bab 6(peranti elektronik kuasa)
TRANSCRIPT
-
8/9/2019 BAB 6(Peranti Elektronik Kuasa)
1/13
Unit 6 Peranti Elektronik Kuasa
Peranti Elektronik Kuasa
Pengenalan
Peranti elektronik kuasa adalah peranti elektronik yang bertindak sebagai suis dan boleh
dikendalikan pada kadaran kuasa yang tinggi. Antara peranti-peranti yang akan
dibincangkan dalam bab ini ialah seperti :
Penerus terkawal silicon (Silicon controlled rectifier)
Triak
GTO (Gate turn off)
Diod kuasa dan
Transistor kuasa
Penerus Terkawal Silikon (SCR)
Rajah 6.1 di bawah menunjukkan struktur binaan dan rupabentuk fizikal tiristor yang
lazim digunakan. Manakala rajah 6.2 merupakan rajah simbol tiristor
Rajah 6.1 : Struktur binaan tiristor (SCR)
61
Instrumentasi 1/2010
-
8/9/2019 BAB 6(Peranti Elektronik Kuasa)
2/13
Unit 6 Peranti Elektronik Kuasa
Rajah 6.2 : Simbol Tiristor (SCR)
Struktur dan Simbol Tiristor (SCR)
SCR adalah peranti separa pengalir empat lapis seperti yang ditunjukkan pada rajah 6.1
dan rajah 6.2. Terdapat tiga Terminal yang dipanggil Anod, Katod dan Get.
Anod adalah Terminal positif peranti manakala katod adalah Terminal negatif
peranti
Get merupakan terminal yang akan menerima voltan picuan yang digunakan untuk
mengawal ON/OFF peranti
Peranti ini adalah peranti satu arah yang mana ia akan membenarkan arus mengalir
pada satu arah sahaja
Pemicuan SCR
SCR hanya akan dihidupkan (ON) apabila satu denyut arus positif dikenakan di terminal
getnya dan pada masa yang sama terminal anod adalah lebih positif berbanding katod.
Picuan ini akan menyebabkan arus pincang hadapan (forward current) mengalir dari
anod ke katod. Pada masa ini terminal anod-katod berada dalam keadaan litar pintas.
Arus pincang hadapan ini akan terus mengalir walaupun voltan picuan pada getdihentikan. Operasi SCR ini boleh dihentikan beroperasi dengan salah satu cara berikut:
a. Arus yang mengalir dikurangkan dari nilai arus pegang peranti (IH) yang boleh
didapati dari helaian data pembuat
b. Pintaskan anod dan katod
c. Arus mengalir dari arah yang bertentangan
62
Instrumentasi 1/2010
-
8/9/2019 BAB 6(Peranti Elektronik Kuasa)
3/13
Unit 6 Peranti Elektronik Kuasa
Rajah 6.3 menunjukkan bagaimana SCR dapat dihidupkan pada sumber bekalan a.t.
dengan cara memberikan voltan picuan pada terminal getnya.
Rajah 6.3 : Menghidupkan SCR pada sumber bekalan a.t
Ketika S1 dibuka tiada arus yang mengalir pada beban RL(lampu) seperti yang
ditunjukkan di rajah 6.3 (a) dan (b). Apabila suis S1 ditutup maka terminal get akan
menerima arus dan memicu SCR. Picuan ini menyebabkan arus mengalir dari anod ke
katod SCR dan lampu akan menyala. Apabila suis S1 dibuka arus masih mengalir ke
beban atau lampu masih menyala.
63
Instrumentasi 1/2010
-
8/9/2019 BAB 6(Peranti Elektronik Kuasa)
4/13
Unit 6 Peranti Elektronik Kuasa
Untuk mematikan SCR, terdapat tiga kaedah boleh dilakukan iaitu, dengan cara
memintaskan terminal anod-katod, memutuskan bekalan arus ke anod ataupan
menterbalikkan punca bekalan voltan supaya arus songsang mengalir dari katod ke
anod.
Rajah 6.4 menunjukkan bagaimana SCR dimatikan dengan cara memintaskan anod
dengan katod. Dengan ini tiada arus akan mengalir dari anod ke katod. Kaedah lain
untuk mematikan SCR adalah dengan meletakkan suis S2 seperti Rajah 6.5. Apabila
suis S2 dibuka maka tiada arus dapat mengalir dari anod ke katod atau arus pincang
hadapan adalah sifar iaitu kurang daripada Ih.
Untuk menghidupkan SCR ini maka kedua-dua suis S1 dan S2 perlu ditutup. Pada
keadaan normal SCR tidak akan hidup jika arus mengalir dari katod atau pada arah yang
bertentangan.
Kebaikan SCR yang nyata adalah dengan arus picuan yang kecil ia dapat mengawal arus
beban yang tinggi. Selain daripada itu SCR adalah sebagai peranti pensuisan yang laju.
Dengan hanya satu denyut lazimnya hanya satu mikrosaat hingga dua mikrosaat pada
get ia dapat menghidupkan SCR.
64
Instrumentasi 1/2010
-
8/9/2019 BAB 6(Peranti Elektronik Kuasa)
5/13
Unit 6 Peranti Elektronik Kuasa
Ciri-ciri SCR
Dengan mengalirnya IG iaitu arus yang disebabkan oleh voltan positif pada get seperti
Rajah 6.6 (IG2), voltan pecahtebat hadapan akan berlaku lebih awal (lihat VBRF2). Takat
VBRF boleh direndahkan lagi dengan menambah nilai IG. Begitulah seterusnya sehingga
IG dilaras kepada satu nilai yang cukup tinggi, SCR akan berfungsi seperti diod biasa
Sewaktu SCR dipincang belakang (VR), SCR tidak akan mengalirkan arus kecuali sedikit
arus bocor (arus sekat songsang). Jika VR terlalu tinggi sehingga ke takat voltan
pecahtebat songsang, SCR akan mengalir arus dari katod ke anod (arus ini dikenali
sebagai arus pecah tebat songsang), namun kemungkinan SCR akan mengalami
kerpsakan adalah sangat tinggi. Untuk memastikan SCR tidak akan mengalami
kerosakan semasa pecah tebat songsang (Reverse Breakover voltage, VRBO). Nilai
VRBO bagi sesuatu SCR boleh diperolehi daripada helaian data yang dikeluarkan oleh
pengeluar SCR tersebut. Arus Pegang (Holding current) ialah paras dimana arus SCR
berpindah daripada keadaan OFF kepada keadaan ON.
65
Instrumentasi 1/2010
-
8/9/2019 BAB 6(Peranti Elektronik Kuasa)
6/13
Unit 6 Peranti Elektronik Kuasa
Kegunaan SCR
Peranti ini sangat popular digunakan dalam pensuisan kuasa dan dalam sistem pengawal
kuasa tinggi. Ia boleh beroperasi dengan voltan yang bernilai sehingga 1000 volt dan
beroperasi pada nilai arus sehingga kepada 1000 Amp. Jika dibandingkan dengan
peranti diod biasa. Oleh kerana ia dinamakan penerus terkawal silikon maka ia banyak
terlibat dalam penukaran voltan dan arus au kepada voltan dan arus at. Ia juga
berfungsi untuk mengawal magnitud-magnitud gelombang keluaran ini. SCR juga
membolehkan pensuisan voltan dan arus beban yang besar dari sumber arus dan voltan
pensuisan yang kecil. Contoh penggunaannya adalah seperti Litar Kawalan Statik yang
boleh digunakan dalam Litar Sistem Amaran Penceroboh seperti yang ditunjukkan pada
rajah 6.7
66
RESET
R1 SCR
S1 BEBANDC
S2
Rajah 6.7 : Litar Kawalan Statik
Suis-suis S1 dan S2 adalah suis yang sentiasa tertutup. Jika salah satu suis terbukaSCR akan dihidupkan dan jika beban adalah mentol maka ia akan menyala. Apabila S1
atau S2 ditutup semula SCR masih berfungsi.
Untuk mematikan SCR suis RESET perlu dibuka semula ini menyebabkan arus yang
mengalir dari anod ke katod kurang dari Ih.
Instrumentasi 1/2010
-
8/9/2019 BAB 6(Peranti Elektronik Kuasa)
7/13
Unit 6 Peranti Elektronik Kuasa
SCR juga boleh digunakan sebagai penerus terkawal di mana voltan keluaran a.t. purata
dapat dikawal kepada nilai-nilai tertentu. Rajah 6.8 di bawah menunjukkan bagaimana
SCR digunakan pada sumber voltan a.u. untuk menghasilkan voltan keluaran a.t. yang
boleh dikawal pada beban RL. Manakala Rajah 6.9 pula menunjukkan bentuk gelombang
voltan merentasi beban RL, voltan picuan pada terminal get dan juga voltan sumber
bekalan Vs. Perhatikan voltan keluaran merentasi RL adalah merupakan voltan a.t dan
nilai puratanya boleh dikawal dengan mengawal sudut picuan (iaitu dengan melaraskan
nilai perintang bolehubah RV)
67
Instrumentasi 1/2010
-
8/9/2019 BAB 6(Peranti Elektronik Kuasa)
8/13
Unit 6 Peranti Elektronik Kuasa
Triak
Triak merupakan peranti dwi arah iaitu ia boleh beroperasi ketika masukan positif
mahupun negatif. Triak adalah peranti tiga terminal dan boleh dianggapkan dua SCR
yang disambung depan belakang.
Struktur dan Simbol
Triak mempunyai lapisan NPNP selari dengan lapisan PNPN. Jika keseluruhan struktur
PN triak diteliti, arus dilihat boleh melalui lapisan PNPN atau NPNP. Oleh kerana triak
boleh mengalirkan arus dalam kedua-dua hala, simbol triak mengandungi dua diod yang
bersemuka dalam arah yang berlawanan seperti yang ditunjukkan dalam rajah 6.10
68
MT1 MT1
N
P
N
P
GATE
N N GATE
MT2 MT2
Rajah 6.10 : Struktur dan simbol Triak
Ciri-ciri Triak
Rajah 6.11 : Graf ciri volt-ampiar untuk triak
Instrumentasi 1/2010
-
8/9/2019 BAB 6(Peranti Elektronik Kuasa)
9/13
Unit 6 Peranti Elektronik Kuasa
Graf dalam rajah 6.11 mewakili pengendalian triak yang lazim tanpa pembekalan arus
get. Apabila voltan mara bertambah, arus kecil mengalir dalam triak. Arus yang kecil ini
ialah arus bocor. Apabila voltan mara mencapai titk pecah lampau, arus pada triak mula
mengalir. Perhatikan voltan telah jatuh melintangi triak. Voltan ini dibekalkan kepada
beban.
Aplikasi Triak
Triak sesuai digunakan untuk mengawal litar yang menggunakan arus a.u. SCR adalah
merupakan peranti satu arah sahaja oleh itu ia hanya boleh beroperasi bagi separuh kitar
sahaja manakala triak, boleh beroperasi dalam kedua-dua kitar iaitu pada kitar positif dan
kita negatif. Rajah 6.12 menunjukkan salah satu contoh sambungan litar penggunaan
Triak untuk mengawal kuasa atau voltan a.u. pada beban RL. Sekiranya perintang RL
digantikan dengan lampu, maka kecerahan lampu boleh dikawal dengan melaraskan
perintang bolehubah R2.
VB(a.u) R2
R3
C1
R1
RL
Rajah 6.12 : Litar penggunaan Triak sebagai litar kawalan a.u
69
Instrumentasi 1/2010
-
8/9/2019 BAB 6(Peranti Elektronik Kuasa)
10/13
Unit 6 Peranti Elektronik Kuasa
Instrumentasi 1/2010
70
Gabungan kapasitorC1 dan perintang bolehubah R1 akan menyebabkan voltan get akan
terlengah (delayed) sebanyak darjah daripada voltan masukan. Pada separuh kitaran
positif, triak akan dipicu pada sudut manakala pada separuh kitaran negatif triak akandipicu pada sudut ( + ). Nilai ini boleh diubah dengan melaraskan nilai perintang
bolehubah R2. Voltan keluaran r.m.s. merentangi beban akan berubah berkadar
songsang dengan nilai sudut picuan di mana semakin besar nilai sudut picuan maka
semakin kecil nilai r.m.s. keluaran. Rupabentuk gelombang bagi voltan masukan VS,
voltan picuan Vgdan voltan keluaran pada beban RL, VRL adalah seperti yang ditunjukkan
pada rajah 6.13di atas.
GTO SCR (Gate Turn-off SCR)
GTO-SCR adalah satu peranti elektronik kuasa uni-kutub. Ia memerlukan picuan positif
pada terminal get untuk ON. Apabila terminal get dikenakan isyarat picuan negatif ia
akan bertukar kepada keadaan OFF. Sifat ini merupakan satu kelebihan bagi GTO-SCR
berbanding dengan SCR.
-
8/9/2019 BAB 6(Peranti Elektronik Kuasa)
11/13
Unit 6 Peranti Elektronik Kuasa
Simbol dan ciri-ciri GTO-SCR
Rajah 6.13 menunjukkan simbol GTO-SCR manakala rajah 6.14 pula menunjukkan
lengkung ciri I-V nya
71
K
iAA
iG
G
+
_
VAK
Rajah 6.13 : Simbol GTO
Rajah 6.14: Ciri-ciri i-v GTO
Instrumentasi 1/2010
-
8/9/2019 BAB 6(Peranti Elektronik Kuasa)
12/13
Unit 6 Peranti Elektronik Kuasa
GTO boleh dihidupkan dengan memberikan denyut positif kepada kaki get. GTO
akan terus berfungsi walaupun tanpa denyut positif. GTO boleh dimatikan dengan
memberikan denyut negatif kepada kaki get dan ini menyebabkan Ig negatif mengalir
dalam jumlah yang banyak. Ig negatif ini akan mengalir dalam beberapa mikrosaat
sahaja. Kedua-dua keadaan ini dikawal oleh arus get ( Ig).
Apabila Ig mencapai nilai maksimun, arus pada anod mula mengalami kejatuhan
manakala voltan, VAK yang melalui peranti ini mula meningkat. Keadaan ini boleh dilihat
pada ciri-ciri i-v dalam gambarajah 6.12.
Applikasi GTO-SCR
GTO juga berfungsi seperti SCR yang digunakan dalam pensuisan kuasa dan dalam
sistem pengawal kuasa tinggi. Ia mempunyai beberapa kelebihan jika dibandingkan
dengan SCR.
72
Instrumentasi 1/2010
-
8/9/2019 BAB 6(Peranti Elektronik Kuasa)
13/13
Unit 6 Peranti Elektronik Kuasa
Latihan :
1. Lukiskan simbol triak.
2. Lukiskan struktur binaan bagi Triak.
3. Terangkan bagaimana Triak boleh dipicukan.
4. Lakarkan graf lengkuk ciri bagi Triak.
5. Lukiskan simbol bagi GTO-SCR serta jelaskan struktur binaannya.
6. Lakarkan lengkung ciri i-vbagi GTO.
7. Apakah kegunaan GTO-SCR.
8. Dengan bantuan gambarajah, jelaskan aplikasi triak.
9. Nyatakan perbezaan simbol di antara Triak dengan GTO-SCR dengan melukiskan
gambarajah bagi kedua-dua peranti tersebut.
10. Terangkan ciri-ciri GTO-SCR.
11. Lakarkan simbol bagi SCR.
12. Terangkan dengan jelas bagaimana SCR boleh dipicukan.
13. Nyatakan tiga cara untuk menghentikan pengoperasian SCR.
14. Terangkan 2 kegunaan SCR.
15. Lakarkan graf lengkuk ciri-ciri SCR.
16. Lukiskan struktur binaan bagi tiristor ( SCR ).
17. Lukiskan litar kawalan statik dan terangkan kegunaannya.
73
Instrumentasi 1/2010