Penyearah Terkontrol Penuh Satu Fasa

Penyearah Terkontrol Penuh Gelombang Penuh Satu Fasa
PERCOBAAN I
PENYEARAH TERKONTROL PENUH GELOMBANG PENUH
SATU FASA
1.1 Tujuan
1.
Mempelajari karakteristik komponen SCR (Silicon Controlled Rectifier).
2.
Mempelajari prinsip kerja rangkaian penyearah terkontrol penuh
gelombang penuh satu fasa
3.
Mempelajari karakteristik pengaturan rangkaian penyearah terkontrol
penuh gelombang penuh satu fasa untuk beban R dan R-L.
4.
Mempelajari perbandingan karakteristik pengaturan daya reaktif penyearah
terkontrol penuh gelombang penuh satu fasa untuk beban R dan R-L.
5.
Mempelajari bentuk gelombang keluaran arus dan tegangan terhadap
waktu dari rangkaian penyearah terkontrol penuh gelombang penuh satu
fasa untuk beban R dan R-L
1.2 Dasar Teori
Penyearah satu fasa terkontrol penuh adalah suatu konverter AC ke DC yang
menggunakan empat komponen elektronika daya sebagai switching device (dalam
percobaan ini komponen yang digunakan adalah SCR) yang dihubungkan sebagai
rangkaian jembatan. Tegangan output dari rangkaian ini dapat diatur dengan mengatur
sudut penyalaan dari SCR tersebut.
Id
T1
T2
Uin AC
Ud
T3
Load
T4
Gambar 1.1 Rangkaian penyearah terkontrol penuh satu fasa
Pada saat siklus fasa positif, SCR Tl dan T4 mendapat tegangan maju dan ketika
SCR tersebut diberi arus gate positif, maka kedua SCR tersebut akan konduksi, dan arus
positif akan mengalir dari sumber ke beban melalui kedua SCR tersebut. Ketika arus
PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DAYA
1
Penyearah Terkontrol Penuh Gelombang Penuh Satu Fasa
gate dilepaskan, SCR tetap konduksi sampai arus yang melewatinya kurang dari Iholding
(sangat mendekati 0).
Kemudian saat siklus fasa negatif, SCR T2 dan T3 tersebut akan konduksi bila
dipicu oleh arus gate positif. Dua siklus ini terus berulang dan menghasilkan tegangan
DC yang dapat diatur melalui sudut penyalaannya.
BEBAN R.
Bilamana rangkaian pada gambar 1.1 diberi beban R, maka akan dihasilkan
bentuk gelombang seperti gambar 1.2
Gambar 1.2 Gambar rangkaian dan bentuk gelombang penyearah
terkontrol penuh satu fasa beban R
PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DAYA
2
Penyearah Terkontrol Penuh Gelombang Penuh Satu Fasa
Karena rangkaian diberi beban R, maka saat tegangan bernilai nol (saat ωt=π
atau 180o), seketika arus juga akan bernilai nol dan SCR akan OFF. Nilai tegangan
keluaran penyearah satu fasa gelombang penuh ini dapat dicari dengan menggunakan
persamaan dibawah ini:
.................................................................... (1.1)
VoAV 
Vm
(1  cos  )

-------------------------------------------------------(1.2)
Vm = √2 x Vsek.T
Untuk perhitungan Vrms nya berasal dari rumus daya di beban : P = Irms2 x R
karena P = R Io2 maka 𝐼𝑟𝑚𝑠 = √𝐼𝑜2
........................................................(1.3)
Vorms 
Vm
2
1
 sin 2
--------------------------------------------------(1.4)


2
BEBAN R-L
Sedangkan saat rangkaian pada gambar 1.1 diberi beban R-L, maka gelombang
arus akan tertinggal terhadap gelombang tegangannya. Karena ketertinggalan itulah,
saat nilai tegangan nol, maka nilai arusnya belum nol dan SCR akan tetap konduksi
sampai nilai arus menjadi nol (ωt=β). Bentuk gelombang keluarannya telihat pada
gambar 1.3.
PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DAYA
3
Penyearah Terkontrol Penuh Gelombang Penuh Satu Fasa
Gambar 1.3 Bentuk gelombang penyearah terkontrol penuh satu fasa beban R-L
Nilai arus keluarannya adalah
1
Io av 

Io
 
Io rms 
2
(t ) d (t ) ----------------------------------------------(1.5)

1
 Io(t ) d (t ) ---------------------------------------------------(1.6)


Dimana:
Io (t ) 
Z
Vm
[sin( t   )  sin(    )e (t  ) /  ]
Z
R 2  (L) 2
 L 

 R 
  tan 1 
L
R
sehingga didapat rumus:

Voav =
𝑉𝑚
𝜋
𝛽
∫𝛼 [𝑆𝑖𝑛 (𝜔𝑡 − 𝜃) − (𝑆𝑖𝑛 (𝛼 − 𝜃)𝑒 −(𝜔𝑡−𝛼)/𝜔𝜏 )𝑑𝜔𝑡]........................... (1.7)
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 (   /  ) ]  0 -------------------- (1.8)
Z
Karakteristik pengaturan
Karakteristik pengaturan dari rangkaian penyearah terkontrol penuh satu fasa
adalah karakteristik yang menyatakan hubungan antara tegangan output sebagai fungsi
dari sudut penyalaan (  ). Karakteristik pengaturan biasanya dinyatakan dalam suatu
kurva dari Vo AV/V AV0 = f(  ).
PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DAYA
4
Penyearah Terkontrol Penuh Gelombang Penuh Satu Fasa
Karakteristik pengaturan untuk rangkaian penyearah terkontrol penuh satu fasa
dapat dilihat pada gambar di bawah ini
Ud AV
Ud AV0
Opersai sebagai
Penyearah
Beban Induktif
Inverter
Beban Tahanan
0,5
Opersai sebagai
1,0
0
Beban Induktif
Beban Aktif
-0,5
-1,0
0
30
60
90
120
150
180
α
derajat
Gambar 1.4 Karakteristik pengaturan untuk rangkaian penyearah terkontrol
penuh satu fasa
PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DAYA
5
Penyearah Terkontrol Penuh Gelombang Penuh Satu Fasa
1.3 Peralatan yang digunakan
No.
Nama alat
Jumlah
1.
Trafo 3 fasa
1
2.
Fuse
3
3.
SCR
4
4.
Beban Tahanan dan Induktif
1
5.
DC Power Supply,+/- 15 V, 3A
1
6.
Set Point Potentiometer
1
7.
Control unit 2 pulse
1
8.
Tahanan shunt
1
9.
Isolation Amplifier
1
10.
Probe
Sesuai kebutuhan
11.
Jumper
Sesuai kebutuhan
12.
Osiloskop
1
13.
RMS Meter
2
14.
Multimeter Digital
1
15.
Power Meter
1
1.4 Rangkaian Percobaan
PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DAYA
6
Penyearah Terkontrol Penuh Gelombang Penuh Satu Fasa
Gambar 1.5. Diagram Rangkaian percobaan penyearah satu fasa gelombang penuh
1.5 Prosedur Percobaan
1. Rangkailah peralatan sesuai dengan gambar 1.5.
2. Tunjukkan pada asisten apakah peralatan yang telah dirangkai sudah benar.
3. Bila sudah benar, maka percobaan dimulai dengan menghubungkan rangkaian
dengan beban R= ... Ω (hitung dengan ohm meter untuk mendapatkan nilai R
yang lebih teliti).
4. Tutuplah saklar daya SW (dengan keluaran sekunder trafo ... volt) dengan
menutup saklar untuk rangkaian kontrol atau pentrigeran SCR terlebih dahulu.
5. Set sudut penyalaan dengan nilai yang tertera pada tabel 1.1. dan masukkan
nilai dari parameter yang ditanyakan pada tabel 1.1
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 ----------------------------------------------- (3.6)
180
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
7. Setelah tabel 1.1 selesai, matikan saklar pengontrol SCR dan saklar daya.
8. Gantilah beban dengan beban R= .... Ω seri dengan L= .... mH.
9. Lakukan langkah ke-4
10. Lakukan langkah ke-5 dengan tabel 1.2 dan tabel 1.3 (bukan tabel 1.1).
11. Lakukan langkah ke-6.
12. Lakukan langkah ke-7.
13. Tanyakan kepada asisten tentang langkah selanjutnya
PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DAYA
7
Penyearah Terkontrol Penuh Gelombang Penuh Satu Fasa
1.6 Data Hasil Percobaan (Vsek.T = ... V)
Tabel 1.1 Data hasil pengukuran dengan beban R= ...  pada
berbagai sudut penyalaan.
Parameter
Terukur
Sudut Penyalaan
0
30
60
90
120
150
180
Vo av (V)
Vo rms (V)
Io av (A)
Io rms (A)
Is rms (A)
Tabel 1.2 Data hasil pengukuran dengan beban R= ....  seri dengan
L= ... mH pada berbagai sudut penyalaan
Parameter
Terukur
Sudut Penyalaan
0
30
60
90
120
150
180
Vo av (V)
Vo rms (V)
Io av (A)
Io rms (A)
Is rms (A)
PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DAYA
8
Penyearah Terkontrol Penuh Gelombang Penuh Satu Fasa
Tabel 1.3 Hasil Pengukuran Daya aktif dan Reaktif untuk dua penyearah
berbeda dengan variasi sudut penyalaan.
Sudut
Satu fasa terkontrol penuh
Penyalaan
P (Watt)
Q (VAR)
0
30
60
90
120
150
180
1.7 Analisa Data dan Pembahasan
1. Hitunglah nilai tegangan Vo av dengan beban R secara teori dengan persamaan 1.2 dan
masukkan pada tabel 1.4.
2. Hitung nilai Vo
tabel 1.4
av/Vo av 0
beban R secara teori maupun praktik dan masukkan pada
Tabel 1.4 Perbandingan Vo av/Vo av 0 secara teori dan praktek untuk beban R=

Sudut Penyalaan
0
30
60
90
120
150
180
VoAV
Praktek
VoAV/VoAV0
VoAV
Teori
VoAV/VoAV0
3. Buat grafik perbandingan Vo av/Vo av0 sebagai fungsi sudut penyalaan α (‫ )ﹾ‬pada
beban R baik secara teori mapun praktik. Berikan kesimpulan.
4. Hitunglah nilai tegangan Vo av dengan beban R-L secara teori dengan persamaan 1.7
dan masukkan pada tabel 1.5.
5. Hitung nilai Vo av/Vo av 0 beban R-L secara teori maupun praktik dan masukkan pada
tabel 1.5
PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DAYA
9
Penyearah Terkontrol Penuh Gelombang Penuh Satu Fasa
Tabel 1.5 Perbandingan Vo av/Vo av 0 secara teori dan praktek untuk beban R….... 
yang diseri dengan L=…....mH
Sudut Penyalaan
0
30
60
90
120
150
180
VoAV
Praktek
VoAV/VoAV0
VoAV
Teori
VoAV/VoAV0
9. Buat grafik perbandingan Vo av/Vo av0 sebagai fungsi sudut penyalaan α (‫ )ﹾ‬pada
beban R-L baik secara teori mapun praktik. Berikan kesimpulan.
10. Buat grafik perbandingan Q (VAR) sebagai fungsi α (‫ )ﹾ‬dari penyearah terkontrol
penuh. Berikan kesimpulan. :
11. Hitung dan Lengkapi Tabel 1.6.
Tabel 1.6 Perhitungan Ripple Factor Untuk Beban R
Sudut
VAV
VRMS
Penyalaan (‫)ﹾ‬
(V)
(V)
FF = VRMS/VAV
RF =
(FF 2  1)
0
30
60
90
120
150
180
12. Buat grafik Riple Factor terhadap Vo
kesimpulan.
av/Vo av0
untuk beban R. Beri
13. Hitung dan Lengkapi Tabel 1.7.
PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DAYA
10
Penyearah Terkontrol Penuh Gelombang Penuh Satu Fasa
Tabel 1.7 Perhitungan Ripple Factor Untuk Beban R-L
Sudut
VAV
VRMS
Penyalaan (‫)ﹾ‬
(V)
(V)
FF = VRMS/VAV
RF =
(FF 2  1)
0
30
60
90
120
150
180
14. Buat grafik Riple Factor terhadap Vo
kesimpulan.
av/Vo av0
untuk beban R-L. Beri
Powered by ELDA 2016
PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DAYA
11
Penyearah Terkontrol Penuh Gelombang Penuh Satu Fasa
1.8 Kesimpulan dan Perhitungan Percobaan.
PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DAYA
12
Penyearah Terkontrol Penuh Gelombang Penuh Satu Fasa
PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DAYA
13
Penyearah Terkontrol Penuh Gelombang Penuh 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
14
Penyearah Terkontrol Penuh Gelombang Penuh 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
15
Penyearah Terkontrol Penuh Gelombang Penuh Satu Fasa
GRAFIK KARAKTERISTIK PENGATURAN DARI PENYEARAH
TERKONTROL PENUH SATU FASA BEBAN R
Kesimpulan Karakteristik Pengaturan
PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DAYA
16
Penyearah Terkontrol Penuh Gelombang Penuh Satu Fasa
GRAFIK KARAKTERISTIK PENGATURAN DARI PENYEARAH
TERKONTROL PENUH SATU FASA BEBAN R-L
Kesimpulan Karakteristik Pengaturan
PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DAYA
17
Penyearah Terkontrol Penuh Gelombang Penuh Satu Fasa
GRAFIK KARAKTERISTIK DAYA REAKTIF DARI PENYEARAH
TERKONTROL PENUH SATU FASA BEBAN R-L
Kesimpulan Karakteristik Daya Reaktif
PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DAYA
18
Penyearah Terkontrol Penuh Gelombang Penuh Satu Fasa
GRAFIK RIPLE FACTOR TERHADAP VoAV/VoAV 0
BEBAN R
Kesimpulan
PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DAYA
19
Penyearah Terkontrol Penuh Gelombang Penuh Satu Fasa
GRAFIK RIPLE FACTOR TERHADAP VoAV/VoAV 0
BEBAN R-L
Kesimpulan
PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DAYA
20