2.1
2.1 Cycloconverter Tiga FasaCycloconverter Tiga Fasa [6][6]
Cycloconverter adalah pengontrol tegangan AC yang menghasilkan besar Cycloconverter adalah pengontrol tegangan AC yang menghasilkan besar tegangan
tegangan dan frekuensi dan frekuensi variabel variabel , , jadijadiCycloconverterCycloconverter bisa secara l bisa secara langsung angsung mengubahmengubah tegangan sumber AC
tegangan sumber AC dari frekuensi dari frekuensi 50 Hz menjadi fr50 Hz menjadi frekuensi yang lebih rendah, biasanyaekuensi yang lebih rendah, biasanya digunakan untuk mengatur kecepatan motor sehingga motor dapat berjalan lebih lambat digunakan untuk mengatur kecepatan motor sehingga motor dapat berjalan lebih lambat dengan tenaga yang besar .
dengan tenaga yang besar .
Pada dasarnya rangkaian
Pada dasarnya rangkaian Cycloconverter Cycloconverter tiga fasa dapat dilihat pada gambar 2.5 tiga fasa dapat dilihat pada gambar 2.5 dibawah ini
dibawah ini
Gambar 2.5 Rangkain dasar
Gambar 2.5 Rangkain dasarCycloconverter Cycloconverter tiga fasa tiga fasa
Setiap fasa dari
Setiap fasa dari Cycloconverter Cycloconverter pada gambar 2.5 terdiri dari dua penyearah positif pada gambar 2.5 terdiri dari dua penyearah positif dan penyearah negatif yang dipasang secara antiparalel . Waktu hidup penyearah positif dan penyearah negatif yang dipasang secara antiparalel . Waktu hidup penyearah positif dengan
dengan penyearah negatif penyearah negatif dibuat dibuat saling saling bergantian (tbergantian (tidak bersamaan idak bersamaan hidup) bihidup) bilala penyearah positif dengan negatif disulut secara bersamaan akan membuat kedua penyerah penyearah positif dengan negatif disulut secara bersamaan akan membuat kedua penyerah ini saling terhubung singkat hal ini dikarenakan kedua penyearah ini terhubung secara ini saling terhubung singkat hal ini dikarenakan kedua penyearah ini terhubung secara antiparalel. Frekuensi maksimum pada
antiparalel. Frekuensi maksimum pada Cycloconverter Cycloconverter tiga fasa ini dibatasi lebih kecil tiga fasa ini dibatasi lebih kecil dari
dari setengah setengah dari dari frekuensi frekuensi tegangan tegangan masukannya masukannya hal hal ini ini dimaksudkan dimaksudkan untukuntuk mengurangi harmonik yang
mengurangi harmonik yang terjadi. Pada frekuensi terjadi. Pada frekuensi lebih besar lebih besar dari dari setengah frekuensisetengah frekuensi jala-jala
jala-jala tegangan tegangan Cycloconverter Cycloconverter tidak tidak dapat dapat dibentuk dibentuk menyerupai menyerupai sinusoidal sinusoidal sehinggasehingga frekuensi harmonisanya yang timbul akan lebih be
frekuensi harmonisanya yang timbul akan lebih besar .sar .
sumber tegangan tiga fasa sumber tegangan tiga fasa
Tegangan tiga fasa
Rangkaian diatas terdiri dari tiga buah Cycloconverter tiga fasa ke satu fasa yang memiliki beda fasa 120 derajat satu Cycloconverter dengan Cycloconverter yang lainnya. Untuk menjelaskan cara kerja dari Cycloconverter tiga fasa ke satu fasa ini dapat dimulai dari komponen dasar penyusun konverter positif dan konverter negatif-nya yaitu SCR, bila SCR dirangkai seperti gambar 2.6 kemudian SCR tersebut di beri tegangan picu maka akan menghasilkan gambar 2.7
Gambar 2.6 Rangkaian SCR yang dihubungkan dengan tegangan AC
Gambar 2.7 Prilaku SCR bila diberi tegangan pemicu pada gatenya
Sedangkan keterangan prilaku SCR pada gambar 2.7 dapat dilihat pada pada tabel 2.1 , sedangkan penjelasan tentang karakteristik SCR dan cara penyulutannya dapat dilihat pada lampiran 1 .
Tabel 2.1 Penjelasan prilaku SCR
No Sudut atau
Selang waktu Penjelasan Prilaku SCR
1 Pada 0 sampai Q0
Walaupun katoda dalam keadaan positif tetapi tidak ada arus yang mengalir (hubung buka) hal ini dikarenakan tegangan gatenya tetap nol
2 Pada Q0 Arus bisa mengalir dikarenakan tegangan gate maupun anodanya positif (hubung tutup )
3 Pada Q0 sampai Arus terus mengalir walaupun tegangan gatenya berubah menjadi E1 IR VR + -VE IR Vg Q0 Q1 Q2 Q3 Q4
180 nol, pada keadaan ini penyulutan gate tidak mempengaruhi kelakuan SCR (SCR akan selalu terhubung sampai tegangan sumber mencapai nol )
4 Pada 180 Arus akan berhenti mengalir (SCR dalam kondisi hubung buka). 5 Pada 180 sampai
360 (Q1)
Arus tidak bisa mengalir walaupun diberi tegangan picu pada gatenya (Q1), hal ini dikarenakan anoda-nya menerima tegangan negatif
6 (0 sampai 360)
SCR akan dapat disulut kembali pada periode dimana kaki katoda mendapatkan tegangan positif , semakin besar waktu tunda atau sudut picu dari persimpangan nolnya maka semakin kecil arus yang
dialirkan (arus Q2 lebih besar dari pada Q3 karena sudut picu Q2 lebih kecil dari pada Q3)
Bila enam buah SCR disusun sedemikian rupa sehingga seperti gambar 2.8 maka akan membentuk rangkaian yang sering disebut tiga fasa , enam pulsa konverter terprogram(3-phase, 6-pulse controllable converter).
Gambar 2.8 Konverter tiga fasa enam SCR
Rangkain pada gambar 2.8 kebanyakan digunakan sebagai rectifier / inverter
yang cara kerjanya dapat dilihat pada gambar 2.9. tiga fasa Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 K A Id Ia Ib Ic Ed
Gambar 2.9.a Konverter 3 fasa, enam SCR yang digunakan sebagai rectifier
Gambar 2.9.b Konverter 3 fasa, enam SCR yang digunakan sebagai rectifier
Pada gambar 2.9 diatas konverter digunakan sebagai penyearah terkontrol. Pada gambar 2.9.a didapatkan karena SCR Q1 dan Q5 sedang aktif menyalurkan sumber arus sehingga arus mengalir dari fasa a ke fasa b, sedangkan gambar 2.9.b SCR yang aktif adalah Q2 dengan Q4 yang menyebabkan terjadinya aliran arus dari fasa b ke fasa a . Tegangan DC yang dihasilkan pada penyearah ini sangat tergantung dengan tegangan AC tiga fasanya, bila tegangan tiga fasanya menurun maka tegangan DC pun akan menurun .
Bila difungsikan sebagai inverter maka resistor yang digunakan sebagai beban digantikan sumber tegangan sehingga menghasilkan Id (arus DC ) yang mengalir bila saklar (SCR) di hidupkan , lihat gambar 2.10 dibawah ini.
tiga fasa Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 K A Id Ia Ib Ic Ed tiga fasa Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 K A Id Ia Ib Ic Ed
Gambar 2.10 Konverter 3 fasa 6 SCR di fungsikan sebagai inverter
Penyulutan SCR dibatasi dari sudut 15 0 sampai 1650, sudut antara 15 0 sampai 900 adalah daerah operasi dari konverter yang digunakan sebagai penyearah sedangkan sudut antara 90 0 sampai 165 0 digunakan bila konverter digunakan sebagai inverter . Daerah dari penyulutan SCR ini dapat dilihat pada gambar 2.11 dibawah ini
Gambar 2.11 Daerah kerja konverter tiga fasa
Bila converter tersebut disusun secara antiparalel dan dioperasikan sebagai penyerah maka akan didapatkan Cycloconverter tiga fasa satu fasa, untuk membentuk
Cycloconverter tiga fasa diperlukan tiga buah Cycloconverter tiga fasa satu fasa dengan beda fasa sebesar 120 derajat . RangkaianCycloconverter tiga fasa ini dapat dilihat pada
gambar 2.12. tiga fasa Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 K A Id Ia Ib Ic Ed
sudut 0 derajat daerah konverter sebagai penyearah
daerah konverter sebagai inverter
Gambar 2.12 Rangkain Cycloconverter tiga fasa
Setiap konverter positif menghasilkan tegangan +DC dan konverter negatif menghasilkan – DC yang memiliki siklus kerja saling bergantian, dengan memberikan penyulutan sedemikin rupa maka akan dihasilkan gambar 2.13 dibawah ini .
3.1 Koreksi Fasa
Koreksi urutan fasa ini dimaksudkan agar tegangan tiga fasa yang diberikan ke Cycloconverter harus sesuai dengan urutan program penyulutan SCR-nya, Urutan fasa (dengan acuan fasa pertama) padaCycloconverter ini adalah sebagai berikut, fasa kedua harus tertinggal 120 derajat dari fasa pertama dan fasa ketiga harus mendahului fasanya sebesar 120 derajat dari fasa pertama seperti yang ditunjukan gambar 3.2 dibawah ini
Gambar 3.2 Urutan fasa yang sesuai dengan program penyulutannya
Rangkaian koreksi fasa dapat dilihat pada gambar 3.3 dibawah ini
Gambar 3.3 Rangkaian koreksi urutan fasa
Cara kerja rangakaian koreksi fasa ini adalah sebagai berikut, setelah tombol start ditekan maka Mikrokontroler langsung mengambil data dari optocoupler apabila urutan fasa a, fasa b dan fasa c tidak sesuai dengan urutan sepeti gambar 3.3 maka
Fasa2 Fasa3 Fasa1 Vcc Dflp-flop D clk Dari Mikrokontroler R e l a y 2 s a k l a r
Fasa 1 Fasa 2 Fasa 3 Tegangan dari sumber
Tegangan menuju Cycloconverter dan deteksi persimpangan fasa
mikrokontroler memberikan sinyal untuk menukarkan fasa b dengan fasa c. Dengan listing programnya adalah sebagai berikut .
autokoreksi: ;===========
clr p3.7 ; Beri data ‘0’ pada IC D flip-flop clr p3.6 ; beri Clok (denyut ) pada IC D Flip-flop
setb p3.6 ;
acall delay_2s ; Tunda selama 2 detk
setb p3.7 ; Beri data ‘1’ pada IC D Flip-flop periksa_urutan:
mov r7,p3 ; Masukan hasil deteksi fasa ke register 7 cjne r7,#11111000b,periksa_urutan ; Bandingkan register 7 dengan # F8H kalau
tidak sama lompat ke periksa urutan kalau sama lanjutkan
periksa_urutan1: ;============
mov r7,p3 ; masukan hasil dari deteksi fasa ke register 7 cjne r7,#11110110b,periksa_urutan2 ; Bandingkan register 7 dengan # FDH kalau
tidak sama lompat ke periksa urutan 2 jmp fasa_rst ; kalau sama lompat ke fasa_rst
periksa_urutan2:
cjne r7,#11011011b,periksa_urutan1 ; Bandingkan apakah register 7 sama dengan #DBH kalu tidak sama lompat ke
periksa _urutan 1
ret ; kalau sama kembali ke subrutin yang mengambil
fasa_rst: ;=======
setb p3.7 ; Beri data ‘1’ pada IC D flip-flop
NOP ; tunda 1 mikrodetik
clr p3.6 ;
NOP ; hasilkan detak (clok pada IC Dflip-flop)
setb p3.6 ;
acall delay_2s ;
acall delay_2s ; tunda selama dua detik
ret ; kembali sub program yang mengundang
Port 3 (p3.0-p3.5) digunakan sebagai jalur penerima deteksi tiga fasa dari optocoupler deteksi tiga fasa. Dengan membandingkan data yang diterima oleh port3 dengan besaran yang mewakili persimpangan jala-jala RS, bila sama maka perintah selanjutnya memeriksa persimpangan selanjutnya bila persimpangan selanjutnya adalah TS maka tukar fasa b dengan fasa c, bila persimpangannya selanjutnya TR maka fasa telah sesuai dan kembali ke subrutin yang memanggil.
3.2 Deteksi Tiga Fasa
Deteksi fasa adalah rangkaian yang digunakan untuk mendekteksi persimpangan tegangan tiga fasa yang dapat dilihat pada gambar 3.4 dibawah ini
Gambar 3.4 Deteksi persimpangan tegangan tiga fasa
Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa terdapat enam titik persimpangan yang dihasilkan oleh tegangan tiga fasa . Pendekteksian keenam titik persimpanagn pada Cycloconverter ini menggunakan sembilan optocoupler dan satu gerbang Nand yang dipasang seperti pada gambar 3.5.
Gambar 3.5 Rangkaian deteksi persimpangan tegangan tiga fasa
Dua optocoupler yang dipasangkan secara tebalik pada dua fasa ini digunakan agar titik persimpangan tiga fasa tepat berada di tengah deteksi fasanya, sedangkan gerbang Nand digunakan untuk menggabungkan keluaran dari dua optocoupler.
fasa1 fasa2 fasa3
deteksi fasa 13 deteksi fasa 23 deteksi fasa 21 deteksi fasa 31 deteksi fasa 32 deteksi fasa 12
Vcc Vcc Vcc Vcc Vcc Vcc fasa a fasa b fasa c ke tanah
ke negatif power suplay fasa 1 fasa 2 fasa 3 port 3.0 port 3.2 port 3.4 por 3 .1 port 3.3 port 3.3
Sedangkan tiga optocoupler digunakan untuk mendekteksi apakah setiap fasanya berada pada posisi positif atau negatif dilihat dari acuan netralnya.
3.4.2 Rangkaian Penyulut SCR
Untuk melindungi rangkaian pembangkit pulsa yang digunakan untuk menyulut SCR dengan tegangan jala-jala, maka diperlukan rangkaian isolator dalam rangkaian penyulut (firing) SCR. Fungsi rangkaian ini adalah untuk menyulut SCR sekaligus memisahkan dengan tegangan jala-jala . Salah satu komponen utama dari rangkaian isolator ini adalah transformator (trafo) OT240 . Trafo ini memiliki perbandingan lilitannya sebesar 2:1 dan mampu menyulut SCR dengan sangat baik bila frekuensi penyulutan antara 15Hz sampai 20 Khz. Karena arus yang dikeluarkan oleh komponen pembangkit pulsa sangat kecil maka diperlukan transistor sebagai penguat arus. Pada
Cycloconverter ini transistor yang digunakan sebagai penguat arus adalah transistor array ULN 2803 yaitu kumpulan dari delapan buah transistor yang berjenis NPN yang dipasang secara bersamaan sehingga membentuk seperti komponen IC dengan jumlah kaki sebanyak 18 buah . Rangkaian penyulut SCR dapat dilihat pada gambar 3.8.
Gambar 3.8 Rangkaian yang digunakan menyulut satu buah SCR
Karena setiap fasa dari Cycloconverter tidak dapat dihubungkan satu dengan yang lain maka rangakaian Cycloconverter yang diberi beban motor induksi harus dirangkai seperti gambar 3.9
Vcc
Salah satu transistor pada ULN 2803 D1 D2 R1 R2 SCR Pulsa penyulut
masih ada Tegangan jala jala bebas dari Tegangan jala-jala i
Gambar 3.9Cycloconverter dengan beban motor tiga fasa
Gambar diatas adalah sebagian hasil deteksi fasa dari Cycloconverter tiga fasa, pada gambar paling atas adalah deteksi fasa a dengan netral sedangakan pada gambar ditengah dan paling bawah pada gambar 4.1 diatas adalah keluaran dari gerbang Nand yang masukannya berasal dari dua optocoupler yang dipasang terbalik yang dipasangkan ke tegangan antara fasa ke fasanya . Untuk lebih jelasnya lihat gambar 4.2 dibawah ini
Gambar 4.2 Deteksi fasa dengan menggunakan optocoupler dan gerbang Nand
Fasa A
Optokoupler anatara fasa a dengan netral
Batas Tegangan optokopler on
Hidup Mati Hidup Mati
Tegangan Fasa AB Batas Tegangan optokopler1 on
Batas Tegangan optokopler2 on
Tegangan optokopler 1
Tegangan optokopler 2
