elektronika daya

Fauzan A Mahanani, S.Pd

After completing this program, the participants are able to understand power electronics circuits and components so that technicians willbe able to maintain them.


1. Basic concept of SCR, DIAC, TRIAC, UJT and PUT2. Static Switch 3. Zero Voltage Switching4. Phase control circuit5. Motor Control


ELEKTRONIKA DAYAELEKTRONIKA DAYAELEKTRONIKA DAYAELEKTRONIKA DAYA

Elektronika daya / Power Electronics

Bidang elektronik yang berkaitan dengan konversi dan switching energi listrik untuk aplikasi daya.

Kelebihan peralatan power elektronik:

• Lebih murah

• Lebih ringan dan kecil

• Efisiensi dan keandalannya lebih tinggi

• Lebih mudah diperoleh


Komponen yang banyak dipakai dalam elektronika daya:

- Power dioda- Power transistor- Thyristor

Klasifikasi thyristor :

Unidirectional

Bidirectional

PNPN Dioda, SCR, LASCR, PUT, SCS

DIAC, TRIAC


Jenis dan simbol Transistor

Struktur kerja PNPN IA

IB1

IC1IC2

IB2

IG(N)

IG(P)

Ik


Mekanisme yang dapat menghidupkan piranti PNPN:

1. Tegangan (avalance)

Jika tegangan Anoda >> katoda, terjadi “forward break over” dan piranti akan “on” dengan sendirinya.

2. Laju perubahan tegangan

Jika tegangan forward bias pada piranti naik sangat cepat, arus akan

mengalir mengisi Ccb dari transistor PNP. Arus ini akan mewakili arus

base transistor NPN dan selanjutnya terjadi proses regenerasi untuk

meng “On” kan piranti PNPN.


3. Temperatur

Pada temperatur yang tinggi, arus bocor akan menjadi kira-kira

2 kali lipat setiap kenaikan temperatur 8 0 C.

4. Aksi Transistor

Dengan memberikan arus pada basis transistor ( inilah kerja normal dari

keluarga thyristor kecuali light sensitivity thyristor ).

5. Energi cahaya

Cahaya yang masuk ke daerah junction akan menghasilkan.


Karakteristik yang diharapkan dari SCR1. Tegangan blocking yang tinggi2. Mampu melewatkan arus yang besar3. di/dt yang tinggi4. dv/dt yang tinggi5. Waktu turn off yang singkat6. Arus pengendali gate yang rendah7. Frekuensi kerja yang tinggi

Simbol SCR

SCR (silicon controlled rectifier)


Metoda meng-off-kan SCR:

1. Current Interruption

Dengan cara ini SCR akan mengalami dv/dt yang besar. Umumnya cara ini tidak digunakan.


2. Forced Commutation

Pada dasarnya adalah untuk mengurangi arus SCR menjadi nol , baik dengan cara memindahkan arus beban ke jalan lain yang diinginkan atau dengan cara mengurangi arus beban hingga nol.

Klasifikasi dari metoda ini:

- Kelas A : Komutasi sendiri oleh beban yang beresonansi

- Kelas B : Komutasi sendiri oleh rangkaian LC

- kelas C : C atau LC yang diswitch oleh SCR pembawa beban yang lain

- Kelas D : C atau LC yang diswitch oleh SCR tambahan

- Kelas E : Sumber pulsa, eksternal untuk komutasi

- Kelas F : Komutasi tegangan AC


Kelas A : Komutasi sendiri oleh beban yang beresonansi

Kondisi untuk komutasi yaitu rangkaian RLC harus under-damped


Kelas B : Komutasi sendiri oleh rangkaian LC

komutasi sendiri oleh rangkaian LC


Kelas C : C atau LC yang di switch oleh SCR pembawa beban yg lain

Rangkaian kelas C dapat diubah menjadi kelas D jika arus beban yang mengalir hanya melalui 1 SCR sedangkan SCR lain hanya berfungsi untuk meng-off-kan saja. Resistor tambahan mempunyai resistor yangjauh lebih besar dari resistor di SCR utama.


Kelas E : Sumber pulsa eksternal

untuk komutasi

Kelas F : Komutasi tegangan AC


DIAC

- Tegangan Breakdown DIAC kira-kira 30 V- Dapat meneruskan arus dalam 2 arah

Simbol

+V-V

MT2 positif

MT2 negatif

Karakteristik V- A

+ I

- I


TRIAC

+V-V

+ I

- I

MT2 positif

MT2 negatif

Kuadran IKuadran II

Kuadran IVKuadran IIISimbol

Karakteristik V- A


Triggering mode untuk TRIAC:

1. MT2+, Gate+ ; I+ , Kuadran I, Arus dan tegangan gate positif

2. MT2+, Gate- ; I- , Kuadran I, Arus dan tegangan gate negatif

3. MT2- , Gate+ ; III+ , Kuadran III, Arus dan tegangan gate positif

4. MT2- , Gate- ; III- , Kuadran IV, Arus dan tegangan gate negatif

Mode yang paling sensitif : 1 dan 4Mode yang sedang : 2Mode yang kurang sensitif : 3


B2

B1

E

simbolIE

IEB1

UJT

B1

B2

RBB2

RBB1

E

Rangkaian ekivalen

Karakteristik V - A


IV = valley current ( serupa dengan holding current pada SCR )

Intrinsic stand off ratio

Interbase resistance ( RBB ) 4,7 K 9,1 K

BB2 BB1

BB1

R R

R

Nilai sekitar 0,5 ~ 0,8

Tegangan titik puncak VP = VBB + VD


Hal 31

Contoh : Rangkaian …hal 31………..relaksasi menggunakan UJT

11

BBD11

C R T sehingga

1 - 1

1ln maka 0,632

T

1

V Vuntuk - 1

1ln C R

untuk

f

T

t

VE

VP

t

E

VBB

RB2R1

C1 RS1


Hal 32

RB1

VBB

RB2I

C

R1

R2 R3

beban

R5

R4C1

Bila diinginkan untuk gelombang segitiga dengan slope linier , maka dapat digunakan sumber arus konstan untuk pengisian kapasitornya.

Contoh pemakaian UJT pada rangkaian pengontrol phase

I adalah arus searah yang konstan

BB

t

0

BBD

D BBP

V dt I C

1

maka , V V

V V V

dt I C

1

Bila

VE

BB

BB

V I

c

V T c

I

T

sehingga


PUT ( programmable uni-junction transistor )

Simbol

Anoda

Katoda

Gate Jika gate dijaga tetap pada potensial tertentu , PUT akan tetap offsampai tegangan anoda melebihi tegangan gate ditambah drop tegangan diode.

Atau PUT akan tetap off bila VA ( VG + V Dioda )


Hal 33

R1

C

R2

R3

R4

R5

+V

-V

Contoh : rangkaian osilator relaksasi menggunakan PUT

CT

RT R1

R2RS

VD

ES

Contoh lain :

Bila tegangan drop pada diode ( VD ) diabaikan , maka PUT akan konduksi bila :

S21

2

G

E R R

R

V

A

A

V

atau

V

1

21

21

1

21

2C RT-

S21

2CT RTT-

R

R R ln

R R

Rln

R R

R - 1 e

E R R

R ES ) e - 1 (

TT

TT

TT

CRT

CRT

Maka

Misalkan pada t =T , teg VA = VG


Static switching circuit

Dapat dibagi menjadi 2 bagian utama yaitu : 1. AC switching circuit.

2. DC switching circuit.

A. Static AC switches1. Rangkaian TRIAC sederhana .

RC = Tahanan kontak ( bila ada )IGM = arus puncak dari gate yang diizinkan.

Beban RL

R = 100

RC Vrms

CL GM

R R - I

V 2 R


2. Rangkaian SCR Inverse - paralel ( “ back to back “ )

Beban RL

Vrms

SCR 1

47

R

47

Thyrector SCR 2

RC

47 CL GM

R // R R R - I

V 2 R

Thyrector adalah komponen untuk memotong tegangan transient ( komponen suppresi )


3. Saklar statis dengan sumber pemicu terpisah.

Agar distorsi bentuk gelombang pada beban dan R F I yang terjadi sekecil mungkin , makafrekuensi oscillator harus cukup tinggi untuk meyakinkan agar TRIAC ataupun SCR ditrigger pada awal siklus AC

Beban

AC

0,1 F

100

Untuk bebaninduktif

OSC Control input


Beban

AC

R

R

oscControl input

Sumber daya dari rangkaian oscillator , bisa diperoleh dari sumber AC

KHz 2 f

Hz 60 - 50

osc ACfrekuntuk


BebanAC

Sinyal pengontrol

Beban

Sinyal pengontrol

Untuk beban induktif

4. Bentuk - bentuk lain untuk full wave AC static switchinga ) Rangkaian jembatan + SCR dengan beban AC

b ) Rangkaian jembatan + SCR dengan beban DC


c ) Rangkaian jembatan dengan SCR dan dioda ganda untuk beban AC

Beban

ACSinyal

pengontrol+ -

BebanSinyal pengontrol

AC+ -

d ) Rangkaian jembatan dengan SCR dan dioda ganda untuk beban DC


e ) DC triggering untuk TRIAC

Beban

Sinyal pengontrol

+

-

AC

Untuk bebaninduktif


5 ) TRIAC latching tecnique

AC

beban

MT2

MT1

S“ off ”

C1

R1470

1 F

Trigger “ on “

AC

beban

S“ off ”

Trigger “ on “

R2

L1

MT1

MT2

Bekerja pada mode III dan I-sehingga kurang sensitif

Bekerja pada mode I+ dan IIIsehingga sensitif


6.1 Negative half cycle slaving tecnique

Beban

+-

C1

SCR2

R1

R2

SCR1

D1

SCR1 sebagai masterSCR2 sebagai slave

Pada cycle positif :ketika SCR1 ditrigger SCR1 on , C1 diisi melalui dioda D1 dan resistor R1

Pada cycle negatif :C1 discharge melalui R2 dan gate SCR2 sehingga SCR2 konduksi


SCR1

beban

+

-

-

+

SCR2

slave

master

10 K

R

SCR3 S

Random“open”signal

L0,1 H

20 ohm

6.2 SCR slaving and zero voltage switching


Mula - mula S tertutup

Pada cycle + SCR3 on , SCR1 off

Pada cycle - SCR3 off , SCR1 off

Jika tegangan pengontrol tidak ada, SCR3 akan off, SCR1 akan “ on “ bila anoda nya mendapat tegangan positif dan SCR2 akan “ on “ pada 1/2 cycle berikutnya akibat di trigger oleh energi yang tersimpan di L.Jadi arus mengalir pada beban pada seluruh cycle.

Jika diberikan tegangan pengontrol, SCR3 akan “ on “ ( pada saat tegangan anoda > tegangan katodanya), mengakibatkan SCR1 off, sehingga pada beban tidak mengalir arus .

Rangkaian ini juga memberikan “ zero voltage switching “


SCR1 SCR2

C

beban

on off

+-

+

7. DC static switch ( SCR flip - flop )


SCR1

C1 R4

R1

R3

R5

28 V

GND

R2

External load

+

-18 V

SCR1 mula - mula off

8. UJT / SCR time delay

Rs untuk memberikan holding current yang cukup. (R1 + R2), C menentukan lamanya delay


9. Mercury thermostart / SCR heater control

heater

SCR

570 KJika open , heater “ on “jika closed , heater “ off “

120 V

0,1 F


Load

( untuk beban induktif )

BASIC DIAC - TRIAC PHASE CONTROL

Contoh :

Load

BASIC STATIC SWITCH


Zero voltage switching

Untuk menghindarkan adanya RFI pada saat SCR / TRIAC konduksi , maka diharapkan SCR / TRIAC konduksi pada saat tegangan AC masih rendah ( sekitar zero atau pada saat tegangan sesaat kurang dari 5 volt ).

Tegangan rms24 V

115 V220 V

8, 47 0

1,76 0

0,92 0


beban

C

D1

R1

R2R5

R3R4

D3

S

10 K 47 K

D2

SCR120 V

+Q1

1. Basic switching circuit

Prinsip kerja :Jika Q1 cut off dan anoda SCR positif SCR on.Jika Q1 konduksi SCR off


Half wave zero voltage switching circuit

Tegangan jala - jala

Tegangan pada beban

S dibuka sembarang S ditutup sembarang


Pada saat S open dan jala - jala pada siklus negatif, C diisi terutama melalui R1 dan D1.Pada saat tegangan jala - jala turun dari puncak negatifnya, C akan discharge melalui D2 dan R2, sehingga Q1 cut off.

Hal ini menyebabkan SCR bisa on bila anoda nya positipR4 dipilih agar SCR bisa konduksi pada tegangan 3 - 5 volt

R3 dipilih agar mampu memberikan arus base yang cukup pada saat Q1 konduksimisal R3 = 15 X R4 220 K

R2 dipilih < R3 misal R2 = 47 K Time constant R2 C1 dipilih agar masih dapat memberikan bias negatif pada base Q1

pada waktu cycle positif dari jala - jala .

R5 sebagai pembatas arus discharge dari C jika S ditutup.

K 15 A 200

V 3 R misal (

I

V 3 4

gate4 R


Untuk kerja full wave, dapat digunakan slaving technique

beban

C

D1

R1

R2R5

R3

R4

D3

S

10 K 47 K

D2

SCR120 V

+Q1


R1

R2

R4

beban

D1

D2

D3

C1

C2

R3

SCR

1k210 w

150 2 w

1k 1w1k

+3 F

1 F/200 v

2. TRIAC Zero Voltage Switching Circuit


Jika SCR konduksi TRIAC offBila sebelumnya TRIAC sedang on , TRIAC akan off pada saat start cycle berikutnya

Jika SCR off TRIAC akan konduksi pada cycle positif. Arus trigger melalui R1 , C1 , R2 , D1 , D2.

Bila TRIAC konduksi C2 akan diisi muatan pada C2 ini akan mentrigger TRIAC pada cycle negatiif , sehingga pada beban terdapat tegangan full cycle.

Kekurangan rangkaian ini ialah TRIAC baru akan konduksi pada tegangan yang lebih tinggidari 5 V ( 10 - 15 volt )


1F

R1

+beban

10 k

1 k

1 k

Untuk mencegah agar C tidak dimuatiarah negatif

Perbaikan rangkaian sebelumnya :

volt4,4 ) V 0,6 ( ) 4 ( )K 10 ( )A 200 ( V . 4 R . I D1GT Vm


Phase control

Sequence control

Sequence control digunakan untuk pemberian daya pada sistem dengan konstanta waktu yang besar (misalnya pada pengontrolan temperatur).


AC Phase ControlPemakaian- Pengontrolan daya rata-rata ke beban seperti lampu, heater, motor, supply DC dan lain-lain.

A. Satu phase

Kontrol = Sudut triggering

1/2 gelombang yang dikontrol

1.Tegangan pada beban

E

Bentuk-bentuk :

1 Phase

3 Phase


Kontrol

1/2 gel. yang dikontrol + 1/2 gel. tetap

Kontrol

Kontrol

1 gelombang yang dikontrol

2.

3.


Kontrol

5.

1 gelombang yang dikontrol Mempunyai keuntungan dalampengontrolan karena common cathode

4.

- Paling flexible- Kurang efektif karena adanya tegangan drop pada dioda

Kontrol



Kontrol


- Sederhana- Paling efektif - Andal


Vd

Dapat menggunakan transformator ataupun tidak

B. Tiga phase


Tegangan Sumber

Tegangan Pada SCR

Tegangan Pada beban

Arus beban

Phase control pada beban resistif


Phase control pada beban induktif


Contoh Phase control Untuk ½ gelombang

Contoh Phase control Untuk 1 gelombang

Rangkaiansnubber


- Kebanyakan motor AC yang dikontrol kecepatan putarnya menggunakan

“phase control” karena sederhana dan relatif murah.

- Morot-motor pada umumnya tidak dirancang untuk kerja seperti ini. Rating

motor didasarkan pada operasi dengan kecepatan tertentu dan berdasarkan

kecepatan ini, coolingnya dirancang. Maka bila motor dioperasikan pada kecepatan rendah, motor akan menjadi cepat panas dan ini menjadi masalah.

- Dengan phase control akan timbul tegangan harmonis. Adanya harmonis

ganjil dapat menghasilkan effek samping pada motor induksi.

Penggunaan Phase Control pada pengendalian motor


Pengendalian Motor Universal - Half wave

V1

V2

Universalmotor


CR2 CR3

CR5CR4

ARMATURE

Pengendalian Motor Universal - Full wave


CR4CR3

CR6CR5

DCCONTROL

TRIAC

DIAC

R5

R1

R3R2

R6

C1

R4

CR2CR1

C2

ARMATURE

Pengendalian Motor Induksi


Comparator

Modulationgenerator

Temp.Sensor

Chamber

Losses

ADJ. RefSet PT

Zerocrossingdetector

AC PowerSupply

PowerSwitch Cooler

HeaterPowerSwitch


0,1 F

2N4992

TRIAC

COOLING ORHEATER LOAD

ST2

TEMPSET

22K1W

2K2

10 K

120 V60 Hz

AC SUPPLY25 K

Pengendalian Dengan Phase Control System


ZeroCrossingDetector

R1

R2

R5

D1

Q1 Q2

INPUTSECTION

OUTPUTPOWER SUPPLY ANDZERO CROSSING DETECTOR

INHIBITCURRENT

Pengendalian Dengan Zero Voltage Switching System (IC)

Functional Diagram Of GEL 300


Pengendalian Dengan Zero Voltage Switching System

RA

RB

RS

CS

120 VAC60 Hz

(240 VAC)

+

RESISTANCELOAD

8 8

1110913

2 5

100 mF15V

10K, 2W


CR2

R3

SCR1

C1Beban

SCR1

+


Cycloconverter

Mengubah frekuensi daya AC menggunakan SCR dimana komutasinya

adalah tegangan AC sendiri

Input

Output

Outputsetelahdifilter

Contoh pemakaian: untuk mendrive motor induksi atau motor sinkron dimana diperlukan tegangan yang frekuensi dan amplitudonya dapat diubah.


Contoh cycloconverter 3 phase 1 phase


g1 g2 g3 g1 g4 g5 g6 g4 g1 g2 g3 g1 g4 g5

1 cycle

VR

Jika rangkaian di trigger seperti Gb di atas dan inputnya dari sistem 3 Phase 60 Hz , bisa diperoleh output dgn frekuensi 20 Hz 1 Phase


Contoh : Cycloconventer 3 Phase

Generator 3 Phase

Beban 3 Phase


DC Converter

DC Converter : Mengubah tegangan DC menjadi tegangan DC kembali dengan level tegangan yang berbeda ( lebih rendah atau lebih tinggi dari tegangan sumber )

Direct

DC Converter dibagi menjadi

Dengan AC Link

a ) Direct

- Bila selisih level tegangan DC antara input dan output tidak terlalu besar .

- Bila antara tegangan input dan output tidak memerlukan isolasi .


b ) Menggunakan Ac Link

- Bila selisih level tegangan Dc antara input dan output cukup besar .

- Bila antara tegangan input dan output memerlukan isolasi.

Inverter : Me ngubah sinyal DC ke ACPrinsip dasar

Switch S1 da S2 bekerja secara bergantian .


Salah satu contoh realisasi sbb :

1

2


Cara kerja :misalkan mula - mula ke dua SCR sedang off .A) Bila SCR di trigger on , arus mengalir dari ( + ) baterai kumparan L1 D1 SCR 1 ke (-) baterai. Sebagian arus mengalir dari (+) baterai kumparan L2 D2 mengisi C SCR1 ke (-) baterai. Arus ini mengalir hanya sampai C

penuh. Sehingga node lebih positif dari .

B) Bila kemudian SCR 2 ditrigger , SCR 2 akan On dan muatan pada C akan memberikan tegangan reverse pada SCR 1 sehingga SCR1 Off.C diisi oleh arus yang melalui D1 sehingga sekarang polaritas nya di node lebih positif dari .

C) Bila SCR 1 dan SCR 2 di trigger secara bergantian maka pada L1 dan L2 akan mengalir arus pula secara bergantian , sehingga pada output akan dihasilkan tegangan bolak balik. Jika pada output diberikan …(hal 46)………. Maka akan menjadi DC Converter

.

12

12


DC Chopper : Single ended inverter untuk mengubah DC ke DC .Dalam beberapa rangkaian elektronik , ada kalanya daya harus ditrarnsfer darisumber tegangan tinggi ES ke beban dc tegangan rendah ( EO )

EO+I

R

+ES

Transfer daya tidak efisien karena kerugian I2.R besar

( kecuali bila ES EO )Maka R diganti dengan L


EO+

S L

ES

+Transfer daya dilakukan dengan menutup danmembuka switch S

ES

EO+

S( ES - EO )

+ i

Bila S ditutup , maka arus i :

Bila S ditutup , maka energi yang tersimpan di L akan di disipasikan sebagai bunga api kerugian

tL

Eo - Es (t) i


Es - EO

Ia

- EO

Ta Tb

E dan I dalam induktor

Ta = Selang waktu switch S ditutupTb = Selang waktu L membuang energi ketika S dibuka.Kerja dari switch S pada prakteknya digantikan oleh SCR atau GTO

EO+

ES

S

+-eL = EO


Dengan mempercepat waktu on dan off switch , maka diperoleh arus -arus sbb :

Ta Tb

Ia

Ib

TIaIb

t

t

t

Arus pada beban

Arus yang diambil dari sumber

Arus yang mengalirpada dioda

2

IbIaIo


Arus rata - rata yang diambil dari sumber Is selama 1 cycle :

Jika dianggap tidak ada kerugian daya , maka :

ES

L

ROIO

Jika chopper mensupply beban Ro :berlaku pula persamaan2 :

IS = Io . f . TaEo = ES .f . Ta

Io.f.Ta Isatau T

Ta Io Is

Ta f. . Es Io

Is . Es Eo

Io . Eo Is .

Eo

Es

Ta . f

Ro

Is

Es

Ta . f Is

Es

.Is

Ta . f . Es o

Io

Eo o

22

22

TafR

R


Jika beban yang tampak oleh sumber adalah RS , maka :

Contoh : chopper bekerja pada frekuensi 30 Hz dan waktu “ on “ 200 s . Hitung resistansi yang tampak oleh sumber , jika Ro = 36 m.

Jawab :

contoh soal : Diinginkan mengisi baterai 120 V dari sumber dc 600 V menggunakan chopper . Arus pengisian baterai rata2 harus 20 A dengan ripple 2 Ap-pJika waktu “ on “ ditetapkan 1 ms , hitunglah :a) arus dc yang diambil dari sumber.b) arus dc pada diodec) frekuensi chopperd) nilai L

22.f

Ro

Is

Es

TaRs

1000 )10 x 200 x (30

0,036

Ta . f

Ro

2 22Rs


600+

-

L

+120 V

Id

IoIs

I beban

21

19

t

20 A

jawab :

a) Daya yang diberikan ke baterai : P = 120 X 20 = 2400 wattjika tidak ada kerugian2 , maka daya yang diberikan oleh sumber adalah :2400 watt. Maka :

A 4 600

2400 Is


b) Id = Io - Is = 20 - 4 = 16 Ac) Eo = Es .f .Ta

Sehingga perioda T = 5 ms dan Tb = 5 - 1 = 4 msd) Selama interval waktu Ta , tegangan pada L = 600 - 120 = 480 V

Perubahan arus ( ripple ) = 2 Amaka Hz 200

10 600.

120

Ta . Es

Eo

3f

mH 240 H 2

10 . 480

-3

L

3-10

2 L

t

i L

dt

di . L 480


-

Kuadran 1Kuadran 2

Kuadran 3 Kuadran 4- +

+

Generator atau rem

Generator atau remmotor

motor

Pengontrolan MotorPengontrolan Motor motor DC

Pengontrolan motor motor AC

Motor DCMotor listrik dapat dikemudikan agar berfungsi pada berbagai torque dan kecepatan , baik arah forward maupun reverse .Pengendalian dapat beroperasi pada kuadran2 :


Contoh : pada lokomotif listrik , motor dapat berputar CW atau CCW dan torque dapat searah atau berlawanan arah putaran .Dengan perkataan lain , kecepatan dan torque bisa positif maupunnegatif.

Bila berfungsi sebagai motor berarti memberikan daya mekanik ke beban.Bila berfungsi sebagai generator atau rem ( brake ) berarti menyerap daya

mekanik dari beban.


generator

generator

rem

rem

motor

motor

43

2

1

n

-

+

+

-Motor induksisangkar bajing

Kurva tipikal kecepatan vs torque


4

rem

rem

motor

motorgenerator

generator

n

-

+

+-

3

21

Pengontrolan kecepatan kuadran 1misal : motor shunt

medan eksitasi dibuat tetap ( fixed ) dan kecepatan diatur denganmengatur tegangan jangkar.

Motor DC


G6

G5

G4

G3

G2

G1 Ra

LaIf

3 phase

321

3 phase 6 pulse converter

EdEO

+

+

limit setting

arus max kec maxSP arusSp kecepatan

Gate triggeringprocessor

Arus jangkarkecepatan

Input darihasil pengukuran

- - - - - - - - G1 G2 G3 G4 G5 G6


Ed = 1,35 E cos

0 60 120 180 240 300 360 420 480

kondisi

Q5,Q6 Q6,Q1 Q1,Q2 Q2,Q3 Q3,Q4 Q4,Q5 Q5,Q6

E32 E12E13 E23 E21 E31 E32

1,414 E1,225 E

540

pentriggeranQ1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q1


Ed = Tegangan DC yang dihasilkan oleh converter 3 phase , 6 pulse.E = Tegangan efektif jala - jala. = Sudut triggering.Gambar diatas untuk = 0 , sehingga Ed = 1,35 E

Keuntungan pengaturan dengan SCR seperti gambar diatas :• Tidak memerlukan tahanan jangkar sehingga tidak ada kerugian I2 R.• Daya yang hilang pada SCR relatif kecil.Contoh :

DC motor 750 HP , 250 V , 1200 rpm dihubungkan dengan jala2 3 , 208 V , 60 Hz menggunakan converter bridge 3 phase arus jangkar pada beban penuh , 2500 A . Tahanan jangkar 4 m.

Ditanya :a) Sudut triggering pada kondisi beban penuh .b) Sudut triggering agar motor berputar 600 rpm pada keadaan tanpa beban.c) Sudut triggering agar motor menghasilkan torque ratingnya pada 400 rpm.d) Daya reaktif yang diambil pada soal c .


= 27+

-

2500 AEd = 250

4 m

If3

208 V 60 Hz

Jawab : 750 HP = 560 KWa) Ed = 1,35 E cos 250 = 1,35 X 208 X cos = 270

b) Drop tag pada jangkar pada saat full load = 2500 A X 0,004 = 10 Volt E 0 = 250 - 10 = 240 Volt.

Pada 600 rpm : E0 = 240 X ( 600 / 1200 ) = 120 Volt. Drop tegangan tanpa beban diabaikan .


Maka perhitungan sudut triggeringnya :Ed = 1,35 E cos 120 = 1,35 X 208 cos cos = 0,427 = 64, 7 0

= 64,70

120 V

I 0

If

3

208 V

60 Hz

c ) Untuk menghasilkan torque pada ratingnya , maka arus jangkar harus 2500 A.E 0 = ( 400 / 1200 ) X 240 = 80 Volt

drop pada jangkar IR = 2500 X 0,004 = 10 voltsehingga Ed = 80 + 10 = 90 voltsudut triggering :

Ed = 1,35 . E cos 90 = 1,35 X 208 cos

= 710


d ) Daya yang diserap oleh motor : P = Ed . Ed = 90 X 2500 = 225 KWBila kerugian 2 pada converter diabaikan , maka daya rata 2 yang diserapdari sumber juga 225 KW.Daya reaktif yang diserap dari sumber : = P tan

= 225000 tan 71 0 var= 653 kvar

makin besar , makin besar .Bandingkan P dan .Maka biasanya converter ………Hal 61…… berfungsi pada 15 0


Pengontrolan 2 kuadran :1. Menggunakan pembalikan medan .2. Menggunakan pembalikan jangkar.3. Menggunakan 2 converter.4. Menggunakan 2 converter dengan arus sirkulasi

Ad.1 Menggunakan pembalikan medan.Pada pengaturan kecepatan motor dari kecepatan tinggi ke kecepatanrendah dapat dilakukan dengan menurunkan tegangan dan membiarkan -Motor menjadi perlahan dengan sendirinya .

Cara ini lambat dan dalam aplikasinya mungkin kurang memenuhi syarat ( seperti pada pengontrolan 1 kwadran).


Untuk mempercepat pengaturan dapat dilakukan antara lain dengan :- Pengereman dinamis menggunakan resistor eksternal .- Pengeraman regeneratif yaitu dengan membuat agar converter beroperasi

sebagai inverter , mengumpan balikan daya ke saluran 3 phase .Cara ini lebih disukai karena energi kinetik tidak hilang dan pula keluaran generator dapat di kontrol dengan lebih baik untuk memperoleh laju perubahan kecepatan seperti yang dikehendaki.

converter

-Eo

Ed

Id

If

3 ++

-Eo

Ed

Id

If

3 ++

--

converter

-

EoEd

If

3 ++

-Eo

EdIf

3

++

- -


Agar supaya converter berlaku sebagai inverter , polaritas Ed harus dibalik .Hal ini berarti polaritas E 0 harus dibalik. Selanjutnya Ed harus diatur agar sedikitlebih kecil dari E 0 untuk mendapatkan arus pengereman yang dikendaki.Polaritas Ed dapat diubah dalam sesaat dengan memperlambat pulsa 2 gate sebesarlebih dari 90 0.Untuk mengubah polaritas E 0 dapat dilakukan dengan membalik medan ataupun jangkar .( Perlu peralatan tambahan ).Pembalikan juga memerlukan waktu .Setelah phase generator selesai , kita harus membalik kan lagi medan ataupun jangkarsehingga mesin bekerja sebagai motor kembali .


Langkah 2 pada pembalikan medan.Step 1: Perlambat pulsa 2 gate mendekati 180 0 sehingga Ed menjadi cukup besar dan negatif . Setelah beberapa milisecond , arus Id menjadi nol.Step 2: Balikan arus medan secepat mungkin sedemikian agar polaritas E 0

membalik. Total waktu pembalikan dapat mencapai 1 - 2 detik , disebabkan induktansi medan shunt yang besar . Arus jangkar selama interval ini tetap nol .

Step 3 : Kurangi sehingga Ed menjadi sedikit lebih kecil dari E 0 agar mengalirarus jangkar . Motor sekarang bekerja sebagai generator , memberikan daya balik ke jala 2 . Kecepatan motor berkurang secara cepat menuju setting yang lebih rendah.


Setelah kecepatan yang lebih rendah dicapai , kita harus segera mengatur lagi agarmesin DC bekerja sebagai motor .

Step 4 : Perlambat pulsa 2 gate mendekati 180 0 sehinggga Ed menjadi cukup besardan negatif . Setelah beberapa milisecond , arus Id menjadi nol lagi.

Step 5 : Balikan arus medan secepat mungkin sedemikian agar E 0 positif .Total waktu pembalikan juga dapat mencapai 1 - 2 detik . Selama intervalini arus jangkar nol .

Step 6 : Kurangi sehingga Ed menjadi positif dan sedikit lebih besar dari E 0 agararus jangkar mengalir . Sekarang mesin berlaku sebagai motor dan converter kembali sebagai rectifier.


Ad 2. Menggunakan pembalikan jangkar :

Dalam beberapa pemakaian di industri , delay waktu yang lama seperti pada pembalikan medan tidak dapat diterima maka digunakan cara pembalikan jangkar . Hal ini memerlukan switch pembalik berkecepatan tinggi dan mampu

untuk arus besar . Sistem pengontrolan diatur agar switching terjadi hanya jika arus jangkar nol ( untuk mengurangi ke ausan dan terjadinya bunga api ).Karena induktansi jangkar yang rendah , maka jangkar dapat dibalik dalam waktu kira 2 150 ms .Untuk mengurangi kecepatan motor , langkah 2 nya seperti pada pembalikan medan ( hanya saja yang dibalik bukan medan melainkan jangkar ).

3 +-3 +

-Eo If

converter

Ed


Ad 3. Menggunakan 2 konverter .Jika pengontrolan kecepatan perlu lebih cepat lagi , dapat digunakan 2 konverter identik yang dihubungkan secara paralel terbalik .Kedua konveter dihubungkan pada jangkar tetapi pada satu saat hanya 1 yangbekerja , baik sebagai rectifier ataupun inverter.Konverter yang sedang “ stand by “ siap mengambil alih bilamana daya ke jangkarperlu dibalik . Jadi tidak perlu membalik jangkar ataupun medan .

If

Id

+

-E0

L

Trafo3

Converter 1 Converter 2

1 2


Waktu yang ditentukan untuk pindah dari satu converter ke yang lain sekitar 10 ms.Mengingat satu converter selalu siap mengambil alih terhadap yag lain , makategangan2 nya hampir mendekati tegangan jangkar baik nilai nya maupun polaritasnya.

Ed1

105 V

E0

100 V

Ed2

105 V

+ +Ra

If

L

Id1 Id1

Id2


1

2Converter 1 yang

sedang bekerja

Untuk mengurangi kecepatan , pulsa 2

gate 1 di delay dan segera setelah arus jangkar menjadi nol ,

rangkaian pengontrol tidak memberikan pulsa 2

ke konverter 1 dan bersamaan dengan itu memberikan pulsa

ke konverter 2 .


Converter 1 menjadi tidak aktif dan delay sdt 2 dikurangi sehinggga Ed2 menjadilebih kecil sedikit dari E0 . Dan arus reserve Id2 dapat mengalir . Arus ini membaliktorque dan kecepatan motor berkurang dengan cepat

Ed1

95 V

+ +Ra

If

L

Id2

Id2


1

2Converter 2 yangsedang bekerjaE0

100V

Ed2

95V


Selama perlambatan , 2 diubah secara otomatis sehingga Ed2 mengikuti kecepatan berkurangnya tegangan E0.Dalam beberapa hal 2 diatur untuk menjaga agar arus pengereman konstant . Selama periode ini , rangkaian pengontrol terus menghasilkan pulsa2 untuk konverter 1 dan sudut delay 1 mengawasi ( traching ) 2 sehingga Ed1 akan sama dengan Ed2.

Ad 4. Menggunakan 2 konverter dengan arus sirkulasi Digunakan bila diperlukan pengontrolan kecepatan dan torque yang presisi hingga ke kecepatan nol Berarti tegangan converter suatu saat mungkin mendekati nol arus konverter bisa tidak kontinu sehinggga pada kecepatan rendah , kecepatan serta torque bisa tidak teratur . Untuk mengatasi ini digunakan 2 konverter yang bekerja secara simultan..


Jika satu converter berfungsi sebagai rectifier , maka yang lain berfungsi sebagai inverter , dan sebaliknya .Dengan bekerjanya 2 konverter secara kontinue , maka tidak ada delay sama sekali dalam switching dari yang satu ke yang lain .

Ed2

3

L

Ra

Id2

Ed2

IfE0

+

L2

L1

Ed1

Id1

I = Id1 - Id2

1

2

3 7

8

9

A B C

P1

Q1

P2Q2

+

-Converter 1 Converter 2


Contoh untuk gambar diatas :Dik ; Motor DC mempunyai tegangan jangkar 450 V sambil menarik arus 1500 A.

Converter 1 memberikan arus Id1 = 1800 Aconverter 2 menyerap arus Id2 = 300 ATegangan AC untuk masing2 converter 360 V .

Hitung : a) Daya dc pada converter 1 dan 2b) Daya yang diambil dari jala2 3 .c) Sudut triggering 1 dan 2 .d) Daya reaktif yang diambil dari jala2 3


Electronics Power ConverterElectronics Power Converter

~

~

-

-

~ -

- - - ~ ~ -

~ ~ ~ - - ~

Direct

Direct

Menggunakan “link AC”

Menggunakan “link DC”

DC Converter

AC Converter

ConverterDC Converter

AC Converter Rectification

Inversion

Converter : Peralatan yang menghubungkan jaringan DC ke jaringan AC dan sebaliknya.


AC Converter

AC Converter mengubah tegangan AC menjadi tegangan AC kembali dengan level tegangan dan/atau frekuensi yang berbeda

AC converter

Direct ~ ~- Phase control- Cyclo Converter

Indirect ~ - - ~


HAL 293

C1

R2

R1

R3

D2

D3

ARMATURE

SCRFIELD


Hal 331

10 K

0,1 F

TRIAC

T1

100 K

100 K

24 V1 W

2V6027


elektronika daya

Documents

terjadi forward break

basic concept of scr

motor controlfauzan

cara mengurangi arus

cara memindahkan arus

energi cahaya cahaya

eksternal untuk komutasi

fauzan a mahanani