Kuliah Inverter

Inverter

Alat Elda yang mengubah dari DC ke AC
(DC to AC converter
amplitudo 110V,220V,380V,20KV % frekuensi jala2 50 Hz,60Hz)

Jenis :
-single phase (half/full bridge) or three phase (tiga fasa)

gain inverter = ratio ac output to dc input voltage (perbandingan tegangan output AC/input DC)

-Tegangan output dapat diubah dengan mengatur gain melalui teknik PWM(Variable output can be achieve by variying gain inverter,acomplished by PWM.

Hal-hal diinginkan dalam pembuatan inverter adalah
Tegangan output berbentuk sinus (sinusoidal voltage is inverter ideal output)
dalam prakteknya ada komponen harmonisa (practical inverter nonsinusoidal contain harmonics)

-For Low&medium power quasi/square wave are may be acceptable.

Salah satu cara mengatasi harmonisa yaitu dengan filter dan teknik switching.
(harmonic contain can be reduce by switching technique)

Aplikasi dari inverter.
-motor drive
-induction heating (memerlukan tegangan AC)
-standby power supply,uninterruptable Power supply UPS ( memerlukan battery cadangan)
-keperluan entertainment (TV mobil dll)

Sumber tegangan Input:
(DC voltage input source)
a Battery,fuel cell,solar cell, From rectifier (AC KE dc PADA MULTISTAGE POWER SUPPLY)


Parameter unjuk kerja inverter(Performance parameters) :

1. Harmonic factor (Faktor Harmonisa)  HF, HFn = Vn/V1, V1= komponen dasar tegangan, Vn = tegangan pada harmonisa ke n

2. Total Harmonic Distortion (THD) mengukur kedekatan bentuk gelombang output trhadp bentuk komponen dasar
THD = (1/V1) ( sigma (Vn)^2)

3. Distortion factor (DF), ukuran tingkat keefektifan dalam menghilangkan harmonisa.
DFn = (sigma Vn)/(sigma V1n^2) ( sigma mulai n =1 sampai n = tak hingga)

4. Lowest-order harmonic, LOH, tingkat harmonisa terendah yang frekuensi terdekat ke frekuensi dasar dan amplitudonya lebih besar atau sama dengan 3% dari komponen dasarnya.


Load of inverter consists of R and L.Perpormanse Parameter of PWM inverter :

- Output Frequency : fo = 50Hz
- Period of Output voltage,
To = 1/fo = 20ms
- Switching Frequency,fs
- Switching Period,Ts
- Number of pulse per half cycle
p = fs/fo = To/Ts
-Peak magnitude of carrier signal, Vc(pk)
-Peak magnitude of sinus reference signal, Vref(pk)
-Modulation index , M= Vc/Vref
-Dc input voltage, Vs
-Rms Output load voltage, Vo
-Rms output load current,Io
-Output Power,Po =Io.R
-Load resistance,R
-Load inductance,L

Aplikasi:
VVVF (Variable Voltage Variable frequency)


Contoh inverter:
A.Half-Wave Inverter
(setengah gelombang)

1.Siklus 1,S1 ON,S2 OFF
arus mengalir dari Batere,S1,Load,Batere.(D1 OFF,D2 ON))
2.Siklus 2,S2 ON,S1OFF.
arus mengalir dari Batere bawah,load,S2,batere bawah.(D2 OFF,D1 ON)

B. full wave- bridge
(gelombang penuh)

1.Siklus 1,(S1,S4) ON,(S2,s3) OFF
arus mengalir dari Batere,S1,Load,s4,Batere.(D1,D4 OFF,D2,D3 ON))

2.Siklus 2,(S2,S3) ON,(S1,S4)OFF.
arus mengalir dari Batere,s3,load,S2,(D2,D3 OFF,D1,D4 ON)


B. tiga fasa

1.Siklus 1,(S1,S4) ON,
arus mengalir dari Batere,S1,Load,s4,Batere

2.120 derajat kemudian Siklus 2,(S2,S6) ON,
arus mengalir dari Batere,s3,load,S6,batere

2.120 derajat kemudian Siklus 3,(S5,S2) ON,
arus mengalir dari Batere,s5,load,S2,batere



Contoh:
Inverter satu fasa stengah jembatan
beban R = 2.4 Ohm
Teg input Vs= 48 V
Tentukan:
a. komponen dasar tegangan ouput effektif (v1)
b. Daya output
c. Arus puncak
d. Tegangan balik puncak pada komponen daya (Vb)
e.THD
f. DF
g. HF. LOH
solusi:
a. teg eff. V1 =  0,45 Vs = 0.45 x 48 = 21.6 Volt
b. Teg rata2, Vo = Vs/2 = 24, Po = V^2/R = 240 WATT
C. Ip = 24/2.4= 10 A
d. Vb = 2 x 24 = 48 Volt
e. THD =(1/V1)(( sigma (Vn)^2))^0.5  ?
( sigma (Vn)^2 ) = ( vo^2-V1^2) =0.2176 Vs
THD =0.2176 Vs/0.45 Vs = 48.34%

f. DF = sigma Vn/sigma Vn1
sigma Vn = [(v3/3)^2 + (v5/5)^2 + (v7/7)^2 + . . .)]^0.5 = ? 0.01712 Vs
DF = (0.45 Vs)/(0.01712 Vs) = 2.80%

g. tingkat harmonisa terendah adalah orde 3, V3 = V1/3
HF3 = V3/V1 = 33.33% dan DF3 = (V3/3^2)/V1 = 1/27 = 3.704%


Contoh soal Inverter satu fasa
Jembatan penuh (full bridge Inverter single phase)

Diketahui Sumber Vs=Ed = 48 Volt
Beban(load) R murni = 2.4 Ohm
Tentukan:
a. komponen dasar tegangan ouput effektif (v1)
b. Daya output
c. Arus puncak
d. Tegangan balik puncak pada komponen daya (Vb)
e.THD
f. DF
g. HF. LOH


Solusi:
a. V1 = 0,9 x 48 Volt = 43,2 Volt
b. Vo = Vs = Ed = 48 Volt
Daya output, Po = (Vs)^2/R = 48^2/2.4= 960 Watt
c. Arus puncak pada transistor =
Ip = 48/2.4 = 20 A
Karena dutycycle =50%, maka arus rata-rata masing2 switch(transistor) ID= 0.5 x 20= 10 A
d.Tegangan balik puncak pada komponen daya (Vb)= 48 Volt
e. . THD =(1/V1)(( sigma (Vn)^2))^0.5  ?
( sigma n=3,5,7... (Vn)^2 )^0.5 = ( vo^2-V1^2) =0.4325 Vs

THD =0.4325 Vs/0.9 Vs = 48.34%

f. DF = sigma Vn/sigma Vn1
sigma Vn = [(v3/3)^2 + (v5/5)^2 + (v7/7)^2 + . . .)]^0.5 = ? 0.01712 Vs
DF = (0.03424 Vs)/(0.9 Vs) = 3.804%

g. tingkat harmonisa terendah adalah orde 3, V3 = V1/3
HF3 = V3/V1 = 33.33%
dan DF3 = (V3/3^2)/V1 = 1/27 = 3.704%


INVERTER TIGA FASA
Untuk keperluan daya yang besar,
half/fullbridge.
trigger/gating harus berbeda fasa masing-masing 120 derajat.
Contoh.
Inverter tiga fasa dengan beban(load) R
terhubung Y(bintang) R = 10 Ohm
Frekuensi inverter 60 Hz,
Tegangan DC input Ed=220 Volt
a. Tunjukan teganan saluran(line-line) dan arus sesaat V (t) & i(t)
b. Tegangan saluran effektif
c. Tegangan fasa
d. Tegangan antar saluran pada frekuensi dasar
e.Tegangan fasa pada frekuensi dasar
f. THD (total harmonics distortion)
g.DF
h. harmonic factor and distortion factor of the lowest-order harmonic

i. Daya beban
j. Arus rata2 pada switch
k. arus rms pada switch

Solusi:
Vs=Ed=220 V
R= 10 Ohm
fo = 60 Hz
w = 377 rad/s
a. tegangan saluran(line-line) dan arus sesaat V (t)=242.58 sin (377t + 30 deg ) - 48.52 sin 5(377 + 30 deg) – 34.66 sin 7( 377t + 30 deg) + 22.05 sin 11( 377t + 30 deg) ...

The phase voltage is Van(t) = Vab(t)/(3^0.5) with delay 30 deg.and dividing the voltage by the load resistance (R=10 ohm) gives instantaneous (phase) current as

i(t) = 14 sin (377t) - 2.8 sin 5(377t) - 2sin 7(377t) + 1.277 sin 11(377t) + ...

b. VL = 0,8165 x 220 = 179.63 V
c. Vp = 0.4714 x 220 = 103.7 Volt
...
i. Po = 3 Vp.Ip = 103,7 x 10,37 = 3226.4 Watt.






b. Tegangan saluran effektif
c. Tegangan fasa
d. Tegangan antar saluran pada frekuensi dasar
e.Tegangan fasa pada frekuensi dasar
f. THD (total harmonics distortion)
g.DF
h. harmonic factor and distortion factor of the lowest-order harmonic

i. Daya beban
j. Arus rata2 pada switch
k. arus rms pada switch


Pengaturan tegangan (voltage control)
teknik yang paling effisien adalah PWM (pulse width modulation/modulasi lebar pulsa)

- Single PWM
- Multiple PWM
- Sinus (SPWM)
- Modified SPWM

Modulasi penggabungan dua sinyal yang berbeda frekuensi, menghasilkan pulsa baru dengan lebar tertentu untuk mentriger devais daya (Transistor etc)

Sinyal gergaji pembawa (carrier) dengan amplitudo Ac
Index modulasi M = Ar/Ac
Sinyak referensi(berupa DC konstan,sinus) dengan amplitudo Ar.

Setiap komponen devais daya ada dioda pengaman ( freewheel /feedback diode)
Biasa beban bersifat induktif
(L) penyimpan energi, dialiri arus periodik thd waktu
v = L di/dt
Cara kerja inverter satu fasa setengah gelombang.
Siklus pertama.
Arus dari lengan atas,Ed/2 Id1,S1-ON,(D1 OFF,D2 ON),Beban io.
Siklus kedua.
Arus dari lengan bawah,Ed/2
arus berlawan dg id2,S2-ON,(D2 OFF,D1 ON),beban -io.