elektronika daya
DESCRIPTION
ELEKTRONIKA DAYA. TRAINING OBJECTIVES :. After completing this program, the participants are able to understand power electronics circuits and components so that technicians will be able to maintain them. TRAINING OUTLINES. 1. Basic concept of SCR, DIAC, TRIAC, UJT and PUT - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Fauzan A Mahanani, S.Pd
After completing this program, the participants are able to understand power electronics circuits and components so that technicians willbe able to maintain them.
Fauzan A Mahanani, S.Pd
1. Basic concept of SCR, DIAC, TRIAC, UJT and PUT2. Static Switch 3. Zero Voltage Switching4. Phase control circuit5. Motor Control
Fauzan A Mahanani, S.Pd
ELEKTRONIKA DAYAELEKTRONIKA DAYAELEKTRONIKA DAYAELEKTRONIKA DAYA
Elektronika daya / Power Electronics
Bidang elektronik yang berkaitan dengan konversi dan switching energi listrik untuk aplikasi daya.
Kelebihan peralatan power elektronik:
• Lebih murah
• Lebih ringan dan kecil
• Efisiensi dan keandalannya lebih tinggi
• Lebih mudah diperoleh
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Komponen yang banyak dipakai dalam elektronika daya:
- Power dioda- Power transistor- Thyristor
Klasifikasi thyristor :
Unidirectional
Bidirectional
PNPN Dioda, SCR, LASCR, PUT, SCS
DIAC, TRIAC
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Jenis dan simbol Transistor
Struktur kerja PNPN IA
IB1
IC1IC2
IB2
IG(N)
IG(P)
Ik
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Mekanisme yang dapat menghidupkan piranti PNPN:
1. Tegangan (avalance)
Jika tegangan Anoda >> katoda, terjadi “forward break over” dan piranti akan “on” dengan sendirinya.
2. Laju perubahan tegangan
Jika tegangan forward bias pada piranti naik sangat cepat, arus akan
mengalir mengisi Ccb dari transistor PNP. Arus ini akan mewakili arus
base transistor NPN dan selanjutnya terjadi proses regenerasi untuk
meng “On” kan piranti PNPN.
Fauzan A Mahanani, S.Pd
3. Temperatur
Pada temperatur yang tinggi, arus bocor akan menjadi kira-kira
2 kali lipat setiap kenaikan temperatur 8 0 C.
4. Aksi Transistor
Dengan memberikan arus pada basis transistor ( inilah kerja normal dari
keluarga thyristor kecuali light sensitivity thyristor ).
5. Energi cahaya
Cahaya yang masuk ke daerah junction akan menghasilkan.
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Karakteristik yang diharapkan dari SCR1. Tegangan blocking yang tinggi2. Mampu melewatkan arus yang besar3. di/dt yang tinggi4. dv/dt yang tinggi5. Waktu turn off yang singkat6. Arus pengendali gate yang rendah7. Frekuensi kerja yang tinggi
Simbol SCR
SCR (silicon controlled rectifier)
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Metoda meng-off-kan SCR:
1. Current Interruption
Dengan cara ini SCR akan mengalami dv/dt yang besar. Umumnya cara ini tidak digunakan.
Fauzan A Mahanani, S.Pd
2. Forced Commutation
Pada dasarnya adalah untuk mengurangi arus SCR menjadi nol , baik dengan cara memindahkan arus beban ke jalan lain yang diinginkan atau dengan cara mengurangi arus beban hingga nol.
Klasifikasi dari metoda ini:
- Kelas A : Komutasi sendiri oleh beban yang beresonansi
- Kelas B : Komutasi sendiri oleh rangkaian LC
- kelas C : C atau LC yang diswitch oleh SCR pembawa beban yang lain
- Kelas D : C atau LC yang diswitch oleh SCR tambahan
- Kelas E : Sumber pulsa, eksternal untuk komutasi
- Kelas F : Komutasi tegangan AC
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Kelas A : Komutasi sendiri oleh beban yang beresonansi
Kondisi untuk komutasi yaitu rangkaian RLC harus under-damped
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Kelas B : Komutasi sendiri oleh rangkaian LC
komutasi sendiri oleh rangkaian LC
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Kelas C : C atau LC yang di switch oleh SCR pembawa beban yg lain
Rangkaian kelas C dapat diubah menjadi kelas D jika arus beban yang mengalir hanya melalui 1 SCR sedangkan SCR lain hanya berfungsi untuk meng-off-kan saja. Resistor tambahan mempunyai resistor yangjauh lebih besar dari resistor di SCR utama.
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Kelas E : Sumber pulsa eksternal
untuk komutasi
Kelas F : Komutasi tegangan AC
Fauzan A Mahanani, S.Pd
DIAC
- Tegangan Breakdown DIAC kira-kira 30 V- Dapat meneruskan arus dalam 2 arah
Simbol
+V-V
MT2 positif
MT2 negatif
Karakteristik V- A
+ I
- I
Fauzan A Mahanani, S.Pd
TRIAC
+V-V
+ I
- I
MT2 positif
MT2 negatif
Kuadran IKuadran II
Kuadran IVKuadran IIISimbol
Karakteristik V- A
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Triggering mode untuk TRIAC:
1. MT2+, Gate+ ; I+ , Kuadran I, Arus dan tegangan gate positif
2. MT2+, Gate- ; I- , Kuadran I, Arus dan tegangan gate negatif
3. MT2- , Gate+ ; III+ , Kuadran III, Arus dan tegangan gate positif
4. MT2- , Gate- ; III- , Kuadran IV, Arus dan tegangan gate negatif
Mode yang paling sensitif : 1 dan 4Mode yang sedang : 2Mode yang kurang sensitif : 3
Fauzan A Mahanani, S.Pd
B2
B1
E
simbolIE
IEB1
UJT
B1
B2
RBB2
RBB1
E
Rangkaian ekivalen
Karakteristik V - A
Fauzan A Mahanani, S.Pd
IV = valley current ( serupa dengan holding current pada SCR )
Intrinsic stand off ratio
Interbase resistance ( RBB ) 4,7 K 9,1 K
BB2 BB1
BB1
R R
R
Nilai sekitar 0,5 ~ 0,8
Tegangan titik puncak VP = VBB + VD
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Hal 31
Contoh : Rangkaian …hal 31………..relaksasi menggunakan UJT
11
BBD11
C R T sehingga
1 - 1
1ln maka 0,632
T
1
V Vuntuk - 1
1ln C R
untuk
f
T
t
VE
VP
t
E
VBB
RB2R1
C1 RS1
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Hal 32
RB1
VBB
RB2I
C
R1
R2 R3
beban
R5
R4C1
Bila diinginkan untuk gelombang segitiga dengan slope linier , maka dapat digunakan sumber arus konstan untuk pengisian kapasitornya.
Contoh pemakaian UJT pada rangkaian pengontrol phase
I adalah arus searah yang konstan
BB
t
0
BBD
D BBP
V dt I C
1
maka , V V
V V V
dt I C
1
Bila
VE
BB
BB
V I
c
V T c
I
T
sehingga
Fauzan A Mahanani, S.Pd
PUT ( programmable uni-junction transistor )
Simbol
Anoda
Katoda
Gate Jika gate dijaga tetap pada potensial tertentu , PUT akan tetap offsampai tegangan anoda melebihi tegangan gate ditambah drop tegangan diode.
Atau PUT akan tetap off bila VA ( VG + V Dioda )
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Hal 33
R1
C
R2
R3
R4
R5
+V
-V
Contoh : rangkaian osilator relaksasi menggunakan PUT
CT
RT R1
R2RS
VD
ES
Contoh lain :
Bila tegangan drop pada diode ( VD ) diabaikan , maka PUT akan konduksi bila :
S21
2
G
E R R
R
V
A
A
V
atau
V
1
21
21
1
21
2C RT-
S21
2CT RTT-
R
R R ln
R R
Rln
R R
R - 1 e
E R R
R ES ) e - 1 (
TT
TT
TT
CRT
CRT
Maka
Misalkan pada t =T , teg VA = VG
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Static switching circuit
Dapat dibagi menjadi 2 bagian utama yaitu : 1. AC switching circuit.
2. DC switching circuit.
A. Static AC switches1. Rangkaian TRIAC sederhana .
RC = Tahanan kontak ( bila ada )IGM = arus puncak dari gate yang diizinkan.
Beban RL
R = 100
RC Vrms
CL GM
R R - I
V 2 R
Fauzan A Mahanani, S.Pd
2. Rangkaian SCR Inverse - paralel ( “ back to back “ )
Beban RL
Vrms
SCR 1
47
R
47
Thyrector SCR 2
RC
47 CL GM
R // R R R - I
V 2 R
Thyrector adalah komponen untuk memotong tegangan transient ( komponen suppresi )
Fauzan A Mahanani, S.Pd
3. Saklar statis dengan sumber pemicu terpisah.
Agar distorsi bentuk gelombang pada beban dan R F I yang terjadi sekecil mungkin , makafrekuensi oscillator harus cukup tinggi untuk meyakinkan agar TRIAC ataupun SCR ditrigger pada awal siklus AC
Beban
AC
0,1 F
100
Untuk bebaninduktif
OSC Control input
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Beban
AC
R
R
oscControl input
Sumber daya dari rangkaian oscillator , bisa diperoleh dari sumber AC
KHz 2 f
Hz 60 - 50
osc ACfrekuntuk
Fauzan A Mahanani, S.Pd
BebanAC
Sinyal pengontrol
Beban
Sinyal pengontrol
Untuk beban induktif
4. Bentuk - bentuk lain untuk full wave AC static switchinga ) Rangkaian jembatan + SCR dengan beban AC
b ) Rangkaian jembatan + SCR dengan beban DC
Fauzan A Mahanani, S.Pd
c ) Rangkaian jembatan dengan SCR dan dioda ganda untuk beban AC
Beban
ACSinyal
pengontrol+ -
BebanSinyal pengontrol
AC+ -
d ) Rangkaian jembatan dengan SCR dan dioda ganda untuk beban DC
Fauzan A Mahanani, S.Pd
e ) DC triggering untuk TRIAC
Beban
Sinyal pengontrol
+
-
AC
Untuk bebaninduktif
Fauzan A Mahanani, S.Pd
5 ) TRIAC latching tecnique
AC
beban
MT2
MT1
S“ off ”
C1
R1470
1 F
Trigger “ on “
AC
beban
S“ off ”
Trigger “ on “
R2
L1
MT1
MT2
Bekerja pada mode III dan I-sehingga kurang sensitif
Bekerja pada mode I+ dan IIIsehingga sensitif
Fauzan A Mahanani, S.Pd
6.1 Negative half cycle slaving tecnique
Beban
+-
C1
SCR2
R1
R2
SCR1
D1
SCR1 sebagai masterSCR2 sebagai slave
Pada cycle positif :ketika SCR1 ditrigger SCR1 on , C1 diisi melalui dioda D1 dan resistor R1
Pada cycle negatif :C1 discharge melalui R2 dan gate SCR2 sehingga SCR2 konduksi
Fauzan A Mahanani, S.Pd
SCR1
beban
+
-
-
+
SCR2
slave
master
10 K
R
SCR3 S
Random“open”signal
L0,1 H
20 ohm
6.2 SCR slaving and zero voltage switching
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Mula - mula S tertutup
Pada cycle + SCR3 on , SCR1 off
Pada cycle - SCR3 off , SCR1 off
Jika tegangan pengontrol tidak ada, SCR3 akan off, SCR1 akan “ on “ bila anoda nya mendapat tegangan positif dan SCR2 akan “ on “ pada 1/2 cycle berikutnya akibat di trigger oleh energi yang tersimpan di L.Jadi arus mengalir pada beban pada seluruh cycle.
Jika diberikan tegangan pengontrol, SCR3 akan “ on “ ( pada saat tegangan anoda > tegangan katodanya), mengakibatkan SCR1 off, sehingga pada beban tidak mengalir arus .
Rangkaian ini juga memberikan “ zero voltage switching “
Fauzan A Mahanani, S.Pd
SCR1 SCR2
C
beban
on off
+-
+
7. DC static switch ( SCR flip - flop )
Fauzan A Mahanani, S.Pd
SCR1
C1 R4
R1
R3
R5
28 V
GND
R2
External load
+
-18 V
SCR1 mula - mula off
8. UJT / SCR time delay
Rs untuk memberikan holding current yang cukup. (R1 + R2), C menentukan lamanya delay
Fauzan A Mahanani, S.Pd
9. Mercury thermostart / SCR heater control
heater
SCR
570 KJika open , heater “ on “jika closed , heater “ off “
120 V
0,1 F
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Load
( untuk beban induktif )
BASIC DIAC - TRIAC PHASE CONTROL
Contoh :
Load
BASIC STATIC SWITCH
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Zero voltage switching
Untuk menghindarkan adanya RFI pada saat SCR / TRIAC konduksi , maka diharapkan SCR / TRIAC konduksi pada saat tegangan AC masih rendah ( sekitar zero atau pada saat tegangan sesaat kurang dari 5 volt ).
Tegangan rms24 V
115 V220 V
8, 47 0
1,76 0
0,92 0
Fauzan A Mahanani, S.Pd
beban
C
D1
R1
R2R5
R3R4
D3
S
10 K 47 K
D2
SCR120 V
+Q1
1. Basic switching circuit
Prinsip kerja :Jika Q1 cut off dan anoda SCR positif SCR on.Jika Q1 konduksi SCR off
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Half wave zero voltage switching circuit
Tegangan jala - jala
Tegangan pada beban
S dibuka sembarang S ditutup sembarang
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Pada saat S open dan jala - jala pada siklus negatif, C diisi terutama melalui R1 dan D1.Pada saat tegangan jala - jala turun dari puncak negatifnya, C akan discharge melalui D2 dan R2, sehingga Q1 cut off.
Hal ini menyebabkan SCR bisa on bila anoda nya positipR4 dipilih agar SCR bisa konduksi pada tegangan 3 - 5 volt
R3 dipilih agar mampu memberikan arus base yang cukup pada saat Q1 konduksimisal R3 = 15 X R4 220 K
R2 dipilih < R3 misal R2 = 47 K Time constant R2 C1 dipilih agar masih dapat memberikan bias negatif pada base Q1
pada waktu cycle positif dari jala - jala .
R5 sebagai pembatas arus discharge dari C jika S ditutup.
K 15 A 200
V 3 R misal (
I
V 3 4
gate4 R
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Untuk kerja full wave, dapat digunakan slaving technique
beban
C
D1
R1
R2R5
R3
R4
D3
S
10 K 47 K
D2
SCR120 V
+Q1
Fauzan A Mahanani, S.Pd
R1
R2
R4
beban
D1
D2
D3
C1
C2
R3
SCR
1k210 w
150 2 w
1k 1w1k
+3 F
1 F/200 v
2. TRIAC Zero Voltage Switching Circuit
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Jika SCR konduksi TRIAC offBila sebelumnya TRIAC sedang on , TRIAC akan off pada saat start cycle berikutnya
Jika SCR off TRIAC akan konduksi pada cycle positif. Arus trigger melalui R1 , C1 , R2 , D1 , D2.
Bila TRIAC konduksi C2 akan diisi muatan pada C2 ini akan mentrigger TRIAC pada cycle negatiif , sehingga pada beban terdapat tegangan full cycle.
Kekurangan rangkaian ini ialah TRIAC baru akan konduksi pada tegangan yang lebih tinggidari 5 V ( 10 - 15 volt )
Fauzan A Mahanani, S.Pd
1F
R1
+beban
10 k
1 k
1 k
Untuk mencegah agar C tidak dimuatiarah negatif
Perbaikan rangkaian sebelumnya :
volt4,4 ) V 0,6 ( ) 4 ( )K 10 ( )A 200 ( V . 4 R . I D1GT Vm
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Phase control
Sequence control
Sequence control digunakan untuk pemberian daya pada sistem dengan konstanta waktu yang besar (misalnya pada pengontrolan temperatur).
Fauzan A Mahanani, S.Pd
AC Phase ControlPemakaian- Pengontrolan daya rata-rata ke beban seperti lampu, heater, motor, supply DC dan lain-lain.
A. Satu phase
Kontrol = Sudut triggering
1/2 gelombang yang dikontrol
1.Tegangan pada beban
E
Bentuk-bentuk :
1 Phase
3 Phase
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Kontrol
1/2 gel. yang dikontrol + 1/2 gel. tetap
Kontrol
Kontrol
1 gelombang yang dikontrol
2.
3.
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Kontrol
5.
1 gelombang yang dikontrol Mempunyai keuntungan dalampengontrolan karena common cathode
4.
- Paling flexible- Kurang efektif karena adanya tegangan drop pada dioda
Kontrol
1 gelombang yang dikontrol
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Kontrol
1 gelombang yang dikontrol
- Sederhana- Paling efektif - Andal
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Vd
Dapat menggunakan transformator ataupun tidak
B. Tiga phase
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Tegangan Sumber
Tegangan Pada SCR
Tegangan Pada beban
Arus beban
Phase control pada beban resistif
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Phase control pada beban induktif
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Contoh Phase control Untuk ½ gelombang
Contoh Phase control Untuk 1 gelombang
Rangkaiansnubber
Fauzan A Mahanani, S.Pd
- Kebanyakan motor AC yang dikontrol kecepatan putarnya menggunakan
“phase control” karena sederhana dan relatif murah.
- Morot-motor pada umumnya tidak dirancang untuk kerja seperti ini. Rating
motor didasarkan pada operasi dengan kecepatan tertentu dan berdasarkan
kecepatan ini, coolingnya dirancang. Maka bila motor dioperasikan pada kecepatan rendah, motor akan menjadi cepat panas dan ini menjadi masalah.
- Dengan phase control akan timbul tegangan harmonis. Adanya harmonis
ganjil dapat menghasilkan effek samping pada motor induksi.
Penggunaan Phase Control pada pengendalian motor
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Pengendalian Motor Universal - Half wave
V1
V2
Universalmotor
Fauzan A Mahanani, S.Pd
CR2 CR3
CR5CR4
ARMATURE
Pengendalian Motor Universal - Full wave
Fauzan A Mahanani, S.Pd
CR4CR3
CR6CR5
DCCONTROL
TRIAC
DIAC
R5
R1
R3R2
R6
C1
R4
CR2CR1
C2
ARMATURE
Pengendalian Motor Induksi
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Comparator
Modulationgenerator
Temp.Sensor
Chamber
Losses
ADJ. RefSet PT
Zerocrossingdetector
AC PowerSupply
PowerSwitch Cooler
HeaterPowerSwitch
Fauzan A Mahanani, S.Pd
0,1 F
2N4992
TRIAC
COOLING ORHEATER LOAD
ST2
TEMPSET
22K1W
2K2
10 K
120 V60 Hz
AC SUPPLY25 K
Pengendalian Dengan Phase Control System
Fauzan A Mahanani, S.Pd
ZeroCrossingDetector
R1
R2
R5
D1
Q1 Q2
INPUTSECTION
OUTPUTPOWER SUPPLY ANDZERO CROSSING DETECTOR
INHIBITCURRENT
Pengendalian Dengan Zero Voltage Switching System (IC)
Functional Diagram Of GEL 300
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Pengendalian Dengan Zero Voltage Switching System
RA
RB
RS
CS
120 VAC60 Hz
(240 VAC)
+
RESISTANCELOAD
8 8
1110913
2 5
100 mF15V
10K, 2W
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Fauzan A Mahanani, S.Pd
CR2
R3
SCR1
C1Beban
SCR1
+
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Cycloconverter
Mengubah frekuensi daya AC menggunakan SCR dimana komutasinya
adalah tegangan AC sendiri
Input
Output
Outputsetelahdifilter
Contoh pemakaian: untuk mendrive motor induksi atau motor sinkron dimana diperlukan tegangan yang frekuensi dan amplitudonya dapat diubah.
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Contoh cycloconverter 3 phase 1 phase
Fauzan A Mahanani, S.Pd
g1 g2 g3 g1 g4 g5 g6 g4 g1 g2 g3 g1 g4 g5
1 cycle
VR
Jika rangkaian di trigger seperti Gb di atas dan inputnya dari sistem 3 Phase 60 Hz , bisa diperoleh output dgn frekuensi 20 Hz 1 Phase
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Contoh : Cycloconventer 3 Phase
Generator 3 Phase
Beban 3 Phase
Fauzan A Mahanani, S.Pd
DC Converter
DC Converter : Mengubah tegangan DC menjadi tegangan DC kembali dengan level tegangan yang berbeda ( lebih rendah atau lebih tinggi dari tegangan sumber )
Direct
DC Converter dibagi menjadi
Dengan AC Link
a ) Direct
- Bila selisih level tegangan DC antara input dan output tidak terlalu besar .
- Bila antara tegangan input dan output tidak memerlukan isolasi .
Fauzan A Mahanani, S.Pd
b ) Menggunakan Ac Link
- Bila selisih level tegangan Dc antara input dan output cukup besar .
- Bila antara tegangan input dan output memerlukan isolasi.
Inverter : Me ngubah sinyal DC ke ACPrinsip dasar
Switch S1 da S2 bekerja secara bergantian .
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Salah satu contoh realisasi sbb :
1
2
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Cara kerja :misalkan mula - mula ke dua SCR sedang off .A) Bila SCR di trigger on , arus mengalir dari ( + ) baterai kumparan L1 D1 SCR 1 ke (-) baterai. Sebagian arus mengalir dari (+) baterai kumparan L2 D2 mengisi C SCR1 ke (-) baterai. Arus ini mengalir hanya sampai C
penuh. Sehingga node lebih positif dari .
B) Bila kemudian SCR 2 ditrigger , SCR 2 akan On dan muatan pada C akan memberikan tegangan reverse pada SCR 1 sehingga SCR1 Off.C diisi oleh arus yang melalui D1 sehingga sekarang polaritas nya di node lebih positif dari .
C) Bila SCR 1 dan SCR 2 di trigger secara bergantian maka pada L1 dan L2 akan mengalir arus pula secara bergantian , sehingga pada output akan dihasilkan tegangan bolak balik. Jika pada output diberikan …(hal 46)………. Maka akan menjadi DC Converter
.
12
12
Fauzan A Mahanani, S.Pd
DC Chopper : Single ended inverter untuk mengubah DC ke DC .Dalam beberapa rangkaian elektronik , ada kalanya daya harus ditrarnsfer darisumber tegangan tinggi ES ke beban dc tegangan rendah ( EO )
EO+I
R
+ES
Transfer daya tidak efisien karena kerugian I2.R besar
( kecuali bila ES EO )Maka R diganti dengan L
Fauzan A Mahanani, S.Pd
EO+
S L
ES
+Transfer daya dilakukan dengan menutup danmembuka switch S
ES
EO+
S( ES - EO )
+ i
Bila S ditutup , maka arus i :
Bila S ditutup , maka energi yang tersimpan di L akan di disipasikan sebagai bunga api kerugian
tL
Eo - Es (t) i
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Es - EO
Ia
- EO
Ta Tb
E dan I dalam induktor
Ta = Selang waktu switch S ditutupTb = Selang waktu L membuang energi ketika S dibuka.Kerja dari switch S pada prakteknya digantikan oleh SCR atau GTO
EO+
ES
S
+-eL = EO
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Dengan mempercepat waktu on dan off switch , maka diperoleh arus -arus sbb :
Ta Tb
Ia
Ib
TIaIb
t
t
t
Arus pada beban
Arus yang diambil dari sumber
Arus yang mengalirpada dioda
2
IbIaIo
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Arus rata - rata yang diambil dari sumber Is selama 1 cycle :
Jika dianggap tidak ada kerugian daya , maka :
ES
L
ROIO
Jika chopper mensupply beban Ro :berlaku pula persamaan2 :
IS = Io . f . TaEo = ES .f . Ta
Io.f.Ta Isatau T
Ta Io Is
Ta f. . Es Io
Is . Es Eo
Io . Eo Is .
Eo
Es
Ta . f
Ro
Is
Es
Ta . f Is
Es
.Is
Ta . f . Es o
Io
Eo o
22
22
TafR
R
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Jika beban yang tampak oleh sumber adalah RS , maka :
Contoh : chopper bekerja pada frekuensi 30 Hz dan waktu “ on “ 200 s . Hitung resistansi yang tampak oleh sumber , jika Ro = 36 m.
Jawab :
contoh soal : Diinginkan mengisi baterai 120 V dari sumber dc 600 V menggunakan chopper . Arus pengisian baterai rata2 harus 20 A dengan ripple 2 Ap-pJika waktu “ on “ ditetapkan 1 ms , hitunglah :a) arus dc yang diambil dari sumber.b) arus dc pada diodec) frekuensi chopperd) nilai L
22.f
Ro
Is
Es
TaRs
1000 )10 x 200 x (30
0,036
Ta . f
Ro
2 22Rs
Fauzan A Mahanani, S.Pd
600+
-
L
+120 V
Id
IoIs
I beban
21
19
t
20 A
jawab :
a) Daya yang diberikan ke baterai : P = 120 X 20 = 2400 wattjika tidak ada kerugian2 , maka daya yang diberikan oleh sumber adalah :2400 watt. Maka :
A 4 600
2400 Is
Fauzan A Mahanani, S.Pd
b) Id = Io - Is = 20 - 4 = 16 Ac) Eo = Es .f .Ta
Sehingga perioda T = 5 ms dan Tb = 5 - 1 = 4 msd) Selama interval waktu Ta , tegangan pada L = 600 - 120 = 480 V
Perubahan arus ( ripple ) = 2 Amaka Hz 200
10 600.
120
Ta . Es
Eo
3f
mH 240 H 2
10 . 480
-3
L
3-10
2 L
t
i L
dt
di . L 480
Fauzan A Mahanani, S.Pd
-
Kuadran 1Kuadran 2
Kuadran 3 Kuadran 4- +
+
Generator atau rem
Generator atau remmotor
motor
Pengontrolan MotorPengontrolan Motor motor DC
Pengontrolan motor motor AC
Motor DCMotor listrik dapat dikemudikan agar berfungsi pada berbagai torque dan kecepatan , baik arah forward maupun reverse .Pengendalian dapat beroperasi pada kuadran2 :
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Contoh : pada lokomotif listrik , motor dapat berputar CW atau CCW dan torque dapat searah atau berlawanan arah putaran .Dengan perkataan lain , kecepatan dan torque bisa positif maupunnegatif.
Bila berfungsi sebagai motor berarti memberikan daya mekanik ke beban.Bila berfungsi sebagai generator atau rem ( brake ) berarti menyerap daya
mekanik dari beban.
Fauzan A Mahanani, S.Pd
generator
generator
rem
rem
motor
motor
43
2
1
n
-
+
+
-Motor induksisangkar bajing
Kurva tipikal kecepatan vs torque
Fauzan A Mahanani, S.Pd
4
rem
rem
motor
motorgenerator
generator
n
-
+
+-
3
21
Pengontrolan kecepatan kuadran 1misal : motor shunt
medan eksitasi dibuat tetap ( fixed ) dan kecepatan diatur denganmengatur tegangan jangkar.
Motor DC
Fauzan A Mahanani, S.Pd
G6
G5
G4
G3
G2
G1 Ra
LaIf
3 phase
321
3 phase 6 pulse converter
EdEO
+
+
limit setting
arus max kec maxSP arusSp kecepatan
Gate triggeringprocessor
Arus jangkarkecepatan
Input darihasil pengukuran
- - - - - - - - G1 G2 G3 G4 G5 G6
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Ed = 1,35 E cos
0 60 120 180 240 300 360 420 480
kondisi
Q5,Q6 Q6,Q1 Q1,Q2 Q2,Q3 Q3,Q4 Q4,Q5 Q5,Q6
E32 E12E13 E23 E21 E31 E32
1,414 E1,225 E
540
pentriggeranQ1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q1
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Ed = Tegangan DC yang dihasilkan oleh converter 3 phase , 6 pulse.E = Tegangan efektif jala - jala. = Sudut triggering.Gambar diatas untuk = 0 , sehingga Ed = 1,35 E
Keuntungan pengaturan dengan SCR seperti gambar diatas :• Tidak memerlukan tahanan jangkar sehingga tidak ada kerugian I2 R.• Daya yang hilang pada SCR relatif kecil.Contoh :
DC motor 750 HP , 250 V , 1200 rpm dihubungkan dengan jala2 3 , 208 V , 60 Hz menggunakan converter bridge 3 phase arus jangkar pada beban penuh , 2500 A . Tahanan jangkar 4 m.
Ditanya :a) Sudut triggering pada kondisi beban penuh .b) Sudut triggering agar motor berputar 600 rpm pada keadaan tanpa beban.c) Sudut triggering agar motor menghasilkan torque ratingnya pada 400 rpm.d) Daya reaktif yang diambil pada soal c .
Fauzan A Mahanani, S.Pd
= 27+
-
2500 AEd = 250
4 m
If3
208 V 60 Hz
Jawab : 750 HP = 560 KWa) Ed = 1,35 E cos 250 = 1,35 X 208 X cos = 270
b) Drop tag pada jangkar pada saat full load = 2500 A X 0,004 = 10 Volt E 0 = 250 - 10 = 240 Volt.
Pada 600 rpm : E0 = 240 X ( 600 / 1200 ) = 120 Volt. Drop tegangan tanpa beban diabaikan .
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Maka perhitungan sudut triggeringnya :Ed = 1,35 E cos 120 = 1,35 X 208 cos cos = 0,427 = 64, 7 0
= 64,70
120 V
I 0
If
3
208 V
60 Hz
c ) Untuk menghasilkan torque pada ratingnya , maka arus jangkar harus 2500 A.E 0 = ( 400 / 1200 ) X 240 = 80 Volt
drop pada jangkar IR = 2500 X 0,004 = 10 voltsehingga Ed = 80 + 10 = 90 voltsudut triggering :
Ed = 1,35 . E cos 90 = 1,35 X 208 cos
= 710
Fauzan A Mahanani, S.Pd
d ) Daya yang diserap oleh motor : P = Ed . Ed = 90 X 2500 = 225 KWBila kerugian 2 pada converter diabaikan , maka daya rata 2 yang diserapdari sumber juga 225 KW.Daya reaktif yang diserap dari sumber : = P tan
= 225000 tan 71 0 var= 653 kvar
makin besar , makin besar .Bandingkan P dan .Maka biasanya converter ………Hal 61…… berfungsi pada 15 0
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Pengontrolan 2 kuadran :1. Menggunakan pembalikan medan .2. Menggunakan pembalikan jangkar.3. Menggunakan 2 converter.4. Menggunakan 2 converter dengan arus sirkulasi
Ad.1 Menggunakan pembalikan medan.Pada pengaturan kecepatan motor dari kecepatan tinggi ke kecepatanrendah dapat dilakukan dengan menurunkan tegangan dan membiarkan -Motor menjadi perlahan dengan sendirinya .
Cara ini lambat dan dalam aplikasinya mungkin kurang memenuhi syarat ( seperti pada pengontrolan 1 kwadran).
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Untuk mempercepat pengaturan dapat dilakukan antara lain dengan :- Pengereman dinamis menggunakan resistor eksternal .- Pengeraman regeneratif yaitu dengan membuat agar converter beroperasi
sebagai inverter , mengumpan balikan daya ke saluran 3 phase .Cara ini lebih disukai karena energi kinetik tidak hilang dan pula keluaran generator dapat di kontrol dengan lebih baik untuk memperoleh laju perubahan kecepatan seperti yang dikehendaki.
converter
-Eo
Ed
Id
If
3 ++
-Eo
Ed
Id
If
3 ++
--
converter
-
EoEd
If
3 ++
-Eo
EdIf
3
++
- -
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Agar supaya converter berlaku sebagai inverter , polaritas Ed harus dibalik .Hal ini berarti polaritas E 0 harus dibalik. Selanjutnya Ed harus diatur agar sedikitlebih kecil dari E 0 untuk mendapatkan arus pengereman yang dikendaki.Polaritas Ed dapat diubah dalam sesaat dengan memperlambat pulsa 2 gate sebesarlebih dari 90 0.Untuk mengubah polaritas E 0 dapat dilakukan dengan membalik medan ataupun jangkar .( Perlu peralatan tambahan ).Pembalikan juga memerlukan waktu .Setelah phase generator selesai , kita harus membalik kan lagi medan ataupun jangkarsehingga mesin bekerja sebagai motor kembali .
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Langkah 2 pada pembalikan medan.Step 1: Perlambat pulsa 2 gate mendekati 180 0 sehingga Ed menjadi cukup besar dan negatif . Setelah beberapa milisecond , arus Id menjadi nol.Step 2: Balikan arus medan secepat mungkin sedemikian agar polaritas E 0
membalik. Total waktu pembalikan dapat mencapai 1 - 2 detik , disebabkan induktansi medan shunt yang besar . Arus jangkar selama interval ini tetap nol .
Step 3 : Kurangi sehingga Ed menjadi sedikit lebih kecil dari E 0 agar mengalirarus jangkar . Motor sekarang bekerja sebagai generator , memberikan daya balik ke jala 2 . Kecepatan motor berkurang secara cepat menuju setting yang lebih rendah.
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Setelah kecepatan yang lebih rendah dicapai , kita harus segera mengatur lagi agarmesin DC bekerja sebagai motor .
Step 4 : Perlambat pulsa 2 gate mendekati 180 0 sehinggga Ed menjadi cukup besardan negatif . Setelah beberapa milisecond , arus Id menjadi nol lagi.
Step 5 : Balikan arus medan secepat mungkin sedemikian agar E 0 positif .Total waktu pembalikan juga dapat mencapai 1 - 2 detik . Selama intervalini arus jangkar nol .
Step 6 : Kurangi sehingga Ed menjadi positif dan sedikit lebih besar dari E 0 agararus jangkar mengalir . Sekarang mesin berlaku sebagai motor dan converter kembali sebagai rectifier.
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Ad 2. Menggunakan pembalikan jangkar :
Dalam beberapa pemakaian di industri , delay waktu yang lama seperti pada pembalikan medan tidak dapat diterima maka digunakan cara pembalikan jangkar . Hal ini memerlukan switch pembalik berkecepatan tinggi dan mampu
untuk arus besar . Sistem pengontrolan diatur agar switching terjadi hanya jika arus jangkar nol ( untuk mengurangi ke ausan dan terjadinya bunga api ).Karena induktansi jangkar yang rendah , maka jangkar dapat dibalik dalam waktu kira 2 150 ms .Untuk mengurangi kecepatan motor , langkah 2 nya seperti pada pembalikan medan ( hanya saja yang dibalik bukan medan melainkan jangkar ).
3 +-3 +
-Eo If
converter
Ed
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Ad 3. Menggunakan 2 konverter .Jika pengontrolan kecepatan perlu lebih cepat lagi , dapat digunakan 2 konverter identik yang dihubungkan secara paralel terbalik .Kedua konveter dihubungkan pada jangkar tetapi pada satu saat hanya 1 yangbekerja , baik sebagai rectifier ataupun inverter.Konverter yang sedang “ stand by “ siap mengambil alih bilamana daya ke jangkarperlu dibalik . Jadi tidak perlu membalik jangkar ataupun medan .
If
Id
+
-E0
L
Trafo3
Converter 1 Converter 2
1 2
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Waktu yang ditentukan untuk pindah dari satu converter ke yang lain sekitar 10 ms.Mengingat satu converter selalu siap mengambil alih terhadap yag lain , makategangan2 nya hampir mendekati tegangan jangkar baik nilai nya maupun polaritasnya.
Ed1
105 V
E0
100 V
Ed2
105 V
+ +Ra
If
L
Id1 Id1
Id2
Converter 1 Converter 2
1
2Converter 1 yang
sedang bekerja
Untuk mengurangi kecepatan , pulsa 2
gate 1 di delay dan segera setelah arus jangkar menjadi nol ,
rangkaian pengontrol tidak memberikan pulsa 2
ke konverter 1 dan bersamaan dengan itu memberikan pulsa
ke konverter 2 .
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Converter 1 menjadi tidak aktif dan delay sdt 2 dikurangi sehinggga Ed2 menjadilebih kecil sedikit dari E0 . Dan arus reserve Id2 dapat mengalir . Arus ini membaliktorque dan kecepatan motor berkurang dengan cepat
Ed1
95 V
+ +Ra
If
L
Id2
Id2
Converter 1 Converter 2
1
2Converter 2 yangsedang bekerjaE0
100V
Ed2
95V
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Selama perlambatan , 2 diubah secara otomatis sehingga Ed2 mengikuti kecepatan berkurangnya tegangan E0.Dalam beberapa hal 2 diatur untuk menjaga agar arus pengereman konstant . Selama periode ini , rangkaian pengontrol terus menghasilkan pulsa2 untuk konverter 1 dan sudut delay 1 mengawasi ( traching ) 2 sehingga Ed1 akan sama dengan Ed2.
Ad 4. Menggunakan 2 konverter dengan arus sirkulasi Digunakan bila diperlukan pengontrolan kecepatan dan torque yang presisi hingga ke kecepatan nol Berarti tegangan converter suatu saat mungkin mendekati nol arus konverter bisa tidak kontinu sehinggga pada kecepatan rendah , kecepatan serta torque bisa tidak teratur . Untuk mengatasi ini digunakan 2 konverter yang bekerja secara simultan..
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Jika satu converter berfungsi sebagai rectifier , maka yang lain berfungsi sebagai inverter , dan sebaliknya .Dengan bekerjanya 2 konverter secara kontinue , maka tidak ada delay sama sekali dalam switching dari yang satu ke yang lain .
Ed2
3
L
Ra
Id2
Ed2
IfE0
+
L2
L1
Ed1
Id1
I = Id1 - Id2
1
2
3 7
8
9
A B C
P1
Q1
P2Q2
+
-Converter 1 Converter 2
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Contoh untuk gambar diatas :Dik ; Motor DC mempunyai tegangan jangkar 450 V sambil menarik arus 1500 A.
Converter 1 memberikan arus Id1 = 1800 Aconverter 2 menyerap arus Id2 = 300 ATegangan AC untuk masing2 converter 360 V .
Hitung : a) Daya dc pada converter 1 dan 2b) Daya yang diambil dari jala2 3 .c) Sudut triggering 1 dan 2 .d) Daya reaktif yang diambil dari jala2 3
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Electronics Power ConverterElectronics Power Converter
~
~
-
-
~ -
- - - ~ ~ -
~ ~ ~ - - ~
Direct
Direct
Menggunakan “link AC”
Menggunakan “link DC”
DC Converter
AC Converter
ConverterDC Converter
AC Converter Rectification
Inversion
Converter : Peralatan yang menghubungkan jaringan DC ke jaringan AC dan sebaliknya.
Fauzan A Mahanani, S.Pd
AC Converter
AC Converter mengubah tegangan AC menjadi tegangan AC kembali dengan level tegangan dan/atau frekuensi yang berbeda
AC converter
Direct ~ ~- Phase control- Cyclo Converter
Indirect ~ - - ~
Fauzan A Mahanani, S.Pd
HAL 293
C1
R2
R1
R3
D2
D3
ARMATURE
SCRFIELD
Fauzan A Mahanani, S.Pd
Hal 331
10 K
0,1 F
TRIAC
T1
100 K
100 K
24 V1 W
2V6027
Fauzan A Mahanani, S.Pd