inverter

Inverter Tiga Phasa ^[1]

Inverter merupakan konverter yang berguna untuk mengubah arus DC menjadi arus AC. Tegangan output inverter  bisa tetap atau berubah pada frekuensi tetap atau berubah-ubah. Variasi tegangan output bisa didapatkan dengan memvariasikan tegangan input DC dan menjaga penguatan (gain) inverter konstan. Dengan kata lain jika tegangan input tetap dan tidak dapat dikontrol, variasi tegangan output bisa didapatkan dengan memvariasikan penguatan (gain) inverter, yang biasanya disempurnakan dengan pengaturan modulasi lebar pulsa (Pulse Width Modulation) PWM pada inverter. Penguatan inverter bisa didefinisikan sebagai perbandingan tegangan output AC dengan tegangan input DC.

Secara ideal bentuk gelombang tegangan output dari inverter adalah sinusoidal. Namun, dalam prakteknya bentuk gelombang inverter berupa gelombang sinusoidal diikuti dengan harmonisanya. Untuk aplikasi daya rendah dan menengah, tegangan gelombang petak atau quasi petak dapat diterima, namun untuk aplikasi daya tinggi dibutuhkan bentuk gelombang sinusoidal rendah distorsi. Dengan tersedianya komponen semikonduktor daya kecepatan tinggi, harmonisa pada tegangan output dapat diminimalkan atau diturunkan secara signifikan dengan teknik pensaklaran.

Inverter dapat diklasifikasikan dalam dua tipe, yaitu inverter satu fasa dan inverter tiga fasa. Masing-masing tipe dapat dibagi menjadi empat kategori tergantung pada tipe komutasi :

Ø   Inverter Pulse Width Modulation

Ø   Inverter resonansi

Ø   Inverter komutasi penguatan

Ø   Inverter komutasi komplementari

Jika tegangan input inverter dijaga konstan maka disebut voltage-fed inverter (VFI), jika arus input dijaga konstan current-fed inverter (CFI) dan jika tegangan input dikontrol disebut variable dc linket inverter.

Inverter tiga-phasa merupakan rangkaian inverter yang merubah tegangan masukan DC menjadi tegangan keluaran AC tiga fasa variabel frekuensi-variabel tegangan. Tegangan masukan DC diperoleh dari sumber DC atau dari tegangan AC disearahkan. Dalam aplikasi seperti suplai daya AC tak terhenti (Uninterruptible Power Supply : UPS) dan penggerak motor AC, biasanya digunakan inverter tiga fasa untuk mensuplai beban tiga fasa. Inverter tiga fasa dapat dibangun dengan kombinasi tiga buah inverter satu-fasa jembatan-setengah gelombang. Rangkaian dasar inverter tiga fasa seperti yang diperlihatkan pada gambar 2.1. Rangkaian tersebut terdiri dari tiga lengan (enam buah saklar daya), satu untuk tiap fasa, dengan enam buah dioda freewheeling. Saklar dibuka dan ditutup berurutan secara periodik untuk menghasilkan keluaran gelombang yang diinginkan. Banyak urutan untuk mengoperasikan tiga saklar ini yang memungkinkan, tetapi hanya dua mode dasar untuk satu siklus penuh dengan enam saklar seperti : tipe konduksi 120^o dan tipe konduksi 180^o.

Untuk memahami prinsip kerja dasar inverter tiga fasa, dapat diambil contoh salah satu tipe konduksi yakni tipe konduksi 120^o.

Inverter tiga fasa jembatan seperti pada gambar 2.1 dapat dikendalikan sehingga tiap-tiap saklar menghantar untuk perioda 120^o. Pada keadaan ini, hanya dua saklar menghantar setiap saat, satu dari kelompok positif (S₁, S₃, dan S₅) dan yang lainnya dari kelompok negatif (S₂, S₄, dan S₆), dua saklar menghubungkan dua terminal beban ke terminal sumber tegangan DC, sementara terminal ketiga tetap terbuka. Ada enam interval dalam satu siklus dari gelombang tegangan AC. Saklar-saklar dihidupkan pada interval 60^o dari gelombang tegangan keluaran dengan urutan yang tepat untuk mendapatkan tegangan V_AB, V_BC, dan V_CA. Kecepatan pensaklaran menentukan frekuensi tegangan keluaran inverter.

Untuk menghindari dari kemungkinan keluaran sumber DC terhubung singkat, maka kita harus memastikan dua saklar dalam lengan yang sama tidak hidup secara bersamaan. Untuk itu, interval 60^o terdahulu antara akhir hantaran pada saklar S₁ dan awal hantaran pada saklar S₄, hal yang sama juga berlaku untuk lengan yang lain : saklar S₃ dan S₆, saklar S₂ dan S₅.

Tegangan fasa melewati beban, V_AN, V_BN, dan V_CN dapat ditentukan untuk variasi durasi 60^o dengan sebuah beban resistif terhubung Y. Tegangan ini dapat diperoleh dengan merujuk ke rangkaian ekivalen dari kombinasi beban inverter

 bervariasi untuk enam interval seperti pada gambar 2.11. Hasilnya diringkas dalam tabel 2.1. Urutan pensaklaran adalah S₁ dan S₂, S₂ dan S₃, S₃ dan S₄, S₄ dan S₅, S₅ dan S₆, S₆ dan S₁, dst.

Inverter tiga fasa jembatan ditunjukkan oleh gambar 2.1 dibawah :

Gambar 2.1 : Inverter jembatan tiga fasa

(a)      0°-60°

(b)     60°-120°

(c)      120°-180°

(d)     180°-240°

(e)      240°-300°

(f)      300°-360°

Gambar 2.2 : Rangkaian ekivalen kombinasi beban inverter jembatan tiga fasa

Interval	S1	S2	S3	S4	S5	S6	VAN	VBN	VCN
0°-60°	On	Off	Off	Off	Off	On	+E/2	-E/2	0
60°-120°	On	On	Off	Off	Off	Off	+E/2	0	-E/2
120°-180°	Off	On	On	Off	Off	Off	0	+E/2	-E/2
180°-240°	Off	Off	On	On	Off	Off	-E/2	+E/2	0
240°-300°	Off	Off	Off	On	On	Off	-E/2	0	+E/2
300°-360°	Off	Off	Off	Off	On	On	0	-E/2	+E/2

Tabel 2.1 : Pensaklaran inverter tiga fasa

Gambar 2.3 memperlihatkan tegangan tiga fasa, V_AN, V_BN, dan V_CN. Tegangan saluran dapat dicari dari tegangan fasa menggunakan :

V_AB = V_AN – V_BN

V_BC = V_BN – V_CN                                                                                                           (2.1)

V_CA = V_CN – V_AN

Tegangan tiga saluran juga ditunjukkan gambar 2.3. Bentuk gelombang tegangan step yang dihasilkan identik tapi tergeser 120^o satu sama lain.

Setiap saklar menyala untuk durasi 120^o secara berurutan. Ketika S₁

 menyala pada ωt = 0, terminal A terhubung ke sisi positif dari sumber DC. Ketika S₄ menyala pada ωt = π, terminal A terhubung ke sisi negatif dari sumber DC.

Tegangan keluaran fasa inverter yaitu :

                                                                                                            (2.2)

Tegangan keluaran line-to-line yaitu :

                                                                                                            (2.3)

Nilai tegangan (V_T) dan arus puncak (I_T) dari switching (peak) yaitu :

                                                                                                               (2.4)

                                                                                                               (2.5)

Dimana I_O adalah arus keluaran inverter.

Daya tiga fasa inverter yaitu :

                                                                                                               (2.6)