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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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 | 0 | D1 | V.0> 0 | saya0<0 | 0 | - aku0 |
dua | t1 | S1 | V.0> 0 | saya0> 0 | saya0 | 0 |
3 | T / 2 | Ddua | V.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
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?