elektronika daya kendali tegangan AC

(1)

KENDALI TEGANGAN AC KENDALI TEGANGAN AC

Praktikan: Eful Syaeful Bahri

Praktikan: Eful Syaeful Bahri (11-2011-037(11-2011-037))

Asisten: Ahmad Robby

Asisten: Ahmad Robby N M (11-2011-031)N M (11-2011-031) Waktu Percobaan: 9 Desember 2014 Waktu Percobaan: 9 Desember 2014

EL-319

EL-319 – – Elektronika Daya Elektronika Daya

Laboratorium Dasar Energi Elektrik - JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

Abstrak Abstrak

Pengendalian saluran tegangan AC digunakan Pengendalian saluran tegangan AC digunakan untuk

untuk mengubah mengubah ubah ubah harga harga rms rms tegangan tegangan yangyang dicatukan ke beban dengan menggunakan Thyristor dicatukan ke beban dengan menggunakan Thyristor sebagai saklar. Penggunaan alat ini antara lain untuk sebagai saklar. Penggunaan alat ini antara lain untuk kontrol kecepatan motor induksi, kontrol penerangan, kontrol kecepatan motor induksi, kontrol penerangan, dan kontrol alat-alat pemanas.Pada percobaan ini, dan kontrol alat-alat pemanas.Pada percobaan ini, praktikum

praktikum kendali kendali tegangan tegangan AC AC digunakan digunakan untukuntuk mengatur besar trigger untuk mendapatkan besar daya mengatur besar trigger untuk mendapatkan besar daya yang masuk ke beb

yang masuk ke beban.an.

Tujuan dari praktikum ini adalah untuk (1) Tujuan dari praktikum ini adalah untuk (1) Memahami cara kerja t

Memahami cara kerja thyristor dan triac. (2) Menhyristor dan triac. (2) Mengetahuigetahui tipe-tipe kendali tegangan AC. (3) Mengetahui tipe-tipe kendali tegangan AC. (3) Mengetahui gelombang input dan ou

gelombang input dan output untuk tiap percobatput untuk tiap percobaan.an. Dengan tujuan yang sudah dilakukan maka Dengan tujuan yang sudah dilakukan maka analisis dari percobaan ini dengan mengatur besar trigger analisis dari percobaan ini dengan mengatur besar trigger apabila semakin besar trigger yang diatur maka semakin apabila semakin besar trigger yang diatur maka semakin kecil daya keluaran yang diberikan.itu diakibatkan dari kecil daya keluaran yang diberikan.itu diakibatkan dari cara kerja thyristor.

cara kerja thyristor.

Dengan demkian pada percobaan kendali Dengan demkian pada percobaan kendali tegangan AC dapat disimpulkan bahwa dari tujuan tegangan AC dapat disimpulkan bahwa dari tujuan praktikum

praktikum dapat dapat terpenuhi terpenuhi dengan dengan melakukanmelakukan percobaan.

percobaan. 1.

1. PendahuluanPendahuluan

Kebutuhan pengendalian daya telah ada Kebutuhan pengendalian daya telah ada sejak lama.

sejak lama. Sebelum ditemukan thyristor,Sebelum ditemukan thyristor, pengendalian daya listrik menggunakan pengendalian daya listrik menggunakan generator induksi, tetapi alat ini mempunyai generator induksi, tetapi alat ini mempunyai beberapa kelemahan antara lain efisiensi yang beberapa kelemahan antara lain efisiensi yang rendah, harga yang mahal, ukurannya besar rendah, harga yang mahal, ukurannya besar dan perawatan yang tidak mudah. Saat ini dan perawatan yang tidak mudah. Saat ini pengendalian daya menggunakan penyearah pengendalian daya menggunakan penyearah thyristor fasa terkendali yang merupakan thyristor fasa terkendali yang merupakan penyearah sederhana dan lebih murah. penyearah sederhana dan lebih murah. Efisiensi dari penyearah ini umumnya berada Efisiensi dari penyearah ini umumnya berada diatas 95%. Penyearah ini dikenal sebagai diatas 95%. Penyearah ini dikenal sebagai converter AC DC yang mengkonversi dari converter AC DC yang mengkonversi dari tegangan AC ke DC dan digunakan secara tegangan AC ke DC dan digunakan secara intensif pada aplikasi-aplikasi industri.

intensif pada aplikasi-aplikasi industri.

Thyristor sebagai salah satu komponen Thyristor sebagai salah satu komponen aktif sangat popular digunakan dalam aktif sangat popular digunakan dalam rangkaian elektronika, karena bentuknya rangkaian elektronika, karena bentuknya sederhana dan penggunaannya sangat luas. sederhana dan penggunaannya sangat luas. Kendali tegangan AC banyak digunakan di Kendali tegangan AC banyak digunakan di industry pemanas, trafo beban tap yang industry pemanas, trafo beban tap yang berubah-ubah, pengontrol cahaya, control berubah-ubah, pengontrol cahaya, control

kecepatan pada motor induksi fasa banyak dan kecepatan pada motor induksi fasa banyak dan control magnet AC. Kendali tegangan ini ada control magnet AC. Kendali tegangan ini ada dua jenis type, yaitu : control on-off, dan dua jenis type, yaitu : control on-off, dan control sudut fasa. Control tegangan aca juga control sudut fasa. Control tegangan aca juga ada dua type, yaitu : control fasa banyak, ada dua type, yaitu : control fasa banyak, control fasa tunggal.

control fasa tunggal.

Berdasarkan penjelasan diatas, maka Berdasarkan penjelasan diatas, maka perlunya dilakukan peercobaan guna perlunya dilakukan peercobaan guna mengetahui dan memahami semua rangkaian mengetahui dan memahami semua rangkaian penyearah kendali tegangan AC. Praktikan penyearah kendali tegangan AC. Praktikan perlu mengerti prinsip kerja dari kendali perlu mengerti prinsip kerja dari kendali tegangan AC. Untuk itu, kami mengangkat tegangan AC. Untuk itu, kami mengangkat modul praktikum ini dengan judul “

modul praktikum ini dengan judul “KendaliKendali Tegangan AC

Tegangan AC ”.”.

Pada percobaan ini dilakukan untuk Pada percobaan ini dilakukan untuk mengetahui intensitas cahaya serta bentuk mengetahui intensitas cahaya serta bentuk sinyal pada beban dengan sudut-sudut yang sinyal pada beban dengan sudut-sudut yang diubah dari sudut penyalaan 30°, 60°, 90°, dan diubah dari sudut penyalaan 30°, 60°, 90°, dan 120°. Selain itu, percobaan ini juga bertujuan 120°. Selain itu, percobaan ini juga bertujuan untuk:

untuk: a.

a. Mengetahui cara kerja ThyristorMengetahui cara kerja Thyristor b.

b. Mengetahui tipe-tipe kendaliMengetahui tipe-tipe kendali tegangan AC

tegangan AC c.

c. Mengetahui gelombang input danMengetahui gelombang input dan output untuk tiap percobaan output untuk tiap percobaan 2.

2. Dasar TeoriDasar Teori Kendali

Kendali tegangan tegangan AC AC akan akan diketahuidiketahui ketika tegangan AC rms yang disalurkan ke ketika tegangan AC rms yang disalurkan ke beban

beban pada pada rangkaian rangkaian daya daya type. type. UntukUntuk memindahkan daya biasanya digunakan dua memindahkan daya biasanya digunakan dua jenis type pengontrolan, diantaranya :

jenis type pengontrolan, diantaranya : 1.

1. Pengontrolan On-OffPengontrolan On-Off 2.

2. Pengontrolan Sudut FasaPengontrolan Sudut Fasa

Dalam saklar on-off, saklar thyristor Dalam saklar on-off, saklar thyristor menghubungkan beban ke sumber AC untuk menghubungkan beban ke sumber AC untuk beberapa cycle lagi. Dalam control phase, beberapa cycle lagi. Dalam control phase, saklar menghubungkan beban ke sumber AC saklar menghubungkan beban ke sumber AC untuk tiap bagian cycle tegangan input.

untuk tiap bagian cycle tegangan input.

Kontrol tegangan AC dapat diklasifikasikan Kontrol tegangan AC dapat diklasifikasikan dalam dua tipe :

dalam dua tipe : 1.

1. Kontrol fase tunggalKontrol fase tunggal 2.

2. Kontrol fase banyakKontrol fase banyak

Setiap tipe terbagi lagi dalam beberapa bagian, Setiap tipe terbagi lagi dalam beberapa bagian, diantaranya :

diantaranya :

a.

a. Kontrol Kontrol gelombang gelombang searahsearah ((unidirectionalunidirectional))

(2)

b. Kontrol tegangan penuh (bidirectional)

2.1 Definisi Thyristor

Thyristor adalah komponen semikonduktor untuk pensaklaran yang berdasarkan pada struktur PNPN. Komponen ini memiliki kestabilan dalam dua keadaan yaitu on dan off serta memiliki umpan-balik regenerasi internal. Thyristor memiliki kemampuan untuk mensaklar arus searah (DC) yaitu jenis SCR, maupun arus bolak-balik (AC), jenis TRIAC.

2.2 Jenis-Jenis Thyristor

Thyristor terbagi kedalam 3 jenis, diantaranya adalah sebagai berikut :

1. Thyristor SCR

SCR merupakan jenis thyristor yang terkenal dan paling tua, komponen ini tersedia dalam rating arus antara 0,25 hingga ratusan amper, serta rating tegangan hingga 5000 volt. Struktur dan simbol dari SCR dapat digambarkan seperti pada gambar dibawah :

Gambar 2.1_{. Struktur Dan Simbol Dari SCR}

2. Thyristor Triac

Triac dapat dianggap sebagai dua buah SCR dalam struktur kristal tunggal, dengan demikian maka Triac dapat digunakan untuk melakukan pensaklaran dalam dua arah (arus bolak balik, AC). Simbol dan struktur Triac adalah seperti ditunjukan dalam gamabr dibawah :

Gambar 2.2_{. Simbol Dan Struktur Triac.}

Karena secara prinsip adalah ekivalen dengan dua buah SCR yang disusun secara paralel dengan salah SCR dibalik maka Triac memiliki sifat-sifat yang mirip dengan SCR.

3. Thyristor Diac

Kalau dilihat strukturnya seperti gambar-8a, DIAC bukanlah termasuk keluarga thyristor, namun prisip kerjanya membuat ia digolongkan sebagai thyristor. DIAC dibuat dengan struktur PNP mirip seperti transistor. Lapisan N pada transistor dibuat sangat tipis sehingga elektron dengan mudah dapat menyeberang menembus lapisan ini. Sedangkan pada DIAC, lapisan N di buat cukup tebal sehingga elektron cukup sukar untuk menembusnya. Struktur DIAC yang demikian dapat juga dipandang sebagai dua buah dioda PN dan NP, sehingga dalam beberapa literatur DIAC digolongkan sebagai dioda.

Gambar 2.3_{Struktur Dan Simbol DIAC}

Sukar dilewati oleh arus dua arah, DIAC memang dimaksudkan untuk tujuan ini. Hanya dengan tegangan

breakdown tertentu barulah DIAC dapat menghantarkan arus. Arus yang dihantarkan tentu saja bisa bolak-balik dari anoda menuju katoda dan sebaliknya. Kurva karakteristik DIAC sama seperti TRIAC, tetapi yang hanya perlu diketahui adalah berapa tegangan

breakdown-nya.

Simbol dari DIAC adalah seperti yang ditunjukkan pada gambar-8b. DIAC umumnya dipakai sebagai pemicu TRIAC agar ON pada tegangan input tertentu yang relatif tinggi. Contohnya adalah aplikasi dimmer lampu yang berikut pada gambar-4.

(3)

2.3 Prinsip Kerja On-Off

Prinsip dari kontrol on-off dapat dijelaskan dengan sebuah Pengontrol gelombang penuh satu fasa seperti yang ditunjukkanpada gamabr 8. Saklar thyristor menghubungkan sumber ac dengan beban untuk waktu tn: saklar ditutup dengan sebuah

gerbang penghambat pulsa untuk waktu t0.

Waktu on tn, biasanya terdiri dari sejumlah

integral siklus. Thyristor akan on pada tegangan nol melalui tegangan masukan ac. Pulsa-pulsa gerbang untuk thyristor t1 dan t2

dan bentuk gelombang untuk masukan dan keluaran ditunjukkan pada gambar 5.

Gambar 2.5. Rangkaian Kontrol On-Off dan Gelombang Output

Jenis kontrol ini diterapkan pada aplikasi yang memiliki inersia mekanis yang tinggi dan konstanta waktu termal yang tinggi (contohnya industri pemanas dan kontrol kecepatan motor).Karena tegangan nol dan arus nol, harmonik yang ditimbulkan oleh saklar dikurangi.

Untuk sebuah tegangan masukan sinusiodal, Vs = Vm sin ωt =

√ 

Vs sin Vs ωt.

Jika tegangan masukan dihubungkan pada beban untuk siklus n dan diputus untuk siklus m, tegangankeluaran rms (atau beban) dapat ditemukan melalui :

Dengan k = n/ (m + n) dan k disebut duty cicle. Vs adalah tegangan fasa rms. Konfigurasi rangkaian utnuk kontrol on-off mirip dengan yang ada pada kontrol fasa dan demikian puladengan analisis kerjanya.

3. _Metodologi

3.1 Alat-alat yang digunakan dalam percobaan antara lain:

a. Jumper secukupnya. b. Kit Praktikum.

c. Oscilloscope.

d. Multimeter.

e. Beban berupa 1 buah lampu. f. Trafo isolasi.

3.2 Prosedur Percobaan:

a. Rangkaian kendali tegangan AC b. Menyiapkan alat yang akan

dilakukan percobaan.

c. Memubat rangkaian seperti gambar dibawah dengan saklar dalam keadaan terbuka. Trafo Isolasi KENDALI TEGANGAN AC BEBAN V AC V

Percobaan beban : (1) 1 fasa, (2), 3fasa bintang dengan netral dan (3) 3 fasa delta

d. Mengkalibrasiosilloscope pada peak to peak yang sama dan sesuai

e. Mengatur besar masukan gelombang trigger 300_{, 60}0_{, 90}0_,1200_,1500_,dan1800

f. Mengambil data tegangan keluaran Vo, Iodan mengambil gambar bentuk

gelombang yang di hasilkan

osilloscope dengan kamerahandphon.

4. Hasil Percobaan

4.1 Hasil dan Pengolahan data Percobaan a. Tabel 4.1. hasil percobaan

Besar Triger Vin(volt) Vo(volt) Io(ampere) Keterangan

180o 206 0.012 0.05 m Mati 150o 210 13.04 2.4 m Sangat redup 120o 208.5 46.6 7.4 m Redup 90o 207.8 88.6 13.8 m Agak terang 60o 209 187.5 28.8 m Terang 30o 206 197.5 30.6 m Sangat Terang

(4)

b. Tabel 4.2. gelombang keluaran

Besar Triger(α) Vo(volt) Gelombang keluaran

180o 0.012

150o 13.04

120o 46.6

(5)

60o 187.5

30o 197.5

c. Pengolahan data percobaan

 Pada sudut penyalaan 30o Secara teori a. Tengangan keluaran

  

 

 

 

b. Arus Keluaran

 

 

c. Daya keluaran

 

_{  }

 

Secara Praktikum a. Tengangan keluaran

  

b. Arus Keluaran

 

 

c. Daya keluaran

 

_{  }

 

(6)

  

 

 

 

b. Arus Keluaran

 

_{ }

c. Daya keluaran

 

_{  }

 

  

b. Arus Keluaran

 

 

c. Daya keluaran

 

_{  }

 

  

 

 

 

b. Arus Keluaran

 



 

c. Daya keluaran

 

_{  }

 

  

b. Arus Keluaran

 

 

c. Daya keluaran

 

_{  }

 

(7)

  

 ()

 

 

b. Arus Keluaran

 

 

c. Daya keluaran

 

_{  }

 

  

b. Arus Keluaran

 

 

c. Daya keluaran

 

_{  }

 

  

 ()

 

 

b. Arus Keluaran

 

 

c. Daya keluaran

 

_{  }

 

  

b. Arus Keluaran

 

 

c. Daya keluaran

 

_{  }

 

(8)

  

 

 

 

b. Arus Keluaran

   

c. Daya keluaran

 

_{ }

  

b. Arus Keluaran

 

 

c. Daya keluaran

 

_{  }

 

5. Analisa

Dari percobaan yang kami lakukan pada kendali tegangan AC kami dapat menganalisa :

1. Pada saat sudut penyalaan 30° daya yang diterima memenuhi kapasitas beban tersebut. Semakin besar sudut penyalaan maka semakin kecil beban yang diterima pada beban. Karena diakibatkan prisip keja dari thyristor tersebut.

2. Kondisi lampu dapat diatur nyala terang nya dengan sudut penyalaan, semakin kecil sudut penyalaan maka lampu semakin terang. Hal ini disebabkan karena Igate yang besar, semakin besar Igate

maka arus dan daya lampu akan semakin kecil, sehingga nyala lampu akan semakin terang. Dan apabila sudut penyalaanya mendekati 180o _maka

tegangannnya mendekati nol.

3. Apabila gambar gelombang pada oskiloskop sudut penyalaan bila trigger yang diubah 30o_{maka akan bergeser 30}o

dan seterusnya sampai 180o _gelombang

keluarannya akan sama dengan garis nol. 4. Untuk hasil perhitungan secara teori

dengan secara praktikum daya keluaran untuk trigger 30° berbeda agak jauh hal ini disebabkan perumusan pada teori tegangann masukan diasumsikan Vs = 220 apa bila mengikuti pada Vs pada sumber real maka akan agak mirip nilai hasil dengan percobaan.

6. Tugas Akhir

Pertanyaan dan Penyelesaiannya :

1. Hitung Besar tegangan keluaran (Vo), arus keluaran (Io), dan daya

keluaran (Po) dan tentukan factor

kerja yang terjadi untuk setiap besar trigger yang diberikan ?

Penyelesaiannya :

Ada pada pengolahan data.

2. Bandingkan besar tegangan output hasil percobaan dengan hasil perhitungan secara teori ?

Penyelesaiannya :

Hasil akan berbeda karena pada saat percobaan untuk menentukan nilai yang di multimeter kurang ketelitian dalam pembacaannya. Sedangkan pada perhitungan dengan cara teori itu sangat akurat karena tidak ada factor lainnya.

3. Jelaskan cara kerja trigger dalam percobaan yang telah dilakukan ?

Penyelesaiannya:

cara kerja trigger pada transistor unijunction yaitu ketika tegangan sumber dc Vs diberikan, kapasitor C akan diisi melalui resistor R karena rangkaian emiter dari UJT berada pada kondisi terbuka. Ketika tegangan emmiter VE yang sama dengan tegangan kapasitor Vc mencapai tegangan puncak Vp, UJT akan ON dan kapasitor akan

(9)

dikosongkan dengan kecepatan yang lebih kecil dari pada saat pengisian. Ketika tegangan emmiter berkurang maka emitter akan kembali tidak tersambung. UJT menjadi OFF dan siklus pengisian akan berulang kembali.

4. Gambarkan gelombang input, gelombang output, beserta sudut penyalaannya ?

Penyelesaiannya :

7. Kesimpulan

Dari Percobaan yang kami praktikumkan, kami dapat menyimpulkan :

1. Kami dapat mengetahui cara kerja thrystor dan triac.

2. Kami dapat mengetahui tipe-tipe kendali tegangan AC.

3. Kami dapat mengetahui gelombang input dan output untuk tiap percobaan.

4. Thyristor adalah komponen semikonduktor untuk pensaklaran yang berdasarkan pada struktur PNPN. Komponen ini memiliki kestabilan dalam dua keadaan yaitu on dan off serta memiliki umpan-balik regenerasi internal. Thyristor memiliki kemampuan untuk mensaklar arus searah (DC) yaitu jenis SCR, maupun arus bolak-balik (AC), jenis TRIAC.

5. Untuk percobaan rangkaian 1 fasa, kita dapat mengetahui tegangan output, arus output, daya output, dan gelombang output padaoscilloscope.

6. Untuk percobaan rangkaian kendali tegangan AC 1 fasa, dengan diberikannya

tegangan sumber sebesar 220 Volt. Sudut penyalaan dapat diatur dan diputar dari 00_{s/d 180}0_{, maka akan terjadinya}

kenaikan tegangan, arus dan daya output. Gelombang output akan semakin membentuk sinyal sinusoida (dapat dilihat di tabel gelombang keluaran). 7. Kondisi lampu dapat diatur nyala terang

nya dengan sudut penyalaan, semakin besar sudut penyalaan maka lampu semakin terang. Hal ini disebabkan karena Igate yang besar, semakin besar Igate

maka arus dan daya lampu akan semakin besar, sehingga nyala lampu akan semakin terang.

8. Cara kerja thyristor : ketika cycle positip maka thyristor akan ”on” sedangkan pada cycle negatif thyristor ”off”, namun cara kerja thrystor tergantung dari sudut penyalaan yang ditentukan.

9. Hambatan (R) tidak diketahui seharusnya asisten memberikan ketentuan R nya karena R ditentukan oleh rangkaian yang sudah ada didalam panel itu sendiri. Supaya kita bias mengetahui lebih lanjut untuk masalah Daya output nya.

10. Untuk percobaan rangkaian terkendali AC 3 Fasa tidak dapat dilakukan karena factor kit praktikum yang tidak memadai untuk berlangsungnya percobaan tersebut.

8. Daftar Pustaka

Rashid, Muhammad H. 1999, Elektronika Daya. Jilid 1. Jakarta : PT. Prenhallindo Tim asisten. “ Modul Praktikum Mesin-mesin dan Elektronika Daya” .2014

(10)

(11)

 Wiring Diagaram Percobaan Kendali Tegangan AC 1 Fasa N SUMBER F P N + -+ -Trafo Pengontrolan + -BEBAN IN _N OUT

 Wiring Diagaram Percobaan Kendali Tegangan AC 3 Fasa Hubung Bintang dengan Netral

Pengontrolan

- + BEBAN R N

SUMBER

S T - + - + N IN OUT R S T

 Wiring Diagaram Percobaan Kendali Tegangan AC 3 Fasa Hubung Delta

Pengontrolan

- + BEBAN R N

SUMBER

S T - + - + N IN OUT R S T