MAKALAH DASAR TENAGA LISTRIK

APLIKASI ELEKTRONIKA DAYA (ELDA)

NAMA : WIDYAWAN

NIM : D41113519

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS HASANUDDIN

2015

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa atas segala limpahan Rahmat, Inayah,

Taufik dan Hinayahnya sehingga makalah DASAR TENAGA LISTRIK, aplikasi

ELDA elktronika daya .dapat terselesaikan. Harapan saya semoga makalah ini

membantu menambah pengetahuan dan pengalaman bagi para pembaca.

Dalam penyusunan makalah ini masih banyak kekurangannya, untuk itu

penyusun mengharapkan saran serta kritik demi perbaikan yang akan datang. Semoga

makalah ini dapat bermanfaat bagi kita semua.

Makassar, 03 Desember 2015

DAFTAR ISI

Sampul……………….........................................................................

Kata Pengantar ..................................................................................... ii

Daftar Isi ..................................................................................... iii

BAB I Pendahuluan ................................................................................ 1

Latar Belakang………………................................................................ 1

Tujuan…………………………………………………………………. 1.2

BAB II Pembahasan…………………………………………………… 2

Definisi Elektronika daya……………………………………………… 2.1

Konversi Daya..………………………………………………………… 2.3

Komponen Elektronika daya…………………………………………… 2.4

Aplikasi Elektronika Daya……………………………………………… 3

BAB III Penutup………………………………………………………. 3

Kesimpulan………………………………………………………………. 4

Daftar Pustaka ..................................................................................... 5

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang

Elektronika daya merupakan cabang ilmu elektronika yang berkaitan dengan pengolahan dan pengaturan daya listrik yang dilakukan secara elektronis (Rashid, M,2008). Elektronika daya berkaitan dengan pengolahan atau pemrosesan energi listrik, yakni mengubah daya listrik dari satu bentuk kebentuk lainnya dengan mengendalikan atau memodifikasi bentuk tegangan atauarusnya menggunakan peranti elektronik (Singh, 2008). Ruang lingkup elektronika daya meliputi: Elektronika, Teori rangkaian listrik, Sistem kontrol, Elektromagnetika, Mesin – mesin listrik, Sistem tenaga listrik, Komponen semikonduktor dan komputer (Acha, E, 2002). Sistem elektronika merupakan dasar utama pada aplikasi elektronika daya. Sistem elektronika akan membahas tentang peralatan elektronika yang terdiri dari semikonduktor dan komponen lainnya dalam suatu rangkaian elektronika. Untuk mempelejari elektronika daya diperlukan pemahaman terhadap materi rangkaian elektronika baik analog maupun digital.Sistem Tenaga Listrik, objek utama dalam apliksasi elektronika daya dimana peralatan dan sistem yang memiliki daya (tegangan dan arus) listrik yang cukup besar. Oleh karena itu untuk lebih memahami elektronika daya diperlukan pemahaman yang baik terhadap sistem tenagalistrik.

Sistem Kontrol, aplikasi elektronika daya pada umumnya untuk melakukan pengontrolan aplikasi di industri. Oleh karena itu diperlukan pemahaman yang baik terhadap teknik dan sistem kontrol berbagai peralatan yang digunakan di industri. Contoh pengaturan yang paling sering ditemui adalah pengaturan kecepatan putar motor listrik, pengaturan torsi motor listrik, pengaturan kecepatan aliran (flow) minyak, gas, pengaturan temperature, pengaturan tekanan, pengaturan kecepatan conveyor, pengaturan gerakan peralatan di industri dan pengaturan-pengaturan parameter lainnya. Sistem komputer aplikasi industri sekarang ini kebanyakan sudah terintegrasi dengan sistem komputer. Untuk melakukan pengaturan berbagai peralatan di industri dilakukan secara remote dan hasilnya dapat dimonitor dengan tampilan yang terintegrasi dengan database yang dioleh dalam komputer.

Energi listrik memang tidak dapat dirasakan secara langsung manfaatnya oleh manusia. Akan tetapi, kebutuhan dan ketergantungan akan energi listrik sangat jelas

terlihat pada kehidupan modern. Berbagai fasilitas seperti penerangan, pendingin ruangan, komputer, lemari es, perkakas mekanik, alat trasnportasi dalam gedung, seperti lift, escalator, penggerak peralatan industri memerlukan listrik sebagai catu dayanya. Bisa dikatakan bahwa, energi listrik merupakan kebutuhan pokok bagi manusia modern. Dalam hal ini, energi listrik perlu diubah terlebih dahulu menjadi bentuk energi lain, seperti cahaya, panas, gerak, dan sebagainya agar dapat dirasakan manfaatnya oleh manusia.

Selanjutnya, bagaimana dengan konversi dan kendali energi listrik itu? Hal ini dapat dilakukan dengan menggunakan perangkat elektronika modern. Kemampuan dan keluwesan perangkat elektronik tersebut harus mampu mewujudkan perangkat converter energy listrik yang handal dan efisien. Sangat perlu untuk mempertimbangkan bagaimana rangkaian elektronik dan sistem yang dirancang dapat menyelesaikan tantangan dalam konversi dan manajemen energi. Inilah yang merupakan inti dari elektronika daya. Jadi, elektronika daya didefinisikan sebagai sebuah disiplin ilmu yang mempelajari tentang konversi energy listrik, aplikasinya, dan devais atau perangkat elektronik. Atau dengan kata lain,

Elektronika Daya merupakan salah satu bidang ilmu teknik, khususnya teknik elektro yang banyak mengulas tentang perilaku semikonduktor daya sebagai sakelar statis, berbagai jenis rangkaian konverter daya listrik, rangkaian dan teknik pemicuan semikonduktor, sampai dengan rangkaian pengamannya. Elektronika daya atau biasa disingkat "ELDA" (maaf... jangan ditanya kenapa disingkat elda ya...:) adalah integrasi dari beberapa bidang ilmu seperti sistem kendali, pemrosesan sinyal, elektronika, fisika semikonduktor, elektromagnetika, mesin listrik, sistem daya listrik, dan lain sebagainya.

1.2 Tujuan penulisan

Di dalam makalah ini tujuan penulisan di antara lain :

1. Mengetahui komponen-komponen dalam elektronika daya.2. Mengetahui cara konversi daya 3. Dan mengetahu aplikasi pada elektronika daya

BAB II PEMBAHASAN

2.1 Definisi Elektronika daya

Definisi

Elektronika daya merupakan cabang ilmu elektronika yang berkaitan dengan pengolahan dan pengaturan daya listrik yang dilakukan secara elektronis (Rashid, M,2008). Elektronika daya berkaitan dengan pengolahan atau pemrosesan energi listrik, yakni mengubah daya listrik dari satu bentuk kebentuk lainnya dengan mengendalikan atau memodifikasi bentuk tegangan atauarusnya menggunakan peranti elektronik (Singh, 2008). Ruang lingkup elektronika daya meliputi: Elektronika, Teori rangkaian listrik, Sistem kontrol, Elektromagnetika, Mesin – mesin listrik, Sistem tenaga listrik, Komponen semikonduktor dan komputer (Acha, E, 2002).

Sistem elektronika merupakan dasar utama pada aplikasi elektronika daya. Sistem elektronika akan membahas tentang peralatan elektronika yang terdiri dari semikonduktor dan komponen lainnya dalam suatu rangkaian elektronika. Untuk mempelejari elektronika daya diperlukan pemahaman terhadap materi rangkaian elektronika baik analog maupun digital. Sistem Tenaga Listrik, objek utama dalam apliksasi elektronika daya dimana peralatan dan sistem yang memiliki daya (tegangan dan arus) listrik yang cukup besar. Oleh karena itu untuk lebih memahami elektronika daya diperlukan pemahaman yang baik terhadap sistem tenagalistrik.

Sistem Kontrol, aplikasi elektronika daya pada umumnya untuk melakukan pengontrolan aplikasi di industri. Oleh karena itu diperlukan pemahaman yang baik terhadap teknik dan sistem kontrol berbagai peralatan yang digunakan di industri. Contoh pengaturan yang paling sering ditemui adalah pengaturan kecepatan putar motor listrik, pengaturan torsi motor listrik, pengaturan kecepatan aliran (flow)

minyak, gas, pengaturan temperature, pengaturan tekanan, pengaturan kecepatan conveyor, pengaturan gerakan peralatan di industri dan pengaturan-pengaturan parameter lainnya.

Sistem komputer aplikasi industri sekarang ini kebanyakan sudah terintegrasi dengan sistem komputer. Untuk melakukan pengaturan berbagai peralatan di industri dilakukan secara remote dan hasilnya dapat dimonitor dengan tampilan yang terintegrasi dengan database yang dioleh dalam komputer.

Elektronika daya melibatkan studi tentang berbagai jenis topologi rangkaian elektronik yang digunakan sebagai pengendali aliran energi listrik. Rangkaian –rangkaian elektronik tersebut mampu bekerja pada level daya yang jauh lebih besar apabila dibandingkan dengan sebuah perangkat konverter yang berdiri sendiri.

Elektronika daya adalah teknologi untuk mengkonversi daya listrik dari satu bentuk ke bentuk lain dengan menggunakan konverter daya. Konverter daya berfungsi untuk mengatur parameter-parameter keluarannya, misalnya: tegangan, arus atau frekwensi. Konverter daya dirangkai dari komponen semikonduktor daya yang bekerja sebagai sakelar statis; disebut sakelar statis karena kontaknya tidak bergerak. Prilaku ON-OFF dari komponen semikonduktor daya dapat diatur sedemikian rupa agar daya listrik pada terminal masukannya dapat diubah menjadi bentuk lain pada terminal keluarannya. Pada kebanyakan konverter daya, setiap komponen semikonduktor bekerja secara berurutan dalam satu perioda waktu tertentu, dan mekanisme ini berulang setiap frekwensi switchingnya.

Semikonduktor daya merupakan komponen elektronika daya yang berfungsi sebagai sakelar statis. Komponen semikonduktor daya dibentuk dari bahan semikonduktor tipe-p dan bahan semikonduktor tipe-n yang disusun sedemikian rupa untuk membentuk fungsi tententu,contohnya: dioda daya, BJT, SCR, dll.

Penyearah atau rectifier mungkin merupakan salah satu contoh rangkaian yang sesuai dengan definisi di atas. Inverter atau konverter dc ke ac, konverter dc ke dc, cycloconverter sebagai catu daya juga merupakan perangkat elektronika daya yang umum digunakan. Elektronika daya sangat erat kaitannya dengan bidang ilmu lainnya, yakni: energi, elektronika dan perangkatnya, sistem dan kendalinya. Berbagai rangkaian yang didesain untuk aplikasi di bidang energy dan daya listrik harus memenuhi aspek tertentu baik dari sisi perangkatnya, kendali, dan efisiensi energinya.

2.3 Konversi Daya

Ada empat tipe konversi daya atau ada empat jenis pemanfatan energi yang berbeda-beda, yaitu penyearah, DC chopper, inverter, dan AC-AC konverter.

1. Penyearah: berfungsi menyearahkan listrik arus bolak-balik menjadi listrik arus searah.

2. DC Choper: dikenal juga dengan istilah DC-DC konverter. Listrik arus searah diubah dalam menjadi arus searah dengan besaran yang berbeda.

3. Inverter: yaitu mengubah listrik arus searah menjadi listrik arus bolakbalik pada tegangan dan frekuensi yang dapat diatur.

4. AC-AC Konverter: yaitu mengubah energi listrik arus bolak-balik dengan tegangan dan frekuensi tertentu menjadi arus bolak-balik dengan tegangan dan frekuensi yang lain. Ada dua jenis konverter AC, yaitu pengatur tegangan AC (tegangan berubah,frekuensi konstan) dan cycloconverter (tegangan dan frekuensi dapat diatur).

Prinsip kerja dari konversi AC ke DC

Nilai rata – rata dari tegangan output dapat dikendalikan dengan mengubah – ubah conduction time dari thyristor satu sudut firing delay, α. Inputnya dapat berupa sumber satu atau tiga fasa. Converter – converter ini juga dikenal sebagai penyearah control.

Prinsip kerja dari konversi AC ke AC

Converter ini digunakan untuk memperoleh tegangan keluaran ac variable dari sumber ac tetap dan converter satu fasa dengan suatu TRIAC. Tegangan keluaran

dikendalikan dengan mengubah – ubah conduction time dari TRIAC atau sudut delay penyalaan, α. Tipe converter ini dikenal juga sebagai controller tegangan ac.

Prinsip kerja dari konversi DC ke DC

Converter dc – dc juga dikenal sebagai dc chopper atau pensaklaran regulator dan suatu rangkaian transistor chopper. Tegangan keluaran rata – rata dikendalikan dengan mengubah – ubah conduction time t dan transistor Q1. Jika T adalah periode chopping, maka t1 = δT. δ dikenal sebagai sebagai duty cycle dari chopper-nya.

Prinsip kerja dari konvesi DC ke AC

Converter dc – ac dikenal juga sebagai inverter. Jika transistor M1 dan M2 tersambung pada setengah periode, dan M3 dan M4 tersambung pada setengah periode lainnya, keluaran akan berbentuk tegangan ac. Tegangan keluaran dapat dikendalikan dengan mengubah – ubah conduction time dari transistor.

2.4 Komponen Elektronika Daya

a. Dioda

Dioda merupakan penyatuan dari lapisan P dan N sebagaimana gambar

struktur dan simbol lapisan. 

b. Transistor

Fungsi Transistor sangat berpengaruh besar di dalam kinerja rangkaian

elektronika. Karena di dalam sirkuit elektronik, komponen transistor berfungsi

sebagai jangkar rangkaian. Transistor adalah komponen semi konduktor

yang memiliki 3 kaki elektroda, yaitu Basis (B), Colector (C) dan Emitor (E).

Dengan adanya 3 kaki elektroda tersebut, tegangan atau arus yang mengalir

pada satu kaki akan mengatur arus yang lebih besar untuk melalui 2 terminal

lainnya.Fungsi Transistor Lainnya :

Sebagai penguat amplifier.

Sebagai pemutus dan penyambung (switching).

Sebagai pengatur stabilitas tegangan.

Sebagai peratas arus.

Dapat menahan sebagian arus yang mengalir.

Menguatkan arus dalam rangkaian.

Sebagai pembangkit frekuensi rendah ataupun tinggi.

Jika kita lihat dari susuan semi konduktor, Transistor dibedakan lagi menjadi

2 bagian, yaitu Transistor PNP dan Transistor NPN. Untuk dapat

membedakan kedua jenis tersebut, dapat kita lihat dari bentuk arah panah

yang terdapat pada kaki emitornya. Pada transistor PNP arah panah akan

mengarah ke dalam, sedangkan pada transistor NPN arah panahnya akan

mengarah ke luar. Saat ini transistor telah mengalami banyak perkembangan,

karena sekarang ini transistor sudah dapat kita gunakan sebagai memory

dan dapat memproses sebuah getaran listrik dalam dunia prosesor komputer.

c. Thyristor

hyristor disebut juga dengan SCR ( Silicon Controlled Rectifier) dan banyak

digunakan sebagai saklar elektronik. Thyristor ini akan bekerja atau menghantar arus

listrik dari anoda ke katoda jika pada kaki gate diberi arus kearah katoda, karenanya

kaki gate harus diberi tegangan positif terhadap katoda. Pemberian tegangan ini akan

menyulut thyristor, dan ketika tersulut thyristor akan tetap menghantar. SCR akan

terputus jika arus yang melalui anoda ke katoda menjadi kecil atau gate pada SCR

terhubung dengan ground.

d. IGBT ( Insulated Gate Bipolar Transistor)

Sesuai dengan namanya, peranti baru ini merupakan peranti yang menggabungkan struktur dan sifat-sifat dari kedua jenis transistor tersebut di atas, BJT dan MOSFET. Dengan kata lain, IGBT mempunyai sifat kerja yang menggabungkan keunggulan sifat-sifat kedua jenis transistor tersebut. Saluran gerbang dari IGBT, sebagai saluran kendali juga mempunyai struktur bahan penyekat (isolator) sebagaimana pada MOSFET.

Masukan dari IGBT adalah terminal Gerbang dari MOSFET, sedang terminal Sumber dari MOSFET terhubung ke terminal Basis dari BJT. Dengan demikian, arus cerat keluar dan dari MOSFET akan menjadi arus basis dari BJT. Karena besarnya resistansi masukan dari MOSFET, maka terminal masukan IGBT hanya akan menarik arus yang kecil dari sumber. Di pihak lain, arus cerat sebagai arus keluaran dari

MOSFET akan cukup besar untuk membuat BJT mencapai keadaan jenuh. Dengan gabungan sifat kedua unsur tersebut, IGBT mempunyai perilaku yang cukup ideal sebagai sebuah saklar elektronik. Di satu pihak IGBT tidak terlalu membebani sumber, di pihak lain mampu menghasilkan arus yang besar bagi beban listrik yang dikendalikannya.Terminal masukan IGBT mempunyai nilai impedansi yang sangat tinggi, sehingga tidak membebani rangkaian pengendalinya yang umumnya terdiri dari rangkaian logika. Ini akan menyederhanakan rancangan rangkaian pengendali dan penggerak dari IGBT.

Di samping itu, kecepatan pensaklaran IGBT juga lebih tinggi dibandingkan peranti BJT, meskipun lebih rendah dari peranti MOSFET yang setara. Di lain pihak, terminal keluaran IGBT mempunyai sifat yang menyerupai terminal keluaran (kolektor-emitor) BJT. Dengan kata lain, pada saat keadaan menghantar, nilai resistansi-hidup (R_{on}) dari IGBT sangat kecil, menyerupai R_{on} pada BJT.Dengan demikian bila tegangan jatuh serta borosan dayanya pada saat keadaan menghantar juga kecil. Dengan sifat-sifat seperti ini, IGBT akan sesuai untuk dioperasikan pada arus yang besar, hingga ratusan Ampere, tanpa terjadi kerugian daya yang cukup berarti. IGBT sesuai untuk aplikasi pada perangkat Inverter maupun Kendali Motor Listrik (Drive).

3.Aplikasi Elektronika daya

Aplikasi dari elektronika daya misalnya sebagai pengendali tegangan AC, pengendalian dimer,dan aplikasi IGBT untuk inverter .

1. Pengendali Tegangan AC

Teknik pengontrolan fasa memberikan kemudahan dalam sistem pengendalian AC. Pengendali tegangan saluran AC digunakan untuk mengubah-ubah harga rms tegangan AC yang dicatukan ke beban dengan menggunakan Thyristor sebagai sakelar. Penggunaan alat ini antara lain, meliputi:

– Kontrol penerangan 290

– Kontrol alat-alat pemanas

– Kontrol kecepatan motor induksi

2. Pengendalian Dimer

Pengendalian yang bisa dilakukan dengan menggunakan metoda ini hanya terbatas pada beban fasa satu saja. Untuk beban yang lebih besar,metode pengendalian, kemudian dikembangkan lagi menggunakan sistem fasa tiga, baik yang setengah gelombang maupun gelombang penuh (rangkaian jembatan).

3. Aplikasi IGBT untuk Konverter

Rangkaian Cycloconverter di mana tegangan AC 3 phasa disearahkan menjadi tegangan DC oleh enam buah Diode. Selanjutnya sembilan buah IGBT membentuk konfigurasi yang akan menghasilkan tegangan AC 3 phasa dengan tegangan dan frekuensi yang dapat diatur, dengan mengatur waktu ON oleh generator PWM.

Elektronika daya banyak berperan dalam berbagai aplikasi rumah tangga, industri, transportasi dan energi baru terbarukan. Hal ini terlihat dalam spectrum aplikasi elektronika daya. Dalam keseharian kita sering menemukan perangkat elektronika daya, misalnya charger, lampu emergency, UPS dan SMPS pada komputer.

Elektronika Daya juga digunakan pada sistem kendali motor listrik, baik di industry maupun sarana transportasi seperti mobil listrik, escalator, elevator dan kereta listrik. Elektronika daya juga digunakan dalam bidang energi baru terbarukan, misalnya sebagai inverter dan batere charger pada Sistem Pembangkit Energi Bayu maupun Energi Surya

BAB III

PENUTUP

4.Kesimpulan

Mengetahui aplikasi elektronika daya,Aplikasi dari elektronika daya misalnya sebagai pengendali tegangan AC, pengendalian dimer,dan aplikasi IGBT untuk inverter .

1. Pengendali Tegangan AC

2. Pengendalian Dimer

3. Aplikasi IGBT untuk Konverter

DAFTAR PUSTAKA

http://eldakita.blogspot.co.id/2014/08/mengenal-elektronika-daya_28.html

https://industri3601.wordpress.com/elektronika_daya/

https://www.academia.edu/5481834/Aplikasi_Elektronika_Daya

http://maulananggie.blogspot.co.id/2015/08/elektronika-daya.html