Bab3_sesi_6 Penyearah Terkendali Satu-fasa

SESI/PERKULIAHAN KE : 6

I. Bahan Bacaan

1. Pearman, R. A. Power Electronics. (Solid State Motor Control). Virginia :

Reston Publishing Company, Inc. 1981, Bab V.

2. Rashid, M. H. Power Electronics (Circuits, Devices, and Applications). 2nd

Edition. New Jersey : Prentice Hall International, Inc, 1993, Bab V.

II. Bacaan Tambahan

1. Berde, M. S. Thyristor Engineering. (An Introductory Book on Converters,

Inverters, Motor Drives and Other Applications of Thyristors in Electrical

Control of Power). Third Edition. Delhi : Khanna Publishers. 1984, Bab

VII.

2. Bose, B. K. Power Electronics and AC Drives. New Jersey : Prentice-Hall.

1986, Bab III.

115

TIK : Pada akhir pertemuan ini mahasiswa diharapkan mampu :

1. Menjelaskan prinsip kerja penyearahan terkendali satu-fasa.

2. Menyelesaikan perhitungan mengenai penyearah terkendali satu-

fasa.

3. Merancang penyearah terkendali satu-fasa.

Pokok Bahasan : Konversi Daya ac ke dc

Deskripsi Singkat: Dalam pertemuan ini Anda akan mempelajari konverter

satu-fasa. Dengan mempelajari pokok bahasan tersebut

maka Anda akan mampu menyelesaikan perhitungan

dan merancang beberapa peralatan yang berhubungan

dengan konversi daya ac ke dc, khususnya konverter

satu-fasa.

3. Datta, S.K. Power Electronics and Controls. Virginia : Reston Publishing

Company, Inc. 1985, Bab IV.

4. Davis, R. M. Power Diode and Thyristor Circuits. London : Cambridge at

the University Press, and the Institution of Electrical Engineers. 1971, Bab

III dan IV.

5. Kusko, A. Solid-State DC Motor Drives. Massachusetts : The M.I.T. Press.

1969, Bab III.

6. Ono, E., et al. Introduction to Power Electronics. Oxford : Clarendon Press,

1988, Bab IV.

III. Pertanyaan Kunci

Ketika Anda membaca bahan-bahan bacaan, gunakanlah pertanyaan berikut

untuk memandu Anda :. Ada berapa macam konverter satu-fasa ?

IV. Tugas

Carilah peralatan elektronik apa saja yang menerapkan penyearahan

terkendali satu-fasa !

116

3.5 PENYEARAH TERKENDALI SATU-FASA

Penyearah–penyearah yang dibahas sebelumnya adalah tak terkendali,

dimana tegangan keluarannya bersifat tetap. Untuk mendapatkan tegangan yang

berubah–ubah (terkendali) maka digunakan tiristor sebagai ganti dioda. Disini

akan digunakan kata “konverter” untuk menyingkat penulisan “penyearah

terkendali”. [Perhatikan bahwa kata “penyearah” pada pembahasan yang lalu

mempunyai arti penyearah tak terkendali]. Bergantung pada suplai sisi

masukannya, konverter dapat dikelompokkan atas :

1. Konverter satu-fasa

2. Konverter tiga-fasa (atau fasa-banyak)

Baik konverter satu-fasa maupun konverter fasa-banyak dapat lagi

dikelompokkan ke dalam :

a. Konverter semi-penuh

b. Konverter penuh

c. Konverter kembar (dual converter)

Untuk mempermudah analisa selanjutnya, maka diasumsikan beban R-L

mempunyai arus yang kontinu (sinambung) dan bebas kerut (ripel). Ini karena

dianggap sifat induktif dari beban itu cukup tinggi. [Meskipun tidak diasumsikan

demikian, unjuk kerja konverter untuk beban R-L tetap dapat dianalisa dengan

metode Fourier atau persamaan diferensial].

Dengan mengendalikan sudut penyalaan (firing angle, ) atau sudut

penundaan (delay angle) dari tiristor pada konverter, maka tegangan keluarannya

dapat divariasikan.

Dalam Gambar 3.15 diperlihatkan rangkaian-rangkaian untuk konverter

satu-fasa. Konverter satu-fasa yang akan dibahas dalam hal ini dapat

dikelompokkan atas dua bagian yaitu :

a) Konverter satu-fasa setengah-gelombang (half-wave single-phase converter).

b) Konverter satu-fasa gelombang-penuh (full-wave single-phase converter).

Konverter satu-fasa gelombang-penuh dapat dikelompokkan lagi menjadi :

*) Konverter satu-fasa semi-jembatan (single-phase semi-converter).

*) Konverter satu-fasa jembatan-penuh (single-phase full-converter).

117

Fungsi penyearahan dalam konverter satu-fasa setengah-gelombang

dilakukan oleh sebuah tiristor seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 3.15(a),

untuk semi-jembatan dilakukan oleh 2 (dua) buah pasangan tiristor dan dioda

seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 3.15(b), dan untuk jembatan-penuh

dilakukan oleh 4 (empat) buah tiristor seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 3.15

(c). Bentuk gelombang tegangan masukan tetap diasumsikan seperti dalam

Gambar 3.3(a).

Gambar 3.15 Rangkaian konverter satu-fasa. (a) Setengah-gelombang. (b) Semi-jembatan (c) Jembatan-penuh.

118

Tegangan masukan untuk semua konverter dalam Gambar 3.15

diasumsikan sebagai :

vs = Vm sin t = Vs sin t dan T = 2/ .............................. (3-142)

dalam hal ini :

= 2 f = frekuensi sudut gelombang tegangan masukan ..................... (3-143)

f = = frekuensi gelombang tegangan masukan ................................. (3-144)

3.5.1 KONVERTER SATU-FASA SETENGAH-GELOMBANG DENGAN BEBAN RESISTIF

3.5.1.1 Prinsip Kerja

Untuk setengah siklus positif dari vs yaitu 0 wt , tiristor mendapat

prategangan maju (forward biased) sehingga cenderung untuk konduksi, akan

tetapi dalam selang tersebut tiristor tidak langsung konduksi. Tiristor baru

konduksi jika pada wt = ia disulut. Jadi tiristor konduksi dalam selang wt

. Jika diasumsikan tiristor tidak mempunyai jatuh tegangan dalam keadaan

konduksi, maka tegangan yang muncul di beban adalah vs dalam selang wt

. Dengan demikian akan ada arus yang mengalir dalam jalur : tiristor T – beban

– sumber tegangan.

Untuk setengah siklus negatif dari vs yaitu wt 2 , tiristor mendapat

prategangan balik (reverse biased) sehingga memblok. Dengan demikian tidak

ada arus yang mengalir dalam rangkaian sehingga tegangan beban sama dengan

nol.

Untuk 2 wt 3 siklus kembali berulang seperti pada interval 0 wt

. Dari Gambar 3.15(a) terlihat bahwa arus masukan (is), arus tiristor (iT) dan

arus beban (io) adalah sama sehingga bentuk-bentuk gelombangnya juga sama.

Nampak pula bahwa bentuk gelombang tegangan input maupun tegangan output

mempunyai periode yang sama. Jadi juga mempunyai frekuensi yang sama.

Persamaan untuk tegangan keluaran sesaat adalah :

119

vo = Vm sin t untuk t dan To = .......................... (3-145)

Persamaan untuk arus beban sesaat adalah :

io = sin t = Im sin t untuk t dan To = ....... (3-146)

Implementasi dari persamaan (3-145) tentang tegangan keluaran penyearah serta

persamaan (3-146) tentang arus beban dapat dilihat pada Gambar 3.16.

Gambar 3.16 Bentuk gelombang tegangan keluaran (vo) dan arus beban (io) dari konverter satu-fasa setengah-gelombang berbeban resistif.

3.5.1.2 Harga Rata-Rata dan Harga Efektif

Vdc = = =

= (1 + cos ) .................................................................................. (3-147)

Vrms = = = Vm

120

= ......................... (3-148)

Karena Vm = Vs maka dapat ditulis :

Vdc = (1 + cos ) ................................................................ (3-149)

Vrms = ........................................... (3-150)

Selanjutnya :

Idc = Is(av) = IT = = (1 + cos ) .................................. (3-151)

Irms = Is = IT(rms) = = .............. (3-152)

Terlihat dari persamaan (3-147) atau (3-149) bahwa harga rata-rata tegangan

keluaran dapat divariasikan dengan mengambil harga antara 0 dan . Jika = 0

maka Vdc = Vdc(max) = 0,3183 Vm dan jika = maka Vdc = Vdc(min) = 0.

CONTOH 3-6 :

Sebuah konverter satu-fasa setengah-gelombang yang rangkaiannya seperti dalam

Gambar 3.15(a) mempunyai tegangan jala-jala 120 V; 50 Hz dengan beban R =

10 . Harga rata-rata tegangan keluaran yang diperoleh adalah 25% dari nilai

terbesar harga rata-rata tegangan keluaran. Hitunglah :

a). Sudut penundaan dari tiristornya.

b). Harga rata-rata arus beban.

c). Harga efektif arus beban.

d). Harga rata-rata arus tiristornya.

e). Harga efektif arus tiristornya.

Pembahasan :

Dalam hal ini Vs = 120 V, maka Vm = 120 volt. Harga maksimum dari

tegangan keluaran rata-rata adalah apabila = 0 dari persamaan (3-147) :

121

Vdc(max) = .............................................................................................. (3f-1)

a). Dalam hal ini diketahui Vdc = 25% Vdc(max) = , kemudian

disubstitusikan ke persamaan (3-147) :

= (1 + cos ), sehingga :

cos = - 0,5 = cos-1(-0,5) = (= rad)

b) Dari persamaan (3-151) diperoleh :

Idc = (1 + cos ) = (1 + cos 120) =

c) Dari persamaan (3-152) diperoleh :

Irms = =

=

d) Arus tiristor sama dengan arus beban, jadi :

IT =

e) Juga diperoleh :

IT(rms) =

3.5.2 KONVERTER SATU-FASA SETENGAH-GELOMBANG DENGAN BEBAN INDUKTIF

Berbeda dengan kasus beban resistif, maka pada kasus beban induktif

bentuk gelombang vo dan io berbeda. Gambar 3.17 memperlihatkan rangkaian

konverter ini yang melayani beban induktif.

122

Gambar 3.17 Diagram rangkaian dari konverter satu-fasa setengah-gelombang berbeban induktif.

Rangkaian dalam Gambar 3.17 diperlengkapi dengan dioda freewheeling

(Dm). Untuk beban-beban resistif maka dioda freewheeling tak akan berfungsi

karena tidak pernah konduksi. Jadi untuk beban-beban induktif dioda

freewheeling dapat dipakai atau dapat pula tidak.

Jika tidak diperlengkapi dengan dioda freewheeling, maka adanya sifat

induktif (L) dalam beban akan menyebabkan arus beban (io) masih berlanjut

mengalir melewati t = , dan baru berhenti pada t = . Sudut dalam hal ini

disebut sudut padam (extinction angle). Ini menyebabkan terjadinya tegangan

negatif pada keluaran konverter atau pada beban. Selanjutnya keberadaan bagian

negatif pada tegangan keluaran akan menyebabkan kerut (ripel) yang besar serta

harga rata–rata (Vdc) yang kecil.

Untuk mengurangi faktor kerut dari tegangan keluaran serta untuk

meningkatkan Vdc, maka rangkaian diperlengkapi dengan dioda freewheeling

(Dm). Bentuk-bentuk gelombang dari besaran pada konverter satu-fasa setengah

gelombang berbeban induktif baik yang memakai dioda freewheeling maupun

yang tidak, dapat dilihat dalam Gambar 3.18 dan 3.19.

Dalam keadaan tidak diperlengkapi dengan dioda freewheeling, arus sesaat

yang mengalir di beban adalah :

L + R io = Vm sin t ................................................................ (3-153)

Jika pada saat t = arus beban masih nol maka jawaban untuk persamaan (3-

153) di atas adalah :

io = untuk t ......... (3-154)

123

Jika pada saat t = arus beban menjadi nol kembali maka diperoleh persamaan

untuk menghitung secara “trial and error” :

..................................... (3-155)

Adapun persamaan tegangan beban adalah :

vo = Vm sin t untuk t dan To = ............................ (3-156)

Implementasi dari persamaan (3-154) dan (3-156) dapat dilihat pada Gambar 3.18.

Gambar 3.18 Bentuk-bentuk gelombang tegangan dan arus beban dari konverter satu-fasa setengah-gelombang berbeban induktif yang tidak diperlengkapi dengan dioda freewheeling.

Dalam keadaan diperlengkapi dengan dioda freewheeling, tegangan sesaat

yang muncul di beban adalah seperti yang dinyatakan dalam persamaan (3-145).

Untuk menentukan persamaan arus beban maka dapat ditinjau dua modus.

Modus 1 berlangsung dalam interval t . Dalam hal ini beban

disuplai oleh arus dari tiristor. Dengan menerapkan Hukum Kirchoff maka dapat

ditulis :

...................................................... (3-157)

Jika pada saat t = arus beban mencapai harga minimumnya yaitu I2 maka

jawaban untuk persamaan (3-157) di atas adalah :

124

iT = ............ (3-158)

Modus 2 berlangsung dalam interval t 2 + . Dalam hal ini

beban disuplai oleh arus dari dioda Dm. Dengan menerapkan Hukum Kirchoff

maka dapat ditulis :

.................................................................. (3-159)

Jika pada saat t = arus beban mencapai harga maksimumnya yaitu I1 maka

jawaban untuk persamaan (3-159) di atas adalah :

iDm = ..................................................................... (3-160)

Untuk menentukan I2 dalam persamaan (3-158) dan I1 dalam persamaan (3-160)

maka diterapkan kondisi bahwa pada saat t = , arus modus 1 akan mencapai

nilai maksimumnya yaitu I1, sedangkan pada saat t = 2 + , arus modus 2 akan

mencapai nilai minimumnya yaitu I2. Dengan demikian akan diperoleh :

I1 = ............................ (3-161)

dan :

I2 = .......... (3-162)

Implementasi dari persamaan (3-158) dan (3-160) dapat dilihat pada Gambar 3.19.

125

Gambar 3.19 Bentuk-bentuk gelombang tegangan dan arus beban dari konverter satu-fasa setengah-gelombang berbeban induktif yang diperlengkapi dengan dioda freewheeling.

Dalam Gambar 3.19 dapat terlihat bahwa keberadaan dioda freewheeling

mencegah terjadinya tegangan negatif pada beban. Dalam interval waktu t

beban disuplai oleh arus dari tiristor, sedangkan dioda Dm dalam keadaan

memblok. Dalam interval t 2 + , beban disuplai oleh arus dari dioda

freewheeling. Pada t = 2 , siklus kembali berulang seperti pada t = .

3.5.2.1 Harga Rata-Rata dan Harga Efektif pada Kondisi dengan Dioda Freewheeling

Vdc = = =

= (cos -cos ) .................................................................. (3-163)

Vrms = =

= Vm ...................... (3-164)


Vdc = (cos -cos ) ................................................................ (3-165)

Vrms = Vs ...................... (3-166)

126

Harga rata-rata arus beban adalah :

Idc = Is(av) = IT = = (cos -cos ) ................................. (3-167)

Harga efektif arus-beban didapatkan dengan mensubstitusikan persamaan (3-154)

ke dalam (3-18) :

Irms = Is = IT(rms) = .................................................. (3-168)

3.5.2.2 Harga Rata-Rata dan Harga Efektif pada Kondisi dengan Dioda Freewheeling

Terlihat dari Gambar 3.19 bahwa bentuk gelombang tegangan keluarannya

sama dengan bentuk gelombang tegangan keluaran pada kasus beban resistif,

sehingga :

Vdc = (1 + cos ) ..................................................................... (3-169)

Vrms = .............................................. (3-170)


Vdc = (1 + cos ) ................................................................... (3-171)

Vrms = Vs ......................................... (3-172)

Harga rata-rata arus beban didapatkan dengan cara mensubstitusikan persamaan

(3-158) dan (3-160) sampai (3-162) ke dalam (3-17) :

Idc = ............................................ (3-173)

Harga rata-rata arus beban juga didapatkan dengan cara mensubstitusikan

persamaan (3-158) dan (3-160) sampai (3-162) ke dalam (3-18) :

127

Irms = ........................................ (3-174)

3.5.3 KONVERTER SATU-FASA SETENGAH-GELOMBANG DALAM KASUS BERBEBAN INDUKTIF “TINGGI” (HIGHLY INDUCTIVE)

Bentuk-bentuk gelombang tegangan dan arus beban akibat beban ini

diperlihatkan dalam Gambar 3.20.

Gambar 3.20 Bentuk-bentuk gelombang besaran-besaran pada konverter satu-fasa setengah-gelombang berbeban induktif “tinggi” yang diperlengkapi dengan dioda freewheeling.

Telah dijelaskan pada Sub Bab 3.3.2 bahwa beban-beban induktif yang

mempunyai 2fL >> R atau (2fL - ) >> R disebut beban induktif “tinggi”

atau “sangat” induktif (highly inductive). Motor arus searah (dc) dapat

dipertimbangkan ke dalam jenis beban ini.

128

Untuk pembahasan beban induktif “tinggi” selanjutnya, maka

diasumsikan bahwa arus yang ditarik oleh beban bersifat kontinu (tidak terputus)

dan bebas kerut. Arus seperti ini dihasilkan dari rangkaian yang diperlengkapi

dengan dioda freewheeling seperti yang diperlihatkan dalam Gambar 3.17.

Dengan memperhatikan Gambar 3.20, maka dapat dinyatakan beberapa

harga rata-rata dan harga efektif sebagai berikut :

Vdc = (1 + cos ) ..................................................................... (3-175)

Vrms = .............................................. (3-176)

Idc = Irms = Ia ............................................................................. (3-177)

IT = Is(av) = ................................................................ (3-178)

IT(rms) = Is = ............................................................... (3-179)

IDm = ......................................................................... (3-180)

IDm(rms) = .................................................................... (3-181)

3.5.4 KONVERTER SATU-FASA SEMI-JEMBATAN

Rangkaian yang umum untuk konverter satu-fasa semi-jembatan telah

diperlihatkan dalam Gambar 3.15(b). Diperlengkapinya rangkaian dengan dioda

freewheeling karena dianggap bahwa bahwa pada umumnya konverter tersebut

akan melayani beban induktif misalnya motor arus searah, yang dalam hal ini

diasumsikan sebagai beban induktif “tinggi” (highly inductive). Rangkaian

konverter satu–fasa semi-jembatan mempunyai rangkaian yang sama dengan

rangkaian konverter satu–fasa jembatan-penuh, hanya saja 2 buah tiristornya telah

diganti dengan dioda. Selain itu, rangkaian semi-jembatan diperlengkapi dengan

dioda freewheeling.

Dari diagram rangkaian pada Gambar 3.15(b) dapat disimpulkan bahwa

dalam selang 0 t dari gelombang tegangan masukan, tiristor T1 dan dioda

129

D1 mendapat prategangan maju sehingga cenderung untuk konduksi, dan dalam

selang t 2 dari gelombang tegangan masukan, tiristor T2 dan dioda D2

mendapat prategangan maju sehingga cenderung untuk konduksi. Perlu diketahui

bahwa dioda tidak dipengaruhi oleh nilai dari tiristor, jadi tidak mengalami

penundaan konduksi. Di lain pihak, saat kapan mulainya tiristor konduksi

dipengaruhi oleh tadi, jadi mengalami penundaan konduksi bila 0. Pola-

pola konduksi untuk rangkaian ini diperlihatkan dalam Gambar 3.21.

Gambar 3.21 Pola-pola konduksi tiristor dan dioda dalam konverter satu-fasa semi-jembatan. (a) Pada = 0. (b) Pada 0 < < . (c) Pada = .

Berdasarkan uraian di atas, dapatlah dibuat tabel pola pembentukan tegangan

keluaran atau tegangan beban.

Tabel 3.8 Pola pembentukan tegangan keluaran atau tegangan beban pada konverter satu-fasa semi-jembatan untuk = 0 dan = .

130

Selang

= 0 =

Komponen yang cen-derung kon-duksi

Tegangan be-ban untuk se-mua jenis be-ban


Tegangan be-ban untuk be-ban resistif a-tau induktif dengan dioda freewheeling

Tegangan be-ban untuk be-ban induktif tanpa dioda freewheeling

0 t T1, D1 vs T2, D1 0 - vs

t

2T2, D2 - vs T1, D2 0 vs

Tabel 3.9 Pola pembentukan tegangan keluaran atau tegangan beban pada konverter satu-fasa semi-jembatan untuk 0 < < .

Selang

Beban resistif atau beban induktif “tinggi” dengan dioda freewheeling

Beban induktif “tinggi” tanpa dioda freewheeling

Komponen yang cenderung kon-duksi

Tegangan pada beban


Tegangan pada beban

0 t < T2, D1 0 T2, D1 - vs

t < T1, D1 vs T1, D1 vs

t < + T1, D2 0 T1, D2 vs

+ t

2T2, D2 - vs T2, D2 - vs

Berdasarkan Tabel 3.8 dan Tabel 3.9, dihasilkanlah bentuk-bentuk gelombang

seperti yang diperlihatkan dalam Gambar 3.22 sampai 3.24.

131

Gambar 3.22 Bentuk-bentuk gelombang tegangan dan arus beban dari konverter satu-fasa semi-jembatan yang berbeban resistif (dengan atau tanpa menggunakan dioda freewheeling).

Gambar 3.23 Bentuk-bentuk gelombang tegangan dan arus beban dari konverter satu-fasa semi-jembatan yang berbeban induktif tinggi dengan menggunakan dioda freewheeling.

132

Gambar 3.24 Bentuk-bentuk gelombang tegangan dan arus beban dari konverter satu-fasa semi-jembatan yang berbeban induktif tinggi tanpa menggunakan dioda freewheeling.

Dengan memperhatikan Gambar 3.22 sampai 3.24, maka dapat dinyatakan

beberapa harga rata-rata dan harga efektif sebagai berikut.

Untuk beban resistif (dengan atau tanpa menggunakan dioda freewheeling) :

Vdc = (1 + cos ) ..................................................................... (3-182)

Vrms = ............................................... (3-183)

Idc = (1 + cos ) ....................................................................... (3-184)

Irms = ............................................... (3-185)

IT = Id = (1 + cos ) ............................................................... (3-186)

IT(rms) = Id(rms) = ............................... (3-187)

Is(av) = 0 .......................................................................................... (3-188)

Is = .................................................. (3-189)

Untuk beban induktif tinggi dengan menggunakan dioda freewheeling :

133

Vdc = (1 + cos ) ..................................................................... (3-190)

Vrms = ............................................... (3-191)

Idc = Irms = Ia .............................................................................. (3-192)

IT = Id = ................................................................... (3-193)

IT(rms) = Id(rms) = ........................................................... (3-194)

Is(av) = 0 .......................................................................................... (3-195)

Is = ............................................................................. (3-196)

IDm = ................................................................................... (3-197)

IDm(rms) = ........................................................................... (3-198)

Untuk beban induktif tinggi tanpa menggunakan dioda freewheeling :

Vdc = cos .......................................................................... (3-199)

Vrms = = Vs ........................................................................ (3-200)

Idc = Irms = Ia .............................................................................. (3-201)

IT = 0,5 Ia .................................................................................... (3-202)

IT(rms) = .................................................................................... (3-203)

Is(av) = 0 .......................................................................................... (3-204)

Is = Ia ........................................................................................... (3-205)

CONTOH 3-7 :

Sebuah konverter satu-fasa semi-jembatan yang rangkaiannya seperti dalam

Gambar 3.15(b) mempunyai tegangan jala-jala 120 V; 50 Hz dengan beban R =

134







e). Harga efektif arus tiristornya.

Pembahasan :



Vdc(max) = ........................................................................................... (3g-1)

a). Dalam hal ini diketahui Vdc = 50% Vdc(max) = , kemudian disubstitusikan

ke persamaan (3-182) :


cos = 0 = cos-10 = (= rad)


Idc = (1 + cos ) = (1 + cos 90) =


Irms = =

=

d) Arus tiristor diperoleh dari persamaan (3-186), jadi :

IT = (1 + cos ) = (1 + cos 90) =

e) Arus tiristor diperoleh dari persamaan (3-187), jadi :

135

IT(rms) = =

=

3.5.5 KONVERTER SATU-FASA JEMBATAN-PENUH

Rangkaian yang umum untuk konverter satu-fasa semi-jembatan telah

diperlihatkan dalam Gambar 3.15(c). Tidak diperlengkapinya rangkaian dengan

dioda freewheeling adalah dengan maksud untuk memperoleh harga rata-rata

tegangan keluaran yang lebih bervariasi, disamping untuk membedakannya dari

konverter satu-fasa semi-jembatan.

Dari diagram rangkaian pada Gambar 3.15(c) dapat disimpulkan bahwa

dalam selang 0 t dari gelombang tegangan masukan, pasangan tiristor T1

dan T2 mendapat prategangan maju sehingga cenderung untuk konduksi, dan

dalam selang t 2 dari gelombang tegangan masukan, pasangan tiristor

T3 dan T4 mendapat prategangan maju sehingga cenderung untuk konduksi. Saat

kapan mulainya tiristor konduksi dipengaruhi oleh , jadi mengalami penundaan

konduksi bila 0. Pola-pola konduksi untuk rangkaian ini diperlihatkan dalam

Gambar 3.25.

Bentuk-bentuk gelombang tegangan dan arus beban untuk beban resistif

adalah sama seperti yang dinyatakan dalam Gambar 3.22, sedangkan untuk beban

induktif tinggi adalah sama seperti yang dinyatakan dalam Gambar 3.24.

136

Gambar 3.25 Pola-pola konduksi tiristor dan dioda dalam konverter satu-fasa jembatan-penuh. (a) Pada = 0. (b) Pada 0 < < . (c) Pada = .

Berdasarkan Gambar 3.25 dan uraian di atas, dapatlah dibuat tabel pola

pembentukan tegangan keluaran atau tegangan beban.

Tabel 3.10 Pola pembentukan tegangan keluaran atau tegangan beban pada konverter satu-fasa jembatan-penuh untuk = 0 dan = .

Selang

= 0 =


Tegangan be-ban untuk se-mua jenis be-ban


Tegangan be-ban untuk be-ban resistif

Tegangan be-ban untuk be-ban induktif

0 t T1, T2 vs T3, T4 0 - vs

t

2T3, T4 - vs T1, T2 0 vs

Tabel 3.11 Pola pembentukan tegangan keluaran atau tegangan beban pada konverter satu-fasa jembatan-penuh untuk 0 < < .

137

SelangBeban resistif Beban induktif “tinggi”


Tegangan pada beban


Tegangan pada beban

0 t < T3, T4 0 T3, T4 - vs

t < T1, T2 vs T1, T2vs

t < + T1, T2 0 T1, T2

+ t

2T3, T4 - vs T3, T4 - vs

Akhirnya dapat dinyatakan beberapa harga rata-rata dan harga efektif sebagai

berikut.

Untuk beban resistif :

Karena bentuk-bentuk gelombang untuk kasus berbeban resistif ini sama dengan

bentuk-bentuk gelombang pada rangkaian semi-jembatan yang berbeban resistif

maka harga rata-rata dan efektif dari beberapa besaran adalah sama dengan yang

dinyatakan dalam persamaan (3-182) sampai (3-189).

Untuk beban induktif tinggi :

Karena bentuk-bentuk gelombang untuk kasus berbeban induktif tinggi ini sama

dengan bentuk-bentuk gelombang pada rangkaian semi-jembatan yang berbeban

induktif tinggi tanpa menggunakan dioda freewheeling maka harga rata-rata dan

efektif dari beberapa besaran adalah sama dengan yang dinyatakan dalam

persamaan (3-199) sampai (3-205).

CONTOH 3-8 :

Sebuah konverter satu-fasa jembatan-penuh yang rangkaiannya seperti dalam

Gambar 3.15(c) mempunyai tegangan jala-jala 120 V; 50 Hz dengan beban R =




138




e). Harga efektif arus masukan konverter.

Pembahasan :



Vdc(max) = ........................................................................................... (3g-1)

a). Dalam hal ini diketahui Vdc = 25% Vdc(max) = , kemudian disubstitusikan

ke persamaan (3-182) :


cos = - 0,5 = cos-1(- 0,5) = (= rad)


Idc = (1 + cos ) = (1 + cos 120) =


Irms = =

=

d) Harga rata-rata arus tiristor diperoleh dari persamaan (3-186), jadi :

IT = (1 + cos ) = (1 + cos 120) =

e) Harga efektif arus masukan diperoleh dari persamaan (3-189), jadi :

Is = =

139

=

140

Bab3_sesi_6 Penyearah Terkendali Satu-fasa

Documents

Transcript of Bab3_sesi_6 Penyearah Terkendali Satu-fasa