Konverter AC-AC Pengubah Frekuensi


Konverter AC-AC Pengubah Frekuensi

Kadek Fendy Sutrisna

16 Februari 2012

Dukung Fendy Sutrisna untuk tetap berbagi dalam artikel ketenagalistrikan Indonesia dengan klik link LIKE, COMMENT & SHARE di halaman facebook ini -> Catatan Fendy Sutrisna

Untuk menjalankan peralatan berat di dunia industri, terkadang kita membutuhkan suatu sumber AC dengan amplituda dan frekuensi yang berbeda dengan sumber AC yang disediakan oleh jaringan jala-jala/grid. Dalam hal ini jala-jala yang disediakan oleh PT.PLN adalah bertegangan 220 AC 50 Hz.

Untuk mengubah tegangan AC 50 Hz tersebut, biasanya kita menggunakan suatu rangkaian elektronika daya khusus, konverter AC-AC. Konverter AC-AC yang paling dikenal adalah cycloconverter, yang mampu menurunkan frekuensi sumber sesuai dengan frekuensi yang diinginkan.

Aplikasi Cycloconverter dapat dilihat pada industri-industri yang menggunakan motor induksi berdaya besar dan dengan kecepatan yang rendah seperti industri pengolahan semen, aplikasi pada rolling ball mill, scherbius drive, mine-winders yang berkapasitas lebih dari 20 MW.

Konverter AC-AC banyak juga dipakai pada sistem pembangkit listrik tenaga angin (PLTB) berdaya besar, dan kecepatan berubah seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut untuk sistem PLTB segala aplikasi generator.

sistem-variable-speed-ii

 (a) Sistem PLTB kecepatan berubah (variable-speed – rotor belitan)

sistem-variable-speed-iv

(b) Sistem PLTB kecepatan berubah (variable-speed back to back conventer) 

Sistem variable speed (d) dan (e) adalah sistem PLTB yang dibedakan berdasarkan jenis generator yang digunakan.

sistem-variable-speed-iii

(c) Sistem PLTB kecepatan berubah (variable-speed)  (rotor sangkar)

direct-drive-generator-permanen-magnet

(d) Sistem PLTB kecepatan berubah (variable-speed – rotor permanen magnet)

CYCLOCONVERTER DAN KONVERTER MATRIK AC-AC

Cycloconverter yang berbasis pada thyristor memiliki keterbatasan karena menghasilkan harmonisa yang tinggi, menghasilkan faktor-daya yang rendah, dan hanya mampu menurunkan frekuensi sumber. Namun karena hanya thyristor memiliki kemampuan daya yang besar dan mudah didapat hingga saat kini, untuk penerapan konverter AC-AC berdaya besar cycloconverter masih merupakan satu-satunya pilihan.

Konverter AC-AC bisa juga didesain dengan menggabungkan 2 buah atau lebih jenis konverter, yang sering disebut dengan istilah konverter matrik. Konverter matrik ini sering digunakan sebagai pengganti cycloconverter karena memiliki topologi yang lebih sederhana, biasanya berupa sistem rectirfier-inverter yang berbasis pada saklar GTO/IGBT. Sayangnya karena terbatasnya komponen saklar ini, masih sedikit perusahaan yang mampu memproduksinya dan memasarkannya. Keunggulan teknologi konverter matrik AC-AC ini adalah sudah mampu mengatasi masalah harmonisa dan faktor-daya. Frekuensinya keluaran yang lebih tinggi dari sumber juga bisa dengan mudah dihasilkan.

1. CYCLOCONVERTER

Secara sederhana rangkaian elektronika daya cycloconverter satu phasa dapat dilihat pada gambar 2(a). Untuk lebih mudah memahami kerja rangkaian ini dapat dibayangkan dengan cara membagi topologi ini menjadi 2 buah rangkaian konverter tyristor-P dan rangkaian konverter tyristor-N paralel yang nantinya bekerja secara bergantian. Konverter tyristor-P bekerja untuk membentuk arus keluaran AC pada saat periode positip-nya, sedangkan konverter tyristor-N bekerja setelahnya untuk membentuk arus keluaran AC pada periode negatifnya.

Yang perlu penulis tekankan disini, komponen utama yang digunakan pada topologi ini adalah 8 buah thyristor yang dihubungkan seperti rangkaian penyearah 1 fasa (jembatan penuh) yang dihubungkan secara anti-paralel.

Gambar 2 Prinsip Kerja Single Phase Cycloconverter

Berikut adalah salah satu contoh apabila kita ingin mengubah sumber tegangan AC 50 Hz menjadi frekuensi yang lebih rendah (pada gambar 3 menjadi 16,67 Hz). Rangkaian konverter tyristor lengan kiri bekerja sedemikian rupa dengan memainkan sudut penyalaannya selama 1,5 periode sumber. Konverter tyristor lengan kanan bekerja setelahnya dengan sudut penyalaan yang sama.

Yang perlu diperhatikan disini adalah ada banyak cara yang bisa digunakan untuk memainkan sudut penyalaan atau memainkan integral cycle tegangan sumber agar dapat menghasilkan tegangan AC frekuensi rendah yang memiliki harmonisa yang lebih kecil. Gambar 3 ini hanyalah salah satu contoh teknik kendali yang paling sederhana.

Gambar 3 Bentuk gelombang tegangan masukan dan keluaran cycloconverter

Cycloconverter 3-fasa memiliki topologi yang mirip dengan cycloconverter 1-fasa. Gambar 4 menunjukkan contoh cycloconverter 3-fasa dalam aplikasinya untuk menggerakan motor 3-fasa.

Gambar 4 Cycloconverter 3-fasa

Bentuk gelombang keluaran sinus dari cycloconverter dapat diperoleh dengan cara menambah jumlah pulsa sumbernya. Menggunakan 6-pulsa untuk cycloconverter 1 fasa, dan 12 pulsa untuk cycloconverter 3 fasa.

Gambar 5 (a) adalah bentuk gelombang keluaran dengan sumber masukan gelombang AC 6-pulsa (3-fasa). Sedangkan gambar (b) adalah bentuk gelombang keluaran dengan sumber masukan gelombang AC 12-pulsa (6-fasa). Gelombang AC enam fasa dapat dihasilkan dengan cara menjumlahkan gelombang AC tiga fasa dengan gelombang AC tiga fasa tersebut yang digeser sudutnya sejauh 30 derajat dengan menggunankan trafo tiga phasa hubungan wye-delta (trafo penggeser fasa).

Gambar 5 Bentuk Gelombang Keluaran Cycloconverter (a) dengan menggunakan 6-pulsa (b) dengan menggunakan 12-pulsa

Pada gambar 5, saat cycloconverter dihubungkan dengan beban RL, dapat dilihat bahwa setiap  konverter tyristor pada rangkaian eqivalen pernah bekerja pada fase retifying dan inverting. Apabila tegangan keluaran dan arus keluaran dari konverter bernilai positip itu artinya konverter-P bekerja sebagai penyearah. Sedangkan bila tegangan keluaran bernilai negatif dan arus keluaran bernilai positip itu artinya aliran daya mengalir dari beban ke sumber, konverter-P bekerja sebagai inverter. Pada fase berikutnya konverter-P akan berhenti bekerja kemudian konverter-N akan bekerja menggantikan peran konverter-P untuk membentuk fase selanjutnya (arus beban negatif).

Gambar 6 Kondisi kerja konverter-P dan konverter-N saat cycloconverter terhubung dengan beban RL

MATRIK KONVERTER

Untuk mengubah frekuensi suatu sumber tegangan dapat juga diperoleh melalui dua tahap berikut, yaitu mengubah sumber AC menjadi DC kemudian diubah lagi menjadi AC frekuensi tinggi (AC-DC-AC) atau AC-AC-AC, atau biasa disebut DC link dan AC lik. Untuk menghasilkan tegangan keluaran AC yang memiliki amplituda dan frekuensi yang bervariasi, biasanya inverter dikendalikan dengan kendali PWM.

Pada prinsipnya AC link dan DC link adalah sama. Yang membedakan hanya, pada AC link, tegangan bolak-balik sumber dinaikkan menjadi AC frekuensi tinggi terlebih dahulu dengan menggunkana (rectifier + inverter + transformer frekuensi tinggi), selanjutnya dengan menggunakan cycloconverter diturunkan lagi frekuensinya sesuai dengan frekuensi yang diinginkan. Dengan cara ini keterbatasan komponen GTO/IGBT dapat diatasi.

Gambar 6 DC Link Konverter Matrik AC-AC

Dukung Fendy Sutrisna untuk tetap berbagi dalam artikel ketenagalistrikan Indonesia dengan klik link LIKE, COMMENT & SHARE di halaman facebook ini -> Catatan Fendy Sutrisna

Menerima jasa Konsultasi Studi Kelayakan (Feasibility Study, FS) untuk proyek Pembangkit Listrik, konsultansi meliputi pemilihan lokasi pembangunan pembangkit listrik, studi perhitungan daya dan energi listrik, studi sistem kelistrikan, membuat estimasi biaya pembangunan pembangkit listrik mencakup analisis harga satuan pekerjaan sipil, peralatan elektrikal-mekanik, peralatan jaringan transmisi-distribusi-instalasi rumah, pajak serta biaya pengembangan; memperkirakan komponen biaya operasional (fixed & variable O&M Cost); menghitung harga tarif yang tepat, analisa finansial, dan mematangkan segala langkah pembangunan dan operasional proyek pembangunan pembangkit listrik.
WA/Line : 0813378-01378,
Email : ir.fendysutrisna@gmail.com

BACA JUGA ARTIKEL MENARIK LAINNYA : 

  1. Konverter DC-DC
  2. Inverter
  3. Rectifier
  4. Masalah Faktor Daya
  5. Kondisi Kelistrikan Indonesia
  6. Kumpulan Artikel Pembangkit Listrik

3 thoughts on “Konverter AC-AC Pengubah Frekuensi

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s