ELEKTRONIKA DAYA Fauzan A Mahanani, S.Pd

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. Fauzan A Mahanani, S.Pd

TRAINING OUTLINES 1. Basic concept of SCR, DIAC, TRIAC, UJT and PUT 2. Static Switch 3. Zero Voltage Switching 4. Phase control circuit 5. Motor Control Fauzan A Mahanani, S.Pd

ELEKTRONIKA DAYA PENDAHULUAN 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 Unidirectional PNPN Dioda, SCR, LASCR, PUT, SCS Klasifikasi thyristor : Bidirectional DIAC, TRIAC Fauzan A Mahanani, S.Pd

Struktur kerja PNPN IA IB1 IC1 IC2 IB2 IG(N) IG(P) Ik Jenis dan simbol Transistor Struktur kerja PNPN IA IB1 IC1 IC2 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

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

SCR (silicon controlled rectifier) Simbol SCR Karakteristik yang diharapkan dari SCR 1. Tegangan blocking yang tinggi 2. Mampu melewatkan arus yang besar 3. di/dt yang tinggi 4. dv/dt yang tinggi 5. Waktu turn off yang singkat 6. Arus pengendali gate yang rendah 7. Frekuensi kerja yang tinggi 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 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 yang jauh lebih besar dari resistor di SCR utama. Fauzan A Mahanani, S.Pd

Sumber pulsa eksternal untuk komutasi Kelas F : Komutasi tegangan AC Kelas E : Sumber pulsa eksternal untuk komutasi Kelas F : Komutasi tegangan AC Fauzan A Mahanani, S.Pd

DIAC Simbol Karakteristik V- A MT2 positif MT2 negatif Karakteristik V- A + I - I Simbol - Tegangan Breakdown DIAC kira-kira 30 V - Dapat meneruskan arus dalam 2 arah Fauzan A Mahanani, S.Pd

TRIAC Simbol Karakteristik V- A +V -V + I - I MT2 positif MT2 negatif Kuadran I Kuadran II Kuadran IV Kuadran III Simbol 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 4 Mode yang sedang : 2 Mode yang kurang sensitif : 3 Fauzan A Mahanani, S.Pd

UJT simbol Karakteristik V - A IE B2 RBB2 E IEB1 RBB1 B1 Rangkaian ekivalen Karakteristik V - A Fauzan A Mahanani, S.Pd

IV = valley current ( serupa dengan holding current pada SCR )  Intrinsic stand off ratio Nilai  sekitar 0,5 ~ 0,8 Interbase resistance ( RBB )  4,7 K  9,1 K Tegangan titik puncak VP =  VBB + VD Fauzan A Mahanani, S.Pd

Contoh : Rangkaian …hal 31………..relaksasi menggunakan UJT VBB RB2 R1 C1 RS1 t VE VP Hal 31 Fauzan A Mahanani, S.Pd

arus konstan untuk pengisian kapasitornya. Hal 32 Bila diinginkan untuk gelombang segitiga dengan slope linier , maka dapat digunakan sumber arus konstan untuk pengisian kapasitornya. Hal 32 RB1 VBB RB2 I C  I adalah arus searah yang konstan  Contoh pemakaian UJT pada rangkaian pengontrol phase R1 R2 R3 beban R5 R4 C1 Fauzan A Mahanani, S.Pd

PUT ( programmable uni-junction transistor ) Anoda Katoda Gate Jika gate dijaga tetap pada potensial tertentu , PUT akan tetap off sampai tegangan anoda melebihi tegangan gate ditambah drop tegangan diode. Atau PUT akan tetap off bila VA  ( VG + V Dioda ) Simbol Fauzan A Mahanani, S.Pd

Contoh : rangkaian osilator relaksasi menggunakan PUT Hal 33 CT RT R1 R2 RS VD ES Bila tegangan drop pada diode ( VD ) diabaikan , maka PUT akan konduksi bila : Misalkan pada t =T , teg VA = VG  Contoh lain : R1 C R2 R3 R4 R5 +V -V Fauzan A Mahanani, S.Pd

Static switching circuit Dapat dibagi menjadi 2 bagian utama yaitu : 1. AC switching circuit. 2. DC switching circuit. Beban RL R = 100 RC Vrms A. Static AC switches 1. Rangkaian TRIAC sederhana . RC = Tahanan kontak ( bila ada ) IGM = arus puncak dari gate yang diizinkan. Fauzan A Mahanani, S.Pd

2. Rangkaian SCR Inverse - paralel ( “ back to back “ ) Beban RL Vrms SCR 1 47 R Thyrector SCR 2 RC Thyrector adalah komponen untuk memotong tegangan transient ( komponen suppresi ) Fauzan A Mahanani, S.Pd

3. Saklar statis dengan sumber pemicu terpisah. Beban AC 0,1 F 100  Untuk beban induktif OSC Control input Agar distorsi bentuk gelombang pada beban dan R F I yang terjadi sekecil mungkin , maka frekuensi oscillator harus cukup tinggi untuk meyakinkan agar TRIAC ataupun SCR di trigger pada awal siklus AC Fauzan A Mahanani, S.Pd

Beban AC R osc Control input Sumber daya dari rangkaian oscillator , bisa diperoleh dari sumber AC Fauzan A Mahanani, S.Pd

4. Bentuk - bentuk lain untuk full wave AC static switching Beban AC Sinyal pengontrol a ) Rangkaian jembatan + SCR dengan beban AC Beban Sinyal pengontrol Untuk beban induktif b ) Rangkaian jembatan + SCR dengan beban DC Fauzan A Mahanani, S.Pd

c ) Rangkaian jembatan dengan SCR dan dioda ganda untuk beban AC Sinyal pengontrol + - c ) Rangkaian jembatan dengan SCR dan dioda ganda untuk beban AC Beban Sinyal 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 beban induktif Fauzan A Mahanani, S.Pd

5 ) TRIAC latching tecnique beban MT2 MT1 S “ off ” C1 R1 470 1 F Trigger “ on “ Bekerja pada mode III dan I- sehingga kurang sensitif AC beban S “ off ” Trigger “ on “ R2 L1 MT1 MT2 Bekerja pada mode I+ dan III sehingga sensitif Fauzan A Mahanani, S.Pd

6.1 Negative half cycle slaving tecnique Beban + - C1 SCR2 R1 R2 SCR1 D1 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 SCR1 sebagai master SCR2 sebagai slave Fauzan A Mahanani, S.Pd

6.2 SCR slaving and zero voltage switching beban + - SCR2 slave master 10 K R SCR3 S Random “open” signal L 0,1 H 20 ohm Fauzan A Mahanani, S.Pd

Jadi arus mengalir pada beban pada seluruh cycle. 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

7. DC static switch ( SCR flip - flop ) beban on off + - Fauzan A Mahanani, S.Pd

8. UJT / SCR time delay SCR1 C1 R4 R1 R3 R5 28 V GND R2 External load + - 18 V SCR1 mula - mula off Rs untuk memberikan holding current yang cukup. (R1 + R2), C menentukan lamanya delay Fauzan A Mahanani, S.Pd

9. Mercury thermostart / SCR heater control 570 K Jika open , heater “ on “ jika closed , heater “ off “ 120 V 0,1 F Fauzan A Mahanani, S.Pd

Contoh : BASIC DIAC - TRIAC PHASE CONTROL BASIC STATIC SWITCH 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 rms 24 V 115 V 220 V 8, 47 0 1,76 0 0,92 0 q Fauzan A Mahanani, S.Pd

1. Basic switching circuit beban C D1 R1 R2 R5 R3 R4 D3 S 10 K 47 K D2 SCR 120 V + Q1 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 S dibuka sembarang S ditutup sembarang Tegangan jala - jala Tegangan pada beban Fauzan A Mahanani, S.Pd

D2 dan R2, sehingga Q1 cut off. 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 positip R4 dipilih agar SCR bisa konduksi pada tegangan 3 - 5 volt R3 dipilih agar mampu memberikan arus base yang cukup pada saat Q1 konduksi misal 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. Fauzan A Mahanani, S.Pd

Untuk kerja full wave, dapat digunakan slaving technique beban C D1 R1 R2 R5 R3 R4 D3 S 10 K 47 K D2 SCR 120 V + Q1 Fauzan A Mahanani, S.Pd

2. TRIAC Zero Voltage Switching Circuit beban D1 D2 D3 C1 C2 R3 SCR 1k2 10 w 150  2 w 1k  1w + 3 F 1 F/200 v Fauzan A Mahanani, S.Pd

Jika SCR konduksi TRIAC off Bila 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 tinggi dari 5 V (  10 - 15 volt ) Fauzan A Mahanani, S.Pd

Perbaikan rangkaian sebelumnya : 1F R1 + beban 10 k 1 k Untuk mencegah agar C tidak dimuati arah negatif 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

- Pengontrolan daya rata-rata ke beban seperti lampu, heater, AC Phase Control Pemakaian - Pengontrolan daya rata-rata ke beban seperti lampu, heater, motor, supply DC dan lain-lain. Bentuk-bentuk : 1 Phase 3 Phase A. Satu phase Tegangan pada beban 1. E Kontrol  = Sudut triggering 1/2 gelombang yang dikontrol Fauzan A Mahanani, S.Pd

2. 3. 1/2 gel. yang dikontrol + 1/2 gel. tetap 1 gelombang yang dikontrol Fauzan A Mahanani, S.Pd

4. 5. Mempunyai keuntungan dalam 1 gelombang yang dikontrol pengontrolan karena common cathode 1 gelombang yang dikontrol 5. Kontrol 1 gelombang yang dikontrol - Paling flexible - Kurang efektif karena adanya tegangan drop pada dioda Fauzan A Mahanani, S.Pd

1 gelombang yang dikontrol - Sederhana - Paling efektif - Andal 1 gelombang yang dikontrol Fauzan A Mahanani, S.Pd

B. Tiga phase Dapat menggunakan transformator ataupun tidak Vd Fauzan A Mahanani, S.Pd

Phase control pada beban resistif Tegangan Sumber Pada SCR Pada beban Arus beban Fauzan A Mahanani, S.Pd

Phase control pada beban induktif Fauzan A Mahanani, S.Pd

Contoh Phase control Untuk ½ gelombang Contoh Phase control Rangkaian snubber Fauzan A Mahanani, S.Pd

PENGENDALIAN MOTOR Penggunaan Phase Control pada pengendalian motor - 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. Fauzan A Mahanani, S.Pd

Pengendalian Motor Universal - Half wave Fauzan A Mahanani, S.Pd

Pengendalian Motor Universal - Full wave CR2 CR3 CR5 CR4 ARMATURE Fauzan A Mahanani, S.Pd

Pengendalian Motor Induksi CR4 CR3 CR6 CR5 DC CONTROL TRIAC DIAC R5 R1 R3 R2 R6 C1 R4 CR2 CR1 C2 ARMATURE Fauzan A Mahanani, S.Pd

PENGENDALIAN TEMPERATUR Comparator Modulation generator Temp. Sensor Chamber Losses ADJ. Ref Set PT Zero crossing detector AC Power Supply Power Switch Cooler Heater Fauzan A Mahanani, S.Pd

Pengendalian Dengan Phase Control System 0,1 F 2N4992 TRIAC COOLING OR HEATER LOAD ST2 TEMP SET 22K 1W 2K2 10 K 120 V 60 Hz AC SUPPLY 25 K Fauzan A Mahanani, S.Pd

Pengendalian Dengan Zero Voltage Switching System (IC) Functional Diagram Of GEL 300 Zero Crossing Detector R1 R2 R5 D1 Q1 Q2 INPUT SECTION OUTPUT POWER SUPPLY AND ZERO CROSSING DETECTOR INHIBIT CURRENT Fauzan A Mahanani, S.Pd

Pengendalian Dengan Zero Voltage Switching System RA RB RS CS 120 VAC 60 Hz (240 VAC) + RESISTANCE LOAD 8 11 10 9 13 2 5 100 mF 15V 10K, 2W Fauzan A Mahanani, S.Pd

Fauzan A Mahanani, S.Pd

TERIMA KASIH SEMOGA LEKAS SEMBUH SCR1 SCR1 C1 Beban + Fauzan A Mahanani, S.Pd

Cycloconverter Mengubah frekuensi daya AC menggunakan SCR dimana komutasinya adalah tegangan AC sendiri Input Output Output setelah difilter 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

Switch S1 da S2 bekerja secara bergantian . 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 AC Prinsip 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

misalkan mula - mula ke dua SCR sedang off . 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 . 1 2 Fauzan A Mahanani, S.Pd

DC Chopper : Single ended inverter untuk mengubah DC ke DC . Dalam beberapa rangkaian elektronik , ada kalanya daya harus ditrarnsfer dari sumber 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

Transfer daya dilakukan dengan menutup dan membuka switch S EO + S L ES Transfer daya dilakukan dengan menutup dan membuka switch S Bila S ditutup , maka arus i : Bila S ditutup , maka energi yang tersimpan di L akan di disipasikan sebagai bunga api kerugian ES EO + S ( ES - EO ) i Fauzan A Mahanani, S.Pd

- eL = EO Ia S ES Es - EO + EO - EO Ta Tb E dan I dalam induktor Ta = Selang waktu switch S ditutup Tb = Selang waktu L membuang energi ketika S dibuka. Kerja dari switch S pada prakteknya digantikan oleh SCR atau GTO Fauzan A Mahanani, S.Pd

Dengan mempercepat waktu on dan off switch , maka diperoleh arus -arus sbb : Ia Ib Arus pada beban Ta Tb t T Ia Ib Arus yang diambil dari sumber t Arus yang mengalir pada dioda t 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 RO IO Jika chopper mensupply beban Ro : berlaku pula persamaan2 : IS = Io . f . Ta Eo = ES .f . Ta 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-p Jika waktu “ on “ ditetapkan 1 ms , hitunglah : a) arus dc yang diambil dari sumber. b) arus dc pada diode c) frekuensi chopper d) nilai L Fauzan A Mahanani, S.Pd

jawab : I beban L 21 20 A Io + Is 120 V 19 600 Id - t a) Daya yang diberikan ke baterai : P = 120 X 20 = 2400 watt jika tidak ada kerugian2 , maka daya yang diberikan oleh sumber adalah : 2400 watt. Maka : Fauzan A Mahanani, S.Pd

Sehingga perioda T = 5 ms dan Tb = 5 - 1 = 4 ms b) Id = Io - Is = 20 - 4 = 16 A c) Eo = Es .f .Ta Sehingga perioda T = 5 ms dan Tb = 5 - 1 = 4 ms d) Selama interval waktu Ta , tegangan pada L = 600 - 120 = 480 V Perubahan arus ( ripple ) = 2 A maka Fauzan A Mahanani, S.Pd

+ - Pengontrolan Motor motor DC Pengontrolan motor motor AC Motor DC Motor listrik dapat dikemudikan agar berfungsi pada berbagai torque dan kecepatan , baik arah forward maupun reverse . Pengendalian dapat beroperasi pada kuadran2 : - Kuadran 1 Kuadran 2 Kuadran 3 Kuadran 4 + Generator atau rem motor 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 maupun negatif. 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

+ - Kurva tipikal kecepatan vs torque generator 1 2 n Motor induksi rem motor 4 3 2 1 n - + Motor induksi sangkar bajing Fauzan A Mahanani, S.Pd

- - n rem + 2 1 generator motor Motor DC + motor 4 3 generator rem Pengontrolan kecepatan kuadran 1 misal : motor shunt medan eksitasi dibuat tetap ( fixed ) dan kecepatan diatur dengan mengatur tegangan jangkar. Fauzan A Mahanani, S.Pd

limit setting arus max kec max SP arus Sp kecepatan Arus jangkar Gate triggering processor Arus jangkar kecepatan Input dari hasil pengukuran  - - - - - - - - G1 G2 G3 G4 G5 G6 G6 G5 G4 G3 G2 G1 Ra La If 3 phase 3 2 1 3 phase 6 pulse converter Ed EO + Fauzan A Mahanani, S.Pd

Ed = 1,35 E cos  60 120 180 240 300 360 420 480 kondisi Q5,Q6 Q6,Q1 Q1,Q2 Q2,Q3 Q3,Q4 Q4,Q5 E32 E12 E13 E23 E21 E31 1,414 E 1,225 E 540 pentriggeran Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 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

Drop tegangan tanpa beban diabaikan . Jawab : 750 HP = 560 KW a) Ed = 1,35 E cos  250 = 1,35 X 208 X cos   = 270  = 27 + - 2500 A Ed = 250 4 m If 3  208 V 60 Hz 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 volt sehingga Ed = 80 + 10 = 90 volt sudut 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 KW Bila kerugian 2 pada converter diabaikan , maka daya rata 2 yang diserap dari 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 kecepatan rendah 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  +  converter - Eo Ed If 3  + Fauzan A Mahanani, S.Pd

lebih kecil dari E 0 untuk mendapatkan arus pengereman yang dikendaki. Agar supaya converter berlaku sebagai inverter , polaritas Ed harus dibalik . Hal ini berarti polaritas E 0 harus dibalik. Selanjutnya Ed harus diatur agar sedikit lebih kecil dari E 0 untuk mendapatkan arus pengereman yang dikendaki. Polaritas Ed dapat diubah dalam sesaat dengan memperlambat pulsa 2 gate sebesar lebih 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 jangkar sehingga 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 mengalir arus 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

mesin DC bekerja sebagai motor . Setelah kecepatan yang lebih rendah dicapai , kita harus segera mengatur lagi agar mesin DC bekerja sebagai motor . Step 4 : Perlambat pulsa 2 gate mendekati 180 0 sehinggga Ed menjadi cukup besar dan 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 interval ini arus jangkar nol . Step 6 : Kurangi  sehingga Ed menjadi positif dan sedikit lebih besar dari E 0 agar arus jangkar mengalir . Sekarang mesin berlaku sebagai motor dan converter kembali sebagai rectifier. Fauzan A Mahanani, S.Pd

Ad 2. Menggunakan pembalikan jangkar : 3  + - Eo If  converter Ed 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 ). Fauzan A Mahanani, S.Pd

 2  1 + - 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 yang bekerja , baik sebagai rectifier ataupun inverter. Konverter yang sedang “ stand by “ siap mengambil alih bilamana daya ke jangkar perlu dibalik . Jadi tidak perlu membalik jangkar ataupun medan . If Id + - E0 L Trafo 3  Converter 1 Converter 2  1  2 Fauzan A Mahanani, S.Pd

105 V 100 V + L Converter 1 Converter 2  1  2 Converter 1 yang Waktu yang ditentukan untuk pindah dari satu converter ke yang lain sekitar 10 ms. Mengingat satu converter selalu siap mengambil alih terhadap yag lain , maka tegangan2 nya hampir mendekati tegangan jangkar baik nilai nya maupun polaritasnya. Ed1 105 V E0 100 V Ed2 + Ra If L Id1 Id2 Converter 1 Converter 2  1  2 Converter 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

95 V + L Converter 1 Converter 2  1  2 Converter 1 menjadi tidak aktif dan delay sdt  2 dikurangi sehinggga Ed2 menjadi lebih kecil sedikit dari E0 . Dan arus reserve Id2 dapat mengalir . Arus ini membalik torque dan kecepatan motor berkurang dengan cepat Ed1 95 V + Ra If L Id2 Converter 1 Converter 2  1  2 Converter 2 yang sedang bekerja E0 100V Ed2 95V Fauzan A Mahanani, S.Pd

berkurangnya tegangan E0. 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

A B C 7 3 2 8 1 9 L I = Id1 - Id2 + - Converter 1 Converter 2 Ed2 3  Ra Id2 If E0 + L2 L1 Ed1 Id1 I = Id1 - Id2 1 2 3 7 8 9 A B C P1 Q1 P2 Q2 - Converter 1 Converter 2 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 . 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 A converter 2 menyerap arus Id2 = 300 A Tegangan AC untuk masing2 converter 360 V . Hitung : a) Daya dc pada converter 1 dan 2 b) 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 Converter Converter : Peralatan yang menghubungkan jaringan DC ke jaringan AC dan sebaliknya. ~ - ~ - Converter AC Converter DC Converter Rectification Inversion - - ~ ~ - DC Converter Menggunakan “link AC” Direct ~ - ~ AC Converter Direct Menggunakan “link DC” Fauzan A Mahanani, S.Pd

- ~ ~ AC Converter AC Converter mengubah tegangan AC menjadi tegangan AC kembali dengan level tegangan dan/atau frekuensi yang berbeda ~ Direct - Phase control - Cyclo Converter AC converter ~ - Indirect Fauzan A Mahanani, S.Pd

C1 R2 R1 R3 D2 D3 ARMATURE SCR FIELD HAL 293 Fauzan A Mahanani, S.Pd

Hal 331 Fauzan A Mahanani, S.Pd 100 K TRIAC 10 K 2V6027 24 V 1 W T1