Tugas Mata Kuliah Elektonika Daya PMD FT-UB
1
Modulasi Soft-Switching Cycloconverter Cycloconverter Satu Fasa Indra S wahyudi¹, Wijono², Rini Nurhasanah² ¹ Mahasiswa Sistem Tenaga Listrik PMD FT Univ. Brawijaya, Malang ² Dosen PMD FT Univ. Brawijaya, Malang
Abstract Cycloconverters single stage pada umumnya — Cycloconverters menggabungkan turn pada hard switching dan soft-switching, untuk membatasi penggunaannya dalam aplikasi frekuensi yang lebih rendah. Makalah ini menyajikan solusi yang diusulkan untuk masalah ini,dengan menggunakan kerapatan pulse yang termodulasi secara soft-switching cycloconverter atau disingkat PDMSS cycloconverter. Berbeda cycloconverters yang standar, controller di cycloconverter PDMSS memungkinkan hanya setengah siklus lengkap dari gelombang input hingga ke output. dan Cycloconverters ini memerlukan frekuensi yang jauh lebih besar yang turun dari input ke output.
Keyword: Cycloconverter,
I. PENDAHULUAN
S
aat ini banyak beban listrik menggunakan elektronika
daya. Ini termasuk ponsel, komputer, stereo, televisi dan berbagai peralatan rumah tangga. Adalah umum untuk perangkat ini menggunakan elektronika daya ekstensif. Sebagai contoh, sirkuit yang berbeda di berbagai penjuru dari sebuah komputer membutuhkan tingkat tegangan dan arus yang berbeda yang harus diatur oleh elektronika daya maju. Mobil menggunakan elektronika daya serta pada sistem komputer mereka, peralatan tambahan dan alternator. Selain kendaraan, memperluas ukurannya, elektronika daya dapat ditemui pada pesawat terbang, kereta api dan kapal. Aplikasi stasioner mencakup pembangkit listrik, sub stasiun, turbin angin dan pembangkit terpusat dan terdistribusi lainnya. Elektronika daya membuat dan mengatur tingkatan tegangan dengan cara tradisional dengan menggunakan AC medan magnet yang dihasilkan. Kemajuan dalam teknik untuk menyesuaikan tingkat tegangan dan arus serta mengkonversi antara DC dan AC dari berbagai frekuensi. Dengan elektronika daya, saklar solid state yang digunakan untuk menghasilkan sinyal AC pada frekuensi tinggi. Frekuensi yang lebih tinggi sering diperlukan untuk mengurangi ukuran komponen magnetik dan meningkatkan efisiensi. Cycloconverter adalah salah satu yang umum digunakan teknik konversi AC-AC yang menurunkan frekuensi dan juga dapat digunakan untuk mengubah jumlah fase daya listrik. Dalam makalah ini, teknik modulasi baru diterapkan untuk konvensional cycloconverter fase tunggal. Teknik ini berusaha untuk meningkatkan efisiensi konverter dengan
menerapkan soft-switching. Hal ini memberikan beberapa manfaat potensial serta timbal balik. Desain disimulasikan untuk mengeksplorasi kekuatan, kelemahan dan potensi untuk pengembangan lebih lanjut.
II. LATAR BELAKANG ATAR BELAKANG Cycloconverter cycloconverter sederhana untuk topologi pada fase tunggal. tunggal. Hal ini diimplementasikan dengan empat switch dua arah memiliki konfigurasi H-jembatan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1 Dalam konfigurasi ini, switch dapat dioperasikan secara berpasangan. Untuk menyalakan switch S1 & S4 menyebabkan arus melalui beban mengalir polaritas maju terhadap AC IN, sedangkan pada switching satunya S2 & S3 menyebabkan arus mengalir dalam polaritas terbalik terhadap AC-IN. Operasi ini memungkinkan arus mengalir kedua arah melalui beban, untuk setiap polaritasnya yang diberikan dari sumber AC-IN. Oleh karena itu swith ini akan diaktifkan sedemikian rupa sehingga rata-rata atau difilter, dan menghasilkan gelombang output dengan bentuk gelombang yang diinginkan yaitu (sinusoidal) dan frekuensi.
Gambar 1. Satu Fasa Cycloconverter dengan Switch dua arah
Standar daya Field Effect Transistor (FET), dan Insulated Gate Bipolar Junction Transistor (IGBT) yang unipolar adalah, mereka hanya memblokir dan memungkinkan aliran arus dalam satu arah. Untuk alasan inilah, mereka tidak perwujudan yang layak S1 melalui S4. Triacs adalah switch dua arah standar yang seringkali digunakan untuk cycloconverters pada skala kecil. Saat ini belum tersedia untuk aplikasi arus yang besar.
Tugas Mata Kuliah Elektonika Daya PMD FT-UB Transistor standar dapat diatur, dimana untuk membentuk sebuah saklar dua arah seperti yang terlihat pada Gambar 2 [1]. Transistor dapat bekerja untuk aplikasi menengah seperti kendaraan listrik dan Penggerak motor pada industri. Keuntungan mereka adalah kecepatan switching tinggi dengan standar FET atau IGBT. Yang sangat merugikan mereka adalah drop tegangan yang ekstra diciptakan oleh dioda secara seri dengan saklar. Dioda ini sangat penting karena dua alasan: pertama adalah untuk membuat jalan bagi arus mengalir sekitar, yang sebelumnya terjadi transistor untuk membalikkan bias, dan yang kedua untuk menghindari transistor dari yang bias balik dengan tegangan yang signifikan.
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
2
Gambar. 3. Single Phase Cycloconverter dengan Switch Searah Walaupun standar cycloconverter single stage telah ada selama bertahun-tahun dan tetap digunakan utama dalam 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.
Tugas Mata Kuliah Elektonika Daya PMD FT-UB
3
Gambar 6. Block d iagram soft switching cycloconverter
Gambar. 4. trajectory pada switching
Gambar 7. Rangkaian Cycloconverter 1 fasa
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.
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
Tugas Mata Kuliah Elektonika Daya PMD FT-UB
4
Sinyal input meliputi daya chip, gelombang sinus referensi dan frekuensi AC sumber utama daya tinggi. Masukan ini akan dibandingkan bersama dengan integrator PDM dan diubah menjadi sinyal terpisah Sinyal ini digunakan untuk memastikan thyristor ketika reverse bias, driver akan mengaktifkan dan menonaktifkan thyristor, sehingga thyristor siap untuk menghidupkan menjadi bias maju.
Gambar 10. Simulink Filtered Vout with 11.1 mH, 400 μF and 3.5 Ω
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 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] [2]
Gambar 9. AC input and output voltage zero crossing transitions
[3]
R. C. Jaeger and T. N. Bla lock, Microelectronic Circuit Design, 2nd Edition, McGraw-Hill Press, 2004 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 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. 795802, 1991.
Tugas Mata Kuliah Elektonika Daya PMD FT-UB [4]
[5]
.
Sandeep Pande, Hashit Dalvi “SIMULATION OF CYCLOCONVERTER BASED THREE PHASE INDUCTION MOTOR" International Journal of Advances in Engineering & Technology, July 2011. http://en.wikipedia.org/wiki/Cycloconverter
5
