CYCLOCONVERTER

PENDA H ULUAN

Pengontrol 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

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

Hal 1

konverter dc-ac. Karena penurunan yang kompleks pada FCDFC, cyeloconverter

forced-commutated tidak akan dibicarakan lehih lanjut.

Cycloconverter adalah rangkaian elektronika daya yang dapat mengubah

gelombang masukan AC dengan frekuensi tertentu ke gelombang keluaran AC dengan

frekuensi yang berbeda.

Jenis-jenis cycloconverter:

A. Cycloconverter satu phasa

Gambar berikut ini adalah gambar cycloconverter satu fasa

Cara kerja cycloconverter satu phasa yaitu dengan membagi topologi ini menjadi 2 buah

rangkaian konverter tyristor-P dan rangkaian konverter tyristor-N yang bekerja secara

bergantian, seperti terlihat pada Figure 1(b).

Hal 2

Konverter tyristor-P bekerja untuk membentuk arus keluaran pada saat periode

positip-nya, sedangkan konverter tyristor-N bekerja setelahnya untuk membentuk arus

keluaran pada periode negatif arus keluaran.

Contoh cara kerja : 1.Pada Figure 2 terlihat bahwa untuk mengubah sumber

tegangan AC 50Hz menjadi frekuensi yang lebih rendah (16,67Hz), rangkaian konverter

tyristor lengan kiri bekerja sedemikian rupa dengan memainkan sudut penyalaannya

selama 1,5 periode sumber. Konverter tyristor lengan kanan bekerja setelahnya.

Figure 2

Hal 3

1. Pada Figure 3 terlihat bahwa untuk mengubah sumber tegangan AC 50Hz

menjadi frekuensi yang lebih rendah (10Hz), rangkaian konverter tyristor lengan

kiri bekerja sedemikian rupa dengan memainkan sudut penyalaannya selama 2,5

periode sumber.

2. Dari Figure 4. dapat dilihat bahwa setiap  konverter tyristor pada rangkaian

eqivalen pernah bekerja pada fase retifying dan inverting. Apabila tegangan

keluaran dan arus keluaran dari konverter bernilai positip itu artinya konverter-P

bekerja sebagai penyearah. Sedangkan bila tegangan keluaran bernilai negatif

dan arus keluaran bernilai positip itu artinya aliran daya mengalir dari beban ke

sumber, konverter-P bekerja sebagai inverter. Pada fase berikutnya konverter-P

akan berhenti bekerja kemudian konverter-N akan bekerja menggantikan peran

konverter-P untuk membentuk fase selanjutnya (arus beban negatif).

Hal 4

SINGLE-PHASE AC/AC VOLTAGE CONTROLLER

Pengontrol tegangan AC-AC satu fasa memiliki 3 buah metode dalam

pengontrolannya yaitu

- phase angel control / pengontrol sudut fasa

- on/ off control / kontrol dua kondisi on off

- PWM AC chopper control.

Ketiga metode pengontrolan diatas menghasilkan tegangan output dengan

frekuensi output yang sama atau lebih rendah daripada pada tegangan dan frekuensi

inputnya.

Phase Angle Control / pengontrol sudut fasa:

Rangkaian Daya dari AC-AC voltage controller dengan phase angle control/

pengontrol fasa seperti terlihat pada gambar

Hal 5

(a), terdiri atas sepasang SCR yang terhubung secara Antiparalel (back-to-back

/inverse paralel) sehingga memberikan pengontrolan simetris gelombang penuh dua arah

(bidirectional full-wave symmetrical) dan SCR dapat diganti dengan sebuah Triac

seperti pada gambar (b) untuk low- power application (aplikasi dengan daya rendah).

Alternative lain yaitu dengan dengan dua buah dioda dan dua SCR yang terhubung

secara common cathode seperti gambar (c), dan pada gambar (d) rangkaian dengan

empat buah dioda dan sebuah SCR yang tujuannya untuk mengurangi biaya tetapi

dengan akibat meningkatnya rugi-rugi konduksi /losses pada peralatan. Kombinasi dioda

dan SCR, dikenal dengan thyrode controller seperti terlihat pada gambar (e),

memberikan pengontrolan tidak langsung asimetris setengah gelombang (undirectional

half-wave asymmetrical control) dengan biaya yang lebih ekonomis tetapi menghasilkan

komponen DC dan lebih banyak harmonisa sehingga jarang digunakan kecuali untuk

beban yang daya panasnya lebih kecil.

Dengan pengontrolan fasa, saklar (switch) mengalirkan arus beban selama

periode yang ditentukan pada setiap siklus tegangan dan dengan on/off controller,

switch akan menghubungkan beban untuk beberapa siklus tegangan dan memutuskan

(disconected) pada siklus selanjutnya. (integral cycle control) atau dengan kata lain

switch akan menyala dan mati beberapa kali secara bergantian pada beberapa siklus

tegangan.

Hal 6

On/ Off Control ( Kontrol On/Off )

Sebagai alternative pengontrolan sudut fasa, metode integral cycle (siklus integral/ siklus utuh) atau burst-firing digunakan untuk beban yang besar. Disini, saklar akan dinyalakan selama tn dimana n adalah siklus utuh dan dimatikan selama tm dengan m adalah siklus utuh (integral cycle) seperti terlihat pada Gambar di bawah. SCR atau Triac yang digunakan sebagai switch akan dipicu saat zero crossing input

voltage (tegangan nol) dan dimatikan saat zero current crossing current (arus nol).

Hal 7

Untuk tegangan input sinusoidal:

dan tegangan output rms adalah :

dimana k = n / (n +m) = duty cycle dan Vs = tegangan fasa rms.

Faktor daya nya adalah :

PWM AC Chopper Control

Seperti pada kasus penyearah terkontrol, performansi pengontrol tegangan ACkhususnya pada harmonisa, kualitas arus keluaran (output current) dan faktor dayamasukan dapat ditingkatkan dengan menggunakan PWM Kontrol / PWM AC

Chopper. Rangkaian untuk unit satu fasa seperti ditunjukkan pada Gambar 8.5

Hal 8

B. Cycloconverter tiga phasa

Gambar berikut adalah rangkaian daya cycloconverter tiga phasa berikut bentuk

gelombang yang terjadi pada sisi keluarannya tiap fasa.

Hal 9

Bentuk gelombang keluaran cycloconverter akan lebih baik menyerupai sinus

dengan cara menambah jumlah pulsa sumbernya, seperti terlihat pada gambar dibawah

adalah bentuk gelombang keluaran dengan sumber masukan gelombang AC tiga fasa.

Sedangkan Gambar 6(b) adalah bentuk gelombang keluaran dengan sumber masukan

gelombang AC enam fasa.

Gelombang AC enam fasa dapat dihasilkan dengan cara menjumlahkan

gelombang AC tiga fasa dengan gelombang AC tiga fasa tersebut yang digeser sudutnya

sejauh 30 derajat dengan menggunankan trafo tiga phasa hubungan wye-delta (trafo

penggeser fasa

Hal 10

Aplikasi Cycloconverter dapat dilihat pada industri-industri yang menggunakan

motor induksi berdaya besar dan dengan kecepatan yang rendah seperti industri

pengolahan semen, aplikasi pada rolling ball mill, scherbius drive, mine-winders yang

berkapasitas lebih dari 20 MW. Konverter AC-AC banyak juga dipakai pada sistem

pembangkit listrik tenaga angin (PLTB) berdaya besar, dan kecepatan berubah seperti

yang ditunjukkan pada gambar berikut untuk sistem PLTB segala aplikasi generator.

Hal 11

 (a) Sistem PLTB kecepatan berubah (variable-speed – rotor belitan)

(b) Sistem PLTB kecepatan berubah (variable-speed back to back conventer) 

Sistem variable speed (d) dan (e) adalah sistem PLTB yang dibedakan berdasarkan jenis

generator yang digunakan.

(c) Sistem PLTB kecepatan berubah (variable-speed)  (rotor sangkar)

Hal 12

(d) Sistem PLTB kecepatan berubah (variable-speed – rotor permanen magnet)

Hal 13