MENINGKATKAN EFISIENSI KERJA DARI CUK KONVERTER DENGAN
MENGGUNAKAN 4 BUAH INTI MAGNET TIPE ‘E’ BERCELAH UDARA 4
BUAH DENGAN BEBAN R, L DAN C
Yance Pamasi
Jl. Babakan Jeruk Gg. Barokah No. 25, 40164, 085224108878 Email: deancelinx@yahoo.co.id
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Kristen Maranatha Jl. Prof. Drg. Suria Sumantri 65
Bandung, 40164, Indonesia
ABSTRAK
Sistem tenaga listrik saat ini berkembang dengan pesat termasuk desain peralatan listrik dan pengendalian sistem tenaga listrik. Hal yang paling penting dalam pengendalian system tenaga listrik adalah bagaimana cara mengoptimalkan daya seadanya tetapi tetap menghasilkan kualitas energi listrik yang baik, dalam hal ini efisiensi yang dihasilkan cukup besar.
Salah satu cara meningkatkan efisiensi kerja dari cuk konverter adalah dengan menggunakan gyrator-kapasitor yang dihubungkan dengan inti magnet ’E’ bercelah udara sebagai pengendali.
Dari hasil simulasi, terbukti bahwa penggunaan gyrator-kapasitor yang dihubungkan dengan inti magnet ‘E’ bercelah udara 4 buah yaitu : inti dengan celah udara bagian kanan sebanyak 2 buah dan inti celah udara bagian tengah sebanyak 2 buah dengan beban R, L dan C dapat membangkitkan energi yang besar, sehingga efisiensi yang dihasilkan pun makin besar.
IMPROVE WORK EFFICIENCY OF THE CUK CONVERTER USING 4 TYPE
‘E’ MAGNETIC CORE WITH 4 AIR GAP COMBINED R, L AND C LOAD
Yance Pamasi
Jl. Babakan Jeruk Gg. Barokah No. 25, 40164, 085224108878 Email: deancelinx@yahoo.co.id
Departement of Electrical Engineering, Faculty of Engineering Maranatha Christian University
Jl. Prof. Drg. Suria Sumantri 65 Bandung, 40164, Indonesia
ABSTRACT
Electric power system is currently growing rapidly including design of electricity devices and electric power control system. The most important thing in electric power control system is how to optimize small power but still produce good quality of electrical energy, in this case the resulting of efficiency is great or high efficiency.
One way to improve work efficiency of cuk converter is using
gyrator-capacitor linked with type ’E’ magnetic core with air gaps as controller.
From the simulation results, proven that using of gyrator-capasitor linked
with type ’E’ magnetic core with 4 air gap; specifically : 2 core with air gap at the right side and 2 core with air gap in the middle combined with R, L and C load can produce great energy, and also produces high efficiency.
DAFTAR ISI
2.7 Metoda Pendekatan Rangkaian Magnet Ke Rangkaian 3.1Pemodelan Transformator Inti Magnet tipe E ... 26
3.1.1 Pemodelan Dua Inti Magnet E Dengan Dua Celah Udara ... 26
3.1.2 Pemodelan Empat Inti Magnet E Dengan Empat Celah Udara ... 27
3.1.3 Pemodelan Inti Magnet E Dalam Rangkaian Listrik .. 28
3.1.4 Gyrator-Kapasitor ... 30
3.1.4.1 Dua Inti Magnet Dengan Dua Celah Udara .. 30
3.1.4.2 Empat Inti Magnet Dengan Empat Celah Udara ... 30
3.2 Mencari Parameter Reluktans, Permeans dan Kapasitan Pada Inti Magnet dan Celah Udara ... 32
3.2.1 Pada Inti Magnet ... 32
3.2.2 Pada Celah Udara... 35
3.2.3 Nilai Kapasitansi ... 39
4.2 Inti Magnet Permanen Dengan Beban ... 41
4.2.1 Dengan Beban R ... 41
4.2.2 Dengan Beban L ... 43
4.2.3 Dengan Beban C ... 46
4.2.4 Dengan Beban RL ... 49
4.2.5 Dengan Beban RC ... 51
4.2.6 Dengan Beban RLC ... 54
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ... 58
5.2 Saran ... 59
DAFTAR PUSTAKA ... 61 LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Tabel Pendekatan ... 18
Tabel 2.2 Alternatif Analog ... 19
Tabel 3.1 Nilai Reluktansi dan Permeans dari Inti Transformator 1 Bagian 1 ... 33
Tabel 3.2 Nilai Reluktansi dan Permeans dari Inti Transformator 1 Bagian 2 ... 34
Tabel 3.3 Nilai Reluktansi dan Permeans dari Inti Transformator 1 Bagian 3 ... 34
Tabel 3.4 Nilai Reluktansi dan Permeans dari Inti Transformator 1 Bagian 4 ... 35
Tabel 3.5 Nilai Reluktansi dan Permeans dari Celah Udara 1... 36
Tabel 3.6 Nilai Reluktansi dan Permeans dari Celah Udara 2... 36
Tabel 3.7 Nilai Reluktansi dan Permeans dari Celah Udara 3... 37
Tabel 3.8 Nilai Reluktansi dan Permeans dari Celah Udara 4... 38
Tabel 3.9 Hasil Nilai Kapasitor Pengganti Total Inti Magnet ... 39
Tabel 4.1 Tabel Nilai Input dan Output Inti Magnet Permanen Dengan Beban R ... 41
Tabel 4.2 Tabel Nilai Input dan Output Inti Magnet Permanen Dengan Beban L ... 43
Dengan Beban RL... 49 Tabel 4.5 Tabel Nilai Input dan Output Inti Magnet Permanen
Dengan Beban RC ... 51 Tabel 4.6 Tabel Nilai Input dan Output Inti Magnet Permanen
Dengan Beban RLC ... 54 Tabel 4.7 Tabel Nilai input dan Output Inti Magnet Permanen
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Simbol Transformator ... 6
Gambar 2.2 Transformator Dengan Beban ... 7
Gambar 2.3 Simbol Transformator Step-Up ... 10
Gambar 2.4 Simbol Transformator Step-Down ... 10
Gambar 2.5 Transformator Tipe Inti (Core Type) ... 11
Gambar 2.6 Transformator Tipe Cangkang (Shell Type) ... 11
Gambar 2.7 Induktans Inti Feromagnetik ... 13
Gambar 2.8 Pemodelan Kumparan Pada Sisi Primer Magnet ... 20
Gambar 2.9 Pemodelan Kumparan Pada Sisi Sekunder Magnet .. 21
Gambar 2.10 Gyrator ... 21
Gambar 2.11 Gyrator-Kapasitor ... 22
Gambar 2.12 Pemodelan Gyrator VCCS ... 23
Gambar 2.13 Pemodelan Gyrator CCVS ... 23
Gambar 2.14 Cuk Konverter Dengan Gyrator-Kapasitor ... 24
Gambar 2.15 Rangkaian Saklar Transistor ... 24
Gambar 2.16 Kurva Karakteristik Saklar Transistor ... 25
Gambar 3.1 Cuk Konverter Dengan Beban RLC ... 26
Gambar 3.2 Dua Inti Magnet Tipe E Dengan Dua Celah Udara .. 27
Gambar 3.3 Empat Inti Magnet Tipe E Dengan Empat Celah Udara ... 28
Gambar 3.4 Empat Buah Inti E Dengan Empat Celah Udara ... 29
Gambar 3.6 Gyrator-Kapasitor Dari 2 Tipe E dan Dua Celah
Udara ... 30 Gambar 3.7 Gyrator-Kapasitor Dari 4 tipe E dan Empat Celah
Udara ... 31 Gambar 3.8 Cuk Konverter Dengan Modifikasi Gyrator-
Kapasitor ... 31 Gambar 3.9 Empat Buah Inti E Dengan Empat Celah Udara ... 32 Gambar 4.1 Pemodelan Inti Magnet Dengan Gyrator-Kapasitor . 40 Gambar 4.2 Grafik Tegangan Keluaran Dengan Beban
R = 5 Ohm ... 42 Gambar 4.3 Grafik Tegangan Keluaran Dengan Beban
R = 1 kOhm ... 42 Gambar 4.4 Grafik Tegangan Keluaran Dengan Beban
R = 5 kOhm ... 43 Gambar 4.5 Grafik Tegangan Keluran Dengan Beban
L = 0,1 H ... 44 Gambar 4.6 Grafik Tegangan Keluaran Dengan Beban
L = 0,3 H ... 45 Gambar 4.7 Grafik Tegangan Keluaran Dengan Beban
L = 0,5 H ... 45 Gambar 4.8 Grafik Tegangan Keluaran Dengan Beban
C = 10 µF... 47 Gambar 4.9 Grafik Tegangan Keluaran Dengan Beban
Gambar 4.10 Grafik Tegangan Keluaran Dengan Beban
C = 100 µF ... 48 Gambar 4.11 Grafik Tegangan Keluaran Dengan Beban
R = 5 Ohm, L = 0,1 H ... 49 Gambar 4.12 Grafik Tegangan Keluaran Dengan Beban
R = 5 Ohm, L = 0,3 H ... 50 Gambar 4.13 Grafik Tegangan Keluaran Dengan Beban
R = 5 Ohm, L = 0,5 H ... 51 Gambar 4.14 Grafik Tegangan Keluaran Dengan Beban
R = 5 Ohm, C = 10 µF ... 52 Gambar 4.15 Grafik Tegangan Keluaran Dengan Beban
R = 5 Ohm, C = 50 µF ... 53 Gambar 4.16 Grafik Tegangan Keluaran Dengan Beban
R = 5 Ohm, C = 100 µF ... 53 Gambar 4.17 Grafik Tegangan Keluaran Dengan Beban
R = 5 Ohm, L = 0,1 H, C = 100 µF ... 55 Gambar 4.18 Grafik Tegangan Keluran Dengan Beban
R = 5 Ohm, L = 0,3 H, C = 50 µF... 55 Gambar 4.19 Grafik Tegangan Keluaran Dengan Beban
LAMPIRAN A
GAMBAR RANGKAIAN
Empat Inti Magnet Tipe E dengan Empat Celah Udara
I1
II1
III1
IV1
V1
II2
III2
IV2
V2
III3 V3
II4
III4
IV4
V4
g 1 g 2
g 3 g 4
LAMPIRAN A
Cuk Konverter dengan Beban R, L dan C
BAB I PENDAHULUAN
Dewasa ini Indonesia sedang melaksanakan pembangunan di segala bidang. Seiring dengan laju pertumbuhan pembangunan maka dituntut adanya sarana dan prasarana yang mendukungnya seperti tersedianya tenaga listrik. Saat ini tenaga listrik merupakan kebutuhan yang utama, baik untuk kehidupan sehari-hari maupun untuk kebutuhan industri. Hal ini disebabkan karena tenaga listrik mudah untuk ditransportasikan dan dikonversikan ke dalam bentuk tenaga yang lain. Penyediaan tenaga listrik yang stabil dan kontinyu merupakan syarat mutlak yang harus dipenuhi dalam memenuhi kebutuhan tenaga listrik
1.1 Latar Belakang
Seiring dengan meningkatnya kebutuhan tenaga listrik untuk industri yang diikuti dengan meningkatnya teknologi elektronika dalam bidang ketenagalistrikan, keadaan ini dapat menyebabkan memburuknya mutu penyediaan akan tegangan kualitas hasil produksinya yang pada akhirnya menuntut penyedia tenaga listrik untuk mengganti kerugian. Idealnya parameter dan nilai mutu listrik harus sudah disepakati oleh masyarakat kelistrikan yaitu penyedia dan pengguna tenaga listrik serta pabrik pembuat peralatan listrik untuk menghindari adanya klaim kerugian.
Pendahuluan 2
elektromagnetik. Kerja bahan magnet permanen berdasarkan induksi elektromagnetik, sehingga dibutuhkan adanya gandengan magnet antara satu rangkaian ke rangkaian magnet permanen yang lain. Rangkaian utama sebagai masukan dan rangkaian sekunder sebagai keluaran. Bahan magnet yang dipakai adalah merupakan suatu unit yang sangat penting dalam mengoperasikan suatu sistim elektronik. Pada kenyataannya, tidak semua sistim elektronik pada saat dioperasikan dengan menggunakan sumber daya listrik yang tersedia untuk menghasilkan kualitas yang baik. Seperti halnya dalam mengoperasikan catu daya. Catu daya yang berkualitas baik dibutuhkan zero ripple current yang menunjukkan keluaran yang sempurna dan efisien.
Dengan dasar ini, harus dipikirkan bagaimana cara mengoptimalkan daya yang seadanya, tetapi tetap berkualitas, karena tingkat kualitas energi listrik yang ada di Indonesia relatif kurang baik dikarenakan banyaknya permintaan, sedangkan penyediaan energi listrik kurang atau fakta lain yaitu sistem kontrolnya kurang optimal, maka penulis berusaha membuat simulasi pengendalian faktor kerja dengan pembebanan R, L, dan C melalui inti magnet permanen dengan harapan bila beban berubah, faktor kerja beban masih tetap baik.
1.2 Identifikasi Masalah
Pendahuluan 3
2. Berapakah besar sumber tegangan yang dibutuhkan sesuai dengan prototipe yang dipakai pada sistem?
3. Berapakah energi yang dibangkitkan oleh 4 celah udara sesuai dengan prototipe yang dibuat?
1.3 Tujuan
Dari indentifikasi masalah yang sudah diberikan, maka tujuan dari tugas akhir ini adalah :
1. Mencari besar celah udara yang akan digunakan yang diperoleh dari prototype yang diambil dari bahan magnet.
2. Mencari besar sumber tegangan yang dibutuhkan sesuai dengan prototype yang dipakai pada system.
3. Mencari berapa besar energi yang dibangkitkan oleh 4 celah udara pada saat pembebanan R, L, C, RL, RC dan RLC.
1.4 Pembatasan Masalah
Agar tidak menyimpang dan meluasnya pembahasan, maka dalam tugas akhir ini akan diberikan beberapa batasan masalah :
1. 4 buah inti magnet tipe ’E’
2. Inti material magnet terbuat dari Ferrit
3. Bahan kumparan dari tembaga
4. Duty cycle : 40%
Pendahuluan 4
6. Frekuensi 30 KHz
7. Menggunakan MULTISIM 11
1.5 Sistimatika Penulisan BAB I PENDAHULUAN
Pada bab ini diuraikan tentang latar belakang masalah, identifikasi masalah, tujuan tugas akhir, pembatasan masalah, dan sistematika penulisan.
BAB II LANDASAN TEORI
Dalam bab ini akan dibahas mengenai teori-teori pendukung pada perancangan sistem yang akan dibuat, mencakup pemahaman tentang transformator, material magnet, medan magnet bahan magnet, induktans inti magnet permanen, celah udara pada magnet permanen, pembebanan, metoda pendekatan rangkaian magnet ke rangkaian listrik, gyrator dan saklar transistor.
BAB III PERANCANGAN POGRAM
Pendahuluan 5
nilai kapasitansi.
BAB IV PENGUJIAN DAN PENGAMBILAN DATA
Pada bab ini dicantumkan data-data yang diperlukan dari hasil perhitungan serta argumentasi terhadap data tersebut yang dituangkan dalam bentuk analisa data.
BAB V PENUTUP
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Dari hasil uji coba dan analisa pada bagian sebelumnya maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :
1. Dari hasil penelitian Tugas Akhir ini, diperoleh celah udara terbaik 0,3 mm karena dengan 0,3 mm, energi yang dibangkitkan lebih besar dimana beban dengan R = 5 Ohm menghasilkan daya 18 kw, beban L = 0,1H sebesar 4,7 kw, beban dengan C = 100 µ F sebesar 24 kw, beban RL dimana R = 5 Ohm, L = 0,1H sebesar 21 kw, beban RC dimana R = 5 Ohm, C = 100 µ F sebesar 18 kw dan beban RLC dimana R = 5 Ohm, L = 0,1H, C = 100 µF sebesar 19,6 kw.
2. Sumber tegangan yang digunakan sesuai dengan prototipe yang dipakai pada sistim adalah 9 volt dengan sumber arus 1 ampere.
3. Untuk memperkecil riak arus keluaran dapat dilakukan dengan merubah tahanan gyrator. Tahanan gyrator yang terbaik pada Rg1 = 0,002 Ohm dan Rg2 = 0,0005 Ohm, dimana semakin kecil nilai tahanan Rg, maka dapat memperkecil riak arus keluaran dan riak arus keluaran yang di dapat rata-rata sebesar 0,3%.
Penutup 59
5. Inti magnet permanen dengan beban L, saat dibebani dengan 0,1H, 0,3H, dan 0,5H, beban dengan L = 0,1H memiliki hasil keluaran yang cukup baik dimana diperoleh efisiensinya sebesar 522 kali dan menghasilkan daya 4,7 kw.
6. Inti magnet permanen dengan beban C, saat dibebani dengan 10 µF, 50 µ F dan 100 µ F, beban dengan C = 100 µF memiliki hasil keluaran yang baik dibandingkan dengan beban lain, dimana nilai efisiensinya 2,6 kali dan menghasilkan daya 24 watt.
7. Untuk beban dengan RL, hasil keluaran yang baik diperlihatkan pada saat nilai R = 5 Ohm dan L = 0,1H, dimana nilai efisiensinya mencapai 2333 kali dan menghasilkan daya 21 kw.
8. Untuk beban RC, hasil keluaran dengan nilai beban R = 5 Ohm dan nilai C = 10 µF, 50 µF dan 100 µF, memiliki hasil efisiensi yang sama yaitu 2000 kali dengan daya 18 kw.
9. Untuk beban RLC, hasil keluaran yang baik diperlihatkan ketika diberi beban R = 5 Ohm, L = 0,1H dan C = 100 µF, dimana nilai efisiensinya mencapai 2177 kali dengan daya 19,6 kw.
5.2 Saran
Untuk meningkatkan hasil yang lebih baik, maka ada beberapa hal yang dapat dikemukakan sebagai bahan pertimbangan :
Penutup 60
bahan yang mempunyai permeabilitas tinggi, bahan kumparan pada sisi primer dan sisi sekunder, dan bentuk inti magnet yang baik.
DAFTAR PUSTAKA
1. Boris Axelrod, Yefim Berkovich, ”Switched-Capacitor/Switched-Inductor Structures for Getting Transformerless Hybrid DC-DC PWM
Converters”, IEEE Transactions on Power Electronic. 2008.
2. Chen, Wai-Kai, “Passive and Active Filters”,John Willey & Sons, New York. 1936.
3. Frank L. Lewis and Vassilis L. Syrmos, “Optimal Control”. 1995.
4. Yusuf, Herawati, “The Optimalization of Air Gaps on Magnetic Core Type
‘E’ to Increase the Efficiency of Cuk Converter”, Department of
Electical Engineering, Universitas Indonesia. 1996.
5. M. Feliachi G.Develey, “Magneto Thermal Behavior Finite Element
Analysis for Ferromagnetic Material in Induction Device”, IEEE
Transaction on ELectromagnetics, Vol.27, no 6. 1991.
6. T. Sano, A. Morita, A.Matsukawa, “A New Power Ferrite For High
Frequency Switching Power Supplies”, Procedings of The Third
Annual High Frequency Power Conversion Confrence, San Diego, CA, May 1-5. 1988.
7. Uthen Kamnarn and Viboon Chunkag, “Analysis and Design of a Modular Three-Phase AC-to-DC Converter Using CUK Rectifier Module
With Nearly Unity Power Factor and Fast Dynamic Response”,
8. William T Jones and Thomas J WilsonS, “Air-gap Reluctance And Inductance Calculations For Magnetic Circuits Using A
Schwarz-christoffel Transformation - Power Electronics”, IEEE Transactions
