PENYEARAH ENAM-FASA JEMBATAN

PERCOBAAN 4KONVERTER SATU-FASA SETENGAH GELOMBANGA. TUJUAN PERCOBAAN

Setelah melaksanakan percobaan, diharapkan mahasiswa dapat :

Mengubah penyearah tiga-fasa gelombang penuh menjadi penyearah enam-fasa jembatan.

Menjelaskan prinsip penyearah enam-fasa jembatan.

Membuat rangkaian penyearah enam-fasa jembatan .

Mengukur besaran-besaran output dan input dari suatu rangkaian penyearah enam-fasa jembatan.

Menghitung parameter-parameter unjuk kerja suatu rangkaian penyearah enam-fasa jembatan.

Menentukan frekuensi gelombang output dari suatu rangkaian penyearah enam-fasa jembatan.

B. TEORI DASAR

Gambar 7.1 memperlihatkan diagram rangkaian sistem suplai enam-fasa 7 kawat. Dalam gambar rangkaian tersebut mengubah sistem tiga-fasa menjadi enam-fasa. Dengan menggunakan dua jenis transformator yaitu jenis step down (ct) dan step up (engkel). Tegangan bolak balik (ac) tiga-fasa empat-kawat dihubungkan ke primer transformator step down (CT) dimana besarnya polarisasi antara terminal CT ke salah satu terminal yang lain dari sekunder transformator tersebut sama dengan besarnya polarisasi pada primer. Transformator step down yang digunakan sebanyak tiga buah dengan masing-masing fasa dari sumber terhubung ke setiap transformator dan netralnya terhubung jadi satu terminal. Dengan adanya transformator step up (engkel) sebanyak enam buah maka tegangan keluaran dari ketiga transformator step down akan naik menjadi lebih besar atau sama dengan sumber. Transformator step up tersebut menghasilkan tegangan bolak balik (ac) enam fasa 7 kawat.

Gambar 7.1 Diagram rangkaian sistem suplai enam-fasa 7 kawat.

Gambar 7.2 memperlihatkan diagram penyearah enam-fasa jembatan yang menghasilkan enam-pulsa. Sumber enam-fasa yang dihasilkan oleh sistem enam-fasa akan terhubung oleh penyearah jembatan yang menggunakan 12 dioda dan dengan menggunakan beban resistif. Untuk mempermudah analisanya, maka beban yang disuplai oleh penyearah ini diambil yang bersifat resistif saja. Gambar 7.6 memperlihatkan bentuk-bentuk gelombang untuk beban resistif.

Gambar 7.4 Diagram rangkaian penyearah enam-fasa jembatan.

Untuk setiap saat terdapat dua buah dioda (satu dari cabang atas dan satu dari cabang bawah) yang konduksi secara bersamaan. Jadi kedua dioda yang konduksi ini ditentukan oleh tegangan sesaat antara fasa yang terbesar pada saat itu.

Tegangan fasa pada input penyearah dalam hal ini dimisalkan mempunyai persamaan :

va = Vm sin t .....................................................................(7-1)

vb = Vm sin (t-/3)..............................................................(7-2)

vc = Vm sin (t-2/3).............................................................(7-3)

vd = -Va = -Vm sin t............................................................(7-4)

ve = -Vb = Vm sin (t+2/3).................................................(7-5)

vf = -Vc = Vm sin (t+/3)....................................................(7-6)

dimana, Vm = harga maksimum tegangan per-fasa pada input penyearah.

t = 2ft = sudut fasa sesaat gelombang tegangan input.f = frekuensi gelombang tegangan input.

Tegangan antara fasa vad, vbe, vcf, vda, veb, vcf mengendalikan konduksinya dua buah dioda secara bersamaan.berdasarkan persamaan (7-1) sampai persamaan (7-6) maka tegangan antar fasa pada tegangan input adalah :

Vad = 2 Vm sin t ....................................................................(7-7)

Vbe = 2Vm sin (t /3)..........................................................(7-8)

Vcf = 2Vm sin (t - 2/3).........................................................(7-9)

Vda = -2 Vm sin t ...................................................................(7-10)

Veb = 2 Vm sin (t + 2/3).......................................................(7-11)

Vfc = 2 Vm sin (t + /3).........................................................(7-12)

Untuk 0 t /3, vfc adalah tegangan antara fasa sesaat yang terbesar diantara 6 tegangan antar-fasa seperti yang dinyatakan dalam persamaan

(7-7) sampai (7-12). Ini akan memberi prategangan maju pada dioda D12 dan D2 sehingga konduksi. Sepuluh buah dioda lainnya mendapat prategangan balik sehingga mem-blok. Arus mengalir dari fasa f melalui D12, beban, D2 dan kembali ke fasa c.tegangan yang muncul di beban adalah tegangan vfc.

Untuk /3 t 2/3, vad adalah tegangan antara fasa sesaat yang terbesar diantara 6 tegangan antar-fasa seperti yang dinyatakan dalam persamaan

(7-7) sampai (7-12). Ini akan memberi prategangan maju pada dioda D1 dan D2 sehingga konduksi. Sepuluh buah dioda lainnya mendapat prategangan balik sehingga mem-blok. Arus mengalir dari fasa a melalui D1, beban, D2 dan kembali ke fasa d.tegangan yang muncul di beban adalah tegangan vad.

Untuk 2/3 t 7/6, vbe adalah tegangan antara fasa sesaat yang terbesar diantara 6 tegangan antar-fasa seperti yang dinyatakan dalam persamaan

(7-7) sampai (7-12). Ini akan memberi prategangan maju pada dioda D3 dan D4 sehingga konduksi. Sepuluh buah dioda lainnya mendapat prategangan balik sehingga mem-blok. Arus mengalir dari fasa b melalui D3, beban, D4 dan kembali ke fasa e.tegangan yang muncul di beban adalah tegangan vbe.

Untuk 7/6 t 4/3, vcf adalah tegangan antara fasa sesaat yang terbesar diantara 6 tegangan antar-fasa seperti yang dinyatakan dalam persamaan

(7-7) sampai (7-12). Ini akan memberi prategangan maju pada dioda D5 dan D6 sehingga konduksi. Sepuluh buah dioda lainnya mendapat prategangan balik sehingga mem-blok. Arus mengalir dari fasa c melalui D5, beban, D6 dan kembali ke fasa f.tegangan yang muncul di beban adalah tegangan vcf.

Untuk 4/3 t 5/6, vda adalah tegangan antara fasa sesaat yang terbesar diantara 6 tegangan antar-fasa seperti yang dinyatakan dalam persamaan

(7-7) sampai (7-12). Ini akan memberi prategangan maju pada dioda D7 dan D8 sehingga konduksi. Sepuluh buah dioda lainnya mendapat prategangan balik sehingga mem-blok. Arus mengalir dari fasa d melalui D7, beban, D8 dan kembali ke fasa a.tegangan yang muncul di beban adalah tegangan vda.

Untuk 5/6 t 2, veb adalah tegangan antara fasa sesaat yang terbesar diantara 6 tegangan antar-fasa seperti yang dinyatakan dalam persamaan

(7-7) sampai (7-12). Ini akan memberi prategangan maju pada dioda D9 dan D10 sehingga konduksi. Sepuluh buah dioda lainnya mendapat prategangan balik sehingga mem-blok. Arus mengalir dari fasa e melalui D9, beban, D10 dan kembali ke fasa b.tegangan yang muncul di beban adalah tegangan veb.

Untuk 2 t 2, veb siklus kembali berulang dimana vab adalah tegangan antara fasa sesaat yang terbesar, menyebabkan dioda D12 dan D2 kembali konduksi sementara sepuluh dioda lainnya mem-block. Demikian seterusnya.

Dari pembahasan di atas dapat dikatakan bahwa dalam satu siklus, keduabelas dioda konduksi secara berurutan dimana setiap pasangan dioda akan konduksi selama 1/6 siklus (atau salama t = ). Terlihat dari Gambar 7.4, bahwa dalam satu siklus dihasilkan enam buah pulsa. Oleh karena itu penyearah ini disebut juga penyearah enam-fasa jembatan enam pulsa. Persamaan untuk tegangan output adalah :

Vo = Vfc u/ 0 t /3 dan T = /3

2 Vm sin (t + /3) u/ 0 t /3 dan T = /3..(7-13)

= Vad u/ /3 t 2/3 dan T = /3

2 Vm sin t u/ 0 t /3 dan T = /3.............(7-14)

= Vbe u/ 2/3 t 7/6 dan T = /3

2 Vm sin (t-/3) u/ 2/3 t 7/6 dan T = /3..(7-15)

= Vcf u/ 7/6 t 4/3 dan T = /3

2 Vm sin (t-2/3) u/ 7/6 t 4/3 dan T = /3..(7-16)

= Vda u/ 4/3 t 5/6 dan T = /3

-2 Vm sin t u/ 4/3 t 5/6 dan T = /3........(7-17)

= Veb u/ 5/6 t 2 dan T = /3

2 Vm sin (t + 2/3) u/ 5/6 t 2 dan T = /3.. (7-18)

Jika f dan T berturut-turut adalah frekuensi dan periode gelombang tegangan input, serta f dan T berturut-turut adalah frekuensi dan periode gelombang tegangan output (beban), maka dari Gambar 7.4 terlihat bahwa :

T = 2 .................................................................................

(7-19)

dan :

T = /3 ...............................................................................

(7-20)

Sehingga :

T = T/6 .............................................................................

(7-21)

Dan :

f = 1/T = 6/T = 6f ...............................................................

(7-22)

Jadi dapat disimpulkan bahwa frekuensi gelombang output adalah 6 kali frekuensi gelombang input. Penyearah 6-pulsa dapat pula diperoleh dengan menerapkan sistem bintang enam-fasa.

Dengan menggunakan rumus harga rata-rata dan harga efektif, maka untuk penyearah enam-fasa jembatan ini didapatkan :

Vdc = 1,90986 Vm .....................................................

(7-23)

Vrms = 1,91154 Vm .................................................................

(7-24)

Untuk beban resistif dengan resistansi R, berlaku :

Idc = 1,90986 Im .................................................................

(7-25)

Irms = 1,91154 Vm ................................................................(7-26)

Dimana :

Im = (1/) kali harga maksimum arus beban =

Arus-arus dalam salah satu dioda dan salah satu fasa pada input adalah :

Id = 1/6 Idc 0,3183 Im ...................................................(7-27)

Id(rms) = I rms 0,1804 Im .............................................(7-28)

Is (av) = 0 Im .......(7-29)

(Sebab Is bolak-balik).

Is = . Id (rms) 1,1036 Im .............................................

(7-30)C. DIAGRAM RANGKAIAN

Gambar 7.5 Diagram rangkaian penyearah enam-fasa 7 kawat jembatan.D. ALAT DAN BAHAN

Osiloskop

1 set sistem suplai 6 fasa 7 kawat

Dioda

Amperemeter

Voltmeter

Tahanan geser

Kabel secukupnya

E. PROSEDUR PERCOBAAN1. Buat rangkaian seperti pada Gambar 3. dimana beban yang digunakan adalah tahanan geser. (Rm adalah adapter tahanan geser yang di setel pada nilai resistansi 1ohm ).2. Dalam keadaan output sistem 6 fasa minimum, masukkan saklar S.

3. Naikkan tegangan antar-fasa dari output sistem 6 fasa (VS(L-L)) sesuai petunjuk.

4. Catat harga rata-rata dari tegangan output, arus beban, arus input dalam salah satu fasa, dan arus dalam salah satu dioda. [Lihat penunjukan V2, A2, A1 dan A3]. Masukkan data anda ke dalam tabel yang telah disediakan.

5. Dengan menggunakan osiloskop amati dan gambarkan bentuk gelombang dari tegangan beban, arus beban, arus input dalam salah satu fasa, dan arus dalam salah satu dioda. Catatan : harus dijaga dalam penggunaan probe agar terminal (+) tidak terhubung singkat dengan terminal (-).

6. Catat harga efektif (rms) dari tegangan output, arus beban, arus input dalam salah satu fasa, dan arus dalam salah satu dioda. [lihat penunjukan V2, A2, A1 dan A3]. Masukkan data anda ke dalam tabel yang telah disediakan.7. Ulangi langkah no.4 sampai no.6 di atas untuk nilai-nilai tegangan yang lainnya.8. Minimumkan kembali tegangan output sistem suplai 6 fasa dan buka0020saklar S, percobaan selesai.F. TABEL PENGAMATANVS(L-L)(V)Vdc(V)Idc(A)IS(av)(A)Id(A)Vrms(V)Irms(A)IS(A)Id(rms)(A)

60120

180

220

G. PERHITUNGAN DAN ANALISA HASIL PERCOBAAN

Dari data percobaan anda, hitunglah :

1. Faktor bentuk (FF)2. Faktor kerut (RF)3. Efisiensi penyearahan 4. Faktor Utilisasi suplai (TUF)5. Faktor kecuraman (CF) Berdasarkan gambar bentuk gelombang, hitunglah frekuensi gelombang output dari penyearah.

Ditinjau dari bentuk gelombangnya, berikan penjelasan atas hubungan antara Idc dan Is (av), serta antara Irms dan Is.

Bandingkan antara hasil percobaan anda dan hasil perhitungan menurut teori , serta berikan ulasan.

H. KESIMPULANBerikan kesimpulan atas hasil-hasil percobaan anda.

_1236933158.unknown

_1236947128.vsd

N1 : N2

N3 : N4

(STEP DOWN)

(STEP UP)

R

S

T

N

220 V

18 V

220 V

A

D

C

F

E

B

N

N

a

d

c

f

e

b

_1236957894.vsd

AC

D1

D3

D5

D7

D9

D11

D8

D10

D12

D2

D4

D6

A

B

C

F

E

D

VO

R

iO

iD1

_1236949132.unknown

_1236933997.unknown

_1236938177.unknown

_1236945072.vsd

REGULATOR

AC TIGA-FASA

D1

D3

D5

D4

D10

D2

D12

D8

D7

D9

SISTEM

SUPLAI

ENAM-FASA

7 KAWAT

D11

D6

Rm

V2

V3

A2

A1

V1

V1

VO

S

VL-L

A

B

C

D

E

io

R

Rm

F

R

S

T

N

Rm

iD1

is

_1236938135.unknown

_1236933452.unknown

_1236933619.unknown

_1236933334.unknown

_1236932853.unknown

_1236933060.unknown

_1236930951.unknown