Cycloconverters - jenis, cara kerja dan aplikasi

Catu daya dapat diklasifikasikan ke dalam dua kategori besar, satu adalah catu daya AC dan yang lainnya adalah catu daya DC. Seperti yang kita ketahui hanya daya AC yang dapat dibangkitkan dan karena lebih ekonomis, kami menggunakan AC untuk transmisi sehingga sebagian besar mesin / perangkat listrik beroperasi dengan daya AC. Tetapi Tegangan dan Frekuensi standar yang dipasok dari stasiun Pembangkit mungkin tidak cukup baik untuk menggerakkan mesin Industri tertentu. Dalam kasus tersebut kami menggunakan konverter dan inverter untuk mengubah satu bentuk catu daya menjadi bentuk lain seperti menjadi peringkat tegangan, peringkat arus atau peringkat frekuensi yang berbeda. Cycloconveter adalah salah satu konverter yang mengubah daya AC dalam satu frekuensi menjadi daya AC dari frekuensi yang dapat disesuaikan. Pada artikel ini kita akan mempelajari lebih lanjut tentang Cycloconverters ini bekerja dan aplikasinya.

Apa itu Cycloconverter?

Definisi standar untuk Cycloconverters dari Wikipedia adalah sebagai berikut “ Cycloconverter (CCV) atau cycloinverter mengubah tegangan konstan, frekuensi konstan bentuk gelombang AC ke bentuk gelombang AC lain dengan frekuensi yang lebih rendah dengan mensintesis bentuk gelombang keluaran dari segmen suplai AC tanpa perantara Tautan DC ”

Salah satu properti Cycloconverters adalah bahwa ia tidak menggunakan tautan DC dalam proses konversi sehingga membuatnya sangat efisien. Konversi dilakukan dengan menggunakan sakelar elektronik daya seperti Thyristor dan mengubahnya secara logis. Biasanya Thyristor ini akan dipisahkan menjadi dua bagian, bagian positif dan bagian negatif. Setiap setengah akan dibuat untuk berjalan dengan memutarnya selama setiap setengah siklus bentuk AC sehingga memungkinkan aliran daya dua arah. Untuk saat ini bayangkan Cycloconverters sebagai kotak hitam yang mengambil tegangan tetap frekuensi AC daya sebagai masukan dan menyediakan frekuensi Variabel, Tegangan variabel sebagai keluaran seperti yang ditunjukkan pada ilustrasi di bawah ini.

Kita akan mempelajari apa yang mungkin terjadi di dalam kotak hitam ini saat kita membaca artikel.

Mengapa kita membutuhkan Cycloconverters?

Oke, sekarang kita tahu bahwa Cycloconveters mengubah daya AC dari frekuensi tetap menjadi Daya AC dari Frekuensi variabel. Tetapi mengapa kita perlu melakukan itu? Apa keuntungan memiliki catu daya AC yang Variabel Frekuensi?

Jawaban atas pertanyaan ini adalah Kontrol Kecepatan. Cycloconveters banyak digunakan untuk menggerakkan motor besar seperti yang digunakan di Rolling mills, Ball mill, Semen kils, dll. Frekuensi keluar Cycloconverters dapat dikurangi hingga nol yang membantu kita memulai motor yang sangat besar dengan beban penuh pada kecepatan minimum dan kemudian secara bertahap tingkatkan kecepatan motor dengan meningkatkan Frekuensi keluaran. Sebelum penemuan Cycloconverters, motor besar ini harus dibongkar seluruhnya dan kemudian setelah menghidupkan motor itu harus dimuat secara bertahap yang mengakibatkan konsumsi waktu dan tenaga.

Jenis Cycloconveters:

Berdasarkan frekuensi keluaran dan jumlah fasa pada sumber daya masukan AC, Cycloconverters dapat diklasifikasikan sebagai berikut

1. Step-Up Cycloconverters

2. Ste-Down Cycloconverters

1. Konverter Cycloconverter Fase Tunggal ke Fase Tunggal
2. Tiga Fase ke Satu Fase Cycloconverter
3. Tiga Fase ke Tiga Fase Cycloconverter

Step-Up Cycloconverters: Step-Up CCV, seperti namanya CCV jenis ini memberikan frekuensi keluaran yang lebih besar daripada frekuensi masukan. Tetapi tidak banyak digunakan karena tidak memiliki banyak aplikasi partikel. Sebagian besar aplikasi memerlukan frekuensi kurang dari 50Hz yang merupakan frekuensi default di India. Juga Step-Up CCV akan membutuhkan pergantian paksa yang meningkatkan kompleksitas rangkaian.

Step-Down Cycloconverters: Step-Down CCV, seperti yang mungkin sudah Anda duga dengan baik.. hanya memberikan frekuensi keluaran yang lebih rendah dari frekuensi masukan. Ini paling sering digunakan dan bekerja dengan bantuan pergantian alami sehingga relatif mudah untuk dibangun dan dioperasikan. Step-Down CCV selanjutnya diklasifikasikan menjadi tiga jenis seperti yang ditunjukkan di bawah ini, kita akan melihat masing-masing jenis ini secara rinci dalam artikel ini.

Prinsip Dasar di balik Cycloconverters:

Meskipun ada tiga jenis Cycloconverters, cara kerjanya sangat mirip kecuali untuk jumlah sakelar elektronik daya yang ada di rangkaian. Misalnya fase tunggal ke CCV Fase Tunggal hanya akan memiliki 6 sakelar elektronik daya (SCR) sementara CCV Tiga Fase mungkin memiliki hingga 32 sakelar.

Nilai minimum untuk Cycloconverter ditunjukkan di atas. Ini akan memiliki sirkuit Switching di kedua sisi Beban, satu sirkuit akan berfungsi selama setengah siklus positif dari sumber daya AC dan sirkuit lainnya akan berfungsi selama setengah siklus negatif. Biasanya rangkaian switching akan didemonstrasikan menggunakan SCR sebagai perangkat elektronik daya, tetapi dalam CCV modern Anda dapat menemukan SCR digantikan oleh IGBT dan terkadang bahkan MOSFET.

Sirkuit switching juga memerlukan sirkuit kontrol, yang menginstruksikan perangkat elektronik Daya kapan harus melakukan dan kapan harus mematikan. Rangkaian kontrol ini biasanya berupa Mikrokontroler dan mungkin juga memiliki umpan balik dari keluaran untuk membentuk sistem loop tertutup. Pengguna dapat mengontrol nilai frekuensi keluaran dengan mengatur parameter pada rangkaian kontrol. Dioda pada diagram di atas digunakan untuk mewakili arah aliran arus. Sirkuit sakelar positif selalu menyalurkan arus ke beban dan sirkuit sakelar negatif selalu menurunkan arus dari beban.

Fase Tunggal ke Pengonversi Siklus Fase Tunggal:

CCV Fase Tunggal ke Fase Tunggal sangat jarang digunakan, tetapi untuk memahami pengoperasian suatu CCV harus dipelajari terlebih dahulu agar kita dapat memahami CCV Tiga Fase. Single Phase to Single Phase CCV memiliki dua pasang rangkaian penyearah gelombang penuh, masing-masing terdiri dari empat SCR. Satu set ditempatkan lurus sedangkan set lainnya ditempatkan dalam arah anti-paralel seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Semua terminal gerbang SCR akan dihubungkan ke rangkaian kontrol yang tidak ditunjukkan pada rangkaian di atas. Sirkuit kontrol ini akan bertanggung jawab untuk memicu SCR. Untuk memahami cara kerja rangkaian, mari kita asumsikan bahwa ia memasukkan supply AC dari frekuensi 50Hz dan Beban menjadi beban resistif murni dan sudut tembak SCR (α) menjadi 0 °. Karena sudut tembak berada pada 0 °, SCR saat dihidupkan akan bertindak seperti dioda dalam arah maju dan saat dimatikan akan bertindak seperti dioda dalam arah sebaliknya. Mari kita analisis bentuk gelombang di bawah ini untuk memahami bagaimana frekuensi diturunkan menggunakan CCV

Bentuk gelombang frekuensi tegangan suplai dilambangkan dengan Vs dan bentuk gelombang frekuensi tegangan keluaran dilambangkan dengan Vo. Di sini kita mencoba untuk mengubah frekuensi tegangan suplai 1/4 ^th dari nilainya. Jadi untuk melakukan itu untuk dua siklus pertama dari tegangan suplai kita akan menggunakan penyearah jembatan positif dan untuk dua siklus berikutnya kita akan menggunakan penyearah jembatan negatif. Jadi kita memiliki empat pulsa positif di wilayah positif dan kemudian empat di wilayah negatif seperti yang ditunjukkan dalam bentuk gelombang frekuensi keluaran Vo. Bentuk gelombang arus untuk rangkaian ini akan sama dengan bentuk gelombang tegangan karena beban diasumsikan murni resistif. Sedangkan besaran gelombang akan berubah berdasarkan nilai tahanan bebannya.

Frekuensi output diwakili menggunakan garis putus-putus pada gelombang Vo, karena perubahan polaritas hanya untuk setiap dua siklus dari gelombang masukan frekuensi output dengan 1/4 ^th dari frekuensi input, dalam kasus kami untuk frekuensi input dari 50Hz yang frekuensi keluaran akan menjadi (1/4 * 50) sekitar 12.5Hz. Frekuensi keluaran ini dapat dikontrol dengan memvariasikan mekanisme pemicuan di sirkuit kontrol.

Cycloconverters Tiga Fase ke Fase Tunggal:

CCV Tiga Fasa ke Fase Tunggal juga mirip dengan CCV Fase Tunggal ke Fase Tunggal, tetapi di sini tegangan input adalah supply 3 Fasa dan tegangan output adalah supply Fase Tunggal dengan frekuensi variabel. Rangkaian ini juga terlihat sangat mirip kecuali kita membutuhkan 6 SCR di setiap set Penyearah karena kita harus memperbaiki tegangan AC 3 Fasa.

Sekali lagi terminal gerbang SCR akan dihubungkan ke rangkaian kontrol untuk memicu mereka dan asumsi yang sama dibuat lagi untuk memahami cara kerja dengan mudah. Juga ada dua jenis CCV Tiga Fase ke Fase Tunggal, tipe pertama akan memiliki penyearah setengah gelombang untuk Jembatan Positif dan Negatif dan tipe kedua akan memiliki penyearah gelombang penuh seperti yang ditunjukkan di atas. Jenis pertama jarang digunakan karena efisiensinya yang buruk. Juga dalam tipe gelombang penuh kedua penyearah jembatan dapat menghasilkan tegangan di kedua polaritas, tetapi konverter positif dapat memasok arus (sumber) hanya ke arah positif dan konverter negatif dapat mengalirkan arus hanya ke arah negatif. Ini memungkinkan CCV untuk beroperasi di empat Kuadran. Keempat kuadran ini adalah (+ V, + i) dan (-V, -i) dalam mode rektifikasi dan (+ V, -i) dan (-V,-i) dalam mode inversi.

Tiga Fase ke Tiga Fase Cycloconverters:

CCV Tiga Fasa ke Tiga Fasa adalah yang paling banyak digunakan karena mereka dapat menggerakkan beban Tiga Fasa seperti motor secara langsung. Beban untuk CCV Tiga Fasa biasanya akan menjadi beban terhubung Bintang Tiga Fasa seperti belitan stator pada Motor. Konverter ini mengambil tegangan AC Tiga Fasa dengan frekuensi tetap sebagai input dan menyediakan tegangan AC Tiga Fasa dengan frekuensi Variabel.

Ada dua jenis CCV Tiga Fase, yang memiliki konverter setengah gelombang dan lainnya dengan konverter gelombang penuh. Model konverter setengah gelombang juga disebut sebagai Cycloconverters 18-thyristor atau Cycloconverters 3-pulsa. Konverter gelombang penuh disebut sebagai Cycloconverters 6-pulsa atau Cycloconverters 36-thyristor. Cycloconverter 3-pulsa ditunjukkan pada gambar di bawah ini

Di sini kita memiliki enam set Penyearah yang dua di antaranya dialokasikan untuk setiap fase. Cara kerja CCV ini mirip dengan CCV fase tunggal kecuali di sini penyearah hanya dapat memperbaiki setengah gelombang dan hal yang sama terjadi untuk ketiga fase tersebut.

Aplikasi:

Cycloconverters memiliki banyak aplikasi industri, berikut adalah beberapa

• Pabrik Penggilingan
• Mesin Cuci Berat
• Mine Winders
• Saluran Listrik HVDC
• Pasokan Tenaga Pesawat
• SVG (Generator VAR Statis)
• Sistem Propulsi Kapal