UNIT 5 PENUKAR AU-AT (PENERUS)

Transcript

1 PENUKAR AU-AT (PENERUS) E4140/UNIT 5/1 UNIT 5 PENUKAR AU-AT (PENERUS) OBJEKTIF Objektif am : Mengenali dan memahami jenis-jenis litar penukaran penukar AU-AT (Penerus) Objektif khusus : Di akhir unit ini anda sepatutnya dapat:- Memahami konsep asas proses penukaran AU AT di dalam litar satu-fasa dan tiga-fasa. Menerangkan operasi litar penukar AU-AT jenis Tidak Terkawal, Separuh Terkawal dan Terkawal. Melakarkan bentuk gelombang masukan dan keluaran bagi setiap litar yang berkaitan.

2 PENUKAR AU-AT (PENERUS) E4140/UNIT 5/2 INPUT 5.0 PENGENALAN Satu litar penukar AU-AT menukarkan arus-ulangalik (AU) kepada arusterus (AT) atau lebih dikenali sebagai penerusan. Voltan dan kuasa keluaran daripada litar penerus boleh dikawal dengan cara mengawal pensuisan perantiperanti separuh-pengalir di dalam litar tersebut. Litar penerus boleh dibahagikan kepada 3 jenis iaitu; Penerus Tak Terkawal, Penerus Separuh Terkawal dan Penerus Terkawal. Di dalam unit ini, kita akan membincangkan ketiga-tiga jenis litar penerus tersebut di dalam konteks litar satu fasa dan tiga fasa. Litar Penerus Tak Terkawal hanya menggunakan diod sahaja manakala Penerus Terkawal menggunakan tiristor sahaja. Perbezaan fungsinya ialah diod mengkonduksikan arus apabila dipincang depan manakala tiristor yang dipincang depan boleh dikawal pengkonduksiannya melalui picuan pada pintu. Penerus tak terkawal akan membekalkan keluaran yang tetap untuk suatu masukan arus-ulangalik. Penerus Separuh Terkawal menggunakan kombinasi diod dan tiristor. Kedua-dua Penerus Terkawal dan Separuh Terkawal membenarkan pelarasan voltan keluaran dengan pengawalan sudut picuan di mana tiristor tersebut akan dihidupkan. 5.1 LITAR SATU FASA Di dalam litar penerus satu-fasa, masukannya ialah bekalan AU satu-fasa. Litar yang menggunakan diod membekalkan voltan keluaran AT yang tetap manakala litar yang menggunakan peranti pensuisan terkawal seperti tiristor membekalkan voltan keluaran yang berubah Litar Penerus Tak Terkawal Separuh Gelombang Dengan Beban Rintangan Tulin Satu litar penerus tak terkawal separuh gelombang dengan beban rintangan tulin adalah ditunjukkan dalam rajah 5.1 di bawah.voltan masukan ialah gelombang sinus seperti yang ditunjukkan dalam rajah 5.1b. Semasa separuh kitar positif, iaitu 0<ω t<π, diod mengkonduksi dan berkelakuan seperti satu suis tertutup (dengan beranggapan diod adalah unggul) menyambungkan bekalan kepada beban (i.e. v o = v). Arus beban ialah i o = v o /R, dan disebabkan R adalah tetap, maka i o dan v o mempunyai gelombang yang sama (rujuk rajah 5.1b). Pada masa separuh kitar negatif, diod berkelakuan seperti satu suis terbuka dan tidak mengkonduksikan sebarang arus.

3 PENUKAR AU-AT (PENERUS) E4140/UNIT 5/3 Katakan v = 2 V p sin ω t. Nilai purata voltan beban ialah 1 π V o = 2π v o d(ω t) 0 1 π = 2π 2 V p sin ω t d(ω t) 0 2 V p = π Volt Rajah 5.1 Litar Penerus Tak Terkawal Separuh Gelombang dengan beban tulin (a) Litar. (b) Gelombang Litar Penerus Tak Terkawal Separuh Gelombang Dengan Beban Berinduktif Satu litar penerus tak terkawal separuh gelombang dengan beban rintangan berinduktif adalah ditunjukkan dalam rajah 5.2a di bawah dan gelombang yang berkenaan di tunjukkan dalan rajah 5.2b. Boleh diperhatikan bahawa arus beban bukan sahaja mengalir semasa separuh kitar positif voltan masukan tetapi juga mengalir pada sebahagian daripada

4 PENUKAR AU-AT (PENERUS) E4140/UNIT 5/4 separuh kitar negatif voltan masukan. Ini adalah kerana beban beraruhan menyimpan tenaga dan mengekalkan arus beban seterusnya berusaha untuk mengatasi bekalan negatif dan mengekalkan diod dalam keadaan pincang depan. Maka nilai purata arus dan voltan keluaran diberi oleh 1 I o = β 2π i d(ω t) 0 2 V p = ( 1 cos β ) 2πR 2 V p V o = I o R = ( 1 cos β ) 2π Rajah 5.2 Litar Penerus Tak Terkawal Separuh Gelombang dengan beban berinduktif (a) Litar. (b) Gelombang.

5 PENUKAR AU-AT (PENERUS) E4140/UNIT 5/ Litar Penerus Tak Terkawal Separuh Gelombang Dengan Beban Berinduktif dan Diod Beroda Bebas Litar di dalam rajah 5.2 yang mengandungi beban berinduktif dikatakan tidak mempunyai arus yang berterusan dan mengandungi riak yang tinggi. Arus beban yang berterusan boleh dicapai dengan menambahkan satu diod melintangi beban seperti yang ditunjukkan dalam rajah 5.3a. Diod ini menghalang penyongsangan voltan pada beban semasa separuh kitar negatif bekalan masukan. Apabila diod D 1 berhenti berkendali pada sifar volt, diod D f membekalkan laluan alternatif seperti yang ditunjukkan oleh gelombang pada rajah 5.3b. Nilai voltan keluaran adalah separuh kitar positif daripada voltan masukan sinus. Nilai voltan purata diberikan oleh V o = 2 V p π Rajah 5.3 Litar Penerus Tak Terkawal Separuh Gelombang dengan beban berinduktif dan diod beroda bebas. (a) Litar. (b) Gelombang.

6 PENUKAR AU-AT (PENERUS) E4140/UNIT 5/ Litar Penerus Tak Terkawal Gelombang Penuh Satu litar penerus tak terkawal gelombang penuh adalah ditunjukkan dalam rajah 5.4a dan 5.4b di bawah dan gelombang yang berkenaan di tunjukkan dalan rajah 5.4c. Kedua-dua litar juga dikenali sebagai Litar Penerus Gelombang Penuh jenis Tetimbang. Akan tetapi boleh dilihat bahawa penggunaan dua diod hanya dibenarkan sekiranya satu pengubah sadap tengah digunakan. Untuk mendapatkan voltan keluaran yang sama nilainya, setiap gegelung sekunder untuk pengubah sadap tengah mesti memiliki kadaran voltan ppgd (voltan purata punca ganda dua) sama seperti pada satu gegelung sekunder pada pengubah di dalam rajah 5.4a. Nilai voltan purata yang dihasilkan ialah V o = 2 2 V p π Rajah 5.3 Litar Penerus Tak Terkawal Gelombang Penuh (a)litar dengan empat diod penerus (b) Litar dengan dua diod penerus (c) Gelombang

7 PENUKAR AU-AT (PENERUS) E4140/UNIT 5/7 AKTIVITI 5a UJIKAN KEFAHAMAN ANDA DAN SILA SEMAK JAWAPAN ANDA PADA MAKLUMBALAS DI HALAMAN YANG TERAKHIR. 5.1 Litar penukar AU AT juga dikenali sebagai. 5.2 Apakah fungsi satu litar penukar AU AT? 5.3 Nyatakan TIGA jenis kawalan litar penerus. 5.4 Litar penukar AU AT yang menggunakan kombinasi diod dan tiristor dikenali sebagai. 5.5 Satu litar penerus tak terkawal separuh gelombang dibekalkan dengan voltan AU yang mempunyai nilai voltan puncak 10V. Kirakan nilai purata voltan keluarannya. 5.6 Apakah fungsi satu diod beroda bebas? 5.7 Apakah perbezaan di antara satu penerus separuh gelombang dengan penerus gelombang penuh?

8 PENUKAR AU-AT (PENERUS) E4140/UNIT 5/8 MAKLUMBALAS 5a 5.1 Litar penerus. 5.2 Untuk menukarkan voltan AU daripada bekalan kepada voltan AT yang akan dibekalkan kepada beban. 5.3 i. Penerus Tak Terkawal ii. Penerus Separuh Terkawal iii. Penerus Terkawal 5.4 Litar penerus separuh terkawal Volt 5.6 Diod ini menghalang penyongsangan voltan pada beban semasa separuh kitar negatif bekalan masukan. 5.7 v s Penerus Separuh Gelombang v o v s Penerus Gelombang Penuh v o

9 PENUKAR AU-AT (PENERUS) E4140/UNIT 5/9 INPUT Litar Penerus Separuh Terkawal Gelombang Penuh Satu litar penerus separuh terkawal boleh digunakan untuk mengawal kelajuan untuk satu motor AT mengandungi kombinasi diod dan tiristor. Satu litar penerus yang mengandungi kombinasi dua tiristor dan tiga diod ditunjukkan dalam rajah 5.5a. Tiristor S 1 dan S 2 dipicu pada α dan π + a, masing-masing, seperti yang ditunjukkan dalam rajah 5.5b. Beban motor adalah disambungkan kepada bekalan masukan pada selang α < ω t < π menerusi S 1 dan D 2, dan voltan keluaran v o adalah sama dengan bekalan masukan v. Selepas π, v o berkecenderungan untuk menyongsang disebabkan pertukaran polariti bekalan. Apabila v o berkecenderungan untuk menyongsang, diod D FW (diod beroda bebas) menjadi pincang depan dan mengkonduksi. Arus keluaran i o, yang mengalir daripada bekalan menerusi S 1 dipindahkan kepada D FW. Terminal keluaran dilitar-pintaskan menerusi diod beroda bebas pada selang π < ω t < (π + α), menyebabkan v o = 0. Pada ω t = π + α, S 2 dipicu dan ia mengambil alih arus beban I o daripada D FW. Arus beban sekarang mengalir menerusi S 2 dan D 1, menyebabkan v o = - v. Pada ω t = 2π, D FW menjadi pincang depan semula dan mengambil alih arus beban daripada S 2. Proses tersebut berulangulang. Gelombang untuk voltan dan arus keluaran juga ditunjukkan dalam rajah 5.5b.

10 PENUKAR AU-AT (PENERUS) E4140/UNIT 5/10 Rajah 5.5 Litar Penerus Separuh Terkawal Gelombang Penuh dengan beban motor. (a) Litar. (b) Gelombang.

11 PENUKAR AU-AT (PENERUS) E4140/UNIT 5/ Litar Penerus Terkawal Separuh Gelombang dengan beban rintangan tulin Satu litar penerus terkawal yang mengandungi hanya satu tiristor dan satu beban rintangan tulin ditunjukkan dalam rajah 5.6a. Tiristor dipincang depan semasa selang 0 < ω t < π, 2π < ω t < 3π, dan seterusnya. Satu denyut picuan dibekalkan pada sudut α seperti yang ditunjukkan dalam rajah 5.6b. Sudut ini dikenali sebagai sudut picuan untuk tiristor. Arus untuk tiristor menjadi sifar pada ω t = π, 3π, dan seterusnya dan tiristor mengkonduksi daripada α sehingga π, 2π+α sehingga 3π, dan seterusnya. Pada selang masa di mana tiristor mengkonduksi, voltan beban adalah sama dengan voltan bekalan, v o = v. Nilai purata voltan beban ialah 1 V o = 2 V p sin ω t d(ω t) 2π π α V p = ( 1 + cos α ) 2 π Rajah 5.6 Litar Penerus Terkawal Separuh Gelombang dengan beban rintangan tulin (a) Litar. (b) Gelombang.

12 PENUKAR AU-AT (PENERUS) E4140/UNIT 5/12 Sudut picuan α boleh diubah daripada sifar sehingga π, yang mana ia akan mengubah voltan keluaran. Perhatikan bahawa pada masa α = 0, V o = 2 V p /π, di mana ia adalah sama dengan voltan keluaran yang diperolehi daripada litar penerus tak terkawal separuh gelombang yang menggunakan satu diod sahaja. Ini bermakna sekiranya tiristor dipicu pada α = 0, maka litar penerus ini berkelakuan seperti satu litar penerus yang menggunakan diod sahaja. Maka ini menjadi satu rujukan kepada sudut picuan untuk mendapatkan voltan keluaran yang paling tinggi Litar Penerus Terkawal Separuh Gelombang dengan beban berinduktif Kebanyakan beban yang praktikal mempunyai rintangan (R) dan aruhan (L). Sebagai contoh satu angker untuk beban motor AT mempunyai rintangan dan aruhan. Manakala litar medan untuk satu motor AT mempunyai aruhan yang tinggi. Satu litar penerus terkawal menggunakan tiristor dengan beban berinduktif ditunjukkan dalam rajah 5.7a. Tiristor dipicu pada sudut α, bermaksud ia mula berkendali pada ω t = α. Aruhan yang terdapat pada beban memaksa arus untuk mengekor voltan dan menyebabkan arus berkurangan kepada sifar pada ω t = β berbanding dengan ω t = π yang sepatutnya apabila beban adalah rintangan tulin. Gelombang arus dan voltan keluaran ditunjukkan dalam rajah 5.7b. Pada selang masa pengkonduksian (α sehingga β), v o = v.

13 PENUKAR AU-AT (PENERUS) E4140/UNIT 5/13 Rajah 5.7 Litar Penerus Terkawal Separuh Gelombang dengan beban berinduktif (a) Litar. (b) Gelombang Litar Penerus Terkawal Gelombang Penuh dengan beban rintangan tulin Gelombang untuk arus beban dan voltan beban di dalam litar penerus terkawal yang menggunakan satu tiristor sahaja mengandungi riak yang agak besar. Maka litar tersebut adalah tidak sesuai untuk tujuan pengawalan kelajuan motor AT. Satu litar penerus terkawal gelombang penuh seperti yang ditunjukkan dalam rajah 5.8a, yang mengandungi empat tiristor (S 1 hingga S 4 ) biasanya digunakan untuk tujuan pengawalan kelajuan motor AT. Tiristor S 1 dan S 2 dipincang depan pada separuh kitar positif voltan masukan, dan tiristor S 3 dan S 4 dipincang depan pada separuh kitar negatif voltan masukan. Katakan S 1 dan S 2 dipicu pada sudut α. Pada

14 PENUKAR AU-AT (PENERUS) E4140/UNIT 5/14 selang masa pengkonduksian S 1 dan S 2, voltan keluaran adalah sama dengan voltan masukan, v o = v. Arus beban i o = v o /R mempunyai gelombang yang sama dengan voltan keluaran v o. Maka arus yang melalui S 1 dan S 2 menjadi sifar pada ω t = π, dan ia dimatikan. Tiristor S 3 dan S 4 dipicu pada π + α. Pada selang masa pengkonduksian, bekalan masukan disambungkan kepada beban dan v o = -v. Arus yang melalui S 3 dan S 4 menjadi sifar pada ω t = 2π dan ia dimatikan. Tiristor S 1 dan S 2 dipicu lagi pada ω t = 2π + α dan S 3 serta S 4 dipicu lagi pada ω t = 3π + α, dan proses ini berulang-ulang. Gelombang voltan keluaran yang terhasil ditunjukkan dalam rajah 5.8b. Rajah 5.8 Litar Penerus Terkawal Gelombang Penuh dengan beban rintangan tulin. (a) Litar. (b) Gelombang.

15 PENUKAR AU-AT (PENERUS) E4140/UNIT 5/ Litar Penerus Terkawal Gelombang Penuh dengan beban berinduktif Satu litar penerus terkawal gelombang penuh dengan beban motor ditunjukkan dalam rajah 5.9a. Arus motor i o mengalir daripada bekalan melalui S 1 dan S 2 untuk separuh kitar dan melalui S 3 dan S 4 pada separuh kitar yang seterusnya. Seperti yang ditunjukkan dalam rajah 5.9b, tiristor S 1 dan S 2 mengalirkan arus pada selang masa α < ω t < (π + α) dan menyambungkan bekalan kepada motor (v o = v). Pada π + a, tiristor S 3 dan S 4 dipicu. Voltan bekalan muncul segera pada tiristor S 1 dan S 2 sebagai voltan pincang songsang dan mematikannya. Arus motor yangmengalir melalui S 1 dan S 2 dipindahkan kepada S 3 dan S 4. Tiristor S 3 dan S 4 mengalirkan arus motor pada selang masa π + α < ω t < 2π + α dan menyambungkan motor kepada bekalan (v o = -v). Di dalam rajah 5.9c, gelombang voltan dan arus ditunjukkan pada α < 90. Daripada gelombang voltan keluaran, boleh dikira nilai purata voltan ialah 1 V o = π + α π v o d(ω t) α 1 = π + α π 2 V p sin ω t d(ω t) α 2 2 = π V p cos α

16 PENUKAR AU-AT (PENERUS) E4140/UNIT 5/16 Rajah 5.9 Litar Penerus Terkawal Gelombang Penuh dengan beban berinduktif. (a) Litar. (b) Gelombang.

17 PENUKAR AU-AT (PENERUS) E4140/UNIT 5/ LITAR TIGA FASA Untuk aplikasi kuasa tinggi, beberapa kilawatt ke atas, adalah lebih sesuai untuk menggunakan litar penerus tiga-fasa. Litar penerus tiga-fasa membekalkan gelombang voltan keluaran yang lebih baik Litar Penerus Terkawal Gelombang Penuh Tiga-Fasa Satu litar penerus terkawal gelombang penuh tiga-fasa menggunakan enam tiristor, seperti yang ditunjukkan dalam rajah 5.10a. Litar ini merupakan litar penerus terkawal yang paling biasa digunakan. Tiristor S 1, S 3 dan S 5 dipicu pada separuh kitar positif voltan fasa bekalan di mana ia disambungkan, dan tiristor S 2, S 4 dan S 6 pula dipicu pada separuh kitar negatif voltan fasa bekalan. Rujukan untuk sudut picuan ialah titik persilangan di antara voltan-voltan fasa. Ketika mana suatu tiristor dipicu ditandakan di dalam rajah 5.10b untuk α = 30. Dengan menggangap arus keluaran i o adalah berterusan dan tidak mengandungi riak seperti yang ditunjukkan dalam rajah 5.10b. Pada ω t = π/6 + α, S 1 dihidupkan. Sebelum itu S 6 telah dihidupkan. Maka pada selang masa (π/6 + α) < ω t < (π/6 + α + π/3), tiristor S 1 dan S 6 mengkonduksikan arus keluaran dan terminal motor disambungkan kepada fasa A dan fasa B, menyebabkan voltan keluaran v o = v AB = v AN v BN. Voltan keluaran v o, ialah jarak diantara sampul voltan fasa v AN dan v BN, seperti yang ditunjukkan oleh anak panah dalam rajah 5.10b. Pada ω t = π/6 + α + π/3, tiristor S 2 dipicu dan dengan segera voltan v CB muncul melintangi S 6 menyebabkannya dipincang songsang dan dimatikan. Arus pada S 6 dipindahkan kepada S 2. Terminal motor disambungkan kepada fasa A melalui S 1 dan fasa C melalui S 2 menjadikan v o = v AC. Proses ini berulang setiap 60 di mana satu tiristor dipicu. Perhatikan bahawa tiristor dinomborkan mengikut turutan di mana ia dipicu. Setiap tiristor akan mengkonduksi untuk 120 dalam satu kitar. Nilai purata untuk voltan keluaran ialah 1 π/6 + α + π/3 V o = π/3 (v AN v BN ) d(ω t) π/6 + α 3 6 = π V p cos α

18 PENUKAR AU-AT (PENERUS) E4140/UNIT 5/18 Rajah 5.10 Litar Penerus Terkawal Gelombang Penuh Tiga-fasa dengan beban berinduktif. (a) Litar. (b) Gelombang.

19 PENUKAR AU-AT (PENERUS) E4140/UNIT 5/19 AKTIVITI 5b UJIKAN KEFAHAMAN ANDA DAN SILA SEMAK JAWAPAN ANDA PADA MAKLUMBALAS DI HALAMAN YANG TERAKHIR. 5.8 Lukiskan satu litar penerus separuh terkawal gelombang penuh dengan diod beroda bebas dan beban motor. Seterusnya lukiskan gelombang voltan masukan dan keluaran sekiranya sudut picuan ialah α = Nyatakan satu kegunaan litar penerus separuh terkawal gelombang penuh? 5.10 Lukiskan satu litar penerus terkawal separuh gelombang dengan beban rintangan tulin serta lukiskan gelombang voltan masukan dan keluaran sekiranya sudut picuan ialah α = Sekiranya litar di soalan 5.10 diberikan satu bekalan AU yang mempunyai nilai voltan puncak 10V, kirakan nilai voltan purata keluaran yang akan dihasilkan Apakah perbezaan yang terdapat pada litar penerus separuh terkawal gelombang penuh dengan litar penerus terkawal gelombang penuh? 5.13 Lukiskan satu litar penerus terkawal gelombang penuh tiga-fasa dengan beban berinduktif?

20 PENUKAR AU-AT (PENERUS) E4140/UNIT 5/20 MAKLUMBALAS 5b 5.8 Sila rujuk rajah 5.5 di mukasurat Litar penerus separuh terkawal gelombang penuh biasanya digunakan dalam pengawalan kelajuan motor AT Sila rujuk rajah 5.6 di mukasurat V p V o = ( 1 + cos α ) 2 π 10 = ( 1 + cos 60 ) 2 π = 3.38 volt 5.12 Litar penerus separuh terkawal gelombang penuh menggunakan kombinasi dua diod dan dua tiristor manakala litar penerus terkawal gelombang penuh menggunakan empat tiristor Sila rujuk rajah 5.10 di mukasurat 18.

21 PENUKAR AU-AT (PENERUS) E4140/UNIT 5/21 PENILAIAN KENDIRI Anda telah menghampiri kejayaan. Sila cuba semua soalan dalam penilaian kendiri ini dan semak jawapan anda pada maklumbalas yang disediakan. Jika ada masalah yang timbul, sila berbincang dengan pensyarah anda. Selamat mencuba semoga berjaya!!!! Soalan 5-1 Terangkan perbezaan di antara litar penerus tak terkawal, litar penerus separuh terkawal dan litar penerus terkawal? Soalan 5-2 Lukiskan satu litar penerus tak terkawal separuh gelombang dengan beban rintangan tulin. Seterusnya, dengan bantuan gambarajah tersebut terangkan kendaliannya serta lukiskan bentuk-bentuk gelombang voltan masukan dan keluaran yang berkaitan. Soalan 5-3 Lukiskan litar penerus tak terkawal gelombang penuh jenis tetimbang dan jenis pengubah sadap tengah berserta dengan gelombang voltan masukan dan keluarannya. Soalan 5-4 Lukiskan satu litar penerus terkawal gelombang penuh dengan beban rintangan tulin. Seterusnya lukiskan gelombang voltan masukan dan keluaran sekiranya sudut picuan ialah α = 60. Soalan 5-5 Terangkan kendalian litar penerus di soalan 5-4. Soalan 5-6 Lukiskan satu litar penerus terkawal gelombang penuh tiga-fasa dengan beban berinduktif.

22 PENUKAR AU-AT (PENERUS) E4140/UNIT 5/22 MAKLUMBALAS PENILAIAN KENDIRI Jawapan 5-1 Adakah anda telah mencuba dahulu? Jika Ya, sila semak jawapan anda. Litar Penerus Tak Terkawal hanya menggunakan diod sahaja manakala Penerus Terkawal menggunakan tiristor sahaja. Perbezaan fungsinya ialah diod mengkonduksikan arus apabila dipincang depan manakala tiristor yang dipincang depan boleh dikawal pengkonduksiannya melalui picuan pada pintu. Penerus tak terkawal akan membekalkan keluaran yang tetap untuk suatu masukan arus-ulangalik. Penerus Separuh Terkawal menggunakan kombinasi diod dan tiristor. Kedua-dua Penerus Terkawal dan Separuh Terkawal membenarkan pelarasan voltan keluaran dengan pengawalan sudut picuan di mana tiristor tersebut akan dihidupkan. Jawapan 5-2

23 PENUKAR AU-AT (PENERUS) E4140/UNIT 5/23 Semasa separuh kitar positif, iaitu 0<ω t<π, diod mengkonduksi dan berkelakuan seperti satu suis tertutup (dengan beranggapan diod adalah unggul) menyambungkan bekalan kepada beban (i.e. v o = v). Arus beban ialah i o = v o /R, dan disebabkan R adalah tetap, maka i o dan v o mempunyai gelombang yang sama. Pada masa separuh kitar negatif, diod berkelakuan seperti satu suis terbuka dan tidak mengkonduksikan sebarang arus. Jawapan 5-3 Sila rujuka rajah 5.3 di mukasurat 6. Jawapan 5-4 Sila rujuka rajah 5.8 di mukasurat 14. Jawapan 5-5 Tiristor S 1 dan S 2 dipincang depan pada separuh kitar positif voltan masukan, dan tiristor S 3 dan S 4 dipincang depan pada separuh kitar negatif voltan masukan. Katakan S 1 dan S 2 dipicu pada sudut α. Pada selang masa pengkonduksian S 1 dan S 2, voltan keluaran adalah sama dengan voltan masukan, v o = v. Arus beban i o = v o /R mempunyai gelombang yang sama dengan voltan keluaran v o. Maka arus yang melalui S 1 dan S 2 menjadi sifar pada ω t = π, dan ia dimatikan. Tiristor S 3 dan S 4 dipicu pada π + α. Pada selang masa pengkonduksian, bekalan masukan disambungkan kepada beban dan v o = -v. Arus yang melalui S 3 dan S 4 menjadi sifar pada ω t = 2π dan ia dimatikan. Tiristor S 1 dan S 2 dipicu lagi pada ω t = 2π + α dan S 3 serta S 4 dipicu lagi pada ω t = 3π + α, dan proses ini berulang-ulang. Jawapan 5-6 Sila rujuka rajah 5.10 di mukasurat 18.

24 PENUKAR AT-AT (PEMENGGAL) E4140/UNIT 6/1 UNIT 6 PENUKAR AT-AT (PEMENGGAL) OBJEKTIF Objektif am : Mengenali dan memahami jenis-jenis litar penukaran penukar AT-AT (Pemenggal) Objektif khusus : Di akhir unit ini anda sepatutnya dapat:- Memahami konsep asas proses penukaran AT - AT. Menerangkan operasi litar Pemenggal Langkah Turun (Step-down Chopper),Pemenggal Langkah Naik (Step up Chopper) dan Pemenggal Langkah Turun dan Naik (Step down and Step up Chopper). Melakarkan bentuk gelombang masukan dan keluaran bagi setiap litar yang berkaitan.

25 PENUKAR AT-AT (PEMENGGAL) E4140/UNIT 6/2 INPUT 6.0 PENGENALAN Pemenggal (Chopper) merupakan satu litar yang berfungsi untuk menukarkan sumber Voltan bekalan A.T tetap kepada Voltan bekalan A.T bolehubah.untuk itu ianya bersesuaian digunakan bagi mengawal kelajuan motor A.T. Terdapat beberapa jenis litar Pemenggal di antara nya:- a) Pemenggal Langkah-Turun (Step-down Chopper/Buck Converter). b) Pemenggal Langkah-Naik (Step-up Chopper/Boost Converter). c) Pemenggal Langkah-Turun dan Naik (Step-down and Step-up Chopper/Buck-Boost Converter). 6.1 PEMENGGAL LANGKAH-TURUN(BUCK CONVERTER) Gambarajah 6.1(a) menunjukkan satu litar asas bagi Pemenggal Langkah- Turun (Buck Converter) yang disambungkan kepada satu beban motor a.t. Dimana suis S boleh diwakili dengan salah satu daripada komponen berikut iaitu,scr,gto Tiristor,Transistor Kuasa ataupun Mosfet. Merujuk kepada rajah 6.1(a) apabila suis S di tutupkan pada masa t = 0,bekalan disambungkan kepada beban manakala V o (Voltan keluaran ) pada ketika itu bersamaan dengan voltan bekalan (V) dan pada masa yang sama juga arus keluaran mula meningkat.apabila suis S dibuka iaitu pada masa t = t on, arus beban disalurkan melalui diod meroda bebas dan menjadikan V o = 0. Manakala t = T, suis S di tutup semula maka kitaran yang sama berulang ianya akan berterusan selagi bekalan kuasa tidak diputuskan.untuk itu keadaan ini dapat ditunjukkan melalui gambarajah 6.1(b) gelombang bagi Voltan dan Arus beban dan anggap arus beban tersebut mengalir secara berterusan manakala voltan beban merupakan voltan bekalan yang telah dipenggal.

26 PENUKAR AT-AT (PEMENGGAL) E4140/UNIT 6/3 Rajah 6.1 Litar Pemenggal Langkah-Turun (a) Litar. (b) Gelombang (c) V o melawan a. Disamping itu untuk menentukan nilai Voltan purata pada keluaran ianya dapat digambarkan dengan persamaan berikut :- V o = t on V T = αv Dimana : T on = merupakan masa ketika pemenggal di aktifkan. T = merupakan tempoh bagi pemenggal. α = merupakan nisbah kerja (duty ratio) bagi pemenggal

27 PENUKAR AT-AT (PEMENGGAL) E4140/UNIT 6/4 Jika berdasarkan kepada persamaan diatas Voltan keluaran berubah secara linear terhadap nilai α bagi pemenggal, rujuk rajah 6.1(c). Oleh sebab itu voltan keluaran dapat dikawal dalam julat diantara 0 < V o < V.Memandangkan pengawalan voltan keluaran adalah lebih rendah daripada voltan bekalan maka Pemenggal ini dikenali sebagai Pemenggal langkah Turun (Buck Converter). Selain itu terdapat beberapa aspek yang perlu diambil kira berdasarkan kepada jenis komponen pensuisan yang digunakan dimana, jika suis S menggunakan Tiristor GTO,denyut get positif diperlukan bagi memastikan suis berada dalam keadaan tutup dan sebaliknya.jika suis tersebut merupakan Transistor,arus tapak diperlukan bagi memastikan Transistor dapat di aktifkan,manakala jika SCR digunakan maka satu litar penukartertiban(commutation) diperlukan bagi tujuan membuka suis tersebut. Berkenaan dengan litar penukartertiban,ianya mempunyai beberapa bentuk dalam menghasilkan penukartertiban paksa(force commutation) bagi SCR.Satu contoh litar yang dapat dijelaskan iaitu litar penukartertiban HITACHI ini ditunjukkan dirajah 6.1(d). Rajah 6.1(d) Litar penukartertiban bagi tujuan untuk melitar buka SCR. Apabila Tiristor utama S dilitar tutup, kapasitor akan mula mengecas dan seterusnya mengekalkan cas tersebut. Manakala untuk melitar buka tiristor S ianya memerlukan Tiristor tambahan (S A ) yang mana ianya di picukan dan ini akan menghasilkan arus ayunan, dimana pada ketika separuh kitar positif arus ayunan ini melalui kapasitor (C ), Tiristor tambahan (S A ), dan aruhan (L), dan pada ketika separuh kitar negatif arus ayunan melalui aruhan (L),diod(D 1 ),suis(s) dan Kapasitor(C ).

28 PENUKAR AT-AT (PEMENGGAL) E4140/UNIT 6/5 Apabila berlakunya proses penukartertiban pada ketika arus ayunan berada pada kitar negatif,dimana arus tersebut mengalir dalam arah yang berlawanan dengan arus beban yang ketika itu mengalir melalui suis S, yang mana menghasilkan keadaan dimana nilai i c = i o, ini akan mengakibatkan arus yang melalui suis S akan menjadi kosong dan seterusnya menyebabkan suis S di litar buka.

29 PENUKAR AT-AT (PEMENGGAL) E4140/UNIT 6/6 AKTIVITI 6a UJILAH KEFAHAMAN ANDA DAN SILA SEMAK JAWAPAN ANDA PADA MAKLUMBALAS DI HALAMAN YANG SETERUSNYA. a) Apakah fungsi utama Pemenggal(Chopper)? b) Senaraikan 3 jenis Pemenggal. c) Senaraikan komponen-komponen yang dapat digunakan sebagai suis dalam litar Pemenggal. d) Lukiskan Litar asas bagi Pemenggal jenis langkah-turun.

30 PENUKAR AT-AT (PEMENGGAL) E4140/UNIT 6/7 MAKLUMBALAS 6a Jawapan : a) Fungsi utama Pemenggal adalah untuk menukarkan isyarat voltan A.T tetap kepada isyarat voltan keluaran A.T bolehubah atau dilaras. b) 3 jenis Pemenggal ialah 1) Pemenggal langkah-turun (Buck Converter). 2) Pemenggal Langkah-naik (Boost Converter). 3) Pemenggal Langkah-turun dan langkah-naik(buck-boost Converter). c) Komponen yang boleh digunakan sebagai suis : - SCR - Tiristor GTO - Transistor Kuasa - MOSFET d) Gambarajah litar asasbagi pemenggal

31 PENUKAR AT-AT (PEMENGGAL) E4140/UNIT 6/8 INPUT 6.2 PEMENGGAL LANGKAH-NAIK(BOOST CONVERTER) Gambarajah litar 6.2(a) merupakan satu bentuk litar asas bagi Pemenggal langkah-naik(boost Converter) dimana ianya bertujuan untuk menghasilkan voltan keluaran yang lebih tinggi dan seterusnya dapat menampung beban yang lebih besar. Apabila Pemenggal tersebut di aktifkan,aruhan L disambungkan secara siri dengan sumber bekalan Voltan (V) dan ini akan menghasilkan V L = V.Pada masa yang sama arus aruhan meningkat secara linear.manakala apabila pemenggal di litar buka,arus aruhan dipaksa mengalir melalui diod dan juga beban dengan ini akan mengakibatkan arus aruhan menurun secara linear. Keadaan ini dapat ditunjukkan dalam gambarajah gelombang v o, i L dan v L dalam rajah 6.2(b). Disamping itu ianya juga dapat ditunjukkan dalam bentuk persamaan berikut :- Semasa t on di I 2 - I 1 I V L = V = L = L = L dt t on t on dimana V t on I = L Semasa t off I 1 - I 2 I VL = V - V o = L = -L t off t off

32 PENUKAR AT-AT (PEMENGGAL) E4140/UNIT 6/9 Berdasarkan kepada persamaan di atas : Maka Voltan Keluaran : Vt on = ( V o - V ) t off V(t on + t off ) V o = t off T V o = V T - t on 1 = V 1 - α Bagi nilai perubahan α ianya diantara julat 0 < α < 1, manakala voltan keluaran berubah di antara julat V < V o < α. Perubahan V o terhadap nilai α dapat di tunjukkan dalam gambarajah 6.2 ( c ). Prinsip operasi Pemenggal ini digunakan dalam proses memberhentikan pergerakan motor A.T. Merujuk kepada rajah 6.2 (b) jika V mewakili voltan armatur bagi mesin A.T dan V o mewakili bekalan A.T,kuasa yang dihasilkan dapat di suapbalik dari menurunkan voltan motor kepada mengekalkan voltan keluaran dengan membuat penyelarasan terhadap kitar kerja (α). Diatas keupayaan ini lah ianya dikenali sebagai Pemenggal Langkah naik.

33 PENUKAR AT-AT (PEMENGGAL) E4140/UNIT 6/10 Rajah 6.2 (a) Litar asas (b) Gelombang (c) V o melawan a

34 PENUKAR AT-AT (PEMENGGAL) E4140/UNIT 6/11 AKTIVITI 6b UJILAH KEFAHAMAN ANDA DAN SILA SEMAK JAWAPAN ANDA PADA MAKLUMBALAS DI HALAMAN YANG SETERUSNYA. a) Buktikan persamaan Berikut :- 1 V o = V 1 - α b) Lukiskan gambarajah gelombang keluaran bagi V O, i L dan V L. c) Apakah perbezaan diantara Pemenggal langkah-turun berbanding dengan pemenggal langkah-naik.

35 PENUKAR AT-AT (PEMENGGAL) E4140/UNIT 6/12 MAKLUMBALAS 6b Jawapan : a) Semasa t on di I 2 - I 1 I V L = V = L = L = L dt t on t on V t on Dimana I = L Semasa t off I 1 - I 2 I VL = V - V o = L = -L t off t off Berdasarkan kepada persamaan di atas : Maka Voltan Keluaran : Vt on = ( V o - V ) t off V(t on + t off ) V o = t off T V o = V T - t on 1 = V 1 - a

36 PENUKAR AT-AT (PEMENGGAL) E4140/UNIT 6/13 Jawapan : b) c) Perbezaan utama diantara Pemenggal Langkah-turun dengan langkah naik. - Penyelarasan Voltan A.T keluaran bagi Pemenggal langkahturun tidak melebihi daripada Voltan bekalan A.T masukannya berbanding dengan Pemenggal langkah- naik dimana Voltan keluaran A.T boleh dilaras melebihi daripada Voltan masukannya.

37 PENUKAR AT-AT (PEMENGGAL) E4140/UNIT 6/14 INPUT 6.3 PEMENGGAL LANGKAH-TURUN DAN LANGKAH NAIK (BUCK- BOOST CONVERTER) Bagi Pemenggal langkah-turun dan langkah-naik ini ianya mampu menghasilkan voltan beban keluaran yang rendah dan juga tinggi berbanding dengan voltan bekalan yang diberikan. Gambarajah litar asasnya boleh dirujuk pada rajah 6.3(a). Apabila Pemenggal di aktifkan,aruhan disambungkan kepada voltan bekalan (V) dimana V L = V, dan pada masa yang sama arus aruhan meningkat secara linear. Apabila Pemenggal di litar buka arus aruhan mengalir melalui beban dan diod, pada masa yang sama voltan aruhan V L = - V o,dan keadaan ini mengakibatkan arus aruhan menurun secara linear. Ini dapat ditunjukkan dalam gambarajah gelombang V o, i L dan V L pada rajah 6.3(b), pada ketika itu polariti bagi voltan keluaran adalah berlawanan terhadap voltan bekalan. Jika berdasarkan kepada kendalian pemenggal ini maka dapat di wujudkan persamaan berikut :- Semasa t on I 2 - I 1 I V L = V = L = L t on t on V dimana I = t on L Semasa t off = T - t on I 1 - I 2 I V L = - V o = L = - L t off t off V o dimana I = t off L

38 PENUKAR AT-AT (PEMENGGAL) E4140/UNIT 6/15 Dari persamaan di halaman 14 : t on V o = V t off t on = V T - t on α = V 1 - α Bagi nilai α julatnya adalah di antara 0 < α < 1, manakala voltan keluaran berubah dalam julat 0 < V o < α. Rajah 6.3 (a) Litar asas (b) Gelombang

39 PENUKAR AT-AT (PEMENGGAL) E4140/UNIT 6/16 PENILAIAN KENDIRI Anda telah menghampiri kejayaan. Sila cuba semua soalan dalam penilaian kendiri ini dan semak jawapan anda pada maklumbalas yang disediakan. Jika ada masalah yang timbul, sila berbincang dengan pensyarah anda. Selamat mencuba semoga berjaya!!!! a) Buktikan persamaan berikut : a Vo = V 1 - a b) Lukiskan gambarajah graf ciri bagi Voltan keluaran (Vo) terhadap Kitar kerja (α ). c) Lukiskan gambarajah litar asas bagi Pemenggal Buck-Boost dan gelombang keluaran daripada litar tersebut.

40 PENUKAR AT-AT (PEMENGGAL) E4140/UNIT 6/17 MAKLUMBALAS PENILAIAN KENDIRI Adakah anda telah mencuba dahulu? Jika Ya, sila semak jawapan anda. a) Semasa t on I 2 - I 1 I V L = V = L = L t on t on V dimana I = t on L Semasa t off = T - t on I 1 - I 2 I V L = - V o = L = - L t off t off V o dimana I = t off L Dari persamaan di atas: t on V o = V t off t on = V T - t on a = V 1 - a

41 PENUKAR AT-AT (PEMENGGAL) E4140/UNIT 6/18 b) Gambarajah graf ciri bagi Vo terhadap α c) Litar asas Pemenggal Buck-Boost dan gelombang keluaran.

42 PENUKAR AT-AT (PEMENGGAL) E4140/UNIT 6/19

43 PENUKAR AT-AU (PENYONGSANG) E4140/UNIT 7/1 UNIT 7 PENUKAR AT-AU (PENYONGSANG) OBJEKTIF Objektif am : Mengenali dan memahami jenis litar penukaran penukar AT-AU (Penyongsang) Objektif khusus : Di akhir unit ini anda sepatutnya dapat:- Memahami konsep asas proses penukaran AT - AU. Menerangkan operasi litar Penyongsang Voltan(VSI) dan Litar Penyongsang arus(csi) Melakarkan bentuk gelombang masukan dan keluaran bagi setiap litar yang berkaitan.

44 PENUKAR AT-AU (PENYONGSANG) E4140/UNIT 7/2 INPUT 7.0 PENGENALAN Penyongsang merupakan satu litar static yang digunakan bagi tujuan menukarkan kuasa dari sumber A.T kepada kuasa sumber A.U pada spesifik nilai voltan keluaran dan frekuansi. Memandangkan keupayaan litar ini, ianya banyak digunakan dalam aplikasi Industri, di antara aplikasi penting yang dapat disenaraikan iaitu :- a) Pengawal Kelajuan bagi motor A.U. b) Alat Kawalan Pemanas. c) Unit Bekalan Tidak Terganggu (UPS) d) Bekalan Kuasa Kapal Terbang. Secara umumnya terdapat dua jenis Penyongsang iaitu Penyonsang Voltan (Voltage Source Inverter) dan Penyongsang Arus (Current Source Inverter).Bagi Penyongsang Voltan,Isyarat masukan merupakan Voltan A.T manakala Isyarat keluaran merupakan Voltan A.U yang berbentuk segiempat.ini ditunjukkan didalam rajah 7.0(a),manakala bagi penyongsang Arus,arus masukan merupakan A.T dan arus keluarannya merupakan arus A.U yang berbentuk segiempat,dan ini ditunjukkan didalam rajah 7.0(b). Rajah 7.0(a) Penyongsang Voltan (VSI) (b) Penyongsang Arus (CSI)

45 PENUKAR AT-AU (PENYONGSANG) E4140/UNIT 7/3 7.1 PENYONGSANG VOLTAN (VOLTAGE SOURCE INVERTER) Isyarat masukan bagi Penyongsang voltan merupakan satu sumber bekalan voltan A.T yang tetap dari sumbernya ianya boleh jadi dari sumber bekalan bateri ataupun dari litar penerus yang terkawal.di mana didalam topik ini akan dibicarakan berkenaan dengan Penyongsang satu fasa (Penyongsang bekalan sadap tengah) dan juga Penyongsang tiga fasa, yang banyak digunakan didalam Industri. Selain itu komponen yang dapat digunakan sebagai alat pensuisan iaitu Tiristor yang memerlukan litar penukartertiban, Tiristor GTO ataupun Transistor Kuasa Penyongsang Voltan Satu Fasa Didalam rajah 7.1.1(a) menunjukkan litar asas bagi Penyongsang Voltan. Di mana bekalan A.T diambil daripada satu pengubah yang mempunyai sadap tengah.suis S1 dan S2 yang digunakan boleh terdiri daripada SCR,Tiristor GTO,BJT atau MOSFET.Manakala diod D1 dan D2 digunakan bagi tujuan proses suapbalik,terhadap tenaga beban reaktif. Rajah 7.1.1(a) Litar asas Penyongsang Voltan Satu Fasa (b) Hasil gelombang keluaran serta i g1 dan i g2 (c) Gelombang keluaran i o dan v o. Semasa separuh kitar positif Voltan keluaran, suis S1 berada dalam keadaan litar tutup yang mana menghasilkan V o = + V/2. Semasa separuh kitar negatif suis S2 berada dalam keadaan litar tutup yang mana

46 PENUKAR AT-AU (PENYONGSANG) E4140/UNIT 7/4 menghasilkan V o = - V/2.Gambarajah gelombang 7.1.1(b) menunjukkan gelombang denyut bagi i g1 dan i g2,serta voltan keluaran (V o ). Disini perlu di ingatkan iaitu sementara salah satu daripada S1 dan S2 dalam keadaan litar tutup maka yang satu lagi akan berada dalam keadaan litar buka. Sebagai menambahkan kefahaman anda, satu contoh jika beban yang disambung terhadap litar adalah beban reaktif,ianya akan menghasilkan keadaan dimana faktor beban yang mengekor(lagging).dan seterusnya memberi kesan terhadap arus keluaran (i o ) dimana ianya turut mempunyai sifat mengekor Voltan keluaran (V o ),Ini ditunjukkan didalam rajah 7.1.1( c ). Jika berdasarkan kepada rajah 7.1.1(c ) dapat dijelaskan disini iaitu pada ketika t berada diantara 0 < t < T/2, v o berada pada nilai positif ini disebabkan samada S1 atau D1 aktif pada ketika anjakan masa yang berlaku. Walaubagaimana pun i o adalah berada pada kedudukkan nilai negatif semasa t berada diantara 0< t< t 1, untuk itu D1 mesti aktif pada ketika perubahan tersebut. Ketika i o berada nilai positif, masa t berada diantara t 1 < t < T/2 dan ini memerlukan suis S1 berada dalam litar tutup.proses ini akan berlaku secara berterusan dan berulang-ulang. Disamping itu diod digunakan bagi tujuan suapbalik pada ketika voltan dan arus berada pada kutub yang berlawanan Penyongsang Voltan Tertimbang Merujuk kepada gambarajah 7.1.2(a) merupa litar asas bagi penyongsang jenis tertimbang,dimana S1 dan S2 dipicu semasa pertama separuh kitar manakala S3 dan S4 dipicu semasa kedua separuh kitar daripada voltan keluaran. Hasil daripada operasi litar tersebut ianya menghasilkan satu bentuk gelombang voltan segiempat yang mempunyai nilai amplitud V,ini ditunjukkan didalam rajah 7.1.2(b).Disamping itu perlu di ingatkan bahawa faktor yang mempengaruhi frekuansi keluaran adalah berdasarkan kepada frekuansi yang digunakan untuk tujuan picuan bagi suis-suis yang digunakan.

47 PENUKAR AT-AU (PENYONGSANG) E4140/UNIT 7/5 Rajah 7.1.2(a) Litar asas Penyongsang Voltan Jenis Tertimbang (b) Gelombang keluaran. Contoh Pengiraan : Merujuk kepada litar Penyongsang tertimbang satu fasa dalam rajah 7.1.2(a),katakana arus beban I o = 540 sin (ωt 45 0 ) dan sumber bekalan A.T iaitu V = 300v. a) Lukiskan gambarajah gelombang bagi v o, i o dan i s.tentukan kedudukkan i o dan i s pada ketika perubahan masa berlaku. b) Tentukan arus purata dan kuasa yang telah dibekalkan. c) Tentukan kuasa yang dibekalkan kepada beban. Jawapan (a)

48 Jawapan (b) PENUKAR AT-AU (PENYONGSANG) E4140/UNIT 7/6 1 π Arus Purata (i s ) = Is = --- π sin (ωt 45 0 ) d (ωt) = A Ps = 300 x = kw Jawapan (c ) Berdasarkan kepada Fourier siri bagi gelombang segiempat, nilai ppgd dapat dibuktikan dengan persamaan berikut ; 4Vs 4 X 300 V 01 = = = V π 2 π 2 Kuasa keluaran = V 01 I o cos θ 540 = X cos 45 0 = kw 2

49 PENUKAR AT-AU (PENYONGSANG) E4140/UNIT 7/7 AKTIVITI 7a UJILAH KEFAHAMAN ANDA DAN SILA SEMAK JAWAPAN ANDA PADA MAKLUMBALAS DI HALAMAN YANG SETERUSNYA. a) Apakah fungsi utama litar Penyongsang. b) Senaraikan aplikasi litar penyongsang didalam industri. c) Senaraikan dua jenis Penyongsang. d) Lukiskan gambarajah litar Penyongsang satu fasa serta gelombang keluarannya.

50 PENUKAR AT-AU (PENYONGSANG) E4140/UNIT 7/8 MAKLUMBALAS 7a a) Fungsi utama litar Penyongsang adalah untuk menukarkan isyarat/voltan A.T kepada isyarat/voltan A.U serta frekuansi yang tertentu. b) Aplikasi litar Penyongsang dalam industri adalah seperti berikut : 1) Pengawal kelajuan motor a.u. 2) Bekalan kuasa Kapal Terbang. 3) Sistem UPS bagi Komputer. c) Dua jenis Penyongsang : 1) Penyongsang Voltan. 2) Penyongsang Arus. d) Gambarajah Litar Penyongsang satu fasa dan gelombang keluaran.

51 PENUKAR AT-AU (PENYONGSANG) E4140/UNIT 7/9 INPUT 7.2 PENYONGSANG VOLTAN TIGA FASA Merujuk kepada litar asas penyongsang satu fasa yang mana telah digabungkan menjadi satu litar tertimbang penyongsang tiga fasa,litar asas ini dapat dilihat didalam rajah 7.2(a). Disamping itu beban yang digunakan, disambung dalam bentuk bintang, manakala picuan pula diberikan berdasarkan kepada anjakan sudut sebanyak Selain itu Voltan bagi setiap fasa diwakilkan dengan V AO, V BO dan V CO ini ditunjukkan didalam rajah 7.2(b). Apabila suis S1 dipicukan pada masa ωt = 0, fasa A disambungkan kepada talian positif pada sumber bekalan A.T yang menghasilkan V AO = V/2.Manakala S4 di picu pada ketika ωt = π, fasa A disambungkan kepada talian negatif pada sumber bekalan A.T yang menjadikan V AO = - V/2. Gelombang dan nilai bagi V BO dan V CO adalah sama seperti V AO Cuma ianya dipisahkan pada diantara satu sama lain pada sudut Untuk itu bagi menentukan nilai voltan talian yang berkaitan dengan voltan fasa,ianya dapat ditunjukkan dengan persamaan berikut : V AB = V AO - V BO V BC = V BO - V CO V CA = V CO - V AO Untuk memudahkan kefahaman anda sila rujuk gambarajah yang berkaitan dengan gelombang talian pada rajah 7.2(b).dimana bentuk gelombang voltan yang dihasilkan adalah dalam bentuk segiempat kuazi selain itu mempunyai ciri ciri gelombang enam langkah dan mempunyai lebar denyutnya Bagi menentukan voltan fasa ianya boleh digambarkan dalam bentuk persamaan berikut : V AO = V AN + V NO V BO = V BN + V NO V CO = V CN + V NO Bagi memastikan sistem ini beroperasi dalam keadaan seimbang ianya perlu memastikan : V AN + V BN + V CN = 0. Jika merujuk kepada persamaan di atas : V AO + V BO + V CO V NO =

52 PENUKAR AT-AU (PENYONGSANG) E4140/UNIT 7/10 Rajah 7.2(a) Litar asas Penyongsang Tiga fasa (b) gelombang keluaran

53 PENUKAR AT-AU (PENYONGSANG) E4140/UNIT 7/11 Untuk itu gambarajah gelombang bagi voltan diantara beban dengan neutral dan bekalan dengan neutral dapat di tunjukkan pada rajah 7.2(b).Voltan berubah sebanyak tiga kali bergantung kepada frekuansi yang digunakan. Memandangkan perubahan voltan ini berlaku dalam tempoh tiga kali perubahan maka voltan beban fasa dapat ditentukan melalui persamaan berikut. V AN = V AO V NO = 2/3(V AO ) - 1/3 (V BO + V CO ) V BN = V BO V NO = 2/3(V BO ) - 1/3 (V AO + V CO ) V CN = V CO - V NO = 2/3(V CO ) - 1/3 (V AO + V BO ) Untuk melihat gelombang voltan keluaran bagi voltan voltan beban fasa,ianya ditunjukkan dalam rajah 7.2(b), sebagai menambahkan kefahaman anda,sebagai contoh jika di ambil nilai (V AN ) bentuk gelombang terhasil daripada pengoperasian litar adalah bentuk gelombang enam langkah,bagi voltan beban fasa yang lain adalah sama juga Cuma ianya dibezakan berdasarkan kepada beza fasa yang digunakan,dalam contoh ini iaitu atau dengan lain perkataan beban yang seimbang.selain itu pada rajah yang sama juga ada ditunjukkan bentuk gelombang arus yang telah dihasilkan. Contoh Pengiraan Satu bekalan A.T iaitu 600V dibekalkan kepada satu litar Penyonsang tertimbang tiga fasa. Tentukan nilai ppgd bagi voltan talian dan voltan fasa pada beban. Penyelesaian V L = 2/3 X 600 = X 600 = V V P =[ 1/π [ (V/3) 2 x π /3 + (2/3 V ) 2 x π/3 + (V/3) 2 x π/3 ] ] ½ = V/3 (1/3 + 4/3 + 1/3 ) 1/2 = V = = V

54 PENUKAR AT-AU (PENYONGSANG) E4140/UNIT 7/12 AKTIVITI 7b UJILAH KEFAHAMAN ANDA DAN SILA SEMAK JAWAPAN ANDA PADA MAKLUMBALAS DI HALAMAN YANG SETERUSNYA. a) Satu bekalan A.T iaitu 400V dibekalkan kepada satu litar Penyongsang tertimbang tiga fasa. tentukan nilai ppgd bagi voltan talian dan voltan fasa pada beban. b) Lukiskan gambarajah litar Penyongsang tertimbang tiga fasa. c) Lengkapkan persamaan berikut : V AB =. V BC =. V CA =.

55 PENUKAR AT-AU (PENYONGSANG) E4140/UNIT 7/13 MAKLUMBALAS 7b a) V L = 2/3 X 400 = X 400 = 326.5V V P =[ 1/π [ (V/3) 2 x π /3 + (2/3 V ) 2 x π/3 + (V/3) 2 x π/3 ] ] ½ = V/3 (1/3 + 4/3 + 1/3 ) 1/2 = V = = V b) c) V AB = V AO - V BO V BC = V BO - V CO V CA = V CO - V AO

56 PENUKAR AT-AU (PENYONGSANG) E4140/UNIT 7/14 INPUT 7.3 PENYONGSANG ARUS (CURRENT SOURCE INVERTER) Bagi Penyongsang Arus ianya memerlukan sumber arus terus yang stabil bagi tujuan isyarat masukan,disamping untuk menghasilkan Arus keluaran A.U yang stabil dan tetap. Bagi memastikan keadaan ini dapat dihasilkan aruhan digunakan didalam litar nya. Dimana komponen aruhan tersebut disambungkan secara siri pada punca masukan litar. Pada rajah 7.3(a) berikut ditunjukkan litar asas bagi penyongsang arus tiga fasa yang mana menggunakan tiristor sebagai komponen pensuisan.selain itu juga dipaparkan gambarajah gelombang bagi isyarat masukan dan juga isyarat keluaran pada rajah 7.3(b). Merujuk kepada gambarajah litar 7.3(a) tiristor yang digunakan sebagai suis dipicu pada sudut 120 0,manakala kapasitor (C1 hingga C6) dan juga diod (D1 hingga D6) digunakan sebagai penukartertib. Dalam memahami akan kendalian litar ini setiap tiristor diwakilkan dengan nombor-nombor yang tersendiri iaitu S1 hingga S6 dan ianya dipicu berdasarkan kepada turutan nombor tersebut. Apabila tiristor dipicukan maka ianya di aktifkan mengikut kumpulan dimana kumpulan pensuisan tersebut terbahagi kepada 2 bahagian iaitu kumpulan atas terdiri daripada S1,S3 dan S5 dan kumpulan bawah terdiri daripada S2,S4 dan S6. Sebagai contoh jika S1 dan S2 diaktifkan arus masukan (I) akan mengalir melalui S1,D1,beban fasa A,beban fasa C, D2,S2 dan balik semula kepunca bekalan. Pada masa yang sama kapasitor C1 akan dicaskan mengikut polariti. Jika S3 dipicukan,c1 disambungkan melintangi S1 dan seterusnya dipindahkan kepada S3, kemudian arus tersebut akan mengalir melalui S3,D3,beban fasa B,beban fasa C,D2,S2 dan seterusnya balik semula kepunca masukan. Untuk itu diod berperanan untuk mengekalkan cas didalam kapasitor,jika tiada diod ianya akan mengakibatkan kapasitor membuang cas melalui dua beban fasa pada masa yang sama. Bagi penyongsang arus ini komponen yang sering digunakan bagi melaksanakan operasi suis iaitu Tiristor GTO,IGBT ataupun MOSFET. Gambarajah gelombang bagi arus i A, i B dan i C ditunjukkan didalam rajah 7.3 (b).manakala operasi litar buka dan litar tutup bagi suis S1-S6 dikawal oleh voltan get atau arus get yang dibekalkan.

57 PENUKAR AT-AU (PENYONGSANG) E4140/UNIT 7/15 Rajah 7.3(a) Litar asas Penyongsang Arus (b) Gelombang bagi setiap isyarat yang digunakan. Bank kapasitor yang disambungkan pada litar adalah berfungsi sebagai : a) Untuk membantu proses penukartertiban pada ketika perubahan masa pensuisan. b) Sebagai penapis bagi arus yang berharmonik. c) Untuk mengurangkan kesan voltan lebihan agar ianya menjadi lebih stabil. Disamping itu bagi menghasilkan arus sumber yang boleh dilaraskan ianya bergantung kepada sumber bekalan voltan yang boleh dilaras ataupun melalui voltan keluaran daripada penerus yang terkawal dan seterusnya menstabilkan arus pada nilai yang telah disetkan.

58 PENUKAR AT-AU (PENYONGSANG) E4140/UNIT 7/16 Kelebihan Penyongsang arus ialah pada ketika terminal keluaran berada dalam keadaan terpintas,arus tidak akan terus meningkat secara drastik ini adalah disebabkan oleh kesan pengaturan arus pada terminal masukan. Manakala kelemahannya jika beban yang digunkan adalah mesin A.U,contohnya seperti motor aruhan, ianya akan mengakibatkan kesan dayakilas yang terganggu dan tidak stabil pada kadar kelajuan rendah, untuk itu Unit lebar denyut modulasi (PWM) dapat digunakan bagi mengurangkan kesan tersebut.

59 PENUKAR AT-AU (PENYONGSANG) E4140/UNIT 7/17 AKTIVITI 7c UJILAH KEFAHAMAN ANDA DAN SILA SEMAK JAWAPAN ANDA PADA MAKLUMBALAS DI HALAMAN YANG SETERUSNYA. a) Apakah fungsi litar Penyongsang Arus. b) Lukiskan gambarajah litar Penyongsang Arus. c) Terangkan fungsi bank kapasitor yang disambungkan kepada litar tersebut.

60 PENUKAR AT-AU (PENYONGSANG) E4140/UNIT 7/18 MAKLUMBALAS 7c a) Fungsi litar Penyongsang Arus adalah untuk menukar bekalan arus A.T kepada arus A.U. b) c) Fungsi bank kapasitor yang disambungkan pada litar adalah : 1) Untuk membantu proses penukartertiban pada ketika perubahan masa pensuisan. 2) Sebagai penapis bagi arus yang berharmonik. 3) Untuk mengurangkan kesan voltan lebihan agar ianya menjadi lebih stabil.

61 PENUKAR AT-AU (PENYONGSANG) E4140/UNIT 7/19 PENILAIAN KENDIRI Anda telah menghampiri kejayaan. Sila cuba semua soalan dalam penilaian kendiri ini dan semak jawapan anda pada maklumbalas yang disediakan. Jika ada masalah yang timbul, sila berbincang dengan pensyarah anda. Selamat mencuba semoga berjaya!!!! a) Lukiskan gambarajah litar Penyongsang Voltan Tertimbang dan gelombang keluaran. b) Satu Litar Penyongsang Voltan tertimbang,mempunyai arus beban I O = 540 sin (ωt 45 0 ) dan voltan bekalan A.T (V) = 200V. 1) Lukiskan gambarajah gelombang bagi V O, I O dan I S. 2) Tentukan arus purata bagi I S dan kuasa P S dari sumber bekalan A.T. 3) Tentukan kuasa yang diterima oleh beban. c) Lukiskan gambarajah gelombang setiap isyarat keluaran dari satu litar Penyongsang Voltan tiga fasa. d) Lukiskan gambarajah gelombang setiap isyarat keluaran dari satu litar Penyongsang arus tiga fasa.

62 PENUKAR AT-AU (PENYONGSANG) E4140/UNIT 7/20 MAKLUMBALAS PENILAIAN KENDIRI Adakah anda telah mencuba dahulu? Jika Ya, sila semak jawapan anda. a) b) 1) 2) 1 π Arus Purata (i s ) = Is = --- π sin (ωt 45 0 ) d (ωt) = A Ps = 200 x = 48.6 kw

63 PENUKAR AT-AU (PENYONGSANG) E4140/UNIT 7/21 3) Berdasarkan kepada Fourier siri bagi gelombang segiempat, nilai ppgd dapat dibuktikan dengan persamaan berikut ; 4Vs 4 X 200 V 01 = = = V π 2 π 2 Kuasa keluaran = V 01 I o cos θ 540 = X cos 45 0 = 48.6 kw 2 c)

64 d) PENUKAR AT-AU (PENYONGSANG) E4140/UNIT 7/22