aryulius.files.wordpress.com · web viewtegangan balik puncak, vpiv = √2 x 120 = 169.7 v cos θ =...

Kuliah ELDA 2012 : Salklar Statis

BAB 12 SAKLAR STATIS

1. PENDAHULUAN

2. SAKLAR AC SATU FASA

3. SAKLAR AC TIGA FASA

4. SAKLAR PEMBALIK ARUS BOLAK BALIK TIGA FASA

5. SAKLAR AC UNTUK PERPINDAHAN BUS

6. SAKLAR DC

7. RELE SOLID STATE

8. DESAIN SAKLAR STATIS

Aryulius Jasuan @ revisi 2012 1


BAB 12SAKLAR STATIS

1. Pendahuluan

Transistor daya dapat digunakan sebagai saklar untuk aplikasi dc-daya rendah. Saklar

statis mempunyai keuntungan antara lain kecepatan pensaklaran yang tinggi, tidak ada

bagian yang bergerak, dan tidak terhubung kembali saat tertutup. Saklar statis dapat

diklasifikasikan menjadi 2 tipe:

a. ac switch : satu fasa dan tiga fasa

b. dc switch

Pada saklar ac, thyristor dikomutasi secara natural atau line dan kecepatan pensaklaran

dibatasi oleh frekuensi dan waktu turn-off dari thyristor. Sedangkan pada saklar dc

terkomutasi paksa dan kecepatan pensaklaran tergantung pada siklus komutasi dan waktu

off thyristor yang cepat.

2. Saklar AC Satu Fasa

Prinsip kerjanya adalah dimana 2 thyristor dihubungkan terbalik paralel. Thyristor

T1 dinyalakan pada ωt = 0 dan thyristor T2 dinyalakan saat ω t = π . Tegangan output sama

dengan tegangan input. Thyristor berfungsi sebagai saklar dan terkomutasi line. Bentuk

gelombang untuk tegangan input, tegangan keluaran, dan arus keluaran ditunjukkan pada

gambar 5-1b.

Dengan beban induktif, thyristor T1 seharusnya dinyalakan ketika arus melewati beban

nol selama ½ siklus positif dari tegangan input dan thyristor T2 seharusnya dinyalakan

ketika arus melalui beban nol selama ½ siklus negatif dari tegangan input. Pulsa

penyalaan untuk T1 dan T2 ditunjukkan dalam gambar 5-1c. TRIAC mungkin juga

digunakan disamping 2 thyristor ditunjukkan dalam gambar 5-2.



Gambar1. Saklar AC thyristor Satu Fasa

Gambar 2. Saklar AC TRIAC 1 Fasa

Jika arus line seketika adalah i(t) = Im sin ω t, arus line rms adalah

Karena tiap thyristor membawa arus hanya untuk 1 ½ siklus, arus rata-rata melalui tiap

thyristor adalah



dan arus rms tiap thyristor

Rangkaian 5-1.a dapat dimodifikasi seperti gambar 5-3.a dimana 2 thyristor mempunyai

katoda bersama dan sinyal gate mmepunyai terminal bersama. Thyristor T1 dan dioda D1

konduksi untuk 1 ½ siklus dan thyristor T2 dan dioda D2 konduksi untuk ½ siklus lainnya.

Gambar. Saklar AC 1 Fasa dengan Jembatan Dioda dan Thyristor

Penyearah jembatan dioda dan thyristor T1 ditunjukkan pada gambar 5-4. a dapat

menunjukkan fungsi yang sama seperti gambar 5-1.a. Arus yang melalui beban adalah

ac dan yang melalui thyristor T1 adalah dc. Transistor dapat menggantikan thyristor T1.

Unit yang terdiri dari transistor atau thyristor dan penyearah jembatan dikenal sebagai

saklar bidirectional.

Gambar. Saklar ac 1 Fasa dengan Penyearah Jembatan dan Thyristor



3 Saklar AC Tiga Fasa

3 saklar Satu fasa dalam gambar dapat dihubungkan membentuk saklar tiga fasa seperti

gambar . Sinyal gate untuk thyristor dan arus melalui T1 ditunjukkan pada gambar .

Beban dapat dihubungkan secara Wye atau Delta.

Untuk mengurangi jumlah thyristor dan biaya, sirkuit dengan diode dan thyristor yang

sama sperti ditunjukkan pada gambar 5-3.a dapat digunakan untuk bentuk 3 fasa saklar

seperti gambar 5-6. Pada kasus 2 thyristor dihubungkan (back to back) berbalik ada

kemungkinan untuk menghentikan aliran arus tiap ½ siklus. Tapi dengan sebuah dioda

dan thyristor, aliran arus hanya dapat dihentikan tiap siklus dari tegangan input dan

waktu reaksi menjadi lambat.

4. Saklar Pembalik Arus Bolak Balik Tiga Fasa

Pulsa gate dan thyristor T1 melalui T6 dihidupkan. Line A mengisi terminal a, line B

mengisi terminal b, dan line c mengisi terminal c.Pembalikan daya 3 fasa yang disuplai

untuk beban dapat dilakukan dengan 3 fasa dan dengan menambah 2 saklar 1

Di bawah operasi phasa-berlawanan, thyristor T2, T3, T5, dan T6 dimatikan oleh pulsa

gerbang dan thyristor T7 melalui T10 yang beroperasi. Line B mengisi terminal c dan line C

mengisi terminal b, menghasilkan phasa yang berlawanan dari tegangan beban. Untuk

memperoleh phasa yang berlawanan, semua peralatan harus thyristor. Komutasi thyristor

dan diode ditunjukkan pada gambar 5-6 tidak dapat digunakan; sebaliknya, short circuit

phasa ke phasa akan terjadi.

Gambar 5-6. Saklar ac Tiga Fasa dengan Diode dan Thyristor



5. Saklar AC Untuk Perpindahan Bus

Saklar statis dapat digunakan untuk perpindahan bus dari sumber catu ke lainnya. Pada

sistem yang mensuplai secara praktis, itu kadang-kadang dibutuhkan untuk saklar beban

dari sumber normal dan ke sumber alternatif dalam kasus:

1) Tidak terdapatnya sumber normal

2) Kondisi tegangan jatuh/tegangan lebih dari sumber normal

Gambar 5-8. Saklar 1 Fasa Perpindahan Bus

Ketika thyristor T1 dan T2 beroperasi, beban yang dihubungkan ke sumber normal dan

untuk perpindahan ke sumber alternatif, thyristor T1 ’ dan T2 ’ beroperasi, sementara T1

dan T2 dimatikan dengan menghambat pulsa gate.

6. Saklar DC

Pada kasus saklar dc, tegangan input adalah dc dan transistor daya atau thyristor fast-

switching dapat digunakan. Sekali thyristor dihidupkan, itu harus dimatikan dengan

komutasi paksa dan saklar. Transistor berkutub tunggal ditunjukkan pada gambar 5-10

dengan beban resistif; dan pada kasus beban induktif, sebuah diode harus dihubungkan

melalui beban untuk melindungi transistor selama saklar mati. Saklar satu kutub dapat

dilanjutkan untuk perpindahan bus dari sumber satu ke sumber lainnya.


Kuliah ELDA 2012 : Salklar StatisGambar 5-10. Saklar DC 1 Kutub Dengan Transistor

Jika thyristor yang dikomutasikan paksa digunakan, sirkuit komutasi adalah bagian yang

terintegral dari saklar dan saklar dc tipikal untuk aplikasi daya tinggi ditunjukkan pada

gambar 5-11. Jika thyristor T3 dinyalakan, kapasitor C diisi melalui suplai, L dan T3. Dari

persamaan (3-2) dan (3-3), pengisian arus dan tegangan kapasitor dinyatakan sebagai

dimana:

Setelah waktu t = to LC = , pengisian arus menjadi nol dan kapasitor diisi hingga 2 Vs.

Jika thyristor T1 sedang konduksi untuk power supply ke beban, thyristor T2 dinyalakan

hingga T1 mati. Penyalaan T2 menyebabkan pulsa resonansi dari arus yang melalui

kapasitor C, induktor L, dan thyristor T2. Sebagaimana arus resonansi yang meningkat,

arus melalui thyristor T1 berkurang. Ketika arus resonansi naik untuk arus beban, IL, arus

thyristor T1 turun hingga nol dan thyristor T1 dimatikan.

Kapasitor melepaskan muatan melalui resistansi beban, RL.Diode freewheeling, Dm

melalui beban adalah diperlukan untuk beban induktif. Kapsitor harus melepaskan muatan

dengan lengkap setiap aktivitas pensaklaran dan tegangan negatif pada kapasitor dapat

dicegah dengan menghubungkan satu resistor dan satu dioda seperti gambar 5-11. Itu

tidaklah mudah, untuk mematikan rangkaian dc dari saklar dc statis membutuhkan sirkuit

tambahan untuk kondisi turn-off.

Saklar dc dapat dipakai untuk mengatur aliran daya pada tegangan yang sangat tinggi dan

aplikasi arus tinggi (misal reaktor fusi) dan dapat juga digunakan untuk pemutus arus fast-

dering. Di samping transistor, GTO dapat digunakan. GTO dihidupkan dengan

mengaplikasikan pulsa positif singkat sehingga gerbangnya sama pada thyristor normal.

Bagaimanapun juga, GTO dapat dimatikan dengan memakai pulsa negatif singkat hingga

gerbangnya tidak membutuhkan pengulangan komutasi lagi.Aryulius Jasuan @ revisi 2012 7


G a m b a r 5 - 1 2 . S a k l a r D C K u t u b T u n g g a l D e n g a n G T O

7 Rele Solid State

Saklar statis dapat digunakan sebagai Rele Solid State (SSR), yang mana digunakan

untuk kontrol daya ac dan dc. SSRs mendapatkan banyak aplikasi pada control industri

(eg kontrol dari beban motor, transformer, pemanasan resistansi, dan sebagainya) untuk

menggantikan rele elektromekanik. Untuk aplikasi ac, thyristor atau TRIAC dapat

digunakan dan untuk dc aplikasi, transistor dapat digunakan. SSRs secara elektrik

diisolasi normal antara sirkuit kontrol dan sirkuit beban dengan rele reed, transformator,

atau opro coupler.

Gambar 5-13 menunjukkan 2 sirkuit dasar untuk SSRs dc, satu dengan isolasi rele reed

dan persyaratannya hanya 1 rangkaian gerbang untuk 1 TRIAC. Gambar 5-14

menunjukkan SSRs dengan rele reed, isolasi trafo, dan opto coupler. Jika persyaratan

aplikasi membutuhkan thyristor untuk level daya tinggi, rangkaian pada gambar 5-1.a

dapat juga digunakan untuk mengoperasikan SSR bahkan pun kompleksitas dari

rangkaian gerbang akan meningkat. 1 Fasa pada gambar 5-1.a dapat digunakan untuk

menjalankan operasi SSR, rangkaian pada gambar 5-2 dengan TRIAC secara normal

digunakan untuk daya ac, karena lainnya dengan optp coupler.

8. Desain Saklar Statis

Saklar solid state terdapat secara komersial dengan tegangan yang dibatasi dan range

testing arus dari 1 A hingga 50 A dan hingga 440 V jika kebutuhan untuk desain SSRs

untuk mengetahui persyaratan yang spesifik, desain sederhana, dan membutuhkan

penentuan tegangan dan rating arus dari peralatan semikonduktor daya. Prosedur

desainnya dapat dijelaskan pada contoh.



C O N T O H 5 - 1Saklar ac 1 fasa dengan konfigurasi pada gambar 5-1.a digunakan antara suplai 120 V,

60 Hz, dan beban induktif. Daya beban 5 kW pada pf = 0,88 lagging. Tentukan:

a) Rating tegangan dan arus thyristor

b) Sudut penyalaan thyristor

Penyelesaian:

Po = 5000 W, pf = 0,88, dan Vs = 120 V

a) Arus beban puncak

Dari persamaan (5-2), arus rata-rata

Iav = 66,96/π = 21,31 A

Dari pers (5-3), arus rms,

IRMS = 66,96/2 = 33,48 A

Tegangan balik puncak, VPIV = √2 x 120 = 169.7 V

b) Cos θ = 0,88 , θ = 28,36o

Jadi sudut penyalaan T1 adalah α1 = 28,36o dan untuk thyristor T2, α 2

= 180 o + 28,36 o = 208,36o

Contoh 5-2Saklar ac 3 fasa dengan konfigurasi pada gambar 5-5.a digunakan antara tegangan antar

fasa 440 V-60 Hz dan beban terhubung wye 3 fasa. Daya beban 20 kW pada pf = 0,707

lagging. Tentukan rating tegangan dan arus thyristor.

Penyelesaian:

Po = 20.000 W, pf = 0,707, V1 = 440 V dan Vs = 440/ √ 3- = 254,03 V. Arus line

dihitung dari daya sehingga:

arus puncak dari thyristor, Im =√ 2 x 37,119 = 52,494 A.arus rata-rata dari thyristor,

=16.71 A, arus puncak dari thyristor, = 33.48A

Tegangan balik puncak thyristor, PIV = √2 x 440 = 762,1 V


aryulius.files.wordpress.com · web viewtegangan balik puncak, vpiv = √2 x 120 = 169.7 v cos θ =...

Documents