Abstract Abstract
—
— Cycloconverters single stage pada umumnyaCycloconverters single stage pada umumnya
menggabungkan turn pada hard switching dan soft-switching, menggabungkan turn pada hard switching dan soft-switching, untuk membatasi penggunaannya dalam aplikasi frekuensi yang untuk membatasi penggunaannya dalam aplikasi frekuensi yang lebih rendah. Makalah ini menyajikan solusi yang diusulkan lebih rendah. Makalah ini menyajikan solusi yang diusulkan untuk masalah ini,dengan menggunakan kerapatan pulse yang untuk masalah ini,dengan menggunakan kerapatan pulse yang termodulasi secara soft-switching cycloconverter atau disingkat termodulasi secara soft-switching cycloconverter atau disingkat PDMSS cycloconverter. Berbeda cycloconverters yang standar, PDMSS cycloconverter. Berbeda cycloconverters yang standar, controller di cycloconverter PDMSS memungkinkan hanya controller di cycloconverter PDMSS memungkinkan hanya setengah siklus lengkap dari gelombang input hingga ke output. setengah siklus lengkap dari gelombang input hingga ke output. dan Cycloconverters ini memerlukan frekuensi yang jauh lebih dan Cycloconverters ini memerlukan frekuensi yang jauh lebih besar yang turun dari input ke output.
besar yang turun dari input ke output.
Keyword: Cycloconverter, Keyword: Cycloconverter,
I.
I. PENDAHULUANPENDAHULUAN
aat
aat ini banyak beban listrik menggunakan elektronikaini banyak beban listrik menggunakan elektronika daya. Ini termasuk ponsel, komputer, stereo, televisi dan daya. Ini termasuk ponsel, komputer, stereo, televisi dan berbagai
berbagai peralatan peralatan rumah rumah tangga. tangga. Adalah Adalah umum umum untuk untuk perangkat
perangkat ini ini menggunakan menggunakan elektronika elektronika daya daya ekstensif.ekstensif. Sebagai contoh, sirkuit yang berbeda di berbagai penjuru dari Sebagai contoh, sirkuit yang berbeda di berbagai penjuru dari sebuah komputer membutuhkan tingkat tegangan dan arus sebuah komputer membutuhkan tingkat tegangan dan arus yang berbeda yang harus diatur oleh elektronika daya maju. yang berbeda yang harus diatur oleh elektronika daya maju. Mobil menggunakan elektronika daya serta pada sistem Mobil menggunakan elektronika daya serta pada sistem komputer mereka, peralatan tambahan dan alternator. Selain komputer mereka, peralatan tambahan dan alternator. Selain kendaraan, memperluas ukurannya, elektronika daya dapat kendaraan, memperluas ukurannya, elektronika daya dapat ditemui pada pesawat terbang, kereta api dan kapal. Aplikasi ditemui pada pesawat terbang, kereta api dan kapal. Aplikasi stasioner mencakup pembangkit listrik, sub stasiun, turbin stasioner mencakup pembangkit listrik, sub stasiun, turbin angin dan pembangkit terpusat dan terdistribusi lainnya.
angin dan pembangkit terpusat dan terdistribusi lainnya. Elektronika daya membuat dan
Elektronika daya membuat dan
mengatur tingkatan tegangan dengan cara tradisional mengatur tingkatan tegangan dengan cara tradisional dengan menggunakan AC medan magnet yang dihasilkan. dengan menggunakan AC medan magnet yang dihasilkan. Kemajuan dalam teknik untuk menyesuaikan tingkat tegangan Kemajuan dalam teknik untuk menyesuaikan tingkat tegangan dan arus serta mengkonversi antara DC dan AC dari berbagai dan arus serta mengkonversi antara DC dan AC dari berbagai frekuensi. Dengan elektronika daya, saklar solid state yang frekuensi. Dengan elektronika daya, saklar solid state yang digunakan untuk menghasilkan sinyal AC pada frekuensi digunakan untuk menghasilkan sinyal AC pada frekuensi tinggi. Frekuensi yang lebih tinggi sering diperlukan untuk tinggi. Frekuensi yang lebih tinggi sering diperlukan untuk mengurangi ukuran komponen magnetik dan meningkatkan mengurangi ukuran komponen magnetik dan meningkatkan efisiensi. Cycloconverter adalah salah satu yang umum efisiensi. Cycloconverter adalah salah satu yang umum digunakan teknik konversi AC-AC yang menurunkan digunakan teknik konversi AC-AC yang menurunkan frekuensi dan juga dapat digunakan untuk mengubah jumlah frekuensi dan juga dapat digunakan untuk mengubah jumlah fase daya listrik.
fase daya listrik.
Dalam makalah ini, teknik modulasi baru diterapkan Dalam makalah ini, teknik modulasi baru diterapkan untuk konvensional cycloconverter fase tunggal. Teknik ini untuk konvensional cycloconverter fase tunggal. Teknik ini berusaha untuk meningkatkan efisiensi konverter dengan berusaha untuk meningkatkan efisiensi konverter dengan
menerapkan soft-switching. Hal ini memberikan menerapkan soft-switching. Hal ini memberikan beberapa
beberapa manfaat manfaat potensial potensial serta serta timbal timbal balik. balik. DesainDesain disimulasikan untuk mengeksplorasi kekuatan, kelemahan dan disimulasikan untuk mengeksplorasi kekuatan, kelemahan dan potensi untuk pengembangan lebih lanjut.
potensi untuk pengembangan lebih lanjut.
II.
II. LLATAR ATAR BELAKANGBELAKANG Cycloconverter
Cycloconverter
cycloconverter sederhana
cycloconverter sederhana untuk topologi pada untuk topologi pada fase tungfase tunggal.gal. Hal ini diimplementasikan dengan empat switch dua arah Hal ini diimplementasikan dengan empat switch dua arah memiliki konfigurasi H-jembatan seperti yang ditunjukkan memiliki konfigurasi H-jembatan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1
pada Gambar 1
Dalam konfigurasi ini, switch dapat dioperasikan secara Dalam konfigurasi ini, switch dapat dioperasikan secara berpasangan.
berpasangan. Untuk Untuk menyalakan menyalakan switch switch S1 S1 & & S4S4 menyebabkan arus melalui beban mengalir polaritas maju menyebabkan arus melalui beban mengalir polaritas maju terhadap AC IN, sedangkan pada switching satunya S2 & S3 terhadap AC IN, sedangkan pada switching satunya S2 & S3 menyebabkan arus mengalir dalam polaritas terbalik terhadap menyebabkan arus mengalir dalam polaritas terbalik terhadap AC-IN. Operasi ini memungkinkan arus mengalir kedua arah AC-IN. Operasi ini memungkinkan arus mengalir kedua arah melalui beban, untuk setiap polaritasnya yang diberikan dari melalui beban, untuk setiap polaritasnya yang diberikan dari sumber AC-IN. Oleh karena itu swith ini akan diaktifkan sumber AC-IN. Oleh karena itu swith ini akan diaktifkan sedemikian rupa sehingga rata-rata atau difilter, dan sedemikian rupa sehingga rata-rata atau difilter, dan menghasilkan gelombang output dengan bentuk gelombang menghasilkan gelombang output dengan bentuk gelombang yang diinginkan yaitu (sinusoidal) dan frekuensi.
yang diinginkan yaitu (sinusoidal) dan frekuensi.
Gambar 1. Satu Fasa Cycloconverter dengan Switch dua arah Gambar 1. Satu Fasa Cycloconverter dengan Switch dua arah
Standar daya Field Effect Transistor (FET), dan Insulated Standar daya Field Effect Transistor (FET), dan Insulated Gate Bipolar Junction Transistor (IGBT) yang unipolar Gate Bipolar Junction Transistor (IGBT) yang unipolar adalah, mereka hanya memblokir dan memungkinkan aliran adalah, mereka hanya memblokir dan memungkinkan aliran arus dalam satu arah. Untuk alasan inilah, mereka tidak arus dalam satu arah. Untuk alasan inilah, mereka tidak perwujudan
perwujudan yang yang layak layak S1 S1 melalui melalui S4. S4. Triacs Triacs adalah adalah switchswitch dua arah standar yang seringkali digunakan untuk dua arah standar yang seringkali digunakan untuk cycloconverters pada skala kecil. Saat ini belum tersedia untuk cycloconverters pada skala kecil. Saat ini belum tersedia untuk aplikasi arus yang besar.
aplikasi arus yang besar.
Modulasi Soft-Switching
Modulasi Soft-Switching Cycloconverte
Cycloconverter
r
Satu Fasa
Satu Fasa
Indra S wahyudi¹, Wijono², Rini Nurhasanah² Indra S wahyudi¹, Wijono², Rini Nurhasanah²
¹ Mahasiswa Sistem Tenaga Listrik PMD FT Univ. Brawijaya, Malang ¹ Mahasiswa Sistem Tenaga Listrik PMD FT Univ. Brawijaya, Malang
² Dosen PMD FT Univ. Brawijaya, Malang ² Dosen PMD FT Univ. Brawijaya, Malang
S
S
Gambar. 2. Switch Transistor Dua arah
FET pada diode bawaan yang melekat pada arah sebaliknya menjadikan mereka sanggup blocking terbalik. bawaan pada diode ini berkualitas buruk, namun demikan dioda Dengan penambahan umumnya dirancang ke dalam media silikon juga. Jika ini adalah permasalahannya, maka tidak ada dioda terpisah untuk penambahan yang diperlukan dalam desain [ 2] IGBT, Berbeda dengan FET, yang mampu blocking terbalik, namun, kemampuan terbalik blocking mereka umumnya sebagian kecil dari kapabilitas mereka maju blocking. Alasan inilah, sebagian besar daya
IGBT dihasilkan dengan memasangkan dioda tambahan. Arus swicth yang standar yang digunakan untuk cycloconverters adalah thyristor. Ini merupakan alat yang mempunyai terminal tiga, seperti transistor standar. Tidak seperti transistor standar pada umumnya, namun, thyristor juga memiliki kemampuan blocking tegangan balik yang
sangat tinggi. Dan thyristor tidak dapat dimatikan. Mereka adalah switch semi-kontrol yang dihidupkan oleh pulsa yang diinjeksi arus ke gate mereka dan keluar dari katode mereka. semi-pengendalian ini yang cocok sesuai pada cycloconverters karena input AC secara otomatis membalikkan bias thyristor setengah dari setiap siklus.
Seperti transistor, thyristor bersifat searah. Alasan inilah, cycloconverters thyristor membutuhkan dua kali lebih banyak switch sebagai saklar cycloconverter dua arah seperti digambarkan dalam Gambar 3
banyak aplikasi saat ini, ada banyak kemungkinan untuk perbaikan pada topologi ini. mulai jenis baru beralih ke
kontrol algoritma switching. Sebuah peningkatan potensi dari segi kontrol soft-switching. Dimana Soft-switching mengubah switch on atau off dengan tegangan atau arus nol pada switch. Ada empat unsur soft-switching, beberapa kombinasi yang harus digunakan untuk konverter untuk memenuhi syarat sebagai soft switching adalah nol tegangan switching (ZVS) waktu menyala atau mematikan switching arus harus nol (ZCS) untuk menghidupkan atau mematikan. Pada kenyataannya, tidak mungkin untuk peralihan arus atau tegangan menjadi persis nol untuk keseluruhan turn-on dan turn-off. Alasan inilah, soft-switching tidak bisa sepenuhnya menghilangkan, namun hanya dapat mengurangi, kerugian dalam aplikasi dunia nyata.]
Untuk memfasilitasi soft-switching, tegangan pada arus switch dan / atau melalui switch harus sedemikian rupa sehingga secara otomatis dapat melewati sumbu nol sehingga switch dapat dimatikan perlahan. Pada cycloconverters, AC input memberikan Perubahan tersebut pada persimpangan nol secara otomatis. Selain itu, soft turn-off tidak dapat dihindari pada cycloconverter menggunakan standar thyristor. Hal ini dikarenakan thyristor satunya menonaktifkan saat bias yang terbalik, yang dilakukan secara otomatis sesaat setelah zero crossing, dan dimana saat arus dilewati tegangan mereka sangat rendah. yang Mengaktifkan pada standart cycloconverter, namun dikontrol oleh injeksi arus gate. Ini dilakukan dengan pengontrol dengan menggunakan gelombang referensi.
Tugas controller adalah membuat gelombang keluaran dengan menelusuri referensi serta memerintahkan switch on dan off pada interval yang proporsional Melakukan hal ini untuk menyalakan switch diperrlukan pada awal setengah siklus maju dan membiarkan keseluruhan pulsa melewati secara perlahan.
Hal ini meningkatan frekuensi Input, dimana input memiliki pengaruh yang jauh lebih ringan terhadap efisiensi karena soft switching. Hal ini sangat menguntungkan secara memperhitungkan switching kecepatan lambatnya komponen thyristor.
Gambar. 4. trajectory pada switching
Gambar. 5. Monopolar Pulse Modulasi Kepadatan
III. DESAIN
Design soft-switching cycloconverter ini dapat dipecah menjadi beberapa blok: beban, filter, thyristor, driver, logika blok controller dan blok analog kontroler seperti digambarkan pada Gambar 6. Input daya utama mengalir melalui thyristor. Mereka dipicu oleh driver melalui saluran kontrol dari blok logika. Logika blok yang memutuskan thyristor untuk mengaktifkan dengan membandingkan sinyal di blok analog kontroler. Meskipun daya dan sinyal mengalir dari kiri ke kanan, desain benar-benar dimulai dengan satu fasa cycloconverter topologi (Gambar 7) diwujudkan dalam blok Thyristor. Dari sini desain bergerak ke belakang untuk driver yang diperlukan untuk api thyristor. Kontroler ini kemudian dirancang untuk beroperasi driver. Kontroler ini dipecah menjadi analog dan digital subbagian karena desain blok ini secara signifikan berbeda. Beban simulasi akan resistif murni.
Gambar 6. Block d iagram soft switching cycloconverter
Gambar 7. Rangkaian Cycloconverter 1 fasa
Thyristor diaktifkan oleh driver secara berpasangan dan itu diatur dalam empat kelompok switch. Setiap kelompok switch memungkinkan arus mengalir dalam satu arah melalui beban dari suatu cycle dari sumber AC. Setiap kelompok switch diaktifkan oleh sinyal kendali tunggal.
pada sinyal kontrol dinamai berdasarkan driver thyristor, dirujuk dari Gambar 7. Ini ditunjukkan pada kolom pertama dari Tabel I. Setiap sinyal kontrol dirancang untuk membiarkan satu pulsa (satu setengah cycle dari gelombang input) melalui output. Setiap sinyal hanya dapat memetakan polaritas sinyal input ke polaritas output tunggal, sehingga membutuhkan empat sinyal kontrol untuk mengendalikan polaritas Input empat untuk output polaritas kombinasi.
Tabel I. CONTROL SIGNALS FROM LOGIC BLOCK TO THYRISTOR DRIVERS
Gambar 8. Block dan signal diagram pada soft-switching cycloconverter
Konverter yang siap untuk simulasi. Ada beberapa detail yang akan ikut bermain pada berbagai tahap simulasi. Implementasi dasar telah dibagi menjadi blok ringkas dengan menghubungkan sinyal. tata letak lengkap dan teratur, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 9.
untuk hasil gelombang yang difilter dilihat cukup kasar. Merapikan mereka membutuhkan peningkatan baik induktor dan kapasitor, yang pada gilirannya akan menurunkan frekuensi cutoff ini low pass filter. Peningkatan kedua nilai hasil dalam bentuk gelombang output dalam Gambar 11. Filter ini lebih besar menghasilkan gelombang yang halus, namun memotong ke amplitudo, mengurangi hampir sepertiga.
Gambar 9. AC input and output voltage zero crossing transitions
Gambar 10. Simulink Filtered Vout with 11.1 mH, 400 μF and 3.5 Ω
Gambar 11. Simulink Filtered VOUTwith 20 mH, 2000 μF and 3.5 Ω
IV. KESIMPULAN
Sebuah teknik modulasi dengan kerapatan soft-switching cycloconverter fase tunggal telah dikemukakan dan dijelaskan diatas. Desain dan simulasi simulink telah dilakukan yang hasilnya menunjukkan bahwa cycloconverter memang memiliki properti soft-switching. Hasil simulasi juga menghasilkan perkiraan gelombang sinusoidal yang menunjukkan fungsi cycloconverter tersebut. Mereka semakin membuktikan bahwa teknik soft-switching yang dapat dilakukan tanpa mengorbankan kualitas output sinusoidal.
R EFERENSI
[1] R. C. Jaeger and T. N. Bla lock, Microelectronic Circuit Design, 2nd Edition, McGraw-Hill Press, 2004
[2] S. H. Hosseini, M. Sabahi, A. Y. Goharrizi, “Multi -function zero-voltage and zero-current switching phase shift modulation converter using a cycloconverter with bi-directional switches”, Power Electronics IET , vol. 1, issue 2, pp. 275-286, 2008
[3] H. Yonemori and M. Nakaoka, “Advanced Soft -Switching Sinewave PWM High-Frequency Inverter-Link Cycloconverter Incorporating Voltage-Clamped Quasi-Resonant and Capacitive Snubber Techniques”, Proceedings of Industry Applications Society Annual Meeting, pp. 795-802, 1991.
[4] Sandeep Pande, Hashit Dalvi “SIMULATION OF
CYCLOCONVERTER BASED THREE PHASE INDUCTION MOTOR" International Journal of Advances in Engineering & Technology, July 2011.
[5] http://en.wikipedia.org/wiki/Cycloconverter
