CycloConverter Berbasis Thyristor dan Aplikasinya
Cycloconverter adalah konverter frekuensi dari satu level ke level lainnya, yang dapat mengubah daya AC dari satu frekuensi ke daya AC di frekuensi lain. Di sini, proses konversi AC-AC dilakukan dengan perubahan frekuensi. Karenanya ia juga disebut sebagai pengubah frekuensi.
Biasanya, frekuensi output kurang dari frekuensi input. Implementasi rangkaian kontrol menjadi rumit karena besarnya jumlah thyristor atau SCR. Mikrokontroler atau DSP atau mikroprosesor digunakan dalam rangkaian kontrol.
Cycloconverter dapat mencapai konversi frekuensi dalam satu tahap dan memastikan tegangan dan frekuensi dapat dikontrol. Selain itu, kebutuhan untuk menggunakan rangkaian komutasi tidak diperlukan karena memanfaatkan pergantian alami. Transfer daya dalam Cycloconverter terjadi dalam dua arah.
Cycloconverter selanjutnya diklasifikasikan ke dalam tiga kategori seperti dibahas di bawah ini.
Bentuk gelombang output yang sempurna untuk arus beban sinusoidal dan berbagai sudut fasa beban ditunjukkan pada Gambar di bawah ini. Adalah penting untuk menjaga array Thyristor yang tidak berfungsi off setiap saat, jika tidak, hantaran listrik dapat konsleting melalui dua array Thyristor, yang mengakibatkan distorsi bentuk gelombang dan kemungkinan kegagalan perangkat dari arus konsleting.
Masalah kontrol utama dari Cycloconverter adalah bagaimana menukar antar bank dalam waktu sesingkat mungkin untuk menghindari distorsi sambil memastikan kedua bank tidak berjalan pada saat yang sama.
Penambahan umum pada rangkaian daya yang menghilangkan persyaratan untuk menjaga satu bank off adalah menempatkan induktor center tapped (CT) yang disebut induktor arus yang bersirkulasi di antara output kedua bank.
Kedua bank sekarang dapat berjalan bersama tanpa korsleting. Selain itu, arus yang bersirkulasi dalam induktor membuat kedua bank tetap beroperasi sepanjang waktu, menghasilkan bentuk gelombang output yang lebih baik.
Ini dicapai dengan menggunakan DC berpulsa setelah penyearah jembatan sebelum disaring (filtering). Untuk tujuan itu, kita menggunakan D3 pemblokiran antara DC berpulsa dan filter kapasitor sehingga kita bisa mendapatkan DC berpulsa untuk digunakan.
DC berpulsa diberikan ke pembagi potensial 6.8k dan 6.8K untuk menghasilkan output sekitar 5V berpulsa dari 12V berpulsa yang terhubung ke input non-inverting pin komparator 3. Di sini, Op-amp digunakan sebagai pembanding.
5V DC diberikan ke pembagi potensial 47k dan 10K yang memberikan output sekitar 1.06V dan yang terhubung ke pembalikan pin input no 2. Satu resistansi 1K digunakan dari pin output 1 ke pin input 2 untuk umpan balik.
Seperti yang kita ketahui prinsip pembanding adalah bahwa ketika terminal non-inverting lebih besar dari terminal inverting, maka outputnya adalah logika tinggi (tegangan supply). Jadi DC berpulsa pada pin no 3 dibandingkan dengan DC 1.06V tetap pada pin no 2.
Output daya komparator ini diumpankan ke terminal inverting komparator lain. Terminal non-inverting pin komparator no 5 ini diberi tegangan referensi tetap, yaitu 2.5V diambil dari pembagi tegangan yang dibentuk oleh resistor 10k dan 10k.
Dengan demikian kita mendapatkan ZVR (Zero Voltage Reference) terdeteksi. ZVR ini kemudian digunakan sebagai pulsa input ke Mikrokontroler.
4 SCR (silicon controlled rectifier) yang digunakan dalam jembatan penuh adalah dalam antiparalel dengan satu set 4 SCR seperti yang ditunjukkan dalam diagram. Memicu pulsa yang dihasilkan oleh MC sesuai dengan program yang ditulis memberikan kondisi input ke Optoisolator yang menggerakkan masing - masing SCR.
Hanya satu Opto U17 yang menggerakkan SCR U2 yang ditunjukkan di atas sementara yang lainnya sama seperti pada diagram rangkaian. SCR berjalan untuk 20 ms dari jembatan 1 dan 20 ms berikutnya dari jembatan 2 untuk mendapatkan output pada titik no - 25 & 26, total periode waktu dari satu siklus AC 40 ms yaitu 25 Hz.
Jadi F/2 dikirim ke beban saat sakelar 1 ditutup. Demikian pula, untuk F/3 konduksi berlangsung selama 30 ms di jembatan 1 dan 30 ms berikutnya dari jembatan berikutnya, sehingga periode waktu total 1 siklus mencapai 60 ms yang pada gilirannya di F/3 saat sakelar -2 dioperasikan.
Frekuensi dasar 50Hz tersedia dengan memicu sepasang dari jembatan 1 untuk 10 ms 1 dan untuk 10 ms berikutnya dari jembatan berikutnya sementara kedua sakelar disimpan dalam kondisi "OFF". Arus balik yang mengalir di gerbang SCR adalah output Optoisolator (optocoupler).
Biasanya, frekuensi output kurang dari frekuensi input. Implementasi rangkaian kontrol menjadi rumit karena besarnya jumlah thyristor atau SCR. Mikrokontroler atau DSP atau mikroprosesor digunakan dalam rangkaian kontrol.
Cycloconverter dapat mencapai konversi frekuensi dalam satu tahap dan memastikan tegangan dan frekuensi dapat dikontrol. Selain itu, kebutuhan untuk menggunakan rangkaian komutasi tidak diperlukan karena memanfaatkan pergantian alami. Transfer daya dalam Cycloconverter terjadi dalam dua arah.
Ada dua jenis Cycloconverter
Step Up Cycloconverter:
Tipe-tipe ini menggunakan pergantian normal dan memberikan output pada frekuensi yang lebih tinggi daripada input.Step Down Cycloconverter:
Jenis ini menggunakan pergantian paksa dan menghasilkan output dengan frekuensi lebih rendah dari input.Cycloconverter selanjutnya diklasifikasikan ke dalam tiga kategori seperti dibahas di bawah ini.
1 Fasa ke 1 Fasa
Cycloconverter ini memiliki dua konverter gelombang penuh yang terhubung dari belakang ke belakang. Jika satu konverter beroperasi, konverter lainnya dinonaktifkan, tidak ada arus yang melewatinya.3 Fasa ke 1 Fasa
Cycloconverter ini beroperasi di empat kuadran yang (+V, +I) dan (−V, −I) menjadi mode perbaikan (penyearah) dan (+V, −I) dan (−V, +I) menjadi mode inversi.3 Fasa ke 3 Fasa
Cycloconverter ini banyak digunakan dalam sistem mesin AC yang beroperasi pada mesin induksi 3 Fasa dan sinkron.Pengenalan 1 Fasa ke 1 Fasa Cycloconverter menggunakan Thyristor
Cycloconverter memiliki empat Thyristor yang dibagi menjadi dua bank Thyristor, yaitu bank positif dan bank negatif masing-masing. Ketika arus positif mengalir dalam beban, tegangan output dikontrol oleh kontrol fasa dua Thyristor array positif sedangkan, array Thyristor negatif disimpan off dan sebaliknya ketika arus negatif mengalir dalam beban.Bentuk gelombang output yang sempurna untuk arus beban sinusoidal dan berbagai sudut fasa beban ditunjukkan pada Gambar di bawah ini. Adalah penting untuk menjaga array Thyristor yang tidak berfungsi off setiap saat, jika tidak, hantaran listrik dapat konsleting melalui dua array Thyristor, yang mengakibatkan distorsi bentuk gelombang dan kemungkinan kegagalan perangkat dari arus konsleting.
Masalah kontrol utama dari Cycloconverter adalah bagaimana menukar antar bank dalam waktu sesingkat mungkin untuk menghindari distorsi sambil memastikan kedua bank tidak berjalan pada saat yang sama.
Penambahan umum pada rangkaian daya yang menghilangkan persyaratan untuk menjaga satu bank off adalah menempatkan induktor center tapped (CT) yang disebut induktor arus yang bersirkulasi di antara output kedua bank.
Kedua bank sekarang dapat berjalan bersama tanpa korsleting. Selain itu, arus yang bersirkulasi dalam induktor membuat kedua bank tetap beroperasi sepanjang waktu, menghasilkan bentuk gelombang output yang lebih baik.
Desain Cycloconverter menggunakan Thyristor
Proyek ini dirancang untuk mengendalikan kecepatan motor induksi 1 Fasa dalam tiga langkah dengan menggunakan teknik Cycloconverter oleh Thyristor. Motor AC memiliki keunggulan karena relatif murah dan sangat andal.Persyaratan Komponen Perangkat Keras
Catu daya DC 5V, Mikrokontroler (AT89S52/AT89C51), Optoisolator (MOC3021), motor induksi 1 Fasa, Push button, SCR, IC LM358, Resistor, Kapasitor.Deteksi Silang Tegangan Nol
Deteksi silang tegangan nol berarti bentuk gelombang tegangan supply yang melewati tegangan nol untuk setiap 10 msec dari siklus 20 msec. Kami menggunakan sinyal AC 50Hz, periode waktu siklus total adalah 20 msec (T = 1/F = 1/50 = 20msec) di mana, untuk setiap setengah siklus (yaitu 10 ms) kita harus mendapatkan sinyal nol.Ini dicapai dengan menggunakan DC berpulsa setelah penyearah jembatan sebelum disaring (filtering). Untuk tujuan itu, kita menggunakan D3 pemblokiran antara DC berpulsa dan filter kapasitor sehingga kita bisa mendapatkan DC berpulsa untuk digunakan.
DC berpulsa diberikan ke pembagi potensial 6.8k dan 6.8K untuk menghasilkan output sekitar 5V berpulsa dari 12V berpulsa yang terhubung ke input non-inverting pin komparator 3. Di sini, Op-amp digunakan sebagai pembanding.
5V DC diberikan ke pembagi potensial 47k dan 10K yang memberikan output sekitar 1.06V dan yang terhubung ke pembalikan pin input no 2. Satu resistansi 1K digunakan dari pin output 1 ke pin input 2 untuk umpan balik.
Seperti yang kita ketahui prinsip pembanding adalah bahwa ketika terminal non-inverting lebih besar dari terminal inverting, maka outputnya adalah logika tinggi (tegangan supply). Jadi DC berpulsa pada pin no 3 dibandingkan dengan DC 1.06V tetap pada pin no 2.
Output daya komparator ini diumpankan ke terminal inverting komparator lain. Terminal non-inverting pin komparator no 5 ini diberi tegangan referensi tetap, yaitu 2.5V diambil dari pembagi tegangan yang dibentuk oleh resistor 10k dan 10k.
Dengan demikian kita mendapatkan ZVR (Zero Voltage Reference) terdeteksi. ZVR ini kemudian digunakan sebagai pulsa input ke Mikrokontroler.
Prosedur Kerja Cycloconverter
Koneksi rangkaian ditunjukkan pada diagram di atas. Proyek ini menggunakan referensi tegangan nol seperti dijelaskan di atas pada pin no. 13 dari Mikrokontroler. Eight Opto-Isolators MOC3021 digunakan untuk mengendarai 8 SCR U2 ke U9.4 SCR (silicon controlled rectifier) yang digunakan dalam jembatan penuh adalah dalam antiparalel dengan satu set 4 SCR seperti yang ditunjukkan dalam diagram. Memicu pulsa yang dihasilkan oleh MC sesuai dengan program yang ditulis memberikan kondisi input ke Optoisolator yang menggerakkan masing - masing SCR.
Hanya satu Opto U17 yang menggerakkan SCR U2 yang ditunjukkan di atas sementara yang lainnya sama seperti pada diagram rangkaian. SCR berjalan untuk 20 ms dari jembatan 1 dan 20 ms berikutnya dari jembatan 2 untuk mendapatkan output pada titik no - 25 & 26, total periode waktu dari satu siklus AC 40 ms yaitu 25 Hz.
Jadi F/2 dikirim ke beban saat sakelar 1 ditutup. Demikian pula, untuk F/3 konduksi berlangsung selama 30 ms di jembatan 1 dan 30 ms berikutnya dari jembatan berikutnya, sehingga periode waktu total 1 siklus mencapai 60 ms yang pada gilirannya di F/3 saat sakelar -2 dioperasikan.
Frekuensi dasar 50Hz tersedia dengan memicu sepasang dari jembatan 1 untuk 10 ms 1 dan untuk 10 ms berikutnya dari jembatan berikutnya sementara kedua sakelar disimpan dalam kondisi "OFF". Arus balik yang mengalir di gerbang SCR adalah output Optoisolator (optocoupler).
Aplikasi Cycloconverter
Aplikasi termasuk Mengontrol kecepatan mesin AC seperti Ini terutama digunakan dalam traksi listrik, motor AC memiliki kecepatan variabel dan pemanasan induksi.- Motor Sinkron
- Drive Pabrik
- Propulsi kapal
- Pabrik Penggilingan