Cara Mengontrol Daya AC
Bagaimana Mengontrol Daya AC?
Sebagian besar peralatan listrik yang digunakan di rumah membutuhkan daya AC untuk operasi mereka. Daya AC atau arus AC ini diberikan ke peralatan melalui operasi switching dari beberapa sakelar elektronik daya. Untuk kelancaran beban, perlu untuk mengontrol daya AC yang diberikan padanya. Ini dicapai pada gilirannya dengan mengendalikan operasi switching dari sakelar elektronik daya, seperti Thyristor atau SCR.Dua Metode untuk Mengontrol Operasi Switching SCR
Metode Kontrol Phase
Ini mengacu pada pengontrolan switching (peralihan) SCR dengan referensi ke phase sinyal AC. Biasanya SCR dipicu pada 180 derajat dari awal sinyal AC. Atau dengan kata lain di persimpangan nol dari gelombang sinyal AC, pulsa pemicu diterapkan ke terminal gerbang SCR.Jika mengendalikan daya AC ke SCR, penerapan pulsa ini ditunda dengan meningkatkan waktu antara pulsa dan ini disebut kontrol dengan penundaan sudut tembak. Namun rangkaian ini menyebabkan harmonika orde tinggi dan menghasilkan frekuensi radio RFI dan arus lonjakan berat dan pada tingkat daya yang lebih besar, membutuhkan lebih banyak Filter untuk mengurangi RFI.
Perpindahan Siklus Integral
Kontrol siklus integral adalah metode lain yang digunakan untuk konversi langsung AC ke AC yang dikenal sebagai zero switching atau pemilihan siklus. Pemicu siklus integral berkaitan dengan rangkaian switching arus bolak-balik dan khususnya untuk siklus integral tegangan nol alternating switching.Ketika sakelar tegangan nol digunakan untuk mengalihkan faktor daya rendah (beban induktif) seperti motor atau transformator daya, menyebabkan overheating transformator daya pada saluran listrik. Karenanya saturasi arus beban sangat tinggi dalam arus aliran. Pendekatan lain untuk siklus integral tegangan nol switching melibatkan penggunaan pengaturan yang relatif kompleks dari elemen penyimpanan bi-stabil dan rangkaian logika yang pada dasarnya menghitung jumlah setengah siklus arus beban.
Pergantian siklus integral terdiri dari pengalihan supply ke beban untuk sejumlah siklus integer dan kemudian mematikan supply untuk sejumlah siklus integral lebih lanjut. Karena nol tegangan dan nol saat beralih thyristor, harmonik yang dihasilkan akan berkurang. Tidak memungkinkan menggunakan siklus integral switching tegangan halus dan frekuensinya bervariasi.
Pergantian siklus integral dengan pemicu kegagalan thyristor sebagai metode untuk menghilangkan seluruh siklus, siklus, atau bagian dari siklus sinyal AC, adalah metode lama dan terkenal untuk mengendalikan daya AC, terutama di seluruh beban pemanas AC.
Namun konsep untuk mencapai siklus pengambilan bentuk gelombang tegangan dengan menggunakan mikrokontroler bisa sangat tepat sesuai dengan program yang ditulis dalam bahasa Assembly/C. Sehingga waktu rata-rata tegangan atau arus yang dialami pada beban secara proporsional lebih kecil daripada jika seluruh sinyal dihubungkan ke beban
Salah satu efek samping dari penggunaan skema ini adalah ketidakseimbangan dalam arus input atau bentuk gelombang tegangan karena siklus dinyalakan dan dimatikan melintasi beban sehingga mereka cocok untuk beban tertentu dibandingkan dengan metode pengendalian sudut tembak untuk meminimalkan THD.
Sebelum masuk ke contoh untuk masing-masing jenis kontrol, mari kita beri sedikit penjelasan tentang deteksi zero crossing.
Deteksi Zero Crossing atau Zero Voltage Crossing
Dengan istilah Zero Voltage Crossing yang kami maksud adalah titik pada bentuk gelombang sinyal AC di mana sinyal melintasi referensi nol dari bentuk gelombang atau dengan kata lain di mana bentuk gelombang sinyal bersinggungan dengan sumbu x.Ini pada dasarnya digunakan untuk mengukur frekuensi atau periode dari sinyal periodik. Itu juga dapat digunakan untuk menghasilkan pulsa tersinkronisasi yang dapat digunakan untuk memicu terminal gerbang Penyearah Terkendali Silikon sehingga membuatnya berjalan pada sudut tembak 180 derajat.
Gelombang sinus pada dasarnya memiliki simpul-simpul di mana tegangan melintasi titik nol, membalikkan arah, dan menyelesaikan gelombang sinus.
Dengan mengalihkan beban AC pada titik tegangan nol, kami secara virtual menghilangkan tegangan dan kerugian yang ditimbulkan oleh tegangan.
Rangkaian Sensor Zero Cross (ZVS) atau Sensor Zero Voltage (ZVR)
Biasanya Op-amp yang digunakan dalam deteksi zero crossing berfungsi sebagai pembanding yang membandingkan sinyal DC berpulsa (diperoleh dengan memperbaiki sinyal AC), dengan tegangan DC referensi (diperoleh dengan mem-filter sinyal DC ber-pulsa). Sinyal referensi diberikan ke terminal non inverting sedangkan tegangan pulsa diberikan ke terminal inverting.
Jika tegangan DC yang ber-pulsa lebih rendah dari sinyal referensi, maka sinyal logika tinggi dikembangkan pada output komparator. Jadi untuk setiap titik persimpangan nol dari sinyal AC, pulsa dihasilkan dari output dari Zero Crossing Detector.
Kontrol Siklus Pemindahan (switching) Integral (ISCC):
Untuk menghilangkan kerugian dari switching siklus integral dan kontrol phase switching Integral Switching Cycle Control (ISCC) digunakan untuk kontrol beban pemanasan. Rangkaian ISCC memiliki 3 bagian. Yang pertama terdiri dari catu daya untuk menggerakkan semua penguat (amplifier) internal dan memberi makan energi gerbang ke perangkat semikonduktor daya.Bagian kedua terdiri dari deteksi tegangan nol dengan merasakan kejadian misal tegangan supply nol dan memberikan penundaan phase. Pada bagian ketiga, diperlukan tahap penguat yang memperbesar sinyal kontrol untuk menyediakan drive yang diperlukan untuk menghidupkan sakelar daya.
Rangkaian ISCC terdiri dari Firing Circuit & Power Amplifier (FCPA) dan catu daya untuk mengendalikan beban. FCPA terdiri dari driver gerbang untuk Thyristor (SCR) dan Triac digunakan sebagai perangkat daya dalam desain yang diusulkan.
Triac dapat mengalirkan arus ke salah satu arah ketika dihidupkan dan sebelumnya disebut triode thyristor dua arah atau triode thyristor bilateral. Triac adalah sakelar yang nyaman untuk rangkaian AC yang memungkinkan kontrol aliran daya besar dengan arus kontrol skala miliamp.
Aplikasi Pengalihan Siklus Integral - Kontrol Daya Industri oleh Integral Switching
Metode ini dapat digunakan untuk mengendalikan daya AC, terutama pada beban linier seperti pemanas yang digunakan dalam tungku listrik. Dalam hal ini mikrokontroler memberikan output berdasarkan interupsi yang diterima sebagai referensi untuk pembangkit pulsa pemicu.Dengan menggunakan pulsa pemicu ini, kita dapat menggerakkan opto-isolator (optocoupler) untuk memicu Triac untuk mencapai kontrol siklus integral sesuai sakelar yang dihubungkan ke mikrokontroler. Di tempat motor lampu listrik disediakan untuk pengamatan fungsinya.
Di sini detektor zero crossing digunakan untuk menyediakan pulsa pemicu ke pulsa gerbang thyristor. Penerapan pulsa ini dikontrol melalui Mikrokontroler dan Optocoupler. Mikrokontroler diprogram untuk menerapkan pulsa ke Optocoupler untuk waktu yang tetap dan kemudian menghentikan penerapan pulsa untuk waktu tertentu yang tetap.
Hal ini menghasilkan penghapusan lengkap beberapa siklus bentuk gelombang sinyal AC yang diterapkan pada beban. Optocoupler yang sesuai menggerakkan thyristor berdasarkan input dari mikrokontroler. Dengan demikian daya AC yang diberikan untuk lampu dikontrol.
Aplikasi Switching Terkendali Phase - Kontrol Daya AC yang Dapat Diprogram
Metode ini digunakan untuk mengontrol intensitas lampu dengan mengendalikan daya AC ke lampu. Ini dilakukan dengan menunda penerapan pulsa pemicu ke TRIAC atau menggunakan metode penundaan sudut tembak. Detektor zero crossing memasok pulsa pada setiap zero crossing dari bentuk gelombang AC yang diterapkan pada Mikrokontroler.
Awalnya Mikrokontroler memberikan pulsa ini ke optocoupler yang karenanya memicu thyristor tanpa penundaan dan dengan demikian lampu menyala dengan intensitas penuh. Sekarang dengan menggunakan papan tombol yang dihubungkan ke Mikrokontroler, intensitas yang dibutuhkan dalam persentase diterapkan pada Mikrokontroler dan diprogram untuk menunda penerapan pulsa ke optocoupler. Dengan demikian pemicu thyristor tertunda dan karenanya intensitas lampu dikendalikan.