bab iv sistem konversi energi listrik ac ke dc pada sto slipi

BAB IV
SISTEM KONVERSI ENERGI LISTRIK AC KE DC
PADA STO SLIPI
4.1
Umum
Seperti yang telah dibahas pada bab III, energi listrik dapat diubah – ubah
jenis arusnya. Dari AC menjadi DC atau sebaliknya. Pengkonversian energi listrik
itu dapat terjadi apabila energi listrik melewati atau masuk ke rectifier atau
inverter. Seperti yang telah dijelaskan di bab III, inverter adalah suatu sistem
yang mengubah sumber catuan yang berarus DC menjadi catuan arus AC
(DC to AC), sedangkan rectifier adalah kebalikan dari inverter yaitu mengubah
sumber catuan yang berarus AC manjadi catuan arus DC (AC to DC).
Rectifier adalah perangkat atau sistem pengubah catuan arus AC menjadi
arus DC. Rectifier yang dipakai di STO slipi adalah inverter merk Siemens yang
mempunyai kapasitas 300 – 500 Ampere dan terdapat 12 unit. Pengubah jenis
arus yang ada di dalam rectifier adalah komponen thyristor atau TRIAC. Thyristor
adalah sebuah saklar semikonduktor yang secara prinsip bekerja seperti dioda.
Thyristor ini mengubah catuan AC menjadi DC.
Gambar 4.1 Rectifier SIEMENS
30
http://digilib.mercubuana.ac.id/
4.2
Prinsip Dasar Rectifier
Gambar 4.2 Skema dasar rectifier
Rangkaian penyearah yang sederhana ini akan mengubah catuan input
tegangan AC menjadi tegangan output DC melalui proses perubahan tegangan
pada trafo input kemudian disearahkan pada rangkaian rectifier yang selanjutnya
akan difilter untuk menghilangkan bagian ripple pada output DC sehingga
dihasilkan tegangan DC yang dikehendaki.
Pada rangkaian di atas merupakan bagan suatu rangkaian penyearah
sederhana tanpa dilengkapi dengan stabilisator. Rangkaian penyearah seperti ini
kurang cocok digunakan untuk mencatu daya pada perangkat telekomunikasi,
terutama untuk beban yang berubah-ubah sepanjang hari. Rangkaian penyearah
seperti di atas biasanya hanya digunakan untuk mengisi baterai starter mobil dan
sebagainya.
4.3
Fungsi Lain Rectifier

Mencatu beban degan tegangan nominal yang stabil pada toleransi +
0,5% sampai dengan 2%. Dengan demikian penyearah harus
dilengkapi dengan rangkaian stabilisator.

Menjamin keamanan tegangan kerja untuk perangkat telekomunikasi
(limit tegangan beban). Mungkin terjadi karena disebabkan oleh suatu
gangguan, unit regulator tidak berfungsi sebagaiman mestinya,
sehingga berakibat tegangan output naik atau turun dari batas
tegangan kerjanya. Bila tegangan naik jauh melebihi batas normal
maka dapat merusak perangkat-perangkat telekomunikasi yang
dicatunya. Demikian bila tegangan output turun jauh dibawah
tegangan normal, maka perangkat-perangkat telekomunikasi tidak
31
http://digilib.mercubuana.ac.id/
dapat bekerja sebagaimana mestinya dan mengakibatkan pelayanan
telekomunikasi terganggu. Setiap perangkat telekomunikasi agar dapat
bekerja dengan baik harus mendapat catuan listrik pada daerah
tegangan tertentu. Daerah tegangan kerja adalah batas-batas tegangan
dimana perangkat telekomunikasi masih dapat bekerja secara normal.

Dilengkapi dengan sistem pengamanan seperti thermo relay, circuit
breaker, sekering yang menjamin keamanan-keamanan bagian dari
komponen rectifier itu sendiri dari arus dan tegangan yang lebih besar.

Dilengkapi dengan fasilitas pengaturan tegangan manual apabila
fungsi otomatis tidak bekerja.

Mampu menyediakan arus beban yang dibutuhkan.

Mempunyai fasilitas untuk melayani kebutuhan pengisian baterai
dengan berbagai macam tegangan.

Dilengkapi dengan pengontrol fasa tegangan. Apabila sistem
mengalami gagal fasa, maka sistem kontrol tersebut akan secara
otomatis mematikan rectifier dan mengalihkan catuan tegangan DC
dari baterai sampai rectifier dapat bekerja normal kembali.

Dilengkapi dengan unit pembatas arus. Apabila arus yang mengalir
melebihi kemampuan rectifier, maka unit ini akan menurunkan
tegangan output secara otomatis. Dengan demikian arus pengisian
baterai akan dikurangi untuk memenuhi catuan beban. Sehingga
kenaikan arus yang melebihi kemampuan rectifier dapat dihindari.

Dilengkapi dengan sistem sinyal, baik itu sinyal lampu ataupun sinyal
alarm yang dapat memberitahu operator tentang kinerja rectifier saat
itu.
32
http://digilib.mercubuana.ac.id/
4.4
Rectifier yang Dilengkapi Regulator
Gambar 4.3 Skema Dasar Rectifier yang dilengkapi Regulator
Fungsi unit dan prinsip kerja sebagai berikut :
 Transformator
Berfungsi mengubah tegangan input arus bolak-balik menjadi tegangan arus
bolak-balik yang sesuai dengan kebutuhan.
 Regulator
Berfungsi sebagai unit pengatur kestabilan tegangan output trafo.
 Rangkaian Penyearah
Berfungsi mengubah tegangan arus AC menjadi tegangan arus DC sesuai
dengan karakteristik beban.
 Rangkaian Filter
Berfungsi untuk mengurangi tegangan rippel agar mendapat tegangan DC yang
benar-benar rata.
 Detektor
Berfungsi untuk mendeteksi tegangan atau arus output rectifier apabila terjadi
gangguan.
33
http://digilib.mercubuana.ac.id/
 Komparator
Berfungsi untuk membandingkan sinyal dari detektor dengan sinyal dari
tegangan / arus referensi.
 Tegangan / Arus Referensi
Berfungsi memberi tegangan / arus referensi yang diinginkan ke rangkaian
komparator untuk selanjutnya diteruskan ke rangkaian regulator yang
selanjutnya untuk mengatur kestabilan tegangan output rectifier.
4.5
Komponen Rectifier
4.5.1
Trafo
Salah satu komponen utama dari rectifier adalah transformator atau trafo
yaitu suatu komponen yang berfungsi untuk mengirim daya listrik dari gulungan
primer ke gulungan sekunder. Trafo yang baik adalah trafo yng memiliki rugi-rugi
daya seminimal mungkin.
Trafo bekerja berdasarkan prinsip induksi timbal balik. Bila suatu catuan
AC atau DC berpulsa yang dicatukan pada gulungan primer trafo, maka pada
gulungan sekundernya akan timbul suatu tegangan induksi yang besarnya
tergantung dari perbandingan lilitan primer dengan lilitan sekundernya dan
frekuensinya tidak berubah.
Jenis-jenis Trafo, yaitu :

Trafo Penaik Tegangan (Step Up Transformator)
Trafo Penaik Tegangan berfungsi untuk menaikkan tegangan sehingga
dihasilkan suatu tegangan yang lebih tinggi. Pada trafo ini lilitan sekundernya
(Ns) lebih banyak dibandingkan dengan lilitan primernya (Np). (gambar 4.4)
Ep
Es
Np
Ns
Gambar 4.4 Simbol Trafo Step Up
34
http://digilib.mercubuana.ac.id/

Trafo Penurun Tegangan (Step Down Transformator)
Trafo jenis ini berfungsi untuk menurunkan tegangan sehingga dihasilkan
tegangan output pada trafo yang lebih kecil dari tegangan input-nya. Hal ini dapat
terjadi karena lilitan primernya (Np) lebih banyak dari lilitan sekundernya (Ns)
(gambar 4.5). Disamping untuk menurunkan tegangan, trafo ini juga digunakan
untuk sensor arus yang banyak digunakan pada aplikasi ampere meter tegangan
AC.
Ep
Es
Ns
Np
Gambar 4.5 Simbol Trafo Step Down

Auto Transformator
Trafo jenis ini hanya memiliki satu buah lilitan saja dimana lilitan primer
dan sekunder-nya disatukan menjadi satu buah lilitan saja. Dalam penggunaannya
ada yang step down dan ada yang step up trafo (Gambar 4.6).
Es
Ep
Ep
Step Up Auto Trafo
Es
Step Down Auto Trafo
Gambar 4.6 Simbol Auto Trafo Step Up dan Step Down
35
http://digilib.mercubuana.ac.id/
4.5.2
Thyristor / TRIAC
Salah satu komponen pada rectifier adalah thyristor atau TRIAC. TRIAC
merupakan singkatan dari TRIode Alternating Current, yang artinya saklar triode
untuk arus bolak-balik. TRAC adalah pengembangan dari pendahulunya yaitu
DIAC dan SCR. Ketiganya merupakan sub-jenis dari Thyristor, piranti berbahan
silikon yang umum digunakan sebagai saklar elektronik, disamping transistor dan
FET. Perbedaan diantara ketiganya adalah dalam penggabungan arus listrik yang
melaluinya.
Gambar 4.7 Simbol TRIAC
TRIAC sebenarnya adalah gabungan dua buah SCR (Silicon Controlled
Rectifier) atau Thyristor yang dirancang anti paralel dengan 1 (satu) buah
elektroda gerbang (gate electrode) yang menyatu. SCR merupakan piranti zat
padat (solid state) yang berfungsi sebagai sakelar daya berkecepatan tinggi.
Untuk karakteristik TRIAC atau thyristor sendiri adalah sebagai berikut :

Karakteristik TRIAC
TRIAC memiliki karakteristik switching seperti pada SCR, kecuali bahwa
TRIAC dapat berkonduksi dalam berbagai arah. TRIAC dapat digunakan untuk
mengontrol aliran arus dalam rangkaian AC. Elemen seperti penyearah dalam
kedua arah menunjukkan kemungkinan dua aliran arus secara terminal utama M1
dan M2. Pengaturan dilakukan dengan menerapkan sinyal antara gate (gerbang)
dan M1.
Karena dapat bersifat konduktif dalam dua arah, biasanya TRIAC
digunakan untuk mengendalikan fasa arus AC (contohnya kontroler tegangan
AC). Selain itu, karena TRIAC merupakan devais bidirectional, terminalnya tidak
dapat ditentukan sebagai anode atau katode. Jika terminal MT2 positif terhadap
36
http://digilib.mercubuana.ac.id/
terminal MT1, TRIAC dapat dimatikan dengan memberikan sinyal gerbang positif
antara gerbang G dan terminal MT1. Tidak perlu untuk memiliki kedua sinyal
gerbang positif dan negatif karena TRIAC akan dapat menghidupkan baik dengan
sinyal positif atau negatif.
Gambar 4.8 karakteristik TRIAC
Dalam prakteknya sensitifitas berfariasi antara satu kuaadran dengan
kuadran lain, dan TRIAC biasanya beroperasi di kuadran I+ (tegangan dan arus
gerbang positif) atau kuadran III- (tegangan dan arus gerbang negatif). Konduksi
atau hantaran diantara katoda dan anodanya ditahan dalam arah maju maupun
mundur. Gerbang tidak dikendalikan sepanjang karakteristik mundur, namun
dapat dipergunakan sebagai sakelar hantaran dalam arah maju. Bila diberi sinyal
kecil antara gerbang dan katoda, thyristor akan aktif, sehingga arus maju yang
besar dapat mengalir dengan hanya memberikan tegangan kecil saja pada piranti
ini. Sekali aktif, thyristor hanya dapat dimatikan dengan menurunkan arus yang
melaluinya sampai kurang nilai arus yang disebut holding current (arus
genggam). Arus genggam merupakan arus minimum yang dinyatakan untuk
memastikan penerusan hantaran, dan ini biasanya dinyatakan dalam persen
terhadap arus maju maksimum.
Thyristor dapat disambungkan dalam kondisi hantaran maju dengan dua
cara, yaitu dengan melampaui tagangan putus maju (forward break-over voltage)
37
http://digilib.mercubuana.ac.id/
TRIAC, atau dengan memberikan suatu bentuk gelombang yang nilainya naik
dengan cepat diantara anoda dan katodanya, pada khususnya lebih dari 50 V/µs.
namun biasanya yang dipakai untuk mengendalikan titik pengaktifan adalah sinyal
gerbang.
Thyristor memiliki struktur yang tersusun atas empat lapisan silikon P-N /
N-P. Simbolnya merupakan simbol penyearah dengan terminal tambahan yang
disebut gerbang (gate). Gerbang inilah yang mengizinkan pengendalian atas aksi
penyearah. Piranti ini dapat dibuat agar bertindak sebagai rangkaian terbuka
(penahan maju) atau dapat dipicu sehingga memiliki kondisi hantaran maju
resistansi rendah dengan memberikan pulsa singkat yang memiliki daya relatif
rendah/kecil pada terminal gerbang. Dengan memberikan thyristor secara diagonal
akan terlihat bahwa struktur transistor P-N terdapat diantara anoda dan gerbang
transistor N-P dalam daerah gerbang katoda.
4.5.3
Auto Voltage Regulator
Auto Voltage Regulator yang terpasang pada rectifier merupakan suatu
rangkaian yang terdiri dari komponen elektronik yang berfungsi untuk
memberikan trigger positif pada gate thyristor sehingga pengaturan arus maupun
tegangan output suatu rectifier dapat dilakukan sedemikian rupa sehingga
pengendalian arus pengisian ke baterai dapat disesuaikan dengan arus kapasitas
baterai yang terpasang.
Rangkaian AVR ini sendiri sangat peka terhadap kenaikan tegangan yang
terjadi pada rangkaian input.
Gambar 4.9 Auto Voltage Regulator
38
http://digilib.mercubuana.ac.id/
4.6
Mode Operasi Rectifier
4.6.1
Floating Charge
Floating charge adalah jenis pengisian dari rectifier ke baterai untuk
menjaga baterai dalam keadaan penuh dan baterai tidak mengeluarkan maupun
menerima arus listrik saat mencapai tegangan floating dan baterai tetap
tersambung ke rectifier dan beban. Tegangan floating rectifier 56 Vdc
(2,23v/cell).
4.6.2
Equalizing Charge
Equalizing charge adalah jenis pengisian baterai untuk menyamakan atau
meratakan tegangan yang terjadi karena baterai lama tidak digunakan atau setelah
baterai digunakan untuk mencatu beban. Tegangan equalizing rectifier 58,5 Vdc
(2,33v/cell).
4.6.3
Boosting Charge
Boosting charge adalah jenis pengisian baterai dengan cara cepat yang
digunakan untuk mengisi baterai baru atau baterai mengalami pengosongan yang
besar akibat mencatu beban dalam kurun waktu yang lama. Tegangan boosting
rectifier 67,5 Vdc (2,7v/cell).
4.7
Pengoprasian Rectifier
Rectifier dioperasikan untuk memberikan catuan DC ke beban dan juga
untuk melakukan pengisian pada baterai. Untuk mempermudah pengoperasiannya
hampir setiap rectifier dilengkapi dengan indicator, display tombol, alarm, saklar,
dan MCB. Berikut ini adalah tahapan untuk mengoprasikan rectifier :
1. Ukur tegangan input pada SDP / MCB input rectifier.
2. Pastikan baterai telah terhubung dengan MCB.
3. On-kan MCB 3 phasa dalam rack rectifier.
4. Operasikan rectifier dengan menaikkan MCB setiap rectifier pada terminal
MCB.
5. Pastikan lampu indicator (LED) pada semua rectifier menyala, power
indikator : ON, proteksi indikator : OFF, dan fault indikator : OFF.
39
http://digilib.mercubuana.ac.id/
6. Tunggu beberapa saat, tampilan pada PCU akan menyala dan tegangan
menunjuk 53,5 Vdc (floating).
7. Pada saat LVD (Low Voltage Disconect) kontaktor bekerja, maka baterai
parallel akan mencatu beban.
8. Rectifier beroperasi secara normal.
4.8
Sistem Pemeliharaan Rectifier
Pemeliharaan yang dilakukan terhadap rectifier ini berupa pemeliharaan
preventif dan korektif dengan maksud dan tujuan adalah untuk tetap menjaga dan
mempertahankan usia operasi semaksimal mungkin. Pemeliharaan yang dilakukan
adalah :

Pemeliharaan dan Pemeriksaan Harian

Pemeliharaan dan Pemeriksaan Bulanan

Pemeliharaan dan Pemeriksaan Tahunan
1. Pemeliharaan dan Pemeriksaan Harian
a. Cek tegangan output rectifier :
1) Floating (51,5 Vdc s/d 56 Vdc).
2) Equalizing (56 Vdc s/d 59 Vdc).
3) Boosting (59 Vdc s/d 68 Vdc).
b. Periksa fan rectifier saat rectifier bekerja.
c. Ukur dan catat temperatur serta kelembaban ruangan.
d. Bersihkan rectifier dan ruangan.
2. Pemeliharaan dan Pemeriksaan Bulanan
a. Sama seperti pelaksanaan harian.
b. Uji alarm gangguan input/modul rectifier dengan cara menjatuhkan
MCB input atau MCB modul rectifier.
c. Lepaskan modul rectifier dari subrack dan bersihkan debu dengan
vacuum cleaner.
d. Laksanakan proses equalizing sesuai prosedur dan catat tegangan serta
arus equalizing masing-masing modul.
40
http://digilib.mercubuana.ac.id/
3. Pemeliharaan dan Pemeriksaan Tahunan
a. Sama seperti pelaksanaan bulanan
b. Gunakan software untuk menentukan karakteristik operasi rectifier.
41
http://digilib.mercubuana.ac.id/