Click here to load reader

konverter dc ac.pdf

  • View
    41

  • Download
    8

Embed Size (px)

Text of konverter dc ac.pdf

  • Elektronika Daya

    BAB V

    KONVERTER DC-AC

    Tujuan Instruksional:

    a. Memahami bentuk gelombang daya konverter DC-AC

    b. Memahami metode pengontrolan Konverter DC-DC

    c. Memahami bentuk gelombang sinyal control

    d. Memahami bentuk gelombang di sisi masukan, luaran, dan berbagai titik.

    e. Memahami bentuk gelombang yang benar, yang cacat, dan yang salah.

    f. Memahami proses penstabilan tegangan

    g. Mengetahui, memahami, cara meningkatkan frekwensi

    h. Mengetahui dan memahami aplikasi Konverter DC-AC

    5.1. Pendahuluan

    Konverter DC-AC juga disebut di inverter. Fungsi inverter untuk mengubah

    tegangan DC menjadi tegangan AC simetris dengan amplitudu dan frekwensi

    yang diinginkan. Tegangan luaran dapat tertentu atau variasi pada frekwensi ter-

    tentu atau variasi. Variasi Tegangan luaran dapat diperoleh dengan mengubah te-

    gangan masukan DC dan mempertahankan Gain of the inverter constan. Dengan

    perkataan lain, jika tegangan masukan DC tetap dan tidak dapat dikontrol, tega-

    ngan luaran yang variasi dapat diperoleh dengan mengubah Gain of the inverter

    constan [GIC]. GIC diperoleh dari pengontrolan PWM. Definisi dari GIC adalah rasio

    Tegangan Luaran AC terhadap Tegangan Masukan DC.

    Bentuk Gelombang Tegangan Luaran inverter yang ideal adalah sinusoidal.

    Tetapi bentuk gelombang inverter pada prakteknya adalah nonsinusoidal dan

    mengandung harmonisa-harmonisa. Untuk aplikasi daya rendah dan medium ge-

    lombang tegangan berbentuk kotak atau hampir kotak bisa diterima. Untuk aplika-

    si daya yang tinggi, bentuk gelombang yang sinusoidal dengan distorsi yang ren-

    dah dibutuhkan. Dengan tersedianya komponen power-semikonduktor yang ber-

  • Buku Ajar 2009 PSTE

    Konverter DC-AC 166

    kecepatan tinggi, harmonisa yang terkandung di tegangan luaran dapat dikurangi

    secara siknifikan dengan Teknik Switching.

    Inverter secara luas digunakan pada aplikasi industri (penggerak motor dengan

    variasi kecepatan, pemanasan secara induksi, Power Suply siap pakai, UPS). Stan-

    dard luaran inverter fasa tunggal adalah: 120 V 60 Hz, 220 V 50 Hz, 115 V -

    400 Hz. Untuk sistem 3 fasa daya tinggi, standard luarannya adalah: 220/380

    50 Hz, 120/208 V 60 Hz, dan 115/200 V 400 Hz.

    Inverter secara luas diklasifikasikan menjadi 2 (dua) tipe: (1) Inverter fasa

    tunggal. (2) Inverter 3-fasa. Masing-masing tipe dapat digunakan mengatur turn-

    on dan turn-off komponen-komponen switching yakni: BJTS, MOSFETS,

    IGBTS, MCTS, SITS, GTOS dan SCR. Inverter umumnya menggunakan sinyal

    kontrol PWM untuk menghasilkan tegangan luaran AC. Sebuah Inverter disebut

    sebuah voltage fed inverter (VFI) jika tegangan masukan tetap konstan. Disebut

    sebuah current-fed inverter (CFI) jika arus masukan dipertahankan konstan, dan

    sebuah variable dc linked inverter jika tegangan masukan dapat dikendalikan.

    5.2. Prinsip kerja inverter fasa tunggal jembatan

    Prinsip kerja dari inverter fasa tunggal dapat dilihat di Gambar 5.1. Pada saat 0

    t t1 PWM-1 positip maka Switch S1 menutup, S2 membuka. Arus i1 (warna

    merah) mengalir dengan arah tertentu (perhatikan arah arus i1 di Gambar 5.1). Ini

    mengakibatkan Tegangan Vao menjadi 2VS , positip karena arus masuk dati titik a

    ke titik O. Saat t1 t t2, PWM-1 maupun PWM-2 NOL, maka Switch S1 dan S2

    membuka. Namun Magnit di L yang berasal dari arus i1, berubah menjadi arus i2

    (warna hijau) saat t1 t t2. Jadi mengalirlah arus i2 (perhatikan arah bergeraknya

    arusnya). Saat t1 t t2 tegangan Vao berpolaritas negatip. Tepat saat t = t2, maka

    arus beban sama dengan 0. Kemudian pada t2 t t3 Saat ini PWM-2 mulai posi-

    tip, mengakibatkan S1 membuka dan S2 menutup. Karena itu mengalirlah arus i3.

    Perhatikan arahnya (warna coklat). Polaritas arus i2 positip, dan polaritas arus i3

    negatip dan tegangan Vao tetap berpolaritas negatip. Pada t3 t t4 kedua PWM

    berkondisi NOL, ini mengakibatkan ke dua S1 dan S2 membuka. Sisa magnit di

    induktor (beban) akan berganti menjadi arus dan mengalirlah arus i4. Sampai di

  • Buku Ajar 2009 PSTE

    Konverter DC-AC 167

    sini tegangan Vao telah positip kembali. Pada t4 t t5 maka sinyal akan berulang

    seperti pada 0 t t1.

    Gambar 5.1. Prinsip kerja inverter jembatan fasa tunggal

    5.3. Pemodelan Tegangan dan arus inverter fasa tunggal jembatan

    Bentuk Gelombang Tegangan Luaran Vao dapat dilihat di Gambar 5.1. Jika

    amplitudu puncak 2VS dan amplitudu lembah 2VS . Maka tegangan RMS da-

    pat ditentukan:

    Perhatikan lagi Gambar tegangan Vao, seperti di Gambar 5.2,

    Gambar 5.2. Gelombang Tegangan inverter jembatan fasa tunggal

  • Buku Ajar 2009 PSTE

    Konverter DC-AC 168

    T

    0

    T

    T

    T

    T

    2S

    2S

    2S

    ao

    41

    43

    41

    43

    dt2

    Vdt

    2V

    dt2

    VT1

    V~ 191

    TV

    161TV

    81TV

    161

    T1V~ 2S

    2S

    2Sao

    2V

    V41

    V~ S2Sao 192

    Jika Gambar 5.2 ditransformasikan ke fourir. Lebih dahulu kondisi bentuk ge-

    lombang dapat diuraikan sebagai berikut. Batas-batas dapat dilihat juga di persa-

    maan 191.

    2VtV Sao , Tt0 41

    2VtV Sao , Tt 21

    41

    2VtV Sao , Tt 43

    21

    2VtV Sao , Tt43

    Langkah I menentukan nilai a0,

    Nilai a0, saat Tt0 41 ,

    T

    0

    S21

    1y

    41

    dtVa TV81

    a S1y

    Nilai a0, saat Tt 43

    41

    T

    T

    S21

    2y

    43

    41

    dtVa TVa S41

    2y

    Nilai a0, saat Tt43

  • Buku Ajar 2009 PSTE

    Konverter DC-AC 169

    T

    T

    S21

    3y

    43

    dtVa TV81a S1y

    Nilai a0 dapat ditentukan sebagai berikut:

    dt)tF(a

    T

    0

    T2

    o

    TV81

    41

    81

    a ST2

    o

    0ao 193

    Langkah II menentukan nilai an,

    Nilai an saat Tt0 41

    ,.....3,2,1n,dttncosVT2a 0S

    T

    0

    21

    1_ny

    41

    ,...3,2,1n,

    Tn

    TnsinVa

    0

    041

    S1_ny

    Nilai an, saat Tt 43

    41

    dttncosVT2

    21a 0

    T

    T

    S2_ny

    43

    41

    0

    00S

    2_ny Tn

    Tn41sinTn

    43sinV

    a

    Nilai an, saat Tt43

  • Buku Ajar 2009 PSTE

    Konverter DC-AC 170

    dttncosVT2

    21a 0S

    T

    T

    3_ny

    43

    0

    00S

    3_ny Tn

    Tn43sinTnsinV

    a

    Menentukan an dengan menjumlah any_1 + any_2 + any_3, hasilnya

    0

    0043

    041

    Sn Tn

    TnsinTnsin2Tnsin2Va

    194

    Langkah III menentukan nilai bn,

    Nilai bn saat Tt0 41

    dttnsinV21

    T2b

    T

    0

    0S1_y

    41

    0

    0S

    1_y Tn

    1Tn41cosV

    b

    Nilai bn, saat Tt 43

    41

    T

    T

    0S21

    T2

    2_y

    43

    41

    dttnsinVb

    0

    041

    043

    S2y Tn

    TncosTncosVb

    Nilai bn, saat Tt43

  • Buku Ajar 2009 PSTE

    Konverter DC-AC 171

    dttnsinVb 0

    T

    T

    S21

    T2

    3y

    43

    0

    043

    0S3y Tn

    TncosTncosVb

    Menentukan bn dengan menjumlah by_1 + by_2 + by_3, hasilnya

    Tn

    TncosTncos21Tncos2Vb

    0

    0043

    041

    Sn

    1951

    Sekarang nilai a0, an, dan bn sudah dapat ditentukan, selanjutya,

    1n

    0n0n0

    ao tnsinbtncosa2a

    tV 197

    Dengan memasukan nilai a0, an, bn maka diperoleh persamaan 198

    n0

    00043

    041

    S

    0

    00043

    041

    S

    ao

    Tn

    tnsinTncosTncos21Tncos2V

    TntncosTnsinTnsin2Tnsin2V

    tV 198

    Persamaan 198 disebut tegangan luaran sesaat (instantaneous), dan ini dieks-

    presikan dengan deret fourier. Persamaan 198 perlu dibuktikan dengan MATLAB,

    programnya sebagai berikut:

    Tabel 14. Susunan Program-142 t1=1e-3; sum1=0.0; Vs=220; f=50; T=1/f; omega=2*pi*f; t=0:t1:3*T; %for j=1:1:500; for j=1;

    1 Pers ini ditinjau ulang, mungkin salah menghitung 2 E:\dari lama\Program Studi TE\ElecIndustri\Inverter\inv_30

  • Buku Ajar 2009 PSTE

    Konverter DC-AC 172

    i=j*2-1; vo=(Vs*(2*sin((1/4)*i*omega*T)-2*sin((3/4)*i*omega*T)+sin(i*omega*T))*(cos(i*omega*t))/(T*i*omega))+(-Vs*(2*cos((1/4)*i*omega*T)-1-2*cos((3/4)*i*omega*T)+cos(i*omega*T))*sin(i*omega*t)/(i*omega*T));

    sum1=sum1+vo; end plot(t,sum1,'b') hndl=plot(t,sum1,'b-');set(hndl,'linewidth',1) hold on

    Gambar 5.3. Hasil Ploting Program-11

    Di dalam buku Powe elektronik karangan Muhammad H Rashid, persamaan

    198 sangat sederhana yakni:

    tnsinnV2V

    ....,5,3,1n

    Sao

    199

    Persamaan 199 lihat nilai n hanya bernilai ganjil, karena n dengan nilai genap

    samadengan NOL.

    Tabel 15. Susunan Program-15 t1=1e-3; sum1=0.0; Vs=220; f=50; T=1/f; Omega=2*pi*f;

  • Buku Ajar 2009 PSTE

    Konverter DC-AC 173

    t=0:t1:3*T; for j=1:1:500; %for j=99; i=j*2-1; vo=((2*Vs*sin(i*Omega.*t))/(i*pi)); sum1=sum1+vo; end plot(t,sum1,'c') hndl=plot(t,sum1,'c-');set(hndl,'linewidth',1) hold on

    Gambar 5.4. Hasil Ploting Program-12

    Gambar 5.4 dianalisis dengan versi kami menghasilkan. Gambar 5.4 perlu di

    Gambar kembali menjadi Gambar 5.5,

    Vao

    Waktu1/4T 1/2T 3/4T T

    VS/2

    -VS/2

    Gambar 5.5. Gelombang luaran Vao

Search related