ANALISIS KARAKTERISTIK KONVERTER AC-AC SATU FASA …

ISU TEKNOLOGI STT MANDALA VOL.11 NO.1 JULI 2016 – ISSN 1979-4819 1

ANALISIS KARAKTERISTIK KONVERTER AC-AC SATU FASA BERBEBAN RESISTIFVARIABEL

1 Anung2 Asep Komarudin

Program Studi Teknik Elektro Sekolah Tinggi Teknologi Mandala

ABSTRAKKonverter AC-AC satu fasa merupakan konverter yang dapat menghasilkan tegangan keluaran AC(alternating current) variabel. Komponen utama yang digunakan sebagai sakelar semikonduktoradalah TRIAC yang dikendalikan oleh IC TCA 785. Dengan mengatur sudut penyulut TRIAC dari α= 0⁰ sampai α = 180⁰, maka tegangan keluaran konverter akan berubah. Dengan berubahnya nilaitegangan keluaran tentu saja akan terjadi perubahan karakteristik dari konverter. Dalam penelitianini akan dibahas karakteristik konverter AC-AC untuk berbagai tegangan keluaran dan berbagaibeban keluaran. Untuk mengetahui karakteristik tersebut maka direalisasikan konverter AC-ACdengan spesifikasi tegangan masukan 220 V daya keluaran maksimum 500 Watt. Dari hasilpengujian dan analisis karakteristik konverter AC-AC satu fasa sebagai berikut: (1) Terjadipenurunan tegangan keluaran VRMS saat beban resistif bertambah pada sudut penyulutan tetap.Pada saat penyulutan TRIAC α = 00 penurunan tegangannya sebesar 7.0711 volt setiappenambahan beban berdaya 100 watt, pada sudut α = 450 nilainya berkurang sebesar 6.7423 volt,pada sudut α = 900 nilainya berkurang sebesar 4.9999 volt dan sudut α = 1350 nilainya berkurangsebesar 2.1432 volt; (2) Terjadi kenaikan arus keluaran saat beban resistif bertambah pada sudutpenyulutan tetap. Pada saat penyulutan TRIAC α = 00 nilainya bertambah sebesar 0.3535 amperesetiap penambahan beban berdaya 100 watt, pada sudut α = 450 nilainya bertambah sebesar0.3305 ampere, sudut α = 900 nilainya bertambah sebesar 0.1785 ampere, sudut α = 1350 nilainyabertambah sebesar 0.0336 ampere; (3) Nilai PF akan terus berkurang saat penambahan sudutpenyulutan. Pada sudut α = 00 memiliki nilai PF = 1 lagging, sudut α = 450 memiliki nilai PF =0.9534 lagging, sudut α = 900 memiliki nilai PF = 0.707 lagging, sudut α = 1350 memiliki nilai PF =0.3031 lagging, dan sudut α = 1800 memiliki nilai PF = 0 lagging. Nilai faktor daya tersebut akansama walaupun adanya perubahan beban resistif.

Kata kunci : konverter AC-AC satu fasa, sudut penyalaan α, tegangan keluaran, dan faktor daya


I. PendahuluanKonverter AC-AC satu fasa merupakan

konverter yang dapat menghasilkantegangan keluaran AC (alternating current)variabel dari sumber AC tetap. Tegangankeluaran variabel diperoleh denganmengatur sudut penyalaan α. Pada paper inidisajikan karakteristik konverter satu fasadengan tegangan keluaran variabel.

II. Landasan Teori2.1.Konverter AC-AC Satu Fasa

Rangkaian konverter AC-AC satu fasamerupakan rangkaian yang dapatmenghasilkan tegangan keluaran AC(alternating current) variabel dari sumber ACtetap. Rangkaian konverter inimenggunakan dua buah komponenpensakelaran thyristor dengan konfigurasianti paralel, atau menggunakan satu buahTRIAC (triode for alternating current).Konverter AC-AC satu fasa biasa disebutjuga dengan pengontrol tegangan AC-ACsatu fasa.

Gambar 1. Konverter AC-AC satu fasa

Jika sebuah sakelar thyristordihubungkan antara sumber AC dan beban,aliran energi dapat dikontrol oleh variasi nilaiRMS dari tegangan AC yang dipakai olehbeban. Arus bolak-balik dari sumber akanmengalir pada sisi beban setiap setengahsiklus dari periode tegangan sumber. NilaiRMS dari tegangan beban dapat diubah-

ubah dengan cara mengubah besarnyasudut perlambatan penyulutan thyristor ' ' .

2.2. Kontrol Sudut Fasa Berbeban ResistifDalam kontrol sudut fasa, thyristor

digunakan sebagai sakelar untukmenghubungkan rangkaian beban kesumber tegangan AC setiap setengah sikluspositif dan setengah siklus negatif,

Prinsip kerja rangkaian dapat dijelaskanmelalui gambar 2 dan gambar 3 yaitu ketikaThyristor T1 akan mengalami tegangan arahmaju selama setengah siklus positif daritegangan sumber dengan asumsi kondisiaktif (ON). Tegangan sumber akan sampaike beban resistif dan tegangan keluaranVRMS = VS selama waktu ωt + α sampai πradian. T1 dipicu dengan sudut penyulutan‘α’ (0 ≤ α ≤ π radian).Arus mengalir melaluiT1 terus ke beban dan kembali lagi kesumber selama T1 konduksi dari =sampai dengan π radian.

Pada saat = , tegangan dan arusakan sama dengan nol, sehingga T1 padam.kemudian T2 akan mengalami teganganarah maju selama siklus negatif daritegangan sumber. T2dipicu dengan sudut+ , arus dan tegangan mengalir darisumber menujuT2, dan terus ke bebankemudian kembali ke sumber selamasetengah siklus negatif dari tegangansumber ωt = (π + α) sampai dengan2π.Karena T2siklus negatif maka arus bebandan tegangannya negatif selama =+ sampai dengan 2π.

Gambar 2. Kontrol tegangan AC satu fasaberbeban resistif


Gambar 3. Gelombang kontrol tegangan ACsatu fasa berbeban resistif.

Interval waktu antara pemberian pulsatrigger untuk T1 dan T2 kondisi aktif (ON)selama selang waktu radian atau 1800.Pada saat = 2 tegangan sumberberubah menuju nol, dan menyebabkanarus tidak mengalir dari sumber menuju kebeban. Keadaan ini sekaligus menyebabkanT2akan berada dalam keadaan OFF (offstate).

Jika = √2 adalah sumbertegangan, maka tegangan keluaran rms(root mean square) dengan T1 penyulutanpada α dapat ditentukan dari setengahgelombang sinusoidal.V = V = √2V sinωt = V sinωt (1)

Persamaan kontrol tegangan keluaranAC satu fasa diperoleh dengan asumsibahwa bentuk sinyal input AC merupakangelombang sinusoidal untuk satu periode.Maka perhitungan dapat dilakukan untuksetengah siklus. Dengan demikianpersamaan tegangan keluaran RMS dapatdiperoleh dengan cara menurunkanpersamaan berikut:

V = V sinωt= 22 . sin .= 2 .= 1 − cos 2 2 .= ∕ − sin 22= − − 12 sin 2 − sin 2= − − 12 0 − sin 2= − + sin 22= 2 − + sin 22= √ 1 − +

(2)Di mana :sin2π = 0 dan cos2π = 1VRMS = Tegangan keluaran RMS (Volt)Vm = Tegangan maksimum (Volt)

Nilai RMS maksimum pada bebandiperoleh pada waktu sudut 0 , iniberarti bahwa tegangan beban merupakantegangan sinus dan persis sama dengantegangan sumber dan mempunyai nilaiefektif sebesar = √ ,perhatikan uraian di

bawah ini:


V = V√2 1 − + sin 22= V√2 1 − 0 + sin 2 × 02= V√2 √1= √ = V

(3)

Pembahasan pada persamaan (3) jugamenunjukkan bahwa nilai maksimumtegangan rms pada beban terjadi padasudut trigger = 0 dan akan minimum (0volt) pada sudut trigger = .

Karena = √ maka untuk mencari

tegangan keluaran RMS bisa jugamenggunakan persamaan berikut:V = V√2 1 − + sin 22= 1 − +

(4)

Arus keluaran RMS ditentukan denganmenurunkan rumus tegangan keluaran RMSpada persamaan (4)V = 1 − + sin 22

Karena V = I . R maka untuk mencariarusnya adalah I =I =

(5)Di mana :V = Tegangan (Volt)I = Arus (Ampere)R = Hambatan (Ω)VS = Tegangan Masukan (Volt)IRMS = Arus keluaran RMS (Ampere)

Daya masukan ditentukan daripersamaan berikut:

= ×(6)

Di mana:PIN = Daya masukan (Watt)VS = Tegangan masukan (Volt)IS = Arus masukan (Ampere)

Sedangkan untuk daya keluarannyaditentukan dari persamaan berikut := ×

(7)Di mana:POUT = Daya keluaran (Watt)VRMS = Tegangan keluaran RMS (Volt)IRMS = Arus keluaran RMS (Ampere)

Faktor Daya ditentukan dari persamaanberikut:=

(8)Di mana:PF = Faktor daya (Cos φ)VRMS = Tegangan keluaran RMS (Volt)VS = Tegangan masukan (Volt)

Efisiensi dayanya adalah:= × 100%(9)

Di mana:η = Efisiensi (%)POUT = Daya keluaran (Watt)PIN = Daya masukan (Watt)

2.3. IC TCA 785IC TCA 785 merupakan produk dari

Siemens semiconductor group yang dibuatuntuk menghasilkan pulsa penyulutan(trigger pulse) untuk mengontrol fasa padathyristor, TRIAC, dan transistor, antara 00

hingga 1800 pada sumber tegangan AC,sedangkan bila sumber tegangannya DCmaka diperlukan kumutasi khusus. IC TCA785 ini menggantikan jenis sebelumnya ICTCA 780 dan IC 780 D.


1 2 3 4 5 6 7 8

910111213141516

IC ini dapat diaplikasikan pada kontroltegangan AC (converter) satu fasa dan tigafasa, penyearah terkontrol (controlledrectifier) satu fasa maupun tiga fasa, dankontrol tegangan DC (DC chopper) sertamemiliki kaki (pin) berjumlah 16.

Gambar 4. Tampak atas dari komponen ICTCA 785

Tabel 1. Susunan komponen dari kaki-kakiIC TCA 785No.Kaki Simbol Fungsi

1. GND Netral (Ground)2. Q2 Keluaran 2

terbalik3. QU Keluaran U4. Q1 Keluaran 1

terbalik5. VSYNC Tegangan

sinkron6. I Penghalang

(Inhibit)7. Qz Keluaran Z8. VREF Tegangan

referensi9. R9 Tahanan ramp

10. C10 Kapasitansipendakian

11. V11 Kontroltegangan

12. C12 Impuls pulsa13. L Panjang pulsa14. Q1 Keluaran 115. Q2 Keluaran 216. VS Tegangan

sumber

Pengendalian TRIAC denganmenggunakan TCA 785, mempunyai

beberapa keuntungan jika dibandingkandengan rangkaian-rangkaian konvensional,di antaranya adalah:

1. Pengaturan sudut penyulutan lebihsempurna, karena penentuan titik nolyang lebih pasti.

2. Perioda pulsa trigger yang dihasilkandapat diatur.

3. Dapat digunakan untuk kendali tigafasa.

4. Temperatur kerja lebih besar.

IC TCA 785 memerlukan sumbertegangan antara 8 Volt hingga 18 volt,frekuensi kerja 10 Hz hingga 500 Hz , sertatemperatur kerja dari - 250 C hingga 850 C.

2.3.1.Prinsip Kerja IC TCA 785Sinyal sinkronisasi dari nol akan

menetapkan letak titik nol dan di masukanke dalam memori sinkron. tegangan jala-jala disalurkan melalui tahananberhambatan tinggi (tegangan pada pin 5)untuk mencari harga tahanan (R5)pembatas untuk sinkronisasi maka dapatdihitung dengan cara sebagai berikut:

R5 = VCC / I5 ; I5 didapat dari data sheetjadi: R5 = 15 / 30 x 10-6 = 50000 Ohm = 47Kohm (dari harga di pasaran).

Peraba nol (zero crossing detector)akan mengendalikan generator gelombangtegangan gigi gergaji yang sesuai denganfrekuensi sumber tegangan. KapasitorC10akan dimuati dengan arus konstan(tergantung pada R9) akan menentukankemiringan dari bentuk gelombangmenentukan kemiringan dari gigi gergajiyang dihasilkan. Untuk nilaikapasitansinya adalah antara 500 pFhingga 1 µF, dan R9 yang dapat dipakaiadalah 3 KΩhingga100 KΩ. Gelombang inikemudian dibandingkan dengan teganganpin 11 oleh komparator (pembanding).Sinyal keluaran dari komparator ini


kemudian akan diteruskan ke rangkaianlogika. Bila tegangan pada pin 11 (V11)pada posisi terendah maka sudutpenyulutan akan menunjukkan α = 00.Sehingga untuk mengatur sudutpenyulutan dapat dilakukan denganmemutar potensiometer (resistor variabel).

Gambar 5. Pulsa diagram IC TCA 785

Saat setengah gelombang positifpertama, komponen TRIAC akan menerimapulsa positif dari output pin 15 ke komponenTRIAC. Selanjutnya saat setengahgelombang negatif, TRIAC akan menerimapulsa positif dari pin 14. Proses itu terusberulang-ulang. Pulsa dari output tersebutbisa digeser sudut fasanya dengan memutarpotensiometer 20 KΩ. Hasilnya bisa terlihatpada osiloskop.

III. Realisasi Konverter AC-AC Satu FasaKonverter AC-AC satu fasa yang

direlisasikan berbeban resistif variabelberupa lampu pijar 300 watt, 400 watt dan500 watt. Rangkaian ini mengendalikansebuah komponen TRIAC yang sudutfasanya dapat digeser antara 0o – 180o

dengan cara memutar potensiometer(resistor variabel).Diagram blok rancanganrangkaian konverter AC-AC satu fasaditunjukkan pada gambar.

Gambar 6. Diagram blok konverter AC-ACsatu fasa

Tahapan rancangan konverter dapatdibagi ke dalam empat tahapan, yaitu: (1)pembuatan rangkaian catu daya; (2)pembuatan rangkaian penyulutan TRIAC;(3) pembuatan rangkaian konverter AC-ACsatu fasa; dan (4) pembuatan titik ukurnya.

Teori banyak dilakukan denganmenganggap suatu komponen ideal danbanyak fakta diabaikan, pada prakteknyatidak ada komponen yang ideal.ketidakidealan ini membuat adanyakesenjangan teori dan praktek, untuk itudalam perhitungan banyak dilakukanpendekatan-pendekatan agar memperkecilkesenjangan teori dan praktek dalampembuatannya.

3.1. Rangkaian Catu DayaRangkaian ini disebut denganTransformerless Power Supply.

Gambar 7. Desain rangkaiantransformerless power supply


Gambar 8. Tata letak komponen rangkaiantransformerless power supply

Gambar 9. Layout PCB rangkaiantransformerless power supply

Transformerless power supply adalahcatu daya yang tidak menggunakankomponen trafo, namun hanyamenggunakan komponen-komponen sepertiresistor dan kapasitor. Inputnya sebesar 220VAC dan output yang dinginkan adalahsebesar 15 VDC. Tegangan output inilahyang akan memberikan catu daya sebesar15 VDC ke IC TCA785.

Tabel 2. Daftar komponen desainrangkaian transformerless power supply

No. NamaKomponen Spesifikasi Keterangan

1 C1 0.22 µF/250 V kapasitor2 C2 470 µF/16 V Elko3 R1 4.7 kΩ/10 Watt Resistor

4 D1 IN4004 Dioda5 D2 Z - 15 V Dioda zener

3.2. Rangkaian Penyulutan TRIACSetelah menentukan nilai dari

komponen tersebut, maka didapat desainuntuk rangkaian Penyulutan TRIAC.

Gambar 10. Desain rangkaian penyulutanTRIAC

Gambar 11. Tata letak komponen rangkaianpenyulutan TRIAC

Gambar 12. Layout PCB rangkaianpenyulutan TRIAC


Tabel 3. Daftar komponen desainrangkaian penyulutan TRIAC

No NamaKomponen Spesifikasi Keterangan

1. C3 0.47 µF Kapasitor2. C4 47 nF Kapasitor3. C5 150 PF Kapasitor4. C6 2.2 µF Kapasitor5. C7 0.1 µF Kapasitor6. R2 10 KΩ Resistor7. R SYNC 220 KΩ Resistor sinkron8. R3 22 KΩ Resistor9. R4 250 KΩ Potensiometer

10. R5 2.2 KΩ Resistor11. R6 20 KΩ Potensiometer12. R7 4.7 KΩ Resistor13. R8 150 Ω Resistor14. D3 – D6 IN4148 Dioda15. TC BT 136 TRIAC16. IC TCA 785

3.3. Penentuan Titik UkurPenentuan titik ukur dilakukan setelah

menggabungkan rangkaian catu daya(Transformerless Power Supply) denganrangkaian rangkaian penyulutan TRIAC.

Gambar 13. Desain rangkaian konverter AC-AC SATU fasa terkendali IC TCA 785

Skema pada gambar 13 di atasdigunakan untuk penentuan titik ukur,pengukuran dilakukan dengan carameletakkan probe osiloskop pada outputrangkaian konverter AC-AC satu fasa

berbeban resistif variabel, kemudian melihatbentuk gelombang yang ditunjukkan padalayar osiloskop serta menghitung nilaitegangan maupun arus keluaran darirangkaian tersebut.

Perletakkan probe osiloskop pada inputdan output rangkaian konverter AC-AC satufasa berbeban resistif variabel ditunjukkanseperti pada gambar 14 dan gambar 15 dibawah ini.

Gambar 14. Titik pengukuran VS dan IS padakonverter AC-AC satu fasa terkendali IC

TCA 785

Gambar 15. Titik pengukuran VRMS dan IRMS

pada konverter AC-AC satu fasa terkendaliIC TCA 785

IV. Data Hasil Percobaan dan AnalisisData hasil pengukuran dan perhitungan

berupa VS, IS, VRMS dan IRMS dengan beban


lampu pijar 300 watt, 400 watt dan 500 wattpada sudut penyalaan TRIAC 0⁰, sudut 45⁰,sudut 90⁰, sudut 135⁰ dan sudut 180⁰.

4.1. Konverter AC-AC Satu Fasa BerbebanResistif (Lampu Pijar 300 Watt)

Pengukuran ini dimaksudkan untukmengetahui bentuk gelombang VS dan ISberbeban lampu pijar 300 watt, dan jugauntuk mengetahui besar tegangan dan arussumbernya.

Pengukuran VS dengan menggunakanosiloskop pada posisi:Volt/div = 5 VoltTime/Div = 5 msX 10 ( Probe pengali )

Pengukuran IS dengan menggunakanosiloskop pada posisi:Volt/div = 5 VoltTime/Div = 5 x 10-3 msX 1 ( Probe pengali )

Bentuk gelombang VS dan IS berbebanlampu pijar 300 watt

(VS 0O) (IS 0O)

(VS 45O) (IS 45O)

(VS 90O) (IS 90O)

(VS 135O) (IS 135O)

(VS 180O) (IS 180O)

Tabel 4. Hasil pengukuran bentukgelombang VS dan IS berbeban lampu pijar300 watt

No Sudut α Vm VS Im IS PIN R1 0⁰ 270 190.9188 1.5 1.060 202.48 1802 45⁰ 270 190.9188 1.6 1.078 205.92 1773 90⁰ 270 190.9188 1.7 0.849 162.26 2254 135⁰ 270 190.9188 1.8 0.38 73.198 4985 180⁰ 270 190.9188 0 0 0 0

Keterangan:Sudut α = Sudut penyulutan TRIAC (α)Vm = Tegangan maksimum (Volt)VS = Tegangan masukan (Volt)Im = Arus maksimum (Ampere)IS = Arus masukan (Ampere)PIN = Daya masukan (Watt)R = Hambatan berupa lampu pijar (Ω)

Bentuk gelombang VRMS dan IRMS berbebanlampu pijar 300 watt

(VRMS 0O) (IRMS 0O)

(VRMS 45O) (IRMS 45O)





Tabel 5. Hasil pengukuran bentukgelombang VRMS dan IRMS berbeban lampupijar 300 watt

NoSudut

α Vm VRMS IRMS POUT PF η (%)1 0⁰ 270 190.9 1.06 202.4 1 1002 45⁰ 270 182.01 1.03 187.2 0.9534 90.913 90⁰ 270 134.99 0.59 80.98 0.707 49.914 135⁰ 270 57.86 0.116 6.72 0.3031 9.175 180⁰ 270 0 0 0 0 0Keterangan:Sudut α = Sudut penyulutan TRIAC (α)Vm = Tegangan maksimum (Volt)VRMS = Tegangan keluaran RMS (Volt)IRMS = Arus keluaran RMS (Ampere)POUT = Daya keluaran (Watt)PF = Faktor daya (Cos φ)η = Efisiensi (%)

Grafik 1. Karakteristik hubungan VS danVRMS berbeban lampu pijar 300 watt

terhadap sudut penyulutannya

Grafik 1 mengambil data dari table 4dan tabel 5, pada grafik tersebut terlihatbahwa VS bernilai konstan sebesar190.91Volt sedangkan nilai VRMS akan terusberkurang nilainya seiring denganpenambahan sudut penyulutannya, dari190.92 volt pada sudut α = 00 hingga 0 voltsaat sudut α = 1800. Sehingga dapatdikatakan bahwa nilai dari VRMS tergantungdari sudut penyulutan TRIAC pada desainrangkaian konverter AC-AC satu fasaberbeban lampu pijar 300 watt.

Grafik 2. Karakteristik hubungan IS dan IRMS

berbeban lampu pijar 300 watt terhadapsudut penyulutannya

Grafik 2 mengambil data dari tabel 4dan tabel 5, pada grafik tersebut terlihatbahwa IS dan IRMS akan terus bertambahnilainya seiring dengan penambahan sudutpenyulutan TRIAC pada desain rangkaiankonverter AC-AC satu fasa berbeban lampupijar 300 watt.

0⁰ 45⁰ 90⁰ 135⁰ 180⁰VS 190.9188 190.9188 190.9188 190.9188 190.9188

VRMS 190.9188 182.041 134.9986 57.8674 0

0

50

100

150

200

250

(Volt)

0⁰ 45⁰ 90⁰ 135⁰ 180⁰IS 1.0606 1.0786 0.8499 0.3834 0

IRMS 1.0606 1.0284 0.5999 0.1161 0

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

(Ampere)


Grafik 3. Karakteristik PF pada rangkaiankonverter AC-AC satu fasa berbeban lampupijar 300 watt terhadap sudut penyulutannya

Grafik 3 menunjukkan bahwa faktordaya akan terus berkurang nilainya seiringdengan penambahan sudut penyulutanTRIAC.

4.2. Konverter AC-AC Satu Fasa BerbebanResistif (Lampu Pijar 400 Watt)(Pengukuran bentuk gelombang VSdan IS)





(VS 0O) (IS 0O)

(VS 45O) (IS 45O)

(VS 90O) (IS 90O)

(VS 135O) (IS 135O)

(VS 180O) (IS 180O)

Tabel 6. Hasil pengukuran bentukgelombang VS dan IS berbeban lampu pijar400 watt

No Sudutα Vm VS Im IS PIN R

1 0⁰ 260 183.85 2 1.4142 259.9974 1302 45⁰ 260 183.85 2.1 1.4158 260.2915 1293 90⁰ 260 183.85 2.2 1.0999 202.214 1674 135⁰ 260 183.85 2.3 0.4929 90.6185 3725 180⁰ 260 183.85 0 0 0 0

(Pengukuran bentuk gelombang VRMS

dan IRMS)Pengukuran ini dimaksudkan untuk

mengetahui bentuk gelombang VRMS danIRMS berbeban lampu pijar 400 watt, dan juga

0⁰ 45⁰ 90⁰ 135⁰ 180⁰PF 1 0.9534 0.707 0.3031 0

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

(Cos φ)


untuk mengetahui besar tegangan dan aruskeluarannya.

Pengukuran VRMS denganmenggunakan osiloskop pada posisi:Volt/div = 5 VoltTime/Div = 5 msX 10 ( Probe pengali )

Pengukuran IRMS dengan menggunakanosiloskop pada posisi:Volt/div = 5 VoltTime/Div = 5 x 10-3 msX 1 ( Probe pengali )


(VRMS 0O) (IRMS 0O)





Tabel 7. Hasil pengukuran bentukgelombang VRMS dan IRMS berbebanlampu pijar 400 watt

No Sudut α Vm VRMS IRMS POUT PF η (%)1 0⁰ 260 183.85 1.41 259.99 1 1002 45⁰ 260 175.298 1.36 238.21 0.953 91.513 90⁰ 260 129.99 0.78 101.19 0.707 50.044 135⁰ 260 55.73 0.15 8.34 0.303 9.25 180⁰ 260 0 0 0 0 0



Grafik 4 terlihat bahwa VS bernilaikonstan sebesar 183.8477 volt sedangkannilai VRMS akan terus berkurang nilainyaseiring dengan penambahan sudutpenyulutannya, dari 183.8477 volt padasudut α = 00 hingga 0 volt saat sudut α =1800. Sehingga dapat dikatakan bahwa nilaidari VRMS tergantung dari sudut penyulutanTRIAC pada desain rangkaian konverterAC-AC satu fasa berbeban lampu pijar 400watt.

Grafik 5. Karakteristik hubungan IS dan IRMS


0⁰ 45⁰ 90⁰ 135⁰ 180⁰VS 183.8477 183.8477 183.8477 183.8477 183.8477

VRMS 183.8477 175.2987 129.9987 55.7242 0

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

(Volt)

0⁰ 45⁰ 90⁰ 135⁰ 180⁰IS 1.4142 1.4158 1.0999 0.4929 0

IRMS 1.4142 1.3589 0.7784 0.1497 0

00.20.40.60.8

11.21.41.6

(Ampere)


Grafik 5 terlihat bahwa IS dan IRMS akanterus bertambah nilainya seiring denganpenambahan sudut penyulutan TRIAC.


Grafik 6 terlihat bahwa Faktor daya akanterus berkurang nilainya seiring denganpenambahan sudut penyulutan TRIAC.

4.3. Penelitian Konverter AC-AC Satu FasaBerbeban Resistif (Lampu Pijar 500 Watt)(Pengukuran bentuk gelombang VS danIS)





(VS 0O) (IS 0O)

(VS 45O) (IS 45O)

(VS 90O) (IS 90O)

(VS 135O) (IS 135O)

(VS 180O) (IS 180O)

Tabel 8. Hasil pengukuran bentukgelombang VS dan IS berbeban lampu pijar500 wattNo Sudut α Vm VS Im IS PIN R1 0⁰ 250 176.77 2.5 1.767 312.4879 1002 45⁰ 250 176.77 2.6 1.752 309.8717 1003 90⁰ 250 176.77 2.7 1.349 238.6307 1314 135⁰ 250 176.77 2.8 0.6 106.0659 2955 180⁰ 250 176.77 0 0 0 0

0⁰ 45⁰ 90⁰ 135⁰ 180⁰PF 1 0.9534 0.707 0.3031 0

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

(Cos φ)


(Pengukuran bentuk gelombang VRMS danIRMS)

Pengukuran ini dimaksudkan untukmengetahui bentuk gelombang VRMS danIRMS berbeban lampu pijar 500 watt, dan jugauntuk mengetahui besar tegangan dan aruskeluarannya.

Pengukuran VRMS denganmenggunakan osiloskop pada posisi:Volt/div = 5 VoltTime/Div = 5 msX 10 ( Probe pengali )

Pengukuran IRMS dengan menggunakanosiloskop pada posisi:Volt/div = 5 VoltTime/Div = 5 x 10-3 msX 1 ( Probe pengali)


(VRMS 0O) (IRMS 0O)





Tabel 9. Hasil pengukuran bentukgelombang VRMS dan IRMS berbeban lampupijar 500 watt

No Sudut α Vm VRMS IRMS POUT PF η (%)1 0⁰ 250 176.77 1.76 312.48 1 1002 45⁰ 250 168.55 1.68 284.10 0.953 91.683 90⁰ 250 124.99 0.95 119.26 0.707 49.974 135⁰ 250 53.5809 0.18 9.73 0.303 9.175 180⁰ 250 0 0 0 0 0



Grafik 7, terlihat bahwa VS bernilaikonstan sebesar 176.7766 volt sedangkannilai VRMS akan terus berkurang nilainyaseiring dengan penambahan sudutpenyulutannya, dari 176.7766 volt padasudut α = 00 hingga 0 volt saat sudut α =1800. Sehingga dapat dikatakan bahwa nilaidari VRMS tergantung dari sudut penyulutanTRIAC pada desain rangkaian konverterAC-AC satu fasa berbeban lampu pijar 500watt.

0⁰ 45⁰ 90⁰ 135⁰ 180⁰VS 176.7766 176.7766 176.7766 176.7766 176.7766

VRMS 176.7766 168.5564 124.9987 53.5809 0

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

(Volt)


Grafik 8 Karakteristik hubungan IS dan IRMS


Grafik 5.8 mengambil data dari tabel 5.5dan 5.6, pada grafik tersebut terlihat bahwaIS dan IRMS akan terus bertambah nilainyaseiring dengan penambahan sudutpenyulutan TRIAC pada desain rangkaiankonverter AC-AC satu fasa berbeban lampupijar 500 watt.


Grafik 9 terlihat bahwa Faktor dayaakan terus berkurang nilainya seiringdengan penambahan sudut penyulutanTRIAC.

4.4 Analisis Tegangan Keluaran TerhadapPerubahan Beban Resistif

Grafik 10 Karakteristik tegangan keluaranterhadap perubahan beban resistif

Dari grafik di atas dapat terlihat bahwategangan keluaran berkurang nilainyasebesar 7.0711 volt pada sudut α = 00 saatbeban resistif bertambah dayanya 100 watt.Saat sudut α = 450 nilainya berkurangsebesar 6.7423 volt, saat sudut α = 900

nilainya berkurang sebesar 4.9999 volt dansudut α = 1350 nilainya berkurang sebesar2.1432 volt.

4.5. Analisis Arus Keluaran TerhadapPerubahan Beban Resistif

Grafik 11. Karakteristik arus keluaranterhadap perubahan beban resistif

Dari grafik di atas dapat terlihat bahwaarus keluaran bertambah nilainya sebesar0.3535 ampere pada sudut α = 00 saat

0⁰ 45⁰ 90⁰ 135⁰ 180⁰IS 1.7677 1.7529 1.3499 0.6 0

IRMS 1.7677 1.6855 0.9541 0.1816 0

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

(Ampere)

0⁰ 45⁰ 90⁰ 135⁰ 180⁰PF 1 0.9534 0.707 0.3031 0

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

(Cos φ)

0⁰ 45⁰ 90⁰ 135⁰ 180⁰VRMS Beban lampu

pijar 300 Watt 190.9188 182.041 134.9986 57.8674 0

VRMS Beban lampupijar 400 Watt 183.8477 175.2987 129.9987 55.7242 0

VRMS Beban lampupijar 500 Watt 176.7766 168.5564 124.9987 53.5809 0

0

50

100

150

200

250(Volt)

0⁰ 45⁰ 90⁰ 135⁰ 180⁰IRMS Beban lampu

pijar 300 Watt 1.0606 1.0284 0.5999 0.1161 0

IRMS Beban lampupijar 400 Watt 1.4142 1.3589 0.7784 0.1497 0

IRMS Beban lampupijar 500 Watt 1.7677 1.6855 0.9541 0.1816 0

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

(Ampere)


beban resistif bertambah dayanya 100 watt,pada sudut α = 450 nilai arus keluaranbertambah sebesar 0.3305 ampere, sudut α= 900 nilainya bertambah sebesar 0.1785ampere, sudut α = 1350 nilainya bertambahsebesar 0.0336 ampere.

V. Simpulan dan Saran5.1. Simpulan

Berdasarkan pada beberapa hasilpengukuran, pengujian dan analisa padapenelitian ini dapat ditarik kesimpulan:1. Pada penelitian ini terjadi penurunan

tegangan keluaran VRMS saat bebanresistif bertambah pada sudutpenyulutan tetap. Pada saat penyulutanTRIAC α = 00 penurunan tegangannyasebesar 7.0711 volt setiap penambahanbeban berdaya 100 watt, pada sudut α =450 nilainya berkurang sebesar 6.7423volt, pada sudut α = 900 nilainyaberkurang sebesar 4.9999 volt dan sudutα = 1350 nilainya berkurang sebesar2.1432 volt.

2. Terjadi kenaikan arus keluaran saatbeban resistif bertambah pada sudutpenyulutan tetap. Pada saat penyulutanTRIAC α = 00 nilainya bertambahsebesar 0.3535 ampere setiappenambahan beban berdaya 100 watt,pada sudut α = 450 nilainya bertambahsebesar 0.3305 ampere, sudut α = 900

nilainya bertambah sebesar 0.1785ampere, sudut α = 1350 nilainyabertambah sebesar 0.0336 ampere.

Nilai PF akan terus berkurang saatpenambahan sudut penyulutan. Pada sudutα = 00 memiliki nilai PF = 1 lagging, sudut α= 450 memiliki nilai PF = 0.9534 lagging,sudut α = 900 memiliki nilai PF = 0.707lagging, sudut α = 1350 memiliki nilai PF =0.3031 lagging, dan sudut α = 1800 memilikinilai PF = 0 lagging. Nilai faktor dayatersebut akan sama walaupun adanyaperubahan beban resistif.

5.2. SaranSebaiknya penyulutan dilakukan pada

sudut sudut α = 00 karena memiliki nilai PF =1 lagging.


DAFTAR PUSTAKA

Arikunto, S., 2010. Prosedur PenelitanSuatu Pendekatan Praktik. Jakarta: RinekaCipta.

Dewan, S., Slemon, G. & Straughen, A.,1984. Power Semiconductor Drives.Canada: John Wiley & Sons, Inc.

Dwi Surjono, P. & Herman, 2007.Elektronika Teori dan Penerapan. Surabaya:Penerbit Cerdas Ulet Kreatif.

Gunasekaran, S. et al., 2012. A SinglePhase AC-AC Converter Using SwitchReduction Technique.www.datasheetcatalog.com, Volume 1, p. 98– 102.

Horn, D. T., 1989. Teknik MerancangRangkaian dengan IC. Jakarta: PT ElexMedia Komputindo.

Petruzella, F. D., 2001. ElektronikIndustri. Yogyakarta: Andi.

Rasyid, M. H., 1999. Elektronika Daya.Jakarta: PT Prenhallindo.

Rasyid, M. H., 2001. Power ElectronicsHandbook. Sandiago, California, USA:Academic Press.

Sapiie, D., Soedjana, Nishino, D. &Osamu, 1994. Pengukuran Dan Alat-AlatUkur Listrik. Jakarta: PT Pradnya Paramita.

Riwayat PenulisAnung, ST., MT. adalah Dosen STTMandala jurusan Teknik Elektro

Asep Komarudin, ST. adalah alumniTeknik Tlektro STT Mandala..

Documents

ANALISIS KARAKTERISTIK KONVERTER AC-AC SATU FASA …