5 0 1 MB
Elektronika Daya Politeknik Negeri Medan
Penyearah 1 Fasa Gelombang Penuh Terkontrol 1. Penyearah 1 Fasa Gelombang Penuh Terkontrol Beban R 1.1. Cara Kerja Rangkaian
(a) Gambar rangkaian
a Q1
Q2
R
Q4
Q3
b
Rangkaian Trigger SCR
Penyearah 1 Fasa Gelombang Penuh Terkontrol
1
Elektronika Daya Politeknik Negeri Medan
(b) Bentuk gelombang
Gambar 1. Rangkaian penyearah 1 ο¦ gelombang penuh terkontrol beban R
Penyearah 1 Fasa Gelombang Penuh Terkontrol
2
Elektronika Daya Politeknik Negeri Medan
Pada Saat potensial titik A lebih tinggi disbanding potensialtitik B ( dari 0 - π rad), SCR 1 dan 3 akan bias maju secara bersamaan, maka ini adalah kesempatan untuk mentrigger SCR agar SCR dapatkonduksi (ON). Jikapadaππ‘ = πΌ SCR 1 dan 3 ditrigger maka SCR 1 dan 3 akan konduksi (ON) selama πΌ β π rad dan arus akan mengalir ke beban. Sesaatsetelahπ rad, SCR 1 dan 3 akandibiasmundursecarabersamaan Saat potensia ltitik B lebih tinggi disbanding potensial titik A ( dariπ β 2π rad), SCR 2 dan 4 akan bias maju secara bersamaan, maka ini adalah kesempatan untuk mentrigger SCR agar SCR dapat konduksi (ON). Jikapadaππ‘ = π + πΌ SCR 2 dan 4 ditriggermaka SCR 2 dan 4 akankonduksi (ON) selama(π + πΌ) β 2π rad dan arus akan mengalir ke beban. Sesaat setelah 2π rad, SCR 2 dan 4 akan dibias mundur secara bersamaan.. Berdasarkan gambar gelombang diatas dapat dilihat hubungan antara vAB pada 0 β π rad adalah gelombang sinus dan karena beban yang digunakan pada rangkaian merupakan beban resistif maka arus dan tegangannya sefasa. Berdasarkan gambar gelombang diatas dapat dilihat bahwa besar tegangan rata - rata output (VRrataβrata ) dapat diatur dengan cara menggeser sudut triger SCR (Ξ±) pada rangkaian dan besar tegangan rata - rata output (VRrataβrata ) / Vdc rata-rata dapat diketahui dengan rumus : 1 π πππ π«πππβπ«πππ = β« ππ sin ππ‘π(ππ‘) π πΌ ππ = (βπππ ππ‘|ππΌ ) π ππ = (β cos π + πππ πΌ) π ππ = ( 1 + πππ πΌ) π Tegangan keluaran rms diberikan oleh: 1
πππ«π¦π¬
2 1 π = [ β« (ππ sin ππ‘)2 π (ππ‘) ] π πΌ 1
π 2 1 2 = [ Vm β« sin2 ππ‘π (ππ‘) ] π πΌ 1
2 ππ 2 π 1 = [ β« (dΟt β cos 2 ππ‘πππ‘) ] π πΌ 2 1
π 2 ππ 2 1 π = { [ππ‘|πΌ β β« cos 2 ππ‘π (2ππ‘) ]} 2π πΌ 2 2
= {
ππ 1 1 [(π β πΌ) β ( sin 2π β sin 2πΌ)]} 2π 2 2
1 2
Penyearah 1 Fasa Gelombang Penuh Terkontrol
3
Elektronika Daya Politeknik Negeri Medan 1
2 ππ 2 1 (π = [ β πΌ) + ( sin 2πΌ)] 2π 2 1
ππ 2 πΌ 1 sin 2πΌ) 2 = [ (1 β + )] 2 π 2 2π 1
Vm
πΌ sin 2πΌ 2 = (1 β + ) π 2π β2 Arus beban rata-rata (IDC rata-rata) diperoleh : π°π«πͺππππβππππ
1 Ο ππ = β« sin ππ‘ π(ππ‘) π Ξ± R 1
2 1 ππ Ο = [ β β« sin Οt d(Οt)] π π
Ξ± 1
2 1 ππ = [ β (πππ ππ‘|ππΌ )] π π
1
2 1 ππ = [ β (cos π β cos πΌ)] π π
ππ = (1 + cos πΌ) π. π
π½πΉ ππππβππππ = πΉ
Untuk menghitung arus beban rms (IRrms) : 1
πππ«π¦π¬
2 1 π ππ = [ β« ( sin ππ‘)2 π(ππ‘)] π πΌ π
2
π
1 2
1 ππ = [ . 2 β« sin2 ππ‘ π(ππ‘)] π R πΌ
1
2 1 ππ 2 π 1 = [ . 2 β« (πππ‘ β cos 2ππ‘ πππ‘)] π R πΌ 2 1
2 1 ππ 2 π = [ . 2 β« ππ‘ β cos 2ππ‘ (πππ‘)] 2π R πΌ 1
π 2 1 ππ 2 1 = [ . 2 (ππ‘|ππΌ β β« cos 2ππ‘ (2πππ‘))] 2π R πΌ 2
Penyearah 1 Fasa Gelombang Penuh Terkontrol
4
Elektronika Daya Politeknik Negeri Medan
1.2. Simulasi Matlab
Gambar 2. Rangkaian Penyearah Terkontrol Gelombang Penuh Beban R
Penyearah terkontrol pada gambar di atas menggunakan 4 SCR dengan beban resistif R dan sudut penyalaan Ξ± = 900, dengan tegangan sumber Vs =200 Volt , R = 30 β¦, f = 50 Hz.Kita dapat membandingkan besar tegangan keluaran rata-rata, tegangan rms, arus beban, arus rms beban, arus rms SCR, dan arus rata-rata pada SCR dari hasil simulasi dengan berdasarkan rumus.
ο· Tegangan keluaran rata-rata pada beban: Perhitungan berdasarkan rumus: ππ VDC rataβrata = ( 1 + πππ πΌ) π 200 VDC rataβrata = ( 1 + πππ 90Β°) 3,14 VDC rataβrata = 63,694 ( 1 + 0) πππ π«πππβπ«πππ = ππ, πππ π
Hasil simulasi: πππ π«πππβπ«πππ = ππ, ππ π Penyearah 1 Fasa Gelombang Penuh Terkontrol
5
Elektronika Daya Politeknik Negeri Medan
ο· Arus pada beban: Perhitungan berdasarkan rumus: ππ πΌπ·πΆπππ‘πβπππ‘π = ( 1 + πππ πΌ) π. π
VDC rataβrata πΌπ·πΆ πππ‘πβπππ‘π = π
63,694 V πΌπ·πΆ πππ‘πβπππ‘π = 30 β¦ π°π«πͺ ππππβππππ = π, πππ π Hasil simulasi: π°π«πͺ ππππβππππ = π, πππ π.
ο· Tegangan rms pada beban: Perhitungan berdasarkan rumus: VRrms VRrms
1
Vm
πΌ sin 2πΌ 2 = (1 β + ) π 2π β2 1
200
90Β° sin 2.90Β° 2 = (1 β + ) 180Β° 2.3,14 β2 1
VRrms = 141,421 (0,5 + 0)2 VRrms = 141,421 π₯ 0,707 π πππ«π¦π¬ = ππ, πππ π½ Hasil simulasi: πππ«π¦π¬ = πππ, π π
ο· Arus rms pada beban: Perhitungan berdasarkan rumus: ππ
1
πΌ sin 2πΌ 2 πΌπ
πππ = (1 β + ) π 2π β2π
ππ
πππ πΌπ
πππ = π
99,984 π πΌπ
πππ = 30β¦ π°πΉπππ = π, πππ π¨ Hasil simulasi: π°πΉπππ = π, πππ π¨ Penyearah 1 Fasa Gelombang Penuh Terkontrol
6
Elektronika Daya Politeknik Negeri Medan
ο· Arus rms pada SCR : 1
πΌππππ
ππ πΌ sin 2πΌ 2 = (1 β + ) 2π
π 2π 1
πΌππππ πΌππππ
200 90 sin 2.90 2 = (1 β + ) 2 Γ 30 180 2 . 3,14 1 200 (1 β 0,5 + 0)2 = 60 = 3,333 (0,707)
πΌππππ π°πΈπππ = π, πππ π¨
Hasil simulasi: π°πΈπππ = π, πππ π¨ ο· Arus SCR rata-rata : ππ πΌππππ‘πβπππ‘π = (1 + cos πΌ) 2ππ
200 πΌππππ‘πβπππ‘π = (1 + cos 90) 2. 3,14 . 30 πΌππππ‘πβπππ‘π = 1,061 (1) π°πΈππππβππππ = π, πππ π½ Hasil simulasi: π°πΈππππβππππ = π, πππ π¨
Tabel Evaluasi: VDC
IDC
VRrms
IRrms
IQrms
IQrata-rata
(V)
(A)
(V)
(A)
(A)
(A)
Dari Hasil Simulasi
63,53
2,118
100,2
3,339
2,365
1,059
Dari Hasil Perhitungan
63,694
2,123
99,984
3,332
2,356
1,061
Sedikit ada perbedaan antara hasil dari simulasi matlab dengan hasil penggunaan rumus teorinya. Hal itu mungkin terjadi karena ada perbedaan sedikit pada perhitungan dengan penggunaan angka di belakang koma.
Penyearah 1 Fasa Gelombang Penuh Terkontrol
7
Elektronika Daya Politeknik Negeri Medan
1.3. Hasil Simulasi
Penyearah 1 Fasa Gelombang Penuh Terkontrol
8
Elektronika Daya Politeknik Negeri Medan
2. Penyearah Gelombang Penuh Terkontrol Beban R-L 2.1. Cara Kerja Rangkaian
(a) Gambar rangkaian
a Q1
Q2
R
Q4
Q3
b
Rangkaian Trigger SCR Gambar 1. Penyearah 1 ο¦ setengah gelombang terkontrol beban RL
Gambar 2. menunjukkan ketika penyearah terkendali dibebani beban RL. Pada saat potensial tegangan titik a lebih tinggi daripada titik b, maka anoda lebih positif dari katoda, bersamaan dengan itu VAKpositif. Maka ini kesempatan untuk mentrigger SCR Q1 & Q3 agar konduksi. Jika diberikan arus gate diberikan pada ο·t = ο‘, maka SCR Q1 & Q3 akan konduksi selama ο‘-ο° rad dan arus mengalir melalui induktor yang menyimpan energi. Sesaat setelah ο° rad, vab mulai negatif, dan bersamaan dengan itu VAK mulai negatif. SCR menstop arus yang mengalir melalui induktor, akan tetapi energi yang tersimpan dalam induktor memaksa aliran Penyearah 1 Fasa Gelombang Penuh Terkontrol
9
Elektronika Daya Politeknik Negeri Medan
arus tetap berjalan seperti sebelumnya dengan cara melepas energinya. Sehingga SCR tetap konduksi dan menimbulkan tegangan negatif selama ο‘-ο’ rad, dimana ο’ adalah besar arus yang melewati dari VAK (+).Setelah energi induktor habis, SCR Q1 & Q3 akan OFF.Dari ο’2ο° rad SCR Q2 & Q4 dibias mundur. Jika diberikan arus trigger pada ο·t = ο‘, maka SCR Q2 & Q4 akan konduksi selama ο’ - 2ο° rad dan arus mengalir ke beban. Setelah 2ο° rad, anoda SCR kembali lagi positif daripada katoda sehingga SCR akan kembali lagi konduksi, begitu seterusnya. Berikut adalah Rumus yang digunakan pada rangkaian gelombang penuh terkontrol 1 fasa beban R-L : 1 π½ β« π sin ππ‘π(ππ‘) 2π πΌ π ππ π½ = (βπππ ππ‘|πΌ ) 2π ππ = (β cos π½ + πππ πΌ) 2π ππ = (cos πΌ β πππ π½) 2π
πππ π«πππβπ«πππ =
Tegangan keluaran rms diberikan oleh: 1
πππ«π¦π¬
2 1 π½ = [ β« (ππ sin ππ‘)2 π (ππ‘) ] 2π πΌ 1 2 1 π½ = [ β« ππ 2 sin2 ππ‘π (ππ‘) ] 2π πΌ
2
π½
1 2
ππ = [ β« sin2 ππ‘π (ππ‘) ] 2π πΌ
1
2 ππ 2 π½ 1 = [ β« (1 β cos 2 ππ‘π (ππ‘) ] 2π πΌ 2
2
1 2
π½
ππ 1 = [ β« (d(Οt) β cos 2 ππ‘π (ππ‘)) ] 2π πΌ 2
1
π½ 2 ππ 2 1 π½ = [ (ππ‘|πΌ β β« cos 2 ππ‘π (2ππ‘))] 4π πΌ 2 2
1 2
ππ 1 (π½ β πΌ) β (sin 2π½ β sin 2πΌ)] = [ 4π 2
1
ππ«π¦π¬
2 Vm 1 1 = [ {(π½ β πΌ) β (sin 2π½ β sin 2πΌ)}] 2 β2 2π
Penyearah 1 Fasa Gelombang Penuh Terkontrol
10
Elektronika Daya Politeknik Negeri Medan
Arus beban (IDC) diperoleh : Μ
Μ
Μ
Μ
Μ
ππ·πΆ = πΌΜ
Μ
Μ
Μ
π·πΆ . π
ππ π°π«πͺ = ( πππ πΌ β cos π½) 2π. π
Dan untuk memperoleh arus beban rms (Irms) : 1
π°πππ
V 1 sin(π½ β πΌ) cos(π½ + πΌ + π) 2 = [ {(π½ β πΌ) β }] π 2π cos π
2.2. Simulasi Matlab a. Metode kerja diskontiniu Yaitu ada arus yang mencapai angka 0 pada interval tertentu. Dengan pemberian sudut trigger ο‘>ο¦.
Gambar 2. Rangkaian Penyearah Terkontrol Gelombang Penuh Beban R-L Penyearah terkontrol pada gambar memiliki beban R-L seridengan metode diskontiniu. Diberikan tegangan sumber Vs= 200, R = 20β¦, L = 3 mH, f = 50 Hz. Kita dapat membandingkan besar tegangan keluaran rata-rata, tegangan rms, arus beban, arus rms Penyearah 1 Fasa Gelombang Penuh Terkontrol
11
Elektronika Daya Politeknik Negeri Medan
beban, arus rms SCR, dan arus rata-rata pada SCR dari hasil simulasi dengan berdasarkan rumus. ο· Tegangan keluaran rata-rata pada beban Perhitungan berdasarkan rumus: tan ο¦ = =
ππΏ
π
2 Γ3,14 Γ100Γ0,03 30
= 0,628 ο¦= arc tan 1,256 = 32,128ο° Oleh karna ο¦ = 32,128ο°, maka SCR ditrigger pada ο‘ = 90ο°. Nilai ο’ dapat dicari dengan excel:
Maka ο’ = 208ο° VDC rataβrata = VDC rataβrata = VDC rataβrata = VDC rataβrata = πππ π«πππβπ«πππ =
ππ (πππ πΌ β cos ο’) π 100 ( πππ 90Β° β cos 208ο°) 3,14 31,847 ( 0 β (β0,882)) 31,847 (0,882) ππ, πππ π Penyearah 1 Fasa Gelombang Penuh Terkontrol
12
Elektronika Daya Politeknik Negeri Medan
Hasil simulasi: πππ π«πππβπ«πππ = ππ, ππ π ο· Arus pada beban Perhitungan berdasarkan rumus: Vm (cos πΌ β cos π½) π. π
VDC rataβrata πΌπ·ππππ‘πβπππ‘π = π
28,089 V πΌπ·ππππ‘πβπππ‘π = 30β¦ π°π«πππππβππππ = π, πππ π πΌπ·ππππ‘πβπππ‘π =
Hasil simulasi: π°π«πππππβππππ = π, πππ π ο· Tegangan rms pada beban Perhitungan berdasarkan rumus: 1
Vrms
2 Vm 1 1 = [ {(π½ β πΌ) β (sin 2π½ β sin 2πΌ)}] 2 β2 π 1
100
Vrms
2 1 1 = [ {(208 β 90) β (sin 416 β sin 180)}] 2 β2 180
Vrms
2 1 1 = 70,710 [ {118 β (β0,829)}] 180 2
1
1
2 1 Vrms = 70,710 [ (118,4145)] 180 Vrms = 70,710 π₯ 0,811 π ππ«π¦π¬ = ππ, πππ π½
Berdasarkan hasil simulasi: ππ«π¦π¬ = ππ, ππ π½ ο· Arus rms pada beban Perhitungan berdasarkan rumus: Z = βπ
2 + ππ 2 = β302 + (2 Γ 3,14 Γ 50 Γ 0,03)2 = 31,444 β¦ Penyearah 1 Fasa Gelombang Penuh Terkontrol
13
Elektronika Daya Politeknik Negeri Medan 1
πΌπππ
V 1 sin(π½ β πΌ) cos(π½ + πΌ + π) 2 = [ {(π½ β πΌ) β }] π π cos π
πΌπππ
70,710 1 sin(208 β 90) cos(208 + 90 + 32,128) 2 = [ {(208 β 90) β }] 31,444 180 cos 32,128
πΌπππ
1 sin(118) cos(330,128) 2 = 2,248 [ {(118) β }] 180 cos 32,128
1
1
1
πΌπ
πππ
2 1 = 2,248 [ (118 β 0,904)] 180 1
πΌπππ = 2,248[0,650]2 πΌπππ = 2,248 Γ 0,806 π°πππ = π, πππ π Berdasarkan hasil simulasi: π°πππ = π, πππ π ο· Arus rms pada SCR : πΌπππ πΌππππ = β2 1,448 πΌππππ = β2 π°πΈπππ = π, πππ π¨ Hasil simulasi: π°πΈπππ = π, πππ π¨ ο· Arus SCR rata-rata : πΌπ·ππππ‘πβπππ‘π πΌππππ‘πβπππ‘π = 2 0,936 πΌππππ‘πβπππ‘π = 2 π°πΈππππβππππ = π, πππ π½ Hasil simulasi: π°πΈππππβππππ = π, ππππ π¨ Sedikit ada perbedaan antara hasil dari simulasi matlab dengan hasil penggunaan rumus teorinya. Hal itu mungkin terjadi karena ada kekurang telitian dalam penggunaan angka di belakang koma pada saat melakukan perhitungan.
Penyearah 1 Fasa Gelombang Penuh Terkontrol
14
Elektronika Daya Politeknik Negeri Medan
2.3. Hasil Simulasi:
b. Metode kerja kontiniu Yaitu keadaan dimana arus tidak pernah mencapai angka 0 pada interval tertentu. Dan diberikan sudut trigger ο‘