BAB 6 PERANTI ELEKTRONIK KUASA 6.0 Pengenalan Peranti ...
BAB 6 PERANTI ELEKTRONIK KUASA 6.0 Pengenalan Peranti ...
BAB 6 PERANTI ELEKTRONIK KUASA 6.0 Pengenalan Peranti ...
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
<strong>BAB</strong> 6 <strong>PERANTI</strong> <strong>ELEKTRONIK</strong> <strong>KUASA</strong><br />
<strong>6.0</strong> <strong>Pengenalan</strong><br />
<strong>Peranti</strong> elektronik kuasa adalah peranti elektronik yang bertindak sebagai suis dan boleh<br />
dikendalikan pada kadaran kuasa yang tinggi. Antara peranti-peranti yang akan<br />
dibincangkan dalam bab ini ialah seperti:-<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Penerus terkawal silikon (Silicon controlled Rectifier)<br />
Triak<br />
GTO-SCR ( Gate Turn-Off SCR)<br />
Diod Kuasa dan<br />
Transistor Kuasa<br />
6.1 Penerus Terkawal Silikon (SCR)<br />
Rajah 6.1 menunjukkan struktur binaan dan rupabentuk fizikal Tiristor yang lazim<br />
digunakan. Manakala rajah 6.2 merupakan rajah simbol Tiristor.<br />
A n o d<br />
P<br />
N<br />
G e t<br />
P<br />
N<br />
K a to d<br />
Rajah 6.1 : Struktur binaan dan bentuk fizikal SCR
Rajah 6.2 : Simbol SCR<br />
6.1.1 Struktur dan Simbol SCR<br />
SCR adalah peranti separa pengalir empat lapis seperti ditunjukkan di Rajah 6.1 dan<br />
Rajah 6.2. Terdapat tiga terminal yang dipanggil Anod, Katod dan Get.<br />
<br />
<br />
Anod adalah terminal positif peranti manakala katod adalah terminal negatif<br />
peranti.<br />
Get merupakan terminal yang akan menerima voltan picuan.<br />
<strong>Peranti</strong> ini adalah peranti satu arah yang mana ia akan membenarkan arus mengalir pada<br />
satu arah sahaja.<br />
6.1.2 Pemicuan SCR<br />
SCR hanya akan dihidupkan apabila satu denyut arus positif dikenakan di terminal<br />
getnya. Picuan ini akan menyebabkan arus pincang hadapan mengalir dari anod ke<br />
katod. Apabila ini berlaku SCR berada dalam keadaan pengaliran arus pincang hadapan<br />
yang mengalir dari anod ke katod berterusan sehingga arus arus pincang hadapan tidak<br />
dibekalkan lagi.<br />
SCR ini boleh dihentikan beroperasi dengan salah satu cara berikut:<br />
a. Arus yang mengalir kehadapan dikurangkan dari nilai arus pegang<br />
peranti( I h I holding ) yang boleh didapati dari helaian data pembuat.<br />
b. Pintaskan anod dan katod.<br />
c. Arus mengalir dari arah yang bertentangan.<br />
*Nota --- Jika SCR digunakan dengan arus ulangalik, operasi akan terhenti apabila<br />
bekalan utama bertukar kutub.
Rajah 6.3<br />
Ketika S 1 dibuka tiada arus yang mengalir pada beban R L (lampu) seperti yang<br />
ditunjukkan di Rajah 6.3. Apabila suis S 1 ditutup maka terminal get akan menerima arus<br />
picuan dan memicu SCR. Picuan ini menyebabkan arus mengalir dari anod ke katod<br />
SCR dan lampu akan menyala. Apabila suis S 1 dibuka arus masih mengalir ke beban<br />
atau lampu masih menyala.<br />
Rajah 6.4 Rajah 6.5<br />
Rajah 6.4. Mematikan SCR dengan cara memintaskan terminal A-K.,<br />
Rajah 6.5. Mematikan SCR dengan cara memutuskan arus I A .<br />
Rajah 6.4 menunjukkan bagaimana SCR dimatikan dengan cara memintaskan anod<br />
dengan katod. Dengan ini tiada arus akan mengalir dari anod ke katod. Kaedah lain<br />
untuk mematikan SCR adalah dengan meletakkan suis S 2 seperti Rajah 6.5. Apabila suis<br />
S 2 dibuka maka tiada arus dapat mengalir dari anod ke katod atau arus pincang hadapan<br />
adalah sifar iaitu kurang daripada I h .<br />
Untuk menghidupkan SCR ini maka kedua-dua suis S 1 dan S 2 perlu ditutup. Pada<br />
keadaan normal SCR tidak akan hidup jika arus mengalir dari katod atau pada arah yang<br />
bertentangan.
Kebaikan SCR yang nyata adalah dengan arus picuan yang kecil ia dapat mengawal arus<br />
beban yang tinggi. Selain daripada itu SCR adalah sebagai peranti pensuisan yang laju.<br />
Dengan hanya satu denyut lazimnya hanya satu mikrosaat hingga dua mikrosaat pada get<br />
ia dapat menghidupkan SCR.<br />
6.1.3 Ciri-Ciri SCR<br />
Rajah 6.6 Lengkung ciri SCR<br />
Dengan mengalirnya I G iaitu arus yang disebabkan oleh voltan positif pada get seperti<br />
Rajah 6.6 (I G2 ), voltan pecahtebat hadapan akan berlaku lebih awal (lihat V BRF2 ). Takat<br />
V BRF boleh direndahkan lagi dengan menambah nilai I G . Begitulah seterusnya sehingga<br />
I G dilaras kepada satu nilai yang cukup tinggi, SCR akan berfungsi seperti diod biasa<br />
Sewaktu SCR dipincang belakang (VR), SCR tidak akan mengalirkan arus kecuali sedikit<br />
arus bocor (arus sekat songsang). Jika V R terlalu tinggi sehingga ke takat voltan<br />
pecahtebat songsang, SCR akan bertindak seperti diod biasa. Arus Pegang ( Holding<br />
current) ialah paras dimana arus SCR berpindah daripada keadaan tersekat kepada<br />
keadaan pengaliran.<br />
6.1.4 Kegunaan SCR<br />
<strong>Peranti</strong> ini sangat popular digunakan dalam pensuisan kuasa dan dalam sistem pengawal<br />
kuasa tinggi. Ia boleh beroperasi dengan voltan yang bernilai sehingga 1000 volt dan<br />
beroperasi pada nilai arus sehingga kepada 1000 Amp. jika dibandingkan dengan peranti<br />
diod biasa. Oleh kerana ia dinamakan penerus terkawal silikon maka ia banyak terlibat<br />
dalam penukaran voltan dan arus au kepada voltan dan arus at. Ia juga berfungsi untuk<br />
mengawal magnitud-magnitud gelombang keluaran ini. SCR juga membolehkan<br />
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<br />
dalam Litar Sistem Amaran Penceroboh seperti yang ditunjukkan pada Rajah 6.7.<br />
Rajah 6.7 : Litar Kawalan Statik<br />
Suis-suis S 1 dan S 2 adalah suis yang sentiasa tertutup. Jika salah satu suis terbuka<br />
SCR akan dihidupkan dan jika beban adalah mentol maka ia akan menyala. Apabila S 1<br />
atau S 2 ditutup semula SCR masih berfungsi.<br />
Untuk mematikan SCR suis RESET perlu dibuka semula ini menyebabkan arus yang<br />
mengalir dari anod ke katod kurang dari I h .<br />
6.2 TRIAK<br />
Triak merupakan peranti dwi arah iaitu ia boleh beroperasi ketika masukan positif<br />
mahupun negatif. Triak adalah peranti tiga terminal dan boleh dianggapkan dua SCR<br />
yang disambung depan belakang.<br />
6.2.1 Struktur Dan Simbol<br />
Triak mempunyai lapisan NPNP selari dengan lapisan PNPN. Susun atur bahan empat<br />
dan get (G). Jika keseluruhan struktur PN triak diteliti, arus dilihat boleh melalui lapisan<br />
PNPN atau NPNP. Oleh kerana triak boleh mengalirkan arus dalam kedua-dua hala,<br />
simbol triak mengandungi dua diod yang bersemuka dalam arah yang berlawanan seperti<br />
yang ditunjukkan dalam Rajah 6.8.
Rajah 6.8 : Struktur dan simbol Triak<br />
6.2.2 Ciri-ciri Triak<br />
Graf dalam Rajah 6.9 mewakili pengendalian triak yang lazim tanpa pembekalan arus<br />
get. Apabila voltan mara bertambah, arus kecil mengalir dalam triak. Arus yang kecil<br />
ini ialah arus bocor. Apabila voltan mara mencapai titk pecah lampau, arus pada triak<br />
mula mengalir. Perhatikan voltan telah jatuh melintangi triak. Voltan ini dibekalkan<br />
kepada beban<br />
.<br />
6.2.3. Aplikasi Triak<br />
Rajah 6.9. Graf ciri volt-ampiar untuk triak<br />
Triak sesuai digunakan untuk mengawal litar yang menggunakan arus A.U. SCR adalah<br />
merupakan peranti satu arah sahaja oleh itu ia hanya boleh beroperasi bagi separuh kitar<br />
positif sahaja manakala Triak boleh beroperasi dalam kedua-dua kitar iaitu pada kitar<br />
positif dan kita negatif. Rajah 6.10 menunjukkan salah satu contoh sambungan litar<br />
penggunaan Triak
Rajah 6.10 : Litar Penggunaan Triak<br />
Kapasitor C 1 akan mengecas dalam arah berbeza sehingga titik pecah lampau. Triak<br />
akan dipicukan bagi setengah kitar pertama. Triak akan terhenti beroperasi apabila arus<br />
ulangalik menghampiri sifar (arus bekalan). Nilai arus lita r akan menurun sehingga<br />
kurang daripada arus pegang (I h ). Kawalan fasa akan naik dengan melaraskan R 2 .<br />
Apabila R 2 ditambah, C 1 akan mengecas perlahan-lahan, seterusnya memicukan Triak<br />
yang kedua. Dengan penambahan ini menyebabkan tenaga yang dibekalkan kepada<br />
beban berkurangan. Apabila R 2 dikurangkan, C 1 akan mengecas dengan cepat,<br />
seterusnya memicukan Triak yang pertama. Dengan pengurangan ini menyebabkan<br />
tenaga yang dibekalkan kepada beban bertambah.<br />
6.3 GTO-SCR ( Gate Turn-Off SCR)<br />
GTO-SCR adalah satu peranti elektronik kuasa uni-kutub. Ia memerlukan picuan positif<br />
pada terminal get untuk “ON”. Apabila terminal get dikenakan isyarat picuan negatif ia<br />
akan bertukar kepada keadaan “OFF”. Sifat ini merupakan satu kelebihan bagi GTO-SCR<br />
berbanding dengan SCR.<br />
6.3.1 Simbol dan Ciri-Ciri GTO-SCR<br />
Rajah 6.11 menunjukkan simbol GTO-SCR dan rajah 16.5 pula menunjukkan lengkung<br />
ciri I-V nya.<br />
Rajah 6.11 : Simbol GTO-SCR
Rajah 6.12 : Ciri-ciri i-v GTO<br />
GTO boleh dihidupkan dengan memberikan denyut positif kepada kaki get. GTO<br />
akan terus berfungsi walaupun tanpa denyut positif. GTO boleh dimatikan dengan<br />
memberikan denyut negatif kepada kaki get dan ini menyebabkan Ig negatif mengalir<br />
dalam jumlah yang banyak. Ig negatif ini akan mengalir dalam beberapa mikrosaat<br />
sahaja. Kedua-dua keadaan ini dikawal oleh arus get ( Ig).<br />
Apabila Ig mencapai nilai maksimun, arus pada anod mula mengalami kejatuhan<br />
manakala voltan, V AK yang melalui peranti ini mula meningkat. Keadaan ini boleh dilihat<br />
pada ciri-ciri i-v dalam Rajah 6.12.<br />
6.3.2 Aplikasi GTO-SCR<br />
GTO juga berfungsi seperti SCR yang digunakan dalam pensuisan kuasa dan dalam<br />
sistem pengawal kuasa tinggi. Ia mempunyai beberapa kelebihan jika dibandingkan<br />
dengan SCR.<br />
LATIHAN<br />
1. Lukiskan simbol triak.<br />
2. Lukiskan struktur binaan bagi Triak.<br />
3. Terangkan bagaimana Triak boleh dipicukan.<br />
4. Lakarkan graf lengkuk ciri bagi Triak.<br />
5. Lukiskan simbol bagi GTO-SCR serta jelaskan struktur binaannya.<br />
6. Lakarkan lengkung ciri i-v bagi GTO.<br />
7. Apakah kegunaan GTO-SCR.
8. Dengan bantuan gambarajah, jelaskan aplikasi triak.<br />
9. Nyatakan perbezaan simbol di antara Triak dengan GTO-SCR dengan melukiskan<br />
gambarajah bagi kedua-dua peranti tersebut.<br />
10. Terangkan ciri-ciri GTO-SCR.<br />
11. Lakarkan simbol bagi SCR.<br />
12. Terangkan dengan jelas bagaimana SCR boleh dipicukan.<br />
13. Nyatakan tiga cara untuk menghentikan pengoperasian SCR.<br />
14. Terangkan 2 kegunaan SCR.<br />
15. Lakarkan graf lengkuk cirri-ciri SCR.<br />
16. Lukiskan struktur binaan bagi tiristor ( SCR ).<br />
17. Lukiskan litar kawalan statik dan terangkan kegunaannya.
Change language