Analisis Penyearah Tiga Fase Terkontrol Penuh dengan Simulasi Matlab
TUGAS AKHIR
“ANALISIS PENYEARAH TIGA FASA TERKONTROL PENUH DENGAN SIMULASI MATLAB“
Diajukan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan Program Pendidikan Sarjana Ekstensi (PPSE) Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara
Oleh
Nama : Donal Siagian
NIM : 090422067
DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
(2)
LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR
“ANALISIS PENYEARAH TIGA FASA TERKONTROL PENUH DENGAN SIMULASI MATLAB“
Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) Ekstensi Departemen Teknik Elektro
FakultasTeknik Universitas Sumatera Utara Disusun Oleh :
Donal Siagian NIM : 090422067
Sidang pada tanggal 11 Desember 2013 didepan penguji :
1. Ketua Penguji : Syiska Yana, ST. MT. ... 2. Anggota Penguji : Yulianta Siregar, ST. MT. ...
DISETUJUI OLEH : PEMBIMBING TUGAS AKHIR
Ir. Riswan Dinzi, MT NIP : 196104041988111001
DIKETAHUI OLEH :
KETUA DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK USU
Ir. Surya Tarmizi Kasim. M.Si NIP : 195405311986011002
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
(3)
ABSTRAK
Di dunia industri banyak dijumpai beban-beban dc seperti berbagai jenis motor dc, traksion dan sumber tegangan terkontrol [1] sehingga diperlukan suatu sumber tegangan dc untuk mensuplai beban tersebut. Sumber tegangan dc diperoleh dari suatu penyearah. Penyearah yang sering digunakan adalah penyearah tiga fasa terkontrol penuh. Dalam pemakaiannya yang perlu diperhatikan adalah keluaran dari penyearah ini sesuai dengan kebutuhan sumber tegangan dc yang diperlukan. Perubahan sudut picu, besar tegangan masukan, besar dan sifat beban sangat mempengaruhi keluaran penyearah. Sifat beban induktif akan sangat mempengaruhi konduksi penyearah yang kemudian mempengaruhi keluaran penyearah.
Untuk mengetahui dan menganalisa pengaruh perubahan sudut picu, besar tegangan masukan, besar dan sifat beban terhadap keluaran penyearah dilakukan simulasi dengan menggunakan program Matlab untuk dua sifat beban yaitu beban resistif dan resistif induktif.
Hasil simulasi berupa bentuk gelombang arus dan tegangan. Pada sudut picu sampai 600 untuk beban resistif dan resistif induktif keluaran penyearah ini tidak dipengaruhi oleh sifat beban. Pada sudut picu lebih besar dari 600 untuk beban resistif induktif keluaran penyearah dipengaruhi oleh sifat beban untuk nilai induktif yang sangat tinggi yaitu sampai 8 Henry arus beban bersifat kontiniu dan untuk nilai induktif yang kecil yaitu sampai 0,015 Henry arus beban bersifat dikontiniu.
(4)
KATA PENGANTAR
Puji dan Syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas berkat dan karuniaNya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.
Tugas Akhir ini berjudul “Analisis Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Dengan Program Matlab”. Tugas akhir ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar kesarjanaan pada Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Penulis menyampaikan rasa hormat, bangga dan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada orang tua saya Ayahanda N. Siagian dan Ibunda R. Marpaung yang telah membesarkan, mendidik dan selalu mendoakan saya sehingga bisa menyelesaikan kuliah untuk meraih gelar Sarjana.
Dalam kesempatan ini penulis juga menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Ir. Riswan Dinzi, M.T selaku Dosen Pembimbing Pengganti Tugas Akhir yang dengan iklas dan sabar memberikan masukan, dukungan, bimbingan dan motivasi dalam penulisan Tugas Akhir ini.
2. Bapak Ir. Abdul Rachman Hasibuan, selaku Dosen Wali penulis selama mengikuti perkuliahan.
3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, MSi , selaku Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Rahmat Fauzy, ST, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
5. Bapak Yulianta Siregar, ST, MT selaku Dosen penguji tugas akhir penulis yang memberikan arahan dan masukan penulisan Tugas Akhir ini.
(5)
6. Ibu Syiska Yana, ST, MT selaku Dosen penguji tugas akhir penulis yang memberikan arahan dan masukan penulisan Tugas Akhir ini.
7. Seluruh Staff Pengajar di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara yang memberikan bekal ilmu kepada saya selama mengikuti perkuliahan.
8. Seluruh Karyawan/ karyawati di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
9. Terimakasih buat teman-teman mahasiswa dan semua pihak yang membantu saya menyelesaikan Tugas Akhir ini.
10.Terima kasih buat teman-teman sepelayananku di PD. Maranataha yang selalu mendukung penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih sangat jauh dari sempurna baik dari segi materi maupun penyajian. Oleh karena itu penulis siap menerima kritik dan saran dari pembaca untuk kesempurnaan Tugas Akhir ini.
Akhir kata, penulis berharap agara Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi pembaca dana penulis.
Medan, Januari 2014 Penulis
Donal Siagian NIM 090422067
(6)
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK... i
KATA PENGANTAR……….... ii
DAFTAR ISI………... iv
DAFTAR GAMBAR………. viii
DAFTAR TABEL……… xi
BAB I PENDAHULUAN………. 1
1.1 Latar Belakang………....,1
1.2 Batasan Masalah………,,1
1.3 Tujuan Penulisan………...,.1
1.4 Manfaat Penulisan………...2
1.5 Metodologi Penulisan………..2
1.6 Sistematika Penulisan………..3
BAB II DASAR TEORI………...4
2.1 Sumber Tegangan Tiga Fasa………...4
2.2 Beban………...7
2.2.1 Beban Resistif (R)………..7
2.2.2 Beban Induktif (L)………..8
2.3 Komponen Elektronika Daya………11
2.3.1 Dioda……….11
2.3.2 Thyristor………13
2.3.3 Cara kerja dan Karateristik Thyristor………13
2.3.4 Penyalaan ( turn on ) Thyristor……….15
(7)
2.4 Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh………....16
2.4.1 Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban Resistif (R) ……….16
2.4.2 Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban Resistif Induktif RL………18
BAB III BAHAN DAN METODE PENELITIAN………...20
3.1 Diagram Alir Pemograman………20
3.2 Bahan Dan Peralatan...………..21
3.3 Variabel yang diamati………21
3.4 Teknik Pengambilan Dan Pengolahan Data…..………21
BAB IV SIMULASI PENYEARAH TIGA FASA TERKONTROL PENUH……….22
4.1 Simulasi Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban Resistif (R) ………...22
4.1.1 Simulasi Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban R untuk α = 600……….22
4.1.3 Simulasi Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban R untuk α = 750……….24
4.1.5 Simulasi Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban R untuk α = 900………..26
4.2 Analisa dan Pembahasan Simulasi Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban R ………..28
4.2.1 Analisa dan Pembahasan Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban R untuk α = 600……….28
(8)
4.2.2 Analisa dan Pembahasan Penyearah Tiga Fasa
Terkontrol Penuh Beban R untuk α = 750……….
.29 4.2.3 Analisa dan Pembahasan Penyearah Tiga Fasa
Terkontrol Penuh Beban R untuk α = 900……….
.29 4.3 Simulasi Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh
Beban Resistif Induktif (RL)……….31
4.3.1 Simulasi Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban RL Dengan Sudut Picu yang Bervariasi Dan Beban R = 5 ohm, L = 8 Henry………..31
4.3.1.1 Sudut Picu (α)= 60°………...31
4.3.1.2 Sudut Picu (α)= 75°………...33
4.3.1.3 Sudut Picu (α) = 90°………....35
4.3.2 Simulasi Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban RL Dengan Sudut Picu yang Bervariasi Dan Beban R = 27 ohm, L = 0,015 Henry……….37
4.3.2.1 Sudut Picu (α) = 60°………...37
4.3.3.2 Sudut Picu (α) = 75°………...39
4.3.2.3 Sudut Picu (α) = 90°………41
4.3.3 Simulasi Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban RL untuk α = 920………...43
4.4 Analisa dan Pembahasan Simulasi Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban RL ………...45 4.4.1 Analisa dan Pembahasan Penyearah Tiga Fasa
(9)
yang Bervariasi Dan Beban R = 5 ohm, L = 8 Henry………..45
4.4.1.1 Sudut Picu (α)= 60°………....45
4.4.1.2 Sudut Picu (α)=75°………....45
4.4.1.3 Sudut Picu (α) = 90°………46
4.4.2 Analisa dan Pembahasan Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban RL Dengan Sudut Picu yang Bervariasi Dan Beban R = 5 ohm, L = 8 Henry………47
4.4.2.1 Sudut Picu (α) = 60°………47
4.4.3.2 Sudut Picu (α) = 75°………48
4.4.2.3 Sudut Picu (α) = 90°………48
4.3 Analisa dan Pembahasan Simulasi Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban RL untuk α = 920………..48
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN………50
5.1 Kesimpulan………...50
5.2 Saran………....50
(10)
DAFTAR GAMBAR
Judul Halaman
2.1 (a) Rangkaian sistem tiga fasa urutan abc dan………..4
(b) Diagram fasor sebuah sistem seimbang………...4
2.2 Diagram fasor tegangan fasa urutan abc………...5
2.3 Rangkaian Resistif Gelombang ac………....7
2.4 Grafik arus dan tegangan pada beban resistif………..7
2.5 Rangkaian induktif gelombang ac………....8
2.6 Grafik Arus dan Tegangan Pada Beban Induktif………..9
2.7 Rangkaian seri RL………....9
2.8 Diagram vektor rangkaian seri RL……….10
2.9 (a) Struktur dioda dan (b) Karakteristik diode………..11
2.10 Simbol thyristor………...13
2.11 Karakteristik Thyristor………...14
2.12 Karakteristik penyalaan……….15
2.13 Rangkaian penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban R……….17
2.14 Bentuk gelombang tegangan suplai dengan tegangan beban pada sudut penyalaan yang berbeda……….18
2.15 Rangkaian Penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL………..19
2.16 Bentuk gelobang keluaran tegangan dan arus penyearah tiga fasa terkontrol penuh bebanRL………...21
(11)
3.1 Diagram Alir Pemograman………..………....20
4.1 Rangkaian simulasi penyearah tiga fasa terkontrol penuh
beban R untuk pemograman Matlab untuk α = 600………...22
4.2 Bentuk gelombang tegangan sumber dan tegangan keluaran penyearah
tiga fasa terkontrol penuh beban R pada simulasi Matlab untuk α = 600……...23 4.3 Rangkaian simulasi penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban R pada
pemograman Matlab untuk α = 750………
...24 4.4 Bentuk gelombang tegangan sumber dan tegangan keluaran penyearah
tiga fasa terkontrol penuh beban R pada simulasi Matlab untuk α = 750……...25 4.5 Rangkaian simulasi penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban R pada
pemograman Matlab untuk α = 900………
...26 4.6 Bentuk gelombang tegangan sumber dan tegangan keluaran penyearah
tiga fasa terkontrol penuh beban R pada simulasi Matlab untuk α = 900……...27 4.7 Rangkaian simulasi penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL pada
pemograman Matlab untuk α = 600………
.31 4.8 Bentuk gelombang tegangan sumber dan tegangan keluaran penyearah
tiga fasa terkontrol penuh beban RL pada simulasi Matlab untuk α = 600……3
2 4.9 Rangkaian simulasi penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL pada
pemograman Matlab untuk α = 750
dan L = 8 Henry………....33
4.10 Bentuk gelombang tegangan sumber dan tegangan keluaran penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL pada simulasi Matlab
untuk α = 750
dan L = 8 Henry………..34
4.11 Rangkaian simulasi penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL pada
pemograman Matlab untuk α = 900 dan L= 8 Henry………..
(12)
4.12 Bentuk gelombang tegangan sumber dan tegangan keluaran penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL pada simulasi Matlab
untuk α = 900
dan L= 8 Henry………...36
4.13 Rangkaian simulasi penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL pada
pemograman Matlab untuk α = 600 dan L = 0,015 Henry………...37 4.14 Bentuk gelombang tegangan sumber dan tegangan keluaran penyearah
tiga fasa terkonttrol penuh beban RL pada simulasi Matlab
untuk α = 600 dan L = 0,015 Henry………...38
4.15 Rangkaian simulasi penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL pada
pemograman Matlab untuk α = 750
dan L = 0,015 Henry………...39 4.16 Bentuk gelombang tegangan sumber dan tegangan keluaran penyearah
tiga fasa terkonttrol penuh beban RL pada simulasi Matlab
untuk α = 750
dan L = 0,015 Henry………...40
4.17 Rangkaian simulasi penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL pada
pemograman Matlab untuk α = 900
dan L= 0,015 Henry………...41
4.18 Bentuk gelombang tegangan sumber dan tegangan keluaran penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL pada simulasi Matlab
untuk α = 900
dan L= 0,015 Henry……….42
4.19 Rangkaian simulasi penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL pada
pemograman Matlab untuk α = 920………
.43 4.20 Bentuk gelombang tegangan sumber dan tegangan keluaran penyearah
tiga fasa terkontrol penuh beban RL pada simulasi Matlab untuk α = 920…………44
(13)
DAFTAR TABEL
Judul Halaman
4.1 Data hasil simulasi matlab penyearah tiga tasa terkontrol penuh
beban Resistif α = 600……….23
4.2 Data hasil simulasi matlab penyearah tiga fasa terkontrol penuh
beban Resistif α = 750……….25
4.3 Data hasil simulasi matlab penyearah tiga fasa terkontrol penuh
beban Resistif α = 900……….27
4.4 Data Perbandingan Hasil Simulasi dan Hasil Perhitungan
Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban R...30 4.5 Data hasil simulasi matlab penyearah tiga fasa terkontrol penuh
beban RL untuk α = 60 0 dan L = 8 Henry ………...……….32
4.6 Data hasil simulasi matlab penyearah tiga fasa terkontrol penuh
beban RL untuk α = 750dan L = 8 Henry……….34
4.7 Data hasil simulasi matlab penyearah tiga fasa terkontrol penuh
beban RL untuk α = 900dan L = 8 Henry………...36
4.8 Data hasil simulasi matlab penyearah tiga fasa terkontrol penuh
beban RL untuk α = 600dan L = 0,015 Henry………...38
4.9 Data hasil simulasi matlab penyearah tiga fasa terkontrol penuh
beban RL untuk α = 750dan L = 0,015 Henry………...40
4.10 Data hasil simulasi matlab penyearah tiga fasa terkontrol penuh
beban RL untuk α = 900dan L = 0,015 Henry………...42
4.11 Data Hasil Simulasi MatlabPenyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh
Beban RL untuk α = 920……….4
4 4.12 Perbandingan Hasil Simulasi dan Hasil Perhitungan Penyearah Tiga Fasa
(14)
ABSTRAK
Di dunia industri banyak dijumpai beban-beban dc seperti berbagai jenis motor dc, traksion dan sumber tegangan terkontrol [1] sehingga diperlukan suatu sumber tegangan dc untuk mensuplai beban tersebut. Sumber tegangan dc diperoleh dari suatu penyearah. Penyearah yang sering digunakan adalah penyearah tiga fasa terkontrol penuh. Dalam pemakaiannya yang perlu diperhatikan adalah keluaran dari penyearah ini sesuai dengan kebutuhan sumber tegangan dc yang diperlukan. Perubahan sudut picu, besar tegangan masukan, besar dan sifat beban sangat mempengaruhi keluaran penyearah. Sifat beban induktif akan sangat mempengaruhi konduksi penyearah yang kemudian mempengaruhi keluaran penyearah.
Untuk mengetahui dan menganalisa pengaruh perubahan sudut picu, besar tegangan masukan, besar dan sifat beban terhadap keluaran penyearah dilakukan simulasi dengan menggunakan program Matlab untuk dua sifat beban yaitu beban resistif dan resistif induktif.
Hasil simulasi berupa bentuk gelombang arus dan tegangan. Pada sudut picu sampai 600 untuk beban resistif dan resistif induktif keluaran penyearah ini tidak dipengaruhi oleh sifat beban. Pada sudut picu lebih besar dari 600 untuk beban resistif induktif keluaran penyearah dipengaruhi oleh sifat beban untuk nilai induktif yang sangat tinggi yaitu sampai 8 Henry arus beban bersifat kontiniu dan untuk nilai induktif yang kecil yaitu sampai 0,015 Henry arus beban bersifat dikontiniu.
(15)
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pada dunia industri banyak dijumpai beban-beban dc seperti motor dc. Untuk mensuplai beban dc tersebut diperlukan sumber tegangan dc. Sumber tegangan dc ini diperoleh dari suatu penyearah. Dalam tugas akhir ini akan membahas penyearah tiga fasa terkontrol penuh.
Penyearah tiga fasa sering dijumpai secara luas untuk aplikasi pada bidang industri misalnya dalam proses elektrokimia, berbagai jenis motor drive, traksion dan sumber tegangan terkontrol [1]. Dalam pemakaiannya yang perlu diperhatikan adalah keluaran dari penyearah ini sesuai dengan kebutuhan sumber tegangan dc yang diperlukan. Perubahan sudut picu dan tegangan masukan sangat mempengaruhi keluaran penyearah. Disamping itu sifat beban juga mempengaruhi keluaran penyearah. Sifat beban induktif akan sangat mempengaruhi konduksi penyearah yang kemudian mempengaruhi keluaran penyearah.
Dalam tugas akhir ini akan mensimulasikan dan menganalisa pengaruh sifat beban induktif terhadap keluaran penyearah.
Beban yang digunakan dalam simulasi ini adalah beban resistif (R) dan beban resistif induktif (RL) . Besar dan sifat beban akan mempengaruhi konduksi arus penyearah.
Simulasi pada tugas akhir ini menggunakan program Matlab. Hasil simulasi berupa bentuk gelombang tegangan dan arus keluaran dari penyearah.
(16)
1.2 Batasan Masalah
Adapun batasan masalah yang dibahas dalam tugas akhir ini adalah :
1. Rangkaian penyearah tiga fasa ini menggunakan rangkaian penyearah tiga fasa terkontrol penuh ( menggunakan SCR ).
2. Tidak membahas filter.
3. Tegangan masukan adalah tegangan ac gelombang sinusoidal murni. 4. Beban yang digunakan adalah beban resistif ( R ) dan beban resistif
induktif ( RL )
5. Pemograman komputer menggunakan Program Matlab.
1.3 Tujuan Penulisan
Adapun tujuan penulisan tugas akhir ini adalah untuk menganalisakeluaran penyearah tiga fasa terkontrol penuh berupa tegangan dan arus keluaran dengan beban resistif ( R ) dan beban Resistif Induktif ( RL ).
1.4 Manfaat Penulisan
Adapun manfaat penulisan tugas akhir ini adalah untuk memberikan informasi kepada pembaca dalam memilih penyearah tiga fasa terkontrol penuh yang sesuai.
1.5 Metodologi Penulisan
Metodologi penulisan yang digunakan penulis dalam penulisan tugas akhir ini adalah :
1. Studi literatur, yaitu membaca teori- teori yang berkaitan dengan topik tugas akhir yang terdiri dari buku-buku referensi baik yang dimiliki penulis atau dari internet dan perpustakaan
(17)
2. Diskusi, yaitu berupa konsultasi dengan Dosen Pembimbing dan sesama teman-teman mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Ekstensi FT- USU.
1.6 Sistematika Penulisan
Untuk memudahkan pemahaman penulias terhadap tugas akhir ini, maka penulis menyusun sistematika penulisan sebagai berikut :
BAB I : PENDAHULUAN
Bab ini menerangkan tentang latar belakang penulisan, batasan masalah, tujuan penulisan, manfaat penulisan dan sistematika penulisan.
BAB II :DASAR TEORI
Bab ini berisi tentang dasar sumber tegangan tiga fasa, jenis-jenis beban , komponen elektronika daya, penyearah tiga fasa terkontrol penuh,penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban R dan RL,
BAB III : BAHAN DAN METODE PENELITIAN
Bab ini membahas tentang urutan pelaksanaan penelitian yang meliputi diagram alir pemograman, metode dan bahan dan teknik pengambilan data.
BAB IV :SIMULASI PENYEARAH TIGA FASA TERKONTROL PENUH
Bab ini membahas tentang jalannya simulasi dan pembahasan hasil simulasi berupa analisa bentuk gelombang keluaran penyearah dan data table hasil simulasi.
BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN
(18)
BAB II DASAR TEORI
2.1 Sumber Tegangan Tiga Fasa
Hampir semua listrik yang digunakan oleh industri, dibangkitkan, ditransmisikan dan didistribusikan dalam sistem tiga fasa. Sistem ini memiliki besar arus dan tegangan yang sama tetapi mempunyai perbedaan sudut 120 0 antara fasanya. Sistem ini disebut sistem seimbang tiga fasa [2].
Apabila sumber mensuplai beban seimbang maka arus pada masing-masing penghantar akan memiliki besar yang sama dan berbeda sudut sebesar 120 0 satu sama lain. Arus-arus ini desebut arus seimbang.
Van Vbn Vcn n n Z Z Z Ia Ic Ib Ø Ø Ø Vbn Van Ib Ic Ia
Gambar 2.1(a) Rangkaian sistem tiga fasa urutan abcdan (b) Diagram fasor sebuah sistem seimbang [2]
Sistem pada gambar 2.1 (a) disebut sistem urutan abc, dimana fasa b tertinggal 120 0 terhadap fasa a, dan fasa c tertinggal 120 0 terhadap fasa b. Hanya satu kemungkinan urutan lagi selain urutan abc, yaitu urutan acb. Beban pada gambar 2.1 (a) dihubungkan dengan cara hubungan wye (Y). Dalam hubungan tipe Y ini tegangannya adalah tegangan fasa netral dan arus yang mengalir pada tiap fasa beban adalah arus fasa netral [2].
(19)
Vbn
Van
Vcn Vnb
Vab Vca
Vbc
Gambar 2.2 Diagram fasor tegangan fasa urutan abc [2] Tegangan antara fasa ke fasa dapat dihitung seebagai berikut :
……….(2.1)
………...(2.2)
………...(2.3)
Untuk sistem seimbang, masing-masing tegangan fasa mempunyai besar magnitude yang sama, maka
= = = ………..(2.4)
Dimana adalah harga efektif dari nilai magnitude tegangan fasa. Jadi,
...(2.5)
………...(2.6)
………(2.7)
Dengan menggunakan persamaan (2.1), (2.2) dan (2.3) maka persamaan (2.5), (2.6), dan (2.7) menjadi
………...(2.8) ………(2.9) ………(2.10)
(20)
Dari hasil di atas terlihat bahwa saluran tersebut membentuk suatu sistem tiga fasa yang seimbang dengan magnitudenya adalah kali magnitude dari tegangan fasa.
Daya yang digunakan pada masing-masing fasa pada beban adalah:
………(2.11)
Dimana : arus
Cos = factor daya
untuk sistem yang seimbang, daya totalnya adalah:
………...(2.12)
Dimana :
tegangan fasa ke netral tegangan fasa ke fasa arus fasa ke fasa
(21)
2.2 Beban
Dalam sistem tenaga listrik dikenal tigajenissifatbeban yaitu beban resistif, induktif dan kapasitifdan masing-masing beban memiliki sifat dan karakteristik yang berbeda-beda. Berikut akan dibahas beban resistif dan induktif.
2.2.1 Beban Resistif (R)
Beban resistif (R) yaitu beban yang terdiri dari komponen tahanan (ohm) saja (resistance), seperti elemen pemanas (heating element) dan lampu pijar. Beban jenis ini hanya mengkonsumsi beban aktif saja dan mempunyai faktor daya sama dengan satu. Tegangan dan arus sefasa. Persamaan daya sebagai berikut :
P =V. I ………...(2.13)
Dengan :
P = daya aktif yang diserap beban (Watt) V = tegangan yang mencatu beban (Volt) I = arus yang mengalir pada beban (Ampere)
Gambar 2.3 Grafik arus dan tegangan pada beban resistif
V I
(22)
2.2.2 Beban Induktif (L)
Beban induktif (L) yaitu beban yang terdiri dari kumparat kawat yang dililitkan pada suatu inti, seperti coil, transformator, dan solenoida. Beban ini dapat mengakibatkan pergeseran fasa (phase shift) pada arus sehingga bersifat lagging. Hal ini disebabkan oleh energi yang tersimpan berupa medan magnetis akan mengakibatkan fasa arus bergeser menjadi tertinggal terhadap tegangan. Beban jenis ini menyerap daya aktif dan daya reaktif. Persamaan daya aktif untuk beban induktif adalah sebagai berikut:
P = V I cos φ……….(2.14)
Dengan :
P = daya aktif yang diserap beban (watt) V = tegangan yang mencatu beban (volt) I = arus yang mengalir pada beban (A)
φ = sudut antara arus dan tegangan
Gambar 2.5 Grafik Arus dan Tegangan Pada Beban Induktif
V I
φ
(23)
Untuk menghitung besarnya rektansi induktif (XL), dapat digunakan rumus
………(2.15)
Dengan :
XL = reaktansi induktif
F = frekuensi (Hz) L = induktansi (Henry)
2.3 Komponen Elektronika Daya
Ada beberapa komponen penyusun rangkaian elektronika daya diantaranya dioda dan thyristor.Penyearah dapat dibangun dari beberapa komponen elektronika daya seperti dioda dan thyristor.
2.3.1 Dioda
Dioda adalah komponen semikonduktor yang terdiri dari dua lapisan yaitu lapisan P dan N yang mana hanya mengalirkan arus dalam satu arah saja dan mampu menahan tegangan balik sampai harga ratingnya tanpa mengalirkan arus. Dioda mempunyai dua terminal yaitu anoda (A) dan katoda (K) seperti terlihat dalam
gambar 2.7
P N
Anoda
Katoda
(24)
Dua kondisi yang perlu diperhatikan pada pengoperasian diode yaitu : 1. Kondisi bias maju,
Tegangan anoda lebih besar dari tegangan katoda Arus akan mengalir dari anoda ke katoda
Resistansi dioda relatif kecil sekali
Tegangan anoda- katoda volt
2. Kondisi bias balik,
Tegangan anoda lebih kecil dari tegangan katoda
Tidak ada aliran arus balik (arus besarnya adalah 0), akan tetapi bila masih ada arus yang mengalir, arus tersebut merupakan arus bocor yang kecil sekali (dalam orde milliampere).
2.3.2 Thyristor
Thyristor merupakan komponen semikonduktor yang berfungsi seperti dioda namun dilengkapi dengan suatu elektrode pengontrol (gate) yang berfungsi untuk menerima sinyal trigger pengatur saat konduktif. Thyristor tersusun dalam lapisan PNPN. Salah satu jenis thyristor yang sering digunakan adalah SCR (Silicon Controller Rectifier ) yaitu jenis thyristor yang hanya dapat menghantarkan arus dalam satu arah saja [4]. Gambar 2.8 memperlihatkan lapisan semikonduktor SCR yang mempunyai tiga elektrode yaitu anoda, katoda dan elektroda pengontrol ( gate )
(25)
A K n p n p A G K Gate
Gambar 2.8 Simbol thyristor [4]
2.3.3 Cara kerja dan Karateristik Thyristor
Karakteristik dari tegangan arus dari thyristor pada arah balik ( reverse ) akan sama dengan dioda biasa. Tetapi pada arah maju ( forward ) thyristor mempunyai karakteristik tersendiri (gambar 2.9). Apabila thyristor diberikan tegangan suplai sesuai kemampuannya akantetapi tanpa diberi trigger pada gatenya maka karakteristik forwardnya mempunyai bentuk yang sama dengan karakteristik reversenya, yang berarti thiristor mempunyai harga tahanan yang sangat tinggi dan thyristor masih dalam keadaan off. Pada keadaan ini thyristor menahan arus yang melaluinya meskipun masih ada arus yang mengalir, arus tersebut merupakan arus bocor yang besarnya hanya dalam milli ampere dan arus ini disebut “forward leakage current”.
+ -VAK + -VS iT RL K A
(26)
Pada kondisi ini tegangan antara anoda dan katoda akan sama dengan tegangan suplai kaarena arus bocornya kecil, Dan diusahakan agar peak dari tegangan suplai tidak melebihi dari “forward breakdown” dari thyristor. Apabila kondisi pada ini gate dari SCR diberikan pulsa trigger maka karakteristik thyristor berubah dari keadaan off ke keadaan ondan seperti keadaan forward dari dioda biasa. Terjadinya perubahan ini melalui suatu harga arus tertentu yang masih kecil, dimana tengangan anoda dan katoda cepat menurun.Arus ini adalah “holding current”. Pada saat thiristor dalam keadaan on maka arus anoda (arus beban ) tidak dapat dipengaruhi oleh adanya pulsa trigger lagi. Baru pada saat arus anoda kecil dimana pada saat itu tegangan antara anoda dan katoda lebih kecil daripada tegangan yang diperlukan untuk mempertahankan holding current maka thiristor kembali ke keadaan off dimana tidak ada arus konduksi yang mengalir. Keadaan off ini akan terus berlangsung sampai pulsa trigger selanjutnya diberikan pada gate sehingga thiristor menjadi on kembali.
2.3.4 Penyalaan ( turn on ) Thyristor
Jika sebuah pulsa trigger diberikan pada gate thyristor maka thyristor tersebut akan terkonduksi, selang waktu yang diperlukan untuk berkonduksi setelah pulsa diberikan disebut waktu pengisian ( turn on time = ton ). Waktu penyalaan ini ada dua
tahap yaitu waktu pertambahan (delay time = td ) dan waktu peningkatan (rise time = tr)
td = selang waktu antara saat pemberian arus gate mencapai 10% ( 0,1 IG ) dan
pada keadaan thyiristor on.
tr = selang waktu yang diperlukan arus anoda untuk naik dari 10% ( 0,1 IT )
sampai 90% ( 0,9 IT ) dari arus yang lewat thyristor pada saat keadaan on.
(27)
Waktu penyalaan adalah selang waktu yang diperlukan antara ssat pemberian pulsa pada gate mulai dari 10% (0,1 IT ) sampai mencapai 90% ( 0,9 IT ) dari arus
thyiristor pada keadaan on [4].
Gambar 2.10 Karakteristik penyalaan [4] 2.3.5 Pemadaman ( turn off) Thyristor
Pada rangkaian yang menggunakan sumber tegangan bolak-balik thyristor akan padam dengan sendirinya dengan tegangan sampai titik nol yaitu setiap ½ periode.
2.4 Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh
Rangkaian penyearah adalah suatu rangkaian yang mengubah tegangan bolak-balik (ac) menjadi tegangan searah (dc).Terdapat beberapa jenis rangkaian penyearah dan masing-masing penyearah memberikan hasil keluaran yang berbeda-beda. Pada tugas akhir ini dibahas penyearah tiga fasa terkontrol penuh yang menggunakan thyristor sebagai komponen penyusunnya yang dibebani dengan beban resistif ( R )dan beban resistif induktif ( RL ).
(28)
2.4.1 Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban Resistif (R)
Diagram rangkaian penyearah tiga fasa terkontrol penuh dengan beban R dapat dilihat pada (Gambar 2.11). Rangkaian ini terdiri dari 6 buah thyristor yang terpasang dalam tiga lengan, dimana masing-masing lengan terdiri dari 2 thyristor, menurut fungsinya setiap lengan dibagi menjadi dua, lengan bagian atas dan lengan bawah. Lengan atas berfungsi untuk mengalirkan arus dalam arah maju dan bagian bawah mengalirkan arus dalam arah balik.
Tegangan sumber adalah tegangan bolak-balik tiga fasa yang seimbang. Ada beberapa kondisi yang perlu diperhatikan dalam memberikan pulsa trigger pada thyristor karena pada waktu bersamaan ada dua thyristor yang di trigger.
SCR 1 SCR 3
A
B
RL
C
SCR 5
SCR 2 SCR 6
SCR 4
Gambar 2.11 Rangkaian penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban R [5].
Kondisi thyristor (SCR) pada saat konduksi adalah sebagai berikut SCR1 on bila Van> Vbn dan Van> Vcn
SCR2 on bila Vbn> Vcn dan Vbn> Van
SCR3 on bila Vcn> Van dan Vcn> Van
SCR4 on bila Van<Vbn dan Van< Vcn
SCR5 on bila Vbn< Vcn dan Vbn< Van
SCR6 on bila Vcn<Van dan Vcn< Vbn
(29)
Dari gambar terlihat ada enam phasor yang berbeda pada gelombang input. Setiap phasor memiliki perbedaan sudut penghantar 600 .Sudut penyalaan pulsa mempunyai batas antara 600 sampai 1800 . Sudut penyalaan minim adalah 600 dan dianggap sebagai sudut penyalaan α = 0 pada 600 [5].
Gambar 2.12 Bentuk gelombang tegangan suplai dengan tegangan beban pada sudut penyalaan yang berbeda [5].
Dengan sudut penyalaan α = 00
dapat dijelaskan sebagai berikut.
Pada saat fasor (A-B) aktif pada interval 0 < α < SCR1dan SCR6konduksi
secara bersamaan selama 600 ini berarti bahwa tegangan SCR1lebih positif daripada
tegangan SCR3 dan SCR5, sedangkan SCR6 tegangannya lebih negatif dibandingkan
tegangan SCR2 dan SCR4. Berikutnya phasor (A-C) yang aktif pada interval < α< ini menyatakan bahwa SCR1dan SCR2 konduksi secara bersamaan juga selama
600. Secara berurutan pasangan thyristor yang aktif dapat dinyatakan sebagai berikut,SCR1- SCR6, SCR2- SCR3, SCR3 –SCR4, SCR4- SCR5, SCR5- SCR6, dst.
(30)
1. Pada interval 0 < α < arus keluarannya bersifat kontiniu.
2. Pada interval < α < arus keluarannya bersifat diskontiniu.
sehingga hubungan antara tegangan keluaran sebagai fungsi sudut penyalaan diberikan sebagai sebagai berikut , :
Tegangan beban rata-rata, untuk interval 0 ≤ α ≤ (arus keluaran kontiniu) E
E cos α ………..(2.16)
Tegangan beban rata-rata, untuk interval ≤ α ≤ (arus keluaran diskontiniu)
……….………...(2.17)
Nilai rms tegangan beban untuk interval 0 ≤ α ≤ (arus keluaran kontiniu)
= E ………(2.18)
Nilai rms Tegangan beban untuk interval ≤ α ≤ (arus keluaran diskontiniu)
………(2.19)
(31)
2.4.2 Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban Resistif Induktif (RL)
Prinsip kerja penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL sama dengan penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban R, hanya pada beban karakteristik keluarannya tertentu pada sudut penyalaan yang lebih tinggi. Arus beban selalu kontiniu dan tegangan keluaran turun sampai 0 pada α = . Ini dapat dijelaskan dengan bantuan diagram rangkaian, persamaan tegangan dan diagram rangkaian arus. Diagram rangkaian ditunjukkan pada (Gambar 2.13) berikut ini,
SCR 1 SCR 3
A
B RL
C
EL
SCR 5
SCR 2 SCR 6
SCR 4
L LC
LC
LC
Gambar 2.13 Rangkaian Penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL [5]. Pada penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL, SCR konduksi selama 1200 tidak tergantung dari nilai α tidak seperti rangkaian enam pulsa setengah gelombang yang mana thyristor konduksi selama seperti ditunjukkan pada (Gambar 2.14) berikut ini,
(32)
Gambar 2.14 Bentuk gelobang keluaran tegangan dan aruspenyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL [5].
Tegangan rata-rata beban,
……….(2.20)
Tegangan keluaran rata-rata menjadi nol pada dan menjadi
negatifpadainterval . Pada sudut tunda rangkaian ini
akanbertindak sebagai inverter. Arus beban rata-rata
………..(2.21)
Arus rata-rata dari SCR dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut :
(33)
Nilai rms tegangan beban,
= ………..(2.23)
Arus rms SCRdapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut :
………...(2.24)
(34)
BAB III
BAHAN DAN METODE PENELITIAN
3.1 Diagram Alir Pemograman
Hasil simulasi
a) Tegangan keluaran penyearah b) Arus keluaran penyearah
Mulai
Masukkan data- data : Tegangan fasa ke fasa (VH)
Frekuensi (f) Sudut picu (α) Beban resistif ( R ) Beban Induktif (L)
Selesai Run program Simulasi Matlab
Konvergen
Tidak
Ya
(35)
3.2 Bahan Dan Peralatan
Dalam tugas akhir ini, software Maltab merupakan bahan yang digunakan dengan komputer sebagai peralatannya.
3.3 Variabel yang diamati
Dalam tugas akhir ini, variabel yang diamati yaitu perubahan sudut picu (α) dan sifat beban dalam hal ini pengaruh sifat beban induktif yang akan mempengaruhi keluaran dari penyearah tiga fasa terkontrol penuh untuk beban yang bervariasi, beban R dan RL.
3.5 Teknik Pengambilan Dan Pengolahan Data
Adapun teknik pengambilan dan pengolahan data dalam tugas akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Menentukan bentuk rangkaian penyearah tiga fasa terkontrol penuh pada simulasi pemograman Matlab.
2. Membangun atau menggambar rangkaian simulasi pada program Matlab.
3. Menentukan parameter- parameter rangkaian simulasi dan memasukkan parameter- parameter tersebut pada program Matlab.
4. Menjalankan simulasi pada program Matlab.
5. Mencatat hasil simulasi yang berupa gambar bentuk gelombang tegangan dan arus.
6. Menganalisa data hasil simulasi yaitu membandingkan hasil simulasi dengan teori yang ada.
(36)
BAB IV
SIMULASI PENYEARAH TIGA FASA TERKONTROL PENUH
4.1 Simulasi PenyearahTiga Fasa Terkontrol Penuh Beban Resistif
Untuk dapat melihat pengaruh sudut picu alpha (α) terhadap keluaran penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban resistif, maka diperlukan beberapa simulasi yaitu dengan sudut picu alpha (α) 600, 750 dan 900.
4.1.1 Simulasi Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban Resistif α= 600
Rms tegangan fasa ke fasa (E) = 220 V
Sudut picu (α) = 600
Frekuensi (f) = 50 Hz
Beban Resistif (R) = 27 ohm
Gambar 4.1 Rangkaian simulasi penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban Rpada pemograman Matlabuntuk α = 600
(37)
Gambar 4.2 Bentuk gelombang tegangan sumber dan tegangan keluaran tiga fasa penyearah terkontrol penuh beban R pada simulasi Matlab untuk α = 600
Tabel 4.1 Data Hasil SimulasiMatlab Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban Resistif α= 600
No Beban R (ohm)
Tegangan Masukan Vrms (V)
Arus Masukan Irms (A)
Tegangan Keluaran, Vdc (V)
Arus KeluaranI
dc (V)
Tegangan Keluaran, Vrms (V)
Arus Keluaran
Irms (A)
(38)
4.1.3 Simulasi Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban R untuk α= 750
Rms tegangan fasa ke fasa (E) = 220 V Sudut picu (α) = 750 Frekuensi (f) = 50 Hz Beban Resistif (R) = 27 ohm
Gambar 4.3 Rangkaian simulasi penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban R pada pemograman Matlab untuk α = 750
(39)
Gambar 4.4 Bentuk gelombang tegangan sumber dan tegangan keluaran penyearah tiga fasaterkontrol penuh beban R pada simulasi Matlab untuk α = 750
Tabel 4.2 Data Hasil Simulasi Matlab Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban Resistif α = 750
No Beban R (ohm)
Tegangan Masukan Vrms (V)
Arus Masukan Irms (A)
Tegangan Keluaran, Vdc (V)
Arus KeluaranI
dc (V)
Tegangan Keluaran, Vrms (V)
Arus KeluaranI
rms (A)
(40)
4.1.5 Simulasi Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban R untuk α = 900
Rms tegangan fasa ke fasa (E) = 220 V Sudut picu (α) = 900 Frekuensi (f) = 50 Hz Beban Resistif (R) = 27 ohm
Gambar 4.5 Rangkaian simulasi penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban R pada pemograman Matlab untuk α = 900
(41)
Gambar 4.6 Bentuk gelombang tegangan sumber dan tegangan keluaran penyearah tiga fasaterkontrol penuh beban R pada simulasi Matlab untuk α = 900
Tabel 4.3 Data Hasil Simulasi Matlab Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban Resistif α = 900
No Beban R (ohm)
Tegangan Masukan Vrms (V)
Arus Masukan
Irms (A)
Tegangan Keluaran, Vdc (V)
Arus Keluaran
Idc (V)
Tegangan Keluaran, Vrms (V)
Arus Keluaran
Irms (A)
(42)
4.2 Analisa dan Pembahasan Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban Resistif ( R )
4.2.1 Analisa dan Pembahasan Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban R untukα = 600
Dari hasil simulasi program Matlab bentuk gelombang arus dan tegangan adalah bersifat kontiniu, pada saat interval A-B SCR1 dan SCR6 konduksi secara bersamaan sehingga arus akan mengalir dari sumber melalui SCR1 menuju beban kemudian melalui SCR6 kemudian pada interval Interval A-C, SCR1 dan SCR2 konduksi secara bersamaan sehingga arus akan mengalir dari sumber melalui SCR1 menuju beban kemudian melalui SCR2 demikian seterusnya sampai satu periode yaitu pada interval C-B.
Dan hasil perhitungan secara teori sebagai berikut, : Tegangan keluaran rata-rata, adalah
E cos α = 00 = 148,552 Volt
Dan nilai rms tegangan keluaran, adalah
= =
= = 168,48 Volt
4.2.2 Analisa dan Pembahasan Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban R untuk α = 750
Dari hasil simulasi program Matlab gelombang arus dan tegangan bersifat
diskontiniu. Hal ini disebabkan ketika SCR menerima pulsa pada sudut 75° pada
interval (A-B) arus mengalir dari sumber melalui SCR 1 ke beban dan kembali ke sumber melalui SCR6 namun pada saat = π tidak ada arus yang mengalir pada rangkaian sampai interval (B-C) telah aktif , SCR2 menerima pulsa trigger , sehingga pada gelombang keluaran penyearah arus tidak mengalir secara kontiniu.
Dan hasil perhitungan secara teori sebagai berikut, : Tegangan keluaran rata-rata, adalah
(43)
= 220 ( 1 +cos (1350) = 220 ( 1 + (-0,707) ) = 87,019 Volt Dan nilai rms tegangan keluaran, adalah
= 112,2 Volt
4.2.3 Analisa dan Pembahasan Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban R untukα = 900
Dari hasil simulasi program Matlab gelombang arus dan tegangan bersifat diskontiniu. Hal ini disebabkan ketika SCR menerima pulsa pada sudut 90° pada interval (A-B) arus mengalir dari sumber melalui SCR 1 ke beban dan kembali ke sumber melalui SCR6 namun pada saat = π tidak ada arus yang mengalir pada rangkaian sampai interval (B-C) telah aktif , SCR2 menerima pulsa trigger , sehingga pada gelombang keluaran penyearah arus tidak mengalir secara kontiniu.
Dan hasil perhitungan secara teori sebagai berikut, : Tegangan keluaran rata-rata, adalah
E ( 1 + cos ( α + ) ) = 220 ( 1 + cos ( 900 + ) ) = 220 (1+cos (1500)) = 220 (1+(-0,866))= 39,80 Volt Dan nilai rms tegangan keluaran, adalah
= =
(44)
Tabel 4.4 Perbandingan Hasil Simulasi dan Hasil Perhitungan Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban R
No Teganga n Masukan
Vrms (V)
Beban R (ohm)
Sudut picu
α
Hasil Simulasi Hasil Perhitungan Teganga
n Keluaran
Vdc (V)
Teganga n Keluaran
Vrms (V)
Tegangan Keluaran Vdc (V)
Tegangan Keluaran Vrms (V)
1 220 27 60° 147,9 167,9 148,55 168,48
2 220 27 75° 86,93 114,3 87,01 112,20
(45)
4.3 Simulasi Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban Resistif Induktif (RL)
Untuk dapat melihat dan menganalisa pengaruh sudut picu (α) dan pengaruh sifat beban induktif terhadap keluaran penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL, maka diperlukan beberapa simulasi yaitu dengan sudut picu alpha (α) 600, 750, 900 dan 920.
4.3.1 Simulasi Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban RL dengan Sudut Picu Yang Bervariasi dan Beban R = 5 ohm, L = 8 Henry
4.3.1.1 Sudut Picu ( α ) = 600
Pada simulasi ini tegangan masukan 220 Volt dan frekuensi 50 Hz, dengan rangkaian simulasi seperti gambar berikut, :
Gambar 4.7 Rangkaian simulasi penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL pada pemograman Matlab untuk α = 600
(46)
Gambar 4.8 Bentuk gelombang tegangan sumber dan tegangan keluaran penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL pada simulasi Matlab untuk α =
600
Tabel 4.5 Data Hasil Simulasi Matlab Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban RL untuk α= 600
No Beban R (ohm)
Beban Induktif
L (H)
Tegangan Masukan Vrms (V)
Arus Masukan
Irms (A)
Tegangan Keluaran Vdc (V)
Arus Keluaran
Idc (V)
Tegangan Keluaran Vrms (V)
Arus Keluaran
Irms (A)
(47)
4.3.1.2 Sudut Picu ( α ) = 750
Pada simulasi ini tegangan masukan 220 Volt dan frekuensi 50 Hz, dengan rangkaian simulasi seperti gambar berikut, :
Gambar 4.9 Rangkaian simulasi penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL pada pemograman Matlab untuk α = 750 dan L = 8 Henry
(48)
Gambar 4.10 Bentuk gelombang tegangan sumber dan tegangan keluaran penyearahtiga fasa terkontrol penuh beban RL pada simulasi Matlab untuk α =
750 dan L = 8 Henry
Tabel 4.6 Data Hasil Simulasi Matlab Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban RL untuk α = 750 dan L = 8 Henry
N o Beban R (ohm) Beban Indukt if L (H) Tegangan Masukan Vrms (V)
Arus Masukan
Irms (A)
Tegangan Keluaran Vdc (V)
Arus Keluara
n Idc (V)
Tegangan Keluaran Vrms (V)
Arus Keluara
n Irms (A)
(49)
4.3.1.3 Sudut Picu ( α ) = 900
Pada simulasi ini tegangan masukan 220 Volt dan frekuensi 50 Hz, dengan rangkaian simulasi seperti gambar berikut, :
Gambar 4.11 Rangkaian simulasi penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL pada pemograman Matlab untuk α = 900 dan L= 8 Henry
(50)
Gambar 4.12 Bentuk gelombang tegangan sumber dan tegangan keluaranpenyearah tiga fasaterkontrol penuh beban RL pada simulasi Matlab untuk α = 900dan L= 8 Henry
Tabel 4.7 Data Hasil Simulasi Matlab Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban RL untuk α = 900dan L= 8 Henry
No Beban R (ohm)
Beban Induktif
L (H)
Tegangan Masukan Vrms (V)
Arus Masukan
Irms (A)
Tegangan Keluaran, Vdc (V)
Arus Keluaran
Idc (V)
Tegangan Keluaran Vrms (V)
Arus Keluaran
Irms (A)
(51)
4.3.2 Simulasi Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban RL dengan Sudut Picu Yang Bervariasi dan Beban R = 27 ohm, L = 0,015 Henry
4.3.2.1 Sudut Picu ( α ) = 600
Pada simulasi ini tegangan masukan 220 Volt dan frekuensi 50 Hz, dengan rangkaian simulasi seperti gambar berikut, :
Gambar 4.13 Rangkaian simulasi penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL pada pemograman Matlab untuk α = 600 dan L = 0,015 Henry
(52)
Gambar 4.14 Bentuk gelombang tegangan sumber dan tegangan keluaran penyearah tiga fasa terkonttrol penuh beban RL pada simulasi Matlab untuk α =
600 dan L = 0,015 Henry
Tabel 4.8 Data Hasil Simulasi Matlab Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban RL untuk α = 600 dan L = 0,015 Henry
N o Beban R (ohm) Beban Induktif L (H) Tegangan Masukan Vrms (V)
Arus Masukan
Irms (A)
Tegangan Keluaran Vdc (V)
Arus Keluaran
Idc (V)
Tegangan Keluaran Vrms (V)
Arus Keluaran
Irms (A)
(53)
4.3.2.2 Sudut Picu ( α ) = 750
Pada simulasi ini tegangan masukan 220 Volt dan frekuensi 50 Hz, dengan rangkaian simulasi seperti gambar berikut, :
Gambar 4.15 Rangkaian simulasi penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL pada pemograman Matlab untuk α = 750 dan L = 0,015 Henry
(54)
Gambar 4.16 Bentuk gelombang tegangan sumber dan tegangan keluaran penyearah tiga fasa terkonttrol penuh beban RL pada simulasi Matlab untuk α =
750 dan L = 0,015 Henry
Tabel 4.9 Data Hasil Simulasi Matlab Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban RL untuk α = 750 dan L = 0,015 Henry
N o Beban R (ohm) Beban Induktif L (H) Tegangan Masukan Vrms (V)
Arus Masukan
Irms (A)
Tegangan Keluaran Vdc (V)
Arus Keluaran
Idc (V)
Tegangan Keluaran Vrms (V)
Arus Keluaran
Irms (A)
(55)
4.3.2.3 Sudut Picu ( α ) = 900
Pada simulasi ini tegangan masukan 220 Volt dan frekuensi 50 Hz, dengan rangkaian simulasi seperti gambar berikut, :
Gambar 4.17 Rangkaian simulasi penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL pada pemograman Matlab untuk α = 900dan L= 0,015 Henry
(56)
Gambar 4.18 Bentuk gelombang tegangan sumber dan tegangan keluaran penyearah tiga fasaterkontrol penuh beban RL pada simulasi Matlab untuk α = 900dan L= 0,015
Henry
Tabel 4.10 Data Hasil Simulasi MatlabPenyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban RL untuk α = 900dan L= 0,015 Henry
No Beban R (ohm)
Beban Induktif
L (H)
Tegangan Masukan Vrms (V)
Arus Masukan
Irms (A)
Tegangan Keluaran, Vdc (V)
Arus Keluaran
Idc (V)
Tegangan Keluaran Vrms (V)
Arus Keluaran
Irms (A)
(57)
4.3.3 Simulasi Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban RL untuk α = 920
Rms tegangan fasa ke fasa (E) = 220 V Sudut picu (α) = 920 Frekuensi (f) = 50 Hz Beban Resistif (R) = 5 ohm Beban Induktif (L) = 1 Henry
Gambar 4.19 Rangkaian simulasi penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL pada pemograman Matlab untuk α = 920
(58)
Gambar 4.20 Bentuk gelombang tegangan sumber dan tegangan keluaran penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL pada simulasi Matlab untuk α = 920
Tabel 4.11 Data Hasil Simulasi MatlabPenyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban RL untuk α = 920
No Beban R (ohm)
Beban Induktif
L (H)
Tegangan Masukan Vrms (V)
Arus Masukan
Irms (A)
Tegangan Keluaran, Vdc (V)
Arus Keluaran
Idc (V)
Tegangan Keluaran Vrms (V)
Arus Keluaran
Irms (A)
(59)
4.4 Analisa dan Pembahasan Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban Resistif Induktif ( RL )
4.4.1 Analisa dan Pembahasan Simulasi Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban RL dengan Sudut Picu Yang Bervariasi dan
Beban R = 5 ohm, L = 8 Henry
4.4.1.1 Sudut Picu (α) = 600
Pada penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL , SCR dipicu pada sudut 600 yaitu pada interval interval 0 ≤ α ≤ , dengan nilai induktasi 8 Henry. Saat SCR dipicu pada sudut 600 mengalir arus pada beban terus menerus sampai SCR menerima pulsa trigger selanjutnya tetapi nilai induktansi 8 Henry tidak berpengaruh terhadap konduksi karena pada saat SCR telah off SCR yang lain telah ditrigger.
Dari gambar 4.8 bentuk gelombang keluaran penyearah terlihat bahwa arus beban bersifat kontiniu sama seperti pada penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban R.
Dari hasil perhitungan diperoleh, Tegangan keluaran rata-rata, adalah
E cos α = 00 = 148,552 Volt
Dan nilai rms tegangan keluaran,
= =
= = 168,48 Volt
4.4.1.2 Sudut Picu (α) = 750
Pada penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL ,SCR dipicu pada sudut 750 yaitu pada interval π/3 ≤ α ≤ dengan nilai induktasi 8 Henry.
Saat SCR dipicu pada sudut 750 mengalir arus pada beban tetapi SCR tetap konduksi sebelum menerima pulsa trigger pada siklus berikutnya hal ini terjadi karena pada saat SCR menerima pulsa trigger pada siklus selanjutnya nilai induktansi 8 Henry masih cukup besar untuk membuat SCR tetap konduksi sehingga arus yang mengalir pada beban bersifat kontiniu.
(60)
Dari gambar 4.10 bentuk gelombang keluaran penyearah terlihat bahwa arus beban bersifat kontiniu.
Dari hasil perhitungan diperoleh, Tegangan keluaran rata-rata, adalah
E cos α = 0
= 76.89 Volt
Dan nilai rms tegangan keluaran,
= =
= = 117,20 Volt
4.4.1.3 Sudut Picu (α) = 900
Pada penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL ,SCR dipicu pada sudut 900 yaitu pada interval π/3 ≤ α ≤ dengan nilai induktasi 8 Henry. Dari gambar 4.14 bentuk gelombang keluaran penyearah terlihat bahwa arus beban nol.
Saat SCR dipicu pada sudut 900 yaitu pada α = mengalir arus pada bebantetapi pada interval tidak menerima pulsa trigger lagi namun karena nilai induktansi sebesar 8 Henry cukup besar memaksa SCR tetap konduksi sampai SCR menerima pulsa trigger selanjutnya. Bentuk gelombang keluaran tegangan sama pada saat SCR di picu pada sudut 900 (berada diatas sumbu nol) dan pada saat nilai induktansi 8 Henry memaksa SCR tetap on (berada dibawah sumbu nol) sehingga tegangan keluaran rata-rata penyearah adalah nol.
Dari hasil perhitungan diperoleh, Tegangan keluaran rata-rata, adalah
E cos α = 0
= 0 Volt
Nilai rms tegangan keluaran,
= =
(61)
Tabel 4.12 Perbandingan Hasil Simulasi dan Hasil Perhitungan Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban RL
N o Tegang an Masuk an Vrms (V) Beban R (ohm) Beban L (Henry) Sudut Picu, α
Hasil Simulasi Hasil Perhitungan Tegangan
Keluaran Vdc (V)
Teganga n Keluaran
Vrms (V)
Teganga n Keluaran
Vdc (V)
Tegang an Keluara
n Vrms (V)
1 220 5 8 60° 147,9 167,9 148,55 168,48
2 220 5 8 75° 76,14 116,8 76,89 117,20
3 220 5 8 90° 0,01 96,68 0 91,50
4.4.2. Analisa dan Pembahasan Simulasi Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban RL dengan Sudut Picu Yang Bervariasi dan Beban R = 27 ohm, L = 0,015 Henry
4.4.2.1 Sudut Picu (α) = 600
Pada penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL , SCR dipicu pada sudut 600 yaitu pada interval interval 0 ≤ α ≤ , dengan nilai induktasi0.015 Henry. Saat SCR dipicu pada sudut 600 mengalir arus pada beban terus menerus sampai SCR menerima pulsa trigger selanjutnya tetapi nilai induktansi 0.015 Henry tidak berpengaruh terhadap konduksi karena pada saat SCR telah off SCR yang lain telah ditrigger.
Dari gambar 4.8 bentuk gelombang keluaran penyearah terlihat bahwa arus beban bersifat kontiniu sama seperti pada penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban R.
Dari hasil perhitungan diperoleh, Tegangan keluaran rata-rata, adalah
E cos α = 00 = 148,552 Volt
Dan nilai rms tegangan keluaran,
= =
(62)
4.4.2.2 Sudut Picu (α) = 750
Pada penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL ,SCR dipicu pada sudut 750 yaitu pada interval π/3 ≤ α ≤ dengan nilai induktasi yang lebih kecil yaitu 0.015 Henry. Saat SCR dipicu pada sudut 750 mengalir arus pada beban tetapi pada interval tidak menerima pulsa trigger lagi sehingga arus beban nol karena nilai induktansi sebesar 0,015 Henry tidak cukup besar untuk SCR tetap konduksi sehingga tidak ada arus yang mengalir pada beban sampai SCR menerima pulsa trigger selanjutnya sehingga arus yang mengalir pada beban bersifat diskontiniu.
Dari gambar 4.12 bentuk gelombang keluaran penyearah terlihat bahwa arus beban bersifat diskontiniu.
4.4.2.3 Sudut Picu (α) = 900
Pada penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL ,SCR dipicu pada sudut 900 dengan nilai induktasi 0,015 Henry.Saat SCR dipicu pada sudut 900 yaitu pada α = mengalir arus pada beban tetapi pada interval tidak menerima pulsa trigger lagi dan nilai induktansi sebesar 0,015 Henry tidak cukup besar untuk SCR tetap konduksi sehingga tidak ada arus yang mengalir pada beban sampai SCR menerima pulsa trigger selanjutnya sehingga arus yang mengalir pada beban bersifat diskontiniu.
Dari gambar 4.16 bentuk gelombang keluaran penyearah terlihat bahwa arus beban bersifat diskontiniu.
4.4.3 Analisa dan Pembahasan Simulasi Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban RL untuk α = 920
Pada penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL ,SCR dipicu pada sudut 920 (α >900) dengan nilai induktasi 1 Henry. Saat SCR dipicu pada sudut 920 mengalir arus pada beban tetapi pada interval tidak menerima pulsa trigger lagi namun karena nilai induktansi sebesar 1 Henry masih cukup besar memaksa SCR tetap konduksi sampai SCR menerima pulsa trigger selanjutnya dan arus pada beban tetap mengalir sehingga arus beban bersifat kontiniu. Bentuk gelombang keluaran tegangan adalah lebih dominan pada saat SCR di paksa konduksi dibandingkan pada saat awal menerima pulsa trigger sehingga keluaran penyearah adalah negatif.
(63)
Dari gambar 4.18 bentuk gelombang keluaran penyearah terlihat bahwa arus beban bersifat kontiniu namun benilai negatif.
(64)
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Setelah melakukan analisis dengan gambar data tabel dan padabab IV diatas, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut,
1. Bentuk gelombang tegangan keluaran dan arus beban penyearah tiga fasa terkontrol penuh baik untukbeban R maupun beban RL bergantung dari besarnya nilai tegangan masukan , sudut triger dan sifat beban.
2. Pada penyearah tiga fasa terkontrol penuh untuk beban R dan RL dengan sudut picu 600 bentuk gelombang tegangan keluaran dan arus bebannya tidak dipengaruhi oleh sifat beban.
3. Pada penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban R untuk sudut trigger lebih besar dari 600 arus beban bersifat diskontiniu , namun pada beban RL arus beban bersifat kontiniu tergantung pada besar induktansi bebannya.
5.2 Saran
Untuk pengembangan tugas akhir ini simulasi dilakukan pada beban yang bervariatif lagi misalnya untuk beban kapasitif dan induktif.
(65)
DAFTAR PUSTAKA
[1] Muhammad H. Rashid, Power Electronic Handbook. Prentice-Hall InternationalInc, 1988.
[2] Zuhal, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya, Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, 1995.
[3] Cyril W. Lander, PowerElectronics, McGraw-Hill Book Company, 1993. [4] Muhammad H. Rashid, Elektronika Daya,Rangkaian, Devais, dan Aplikasinya,
Prentice-Hall InternationalInc, 1988.
(1)
Dari gambar 4.10 bentuk gelombang keluaran penyearah terlihat bahwa arus beban bersifat kontiniu.
Dari hasil perhitungan diperoleh, Tegangan keluaran rata-rata, adalah
E cos α = 0
= 76.89 Volt
Dan nilai rms tegangan keluaran,
= =
= = 117,20 Volt
4.4.1.3 Sudut Picu (α) = 900
Pada penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL ,SCR dipicu pada sudut 900 yaitu pada interval π/3 ≤ α ≤ dengan nilai induktasi 8 Henry. Dari gambar 4.14 bentuk gelombang keluaran penyearah terlihat bahwa arus beban nol.
Saat SCR dipicu pada sudut 900 yaitu pada α = mengalir arus pada bebantetapi pada interval tidak menerima pulsa trigger lagi namun karena nilai induktansi sebesar 8 Henry cukup besar memaksa SCR tetap konduksi sampai SCR menerima pulsa trigger selanjutnya. Bentuk gelombang keluaran tegangan sama pada saat SCR di picu pada sudut 900 (berada diatas sumbu nol) dan pada saat nilai induktansi 8 Henry memaksa SCR tetap on (berada dibawah sumbu nol) sehingga tegangan keluaran rata-rata penyearah adalah nol.
Dari hasil perhitungan diperoleh, Tegangan keluaran rata-rata, adalah
E cos α = 0
= 0 Volt
Nilai rms tegangan keluaran,
= =
(2)
Tabel 4.12 Perbandingan Hasil Simulasi dan Hasil Perhitungan Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban RL
N o Tegang an Masuk an Vrms (V) Beban R (ohm) Beban L (Henry) Sudut Picu, α
Hasil Simulasi Hasil Perhitungan
Tegangan Keluaran Vdc (V)
Teganga n Keluaran
Vrms (V)
Teganga n Keluaran
Vdc (V)
Tegang an Keluara
n Vrms (V)
1 220 5 8 60° 147,9 167,9 148,55 168,48
2 220 5 8 75° 76,14 116,8 76,89 117,20
3 220 5 8 90° 0,01 96,68 0 91,50
4.4.2. Analisa dan Pembahasan Simulasi Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban RL dengan Sudut Picu Yang Bervariasi dan Beban R = 27 ohm, L = 0,015 Henry
4.4.2.1 Sudut Picu (α) = 600
Pada penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL , SCR dipicu pada sudut 600 yaitu pada interval interval 0 ≤ α ≤ , dengan nilai induktasi0.015 Henry. Saat SCR dipicu pada sudut 600 mengalir arus pada beban terus menerus sampai SCR menerima pulsa trigger selanjutnya tetapi nilai induktansi 0.015 Henry tidak berpengaruh terhadap konduksi karena pada saat SCR telah off SCR yang lain telah ditrigger.
Dari gambar 4.8 bentuk gelombang keluaran penyearah terlihat bahwa arus beban bersifat kontiniu sama seperti pada penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban R.
Dari hasil perhitungan diperoleh, Tegangan keluaran rata-rata, adalah
E cos α = 00 = 148,552 Volt
Dan nilai rms tegangan keluaran,
= =
(3)
4.4.2.2 Sudut Picu (α) = 750
Pada penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL ,SCR dipicu pada sudut 750 yaitu pada interval π/3 ≤ α ≤ dengan nilai induktasi yang lebih kecil yaitu 0.015 Henry. Saat SCR dipicu pada sudut 750 mengalir arus pada beban tetapi pada interval tidak menerima pulsa trigger lagi sehingga arus beban nol karena nilai induktansi sebesar 0,015 Henry tidak cukup besar untuk SCR tetap konduksi sehingga tidak ada arus yang mengalir pada beban sampai SCR menerima pulsa trigger selanjutnya sehingga arus yang mengalir pada beban bersifat diskontiniu.
Dari gambar 4.12 bentuk gelombang keluaran penyearah terlihat bahwa arus beban bersifat diskontiniu.
4.4.2.3 Sudut Picu (α) = 900
Pada penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL ,SCR dipicu pada sudut 900 dengan nilai induktasi 0,015 Henry.Saat SCR dipicu pada sudut 900 yaitu pada α = mengalir arus pada beban tetapi pada interval tidak menerima pulsa trigger lagi dan nilai induktansi sebesar 0,015 Henry tidak cukup besar untuk SCR tetap konduksi sehingga tidak ada arus yang mengalir pada beban sampai SCR menerima pulsa trigger selanjutnya sehingga arus yang mengalir pada beban bersifat diskontiniu.
Dari gambar 4.16 bentuk gelombang keluaran penyearah terlihat bahwa arus beban bersifat diskontiniu.
4.4.3 Analisa dan Pembahasan Simulasi Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban RL untuk α = 920
Pada penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL ,SCR dipicu pada sudut 920 (α >900) dengan nilai induktasi 1 Henry. Saat SCR dipicu pada sudut 920 mengalir arus pada beban tetapi pada interval tidak menerima pulsa trigger lagi namun karena nilai induktansi sebesar 1 Henry masih cukup besar memaksa SCR tetap konduksi sampai SCR menerima pulsa trigger selanjutnya dan arus pada beban tetap mengalir sehingga arus beban bersifat kontiniu. Bentuk gelombang keluaran tegangan adalah lebih dominan pada saat SCR di paksa konduksi dibandingkan pada saat awal menerima pulsa trigger sehingga keluaran penyearah adalah negatif.
(4)
Dari gambar 4.18 bentuk gelombang keluaran penyearah terlihat bahwa arus beban bersifat kontiniu namun benilai negatif.
(5)
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Setelah melakukan analisis dengan gambar data tabel dan padabab IV diatas, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut,
1. Bentuk gelombang tegangan keluaran dan arus beban penyearah tiga fasa terkontrol penuh baik untukbeban R maupun beban RL bergantung dari besarnya nilai tegangan masukan , sudut triger dan sifat beban.
2. Pada penyearah tiga fasa terkontrol penuh untuk beban R dan RL dengan sudut picu 600 bentuk gelombang tegangan keluaran dan arus bebannya tidak dipengaruhi oleh sifat beban.
3. Pada penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban R untuk sudut trigger lebih besar dari 600 arus beban bersifat diskontiniu , namun pada beban RL arus beban bersifat kontiniu tergantung pada besar induktansi bebannya.
5.2 Saran
Untuk pengembangan tugas akhir ini simulasi dilakukan pada beban yang bervariatif lagi misalnya untuk beban kapasitif dan induktif.
(6)
DAFTAR PUSTAKA
[1] Muhammad H. Rashid, Power Electronic Handbook. Prentice-Hall InternationalInc, 1988.
[2] Zuhal, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya, Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, 1995.
[3] Cyril W. Lander, PowerElectronics, McGraw-Hill Book Company, 1993. [4] Muhammad H. Rashid, Elektronika Daya,Rangkaian, Devais, dan Aplikasinya,
Prentice-Hall InternationalInc, 1988.