PENGANTAR ELEKTRONIKA DAYA
Pengantar
Elektronika daya merupakan suatu bidang ilmu yang mempelajari dan menangani aplikasi elektronika yang berkaitan dengan peralatan listrik berdaya tinggi. Peralatan kendali yang mampu beroperasi pada tegangan dan arus yang cukup tinggi diperlukan untuk pengaturan berbagai jenis peralatan di industri.
Ruang Lingkup
Oleh karena itu, pemahaman yang lebih baik tentang elektronika daya memerlukan pemahaman yang baik tentang sistem tenaga. Aplikasi elektronika daya berkaitan dengan permasalahan sistem tenaga, seperti terlihat pada Gambar 1.3 diatas.
Karakteristik Elektronika Daya
Perkembangan ilmu elektronika daya hendaknya didukung oleh penelitian di bidang keilmuan penunjang yang dibahas pada subbab 2. Rangkaian elektronika daya dapat terdiri dari satu atau lebih konverter untuk melakukan perubahan parameter kelistrikan.
Fungsi Komponen Semikonduktor
Fungsi peralatan semikonduktor elektronika daya yang kedua adalah mengubah atau mengubah jenis sumber. Fungsi peralatan semikonduktor elektronika daya yang ketiga adalah untuk mengatur aplikasi elektronika industri sesuai keinginan.
Contoh Penggunaan Elektronika Daya
Bentuk gelombang masukan dan keluaran penyearah daya setengah gelombang 3 fasa ditunjukkan pada Gambar 3.7. Berikut ini adalah gambar bentuk gelombang masukan dan keluaran pada rangkaian penyearah gelombang penuh tiga fasa.
KOMPONEN SEMIKONDUKTOR DAYA
Pengantar
Komponen semikonduktor yang biasa digunakan dalam aplikasi elektronika daya terdiri dari Dioda Daya, Transistor Daya, SCR (Silicon Control Rectifier) atau dikenal dengan Thyristor, Diac dan Triac. Komponen utama semikonduktor yang akan dibahas pada materi ini adalah Dioda Daya, Transistor BJT, Uni Junction.
Dioda Power
Sebaliknya dioda dalam keadaan OFF mempunyai ciri-ciri tegangan yang melintasi dioda sama dengan tegangan sumber dan arus yang mengalir sama dengan nol. Pada kondisi ini tegangan antara anoda dan katoda (VAK) sama dengan tegangan sumber dan tidak ada arus yang mengalir pada rangkaian.
Transistor Power
Dalam keadaan ini transistor mati atau tetap tidak berfungsi meskipun sudah diberi catu daya dan transistor berada pada zona cut-off atau mati. Pada keadaan ini transistor akan berada pada keadaan tidak menghantarkan arus IC, sama seperti keadaan saklar terbuka.
Transistor Efek Medan (FET)
MOSFET akan Mati jika terminal Pembuangan dan Sumber dibias maju tetapi tegangan gerbang masukan nol. Sebaliknya untuk menjadikan FET sebagai saklar OFF maka nilai tegangan gate diberi nilai sama dengan nol.
Silicon Control Rectifier (SCR)
Keterangan : IB : Arus basis IC : Arus kolektor IA : Arus anoda IK : Arus katoda Ig : Arus gerbang. Pemberian arus gate disebut dengan pengapian yang dapat diatur kapan SCR akan ON sehingga dapat digunakan untuk pengaturan.
Uni Juction Transistor (UJT)
Sebagai perangkat semikonduktor, UJT mempunyai prinsip kerja yang hampir sama dengan perangkat semikonduktor lainnya seperti dioda, transistor BJT, FET, SCR dan Triac.
Diac
Dalam penerapannya, Diac sering digunakan sebagai trigger pada rangkaian kendali daya dengan menggunakan triac, seperti terlihat pada diagram rangkaian di bawah ini.
Triac
Karena Triac dapat dihidupkan dari dua arah, maka Triac juga akan menyala jika diberi bias balik (terminal anoda dihubungkan ke sumber positif dan anoda dihubungkan ke sumber negatif) dan terminal gerbang diberi energi negatif. Triac akan mati jika tidak ada arus yang disuplai ke gerbang (IG = 0) terlepas dari apakah itu bias maju atau mundur.
IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)
Bentuk gelombang tegangan keluaran rangkaian penyearah setengah gelombang satu fasa hampir sama dengan keluaran rangkaian penyearah setengah gelombang.
PENYEARAH DAYA DAN APLIKASINYA
Pengantar
Secara umum rangkaian penyearah daya diartikan sebagai suatu rangkaian elektronika daya yang berfungsi mengubah sumber tegangan AC menjadi tegangan DC seperti digambarkan pada Gambar 3.1 diatas. Rangkaian penyearah dapat dikelompokkan berdasarkan sumber tegangan masukan, bentuk gelombang keluaran, dan beban pada rangkaian.
Rangkaian Penyearah Daya Satu Fasa
Prinsip kerja rangkaian penyearah setengah gelombang satu fasa dengan beban R adalah mengubah gelombang masukan AC menjadi DC. Prinsip kerja rangkaian penyearah daya beban RL setengah gelombang satu fasa hampir sama dengan prinsip kerja penyearah arus satu fasa beban R.
Rangkaian Penyearah Daya Tiga Fasa
R Beban Rangkaian Penyearah Daya Gelombang Penuh 3 Fasa Rangkaian penyearah tiga fasa gelombang penuh terdiri dari 6 buah dioda yang dipasang seperti pada gambar 3.9. Bentuk gelombang keluaran tampak lebih halus daripada keluaran rangkaian penyearah setengah gelombang satu fasa atau tiga fasa.
Aplikasi Rangkaian Penyearah Daya
Peralatan listrik dan elektronika yang memerlukan sumber listrik DC dapat menggunakan sumber listrik DC dari rangkaian penyearah atau dapat juga menggunakan baterai atau aki. Baterai atau akumulator yang digunakan pada sumber tenaga listrik DC bisa bermacam-macam jenisnya, baik basah maupun kering, baik dapat diisi ulang maupun sekali pakai.
Pengantar
Sinyal ini digunakan untuk menghidupkan komponen semikonduktor agar dapat beroperasi sesuai mekanisme yang dirancang. Sedangkan FET dan IGBT memerlukan sinyal tegangan sebagai trigger agar komponen tersebut dapat berfungsi dengan baik.
Prinsip Pemicuan Komponen Semikonduktor
Prinsip menyalakan komponen semikonduktor adalah dengan memberikan arus atau tegangan tertentu agar komponen tersebut dapat berfungsi baik sebagai saklar elektronik maupun fungsi lainnya. Biasanya penyalaan komponen semikonduktor diberikan dalam bentuk pulsa berkecepatan tinggi, yang siklus kerjanya dapat disesuaikan.
Rangkaian Pemicu Transistor
Jika transistor BJT memerlukan rangkaian trigger berupa arus listrik yang mengalir melalui terminal base (IB), sedangkan FET memerlukan trigger berupa tegangan yang dialirkan ke terminal gate (VDS). Rangkaian Trigger SCR dengan IC 555 Salah satu kelemahan rangkaian trigger SCR dengan IC 555 adalah hanya menghasilkan gelombang keluaran sebagai trigger SCR, sehingga hanya dapat digunakan untuk trigger SCR seperti pada rangkaian setengah gelombang.
Rangkaian Komutasi
Prinsip kerja rangkaian penyearah terkendali setengah gelombang menggunakan SCR untuk mengubah listrik AC menjadi DC (konversi) dengan cara ON/OFF sumber masukan (switching), dan pengaturan (pengendali) tegangan keluaran. Rangkaian penyearah terkendali setengah gelombang tiga fasa terdiri dari 3 SCR yang disusun pada masing-masing fasa R, S dan T.
PENYEARAH TERKENDALI DAN APLIKASINYA
Pengantar
Bab 3 membahas rangkaian penyearah, dan Bab 5 membahas rangkaian penyearah terkontrol. Rangkaian penyearah terkendali dapat dikelompokkan berdasarkan sumber tegangan masukan, bentuk gelombang keluaran, dan beban rangkaian.
Rangkaian Penyearah Terkendali Satu Fasa
Prinsip pengoperasian rangkaian penyearah beban RL terkendali setengah gelombang hampir sama dengan prinsip pengoperasian penyearah daya beban RL 1 fasa. Rangkaian Penyearah Terkendali Gelombang Penuh Rangkaian penyearah terkendali gelombang penuh 1 fasa memiliki keunggulan dibandingkan penyearah terkendali setengah gelombang.
Rangkaian Penyearah Terkendali Tiga Fasa
Rangkaian penyearah terkendali setengah gelombang tiga fasa ini terdiri dari 3 buah SCR yang disusun pada masing-masing fasa R, S dan T. Pemasangan SCR setiap fasanya harus sama untuk kaki anoda dan katoda. Rangkaian Penyearah Terkendali Tiga Fasa Gelombang Penuh Prinsip kerja rangkaian penyearah terkendali tiga setengah gelombang hampir sama dengan penyearah terkendali setengah gelombang satu fasa, pada rangkaian ini masukannya mempunyai tiga fasa sehingga terjadi proses pada setiap fasanya.
Aplikasi Rangkaian Penyearah Terkendali
Rangkaian Regulator AC 1 Fasa Searah Bentuk gelombang tegangan keluaran rangkaian ini dapat dilihat pada Gambar 6.2. Rangkaian AC tiga fasa digunakan untuk mengubah sumber listrik DC menjadi listrik AC tiga fasa.
AC REGULATOR DAN APLIKASINYA
Pengantar
Regulator AC adalah suatu rangkaian elektronika daya yang berfungsi mengubah sumber daya listrik AC menjadi daya listrik AC dengan berbagai tegangan dan frekuensi. Prinsip kerja rangkaian regulator AC adalah mengatur bentuk gelombang tegangan melalui feed SCR atau Triac sehingga diperoleh nilai tegangan yang diinginkan.
AC Regulator Satu Fasa
Bentuk Gelombang Regulator AC 1 Fasa Dua Arah Bentuk gelombang tegangan keluaran rangkaian ini dapat dilihat pada Gambar 6.2. Besarnya tegangan keluaran yang dihasilkan rangkaian regulator AC dua arah satu fasa dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:
Rangkaian AC Regulator Tiga Fasa
Besarnya tegangan keluaran yang dihasilkan rangkaian regulator AC tiga fasa DC dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut. Rangkaian Regulator AC Dua Arah Tiga Fasa Besarnya tegangan keluaran yang dihasilkan oleh rangkaian regulator AC dua arah tiga fasa dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut.
Aplikasi AC Regulator
DC Chopper merupakan suatu rangkaian elektronika daya yang berfungsi mengubah sumber listrik DC menjadi listrik DC dengan tegangan yang dapat diatur. Rangkaian ini akan mengubah listrik DC menjadi listrik AC dengan bentuk gelombang mendekati sinus.
RANGKAIAN DC CHOPPER DAN APLIKASINYA
Pengantar
Pengaturan atau pengubahan listrik DC menjadi DC dengan cara konvensional mempunyai kelemahan yaitu masalah efisiensi dan panas yang dihasilkan. Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi elektronika telah membawa perubahan pada konversi listrik DC menjadi DC dengan menggunakan konsep switching atau yang dikenal dengan DC Chopper.
Rangkaian Chopper Step-Down
Rangkaian yang dapat melakukan step down dan step up sering disebut dengan Chopper Step-Down/Up atau Buck/Boost Converter. Alat pencacah step down bekerja berdasarkan pengaturan waktu hidup (TON) dan waktu mati (TOFF) dari saklar elektronik.
Rangkaian Chopper Step-Up
Ketika saklar OFF, arus dari sumber akan mengalir melalui induktor dan masuk ke beban melalui dioda. Berdasarkan hukum tegangan Kirchhoff, tegangan keluaran merupakan penjumlahan dari tegangan sumber dan tegangan induktor, sehingga akan lebih besar dari tegangan sumber.
Rangkaian Chopper Step-Down/Up
Jika transistor atau FET OFF maka arus akan mengalir pada induktor, energi yang tersimpan pada induktor akan bertambah. Ketika transistor atau saklar FET dalam keadaan ON maka energi pada induktor akan berkurang dan arus akan mengalir ke beban.
Kelas-Kelas Chopper
Helikopter kelas A akan selalu mengalirkan pasokan dari sumber ke beban, sehingga tegangan keluaran akan selalu lebih rendah dari tegangan masukan. Perajang Kelas B atau sering juga disebut dengan Perajang Kuadran II mempunyai karakteristik yang berbeda dengan Perajang Kelas A.
Aplikasi Rangkaian Chopper
Inverter adalah suatu rangkaian elektronika daya yang berfungsi mengubah listrik DC menjadi listrik AC, baik satu fasa maupun tiga fasa, dengan tegangan dan frekuensi yang dapat disesuaikan. Mobil listrik akan kurang lancar berjalan jika mendapat sumber listrik AC dengan bentuk gelombang persegi.
RANGKAIAN INVERTER DAN APLIKASINYA
Pengantar
Inverter digunakan untuk menyalakan peralatan listrik yang memerlukan pasokan listrik AC sedangkan sumber yang tersedia adalah listrik DC. Sumber listrik DC dapat diperoleh dari baterai, akumulator atau dari pembangkit listrik tenaga surya, tenaga angin atau lainnya.
Rangkaian Inverter Satu Fasa
Arah Aliran Arus dan Bentuk Gelombang Keluaran Jika saklar elektronik diatur bergantian ON dan OFF pada frekuensi tertentu, maka akan diperoleh tegangan keluaran AC seperti terlihat pada Gambar 8.6. Bentuk gelombang persegi kurang baik bila digunakan untuk menyalakan beban listrik karena akan menimbulkan panas dan pengoperasian peralatan listrik dan elektronik yang tidak normal.
Rangkaian Inverter Tiga Fasa
Untuk menghasilkan gelombang keluaran listrik tiga fasa, perlu dipasang saklar elektronik, dalam hal ini IGBT atau SCR dengan beda fasa 1200 untuk setiap fasanya. Listrik gelombang persegi tiga fasa kurang baik jika digunakan untuk catu daya. peralatan karena dapat menyebabkan panas.
Rangkaian Penghalus Gelombang Kotak
Untuk menghasilkan bentuk gelombang listrik AC sinusoidal, diperlukan rangkaian tambahan seperti Modulator Lebar Pulsa atau sering dikenal dengan PWM. Listrik AC dengan gelombang non sinus sebenarnya dapat digunakan untuk menyalakan peralatan listrik seperti lampu, pemanas dan peralatan lainnya.
Aplikasi Rangkaian Inverter
Variable Speed Drive (VSD) atau dikenal dengan Variable Speed Frequency (VSF) atau dikenal juga dengan nama produk Inverter merupakan rangkaian pengatur kecepatan dan torsi motor AC yang menggunakan prinsip konversi. Listrik DC ke AC. Setelah diratakan, listrik DC diubah menjadi listrik AC dengan frekuensi dan tegangan sesuai kebutuhan.
Pengantar
Selain untuk mengetahui kebenaran rangkaian, simulasi juga bertujuan untuk mengetahui apakah kinerja rangkaian sudah sesuai dengan yang diharapkan. Untuk analisa lebih lanjut dapat juga dilakukan pengecekan pada node-node tertentu pada rangkaian sehingga diperoleh data yang lengkap untuk mengetahui apakah desain rangkaian tersebut sesuai atau tidak.
Software Simulasi PSIM
PSIM Demo 8.5 >> PSIM lalu klik PSIM seperti pada gambar di bawah ini. Untuk lebih mengoptimalkan penggunaan software PSIM, sebaiknya pelajari panduan lengkapnya di menu Help.
Membuat Rangkaian Elektronika Daya
Kemudian perlu dilakukan pemilihan dan penempatan komponen-komponen penyusun rangkaian elektronik yang akan dibuat. Setelah daftar komponen terkumpul, langkah selanjutnya adalah menghubungkan komponen yang satu dengan komponen yang lain.
Melakukan Simulasi Rangkaian
Simulasi Rangkaian Penyearah Terkendali dengan SCR 147
