AC-AC Cycloconverter Tiga Fasa

2.1 Cycloconverter Tiga Fasa [6]

Cycloconverter adalah pengontrol tegangan AC yang menghasilkan besar

tegangan dan frekuensi variabel , jadi Cycloconverter bisa secara langsung mengubah

tegangan sumber AC dari frekuensi 50 Hz menjadi frekuensi yang lebih rendah, biasanya

digunakan untuk mengatur kecepatan motor sehingga motor dapat berjalan lebih lambat

dengan tenaga yang besar .

Pada dasarnya rangkaian Cycloconverter tiga fasa dapat dilihat pada gambar 2.5

dibawah ini

Gambar 2.5 Rangkain dasar Cycloconverter tiga fasa

Setiap fasa dari Cycloconverter pada gambar 2.5 terdiri dari dua penyearah positif

dan penyearah negatif yang dipasang secara antiparalel . Waktu hidup penyearah positif

dengan penyearah negatif dibuat saling bergantian (tidak bersamaan hidup) bila

penyearah positif dengan negatif disulut secara bersamaan akan membuat kedua penyerah

ini saling terhubung singkat hal ini dikarenakan kedua penyearah ini terhubung secara

antiparalel. Frekuensi maksimum pada Cycloconverter tiga fasa ini dibatasi lebih kecil

dari setengah dari frekuensi tegangan masukannya hal ini dimaksudkan untuk

mengurangi harmonik yang terjadi. Pada frekuensi lebih besar dari setengah frekuensi

jala-jala tegangan Cycloconverter tidak dapat dibentuk menyerupai sinusoidal sehingga

frekuensi harmonisanya yang timbul akan lebih besar .

Rangkaian diatas terdiri dari tiga buah Cycloconverter tiga fasa ke satu fasa

yang memiliki beda fasa 120 derajat satu Cycloconverter dengan Cycloconverter yang

lainnya. Untuk menjelaskan cara kerja dari Cycloconverter tiga fasa ke satu fasa ini

dapat dimulai dari komponen dasar penyusun konverter positif dan konverter negatif-

nya yaitu SCR, bila SCR dirangkai seperti gambar 2.6 kemudian SCR tersebut di beri

tegangan picu maka akan menghasilkan gambar 2.7

Gambar 2.6 Rangkaian SCR yang dihubungkan dengan tegangan AC

Gambar 2.7 Prilaku SCR bila diberi tegangan pemicu pada gatenya

Sedangkan keterangan prilaku SCR pada gambar 2.7 dapat dilihat pada pada tabel

2.1 , sedangkan penjelasan tentang karakteristik SCR dan cara penyulutannya dapat

dilihat pada lampiran 1 .

Tabel 2.1 Penjelasan prilaku SCR

NoSudut atau Selang waktu Penjelasan Prilaku SCR

1Pada 0 sampai Q0

Walaupun katoda dalam keadaan positif tetapi tidak ada arus yang mengalir (hubung buka) hal ini dikarenakan tegangan gatenya tetap nol

2 Pada Q0 Arus bisa mengalir dikarenakan tegangan gate maupun anodanya positif (hubung tutup )

3Pada Q0 sampai 180

Arus terus mengalir walaupun tegangan gatenya berubah menjadi nol, pada keadaan ini penyulutan gate tidak mempengaruhi kelakuan SCR (SCR akan selalu terhubung sampai tegangan sumber mencapai nol )

4 Pada 180 Arus akan berhenti mengalir (SCR dalam kondisi hubung buka).

5Pada 180 sampai 360 (Q1)

Arus tidak bisa mengalir walaupun diberi tegangan picu pada gatenya (Q1), hal ini dikarenakan anoda-nya menerima tegangan negatif

6 (0 sampai 360)

SCR akan dapat disulut kembali pada periode dimana kaki katoda mendapatkan tegangan positif , semakin besar waktu tunda atau sudut picu dari persimpangan nolnya maka semakin kecil arus yang dialirkan (arus Q2 lebih besar dari pada Q3 karena sudut picu Q2 lebih kecil dari pada Q3)

Bila enam buah SCR disusun sedemikian rupa sehingga seperti gambar 2.8

maka akan membentuk rangkaian yang sering disebut tiga fasa , enam pulsa konverter

terprogram (3-phase, 6-pulse controllable converter).

Gambar 2.8 Konverter tiga fasa enam SCR

Rangkain pada gambar 2.8 kebanyakan digunakan sebagai rectifier / inverter

yang cara kerjanya dapat dilihat pada gambar 2.9.

Gambar 2.9.a Konverter 3 fasa, enam SCR yang digunakan sebagai rectifier

Gambar 2.9.b Konverter 3 fasa, enam SCR yang digunakan sebagai rectifier

Pada gambar 2.9 diatas konverter digunakan sebagai penyearah terkontrol. Pada

gambar 2.9.a didapatkan karena SCR Q1 dan Q5 sedang aktif menyalurkan sumber arus

sehingga arus mengalir dari fasa a ke fasa b, sedangkan gambar 2.9.b SCR yang aktif

adalah Q2 dengan Q4 yang menyebabkan terjadinya aliran arus dari fasa b ke fasa a .

Tegangan DC yang dihasilkan pada penyearah ini sangat tergantung dengan tegangan

AC tiga fasanya, bila tegangan tiga fasanya menurun maka tegangan DC pun akan

menurun .

Bila difungsikan sebagai inverter maka resistor yang digunakan sebagai beban

digantikan sumber tegangan sehingga menghasilkan Id (arus DC ) yang mengalir bila

saklar (SCR) di hidupkan , lihat gambar 2.10 dibawah ini.

t igafasa

Q 1 Q 2 Q 3

Q 4 Q 5 Q 6

K

A

IdIa

Ib

Ic

E d

Gambar 2.10 Konverter 3 fasa 6 SCR di fungsikan sebagai inverter

Penyulutan SCR dibatasi dari sudut 15 0 sampai 1650, sudut antara 15 0 sampai 900

adalah daerah operasi dari konverter yang digunakan sebagai penyearah sedangkan sudut

antara 90 0 sampai 165 0 digunakan bila konverter digunakan sebagai inverter. Daerah

dari penyulutan SCR ini dapat dilihat pada gambar 2.11 dibawah ini

Gambar 2.11 Daerah kerja konverter tiga fasa

Bila converter tersebut disusun secara antiparalel dan dioperasikan sebagai

penyerah maka akan didapatkan Cycloconverter tiga fasa satu fasa, untuk membentuk

Cycloconverter tiga fasa diperlukan tiga buah Cycloconverter tiga fasa satu fasa dengan

beda fasa sebesar 120 derajat . Rangkaian Cycloconverter tiga fasa ini dapat dilihat pada

gambar 2.12.

t igafasa

Q 1 Q 2 Q 3

Q 4 Q 5 Q 6

K

A

IdIa

Ib

Ic

E d

Gambar 2.12 Rangkain Cycloconverter tiga fasa

Setiap konverter positif menghasilkan tegangan +DC dan konverter negatif

menghasilkan –DC yang memiliki siklus kerja saling bergantian, dengan memberikan

penyulutan sedemikin rupa maka akan dihasilkan gambar 2.13 dibawah ini .

Gambar 2.13 Hasil Cycloconverter tiga fasa pada frekuensi seper-tiga line

3.1 Koreksi Fasa

Koreksi urutan fasa ini dimaksudkan agar tegangan tiga fasa yang diberikan ke

Cycloconverter harus sesuai dengan urutan program penyulutan SCR-nya, Urutan fasa

(dengan acuan fasa pertama) pada Cycloconverter ini adalah sebagai berikut, fasa kedua

harus tertinggal 120 derajat dari fasa pertama dan fasa ketiga harus mendahului

fasanya sebesar 120 derajat dari fasa pertama seperti yang ditunjukan gambar 3.2

dibawah ini

Gambar 3.2 Urutan fasa yang sesuai dengan program penyulutannya

Rangkaian koreksi fasa dapat dilihat pada gambar 3.3 dibawah ini

Gambar 3.3 Rangkaian koreksi urutan fasa

Cara kerja rangakaian koreksi fasa ini adalah sebagai berikut, setelah tombol start

ditekan maka Mikrokontroler langsung mengambil data dari optocoupler apabila urutan

fasa a, fasa b dan fasa c tidak sesuai dengan urutan sepeti gambar 3.3 maka

Fasa2 Fasa3Fasa1

Vcc

D flp-flop

D

clk

Dari M ikrokontroler

Re

lay 2

sa

kla

r

Fasa 1 Fasa 2 Fasa 3

Tegangan dari sum ber

Tegangan m enuju Cycloconverter dandeteksi persim pangan fasa

mikrokontroler memberikan sinyal untuk menukarkan fasa b dengan fasa c. Dengan

listing programnya adalah sebagai berikut .

autokoreksi:;===========clr p3.7 ; Beri data ‘0’ pada IC D flip-flopclr p3.6 ; beri Clok (denyut ) pada IC D Flip-flopsetb p3.6 ;acall delay_2s ; Tunda selama 2 detk setb p3.7 ; Beri data ‘1’ pada IC D Flip-flopperiksa_urutan:mov r7,p3 ; Masukan hasil deteksi fasa ke register 7cjne r7,#11111000b,periksa_urutan ; Bandingkan register 7 dengan # F8H kalau

tidak sama lompat ke periksa urutan kalau sama lanjutkan

periksa_urutan1:;============mov r7,p3 ; masukan hasil dari deteksi fasa ke register 7 cjne r7,#11110110b,periksa_urutan2 ; Bandingkan register 7 dengan # FDH kalau

tidak sama lompat ke periksa urutan 2jmp fasa_rst ; kalau sama lompat ke fasa_rst periksa_urutan2:cjne r7,#11011011b,periksa_urutan1 ; Bandingkan apakah register 7 sama dengan

#DBH kalu tidak sama lompat ke periksa _urutan 1

ret ; kalau sama kembali ke subrutin yang mengambil

fasa_rst:;=======setb p3.7 ; Beri data ‘1’ pada IC D flip-flopNOP ; tunda 1 mikrodetikclr p3.6 ; NOP ; hasilkan detak (clok pada IC Dflip-flop)setb p3.6 ;acall delay_2s ; acall delay_2s ; tunda selama dua detikret ; kembali sub program yang mengundang

Port 3 (p3.0-p3.5) digunakan sebagai jalur penerima deteksi tiga fasa dari

optocoupler deteksi tiga fasa. Dengan membandingkan data yang diterima oleh port3

dengan besaran yang mewakili persimpangan jala-jala RS, bila sama maka perintah

selanjutnya memeriksa persimpangan selanjutnya bila persimpangan selanjutnya adalah

TS maka tukar fasa b dengan fasa c, bila persimpangannya selanjutnya TR maka fasa

telah sesuai dan kembali ke subrutin yang memanggil.

3.2 Deteksi Tiga Fasa

Deteksi fasa adalah rangkaian yang digunakan untuk mendekteksi persimpangan

tegangan tiga fasa yang dapat dilihat pada gambar 3.4 dibawah ini

Gambar 3.4 Deteksi persimpangan tegangan tiga fasa

Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa terdapat enam titik persimpangan yang

dihasilkan oleh tegangan tiga fasa . Pendekteksian keenam titik persimpanagn pada

Cycloconverter ini menggunakan sembilan optocoupler dan satu gerbang Nand yang

dipasang seperti pada gambar 3.5.

Gambar 3.5 Rangkaian deteksi persimpangan tegangan tiga fasa

Dua optocoupler yang dipasangkan secara tebalik pada dua fasa ini digunakan agar titik persimpangan tiga fasa tepat berada di tengah deteksi fasanya, sedangkan gerbang Nand digunakan untuk menggabungkan keluaran dari dua optocoupler.

fasa 1 fasa 2 fasa 3

deteksi fasa 13 deteksi fasa 23 deteksi fasa 21 deteksi fasa 31 deteksi fasa 32 deteksi fasa 12

V cc

V cc

V cc

V cc

V cc

V cc

fasa a

fasa b

fasa c

k e tanah

k e nega tif pow er sup lay

fasa 1

fasa 2

fasa 3

port 3 .0

port 3 .2

port 3 .4

por 3 .1

port 3 .3

port 3 .3

Sedangkan tiga optocoupler digunakan untuk mendekteksi apakah setiap fasanya berada pada posisi positif atau negatif dilihat dari acuan netralnya.

3.4.2 Rangkaian Penyulut SCR

Untuk melindungi rangkaian pembangkit pulsa yang digunakan untuk menyulut

SCR dengan tegangan jala-jala, maka diperlukan rangkaian isolator dalam rangkaian

penyulut (firing) SCR. Fungsi rangkaian ini adalah untuk menyulut SCR sekaligus

memisahkan dengan tegangan jala-jala . Salah satu komponen utama dari rangkaian

isolator ini adalah transformator (trafo) OT240 . Trafo ini memiliki perbandingan

lilitannya sebesar 2:1 dan mampu menyulut SCR dengan sangat baik bila frekuensi

penyulutan antara 15Hz sampai 20 Khz. Karena arus yang dikeluarkan oleh komponen

pembangkit pulsa sangat kecil maka diperlukan transistor sebagai penguat arus. Pada

Cycloconverter ini transistor yang digunakan sebagai penguat arus adalah transistor

array ULN 2803 yaitu kumpulan dari delapan buah transistor yang berjenis NPN yang

dipasang secara bersamaan sehingga membentuk seperti komponen IC dengan jumlah

kaki sebanyak 18 buah . Rangkaian penyulut SCR dapat dilihat pada gambar 3.8.

Gambar 3.8 Rangkaian yang digunakan menyulut satu buah SCR

Karena setiap fasa dari Cycloconverter tidak dapat dihubungkan satu dengan yang

lain maka rangakaian Cycloconverter yang diberi beban motor induksi harus dirangkai

seperti gambar 3.9

Gambar 3.9 Cycloconverter dengan beban motor tiga fasa

Gambar diatas adalah sebagian hasil deteksi fasa dari Cycloconverter tiga fasa,

pada gambar paling atas adalah deteksi fasa a dengan netral sedangakan pada gambar

ditengah dan paling bawah pada gambar 4.1 diatas adalah keluaran dari gerbang Nand

yang masukannya berasal dari dua optocoupler yang dipasang terbalik yang dipasangkan

ke tegangan antara fasa ke fasanya . Untuk lebih jelasnya lihat gambar 4.2 dibawah ini

Gambar 4.2 Deteksi fasa dengan menggunakan optocoupler dan gerbang Nand

Fasa A

O ptokoupler anatara fasa a dengan netra l

Batas Tegangan optokopler on

Hidup M ati H idup M ati

T egangan Fasa ABBatas Tegangan optokopler1 on

Batas Tegangan optokopler2 on

T egangan optokopler 1

T egangan optokopler 2

T egangan ke luaran gerbang Nand