Single-Phase Inverter

ELKTRONIKA DAYA

”SINGLE-PHASE INVERTER”

DOSEN:

ANDI PAWAWOI, M.T

KELOMPOK 2

RIKY JAPUTRA 0810952086

NURHANDINI 1110953003

PRIANDIKA 1110953005

NURUL ANNISA 1110953013

FIKKY SYOFYAN 1110953025

MISYE ADRIANDA 1110953035

 

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS ANDALAS

PADANG

2013

 

HAL YANG AKAN DIBAHAS:

8-3 INVERTER FASE TUNGGAL

• 8-3-1 INVERTER HALF-BRIDGE (FASE TUNGGSAL)

• 8-3-2 INVERTER FULL-BRIDGE (FASE TUNGGAL)

8-3-2-1 PWM DENGAN PERUBAHAN TEGANGAN BIPOLAR

8-3-2-2 PWM DENGAN UNIPOLAR VOLTAGE SWITCHING

8-3-2-3 OPERASI GELOMBANG PERSEGI

8-3-2-4 OUTPUT CONTROL DENGAN PEMBATALAN TEGANGAN

8-3-2-5 PEMAKAIAN SAKLAR PADA INVERTER JEMBATAN PENUH

8-3-2-6 RIPEL PADA OUTPUT INVERTER SATU FASA

• 8-3-3 PUSH-PULL INVERTER

• 8-3-4 PEMAKAIAN SAKLAR PADA INVERTER SATU FASA

 

8-3-1 INVERTER HALF-BRIDGE (FASE TUNGGSAL)

Gambar dibawah menunjukkan inverter setengah jembatan. Disini, dua kapasitor yang sama disambung seri memotong dc masuk dan simpangannya terletak pada potensial tengah, dengan tegangan 1/2V_d melalui tiap kapasitor. Kapasitas yang cukup besar harus digunakan karena layak untuk mengasumsi bahwa potensial pada titik o tetap dc negative berarti N. Oleh karena itu sirkuit ini identik pada inverter one-leg dasar yng didiskusikan pada detail sebelumnya, dan v_o = v_Ao .

Pada inverter half-bridge, puncak tegangan dan arus dihitung pada perubahan seperti berikut :

V_T = V_d

dan

I_{T =} i_o

8-3-2 INVERTER FULL-BRIDGE (FASE TUNGGAL)

Inverter full-bridge ditunjukkan pada gambar. Inverter ini terbagi dua inverter one-leg dari tipe yang telah didiskusikan pada bagian 8-2 dan diutamakan lebihdari pengaturan lain pada tingkat tenaga yang lebih tinggi. Dengan tegangan dc masukan yang sama, tegangan keluaran maksimum inverter full-bridge adalah dua kali dari inverter half-bridge. Ini menyiratkan bahwa untuk tenaga yang sama, arus keluaran dan perubahan arus adalah satu-setengah dari keduanya untuk inverter half-bridge.

8-3-2-1 PWM dengan Perubahan Tegangan Bipolar

Pada gambar full-bridge, saklar yang berlawanan secara diagonal (T_A+, T_B-) dan (T_{A -}, T_B+). Dengan tipe pensaklaran PWM ini, bentuk gelombang tegangan keluaran dari leg A dimana gelombang keluaran ditentukan dengan membandingkan tegangan control dengan tegangan trigger seperti yang terlihat pada gambar dibawah ini:

Ketika saklar T_A+ di on kan dan V_ao

adalah sebanding dengan ½ V_d,

ketika T_B- di on kan

dan V_Bo = - ½ V_d,

sehingga dapat ditulis :

V_Bo (t) = - V_Ao (t)

Vo (t) = V_Ao (t) - V_Bo (t) = 2 V_Ao (t)

Inverter dengan Fictious filter

Jika beban seperti yang ditunjukkan pada gambar, dimana e_o adalah gelombang sinus dengan frekuensi ₁, arus keluaran akan berbentuk sinusoidal dan akan mendahului tegangan untuk bebabn induktif, seperti pada motor ac :

Pada sisi dc, filter L-C akan memfilter frekuensi switching tinggi pada i_d, dan _d akan hanya terdiri dari frekuensi rendah dan komponen dc. Dengan mengasumsikan tidak ada energi yang disimpan pada filter,

Arus input inverter i_d terdiri dari i_o^* dan komponen frekuensi tinggi karena inverter diswitching, seperti ditunjukkan oleh gambar dibawah :

8-3-2-2 PWM dengan Unipolar voltage switching

Pada PWM dengan unipolar voltage switching ditunjukkan pada gambar 8-11. Disini, kaki A dan B dari inverter jembatan penuh dikontrol secara terpisah dengan membandingkan tegangan control dengan tegangan trigger, seperti yang ditunjukkan pada gambar 8-15 (a), perbandingan dari tegangan control dengan triangular wave form untuk mengontrolsaklar pada kaki A :

V_control> V_{tri ,} T_A+ on dan V_AN = V_d

V_control< V_{tri ,} T_A- on dan V_AN = 0

Untuk mengontrol pensaklaran leg B , -V_control dibandingkan dengan triangular waveform :

-V_control > V_tri, T_B+ on dan V_BN = V_d

-V_control < V_tri, T_B- on dan V_BN = 0

ARUS DC-SIDE I_d

Pada kondisi yang sama pada rangkaian di gambar fictious filter untuk PWM dengan bipolar voltage switching, gambar 6 menunjukan arus dc-side i_d dari PWM unipolar voltage-switching, dimana m_f = 14 (sebagai ganti dari m_f = 15 pada bipolar voltage-switching).

Dengan membandingkan gambar 8-14 dan 8-16, jelas terlihat bahwa menggunakan PWM dengan unipolar voltage switching menghasilkan riple yang kecil pada arus di dc-side dari inverter.

8-3-2-3 Operasi Gelombang Persegi

Inverter jembatan penuh dapat juga beroperasi pada model gelombang persegi. Kedua tipe PWM yang dibahas sebelumnya mengalami penurunan ke operasi model gelombang persegi yang sama, dimana saklar-saklarnya (T_A+, T_B-) dan (T_B+, T_A-) beroperasi sebagai dua pasang dengan duty ratio 0.5.

Magnitud tegangan keluaran yang diberikan berikut diatur dengan mengontrol tegangan input dc :

8-3-2-4 OUTPUT CONTROL DENGAN PEMBATALAN TEGANGAN

Tipe control ini mungkin hanya pada satu fasa, rangkaian inverter jembatan penuh. Ini didasarkan pada kombinasi dari pensaklaran gelombang persegi dan PWM dengan unipolar voltage-switching. Pada rangkaian di gambar 8-17a, saklar-saklar pada kedua kaki inverter dikontrol secara terpisah.Tapi semua saklar mempunyai duty ratio 0.5, sama dengan square-wave control. Hasil dalam bentuk gelombangnya untuk V_AN dan V_BN terlihat pada gambar 8-17b.

8-3-2-5 PEMAKAIAN SAKLAR PADA INVERTER JEMBATAN PENUH

Sama dengan inverter ½ jembatan penuh, jika trafo dipakai pada output dari inverter jembatan penuh, induktansi bocor trafo tidak akan membuat saklar bermasalah.

Tegangan puncak switching dan rating arus yang ada pada inverter jembatan penuh adalah sebagai berikut :

dan

8-3-2-6 RIPEL PADA OUTPUT INVERTER SATU FASA

Riple pada gelombang yang berulang mengacu pada perbedaan nilai sesaat dari gelombang dan komponen frekuensi dasar.

semua riple di v₀ terlihat bersebrangan dengan L dimana :

         (8-41)

Untuk riple arus output dapat dihitung dengan :

(8-42)

dimana k adalah konstanta dan adalah variabel dari integral.

Gambar 8-18a memperlihatkan inverter switch-mode satu fasa

Gambar 8-18 inverter satu-fasa: (a) circuit; (b) komponen frekuensi-dasar; (c) komponen ripple frekuensi; (d) diagram fasor –frekuensi-dasar.

Dengan menset waktu asli t=0, konstanta k pada persamaan 8-42 akan nol. Oleh karena itu, persamaan 8-41 dan 8-42 memperlihatkan bahwa arus riple tidak bergantung pada daya yang ditransfer ke beban.

8-3-3 Push-Pull Inverter

Gambar 8-20 memperlihatkan rangkaian push-pull inverter. Rangkaiannya terdiri dari trafo dengan primer center-tapped. Kita asumsikan arus output i₀ mengalir secara kontinu. Dengan asumsi itu, ketika saklar T₁ on (dan T₂ off), T₁ akan konduk pada nilai positif dari i_o, dan D₁ akan konduk pada nilai negatif dari i₀.

Keuntungan dari rangkaian push-pull adalah tidak lebih dari satu saklar yang seri konduk pada waktu yang sesaat. Ini penting jika dc input ke konverter berasal dari sumber tegangan yang rendah, seperti baterai, dimana drop tegangan akan menghasilkan pengurangan yang signifikan dalam efesiensi energi. Bagaimanapun, sangat sulit untuk menghindari saturasi dc dari trafo pada push-pull inverter.

8-3-4 Pemakaian Saklar pada Inverter Satu Fasa

Asumsikan bahwa V_d,max adalah nilai tertinggi dari tegangan input, jika arus output diasumsikan sinusoidal murni, inverter rms volt-ampere output pada frekuensi dasar sama dengan V_o1 I_o,max pada rating maksimum output. Dengan V_T dan I_T sebagai rating arus dan tegangan puncak dari saklar, kombinasi pemakaian dari semua saklar pada inverter dapat dijelaskan :

Dimana q adalah jumlah saklar pada inverter.

Untuk membandingkan pemakaian saklar pada bermacam inverter satu fasa, kita pada awalnya akan membandingkannya untuk operasi mode gelombang persegi pada rating maksimum output. (pemakaian saklar maksimum terjadi saat V_d = V_d,max)

Dalam prakteknya, rasio pemakaian saklar akan lebih rendah dari 0.6. Hal ini dikarenakan :

1. Rating saklar dipilih secara bebas menghasilkan batas yang aman.

2. Dalam menentukan rating arus saklar pada PWM inverter, salah satunya harus didasarkan pada tegangan dc input yang sesuai.

3. Riple arus output akan mempengaruhi rating arus saklar.

Oleh karena itu, teoti rasio pemakaian saklar maksimum pada PWM switching adalah hanya 0.125 saat m_a = 1, sebagaimana dibandingkan dengan 0.16 pada inverter gelombang persegi.