- Klasifikasi Inverter
- (I) Menurut Karakteristik Keluaran
- (II) Menurut Sumber Inverter
- (III) Menurut Jenis Muatan
- (IV) Klasifikasi Menurut Teknik Kontrol
- (V) Menurut Jumlah Tingkat di Output
Catu daya Arus Bolak -balik (AC) digunakan untuk hampir semua kebutuhan perumahan, komersial dan industri. Tetapi masalah terbesar dengan AC adalah tidak dapat disimpan untuk penggunaan di masa mendatang. Jadi AC diubah menjadi DC dan kemudian DC disimpan dalam baterai dan ultra-kapasitor. Dan sekarang setiap kali AC dibutuhkan, DC diubah lagi menjadi AC untuk menjalankan peralatan berbasis AC. Jadi perangkat yang mengubah DC menjadi AC disebut Inverter. Inverter digunakan untuk mengubah DC menjadi AC variabel. Variasi ini dapat berupa besaran tegangan, jumlah fasa, frekuensi atau perbedaan fasa.
Klasifikasi Inverter
Inverter dapat diklasifikasikan menjadi banyak jenis berdasarkan keluaran, sumber, jenis beban dll. Berikut adalah klasifikasi rangkaian inverter secara lengkap:
(I) Menurut Karakteristik Keluaran
- Inverter Gelombang Persegi
- Inverter Gelombang Sinus
- Modifikasi Sine Wave Inverter
(II) Menurut Sumber Inverter
- Sumber Arus Inverter
- Sumber Tegangan Inverter
(III) Menurut Jenis Muatan
- Inverter Fase Tunggal
- Inverter Setengah Jembatan
- Inverter Jembatan Penuh
- Tiga Fase Inverter
- Mode 180 derajat
- Mode 120 derajat
(IV) Menurut Teknik PWM yang berbeda
- Modulasi Lebar Pulsa Sederhana (SPWM)
- Modulasi Lebar Pulsa Ganda (MPWM)
- Modulasi Lebar Pulsa Sinusoidal (SPWM)
- Modifikasi Modulasi Lebar Pulsa Sinusoidal (MSPWM)
(V) Menurut Jumlah Tingkat Output
- Inverter Dua Tingkat Biasa
- Inverter Multi Level
Sekarang kita akan membahas semuanya satu per satu. Anda dapat memeriksa sampel desain Sirkuit Inverter DC 12v ke 220v AC di sini.
(I) Menurut Karakteristik Keluaran
Menurut karakteristik keluaran dari sebuah inverter, terdapat tiga jenis inverter.
- Inverter Gelombang Persegi
- Inverter Gelombang Sinus
- Modifikasi Sine Wave Inverter
1) Inverter gelombang persegi
Bentuk gelombang keluaran dari tegangan inverter ini adalah gelombang persegi. Jenis inverter ini paling sedikit digunakan di antara semua jenis inverter lainnya karena semua peralatan dirancang untuk suplai gelombang sinus. Jika kami mensuplai peralatan berbasis gelombang persegi ke gelombang sinus, maka akan terjadi kerusakan atau kerugian yang sangat tinggi. Biaya inverter ini sangat rendah tetapi aplikasinya sangat jarang. Ini dapat digunakan pada alat sederhana dengan motor universal.
2) Gelombang sinus
Bentuk gelombang keluaran dari tegangan adalah gelombang sinus dan memberi kita keluaran yang sangat mirip dengan suplai utilitas. Ini adalah keuntungan utama dari inverter ini karena semua peralatan yang kami gunakan dirancang untuk gelombang sinus. Jadi, ini adalah hasil yang sempurna dan memberikan jaminan bahwa peralatan akan bekerja dengan baik. Inverter jenis ini lebih mahal tetapi banyak digunakan dalam aplikasi perumahan dan komersial.
3) Gelombang sinus yang dimodifikasi
Konstruksi inverter jenis ini lebih rumit daripada inverter gelombang persegi sederhana tetapi lebih mudah dibandingkan dengan inverter gelombang sinus murni. Output dari inverter ini bukan gelombang sinus murni maupun gelombang persegi. Output dari inverter tersebut adalah beberapa dari dua gelombang persegi. Bentuk gelombang keluaran tidak persis gelombang sinus tetapi menyerupai bentuk gelombang sinus.
(II) Menurut Sumber Inverter
- Sumber Tegangan Inverter
- Sumber Arus Inverter
1) Inverter Sumber Saat Ini
Dalam CSI, input adalah sumber arus. Jenis inverter ini digunakan dalam aplikasi industri tegangan menengah, yang mewajibkan bentuk gelombang arus berkualitas tinggi. Tapi CSI tidak populer.
2) Inverter Sumber Tegangan
Dalam VSI, input adalah sumber tegangan. Inverter jenis ini digunakan pada semua aplikasi karena lebih efisien dan memiliki keandalan yang lebih tinggi serta respons dinamis yang lebih cepat. VSI mampu menjalankan motor tanpa penurunan peringkat.
(III) Menurut Jenis Muatan
- Inverter satu fase
- Inverter tiga fase
1) inverter satu fase
Umumnya, beban perumahan dan komersial menggunakan daya fase tunggal. Inverter satu fasa digunakan untuk jenis aplikasi ini. Inverter satu fase selanjutnya dibagi menjadi dua bagian;
- Inverter Setengah Jembatan Fase Tunggal
- Inverter Jembatan Penuh Fase Tunggal
A) Inverter Setengah Jembatan Satu Fase
Inverter jenis ini terdiri dari dua thyristor dan dua dioda dan koneksi seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Dalam hal ini, tegangan DC total adalah Vs dan dibagi menjadi dua bagian yang sama Vs / 2. Waktu untuk satu siklus adalah T detik.
Untuk setengah siklus 0
Untuk paruh kedua siklus T / 2
Vo = Vs / 2
Dengan operasi ini didapatkan bentuk gelombang tegangan bolak-balik dengan frekuensi 1 / T Hz dan amplitudo puncak Vs / 2. Bentuk gelombang keluaran adalah gelombang persegi. Ini akan melewati filter dan menghilangkan harmonisa yang tidak diinginkan yang memberi kita bentuk gelombang sinus murni. Frekuensi bentuk gelombang dapat dikontrol oleh waktu ON (Ton) dan waktu OFF (Toff) dari thyristor.
The besarnya tegangan output adalah setengah dari tegangan suplai periode pemanfaatan dan sumber adalah 50%. Ini adalah kelemahan dari inverter jembatan setengah dan solusinya adalah inverter jembatan penuh.
B) Inverter Jembatan Penuh Fase Tunggal
Pada inverter jenis ini, empat thyristor dan empat dioda digunakan. Diagram rangkaian jembatan penuh satu fasa adalah seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Pada saat dua thyristor T1 dan T2 berjalan untuk setengah siklus pertama 0 <t <T / 2. Selama periode ini, tegangan beban adalah Vs yang mirip dengan tegangan suplai DC.
Untuk setengah siklus kedua T / 2 <t <T, dua thyristor T3 dan T4 bekerja. Tegangan beban selama periode ini adalah -Vs.
Di sini kita bisa mendapatkan tegangan keluaran AC sama dengan tegangan suplai DC dan faktor pemanfaatan sumber adalah 100%. Bentuk gelombang tegangan keluaran adalah bentuk gelombang persegi dan filter digunakan untuk mengubahnya menjadi gelombang sinus.
Jika semua thyristor bekerja pada saat yang sama atau berpasangan (T1 dan T3) atau (T2 dan T4) maka sumber akan dihubung pendek. Dioda dihubungkan dalam rangkaian sebagai dioda umpan balik karena digunakan untuk umpan balik energi ke sumber DC.
Jika kita membandingkan inverter jembatan penuh dengan inverter setengah jembatan, untuk beban tegangan suplai DC yang diberikan, tegangan keluaran dua kali dan daya keluaran empat kali pada inverter jembatan penuh.
2) Inverter Jembatan Tiga Fase
Dalam hal beban industri, suplai ac tiga fasa digunakan dan untuk ini, kita harus menggunakan inverter tiga fasa. Pada inverter jenis ini, enam thyristor dan enam dioda digunakan dan mereka terhubung seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Ini dapat beroperasi dalam dua mode sesuai dengan tingkat pulsa gerbang.
- Mode 180 derajat
- Mode 120 derajat
A) mode 180 derajat
Dalam mode operasi ini, waktu konduksi untuk thyristor adalah 180 derajat. Setiap saat, tiga thyristor (satu thyristor dari setiap fase) berada dalam mode konduksi. Bentuk tegangan fasa adalah tiga bentuk gelombang bertingkat dan bentuk tegangan saluran adalah gelombang kuasi-persegi seperti yang ditunjukkan pada gambar.
Vab = Va0 - Vb0 Vbc = Vb0 - Vc0 Vca = Vc0 - Va0
Fase A |
T1 |
T4 |
T1 |
T4 |
||||||||
Fase B |
T6 |
T3 |
T6 |
T3 |
T6 |
|||||||
Fase C |
T5 |
T2 |
T5 |
T2 |
T5 |
|||||||
Gelar |
60 |
120 |
180 |
240 |
300 |
360 |
60 |
120 |
180 |
240 |
300 |
360 |
Thyristor melakukan |
1 5 6 |
6 1 2 |
1 2 3 |
2 3 4 |
3 4 5 |
4 5 6 |
1 5 6 |
6 1 2 |
1 2 3 |
2 3 4 |
3 4 5 |
4 5 6 |
Dalam operasi ini, jarak waktu antara pergantian thyristor keluar dan konduksi thyristor yang masuk adalah nol. Jadi konduksi simultan dari thyristor yang masuk dan keluar dimungkinkan. Ini menghasilkan korsleting pada sumber. Untuk menghindari kesulitan ini, mode operasi 120 derajat digunakan.
B) mode 120 derajat
Dalam operasi ini, pada satu waktu hanya dua thyristor yang bekerja. Salah satu fase thyristor tidak terhubung ke terminal positif atau terhubung ke terminal negatif. Waktu konduksi untuk setiap thyristor adalah 120 derajat. Bentuk tegangan saluran adalah bentuk gelombang tiga langkah dan bentuk tegangan fasa adalah bentuk gelombang kuasi-persegi.
Fase A |
T1 |
T4 |
T1 |
T4 |
||||||||
Fase B |
T6 |
T3 |
T6 |
T3 |
T6 |
|||||||
Fase C |
T2 |
T5 |
T2 |
T5 |
||||||||
gelar |
60 |
120 |
180 |
240 |
300 |
360 |
60 |
120 |
180 |
240 |
300 |
360 |
Thyristor melakukan |
1 6 |
2 1 |
3 2 |
3 4 |
4 5 |
6 5 |
1 6 |
2 1 |
3 2 |
3 4 |
4 5 |
5 6 |
Bentuk gelombang tegangan saluran, tegangan fasa dan pulsa gerbang dari thyristor seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas.
Dalam sakelar elektronik daya apa pun, ada dua jenis kerugian; kerugian konduksi dan kerugian switching. Kehilangan konduksi berarti kehilangan status ON pada sakelar dan kehilangan sakelar berarti kehilangan status OFF pada sakelar. Umumnya, kerugian konduksi lebih besar daripada kerugian switching di sebagian besar operasi.
Jika kita mempertimbangkan mode 180 derajat untuk satu operasi 60 derajat, tiga sakelar terbuka dan tiga sakelar ditutup. Berarti kerugian total sama dengan tiga kali kehilangan konduksi ditambah tiga kali kehilangan perpindahan.
Kerugian total dalam 180 derajat = 3 (kerugian konduktansi) + 3 (kerugian switching)
Jika kita mempertimbangkan mode 120 derajat untuk satu operasi 60 derajat, dua sakelar terbuka dan empat sakelar lainnya ditutup. Berarti kerugian total sama dengan dua kali kehilangan konduktansi ditambah empat kali kerugian switching.
Kerugian total dalam 120 derajat = 2 (kehilangan konduktansi) + 4 (kehilangan perpindahan)
(IV) Klasifikasi Menurut Teknik Kontrol
- Modulasi Lebar Pulsa Tunggal (PWM tunggal)
- Modulasi Lebar Pulsa Ganda (MPWM)
- Modulasi Lebar Pulsa Sinusoidal (SPWM)
- Modifikasi Sinusoidal Pulse Width Modulation (MSPWM)
Output dari inverter berupa sinyal gelombang persegi dan sinyal ini tidak digunakan untuk beban. Teknik modulasi lebar pulsa (PWM) digunakan untuk mengontrol tegangan keluaran AC. Kontrol ini diperoleh dengan mengontrol periode ON dan OFF sakelar. Dalam teknik PWM dua sinyal digunakan; satu adalah sinyal referensi dan yang kedua adalah sinyal pembawa segitiga. Pulsa gerbang untuk sakelar dihasilkan dengan membandingkan dua sinyal ini. Ada berbagai jenis teknik PWM.
1) Modulasi Lebar Pulsa Tunggal (PWM tunggal)
Untuk setiap setengah siklus, satu-satunya denyut nadi tersedia dalam teknik kontrol ini. Sinyal referensi adalah sinyal gelombang persegi dan sinyal pembawa adalah sinyal gelombang segitiga. Pulsa gerbang untuk sakelar dihasilkan dengan membandingkan sinyal referensi dan sinyal pembawa. Frekuensi tegangan keluaran dikontrol oleh frekuensi sinyal referensi. Amplitudo sinyal referensi adalah Ar dan amplitudo sinyal pembawa adalah Ac, maka indeks modulasi dapat didefinisikan sebagai Ar / Ac. Kelemahan utama dari teknik ini adalah konten harmonik yang tinggi.
2) Modulasi Lebar Pulsa Ganda (MPWM)
Kelemahan dari teknik modulasi lebar pulsa diatasi dengan beberapa PWM. Dalam teknik ini, alih-alih satu pulsa, beberapa pulsa digunakan di setiap setengah siklus tegangan keluaran. Gerbang dihasilkan dengan membandingkan sinyal referensi dan sinyal pembawa. Frekuensi keluaran dikontrol dengan mengontrol frekuensi sinyal pembawa. Indeks modulasi digunakan untuk mengontrol tegangan keluaran.
Jumlah pulsa per setengah siklus = fc / (2 * f0)
Dimana fc = frekuensi sinyal pembawa
f0 = frekuensi sinyal keluaran
3) Modulasi Lebar Pulsa Sinusoidal (SPWM)
Teknik kontrol ini banyak digunakan dalam aplikasi industri. Di atas kedua metode, sinyal referensi adalah sinyal gelombang persegi. Namun dalam metode ini, sinyal referensi adalah sinyal gelombang sinus. Pulsa gerbang untuk sakelar dihasilkan dengan membandingkan sinyal referensi gelombang sinus dengan gelombang pembawa segitiga. Lebar setiap pulsa bervariasi dengan variasi amplitudo gelombang sinus. Frekuensi bentuk gelombang keluaran sama dengan frekuensi sinyal referensi. Tegangan keluaran berupa gelombang sinus dan tegangan RMS dapat dikontrol oleh indeks modulasi. Bentuk gelombang seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
4) Modifikasi Modulasi Lebar Pulsa Sinusoidal (MSPWM)
Karena karakteristik gelombang sinus, lebar pulsa gelombang tidak dapat diubah dengan variasi indeks modulasi dalam teknik SPWM. Itulah alasannya, teknik MSPWN diperkenalkan. Dalam teknik ini, sinyal pembawa diterapkan selama interval 60 derajat pertama dan terakhir dari setiap setengah siklus. Dengan cara ini, karakteristik harmoniknya ditingkatkan. Keuntungan utama dari teknik ini adalah peningkatan komponen fundamental, pengurangan jumlah perangkat daya switching dan penurunan kerugian switching. Bentuk gelombangnya seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
(V) Menurut Jumlah Tingkat di Output
- Inverter Dua Tingkat Biasa
- Inverter Bertingkat
1) Inverter dua tingkat biasa
Inverter ini hanya memiliki level tegangan pada output yang merupakan tegangan puncak positif dan tegangan puncak negatif. Terkadang, memiliki level tegangan nol juga dikenal sebagai inverter dua level.
2) Inverter Bertingkat
Inverter ini dapat memiliki beberapa level tegangan pada output. Inverter multi level dibagi menjadi empat bagian.
- Inverter kapasitor terbang
- Inverter dengan penjepit dioda
- Inverter Hibrid
- Inverter tipe-H bertingkat
Setiap inverter memiliki desain tersendiri untuk pengoperasiannya, disini kami telah menjelaskan secara singkat inverter tersebut untuk mendapatkan gambaran dasar tentangnya.