter fase-tunggal dengan
rangkaian jembatan beban resistif.
Memahami tentang inverter fase-tunggal dengan
rangkaian jembatan beban resistif, induktif, dan
kapasitif.
Memperoleh gambaran umum tentang inverter 3
fase.
-
7/30/2019 6. Inverter
3/27
Ir. Nyoman Udhi, MSi3
PRINSIP DASAR INVERTERGambar berikut ini adalah Inverter setengah jembatan fase-tunggal(single- phase half bridge inverter) dengan beban R.
Prinsip kerja :
(1) TiristorT1 forward bias, diode D1 reverse bias. Bila T1 diberitegangan picu, maka T1 akan ON (conduct) dan menghasilkanarus beban dengan arah dari titik b ke titik a, sehingga b (+) dana (-). Rangkaian ekivalen dari periode ini ditunjukkan dalam
gambar berikut ini.
-
7/30/2019 6. Inverter
4/27
Ir. Nyoman Udhi, MSi 4
(2) TiristorT2 forward bias, diode D2 reverse bias. Bila T2 diberitegangan picu, maka T2 akan ON (conduct) dan menghasilkanarus beban dengan arah dari titik a ke titik b, sehingga a (+) danb (-). Rangkaian ekivalen dari periode ini ditunjukkan dalamgambar berikut ini.
Note :(1) Tiristor yang digunakan adalah forced commutated tyristoryaitu
tiristor yang menggunakan rangkaian tambahan untuk memutushubungan (turn off) tiristor.
(2) Siklus (periode) gelombang keluaran ditentukan oleh waktu picutiristorT
1
dan T2
.
(3) Ketika diode D1 dan D2 ON (bila diberi beban induktif yangbesar), maka energi dikembalikan ke sumber, sehingga diode inidikenal sebagai diode umpan-balik.
(4) Selain tiristor juga dapat digunakan berbagai transistor sepertiBJT, MOSFET, GTO, dsb. tergantung pada kebutuhan pemakaian.
-
7/30/2019 6. Inverter
5/27
Ir. Nyoman Udhi, MSi 5
Bentuk gelombang arus-arus tiristor dan gelombang tegangankeluaran (beban) ditunjukkan dalam gambar berikut ini.
-
7/30/2019 6. Inverter
6/27
Ir. Nyoman Udhi, MSi 6
Bila diberi beban induktif yang besar, maka akan menghasilkanarus beban seperti ditunjukkan dalam gambar berikut ini.
(1) Ketika T1 ON, maka beban (induktif) akan termuati dan padasaat tegangan picu T1 dihentikan T1 OFF beban akanmelepas muatannya umpan balik ke sumber tegangan Vsdiode D2 forward bias (ON) arus mengalir melalui diode D2kembali ke beban hingga arus beban nol.
(2) Pada siklus berikutnya T2 ON, arus mengalir dalam arah yangberlawanan dan beban (induktif) akan termuati. Pada saattegangan picu T2 dihentikanT2 (OFF) beban akan melepasmuatannya diode D1 forward bias (ON) arus beban mengalirmelalui diode D1 umpan balik ke sumber tegangan Vs kembali ke beban hingga arus beban nol.
-
7/30/2019 6. Inverter
7/27
Ir. Nyoman Udhi, MSi 7
Parameter-parameter performansi untuk rangkaianinverter setengah jembatan :Tegangan keluaran efektif :
Tegangan keluaran sesaat dapat dinyatakan dalam deret Forriersebagai berikut :
di mana w = 2pfo adalah frekuensi fundamental tegangan keluarandalam rad/s.
Tegangan keluaran efektif pada frekuensi fundamental (nilai vountuk n= 1) :
-
7/30/2019 6. Inverter
8/27
Ir. Nyoman Udhi, MSi 8
Arus keluaran sesaat untuk beban RL dapat dinyatakan sebagaiberikut :
di mana :
Arus keluaran efektif pada frekuensi fundamental (nilai iountuk n=1) untuk beban RL:
Daya keluaran fundamental (untuk n= 1) :
-
7/30/2019 6. Inverter
9/27
Ir. Nyoman Udhi, MSi 9
Faktor harmonik ke n(harmonic factor of nthharmonic, HFn:
di mana V1 adalah komponen fundamental nilai efektif dan Vnadalah nilai efektif komponen harmonik ke n.
Tegangan harmonik efektif (rms harmonic voltage, Vh):
Distorsi harmonik total ke n(total harmonic distortion, THD):
-
7/30/2019 6. Inverter
10/27
Ir. Nyoman Udhi, MSi 10
Contoh soal 1 :Suatu rangkaian Inverter setengah jembatan fase-tunggal (single-phase half bridge inverter) dengan beban R= 2,4 W dan disuplai dengantegangan masukan Vs = 48 V. Tentukan (a) tegangan keluaran efektifpada frekuensi fundamental V1, (b) daya keluaran Po, (c) aruspuncak dan arus rata-rata setiap tiristor, (d) tegangan pemblokkanbalik puncak (peak reverse blocking voltage) setiap tiristor VBR,dan (e) distorsi harmonik total THD.
Penyelesaian : Vs = 48 V dan R= 2,4 W(a) Tegangan keluaran efektif pada frekuensi fundamental V1 :
(b) Daya keluaran Po dapat ditentukan sebagai berikut :
(c) Arus puncak tiristor :
-
7/30/2019 6. Inverter
11/27
Ir. Nyoman Udhi, MSi 11
(d) Tegangan pemblokkan balik puncak (peak reverse blocking
voltage) setiap tiristor:
Karena setiap tiristor terhubung (ON) dalam siklus kerja 50 %,maka arus rata-rata tiristor :
(e) Distorsi harmonik total THD:
-
7/30/2019 6. Inverter
12/27
Ir. Nyoman Udhi, MSi 12
INVERTER JEMBATAN PENUH FASE-TUNGGALDENGAN BEBAN RSuatu inverter jembatan penuh fase-tunggal ditunjukkan dalam
gambar di bawah ini. Jika tiristorT1 dan T2 menghantar setengahperiode dan T3 dan T4 menghantar setengah periode yang lain,
maka tegangan keluarannya akan berbentuk tegangan bolak-balik.
Tegangan keluaran dapat dikontrol dengan berbagai waktu picu
tiristor.
-
7/30/2019 6. Inverter
13/27
Ir. Nyoman Udhi, MSi 13
Prinsip kerja :
(1) Semua tiristor T1, T2, T3, dan T4, forward bias, dan semua
diode D1, D2, D3, dan D4 reverse bias. Bila pada kondisi ini
tiristorT1 dan T2 diberi tegangan picu, maka tiristorT1 dan T2
akan ON (conduct) dan tiristorT3 dan T4 tetap OFF, sehingga
arus mengalir dari tegangan sumberVsT1 beban R T2 dan
kembali ke Vs, seperti ditunjukkan dalam gambar berikut ini.
-
7/30/2019 6. Inverter
14/27
Ir. Nyoman Udhi, MSi 14
(2) Pada siklus berikutnya, setelah tegangan picu T1 dan T2
dihentikan, maka kedua tiristor tersebut OFF. Selanjutnya
tiristorT3 dan T4 diberi tegangan picu, sehingga ON (conduct),
maka arus mengalir dari tegangan sumberVsT3 beban R
T4 dan kembali ke Vs, seperti ditunjukkan dalam gambar berikut
ini.
` Note : tiristor yang digunakan adalah forced commutated
tyristor sehingga tiristor tersebut dapat diputus (turn off)
dengan mengendalikan tegangan picu.
-
7/30/2019 6. Inverter
15/27
Ir. Nyoman Udhi, MSi 15
Bentuk gelombang arus-arus tiristor dan gelombang tegangankeluaran (beban) ditunjukkan dalam gambar berikut ini.
-
7/30/2019 6. Inverter
16/27
Ir. Nyoman Udhi, MSi 16
Bila diberi beban induktif yang besar, maka akan menghasilkanarus beban seperti ditunjukkan dalam gambar berikut ini.
(1) Ketika T1
& T2
ON, maka beban (induktif) akan termuati danpada saat tegangan picu T1 & T2 dihentikan T1 & T2 OFF beban akan melepas muatannya diode D3 forward bias (ON) arus beban mengalir melalui diode D3 umpan balik ke sumbertegangan Vs diode D4 forward bias (ON) arus mengalirmelalui diode D4 kembali ke beban hingga arus beban nol.
(2) Pada siklus berikutnya T3 & T4 ON, arus mengalir dalam arah
yang berlawanan dan beban (induktif) akan termuati. Pada saattegangan picu T3 & T4 dihentikanT3 & T4 (OFF) beban akanmelepas muatannya diode D1 forward bias (ON) arus bebanmengalir melalui diode D1 umpan balik ke sumber tegangan Vs diode D2 forward bias (ON) arus mengalir melalui diode D2kembali ke beban hingga arus beban nol.
-
7/30/2019 6. Inverter
17/27
Ir. Nyoman Udhi, MSi 17
Parameter-parameter performansi untuk rangkaianinverter jembatan :Tegangan keluaran efektif :
Tegangan keluaran sesaat dapat dinyatakan dalam deret Forriersebagai berikut :
Tegangan keluaran efektif pada frekuensi fundamental (nilai vountuk n= 1) :
Arus keluaran sesaat untuk beban RL dapat dinyatakan sebagaiberikut :
-
7/30/2019 6. Inverter
18/27
Ir. Nyoman Udhi, MSi 18
Contoh soal 2 :Suatu rangkaian Inverter jembatan fase-tunggal (single-phase bridgeinverter) dengan beban R = 2,4 W dan disuplai dengan teganganmasukan Vs = 48 V. Tentukan (a) tegangan keluaran efektif padafrekuensi fundamental V
1
, (b) daya keluaran Po, (c) arus puncakdan arus rata-rata setiap tiristor, (d) tegangan pemblokkan balikpuncak (peak reverse blocking voltage) setiap tiristorVBR, dan (e)distorsi harmonik total THD.
Penyelesaian : Vs = 48 V dan R= 2,4 W(a) Tegangan keluaran efektif pada frekuensi fundamental V1 :
(b) Daya keluaran Po dapat ditentukan sebagai berikut :
(c) Arus puncak tiristor :
-
7/30/2019 6. Inverter
19/27
Ir. Nyoman Udhi, MSi 19
(d) Tegangan pemblokkan balik puncak (peak reverse blocking
voltage) setiap tiristor:
Karena setiap tiristor terhubung (ON) dalam siklus kerja 50 %,maka arus rata-rata tiristor :
(e) Distorsi harmonik total THD:
-
7/30/2019 6. Inverter
20/27
Ir. Nyoman Udhi, MSi 20
Contoh soal 3 :Suatu rangkaian Inverter jembatan fase-tunggal (single-phase bridgeinverter) memiliki beban RLCdengan R= 10 W, L= 31,5 mH, dan C=112 mF, Frekuensi inverter, fo = 60 Hz dan tegangan masukan dc Vs =220 V. (a) nyatakan arus beban sesaat dalam deret Forrier. Hitung
(b) arus beban efektif pada frekuensi fundamental, Io1; (c) arusbeban puncak; (d) arus beban harmonik efektif; (e) distorsiharmonis total (total harmonic distortion, THD ) arus beban; (f)daya yang diserap oleh beban Po dan daya fundamental Po1; (g)arus suplai dc rata-rata, Is; dan (h) arus puncak dan arus efektifsetiap tiristor.
Penyelesaian :Vs = 220 V, fo= 60 Hz, R= 10 W, L= 31,5 mH, dan C= 112 mF.
Reaktansi induktif untuk tegangan harmonik ke n:
Reaktansi kapasitif untuk tegangan harmonik ke n:
-
7/30/2019 6. Inverter
21/27
Ir. Nyoman Udhi, MSi 21
Impedansi untuk tegangan harmonik ke n:
Sudut faktor daya untuk tegangan harmonik ke n:
Tegangan beban sesaat dalam deret Forrier:
(a) Arus beban sesaat dalam deret Forrier:
-
7/30/2019 6. Inverter
22/27
Ir. Nyoman Udhi, MSi 22
(b) Arus beban efektif pada frekuensi fundamental:
(c) Arus beban puncak:
(d) Arus beban harmonik efektif:
(e) Distorsi harmonis total arus beban:
-
7/30/2019 6. Inverter
23/27
Ir. Nyoman Udhi, MSi 23
(f) Arus beban efektifIo:
Daya yang diserap oleh beban Po:
Daya fundamental Po1:
(g) Arus suplai dc rata-rata, Is:
(h) Arus puncak setiap tiristor :
Arus efektif setiap tiristor:
-
7/30/2019 6. Inverter
24/27
Ir. Nyoman Udhi, MSi 24
Setengah jembatan Jembatan penuh
Rangkuman rumus-rumus inverter fase tunggal beban R
dan dan
-
7/30/2019 6. Inverter
25/27
Ir. Nyoman Udhi, MSi 25
INVERTER TIGA-FASEInverter tiga fase umumnya digunakan untuk aplikasi daya tinggi.Konvigurasi inverter tiga fase dapat dibentuk dari tiga inverterfase-tunggal setengah jembatan yang dihubungkam paralel, sepertiditunjukkan dalam gambar di bawah ini.
Setiap inverter dari ke tiga inverter fase tunggal diberi signal gate(dipicu untuk tirister) masing-masing dengan beda fase 120o, untukmenghasilkan tegangan tiga-fase (fundamental) yang seimbang.Kumparan primer transformator harus diisolasi satu denganlainnya, sedangkan kumparan sekunder dapat dihubung wye ataudelta.
-
7/30/2019 6. Inverter
26/27
Ir. Nyoman Udhi, MSi 26
Kumparan sekunder umumnya dihubungkan wye untuk meng-eliminasi harmonik kelipatan 3 (n= 3, 6, 9, .) yang muncul padategangan keluaran dan rangkaiannya ditunjukkan dalam gambarberikut ini.
-
7/30/2019 6. Inverter
27/27
Ir. Nyoman Udhi, MSi 27
Soal Latihan :1. Suatu rangkaian Inverter setengah jembatan fase-tunggal (single-
phase half bridge inverter) dengan beban R = 4 W dan disuplaidengan tegangan masukan Vs = 24 V. Tentukan (a) tegangankeluaran efektif pada frekuensi fundamental V1, (b) daya
keluaran Po, (c) arus puncak dan arus rata-rata setiap tiristor, (d)tegangan pemblokkan balik puncak (peak reverse blockingvoltage) setiap tiristorVBR, dan (e) distorsi harmonik total THD.
2. Suatu rangkaian Inverter jembatan fase-tunggal (single-phasebridge inverter) dengan beban R = 4 W dan disuplai dengantegangan masukan Vs = 24 V. Tentukan (a) tegangan keluaranefektif pada frekuensi fundamental V1, (b) daya keluaran Po, (c)
arus puncak dan arus rata-rata setiap tiristor, (d) teganganpemblokkan balik puncak (peak reverse blocking voltage) setiaptiristorVBR, dan (e) distorsi harmonik total THD.
3. Suatu rangkaian Inverter jembatan fase-tunggal (single-phasebridge inverter) memiliki beban RLCdengan R = 12,5 W, L = 40mH, dan C= 100 mF, Frekuensi inverter, fo = 60 Hz dan teganganmasukan dc Vs = 115 V. (a) nyatakan arus beban sesaat dalamderet Forrier. Hitung (b) arus beban efektif pada frekuensifundamental, Io1; (c) arus beban puncak; (d) arus beban harmonikefektif; (e) distorsi harmonis total (total harmonic distortion, THD) arus beban; (f) daya yang diserap oleh beban Po dan dayafundamental Po1; (g) arus suplai dc rata-rata, Is; dan (h) aruspuncak dan arus efektif setiap tiristor.