Penyearah Terkontrol 1 Fasa [PDF]

Citation preview

1. Penyearah Terkontrol 1 fasa 𝟏⁄𝟐 Gelombang Beban Resistif a.



Gambar Rangkaian Penyearah Terkontrol 1 fasa 1⁄2 Gelombang Beban R G I



a



0



k



π



2π



IR



IG



II



A



VS



R VR



III



0



α



π



2π



IV



0



α



π



2π



V



0



α



π



2π



B



R. Trigger



Cara kerja penyearah terkontrol 1 fasa 1⁄2 gelombang beban Resistif adalah : Hubungkan sumber tegangan ke SCR, Jika pin A lebih positif dari pin B, maka tegangan pada pin anoda lebih positif dari pin katoda pada SCR (bias maju) dan diberi arus gate diantara range 0 sampai dengan  radian SCR tersebut akan ON (seperti sakelar tertutup). Kemudian arus mengalir dari SCR ke beban, maka tegangan sumber sama dengan tegangan pada beban. Kejadian ini terjadi selama 0 sampai dengan  radian. Jika pin B lebih positif dari pin A, maka tegangan pada pin anoda lebih negatif dari pin katoda maka SCR tidak akan ON meskipun SCR tersebut diberi arus gate. Kejadian ini terjadi selama  radian sampai dengan 2 radian. Kedua kejadian di atas terulang kembali untuk periode berikutnya. Tegangan rata-rata pada R sesuai bentuk gelombang pada gambar III : 𝜋



𝑉𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎=



1 2𝜋



𝑉𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 =



1



POLITEKNIK NEGERI MEDAN PRODI TEKNIK LISTRIK



∫ 𝑉𝑚 sin 𝜔𝑡 𝑑𝜔𝑡 0



𝑉𝑚 (1 + 𝑐𝑜𝑠𝛼) 2𝜋



Tegangan rms pada R sesuai bentuk gelombang pada gambar III: 𝜋



𝑉𝑟𝑚𝑠



1 1 = [ ∫(𝑉𝑚 sin 𝜔𝑡)2 𝑑𝜔𝑡]2 2𝜋 0



𝑉𝑚 𝛼 sin 2𝛼 1 (1 − + )2 2 𝜋 2𝜋



𝑉𝑟𝑚𝑠 =



Arus rata-rata pada R sesuai bentuk gelombang pada gambar IV :



𝐼𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 =



𝑉𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 𝑅



Arus rms pada R sesuai bentuk gelombang pada gambar IV :



𝐼𝑟𝑚𝑠 =



b. Hasil Simulasi



2



POLITEKNIK NEGERI MEDAN PRODI TEKNIK LISTRIK



𝑉𝑟𝑚𝑠 𝑅



Gambar Gelombang Simulasi :



3



POLITEKNIK NEGERI MEDAN PRODI TEKNIK LISTRIK



c. Perbandingan Hasil Hitungan Dengan Hasil Simulasi Dik :



Vm = 220 V R = 20 Ω  𝑉𝑚 (1 + cos 𝛼) 2𝜋 220 = (1 + cos 30) 2 × 3,14



𝑉𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 = 𝑉𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎



𝑉𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 = 35,03184713 (1 + 0,866025403) 𝑉𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 = 65,37031669 𝑉



𝑉𝑟𝑚𝑠 =



𝑉𝑟𝑚𝑠 =



4



POLITEKNIK NEGERI MEDAN PRODI TEKNIK LISTRIK



𝑉𝑚 𝛼 sin 2𝛼 1 (1 − + )2 2 𝜋 2𝜋



220 30 sin 2 × 30 1 (1 − + )2 2 180 2 × 3,14



1



𝑉𝑟𝑚𝑠 = 110 (1 − 0,166666666 + 0,137902134)2 𝑉𝑟𝑚𝑠 = 110 × 0,985512794 𝑉𝑟𝑚𝑠 = 108,4064073 𝑉  𝐼𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 =



𝑉𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 65,37031669 = = 3,268515835 𝐴 𝑅 20   𝐼𝑟𝑚𝑠 =



𝑉𝑟𝑚𝑠 108,4064073 = = 5,420320366 𝐴  𝑅 20



Tabel Perbandingan Hasil Perhitungan Dengan Simulasi Matlab Satuan



Perhitungan



Simulasi



Vrata-rata



65,37031669 𝑉



59,72 V



Vrms



108,4064073 𝑉 3,268515835 𝐴



Irata-rata Irms



5



5,420320366 𝐴



POLITEKNIK NEGERI MEDAN PRODI TEKNIK LISTRIK



108 V 2,986 A 5,402 A



2. Penyearah Terkontrol 1 fasa 𝟏⁄𝟐 Gelombang Beban Resistif & Induktif a. Gambar Rangkaian Penyearah Terkontrol 1 fasa 1⁄2 Gelombang Beban RL G



I a



0







2



k



IRL



IG



II A



VS



RL



VRL



III



0



α







b



2



IV



0



α







b



2



V



0



α



B







b



2



R. Trigger



b. Cara Kerja Rangkaian Penyearah Terkontrol 1 fasa 1⁄2 Gelombang Beban RL Hubungkan sumber tegangan ke SCR, Jika pin A lebih positif dari pin B, maka tegangan pada pin anoda lebih positif dari pin katoda dan diberi arus gate pada range 0 sampai  radian maka SCR akan ON(seperti sakelar tertutup). Kemudian arus dari SCR akan mengalir ke beban. Kejadian terjadi dari 0 sampai  radian. Tetapi setelah  radian SCR masih tetap On terbukti dari arus yang masih mengalir ke beban sampai titik 𝛽. Hal ini terjadi karena adanya komponen L yang berfungsi sebagai penyimpan energi. Setelah energi yang tersimpan pada L tersebut perlahan-lahan habis maka SCR akan OFF dari titik 𝛽 sampai 2 radian. Kejadian ini berulang seterusnya sampai sumber tegangan di Off kan. Makin besar harga L, maka makin besar pula energi yang tersimpan dan makin besar pula sudut 𝛽 yang dihasilkan. Tegangan rata-rata pada R sesuai bentuk gelombang pada gambar III :



6



POLITEKNIK NEGERI MEDAN PRODI TEKNIK LISTRIK



𝛽



𝑉𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎



1 = ∫ √2 𝑉 sin 𝜔𝑡 𝑑𝜔𝑡 2𝜋 𝛼



𝑉𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 = 𝐼𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 × 𝑅 =



√2 𝑉 × (cos 𝛼 − cos 𝛽) 2𝜋



Tegangan rms pada R sesuai bentuk gelombang pada gambar III : 𝛽



𝑉𝑟𝑚𝑠



1 1 = [ ∫(√2 𝑉)2 𝑠𝑖𝑛2 𝜔𝑡 𝑑𝜔𝑡]2 2𝜋 𝛼



𝑉𝑟𝑚𝑠 = 𝑉 [



1 1 1 {(𝛽 − 𝛼) − (sin 2 𝛽 − sin 2 𝛼)}]2 2𝜋 2



Arus rata-rata pada R sesuai bentuk gelombang pada gambar IV : 𝐼𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 =



𝑉𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 √2 𝑉 = × (cos 𝛼 − cos 𝛽) 𝑅 2𝜋𝑅



Arus rms pada R sesuai bentuk gelombang pada gambar IV : 𝐼𝑟𝑚𝑠 =



𝑉 1 sin(𝛽 − 𝛼) × cos(𝛼 + 𝜑 + 𝛽) 1 [ {(𝛽 − 𝛼) − }]2 𝑍 2𝜋 cos 𝜑



c. Hasil Simulasi



7



POLITEKNIK NEGERI MEDAN PRODI TEKNIK LISTRIK



d. Perbandingan Hasil Hitungan Dengan Hasil Simulasi



8



POLITEKNIK NEGERI MEDAN PRODI TEKNIK LISTRIK



Dik :



Vm = 220 V



R = 10 Ω



L = 0,005 H



𝛼 = 300



𝛽 = 1890



tan 𝜑 =



𝜔𝐿 2𝜋𝑓𝐿 2 . 3,14 . 50 . 0,005 = = = 0,157 𝑅 𝑅 10



𝜑 = tan−1 0,157 = 8,9226020650 𝑍 = √𝑅 2 + 𝑋𝐿2 = √102 + (2 . 3,14 . 50 . 0,005)2 = √102,4649 = 10,12249475 𝛺



𝑉𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 =



√2 𝑉 × (cos 𝛼 − cos 𝛽) 2𝜋



𝑉𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 =



220 (cos 30 − cos 189) 2 . 3,14



𝑉𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 = 35,03184713 ( 0,866025403 − (−0,98768834)) 𝑉𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 = 35,03184713 . 1,853713743 𝑉𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 = 64,93901647 𝑉



9



POLITEKNIK NEGERI MEDAN PRODI TEKNIK LISTRIK



𝐼𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 =



𝑉𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 64,93901647 = = 6,493901647 𝐴 𝑅 10



𝑉𝑟𝑚𝑠 = 𝑉 [



Vrms =



220



1 1 1 {(𝛽 − 𝛼) − (sin 2 𝛽 − sin 2 𝛼)}]2 2𝜋 2



1 1 1 {(189 − 30) − (sin 2 . 189 − sin 2 . 30)}]2 2 √2 2 . 180



[



1 1 1 𝑉𝑟𝑚𝑠 = 155,5634919 [ {(159) − (0,309016994 − 0,866025403)}]2 360 2 1 1 (159 − (−0,278504204))]2 𝑉𝑟𝑚𝑠 = 155,5634919[ 360 1 1 𝑉𝑟𝑚𝑠 = 155,5634919 . [ × 159,2785042]2 360



𝑉𝑟𝑚𝑠 = 155,5634919 . 0,665161852 𝑉𝑟𝑚𝑠 = 103,4749004 𝑉 𝐼𝑟𝑚𝑠 =



𝑉𝑟𝑚𝑠 103,4749004 = = 10,3474904 𝐴 𝑅 10



Tabel Perbandingan Hasil Perhitungan Dengan Simulasi Matlab Satuan



Perhitungan



Simulasi



Vrata-rata



64,93901647 𝑉



59,49 V



Vrms



103,4749004 𝑉



Irata-rata Irms



10



POLITEKNIK NEGERI MEDAN PRODI TEKNIK LISTRIK



6,493901647 𝐴 10,3474904 𝐴



108,6 V 6,269 A 10,67 A



3. Penyearah Terkontrol 1 fasa Gelombang Penuh Beban Resistif a. Gambar Rangkaian Penyearah Terkontrol 1 fasa Gelombang Penuh Setengah Terkontrol Beban Resistif



Q1 A



k



G



D1



IG



IR



k



I



0







a



a



II



R VR



Vac B



Q2



2



k G



k



D2



a IG



a



R. Trigger



α1



α2



III



0



α1







α2



2



IV



0



α1



 α2



2



V



0



α1







2



VI



0



 α2



2



b. Gambar Rangkaian Penyearah Terkontrol 1 fasa Gelombang Penuh Terkontrol Penuh Beban Resistif



k A



G



Q1



k IG



G



Q2



IG



IR



I



0



II



R VR



Vac



k G



Q4



a IG



k G



Q3 a I



G



Rangkaian Trigger



11



2



a



a



B







POLITEKNIK NEGERI MEDAN PRODI TEKNIK LISTRIK



α1



α2



III



0



α1







α2



2



IV



0



α1



 α2



2



V



0



α1







2



VI



0



 α2



2



c. Cara Kerja Rangkaian Penyearah Terkontrol 1 fasa Gelombang Penuh Setengah Terkontrol dan Terkontrol Penuh Beban Resistif  Cara Kerja Rangkaian Penyearah Terkontrol 1 fasa Gelombang Penuh Setengah



Terkontrol Beban Resistif Hubungkan sumber tegangan ke SCR, Jika pin A lebih positif terhadap pin B dari 0 sampai dengan 𝜋 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛 maka SCR dan dioda yang dibias maju adalah Q1 dan D2, ketika pada range tersebut SCR diberi arus gate maka SCR akan On (seperti sakelar tertutup) kemudian arus akan mengalir ke beban. Kejadian ini terjadi selama 0 sampai dengan 𝜋 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛. Pada 𝜋 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛 Q1 akan Off. Ketika pin B lebih positif terhadap pin A dari 𝜋 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛 sampai dengan 2𝜋 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛 maka SCR dan dioda yang dibias maju adalah Q2 dan D1, ketika pada range tersebut SCR diberi arus gate maka SCR akan On (seperti sakelar tertutup) kemudian arus akan mengalir ke beban. Kejadian ini terjadi selama 𝜋 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛 sampai dengan 2𝜋 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛 . Pada 2𝜋 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛 Q2 akan Off. Kedua kejadian diatas terulang kembali untuk perioda berikutnya.  Cara Kerja Rangkaian Penyearah Terkontrol 1 fasa Gelombang Penuh Terkontrol Penuh Beban Resistif



Hubungkan sumber tegangan ke SCR, Jika pin A lebih positif terhadap pin B dari 0 sampai dengan 𝜋 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛 maka SCR yang dibias maju adalah Q1 dan Q3, ketika pada range tersebut SCR diberi arus gate maka SCR akan On (seperti sakelar tertutup) kemudian arus akan mengalir ke beban. Kejadian ini terjadi selama 0 sampai dengan 𝜋 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛. Pada 𝜋 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛 Q1 dan Q3 akan Off. Ketika pin B lebih positif terhadap pin A dari 𝜋 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛 sampai dengan 2𝜋 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛 maka SCR yang dibias maju adalah Q2 dan Q4, ketika pada range tersebut SCR diberi arus gate maka SCR akan On (seperti sakelar tertutup) kemudian arus akan mengalir ke beban. Kejadian ini terjadi selama 𝜋 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛 sampai dengan 2𝜋 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛 . Pada 2𝜋 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛 Q2 dan Q4 akan Off. Kedua kejadian diatas terulang kembali untuk perioda berikutnya.



12



POLITEKNIK NEGERI MEDAN PRODI TEKNIK LISTRIK



Tegangan rms pada R sesuai bentuk gelombang pada gambar III : 𝜋



𝑉𝑅𝑟𝑚𝑠



1 1 = [ ∫(𝑉𝑚 sin 𝜔𝑡)2 𝑑𝜔𝑡 ]2 𝜋 𝛼



𝑉𝑚



𝑉𝑅𝑟𝑚𝑠 =



√2



𝛼 sin 2 𝛼 1 + )2 𝜋 2𝜋



(1−



Tegangan rata-rata pada R sesuai bentuk gelombang pada gambar IV : 𝜋



1 = ∫ 𝑉𝑚 sin 𝜔𝑡 𝑑𝜔𝑡 𝜋



𝑉𝑅𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎



𝛼



𝑉𝑅𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 =



𝑉𝑚 (1 + cos 𝛼) 𝜋



Arus rms pada R sesuai bentuk gelombang pada gambar III : 𝜋



𝐼𝑅𝑟𝑚𝑠



1 𝑉𝑅 1 𝑉𝑚 = [ ∫( sin 𝜔𝑡)2 𝑑𝜔𝑡 ]2 = 𝑟𝑚𝑠 𝜋 𝑅 𝑅 𝛼



Arus rata-rata pada R sesuai bentuk gelombang pada gambar IV : 𝜋



𝐼𝑅𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎



𝑉𝑅 1 𝑉𝑚 = ∫ sin 𝜔𝑡 𝑑𝜔𝑡 = 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 𝜋 𝑅 𝑅 𝛼



Arus rms pada Q dan D sesuai bentuk gelombang pada gambar V dan VI : 𝜋



𝐼𝑄𝑟𝑚𝑠 = 𝐼𝐷𝑟𝑚𝑠



1 𝐼𝑅 1 𝑉𝑚 =[ ∫( sin 𝜔𝑡)2 𝑑𝜔𝑡 ]2 = 𝑟𝑚𝑠 2𝜋 𝑅 √2 𝛼



Arus rms pada Q dan D sesuai bentuk gelombang pada gambar V dan VI : 𝜋



𝐼𝑄𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 = 𝐼𝐷𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎



𝐼𝑅 1 𝑉𝑚 = ∫ sin 𝜔𝑡 𝑑𝜔𝑡 = 𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 2𝜋 𝑅 2 𝛼



13



POLITEKNIK NEGERI MEDAN PRODI TEKNIK LISTRIK



d. Hasil Simulasi  Penyearah Terkontrol 1 fasa Gelombang Penuh Setengah Terkontrol Beban Resistif



Vm = 220 V



R = 20 Ω



Vrms = 153,2 V



Irms = 7,662 A



Vrata-rata = 124 V



Irata-rata = 6,201 A



𝛼 = 30



IQrms = IDrms = 5,418 A IQrata-rata = IDrata-rata = 2,989 A



14



POLITEKNIK NEGERI MEDAN PRODI TEKNIK LISTRIK



 Penyearah Terkontrol 1 fasa Gelombang Penuh Terkontrol Penuh Beban Resistif



Vm = 220 V



R = 20 Ω



Vrms = 153,2 V



Irms = 7,662 A



Vrata-rata = 124 V



Irata-rata = 6,201 A



𝛼 = 30



IQrms = IDrms = 5,418 A IQrata-rata = IDrata-rata = 2,989 A



15



POLITEKNIK NEGERI MEDAN PRODI TEKNIK LISTRIK



e. Perbandingan Hasil Hitungan Dengan Hasil Simulasi



𝑉𝑅𝑟𝑚𝑠 = 𝑉𝑅𝑟𝑚𝑠 =



𝑉𝑚



(1−



√2 220 √2



(1−



𝛼 sin 2 𝛼 1 + )2 𝜋 2𝜋 30 sin 2 . 30 1 + )2 180 2 . 3,14 1



𝑉𝑅𝑟𝑚𝑠 = 155,5634919 . ( 1 − 0,166666666 + 0,137902134 )2 𝑉𝑅𝑟𝑚𝑠 = 155,5634919 . 0,98551294 𝑉𝑅𝑟𝑚𝑠 = 153,3098116 𝑉 𝑉𝑚 (1 + cos 𝛼) 𝜋 220 = (1 + cos 30) 3,14



𝑉𝑅𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 = 𝑉𝑅𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎



𝑉𝑅𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 = 70,06369427 . 1,866025404 𝑉𝑅𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 = 130,7406334 𝑉



16



POLITEKNIK NEGERI MEDAN PRODI TEKNIK LISTRIK



𝐼𝑅𝑟𝑚𝑠 =



𝑉𝑅𝑟𝑚𝑠 153,3098116 = = 7,66549058 𝐴 𝑅 20



𝐼𝑅𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 =



𝑉𝑅𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 130,7406334 = = 6,5373167 𝐴 𝑅 20



𝐼𝑄𝑟𝑚𝑠 = 𝐼𝐷𝑟𝑚𝑠 =



𝐼𝑅𝑟𝑚𝑠 √2



=



𝐼𝑄𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 = 𝐼𝐷𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 =



7,66549058 √2



= 5,42032037 𝐴



𝐼𝑅𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎 6,5373167 = = 3,26865835 𝐴 2 2



Tabel Perbandingan Hasil Perhitungan Dengan Simulasi Matlab



17



Satuan



Perhitungan



Simulasi



Vrata-rata



130,7406334 𝑉



124 V



Vrms



153,3098116 𝑉



153,2 V



Irata-rata



6,5373167 𝐴



6,201 A



Irms



7,66549058 𝐴



7,662 A



IQrms



5,42032037 𝐴



5,418 A



IQrata-rata



3,26865835 𝐴



2,989 A



POLITEKNIK NEGERI MEDAN PRODI TEKNIK LISTRIK