Ac voltage controller

Pengertian

Jika sebuah saklar thyristor terhubung antara tegangan sumber bolak-balik (alternating current - ac) dan beban, daya yang mengalir dapat dikendalikan dengan mengatur nilai rms tegangan ac yang diberikan ke beban, dan tipe rangkaian daya ini disebut sebagai pengaturan tegangan ac (ac voltage controller).

Klasifikasi Pengendali Tegangan AC

1. Pengaturan satu fasa Pengatur setengah gelombang (unidirectional) Pengatur Gelombang penuh (bidirectional)

2. Pengaturan tiga fasa Pengatur setengah gelombang (unidirectional) Pengatur Gelombang penuh (bidirectional)

Dua tipe pengendalian berdasarkan transfer dayanya

1. Kontrol on-off

Pada kontrol on-off saklar thyristor menghubungkan beban dengan sumber ac untuk beberapa siklus tegangan masukan dan memutuskan-nya untuk beberapa siklus yang lain.

Prinsip Kerja Kontrol On-Off

Prinsip pengaturan on-off dapat dijelaskan dengan pengaturan gelombang penuh satu fasa seprti pada gambar 1a. Saklar tiristor menghubungkan sumber AC ke beban untuk waktu tn ; biasanya terdiri dari beberapa siklus. Tiristor akan mulai hidup pada persilangan tegangan nol dari tegangan masukan. Pulsa gerbang untuk tiristor T1 dan T2 serta bentuk gelombang tegangan masukan dan keluaran diperlihatkan pada gambar 1b.

Pengaturan jenis ini digunakan pada pemakaian yang mempunyai inersia tinggi dan pemanasan

tinggi seperti pemanasan industri dan pengatur kecepatan putar motor.

Untuk tegangan masukan sinusoida, vs = Vm sin t. Jika tegangan masukan dihubungkan ke beban selama n siklus dan diputus selama m siklus, tegangan keluaran (atau beban) efektif (rms) dapat ditentukan dari

dengan dan k disebut duty cycle. V

s tegangan fasa rms.

Aplikasi Kontrol on-off : sistem pemanasan pada industri dan pengendalian kecepatan motor. Digunakan dalam aplikasi yang mempunyai inersia mekanik yang tinggi dan konstanta waktu

termal yang tinggi.

2. Kontrol sudut fasa

Pada kontrol fasa, saklar thyristor menghubungkan beban dengan sumber ac untuk setiap bagian siklus tegangan masukan.

Prinsip Kerja Kontrol Fasa

Daya yang mengalir ke beban diatur oleh penundaan sudut penyulutan tiristor T1. Gambar 2b memperlihatkan pulsa gerbang tiristor T1 dan bentuk tegangan masukan dan keluaran. Adanya dioda D1

adalah untuk membatasi jangkah pengaturan dan tegangan efektif (rms) keluaran hanya dapat bervariasi antara 70,7 hingga 100%. Tegangan keluaran dan arus masukan adalah simetris dan mengandung komponen searah (DC). Rangkaian ini adalah pengaturan setengah gelombang satu fasa dan hanya cocok untuk beban resistif daya rendah, pemanasan dan pencahayaan. Karena aliran daya diatur selama setengah siklus positif dari tegangan masukan, maka jenis ini dikenal sebagai pengaturan satu arah.

V o=[n2 π (n+m ) ∫0

2 π2V s

2sin2ωtd ( ωt )]12

=V s√nm+n

=V s√k

k=n/ (m+n )

Jika vs = Vm sin t = sin t adalah tegangan masukan dan sudut tunda penyulutan tiristor T1

adalah t = , tegangan rms keluaran ditentukan dari

Nilai rata-rata tegangan keluaran adalah

Jika 0<α<π ,maka tegangan keluaran Vs < V0 < V s

√2 dan tegangan dc :

Pengaturan Gelombang Penuh (Bidirectional) dengan beban resistif

Masalah arus masukan dc dapat dicegah oleh penggunaan pengatur dua arah (gelombang penuh), dan pengaturan gelombang penuh satu fasa diperlihatkan pada gambar 3a. Selama setengah siklus positif tegangan masukan, aliran daya diatur oleh variasi sudut tunda tiristor T1, dan tiristor T2 mengatur liran daya selama setengah siklus negatif dari tegangan masukan. Pulsa penyulutan T1 dan T2 dibuat terpisah 180o. Bentuk gelombang untuk tegangan masukan, tegangan keluaran dan sinyal penggerbangan untuk T1

dan T2 diperlihatakan pada gambar 3b.

V o={12 π [∫α

π2V 2sin2ωtd (ωt )+∫π

2 π2 V 2sin2ωtd (ωt ) ]}12

={2V 2

4 π [∫α

π(1−cos2 ωt ) d (ωt )+∫π

2 π(1−cos2 ωt ) d (ωt ) ]}

12

=V s[12 π (2 π−α+sin 2 α2 )]

12

√2V s

V dc=12 π [∫α

π√2V sin ωtd ( ωt )+∫π

2 π√2 V sin ωtd (ωt ) ]

=√2 V s

2 π(cos α−1 )

0<V dc<−√2 V s /π

Jika vs = sin t adalah tegangan masukan, dan sudut tunda tyristor T1 dan T2 sama (1 = 2 = ), tegangan rms keluaran dapat ditentukan dari

Jika 0 < < , maka Vs < V0 < 0.

V o=[22π∫0

π2V s

2sin2ωtd (ωt )]12 =[4V s

2

4 π∫0

π(1−cos 2ωt )d (ωt )]

12

=V s[1π (π−α+sin 2α2 )]

12

√2V s