konverter AC

a

Pengendali Tegangan Pengendali Tegangan Bolak-balik (Bolak-balik (AC-AC AC-AC ControllerController) Lanjut) Lanjut

ELEKTRONIKA DAYAELEKTRONIKA DAYA

[email protected]@yahoo.comhttp://www.aswadiwordpress.com

A. Objektif

Setelah pelajaran ini diharapkan mahasiswa mampu:

1. Menjelaskan prinsip kerja dari pengendali tegangan 3 fasa

satu arah sebagai penghasil tegangan ac variable

2. Menggambarkan bentuk gelombang tegangan dan arus keluaran

pengendali tegangan 3 fasa satu arah .

3. Mendeskripsikan penerapan Thyristor pada proses pengendalian

tegangan keluaran pengendali tegangan 3 fasa satu arah.

http://elearning-ft.unp.ac.id/ 1

Lisensi DokumenCopyright © 2009 elearning- ft.unp.ac.idSeluruh dokumen di e-learning FT UNP Padang dapat digunakan secara bebas oleh mahasiswa peserta e-learning untuk tujuan bukan komersial (nonprofit), dengan syarat tidak menghapus atau merubah atribut penulis dan pernyataan copyright yang disertakandalam setiap dokumen. Tidak diperbolehkan melakukan penulisan ulang, kecuali mendapatkan ijin terlebih dahulu dari penulis naskah dan admin e-learning FT UNP

a

4. Menganalisis dan mengevaluasi unjuk kerja pengendali

tegangan 3 fasa satu arah .

B. Pendahuluan

Setiap jenis pengendali tegangan bolak-balik 3 fasa

dapat dikategorikan menjadi:

1. Pengendali tegangan 3 fasa satu arah (one directional ac-

ac converter)

2. Pengendali tegangan 3 fasa dua arah (two directional ac-

ac converter)

Penerapan pengendali tegangan ac (Applications of ac VoltageControllers)

Pengendali tegangan bolak balik 3 fasa untuk digunakan untukkeperluan:

1. Pengaturan pencahayaan pada rangkaian daya bolak-balik.2. Sistem pemanasan dengan prinsip induksi (Induction

heating.)3. Sistem pemanasa pada industri dan rumah tangga (Industrial

heating & Domestic heating).4. Pengubah tap pada transformator tenaga (Transformer tap

changing (on load transformer tap changing).5. Pengendali kecepatan motor induksi (single phase and poly

phase ac induction motor control).6. Pengendali sistem kemagnitan dengan suplai ac (AC magnet

controls.)

C. Pengendali Tegangan ac 2 Arah (Full Wave ac Voltage Controller)

http://elearning-ft.unp.ac.id/ 2

a

Rangkaian daya Pengendali tegangan ac 2 arahmenggunakan 2 buah komponen pensakelaran thyristor dengankonfigurasi anti paralel, atau menggunakan 1 buah Triacs.Arus bolak-balik dari sumber akan mengalir pada sisibeban setiap ½ siklus dari periode tegangan sumber. Nilairms dari tegangan beban dapat divariasikan dengan caramenvariasikan besarnya sudut perlambatan penyalaanthyristor . Oleh karena tegangan dan arus suplaimerupakan arus bolak-balik dengan gelombang simetris,maka tidak terdapat komponen dc dari arus masukan,berarti juga arus suplai rata-rata adalah nol.Konfigurasi pengendali tegangan ac 1 fasa dengan bebanresistif diperlihatkan pada gambar 1. Pengaturan besarnyadaya yang mengalir/ yang diserap pada sisi beban dapatdilakukan dengan cara mengatur besarnya sudut perlambatanpenyalaan dari ke dua thyrostor. Pengendali teganganac seperti pada gambar 1 dapat disebut juga denganpengendalian tegangan 2 arah.

Gambar 1. Rangkaian Daya Pengendali Tegangan ac 1 Fasa Dengan komponen pensakelaran Thyristor.

Thyristor akan mengalami tegangan arah majuselama ½ siklus dari tegangan suplai. Thyristor dinyalakan dengan sudut perlambatan penyalaan

. Dengan asumsi bahwa kondisi aktif (ON)thyristor sebagai sebuah sakelar ideal, tegangan suplaiakan sampai pada terminal beban dan tegangan keluaran

selama waktu sampai radian. Arus beban akanmengalir melalui thyristor terus ke beban dan kembali

http://elearning-ft.unp.ac.id/ 3

a

lagi ke sumber selama thyristor konduksi dari sampai dengan radian.

Pada saat , bilamana tegangan input tepatberada sama dengan nol, arus thyristor (yang mengalirmelalui beban resistor R) juga akan menuju nol, danmenyebabkan thyristor akan padam secara alami. Padasaat ini tidak ada arus mengalir dalam rangkaian selamaperiode waktu sampai dengan . Thyristor akan mengalami tegangan arah maju selama siklus negatifdari tegangan suplai. Thyristor dinyalakan dengan sudut

, dan tegangan keluaran akan mengalir selama ½siklus negatif dari tegangan sumber.dari sampai

. Bilamana thyristor konduksi arus beban negatifakan mengalir dari sumber menuju thyristor , dan teruske beban untuk seterusnya kembali ke sumber selamaperiode waktu sampai dengan .

Interval waktu (spacing) antara pemberian pulsatriger untuk thyristor dan dijaga on selama selangwaktu radian atau 1800. Pada saat tegangansuplai berubah menuju nol, dan menyebabkan tidak arusmengalir dari sumber menuju ke beban. Keadaan inisekaligus menyebabkan thyristor akan berada dalamkeadaan of (off state).

http://elearning-ft.unp.ac.id/ 4

a

(a)

(b)

http://elearning-ft.unp.ac.id/ 5

a

Gambar 2. Pengubah tegangan a suplai menggunakan Triacs

Fig: bentuk Gelombang tegangan dan arus keluaranPengendali Tegangan 2 arah.

Persamaan pentingTegangan sumber

;

Tegangan jepit pada beban resistor ; ;

for and

Arus beban

;

for and

D. Penentuan Persamaan Tegangan Efektif pada beban

Persamaan tegangan efektif pada beban diperolehdengan menggunakan persamaan:

;

Persamaan tegangan keluaran pengendali 1 fasa 2 arahdiperoleh dengan asumsi bahwa bentuk sinyal ac masukanmerupakan gelombang simetris untuk satu periode. Denganasumsi bahwa gelombang tegangan simetris, makaperhitungan dapat dilakukan untuk ½ siklus. Dengan

http://elearning-ft.unp.ac.id/ 6

a

demikian persamaan tegangan keluaran rms dapat diperolehdengan cara:

;

; (untuk sampai dan sampai

Diperoleh:

http://elearning-ft.unp.ac.id/ 7

a

Oleh karena

Dengan mengambil nilai akar kuadrad,diperoleh:

http://elearning-ft.unp.ac.id/ 8

a

Nilai rms maksimum pada beban diperoleh pada waktusudut , ini berarti bahwa tegangan beban merupakantegangan sinus dan persis sama dengan tegangan sumber dan

mempunyai nilai efektif sebesar , perhatikan uraian

di bawah ini.

(4)

Pembahasan di atas juga menunjukkan bahwa nilaimaksimum tegangan rms pada beban terjadi pada suduttriger dan akan minimum (0 volt) pada sudut triger

.

E. Karakteristik Pengaturan Pengendali Tegangan ac 1 fasa 2Arah

Kurva karakteristik pengendalian dari pengendalitegangan 1 fasa 2 arah dengan beban resistif dapatditentukan dengan mengambarkan tegangan versussudut perlambatan penyalaan ( ).

;

http://elearning-ft.unp.ac.id/ 9

a

Dengan

Nilai rms tegangan suplai

Tabel 1. Hasil perhitungan Vo(rms) versus sudut triger

Trigger angle

in degrees

Triggerangle

in radians%

0 0 100% 0.985477 98.54%

0.896938 89.69%

0.7071 70.7% 0.44215 44.21%

0.1698 16.98%

0 0

Berdasarkan data hasil perhitungan seperti padatabel 1 di atas diperoleh kurva karakteristik pengaturandari pengendali tegangan ac 1 fasa 2 arah seperti gambarberikut.

http://elearning-ft.unp.ac.id/ 10

a

V O (R M S )

Trigger angle in degrees

0 60 120 180

V S

0.2 V S

0.6 V S

Gambar 2. Kurva Vo(rms) versus sudut triger

Berdasarkan gambar di atas diperoleh bahwa nilai rmstegangan keluaran/ tegangan ac pada sisi beban dapatdivariasikan dari maksimum 100% pada sampai ‘0’volt pada . Jadi diperoleh range pengaturan yangcukup lebar dengan menggunakan pengendali tegangan 1 fasa2 arah pengendalian.

Tugas latihanDiberikan rangkaian pengendali tegangan ac seperti gambarberikut

R L

T1

A CS upply

-

D 1

D 4

D 3

D 2

+

http://elearning-ft.unp.ac.id/ 11

a

Dengan menggunakan prinsip pembahasan sebelumnya,saudara diminta untuk menjelaskan prinsip kerja rangkaianberikut ini. Pahami cara kerja rangkaian dan bandingkanbentuk sinyal keluaran pada sisi beban dengan pengendalitegangan ac 1 fasa 2 arah. Jawaban juga dikirimkan kepembina mata kuliah bersamaan dengan jawaban soal padamodul ini.

E. Soal Latihan

1. Pengendali tegangan ac 1 fasa 2 arah mempunyai teganganmasukan efektif 120 V dan beban resistif 6 ohm.Besarnya sudut perlambatan penyalaan thyristor .Tentukan:a. Tegangan efektif keluaran (volt). b. Daya keluaran (Watt)c. Faktor Kerja Masukand. Arus thyristor rata-rata dan efektif.

Penyelesaian:

Besarnya tegangan efektif keluaran

Arus efektif keluaran

http://elearning-ft.unp.ac.id/ 12

a

Daya Beban

Arus masukan sama besar dengan arus beban.

Jadi Daya masukan (VA)

Jadi

Faktor Kerja Masukan = =

.

Setiap thyristor konduksi hanya setengah siklus, dengandemikian diperoleh:

Arus thyristor rata-rata

Arus thyristor efektif

http://elearning-ft.unp.ac.id/ 13

a

http://elearning-ft.unp.ac.id/ 14

a

2. Pengendali tegangan ac 1 fasa 1 arah menggunakan 1 buah

thyrisor dan 1 buah dioda yang terpasanga secara

antiparalel dan terhubung pada beban pemanas (heater)

1 kW, 230 V. Tentukan daya beban untuk sudut penyalaan

thyristor sebesar 450.

Penyelesaian: ;

Pada tegangan suplai standard 230V, daya disipasi pemanas 1KW .

Jadi

Tahanan pada pemanas

Tegangan rms keluaran

; untuk sudut penyalaan

Besarnya arus efektif keluaran

Daya beban

http://elearning-ft.unp.ac.id/ 15

a

F. EVALUASI

1. Tentukan besarnya arus rata-rata dan arus efektif yang mengalir melalui beban pemanas dari rangkaian pada gambar. Sudut penyalaan kedua SCR adalah 450.

S C R 2

S C R 1 io+

1 kW , 220Vheater

1-220Vac

2. Suatu pengendali tegangan 1 fasa digunakan untuk

mengontrol aliran daya dari sebuah sumber tegangan

sebesar 220 V, 50 Hz ke beban yang terdiri dari R = 4

dan L = 6 .. Hitung:

a. Range sudut pengendalian

b. Arus rms beban maksimum

c. Faktor kerja maksimum

d. Arus thyristor rms maksimum.

3. Anda diminta untuk menemukan 2 buah contoh soal

mengenai regulator tegangan ac berikut dengan

jawabannya. Contoh soal dapat anda peroleh dari buku

http://elearning-ft.unp.ac.id/ 16

a

teks, learning material, dst. Berikan tanggapan anda

tentang contoh soal tersebut, misalnya berkaitan dengan

ketuntasan dan kejelasan pembahasan, tingkat kesukaran

dsb.

Catatan: Tugas ini harus Saudara dikerjakan masing-masing.

Jawabannya dikirim lewat email dengan alamat seperti yang

tertera pada modul ini dan telah sampai pada Dosen

Pembimbing paling lambat 2 minggu terhitung dari tanggal

modul ini Saudara download. Harap sertakan keterangan

tanggal Saudara men download modul ini.

Penilaian jawaban modul ini akan memperhitungkan jawaban

yang masuk tepat pada waktunya

H. PENUTUP

Pembahasan yang telah dilakukan pada bagian ini

telah menyelesaikan materi mengenai regulator tegangan 1

fasa dengan pengendalian 1 arah dan pengendalian 2 arah.

Pemahaman tentang cara kerja, menggambarkan rangkaian

daya dan gelombang arus masukan dan keluaran serta

menggunakan rumus-rumus singkat (rumus akhir dari setiap

pembahasan) tetap merupakan fokus dari materi ini. Agar

pemahaman Saudara lebih mantap, coba Saudara kerjakan

lagi soal yang ada tanpa melihat modul ini. Saudara

dipastikan telah dapat memahami materi dalam modul ini

dengan baik, jika Saudara dapat mengerjakannya tanpa

melihat catatan,.

http://elearning-ft.unp.ac.id/ 17

a

I. Daftar Pustaka1. Cyril W. Lander (1981), Power Electronics

2. DA Badley (1995), Power Electronics

3. PC. Sen (1985). Principles of Electrical Machines and Power

Electronics.

4. Mohan (1989), Power Electronics, Converter Application and Design.

J. Biografi Penulis

Aswardi, lahir di Bukit Tinggi 21 Februari 1959.Menamatkan pendidikan pada jenjang strata 1 (S1)pada Fakultas pendidikan Teknologi dan Kejuruan(FPTK) IKIP Padang tahun 1983. Melanjutkanpendidikan pada jenjang Magister Teknik (S2) padatahun 1996 di Institut Teknologi Bandung danselesai pada tahun 1999 pada bidang Mesin-mesinListrik dan Elektronika Daya. Meminati danmenekuni penelitian bidang Mesin listrik danElektronika Daya, serta Electric Drive

http://elearning-ft.unp.ac.id/ 18