TUGAS AKHIR - 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 2014
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. : Syiska Yana, ST. MT. .....................Ketua Penguji 2. : Yulianta Siregar, ST. MT. ..................... Anggota Penguji
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 2014 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 60 untuk beban resistif dan resistif induktif keluaran penyearah ini tidak dipengaruhi oleh sifat beban. Pada sudut picu lebih besar dari 60 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.
Kata kunci : Penyearah tiga fasa terkontrol penuh, Beban Resistif dan Beban Induktif.
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.
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
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
2.3.5 Pemadaman ( turn off) Thyristor ……………………………...16
……………………………....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
3.2 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 = 60 ……………………………………….22
4.1.3 Simulasi Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban R untuk α = 75 ……………………………………….24
4.1.5 Simulasi Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban R untuk α = 90 ………………………………………..26
4.2 Analisa dan Pembahasan Simulasi Penyearah Tiga Fasa T erkontrol Penuh Beban R …………………………………………..28
4.2.1 Analisa dan Pembahasan Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban R u ntuk α = 60 …………………….28
Terkontrol Penuh Beban R untuk α = 75 ……………………..29
4.2.3 Analisa dan Pembahasan Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban R untuk α = 90 ……………………..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 = 92 ……………………………………...43
4.4 Analisa dan Pembahasan Simulasi Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban
RL ……………………………...45
4.4.1 Analisa dan Pembahasan Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban RL Dengan Sudut Picu
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 = 92 ……………………..48
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ……………………………………………50
5.1 Kesimpulan …………………………………………………………...50
5.2 Saran ………………………………………………………………....50
DAFTAR PUSTAKA…………………………………………………………….......51
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 i nduktif 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 thy ristor………………………………………………………….........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
Diagram Alir Pemograman………………………………..…………………....20
4.1 Rangkaian simulasi penyearah tiga fasa terkontrol penuh beba n R untuk pemograman Matlab untuk α = 60 ………………………….....22
4.2 Bentuk gelombang tegangan sumber dan tegangan keluaran penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban R pada simulasi Matlab untuk α = 60 ……...23
4.3 Rangkaian simulasi penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban R pada pemograman Matlab untuk α = 75 ……………………………………............24
4.4 Bentuk gelombang tegangan sumber dan tegangan keluaran penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban R pada simulasi Matla b untuk α = 75 ……...25
4.5 Rangkaian simulasi penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban R pada pemograman Matlab untuk α = 90 …………………………………................26
4.6 Bentuk gelombang tegangan sumber dan tegangan keluaran penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban R pada simulasi Matlab untuk α = 90 ……...27
4.7 Rangkaian simulasi penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL pada pemograman Matlab untuk α = 60 …………………………………………….31
4.8 Bentuk gelombang tegangan sumber dan tegangan keluaran penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL pada simulasi Matlab untuk α = 60 ……32
4.9 Rangkaian simulasi penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL pada dan L = 8 Henry pemograman Matlab untuk α = 75 ………………………....33
4.10 Bentuk gelombang tegangan sumber dan tegangan keluaran penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL pada simulasi Matlab dan L = 8 Henry untuk α = 75 ………………………………………………..34
4.11 Rangkaian simulasi penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL pada pemograman Matlab untuk α = 90 dan L= 8 Henry…………………………...35
tiga fasa terkontrol penuh beban RL pada simulasi Matlab untuk α = 90 dan L= 8 Henry
……………………………………….......40
4.20 Bentuk gelombang tegangan sumber dan tegangan keluaran penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL pada simulasi Matlab
4.19 Rangkaian simulasi penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL pada pemograman Matlab untuk α = 92 …………………………………………….43
untuk α = 90 dan L= 0,015 Henry …………………………………………….42
4.18 Bentuk gelombang tegangan sumber dan tegangan keluaran penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL pada simulasi Matlab
…………………......41
4.17 Rangkaian simulasi penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL pada pemograman Matlab untuk α = 90 dan L= 0,015 Henry
4.16 Bentuk gelombang tegangan sumber dan tegangan keluaran penyearah tiga fasa terkonttrol penuh beban RL pada simulasi Matlab untuk α = 75 dan L = 0,015 Henry
……………………………………………….....36
……………............39
4.15 Rangkaian simulasi penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL pada pemograman Matlab untuk α = 75 dan L = 0,015 Henry
……………………………………….......38
4.14 Bentuk gelombang tegangan sumber dan tegangan keluaran penyearah tiga fasa terkonttrol penuh beban RL pada simulasi Matlab untuk α = 60 dan L = 0,015 Henry
……………............37
4.13 Rangkaian simulasi penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL pada pemograman Matlab untuk α = 60 dan L = 0,015 Henry
untuk α = 92 …………44
Judul Halaman
4.1 Data hasil simulasi matlab penyearah tiga tasa terkontrol penuh b eban Resistif α = 60 ………………………………………………………….23
4.2 Data hasil simulasi matlab penyearah tiga fasa terkontrol penuh b eban Resistif α = 75 ………………………………………………………….25
4.3 Data hasil simulasi matlab penyearah tiga fasa terkontrol penuh b eban Resistif α = 90 ………………………………………………………….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 b dan L eban RL untuk α = 60 = 8 Henry ……………………...…………….32
4.6 Data hasil simulasi matlab penyearah tiga fasa terkontrol penuh b eban RL untuk α = 75 dan L = 8 Henry…………………………………….34
4.7 Data hasil simulasi matlab penyearah tiga fasa terkontrol penuh b eban RL untuk α = 90 dan L = 8 Henry…………………………………......36
4.8 Data hasil simulasi matlab penyearah tiga fasa terkontrol penuh b eban RL untuk α = 60 dan L = 0,015 Henry……………………………......38
4.9 Data hasil simulasi matlab penyearah tiga fasa terkontrol penuh beban RL untuk α = 75 dan L = 0,015 Henry……………………………......40
4.10 Data hasil simulasi matlab penyearah tiga fasa terkontrol penuh b eban RL untuk α = 90 dan L = 0,015 Henry………………………………...42
4.11 Data Hasil Simulasi MatlabPenyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh
Beban RL untuk α = 92 ……………………………………………………….44
4.12 Perbandingan Hasil Simulasi dan Hasil Perhitungan Penyearah Tiga Fasa Terkontrol Penuh Beban RL...............................................................................4