modul3-konverter-ac-dc-3-fasa1.doc

Ready for ISO 9001: 2000

Konverter AC-DC 3 FasaKonverter AC-DC 3 Fasa

Elektronika DayaElektronika Daya

[email protected]

Penyearah 3 Fasa Gelombang penuh Tidak terkendali

A. Objektif

Setelah pelajaran ini diharapkan mahasiswa mampu:

1. Menjelaskan cara kerja penyearah 3 fasa ½ gelombang

2. Menjelaskan cara kerja penyearah 3 fasa gelombang penuh

3. Menentukan besarnya arus dan tegangan keluaran penyearah 3 fasa ½

gelombang.

4. Menentukan besarnya arus dan tegangan keluaran penyearah 3 fasa

gelombang penuh.

5. Menentukan unjuk kerja penyearah 3 fasa

B. Prinsip Kerja Penyearah 3 Fasa Gelombang penuh Tidak terkendali

Diagram rangkaian dari sebuah penyearah 3 fasa gelombang penuh

tidak terkendali diperlihatkan pada gambar 3.1 (a). gambar 3.1 (b) adalah

bentuk gelombang 3 fasa masukan dan gelombang tegangan dan arus

searah pada sisi keluaran. Ke enam dioda akan konduksi dengan urutan

http://elearning-ft.unp.ac.id/e-learning/[email protected]

1

Lisensi DokumenCopyright © 2008 ft.unp.ac.idSeluruh 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.


konduksi tertentu, misalnya D1D2, D2D3, D3D4, D4D5, D5D6, D6D1. Dalam satu

siklus setiap pasangan dioda akan konduksi selama 60° dan setiap dioda

akan konduksi selama 120° dalam satu siklus periode tegangan 3 fasa

masukan. Tiap pasangan dioda juga akan tersambung dengan tegangan

sesaat yang lebih tinggi (tegangan line to line). Oleh karena terjadi 6 kali

komutasi dalam 1 siklus, maka penyearah ini juga disebut dengan

konverter 6 pulsa.

Gambar 3.1 Penyearah 3 Fasa Sistem Jembatan(a). Rangkaian Daya dengan beban Resistor(b). Bentuk Gelombangan Tegangan Masukan

dan Keluaran


2


1. Penyearah 3 fasa Sistem Jembatan dengan beban R

Dengan menggunakan asumsi bahwa tegangan masukan

merupakan tegangan 3 fasa berbentuk cosinus (fungsi cos), dan setiap

pasangan dioda akan konduksi selama 60° yang mulai konduksi pada

-30° dan akan berakhir pada +30°. Jika Vm adalah tegangan

maksimum per fasa dari tegangan sekunder transformer dan dengan 6

pulsa dalam satu siklus, maka tegangan rata keluaran pada sisi beban

dapat diperoleh dengan cara:

Besarnya tegangan efektif (Vrms) pada sisi keluaran diperoleh

dari:

Arus maksimum yang mengalir pada setiap dioda Im ditentukan

dengan cara:

Sementara arus rms pada setiap dioda diperoleh dengan cara


3


menintegrasikan pada selang 60° dan mengalikan dengan faktor 2,

karena setiap dioda konduksi selama 60° dalam satu siklus. Besarnya

arus rms ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut:

Berdasarkan gelombang arus sudah jelas bahwa arus dalam

setiap line masukan line mengalir selama 60° dalam satu siklus.

Dengan demikian besarnya arus rms pada belitan sekunder

transformator dinyatakan dengan:

Perbandingan Unjuk Kerja Penyearah 1 Fasa Setengah Gelombang, Penyearah 1 fasa Gelombang Penuh

dengan Tap Tengah dan Penyearah 3 Fasa Gelombang penuh dengan Beban Resistif.

Table 3.2

Parameter Unjuk Kerja

Penyearah 1 fasa ½

Gelombang(R Load)

Penyearah 1 Fasa Gelombang Penuh

dengan Transformator CT (R

Load)

Penyearah 3 Fasa

Gelombang Penuh

(R Load)

Efesiensi () 40.5% 81% 99.83%

Faktor Bentuk (FF)

157% 111% 100.08%

Faktor Riak (RF) 121% 48.2% 4%


4


Faktor Utilisasi Transformator

(TUF)28.6% 57.32% 95.42%

Tegangan Balik Maksimum (PIV)

Vm 2Vm 3Vm

Faktor Crest (Crest Factor)

(CF)2 1.414

Berdasarkan data pada tabel di atas jelas bahwa penyearah 3

fasa gelombang penuh sistem jembatan mempunyai unjuk kerja yang

jauh lebih bagus dibandingkan dengan penyearah 1 fasa ½

gelombang, maupun penyearah 1 fasa gelombang penuh dengan

transformator menggunakan tap tengah (CT).

2. Penyearah 3 Fasa Tidak Terkendali Beban RL

Tegangan keluaran sesaat dari konverter jenis ini dinyatakan

dengan persamaan:

for .............(1)

Arus beban dapat ditentukan dengan selesaian persamaan:

.............(2)

Bentuk selesaian adalah:

.............(3)

Dengan Z merupakan impedansi beban:

dan

Dengan menggunakan kondisi awal berikut:


5


, IL = I1

Dan mengaplikasi pada persamaan (3), maka konstanta C dapat

diperoleh. Penerapan kondisi in menghasilkan:

Substitusi kembali nilai C pada persamaan (3) menghasilkan

Khusus untuk kondisi stabil (keadaan mantap) diperoleh:

Dengan menggunakan kondisi ini pada persamaan di atas, diperoleh

persamaan untuk I1 sebagai berikut:

Subtitusi kembali nilai I1 pada persamaan arus beban sesaat,

menghasilkan:

Untuk

Karena setiap dioda konduksi selama 120°, arus rms dioda adalah 2

kali lebih besar dari arus dioda pada interval 60° pada setiap siklus. Ini

memberikan


6


Arus keluaran rms dapat ditentukan dengam menggabungkan arus

rms pada setiap dioda pada selang 1 siklus, dan menghasilkan:

Besanya arus rata-rata dioda dinyatakan dengan persamaan:

Contoh Soal

Penyearah 3 fasa tidak terkendali dengan beban resistor murni seperti

gambar berikut.

Tentukan:

a. Efesiensi

b. Faktor bentukc. Faktor Riak (riple factor)d. Faktor Utilisasi Transformator.e. Tegangan balik maksimum Diodaf. Arus maksimum yang mengalir pada setiap dioda.

Penyearah ini mengalirkan arus Idc = 60 A dan tegangan keluaran


7


sebesar Vdc = 280.7V dengan frekuensi tegangan suplai 60 Hz.

Penyelesaian

a. Efficiensi,

dan

Pdc = VdcIdc

dengan Vdc = tegangan keluaran rata-rata Idc = arus beban rata-rata

Pac = VrmsIrms

dan Vrms = tegangan keluaran efektif (rms) volt Irms = arus beban efektif

Bila

denganv Vm = tegangan maksimum pada belitan sekunder transformator per fasa (volt), maka:

dan karena

Vrms = 1.6554Vm

maka


8


b. Faktor Bentuk

c. Faktor Riak

Perlu diingat bahwa tegangan keluaran pada sisi beban terdiri dari

penggabungan 2 komponen tegangan, yaitu besaran searah (dc)

dan komponen riak ac, sehingga tegangan keluaran menjadi:

c.

dengan Vs = tegangan rms sekunder transformator Is = arus rms sekunder transformator

Vs = 0.707Vm

Is = arus jala-jala pada transformator = 0.7804Im

dengan Im = arus maksimum sekunder

d. Namun


9


VA rating of transformator = 3VsIs

e. Vm = tegangan maksimum fasa netral Vdc = 1.654Vm = 280.7 V

PIV = nilai tegangan maksimum jala-jala = 169.73 = 293.9 V

f. Arus rata-rata yang melewati dioda Idc dinyatakan dengan

Jika arus beban rata-rata Idc dan setiap dioda akan konduksi selama

120° dalam setiap siklus selama 360°, maka arus dioda rata-rata

adalah = 1/3 arus beban rata-rata.

C. EVALUASI

Penyearah 3 fasa tidak terkendali dengan beban resistor murni

seperti gambar 3.2. Gambarkan bentuk gelombang tegangan dan

arus masukan dan keluaran, serta tentukan:

a. Efesiensi


10


b. Faktor bentuk

c. Faktor Riak (riple factor)

d. Faktor Utilisasi Transformator.

e. Tegangan balik maksimum Dioda

f. Arus maksimum yang mengalir pada setiap dioda.

Penyearah ini mengalirkan arus Idc = 20 A dan tegangan keluaran

sebesar Vdc = 311.2 Volt dengan frekuensi tegangan suplai 50 Hz.

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

D. PENUTUP

Pembahasan yang telah dilakukan pada bagian ini telah

menyelesaikan materi mengenai penyearah (rectifier) 3 fasa tidak

terkendali, khususnya penyearah 3 fasa tidak terkendali gelombang

penuh dengan menggunakan transformator. 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,.


11


E. 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.

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) 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


12

Documents

modul3-konverter-ac-dc-3-fasa1.doc