Pengendali Tegangan Bolak-balik (AC-AC Controller) Lanjut
ELEKTRONIKA DAYA
Penulis
[email protected]
[email protected]
http://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)
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 buah
komponen pensakelaran thyristor dengan konfigurasi anti paralel, atau
menggunakan 1 buah Triacs. Arus bolak-balik dari sumber akan 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 . Oleh karena tegangan dan
arus suplai merupakan arus bolak-balik dengan gelombang 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 dengan cara
mengatur besarnya sudut perlambatan penyalaan 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 akan mengalami tegangan arah maju selama ½ siklus
dari tegangan suplai. Thyristor dinyalakan dengan sudut perlambatan
penyalaan . Dengan asumsi bahwa kondisi aktif (ON) thyristor
sebagai sebuah sakelar ideal, tegangan suplai akan sampai pada
terminal beban dan tegangan keluaran selama waktu
sampai radian. Arus beban akan mengalir melalui thyristor
terus ke beban dan kembali lagi ke sumber selama thyristor konduksi
dari sampai dengan radian.
Pada saat , bilamana tegangan input tepat berada sama dengan
nol, arus thyristor (yang mengalir melalui beban resistor R) juga akan
menuju nol, dan menyebabkan thyristor akan padam secara alami. Pada
saat ini tidak ada arus mengalir dalam rangkaian selama periode waktu
sampai dengan . Thyristor akan mengalami tegangan arah
maju selama siklus negatif dari tegangan suplai. Thyristor
dinyalakan dengan sudut , dan tegangan keluaran akan mengalir
selama ½ siklus negatif dari tegangan sumber.dari sampai .
Bilamana thyristor konduksi arus beban negatif akan mengalir dari
sumber menuju thyristor , dan terus ke beban untuk seterusnya
kembali ke sumber selama periode waktu sampai dengan .
Interval waktu (spacing) antara pemberian pulsa triger untuk
thyristor dan dijaga on selama selang waktu radian atau
1800. Pada saat tegangan suplai berubah menuju nol, dan menyebabkan
tidak arus mengalir dari sumber menuju ke beban. Keadaan ini sekaligus
menyebabkan thyristor akan berada dalam keadaan of (off state).
(a)
(b)
Gambar 2. Pengubah tegangan a suplai menggunakan Triacs
Fig: bentuk Gelombang tegangan dan arus keluaran Pengendali Tegangan 2
arah.
Persamaan penting
Tegangan sumber
;
Tegangan jepit pada beban resistor ;
;
for and
Arus beban
;
for and
D. Penentuan Persamaan Tegangan Efektif pada beban
Persamaan tegangan efektif pada beban diperoleh dengan menggunakan
persamaan:
;
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 dilakukan untuk ½ siklus. Dengan demikian persamaan
tegangan keluaran rms dapat diperoleh dengan cara:
;
; (untuk sampai dan sampai
Diperoleh:
Oleh karena
Dengan mengambil nilai akar kuadrad,diperoleh:
Nilai rms maksimum pada beban diperoleh pada waktu sudut , ini
berarti bahwa tegangan beban merupakan tegangan sinus dan persis sama
dengan tegangan sumber dan mempunyai nilai efektif sebesar ,
perhatikan uraian di bawah ini
.
(4)
Pembahasan di atas juga menunjukkan bahwa nilai maksimum tegangan
rms pada beban terjadi pada sudut triger dan akan minimum (0 volt)
pada sudut triger .
E. Karakteristik Pengaturan Pengendali Tegangan ac 1 fasa 2 Arah
Kurva karakteristik pengendalian dari pengendali tegangan 1 fasa 2
arah dengan beban resistif dapat ditentukan dengan mengambarkan tegangan
versus sudut perlambatan penyalaan ().
;
Dengan
Nilai rms tegangan suplai
Tabel 1. Hasil perhitungan Vo(rms) versus sudut triger
"Trigger angle "Trigger angle " "% "
" " " " "
"in degrees "in radians " " "
"0 "0 " "100% "
" " "0.985477 "98.54% "
" " " " "
" " "0.896938 "89.69% "
" " " " "
" " "0.7071 "70.7% "
" " " " "
" " "0.44215 "44.21% "
" " " " "
" " "0.1698 "16.98% "
" " " " "
" " "0 "0 "
Berdasarkan data hasil perhitungan seperti pada tabel 1 di atas
diperoleh kurva karakteristik pengaturan dari pengendali tegangan ac 1
fasa 2 arah seperti gambar berikut.
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% pada sampai '0' volt pada . Jadi diperoleh range
pengaturan yang cukup lebar dengan menggunakan pengendali tegangan 1 fasa
2 arah pengendalian.
Tugas latihan
Diberikan rangkaian pengendali tegangan ac seperti gambar berikut
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 1 fasa 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 . Tentukan:
a. Tegangan efektif keluaran (volt).
b. Daya keluaran (Watt)
c. Faktor Kerja Masukan
d. Arus thyristor rata-rata dan efektif.
Penyelesaian:
Besarnya tegangan efektif keluaran
Arus efektif keluaran
Daya Beban
Arus masukan sama besar dengan arus beban.
Jadi
Daya masukan (VA)
Jadi
Faktor Kerja Masukan ==.
Setiap thyristor konduksi hanya setengah siklus, dengan demikian
diperoleh:
Arus thyristor rata-rata
Arus thyristor efektif
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 450.
Penyelesaian:
;
Pada tegangan suplai standard 230V, daya disipasi pemanas 1KW .
Jadi
Tahanan pada pemanas
Tegangan rms keluaran
; untuk sudut penyalaan
Besarnya arus efektif keluaran
Daya beban
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 450.
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 Ω dan ωL = 6 Ω.. 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 material, 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
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 Teknologi dan Kejuruan (FPTK) "
" "IKIP Padang tahun 1983. Melanjutkan pendidikan pada "
" "jenjang Magister Teknik (S2) pada tahun 1996 di "
" "Institut Teknologi Bandung dan selesai pada tahun "
" "1999 pada bidang Mesin-mesin Listrik dan Elektronika "
" "Daya. Meminati dan menekuni penelitian bidang Mesin "
" "listrik dan Elektronika Daya, serta Electric Drive "
-----------------------
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 untuk tujuan bukan
ko!1239:;KLMUVpq€? –—˜«¾õæõØÍ¿¶«?' }vlvZ}N}G}v=h²Hîh²Hî6?aJ
h"7Ý6?aJhý{yh²Hî0J6?aJ"[?]?jhý{yh²Hî6?UaJh"7Ýh²Hî6?aJ
h²Hî6?aJjh²Hî6?UaJh"7mersial (nonprofit), dengan syarat tidak
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.
