2.1.5 Litar Penerus Separuh Terkawal Gelombang Penuh Satu litar penerus separuh terkawal boleh digunakan untuk mengawal kelajuan untuk satu motor AT mengandungi kombinasi diod dan tiristor. Satu litar penerus yang mengandungi kombinasi dua tiristor dan tiga diod ditunjukkan dalam rajah 2.5(a). Tiristor S1 dan S2 dipicu pada dan + a, masing-masing, seperti yang ditunjukkan dalam rajah 2.5(b). Beban motor adalah disambungkan kepada bekalan masukan pada selang < t < menerusi S1 dan D2, dan voltan keluaran vo adalah sama dengan bekalan masukan v. Selepas , vo berkecenderungan untuk menyongsang disebabkan pertukaran polariti bekalan. Apabila vo berkecenderungan untuk menyongsang, diod DFW (diod beroda bebas) menjadi pincang depan dan mengkonduksi. Arus keluaran io, yang mengalir daripada bekalan menerusi S1 dipindahkan kepada DFW. Terminal keluaran dilitar-pintaskan menerusi diod beroda bebas pada selang < t < ( + ), menyebabkan vo = 0. Pada t = + , S2 dipicu dan ia mengambil alih arus beban Io daripada DFW. Arus beban sekarang mengalir menerusi S2 dan D1, menyebabkan vo = - v. Pada t = 2, DFW menjadi pincang depan semula dan mengambil alih arus beban daripada S2. Proses tersebut berulangulang. Gelombang untuk voltan dan arus keluaran juga ditunjukkan dalam rajah 2.5(b).
Rajah 2.5 : Litar Penerus Separuh Terkawal Gelombang Penuh dengan beban motor. (a) Litar. (b) Gelombang.
2.1.6 Litar Penerus Terkawal Separuh Gelombang dengan beban rintangan tulin Satu litar penerus terkawal yang mengandungi hanya satu tiristor dan satu beban rintangan tulin ditunjukkan dalam rajah 2.6(a). Tiristor dipincang depan semasa selang 0 < t < , 2 < t < 3, dan seterusnya. Satu denyut picuan dibekalkan pada sudut seperti yang ditunjukkan dalam rajah 2.6(b). Sudut ini dikenali sebagai sudut picuan untuk tiristor. Arus untuk tiristor menjadi sifar pada t = , 3, dan seterusnya dan tiristor mengkonduksi daripada sehingga , 2+ sehingga 3, dan seterusnya. Pada selang masa di mana tiristor mengkonduksi, voltan beban adalah sama dengan voltan bekalan, vo = v. Nilai purata voltan beban ialah 1 Vo = 2 2 Vp sin t d( t) = Vp ( 1 + cos ) 2 Rajah 2.6 : Litar Penerus Terkawal Separuh Gelombang dengan beban rintangan tulin (a) Litar. (b) Gelombang.
Sudut picuan boleh diubah daripada sifar sehingga , yang mana ia akan mengubah voltan keluaran. Perhatikan bahawa pada masa = 0, Vo = 2 Vp/, di mana ia adalah sama dengan voltan keluaran yang diperolehi daripada litar penerus tak terkawal separuh gelombang yang menggunakan satu diod sahaja. Ini bermakna sekiranya tiristor dipicu pada = 0, maka litar penerus ini berkelakuan seperti satu litar penerus yang menggunakan diod sahaja. Maka ini menjadi satu rujukan kepada sudut picuan untuk mendapatkan voltan keluaran yang paling tinggi. 2.1.7 Litar Penerus Terkawal Separuh Gelombang dengan beban berinduktif Kebanyakan beban yang praktikal mempunyai rintangan (R) dan aruhan (L). Sebagai contoh satu angker untuk beban motor AT mempunyai rintangan dan aruhan. Manakala litar medan untuk satu motor AT mempunyai aruhan yang tinggi. Satu litar penerus terkawal menggunakan tiristor dengan beban berinduktif ditunjukkan dalam rajah 2.7(a). Tiristor dipicu pada sudut , bermaksud ia mula berkendali pada t = . Aruhan yang terdapat pada beban memaksa arus untuk mengekor voltan dan menyebabkan arus berkurangan kepada sifar pada t = berbanding dengan t = yang sepatutnya apabila beban adalah rintangan tulin. Gelombang arus dan voltan keluaran ditunjukkan dalam rajah 2.7(b). Pada selang masa pengkonduksian ( sehingga ), vo = v.
Rajah 2.7 : Litar Penerus Terkawal Separuh Gelombang dengan beban berinduktif (a) Litar. (b) Gelombang. 2.1.8 Litar Penerus Terkawal Gelombang Penuh dengan beban rintangan tulin Gelombang untuk arus beban dan voltan beban di dalam litar penerus terkawal yang menggunakan satu tiristor sahaja mengandungi riak yang agak besar. Maka litar tersebut adalah tidak sesuai untuk tujuan pengawalan kelajuan motor AT. Satu litar penerus terkawal gelombang penuh seperti yang ditunjukkan dalam rajah 2.8(a), yang mengandungi empat tiristor (S1 hingga S4) biasanya digunakan untuk tujuan pengawalan kelajuan motor AT. Tiristor S1 dan S2 dipincang depan pada separuh kitar positif voltan masukan, dan tiristor S3 dan S4 dipincang depan pada separuh kitar negatif voltan masukan. Katakan S1 dan S2 dipicu pada sudut . Pada
selang masa pengkonduksian S1 dan S2, voltan keluaran adalah sama dengan voltan masukan, vo = v. Arus beban io = vo/R mempunyai gelombang yang sama dengan voltan keluaran vo. Maka arus yang melalui S1 dan S2 menjadi sifar pada t = , dan ia dimatikan. Tiristor S3 dan S4 dipicu pada + . Pada selang masa pengkonduksian, bekalan masukan disambungkan kepada beban dan vo = -v. Arus yang melalui S3 dan S4 menjadi sifar pada t = 2 dan ia dimatikan. Tiristor S1 dan S2 dipicu lagi pada t = 2 + dan S3 serta S4 dipicu lagi pada t = 3 + , dan proses ini berulang-ulang. Gelombang voltan keluaran yang terhasil ditunjukkan dalam rajah 2.8(b). Rajah 2.8 : Litar Penerus Terkawal Gelombang Penuh dengan beban rintangan tulin. (a) Litar. (b) Gelombang.
2.1.9 Litar Penerus Terkawal Gelombang Penuh dengan beban berinduktif Satu litar penerus terkawal gelombang penuh dengan beban motor ditunjukkan dalam rajah 2.9(a). Arus motor io mengalir daripada bekalan melalui S1 dan S2 untuk separuh kitar dan melalui S3 dan S4 pada separuh kitar yang seterusnya. Seperti yang ditunjukkan dalam rajah 2.9(b), tiristor S1 dan S2 mengalirkan arus pada selang masa < t < ( + ) dan menyambungkan bekalan kepada motor (vo = v). Pada + a, tiristor S3 dan S4 dipicu. Voltan bekalan muncul segera pada tiristor S1 dan S2 sebagai voltan pincang songsang dan mematikannya. Arus motor yangmengalir melalui S1 dan S2 dipindahkan kepada S3 dan S4. Tiristor S3 dan S4 mengalirkan arus motor pada selang masa + < t < 2 + dan menyambungkan motor kepada bekalan (vo = -v). Di dalam rajah 2.9(c), gelombang voltan dan arus ditunjukkan pada < 90. Daripada gelombang voltan keluaran, boleh dikira nilai purata voltan ialah 1 + Vo = vo d( t) 1 + = 2 Vp sin t d( t) 22 = Vp cos
Rajah 2.9 : Litar Penerus Terkawal Gelombang Penuh dengan beban berinduktif. (a) Litar. (b) Gelombang.
2.2 LITAR TIGA FASA Untuk aplikasi kuasa tinggi, beberapa kilawatt ke atas, adalah lebih sesuai untuk menggunakan litar penerus tiga-fasa. Litar penerus tiga-fasa membekalkan gelombang voltan keluaran yang lebih baik. 2.2.1 Litar Penerus Terkawal Gelombang Penuh Tiga-Fasa Satu litar penerus terkawal gelombang penuh tiga-fasa menggunakan enam tiristor, seperti yang ditunjukkan dalam rajah 2.10(a). Litar ini merupakan litar penerus terkawal yang paling biasa digunakan. Tiristor S1, S3 dan S5 dipicu pada separuh kitar positif voltan fasa bekalan di mana ia disambungkan, dan tiristor S2, S4 dan S6 pula dipicu pada separuh kitar negatif voltan fasa bekalan. Rujukan untuk sudut picuan ialah titik persilangan di antara voltan-voltan fasa. Ketika mana suatu tiristor dipicu ditandakan di dalam rajah 5.10b untuk = 30. Dengan menggangap arus keluaran io adalah berterusan dan tidak mengandungi riak seperti yang ditunjukkan dalam rajah 2.10(b). Pada t = /6 + , S1 dihidupkan. Sebelum itu S6 telah dihidupkan. Maka pada selang masa (/6 + ) < t < (/6 + + /3), tiristor S1 dan S6 mengkonduksikan arus keluaran dan terminal motor disambungkan kepada fasa A dan fasa B, menyebabkan voltan keluaran vo = vAB = vAN – vBN. Voltan keluaran vo, ialah jarak diantara sampul voltan fasa vAN dan vBN, seperti yang ditunjukkan oleh anak panah dalam rajah 2.10(b). Pada t = /6 + + /3, tiristor S2 dipicu dan dengan segera voltan vCB muncul melintangi S6 menyebabkannya dipincang songsang dan dimatikan. Arus pada S6 dipindahkan kepada S2. Terminal motor disambungkan kepada fasa A melalui S1 dan fasa C melalui S2 menjadikan vo = vAC. Proses ini berulang setiap 60 di mana satu tiristor dipicu. Perhatikan bahawa tiristor dinomborkan mengikut turutan di mana ia dipicu. Setiap tiristor akan mengkonduksi untuk 120 dalam satu kitar. Nilai purata untuk voltan keluaran ialah: 1 /6 + + /3 Vo = /3 /6 + (vAN – vBN) d( t) 36 = Vp cos
Rajah 2.10 : Litar Penerus Terkawal Gelombang Penuh Tiga-fasa dengan beban berinduktif. (a) Litar. (b) Gelombang.
KEMENTERIAN PENDIDIKAN MALAYSIA BAHAGIAN PENDIDIKAN TEKNIK DAN VOKASIONAL, KEMENTERIAN PENDIDIKAN MALAYSIA, ARAS 5&6, BLOK E14, PARCEL E, PUSAT PENTADBIRAN KERAJAAN PERSEKUTUAN, 62604 PUTRAJAYA. NOTA KULIAH SEMESTER SEMESTER 4 DVM SESI 2019 JABATAN JABATAN TEKNOLOGI ELEKTRIK DAN ELEKTRONIK PROGRAM TEKNOLOGI ELEKTRIK KOD / KURSUS DEA 4232 POWER ELECTRONIC AND DEVICE KOMPETENSI DEFINE DC TO DC CONVERTER (CHOPPER) KOMPETENSI UNIT 1. Explain the principle of DC to DC converter. 2. Explain the operation of DC to DC converter. HASIL PEMBELAJARAN Upon completion of the course, students will be able to: 1. Discuss power electronic semiconductor device and symbol (C2,PLO1) 2. Construct operation, principle of power electronic converter. (P3,PLO2) 3. Explain waveform of the power electronics converters. (A3,PLO5) PENTAKSIRAN NOTA KULIAH PERATUS KESELURUHAN TARIKH MASA NO KOD DEA 4232/K01/ EDISI JUN/2019 MARKAH PENUH MARKAH DIPEROLEH PERATUS DIPEROLEH MAKLUMAT CALON NAMA NO. KAD PENGENALAN ANGKA GILIRAN DISEDIAKAN OLEH: DISAHKAN OLEH: KEPUTUSAN PENILAIAN _____________________________ (MUHAMMAD KHAIROL NIZAM BIN) AHMAD ZULPAKARI TARIKH: _____________________________ (NAZRUL AIMI BIN YUSOF) TARIKH: KOMPETEN BELUM KOMPETEN (SILA TANDAKAN √ PADA RUANGAN YANG DISEDIAKAN)
Pengenalan Penukar AT-AT ( Pemenggal / Chopper ) adalah litar elektronik kuasa yang menukarkan satu aras voltan AT kepada satu aras voltan AT yang lain, biasanya dengan keluaran yang teratur. Rajah 1 menunjukkan gambarajah blok bagi penukar AT-AT . Rajah 1 Penukar AT-AT digunakan secara meluas dalam bekalan kuasa ragam pensuisan ( SMPS , Switched Mode Power Supply ) seperti yang terdapat dalam komputer, penerima TV , pengecas bateri dan pemacu motor AT. Rajah 2 (a) menunjukkan pengatur linear yang merupakan penukar AT-AT. Transistor digunakan dalam mod aktif linear dimana Vo = Vin – VCE. Litar (b) merupakan litar setara bagi litar (a). Kuasa keluaran, Po adalah tinggi apabila beroperasi pada arus tinggi menyebabkan kecekapan pengatur adalah rendah. Pengatur ini juga tidak dapat menghasilkan keluaran yang lebih tinggi daripada masukan. (a) (b) Po = IL 2 x RL Rajah 2 Rajah 3 (a) menunjukkan pengatur pensuisan yang lebih tinggi kecekapannya daripada pengatur linear. Transistor akan berkendali dalam mod pensuisan iaitu dalam keadaan tepu ( suis tutup ) dan keadaan potong ( suis buka ). Rajah 3 (b) adalah litar setara bagi bagi pengatur pensuisan. Apabila suis dibuka, tiada arus mengalir ke beban dan apabila suis ditutup, tiada voltan susut pada suis. Kehilangan kuasa , Po = IV pada suis ( unggul ) ialah sifar kerana semua kuasa telah dipindahkan kepada beban RL. Kecekapan ialah 100% kerana tiada kehilangan kuasa berlaku. (a) (b) Rajah 3 Voltan AT Masukan Voltan AT Keluaran
Rajah 4 menunjukkan voltan keluaran, Vo apabila suis dibuka dan ditutup dalam pengatur pensuisan. Nilai purata voltan keluaran ialah ; Kitar tugas ( Duty cycle ) D, bergantung kepada tempoh pensuisan,Ts. Pengatur pensuisan ini merupakan asas kepada penukar AT-AT. Rajah 4 Jenis penukar asas AT-AT Terdapat beberapa jenis penukar AT-AT iaitu ; 1. Penukar langkah turun ( Penukar Buck ) 2. Penukar langkah naik ( Penukar Boost ) 3. Penukar langkah turun dan naik ( Penukar Buck-Boost ) Penukar Langkah Turun (Buck) Penukar buck adalah penukar langkah turun yang menghasilkan voltan keluaran lebih rendah daripada atau sama dengan voltan masukannya.Voltan keluaran yang dihasilkan oleh litar ini adalah voltan keluaran berdenyut dan memadai untuk sesetengah penggunaan. Namun begitu, kebanyakan penggunaan memerlukan voltan keluaran AT yang lebih tulin. Satu cara untuk mendapatkan voltan keluaran AT yang lebih tulin adalah dengan memasukkan penapis lulus rendah LC kepada penukar asas berkenaan. Pemuat C bertindak mengurangkan riak voltan merentasinya sementara pearuh L melicinkan arus melaluinya. Arus pearuh akan menentukan ragam kendalian bagi penukar . Terdapat dua jenis ragam pengaliran iaitu ragam pengaliran berterusan dan ragam pengaliran tak berterusan. Analisis yang dibuat adalah dalam ragam pengaliran berterusan ( CCM – continuous conduction mode ) Litar Asas Penukar langkah turun ( Penukar Buck ) Rajah 5 menunjukkan litar penukar Buck. Rajah 5 L D C S Vo Vg RL Ts ON T s ON D , Kitar Tugas = = Ts Ts ON +Ts OFF
Kendalian Litar ; i. Semasa suis S ditutup, Diod D dipincang balikan Arus mengalir ke pearuh, L dan beban RL. Arus pearuh, IL meningkat secara linear Voltan merentasi pearuh ialah VL = Vg – Vo ii. Bila suis S dibuka , Tenaga yang disimpan dalam pearuh L menyebabkan arus pearuh terus mengalir ke beban RL. Diod D dipincang hadapan Arus mengalir ( Freewheeling ) melalui diod D Voltan merentasi pearuh ialah VL = - Vo S L VD C Vo C L iL Vg S iL Vg Vd VL VL Vo + + + - - - RL + + - -
Analisis Litar Buck ( Vg = Vd ) Suis Buka : Suis Tutup ; Hubungan antara voltan keluaran dengan voltan masukan, Vo/Vg. Dalam keadaan ideal, gelombang VL akan berulang dari satu kitar ke kitar yang berikutnya. Oleh itu, pengkamilan voltan VL terhadap masa bagi selang masa T adalah bersamaan dengan sifar. Berasaskan prinsip ini, kita akan memperolehi hubungan antara voltan keluaran purata dengan voltan masukan. Riak arus pearuh, ΔiL. Riak puncak ke puncak bagi arus pearuh boleh diperolehi melalui hubungan ;
Daripada ΔiL kita boleh mendapatkan arus peraruh minimum, iL,min dan arus pearuh maksimum, iL, mak. Bagi litar Buck, arus pearuh purata adalah bersamaan arus beban berasaskan anggapan bahawa arus pearuh mengalir melalui beban, Riak Voltan keluaran, ΔVo dan factor riak,r Hubungan antara masukan dengan keluaran. Dengan menganggap litar tanpa kehilangan, kuasa masukan Pg sama dengan kuasa keluaran Po, Oleh itu , Penukar Langkah Naik ( Boost ) Penukar Boost ialah penukar langkah turun yang menghasilkan voltan keluaran yang lebih tinggi daripada voltan masukan. Rajah 6 menunjukkan litar asas penukar. Rajah 6 Vg
Kendalian Litar ; i. Bila suis S ditutup , Arus mengalir ke pearuh Pearuh menyimpan tenaga , VL = Vg Diod D dipincang balikan menyebabkan bahagian keluaran terasing dengan bahagian masukan. ii. Bila suis S dibuka , Diod D dipincang hadapan. Keluaran menerima tenaga dari masukan dan juga tenaga yang disimpan dalam pearuh Oleh itu, voltan keluaran,Vo lebih besar dari voltan masukan, Vg dan VL = Vg – Vo Pemuat C mengekalkan voltan keluaran Vo Analisis Litar Boost Suis Tutup ; Suis Buka ; Vg Vg
Voltan Keluaran, Vo Dengan menganggap litar adalah ideal dan pengkamilan Voltan VL terhadap masa untuk selang masa T adalah sifar, maka ; Arus pearuh – Purata , Max dan Min Kecekapan litar ialah 100% dimana kuasa masukan Pg bersamaan kuasa keluaran Po, Pi = Po Oleh itu ,
Arus Pearuh ialah : Riak Arus Pearuh ; Pengiraan Nilai Pearuh , Riak Voltan merentasi pemuat dan faktor riak ,r Merujuk kepada Hukum Kirchcoff Arus ; Cas , Q ialah ; Dengan menggunakan rumus luas setiga ;
Oleh itu riak Vo dan faktor riak ialah ; Dari rumus factor riak , riak pada Vo boleh dikurangkan dengan meningkatkan ; Frekuensi pensuisan Nilai pemuat Nilai pearuh Penukar Langkah Turun dan Naik ( Buck-Boost Converter ) Penukar Buck-Boost boleh menaikkan dan menurunkan voltan tetapi kekutuban voltan keluaran adalah berlawanan dengan voltan masukan. Voltan keluaran bergantung kepada Kitar Tugas, D ; D > 0.5 , Voltan keluaran menjadi lebih besar dari V masukan ( boost ) D < 0.5 , Voltan keluaran menjadi lebih besar dari V masukan ( buck ) Litar Asas Penukar langkah-turun naik (Penukar Buck Boost) Rajah 6 menunjukkan litar asas penukar Buck Boost. Rajah 6
Kendalian Litar ; i. Semasa suis S ditutup , Diod D dipincang balikan Arus mengalir ke pearuh, L . Arus pearuh, IL meningkat secara linear. VL = Vd ii. Semasa suis S dibuka , Diod D dipincang hadapan Tenaga yang disimpan dalam pearuh L akan dipindahkan ke beban RL Voltan merentasi pearuh ialah VL = - Vo Analisis Litar Buck Boost Suis Tutup ; Suis Buka ; Voltan keluaran, Vo
Arus pearuh – Purata , Max dan Min Dengan menganggap kecekapan litar ialah 100%, dimana kuasa masukan, Ps bersamaan kuasa keluaran Po, Arus pearuh ; Nilai Pearuh ialah : Riak Voltan Keluaran dan Faktor Riak, r
Ringkasan Penukar Buck, Boost dan Buck-Boost Rajah 7 ialah ringkasan penerangan mengenai ketiga-tiga jenis penukar AT- AT. Rajah 7
Aplikasi Litar Penukar Penukar AT – AT berfungsi seperti pengubah dalam litar AU . Seperti pengubah, penukar AT – AT boleh menaikkan atau menurunkan voltan AT. Kendalian litar penukar untuk mendapatkan voltan AT yang berbeza ialah dengan mengawal kelajuan komponen pensuisan yang digunakan. Rajah 8 menunjukkan beberapa penggunaan litar penukar AT – AT. Kawalan Motor IGBT ialah komponen pensuisan bagi litar kawalan motor. Pengecas Bateri Litar pengecas menggunakan tenaga dari solar panel. Penukar AT-AT digunakan untuk mengubah voltan AT kepada nilai yang dikehendaki. Rajah 8 Rujukan Power Electronics. J.S. Chitode. Technical Publications Pune. Muhammad H. Rashid, power Electronics Circuits, Devices and Applications (Third Edition). Prentice Hall 2004.
KEMENTERIAN PENDIDIKAN MALAYSIA BAHAGIAN PENDIDIKAN TEKNIK DAN VOKASIONAL, KEMENTERIAN PENDIDIKAN MALAYSIA, ARAS 5&6, BLOK E14, PARCEL E, PUSAT PENTADBIRAN KERAJAAN PERSEKUTUAN, 62604 PUTRAJAYA. NOTA KULIAH SEMESTER SEMESTER 4 DVM SESI 2019 JABATAN JABATAN TEKNOLOGI ELEKTRIK DAN ELEKTRONIK PROGRAM 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: 1. Discuss power electronic semiconductor device and symbol (C2,PLO1) 2. Construct operation, principle of power electronic converter. (P3,PLO2) 3. Explain waveform of the power electronics converters. (A3,PLO5) PENTAKSIRAN NOTA KULIAH PERATUS KESELURUHAN TARIKH MASA NO KOD DEA 4232/K01/ EDISI JUN/2019 MARKAH PENUH MARKAH DIPEROLEH PERATUS DIPEROLEH MAKLUMAT CALON NAMA NO. KAD PENGENALAN ANGKA GILIRAN DISEDIAKAN OLEH: DISAHKAN OLEH: KEPUTUSAN PENILAIAN _____________________________ (MUHAMMAD KHAIROL NIZAM BIN) AHMAD ZULPAKARI TARIKH: _____________________________ (NAZRUL AIMI BIN YUSOF) TARIKH: KOMPETEN BELUM KOMPETEN (SILA TANDAKAN √ PADA RUANGAN YANG 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. ( a ) ( b ) Rajah 2 RL
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. 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 Penyonggsang Sebelum ditapis Penapis LC Litar Beban Selepas ditapis VAT
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. ( a ) ( b ) (Rajah 7 Kebaikan PWM ; Mengurangkan harmonik untuk litar penyongsang Mengawal pergerakan motor Kelemahan PWM : Ganguan – RFI dan EMI Litar yang kompleks Penyonsang PWM
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 yang rendah Sumber bekalan arus AT yang mempunyai 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 boleh digunakan. IGBT , Transistor Kuasa , MOSFET dan GTO 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. ( a ) ( b ) Rajah 10 Vs Vo io ig1, ig4 ig2,ig3 Vs
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 ). ( 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 AT AU Sumber Arus Vo i T1, i T2 Io iT3 , iT4 Is Is -Is Vin Vin
ig1, ig3 ig2, ig4 Vc Vco - Vco Io I -I ID 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. ( 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