percobaan iii pengaturan tegangan bolak

Pengatur Tegangan Bolak-Balik Satu Fasa
PERCOBAAN III
PENGATURAN TEGANGAN BOLAK-BALIK
SATU FASA
3.1 Tujuan
1.
Mempelajari cara kerja rangkaian pengatur tegangan bolak balik satu fasa.
2.
Mempelajari karateristik pengaturan dari rangkaian pengatur tegangan
bolak balik satu fasa beban R, R-L, dan L
3.
Mempelajari bentuk gelombang keluaran tegangan dan arus terhadap
waktu dari rangkaian pengatur tegangan bolak balik satu fasa beban R, RL, dan L.
3.2 Dasar Teori
Pengatur tegangan bolak-balik satu fasa adalah konverter AC ke AC yang
dapat digunakan untuk mengatur daya output pada beban, dengan menggunakan
komponen switching yang berupa komponen elektronika daya seperti thyristor atau
triac.
IT
T1
Id
T2
Uin
Ud
Load
Gambar 3.1 Rangkaian pengatur tegangan bolak-balik satu fasa
Rangkaian pengatur tegangan satu fasa diatas dapat mengalirkan arus secara
bolak-balik atau dua arah karena thyristor (SCR) dihubungkan secara anti-paralel. Pada
saat siklus fasa positif, maka T1 dibias maju dan ON (konduksi) dan jika ditrigger pada
sudut tertentu (antara 0o s/d 180o bila beban R). Karena sumbernya adalah tegangan
bolak-balik, maka arus pada rangkaian suatu saat akan bernilai nol dan T1 akan OFF.
Saat siklus fasa negatif, maka T2 dibias maju dan ON (konduksi) dan jika
ditrigger pada sudut tertentu (antara 180o s/d 360o bila beban R). Karena sumbernya
adalah tegangan bolak-balik, maka arus pada rangkaian suatu saat akan bernilai nol dan
PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DAYA
40
Pengatur Tegangan Bolak-Balik Satu Fasa
T2 akan OFF. Dengan mengatur sudut penyalaan, maka nilai tegangan keluaran dapat
diatur sesuai kebutuhan.
BEBAN R.
Jika rangkaian pada gambar 3.1 dibebani dengan beban R , maka akan
dihasilkan bentuk gelombang keluaran seperti pada gambar 3.2 di bawah.
Gambar 3.2. Gambar rangkaian dan bentuk gelombang keluaran rangkaian pengatur
tegangan bolak-balik satu fasa dengan beban R.
Untuk beban R, gelombang arus dan tegangan akan sefasa. Saat tegangan
sumber bernilai nol, maka arus akan bernilai nol juga dan saat itulah (ωt=π atau 180o)
thyristor akan OFF. Nilai tegangan keluaran (Vrms) dari pengatur tegangan satu fasa
dengan beban R adalah:
PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DAYA
41
Pengatur Tegangan Bolak-Balik Satu Fasa
------------ (3,1)
----------- (3.2)
BEBAN R dan L
Untuk beban R dan L karena adanya induktansi gelombang arus akan
tertinggal terhadap gelombang tegangan. Saat tegangan nol pada ωt=π, arus tidak akan
nol karena ketertinggalannya terhadap tegangan, dan thryristor tetap konduksi.
Thyristor akan OFF pada saat nilai arus sudah nol pada saat ωt=β. Bentuk gelombang
keluaran dari pengatur tegangan satu fasa beban R dan L adalah sebagai berikut
Gambar 3.3. Gambar rangkaian dan bentuk gelombang keluaran rangkaian pengatur
tegangan bolak-balik satu fasa dengan beban R-L
PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DAYA
42
Pengatur Tegangan Bolak-Balik Satu Fasa
---------------------------------- (3.3)
Nilai arus keluaran (Irms) dari pengatur tegangan satu fasa dengan beban R dan L adalah:
Io rms 
1


 Io

2
(t ) d (t ) ----------------------------------------------(3.4)
Dimana:
Io (t ) 
Vm
[sin( t   )  sin(    )e (t  ) /  ]
Z
Z  R 2  (L) 2
 L 

 R 
  tan 1 
L
R
Vm = √2 Vsek.T
Vsek.T=Vrms

Sehingga didapat rumus :
1
𝛽 𝑉𝑚
Iorms = √ ∫𝛼 (
𝜋
𝑍
𝜔𝑡
sin(𝜔𝑡 − 𝜃) − 𝐴𝑒 −𝜔𝜏 )2 𝑑𝜔𝑡 dengan A=
𝑉𝑚
𝑍
𝛼
sin(𝛼 − 𝜃)𝑒 𝜔𝜏 .... (3.4.1)
Atau
1
𝛽 𝑉𝑚
Iorms = √ ∫𝛼 (
𝜋
𝑍
sin(𝜔𝑡 − 𝜃) −
𝑉𝑚
𝑍
sin(𝛼 − 𝜃) 𝑒
−(𝜔𝑡−𝛼)
𝜔𝜏
)2 𝑑𝜔𝑡 .... (3.4.2)
Untuk mencari nilai sudut pemadaman (β), maka nilai Irms harus nol pada saat diberi
suatu nilai ωt melalui cara numerik dengan persamaan seperti dibawah ini.
Vm
Io (  ) 
[sin(    )  sin(    )e (t  ) /  ]  0 ------------------ (3.5)
Z
BEBAN L
Untuk beban L ini mirip dengan beban R dan L, bedanya hanya pada beban L
ketertinggalan arus terhadap tegangan adalah 90o (idealnya, namun tidak ada induktif
murni). Dengan nilai ketertinggalan tersebut jelas bahwa arus akan nol saat ωt=β=π/2,
namun karena tidak ada induktor murni maka pada praktiknya nilai β akan dibawah π/2
PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DAYA
43
Pengatur Tegangan Bolak-Balik Satu Fasa
sedikit. Nilai arus keluaran (Irms) dari pengatur tegangan satu fasa dengan beban L
adalah :
1

Io
 
Io rms 
2
(t ) d (t ) ----------------------------------------------(3.6)
Dimana
Io (t ) 
Vm


[sin( t  )  sin(   )]
L
2
2
Sehingga didapat rumus:
1
𝛽
𝑉𝑚
𝜋
𝜋
Io rms = √ ∫𝛼 (( )[𝑆𝑖𝑛 (𝜔𝑡 − ) − 𝑆𝑖𝑛 (𝛼 − )])2 𝑑𝜔𝑡 .........(3.6.1)
𝜋
𝜔𝐿
2
2
Untuk mencari nilai sudut pemadaman (β), maka nilai Irms harus nol pada saat diberi
suatu nilai ωt melalui cara numerik dengan persamaan seperti dibawah ini.
𝐼𝑜 (𝛽) =
𝑉𝑚
𝜋
𝜋
[sin (𝜔𝑡 − 2 ) − sin(𝛼 − 2 )] = 0 ------------------------ (3.7)
𝜔𝐿
KARAKTERISTIK PENGATURAN
Karakteristik pengaturan dari rangkaian pengatur tegangan bolak-balik satu
fasa dinyatakan hubungan antara Vo rms/ Vo rms 0 dengan sudut penyalaan. Persamaan
karakteristik pengatur tegangan bolak-balik satu fasa adalah sebagai berikut:
V rms
I rms
P rms
1




(    sin(   ) ------------------ (3.7)
V rms 0 I rms 0 P rms 0

2
Berikut adalah grafik karakter pengatur tegangan bolak-balik satu fasa:
PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DAYA
44
Pengatur Tegangan Bolak-Balik Satu Fasa
Gambar 3.4. Grafik karakteristik pengatur tegangan bolak-balik
satu fasa beban resistif dan induktif
PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DAYA
45
Pengatur Tegangan Bolak-Balik Satu Fasa
3.3 Peralatan yang digunakan
No.
Nama alat
1. Trafo 3 fasa
2. Fuse 1A
3.
SCR
Jumlah
1
1
2
4. Beban Tahanan dan Induktif
1
5. DC Power Supply,+/- 15 V, 3 A
1
6.
Set Point Potentiometer
1
7. Control unit 2 pulse
1
8. Tahanan shunt
1
9. Isolation Amplifier
1
10. Multimeter Digital
1
10. Probe
Sesuai kebutuhan
11. Jumper
Sesuai kebutuhan
12. Oscilloscope
1
13. RMS Meter
2
3.4 Diagram Rangkaian
Gambar 3.5. Rangkaian percobaan pengatur tegangan satu fasa
PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DAYA
46
Pengatur Tegangan Bolak-Balik Satu Fasa
3.5 Prosedur Percobaan
1.
2.
3.
4.
5.
Rangkailah peralatan sesuai dengan rangkaian percobaan seperti pada
gambar 3.5.
Tunjukkan pada asisten apakah peralatan yang telah dirangkai sudah benar.
Bila sudah benar, maka percobaan dimulai dengan menghubungkan
rangkaian dengan beban R= ... Ω (hitung dengan ohm meter untuk
mendapatkan nilai R yang lebih teliti).
Tutuplah saklar pengontrol SCR dan kemudian saklar daya dengan
keluaran sekunder trafo ... volt.
Set sudut penyalaan dengan nilai yang tertera pada tabel 3.1. dan
masukkan nilai dari parameter yang ditanyakan pada tabel 3.1.
Catatan : Untuk memudahkan penentuan nilai sudut penyalaan, maka dilakukan
pentransformasian dengan tegangan referensi dari set point potentiometer ( VREF yang
bernilai 0-10 volt). Dengan persamaan sebagai berikut:
VREF 
180  
10
180
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
----------------------------------------------- (3.6)
Save gelombang keluaran arus dan tegangan beban pada oscilloscope pada
sudut penyalaan tertentu, dan catat semua pengaturan (settingan) yang
berkaitan dengan oscilloscope dan isolation amplifier.
Setelah tabel 3.1 selesai, matikan saklar pengontrol SCR dan saklar daya.
Gantilah beban dengan beban L= ... mH.
Lakukan langkah ke-4.
Lakukan langkah ke-5 dengan tabel 3.2 (bukan tabel 3.1).
Lakukan langkah ke-6.
Lakukan langkah ke-7.
Gantilah beban dengan beban R= ... Ω seri dengan L= ... mH.
Lakukan langkah ke-4
Lakukan langkah ke-5 dengan tabel 3.3 (bukan tabel 3.1).
Lakukan langkah ke-6.
Lakukan langkah ke-7.
Tanyakan kepada asisten tentang langkah selanjutnya.
PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DAYA
47
Pengatur Tegangan Bolak-Balik Satu Fasa
3.6 Data Hasil Percobaan (Vsek.T = ... V)
Tabel 3.1 Data hasil percobaan pada beban R=.............. Ω
Parameter
Terukur
Sudut Penyalaan
0°
30°
45°
60°
90°
120°
135°
150°
180°
Vo rms (V)
ITrms (A)
ITAV (A)
Io rms(A)
Tabel 3.2 Data hasil percobaan pada beban Induktif murni, L= ... mH
Parameter
Terukur
Sudut Penyalaan
84°
90°
105°
120°
135°
150°
180°
Vo rms (V)
ITrms (A)
ITAV (A)
Io rms(A)
Tabel 3.3 Data hasil percobaan pada beban campuran, R=.............. Ω. seri dengan L= ...
mH
Parameter
Terukur
Sudut Penyalaan
25,24°
30°
45°
60°
90°
120°
135°
150°
180°
Vo rms (V)
ITrms (A)
ITAV (A)
Io rms(A)
PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DAYA
48
Pengatur Tegangan Bolak-Balik Satu Fasa
3.7 Analisa Data dan Pembahasan
1. Hitunglah nilai Vo rms dengan beban R secara teori dengan persamaan 3.2 dan
masukkan nilainya pada tabel 3.4.
2. Hitung nilai Vo
tabel 3.4
rms/Vo rms 0
secara teori maupun praktik dan masukkan pada
Tabel 3.4 Perhitungan secara teori maupun praktek pada beban R
Sudut Penyalaan
0°
30°
45°
60°
90°
120°
135°
150°
180°
Vorms
Praktek
Vorms/Vorms
0
Vorms
Teori
Vorms/Vorms
0
3. Buat grafik perbandingan Vo rms/Vo rms 0 sebagai fungsi sudut penyalaan α
(‫ )ﹾ‬pada beban R baik secara teori mapun praktik. Berikan kesimpulan.
4. Hitunglah nilai Io rms dengan beban R dan L secara teori dengan persamaan
3.4.1 atau 3.4.2 dan masukkan nilainya pada tabel 3.5
5. Hitung nilai Io rms/Io rms
masukkan pada tabel 3.5
0
(≈25,24°) secara teori maupun praktik dan
Tabel 3.5 Perhitungan secara teori maupun praktek pada beban R = ......... Ω
yang diseri dengan L = ..... mH
Sudut Penyalaan
25,2°
30°
45°
60°
90°
120°
135°
150°
180°
Iorms
Praktek
Teori
Iorms
Iorms0
Iorms
Iorms
Iorms0
PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DAYA
49
Pengatur Tegangan Bolak-Balik Satu Fasa
6. Buat grafik perbandingan Io rms/Io rms 0 sebagai fungsi sudut penyalaan α (‫)ﹾ‬
pada beban R dan L baik secara teori mapun praktik. Berikan kesimpulan.
7. Hitunglah nilai Io rms dengan beban L secara teori dengan persamaan 3.6.1 dan
masukkan nilainya pada tabel 3.6.
8. Hitung nilai Io
pada tabel 3.6
rms/Io rms 0 (≈84°)
secara teori maupun praktik dan masukkan
Tabel 3.6 Perhitungan teori maupun praktik pada beban L = …. mH
Sudut Penyalaan
84°
90°
105°
120°
135°
150°
180°
Iorms
Praktek
Teori
Iorms
Iorms0
Iorms
Iorms
Iorms0
9. Buat grafik perbandingan Io rms/Io rms 0 sebagai fungsi sudut penyalaan α (‫)ﹾ‬
pada beban L baik secara teori mapun praktik. Berikan kesimpulan.
Powered by ELDA 2016
PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DAYA
50
Pengatur Tegangan Bolak-Balik Satu Fasa
PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DAYA
51
Pengatur Tegangan Bolak-Balik Satu Fasa
3.8 Kesimpulan dan Perhitungan Percobaan.
PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DAYA
52
Pengatur Tegangan Bolak-Balik Satu Fasa
PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DAYA
53
Pengatur Tegangan Bolak-Balik Satu Fasa
GAMBAR GELOMBANG TEGANGAN DAN ARUS
KELUARAN BEBAN R
CH 1 (
):
CH 2 (
):
Skala Isolation Amplifier
:
Skala Isolation Amplifier
:
Attenuator Oscilloscope
:
Attenuator Oscilloscope
:
Attenuator Probe
:
Attenuator Probe
:
............./div
:
............./div
:
Time/div
:
Time/div
:
Nilai RMS
:
Nilai RMS
:
Nilai Average
:
Nilai Average
:
Nilai Pada Oscilloscope .......... kali sebenarnya
PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DAYA
Nilai Pada Oscilloscope .......... kali sebenarnya
54
Pengatur Tegangan Bolak-Balik Satu Fasa
GAMBAR GELOMBANG TEGANGAN DAN ARUS
KELUARAN BEBAN R-L
CH 1 (
):
CH 2 (
):
Skala Isolation Amplifier
:
Skala Isolation Amplifier
:
Attenuator Oscilloscope
:
Attenuator Oscilloscope
:
Attenuator Probe
:
Attenuator Probe
:
............./div
:
............./div
:
Time/div
:
Time/div
:
Nilai RMS
:
Nilai RMS
:
Nilai Average
:
Nilai Average
:
Nilai Pada Oscilloscope .......... kali sebenarnya
PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DAYA
Nilai Pada Oscilloscope .......... kali sebenarnya
55
Pengatur Tegangan Bolak-Balik Satu Fasa
GAMBAR GELOMBANG TEGANGAN DAN ARUS
KELUARAN BEBAN L
CH 1 (
):
CH 2 (
):
Skala Isolation Amplifier
:
Skala Isolation Amplifier
:
Attenuator Oscilloscope
:
Attenuator Oscilloscope
:
Attenuator Probe
:
Attenuator Probe
:
............./div
:
............./div
:
Time/div
:
Time/div
:
Nilai RMS
:
Nilai RMS
:
Nilai Average
:
Nilai Average
:
Nilai Pada Oscilloscope .......... kali sebenarnya
PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DAYA
Nilai Pada Oscilloscope .......... kali sebenarnya
56
Pengatur Tegangan Bolak-Balik Satu Fasa
GRAFIK KARAKTERISTIK PENGATURAN DARI PENGATUR
TEGANGAN BOLAK BALIK SATU FASA BEBAN R
Kesimpulan Karakteristik Pengaturan
PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DAYA
57
Pengatur Tegangan Bolak-Balik Satu Fasa
GRAFIK KARAKTERISTIK PENGATURAN DARI PENGATUR
TEGANGAN BOLAK BALIK SATU FASA BEBAN R-L
Kesimpulan Karakteristik Pengaturan
PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DAYA
58
Pengatur Tegangan Bolak-Balik Satu Fasa
GRAFIK KARAKTERISTIK PENGATURAN DARI PENGATUR
TEGANGAN BOLAK BALIK SATU FASA BEBAN L
Kesimpulan Karakteristik Pengaturan
PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DAYA
59