Dc Ac Inverter

66
1 | Page SWITCH MODE DC-AC INVERTER 8.1 PENDAHULUAN. Switch mode inverter dc ke ac digunakan dalam pengontrolan motor ac dan tidak mengganggu suply daya ac yang menghasilkan output ac sinusoidal dimana besarannya dan frekuensi bisa dikontrol. Sebagai contoh, pengontrolan motor ac, tampak pada gambar 8.1. Untuk memgurangi kecepatan putar motor ac pada gambar 8.1, kumpulan energi kinetik dengan inersia pada motor dan bebannya di recovered, motor ac berlaku sebagai generator. Aliran daya darisisi ac ke sisi dc pada switch mode converter ini dioperasikan dalam sebuah mode rectifier.

Transcript of Dc Ac Inverter

Page 1: Dc Ac Inverter

1 | P a g e

SWITCH MODE DC-AC INVERTER

8.1 PENDAHULUAN.Switch mode inverter dc ke ac digunakan dalam

pengontrolan motor ac dan tidak mengganggu suply daya ac yang menghasilkan output ac sinusoidal dimana besarannya dan frekuensi bisa dikontrol. Sebagai contoh, pengontrolan motor ac, tampak pada gambar 8.1.

Untuk memgurangi kecepatan putar motor ac pada gambar 8.1, kumpulan energi kinetik dengan inersia pada motor dan bebannya di recovered, motor ac berlaku sebagai generator. Aliran daya darisisi ac ke sisi dc pada switch mode converter ini dioperasikan dalam sebuah mode rectifier.

Inverter sumber tegangan dibagi menjadi beberapa kategori :

1. Pulse width modulate inverter.Pada inverter ini tegangan dc pada dasarnya dalam besaran konstan, seperti pada gambar 8.1, dimana

Page 2: Dc Ac Inverter

2 | P a g e

sebuah doida rectifier digunakan untuk menyearahkan line tegangan. Untuk itu inverter harus mengontrol besaran dan frekuensi dari tegangan ac output. Ini bisa dilakukan dengan PWM pada switch inverter, oleh karena itu ini disebut PWM inverter.

2. Square wave inverter.Pada inverter ini input tegangan dapat dikontrol dengan tujuan untuk mengontrolbeberapa output tegangan ac, untuk itu yang dikontrol hanya frekuensi dari tegangan output. Tegangan output ac memiliki gelombang yang menyerupai gelombang kuadrat (square), oleh karena itu disebut square wave inverter.

3. Single phase inverter dengan pembatalan tegangan.Dalam kasus inverter daya output satu phasa, besaran dan frekuensi dari tegangan output inverter bisa dikontrol, meskipun input ke inverter adalah tegangan dc konstan dan inverter switch bukanlah pulse width modulate. Oleh karena itu, inverter ini mengkombinasikan kedua kategori inverter sebelumnya.. teknik pembatalan tegangan hanya untuk inverter satu phasa, bukan tiga phasa.

8.2 KONSEP DASAR DARI SWITCH MODE INVERTER.Misalkan inverter satu phasa tampak seperti gambar

8.3a, dimana output tegangan dari inverter difilter sehingga vo

bisa diasumsikan menjadi sinusoidal. Karena inverter menyuplai sebuah beban induktif seperti motor ac, io lagging vo, seperti tampak pada gambar 8.3b. switch mode inverter ini mampu bekerja pada empat kuadran, seperti tampak pada gambar 8.3c.

Page 3: Dc Ac Inverter

3 | P a g e

8.2.1 SKEMA SWITCHING PULSE WIDTH MODULATE.Dalam rangkaian inverter, PWM sedikit lebih

komplex. Supaya dihasilkan sebuah output tegangan gelombang sinusoidal pada frekuensi yang ditentukan, sebuah sinyal sinusoidal terkontrol pada frekuensi yang ditentukan di gabung dengangelombang triangular seperti tampak pada gambar 8.5a. frekuensi dari gelombang triangular menghasilkan frekuensi switching inverter dan biasanya tetap

konstan dengan amplitud .

Page 4: Dc Ac Inverter

4 | P a g e

Gelombang triangular pada gambar 8.5a adalah pada frekuensi switching fs, dimana menghasilkan frekuensi

dengan switch inverter terhubung. Sinyal kontrol

digunakan untuk memodulasi switch ratio dan memiliki frekuensi f1. amplitud modulasi ratio yaitu :

dimana adalah puncak amplitud dari sinyal kontrol.

Amplitud dari sinyal triangular tetap konstan.

Ratio frekuensi modulasi mf adalah :

Pada inverter gambar 8.5b, switch TA+ dan TA-

dikontrol berdasarkan pada gabungan dan , dan

hasil tegangan output tidak tergantung dari arah io :

> , TA+ menyala,

Page 5: Dc Ac Inverter

5 | P a g e

< , TA- menyala,

Karena kedua switch tidak pernah mati bersamaan, tegangan output vAo akan berkisar antara dua nilai (1/2 Vd dan -1/2 Vd).

Spektrum harmonik dari vAo dibawah kondisi yang diindikasikan dalam gambar 8.5a dan 8.5b, tampak pada 8.5c,

dimana tegangan harmonik normalisasi memiliki

amitud yang perlu diplot. Plot ini (dari ) menunjukkan

tiga hal penting berikut :

1. Puncak amplitud dari komponen frekuensi

adalah ma waktu ½ Vd. Ini bisa dijelaskan dengan

pengkondisian pertama sebuah konstan seperti

pada gambar 8.6a. dihasilkan dalam gelombang output

vAo. VAo tergantung pada ratio dan untuk Vd

yang diberikan.

Tegangan kontrol :

dimana

maka diperoleh :

Page 6: Dc Ac Inverter

6 | P a g e

2. Harmonik dalam gelombang tegangan output menggunakan sideband, ditengah sekitar frekuensi switching dan dimultipelkan. mf, 2mf, 3mf, dan seterusnya.Frekuensi pada saat tegangan harmnik terjadi :

harmonik h terhadap frekuensi :

3. Harmonik mf adalah sebuah integer. Dengan memilih mf

sebagai sebuah hasil integer dalam simetri

seperti gelombang setengah simetri dengan

waktu origin tampak pada gambar 8.5b dimana diplot dari mf = 15. plot spektrum harmonik tampak pada gambar 8.5c.

Seperti yang telah diterangkan pada bagian 11, wilayah overmodulation dipengaruhi pada penyediaan tenaga yang tak terganggu karena kebutuhan bahan keras dalam memperkecil penyimpangan tegangan keluaran. Pada induksi motor drives diterangkan pada bagian 14, overmodulation biasanya digunakan.

Untuk nilai ma yang cukup besar, bentuk gelombang tegangan inverter merosot dari gelombang modulasi-denyut-lebar menjadi gelombang siku, yang didiskusikan pada detail dibagian selanjutnya. Dari gambar 8-8 dan perubahan gelombang siku dijelaskan pada bagian berikutnya, dan bisa dimasukkan pada wilayah overmodulation dengan ma>1 .

8-2-2 SKEMA PERUBAHAN SQUARE WAVE

Page 7: Dc Ac Inverter

7 | P a g e

Pada skema perubahan square wave, tiap perubahan panjang inverter gambar 8-4 adalah setengah lingkaran (180o) dari frekuensi keluaran yang diinginkan. Bentuk gelombang tegangan keluaran ditunjukkan pada gambar 8-9a. Dari analisis Fourier, nilai puncak frekuensi dasar dan komponen harmonik pada bentuk gelombang keluaran inverter bisa didapatkan dengan memasukkan nilai vd seperti :

( Ao ) =

dan

( Ao )= ( Ao )/h

Page 8: Dc Ac Inverter

8 | P a g e

dimana tingkat harmonik h hanya diambil nilai ganjil, seperti pada gambar 8-9b. Ini harus dicatat bahwa perubahan square wave juga merupakan kasus unik pada perubahan SPWM ketika ma menjadi begitu besar yang mengontrol perpotongan bentuk gelombang tegangan dengan bentuk gelombang segi-tiga pada gambar 8-5a hanya pada nol memotong vcontrol. Oleh karena itu, tegangan keluaran adalah ma bebas wilayah gelombang gergaji, seperti pada gambar 8-8.

Satu keuntungan operasi square wave adalah tiap pergantian perubahan inverter dinyatakan hanya dua kali per-putaran, ini sangat penting pada tingkat tenaga yang sangat tinggi dimana perubahan kedudukan solid biasanya meniliki kecepatan menyala dan mati lebih lambat. Satu kerugian serius dari perubahan gelombang gergaji yaitu inverter tidak mampu mengatur tegangan keluaran yang besar. Oleh karena itu, tegangan dc vd yang masuk ke inverter harus disesuaikan untuk mengontrol besarnya tegangan keluaran pada inverter.

Gambar 8-9 square wave switching

Page 9: Dc Ac Inverter

9 | P a g e

8-3 INVERTERS SATU FASA

8-3-1 INVERTER HALF-BRIDGE (FASE TUNGGAL)

Gambar 8-10 Half bridge inverter

Gambar 8-10 menunjukkan inverter setenganh 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 .

Dengan mengasumsikan perubahan PWM, kita menemukan bahwa bentuk gelombang tegangan keluaran akan sama seperti gambar 8-5b. Ini harus dicatat bahwa dengan tanpa melihat perubahan kedudukan, arus diantara dua

Page 10: Dc Ac Inverter

10 | P a g e

kapasitor C+ dan C- (yang mempunyai nilai yang sama dan sangat besar) terbagi dua sama besar. Ketika T+ tertutup, maka konduksi T+ atau D+ tergantung pada arah arus keluarannya, dan io terpecah dua sama besar diantara dua kapasitor. Oleh karena itu, kapasitor C+ dan C- sangat efektif terpasang paralel pada jalur io . Ini juga menjelaskan kenapa persimpangan o pada gambar 8-10 tetap pada potensial tengah.

Semenjak io harus mengalir melalui kombinasi parallel C+ dan C- , io pada keadaan tetap tidak bisa memiliki komponen dc. Oleh karena itu kapasitor ini bekerja seperti kapasitor penghambat dc, hal tersebut menghilangkan kejenuhan trafo dari sisi primer, jika trafo digunakan pada keluaran untuk menyediakan isolasi listrik. Sejak arus pada lilitan primer seperti trafo tidak akan dipaksa menjadi nol tiap perubahannya, Kebocoran energi induksi pada trafotidak menunjukkan masalah pada perubahannya.

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

VT = Vd

DanIT = io

8-3-2 INVERTER FULL-BRIDGE (FASE TUNGGAL)Inverter full-bridge ditunjukkan pada gambar 8-11.

Inverter ini terbagi dua inverter one-leg dari tipe yang telah didiskusikan pada bagian 8-2 dan diutamakan lebihdari pengaturan lain pada tingkat tenaga yang lebih tinggi. Dengan tegangan dc masukan yang sama, tegangan keluaran maksimum

Page 11: Dc Ac Inverter

11 | P a g e

Gambar 8-11 inverter satu fasa jembatan penuh

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. Pada tingkat tenaga tinggi, ini merupakan keuntungan berbeda, ketika diperlukan sedikit parallel pada alat.

8-3-2-1 PWM dengan Perubahan Tegangan BipolarPada gambar diatas saklar yang berlawanan secara

diagonal (TA+, TB-) dan (TA -, TB+) pada gambar 8-11.Dengan tipe pensaklaran PWM ini, bentuk gelombang tegangan keluaran dari leg A adalah serupa dengan keluaran one leg inverter pada bagian 8-2, dimana gelombang keluaran ditentukan dengan membandingkan tegangan control dengan tegangan trigger seperti yang terlihat pada gambar dibawah ini:

Page 12: Dc Ac Inverter

12 | P a g e

Gambar 8-12 PWM dengan pensaklaran tegangan dua kutub

Ketika saklar TA+ di on kan dan VAo adalah sebanding dengan ½ Vd, ketika TB- di on kan dan VBo = - ½ Vd, sehingga dapat ditulis :

VBo (t) = - VAo (t)Vo (t) = VAo (t) - VBo (t) = 2 VAo (t)

Bentuk gelombang keluaran ditunjukkan pada gambar 8-12 (b).

Inverter dengan Fictious filter

Page 13: Dc Ac Inverter

13 | P a g e

Gambar 8-13 Inverter dengan Fictious Filter

Jika beban seperti yang ditunjukkan pada fig 8-13, dimana eo adalah gelombang sinus dengan frekuensi 1, arus keluaran akan berbentuk sinusoidal dan akan mendahului tegangan untuk bebabn induktif, seperti pada motor ac :

Io = Io sin ( 1t - )

Pada sisi dc, filter L-C akan memfilter frekuensi switching tinggi pada id, dan d akan hanya terdiri darifrekuensi rendah dan komponen dc. Dengan mengasumsikan tidak ada energi yang disimpan pada filter,

Vd d (t) = vo(t)io(t) = Vo sin 1t Io sin ( 1t - )Sehingga :

d (t) =

=

dimana :

=

Page 14: Dc Ac Inverter

14 | P a g e

Arus input inverter id terdiri dari dan komponen frekuensi

tinggi karena inverter diswitching, seperti ditunjukkan oleh gambar dibawah :

Gambar 8-14

8-3-2-2 PWM dengan Unipolar voltage switchingPada PWM dengan unipolar voltage switching

ditunjukkan pada gambar 8-11. Disini, kaki A dan B dari inverter jembatan penuh dikontrol secara terpisah dengan membandingkan tegangan control dengan tegangan trigger, seperti yang ditunjukkan pada gambar 8-15 (a), perbandingan dari tegangan control dengan triangular wave form untuk mengontrolsaklar pada kaki A :

Vcontrol> Vtri , TA+ on dan VAN = Vd

Vcontrol< Vtri , TA- on dan VAN = 0

Page 15: Dc Ac Inverter

15 | P a g e

Untuk mengontrol pensaklaran leg B , -Vcontrol dibandingkan dengan triangular waveform :

-Vcontrol > Vtri, TB+ on dan VBN = Vd

-Vcontrol < Vtri, TB- on dan VBN = 0

Page 16: Dc Ac Inverter

16 | P a g e

Page 17: Dc Ac Inverter

17 | P a g e

Gambar 8-15Karena adanya feedback dari dioda anti-paralel dengan

pensaklaran, tegangan yang diberikan pada persamaan 8-29 dan 8-30 adalah sesuai dengan arah arus output io.

Bentuk gelombang pada gambar 8-15 memperlihatkan bahwa ada 4 kombinasi pensaklaran dan nilai tegangan yang sesuai :

1. TA+,TB- on; VAN = Vd, VBN = 0; v0 = Vd

2. TA-,TB+ on; VAN = 0, VBN = Vd; v0 = -Vd

3. TA+,TB+ on; VAN = Vd, VBN = 0; v0 = 04. TA-,TB- on; VAN = 0, VBN = 0; v0 = 0Kita anggap bahwa ketika kedua saklar yang atas hidup,

tegangan keluaran adalah nol. Arus keluaran yang mengalir pada loop melalui TA+ dan DB+ atau DA+ dan TB+ bergantung pada arah dari io. Selama interval ini, arus input id adalah nol. Kondisi yang sama juga terjadi ketika kedua saklar yang dibawah TA- dan TB- hidup.

Dalam tipe PWM ini, ketika proses switching terjadi, tegangan keluaran berubah antara 0 dan + Vd atau antara nol

Page 18: Dc Ac Inverter

18 | P a g e

dan -Vd. Karena alasan ini, tipe PWM ini disebut PWM dengan pensaklaran tegangan unipolar, kebalikan dari PWM dengan pensaklaran tegangan bipolar (antara +Vd dan - Vd) yang telah dijabarkan sebelumnya. Rancangan ini mempunyai keuntungan dalam efektifitas penggandaan frekuensi switching sejauh keluaran harmonic masih terjadi, dibandingkan dengan bipolar voltage-switching. Lonjakan tegangan pada tegangan keluaran setiap kali switching dikurangi sampai Vd, seperti ketika menurunkan ke 2 Vd pada skema sebelumnya.

Keuntungan dalam efektifitas penggandaan frekuensi switching terlihat dalam spectrum harmonic gelombang tegangan keluaran,dimana harmonic terendah (dalam sirkuit yang ideal) terlihat sebagai sidebands dari penggandaan frekuensi switching. Sangat mudah memahami ini jika kita memilih rasio modulasi mf untuk ada (mf sangat jarang terdapat pada PWM dengan bipolar voltage switching) dalam inverter satu phasa. Gelombang tegangan VAN dan VBN dipindahkan 1800 dari frekuensi dasar f1 yang berkaitan satu sama lain. Oleh karena itu, komponen harmonic pada frekuensi switching pada VAN dan VBN mempunyai kesamaan fasa (ΦAN – ΦBN = 1800 ; mf

= 0, Selama gelombang dipindahkan 1800 dan mf diasumsikan ada). Sebagai tambahan, sidebands dari harmonic frekuensi switching akan hilang. Dengan cara yang sama, harmonic dominant yang lain pada penggandaan frekuensi switching tidak akan ada, selama sidebabds tidak ada juga. Berikut persamaan :

o1 = maVd (ma ≤ 1.0) (8-32)Dan

Vd < o1 < (4/π) Vd (ma > 1.0) (8-33)

Page 19: Dc Ac Inverter

19 | P a g e

ARUS DC-SIDE Id

Pada kondisi yang sama pada rangkaian di gambar 8-13 untuk PWM dengan bipolar voltage switching, gambar 6 menunjukan arus dc-side id dari PWM unipolar voltage-switching, dimana mf = 14 (sebagai ganti dari mf = 15 pada bipolar voltage-switching).

Dengan membandingkan gambar 8-14 dan 8-16, jelas terlihat bahwa menggunakan PWM dengan unipolar voltage switching menghasilkan riple yang kecil pada arus di dc-side dari inverter.

8-3-2-3 Operasi Gelombang PersegiInverter jembatan penuh dapat juga beroperasi pada

model gelombang persegi. Kedua tipe PWM yang dibahas sebelumnya mengalami penurunan ke operasi model gelombang persegi yang sama, dimana saklar-saklarnya (TA+, TB-) dan (TB+, TA-) beroperasi sebagai dua pasang dengan duty ratio 0.5.

Magnitud tegangan keluaran yang diberikan berikut diatur dengan mengontrol tegangan input dc :

o1 = (4/π) Vd (8-36)8-3-2-4 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 8-17a, saklar-saklar pada kedua kaki inverter dikontrol secara terpisah (sama dengan PWM unipolar voltage-switching). Tapi semua saklar mempunyai duty ratio 0.5, sama dengan square-

Page 20: Dc Ac Inverter

20 | P a g e

wave control. Hasil dalam bentuk gelombangnya untuk VAN

dan VBN terlihat pada gambar 8-17b. Selama interval yang tumpang tindih ini (α), tegangan output adalah nol sebagai konsekuensi dari hidupnya kedua saklar atas maupun kedua saklar yang dibawah. Dengan α = 0, gelombang output sama dengan inverter gelombang persegi dengan magnitud output yang kemungkinan maksimum.

Gambar 8-16

Page 21: Dc Ac Inverter

21 | P a g e

Gambar 8-17Sangat mudah untuk memperoleh komponen frekuensi

dasar dan frekuensi harmonik dari tegangan output dimana β =900 – ½ α, sebagaimana terlihat gambar 8-17b :

( o)h =

=

Jadi ( o)h =

(8-37)Dimana β =900 – ½ α dan h adalah integer.

Page 22: Dc Ac Inverter

22 | P a g e

Gambar 8-17 memperlihatkan variasi komponen frekuensi dasar sebagaimana tegangan harmonik sebagai fungsi α.

8-3-2-5 Pemakaian Saklar Pada Inverter Jembatan PenuhSama 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 :

VT = Vd (8-38)Dan

Id = i0,peak (8-39)8-3-2-6 Ripel pada Output Inverter Satu Fasa

Riple pada gelombang yang berulang mengacu pada perbedaan nilai sesaat dari gelombang dan komponen frekuensi dasar.

Gambar 8-18a memperlihatkan inverter switch-mode satu fasa. Inverter ini diasumsikan menyuplai beban induksi motor, yang ditunjukkan dengan menggunakan rangkaian ekivalen dengan ggl induksi (emf) e0. Selama e0(t) sinusoidal, hanya komponen sinusoidal (frekuensi dasar) dari tegangan output dan arus inverter yang mempengaruhi transfer daya ke beban.

Selama prinsip superposisi berlaku disini, semua riple di v0 terlihat bersebrangan dengan L dimana :

Vripple(t) = v0 – v01 (8-41)Untuk riple arus output dapat dihitung dengan :

Page 23: Dc Ac Inverter

23 | P a g e

iripple(t) = (8-

42)dimana k adalah konstanta dan adalah variabel dari integral.

Gambar 8-18Dengan menset waktu asli t=0, konstanta k pada

persamaan 8-42 akan nol. Oleh karena itu, persamaan 8-41 dan 8-42 memperlihatkan bahwa arus riple tidak bergantung pada daya yang ditransfer ke beban.

8-3-3 Push-Pull Inverter

Page 24: Dc Ac Inverter

24 | P a g e

Gambar 8-20 memperlihatkan rangkaian 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. Karena itu tanpa melihat arah dari io, v0 = Vd/n, dimana n adalah rasio trafo, yang digambarkan pada gambar 8-20. Hal yang sama juga saat saklar T2 on (dan T1 off), v0 = -Vd/n. Push-Pull inverter dapat dioperasikan di PWM atau model gelombang persegi dan gelombangnya identik sesuai dengan gambar 8-5 dan 8-12 untuk inverter jembatan ½ penuh dan jembatan penuh. Tegangan output pada gambar 8-20 sesuai persamaan :

o1 = maVd/n (ma ≤ 1.0) (8-43)Dan

Vd /n< o1 < (4/π) Vd/n (ma > 1.0) (8-44)

Pada push-pull inverter, tegangan puncak switching dan rating arus adalah

VT = 2Vd IT = i0,peak/n (8-45)

Page 25: Dc Ac Inverter

25 | P a g e

Page 26: Dc Ac Inverter

26 | P a g e

Gambar 8-19

Gambar 8-20Keuntungan 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.

8-3-4 Pemakaian Saklar pada Inverter Satu FasaKita asumsikan bahwa Vd,max adalah nilai tertinggi dari

tegangan input, yang menetapkan rating tegangan switching. Dalam PWM mode, input konstan pada Vd,max. Pada model gelombang persegi, tegangan input dikurangi dibawah Vd,max

untuk mengurangi tegangan output dari nilai maksimum. Tanpa

Page 27: Dc Ac Inverter

27 | P a g e

melihat operasi PWM atau model gelombang berjalan, kita asumsikan bahwa ada induktansi yang cukup yang dikaitkan dengan beban output untuk menghasilkan arus sinusoidal murni (kondisi ideal tentu saja untuk output gelombang persegi) dengan nilai rms dari Io,max pada beban maksimum.

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 IT sebagai rating arus dan tegangan puncak dari saklar, kombinasi pemakaian dari semua saklar pada inverter dapat dijelaskan :

Rasio pemakaian saklar = (8-46)

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)

Push-pull inverter

VT = 2Vd,max IT = Vo1,max = q = 2

(8-47)(n= rasio trafo, gambar 8-20)

rasio pemakaian saklar maksimum = (8-

48)

Page 28: Dc Ac Inverter

28 | P a g e

Inverter Jembatan ½ Penuh

VT = Vd,max IT = Vo1,max = q = 2

(8-49)

rasio pemakaian saklar maksimum = (8-

50)Inverter Jembatan Penuh

VT = Vd,max IT = = q = 4 (8-

51)

rasio pemakaian saklar maksimum = (8-

52)Ini menunjukan bahwa setiap inverter, rasio pemakaian saklar maksimum adalah sama.

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.

Saat tegangan-arus output dibandingkan ke rating maksimum output, pemakaian saklar akan berkurang secara linear. Catatan bahwa dalam menggunakan PWM switching dengan ma≤1.0, rasio ini akan lebih kecil akibat dari faktor ( /4)ma yang dibandingkan ke switching gelombang persegi :

Page 29: Dc Ac Inverter

29 | P a g e

rasio pemakaian saklar maksimum = (8-

54)(PWM, ma≤1.0)

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.

8-4 Inverter 3 FasaPada aplikasi seperti penyuplaian daya ac yang kontinu

dan pengarah motor ac, inverter 3 fasa sangat sering digunakan untuk menyuplai beban 3 fasa.

Pada umumnya inverter 3 fasa terdiri dari 3 kaki, satu kaki untuk satu fasa, sebagaimana terlihat pada gambar 8-21. Setiap kaki inverter, salah satunya sama dengan yang dijelaskan pada section 8-2. Oleh karena itu, output dari setiap kaki misalkan VAN (yang berkaitan dengan bus dc negatif), bergantung hanya pada Vd dan keadaan pensaklaran. Tegangan output tidak bergantung pada arus beban output selama salah satu dari dua saklar pada salah satu kaki selalu hidup. Disini lagi-lagi kita mengasumsikan pensaklaran yang ideal. Karenanya, tegangan output dari inverter tidak bergantung pada arah dari arus beban.

Page 30: Dc Ac Inverter

30 | P a g e

Gambar 8-21

8-4-1 PWM pada Inverter dengan Sumber Tegangan Tiga Fasa

Sama dengan inverter satu fasa, tujuan dari PWM Inverter 3 fasa adalah untuk membentuk dan mengontrol magnitude tegangan output 3 fasa. Dan frekuensi dengan tegangan input Vd konstan. Untuk memperoleh keseimbangan tegangan output 3 fasa pada inverter 3 fasa PWM, gelombang tegangan segi tiga dibandingkan 3 tegangan kontrol sinusoidal yang berbeda fasa 1200, seperti yang ditunjukan pada gambar 8-22a (untuk mf = 15).

Perlu dicatat dari gambar 8-22b bahwa jumlah identik dari komponen dc rata-rata ditunjukan pada tegangan output VAN dan VBN, dimana diukur berdasarkan bus dc negatif.

Page 31: Dc Ac Inverter

31 | P a g e

Dalam inverter 3 fasa, hanya harmonisa dari tegangan line to line yang perlu diperhatikan. Harmonisa dari output tiap-tiap kaki, contohnya VAN pada gambar 8-22b, adalah identik dengan harmonisa pada VAo pada gambar 8-5, dimana hanya harmonisa yang tidak teratur berlaku sebagai sidebands.

Pertimbangan mengenai PWM dapat disimpulkan sebagai berikut :

1. Untuk nilai mf yang rendah, untuk mengurangi harmonisa yang terjadi, PWM sinkron harus digunakan dan mf harus integer yang tak teratur.

2. Untuk nilai mf yang tinggi, berlaku pernyataan pada bagian 8-2-1-2 untuk PWM satu fasa.

3. Selama overmodulation (ma > 1.0), tanpa melihat nilai mf, kondisi yang berkaitan dengan mf kecil harus diamati.

8-4-1-1 Linear Modulation (ma ≤ 1.0)Dalam kondisi linear, komponen frekuensi dasar dari

macam-macam tegangan output adalah linear dengan rasio amplitudo modulasi ma.)

Page 32: Dc Ac Inverter

32 | P a g e

Gambar 8-22Dari gambar 8-5b dan 8-22b, nilai puncak dari komponen frekuensi dasar di salah satu kaki inverter adalah :

Page 33: Dc Ac Inverter

33 | P a g e

( AN) 1 = ma Vd/2 (8-56)Oleh karena itu, tegangan rms line to line pada frekuensi dasar adalah :

VL-L =

= 0.612 maVd

(ma≤1.0) (8-57)Tegangan harmonik rms ditunjukan pada tabel 8-2.

8-4-1-2 Overmodulation (ma > 1.0)Dalam PWM overmodulation, puncak dari tegangan

kontrol dibolehkan untuk melebihi puncak gelombang segitiga. Tidak seperti kondisi linear, pada operasi ini, magnitude tegangan frekuensi dasar tidak bertambah sebanding dengan ma. Hal ini ditunjukkan pada gambar 8-23, dimana nilai rms dari frekuensi dasar tegangan line to line VLL di plot sebagai fungsi dari ma. Sama dengan PWM satu fasa, untuk nilai ma

yang cukup besar, PWM didasarkan pada gelombang inverter gelombang-persegi. Hasil pada nilai maksimum dari VLL sama dengan 0.78Vd dijelaskan pada bagian berikutnya.Tabel 8-2.

ma

h 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

1 0.122 0.245 0.367 0.490 0.612mf ±2 0.010 0.037 0.080 0.135 0.195mf ±4 0.05 0.0112mf ±1 0.116 0.200 0.227 0.192 0.1112mf ±5 0.008 0.0203mf ±2 0.027 0.085 0.124 0.108 0.0383mf ±4 0.007 0.029 0.064 0.096

Page 34: Dc Ac Inverter

34 | P a g e

4mf ±1 0.100 0.096 0.005 0.064 0.0424mf ±5 0.021 0.051 0.0734mf ±7 0.010 0.030

Gambar 8-23

Page 35: Dc Ac Inverter

35 | P a g e

8-4-2 Operasi Gelombang Persegi pada Inverter 3 FasaJika tegangan input dc terkontrol, inverter pada gambar

8-24a dapat dioperasikan pada model gelombang persegi. Dalam operasi model gelombang persegi, inverter tidak dapat mengontrol magnitude tegangan output ac. Oleh karena itu,tegangan input dc harus dikontrol dalam hal pengontrolan magnitude output. Disini, komponen frekuensi dasar tegangan rms line to line pada output dapat ditunjukan pada persamaan 8-13.

VLL1 = (8-58)

Gelombang tegangan output line to line tidak bergantung pada beban harmonik,yang amplitudonya menurun berbanding terbalik dengan harmoniknya seperti yang ditunjukan pada gambar 8-24c :

(8-59)

Dimana h = 6n ± 1 (n=1,2,3,……)

Page 36: Dc Ac Inverter

36 | P a g e

8-5 Efek Waktu Kosong Pada Tegangan Inverter PWM Efek waktu kosong pada tegangan keluaran diuraikan oleh salah satu kaki satu fasa atau tiga fasa penyearah jembatan penuh,seperti terlihat pada gambar 8-31 a.switch diasumsikan ideal,yang mana status dari dua switch pada penyearah bergantian secara simultan dari on ke off dan sebaliknya. control

merupakan tegangan dc konstan,sesuai dengan gambar 8-6;gambar tersebut membandingkan dengan gelombang segitiga

tri yang menentukan switching pada saat tertentu dan sinyal switch kontrol control (ideal) sesuai gambar 8-31b,asumsikan switch ideal.

(a)

Page 37: Dc Ac Inverter

37 | P a g e

Figure 8-31 Efek waktu kosong .

Page 38: Dc Ac Inverter

38 | P a g e

Dalam prakteknya,karena keterbatasan waktu turn on dan turn off diasosiasikan dengan banyak switch,sebuah switch akan berhenti beroperasi jika waktu switching sekejap saja seperti gambar 8-31b.Bagaimanapun,operasi dari switch lainnya pada penyearah ditunda oleh waktu kosong ∆,dapat diplih dengan bebas untuk menghindari “shoot through” atau arus crosss-conduction.Waktu kosong ini dipilih dalam beberapa mikrosekon intuk switching alat cepat seperti MOSFETs dan lebih besar unruk switching alat yang lebih lambat.Sinyal pengontrol switch berada pada waktu kosong seperti gambar 8-31c.Karena kedua switch off sepanjang waktu kosong, AN

sepanjang interval tergantung dari besarnya A,seperti gambar

8-13d untuk > 0,dan gambar 8-31e untuk <

0.Membandinkan bentuk gelombang ideal tanpa waktu

kosong terhadap bentuk gelombang aktual dengan waktu kosong,perbedaan tegangan keluaran ideal dan aktual adalah

ε = ( )ideal – ( )actual

Dengan ε rata-rata melebihi satu periode waktu frekuensi switching,kita dapat memperoleh perubahan tegangan keluaran selama ∆ :

+( ∆/ S) Vd > 0

∆V =

-( ∆/ S) Vd < 0Persamaan diatas menggambarkan bahwa ∆VAN tdak tergantung pada besarnya arus tapi tergantung pada polaritas arus.Bagaimanapun,∆AN sebanding terhadap waktu kosong ∆

dan frekuensi switching s (=1/ s).

Page 39: Dc Ac Inverter

39 | P a g e

Analisa diatas juga berlaku untuk kaki B penyearah satu fasa sesuai gambar 8-32a dan berlaku A = - B ;

-( ∆/ s)Vd

∆V =

+( ∆/ s)Vd

Karena o = - dan o = ,maka

∆V - ∆V = =(2 ∆/ s)Vd o > 0

∆Vo = -(2 ∆/ s)Vd o < 0

(a)

Page 40: Dc Ac Inverter

40 | P a g e

(b)

Figure 8-32 Efec dari pada dimana didefinisikan

sebagai drop tegangan jika positif.Plot kurva Vo sebagai fungsi dari control ditunjukkan oleh figur 8-32b,dengan dan tanpa waktu kosong.Jika converter gelombang penuh seperti figue 8-32 a adalah adalah pulsa lebar yang termodulasi,maka controk adalah tegangan dc yang konstan dalam kedaaan steady state.Untuk control sinusoidal pada inverter PWM gelombang penuh satu fasa,maka tegangan output rata-rata Vo(t) situnjukkan oleh figur 8-33 untuk arus beban o yang diasumsikan tertinggal dari Vo(t).

Page 41: Dc Ac Inverter

41 | P a g e

Figure 8-33 Efec dari pada output sinusoidal.

8.6 Skema Switching Penyearah Lain8-6-1. Switching Gelombang Pulsa PersegiDisini,setiap tegangan output adalah gelombang persegi kecuali beberapa bentuk (atau pulsa) untuk mengontrol amplitude pokok.8-6-2.Switching Program Eleminasi Harmonic Teknik ini merupakan kombinasi antara switching gelombang persegi dengan PWM untuk mengontrol tegangan output yang pokok untuk mengeliminasi harmonic keluaran.

Tegangan ,dari kaki penyearah,berukuran ½ Vd

diplot pada kurva 8-34a,dimana ada enam buah derajat pada gelombang output,untuk mengontrol besar tegangan dan untuk menghapus harmonic lima dan tujuh.Dalam setengah putaran,setiap derajat memberikan satu kebebasan,oleh karena

Page 42: Dc Ac Inverter

42 | P a g e

itu pada setengah gelombang terdiri dari 3 buah derajat untuk mengontrol dan menghapuskan bdua jenis harmonic.

Figur 8-34a menunjukkan bahwa gelombang output memiliki memiliki setengah gelombang simetri ganjil.Oleh karena itu,hanya harmonik yang ganjil yang akan hadir.

(a)

Page 43: Dc Ac Inverter

43 | P a g e

(b)Figure 8-34 Program eleiminasi harmonic lima dan tujuh

Dalam operasi gelombang persegi,komponen frekuensi tegangan adalah

= = 1.273

Karena derajat berfumgsi untuk menghapuskan harmonic lima dan tujuh,amplitude maximum akan dihasilkan.sehingga

= 1.188

Nilai dari α1,α2,dan α3 diplot pada figur 8-34b sebagai fungsi dari tegangan output. 8-6-3. Modulasi Pengatur ArusDalam aplikasinya sebagai dc dan ac motor servo,motor tersebut adalah motor arus(suplai oleh switch mode converter atau inverter yang butuh untuk dikontrol,sekalipun VSI selalu digunakan.

Ada beberapa cara untuk memperoleh sinyal switching untuk switch inverter untuk mengontrol arus output inverter.8-6-3-1 Tolerence Band Control

Ilustrasinya pada figur 8-35 untuk arus sinusoiidal,dimana

fasa aktual arus dibandingkan dengan telerance band .Jika

arus aktual dalam figur 8-35a dicoba untuk melebihi the upper

tolerance band, -akan beropersi.Sebaliknya switching terjadi

jika arus actual dicoba dibaeah the lower tolerance band.Kontrolnya dilakukan sesuai dengan blok duagram figur 8-35b.

Page 44: Dc Ac Inverter

44 | P a g e

(a)

Page 45: Dc Ac Inverter

45 | P a g e

(b)Figure 8-35 Tolerence band current control8-6-3-2 Fixed Frequency ControlKontrol frcuency arus ditujukkan pada gambar 8-36.Kesalahan antara arus reference dengan arus aktual dikeraskan oleh

kontrol PI.Keluaran dari amplifier dibandingkandengan

fix-frecuencygelombang triangular .Kesalahan positif ( *-

)dan,karena itu, positif adalah sebagai tegangan output

inverter.

Figure 8-36 Control arus frekuensi8-6-4 Skema Switching Gabungan Harmonic Netralisasi Dengan Modulasi Dan Hubungan TrafoDalam beberapa aplikasi seperti siplai tiga fasa,biasanya mensyaratkan memilikio isolasi trafo pada output.Aplikasinya,tegangan output trafo dimanfaatkan dalam

Page 46: Dc Ac Inverter

46 | P a g e

mmenghapus harmonic.Dalam hal ini teknik program eliminasi harmonic dapat digunakan untuk mengontrol tegangan dan untuk menghapus beberapa harmonic. 8-7 Mode Operasi Rectifier

Mode operasi recrifier yang dibicarakan adalah untuk converter yiga fasa,prinsipnya sama dengan converter satu fasa.

Sebagai contoh,denagn mengingat sistem tiga fasa seperti figur 8-37a.Pada figur 8-37b,mode operasi motor

ditunjukkan dimana tegangan converter dsuplai ke motor

yang tertinggal dari EA dengan sudut δ.Komponen aktif ( )

dari adalah fasa dai EA,oleh karena itu converter beroperasi

dalam mode inverter.Sudut fasa dari tegangan ac yang dihasilkan oleh

converter dapat dikontrol.Jika tegangan converter dibuat

untuk tertinggal dari EA oleh sudut δ yang sama ,diagram

phasor figur 8-37c menunjukkan componen aktif ( ) dari

sekarang berbeda 180o dengan EA.Dalam faktanya, dapat dikontrol dengan

jarak dan fasa.Asumsikan bahwa EA tidak dapat ditukar

seketika,figur 8-37c menunjukkan locus dari phasor yang

dapat menjaga arus agar konstan.

Page 47: Dc Ac Inverter

47 | P a g e

(a)

(b)

(c)

Page 48: Dc Ac Inverter

48 | P a g e

(d)

Figure 8-37 Operation modes: (a) circuit;(b)mode inverter;(c)

mode rectifier; konstan