Inverter 3 phase dengan konduksi 120°

Inverter 3 Phase Dengan Mode Konduksi 12°

Sebuah rangkaian dasar inverter 3 fasa tunggal sederhana terdiri dari 6 buah sistem sakelar S1, S2, S3, S4, S5, dan S6 dengan menggunakan mosfet daya (power mosfet) sebagai sakelar diperlihatkan pada gambar dibawah. Inverter 3 fasa dengan mode konduksi 120° memungkinkan setiap komponen pensakelaran akan konduksi selama 120° dengan pasangan konduksi yang berbeda, misalnya 60° pertama antara Q1 Q6, dan 60° ke dua antara Q1 Q2, dan seterusnya. Berikut adalh contoh rangkaian daya pada inverter 3 phase yang dapat dioperasikan dengan mode konduksi 120°. 

Khusus untuk mode operasi 120°, pola pengaturan kerja pensakelaran setiap komponen switching mengikuti bentuk seperti tabel berikut. 

Tabel Konfigurasi Pensakelaran Pada Inverter 3 Fasa Mode Konduksi 120° 

Bila dipilih 2 komponen pensakelaran konduksi pada saat yang bersamaan, maka tegangan dan arus untuk interval 60°, dan bentuk gelombang tegangan diperoleh seperti diperlihatkan pada gambar berikut. Pasangan komponen pensakelaran yang lain pada waktu selanjutnya akan identik, dengan lama waktu konduksi sebesar 120°. 

Arah Aliran Arus Aada Beban Mengikuti Pola Pensakelaran Inverter 3 Fasa Persegi Mode Konduksi 120° 

Bentuk Gelombang Arus Fasa Dan Tegangan Line Pada Inverter 3 Fasa Persegi Mode Konduksi 120° 

Inverter 1 Phasa

INVERTER HALF-BRIDGE (FASE TUNGGSAL)


Gambar dibawah menunjukkan inverter setengah jembatan. Disini, dua kapasitor yang sama disambung seri memotong dc masuk dan simpangannya terletak pada potensial tengah, dengan tegangan 1/2Vd melalui tiap kapasitor. Kapasitas yang cukup besar harus digunakan karena layak untuk mengasumsi bahwa potensial pada titik o tetap dc negative berarti N. Oleh karena itu sirkuit ini identik pada inverter one-leg dasar yng didiskusikan pada detail sebelumnya, dan vo = vAo .

Pada inverter half-bridge, puncak tegangan dan arus dihitung pada perubahan seperti berikut :

VT = Vd

dan

IT = io

INVERTER FULL-BRIDGE (FASE TUNGGAL)

Inverter full-bridge ditunjukkan pada gambar. Inverter ini terbagi dua inverter one-leg dari tipe yang telah didiskusikan dan diutamakan lebih dari pengaturan lain pada tingkat tenaga yang lebih tinggi. Dengan tegangan dc masukan yang sama, tegangan keluaran maksimum inverter full-bridge adalah dua kali dari inverter half-bridge. Ini menyiratkan bahwa untuk tenaga yang sama, arus keluaran dan perubahan arus adalah satu-setengah dari keduanya untuk inverter half-bridge.

OUTPUT CONTROL DENGAN PEMBATALAN TEGANGAN


Tipe control ini mungkin hanya pada satu fasa, rangkaian inverter jembatan penuh. Ini didasarkan pada kombinasi dari pensaklaran gelombang persegi dan PWM dengan unipolar voltage-switching. Pada rangkaian di gambar : a, saklar-saklar pada kedua kaki inverter dikontrol secara terpisah.Tapi semua saklar mempunyai duty ratio 0.5, sama dengan square-wave control. Hasil dalam bentuk gelombangnya untuk VAN dan VBN terlihat pada gambar b.

PEMAKAIAN SAKLAR PADA INVERTER JEMBATAN PENUH


Sama dengan inverter ½ jembatan penuh, jika trafo dipakai pada output dari inverter jembatan penuh, induktansi bocor trafo tidak akan membuat saklar bermasalah.


Tegangan puncak switching dan rating arus yang ada pada inverter jembatan penuh adalah sebagai berikut :

dan

RIPEL PADA OUTPUT INVERTER SATU FASA


Riple pada gelombang yang berulang mengacu pada perbedaan nilai sesaat dari gelombang dan komponen frekuensi dasar.
semua riple di v0 terlihat bersebrangan dengan L dimana :

Untuk riple arus output dapat dihitung dengan :

dimana k adalah konstanta dan adalah variabel dari integral.
Dengan menset waktu asli t=0, konstanta k pada persamaan tsb akan nol. Oleh karena itu, persamaan diatas memperlihatkan bahwa arus riple tidak bergantung pada daya yang ditransfer ke beban.

Gambar inverter satu-fasa: (a) circuit; (b) komponen frekuensi-dasar; (c) komponen ripple frekuensi; (d) diagram fasor –frekuensi-dasar.

Push-Pull Inverter

Rangkaiannya terdiri dari trafo dengan primer center-tapped. Kita asumsikan arus output i0 mengalir secara kontinu. Dengan asumsi itu, ketika saklar T1 on (dan T2 off), T1 akan konduk pada nilai positif dari io, dan D1 akan konduk pada nilai negatif dari i0.

Keuntungan dari rangkaian push-pull adalah tidak lebih dari satu saklar yang seri konduk pada waktu yang sesaat. Ini penting jika dc input ke konverter berasal dari sumber tegangan yang rendah, seperti baterai, dimana drop tegangan akan menghasilkan pengurangan yang signifikan dalam efesiensi energi. Bagaimanapun, sangat sulit untuk menghindari saturasi dc dari trafo pada push-pull inverter.

Pemakaian Saklar pada Inverter Satu Fasa

Asumsikan bahwa Vd,max adalah nilai tertinggi dari tegangan input, jika arus output diasumsikan sinusoidal murni, inverter rms volt-ampere output pada frekuensi dasar sama dengan Vo1 Io,max pada rating maksimum output. Dengan VT dan ITsebagai rating arus dan tegangan puncak dari saklar, kombinasi pemakaian dari semua saklar pada inverter dapat dijelaskan :

Dimana q adalah jumlah saklar pada inverter.
Untuk membandingkan pemakaian saklar pada bermacam inverter satu fasa, kita pada awalnya akan membandingkannya untuk operasi mode gelombang persegi pada rating maksimum output. (pemakaian saklar maksimum terjadi saat Vd = Vd,max)

Dalam prakteknya, rasio pemakaian saklar akan lebih rendah dari 0.6. Hal ini dikarenakan :

1. Rating saklar dipilih secara bebas menghasilkan batas yang aman.
2. Dalam menentukan rating arus saklar pada PWM inverter, salah satunya harus didasarkan pada tegangan dc input yang sesuai.
3. Riple arus output akan mempengaruhi rating arus saklar.

Oleh karena itu, teoti rasio pemakaian saklar maksimum pada PWM switching adalah hanya 0.125 saat ma = 1, sebagaimana dibandingkan dengan 0.16 pada inverter gelombang persegi.

Penyearah terkendali (controlled rectifier) atau sering juga disebut dengan konverter merupakan rangkaian elektronika daya yang berfungsi untuk mengubah tegangan sumber masukan arus bolak-balik dalam bentuk sinusoida menjadi tegangan luaran dalam bentuk tegangan searah yang dapat diatur/ dikendalikan. 

Komponen semikonduktor daya yang digunakan umumnya berupa SCR yang beroperasi sebagai sakelar, pengubah, dan pengatur. Jenis sumber tegangan masukan untuk mencatu rangkaian konverter dapat digunakan tegangan bolak-balik satu fasa maupun tiga fasa. 

Konverter satu fasa merupakan rangkaian penyearah daya dengan sumber masukan tegangan bolak-balik satu fasa, sedangkan konverter tiga fasa rangkaian penyearah daya dengan sumber masukan tegangan bolak-balik tiga fasa. Berbeda dengan penyearah daya, dalam Penyearah Terkendali, rangkaian konverter dapat dilakukan dalam bentuk penyearahan terkendali setengah gelombang (halfwave), penyearah gelombang penuh (fullwave), dan semikonverter. Pembebanan pada rangkaian penyearah terkendali juga dipasang beban resistif atau beban resistifinduktif.

PENYEARAH 3 PHASA

Penyearah tiga fase biasanya digunakan dalam industri untuk dibutuhkannya tegangan dc dan arus untuk beban day yang besar. Sumber tegangan tiga fase memiliki keseimbangan daya karena di pasok oleh tiga fase R, S dan T. Sumber daya dan dioda diasumsikan ideal dalam analisis awal dari rangkaian Hanya satu dioda di bagian atas jembatan/ bridge yang bekerja pada satu waktu (D1, D3, atau D5). Hanya satu dioda di bagian bawah jembatan/ bridge yang dapat bekerja pada satu waktu (D2, D4, atau D6).

 D1 dan D4 tidak dapat dilewati arus pada saat yang sama. Demikian pula, D3 dan D6 tidak dapat pula di lewati arus secara bersamaan, begitu juga antara D5 dan D2. Beban output tegangan adalah salah satu line-to-line tegangan dari sumber. Misalnya, ketika D1 dan D2 menyala, tegangan output tersedia. Dioda yang ada di ditentukan oleh tegangan line-to-line dimana yang tertinggi pada saat itu.

Ada enam kombinasi line-to-line tegangan (setiap 60 °). Karena dari enam transisi yang terjadi untuk setiap periode sumber tegangan, sirkuit yang ini disebut penyearah enam pulse. Frekuensi dasar dari tegangan keluaran adalah 6 * w (w grid frequency)

Gambar 4-16 (a) Penyearah tiga fase  penuh/full, (b) Sumber dan tegangan output,  (c) Beban resistif

Perhitungan kekuatan daya dari sumber tiga fase adalah sebagai berikut:

Nilai rata-rata atau dc tegangan output

Garis tegangan puncak ke puncak

harmonik output adalah 6kw, k = 1, 2, 3.

Ketika arus beban disaring oleh induktansi, arus keluaran pada dasarnya dc.

Representasi Fourier dari baris saat ini:

Harmonik  6K  1, k = 1, 2, 3,. . . .

Gambar 4-17 Penyearah tiga fase output tersaring

Karena ini arus harmonik dapat menimbulkan masalah dalam sistem ac, filter sering diperlukan untuk mencegah harmonik ini memasuki sistem ac.

Gambar 4-18 Filter  ac harmonik

CONTOH 4-12 PR

Penyearah tiga fase terkendali

Gambar 4-21 Normalisasi keluaran tegangan harmonik penyearah tiga fase

Gambar 4-20 (a) Penyearah tiga fase terkontrol, (b) Output tegangan untuk 45°

Tegangan keluaran rata-rata

 Harmonik untuk tegangan output tetap 6K, tetapi amplitudo adalah fungsi dari alpha

SEBUAH CONTROLLER PENYEARAH TIGA FASA 

    Sebuah controller penyearah tiga fase memiliki tegangan masukan yang 480V rms pada 60Hz. Beban diibaratkan sebagai tahanan dan induktansi dengan R adalah 10 ohm dan L adalah 50mH. (a) Tentukan keterlambatan sudut yang diperlukan untuk menghasilkan arus rata-rata di 50A beban. (b) Tentukan amplitudo harmonik n adalah 6 dan n adalah 12.

SOLUSI

(a) Komponen yang diperlukan dalam bridge tegangan output

Rumus (4-47) digunakan untuk menentukan delay yang diperlukan

(b) amplitudo tegangan harmonik diperkirakan dari grafik dalam gambar 4-21. untuk

tegangan harmonik yang dinormalisasi adalah

menggunakan

maka

nilai arus harmonik kemudian :

PENYEARAH DUA BELAS-PULSE

• Perhatikan bahwa koneksi Star-Star dan Star Delta memiliki pergeseran fasa 30 ° .

Gambar 4-22 (a) A 12 pulsa penyearah tiga fasa, 9b) Output tegangan untuk alpha> 0

    Delay sudut untuk bridge biasanya sama. Dc output jumlah output dc dari setiap bridge:

• Outputnya memiliki frekuensi harmonik yang merupakan kelipatan dari 12 kali frekuensi sumber (12k, k = 1, 2, 3, …).
• Filtering untuk menghasilkan output dc yang relatif murni lebih mudah daripada yang dibutuhkan untuk rectifier 6 pulsa
• Keuntungan lain dari menggunakan konverter 12-pulsa daripada converter 6-pulsa adalah harmonik berkurang yang terjadi dalam sistem ac.

Dengan demikian, beberapa harmonik pada sisi ac dihilangkan dengan menggunakan skema 12-pulsa daripada skema 6-pulsa.

• Prinsip ini dapat diperluas untuk pengaturan tingkat pulse yang lebih tinggi dengan memasukkan peningkatan jumlah konverter 6 pulse dengan transformator yang memiliki pergeseran fase yang tepat.
• The harmonik ac karakteristik konverter p-pulsa akan pk  1, k = 1, 2, 3,. .
• Sistem power konverter  memiliki keterbatasan praktis dari 12 pulse  karena biaya besar untuk memproduksi transformator tegangan tinggi dengan pergeseran fase yang tepat.
• Namun, sistem industri tegangan rendah umumnya memiliki konverter sampai dengan 48 pulsa.

Operasi Converter tiga fase sebagai Inverter

Gambar 4-23 (a) Enam pulsa converter tiga fase beroperasi sebagai inverter, (b) tegangan output Bridge adalah 150°

Hal ini juga memungkinkan untuk bridge tiga fasa untuk beroperasi sebagai inverter, memiliki aliran listrik dari sisi ke sisi dc ac.

Dc saat ini harus berada dalam arah yang ditunjukkan karena SCRs di bridge sendiri. Tegangan keluaran jembatan harus negatif. Delay sudut> 90 °