konverter ac ac fasa tunggal(1)

17
a Pengendali Tegangan Bolak- Pengendali Tegangan Bolak- balik ( balik ( AC-AC Controller AC-AC Controller ) ) Lanjut Lanjut ELEKTRONIKA DAYA ELEKTRONIKA DAYA Penulis [email protected] [email protected] http://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 Dokumen Copyright © 2009 elearning- ft.unp.ac.id Seluruh 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 disertakan dalam setiap dokumen. Tidak diperbolehkan melakukan penulisan ulang, kecuali mendapatkan ijin terlebih dahulu dari penulis naskah dan admin e-learning FT UNP

Upload: purwa-agustina

Post on 15-Apr-2016

334 views

Category:

Documents


19 download

DESCRIPTION

ac to ac

TRANSCRIPT

Page 1: Konverter Ac Ac Fasa Tunggal(1)

a

Pengendali Tegangan Bolak-balik Pengendali Tegangan Bolak-balik ((AC-AC ControllerAC-AC Controller) 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.

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)

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 disertakan dalam setiap dokumen. Tidak diperbolehkan melakukan penulisan ulang, kecuali mendapatkan ijin terlebih dahulu dari penulis naskah dan admin e-learning FT UNP Padang.

Page 2: Konverter Ac Ac Fasa Tunggal(1)

a

Penerapan pengendali tegangan ac (Applications of ac Voltage Controllers)

Pengendali tegangan bolak balik 3 fasa untuk digunakan untuk keperluan: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)

Rangkaian daya Pengendali tegangan ac 2 arah menggunakan 2 buah komponen pensakelaran thyristor dengan konfigurasi anti paralel, atau menggunakan 1 buah Triacs. Arus bolak-balik dari sumber akan mengalir pada sisi beban setiap ½ siklus dari periode tegangan sumber. Nilai rms dari tegangan beban dapat divariasikan dengan cara menvariasikan besarnya sudut perlambatan penyalaan thyristor . Oleh karena tegangan dan arus suplai merupakan 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 beban resistif diperlihatkan pada gambar 1. Pengaturan besarnya daya yang mengalir/ yang diserap pada sisi beban dapat dilakukan dengan cara mengatur besarnya sudut perlambatan penyalaan dari ke dua thyrostor. Pengendali tegangan ac seperti pada gambar 1 dapat disebut juga dengan pengendalian tegangan 2 arah.

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

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

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

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

Page 3: Konverter Ac Ac Fasa Tunggal(1)

a

tegangan keluaran selama waktu sampai radian. Arus beban akan mengalir melalui thyristor terus ke beban dan kembali lagi ke sumber selama thyristor konduksi dari sampai dengan radian.

Pada saat , bilamana tegangan input tepat berada sama dengan nol, arus thyristor (yang mengalir melalui beban resistor R) juga akan menuju nol, dan menyebabkan thyristor akan padam secara alami. Pada saat ini tidak ada arus mengalir dalam rangkaian selama periode waktu sampai dengan . Thyristor akan mengalami tegangan arah maju selama siklus negatif dari tegangan suplai. Thyristor dinyalakan dengan sudut , dan tegangan keluaran akan

mengalir selama ½ siklus negatif dari tegangan sumber.dari sampai . Bilamana thyristor konduksi arus beban negatif akan mengalir dari sumber menuju thyristor , dan terus ke beban untuk seterusnya kembali ke sumber selama periode waktu sampai dengan .

Interval waktu (spacing) antara pemberian pulsa triger untuk thyristor dan dijaga on selama selang waktu radian atau 1800. Pada saat tegangan

suplai berubah menuju nol, dan menyebabkan tidak arus mengalir dari sumber menuju ke beban. Keadaan ini sekaligus menyebabkan thyristor akan berada dalam keadaan of (off state).

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

Page 4: Konverter Ac Ac Fasa Tunggal(1)

a

(a)

(b)Gambar 2. Pengubah tegangan a suplai menggunakan Triacs

Fig: bentuk Gelombang tegangan dan arus keluaran Pengendali Tegangan 2 arah.

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

Page 5: Konverter Ac Ac Fasa Tunggal(1)

a

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 diperoleh dengan menggunakan persamaan:

;

Persamaan tegangan keluaran pengendali 1 fasa 2 arah diperoleh dengan asumsi bahwa bentuk sinyal ac masukan merupakan gelombang simetris untuk satu periode. Dengan asumsi bahwa gelombang tegangan simetris, maka perhitungan dapat dilakukan untuk ½ siklus. Dengan demikian persamaan tegangan keluaran rms dapat diperoleh dengan cara:

;

; (untuk sampai dan sampai

Diperoleh:

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

Page 6: Konverter Ac Ac Fasa Tunggal(1)

a

Oleh karena

Dengan mengambil nilai akar kuadrad,diperoleh:

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

Page 7: Konverter Ac Ac Fasa Tunggal(1)

a

Nilai rms maksimum pada beban diperoleh pada waktu sudut , ini berarti bahwa tegangan beban merupakan tegangan sinus dan persis sama dengan tegangan

sumber dan mempunyai nilai efektif sebesar , perhatikan uraian di bawah ini

.

(4)

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

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

Page 8: Konverter Ac Ac Fasa Tunggal(1)

a

E. Karakteristik Pengaturan Pengendali Tegangan ac 1 fasa 2 ArahKurva karakteristik pengendalian dari pengendali tegangan 1 fasa 2 arah

dengan beban resistif dapat ditentukan dengan mengambarkan tegangan versus sudut perlambatan penyalaan ( ).

;

Dengan

Nilai rms tegangan suplai

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

Trigger angle in degrees

Trigger angle 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 pada tabel 1 di atas diperoleh kurva karakteristik pengaturan dari pengendali tegangan ac 1 fasa 2 arah seperti gambar berikut.

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

Page 9: Konverter Ac Ac Fasa Tunggal(1)

a

VO (RMS )

Tr igger angle in degrees

0 60 120 180

VS

0.2 V S

0.6V S

Gambar 2. Kurva Vo(rms) versus sudut triger

Berdasarkan gambar di atas diperoleh bahwa nilai rms tegangan keluaran/ tegangan ac pada sisi beban dapat divariasikan dari maksimum 100% pada sampai 0 volt pada � � . Jadi diperoleh range pengaturan yang cukup lebar dengan menggunakan pengendali tegangan 1 fasa 2 arah pengendalian.

Tugas latihanDiberikan rangkaian pengendali tegangan ac seperti gambar berikut

RL

T1

ACS upply

-

D 1

D 4

D 3

D 2

+

Dengan menggunakan prinsip pembahasan sebelumnya, saudara diminta untuk menjelaskan prinsip kerja rangkaian berikut ini. Pahami cara kerja rangkaian dan bandingkan bentuk sinyal keluaran pada sisi beban dengan pengendali tegangan ac 1 fasa 2 arah. Jawaban juga dikirimkan ke pembina mata kuliah bersamaan dengan jawaban soal pada modul ini.

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

Page 10: Konverter Ac Ac Fasa Tunggal(1)

a

E. Soal Latihan

1. Pengendali tegangan ac 1 fasa 2 arah mempunyai tegangan masukan 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

Daya Beban

Arus masukan sama besar dengan arus beban.

Jadi Daya masukan (VA)

Jadi

Faktor Kerja Masukan = = .

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

Page 11: Konverter Ac Ac Fasa Tunggal(1)

a

Setiap thyristor konduksi hanya setengah siklus, dengan demikian diperoleh:

Arus thyristor rata-rata

Arus thyristor efektif

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

Page 12: Konverter Ac Ac Fasa Tunggal(1)

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/ 12

Page 13: Konverter Ac Ac Fasa Tunggal(1)

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.

SC R 2

SC R 1 io

+

1 kW, 220Vheater

1 -220V

ac

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 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

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

Page 14: Konverter Ac Ac Fasa Tunggal(1)

a

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,.

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. Melanjutkan pendidikan pada jenjang Magister Teknik (S2) pada tahun 1996 di Institut Teknologi Bandung dan selesai pada tahun 1999 pada bidang Mesin-mesin Listrik dan Elektronika Daya. Meminati dan menekuni penelitian bidang Mesin listrik dan Elektronika Daya, serta Electric Drive

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