1. JUDULPERBANDINGAN FAKTOR DAYA MASUKAN PENYEARAH SATU FASA
DENGAN PENGENDALIAN MODULASI LEBAR PULSA (PWM) DAN SUDUT
PENYALAAN
2. LATAR BELAKANGFaktor daya merupakan topik yang sering
diperbincangkan dalam sistem tenaga kelistrikan. Dalam Bukunya
Power Elektronic, Profesor Ned Mohan menyebutkan bahwa Faktor daya
terdiri dari faktor pergeseran cos phi dan factor distorsi yang
terdiri dari komponen-komponen harmonisa.Pada saat sekarang ini
peralatan elektonika daya sering digunakan dalam aplikasi di
industri. Seperti konverter sebagai peralatan konversi daya
listrik, terutama penyearah yang biasanya digunakan dalam power
suply. Penggunaan penyearah memiliki kekurangan karena dapat
menimbulkan harmonisa pada sistem tenaga listrik. Dengan
peningkatan penggunaan peralatan penyearah ini, arus harmonisa akan
menjadi masalah yang besar. Seperti dapat menyebabkan kelebihan
panas pada transformer dan motor induksi yang cenderung akan
mengakibatkan kerusakan pada peralatan (grigore vlad, 2001:3 ).
Selain itu beberapa standard harmonisa arus telah dibuat oleh
organisasi energi elektrik internasional. Sehingga merupakan suatu
kebutuhan untuk mengurangi harmonisa atau meningkatkan faktor
daya.Untuk menyelesaikan permasalahan turunnya faktor daya baik
yang diakibatkan oleh komponen harmonisa atau komponen cos phi
seperti yang diutarakan diatas, dapat dilakukan dengan berbagai
cara, bisa menggunakan peralatan tambahan seperti filter harmonisa
atau kapasitor bank jika dibutuhkan. Cara lain yang dapat dilakukan
tanpa pembelian atau perubahan alat baru dapat dilakukan melalui
perbaikan kualitas penyearah melalui perubahan teknik pengendalian
pada penyearah.Faktor daya pada penyearah fasa terkontrol
bergantung pada sudut penyalaan, dan biasanya cenderung rendah
(M.H.Rashid, 1993:129). Komutasi paksa dapat meningkatkan factor
daya masukan. Teknik komutasi merupakan teknik pengendalian pada
sistem penyearah. Salah satu dari teknik perbaikan factor daya
tersebut adalah pengendalian modulasi lebar pulsa.Dalam skripsi ini
akan diteliti perbandingan perbaikan factor daya masukan penyearah
dengan kontrol modulasi lebar pulsa dan dengan pengendalian sudut
penyalaan.
3. RUMUSAN MASALAHMengacu pada permasalahan yang telah diuraikan
dalam latar belakang maka rumusan masalah ditekankan pada :1.
Bagaimana pengaruh pengendalian modulasi lebar pulsa terhadap
keluaran penyearah terhadap beban:a. Resistifb. Resistif Induktifc.
Resistif Kapasitif2. Bagaimana pengaruh pengendalian perubahan
sudut penyalaan terhadap keluaran penyearah terhadap beban:a.
Resistifb. Resistif Induktifc. Resistif Kapasitif3. Bagaimana
pengaruh pengendalian modulasi lebar pulsa terhadap faktor daya
masukan untuk beban resistif, resistif induktif, resistif
kapasitif4. Bagaimana pengaruh pengendalian sudut penyalaan
terhadap faktor daya masukan untuk beban resistif , resistif
induktif, resistif kapasitif.5. Bagaimana perbandingan faktor daya
masukan dengan kontrol sudut penyalaan dan dengan pengendalian
dengan kontrol modulasi lebar pulsa untuk beban resistif, resistif
induktif dan resistif kapasitif.
4. BATASAN MASALAHBerdasarkan perumusan masalah di atas maka
pembahasan dibatasi pada :1. Tidak dibahas rangkaian snubber
(rangkaian proteksi)2. Penyearah dengan kontrol sudut penyalaan
adalah penyearah setengah terkontrol3. Tidak membahas proses
penyalaan dan pemadaman konverter4. Pengambilan data menggunakan
simulasi Matlab-simulink.
5. TUJUANPenulisan skripsi ini bertujuan untuk mengetahui
seberapa besar peningkatan faktor daya pada konverter menggunakan
kontrol modulasi lebar pulsa.
6. TINJAUAN PUSTAKA6.1 Komponen Semikonduktor Daya6.1.1 Dioda
Dioda merupakan semikonduktor (komponen) elektronika daya yang
memilki dua terminal, yaitu: anoda dan katoda. Dalam rangkaian
elektronika daya, dioda difungsikan sebagai sakelar. Gambar 6.1
(a), (b), dan (c) masing-masing ditunjukkan simbol dioda,
karakteristik diode, karakteristik ideal dioda jika dioperasikan
sebagai sakelar. Sebagai sakelar, sebagaimana Gambar 6.1 (c), dioda
akan konduksi (ON) jika potensial pada anode lebih positif daripada
potensial pada katoda, dan dioda akan memblok (OFF) jika potensial
pada anoda lebih negatif daripada potensial pada katoda.
Gambar 6.1 Diode: (a) simbol diode, (b) karakteristik diode,(c)
karakteristik ideal diode sebagai sakaler
Jika diode dalam kondisi ideal, ketika dioda dalam kondisi ON
memiliki karakteristik tegangan pada dioda sama dengan nol dan arus
yang mengalir pada diode sama dengan arus bebannya. Sebaliknya,
dioda dalam kondisi OFF memiliki karakteristik tegangan pada dioda
sama dengan tegangan sumbernya dan arus yang mengalir sama dengan
nol. Dalam kondisi dioda ON dan OFF ini dapat dinyatakan tidak
terjadi kerugian daya pada dioda.
6.1.2 Thyristor Semikonduktor daya yang termasuk dalam keluarga
thyristor ini, antara lain : SCR (silicon-controlled retifier), GTO
(gate turn-off thyristor), dan TRIAC. SCR banyak digunakan dalam
rangkaian elektronika daya. SCR memiliki tiga terminal, yaitu
anoda, katoda, dan gate. SCR dapat digunakan dengan sumber masukan
dalam bentuk tegangan bolak-balik (AC) maupun tegangan searah (DC).
SCR dalam rangkaian elektronika daya dioperasikan sebagai sakelar.
Gambar 6.1.2 (a), (b), dan (c) masing-masing ditunjukkan simbol
SCR, karakteristik SCR, karakteristik ideal SCR jika dioperasikan
sebagai sakelar. Jika sumber tegangan masukan yang digunakan
tegangan searah, SCR akan konduksi (ON) jika potensial pada anoda
lebih positif daripada potensial pada katoda dan pada terminal gate
dialirkan arus pulsa positif. Kondisi ON SCR ini ditentukan oleh
besar arus pulsa positif pada gate. Tetapi, SCR akan terus ON
meskipun arus pulsa pada gate diputus. SCR akan putus (OFF) dengan
cara membuat potensial pada anoda sama dengan katoda. Proses
pengaliran arus listrik pada terminal gate ini disebut penyulutan/
pemicu (triggering), sedangkan proses pemutusan (OFF) dari kondisi
ON ini disebut komutasi (commutation). Selanjutnya, jika sumber
tegangan masukan yang digunakan tegangan bolak-balik, SCR akan ON
ketika tegangan bolak-balik pada polaritas positif dan akan OFF
pada polaritas negatif, tetapi pada terminal gate harus selalu
dialirkan arus pulsa positif. Berbeda dengan karakteristik
sebelumnya, SCR akan OFF ketika arus pulsa pada gate diputus. Hal
ini berarti, arus pulsa pada gate harus selalu dihubungkan dengan
terminal gate agar rangkaian dapat bekerja sebagaimana yang
diharapkan.
Gambar 6.1.2 SCR: (a) simbol SCR, (b) karakteristik SCR,(c)
karakteristik ideal SCR sebagai sakelar
Jika SCR dalam kondisi ideal, ketika SCR dalam kondisi ON
memiliki karakteristik tegangan pada SCR sama dengan nol dan arus
yang mengalir sama dengan arus bebannya. Sebaliknya, SCR dalam
kondisi OFF memiliki karakteristik tegangan pada SCR sama dengan
tegangan sumbernya dan arus yang mengalir sama dengan nol. Dalam
kondisi SCR ON dan OFF ini dapat dinyatakan tidak terjadi kerugian
daya pada SCR.
6.2 Semikonverter satu fasaRangkian semikonverter satu fasa
diperlihatkan pada gambar 3-2a dengan bebaninduktif tinggi. Arus
beban diasumsikan kontinyu tanpa ripple. Selama setengahsiklus
positif, thyristor T1 terbias maju. Ketika thyristor T1 dinyalakan
pada t=,beban terhubung dengan suplai masukan melalui T1 dan D2
selama periode tSelama periode t (+), tegangan masukan negatif dan
diode freewheeling Dm terbias maju. Dm akan konduksi sehingga
memberikan memberikan arus yang kontinyupada beban induktif. Arus
beban akan ditransfer dari T1 dan D2 ke Dm, dan thyristorTidan
diode D2 padam. Selama setengah siklus tegangan masukan negatif,
thyristor T2terbias maju, dan penyalaan thyristor T2 pada t = +
akan mengakibatkan Dm terbiasbalik. Diode Dm padam dan beban
terhubung dengan suplai melalui T2 dan D1.Gambar 6.2 b
memperlihatkan daerah keija konverter, dimana tegangan dan
aruskeduanya memilki polaritas positif.
Gambar 6.2 memperlihatkan bentuk Penyearah Terkontrol
Konverter ini memiliki faktor daya yang lebih baik karena adanya
diode freewheeling dan biasa digunakan pada aplikasi hingga 15 kW,
dimana daerah operasinya satu kuadran..
Tegangan keluaran rata-rata dapat diperoleh dari
(6-1)
dan Vdc dapat dikendalikan dari 2Vm/ hingga 0 dengan mengatur
dari 0 hingga .Tegangan keluaran rata-rata maksimum adalah Vlta =
2WJn dan tegangan keluarantemormalisasi adalah
(6-2)
Tegangan keluaran rms diperoleh dari
=
(6-3)
6.2.1 Semikonverter satu fasa dengan beban RLDalam prakteknya,
suatu beban memiliki induktansi yang berhingga. Arus
bebantergantung pada nilai resistansi beban R, induktansi beban L
dan tegangan baterai Eseperti terlihat pada gambar 3-2a. Operasi
konverter dapat dibagi menjadi dua mode :mode 1 dan mode 2.Mode l.
Mode ini berlaku untuk 0
