konverter ac ac fasa tunggal

7/31/2019 Konverter Ac Ac Fasa Tunggal

1/14

a

Pengendali Tegangan Bolak-balik Pengendali Tegangan Bolak-balik (( AC-AC Controller AC-AC Controller ) Lanjut) LanjutELEKTRONIKA DAYAELEKTRONIKA DAYA

[email protected] [email protected]://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.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 ataumerubah atribut penulis dan pernyataan copyright yang disertakan dalam setiap dokumen. Tidak diperbolehkan melakukan penulisan ulang, kecuali mendapatkan ijin terlebih dahulu dari penulisnaskah dan admin e-learning FT UNP Padang.
mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]


2/14

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 buahkomponen pensakelaran thyristor dengan konfigurasi anti paralel, atau menggunakan 1

buah Triacs. Arus bolak-balik dari sumber akan mengalir pada sisi beban setiap siklus dari periode tegangan sumber. Nilai rms dari tegangan beban dapat divariasikandengan cara menvariasikan besarnya sudut perlambatan penyalaan thyristor ' ' . Olehkarena tegangan dan arus suplai merupakan arus bolak-balik dengan gelombangsimetris, maka tidak terdapat komponen dc dari arus masukan, berarti juga arus suplairata-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 1dapat disebut juga dengan pengendalian tegangan 2 arah.

Gambar 1. Rangkaian Daya Pengendali Tegangan ac 1 FasaDengan komponen pensakelaran Thyristor.

Thyristor 1T akan mengalami tegangan arah maju selama siklus dari

tegangan suplai. Thyristor 1T dinyalakan dengan sudut perlambatan penyalaan ' '

( )0 radians . Dengan asumsi bahwa kondisi aktif (ON) thyristor 1T sebagaisebuah sakelar ideal, tegangan suplai akan sampai pada terminal beban L R dan



3/14

a

tegangan keluaran O S v v= selama waktu t = sampai radian. Arus beban akanmengalir melalui thyristor 1T terus ke beban dan kembali lagi ke sumber selama

thyristor 1T konduksi dari t = sampai dengan radian.Pada saat t = , bilamana tegangan input tepat berada sama dengan nol,

arus thyristor (yang mengalir melalui beban resistor R) juga akan menuju nol, danmenyebabkan thyristor 1T akan padam secara alami. Pada saat ini tidak ada arus

mengalir dalam rangkaian selama periode waktu t = sampai dengan ( ) + .Thyristor 2T akan mengalami tegangan arah maju selama siklus negatif dari tegangan

suplai. Thyristor 2T dinyalakan dengan sudut ( ) + , dan tegangan keluaran akanmengalir selama siklus negatif dari tegangan sumber.dari ( )t = + sampai 2 .

Bilamana thyristor 2T konduksi arus beban negatif akan mengalir dari sumber menujuthyristor 2T , dan terus ke beban untuk seterusnya kembali ke sumber selama periode

waktu ( )t = + sampai dengan 2 .Interval waktu ( spacing ) antara pemberian pulsa triger untuk thyristor 1T dan

2T dijaga on selama selang waktu radian atau 180 0. Pada saat 2t = tegangansuplai berubah menuju nol, dan menyebabkan tidak arus mengalir dari sumber menujuke beban. Keadaan ini sekaligus menyebabkan thyristor 2T akan berada dalam keadaanof (off state ).



4/14

a

(a)

(b)

Gambar 2. Pengubah tegangan a suplai menggunakan Triacs

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



5/14

a

Persamaan pentingTegangan sumber

sin 2 sinS m S v V t V t

= = ;Tegangan jepit pada beban resistor L R ;

sinO L mv v V t = = ;for tot = and ( ) to 2t = +

Arus bebansin

sinO mO m L L

v V t i I t

R R

= = = ;

for tot = and ( ) to 2t = +

D. Penentuan Persamaan Tegangan Efektif pada beban

Persamaan tegangan efektif pada beban diperoleh dengan menggunakan persamaan:

( ) ( ) ( )2

2 2 2

0

12 LO RMS L RMS

V V v d t

= = ;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 dilakukanuntuk siklus. Dengan demikian persamaan tegangan keluaran rms dapat diperolehdengan cara:

( )2 2 2

0

1sin .m L RMS V V t d t

= ( ) ( )

2

2 2

0

1.

2 L L RMS V v d t

= ;

sin L O mv v V t

= = ; (untuk

=t sampai

dan )( t

+= sampai 2

Diperoleh:

( ) ( ) ( ) ( ) ( )2

2 22 1 sin sin2 m m L RMS

V V t d t V t d t

+

= +

( ) ( )2

2 2 2 21 sin . sin .2 m m

V t d t V t d t

+

= +

( ) ( )22

1 cos 2 1 cos 22 2 2

mV t t d t d t

+

= +



6/14

a

( ) ( ) ( ) ( )2 22

cos 2 . cos 2 .2 2

mV d t t d t d t t d t

+ +

= +

( ) ( )2 22 sin 2 sin 2

4 2 2mV t t t t

+ +

= +

( ) ( ) ( ) ( )( )2 1 1

sin 2 sin 2 sin 4 sin 24 2 2

mV

= + +

( ) ( ) ( )( )2 1 1

2 0 sin 2 0 sin 24 2 2

mV

= +

( ) ( )2 sin 2sin2

24 2 2

mV

+ = + +

( )( )2 sin 2 2sin2

24 2 2

mV

+ = + +

( ) ( )

2 sin 2 12 sin 2 .cos 2 cos 2 .sin 24 2 2

mV

= + + +

sin 2 0 & cos 2 1 = =

Oleh karena

( ) ( )2

2 sin 2 sin 224 2 2

m L RMS

V V

= + +

( )2

2 sin 24m

V

= +

( ) ( )2

2 2 2 sin 24

m L RMS

V V

= +

Dengan mengambil nilai akar kuadrad,diperoleh:

( ) ( )2 2 sin 22m

L RMS

V V

= +



7/14

a

( ) ( )2 2 sin 22 2m

L RMS

V V

= +

( ) ( )1

2 2 sin 222

m L RMS

V V

= +

( ) ( )1 sin 2

22 22

m L RMS

V V

= +

( ) ( )1 sin 2

22m

L RMS

V V

= +

( ) ( ) ( )1 sin 2

2 L RMS i RMS V V

= +

( ) ( )1 sin 2

2S L RMS V V

= +

Nilai rms maksimum pada beban diperoleh pada waktu sudut 0 = , ini berarti bahwa tegangan beban merupakan tegangan sinus dan persis sama dengan tegangan

sumber dan mempunyai nilai efektif sebesar 2mV = , perhatikan uraian di bawah ini

.

( ) ( )0

1 sin 2 00

22m

L RMS

V V

=

= +

( ) ( )0

1 022

m L RMS

V V

=

= +

( ) ( )0 2

mS L RMS i RMS

V V V V

== = = (4)

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

= .

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 ( )O RMS V versus sudut perlambatan penyalaan ( ).



8/14

a

( ) ( )1 sin 2

2S O RMS V V

= +

;

Dengan

2m

S

V V = = Nilai rms tegangan suplai

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

Trigger angle

in degrees

Trigger angle

in radians( )O RMS V %

0 0 S V 100% S V

030 6 ( )1; 6 0.985477 S V 98.54% S V

060 3 ( )2; 6 0.896938 S V 89.69% S V

090 2 ( )3; 6 0.7071 S V 70.7% S V

0120 2 3 ( )4; 6 0.44215 S V 44.21% S V

0

1505

6

( )5;

6 0.1698 S V

16.98% S V

0180 ( )6; 6 0 S V 0 S V

Berdasarkan data hasil perhitungan seperti pada tabel 1 di atas diperoleh kurvakarakteristik pengaturan dari pengendali tegangan ac 1 fasa 2 arah seperti gambar

berikut.VO ( R M S )

T r i g g e r a n g l e

0 6 0 1 2 0 1 8 0

VS

0 . 2 VS

0 . 6 VS



9/14

a

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% S V pada 0 = sampai 0 volt pada 0180 = . 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

A CS u p p l y

-

D1

D4

D3

D2

+

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 1fasa 2 arah. Jawaban juga dikirimkan ke pembina mata kuliah bersamaan dengan

jawaban soal pada modul ini.

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 2 .Tentukan:

a. Tegangan efektif keluaran (volt). b. Daya keluaran (Watt)c. Faktor Kerja Masukand. Arus thyristor rata-rata dan efektif.

Penyelesaian:090 , 120 V, 6

2 S V R

= = = =

Besarnya tegangan efektif keluaran



10/14

a

1

21 sin 22O S

V V

= + 1

21 sin180120

2 2OV

= +

84.85 VoltsOV =

Arus efektif keluaran

84.8514.14 A6

OO

V I R= = =

Daya Beban

2

O O P I R= ( )

2

14.14 6 1200 wattsO P = =

Arus masukan sama besar dengan arus beban.

Jadi 14.14 AmpsS O I I = =Daya masukan (VA) 120 14.14 1696.8S S V I VA= = =

Jadi

Faktor Kerja Masukan = Input VA

beban Daya= )tertinggal ( .

.7070

816961200 = .

Setiap thyristor konduksi hanya setengah siklus, dengan demikian diperoleh:

Arus thyristor rata-rata ( )T Avg I

( ) ( )1

sin .2 mT Avg

I V t d t R

=

( ) m1 cos ; V 22

mS

V V

R

= + =

[ ]2 120 1 cos90 4.5 A2 6

= + =

Arus thyristor efektif ( )T RMS I



11/14

a

( )( )

2 2

2

sin1

2

mT RMS

V t I d t

R

=

( ) ( )

2

2

1 cos 2

2 2m t V d t R

= 1

21 sin 22 2

mV R

= + 1

22 1 sin 2

2 2S V

R

= + 1

22 120 1 sin18010 Amps

2 6 2 2

= + =



12/14

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 45 0.

Penyelesaian:045 , 230 V

4 S V

= = = ; 1 1000O P KW W = =

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

Jadi2

O O OO O O

V V V P V I

R R= = =

Tahanan pada pemanas

( )22 230

52.91000

O

O

V R

P = = =

Tegangan rms keluaran1

2

1 sin 222 2O S V V

= + ; untuk sudut penyalaan

0

45 =

1

21 sin 90230 2 224.7157 Volts

2 4 2OV

= + =

Besarnya arus efektif keluaran

224.94.2479 Amps

52.9

OO

V I

R

= = =

Daya beban

( )22 4.25 52.9 954.56 WattsO O P I R= = =



13/14

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 45 0.

S C R 2

S C R 1 io+

1 k Wh e a t

1 -2 2 0 V

a c

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 materia l, 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



14/14

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 Pustaka

1. 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 Teknologidan Kejuruan (FPTK) IKIP Padang tahun 1983. Melanjutkan pendidikan

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


konverter ac ac fasa tunggal

Documents