1.-Pendahuluan.ppt

ELEKTRONIKA DAYA

Oleh:ALFITH, S.Pd, M.Pd

( PENDAHULUAN )

MateriA. Komponen-komponen elektronika daya, cara kerja dan

karakteristiknya (dioda, transistor, SCR, triac, IGBT, UJT, photo voltaik),

B. Aplikasi komponen-komponen elektronika daya, penyearah 1-fasa dan 3 fasa, rangkaian daya dan pengendali, rangkaian rectifier , DC Choper , inverter dan cycloconverter, komutasi natural dan komutasi paksa.

Tujuan: Mempelajari beberapa macam komponen elektronika yang berdaya

besar dan memahami rangkaian, karakteristik dan penggunaannya pada sistem tenaga listrik.

SILABUS

Kepustakaan:1. Mohan, Ned Undeland and Robbins, Power Electronics:

Converters,Applications and Design, Singapore: John Wiley & Sons Inc., 1989.

2. Rashid, M.H., Power Electronics: Circuits, Devicesand Applications, Englewood Cliffs, New Jersey: Prentice Hall, 1988.

3. Muhammad H Rasyid, “Elektronika daya “ Rangkaian , Devais, dan Aplikasinya “ edisi bahasa Indonesia, jilid 1, PT. Prenhalindo, Jakarta, 1999

4. Zuhal, “ Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya ”, PT.Gramedia,1993.

ELEKTRONIKA DAYA

Materi Kuliah

1. Pendahuluan2. Dioda Semikonduktor3. Rangkaian Dioda Penyearah4. Thyristor5. Penyearah Terkendali6. Pengontrol Tegangan AC7. Transistor Daya8. DC-Chopper9. Aplikasi ELDA pada STL10.Aplikasi Elda pada Industri

Elektronika daya merupakan suatu bidang pengetahuan elektronika yang mempelajari penggunaan komponen-komponen elektronik untuk pengendalian komponen daya dengan tujuan melakukan konversi energi listrik, pengaturan energi listrik atau pemutusan energi listrik.

Teknik elektronika daya merupakan salah satu cabang elektro teknik yang bergerak dibidang teknik penggunaan semikonduktor.

Pengertian Dasar Elektronika Daya

Sistem elektronika daya terdiri dari dua buah circuit (rangkaian) yaitu:

a). Rangakaian daya Rangkaian daya bekerja atas pulsa-pulsa triger atau bersifat sebagai saklar elekrtonik

b). Rangkaian elektronik. Rangkaian elektronik adalah bagian yang berfungsi menerima informasi, membangkitkan sinyal dan memberikannya ke rangkaian daya dalam bentuk pulsa trigger.

Pengertian Dasar Elektronika Daya

Kebutuhan akan pengendalian daya elektrik dari sistem penggerak motor listrik dan sistem kendali industri telah ada sejak lama, dan kebutuhan ini mengarah pada pengembangan awal dari sistem Ward-Leonard untuk mendapatkan tegangan dc varibel untuk pengendalian penggerak motor dc.

Elektronika daya menghasilkan revolusi pada konsep kendali daya untuk konversi energi dan untuk pengendalian penggerak motor listrik.

Elektronika daya menggabungkan konsep-konsep tentang energi, elektronika dan kendali

Penerapan Elektronika Daya

Pengendalian berkaitan dengan karakteristik dinamik dan karakteristik keadaan tunak dari system lup tertutup. Konsep-konsep energy akan berkaitan dengan peralatan daya baik statis maupun berputar untuk pembangkitan, transmisi dan distribusi energi elektrik.

Elektronika daya membahas peralatran solid state dan rangkaian pemrosesan sinyal untuk dapat memenuhi tujuan pengendalian yang akan dicapai.

Elektronika daya didefenisikan sebagai penerapan elektronika solid-state untuk pengendalian dan konversi energi elektrik. Saling keterkaitan antara ENERGI, ELEKTRONIKA DAN PENGENDALIAN

Penerapan Elektronika Daya

HUBUNGAN ELEKTRONIKA DAYA TERHADAP DAYA, ELEKTRONIK DAN KONTROL

KontrrolAnalog/Digital

Piranti daya statis/rotasi

Elektronik devais/ Digital

Daya

Elektronik

DEVICES SEMICONDUKTOR

DAYA

Dioda daya

Thyristor

BJT (Power bipolar Junction Transistor)

MOSFET daya

IGBT (Insulated-gate bipolar transistor ) dan SIT (Static Inductic Transistor)

Suatu diode memiliki dua terminal yakni KATODA dan ANODA . Dioda Schottky memiliki tegangan on-state yang rendah dan waktu pemulihan yang kecil, berkisar pada orde nano detik. Arus bocor bertambah sesuai dengan rating tegangan, dan rating tegangan diode Schottky akan terbatas hingga100 V, 300A

Suatu dioda akan akan tersambung ketika tegangan anoda lebih tinggi dari tegangan katoda, dan tegangan jatuh maju (forward voltage drop) dari dioda sangat kecil berkisar antara 0,5 volt – 1,2 volt.

Jika tegangan katoda lebih besar dari tegangan anoda, maka dioda dikatakan dalam keadaan blocking mode.

DIODA DAYA

DIODA SERBAGUNA

DIODAPEMULIHAN

CEPAT

DIODASCHOTTKY

Type-type Dioda

Thyristor mempunyai tiga buah terminal yakni ANODA, KATODA dan GATE. Ketika suatu arus kecil melewati terminal gate ke katoda, thyristor akan akan tersambung jika terminal tegangan anoda lebih tinggi dari katoda.

Begitu katoda berada pada mode tersambung, rangkaian gate tidak lagi memegang kendali dan thyristor akan tetap tersambung. Ketika thyristor berada pada mode tersambung, tegangan jatuh majunya sangat kecil ( 0,5 sampai 2 Volt). Thyristor yang tersambung dapat dimatikan dengan membuat tegangan anoda sama atau lebih kecil dari tegangan katode.

Thyristor

Forced commut

ated thyristor

Line commut

ated thyristor

Gate turn off thyrist

or (GTO)

Reserve conducti

ng thyristor

(RCT)

static induction thyristor (SITH)

gate assiated turn off thyristor (GATT)

Light activated

silicon controlled

rectifier (LASCR)

Mos controlle

d thyristor

(MCT)

Type-type Thyristor

Natural atau line commutated thyristor tersedia hingga rating 6000V, 3500 A. Turn-off time ( waktu mati ) dari high-speed reverse blocing thyristor telah meningkat hingga mungkin telah meningkat hingga mungkin mencapai 10 sampai 20 μ detik pada thyristor 1200V, 2000A. Turn-off time ( waktu mati ) didefenisikan sebagai interval waktu antaar saat arus utama menjadi nol setelah proses pensaklaran eksternal dari rangkaian tegangan utama, dan ketika thyristor mampu menangani tegangan utama tertentu dapat dihidupkan

RCT dan GATT digunaka secara luas pada proses pensaklaran high speed, terutama pada aplikasi traksi. Suatu RTC dapat dianggap sebagai thyristor dengan invers parallel diode. RTC tersedia hingga rating 2500 V, 1000A, ( dan 400 A pada reverce conduction ) dengan waktu pensaklaran 40 μ detik. GATT yang tersedia hinga 1200V. 400A μ detik dengan kecepatan pesaklaran 8 μ detik .

LACSR dengan rating 6000V, 1500A dengan waktu pensaklaran 200 sampai 400 μ detik. Dan cukup baik untuk system tenaga tegangan tinggi terutama HVDC.

GTO dan SITH merupakan self turn off thyristor yang dihidupkan dengan memberikan suatu pulsa positif ke gate dan dimatikan dengan pemberian pulsa negative pada gate .

MOSFET DAYA

Mosfet daya merupakan komponen yang dikendalikan oleh tegangan dan memerlukan arus masukan yang kecil. Kecepatan switching sangat tinggi, dan waktu switching memiliki orde nanodetik.

Mosfet daya digunakan untuk konverter kecepatan tinggi dan tersedia pada rating daya yang relatif rendah pada daerah 1000 Volt 50 Amper pada frekuensi beberapa puluh kHz. Mosfet tidak memiliki masalah fenomena breakdown tetapi memiliki persoalan pengosongan muatan elektro statis Mosfet relatif lebih sulit di proteksi terhadap kondisi hubung singkat

MOSFETDEPLEKSI

MOSFET ENHACEMENT

Type-type Mosfet

IGBT= Insulated-Gate Bipolar Transistor Merupakan voltage-controlled power transistor yang secara umum

memeiliki kecepatan yang tinggi walaupun tidak secepat transistor. IGBT menyediakan karaktewristik drive dan keluaran yang lebih superior dan cocok diterapkan pada tegangan tinggi, arus yang lebih besar dan frekuensi diatas 20 kHz.

IGBT yang btersedia hingga rating 1200 Volt, 400 Amper

SIT (Static Induction Transistor) Merupakan devais frekuensi tinggi dan daya besar, merupakan versi

solid-state dari tabung trioda vacum. SIT memiliki karakteristik noise yangb rendah, distorsi kecil dan

daya pada frekuensi audio yang tinggi. Waktu pensaklaran rendah hingga mencapai 0,25 μ detik. Rating

yang tersedia saat ini hingga 1200 Volt, 300 Amper dengan kecepatan pensaklaran 100KHz.

SIT digunakan untuk aplikasi daya dan frekuensi tinggi , misalnya :- penguat audio - VHF/UHF - Gelombang Mikro

IGBT dan SIT

Untuk pengendalian daya elektrik atau pengkodisian daya, konversi daya elektrik dari satu bentuk kebentuk yang lain menjadi penting dan karakteristik pensaklaran dari peralatan-peralatan elektronika daya memungkinkan hal ini.

Suatu converter dapat dipandang sebagai matriks pensaklaran. Rangkaian elektronika daya tdd enam tipe yakni :1. Penyearah dioda2. Penyearah terkontrol ( converter ac – dc )3. Kontroler tegangan ac ( converter ac – ac)4. DC- Chopper ( converter dc – dc)_5. Inverter ( converter dc –ac)6. Saklar /switch statis

Tipe-tipe Rangkaian Elektronika Daya

Pengoperasian konverter daya didasarkan pada proses pensaklaran dari device (peralatan) semikonduktor daya, dan sebagai hasilnya konverter akan menghasilkan harmonisa tegangan dan harmonisa arus ke suplay daya sistem dan keluaran konverter. Hal ini akan menyebabkan masalah didtorsi pada;

tegangan out put. Pembangkitan harmonisa pada suply daya sistem Dan interferensi dengan pensinyalan dan komunikasi

Untuk mengatasi hal ini biasanya diperlukan penapisan ( filter) pada masukan dan keluaran sistem konverter untuk mereduksi tingkat harmonisa ke tingkat yang dapat ditolerir.

Efek-efek pengoperasian konverter

Kuantitas masukan atau keluaran dari suatu konverter dapat berupa AC atau DC. Faktor-faktor seperti Total Harmonic Distortion ( THD ), Diaplacement Factor (DF ), Input Power Factor ( IPF ) merupakan ukuran dari kwalitas bentuk gelombang.

Untuk mengevaluasi kinerja dari konverter, tegangan/ arus masukan dan keluaran dapat dengan menggunakan Deret Fourier. Kualitas dari suatu konverter daya ditentukan oleh kualitas bentuk gelombang

tegangan arus.

Efek-efek pengoperasian konverter

Gambar : Sistem penyearah daya

Sumberdaya

Tapismasukan

PenyearahDaya

TapisKeluaran

Pembangkit sinyalKontrol

pensaklaran

Keluaran

TERIMA KASIH