Gambar 4.15 Komponen pemicu elektroda atau gate
4.4. Contoh rangkaian elektronika daya 4.4.1. Konverter AC ke AC dengan Pengendalian pemotongan fase
Gambar 4.16 Blok diagram converter AC ke AC Sumber arus balak balik yang sebagai sumber yaitu tegangan dan
frekwensinya harus konstan dan yang terpakai pada tegangan beban dapat dirubah antara 0 = U
RL
= U
S
. Tingginya tegangan pada beban dapat diatur dengan tegangan kedali.
Contoh Pemakaian: Dimmer, yaitu pengaturan terang gelapnya lamp
Mengendalikan kecepatan motor universal yang daya kecil.
Pengendalian Arus bolak balik
Alat kendali
Gambar 4.17 Blok Rangkaian converter AC ke AC Catatan:
Pada daya yang kecil dapat diganti pada dua Thyristor diganti dengan Triac.
Tegangan sumber u
S
dapat dihantarkan pada kedua katup 1 dan katup 2. Untuk katup 1 mengalirkan arus positip dan katup 2 mengalirkan arus
negative ke beban i
RL
. Harga tegangan efektif pada beban dapat dirubah melalui pengaturan
tegangan pada katup 1 dan katup 2 dengan cara setiap setengah gelombang ada penundaan.
Hasil penundaan waktu yang dapat dikatakan sudut gelombangnya yang terpotong, maka sering juga disebut penundaan sudut a 0 =a = p ,
pengendalian ini disebut pengendalian phase, kerena simetris antara gelombang positif dan negatifnya a1 = a2.
Untuk tegangan keluaran pada beban akan maksimal u
RL
= u
S
jika diatur sudut a1= a2 = 0.
Gambar 4.18 Penundaan waktu pada tegangan u
S
dan u
RL
Dua thyristor atau Triac harus ditriger setelah zero crossing agar tegangan MT1 dan MT2 cukup untuk merubah kondisi kerja Triac ketika
ada arus gate.
4.4.2. Penyearah dengan pengendalian pemotongan fase
Gambar 4.19 Blok diagram converter AC ke DC Penyearah Berdasarkan semikonduktor yang digunakan dan variasi tegangan
keluarannya, penyearah satu atau tiga-fasa dapat diklasifikasikan menjadi :
• Penyerah tak terkendali. • Penyearah terkendali.
Umumnya semikonduktor penyearah terkendali menggunakan bahan semikonduktor berupa thyristor, atau menggunakan thyristor dan dioda
secara bersamaan. Berdasarkan bahan semikonduktar yang digunakan dan sistem
kendalinnya penyearah satu atau tiga-fasa terkendali umumnya dapat dibedakan menjadi :
• Half wave Rectifiers • Full wave Rectifiers-Full Controller
• Full wave Rectifiers-Semi Controller Hal-hal yang menjadi masalah dalam teknik penyerahan antara lain
adalah trafo penyearahan, gangguan-gangguan tegangan lebih atau arus lebih yang membahayakan dioda thyristor, keperluan daya buta untuk
beban penyearahan, harmonisa yang timbul akibat gelombang non sinus serta sirkit elektronik pengatur penyalaan
Kebutuhan arus searah dapat dibangun dengan sumber arus tiga phase yang nantinya akan dihasilkan tegangan Ud searah yang lebih baik juga
arusnya Id. Besarnya tegangan searah tergantung dari besarnya tegangan
pengendali uST untuk mendapatkan besaran antara 0 = U
d
= U
dmax..
Pengendalian ini dilakukan pada katup dari thyristor. Contoh Pemakaian:
Dalam aplikasinya, sirkit-sirkit penyearahan biasanya dilengkapi dengan sirkit. pengatur tambahan seperti pengatur tegangan pembatas arus dan-
lain-lain sesuai dengan jenis pemakaiannya. Bidang gerak teknik penyearahan meliputi sistem-sistem pengatur putaran mesin DC pada
mesin cetak kertas, tekstil, mesin las DC, pengisi baterai,sampai pada pengatur tegangan konstan generator sinkron AVR.
Pemberian sumber tegangan pada Motor DC dengan jala jala 3 phase dan thyristor.
Gambar 4.20 Rangkaian Titik tengah tiga pulsa terkendali M3C
Akibat dari penyulutan pada katup 1, 2 dan 3 dapat dihasilkan tegangan searah dari tegangan antar phase dengan netral u
S 1
, u
S2
dan u
S 3
dari sumber arus listrik 3 phase.
Keinginan dari harga aritmatik tegangan keluaran Ud mudah sekali untuk tercapai dengan pengendalian penundaan sudut.
Tegangan keluaran pada penyearah memungkinkan mendapatkan tegangan yang maksimal jika sudut penyulutan a = 0.
Gambar 4.21 Penyulutan sudut 0
o
Penundaan penyulutan pada Thyristor a 0 mengakibatkan menurunkan tegangan searah pada keluaraannya.
Gambar 4.22 Penyulutan sudut 30
o
Pada penyulutan dengan sudut a =90
o
besar tegangan searah yang dihasilkan adalah nol Ud= 0 V.
Gambar 4.23 Penyulutan sudut 90
o
Energi yang dikirim pada tegangan keluaran dapat berubah kutupnya, jika besarnya sudut penyulutan melebihi 90
o
U
d
0 dan I
d
Gambar 4.24 Penyulutan sudut 120
o
Hasil besar tegangan pada outputnya akan minus terhadap titik nol, jika penyulutan sudutnya melebihi 90
o
. Sering dalam aplikasi sumber arus mengunakan system perubahan
polaritas, suatu contoh pada mesin motor DC yang putarannya dibuat suatu saat kekanan atau kekiri. Maka rangkaian dasarnya adalah
sebagai berikut:
Gambar 4.25 Rangkaian Titik tengah enam pulsa terkendali M6C Ada sebuah bentuk lagi yang menghasilkan tegangan outputnya ganda,
yang berarti tidak hanya pulsa positifnya saja yang disearahkan tetapi juga yang pulsa negatif, sehingga hasil tegangan outputnya lebih besar
dan tegangan ripplenya lebih kecil. Bentuk ini sering disebut penyearah terkontrol jembatan tiga phase
Gambar 4.26 Rangkaian jembatan 6 pulsa terkendali B6C
4.4.3. Pengubah daya DC-DC DC-DC Converter
Tipe peralihan dari tegangan DC ke DC atau dikenal juga dengan sebutan DC Chopper dimanfaatkan terutama untuk penyediaan tegangan
keluaran DC yang bervariasi besarannya sesuai dengan permintaan pada beban.
Gambar 4.27 Blok diagram konverter DC ke DC DC Chopper Daya masukan dari proses DC-DC tersebut adalah berasal dari sumber
daya DC yang biasanya memiliki tegangan masukan yang tetap. Pada dasarnya, penghasilan tegangan keluaran DC yang ingin dicapai adalah
dengan cara pengaturan lamanya waktu penghubungan antara sisi keluaran dan sisi masukan pada rangkaian yang sama. Komponen yang
digunakan untuk menjalankan fungsi penghubung tersebut tidak lain adalah switch solid state electronic switch seperti misalnya Thyristor,
MOSFET, IGBT, GTO. Secara umum ada dua fungsi pengoperasian dari DC Chopper yaitu penaikan tegangan dimana tegangan keluaran yang
dihasilkan lebih tinggi dari tegangan masukan, dan penurunan tegangan dimana tegangan keluaran lebih rendah dari tegangan masukan.
Prinsip dasar Pengubah DC-DC Tipe Peralihan
Untuk lebih memahami keuntungan dari tipe peralihan, kita lihat kembali prinsip pengubahan daya DC-DC seperti terlihat pada contoh gambar
dibawah:
Gambar 4.28 Rangkaian Konverter DC ke DC DC Chopper Pada gambar rangkaian ada sebuah katup V yang mengalirkan dan
menyumbat arus yang mengalir, sehingga mempengaruhi besar tegangan pada beban.
1. Katup V menutup, kondisinya arus mengalir :
u
v
= U
o
Diode D
F
menutup tidak ada arus yang lewat karena katoda lebih positif dari pada anoda, tetapi arus iv mengalir naik ke beban dengan konstanta
waktu R
L T
= . Sehingga arus maksimum yang terjadi secara exponensial
adalah: R
U i
vmak =
Gambar 4.29 Arus mengalir saat kondisi katup V menutup 2. Katup V membuka, kondisi arus tertahan
Setelah katup dibuka, arus mengalir i
v
dari pembuangan dari induktor, sehingga ada komutasi arus dari anoda ke katoda Dioda D
F
u
v
= 0
Gambar 4.30 Arus tertahan saat kondisi katup V membuka Arus pada beban i
v
dihasilkan secara exponensial adalah nol. Dalam satu periode terjadi tutup bukanya sebuah katup seperti saklar,
pada beban terjadi potensial tegangan Uv dan memungkin arus yang mengalir iv pada beban. Dari terjadi perubahan tutup dan buka ada
perbedaan arus terhadap waktu ? iv. Sehingga divisualisasikan dengan bentuk gelombang kotak pulsa, dengan notasi frekwensi fp atau dirubah
dengan fungsi waktu Tp. Sedangkan untuk periode positif adalah Tg dan periode pulsa negatif To. Sehingga tegangan output persamaannya dapat
dituliskan sebagai berikut:
o p
g o
o g
g v
U T
T U
T T
T U
• =
• +
= atau
p g
o g
g o
v
T T
T T
T U
U =
+ =
Salah satu contoh gambar dibawah adalah bentuk gelombang pada tegangan dan arus pada beban terhadap waktu dengan T
g
=0,75 T
p
Gambar 4.31 Bentuk gelombang tegangan dan arus pada beban Untuk signal kendali ada beberapa cara memodulasi signalnya yaitu:
§ Pulse wave modulation PWM Tp konstan, Tg variable
Sangat lebar jarak pulsa, contoh :
kHz f
T
P W M p
16 1
= =
§ Pengendali Pulsa T
g
atau T
o
konstan, T
p
variable jarang digunakan § Dua titik Pengaturan
?i konstan, T
p
variable, system ini sering dipakai pada pengaturan
4.4.4. Pengubah daya DC ke AC satu fase Konverter DC to AC
Dengan beban tahanan murni atau induktif sebuah konverter harus menghasilkan tegangan output dan frekwensi yang konstan
Gambar 4.32 Blok diagram konverter DC ke AC Salah satu aplikasinya adalah pada elektro lokomotip yang modern atau
pengendalian Mesin Motor.
Gambar 4.33 Rangkaian pengubah tegangan DC ke AC dengan model jembatan
Dari rangkaian diatas ada empat thyristor mempunyai masing-masing satu katup V1, V2, V3 dan V4. Setiap katup dapat dikendalikan buka
tutupnya. Sehingga didapatkan tiga macam besarnya tegangan keluaran antara lain:
1. V1 dan V2 menghantar, V3 dan V4 menutup
o v
U u
=
Arus pada beban i
v
naik ekponensial dengan konstanta waktu R
L T
= dan hasilnya adalah
R U
o
