BAB I

PENYEARAH DIODA 1 FASA

1.1 PENYEARAH SETENGAH GELOMBANG SATU FASA

Sebuah penyearah merupakan rangkaian yang mengkonversikan sinyal AC menjadi sinyal satu arah. Diode banyak digunakan pada penyearah. Penyearah setengah gelombang satu fasa merupakan jenis yang sederhana tetapi tidak biasa digunakan pada aplikasi industri. Namun demikian, penyearah ini berguna untuk memahami prinsip dari operasi penyearah. Diagram rangkaian dengan beban resistif ditunjukkan pada Gamhar 1.2a. Selama tegangan masukan memiliki siklus setengah positif, diode D1 berkonduksi dan tegangan masukan muncul melalui beban. Selama tegangan masukan memiliki siklus setengah negatif, diode pada kondisi tertahan (blocking condition) dan tegangan keluarannya nol. Bentuk gelombang untuk tegangan masukan dan keluaran. PARAMETER UNJUK KINERJA

Meskipun tegangan masukan adalah DC. bentuknya tidak kontinyu dan mengandung barmrmis. Penyearah merupakan prosesor daya yang memberikan tegangan keluaran dc dengan yang mengandung jumlah harmonis yang minimum. Pada saat yang sama, terkadang penyearah ini memiliki arus masukan sinusoidal yang sefasa dengan tegangan masukan sehingga faktor dayanya mendekati satu. Kualitas pemrosesan daya penyearah memerlukan arus masukan, tegangan keluaran, dan arus keluaran dengan kandungan harmonis yang pasti. Kita dapat menggunakan ekspansi deret Fourier untuk menentukan besarnya harmonis yang ada pada arus dan tegangan. Ada beberapa macam jenis rangkaian penyearah dan kinerja biasanya dihitung dengan parameter-parameter sebagai berikut:

Nilai rata-rata tegangan keluaran (beban). VdcNilai rata-rata arus keluaran (beban), Idc Keluaran daya dc.

Pdc = VdcIdc Nilai rms tegangan keluaran, Vrms Nilai rms arus keluaran, Irms Keluaran daya ac.

Pac = VrmsIrms Efisiensi (rectification ratio) sebuah penyearah, yang merupakan contoh untuk membandingkan efisiensi, yang didefinisikan sebagai :

( =

Tegangan keluaran dapat dikatakan sebagai gabungan dua buah komponen: (1) nilai dc, dan (2) komponen ac atau ripple.

Nilai efektif (rms) komponen ac tegangan keluaran adalah

Vac =

Faktor Bentuk (form factor) yang mengukur bentuk tegangan keluaran adalah

FF =

Faktor ripple (ripple factor) yang mengukur kandungan ripple, didefinisikan sebagai :

RF =

Dengan mensubtitusi Persamaan (3-45) ke dalam Persamaan (3-47) maka faktor ripple dapat dinyatakan sebagai (3-48)

RF =

Faklon kegunaan trafo (transformer utilization factor) didefinisikan

TUF =

Gambar 1-1. Bentuk gelombang tegangan dan arus masukan

dengan Vr dan Is adalah tegangan rms dan arus rms trafo sekunder. Sekarang marl kita perhatikan bentuk gelombang pada Gambar 1, dengan s adalah tegangan masukan sinusoidal, Is arus masukan instantaneous, dan adalah komponen fundamentalnya

Jika 4 adalah sudut yang dibentuk antara komponen fundamental arus dan tegangan masukan, dan sudut disebut displacement angle, maka faktor displacement didefinisikan

DF = cos (

Faktor harmonis (harmonic factor) arus masukan didefinisikan

HF =

dengan Is1 adalah komponen fundamental arus masukan Is. Kedua Is1 dan Is dinyatakan dalam rms. Faktor daya masukan didefinisikanPF =

Crest Factor CF, yang mengukur arus masukan puncak Is (puncak) yang dibandingkan dengan nilai rmsnya Is digunakan untuk menspesifikasi rating arus puncak komponen dan divais. CF untuk arus masukan didefinisikan olehCF =

Catatan

1. Faktor harmonis HF adalah ukuran distorsi bentuk gelombang dan biasanya disebut total harmonic distortions (THD).

2. Bila arus masukan berupa sinusoidal murni, Is1 = Is dan faktor daya PF sama dengan faktor displacement DE Sudut displacement ( menjadi sudut impedansi ( = tan -1 (wL/R) untuk beban RL.

3. Faktor displacement DF sering disebut pula displacement power factor (DPF).

4. Penyearah ideal memiliki ( = 100%, Vac = 0, RF = 0, TUF = 1, HF = THD = 0, dan PF = DPF = 1. Contoh :Penyearah seperti pada Gambar 1.2 memiliki beban resistif murni R. Tentukan (a) efisiensi, (b) faktor bentuk, (c) faktor ripple. (d) faktor kegunaan trafo, (e) tegangan balik puncak (PIV) diode D1, dan (f) CF untuk arus masukan.

Penyelesaian Tegangan keluaran rata-rata Vac, didefinisikanVac =

Kita dapat melihat dari Gambar 1.2b bahwa vL(t) = 0 untuk T/2 ( t ( T. Maka kita dapatkanVdc =

Karena sumher mempunyai frekuensi f= 1/T dan = 2f, maka

Vdc =

Idc =

Nilai root-mean-square (rms) bentuk gelombang periodik didefinisikan sebagaiVrms =

Untuk tegangan sinusoidal L(t) = Vm sin t untuk 0 ( t ( T/2, nilai rms tegangan keluaranVrms =

Dari Persamaan (3-42), Pdc. = (0,318 Vm)2/R, dan dari Persamaan (3-43), Pac (0,5Vm)2/R.

a. Dari Persamaan, efisiensi = (0,3181Vm)2/(0.5Vm)2 = 40,5%

b. Dari Persamaan, faktor bentuk FF = 0,5Vm/ 0.318Vm = 1,57 atau 157%

c. Dari Persamaan, faktor ripple RF= = 1,21 atau 121% d. Tegangan rms trafo sekunder adalahVs =

Nilai rms trafo sekunder sama dengan nilai rms arusnya.

Is =

Rating volt-ampere (VA) trafo. VA = VsIs = 0,707Vm x 0.5 Vm/R.

Dari Persamaan (3.49) TUF = Pdc/(VsIs) = 0,3182/(0,707 x 0,5) = 0,286.

e. Tegangan balik puncak PIV = Vm,f. Is(peak) = Vm/R dan Is = 0.5Vm/R. Crest factor CF arus masukan adalah CF = Is(peak)/Is = 1/0.5 = 2.

Catatan. 1/TUF = 1/0.286 = 3,496 menyatakan bahwa trafo harus lebih besar 3,496 kali pada saat digunakan untuk mengirim daya dari tegangan sumber ac murni. Penyearah ini memiliki faktor ripple yang tinggi 121%. efisiensi yang rendah. 40.5% dan TUF yang buruk, 0.286. Sebagai tambahan, trafo harus membawa arus dc, dan ini menghasilkan masalah kejenuhan pada inti trafo.

Sekarang kita perhatikan rangkaian dengan beban RL seperti pada Gambar 1.2b. Adanya beban induktif menyebabkan periode konduksi diode D1 bertambah hingga melebihi 180o sampai arusnya menjadi nol pada (t = ( + (. Bentuk gelombang untuk arus dan tegangan ditunjukkan pada Gambar 1.2b. Perlu dicatat bahwa tegangan rata-rata VL induktor adalah nol dan tegangan keluaran rata-rata adalahVDC =

=

Arus beban rata-rata adalah Idc = Vdc/R.

Dapat diketahui dari Persamaan bahwa tegangan (dan arus) rata-rata dapat ditingkatkan dengan membuat ( = 0. Hal ini dimungkinkan dengan menambahkan diode freewheeling Dm seperti terlihat pada Gambar 1.2a yang ditunjukkan dengan garis putus-putus. Adanya diode ini akan mencegah munculnya tegangan negatif pada beban; sehingga energi magnetik akan meningkat. Pada t = t1 = (/w, arus dari diode D1 dipindahkan ke Dm. Proses ini discbut komutasi pada diode. Bentuk gelombangnyaditunjukkan pada Gambar 1.2c.

Gambar 1-2 Penyearah setengah gelombang dengan beban R dan RL. Bergantung pada konstanta waktu beban, arus beban dapat tidak kontinyu. Arus beban iL menjadi tidak kontinyu bila ada beban resistif dan akan kontinyu dengan beban induktif. Kekontinyuan arus beban akan bergantung pada konstanta waktunya yaitu ( = (L/R.1.2 PENYEARAH GELOMBANG PENUH SATU FASA

Rangkaian penyearah gelombang penuh dengan trafo tap tengah ditunjukkan pada Gambar 2.1a. Tiap bagian trafo dengan diode yang berhubungan berfungsi sebagai penyearah setengah gelombang. Keluaran penyearah gelombang penuh ditunjukkan pada Gambar 2.1b. Karena tidak ada arus dc yang mengalir melalui trafo maka tidak ada masalah saturasi dc pada inti trafo. Tegangan keluaran rata-rata adalah

Vdc =

Selain menggunakan trafo tap tengah, kits dapat menggunakan empat buah diode seperti pada Gambar 2.2a. Selama tegangan masukan mengalami siklus setengah positif, daya disuplai ke beban melalui diode D1 dan D2. Pada saat siklus negatif, diode D3 dan D4 yang konduksi. Bentuk gelombang untuk tegangan keluaran ditunjukkan pada Gambar 2.2b yang serupa dengan Gambar 2.1b. Tegangan balik puncak diode hanya Vm. Rangkaian ini dikenal sebagai jembatan penyearah (bridge rectifier), dan sangat sering digunakan pada aplikasi industri.

Gambar 2-1. Penyearah gelombang penuh dengan trafo tap tengahContoh :Bila penyearah pada Gambar 2.1a memiliki beban resistif mumi R, tentukan (a) efisiensi, (b) faktor bentuk, (c) faktor ripple. (d) faktor kegunaan trafo, (e) tegangan puncak balik (P1V) diode D1, dan (f) CF arus masukan. Penyelesaian dari Persamaan diperoleh tegangan keluaran adalah:Vdc =

dan arus beban rata-rata adalahIdc =

Nilai rms tegangan keluaran adalahVrms =

Irms =

Dari Persamaan, Pdc = (0,6366Vm)2/R, dan dari Persamaan (3-43) Pac = (0,707Vm)2/R

(a) Dari Persamaan, efisiensi ( = (0,6366Vm)2/(0,707Vm)2 = 81%.(b) Dari Persamaan, faktor bentuk FF = 0,707Vm/0.6366Vm = 1,11.

(c) Dari Persamaan, faktor ripple RF = = 0,482 atau 48,2%.

(d) Tegangan rms trafo sekunder Vs = Vm/ = 0,707 Vm,Nilai arus rms trafo sekunder Is = 0.5Vm/R. Rating volt-ampere (VA) trafo, VA = 2VsIs = 2 x 0,707Vm x 0.5Vm/R. Dari Persamaan:TUF = = 0,5732 = 57,32%

(e) Tegangan balik puncak, PIV = 2 Vm(f) Is(puncak) = Vm/R dan Is = 0,707Vm/R. Crest Factor (CF) arus masukan adalah CF = Is(puncak) / Is = 1/0,707 =

Catatan: Unjuk kinerja penyearah gelombang penuh sangat meningkat bila dibandingkan sistem penyearah setengah gelombang.

Gambar 2-2 Jembatan penyearah gelombang penuh.BAB II

PENYEARAH DIODA 3 FASA

2.1 PENYEARAH BINTANG FASA BANYAK

Kita melihat pada Gambar 2-1 bahwa tegangan keluaran rata-rata yang dapat diperoleh melalui penyearah gelombang penuh satu fasa adalah 0,6366Vm dan penyearah-penyearah digunakan pada aplikasi dengan daya di alas 15 kW. Untuk keluaran daya yang lebih besar, banyak digunakan penyearah fasa banyak dan tiga fasa . Tegangan keluaran menunjukkan bahwa keluaran tersebut mengandung harmonis dan frekuensi komponen fundamentalnya adalah dua kali frekuensi sumber (2f) Pada prakteknya, filter digunakan untuk mengurangi tingkat harmonis pada beban; dan ukuran filter berkurang seiring dengan meningkatnya frekuensi harmonis. Selain itu, penyearah fasa banyak yang memiliki keluaran daya lebih besar, frekuensi fundamental harmonisnya juga meningkat sebesar q kali frekuensi sumbernya (qf). Penyearah ini disebut pula penyearah bintang.

Rangkaian penyearah pada Gambar 2-1a dapat diperluas menjadi fasa banyak dengan menambahkan kumparan fasa banyak pada trafo sekunder seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3-1a. Rangkaian ini dapat diperhitungkaa sebagai penyearah setengah gelombang satu fasa q dan dapat digolongkan sebagai jenis satu fasa: Diode ke-k akan konduksi selama periode pada saat tegangan fasa ke-k lebih besar dibandingkan dengan fasa lainnya. Bentuk gelombang untuk arus dan tegangan ditunjukkan pada Gambar 3-1b. Waktu konduksi tiap diode adalah 2(/q.

Dapat diperhatikan dari Gambar 3-1b bahwa arus yang mengalir pada kumparan sekunder adalah unidirectional dan mengandung komponen dc. Hanya kumparan sekunder yang membawa arus pada saat tertentu. Maka, kumparan primer harus dihubungkan secara delta untuk menghilangkan komponen dc pada bagian masukan trafo. Hal ini mengurangi kandungan harmonis arus line primer.

Dengan mengasumsikan bentuk gelombang kosinus dari (/q ke 2(/q, tegangan keluaran untuk penyearah fasa ke q diberikan

Vdc =

Vrms =

= Vm

Bila beban adalah resistif murni, arus puncak yang melalui diode adalah Im = Vm/R dan kita dapat menentukan nilai arus rms diode (atau arus sekunder trafo) yaitu :Is =

= Im

Gambar 2-1 Penyearah banyak fasa

Contoh :

Penyearah bintang fasa banyak memiliki beban resistif mumi yaitu R ohm. Tentukan (a) efisiensi, (b) faktor daya, (c) faktor ripple, (d) faktor kegunaan trafo. (e) tegangan balik puncak (PIV) tiap diode, dan (f) arus puncak yang melalui diode bila penyearah mengirim arus Idc = 30 A pada tegangan keluaran Vdc = 140 V.

Penyelesaian Untuk penyearah fasa banyak q = 3 pada Persamaan-persamaan sbb:(a) Dari Persamaan, Vdc = 0.827Vm dan Idc = 0,827 Vm/R. Dari Persamaan, Vrms = 0,84068 Vm dan Irms = 0.84068Vm/R. Dari Persamaan, Pdc = (0.827Vm)2/R. dari Persamaan, Pac = (0,84068Vm)2/R. dan dari Persamaan (3-44) efisiensi adalah :

( = = 96,77%

(b) Dari Persamaan, faktor bentuk FF = 0,84068/0,827 = 1,0165 atau 101,65%.

(c) Dari Persamaan, faktor ripple RF = = 0,1824 = 18,245%

(d) Dari Persamaan, tegangan rms trafo sekunder, Vs = 0.707Vm, Dari Persamaan arus rms untuk trafo sekunder,

Is = 0,4854Im =

rating volt-ampere (VA) trafo untuk q = 3 adalah

VA = 3VsIs = 3 x 0,707Vm x

Dari Persamaan,TUF = = 0,6643

(e) tegangan balik puncak tiap diode lama dengan nilai puncak tegangan sekunder line ke line. Rangkaian tiga fasa dibahas ulang pada Lampiran A. Tegangan line ke line adalah kali tegangan fasa sehingga PIV = Vm,

(f) Id =

Untuk q = 3, Id = 0,2757Im, arus rata-rata yang melalui tiap diode adalah Id = 30/3 = 10 A dan ini memberikan arus puncak Im = 36,27 A.

2.2. JEMBATAN PENYEARAH TIGA FASA

Jembatan penyearah tiga fasa biasa digunakan pada aplikasi dengan menggunakan daya tinggi seperti ditunjukkn pada Gambar 2-2a. Ini adalah penyearah gelombang penuh, yang dapat dioperasikan dengan atau tanpa trafo dan memberikan enam pulsa ripple pada tegangan keluaran. Diode-diode dinomori berdasarkan urutan konduksi dan tin sudut untuk tiap konduksinya adalah 1200. Urutan konduksi untuk diode adalah 12, 23, 34. 45, 56, dan 61. Pasanga diode yang dihubungkan di antara pasangan jalur sumber memiliki jumlah tegangan line ke line instantaneous tertinggi akan konduksi. Tegangan line ke line adalah kali tegangan fasa sumber tiga fasa yang terhubung wye. Bentuk gelombang dan waktu konduksi diode ditunjukkan pada Gambar 2-2b.

Bentuk tegangan keluaran rata-rata ditentukan dariVdc =

= = 1,654 Vm

dengan Vm adalah tegangan fasa puncak. Tegangan-keluaran rms adalah

Vrms =

=

Bila beban murni resistif, arus puncak yang melalui diode adalah Im = Vm/R dan nilai rms arus diode adalah

Vr =

Ir = Im

= 0,7804Im dan nilai rms arus sekunder trafo

Is =

Ir = Im

= 0,7804Im

dengan Im adalah arus puncak line sekunder.

Gambar 2-2 Jembatan penyearah tiga fasaContoh :Sebuah jembatan penyearah tiga fasa memiliki beban resistif R. Tentukan (a) efisiernsi, (b) faktor bentuk, (c) faktor ripple, (d) faktor kegunaaan trafo. (e) tegangan balik puncak (PIV) tiap diode, dan (t) arus puncak yang melalui diode bila penyearah mengirim Idc = 60 A pada tegangan keluaran Vdc - ( = 280,7 V dan frekuensi sumber adalah 60 Hz.

Penyelesaian (a) Dari Persamaan, Vdc = 1,654V, dan Idc = ,654Vm/R. Dari Persamaan (3-78). Vrms = 1,6554Vm dan Irms = 1,6554Vm/R. Dari Persamaan (3-42). Pdc = (1,654Vm)2/R, dari Persamaan (3-43). Pdc = (1,6554Vm)2/R, dan dari Persamaan (3-44) efisiensi adalah :( = = 99,83%

(b) Dari Persamaan, faktor bentuk FF = 1,6554/1,654 = 1,0008 atau 100,08%.

(c) Dari Persamaan, faktor ripple RF = = 0,04 = 4%

(d) Dari Persamaan, tegangan rms trafo sekunder, Vs = 0.707Vm.Dari Persamaan, arus rms trafo sekunder

Is = 0,78041 Im = 0,7804 x

rating volt-ampere (VA) trafo untuk q = 3 adalah

VA = 3 x 0,707Vm x 0,7804 x

Dari Persamaan,TUF = = 0,942(e) Dari Persamaan, tegangan line ke netral adalah Vm = 280,7/1,654 = 169,7V. Tegangan balik puncak diode lama dengan nilai puncak tegangan sekunder line ke line, PIV = Vm = x 169,7 = 293,9V(f) Arus rata-rata yang melalui tiga diode adalah

Id = = 0,3183 Im

arus rata-rata yang melalui tiap diode adalah Id = 60/3 = 20 A, maka arus puncak adalah Im = 20/0,3183 = 62,83 A.

CatatanPenyearah ini memiliki performansi yang meningkat bila dibandingkan dengan yang dimiliki penyearah fasa banyak pada Gambar 2-1 dengan enam pulsa.

BAB III

PENYEARAH TERKENDALI 1 FASA(KONVERTER THYRISTOR)

3.1 PENDAHULUAN

Kita telah dapat melihat pada Bab II hahwa penyearah diode akan menghasilkan hanya tegangan keluaran yang tetap. Diode tidak digunakan untuk dapat menghasilkan tegangan keluaran yang terkendali melainkan pengendalian fast thyristor. Tegangan keluaran penyearah thyristor bervariasi bergantung pada sudut penyalaan dari thyristor. Thyristor yang dikendalikan fasanya dinyalakan dengan memberikan suatu pulsa pendek pada gerbangnya dan dimatikan melalui komutasi natural atau komutasi line; dan pada kasus dengan beban yang sangat induktif, thyristor dimatikan dengan menyalakan thyristor lain pada penyearah pada setengah masa negatif tegangan masukan.

Penyearah thyristor fasa terkendali merupakan penyearah yang sederhana dan lebih murah dan efisiensi dari penyearah ini secara umum berada di atas 95%. Karena penyearah-penyearah ini mengkonversi dari tegangan ac ke dc, penyearah ini dikenal sebagai konverter ac-dc dan digunakan secara instensif pada aplikasi-aplikasi industri, terutama pada variabel-speed drives, yang meneakup level daya dari fraksional tenaga kuda hingga mega watt.Konverter dengan fasa terkendali dapat diklasifikasikan pada dua tipe, bergantung pada suplai masukan; (1) konverter satu fasa, dan (2) konverter tiga fasa. Setiap tipe dapat dibagi lagi menjadi (a) semikonverter; (b) konverter penuh, dan (e) dual konveeter. Semikonverter merupakan konverter satu kuadran dan hanya memiliki satu polaritas tegangan dan arus keluaran. Konverter penuh merupakan konverter dua kuadran yang dapat memiliki tegangan keluaran baik positif dan negatif. Akan tetapi keluaran arus dari konverter hanya dapat, berharga positif. Dua konverter akan beroperasi pada empat kuadran yang dapat menghasilkan tegangan dan arus keluaran berharga positif maupun negatif. Pada banyak aplikasi. Konverter-konverter dapat dihubungkan secara seri agar dapat beroperasi pada tegangan yang lebih tinggi serta meningkatkan faktor daya masukan.

Metoda Beret Fourier yang lama dengan penyearah diode dapat diaplikasikan untuk menganalisis kinerja dari konverter dengan fasa terkendali dengan beban RL. Akan tetapi untuk menyederhanakan anafasa, beban induktif dapat diasumsikan cukup tinggi sehingga arus beban akan bersifat kontinyu dan memiliki ripple yang dapat diabaikan.3-2 PRINSIP OPERASI KONVERTER THYRISTOR

Perhatikan rangkaian Gambar 3-1 a dengan beban resistif. Selama setengah siklus positif dari tegangan masukan anode thyristor relatif positif terhadap katode sehingga thyristor disebut terbias-maju. Ketika thyristor Ti dinyalakan pada (t = (, thyristor Ti akan tersambung dan tegangan masukan akan muncul di beban. Ketika tegangan masukan mulai negatif pada (t = (, anode thyristor akan negatif terhadap katodenya dan thyristor Ti akan disebut terbias-mundur: dan dimatikan. Waktu setelah tegangan masukan mulai positif hingga thyristor dinyalakan pada u,t -= a disebut sudut delay atau sudut penyalaan (.

Gambar 3-1b memperlihatkan daerah operasi dari konverter, dengan tegangan dan arus keluaran memiliki polaritas tunggal. Gambar 3-lc memperlihatkan bentuk gelombang tegangan masukan, tegangan keluaran arus beban dan tegangan sepanjang thyristor Ti. Konverter ini tidak biasa digunakan pada aplikasi industri karena keluarnya memiliki ripple yang tinggi dan frekuensi ripple rendah. Jika fs merupakan frekuensi dari suplai masukan, komponen frekuensi terendah pada tegangan ripple keluaran akan fs .juga.

Gambar 3-1 Konverter thyristor satu fasa dengan beban resistif.Jika Vm merupakan puncak tegangan masukan, tegangan keluaran rata-rata Vdc dapat diperoleh dari Vdc =

=

dan Vde dapat bervariasi dari Vm/( hingga 0 dengan mengubah-ubah a antara 0 hingga (. Tegangan keluaran rata-rata akan menjadi maksimum bila ( = 0 dan tegangan keluaran maksimum Vdm akan menjadi

Vdm =

Normatisasi tegangan keluaran terhadap Vdm,, diperoleh tegangan keluaran ternormatisasi menjadi

Vn =

Tegangan keluaran-rms diberikan olehVrms =

=

3.3 SEMIKONVERTER SATU FASA

Pengaturan rangkaian dan semikonverter satu fasa diperlihatkan pada Gambar 3-2a dengan beban induksi tinggi. Arus beban diasumsikan kontinyu tanpa ripple. Selama setengah siklus positif, thyristor T1 terbias-maju. Ketika thyristor T1 dinyalakan pada (t = (, beban dihuhungkan dengan suplai masukan melalui T1 dan D2 selama periods ( ( (t ( (. Selama periode ( ( (t ( (( + (), tegangan masukan negatif dan diode freewheeling Dm terbias maju. Dm akan tersambung sehingga memberikan arus yang kontinyu pada beban induktif. Arus beban akan ditransfer dari T1 dan D2 ke Dm; dan thyristor T1 dan diode D2, dimatikan. Selama setengah siklus negatif tegangan masukan, thyristor T2 terbias maju dan menyalakan thyristor T2 pada (t = ( + ( akan mengakibatkan terbias mundur. Diode Dm dimatikan dan beban dihuhungkan ke suplai melalui T2 dan D1.

Gambar 3-2b memperlihatkan daerah operasi konverter, dengan kedua tegangan dan arus keluaran memiliki polaritas positif. Gambar 3-2c memperlihatkan bentuk gelombang tegangan masukan, tegangan keluaran, virus masukan dan arus yang melalui T1, T2, serta D1 dan D2. Konverter ini akan memiliki faktor daya yang lebih baik karena adanya diode free wheeling dan biasa digunakan pada aplikasi hingga 15 kW. Ketika operasi satu kuadran bisa digunakan. Tegangan keluaran rata-rata dapat ditentukan dariVdc =

=

dan Vdc. Dapat memvariasikan dar 2Vm/( hingga O dengan menguhah ( dari 0 sampai (. Tegangan rata-rata keluaran rnaksinium adalah Vdm = 2Vm/( dan tegangan keluaran rata-rata ternormatisasi adalahVn =

Tegangan keluaran rms didapatkan sebagai

Vrms =

=

Gambar 3.2 Semikonverter satu fasa

3-4 KONVERTER PENUH SATU FASA

Rangkaian untuk konverter penuh satu fasa diperlihatkan pada Gambar 3-3 dengan beban sangat induktif sehingga arus beban bersifat kontinyu dan tanpa ripple. Sepanjang setengah siklus positif, thyristor T1 dan T2 terbias maju dan ketika thyristor-thyristor ini dinyalakan secara bersamaan pada (t = (, beban akan terhubung ke suplai melalui T1 dan T2. Akibat beban yang bersifat induktif, thyristor T1 dan T2 akan terus tersambung saat waktu telah melewati (t = ( walaupun tegangan masukan telah negatif. Selama setengah siklus tegangan masukan negatif, thyristor dan T4 akan terbias-maju; dan penyalaan T3 dan T4 akan memberikan tegangan suplai sebagai tegangan bias mundur bagi T1 dan T2. T1 dan T2 akan dimatikan melalui komutasi line (komutasi natural) dan arus beban akan ditransfer dari T1 dan T2 ke T3 dan T4. Gambar 3-3b memperlihatkan daerah operasi konverter dan Gambar 3-3c yang memperlihatkan bentuk gelombang tegangan masukan, tegangan keluaran, dan arus masukan serta keluaran.

Selama periode dari ( ke (, tegangan masukan vs dan arus masukan is akan positif; daya akan mengalir dari catu ke beban. Saat itu konverter dikatakan berada pada mode operasi penyearahan. Selama periode dari ( ke ( + (, tegangan vs, akan negatif, sedangkan is akan positif: sehingga terdapat aliran daya balik dari beban ke suplai. Saat ini konventer disebut berada pada keadaan mode operasi inversi. Konverter jenis ini digunakan secara ekstensif pada banyak aplikasi industri sampai level daya 15 kW. Tergantung pada nilai (, tegangan keluaran rata-rata dapat positif ataupun negatif dan memberikan operasi pada dua kuadran.

Gambar 3-3 Konverter penuh satu fasa Tegangan keluaran rata-rata dapat ditentukan dariVdc =

=

dan Vdc dapat bervariasi dari 2Vm/( ke 2Vm/( dengan mengubah ( antara 0 sampai dengan (. Tegangan keluaran rata-rata maksimum adalah Vdm, = 2Vm/( dan tegangan keluaran rata-rata ternormatisasi adalahVn =

Nilai rms tegangan keluaran diberikan olehVrms =

=

Dengan beban yang resistif murni, thyristor T1 dan T2 akan tersambung dari ( ke (, dan thyristor T3 dan T4 akan tersambung dari ( + ( ke 2(. Tegangan keluaran sesaat akan sama dengan dada semikonverter di Gambar 3-2b. Persamaannya dapat diterapkan. untuk menentukan tegangan keluaran rata-rata dan rms.

BAB IV

PENYEARAH TERKENDALI 3 FASA

4-1 KONVERTER SETENGAH GELOMBANG TIGA FASA

Konverter tiga fasa akan memberikan tegangan keluaran rata-rata yang lebih tinggi dan juga frekuensi ripple dari tegangan keluaran juga akan lebih tinggi dari konverter tiga fasa. Akibatnya, kebutuhan proses filtering untuk menghaluskan arus beban dan tegangan beban akan lebih sederhana. Karena alasan tersebut, konverter tiga fasa digunakan secara ekstensif pada variable-speed drives dengan daya yang tinggi. Konverter setengah gelombang tiga fasa pada Gambar 3-la dapat dihubungkan. untuk membentuk konverter setengah gelombang tiga fasa seperti terlihat pada Gambar 4-1a.

Ketika thyristor T1 dinyalakan pada (t = (/6 + (, tegangan fasa van akan muncul sepanjange beban hingga thynstor T2 dinyalakan pada (t = 5(/6 + (. Ketika T2 dinyalakan, T1 akan terbias mundur. karena tegangan line to line, vab (= van vbn), akan negatif sehingga dimatikan. Tegangan fasa akan muncul sepanjang beban hingga thyristar T3, dinyalakan pada (t = 3(/2 + (. Ketika thryristor T3 dinyalakan. T2 akan dimatiktin dan vcn akan muncul pada beban hingga T1 dinyalakan kembali pada awal siklus selanjutnya. Gambar 4-1b memperlihatkan karakteristik v i; dari beban dan memperlihatkan bahwa konverter ini merupakan konverter dua kuadran. Gambar 5-7c memperlihatkan tegangan masukan, tegangan keluaran, dan arus yang melalui thyristor T1 untuk beban induktif yang tinggi. Untuk beban resistil dan ( ( (/6, arus beban akan tidak kontinyu dan setiap thyristor akan di-sell-commutated dengan polaritas dari tegangan fasanya dibalik. Frekuensi dari ripple tegangan keluaran adalah 3fs. Konverter ini tidakk biasa digunakan pada sisterm praktis, karena arus suplai mengandung komponen dc.

Jika tegangan fasa dari van = Vm sin (t, tegangan keluaran rata-rata dari arus beban kontinyu adalah

Vdc =

dengan Vm adalah tegangan fasa puncak. Tegangan keluaran rata-rata maksimum yang terjadi saat sudut penyalaan ( = 0 adalahVdm =

dan tegangan keluaran rata-rata ternormfasasi adalah

Vn =

tegangan keluaran rms diperoleh dari

Vrms =

=

Gambar 4-1 Konverter setengah gelombang tiga fasaUntuk bebanresistif dan ( ( (/6:Vdc =

Vn =

Vrms =

=

4.2 SEMIKONVERTER TIGA FASA

Semikonverter tiga fasa biasa digunakan pada banyak aplikasi industri hingga tingkat daya 120 kW dengan operasi hanya pada satu kuadran. Faktor daya dari konverter akan menurun begitu sudut penyalaan meningkat. akan tetapi tetap lebih baik dari konverter setengah gelombang tiga fasa. Gambar 4-2a memperlihatkan semikonverter tiga fasa dengan beban induktif yang sangasat tinggi dan arus beban dengan komponen ripple dapat diabaikan.

Gambar 4-2b memperlihatkan bentuk gelombang tegangan masukan, tegangan keluaran, arus masukan dan arus yang melalui thyristor dan diode. Frekuensi tegangan keluaran 3fs. Sudut penyalaan (t dapat bervariasi dari 0 sampai dengan (. Pada periode (/6 ( (t < 7(/6, thyristor T1 terbias maju. Jika T1 dinyalakan pada (t = ((/6 + (). T1 dan D1 akan tersambung dan tegangan line-to-line vac, akan muncul di beban. Pada (t = 7(/6; vac akan mulai negatif dan diode freewheeling Dm akan tersambung. Arus beban akan teruts mengalir melalui Dm dan T1 serta D1 akan dimatikan.

Jika tidak ada diode freewheeling, T1 akan terus tersambung hingga thyristor T2 dinyalakan pada (t= 5(/6 + ( dan aksi freewheeling akan dihasilkan melalui T1 dan D2. Jika ( ( (/3, setiap thyristor akan tersambung selama 2(/3 dan diode freewheeling Dm tidak akan tersambung. Bentuk gelombang dari semikonverter tiga fasa dengan ( ( (/3 diperlihatkan pada Gambar 4-2.

Jika didefinisikan tiga tegangan line-netral sebagai berikut

van = Vm sin (t

vbn = Vm sin

vcn = Vm sin

tegangan line-to-line yang bersesuaian adalah

vac = van vcm =

vba = vbn van =

vcb = vcn vbn =

vab = van vbn =

dengan Vm merupakan tegangan fasa puncak dengan sumber terhubung-wye.

Gambar 4-2 Semi konverter tiga fasa.4.3 KONVERTER PENUH TIGA FASA

Konverter tiga fasa secara ekstensif digunakan pada banyak aplikasi industri hingga level daya 120 kW dengan daerah operasi dua kuadran. Gambar 4-3a memperlihatkan rangkaian konverter penuh dengan beban yang sangat induktif. Rangkaian ini dikenal sebagai jembatan tiga fasa. Thyristor dinyalakan pada interval (/3. Frekuensi ripple tegangan keluaran akan 6fs, dan kebutuhan proses filtering menjadi lebih ringan dari konverter gelombang setengah maupun semikonverter tiga fisa. Pada (t = (/6 + (, thyristor T6, telah tersambung dan thyristor T1 akan dinyalakan.Selama interval ((/6 + () 5 (t 5 ((/2 + a), thyristor T1 dan T6 tersambung dan tegangan line-to-line vab ( = van vbn) akan muncul sepanjang beban. Jika thyristor diberi nomor seperti pada Gambar 4-3a, barisan penyalaan akan 12, 23, 34, 45, 56 dan 61. Gambar 5-10b memperlihatkan bentuk gelombang dari tegangan masukan, tegangan keluaran, arus masukan dan arus yang melalui thyristor.

Gambar 4-3 Konverter penuh tiga fasaSudut overlap ( dapat ditentukan dari Persamaan-persamaan untuk nilai arus beban yang diketahui Idc, induktansi komutasi L0, dan sudut penyalaan (. Harus diperhatikan bahwa Persamaan tersebut hanya dapat diterapkan pada konverter penuh satu fasa.

4.4 RANGKAIAN GATING

Pembangkitan sinyal gerbang untuk thyristor pada konverter ac-dc membutuhkan (a) pendeteksian zero crossing dan teganga masukan. (2) pergeseran fasa sinyal yang tepat. (3) pembentukan pulsa untuk membangkitkan pulsa dengan durasi pendek. dan (4) isolasi pulsa melalui transformator atau optokopler. Diagram blok untuk rangkaian gating untuk konverter penuh satu fasa diperlihatkan pada Gambar 4-4.

Gambar 4-4 Diagram blok dari rangkaian gating(penyulut) thyristor4.5 KESIMPULANPada bab ini kita dapat lihat tegangan keluaran rata-rata (dan daya keluaran) dari konverter ac-dc dapat dikendali dengan mengubah-ubah waktu konduksi dari komponen daya. Bergantung pada tipe sumber, konverter dapat bersifat satu fasa atau tiga fasa. Untuk setiap tipe catu, konverter dapat bersifat konverter setengah gelombang, semikonverter dan konverter penuh. Semikonverter dan konverter penuh biasa digunakan pada aplikasi praktis. Walaupun semikonverter memberikan faktor daya masukan yang lebih baik dari konverter penuh, konverter ini hanya cocok untuk operasi satu kuadran. Konverter penuh dan konverter dual berturut-turut nrengizinkan operasi untuk dua kuadran dan empat kuadran. Konverter tiga fasa biasa digunakan pada aplikasi daya tinggi dengan frekuensi ripple keluaran tinggi. Faktor daya masukan, yang bergantung pada beban, dapat ditingkatkan dan rating tegangan dapat ditingkatkan dengan hubungan seri konverter-konverter. Dengan komutasi paksa, faktor daya lebih jauh dapat ditingkatkan dan juga harmonik orde rendah dapat dikurangi dan dieliminasi.Arus beban dapat bersifat kontinyu dan diskontinyu bergantung pada konstanta waktu beban dan sudut penyalaan. Untuk analisis konverter-konverter, metode deret Fourier digunakan. Akan tetapi, teknik lain (seperti pendekatan fungsi transfer atau perkalian spektrum dari fungsi switching) dapat digunakan untuk analisis rangkaian switching daya. Kontrol sudut tidak akan mempengaruhi turunnya tegangan karena induktansi komutasi, dan penurunan sama dengan pada penyearah diode biasa.

BAB V

PENGONTROL TEGANGAN BOLAK-BALIK (AC) 1 FASA5.1 PENDAHULUAN

Jika sebuah saklar thyristor dihubungkan antara sumber ac dan beban, aliran energi dapat dikontrol oieh variasi nilain rms dari tegangan ac yang dipakai oleh beban: dan jenis rangkaian energi ini disebut sebagai Pengontrol Tegangan ac (ac voltage controller). Aplikasi yang sering digunakan dari pengontrol tegangan ac adalah: pemanas industri, penguhahan tapi pada trafo beban, kontrol lampu, pengontrol kecepatan pada motor induksi banyak fasa, dan pengontrol magnet ac. Untuk transfer energi, dua jenis pengontrol yang biasanya digunakan:

1. Kontrol on-off

2. Kontrol sudut fasa

Pada kontrol on-off, saklar thyristor menghuhungkan beban dengan sumber ac selama beberapa putaran tegangan masukan dan diputus selama beberapa putaran yang lain. Pada kontrol fasa, saklar thyristor menghuhungkan beban dengan sumber ac untuk setiap bagian dari putaran tegangan masukan.

Pengontrol tegangan ac dapat dikla.sillkasikan menjadi 2 jenis: (I) Pengontrol satu fasa dan (2) Pengontrol tiga fasa. Tiap jenis dapat dibagi lagi menjadi (a) kontrol setengah gelombang atau banyak arah dan (b) kontrol gelombang penuh atau dua arah. Ada bermacam konfigurasi dari pengontrol tiga fasa tergantung pada hubungan saklar ilryristor.

Karena tegangan masukannya ac, thyristor merupakan komutasi garis; dan thyristor kontrol fasa, yang relatif tidak mahal dan lebih lambat dibandingkan dengan thyristor saklar cepat, yang biasa digunakan. Untuk aplikasi sampai 400 Hz jika TRIAC disediakan untuk mempertemukan rating tegangan dan arus untuk dari sebuah aplikasi tertentu, pemakaiai TRIAC lebih banyak digunakan. Teknik komutasi thyristor dibicarakan pada Bab 7.

Karena komutasi saris dan natural. tidak ada rangkaian komutasi tambahan dan rangkaian untuk pengontrol tegangan ac-nya sangat sederhana. Karena bentuk gelombang keluaran yang alami, analisis turunan dari persamaan eksplisit untuk kinerja parameter rangkaian tidak sederhana, khususnya untuk konverter terkontrol sudut fasa dengan beban RL. Agar mudah, beban resistif digunakan pada bab ini untuk membandingkan kinerja dari berhagai konfigurasi. Meskipun demikian, beban yang lebih sering digunakan adalah jenis RL dan harus dipertimbangkan ketika merancang dan menganalisis pengontrol tegangan ac.

5-2 PRINSIP KONTROL ON-OFF

Prinsip dari kontrol on-off dapat dijelaskan dengan sebuah Pengontrol gelombang penuh satu fasa seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5-la. Saklar thyristor menghuhungkan sumber ac dengan beban untuk waktu tn; saklar ditutup dengan sebuah gerbang penghambat pulsa untuk waktu to. Waktu on, tn, biasanya terdiri dari sejumlah integral siklus. Thyristor akan on pada tegangan nol melalui tegangan masukan ac. Pulsa-pulsa gerbang untuk thyristor T1 dan T2 dan bentuk gelombang untuk masukan dan keluaran ditunjukkan pada Gambar 6-1b.

Gambar 5-1 Kontrol on-off

Jenis kontrol ini diterapkan pada aplikasi yang memiliki inersia mekanis yang tinggi dan konstanta waktu termal yang tinggi (contohnya industri pemanas dan kontrol kecepatan motor). Karena tegangan nol dan arus nol, harmonik yang ditimbulkan oleh saklar dikurangi.

Untuk sebuah tegangan masukan sinusiodal, vs = Vm sin (t Vs sin Vs (t. Jika tegangan masukan dihubungkan pada beban untuk siklus n dan diputus untuk siklus m, tegangan keluaran rms (atau beban) dapat ditemukan melaluiV0 =

=

dengan k = n/(m + n) dan k disebut duty, cicle. Vs adalah tegangan fasa rms. Konfigurasi rangkaian untuk kontrol on-off mirip dengan yang ada pada kogtrol fasa dan demikian pula dengan analisis kinerjanya. Dengan alasan ini, teknik kontrol fasa hanya dibicarakan dan dianalisis pada bab ini.

5-3 PRINSIP KONTROL FASA

Prinsip dari kontrol fasa dapat dijelaskan berdasarkan pada Gambar 5-2a. Energi mengalir ke beban dikontrol dengan menunda sudut tembak thyristor T1. Gambar 5-2b mengilustrasikan pulsa-pulsa gerbang thyristor T1 dan bentuk gelombang tegangan masukan dan keluaran. Dengan adanya diode D1, daerah kontrol terbatas dan rms efektif tegangan keluaran hanya dapat bervariasi antara 70.7 dan 100%. Tegangan keluaran dan arus masuk tidak simetris dab megnandung komponen dc. Jika ada sebuah trafo masukan akan dapat menyebabkan problem kejenuhan. Rangkai ini adalah Pengontrol setengah gelombang satu fasa dan cocok hanya untuk beban resistif berdaya rendah, seperti pemanasan pencahayaan. Karena aliran daya dikontrol oleh setengah gelombang positif tegangan masukan, jenis Pengontrol tipe ini disebut juga dengan Pengontrol banyak arah (unidirectional)

Jika vs = Vm (t = sin (t adalah tegangan masukan dan sudut tunda thyristor T1 adalah (t = (, tegangan keluaran rms ditentukan melalui

Gambar 5-2 Kontrol sudut satu fasaVO =

=

=

Nilai tegangan keluaran rata-rata adalahVdc =

=

Jika a bervariasi dari 0 sampai (, V0 bervariasi dari VS ke VS / dan Vdc bervariasi dari 0 sampai VS / (.5-4 PENGONTROL DUA ARAH SATU FASA DENGAN BEBAN RESISTIFMasalah arus masukan dc dapat dicegah dengan menggunakan kontrol dua arah (atau gelombang penuh), dan Pengontrolan gelombang penuh satu fasa dengan beban resistif yang ditunjukkan pada Gambar 5-3a. Selama tegangan masukan setengah siklus positif, daya yang mengalir dikontrol oleh beberapa sudut tunda dari thyrisior T1; dan thyristor T2 mengontrol daya selama tegangan masukan setengah siklus negatif. Pulsa-pulsa yang dihasilkan pada T1 dan T2. terpisah 180. Bentuk gelombang untuk tegangan masukan, tegangan keluaran, dan sinyal gerbang untuk T1 dan T2 ditunjukkan pada gambar 6-3b.

Gambar 5-3 Pengontrol gelombang penuh satu fasa

Jika vs = Vs sin (t adalah tegangan masukan, dan sudut tunda thyristor T1 dan T2 sama ((l = ( = (), tegangan keluaran rms dapat ditentukan melaluiVO =

=

=

Dengan variasi sudut ( dari 0 sampai , V0 dapat divariasikan dari VS sampai 0.

Pada Gambar 5-3a, rangkaian gerbang untuk thyristor T1 dan T2 harus diisolasi. Memang mungkin untuk mendapatkan sebuah common cathode untuk T1 dan T2 dengan menambahkan dua katode seperti ditunjukkan pada Gambar 5-4, Thyristor T1 dan diode D1 terhubung bersama selama siklus setengah negatif. Karena rangkaian ini dapat memiliki sebuah terminal bersama untuk sinyal gerbang T1 dan T2 hanya satu rangkaian isolaso yang diperlukan. Tetapi nemerlukan sebuah diode daya. Karena dua devais daya menghuhungkan pada waktu yang bcrsitmaan, kerugian konduksi dari devais akan meningkat dan efisiensinya akan berkurang.

Sebuah Pengontrol gelombang penuh satu fasa dapat pula diterapkan dengan satu thyristor dan empat diode seperti ditunjukkan pada Gambar 6-5a. Empat diode bertindak seperti sebuah jembatan penyearah. Tegangan yang melalui thyristor T1, dan arusnya selalu banyak arah (unidirectional). Dengan beban resistif, arus thyristor akan jatuh menjadi nol karena komutasi natural pada setiap setengah siklus, seperti ditunjukkan pada Gambar 5-5b. Namun demikian, jika ada induktasi yang besar di rangkaian, karena thyristor T1 dapat dimatikan setiap setengah tegangan masukan dan akan menyebabkan kebilangan kontrol. Hal ini memerlukan pendeteksi nol yang melalui arus beban untuk menjamin matinya konduksi thyristor sebelum firing ke berikutnya. Tiga divais daya terhubung pada seat yang bersamaan dan efisiensinya akan berkurang. Jembatan penyearah dan thyristor (atau transistor) bertindak sebagai saklar dua arah, yang secara komersial didapat dalam bentuk divais tunggal dengan rugi konduksi on-state yang relatif rendah.

Gambar 5-4 Pengontrol gelombang penuh satu fasa dengan common katode

Gambar 5-5 Pengontrol gelombang penuh satu fasa dengan satu thyrstor

BAB VI

PENGONTROL TEGANGAN BOLAK-BALIK (AC) 3 FASA

6-1 PENGONTROL SETENGAH GELOMBANG DENGAN TIGA FASA

Diagram rangkaian pengontrol setengah gelombang (atau unidirectional) tiga fasa ditunjukkan pada Gambar 6-1 dengan beban resistif terhubung wye. Arus mengalir ke beban dikontrol oleh thyristor T1, T3, dan T5: Dan diode menyediakan jalur arus balik. Urutan firing thyristor adalah T1, T3, T5. Untuk arus mengalir melalui Pengonlrol daya minimal satu thyristor harus dihuhungkan. Bila semua divaisnya diode, tiga diode akan terhubung pada saat yang bersamaan dan sudut konduksi tiap diode adalah 1800. Kita menyebutnya bahwa thyristor akan terhubung bila tegangan anodenya lebih tinggi daripada katodenya dan terjadi firing. Pada saat thyristor mulai terhubung, ia akan off hanya bila arusnya nienjadi nol.

Jika Vs adalah nilai rms untuk tegangan fasa masukan dan kita mendefinisikan tegangan fasa masukan berturutan adalahvAN = VS sin (t

vBN = VS sin

vCN = VS sin

kemudian tegangan line masukan adalah

vAB = VS sin

vBC = VS sin

vCA = VS sin

Gambar 6-1 Pengontral unidirectional tiga fasaBentuk gelombang untuk tegangan masukan, sudut konduksi divais, dan tegangan keluaran ditunjukkan pada Gambar 6-2 untuk ( = 60 dan ( = 150. Perlu diketahui bahwa interval konduksi yang ditunjukkan pada Gambar 6-8 oleh garis putus-putus tidak berskala, tetapi memiliki lebar yang sama yaitu 30. Untuk 0 ( ( ( 60, baik dua atau tiga divais dapat dihubungkan pada waktu bersamaan dan kombinasi yang mungkin adalah (1) dua thyristor dan satu diode, (2) satu thyristor dan satu diode, dan (3) satu thyristor dan dua diode. Jika tiga divais dihubungkan, operasi tiga fasa yang normal terjadi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6-9a dan tegangan keluaran fasanya sama dengan tegangan masukan fasa, misalnya,van = vAN = vBC = VS sin

Di samping itu, jika dua divais dihubungkan pada waktu bersamaan, arus yang mengalir hanya melalui dua jalur sedangkan jalur ke tiga dianggap sebagai rangkaian terhuka. Tegangan jalur ke jalur akan muncul melalui dua terminal dari beban seperti ditunjukkan pada Gambar 6-9b. dan tegangan fasa keluaran adalah satu setengah tegangan jalur (misalnya bila terminal c dibuka)

van =

Bentuk gelombang untuk tegangan fasa keluaran (misalnya van) dapat digambarkan langsung dari fasa masukan dan tegangan jalur dengan memperhatikan bahwa van akan berhubungan dengan vAN jika tiga divais dihubungkan, menjadi vAB/2 (atau v4C/2) bila kedua divais dihubungkan, dan nol jika terminal ( dibuka. Untuk 60 ( ( ( 120, pada suatu waktu hanya satu thyristor dihubungkan dan jalur balik dibagi untuk satu atau dua diode. Untuk 120 ( ( ( 210, hanya thyristor dan satu diode terhubung pada waktu bersamaan.

Sudut extinction (3 thyristor dapat ditunda melebihi 180 (misal ( untuk T1 adalah 210 untuk ( = 30 seperti ditunjukkan pada Gambar 6-2b). Untuk ( = 60, sudut extinction ( ditunda menjadi 180 seperti pada Gambar 6-2a. disebahkan oleh fakta bahwa tegangan fasa keluaran dapat bergantung pada tegangan masukan jalur ke jalur. Pada saat vAB menjadi nol pada (t = 150, arus thyristor T1 dapat terus mengalir sampai vCA menjadi nol pada saat (t 2100 dan sudut tunda ( = 210 memberikan tegangan (dan daya) keluaran nol.

Pulsa-pulsa gerbang thyristor kontinyu, dan misalnya, pulsa T1 berakhir pada (t = 210. Pada prakteknya, pulsa gerbang terdiri dari dua bagian. Pulsa pertama T1 bermula dari manapun yang memiliki sudut antara 0 dan 150 dan berakhir pada (t = 210, pulsa kedua, bermula pada (t = 150, selalu berakhir pada (t = 210. Hal ini menyebabkan arus dapat mengalir melalui thyristor T1 selama periode 150 ( (t ( 2100 dan meningkatkan interval kontrol tegangan ke keluaran interval penundaan adalah

0 ( ( ( 2100

Gambar 6-2 Bentuk gelombang pengontrol unidirectional tiga fasa

Gambar 6-3 Beban resistif terhubung WyePersamaan untuk tegangan fasa keluaran bergantung pada interval sudut tunda. Tegangan keluaran rms untuk beban terhubung wye dapat ditentukan sebagai berikutUntuk 00 ( ( ( 900

VO =

=

=

Untuk 900 ( ( ( 1200

VO =

=

Untuk 1200 ( ( ( 2100

VO =

=

6.2 PENGONTROL GELOMBANG PENUH TIGA FASA

Pengontrol unidirectional yang mengandung arus masukan dc dan harmonik yang lehih tinggi yang disebabkan bentuk gelombang tegangan keluaran natural yang tidak simetris, tidak biasa digunakan untuk menjalankan motor ac; kontrol dua arah fasa yang lehih sering digunakan. Diagram rangkaian pengontrol gelombang, penuh tiga fasa (atau dua arah) ditunjukkan pada Gambar 6-4 dengan beban resistif yang terhubung wye. Operasi pengontrol ini sama dengan pengontrol setengah gelombang, kecuali arus balik disediakan oleh thyristor T2, T4, dan T6 bukan oleh diode-diode. Urutan firing dari thyristor adalah T1, T2, T3, T4, T5, T6.Bila kita mendefinisikan tegangan fasa masukan beraturan adalahvAN = VS sin (t

vBN = VS sin

vCN = VS sin

tegangan jalur masukan instantaneous adalahvAB = VS sin

vBC = VS sin

vCA = VS sin

Bentuk gelombang untuk tegangan masukan sudut konduksi thyristor dan tegangan fasa keluaran.ditunjukkan pada Gnmbar 5-9 untuk ( = 60 dan ( = 20. Untuk 0 ( ( ( 60, sebelum firing T1, dua resistor terhubung. Bila T1 firing tiga resistor terhubung. Thyristor menjadi off bila arusnya membalik. Kondisi demikian terjadi antara dua dan tiga thyristor terhubung.

Untuk 600 ( ( ( 90, hanya dua resistor terhubung pada suatu waktu. Untuk 90 ( ( ( 1500, meskipun dua thyristor terhubung suatu waktu, terdapat periode ketika tidak ada thyristor yang on. Untuk ( 1500, tidak ada periode untuk dua thyristor terhubung dan tegangan keluaran naenjadi nol untuk ( = 1500. Interval untuk sudut tunda adalah0 ( ( ( 1500 Mirip dengan pengontrol setengah gelombang, persamaan untuk tegangan fasa keluaran rms tergantung pada interval sudut tunda. Tegangan keluaran rms untuk beban yang terhubung wye dapat ditentukan sebagai berikut. Untuk 0 ( ( ( 600 VO =

=

=

Gambar 6-4 Pengontrol dua arah tiga fasaBAB VII

CYCLOKONVERTER

7.1 PENDAULUANPengontrol tegangan ac menghasilkan tegangan keluaran variabel, tetapi memiliki frekuensi yang pasti dan memiliki harmonik yang tinggi, terutama pada interval tegangan keluaran yang rendah. Tegangan keluaran yang varibel pada frekuensi yang variabel dapat diperoleh dari konversi dua tahap: ac yang pasti ke dc variabel (misalnya, penyearah terkontrol) dan dc variabel ke ac variabel pada frekuensi yang bersifat variabel (Misalnya. inverter, yang akan dibicarakan pada Bab 10). Namun, cyeloconverter dapat mengurangi perlunya satu atau lebih converter intermediate. Cyeloconverter adalah pengubah frekuensi langsung yang dapat mengubah daya ac pada satu frekuensi ke daya ac pada frekuensi lainnya melalui konversi ac ac, tanpa melalui hubungan konversi intermediate.

Umumnya cyeloconverter berkomutasi secara natural dan frekuensi keluaran maksimum terbatas pada sebuah nilai yang merupakan bagian dari frekuensi sumber. Maka hampir seluruh aplikasi cyeloconverter memiliki kecepatan rendah, motor ac bekerja pada batasan sampai di atas 15,000 kW dengan frekuensi yang berkisar 0 sampai 20 Hz. Cara kerja motor ac akan dibicarakan pada Bab 15.

Dengan mengembangkan teknik konversi daya dan menggunakan metode kontrol modern, motor ac dengan menggunakan inverter mengambil alih penggunaan cyeloconverter. Namun demikian, kemajuan akhir-akhir dalam kecepatan switching divais daya dan adanya micro prosesor memungkinkan pemakaian dan sintesis strategi konversi yang maju untuk forced-commutated direct-frequeney (FCDFC) untuk mengoptimisasi efisiensi dan mengurangi muatan harmonik [1, 2]. Fungsi pensaklaran dari FCDFC dapat diprogram untuk mengkombinasikan fungsi pensaklaran ac-dc dan konverter dc-ac. Karena penurunan yang kompleks pada FCDFC, cyeloconverter forced-commutated tidak akan dibicarakan lehih lanjut.

7.2 Cycloconverter satu fasa Prinsip kerja cyeloconverter satu fasa dapat dijelaskan dengan bantuan Gambar 6-21a. Dua buah konverter yang dikontrol satu fasa dioperasikan seperti jembatan penyearah. Namun, sudut tunda yang dihasilkan sedemikian rupa tegangan keluaran dari satu konverter sama dengan dan berlawanan dengan konverter lainnya. Bila konverter P bekerja sendiri, tegangan keluaran rata-ratanya positif dan bila konverter N bekerja, tegangan keluarannya negatif. Gambar 6-2lb menunjukkan bentuk gelombang untuk tegangan keluaran dan sinyal-sinyal gerbang untuk konverter positif dan negatif, dengan konverter positif pada waktu T0/2 dan konverter negatif bekerja untuk waktu T0/2. Frekuensi tegangan keluaran adalah 1/T0.Bila (P merupakan sudut tunda konverter positif, maka sudut tunda untuk konverter negatif adalah (P = ( - (P. Tegangan keluaran rata-rata dari konverter positif sama dan berlawanan dengan konverter negatif.Vdc2 = - Vdc1Serupa dengan konverter dual pada Bagian 5-5 dan 5-10, nilai instantaneous dari dua tegangan keluaran dapat sama. Hal ini mungkin terjadi untuk arus harmonik yang besar yang bersirkulasi di dalam konverter.

Arus sirkulasi dapat dihilangkan dengan menekan pulsa-pulsa gerbang ke konverter untuk tidak mengirim arus beban Cyeloconverter satu fasa dengan trafo tap tengah seperti pada Gambar 6-22 memiliki pembangkit pada bagian dalam, yang menjaga agar aliran arus tetap kontinyu dan juga membatasi arus sirkulasi.

Contoh : Tegangan masukan untuk cyeloconverter seperti pada Gambar 5-10a adalah 120 V (rms), 60 Hz. Resistansi beban 5 adalah dan induktansi beban L = 40 mH. Frekuensi tegangan keluaran adalah 20 Hz. Bila konverter dioperasikan sebagai konverter semi sedemikian rupa 0 ( ( ( ( dan sudut tunda adalah (P = 2(/3, tentukan (a) nilai rms tegangan keluaran V0, (b) arus untuk tiap thyristor, dan (c) faktor daya masukan PF

Gambar 5-10 Cyloconverter satu fasa37

_1283930835.unknown

_1285421060.unknown

_1285433180.unknown

_1285469860.unknown

_1285471777.unknown

_1285472968.unknown

_1285473169.unknown

_1285474125.unknown

_1285474201.unknown

_1285474284.unknown

_1285474190.unknown

_1285473292.unknown

_1285473094.unknown

_1285473124.unknown

_1285473076.unknown

_1285471900.unknown

_1285472924.unknown

_1285472935.unknown

_1285472589.unknown

_1285471378.unknown

_1285471485.unknown

_1285471520.unknown

_1285471536.unknown

_1285471559.unknown

_1285471503.unknown

_1285471410.unknown

_1285471443.unknown

_1285471395.unknown

_1285470482.unknown

_1285470572.unknown

_1285469973.unknown

_1285470445.unknown

_1285469941.unknown

_1285468968.unknown

_1285469493.unknown

_1285469706.unknown

_1285469774.unknown

_1285469598.unknown

_1285469120.unknown

_1285469436.unknown

_1285469032.unknown

_1285434318.unknown

_1285434406.unknown

_1285434444.unknown

_1285434372.unknown

_1285434195.unknown

_1285434222.unknown

_1285433250.unknown

_1285430513.unknown

_1285432839.unknown

_1285433048.unknown

_1285433110.unknown

_1285432898.unknown

_1285432546.unknown

_1285432737.unknown

_1285430532.unknown

_1285429493.unknown

_1285430269.unknown

_1285430436.unknown

_1285430470.unknown

_1285430256.unknown

_1285429206.unknown

_1285429464.unknown

_1285429179.unknown

_1283941166.unknown

_1283942126.unknown

_1285420133.unknown

_1285420793.unknown

_1285420851.unknown

_1285420712.unknown

_1283942210.unknown

_1285420099.unknown

_1283942142.unknown

_1283941730.unknown

_1283941877.unknown

_1283941991.unknown

_1283941810.unknown

_1283941363.unknown

_1283941364.unknown

_1283941213.unknown

_1283931763.unknown

_1283940722.unknown

_1283941049.unknown

_1283941159.unknown

_1283940942.unknown

_1283939665.unknown

_1283940549.unknown

_1283931828.unknown

_1283931615.unknown

_1283931692.unknown

_1283931752.unknown

_1283931670.unknown

_1283931448.unknown

_1283931536.unknown

_1283930895.unknown

_1283841226.unknown

_1283921025.unknown

_1283921514.unknown

_1283930618.unknown

_1283930658.unknown

_1283930493.unknown

_1283921324.unknown

_1283921411.unknown

_1283921125.unknown

_1283866985.unknown

_1283875751.unknown

_1283920865.unknown

_1283875530.unknown

_1283855620.unknown

_1283866864.unknown

_1283841464.unknown

_1283838381.unknown

_1283840825.unknown

_1283840901.unknown

_1283841016.unknown

_1283840865.unknown

_1283840714.unknown

_1283840717.unknown

_1283838485.unknown

_1283836555.unknown

_1283836712.unknown

_1283838253.unknown

_1283836594.unknown

_1283836445.unknown

_1283836518.unknown

_1283836419.unknown