Penyearah 1 Fasa Gelombang Penuh Terkontrol

Penyearah 1 Fasa Gelombang Penuh Terkontrol
12

Elektronika Daya
Politeknik Negeri Medan

Penyearah 1 Fasa Gelombang Penuh Terkontrol

Penyearah 1 Fasa Gelombang Penuh Terkontrol Beban R
Cara Kerja Rangkaian

Gambar rangkaian

Bentuk gelombang

vABVRIR-Vm-Vm
vAB
VR
IR
-Vm
-Vm

Gambar 1. Rangkaian penyearah 1 gelombang penuh terkontrol beban R

Pada Saat potensial titik A lebih tinggi disbanding potensialtitik B ( dari 0 - π rad), SCR 1 dan 3 akan bias maju secara bersamaan, maka ini adalah kesempatan untuk mentrigger SCR agar SCR dapatkonduksi (ON). Jikapadaωt=α SCR 1 dan 3 ditrigger maka SCR 1 dan 3 akan konduksi (ON) selama α- π rad dan arus akan mengalir ke beban. Sesaatsetelahπ rad, SCR 1 dan 3 akandibiasmundursecarabersamaan
Saat potensia ltitik B lebih tinggi disbanding potensial titik A ( dariπ-2π rad), SCR 2 dan 4 akan bias maju secara bersamaan, maka ini adalah kesempatan untuk mentrigger SCR agar SCR dapat konduksi (ON). Jikapadaωt=π+α SCR 2 dan 4 ditriggermaka SCR 2 dan 4 akankonduksi (ON) selama(π+α)- 2π rad dan arus akan mengalir ke beban. Sesaat setelah 2π rad, SCR 2 dan 4 akan dibias mundur secara bersamaan..
Berdasarkan gambar gelombang diatas dapat dilihat hubungan antara vAB pada 0- π rad adalah gelombang sinus dan karena beban yang digunakan pada rangkaian merupakan beban resistif maka arus dan tegangannya sefasa.
Berdasarkan gambar gelombang diatas dapat dilihat bahwa besar tegangan rata - rata output (VRrata-rata) dapat diatur dengan cara menggeser sudut triger SCR (α) pada rangkaian dan besar tegangan rata - rata output (VRrata-rata) / Vdc rata-rata dapat diketahui dengan rumus :
VDC rata-rata= 1παπVmsinωtdωt
= Vmπ (-cosωtαπ)
= Vmπ (-cosπ+cosα)
= Vmπ ( 1+cosα)
Tegangan keluaran rms diberikan oleh:

VRrms = 1παπ(Vmsinωt)2d (ωt) 12
= 1πVm2απsin2ωtd (ωt) 12
= Vm2παπ12(dωt-cos 2ωtdωt) 12
= Vm22πωtαπ-απ12cos 2ωtd (2ωt) 12
= Vm22ππ-α-(12sin2π-12sin2α)12
= Vm22ππ-α+(12sin2α)12
= Vm221-απ+ 12sin2α)2π12
=Vm 21-απ+ sin2α2π12

Arus beban rata-rata (IDC rata-rata) diperoleh :

IDCrata-rata= 1παπVmRsinωt d(ωt)
= 1π VmRαπsinωt d(ωt)12
= 1π VmR(cosωtαπ)12
= 1π VmR(cosπ-cosα)12
= Vmπ.R (1+cosα)
= VR rata-rataR

Untuk menghitung arus beban rms (IRrms) :

IRrms = 1παπ(VmRsinωt)2d(ωt)12
= 1π. Vm2R2απsin2ωtd(ωt)12
= 1π. Vm2R2απ12(dωt-cos2ωtdωt)12
= 12π. Vm2R2απωt-cos2ωt(dωt)12
= 12π. Vm2R2ωtαπ-απ12cos2ωt(2dωt)12

Simulasi Matlab

Gambar 2. Rangkaian Penyearah Terkontrol Gelombang Penuh Beban R

Penyearah terkontrol pada gambar di atas menggunakan 4 SCR dengan beban resistif R dan sudut penyalaan α = 900, dengan tegangan sumber Vs =200 Volt , R = 30 , f = 50 Hz.Kita dapat membandingkan besar tegangan keluaran rata-rata, tegangan rms, arus beban, arus rms beban, arus rms SCR, dan arus rata-rata pada SCR dari hasil simulasi dengan berdasarkan rumus.

Tegangan keluaran rata-rata pada beban:
Perhitungan berdasarkan rumus:
VDC rata-rata=Vmπ ( 1+cosα)
VDC rata-rata=2003,14 ( 1+cos 90°)
VDC rata-rata=63,694 ( 1+0)
VDC rata-rata=63,694 V

Hasil simulasi:
VDC rata-rata= 63,53 V

Arus pada beban:
IDCrata-rata= Vmπ.R ( 1+cos α)
IDC rata-rata= VDC rata-rataR
IDC rata-rata= 63,694 V30
IDC rata-rata= 2,123 A

Hasil simulasi:
IDC rata-rata= 2,118 A.

Tegangan rms pada beban:
VRrms=Vm 21-απ+ sin2α2π12
VRrms=200 21-90°180°+ sin2.90°2.3,1412
VRrms=141,421 0,5+ 012
VRrms=141,421 x 0,707 V
VRrms=99,984 V

Hasil simulasi:
VRrms= 100,2 V

Arus rms pada beban:
IRrms=Vm2R1-απ+sin2α2π12
IRrms=VRrmsR
IRrms=99,984 V30
IRrms= 3,332 A

Hasil simulasi:
IRrms= 3,339 A

Arus rms pada SCR :
IQrms=Vm2R1-απ+sin2α2π12
IQrms=2002×301-90180+sin2.902 . 3,1412
IQrms=200601- 0,5+012
IQrms= 3,333 0,707
IQrms= 2,356 A

Hasil simulasi:
IQrms= 2,365 A
Arus SCR rata-rata :
IQrata-rata=Vm2πR(1+cosα)
IQrata-rata=2002. 3,14 . 30(1+cos90)
IQrata-rata= 1,061 (1)
IQrata-rata= 1,061 V

Hasil simulasi:
IQrata-rata= 1,059 A

Tabel Evaluasi:

VDC
(V)
IDC
(A)
VRrms
(V)
IRrms
(A)
IQrms
(A)
IQrata-rata
(A)
Dari Hasil Simulasi
63,53
2,118
100,2
3,339
2,365
1,059
Dari Hasil Perhitungan
63,694
2,123
99,984
3,332
2,356
1,061

Sedikit ada perbedaan antara hasil dari simulasi matlab dengan hasil penggunaan rumus teorinya. Hal itu mungkin terjadi karena ada perbedaan sedikit pada perhitungan dengan penggunaan angka di belakang koma.

Hasil Simulasi

Penyearah Gelombang Penuh Terkontrol Beban R-L
Cara Kerja Rangkaian

Gambar rangkaian

Gambar 1. Penyearah 1 setengah gelombang terkontrol beban RL

Gambar 2. menunjukkan ketika penyearah terkendali dibebani beban RL. Pada saat potensial tegangan titik a lebih tinggi daripada titik b, maka anoda lebih positif dari katoda, bersamaan dengan itu VAKpositif. Maka ini kesempatan untuk mentrigger SCR Q1 & Q3 agar konduksi. Jika diberikan arus gate diberikan pada t = , maka SCR Q1 & Q3 akan konduksi selama - rad dan arus mengalir melalui induktor yang menyimpan energi. Sesaat setelah rad, vab mulai negatif, dan bersamaan dengan itu VAK mulai negatif. SCR menstop arus yang mengalir melalui induktor, akan tetapi energi yang tersimpan dalam induktor memaksa aliran arus tetap berjalan seperti sebelumnya dengan cara melepas energinya. Sehingga SCR tetap konduksi dan menimbulkan tegangan negatif selama - rad, dimana adalah besar arus yang melewati dari VAK (+).Setelah energi induktor habis, SCR Q1 & Q3 akan OFF.Dari -2 rad SCR Q2 & Q4 dibias mundur. Jika diberikan arus trigger pada t = , maka SCR Q2 & Q4 akan konduksi selama - 2 rad dan arus mengalir ke beban.
Setelah 2 rad, anoda SCR kembali lagi positif daripada katoda sehingga SCR akan kembali lagi konduksi, begitu seterusnya.
Berikut adalah Rumus yang digunakan pada rangkaian gelombang penuh terkontrol 1 fasa beban R-L :

VDC rata-rata= 12παβVmsinωtdωt
= Vm2π (-cosωtαβ)
= Vm2π (-cosβ+cosα)
= Vm2π (cosα-cosβ)

Tegangan keluaran rms diberikan oleh:

VRrms = 12παβ(Vmsinωt)2d (ωt) 12
= 12παβVm2sin2ωtd (ωt) 12
= Vm22παβsin2ωtd (ωt) 12
= Vm22παβ12(1-cos 2ωtd (ωt) 12
= Vm22παβ12(d(ωt)-cos 2ωtd (ωt)) 12
= Vm24πωtαβ-αβ12cos2 ωtd (2ωt)12
= Vm24πβ-α-12sin2β-sin2α12
Vrms =Vm 212πβ-α-12(sin2β-sin2α)12

Arus beban (IDC) diperoleh :

VDC= IDC.R
IDC= Vm2π.R ( cosα-cosβ)

Dan untuk memperoleh arus beban rms (Irms) :

Irms=VZ12πβ-α-sinβ-αcos(β+α+θ)cosθ12

Simulasi Matlab

Metode kerja diskontiniu
Yaitu ada arus yang mencapai angka 0 pada interval tertentu. Dengan pemberian sudut trigger >.

Gambar 2. Rangkaian Penyearah Terkontrol Gelombang Penuh Beban R-L

Penyearah terkontrol pada gambar memiliki beban R-L seridengan metode diskontiniu. Diberikan tegangan sumber Vs= 200, R = 20 , L = 3 mH, f = 50 Hz. Kita dapat membandingkan besar tegangan keluaran rata-rata, tegangan rms, arus beban, arus rms beban, arus rms SCR, dan arus rata-rata pada SCR dari hasil simulasi dengan berdasarkan rumus.
Tegangan keluaran rata-rata pada beban

tan = ωLR
= 2 ×3,14 ×100×0,0330
= 0,628
= arc tan 1,256
= 32,128

Oleh karna = 32,128, maka SCR ditrigger pada = 90.

Nilai dapat dicari dengan excel:

Maka = 208

VDC rata-rata= Vmπ (cosα-cos)
VDC rata-rata= 1003,14 ( cos 90°-cos208)
VDC rata-rata= 31,847 ( 0-(-0,882))
VDC rata-rata= 31,847 0,882

Hasil simulasi:

Arus pada beban

IDcrata-rata= Vmπ.R (cosα-cosβ)
IDcrata-rata= VDC rata-rataR
IDcrata-rata= 28,089 V30
IDcrata-rata= 0,936 A

Hasil simulasi:

Tegangan rms pada beban

Vrms=Vm 21πβ-α-12(sin2β-sin2α)12
Vrms=100 21180208-90-12(sin416-sin180)12
Vrms=70,7101180118-12(-0,829)12
Vrms=70,7101180(118,4145)12
Vrms=70,710 x 0,811 V
Vrms=57,345 V

Berdasarkan hasil simulasi:
Vrms=50,35 V

Arus rms pada beban

Z = R2 + Xl2
= 302+ (2×3,14×50×0,03)2
= 31,444

Irms=70,71031,4441180208-90-sin208- 90cos208+90+32,128cos32,12812
Irms=2,2481180118-sin118cos330,128cos32,12812
IRrms=2,2481180 (118-0,904)12
Irms=2,2480,65012
Irms=2,248×0,806
Irms=1,812 A

Irms=1,448 A

Arus rms pada SCR :
IQrms=Irms 2
IQrms=1,448 2
IQrms= 1,023 A

Hasil simulasi:
IQrms= 1,022 A

IQrata-rata=IDcrata-rata2
IQrata-rata=0,9362

Hasil simulasi:

Sedikit ada perbedaan antara hasil dari simulasi matlab dengan hasil penggunaan rumus teorinya. Hal itu mungkin terjadi karena ada kekurang telitian dalam penggunaan angka di belakang koma pada saat melakukan perhitungan.

2.3. Hasil Simulasi:

Metode kerja kontiniu
Yaitu keadaan dimana arus tidak pernah mencapai angka 0 pada interval tertentu. Dan diberikan sudut trigger <

Gambar 3. Rangkaian Penyearah Terkontrol Gelombang Penuh Beban R-L

Penyearah terkontrol pada gambar memiliki beban R-L seridengan metode kontiniu. Diberikan tegangan sumber Vs= 100, R = 20 , L = 0,15 H, f = 50 Hz. Kita dapat membandingkan besar tegangan keluaran rata-rata, tegangan rms, arus beban, arus rms beban, arus rms SCR, dan arus rata-rata pada SCR dari hasil simulasi dengan berdasarkan rumus.

Tegangan keluaran rata-rata pada beban
tan = ωLR
= 2 ×3,14 ×100 ×0,1520
= 4,71
= arc tan 6,28
= 78,013

Oleh karna = 78,013, maka SCR ditrigger pada = 45.

VDC rata-rata= 2Vmπ (cosα)
VDC rata-rata= 2 . 1003,14 ( cos 45°)
VDC rata-rata= 63,694 ( 0,707)

Hasil simulasi:

Arus pada beban
IDcrata-rata= 2Vmπ.R (cosα)
IDcrata-rata= VDC rata-rataR
IDcrata-rata= 45,031 V20

Hasil simulasi:

Tegangan rms pada beban
Vrms=Vm 21-sin(π+α)2π+ sinα2π12
Vrms=100 21-sin(180+45)2 ×3,14+ sin452 ×3,1412
Vrms=70,711--0,7076,28+ 0,7076,2812
Vrms=70,71 1+0,112+0,11212
Vrms=70,71 x 1,106 V
Vrms=78,206 V

Vrms=70,78 V

Arus rms pada beban

Z = R2 + Xl2
= 202+ (2×3,14×50×0,15)2
= 51,17

Irms=70,7151,171180208-45-sin208- 45cos208+45+78,013cos78,01312
Irms=1,3811180163-sin163cos331,013cos78,01312
IRrms=1,3811180 (163-1,219)12
Irms=1,381 0,89812
Irms=1,381×0,898
Irms=1,24 A

Irms=2,301 A

Arus rms pada SCR :
IQrms=Irms 2
IQrms=1,24 2
IQrms= 0,876 A

Hasil simulasi:
IQrms= 1,625 A

IQrata-rata=IDcrata-rata2
IQrata-rata=2,2512

Hasil simulasi:

Sedikit ada perbedaan antara hasil dari simulasi matlab dengan hasil penggunaan rumus teorinya. Hal itu mungkin terjadi karena ada kekurang telitian dalam penggunaan angka di belakang koma pada saata melakukan perhitungan.

Hasil Simulasi:

ωt

Vm

ωt

Vm

ωt

VAK

ωt

Vm/R

ωt

IG

[Type the document title]
[Type the author name]

Penyearah 1 Fasa Gelombang Penuh Terkontrol

Recommend Documents