bab 6(peranti elektronik kuasa)

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


2/13


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



3/13


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



4/13


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



5/13


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



6/13


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.



7/13


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



8/13


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



9/13


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



10/13



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.


11/13


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



12/13


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



13/13


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


bab 6(peranti elektronik kuasa)

Documents