![Percobaan 0 - Bagus Afif N - 1310181023 - Lapres [PDF]](https://pdfs.asia/img/200x200/percobaan-0-bagus-afif-n-1310181023-lapres.jpg)
5 0 1 MB
LAPORAN RESMI PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DAYA 2 PERCOBAAN 0 BASIC SWITCHING
Dosen
: Ir. Moh. Zaenal Efendi MT.
Disusun Oleh
: Bagus Afif Nasrudin
NRP
: 1310181023
Kelas
: 3 D4 ELIN A
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO INDUSTRI DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK ELEKTRONIKA NEGERI SURABAYA TAHUN AJARAN 2020/2021
PERCOBAAN 0 BASIC SWITCHING I.
TUJUAN 1. Praktikan dapat memahami prinsip dasar basic swiching transistor (MOSFET/IGBT) 2. Praktikan dapat menganalisa dan menyimpulkan hasil praktikum
II.
DASAR TEORI Sebuah sakelar elektronik memiliki dua kondisi yakni on dan off atau dengan istilah lain short circuit dan open circuit. Piranti switching diperlukan karena memiliki disipasi daya yang kecil di piranti tersebut. Sakelar yang ideal, memiliki tegangan dan arus bernilai nol sehingga daya yang diserap bernilai nol juga. Sebuah piranti menyerap sebagian daya saat dihidupkan dan ketika berada di transisi antara keadaan hidup dan mati, efisiensi rangkaian tetap tinggi. Beberapa piranti elektronik seperti transistor dapat beroperasi dalam rentang aktif yang mana tegangan dan arus nilainya bukan nol, akan tetapi transistor sebaiknya digunakan sebagai sakelar saat memproses daya. 1. MOSFET
MOSFET ( Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) merupakan piranti semikonduktor yang memiliki terminal Gate, Source dan Drain yang bekerja atas prinsip kendali-tegangan. Karakteristik MOSFET saat kondisi ON tegangan pada terminal Drain dan Source (VDS) bernilai nol dan arus mengalir sama dengan arus beban. Saat MOSFET berada kondisi OFF tegangan MOSFET memiliki nilai sama dengan tegangan sumbernya (VDD) dan nilai arus yang mengalir sama dengan nol. MOSFET saat kondisi ON dan OFF dapat dinyatakan bahwa tidak terjadi kerugian daya pada MOSFET saat berlaku sebagai sakelar 2. IGBT
IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) merupakan piranti semikonduktor gabungan antara MOSFET, Transistor dan GTO yang mana memiliki nilai impedansi gerbang yang tinggi sehingga hanya memerlukan arus yang bernilai kecil untuk mengaktifkannya. IGBT memiliki tegangan pada kondisi ON yang kecil walaupun piranti ini mempunyai rating tegangan yang besar dan mampu memblok tegangan negatif sama halnya dengan GTO.
III.
IV.
PERALATAN & KOMPONEN 1. Modul Basic Switching 2. Power Supply DC 3. Voltmeter DC 4. Multitester digital 5. Osiloskop 6. Variable Resistor RANGKAIAN PERCOBAAN PSIM Rangkaian A Beban Resistor
Rangkaian B Beban Motor
1 1 1 1 1 1
Proteus Rangkaian A Beban Resistor
Rangkaian B Beban Motor
V.
GAMBAR EKIVALEN
VI.
VII.
LANGKAH-LANGKAH PERCOBAAN 1. Siapkan alat dan bahan yang dibutuhkan 2. Buat rangkaian seperti pada gambar rangkaian A, atur frekwensi switching dan duty cycle pulsa PWM sesuai tabel. Gambar pulsa PWM atau tegangan VGS 3. Ukur tegangan output dan amati bentuk tegangan output dengan osiloskop. Gambar di kertas milimeter. 4. Ulangi langkah-langkah percobaan pada rangkaian B 5. Bandingkan hasil pengukuran untuk beberapa data. 6. Tentukan prosentasi perbedaan hasil pengukuran dengan teori DATA PERCOBAAN Rangkaian A Beban Resistor Frekuensi switching : 40 kHz Vin R Duty (Volt) (Ω) Cycle (%) 24
1000
20
Vo Praktek PSIM (Volt) 4,8
24
1000
30
7,2
7,2
7,2
0
0
24
1000
40
9,6
9,6
9,6
0
0
24
1000
50
12
12
12
0
0
24
1000
60
14,4
14,4
14,4
0
0
Vo Praktek Proteus (Volt) 4,8
Vo Teori (Volt)
% Error Vo PSIM
% Error Vo Proteus
4,8
0,002
0
Rangkaian B Beban Motor Frekuensi switching : 400 Hz Vin Beban Duty (Volt) Cycle (%)
Vo Praktek Proteus (Volt) 4,8
Vo Teori (Volt)
% Error Vo PSIM
% Error Vo Proteus
4,8
0
0
24
Motor DC
20
Vo Praktek PSIM (Volt) 4,79
24
Motor DC
30
7,19
7,2
7,2
0,0013
0
24
Motor DC
40
9,59
9,6
9,6
0,001
0
24
Motor DC
50
11,99
12
12
0,0008
0
24
Motor DC
60
14,39
14,4
14,4
0,0007
0
Perbandingan Percobaan Simulasi dengan Percobaan Hardware Rangkaian A Beban Resistor Frekuensi switching : 40 kHz Vin Beban Duty Vo Vo Praktek Vo Praktek (Volt) Cycle Praktek Proteus Hardware (%) PSIM (Volt) (Volt) (Volt)
% Error Vo Praktek Hardware
24
Lampu Pijar
30
7,2
7,2
6,36
11,6
24
Lampu Pijar
40
9,6
9,6
8,31
13,4
24
Lampu Pijar
50
12
12
11,83
1,4
24
Lampu Pijar
60
14,4
14,4
13,03
9,5
VIII.
PERHITUNGAN TEORITIS & NILAI ERROR Perhitungan Teori Rangkaian A Beban Resistor Vo(dc) = Vs(in) x D Duty Cycle 20% Vo(dc) = Vs(in) x D = 24 V x 0,2 = 4,8 V
Duty Cycle 50% Vo(dc) = Vs(in) x D = 24 V x 0,5 = 12 V
Duty Cycle 30% Vo(dc) = Vs(in) x D = 24 V x 0,3 = 7,2 V
Duty Cycle 60% Vo(dc) = Vs(in) x D = 24 V x 0,6 = 14,4 V
Duty Cycle 40% Vo(dc) = Vs(in) x D = 24 V x 0,4 = 9,6 V
Perhitungan Teori Rangkaian B Beban Motor Vo(dc) = Vs(in) x D Duty Cycle 20% Vo(dc) = Vs(in) x D = 24 V x 0,2 = 4,8 V
Duty Cycle 50% Vo(dc) = Vs(in) x D = 24 V x 0,5 = 12 V
Duty Cycle 30% Vo(dc) = Vs(in) x D = 24 V x 0,3 = 7,2 V
Duty Cycle 60% Vo(dc) = Vs(in) x D = 24 V x 0,6 = 14,4 V
Duty Cycle 40% Vo(dc) = Vs(in) x D = 24 V x 0,4 = 9,6 V Perhitungan Nilai Error Rangkaian A Beban Resistor (PSIM) %Error =
Nilai Teori− Nilai Praktik
Duty Cycle 20% %Error =
4,8 V− 4,8 V 4,8 V
7,2 V− 7,2 V 7,2 V
𝑥 100%
9,6 V− 9,6 V
= 0%
9,6 V
%Error =
12 V− 12 V 12 V
𝑥 100%
= 0%
𝑥 100%
Duty Cycle 60% %Error =
= 0% Duty Cycle 40% %Error =
𝑥 100%
Duty Cycle 50%
= 0% Duty Cycle 30% %Error =
Nilai Teori
14,4 V− 14,4 V
= 0%
𝑥 100
14,4 V
𝑥 100%
Perhitungan Nilai Error Rangkaian B Beban Motor (PSIM) %Error =
Nilai Teori− Nilai Praktik Nilai Teori
Duty Cycle 20% %Error =
Duty Cycle 50%
4,8 V− 4,8 V 4,8 V
𝑥 100%
%Error =
12 V− 11,99 V 12 V
𝑥 100%
= 0,0008%
= 0,002%
Duty Cycle 60%
Duty Cycle 30% %Error =
𝑥 100%
7,2 V− 7,19 V 7,2 V
𝑥 100%
%Error =
14,4 V− 14,39 V 14,4 V
𝑥 100%
= 0,0007%
= 0,0013% Duty Cycle 40% %Error =
9,6 V− 9,59 V 9,6 V
𝑥 100%
= 0,001%
Perhitungan Nilai Error Rangkaian A Beban Resistor (Proteus) %Error =
Nilai Teori− Nilai Praktik Nilai Teori
𝑥 100%
Duty Cycle 20% %Error =
4,8 V− 4,8 V 4,8 V
Duty Cycle 50%
𝑥 100%
%Error =
= 0%
12 V− 12 V 12 V
𝑥 100%
= 0% Duty Cycle 30% %Error =
7,2 V− 7,2 V 7,2 V
Duty Cycle 60%
𝑥 100%
%Error =
= 0%
14,4 V− 14,4 V 14,4 V
𝑥 100%
= 0% Duty Cycle 40% %Error =
9,6 V− 9,6 V 9,6 V
𝑥 100%
= 0% Perhitungan Nilai Error Rangkaian B Beban Motor (Proteus) %Error =
Nilai Teori− Nilai Praktik Nilai Teori
𝑥 100%
Duty Cycle 20% %Error =
4,8 V− 4,8 V 4,8 V
𝑥 100%
Duty Cycle 50% %Error =
= 0%
12 V− 12 V 12 V
𝑥 100%
= 0% Duty Cycle 30% %Error =
7,2 V− 7,2 V 7,2 V
𝑥 100%
Duty Cycle 60% %Error =
= 0%
14,4 V− 14,4 V
= 0% Duty Cycle 40% %Error =
9,6 V− 9,6 V
= 0%
9,6 V
𝑥 100%
14,4 V
𝑥 100%
Perhitungan Nilai Error Rangkaian A Beban Resistor (Proteus) %Error =
Nilai Teori− Nilai Praktik
Duty Cycle 30% %Error =
7,2 V− 6,36 V 7,2 V
Nilai Teori
𝑥 100%
𝑥 100%
Duty Cycle 50% %Error=
Duty Cycle 40% 9,6 V− 8,31 V 9,6 V
= 13,4%
12 V
𝑥 100%
= 1,4%
= 11,6%
%Error =
12 V− 11,83 V
𝑥 100%
Duty Cycle 60% %Error =
14,4 V− 13,03 V 14,4 V
= 9,5%
𝑥 100%
IX.
GAMBAR HASIL SIMULASI PSIM Rangkaian A Beban Resistor ( Frekuensi switching : 40 kHz ) Duty Cycle 20%
Duty Cycle 30%
Duty Cycle 40%
Duty Cycle 50%
Duty Cycle 60%
Rangkaian B Beban Motor ( Frekuensi switching : 400 Hz ) Duty Cycle 20%
Duty Cycle 30%
Duty Cycle 40%
Duty Cycle 50%
Duty Cycle 60%
Proteus Rangkaian A Beban Resistor ( Frekuensi switching : 40 kHz ) Duty Cycle 20% Vpulse Volt/Div : 0,2 V/Div
VGS Volt/Div : 10 V/Div
VDS Volt/Div : 10 V/Div
V Sumber Volt/Div : 10 V/Div
V Output Volt/Div : 10 V/Div Time/Div : 5 μs /Div
Duty Cycle 30% Vpulse Volt/Div : 0,2 V/Div
VGS Volt/Div : 10 V/Div
VDS Volt/Div : 10 V/Div
V Sumber Volt/Div : 10 V/Div
V Output Volt/Div : 10 V/Div Time/Div : 5 μs /Div Duty Cycle 40% Vpulse Volt/Div : 0,2 V/Div
VGS Volt/Div : 10 V/Div
VDS Volt/Div : 10 V/Div
V Sumber Volt/Div : 10 V/Div
V Output Volt/Div : 10 V/Div Time/Div : 5 μs /Div
Duty Cycle 50% Vpulse Volt/Div : 0,2 V/Div
VGS Volt/Div : 10 V/Div
VDS Volt/Div : 10 V/Div
V Sumber Volt/Div : 10 V/Div
V Output Volt/Div : 10 V/Div Time/Div : 5 μs /Div
Duty Cycle 60% Vpulse Volt/Div : 0,2 V/Div
VGS Volt/Div : 10 V/Div
VDS Volt/Div : 10 V/Div
V Sumber Volt/Div : 10 V/Div
V Output Volt/Div : 10 V/Div Time/Div : 5 μs /Div
Rangkaian B Beban Motor ( Frekuensi switching : 400 Hz ) Duty Cycle 20% Vpulse Volt/Div : 0,2 V/Div
VGS Volt/Div : 10 V/Div
VDS Volt/Div : 10 V/Div
V Sumber Volt/Div : 10 V/Div
V Output Volt/Div : 10 V/Div Time/Div : 0,5 ms /Div
Duty Cycle 30% Vpulse Volt/Div : 0,2 V/Div
VGS Volt/Div : 10 V/Div
VDS Volt/Div : 10 V/Div
V Sumber Volt/Div : 10 V/Div
V Output Volt/Div : 10 V/Div Time/Div : 0,5 ms /Div
Duty Cycle 40% Vpulse Volt/Div : 0,2 V/Div
VGS Volt/Div : 10 V/Div
VDS Volt/Div : 10 V/Div
V Sumber Volt/Div : 10 V/Div
V Output Volt/Div : 10 V/Div Time/Div : 0,5 ms /Div Duty Cycle 50% Vpulse Volt/Div : 0,2 V/Div
VGS Volt/Div : 10 V/Div
VDS Volt/Div : 10 V/Div
V Sumber Volt/Div : 10 V/Div
V Output Volt/Div : 10 V/Div Time/Div : 0,5 ms /Div
Duty Cycle 60% Vpulse Volt/Div : 0,2 V/Div
VGS Volt/Div : 10 V/Div
VDS Volt/Div : 10 V/Div
V Sumber Volt/Div : 10 V/Div
V Output Volt/Div : 10 V/Div Time/Div : 0,5 ms /Div
X.
ANALISA DATA Pada percobaan 0 yang berjudul Basic Switching bertujuan untuk memahami prinsip dasar basic switching dan dapat menganalisa serta menyimpulkan hasil praktikum yang telah dilakukan. Pada percobaan ini menggunakan MOSFET sebagai switching yang mana merupakan bagian dari transistor. Kemudian untuk membangkitkan PWM dibangkitkan dari rangkaian NE 555 lalu keluarannya masuk pada rangkaian totempole dengan menggunakan transistor BD139 dan BD140 yang mampu melewatkan arus hingga 1 A yang kemudian masuk pada gate MOSFET. Pada rangkaian NE 555 juga dipasang pembangi tegangan yang berfungsi untuk mengatur duty cycle pada gelombang PWM. Pada rangkaian beban resistor menggunakan tegangan input sebesar 24 V dengan nilai frekuensi switching sebesar 40 kHz yang berarti nilai periode nya bernila 25 us. Nilai resistansi 1 kΩ dan duty cycle diatur dari 20%-60%. Dari percobaan yang dilakukan ketika mengatur duty cycle 20% maka tegangan output yang keluar sebesar 4,8 V kemudian jika nlai duty cycle dinaikkan menjadi 30% maka nilai tegangan output yang keluar sebesar 7,2 V dan begitu seterusnya. Hal ini sesuai dengan rumus dari perhitungan teori dari nilai Vout yakni Vo(dc) = Vs(in) x D Dimana Vs adalah nilai tegangan sumber DC, D adalah nilai duty cycle. Dengan hal ini maka semakin besar nilai duty cycle maka semakn besar nilai tegangan output. Pengaturan nilai duty cycle mempengaruhi nilai Ton pada gelombang PWM yang mana semakin besar nilai duty cycle maka nilai Ton juga semakin besar dan begitu juga sebalknya. Untuk gambar gelombang yang dihasilkan yakni Vpulse, Vgs, Vds, Vs dan Vo. Pada Vpulse, Vgs, Vds dan Vo bentuk gelombangnya kotak akan tetapi pada Vds bentuknya berkebalikan dengan bentuk gelombang Vpulse dan Vgs. Pada rangkaian beban motor DC menggunakan tegangan input sebesar 24 V dengan nilai frekuensi switching sebesar 400Hz yang berarti nilai periode gelombangnya sebesar 2,5 ms dan duty cycle diatur sama seperti beban resistor yakni duty cycle dari 20%-60% . Dari percobaan yang dilakukan ketika mengatur duty cycle 20% maka tegangan output yang keluar sebesar 4,8 V kemudian jika nlai duty cycle dinaikkan menjadi 30% maka nilai tegangan output yang keluar sebesar 7,2 V dan begitu seterusnya. Hal ini sesuai dengan rumus dari perhitungan teori dari nilai Vout. Pengaturan nilai duty cycle mempengaruhi
nilai Ton pada gelombang PWM yang mana semakin besar nilai duty cycle maka nilai Ton juga semakin besar dan begitu juga sebalknya. Lalu untuk bentuk gelombang yang dihasilkan yakni Vpulse, Vgs, Vds, Vs dan Vo. Pada Vpulse, Vgs, Vds dan Vo bentuk gelombangnya kotak akan tetapi pada Vds bentuknya berkebalikan dengan bentuk gelombang Vpulse dan Vgs. XI.
XII.
KESIMPULAN Dari percobaan ini dapat disimpulkan bahwa nilai duty cycle mempengaruhi niali Vout nya semakin besar nilai duty cycle maka nila Voutnya semakin besar begitupun sebaliknya. Bentuk gelombang yang dihasilkan pada beban Motor Dc dan Resistor yakni Vpulse, Vgs, Vds, Vs dan Vo. Pada Vpulse, Vgs, Vds dan Vo bentuk gelombangnya kotak akan tetapi pada Vds bentuknya berkebalikan dengan bentuk gelombang Vpulse dan Vgs. LAMPIRAN TUGAS 1. Bangkitkan dan gambarkan pulsa pada osiloskop dengan spesifikasi berikut : Amplitudo = 10 Volt; frekwensi = 25 kHz; Duty cycle = 60 %. Jika digunakan : Volt/div=0.2 V; Time/div= 10 μs; Peredaman Probe =10x Jawab: Mencari jumlah kotak vertikal Volt = Volt/Div x kotak vertikal x Peredaman 10 V = 0,2 V x kotak vertikal x 10 10 V = 2 V x kotak vertikal Kotak vertikal = 5 kotak Mencari jumlah kotak horizontal T=
1 𝐹
=
1 25𝑘𝐻𝑧
= 40 μs
T = kotak horizontal x Time/Div 40 μs = kotak horizontal x 10 μs Kotak horizontal = 4 kotak Mencari nilai TON TON = D x T = 0,6 x 40 μs = 24 μs / 2,4 kotak
2. Bangkitkan dan gambarkan pulsa pada osiloskop dengan spesifikasi berikut : Amplitudo = 12 Volt; frekwensi = 40 kHz; Duty cycle = 40 %. Gunakan Volt/div dan Time/div yang sesuai jika Peredaman Probe =10x Jawab: Mencari jumlah kotak vertikal Volt = Volt/Div x kotak vertikal x Peredaman 12 V = 0,5 V x kotak vertikal x 10 12 V = 5 V x kotak vertikal Kotak vertikal = 2,4 kotak Mencari jumlah kotak horizontal T=
1 𝐹
=
1 40𝑘𝐻𝑧
= 25 μs
T = kotak horizontal x Time/Div 25 μs = kotak horizontal x 5 μs Kotak horizontal = 5 kotak Mencari nilai TON TON = D x T = 0,4 x 25 μs = 10 μs / 2 kotak
3. Bangkitkan dan gambarkan pulsa pada osiloskop dengan spesifikasi berikut : Amplitudo = 15 Volt; frekwensi = 5 kHz; Duty cycle = 60 %. Gunakan Volt/div dan Time/div yang sesuai jika Peredaman Probe =10x Jawab: Mencari jumlah kotak vertikal Volt = Volt/Div x kotak vertikal x Peredaman 15 V = 0,5 V x kotak vertikal x 10 15 V = 5 V x kotak vertikal Kotak vertikal = 3 kotak Mencari jumlah kotak horizontal T=
1 𝐹
=
T 200 μs
1 5𝑘𝐻𝑧
= 200 μs = kotak horizontal x Time/Div = kotak horizontal x 50 μs
Kotak horizontal = 4 kotak Mencari nilai TON TON = D x T = 0,6 x 200 μs = 120 μs / 2,4 kotak
XIII.
TANDA TANGAN ANGGOTA KELOMPOK
Bagus Afif Nasrudin (1310181023)
Ghodah Haifa Putri (1310181028)
Link Rangkaian Psim Beban Resistor https://drive.google.com/file/d/15MJqqbqXWuOkwCXLjn7ovo6PnhaRN8t/view?usp=sharing Link Rangkaian Psim Beban Motor DC https://drive.google.com/file/d/1uTKdaUpEJlafQ96frXcmPPV35OAi5HBC/view?usp=shari ng Link Rangkaian Proteus Beban Resistor https://drive.google.com/file/d/1ochtMpbq7_hdtf8LyMXGkvFUTbPWLquJ/view?usp=shari ng Link Rangkaian Proteus Beban Motor DC https://drive.google.com/file/d/1BkqbmM9Lx5QH36a1zaZrNxHMWPlKm_5X/view?usp=sh aring
