Aziz Maulana Ibrahim Tugas Besar Elektronika Daya [PDF]

Citation preview

LAPORAN TUGAS BESAR SIMULASI RANGKAIAN ELEKTRONIKA DAYA MENGGUNAKAN PSIM



OLEH : NAMA



: AZIZ MAULANA IBRAHIM



NIM



: 2211181046



PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS JENDERAL ACHMAD YANI CIMAHI 2021



TUGAS BESAR ELEKTRONIKA DAYA A. Cara Penggunaan 1. Simulation Control



= Simulation Control digunakan untuk mengatur kerapatan gelombang yang dihasilkan. Cara penggunaanya ialah dengan mengklik pada menubar simulate lalu klik simulation control. Setelah itu dapat diatur sesuai kebutuhan.



2. Simview = Untuk membaca data dalam format teks. ASCII atau biasa dikenal dengan Bahasa biner. Selain itu juga ,simview menampilkan gelombang



3. Ground



= Ground digunakan sebagai pengroundingan atau pentanahan atau penetralan pada rangkaian yang dibuat



4. Resistor



= Resistor digunakan untuk menahan aliran arus listrik yang mengalir dimana sifat dari resistor tersebut yaitu sebagai isolator . Satuan dari resistor yaitu “ohm” dengan alat ukur yang digunakan untuk mengukur besar nilai resistor yaitu dengan alat ukur “ohmmeter”.



5. Induktor



= Induktor digunakan untuk menyimpan energi dalam medan magnet dari arus yang melewati induktor tersebut. Satuan dari induktor ini yaitu “henry” dengan alat ukur yang digunakan untuk mengukur besar nilai induktor yang digunakan yaitu menggunakan alat ukur “RLC meter”.



6. Capacitor



= Kapasitor adalah sebuah komponen yang bekerja menyimpan energi dalam medan listrik dari arus yang melewati kapasitor tersebut. Jika dikaitkan kedalam satuan yang digunakan yaitu “Farad” dengan alat ukur yang digunakan utnuk mengukur nilai dari sebuah kapasitor yaitu dengan menggunakan alat ukur “RLC meter”.



7. Diode



= Dioda penyearah adalah sebuah komponen yang bersifat isolator (silikon), berfungsi sebagai penyearah tegangan atau arus bentuk AC menjadi tegangan atau arus searah bentuk DC , dimana cara kerjanya yaitu arus yang lewat dari sisi anoda ke katoda diode maka diode akan berfungsi menyerahkan tegangan atau arus tersebut namun ketika terdapat arus yang lewat dari katoda ke anoda diode penyearah maka diode tersebut seperti open circuit atau hanya akan menjadi kawat penghantar biasa (tidak berfungsi menyearahkan ).



8. Thyristor



= Thyristor sendiri berfungsi sebagai sebuah saklar elektronik yang banyak dipergunakan pada peralatan listrik mulai dari arus lemah hingga arus besar. Thyristor mirip dengan sebuah saklar. Walalupun kedua kabel terpasang, tidak ada arus yang dapat mengalir melalu kedua terminal tersebut. Agar arus dapat mulai mengalir, maka sebuah tombol yang disebut gate ditambahkan dan dialiri dengan arus listrik.



9. MOSFET Switch



= MOSFET sebagai saklar akan terhubung dengan semua jenis gerbang logika (Logic Gate). Selain itu, MOSFET mampu mengendalikan beban arus yang tinggi dan biayanya lebih murah dibandingkan transistor bipolar.



10. IGBT Switch



= Transistor bipolar terisolasi-gerbang (IGBT) Perangkat semikonduktor daya tiga terminal yang digunakan sebagai Sakelar Elektronik, saat dikembangkan, untuk menggabungkan efisiensi tinggi dan peralihan cepat.



11. Single-phase diode bridge



= Tersedia modul jembatan dioda fase tunggal dan modul jembatan thyristor. Node Ct di bagian bawah modul thyristor adalah node kontrol gating untuk switch 1. Untuk modul thyristor, hanya sinyal gerbang



untuk sakelar 1 yang perlu ditentukan. Sinyal gerbang untuk sakelar lain akan diturunkan secara internal dalam program.



12. Three-phase diode bridge



= Dua kaki terminal dipergunakan sebagai input untuk tegangan/arus listrik AC (bolak balik) sedangkan dua kaki terminalnya lagi adalah terminal output yaitu terminal output positif (+) dan terminal output negative (-).



13. Gating Block for switch



= Gating Block For Switch yaitu pola gerbang sebuah switch atau switch module. Cara penggunaanya gating block for switch hanya dapat dihubungkan ke gate node dari switch dan tidak dapat dihubungkan ke elemen lain. jumlah switching points mengacu pada jumlah total tindakan pengalihan dalam satu titik.



14. On-off switch controller



= On-off switch controller digunakan sebagai antarmuka antara sinyal gerbang kontrol dan sakelar daya. Input, yang merupakan sinyal logika (0 atau 1) dari rangkaian kontrol, dilewatkan ke sirkuit daya sebagai sinyal gerbang untuk mengontrol switch.



15. Voltage Probe (node to ground)



= Probe tegangan mengukur tegangan antara node dan ground. Nilai tegangan disimpan ke output file untuk ditampilkan. 16. Voltage Probe (between two node)



= Voltage Probe (between two node) mengukur tegangan antara dua node. Nilai tegangan disimpan ke output file untuk ditampilkan. Perhatikan bahwa probe tegangan node-ke-node hanya dapat diogunakan di sirkuit daya.



17. Current node



= Current node berfungsi untuk mengukur arus pada rangkaian daya. Nilai saat ini disimpan ke output file untuk ditampilkan. Dalam probe arus, resistor kecil 1μΩ digunakan secara internal untuk mengukur arus.



18. Scope



= Untuk memunculkan suatu gelombang yang terdapat pada suatu rangkaian elektronika. Komponen ini memiliki 2 saluran tegangan.



19. 1-channel scope



= U ntuk memunculkan suatu gelombang yang terdapat pada suatu rangkaian elektronika. Komponen ini memiliki 1 saluran tegangan.



20. DC Voltage Source



= Komponen ini digunakan sebagai sumber tegangan DC atau arus searah. Penggunaan dari komponen ini yaitu berdasarkan arah arus yang diinginkan. Tanda positif menunjukan bahwa arah arus menuju arah tersebut.



21. Sinusoidal Voltage Source



= Komponen ini digunakan sebagai sumber tegangan AC atau arus bolak balik. Penggunaan dari komponen ini yaitu berdasarkan arah arus yang diinginkan. Tanda positif menunjukan bahwa arah arus menuju arah tersebut.



22. Triangular-wave voltage source



= Tringular wave voltage source merupakan sumber tegangan AC sama seperti sumber tegangan lain. Akan tetapi memiliki perbedaan yaitu bentuk gelombang yang akan ditampilkan adalah Tringular sesuai dengan namanya.



23. Square-wave voltage source



= Square wave voltage source merupakan sumber tegangan AC sama seperti sumber tegangan lain. Akan tetapi memiliki perbedaan yaitu bentuk gelombang yang akan ditampilkan adalah square sesuai dengan namanya.



24. Step Voltage Source



= Step wave voltage source merupakan sumber tegangan AC sama seperti sumber tegangan lain. Akan tetapi memiliki perbedaan yaitu bentuk gelombang yang akan ditampilkan adalah step sesuai dengan namanya.



25. Wiring



= Digunakan untuk menhubungkan antar komponen yang digunakan. Cara penggunaanya dengan mengklik pada komponen satu lalu menariknya pada komponen kedua dan seterusnya sesuai dengan rangkaian yang diinginkan. 26. Label



= Digunakan untuk memberikan penamaan pada komponen yang digunakan. Cara penggunaanya yaitu dengan mengklik terlebih dahulu logo diatas lalu isi nama atau lebel sesuai dengan keinginan, setelah itu hubungkan pada komponen atau jalur yang diperukan. 27. Pan



= Fitur ini digunakan untuk menggeser layout dengan cara menarik langsung layout sesuai keinginan. 28. Select



= Digunakan untuk memilik komponen yang dibutuhkan dan juga dapat digunkaan untuk memindahkan komponen sesuai dengan keinginan. Cara penggunaanya sama seperti pointer pada umumnya. 29. Rotate



= Fitur ini dugunakan untuk memutar arah dari komponen, cara penggunaanya dengan cara men select terlebih dahulu komponen yang ingin di putar, lalu klik fitur tersebut hingga komponen mengarah pada posisi yang diinginkan. 30. Flip Horizontal



= F lip horizontal digunakan untuk membalik arah komponen secara horizontal sesuai dengan kebutuhan, cara penggunaanya sama dengan rotate yaitu men select terlebih dahulu komponen lalu klik fitur tersebut. 31. Flip Vertical



= Flip vertical merupakan kebalikan atau lawan dari flip horizontal karena memiliki fungsi dan cara kerja yang sama, tetapi penggunaanya untuk membalik arah secara vertical. 32. Zoom In



= Fitur ini digunakan untuk memperbesar view atau jarak



pandang layout, cara penggunaanya tinggal klik saja fitur tersebut maka layout akan menjadi lebih dekat dan komponen akan terlihat lebih besar. 33. Zoom Out



= Fitur ini digunakan untuk memperkecil view atau jarak pandang layout, cara penggunaanya tinggal klik saja fitur tersebut maka layout akan menjadi lebih luas dan komponen akan terlihat lebih kecil atau kebalikan dari zoom in. 34. Zoom Box



= Zoom box digunakan untuk memperbesar layout atau bagian yang telah di select terlebih dahulu. Cara penggunaanya yaitu dengan menselect bagian yang diinginkan lalu layout akan menjadi lebih dekat. 35. Zoom fit to page



= Fitur ini digunakan untuk memperbesar area sesuai dengan posisi komponen. Jadi ketika fitur tersebut di tekan maka akan memperdekat area sesuai dengan komponen yang telah di pasangkan.



36. Run Simulator



= Fitur untuk merunning simulasi rangkaian yang telah dibuat, sehingga akan memunculkan gelombang sesuai dengan



komponen serta besaran nilai komponen yang digunakan dalam sebuah rangkaian.



B. Rangkaian Elektronika Daya 1. Satu Fasa Setengah Gelombang Dioda Beban RL a. Gambar Rangkaian



Gambar 1.1 Rangkaian pada PSIM



b. Hasil Simulasi Grafik



Gambar 1.2 Grafik hasil simulasi



c. Analisa Dilakukan simulasi di PSIM sebuah rangkaian penyearah daya tidak terkendali setengah gelombang dengan beban RL. Komponen Dioda D1



digunakan sebagai penyearah dari tegangan yang masuk. Pada setengah siklus pertama (siklus positif), diode D1 akan ON karena polaritas tegangan pada anoda lebih positif dibandingkan pada Katoda. Komponen induktor akan mempengaruhi lamanya waktu Dioda D1 ON sehingga waktu konduksi dioda D1 menjadi lebih lama. Setelah siklus positif selesai maka siklus selanjutnya adalah siklus negatif yang dimulai ketika Dioda D1 off karena tegangan pada anoda lebih negatif dibandingkan pada katoda. Maka pada siklus ini tegangan output akan nol. Pada rangkaian penyearah daya tidak terkendali setengah gelombang dengan beban RL digunakan dioda freewheeling berfungsi untuk menghindari perubahan polaritas dari tegangan beban atau perpindahan arus beban ke diode freewheeling.



2. Satu Fasa Gelombang Penuh Dioda Bridge Beban R a. Gambar Rangkaian



Gambar 2.2 Rangkaian pada PSIM



b. Hasil Simulasi Grafik



Gambar 2.2 Grafik hasil simulasi



c. Analisa Rangkaian penyearah satu fasa gelombang penuh diode dengan hubugan jembaan (Brige) dengan beban resistor dan menggunakan 4 buah Dioda. Untuk sklus pertama pada ragkaian ini dengan polaritas positif, D1 dan D2 dalam kondisi ON keudian D3 dan D4 dalam kondisi OFF. Untuk polaritas berikutnya yaitu Negative, maka kebalikan dari yang pertama yaitu D3 dan D4 ON sedangkan D1 dan D2 OFF.



3. Satu Fasa gelombang penuh terkendali penuh beban R (alfa=30) a. Gambar Rangkaian



Gambar 3.1 Rangkaian pada PSIM



b. Hasil Simulasi Grafik



Gambar 3.2 Grafik hasil simulasi



c. Analisa Pada saat rangkaian satu fasa gelombang penuh terkendali diberi beban R, maka saat tegangan bernilai nol (saat ωt=π atau 180°), seketika arus juga akan bernilai nol dan SCR akan OFF. Komponen SCR T1 dan T2 bekerja pada setengah perioda pertama (0 - π), dan komponen SCR T3 dan T4 bekerja pada setengah perioda kedua (π-2π).



4. Satu Fasa Semi Konverter (asimetris) (alfa=30) a. Gambar Rangkaian



Gambar 4.1 Rangkaian pada PSIM



b. Hasil Simulasi Grafik



Gambar 4.2 Grafik hasil simulasi



c. Analisa Pada saat siklus fasa positif, SCR T1 dan T4 mendapat tegangan maju dan ketika SCR tersebut diberi arus gate positif, maka kedua SCR tersebut akan konduksi, dan arus positif akan mengalir dari sumber ke beban melalui kedua



SCR tersebut. Ketika arus gate dilepaskan, SCR tetap konduksi sampai arus yang melewatinya kurang dari Iholding (sangat mendekati 0). Kemudian saat siklus fasa negatif, SCR T2 dan T3 tersebut akan konduksi bila dipicu oleh arus gate positif. Dua siklus ini terus berulang dan menghasilkan tegangan DC yang dapat diatur melalui sudut penyalaannya



5. Satu Fasa Semi Konverter (simetris) (alfa=30) a. Gambar Rangkaian



Gambar 5.1 Rangkaian pada PSIM



b. Hasil Simulasi Grafik



Gambar 5.2 Grafik hasil simulasi



c. Analisa Pada saat siklus fasa positif, SCR T1 dan T4 mendapat tegangan maju dan ketika SCR tersebut diberi arus gate positif, maka kedua SCR tersebut akan konduksi, dan arus positif akan mengalir dari sumber ke beban melalui kedua SCR tersebut. Ketika arus gate dilepaskan, SCR tetap konduksi sampai arus yang melewatinya kurang dari Iholding (sangat mendekati 0). Kemudian saat siklus fasa negatif, SCR T2 dan T3 tersebut akan konduksi bila dipicu oleh arus gate positif. Dua siklus ini terus berulang dan menghasilkan tegangan DC yang dapat diatur melalui sudut penyalaannya



6. Tiga Fasa setengah gelombang terkendali beban R (konduksi kontinyu) a. Gambar Rangkaian



Gambar 6.1 Rangkaian pada PSIM



b. Hasil Simulasi Grafik



Gambar 6.2 Grafik hasil simulasi



c. Analisa Rangkaian converter setengah gelombang tiga fasa dengan beban resistif dan bentuk gelombang hasil penyearahan. Terdapat proses pengaturan sudut picuan (α), yaitu konduksi kontinyu ketika 0º≤ α ≤ 30º atau 0º ≤ α ≤ 𝝅/6. Proses pemicuan pada SCR T1, T2, dan T3 dilakukan secara serempak pada masing-masing fasa Pada hasil percobaan, gelombang dan arus yang terlihat pada osiloscop bentuk puncak gelombang kurang baik dan tinggi puncak tidak sama dikarenakan kemunkinan drop tegangan sehingga tinggi puncak tidak sama.



7. Tiga Fasa setengah gelombang terkendali beban R (konduksi diskontinyu) a. Gambar Rangkaian



Gambar 7.1 Rangkaian pada PSIM



b. Hasil Simulasi Grafik



Gambar 7.2 Grafik hasil simulasi



c. Analisa Operasi konduksi diskontinyu ketika 30° ≤ α ≤ 150° atau π/6 ≤ α ≤ 5 π /6. Proses pemicuan pada SCR T1, T2, dan T3 dilakukan secara serempak pada masing-masing fasa. Pada hasil percobaan, gelombang dan arus yang terlihat pada osiloscop hampir seragam sejajar karena pada percobaan kali ini keluaran hasil nya sudah teratur sesuai dengan keinginan sama karena tegangan yg di hasilkan pun udah stabil.



8. Tiga Fasa gelombang penuh diode beban R a. Gambar Rangkaian



Gambar 8.1 Rangkaian pada PSIM



b. Hasil Simulasi Grafik



Gambar 8.2 Grafik hasil simulasi



c. Analisa Rangkaian penyearah gelombang-penuh tiga-fasa dengan beban resistif (R), Untuk memudahkan penjelasan proses penyearahan, dioda pada setiap fasa diberi nomor sebagai berikut: fasa R terdiri dari dioda D1 dan



D2, fasa Y terdiri dari dioda D3 dan D4, dan fasa B terdiri dari dioda D5



dan D6.



Sudut konduksi setiap dioda sebesar 2π/3.



9. Satu Fasa TRIAC (alfa = 60) a. Gambar Rangkaian



Gambar 9.1 Rangkaian pada PSIM



b. Hasil Simulasi Grafik



Gambar 9.2 Grafik hasil simulasi



c. Analisa



Pada rangkaian ini mengatur sudut fasa tegangan trigger maka dapat mengatur sudut konduksi dari TRIAC atau hyristor. Tegangan keluaran AC tergantung dari lebar sempitnya sudut fasa tegangan trigger dan akan padam (off) dengan sendirinya jika tegangan inputnya mencapai tegangan 0 Volt. Tegangan input akan mencapai 0 Volt jika tegangan fasanya sama dengan tegangan netralnya atau disebut line commutation, atau pada saat tegangan sudut trigger mencapai sudut 180º. Bentuk tegangan outpu dari control tegangan AC ini jika gate (G) ditriger di sudut θ = kurang dari 90º Kondisi apa saja yang menyebabkan TRIAC ON. Kondisi pertama adalah arus gate tertentu harus mengalir. Kondisi kedua, arus yang melalui M1 menuju M2 haruslah positif saja atau negatif saja Pada arus bolak-balik, tegangan akan mencapai positif dalam setengah siklus, kemudian melalui 0V dan mencapai negatif pada setengah siklus berikutnya (yang artinya berbalik) 10. Satu Fasa Unidirectional (alfa = 60) a. Gambar Rangkaian



Gambar 10.1 Rangkaian pada PSIM



b. Hasil Simulasi Grafik



Gambar 10.2 Grafik hasil simulasi



c. Analisa ketika setengah periode pertama, T1 dipicu sebesar α, maka T1menjadi ON dari α - π. Selanjutnya, saat setengah periode kedua,D1 selalu ON dari π - 2 π.



11. Satu Fasa Bidirectional (alfa = 60) a. Gambar Rangkaian



Gambar 11.1 Rangkaian pada PSIM



b. Hasil Simulasi Grafik



Gambar 11.2 Grafik hasil simulasi



c. Analisa Rangkaian ac regulator bidirectional satu-fasa dengan beban resistif dan bentuk gelombang hasil pengaturan. Komponen SCR T1 bekerja pada setengah perioda pertama (0 sampai dengan 𝝅 ) dan komponen SCR T2 bekerja pada setengah perioda kedua (𝝅 sampai dengan 2𝝅. Jika SCR T1 dan T2 masing-masing dipicu sebesar α.