4. DEFINE DC TO AC CONVERTER (INVERTERS)

KEMENTERIAN BAHAGIAN PENDIDIKAN TEKNIK DAN VOKASIONAL,
PENDIDIKAN KEMENTERIAN PENDIDIKAN MALAYSIA,
MALAYSIA ARAS 5&6, BLOK E14, PARCEL E,

PUSAT PENTADBIRAN KERAJAAN PERSEKUTUAN,
62604 PUTRAJAYA.

NOTA KULIAH

SEMESTER SEMESTER 4 DVM SESI 22001290
JABATAN
PROGRAM JABATAN TEKNOLOGI ELEKTRIK DAN ELEKTRONIK

TEKNOLOGI ELEKTRIK

KOD / KURSUS DEA 4232 POWER ELECTRONIC AND DEVICE

KOMPETENSI DEFINE DC TO AC CONVERTER (INVERTERS)

KOMPETENSI UNIT 1. Explain the principle of DC to AC converter.
2. Explain the operation of DC to AC converter.
HASIL PEMBELAJARAN
Upon completion of the course, students will be able to:
PENTAKSIRAN 1. Discuss power electronic semiconductor device and symbol (C2,PLO1)
TARIKH 2. Construct operation, principle of power electronic converter.

(P3,PLO2)
3. Explain waveform of the power electronics converters. (A3,PLO5)

NOTA KULIAH PERATUS
KESELURUHAN

MASA

NO KOD DEA 4232/K01/ EDISI MARKAH MARKAH PERATUS DIPEROLEH
JUN/2019 PENUH DIPEROLEH

MAKLUMAT CALON

NAMA

NO. KAD ANGKA KEPUTUSAN PENILAIAN
PENGENALAN GILIRAN

DISEDIAKAN OLEH: DISAHKAN OLEH:

KOMPETEN

_____________________________ _____________________________ BELUM
(MUHAMMAD KHAIROL NIZAM BIN) (NAZRUL AIMI BIN YUSOF) KOMPETEN

AHMAD ZULPAKARI TARIKH: (SILA TANDAKAN √ PADA RUANGAN YANG

TARIKH: DISEDIAKAN)

Pengenalan

Penukar AT – AU ialah litar penyongsang yang berfungsi untuk menukarkan voltan AT kepada
voltan AU dengan mengawal pensuisan bekalan voltan/arus AT dalam urutan yang ditentukan . Penukar
ini adalah statik ( tidak bergerak ) dan boleh menghasilkan bekalan AU 1 fasa dan 3 fasa. Rajah 1
menunjukkan gambarajah blok asas bagi sebuah penyonsang (inverter).

Rajah 1
Rajah 2 (a) menunjukkan litar penyongsang yang dikenali sebagai litar tetimbang H ( H bridge
circuit ) . T1 , T2 , T3 dan T4 ialah komponen JFET , yang akan berkendali apabila tamatan get mendapat
picuan. Rajah 2(b) ialah litar setara bagi litar H dimana suis S1, S2 , S3 dan S4 menyambungkan
bekalan AT kepada beban RL.

RL

(a) (b)
Rajah 2

Analisa Dan Prinsip Kendalian Litar

 Gambarajah 3 (a) menunjukkan S1 dan S2 ditutup manakala S3 dan S4 dibuka untuk
menghasilkan separuh kitar voltan positif yang pertama .

Rajah 3 (a)

 Gambarajah 3 (b) menunjukkan S1 dan S2 dibuka manakala S3 dan S4 ditutup untuk
menghasilkan separuh kitar voltan negatif yang kedua .

Rajah 3 (b)

 Hasil daripada operasi litar ialah gelombang voltan segiempat di rajah 3 ( c). Frekuensi
gelombang ditentukan oleh tempoh pensuisan, T.
f ( Hz) = 1 / T ( s )

Rajah 3 (c )

Keluaran daripada penyonsang mengandungi voltan harmonik yang ditunjukkan dalam rajah 4.

Rajah 4

Litar penyongsang dalam Unit Bekalan Tidak Terganggu ,UPS memerlukan gelombang keluaran
sinus tulin. Oleh itu penapis lulus rendah ( low pass filter ) , LC digunakan untuk menapis voltan
harmonik yang berfrekuensi tinggi sebelum keluaran penyongsang disambungkan ke litar beban. Rajah
5 menunjukkan gambar rajah blok litar penyongsang dan penapis LC.

Penyonggsang Penapis LC Litar Beban

VAT

Sebelum ditapis Selepas ditapis

Rajah 5

Modulasi Lebar Denyut, PWM

Litar modulasi lebar denyut , PWM ( Pulse Width Modulation ) juga boleh digunakan untuk
mengubah bentuk voltan segiempat keluaran penyongsang. PWM digunakan untuk mengawal
pensuisan litar. Rajah 6 menunjukkan contoh isyarat PWM.

Rajah 6

Modulasi lebar denyut, PWM ( Pulse Width Modulation ) boleh mengurangkan saiz komponen
penapis LC yang digunakan untuk menapis voltan harmonik. Rajah 7 ( a ) menunjukkan PWM yang
mengawal litar penyonsang dan Rajah 7 ( b ) menunjukkan litar PWM menggunakan IC555.

Penyonsang

PWM

(a)

(b)
(Rajah 7
Kebaikan PWM ;
 Mengurangkan harmonik untuk litar penyongsang
 Mengawal pergerakan motor

Kelemahan PWM :

 Ganguan – RFI dan EMI
 Litar yang kompleks

Jenis Litar Penyongsang

Penyonsang boleh diklasifikasikan mengikut voltan keluaran , kaedah penukartertib
iaitu kaedah penukartertib dan juga jenis sumber bekalan AT. Rajah 8 menunjukkan dua jenis
penyongsang yang diklasifikasikan mengikur sumber bekalan AT iaitu:-

Penyongsang Voltan Penyongsang Arus
– VSI (Voltage Source Inverter). - CSI (Current Source Inverter).

Rajah 8

Perbezaan Penyongsang Voltan dan Penyongsang Arus

Jadual 1 menunjukkan perbandingan ringkas litar VSI dan CSI.

VSI CSI

Sumber bekalan voltan AT mempunyai galangan Sumber bekalan arus AT yang mempunyai
yang rendah galangan yang tinggi.

Sumber bekalan voltan AT adalah tetap Sumber bekalan arus tetapdan boleh dilaras

Voltan keluaran tidak bergantung kepada beban Arus keluaran tidak bergantung kepada beban

Memerlukan diod suapbalik Tidak memerlukan diod suapbalik

Litar Penukartertib adalah lebih komplek Litar Penukartertib adalah mudah

IGBT , Transistor Kuasa , MOSFET dan GTO IGBT , Transistor Kuasa , MOSFET dan GTO

boleh digunakan. jarang digunakan kerana kurang ketahanan

voltan songsang.

Jadual 1

Penyongsang Voltan

Penyongsang voltan merupakan litar penukar AT-AU yang menggunakan pemuat yang bernilai
tinggi pada bekalan masukan AT . Pemuat akan menjadikan voltan AT masukan tetap dan tidak berubah
mengikut arus beban. Rajah 8 menunjukkan gambarajah blok untuk penyongsang voltan.

Rajah 8
Rajah 9 (a) menunjukkan penyongsang Half Bridge VSI yang menggunakan IGBT sebagai
komponen pensuisan. Diod digunakan bagi tujuan proses suapbalik terhadap ‘tenaga beban reaktif’.
Rajah 8 (b ) menunjukkan voltan keluaran, Vo apabila picuan ig1 & ig2 dibekalkan kepada pada get Q1
dan Q2.

(a) (b)
Rajah 9

Kendalian Litar :
 Apabila Q1 dipicu oleh i1 semasa 0 < T < To/2, Vo = + Vs/2.

 Apabila Q2 dipicu oleh i2 semasa To/2 < T< To, , Vo = - Vs/2 .

 Jika beban yang disambung terhadap litar adalah beban kearuhan ,arus beban io, akan

mengekori ( lagging ) voltan Vo. Pada ketika t berada diantara 0 < t < To/2 , Vo berada pada nilai

positif tetapi io adalah berada pada kedudukkan nilai negatif dan semasa t berada diantara 0 < t
< Ɵ1 , oleh itu D1 dipincang hadapan untuk menyediakan laluan arus. Diod digunakan bagi

tujuan suapbalik ketika voltan dan arus berada pada kutub yang berlawanan.
 io berada nilai positif pada masa t berada diantara Ɵ1 < t < To/2

 Proses ini akan berlaku secara berterusan dan berulang-ulang.

 Voltan keluaran, Vo pmkd ;

Voltan keluaran menggunakan siri Fourier ;

Rajah 10 ( a ) menunjukkan litar tetimbang H ( H Bridge ) yang menghasilkan bekalan AU satu
fasa dan rajah 10 ( b ) menunjukkan voltan dan arus keluaran , Vo dan io. Beban kearuhan
menyebabkan arus io mengekori voltan Vo.

Vs

(a)

ig1, ig4

ig2,ig3

Vs

Vo
io

(b)
Rajah 10

Kendalian Litar :
 IGBT V1 dan V4 dipicu untuk menghasilkan separuh kitar pertama Vo manakala D2 dan D3
diaktifkan untuk suapbalik arus apabila Vo dan io berlawanan kutub.
 V3 dan V2 dipicu untuk separuh kitar kedua voltan keluaran , Vo dan D1 dan D4 diaktifkan untuk
suapbalik arus apabila Vo dan io berlawanan kutub.
 Hasil daripada operasi litar tersebut ianya menghasilkan satu bentuk gelombang voltan
segiempat yang mempunyai nilai amplitud Vs.

Voltan keluaran, Vo

Kelebihan VSI ;
 Vo tidak bergantung kepada beban
 Saiz litar kecil

Kelemahan VSI ;
 Tiada perlindungan litar pintas

Penyongsang Arus

Penyongsang Arus memerlukan sumber arus terus yang stabil untuk menghasilkan arus keluaran
A.U yang stabil dan tetap . Komponen pearuh disambungkan secara siri pada punca masukan litar bagi
memastikan keadaan ini dapat dihasilkan. Penyonsang ini menggunakan tiristor sebagai komponen
pensuisan. Rajah 11 menunjukkan gambarajah blok penyongsang arus.

Rajah 11

Rajah 12 ( a ) ialah penyongsang arus yang menggunakan SCR sebagai komponen pensuisan.
Penyonsang CSI ini disambungkan ke beban kemuatan dan menggunakan penukartertib beban. Arus Io
akan mendahului Vo apabila SCR berkendali mengikut urutan yang ditentukan. Gambarajah gelombang
bagi arus picuan , arus litar dan Vo ditunjukkan didalam rajah 12 ( b ).

Is i T1, i T2 Is

Sumber AT -Is
Arus
iT3 , iT4
Vin
Io

AU

Vo

Vin

(a) (b)
Rajah 12

Kendalian litar ;
 Apabila get SCR T1 dan T2 dipicu, SCR berkendali , arus Is mengalir ke beban dan membentuk
kitar pertama Io

 Apabila get SCR T3 dan T4 dipicu , SCR berkendali , arus Is mengalir ke beban dan
membentuk kedua Io

Rajah 13 ( a ) ialah penyongsang arus tetimbang jenis penukartertib secara urutan automatik
ASCI Auto Sequential Commutated Inverter yang disambungkan ke beban kearuhan. Oleh itu pemuat
perlu disambung selari dengan beban dan diod siri digunakan untuk litar penukartertib . Diod
berperanan untuk mengekalkan cas didalam pemuat .Ketiadaan diod akan menyebabkan pemuat
menyahcas melalui beban .

Gambarajah gelombang bagi arus picuan , arus litar Io dan Vo ditunjukkan didalam rajah 13( b ).
Rajah 13 ( c ) dan ( d ) menunjukkan bagaimana C1 dan C2 mengecas dan nyahcas. Voltan pemuat
yang berubah kutub digunakan untuk memicu tiristor.

ig1, ig3
ig2, ig4

Vco
Vc

- Vco
I

Io
-I

ID

(a) (b)

(c) (d)
Rajah 14

Kelebihan CSI ;
 Litar kuasa yang lasak
 Perlindungan terhadap litar pintas

Kelemahan CSI ;
 Julat frekuensi yang terhad dan daya kilas permulaan motor yang rendah
 Saiz pearuh DC link yang besar .
 Tindakbalas pemacu adalah lembab dan tidak stabil pada beban ringan dan kelajuan tinggi.

Aplikasi Penyongsang

Diantara aplikasi penukar AT – AU ialah ;

 Pengawal Kelajuan bagi motor A.U.
 Alat Kawalan Pemanas.
 Unit Bekalan Tidak Terganggu (UPS – Uninterrupted Power Supply )
 Bekalan Kuasa Kapal Terbang.

Rajah 14 menunjukkan beberapa aplikasi litar penyonsang.

 Litar kawalan motor aruhan tiga fasa
Penyongsang VSI digunakan dengan komponen pensuisan IGBT.

 Litar penukaran tenaga solar
Penukar jenis VSI dengan kawalan PWM digunakan untuk menukar voltan AT dari

tenaga solar kepada voltan AU.

Rajah 14
Rujukan

 Power Electronics. J.S. Chitode. Technical Publications Pune.
 Muhammad H. Rashid, power Electronics Circuits, Devices and Applications (Third Edition).

Prentice Hall 2004