Teknik Pergantian Thyristor dalam Power Elektronik
Sebagian besar peralatan konverter dan catu daya mode sakelar menggunakan elektronika daya komponen seperti Thyristor, MOSFET dan perangkat semikonduktor daya lainnya untuk operasi switching frekuensi tinggi pada peringkat daya tinggi.
Pertimbangkan thyristor yang sering kita gunakan sebagai sakelar yang dapat dihidupkan dalam beberapa aplikasi. Thyristor ini menggunakan sakelar yang harus dinyalakan dan dimatikan. Untuk mengaktifkan thyristor, ada beberapa thyristor turn on metode yang disebut thyristor triggering methods.
Demikian pula, untuk mematikan thyristor, ada metode yang disebut teknik pergantian atau commutation thyristor. Sebelum membahas tentang teknik pergantian thyristor, kita harus mengetahui sesuatu tentang dasar-dasar thyristor seperti thyristor, operasi thyristor, berbagai jenis thyristor dan thyristor turn on metode.
Konduksi thyristor yang terus menerus ini menyebabkan masalah dalam beberapa aplikasi. Proses yang digunakan untuk mematikan thyristor disebut sebagai pergantian. Dengan proses pergantian, mode operasi thyristor diubah dari mode konduksi maju ke mode blok maju. Jadi, metode pergantian thyristor atau teknik pergantian thyristor digunakan untuk mematikan.
Teknik pergantian thyristor diklasifikasikan menjadi dua jenis:
Pergantian alami dapat diamati pada pengontrol tegangan AC, penyearah fasa terkontrol dan cycloconverter.
Pergantian paksa dapat diamati saat menggunakan supply DC; karenanya disebut juga pergantian DC. Rangkaian eksternal yang digunakan untuk proses pergantian paksa disebut sebagai rangkaian pergantian dan elemen-elemen yang digunakan dalam rangkaian ini disebut sebagai elemen pergantian.
Urutan kedua rangkaian under-damped dibentuk oleh Induktor atau AC Resistor, Kapasitor dan resistor. Jika arus menumpuk melalui SCR dan menyelesaikan setengah siklus, maka arus induktor akan mengalir melalui SCR ke arah sebaliknya yang akan mematikan thyristor.
Setelah pergantian thyristor atau mematikan thyristor, kapasitor akan mulai melepaskan dari nilai puncaknya melalui resistor adalah cara yang eksponensial. Thyristor akan berada dalam kondisi bias terbalik sampai tegangan kapasitor kembali ke level tegangan supply.
Arus beban konstan yang mengalir melalui beban R-L dipastikan dengan reaktansi besar yang terhubung secara seri dengan beban yang dijepit dengan dioda freewheeling. Jika arus sinusoidal mengalir melalui rangkaian L-C resonansi, maka kapasitor C diisi dengan titik sebagai negatif pada akhir setengah siklus.
Arus total yang mengalir melalui SCR menjadi nol dengan arus balik yang mengalir melalui SCR yang menentang arus beban untuk sebagian kecil dari ayunan negatif. Jika arus rangkaian resonansi atau arus balik menjadi lebih besar dari arus beban, maka SCR akan dimatikan.
Dalam klasifikasi ini keduanya dapat bertindak sebagai SCR utama yang membawa arus beban dan keduanya dapat dirancang dengan empat SCR dengan muatan melintasi kapasitor dengan menggunakan sumber arus untuk memasok konverter integral.
Jika thyristor T2 dipicu, maka kapasitor akan terisi penuh. Jika thyristor T1 dipicu, maka kapasitor akan melepaskan dan arus output C ini akan menentang aliran arus beban di T2 karena kapasitor dialihkan melintasi T2 melalui T1.
Dengan memicu Ta (auxiliary thyristor) kapasitor diisi hingga memasok tegangan dan kemudian Ta akan mati. Tegangan tambahan jika ada, karena induktansi substansial dalam jalur input akan dibuang melalui rangkaian beban dioda-induktor.
Jika Tm (thyristor main) dipicu, maka arus akan mengalir dalam dua jalur: arus pergantian akan mengalir melalui jalur C-Tm-L-D dan arus beban akan mengalir melalui beban. Jika muatan pada kapasitor dibalik dan ditahan pada tingkat itu menggunakan Dioda dan jika Ta dipicu kembali, maka tegangan melintasi kapasitor akan muncul melintasi Tm melalui Ta. Dengan demikian, thyristor utama Tm akan dimatikan.
Generator pulsa eksternal digunakan untuk menghasilkan pulsa positif yang disupply ke katoda thyristor melalui transformator pulsa. Kapasitor C dibebankan ke sekitar 1v dan dianggap memiliki impedansi nol untuk durasi mematikan pulsa. Tegangan melintasi thyristor dibalik oleh pulsa dari trafo listrik yang memasok arus pemulihan balik, dan untuk waktu mematikan yang diperlukan itu memegang tegangan negatif.
Selama setengah siklus negatif karena arus beban menjadi nol, maka thyristor akan mati. Jika ada tegangan untuk periode waktu matikan perangkat, maka polaritas negatif dari tegangan pada thyristor keluar akan mematikannya.
Di sini, durasi setengah siklus harus lebih besar daripada waktu mematikan thyristor. Proses pergantian ini mirip dengan konsep konverter 3 phase. Mari kita perhatikan, terutama T1 dan T11 berjalan dengan memicu sudut konverter, yang sama dengan 60 derajat, dan beroperasi dalam mode konduksi kontinu dengan beban yang sangat induktif.
Jika thyristor T2 dan T22 dipicu, maka secara instan arus melalui perangkat yang masuk tidak akan naik ke level arus beban. Jika arus melalui thyristor yang masuk mencapai level arus beban, maka proses pergantian dari thyristor yang keluar akan dimulai. Tegangan bias balik dari thyristor ini harus diteruskan sampai kondisi blok maju telah tercapai.
Thyristor dapat disebut sebagai penyearah terkontrol. Ada berbagai jenis thyristor, yang digunakan untuk merancang proyek elektronik inovatif berbasis listrik. Proses menyalakan thyristor dengan menyediakan pulsa pemicu ke terminal gerbang disebut sebagai pemicu. Demikian pula, proses mematikan thyristor disebut sebagai pergantian.
Pertimbangkan thyristor yang sering kita gunakan sebagai sakelar yang dapat dihidupkan dalam beberapa aplikasi. Thyristor ini menggunakan sakelar yang harus dinyalakan dan dimatikan. Untuk mengaktifkan thyristor, ada beberapa thyristor turn on metode yang disebut thyristor triggering methods.
Demikian pula, untuk mematikan thyristor, ada metode yang disebut teknik pergantian atau commutation thyristor. Sebelum membahas tentang teknik pergantian thyristor, kita harus mengetahui sesuatu tentang dasar-dasar thyristor seperti thyristor, operasi thyristor, berbagai jenis thyristor dan thyristor turn on metode.
Thyristor
Dua hingga empat perangkat semikonduktor timbal yang terdiri dari empat lapisan bahan tipe N dan P bergantian disebut sebagai thyristor. Ini umumnya digunakan sebagai sakelar bi-stable yang akan berjalan hanya ketika terminal gerbang thyristor dipicu. Thryistor juga disebut sebagai penyearah terkontrol silikon atau SCR.Teknik Pergantian (commutation) Thyristor
Seperti yang telah kita pelajari di atas, thyristor dapat dihidupkan dengan memicu terminal gerbang dengan pulsa durasi pendek bertegangan rendah. Tetapi setelah dihidupkan, itu akan berjalan terus menerus sampai thyristor terbalik bias atau arus beban turun ke nol.Konduksi thyristor yang terus menerus ini menyebabkan masalah dalam beberapa aplikasi. Proses yang digunakan untuk mematikan thyristor disebut sebagai pergantian. Dengan proses pergantian, mode operasi thyristor diubah dari mode konduksi maju ke mode blok maju. Jadi, metode pergantian thyristor atau teknik pergantian thyristor digunakan untuk mematikan.
Teknik pergantian thyristor diklasifikasikan menjadi dua jenis:
- Pergantian Alami
- Pergantian Paksa
Pergantian Alami (Natural Commutation)
Secara umum, jika kita mempertimbangkan supply AC, arus akan mengalir melalui garis persimpangan nol saat beralih dari puncak positif ke puncak negatif. Dengan demikian, tegangan balik akan muncul di perangkat secara bersamaan, yang akan segera mematikan thyristor. Proses ini disebut sebagai pergantian alami karena thyristor dimatikan secara alami tanpa menggunakan komponen atau rangkaian atau supply eksternal untuk tujuan pergantian.Pergantian alami dapat diamati pada pengontrol tegangan AC, penyearah fasa terkontrol dan cycloconverter.
Pergantian Paksa (Forced Commutation)
Thyristor dapat dimatikan dengan membalikkan bias SCR atau dengan menggunakan komponen aktif atau pasif. Arus thyristor dapat direduksi menjadi nilai di bawah nilai arus holding. Karena, thyristor dimatikan secara paksa itu disebut sebagai proses pergantian paksa. Komponen dasar elektronik dan listrik seperti induktansi dan kapasitansi digunakan sebagai elemen pergantian untuk tujuan pergantian.Pergantian paksa dapat diamati saat menggunakan supply DC; karenanya disebut juga pergantian DC. Rangkaian eksternal yang digunakan untuk proses pergantian paksa disebut sebagai rangkaian pergantian dan elemen-elemen yang digunakan dalam rangkaian ini disebut sebagai elemen pergantian.
Klasifikasi Metode Pergantian Paksa
Pergantian paksa dapat diklasifikasikan ke dalam berbagai metode sebagai berikut:- Kelas A: Pergantian diri dengan beban beresonansi
- Kelas B: Pergantian sendiri dengan rangkaian LC
- Kelas C: C atau L-C diaktifkan oleh beban lain yang membawa SCR
- Kelas D: C atau L-C diaktifkan oleh SCR tambahan
- Kelas E: Sumber pulsa eksternal untuk pergantian
- Kelas F: Pergantian saluran AC
Kelas A: Pergantian Diri dengan Beban Resonasi
Kelas A adalah salah satu teknik pergantian thyristor yang sering digunakan. Jika thyristor dipicu atau dihidupkan, maka arus anoda akan mengalir dengan mengisi kapasitor C dengan titik sebagai positif.Urutan kedua rangkaian under-damped dibentuk oleh Induktor atau AC Resistor, Kapasitor dan resistor. Jika arus menumpuk melalui SCR dan menyelesaikan setengah siklus, maka arus induktor akan mengalir melalui SCR ke arah sebaliknya yang akan mematikan thyristor.
Setelah pergantian thyristor atau mematikan thyristor, kapasitor akan mulai melepaskan dari nilai puncaknya melalui resistor adalah cara yang eksponensial. Thyristor akan berada dalam kondisi bias terbalik sampai tegangan kapasitor kembali ke level tegangan supply.
Kelas B: Pergantian Diri dengan Rangkaian L-C
Perbedaan utama antara teknik pergantian thyristor kelas A dan B adalah bahwa L-C dihubungkan secara seri dengan thyristor di kelas A, sedangkan secara paralel dengan thyristor di kelas B. Sebelum memicu pada SCR, kapasitor diisi (dot menunjukkan positif). Jika SCR dipicu atau diberikan pulsa pemicu, maka arus yang dihasilkan memiliki dua komponen.Arus beban konstan yang mengalir melalui beban R-L dipastikan dengan reaktansi besar yang terhubung secara seri dengan beban yang dijepit dengan dioda freewheeling. Jika arus sinusoidal mengalir melalui rangkaian L-C resonansi, maka kapasitor C diisi dengan titik sebagai negatif pada akhir setengah siklus.
Arus total yang mengalir melalui SCR menjadi nol dengan arus balik yang mengalir melalui SCR yang menentang arus beban untuk sebagian kecil dari ayunan negatif. Jika arus rangkaian resonansi atau arus balik menjadi lebih besar dari arus beban, maka SCR akan dimatikan.
Kelas C: C atau L-C Diaktifkan oleh SCR Pengangkut Beban lainnya
Dalam teknik pergantian thyristor di atas kami hanya mengamati satu SCR tetapi dalam teknik pergantian kelas C thyristor ini akan ada dua SCR. Satu SCR dianggap sebagai thyristor utama dan yang lainnya sebagai thyristor tambahan.Dalam klasifikasi ini keduanya dapat bertindak sebagai SCR utama yang membawa arus beban dan keduanya dapat dirancang dengan empat SCR dengan muatan melintasi kapasitor dengan menggunakan sumber arus untuk memasok konverter integral.
Jika thyristor T2 dipicu, maka kapasitor akan terisi penuh. Jika thyristor T1 dipicu, maka kapasitor akan melepaskan dan arus output C ini akan menentang aliran arus beban di T2 karena kapasitor dialihkan melintasi T2 melalui T1.
Kelas D: L-C atau C Diaktifkan oleh Pembantu (auxiliary) SCR
Teknik pergantian thyristor kelas C dan D dapat dibedakan dengan arus beban di kelas D: hanya satu dari SCR yang akan membawa arus beban sedangkan yang lainnya bertindak sebagai thyristor tambahan sedangkan di kelas C kedua SCR akan membawa arus beban. Thyristor tambahan terdiri dari resistor dalam anoda yang memiliki resistansi sekitar sepuluh kali resistansi beban.Dengan memicu Ta (auxiliary thyristor) kapasitor diisi hingga memasok tegangan dan kemudian Ta akan mati. Tegangan tambahan jika ada, karena induktansi substansial dalam jalur input akan dibuang melalui rangkaian beban dioda-induktor.
Jika Tm (thyristor main) dipicu, maka arus akan mengalir dalam dua jalur: arus pergantian akan mengalir melalui jalur C-Tm-L-D dan arus beban akan mengalir melalui beban. Jika muatan pada kapasitor dibalik dan ditahan pada tingkat itu menggunakan Dioda dan jika Ta dipicu kembali, maka tegangan melintasi kapasitor akan muncul melintasi Tm melalui Ta. Dengan demikian, thyristor utama Tm akan dimatikan.
Kelas E: Sumber Pulsa Eksternal untuk Pergantian
Untuk teknik pergantian kelas E thyristor, sebuah transformator yang tidak bisa jenuh (karena memiliki celah besi dan udara yang cukup) dan mampu membawa arus beban dengan penurunan tegangan yang kecil dibandingkan dengan tegangan supply. Jika thyristor T dipicu, maka arus akan mengalir melalui trafo beban dan pulsa.Generator pulsa eksternal digunakan untuk menghasilkan pulsa positif yang disupply ke katoda thyristor melalui transformator pulsa. Kapasitor C dibebankan ke sekitar 1v dan dianggap memiliki impedansi nol untuk durasi mematikan pulsa. Tegangan melintasi thyristor dibalik oleh pulsa dari trafo listrik yang memasok arus pemulihan balik, dan untuk waktu mematikan yang diperlukan itu memegang tegangan negatif.
Kelas F: Jalur AC Dipotong
Dalam teknik pergantian kelas F thyristor, tegangan bolak-balik digunakan untuk supply dan, selama setengah siklus positif dari supply ini, arus beban akan mengalir. Jika beban sangat induktif, maka arus akan tetap sampai energi yang tersimpan dalam beban induktif hilang.Selama setengah siklus negatif karena arus beban menjadi nol, maka thyristor akan mati. Jika ada tegangan untuk periode waktu matikan perangkat, maka polaritas negatif dari tegangan pada thyristor keluar akan mematikannya.
Di sini, durasi setengah siklus harus lebih besar daripada waktu mematikan thyristor. Proses pergantian ini mirip dengan konsep konverter 3 phase. Mari kita perhatikan, terutama T1 dan T11 berjalan dengan memicu sudut konverter, yang sama dengan 60 derajat, dan beroperasi dalam mode konduksi kontinu dengan beban yang sangat induktif.
Jika thyristor T2 dan T22 dipicu, maka secara instan arus melalui perangkat yang masuk tidak akan naik ke level arus beban. Jika arus melalui thyristor yang masuk mencapai level arus beban, maka proses pergantian dari thyristor yang keluar akan dimulai. Tegangan bias balik dari thyristor ini harus diteruskan sampai kondisi blok maju telah tercapai.
Thyristor dapat disebut sebagai penyearah terkontrol. Ada berbagai jenis thyristor, yang digunakan untuk merancang proyek elektronik inovatif berbasis listrik. Proses menyalakan thyristor dengan menyediakan pulsa pemicu ke terminal gerbang disebut sebagai pemicu. Demikian pula, proses mematikan thyristor disebut sebagai pergantian.