KENDALI TEGANGAN AC Praktikan: Eful Syaeful Bahri (11-2011-037) (11-2011-037) Asisten: Ahmad Robby N M (11-2011-031) Waktu Percobaan: 9 Desember 2014 EL-319 – Elektronika Daya
Laboratorium Dasar Energi Elektrik - JURUSAN TEKNIK ELEKTRO Abstrak Pengendalian saluran tegangan AC digunakan untuk mengubah ubah harga rms tegangan yang dicatukan ke beban dengan menggunakan Thyristor sebagai saklar. Penggunaan alat ini antara lain untuk kontrol kecepatan motor induksi, kontrol penerangan, dan kontrol alat-alat pemanas.Pada percobaan ini, praktikum kendali tegangan AC digunakan untuk mengatur besar trigger untuk mendapatkan besar daya yang masuk ke beban. beban. Tujuan dari praktikum ini adalah untuk (1) Memahami cara kerja thyristor thyristor dan triac. (2) Mengetahui Mengetahui tipe-tipe kendali tegangan AC. (3) Mengetahui gelombang input dan output output untuk tiap percobaan. percobaan. Dengan tujuan yang sudah dilakukan maka analisis dari percobaan ini dengan mengatur besar trigger apabila semakin besar trigger yang diatur maka semakin kecil daya keluaran yang diberikan.itu diakibatkan dari cara kerja thyristor. Dengan demkian pada percobaan kendali tegangan AC dapat disimpulkan bahwa dari tujuan praktikum dapat terpenuhi dengan melakukan percobaan. 1.
Pendahuluan Kebutuhan pengendalian daya telah ada sejak lama. Sebelum ditemukan thyristor, pengendalian daya listrik menggunakan generator induksi, tetapi alat ini mempunyai beberapa kelemahan antara lain efisiensi yang rendah, harga yang mahal, ukurannya besar dan perawatan yang tidak mudah. Saat ini pengendalian daya menggunakan penyearah thyristor fasa terkendali yang merupakan penyearah sederhana dan lebih murah. Efisiensi dari penyearah ini umumnya berada diatas 95%. Penyearah ini dikenal sebagai converter AC DC yang mengkonversi dari tegangan AC ke DC dan digunakan secara intensif pada aplikasi-aplikasi industri. Thyristor sebagai salah satu komponen aktif sangat popular digunakan dalam rangkaian elektronika, karena bentuknya sederhana dan penggunaannya sangat luas. Kendali tegangan AC banyak digunakan di industry pemanas, trafo beban tap yang berubah-ubah, pengontrol cahaya, control
kecepatan pada motor induksi fasa banyak dan control magnet AC. Kendali tegangan ini ada dua jenis type, yaitu : control on-off, dan control sudut fasa. Control tegangan aca juga ada dua type, yaitu : control fasa banyak, control fasa tunggal. Berdasarkan penjelasan diatas, maka perlunya dilakukan peercobaan guna mengetahui dan memahami semua rangkaian penyearah kendali tegangan AC. Praktikan perlu mengerti prinsip kerja dari kendali tegangan AC. Untuk itu, kami mengangkat modul praktikum ini dengan judul “ Kendali ”. Tegangan AC ”. Pada percobaan ini dilakukan untuk mengetahui intensitas cahaya serta bentuk sinyal pada beban dengan sudut-sudut yang diubah dari sudut penyalaan 30°, 60°, 90°, dan 120°. Selain itu, percobaan ini juga bertujuan untuk: a. Mengetahui cara kerja Thyristor b. Mengetahui tipe-tipe kendali tegangan AC c. Mengetahui gelombang input dan output untuk tiap percobaan 2.
Dasar Teori Kendali tegangan AC akan diketahui ketika tegangan AC rms yang disalurkan ke beban pada rangkaian daya type. Untuk memindahkan daya biasanya digunakan dua jenis type pengontrolan, diantaranya : 1. Pengontrolan On-Off 2. Pengontrolan Sudut Fasa Dalam saklar on-off, saklar thyristor menghubungkan beban ke sumber AC untuk beberapa cycle lagi. Dalam control phase, saklar menghubungkan beban ke sumber AC untuk tiap bagian cycle tegangan input. Kontrol tegangan AC dapat diklasifikasikan dalam dua tipe : 1. Kontrol fase tunggal 2. Kontrol fase banyak Setiap tipe terbagi lagi dalam beberapa bagian, diantaranya : gelombang searah a. Kontrol (unidirectional)
1
b. Kontrol
tegangan
penuh
(bidirectional) 2.1
Definisi Thyristor Thyristor adalah komponen semikonduktor untuk pensaklaran yang berdasarkan pada struktur PNPN. Komponen ini memiliki kestabilan dalam dua keadaan yaitu on dan off serta memiliki umpan-balik regenerasi internal. Thyristor memiliki kemampuan untuk mensaklar arus searah (DC) yaitu jenis SCR, maupun arus bolak-balik (AC), jenis TRIAC. 2.2
Jenis-Jenis Thyristor Thyristor terbagi kedalam 3 jenis, diantaranya adalah sebagai berikut : Thyristor SCR 1. SCR merupakan jenis thyristor yang terkenal dan paling tua, komponen ini tersedia dalam rating arus antara 0,25 hingga ratusan amper, serta rating tegangan hingga 5000 volt. Struktur dan simbol dari SCR dapat digambarkan seperti pada gambar dibawah :
Thyristor Diac Kalau dilihat strukturnya seperti gambar-8a, DIAC bukanlah termasuk keluarga thyristor, namun prisip kerjanya membuat ia digolongkan sebagai thyristor. DIAC dibuat dengan struktur PNP mirip seperti transistor. Lapisan N pada transistor dibuat sangat tipis sehingga elektron dengan mudah dapat menyeberang menembus lapisan ini. Sedangkan pada DIAC, lapisan N di buat cukup tebal sehingga elektron cukup sukar untuk menembusnya. Struktur DIAC yang demikian dapat juga dipandang sebagai dua buah dioda PN dan NP, sehingga dalam beberapa literatur DIAC digolongkan sebagai dioda. 3.
Gambar 2.3 Struktur
Gambar 2.1.
Struktur Dan Simbol Dari SCR
Thyristor Triac Triac dapat dianggap sebagai dua buah SCR dalam struktur kristal tunggal, dengan demikian maka Triac dapat digunakan untuk melakukan pensaklaran dalam dua arah (arus bolak balik, AC). Simbol dan struktur Triac adalah seperti ditunjukan dalam gamabr dibawah : 2.
Gambar 2.2.
Dan Simbol DIAC
Sukar dilewati oleh arus dua arah, DIAC memang dimaksudkan untuk tujuan ini. Hanya dengan tegangan breakdown tertentu barulah DIAC dapat menghantarkan arus. Arus yang dihantarkan tentu saja bisa bolak-balik dari anoda menuju katoda dan sebaliknya. Kurva karakteristik DIAC sama seperti TRIAC, tetapi yang hanya perlu diketahui adalah berapa tegangan breakdown-nya. Simbol dari DIAC adalah seperti yang ditunjukkan pada gambar-8b. DIAC umumnya dipakai sebagai pemicu TRIAC agar ON pada tegangan input tertentu yang relatif tinggi. Contohnya adalah aplikasi dimmer lampu yang berikut pada gambar-4.
Simbol Dan Struktur Triac.
Karena secara prinsip adalah ekivalen dengan dua buah SCR yang disusun secara paralel dengan salah SCR dibalik maka Triac memiliki sifatsifat yang mirip dengan SCR.
Gambar 2.4
Rangkaian Dimmer
2
2.3
Prinsip Kerja On-Off Prinsip dari kontrol on-off dapat dijelaskan dengan sebuah Pengontrol gelombang penuh satu fasa seperti yang ditunjukkanpada gamabr 8. Saklar thyristor menghubungkan sumber ac dengan beban untuk waktu tn : saklar ditutup dengan sebuah gerbang penghambat pulsa untuk waktu t0. Waktu on tn, biasanya terdiri dari sejumlah integral siklus. Thyristor akan on pada tegangan nol melalui tegangan masukan ac. Pulsa-pulsa gerbang untuk thyristor t1 dan t2 dan bentuk gelombang untuk masukan dan keluaran ditunjukkan pada gambar 5.
Dengan k = n/ (m + n) dan k disebut duty cicle. Vs adalah tegangan fasa rms. Konfigurasi rangkaian utnuk kontrol on-off mirip dengan yang ada pada kontrol fasa dan demikian puladengan analisis kerjanya. 3.
3.1
3.2
Gambar 2.5. Rangkaian Kontrol On-Off dan Gelombang Output
Metodologi Alat-alat yang digunakan percobaan antara lain: a. Jumper secukupnya. b. Kit Praktikum. c. Oscilloscope. d. Multimeter. e. Beban berupa 1 buah lampu. f. Trafo isolasi.
dalam
Prosedur Percobaan: a. Rangkaian kendali tegangan AC b. Menyiapkan alat yang akan dilakukan percobaan. c. Memubat rangkaian seperti gambar dibawah dengan saklar dalam keadaan terbuka. KENDALI TEGANGAN AC
Jenis kontrol ini diterapkan pada aplikasi yang memiliki inersia mekanis yang tinggi dan konstanta waktu termal yang tinggi (contohnya industri pemanas dan kontrol kecepatan motor).Karena tegangan nol dan arus nol, harmonik yang ditimbulkan oleh saklar dikurangi. Untuk sebuah tegangan masukan sinusiodal, Vs = Vm sin ωt = Vs sin Vs ωt. Jika tegangan masukan dihubungkan pada beban untuk siklus n dan diputus untuk siklus m, tegangankeluaran rms (atau beban) dapat ditemukan melalui :
V
BEBAN
Trafo Isolasi
Percobaan beban : (1) 1 fasa, (2), 3fasa bintang dengan netral dan (3) 3 fasa delta d. Mengkalibrasi osilloscope pada peak to peak yang sama dan sesuai e. Mengatur besar masukan gelombang trigger 300, 600 , 900 ,1200,1500,dan1800 f. Mengambil data tegangan keluaran Vo , Io dan mengambil gambar bentuk gelombang yang di hasilkan osilloscope dengan kamera handphon.
√
4. 4.1
V
AC
Hasil Percobaan Hasil dan Pengolahan data Percobaan a. Tabel 4.1. hasil percobaan Vin (volt)
Vo (volt)
Io (ampere)
Keterangan
o
206
0.012
0.05 m
Mati
o
210
13.04
2.4 m
Sangat redup
120
o
208.5
46.6
7.4 m
Redup
o
207.8
88.6
13.8 m
Agak terang
60
o
209
187.5
28.8 m
Terang
30o
206
197.5
30.6 m
Sangat Terang
Besar Triger 180 150
90
3
b.
Tabel 4.2. gelombang keluaran Besar Triger (α)
Vo (volt)
o
0.012
150
o
13.04
120o
46.6
180
o
90
Gelombang keluaran
88.6
4
o
187.5
o
197.5
60
30
c.
Pengolahan data percobaan Pada sudut penyalaan 30o
Secara Praktikum
Secara teori
a.
Tengangan keluaran
b. Arus Keluaran
c.
a.
Tengangan keluaran
b. Arus Keluaran
c.
Daya keluaran
Daya keluaran
5
Pada sudut penyalaan 60
o
Secara teori
Secara Praktikum
a.
a.
Tengangan keluaran
b. Arus Keluaran
c.
b. Arus Keluaran
c.
Tengangan keluaran
Daya keluaran
Daya keluaran
Pada sudut penyalaan 90
o
Secara teori
Secara Praktikum
a.
a.
Tengangan keluaran
b. Arus Keluaran
c.
Tengangan keluaran
b. Arus Keluaran
c.
Daya keluaran
Daya keluaran
6
Pada sudut penyalaan 120
o
Secara teori
Secara Praktikum
a.
a.
Tengangan keluaran
( )
b. Arus Keluaran
c.
b. Arus Keluaran
c.
Tengangan keluaran
Daya keluaran
Daya keluaran
Pada sudut penyalaan 150
o
Secara teori
Secara Praktikum
a.
a.
Tengangan keluaran
( ) b. Arus Keluaran
c.
Tengangan keluaran
b. Arus Keluaran
c.
Daya keluaran
Daya keluaran
7
Pada sudut penyalaan 180
o
Secara teori
Secara Praktikum
a.
a.
Tengangan keluaran
b. Arus Keluaran
c.
b. Arus Keluaran
c.
5.
Tengangan keluaran
Daya keluaran
Daya keluaran
Analisa Dari percobaan yang kami lakukan pada kendali tegangan AC kami dapat menganalisa : 1. Pada saat sudut penyalaan 30° daya yang diterima memenuhi kapasitas beban tersebut. Semakin besar sudut penyalaan maka semakin kecil beban yang diterima pada beban. Karena diakibatkan prisip keja dari thyristor tersebut. 2. Kondisi lampu dapat diatur nyala terang nya dengan sudut penyalaan, semakin kecil sudut penyalaan maka lampu semakin terang. Hal ini disebabkan karena Igate yang besar, semakin besar Igate maka arus dan daya lampu akan semakin kecil, sehingga nyala lampu akan semakin terang. Dan apabila sudut penyalaanya mendekati 180o maka tegangannnya mendekati nol. 3. Apabila gambar gelombang pada oskiloskop sudut penyalaan bila trigger yang diubah 30o maka akan bergeser 30o dan seterusnya sampai 180o gelombang keluarannya akan sama dengan garis nol. 4. Untuk hasil perhitungan secara teori dengan secara praktikum daya keluaran untuk trigger 30° berbeda agak jauh hal ini disebabkan perumusan pada teori tegangann masukan diasumsikan Vs = 220 apa bila mengikuti pada Vs pada sumber real maka akan agak mirip nilai hasil dengan percobaan.
6.
Tugas Akhir Pertanyaan dan Penyelesaiannya : 1. Hitung Besar tegangan keluaran (Vo), arus keluaran (Io), dan daya keluaran (Po) dan tentukan factor kerja yang terjadi untuk setiap besar trigger yang diberikan ? Penyelesaiannya : Ada pada pengolahan data. 2.
Bandingkan besar tegangan output hasil percobaan dengan hasil perhitungan secara teori ? Penyelesaiannya : Ada pada pengolahan data. Hasil akan berbeda karena pada saat percobaan untuk menentukan nilai yang di multimeter kurang ketelitian dalam pembacaannya. Sedangkan pada perhitungan dengan cara teori itu sangat akurat karena tidak ada factor lainnya.
3. Jelaskan cara kerja trigger dalam percobaan yang telah dilakukan ? Penyelesaiannya : cara kerja trigger pada transistor unijunction yaitu ketika tegangan sumber dc Vs diberikan, kapasitor C akan diisi melalui resistor R karena rangkaian emiter dari UJT berada pada kondisi terbuka. Ketika tegangan emmiter VE yang sama dengan tegangan kapasitor Vc mencapai tegangan puncak Vp, UJT akan ON dan kapasitor akan
8
dikosongkan dengan kecepatan yang lebih kecil dari pada saat pengisian. Ketika tegangan emmiter berkurang maka emitter akan kembali tidak tersambung. UJT menjadi OFF dan siklus pengisian akan berulang kembali. 4.
7.
Gambarkan gelombang input, gelombang output, beserta sudut penyalaannya ? Penyelesaiannya : Ada pada pengolahan data.
Kesimpulan Dari Percobaan yang kami praktikumkan, kami dapat menyimpulkan : 1. Kami dapat mengetahui cara kerja thrystor dan triac. 2. Kami dapat mengetahui tipe-tipe kendali tegangan AC. 3. Kami dapat mengetahui gelombang input dan output untuk tiap percobaan. 4. Thyristor adalah komponen semikonduktor untuk pensaklaran yang berdasarkan pada struktur PNPN. Komponen ini memiliki kestabilan dalam dua keadaan yaitu on dan off serta memiliki umpan-balik regenerasi internal. Thyristor memiliki kemampuan untuk mensaklar arus searah (DC) yaitu jenis SCR, maupun arus bolak-balik (AC), jenis TRIAC. 5. Untuk percobaan rangkaian 1 fasa, kita dapat mengetahui tegangan output, arus output, daya output, dan gelombang output pada oscilloscope. 6. Untuk percobaan rangkaian kendali tegangan AC 1 fasa, dengan diberikannya
tegangan sumber sebesar 220 Volt. Sudut penyalaan dapat diatur dan diputar dari 00 s/d 1800, maka akan terjadinya kenaikan tegangan, arus dan daya output. Gelombang output akan semakin membentuk sinyal sinusoida (dapat dilihat di tabel gelombang keluaran). 7. Kondisi lampu dapat diatur nyala terang nya dengan sudut penyalaan, semakin besar sudut penyalaan maka lampu semakin terang. Hal ini disebabkan karena Igate yang besar, semakin besar Igate maka arus dan daya lampu akan semakin besar, sehingga nyala lampu akan semakin terang. 8. Cara kerja thyristor : ketika cycle positip maka thyristor akan ”on” sedangkan pada cycle negatif thyristor ”off”, namun cara kerja thrystor tergantung dari sudut penyalaan yang ditentukan. 9. Hambatan (R) tidak diketahui seharusnya asisten memberikan ketentuan R nya karena R ditentukan oleh rangkaian yang sudah ada didalam panel itu sendiri. Supaya kita bias mengetahui lebih lanjut untuk masalah Daya output nya. 10. Untuk percobaan rangkaian terkendali AC 3 Fasa tidak dapat dilakukan karena factor kit praktikum yang tidak memadai untuk berlangsungnya percobaan tersebut. 8.
Daftar Pustaka Rashid, Muhammad H. 1999, Elektronika Daya. Jilid 1. Jakarta : PT. Prenhallindo Tim asisten. “ Modul Praktikum Mesinmesin dan Elektronika Daya” .2014
9
LAMPIRAN
10
Wiring Diagaram Percobaan Kendali Tegangan AC 1 Fasa SUMBER N
Trafo
F
P
N
+
+
-
-
Pengontrolan
IN
+
N
OUT
-
BEBAN
Wiring Diagaram Percobaan Kendali Tegangan AC 3 Fasa Hubung Bintang dengan Netral
SUMBER R
S
T
BEBAN
Pengontrolan
N N R +
-
+
-
+
-
S T OUT
IN
Wiring Diagaram Percobaan Kendali Tegangan AC 3 Fasa Hubung Delta
SUMBER R
S
T
BEBAN
Pengontrolan
N N R +
-
+
-
+
-
S T IN
OUT
11
