Konverter AC Libre

  • View
    25

  • Download
    0

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Konverter AC Libre

Text of Konverter AC Libre

  • Konverter AC-DC Terkendali

    Elektronika Daya

    Penulis [email protected]

    A. Objektif

    Setelah pelajaran ini diharapkan mahasiswa mampu: 1. Menjelaskan prinsip kerja dari penyearah terkendali 1 fasa dan 3 fasa sebagai

    konverter penghasil tegangan dc variable 2. Mendeskripsikan penerapan Thyristor pada proses pengendalian tegangan keluaran

    penyearah

    3. Menganalisis dan mengevaluasi unjuk kerja dari penyearah terkendali. 4. Mengevaluasi factor kerja penyearah dan pengaruh distorsi harmonisa dari arus

    masukan pada penyearah terkendali. 5. Menentukan besarnya tapis (filter) yang dibutuhkan pada penyearah terkendali

    B. Penyearah 1 Fasa Terkendali

    Seperti telah dijelaskan pada modul terdahulu bahwa pada penyearah

    dengan dioda sebagai komponen pensakelaran akan menghasil tegangan

    keluaran yang tetap. Dalam hal ini untuk mengendalikan/ mengatur

    tegangan keluaran penyearah hanya dapat dilakukan dengan menggunakan

    komponen pensakelaran yang memungkinkan untuk mengatur tegangan fasa

    keluaran.

    Tegangan keluaran dari penyearah ini dapat diatur/ dikendalikan dengan

    menvariasikan besarnya sudut perlambatan penyalaan dari komponen

    Lisensi Dokumen Copyright 2008 ft.unp.ac.id Seluruh dokumen di e-learning FT UNP Padang dapat digunakan secara bebas oleh mahasiswa peserta e-learning untuk tujuan bukan komersial (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.

  • thyristor.

    Komponen pensakelaran thyristor dinyalakan dengan cara memberikan

    tegangan pulsa sesaat (Vg) yang cukup pada kaki gate. Sementara proses

    pemadamannya dilakukan dengan pemadaman secara natural, yaitu

    pemadaman dengan cara memberikan tegangan arah balik Vak(-) pada

    thyristor pada saat arus anoda katoda tepat sama dengan nol.

    Penyearah terkendali biasa juga disebut dengan converter ac-dc terkendali

    dan digunakan secara luas untuk keperluan industri.

    Terdapat dua jenis penyearah terkendali, yaitu: 1. penyearah terkendali 1 fasa (Single phase converters)

    2. Penyearah terkendali 3 fasa (Three-phase converters)

    Setiap jenis converter ac-dc terkendali dapat dikategorikan menjadi:

    3. Konverter ac-dc semi terkendali (semiconverter)

    4. konverter ac-dc terkendali penuh (full converter)

    5. konverter ac-dc ganda (dual ac-dc converter)

    Konverter semi terkendali merupakan converter ac-dc 1 kuadran, dan hanya

    mempunyai 1 polaritas positif untuk tegangan dan arus keluaran.

    Konverter terkendali penuh sistem jembatan merupakan converter 2

    kuadran, yang memungkinkan tegangan mempunyai polaritas positif (+)

    atau negative (-), sementara arus keluaran hanya mempunyai polritas positif

    (+).

    Konverter ganda (dual converter) merupakan converter 4 kuadran, yang

    memungkinkan tegangan dan arus keluaran mempunyai polaritas positif,

    ataupun negative.

    1. Penyearah 1 Fasa Terkendali Gelombang

    Gambar 5.1 berikut ini menunjukkan rangkaian daya dari suatu

    penyearah 1 fasa gelombang dengan beban resistor (R). Untuk

    setengah siklus positif dari tegangan sumber thyristor T mengalami

    tegangan arah maju yang menyebabkan thyristor konduksi (on state),

    dan akan aktif mulai dari t = dan menyebabkan mengalirnya arus

  • pada beban, sekaligus menyebabkan tegangan pada sisi beban R. Bila

    tegangan masukan berubah arah ke negative pada t = , thyristor mengalami tegangan arah balik dan menyebabkan thyristor berubah dari

    keadaan on ke keadaan off (off state). Sudut perlambatan penyalaan ,didefinisikan sebagai waktu yang dibutuhkan oleh tegangan masukan berubah menjadi negatife dimana pada saat tersebut thyristor dinyalakan.

    Gambar 5.1 Penyearah Terkendali 1 fasa Gelombang beban Resistor (R)

    Tegangan rata-rata keluaran Vdc ditentukan dengan persamaan berikut:

    The average output voltage Vdc is given by

    Tegangan keluaran Vdc dapat divariasikan dari Vm/ to nol volt dengan cara memvariasikan sudut perlambatan penyalaan dari nol sampai

  • dengan Selanjutnya besarnya tegangan rms diberikan melalui persamaan:

    Contoh Soal

    Konverter ac-dc terkendali seperti gambar berikut dibebani dengan beban

    resistof dan sudut perlambatan penyalaan 2 , Tentukan:

    a. tegangan dc keluaran

    b. arus beban

    c. daya yang diserap beban

    d. daya masukan pada sisi ac

    Vs = Vm sin t

    Solution

    sudut perlambatan penyalaan 2

    Vdc = 0.1592 Vm

  • 2. Penyearah 1 Fasa Terkendali Gelombang Penuh

    Penyearah 1 fasa terkendali gelombang penuh merupakan

    pengembangan dari penyearah 1 fasa gelombang. Penyearah ini terdiri

    dari empat buah komponen pensakelaran yang dapat dikendalikan secara

    berpasang-pasangan. Penyearah jenis ini pada umumnya banyak

    digunakan untuk menghasilkan catu daya teregulasi dengan kemampuan

    yang relatif lebih kecil. Gambar 5.3 merupakan rangkaian daya dari suatu

    penyearah 1 fasa terkendali gelombang penuh dengan beban yang

    dominan induktif, sehingga bentuk arus yang mengalir pada sisi beban

    canderung merupakan arus dc rata. Thyristor T1 and T2 mengalami

    tegangan arah maju selama setengah siklus dari tegangan sumber. Bila ke

    dua thyristor dinyalakan secara bersamaan pada t = , maka beban dihubungkan pada sumber melalui T1 dan T2. Thyristors T1 dan T2 akan

    terus mengantar pada daerah t = sebagai akibat penggunaan jenis beban dominan induktif. Selama setengah silus negatif, thyristor T1 dan T2

    akan mengalami tegangan arah maju, dan pada saat t = + thryristor T1 dan T2 akan mengalami tegangan arah balik (reversed biased) dan akan

    pada (off) bersamaan dengan terjadinya komutasi alami dari tegangan

  • sumber. Selanjutnya pada periode t , tegangan dan arus masukan akan bernilai positif dan akan mengali menuju beban. Mode operasi

    konverter pada kondisi ini adalah mode penyearah (rectification mode).

    Gambar 5.3 Penyearah 1 Fasa Terkendali Gelombang Penuh Beban Dominan Induktof

    Seperti pada gambar pada periode t + , tegangan masukan akan bernilai negatif, arus masukan bernilai positif yang

    menghasilkan daya mengalir pada beban dari sumber. Dalam hal ini

    konverter beroperasi pada mode pembalik tegangan (inverter mode).

    Konverter ini dapat menyulai daya dengan operasi 2 kuadrant dimana

    tegangan keluaran dapat bernilai positif, ataupun negatif dan sangat

    ditentukan oleh nilai sudut perlambatan penyalaan.

  • Tegangan keluaran rata-rata dinyatakan persamaan:

    Tegangan keluaran dapat divariasikan dalam range 2Vm/ sampai dengan -2Vm/ dengan cara memvariasikan sudut perlambatan penyalaan dari 0 sampai dengan . Besarnya tegangan efektif keluaran dinyatakan dalam bentuk persamaan:

    3. Penyearah 3 Fasa Gelombang

    Penyearah terkendali 3 fasa gelombang menghasilkan

    tegangan keluaran pada sisi beban yang lebih tinggi dibandingkan dengan

    penyearah 1 fasa sistem jembatan. Demikian juga frekuensi riak tegangan

    keluaran converter ac-dc 3 fasa lebih tinggi dibandingkan dengan

    penyearah terkendali fasa tunggal. Gambar 5.4 memperlihatkan

    gelombang tegangan masukan dan keluaran penyearah 3 fasa

    jembatan. Seperti pada gambar 5.4, thyristor T1 dinyalakan pada t = /6 + oleh karena Van mempunyai sudut lebih positif pada interval /6 t 5/6. Thyristor T2 dinyalakan pada t = 5/6 + karena Vbn mempunyai sudut fasa yang lebih positif pada 120 listrik berikutnya. Jika Thyristor T2 dalam keadaan konduksi ,

    thyristor T1 akan berada dalam keadaan off state sejalan dengan nilai

    tegangan fasa ke fasa Vab berada dalam kondisi negative. Thyristor T3

    akan dinyalakan pada saat t = 3/2 + bersamaan dengan itu thyristor

  • T2 akan berada pada keadaan off .

    Gambar 5.4 Penyearah Terkendali 3 Fasa Gelombang

    Arus beban pada gambar 5.4 merupakan arus continue

    disebabkan oleh beban merupakan beban yang dominan induktif. Khusus

    untuk beban resistof murni dan sudut perlambatan penyalaan > /6, maka arus beban akan merupakan arus discontinue, dan setiap thyristor

    mengalami komutasi pada saat polaritas tegangan fasa akan berada pada

    daerah negative. Frekuensi dari riak tegangan keluaran pada keadaan ini

  • adalah sebesar 3fs, dengan fs merupakan frekuensi tegangan suplai.

    Konverter ini biasanya tidak digunakan pada rangkaian sederhana oleh

    karena arus masukan mengandung komponen dc yang cukup besar.

    Khusus untuk arus beban continue, tegangan rata-rata pada sisi

    keluaran pada sisi beban ditentukan dengan cara:

    Selanjutnya tegangan efektif pada sisi keluaran dinyatakan dalam

    bentuk:

    Untuk beban resistif dan /6, maka tegangan rata-rata pada sisi beban dinyatakan dalam bentuk:

    Dan tegangan efektif pada sisi beban untuk beban resistof

    dinyatakan dengan:

    4. Penyearah 3 Fasa Semi Terkendali

  • Gambar menyusul

    Gambar 5.5 Konverter ac-dc 3 fasa Semi Terkendali dengan

    Beban Dominan Induktif.

    Gambar menyusul

    Gambar 5.6 Gelombang Tegangan Keluaran padaThree-Phase

    Semiconverter for < /3

    Gambar 5.5. dan 5.6 menunjukkan converter ac-dc 3 fasa semi

    terkendali dengan beban dominant induktif.

    Untuk sudut perlambatan penyalaan /3 Sudut perlambatan penyalaan akan bervariasi dari 0 and