Memahami Penstabil Tegangan: Tujuan, Operasi, Jenis & Aplikasi

Apa Itu Penstabil Tegangan dan Mengapa Kita Memerlukannya? Operasi, Jenis dan Aplikasi Penstabil

Pengantar Penstabil:

Penyisipan teknologi chip mikroprosesor dan perangkat elektronik daya dalam desain penstabil tegangan AC cerdas (atau regulator tegangan otomatis (AVR)) menghasilkan supply listrik berkualitas tinggi dan stabil dalam hal penyimpangan yang signifikan dan berkelanjutan dari tegangan jaringan.

Sebagai perkembangan dari penstabil tegangan tipe rel konvensional, penstabil inovatif modern menggunakan rangkaian kontrol digital berkinerja tinggi dan rangkaian kontrol solid state yang menghilangkan penyesuaian potensiometer dan memungkinkan pengguna untuk menetapkan persyaratan tegangan melalui keypad, dengan fasilitas start dan stop output.

Ini juga menyebabkan waktu trip atau responsivitas penstabil menjadi sangat rendah, biasanya kurang dari beberapa milidetik, selain ini dapat disesuaikan dengan pengaturan variabel. Bukan lama lagi, penstabil menjadi solusi daya yang dioptimalkan untuk banyak perangkat elektronik yang sensitif terhadap fluktuasi tegangan dan telah digunakan bersama banyak perangkat seperti mesin CNC, pendingin ruangan, set televisi, peralatan medis, komputer, peralatan telekomunikasi, dan sebagainya.

Apa Itu Penstabil Tegangan?

Ini adalah perangkat listrik yang dirancang untuk menyediakan tegangan konstan beban di terminal outputnya terlepas dari perubahan di input atau supply tegangan masuk. Ini melindungi peralatan atau mesin dari over voltage, under voltage, dan lonjakan tegangan lainnya.

Ini juga disebut sebagai regulator tegangan otomatis (AVR). Penstabil tegangan disukai untuk peralatan listrik mahal dan berharga untuk melindungi mereka dari fluktuasi tegangan rendah/tinggi yang berbahaya. Beberapa peralatan ini adalah pendingin ruangan, mesin cetak offset, peralatan laboratorium, mesin industri, dan alat medis.

Penstabil tegangan mengatur tegangan input yang fluktuatif sebelum diberikan ke beban (atau peralatan yang sensitif terhadap variasi tegangan). Tegangan output dari penstabil akan tetap dalam rentang 220V atau 230V dalam kasus supply single phase dan 380V atau 400V dalam kasus supply three phase, dalam rentang fluktuasi input yang diberikan. Regulasi ini dilakukan oleh operasi buck dan boost yang dilakukan oleh rangkaian internal.

Tersedia berbagai macam regulator tegangan otomatis di pasar saat ini. Ini dapat berupa unit single atau three-phase sesuai dengan jenis aplikasi dan kapasitas (KVA) yang dibutuhkan. Penstabil three phase hadir dalam dua versi sebagai model beban seimbang dan model beban tidak seimbang.

Ini tersedia baik sebagai unit khusus untuk alat atau sebagai unit penstabil besar untuk semua alat di tempat tertentu, misalnya seluruh rumah. Selain itu, ini dapat berupa unit penstabil tipe analog atau digital.

Jenis umum penstabil tegangan meliputi penstabil yang dioperasikan manual atau dapat dialihkan, penstabil tipe relay otomatis, penstabil solid state atau statis, dan penstabil kontrol servo. Selain fungsi stabilisasi, sebagian besar penstabil dilengkapi dengan fitur tambahan seperti cut-off tegangan rendah input/output, cut-off tegangan tinggi input/output, cut-off beban berlebih, fasilitas start dan stop output, start manual/auto, display cut-off tegangan, zero voltage switching, dan sebagainya.

Mengapa Penstabil Tegangan Dibutuhkan?

Secara umum, setiap peralatan atau perangkat listrik dirancang untuk rentang tegangan input yang luas. Tergantung pada sensitivitas, rentang kerja peralatan terbatas pada nilai spesifik, misalnya, beberapa peralatan dapat menahan ± 10 persen dari tegangan rated sementara yang lain ± 5 persen atau kurang.

Fluktuasi tegangan (kenaikan atau penurunan magnitude tegangan rated) cukup umum di banyak area, terutama di garis ujung. Alasan paling umum fluktuasi tegangan adalah petir, gangguan listrik, kabeling yang rusak dan pemadaman periodik perangkat. Fluktuasi ini menyebabkan kemalangan pada peralatan atau alat listrik.

Over voltage jangka panjang akan menghasilkan

• Kerusakan permanen pada peralatan
• Kerusakan isolasi pada penggerusan
• Gangguan tidak diinginkan pada beban
• Kerugian yang meningkat pada kabel dan peralatan terkait
• Pengurangan umur pakai alat

Under voltage jangka panjang akan menghasilkan

• Kegagalan operasi peralatan
• Periode kerja lebih lama (seperti pada pemanas resistif)
• Performa peralatan yang berkurang
• Menggambar arus besar yang lebih lanjut menyebabkan panas berlebih
• Kesalahan komputasi
• Kecepatan motor yang berkurang

Jadi stabilitas dan akurasi tegangan menentukan operasi yang benar dari peralatan. Penstabil tegangan oleh karena itu memastikan bahwa fluktuasi tegangan di supply listrik masuk tidak mempengaruhi beban atau peralatan listrik.

Cara Kerja Penstabil Tegangan?

Prinsip Dasar Penstabil Tegangan untuk Melakukan Operasi Buck dan Boost

Dalam penstabil tegangan, koreksi tegangan dari kondisi over dan under voltage dilakukan melalui dua operasi penting, yaitu operasi boost dan buck. Operasi ini dapat dilakukan secara manual oleh switch atau secara otomatis melalui rangkaian elektronik. Dalam kondisi under voltage, operasi boost meningkatkan tegangan ke tingkat rated sementara operasi buck menurunkan tingkat tegangan dalam kondisi over voltage.

Konsep stabilisasi melibatkan penambahan atau pengurangan tegangan ke dan dari supply jaringan. Untuk melakukan tugas tersebut penstabil menggunakan trafo yang dihubungkan dalam konfigurasi berbeda dengan switch relay. Beberapa penstabil menggunakan trafo dengan tap pada penggerusan untuk menyediakan koreksi tegangan yang berbeda sementara penstabil servo menggunakan auto trafo untuk memiliki rentang koreksi yang luas.

Untuk memahami konsep ini, mari kita pertimbangkan trafo step down sederhana dengan rating 230/12V dan koneksinya dengan operasi ini diberikan di bawah ini.

Gambar di atas menggambarkan konfigurasi boosting di mana polaritas penggerusan secondary diorientasi sedemikian rupa sehingga tegangannya langsung ditambahkan ke tegangan primary. Oleh karena itu, dalam kondisi under voltage, trafo (baik dapat berupa tap changing atau autotransformer) dialihkan oleh relay atau switch solid state sehingga volt tambahan ditambahkan ke input voltage.

Pada gambar di atas, trafo dihubungkan dalam konfigurasi bucking, di mana polaritas kuil secondary diorientasi sedemikian rupa sehingga tegangannya mengurangi tegangan primary. Rangkaian switching mengalihkan koneksi ke beban ke konfigurasi ini selama kondisi over voltage.

Gambar di atas menunjukkan penstabil tegangan dua tahap yang menggunakan dua relay untuk menyediakan supply AC konstan ke beban selama kondisi overvoltage dan under voltage. Dengan mengalihkan relay, operasi buck dan boost untuk dua fluktuasi tegangan spesifik (salah satu under voltage, misalnya 195V dan yang lain overvoltage, misalnya 245V) dapat dilakukan.

Dalam kasus penstabil tipe trafo tap, berbagai tap dialihkan berdasarkan jumlah boost atau buck tegangan yang diperlukan. Namun, dalam kasus penstabil tipe autotransformator, motor (motor servo) digunakan bersama dengan kontak geser untuk mendapatkan boost atau buck tegangan dari autotransformator karena hanya memiliki satu penggerusan.

Jenis Penstabil Tegangan

Penstabil tegangan telah menjadi bagian integral dari banyak alat listrik rumah, industri dan sistem komersial. Awalnya, penstabil tegangan yang dioperasikan manual atau dapat dialihkan digunakan untuk boost atau buck incoming voltage guna memberikan output voltage dalam rentang yang diinginkan. Penstabil seperti itu dibangun dengan relay elektromekanis sebagai perangkat switching.

Nantinya, rangkaian elektronik tambahan mengotomatisasi proses stabilisasi dan melahirkan tap changer automatic voltage regulators. Jenis populer lain dari penstabil tegangan adalah servo stabilizer di mana koreksi tegangan dilakukan secara terus-menerus tanpa switch. Mari kita bahas tiga jenis utama penstabil tegangan.

Penstabil Tegangan Tipe Relay

Dalam jenis penstabil tegangan ini, regulasi tegangan dilakukan dengan mengalihkan relay untuk menghubungkan salah satu sejumlah tapping trafo ke beban (seperti yang dibahas di atas) baik untuk operasi boosting atau bucking. Gambar di bawah ini menggambarkan rangkaian internal penstabil tipe relay.

Ini memiliki rangkaian elektronik dan seperangkat relay selain trafo (yang dapat berupa trafo toroidal atau trafo inti besi dengan tamping yang disediakan pada secondarynya). Rangkaian elektronik terdiri dari rangkaian rectifier, operational amplifier, unit mikro kontroler, dan komponen kecil lainnya.

Rangkaian elektronik membandingkan output voltage dengan nilai referensi yang disediakan oleh sumber tegangan referensi bawaan. Setiap kali voltage naik atau turun melebihi nilai referensi, rangkaian kontrol mengalihkan relay yang sesuai untuk menghubungkan tapping yang diinginkan ke output.

Penstabil ini biasanya mengubah voltage untuk variasi input voltage ±15 persen hingga ±6 persen dengan akurasi output voltage ±5 hingga ±10 persen. Jenis penstabil ini paling populer digunakan untuk alat dengan rating rendah dalam aplikasi perumahan, komersial dan industri karena ringan dan murah. Namun, ini menderita beberapa keterbatasan seperti kecepatan koreksi voltage yang lambat, daya tahan kurang, keandalan kurang, gangguan jalur daya selama regulasi, dan tidak dapat menahan lonjakan voltage tinggi.

Penstabil Tegangan Kontrol Servo

Ini disebut simplemente sebagai servo stabilizer (berdasarkan servomekanisme yang juga dikenal sebagai negative feedback) dan namanya suggerasi menggunakan servo motor untuk mengaktifkan koreksi voltage. Ini terutama digunakan untuk akurasi output voltage tinggi, biasanya ±1 persen dengan perubahan input voltage hingga ± 50 persen. Gambar di bawah ini menunjukkan rangkaian internal servo stabilizer yang menggabungkan servo motor, autotransformer, buck boost transformer, motor driver dan rangkaian kontrol sebagai komponen penting.

Dalam penstabil ini, satu ujung primary buck boost transformer terhubung ke tap tetap autotransformer, sementara ujung lainnya terhubung ke moving arm yang dikontrol oleh servo motor. Secondary buck boost transformer terhubung secara seri dengan incoming supply yang bukanlah output penstabil.

Rangkaian kontrol elektronik mendeteksi voltage dip dan voltage rise dengan membandingkan input dengan sumber tegangan referensi bawaan. Ketika rangkaian menemukan kesalahan, ia mengoperasikan motor yang kemudian menggerakkan arm pada autotransformer. Ini dapat memberi primary buck boost transformer sehingga voltage di secondary harus menjadi output voltage yang diinginkan. Sebagian besar servo stabilizer menggunakan mikro kontroler atau prosesor bawaan untuk rangkaian kontrol untuk mencapai kontrol cerdas.

Penstabil ini dapat berupa single-phase, three-phase balanced type atau three-phase unbalanced units. Dalam single phase type, servo motor yang terpasang pada variable transformer mencapai koreksi voltage. Dalam kasus three-phase balanced type, servo motor terpasang dengan tiga autotransformer sehingga output yang stabil disediakan selama fluktuasi dengan menyesuaikan output trafo. Dalam unbalanced type servo stabilizer, tiga servo motor independen terpasang dengan tiga autotransformer dan memiliki tiga rangkaian kontrol terpisah.

Terdapat berbagai keuntungan menggunakan servo stabilizer dibandingkan dengan relay type stabilizer. Beberapa di antaranya adalah kecepatan koreksi lebih tinggi, presisi tinggi output yang stabil, mampu menahan inrush currents, dan keandalan tinggi. Namun, ini memerlukan perawatan berkala karena adanya motor.

Static Voltage Stabilizers

Seperti yang namanya suggerasi, static voltage stabilizer tidak memiliki bagian yang bergerak seperti mekanisme servo motor dalam servo stabilizer. Ini menggunakan rangkaian konverter elektronik daya untuk mencapai regulasi voltage daripada variac dalam penstabil konvensional. Memungkinkan untuk menghasilkan akurasi yang lebih besar dan regulasi voltage yang luar biasa dengan penstabil ini dibandingkan dengan servo stabilizer, dan biasanya regulasi adalah ±1 persen.

Ini pada dasarnya terdiri dari buck boost transformer, IGBT power converter (atau AC to AC converter), dan mikro kontroler, mikro prosesor, atau DSP based controller. Mikro prosesor controlled IGBT converter menghasilkan jumlah voltage yang sesuai dengan teknik pulse width modulation, dan voltage ini disuplai ke primary buck boost transformer. IGBT converter menghasilkan voltage sedemikian rupa sehingga dapat berada in phase atau 180 degrees out of phase incoming line voltage, untuk melakukan penambahan dan pengurangan voltage selama fluktuasi.

Setiap kali mikro prosesor mendeteksi voltage dip, ia mengirimkan PWM pulses ke IGBT converter sehingga converter menghasilkan voltage yang sama dengan jumlah deviasi dari nilai nominal. Output ini in phase dengan incoming supply dan disuplai ke primary buck boost transformer. Karena secondary terhubung ke incoming line, voltage yang diinduksi akan ditambahkan ke incoming supply dan voltage yang dikoreksi ini disuplai ke beban.

Demikian pula, voltage rise menyebabkan rangkaian mikro prosesor mengirimkan PWM pulses sedemikian rupa sehingga converter akan output deviasi amount voltage, yang 180 degrees out of phase dengan incoming voltage. Voltage ini di secondary buck boost transformer akan dikurangi dari input voltage sehingga operasi buck dilakukan.

Penstabil ini sangat populer dibandingkan dengan tap changing dan servo controlled stabilizers karena berbagai macam keuntungan seperti ukuran yang kompak, kecepatan koreksi sangat cepat, regulasi voltage yang luar biasa, tidak perlu perawatan karena tidak ada bagian yang bergerak, efisiensi tinggi dan keandalan tinggi.

Perbedaan antara Penstabil Tegangan dan Regulator Tegangan

Pertanyaan besar namun membingungkan diangkat di sini bahwa apa yang tepat perbedaan antara Stabilizer dan Regulator? Nah.. Keduanya melakukan tindakan yang sama yaitu untuk menstabilkan voltage tetapi perbedaan utama antara voltage stabilizer dan voltage regulator adalah:

Voltage Stabilizer: Ini adalah perangkat atau rangkaian yang dirancang untuk menyediakan voltage konstan ke output tanpa perubahan dalam incoming voltage.

Voltage Regulator: Ini adalah perangkat atau rangkaian yang dirancang untuk menyediakan voltage konstan ke output tanpa perubahan dalam load current.

Cara Memilih Penstabil Tegangan yang Tepat?

Hal terpenting yang harus dipertimbangkan sebelum membeli penstabil tegangan untuk alat adalah beberapa faktor. Faktor-faktor ini meliputi wattage yang dibutuhkan oleh alat, tingkat fluktuasi voltage yang dialami di area pemasangan, jenis alat, jenis penstabil, rentang kerja penstabil (ke mana penstabil akan mengoreksi voltage), overvoltage/under voltage cutoff, tipe rangkaian kontrol, tipe pemasangan, dan faktor lain. Di sini kami telah memberikan langkah-langkah dasar yang harus dipertimbangkan sebelum membeli penstabil untuk aplikasi Anda.

• Periksa rating daya alat yang akan Anda gunakan dengan penstabil, dengan mengamati detail nameplate (Berikut adalah contoh: Transformer Nameplate, MCB Nameplate, Capacitor nameplate dll) atau dari manual pengguna produk.
• Karena penstabil diberi rating dalam kVA (Sama halnya dengan Trafo diberi rating dalam kVA bukan kW), juga memungkinkan untuk menghitung wattage dengan hanya mengalikan voltage alat dengan maksimum rated current.
• Direkomendasikan untuk menambahkan safety margin pada rating penstabil, biasanya 20-25 persen. Ini bisa berguna untuk rencana di masa depan untuk menambahkan lebih banyak perangkat ke output penstabil.
• Jika alat diberi rating dalam watt, pertimbangkan power factor saat menghitung kVA rating penstabil. Sebaliknya, jika penstabil diberi rating dalam kW bukan kVA, kalikan power factor dengan hasil kali voltage dan current.

di bawah ini adalah live ans solved Example that how to select proper sized voltage stabilizer untuk peralatan listrik Anda

Misalkan jika alat (pendingin ruangan atau kulkas) diberi rating 1kVA. Maka, safe margin 20 persen adalah 200 watt. Dengan menambahkan watt ini ke rating aktual kita mendapatkan 1200 VA wattage. Jadi penstabil 1.2 kVA atau 1200 VA lebih disarankan untuk alat. Untuk kebutuhan rumah tangga penstabil 200 VA hingga 10 kVA disukai. Dan untuk aplikasi komersial dan industri, penstabil single dan three phase dengan rating besar digunakan.

Semoga informasi yang disajikan bermanfaat dan berguna bagi pembaca. Kami ingin pembaca mengekspresikan pendapat mereka tentang topik ini dan menjawab pertanyaan sederhana ini – apa tujuan fitur komunikasi RS232/RS485 pada penstabil tegangan modern, di bagian komentar di bawah.