Apa itu Inverter Setengah Jembatan: Diagram Sirkuit & Cara Kerjanya

Coba Instrumen Kami Untuk Menghilangkan Masalah





Inverter adalah konverter elektronik daya yang mengubah daya langsung menjadi daya bolak-balik. Dengan menggunakan perangkat inverter ini, dc tetap dapat diubah menjadi daya ac variabel yang merupakan variabel frekuensi dan tegangan. Kedua dari inverter ini, kita dapat memvariasikan frekuensi yaitu kita akan dapat menghasilkan frekuensi 40HZ, 50HZ, 60HZ sesuai kebutuhan kita. Jika input dc merupakan sumber tegangan maka inverter tersebut disebut dengan VSI (Voltage Source Inverter). Inverter membutuhkan empat perangkat switching sedangkan inverter setengah jembatan membutuhkan dua perangkat switching. Inverter jembatan terdiri dari dua jenis yaitu jembatan setengah inverter dan inverter jembatan penuh. Artikel ini membahas tentang inverter setengah jembatan.

Apa itu Inverter Setengah Jembatan?

Inverter adalah alat yang mengubah tegangan dc menjadi tegangan ac dan terdiri dari empat buah saklar sedangkan inverter setengah jembatan membutuhkan dua buah dioda dan dua buah saklar yang dihubungkan secara anti paralel. Kedua sakelar tersebut merupakan sakelar komplementer yang artinya saat sakelar pertama ON maka sakelar kedua akan OFF. Demikian pula ketika sakelar kedua ON maka sakelar pertama akan OFF.




Inverter Setengah Jembatan Fase Tunggal dengan Beban Resistif

Diagram rangkaian inverter setengah jembatan fase tunggal dengan beban resistif ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Inverter Setengah Jembatan

Inverter Setengah Jembatan



Dimana RL adalah beban resistif, Vs/ 2 adalah sumber tegangan, S1dan Sduaadalah dua sakelar, i0adalah arus. Dimana setiap sakelar terhubung ke dioda D.1dan Dduaparalel. Pada gambar di atas, sakelar S1dan Sduaadalah tombol pergantian otomatis. Saklar S1akan berjalan ketika tegangan positif dan arus negatif, sakelar S.duaakan berjalan ketika tegangan negatif, dan arus negatif. Itu dioda D1akan berjalan ketika tegangan positif dan arus negatif, dioda D.duaakan berjalan ketika tegangan negatif, dan arusnya positif.

Kasus 1 (saat sakelar S1adalah ON dan SduaMATI): Saat beralih S1AKTIF dari periode waktu 0 hingga T / 2, dioda D1dan Dduaberada dalam kondisi bias terbalik dan Sduasaklar MATI.

Menerapkan KVL (Hukum Tegangan Kirchhoff)


V.s/ 2-V0= 0

Dimana tegangan keluaran V0= Vs/dua

Dimana arus keluaran i0= V0/ R = Vs/ 2r

Dalam hal arus suplai atau arus sakelar, arus iS1= i0 = Vs / 2R, iS2= 0 dan arus dioda iD1= iD2= 0.

Kasus 2 (saat sakelar Sduaadalah ON dan S1MATI) : Saat beralih SduaON dari periode waktu T / 2 ke T, dioda D1dan Dduaberada dalam kondisi bias terbalik dan S1saklar MATI.

Menerapkan KVL (Hukum Tegangan Kirchhoff)

V.s/ 2 + V0= 0

Dimana tegangan keluaran V0= -Vs/dua

Dimana arus keluaran i0= V0/ R = -Vs/ 2r

Dalam hal arus suplai atau arus sakelar, arus iS1= 0, iS2= i0= -Vs/ 2R dan arus dioda iD1= iD2= 0.

Bentuk gelombang tegangan keluaran inverter setengah jembatan fase tunggal ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Bentuk Gelombang Tegangan Output Inverter Setengah Jembatan

Bentuk Gelombang Tegangan Output Inverter Setengah Jembatan

Nilai rata-rata tegangan keluaran adalah

Jadi bentuk gelombang tegangan keluaran dari mengubah sumbu waktu 'T' menjadi '' t 'ditunjukkan pada gambar di bawah ini

Mengubah Sumbu Waktu dari Bentuk Gelombang Tegangan Output

Mengubah Sumbu Waktu dari Bentuk Gelombang Tegangan Output

Bila dikalikan nol maka akan menjadi nol Bila dikalikan dengan T / 2 maka akan menjadi T / 2 = π Bila dikalikan dengan T maka akan menjadi T = 2π Jika dikalikan dengan 3T / 2 maka akan menjadi T / 2 = 3π dan seterusnya. Dengan cara ini, kita dapat mengubah sumbu waktu ini menjadi sumbu 'ωt'.

Nilai rata-rata tegangan keluaran dan arus keluaran adalah

V.0 (rata-rata)= 0

saya0 (rata-rata)= 0

Nilai RMS dari tegangan keluaran dan arus keluaran adalah

V.0 (RMS)= VS/dua

saya0 (RMS)= V0 (RMS)/ R = VS/ 2r

Tegangan keluaran yang kita dapatkan pada inverter bukanlah gelombang sinus murni yaitu gelombang persegi. Tegangan keluaran dengan komponen fundamental ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Bentuk Gelombang Tegangan Output dengan Komponen Dasar

Bentuk Gelombang Tegangan Output dengan Komponen Dasar

Menggunakan seri Fourier

Dimana Cn, untukndan Bnadalah

bn= VS/ nᴨ (1-cosnᴨ)

Bn= 0 saat mengganti bilangan genap (n = 2,4,6… ..) dan bn= 2Vs / nπ saat mengganti bilangan ganjil (n = 1,3,5 ……). Pengganti bn= 2Vs / nπ dan an= 0 dalam Cnakan mendapatkan Cn= 2Vs / nπ.

ϕn= jadi-1(untukn/ bn) = 0

V.01 ( ωt) = 2 V.S/ ᴨ * (Tanpa ωt )

Pengganti V0 (rata-rata)= 0 in akan mendapatkan

Persamaan (1) juga dapat ditulis sebagai

V.0 ( ωt) = 2 V.S/ ᴨ * (Tanpa ωt ) + dua V.S/ 3ᴨ * (Sin3 ωt ) + dua V.S/ 5ᴨ * (Sin5 ωt ) + …… .. + ∞

V.0 ( ωt) = V.01 ( ωt) + V.03 ( ωt) + V.05 ( ωt)

Ungkapan di atas adalah tegangan keluaran yang terdiri dari tegangan fundamental dan harmonisa ganjil. Ada dua metode untuk menghilangkan komponen harmonik ini, yaitu: menggunakan rangkaian filter dan menggunakan teknik modulasi lebar pulsa.

Tegangan fundamental dapat ditulis sebagai

V.01 ( ωt) = 2VS/ ᴨ * (Tanpa ωt )

Nilai maksimum tegangan fundamental

V.01 (maks)= 2VS/ ᴨ

Nilai RMS dari tegangan fundamental adalah

V.01 (RMS)= 2VS/ √2ᴨ = √2VS/ ᴨ

Komponen fundamental dari arus keluaran RMS adalah

saya01 (RMS)= V01 (RMS)/ R

Kita harus mendapatkan faktor distorsi, faktor distorsi dilambangkan dengan g.

g = V.01 (RMS)/ V0 (RMS) = nilai rms tegangan fundamental / nilai RMS total tegangan keluaran

Dengan mengganti V.01 (RMS) dan V.0 (RMS) nilai dalam g akan didapat

g = 2√2 / ᴨ

Jumlah seluruhnya distorsi harmonik dinyatakan sebagai

Pada tegangan keluaran total distorsi harmonik THD = 48.43%, tetapi sesuai IEEE, total distorsi harmonik harus 5%.

Keluaran daya fundamental dari inverter jembatan fase tunggal adalah

P.01= (V01 (rms))dua/ R = Idua01 (rms)R

Dengan menggunakan rumus di atas kita dapat menghitung keluaran daya fundamental.

Dengan cara ini, kita dapat menghitung berbagai parameter inverter setengah jembatan satu fasa.

Inverter Setengah Jembatan Fase Tunggal dengan Beban R-L

Diagram rangkaian beban R-L ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Inverter Setengah Jembatan Fase Tunggal dengan Beban R-L

Inverter Setengah Jembatan Fase Tunggal dengan Beban R-L

Diagram rangkaian inverter setengah jembatan fasa tunggal dengan beban R-L terdiri dari dua buah saklar, dua buah dioda, dan suplai tegangan. Beban R-L dihubungkan antara titik A dan titik O, titik A selalu dianggap positif dan titik O dianggap negatif. Jika arus mengalir dari titik A ke O maka arus akan dianggap positif, demikian pula jika arus mengalir dari titik ke A maka arus akan dianggap negatif.

Dalam kasus Beban R-L, arus keluaran akan menjadi fungsi eksponensial ke waktu dan tertinggal tegangan keluaran dengan suatu sudut.

ϕ = begitu-1( ω L / R)

Pengoperasian Inverter Setengah Jembatan Fase Tunggal dengan Beban-R

Operasi kerja didasarkan pada interval waktu berikut

(i) Interval I (0 Dalam durasi ini, kedua sakelar dalam keadaan OFF dan dioda D2 dalam kondisi bias balik. Dalam interval ini, induktor melepaskan energinya melalui dioda D1, dan arus keluaran menurun secara eksponensial dari nilai maks negatifnya (-Imaks) menjadi nol.

Dengan menerapkan KVL maka interval waktu ini akan didapat

Tegangan keluaran V0> 0 Arus keluaran mengalir ke arah sebaliknya, oleh karena itu, i0<0 switch current iS1= 0 dan arus dioda iD1= -i0

(ii) Interval II (t1 Dalam durasi ini, sakelar S1dan Sduaditutup dan S2 dalam keadaan OFF dan kedua dioda berada dalam kondisi bias terbalik. Dalam interval ini, induktor mulai menyimpan energi, dan arus keluaran meningkat dari nol ke nilai maks positif (Imax).

Menerapkan KVL akan didapatkan

Tegangan keluaran V0> 0 Arus keluaran mengalir ke arah depan, oleh karena itu, i0> 0 saklar saat ini iS1= i0dan arus dioda iD1= 0

(iii) Interval III (T / 2 Dalam durasi ini, kedua tombol S1dan Sduadalam keadaan OFF dan dioda D.1dalam bias terbalik dan D.duadalam kondisi bias forwarding berada pada kondisi reverse bias. Dalam interval ini, induktor melepaskan energinya melalui dioda D.dua. Arus keluaran menurun secara eksponensial dari nilai maks positifnya (Imaks) ke nol.

Menerapkan KVL akan didapatkan

Tegangan keluaran V0<0 The output current flows in the forward direction, therefore, i0> 0 saklar saat ini iS1= 0 dan arus dioda iD1= 0

(iv) Interval IV (t2 Dalam durasi ini, sakelar S1MATI dan Sduaditutup dan dioda D.1dan Dduaberada dalam bias terbalik. Dalam interval ini, induktor dibebankan ke nilai maks negatif (-Imaks) ke nol.

Menerapkan KVL akan didapatkan

Tegangan keluaran V0<0 The output current flows in the opposite/reverse direction therefore i0<0 switch current iS1= 0 dan arus dioda iD1= 0

Mode Pengoperasian Inverter Setengah Jembatan

Mode Pengoperasian Inverter Setengah Jembatan

Peringkasan interval waktu ditunjukkan pada tabel di bawah ini

S.NO Jarak waktu Perilaku Perangkat Tegangan Output (V.0 ) Keluaran Arus ( saya0 ) Alihkan Arus (iS1 ) Beralih Diode (iD1 )
1 01D1V.0> 0 saya0<0 0 - aku0
dua t1 S1V.0> 0 saya0> 0 saya00
3 T / 2dua DduaV.0<0 saya0> 0 0 0
4 tdua Sdua V.0<0 saya0<0 0 0

Bentuk gelombang tegangan keluaran dari inverter setengah jembatan satu fasa dengan beban RL ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Bentuk Gelombang Tegangan Output Inverter Setengah Jembatan Fase Tunggal dengan beban R-L

Bentuk Gelombang Tegangan Output Inverter Setengah Jembatan Fase Tunggal dengan beban R-L

Inverter Setengah Jembatan Vs Inverter Jembatan Penuh

Perbedaan antara inverter setengah jembatan dan inverter jembatan penuh ditunjukkan pada tabel di bawah ini.

S.NO

Inverter Setengah Jembatan

Inverter Jembatan Penuh

1

Efisiensi tinggi pada inverter setengah jembatan Dalam inverter jembatan penuhjuga,efisiensinya tinggi

dua

Dalam inverter setengah jembatan, bentuk gelombang tegangan keluaran adalah persegi, kuasi persegi atau PWM Dalam inverter jembatan penuh, bentuk gelombang tegangan keluaran adalah persegi, kuasi persegi atau PWM

3

Tegangan puncak pada inverter setengah jembatan adalah setengah dari tegangan suplai DC Tegangan puncak pada inverter full-bridge sama dengan tegangan suplai DC

4

Inverter setengah jembatan berisi dua sakelar Inverter jembatan penuh berisi empat sakelar

5

Tegangan keluarannya adalah E.0= EDC/dua Tegangan keluarannya adalah E.0= EDC

6

Tegangan keluaran fundamental adalah E.1= 0,45 EDC Tegangan keluaran fundamental adalah E.1= 0,9 EDC

7

Jenis inverter ini menghasilkan tegangan bipolar Jenis inverter ini menghasilkan tegangan monopolar

Keuntungan

Keuntungan dari inverter setengah jembatan fase tunggal adalah

  • Sirkuitnya sederhana
  • Biayanya rendah

Kekurangan

Kerugian dari inverter setengah jembatan satu fasa adalah

  • TUF (Transformer Utilization Factor) rendah
  • Efisiensi rendah

Jadi, ini semua tentang gambaran tentang inverter setengah jembatan , perbedaan antara inverter setengah jembatan dan inverter jembatan penuh, kelebihan, kekurangan, inverter setengah jembatan fase tunggal dengan beban resistif dibahas. Berikut pertanyaan untuk Anda, apa saja aplikasi dari inverter setengah jembatan?