Konverter Ac Ac Fasa Tunggal

a

Pengendali Tegangan Bolak-balik ( AC-AC Controller ) Lanjut ELEKTRONIKA DAYA Penulis [email protected] [email protected] http://www.aswadiwordpress.com 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 e-learning untuk tujuan tujuan bukan bukan komersial komersial (nonprofit), (nonprofit), dengan dengan syarat syarat tidak menghapus 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.

A. Objektif

Setelah pelajaran ini diharapkan mahasiswa mampu:

1. Menjelaskan prinsip prinsip kerja kerja dari pengendali tegangan 3 fasa fasa satu arah sebagai penghasil tegangan ac variable gelombang tegangan dan arus keluaran pengendali pengendali tegangan 3 2. Menggambarkan bentuk gelombang 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

Trusted by over 1 million members

Try Scribd FREE for 30 days to access over 125 million titles without ads or interruptions! Start Free Trial Cancel Anytime.







a

Penerapan pengendali tegangan ac ( Applications Applications of of ac Voltage Voltage Controlle Controllers) rs) Pengendali tegangan bolak balik 3 fasa untuk digunakan untuk keperluan: 1. Pengaturan Pengaturan pencahayaan pencahayaan pada rangkaian rangkaian daya bolak-balik. bolak-balik. 2. Sistem Sistem peman pemanasan asan dengan dengan prins prinsip ip induk induksi si ( Induction Induction heating heating .) .) 3. Sistem Sistem peman pemanasa asa pada pada industr industrii dan rumah rumah tang tangga ga (Industrial heating & Domestic heating ). ). 4. Peng Pengub ubah ah tap tap pada pada tran transf sfor orma mato torr tena tenaga ga (Transfo Transforme rmerr tap changin changing g (on load load transformer tap changing ). ). 5. Penge Pengend ndali ali kece kecepat patan an motor motor induk induksi si ( single phase and poly phase ac induction induction motor control ). ). 6. Pengen Pengendal dalii sistem sistem kemagn kemagnitan itan deng dengan an suplai suplai ac ac ( AC AC magnet magnet controls controls.) .)

C. Pengendali Tegangan Tegangan ac 2 Arah (Full Wave ac Voltage Controller )

Rang Rangka kaian ian daya daya Peng Pengend endali ali tegan teganga gan n ac 2 arah arah meng menggu gunak nakan an 2 buah buah komponen pensakelaran thyristor dengan konfigurasi anti paralel, atau menggunakan 1 buah Triacs. Arus bolak-balik bolak-balik dari sumber sumber akan mengalir 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 'α ' . Oleh karena karena tegang tegangan an dan arus arus suplai suplai merupa merupakan kan arus bolak-b bolak-balik alik dengan dengan gelomb gelombang ang 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 dilakukan dengan dengan cara mengatur mengatur besarnya besarnya sudut perlambatan perlambatan penyalaan penyalaan 'α ' 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 T 1 akan akan meng mengal alami ami tegan teganga gan n arah arah maju maju selam selamaa ½ siklu sikluss dari dari







a

tegangan tegangan keluaran keluaran vO

= vS

selama waktu

ω

t = α sampai

π

radian. Arus beban akan

mengalir mengalir melalui thyristor T 1 terus terus ke beba beban n dan dan kemb kembali ali lagi lagi ke sumb sumber er selam selamaa thyristor T 1 konduksi dari ω t = α sampai dengan π radian. Pada saat ω t = π , bilamana tegangan input tepat berada sama dengan nol, arus thyristor (yang mengalir melalui beban resistor R) juga akan menuju nol, dan menyebabkan menyebabkan thyristor thyristor T 1 akan akan padam padam secar secaraa alam alami. i. Pada Pada saat saat ini tidak tidak ada arus arus mengal mengalir ir dalam dalam rangkaia rangkaian n selama selama periode periode waktu waktu

ω

t = π sampai dengan dengan

( π + α ) .

Thyristor T 2 akan mengalami tegangan arah maju selama siklus negatif dari tegangan

( π + α ) , dan tegangan keluaran akan mengalir selama ½ siklus negatif dari tegangan sumber.dari ω t = ( π + α ) sampai 2π .

suplai. Thyristor T 2 dinyalakan dengan sudut

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

ω

t = ( π

+ α )

sampai dengan

2π .

Interval waktu ( spacing spacing ) antara pemberian pulsa triger untuk untuk thyristor T 1 dan T 2 dijaga on selama selang waktu π radian atau 1800. Pada saat ω t = 2π tegangan suplai berubah menuju nol, dan menyebabkan menyebabkan tidak arus mengalir mengalir dari sumber menuju ke beban. Keadaan ini sekaligus menyebabkan thyristor T 2 akan berada dalam keadaan of (off (off state). state).







a

(a)

(b) Gambar 2. Pengubah tegangan a suplai menggunakan Triacs Fig: bentuk Gelombang tegangan dan arus keluaran Pengendali Tegangan 2 arah.







a

Persamaan penting Tegangan sumber

= Vm sin ω t =

vS

2VS sin ω t ;

Tegangan jepit pada beban resistor R L ;

= vL = Vm sin ω t ; for ω t = α to π and ω t = ( π + α ) vO

to 2π

to 2π

Arus beban

=

iO

vO

=

R L

Vm sin ω t RL

= Im sin ω t

for ω t = α to π and

ω

t = ( π

;

+α )

D. Penentuan Persamaan Tegangan Efektif pada beban

Persa Persama maan an tegang tegangan an efekt efektif if pada pada beba beban n dipe diperol roleh eh deng dengan an meng menggu gunak nakan an persamaan: persamaan: 2 1 2 2 VO( RMS ) = V L( RMS ) = vL2 d ( ω t ) ; 2π 0 π

∫

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

2

L( RMS )

2

L( RMS )

v L

1

=

π

π

∫ V

sin 2 ω t.dω t

0

2π

1

=

2

m

2π

∫ v

2

L

.d ( ω t ) ;

0

= vO = Vm sin ω t ; (untuk ω t = α

sampai

π

dan

t = ( π + α ) sampai

ω

Diperoleh: 2

V L( RMS )

 =  ∫ ( Vm sin ω t ) 2π  1

2

d ( ωt )

α

=

1 2

 Vm 

+ π

∫

∫

2

( Vm sin ω t ) d ( ω t ) 

+α

2π

π

2

sin

2

ω

 

2π

π

t.d ( ω t )

+ Vm

2

∫

 

sin2 ω t .d ( ω t ) 

2π







a

 =  d ( ω t ) − ∫ cos 2ωt.d ( ω t ) + 2π × 2  ∫ V m 2

π

π

α

 = ( ω t ) 4π  V m 2

= = = = =

α

2π

π

+ ( ω t ) α

π

+α

2π

π

∫

+α π

α

2

V L( RMS )

 

cos 2ω t.d ( ω t ) 

+α

2π

π

+α

  

 2 π − α − 1 0 − sin 2α − 1 0 − sin 2 π + α  ( ) ( ) ( )) ( 4π  2 2 

V m 2

 sin 2 ( π + α )  sin2α sin − + + π α 2 ( )   4π  2 2 

V m 2

 sin2α sin ( 2π + 2α )  − + + π α 2 )  (  4π  2 2 

V m 2

 2 π − α + sin 2α + 1 sin 2π . cos 2α + cos 2π . sin 2α  ( ) ( ) 4π  2 2 

V m 2

=0

& cos 2π = 1

 2 π − α + sin 2α + sin 2α  ( ) 4π  2 2 

=

 π − α + π − α − 1 sin 2π − sin 2α − 1 sin 4π − sin 2 π + α  ( ) ( ) ( ) ( )) ( 4π  2 2 

V m 2

=

π

∫

sin 2ω t   sin 2ω t  −  −  2   2 

Oleh karena V L( RMS )

d ( ωt ) −

V m 2

sin 2π

2

2π

V m 2

=

 2 ( π − α ) + sin 2α 

4π  V m 2

( 2π − 2α ) + sin 2α 

4π 

Dengan mengambil nilai akar kuadrad,diperoleh: V









a

V m

V L( RMS )

=

V L( RMS )

=

V m

V L( RMS )

=

V m

V L( RMS )

=

V m

V L( RMS )

= V i( RMS )

V L( RMS )

= V S

( 2π − 2α ) + sin 2α 

2 2π 1

  sin 2α  π − α ) + 2 (    2π   2  1

2

2

( 2π − 2α ) + sin 2α 

2π 

2

 π − α + sin 2α  ) ( 2  π  1

 π − α + sin 2α  ) ( π  2  1

 π − α + sin 2α  ) ( 2  π  1

Nilai rms maksimum pada beban diperoleh diperoleh pada waktu sudut α = 0 , ini berarti bahwa tegangan tegangan beban merupakan merupakan tegangan tegangan sinus dan persis sama dengan dengan tegangan tegangan V m sumber dan mempunyai nilai efektif sebesar = , perhatikan uraian di bawah ini 2 . V L( RMS ) α

V L( RMS ) α

=

V m

=

V m

=0

=0

2

2

 π − 0 + sin 2 × 0  ) (  2 π  1

 π + 0  ( ) 2  π  1







a

VO( RMS )

 π − α + sin 2α  ) ( π  2  1

= V S

;

Dengan V V S = m = Nilai rms tegangan tegangan suplai suplai 2 Tabel 1. Hasil perhitungan Vo(rms) versus sudut triger

Trigger angle in degrees

Trigger angle in radians

α

0

α

V S

0

300

π

600

π

900

π

6

( ;( 2 ;( 3 ;( 4 ;( 5 ;( 6

; 1π

π

2

1200

2π

1500

5π

1800

π

π

3

π

6

) 6) 6) 6) 6) 6)

6

π

3

V O( RMS )

π

α

%

100% V S

0.985477

V S

98.54% V S

0.896938

V S

89.69% V S

0.7071 V S 0.44215

V S

0.1698 V S 0 V S

70.7% V S 44.21% V S 16.98% V S 0 V S

Berdasarkan data hasil perhitungan seperti pada tabel 1 di atas diperoleh kurva karakte karakteristi ristik k pengat pengaturan uran dari pengen pengendal dalii tegang tegangan an ac 1 fasa 2 arah arah seperti seperti gambar gambar berikut. berikut.

V

O

( R

V

M S

S

)







a

Gambar 2. Kurva Vo(rms) versus sudut triger α Berdasa Berdasarkan rkan gambar gambar di atas diperole diperoleh h bahwa bahwa nilai nilai rms teganga tegangan n keluara keluaran/ n/ tegangan ac pada sisi beban dapat divariasikan dari maksimum 100% V S pada α = 0 sampai ‘0’ volt pada α = 1800 . Jadi Jadi dipero diperoleh leh range range pengat pengaturan uran yang cukup cukup lebar lebar dengan menggunakan pengendali tegangan 1 fasa 2 arah pengendalian. Tugas latihan Diberikan rangkaian pengendali tegangan ac seperti gambar berikut

D 1

D 3

+ T1 D 4 A C S u p

p l y

D 2 RL

Dengan Dengan menggunakan menggunakan prinsip pembahasan pembahasan sebelumnya, sebelumnya, saudara diminta untuk menjela menjelaskan skan prinsip prinsip kerja kerja rangka rangkaian ian beriku berikutt ini. Pahami Pahami cara kerja kerja rangkaia rangkaian n dan bandingkan bandingkan bentuk sinyal keluaran keluaran pada sisi beban dengan dengan pengendali pengendali tegangan tegangan ac 1 fasa 2 arah. arah. Jawaban Jawaban juga dikirim dikirimkan kan ke pembin pembinaa mata kuliah bersamaan bersamaan dengan dengan jawaban jawaban soal pada pada modul modul ini. E. Soal Latihan

1. Pengen Pengendal dalii tegangan tegangan ac 1 fasa 2 arah mempun mempunyai yai tegang tegangan an masukan masukan efektif efektif 120 120 V







a

1

VO

1 sin 2α   = V S   π − α +   2   π 

2

1

V O

1 π sin 180   = 120   π − +   2    π  2

V O

= 84.85 Volts

2

Arus efektif keluaran I O

=

V O R

=

84.85 6

= 14.14 A

Daya Beban

= IO × R P O = ( 14.14 ) × 6 = 1200 watts PO

2

2

Arus masukan sama besar dengan arus beban.

= I O = 14.14 Amps Daya masukan (VA) = VS I S = 120 ×14.14 = 1696.8 VA Jadi I S

Jadi Faktor Kerja Masukan =

Daya beban VA Input

=

1200 1696 .8

= 0.707 ( tertinggal ) .

Setiap thyristor konduksi hanya setengah siklus, dengan demikian diperoleh:







a

IT ( RMS RMS )

=

=

1 2π

π

Vm2 sin 2 ω t

∫

R 2

α

V m2

π

2π R 2

d ( ω t )

( 1 − cos 2ω t )

∫

α

2

d ( ω t )

1

=

1  sin 2α   π − α +     2 R  π  2  

V m

2

1

=

2V S 2 R

1  sin 2α   π − α +     π  2   

2

1

=

2 × 120  1 2×6

 π sin 180   = 10 Amps  π  π − 2 + 2     2









a

2. Peng Pengend endali ali tegang tegangan an ac 1 fasa fasa 1 arah arah meng menggu gunak nakan an 1 buah buah thyriso thyrisorr dan dan 1 buah buah dioda dioda yang yang terpasa terpasanga nga secara secara antipar antiparalel alel dan terhubu terhubung ng pada pada beban beban pemana pemanass (heater) (heater) 1 kW, 230 230 V. Tentuk Tentukan an daya daya beban beban untuk untuk sudut sudut penyalaa penyalaan n thyristor thyristor sebesar 450. Penyelesaian: π

, V S = 230 V ; PO = 1KW = 1000W 4 Pada tegangan suplai standard 230V, daya disipasi pemanas 1KW . α

= 45 = 0

Jadi PO

= VO × I O =

VO × VO R

2

=

V O R

Tahanan pada pemanas R =

V O2 P O

=

( 230 ) 1000

2

= 52.9Ω

Tegangan rms keluaran 1

sin 2α   1  − + VO = V S  2 π α    2   2 

2

; untuk sudut penyalaan

α

= 45

0







a

F. EVALUASI

1. Tentukan Tentukan besarnya besarnya arus arus rata-rata rata-rata dan arus efektif efektif yang yang mengalir mengalir melalui beban pemanas dari rangkaian rangkaian pada pada gambar. gambar. Sudut Sudut penyalaan penyalaan kedua kedua SCR SCR adalah adalah 450.

S

C

R

io

1 +

1 φ2 2 0 a c

V

S

C

R

2

1

k h

W e

a

t

2. Suatu Suatu pengen pengenda dali li tegang tegangan an 1 fasa fasa digun digunak akan an untu untuk k meng mengon ontro troll aliran aliran daya daya dari dari sebuah sumber tegangan sebesar 220 V, 50 Hz ke beban yang terdiri dari R = 4 dan ω L = 6 Ω.. Hitung: a. Rang Rangee sud sudut ut peng pengen enda dalia lian n b. Arus rms rms beban beban maksimum maksimum c. Fakt Faktor or ker kerja ja mak maksi simu mum m d. Arus Arus thy thyris risto torr rms maksim maksimum um..

Ω







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. Daft Daftar ar Pust Pustak aka a 1. Cyril W. Lander (1981), Pow (1981), Power er Electronics Electronics 2. DA Badley (1995), Powe (1995), Powerr Electronics Electronics 3. PC. Sen (1985). Princip (1985). Principles les of Electrical Electrical Machines Machines and Power Power Electronics Electronics.. 4. Mohan (1989), Power (1989), Power Electronic Electronics, s, Converter Converter Application Application and Design Design..

Konverter Ac Ac Fasa Tunggal

Recommend Documents