Jembatan Fasa Tunggal Terkendali Penuh [PDF]

Citation preview

JEMBATAN FASA TUNGGAL TERKENDALI PENUH



1.



Tujuan Percobaan 1.1. Mengetahui cara kerja penyearah gelombang penuh memakai thyristor dengan pulsa yang tepat pada berbagai macam beban. 1.2. Menganalisa secara sistematis harga Vdα/Vdo dan secara grafis dari lengkung sifat pengaturan. 1.3. Mengukur harga rata-rata dan harga r.m.s arus yang mengalir dalam cabang jembatan Iv dan arus beban Id pada keadaan kerja yang diatur. 1.4. Mengamati perpindahan kerja dari kerja sebagai penyearah ke kerja sebagai konverter, dengan mengamati tegangan. 1.5. Mengukur daya Pdc dan daya masuk efektif P, serta menjelaskan keadaaan pada beban reaktif. 1.6. Memilih dioda yang dapat dipakai berdasarkan harga puncak invers, V dan V serta harga arus ITrms dan ITav.



2.



Pendahuluan 2.1. Rangkaian B2 yang dapat dianggap sebagai dua buah rangkaian M2 yang dihubung seri. Dengan demikian untuk dapat mengalirkan arus diperlukan dua buah thyristor yang menyala. Dalam rangkaian ini kedua thyristor itu adalah V1 dan V4 untuk setengah gelombang positif serta V2 dan V3 untuk setengah gelombang negatif. 2.2. Tegangan searah keluaran, pada α=0° akan sama besar dengan tegangan searah keluaran penyearah gelombang penuh yang tidak diatur. Vdα = Vdo = 0,9 atau V/Vdo = 1,1. Dalam keadaan diatur maka tegangan keluaran akan mengikuti hubungan : Vdα = Vdo (1 + Cos α)/2



(untuk beban tahanan murni)



Vdα = Vdo.A



(Beban induktif)



Grafik 2.1



Grafik diatas menunjukkan lengkung pengaturan penyearah gelombang penuh yang diatur a.



Beban tahanan murni



b.



Beban induktif



Pada kerja sebagai penyearah dan inverter Vdα = 0 Volt. 2.3. Tegangan puncak inverse pada dioda sama harga puncak tegangan sumber Vrms = √2 .V 2.4. Pada saat mengalami arus kerja, macam beban yang dipakai menjadi penting. Pada beban tahanan murni, pada α > 0° timbul arus dengan celah kosong. Sedang pada beban induktif yang besar arus yang mengalir menjadi rata dan sudut pengaliran arus selalu 180°. 2.5. Dengan adanya perlambatan pada penyalaan maka fasa arus yang mengalir akan terlambat sebesar α derajat terhadap gelombang sinus tegangan. Pergeseran fasa ini akan menyebabkan beban penyearah akan mempunyai daya reaktif yang besar. Faktor beban suatu penyearah λ = Pm/S, dengan S adalah daya VA pada sumber.



2.6 Konverter Gelombang-penuh Satu-fasa Hubungan Jembatan Gambar 2.1 merupakan rangkaian konverter gelombang-penuh satu fasa hubungan jembatan dengan beban R. Proses pemicuan pada rangkaian ini, SCR T1 dan T2 serta SCR T3 dan T4 masing-masing dioperasikan secara serempak. Komponen SCR T1 dan T2 bekerja pada setengah perioda pertama (0 sampai dengan 𝜋), dan Komponen SCR T3 dan T4 bekerja pada setengah perioda kedua (𝜋 sampai dengan 2 𝜋). Jika SCR T1 dan T2 serta SCR T3 dan T4 masing-masing dipicu sebesar 𝛼, maka nilai tegangan searah rerata (Vdc) dan nilai tegangan searah efektif (root mean square-rms), VL seperti rangkaian konverter gelombang-penuh satu fasa CT dengan beban R di atas.



Gambar 2.1 Rangkaian Konverter Gelombang-penuh dengan CT Satu Fasa Beban R



Gambar 2.2 Rangkaian Konverter Gelombang-penuh Hubungan Jembatan Satu Fasa Beban R



Jika rangkaian pada Gambar 2.1 dan 2.2 dihubungkan dengan beban resistif-induktif (RL), seperti halnya pada konverter setengah-gelombang satu fasa di atas, nilai komponen tegangan luaran (Vdc) dari rangkaian menjadi sebesar 𝑉𝑑𝑐 =



2𝑉 𝜋



cos 𝛼. Hal ini berarti, ketika sudut pemicuan



sebesar 0° < 𝛼 ≤ 90° akan terjadi proses penyearahan (rectifing), sedangkan pada sudut pemicuan 90° < 𝛼 ≤ 180° akan terjadi proses pembalikan (inverting). 2.7 Konverter Penuh Satu Fasa Rangkaian untuk konverter penuh satu fasa diperlihatkan pada gambar 2.3 dengan beban induktif tinggi. Arus beban diasumsikan kontinyu tanpa ripple. Sepanjang setngah siklus positif, thyristor T1 dan T2 terbias maju, dan ketika thyristor ini dinyalakan secara bersamaan pada 𝜔𝑡 = 𝛼, beban akan terhubung ke suplai melalui T1 dan T2. Akibat beban bersifat induktif, thyristor T1 dan T2 akan terus tersambung saat waktu telah melewati 𝜔𝑡 = 𝑡 walaupun tegangan masukan tekah negatif. Selama setengah siklus tegangan masukan telah negatif, thyristor



T3 dan T4 akan terbias maju dan penyalaan T3 dan T4 akan memberikan tegangan suplai sebagai tegangan bias mundur bagi T1 dan T2. T1 dan T2 akan dimatikan melalui komutasi line (komutasi neutral) dan raus beban akan ditransfer dari T1 dan T2 ke T3 dan T4. Gambar 2.3b memperlihatkan daerah operasi konverter dan gambar 2.3 c yang memperlihatkan batuk gelombang tegangan masukan, tegangan keluaran, dan arus masukan serta keluaran. Selama periode dari 𝛼 ke 𝜋, tegangan masukan Vs dan arus masukkan is akan positif, daya akan mengalir dari sumber ke beban. Saat itu konverter dikatakan berada pada mode operasi penyearahan. Selama periode dari 𝜋 ke 𝜋 + 𝛼 tegangan Vs akan negatif, sedangkan is akan positif sehingga terdapat aliran daya balik dari beban ke suplai. Saat ini konverter disebut berada pada keadaan mode operasi inversi. Konverter jenis ini digunakan secara ekstensif pada banyak aplikasi industri sampai level daya 15kW. Tergantung pada nilai 𝛼, tegangan keluaran rata-rata dapat positif ataupun negatif dan memberikan operasi pada dua kuadran.



Gambar 2.3 Konveter Penuh Satu Fasa



Teganagan keluaran rata-rata dapat ditentukan dari 2   Vm sin t 2  2V  m cos 



Vdc 



d t  



2Vm  cos t   2







Dan Vdc dapat bervariasi dari 2Vm / 



ke  2Vm / 



dengan



mengubah  antara 0 sampai dengan  tegangan keluaran rata-rata maksimum adalah Vdm = 2  Vm /  dan tegangan keluaran rata-rata ternormalisasi adalah Vn 



Vdc  cos  Vdm



Nilai rms tegangan keluaran diberikan oleh



 2   2 2  Vrms    Vm sin td t    2  V  m  Vs 2



1/ 2



V 2  m  2



 







 1  cos 2t d t  



1/ 2



Dengan beban yangresistif murni, thriyristor T1 dan T2 akan terhubung dari  ke  ,dan thyristor T3 dan T4 akan tersambung dari



   ke 2 . Tegangan keluran sesaat akan sama dengan pada semikonverter di Gambar 2.2b persamaan (2.5) dan (2.7) dapat diterapkan keluaran rata-rata dan rms.



3.



Komponen yang digunakan -



1 sumber tegangan searah +15/-



-



1 transformator 1 fasa



15 Volt



-



1 potensiometer



-



1 Osiloscope



-



1 adaptor tegangan/arus



-



1 Avometer



-



1 beban ohm, 2x100 ohm/2 A



-



1 Wattmeter universal



-



1 beban induktif 100 mH/5 A



-



1 alat ukur rms



-



4 thyristor



-



1 sekering 3-super-cepat



-



1 unit pengatur thyristor 4 pulsa



4. Rangkaian Percobaan



5. Prinsip Kerja 5.1. Buat rangkaian percobaan sesuai gambar. Hubung singkat induktor/coil. Tunjukkan pada osiloscope bentuk gelombang keluaran. Ukur daerah kerja pergeseran fasa? 5.2. Tunjukkan tegangan keluaran searah pada sudut penyalaan = 60° dan gambar pada osiloscope bentuk tegangan keluaran. Ukur V dan Vd60 dengan alat ukur kumparan putar. Hitung harga Vdo dengan rumus : Vdα =Vdo (1 + Cos α)/2 untuk beban tahanan murni. Bandingkan harga Vd60/Vdo dari hasil pengukuran dan secara matematis. Amati arus yang mengalir Id dari bentuk tegangan pada ujung-ujung Rm, gambarkan bentuk gelombang arus dan tentukan besar sudut pengaliran arus? 5.3. Tunjukkan pada osiloscope bentuk tegangan VAK dan thyristor Vd tanpa mengubah setting pengaturan. Gambar bentuk tegangan itu. Berapa besar tegangan puncak invers Vrrm pada arah yang berlawanan? Samakah harga tersebut dengan hasil perhitungan menurut rumus V rrm = √2.V. Berapa besar Vdrm



5.4. Pada α = 0° arus yang mengalir melalui dioda adalah yang paling besar dan ukur arus-arus berikut : a. ITav pada thyristor V1 dengan alat ukur kumparan putar> b. ITrms pada thyristor V1 dengan alat ukur besi putar? c. Arus masukan pada penyearah dengan alat ukur besi putar? d. Arus keluaran penyearah Id dengan alat ukur kumparan putar? 5.5. Lepaskan kawat penghubung singkat induktor. Ubah sudut fasa penyalaan dari 0° menjadi 60°, lihat perubahan Vdα pada osiloscope dan gambarkan bentuk gelombang tersebut 5.6. Gambar gelombang arus Id dari point 5.2 pada diagram yang sama dengan 5.5 serta ukur dan bandingkan Id dan I. 5.7. Hitung daya searah Pdc = Vd60.Id Ukur daya masukan efektif P dan daya keluaran Pm dengan wattmeter. Hitung daya semu S = V.I dan faktor kerja