Dasar Elektronika Daya

Dasar Elektronika Daya

4.1. Sejarah ELektronika daya

Bermula diperkenalkan penyearah busr mercuri 1900, metal tank,
grid-cotrolled vacum tube, ignitron, phanotron dan thyratron semua ini
untuk kontrol daya hingga tahun 1950. Tahun 1948 ditemukan transistor
silikon , kemudian tahun 1956 ditemukan transistor pnpn triggering yang
disebut dengan thyristor atau silicon controlled rectifier. Tahun 1958
dikembangkan thyristor komercial oleh general electric company.
Sehingga sampai sekarang pengembangannya baik komponennya
maupun aplikasinya sangat pesat.

4.2. Pengertian dan Prinsip kerja
Disiplin ilmu yang mempelajari penggunaan teknologi elektronika
dalam konversi energi (daya) elektrik.
Mengapa energi (daya) elektrik perlu dikonversikan?


Hampir semua peralatan listrik bekerja kurang efisien atau tidak
bisa bekerja pada sumber energi (daya) elektrik yang tersedia.

Banyak pembangkit energi (daya) elektrik nonkonvensional
mempunyai bentuk yang tidak kompatibel dengan sumber energi
(daya) elektrik lainnya.
Selama produksi, jaringan dan distribusi energi listrik yang digunakan
secara umum baik tegangan satu phase dan tiga phase dapat konstan
dan frekwensinya bisa stabil (50Hz atau 60Hz) dan tidak perlu adanya
konversi bentuk tegangan, maka peralatan yang membutuhkan arus
listrik tidak perlu membutuhkan tambahan system untuk penstabilan atau
perubahan.
Penggunaan arus listrik pada peralatan industri banyak sekali yang harus
dikendalikan, misalkan kecepatan putaran motor dapat diatur atau yang
lainnya, maka perlu ada beberapa variable yang harus diatur (Tegangan
atau Frekwensi) dan perubahan bentuk tegangan (konversi). Hal ini
berlaku untuk tegangan satu atau tiga phase dan tegangan searah DC.

Gambar 4.1 Hubungan antara elektronika daya
terhadap daya, elektronik dan kontrol

Tugas dari elektronika daya adalah merubah bentuk sumber energi listrik
yang ada ke bentuk energi listrik yang diinginkan yang disesuaikan
dengan beban yang dipergunakan.

Penyearah

AC
Chopper

DC
AC Chopper
Chopper

Inverter

Gambar 4.2 Perubahan bentuk sumber energi listrik

Perbedaan dan perubahan energi listrik antara system tiga, satu phase
arus bolak balik dan arus searah telah diatur dan diformulasikan pada
DIN 41750.

a. Konverter AC ke DC (1 ? 2) Penyearah terkontrol
b. Konverter DC ke DC (2 ? 3). DC Chopper

c. Konverter DC ke AC (3 ? 4). Inverter
d. Konverter AC ke AC (4 ? 1). Kontroller tegangan AC (AC Chopper)
e. Konverter AC ke AC (4? 1). Kontroller tegangan AC (AC Chopper)
Gambar 4.3 Contoh aplikasi untuk elektronika daya

a) Teknik Penggerak


Pemberian sumber tegangan pada mesin motor tiga phase yang
variabelnya adalah tegangan dan frekwensi sehingga torsi dan
kecepatannya dapat diatur. (Contohnya motor listrik di kereta listrik,
motor pengatur posisi).

Pemberian sumber tegangan pada motor DC dengan variabel
tegangan pada ankernya dan lilitan. (Contohnya Motor pada kereta
listrik).
b) Sumber Tegangan


Catu daya ( Contoh pada Personal Komputer)
c) Kebutuhan Rumah


Pengatur terang redupnya lampu penerangan (Contoh dimmer
ruang lampu dekorasi)
d) Kendaraan berat


Pengapian elektronik

Pembangkit pulsa untuk pengerak servo


Penggerak stater generator

Konverter dari 12 Volt ke 24 Volt DC

Pengerak power string pada kemudi

Transmisi automatik
Sekarang setiap peralatan listrik modern dan mesin modern yang
menggunakan sumber listrik baik AC maupun DC selalu memerlukan
elektronika daya untuk pengoperasiannya.

Dasar membangun peralatan elektronika daya

Peralatan yang ada elektronika dayanya dapat digambarkan secara
umum ada tiga blok penting yaitu pada gambar dibawah

Bagian
Informasi
Bagian
Pengendali
Bagian
Daya
Besaran
Pengendali
Aliran
Energi

Gambar 4.4 Blok diagram dasar elektronika daya

1. Bagian Daya
Pada bagian daya berintefrensi langsung dengan aliran daya pada
sumber elektrik. Bagian ini terbuat dari sebuah rangkaian spesial yang
dapat sebagai penyearah, penyimpanan energi (C, L), Pengaman dan
filter).

2. Bagian Pengendali
Bagian pengendali melakukan pengendali signal yang akan diumpankan
pada bagian daya. Selah satu contohnya isi dari blok ini adalah signal
penguat depan, pembalik potensial dan pemantau kesalahan.

3. Bagian Informasi
Sering sekali bagian Daya dan bagian Pengendali dilengkapi dengan
bagian informasi, sehingga menjadi sebuah sistem pengendali dan
pengaturan (open loop control dan close loop control) salah satu contoh
pengaturan kecepatan motor listrik. Nilai besaran hasil koreksi eror
langsung diumpankan ke bagian pengendali.

4.3. Komponen Elektronika Daya
Dari kerugian daya pada dasarnya diperbolehkan terjadi sebagian kecil
terjadi pada semikonduktor pada saat posisi menahan arus listrik (off),
komponen daya ini pada saat posisi mengalirkan arus listrik (on)
langsung dengan aliran energi yang besar. Prinsip dasarnya seperti
saklar mekanik. Pada dasarnya komponen hanya boleh secara ideal
mengalirkan arus (U=0) dan pada saat menahan arus ideal (I=0).
Setiap kondisi kerja mengalirkan atau menahan dengan tegangan dan
arus yang tinggi, maka timbul gangguan panas pada komponen, yang
besarnya kerugian energi adalah (P= U * I ?0).
Saklar elektronik yang dilakukan oleh komponen elektronika daya secara
nyata terdiri dari tiga tipe yaitu:

4.3.1. Satu Katup yang tidak dapat dikendalikan (Dioda)
Dioda

Fungsi (Ideal)

- „ Membuka“ : iAK >0, uAK =0
- „ Menutup“ : iAK =0, uAK <0
Simbol

Gambar 4.5 Simbol Dioda
Data batas (Contoh)
URRM = 5000V, IN = 4000A fmax=50 Hz
URRM = 2000V, IN = 200A fmax=50 Hz

4.3.2. Pensaklaran Elektronik melalui sebuah Katup
Tipe komponen ini dapat disaklarkan hanya sambung dengan
mengendalikan elektroda katupnya (gate). Dia akan tetap menghantarkan
arus dari Anoda ke Katoda, jika arus pada katupnya diturunkan sampai
nol, maka aliran arus berhenti. Komponen tersebut adalah :

Gambar 4.6 Simbol pensaklaran sebuah katup

Thyristor

Fungsi secara ideal:

-„Terhubung“ arus akan mengalir dari anoda ke katoda melalui
pengendalian arus iG>0 pada kondisi uAK>0.

-„ Tertahan“ sumber arus tetap mengalir dari anoda ke katoda jika iG=0
dan selama iA>0.

-„ Terputus“ tidak ada arus yang mengalir dari anoda ke katoda, hal ini
akan terjadi, jika diset iG=0 dan iA=0. Sehingga arus dari anoda ke
katoda terputus iA=0.

Terputus arus yang mengalir dari anoda ke katoda melalui pengendalian
arus iG<0 iA>0 adalah tidak mungkin terjadi.

Gambar 4.7 Simbol Thyristor

Sifat-sifat (ideal):

-Pada saat menghantar : uAK = 0 ; iA>0
-Pada saat menutup : iA=0

Data batas (Contoh)

UDRM = 8200V, IN = 2400A fmax=50 Hz

UDRM = 2500V, IN = 2000A fmax=1,2 kHz

Triac

Thyristor atau SCR TRIAC mempunyai kontruksi sama dengan DIAC,
hanya saja pada TRIAC terdapat terminal pengontrol (terminal gate).
Sedangkan untuk terminal lainnya dinamakan main terminal 1 dan main
terminal 2 (disingkat mt1 dan mt2). Seperti halnya pada DIAC, maka
TRIAC pun dapat mengaliri arus bolak-balik, tidak seperti SCR yang
hanya mengalirkan arus searah (dari terminal anoda ke terminal katoda).
Lambang TRIAC di dalam skema elektronika, memiliki tiga kaki, dua
diantaranya terminal MT1 (T1) dan MT2 (T2) dan lainnya terminal Gate

(G) : Gambar dibawah memperlihatkan struktur dalam pada TRIAC :
Triac adalah setara dengan dua SCR yang dihubungkan paralel. Artinya
TRIAC dapat menjadi saklar keduanya secara langsung. TRIAC
digolongkan menurut kemampuan pengontakan. TRIAC tidak mempunyai
kemampuan kuasa yang sangat tinggi untuk jenis SCR. Ada dua jenis
TRIAC, Low-Current dan Medium-Current.
Data batas (Contoh)

UDRM = 800V, IN = 8A fmax=50 Hz

UDRM = 1000V, IN = 40A fmax=50 Hz

Gambar 4.8 Simbol Triac

4.3.3. Pensaklaran Elektronik hubung dan putus melalui sebuah
katup.
Tipe komponen ini adalah pengendalian elektrodenya dapat
menghantarkan dan menyetop arus yang mengalir.

Sebagai bukti: kedua pengendalian ini dapat dilihat dari bentuk
simbolnya.

Gambar 4.9 Simbol pensaklaran dua katup
Komponen komponen tersebut yaitu:

Power MOSFET (n- Kanal)

Fungsinya (ideal):

-Pada saat menghantar:
uGS>0 ?iD>0, uDS=0

-Pada saat menutup:
uGS<0 ?iD=0

Gambar 4.10 Simbol Power Mosfet (n-Kanal)

Data batas (Contoh):
uDS max = 1000V, iDN =30A , fmax =100kHz
uDS max = 200V, iDN =100A , fmax =50kHz

IGBT

Fungsinya (ideal):

-Pada saat menghantar:
uGE>0 ?iC>0, uCE=0

-Pada saat menutup:
uGE<0 ?iC=0

Data batas (Contoh):
UCE max = 1700V, iCN =440A , fmax =20kHz

Gambar 4.11 Simbol IGBT

Transistor Daya Bipolar (BJT)

Fungsinya (ideal):

-Pada saat menghantar:
iB>0 ?iC>0, uCE=0

-Pada saat menutup:
iB=0 ?iC=0

Data batas (Contoh):
UCE max = 1400V, iCN =1000A , fmax =5kHz
UCE max = 1000V, iCN =100A , fmax =50kHz

Gambar 4.12 Simbol Transistor Daya Bipolar (BJT)

GTO- Thyristor

Fungsinya (ideal):

-Pada saat menghantar:
IG>0 ?iA>0, uAK=0

-Pada saat menutup:
IG=0 ?iA=0

Data batas (Contoh):
UAK max = 4500V, iN =4000A , fmax =1..2kHz
UAK max = 6500V, iN =1500A , fmax =1..2kHz

Komponen ini jika dibandingkan dengan IGBT dan MOSFET untuk
dayanya jelas lebih tinggi hanya frekwensi kerjanya sedikit lebih rendah.
Komponen ini dipergunakan pada rangkaian kereta api listrik dan
penggerak mesin motor yang besar.

4.3.4. Perbandingan kinerja dari MOSFET, IGBT dan BJT.
Transistor IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor) adalah piranti
semikonduktor yang setara dengan gabungan sebuah transistor bipolar
(BJT) dan sebuah transistor efek medan (MOSFET) Input dari IGBT
adalah terminal Gate dari MOSFET, sedang terminal Source dari
MOSFET terhubung ke terminal Basis dari BJT. Dengan demikian, arus
drain keluar dan dari MOSFET akan menjadi arus basis dari BJT. Karena
besarnya tahanan masuk dari MOSFET, maka terminal input IGBT hanya
akan menarik arus yang kecil dari sumber. Di pihak lain, arus drain
sebagai arus keluaran dari MOSFET akan cukuo besar untuk membuat
BJT mencapai keadaan saturasi. Dengan gabungan sifat kedua elemen
tersebut, IGBT mempunyai perilaku yang cukup ideal sebagai sebuah
sakelar elektronik. Di satu pihak IGBT tidak terlalu membebani sumber, di
pihak lain mampu menghasilkan arus yang besar bagi beban listrik yang
dikendalikannya. Komponen utama di dalam aplikasi elekronika daya
(power electronics) dewasa ini adalah sakelar zat padat (solid-state
switches) yang diwujudkan dengan peralatan semikonduktor seperti
transistor bipolar (BJT), transistor efek medan (MOSFET), maupun
Thyristor. Sebuah sakelar ideal di dalam aplikasi elektronika daya akan
mempunyai sifat-sifat sebagai berikut:

1). Pada saat keadaan tidak menghantar (OFF), sakelar mempunyai
tahanan yang besar sekali, mendekati nilai tak berhingga. Dengan kata
lain, nilai arus bocor struktur sakelar sangat kecil

2). Sebaliknya, pada saat keadaan menghantar (ON), sakelar
mempunyai tahanan menghantar (R_on) yang sekecil mungkin. Ini akan
membuat nilai tegangan jatuh (voltage drop) keadaan menghantar juga
sekecil mungkin, demikian pula dengan besarnya daya lesapan (power
dissipation) yang terjadi, dan

3). Kecepatan pensakelaran (switching speed) yang tinggi.

Sifat nomor (1) umumnya dapat dipenuhi dengan baik oleh semua jenis
peralatan semikonduktor yang disebutkan di atas, karena peralatan
semikonduktor komersial pada umumnya mempunyai nilai arus bocor
yang sangat kecil. Untuk sifat nomor (2), BJT lebih unggul dari MOSFET,
karena tegangan jatuh pada terminal kolektor-emitter, VCE pada
keadaan menghantar (ON) dapat dibuat sekecil mungkin dengan
membuat transitor BJT berada dalam keadaan jenuh (saturasi).

Sebaliknya, untuk unsur kinerja nomor (3) yaitu kecepatan switching,
MOSFET lebih unggul dari BJT, karena sebagai divais yang bekerja
berdasarkan aliran pembawa muatan mayoritas (majority carrier), pada
MOSFET tidak dijumpai aruh penyimpanan pembawa muatan minoritas
pada saat proses pensakelaran, yang cenderung memperlamnat proses
pensakelaran tersebut. Sejak tahun 1980-an telah muncul jenis divais
baru sebagai komponen sakelar untuk aplikasi elektronika daya yang
disebut sebagai Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT). Sesuai dengan
yang tercermin dari namanya, divais baru ini merupakan divais yang
menggabungkan struktur dan sifat-sifat dari kedua jenis transistor
tersebut di atas, BJT dan MOSFET. Dengan kata lain, IGBT mempunyai
sifat kerja yang menggabungkan keunggulan sifat-sifat kedua jenis
transistor tersebut. Terminal gate dari IGBT, sebagai terminal kendali
juga mempunyai struktur bahan penyekat (insulator) sebagaimana pada
MOSFET. Dengan demikian, terminal masukan IGBT mempunyai nilai
impedansi yang sangat tinggi, sehingga tidak membebani rangkaian
pengendalinya yang umumnya terdiri dari rangkaian logika. Ini akan
menyederhanakan rancangan rangkaian pengendali (controller) dan
penggerak (driver) dari IGBT. Di samping itu, kecepatan pensakelaran
IGBT juga lebih tinggi dibandingkan divais BJT, meskipun lebih rendah
dari divais MOSFET yang setara. Di lain pihak, terminal keluaran IGBT
mempunyai sifat yang menyerupai terminal keluaran (kolektor-emitter)
BJT. Dengan kata lain, pada saat keadaan menghantar, nilai tahanan
menghantar (R_on) dari IGBT sangat kecil, menyerupai R_on pada BJT.
Dengan demikian bilai tegangan jatuh serta lesapan dayanya pada saat
keadaan menghantar juga kecil. Dengan sifat-sifat seperti ini, IGBT akan
sesuai untuk dioperasikan pada arus yang besar, hingga ratusan amper,
tanpa terjadi kerugian daya yang cukup berarti. IGBT sesuai untuk
aplikasi pada perangkat Inverter maupun Kendali Motor Listrik (Drive).

4.3.5. Bentuk Komponen
Sekarang semikonduktor dengan daya yang tinggi mempunyai bentuk
yang standart. Bagi komponen yang daya tinggi sekali selalu mempunyai
pendingin Untuk mentransfer disipasi panasnya sehingga tidak banyak
kerugian daya.Contoh bentuknya dapat dilihat pada Gambar 4.13.

Gambar 4.13 Bentuk komponen elektronika daya

Ada yang telah dibuat beberapa komponen yang berbentuk modul yang
sudah tersambung satu sama lainnya, ada yang dua komponen ada yang
lebih, sebagai contohnya:

Gambar 4.14 Bentuk komponen elektronika daya berbentuk modul

Untuk komponen yang sebagai pemicu untuk mengendalikan
elektrodenya atau gatenya telah tersedia, yang kadang ada yang
sekaligus dua kanal untuk mentrigernya. Contoh bentuknya dapat dilihat
pada gambar 4.15.

Gambar 4.15 Komponen pemicu elektroda atau gate

4.4. Contoh rangkaian elektronika daya
4.4.1. Konverter AC ke AC dengan Pengendalian pemotongan fase
Gambar 4.16 Blok diagram converter AC ke AC

Sumber arus balak balik yang sebagai sumber yaitu tegangan dan
frekwensinya harus konstan dan yang terpakai pada tegangan beban
dapat dirubah antara 0 = URL = US. Tingginya tegangan pada beban dapat
diatur dengan tegangan kedali.

Contoh Pemakaian:
Dimmer, yaitu pengaturan terang gelapnya lamp
Mengendalikan kecepatan motor universal yang daya kecil.

Pengendalian
Arus bolak balik
Alat
kendali
Gambar 4.17 Blok Rangkaian converter AC ke AC
Catatan:
Pada daya yang kecil dapat diganti pada dua Thyristor diganti dengan
Triac.

Tegangan sumber uS dapat dihantarkan pada kedua katup 1 dan katup 2.
Untuk katup 1 mengalirkan arus positip dan katup 2 mengalirkan arus
negative ke beban iRL.
Harga tegangan efektif pada beban dapat dirubah melalui pengaturan
tegangan pada katup 1 dan katup 2 dengan cara setiap setengah
gelombang ada penundaan.
Hasil penundaan waktu yang dapat dikatakan sudut gelombangnya yang
terpotong, maka sering juga disebut penundaan sudut a (0 =a = p),
pengendalian ini disebut pengendalian phase, kerena simetris antara
gelombang positif dan negatifnya (a1 = a2).
Untuk tegangan keluaran pada beban akan maksimal uRL= uS jika diatur
sudut a1= a2 = 0.

Gambar 4.18 Penundaan waktu pada tegangan uS danuRL

Dua thyristor atau Triac harus ditriger setelah zero crossing agar
tegangan MT1 dan MT2 cukup untuk merubah kondisi kerja Triac ketika
ada arus gate.

4.4.2. Penyearah dengan pengendalian pemotongan fase
Gambar 4.19 Blok diagram converter AC ke DC (Penyearah)
Berdasarkan semikonduktor yang digunakan dan variasi tegangan
keluarannya, penyearah satu atau tiga-fasa dapat diklasifikasikan
menjadi :

• Penyerah tak terkendali.
• Penyearah terkendali.

Umumnya semikonduktor penyearah terkendali menggunakan bahan
semikonduktor berupa thyristor, atau menggunakan thyristor dan dioda
secara bersamaan.
Berdasarkan bahan semikonduktar yang digunakan dan sistem
kendalinnya penyearah satu atau tiga-fasa terkendali umumnya dapat
dibedakan menjadi :

• Half wave Rectifiers
• Full wave Rectifiers-Full Controller
• Full wave Rectifiers-Semi Controller
Hal-hal yang menjadi masalah dalam teknik penyerahan antara lain
adalah trafo penyearahan, gangguan-gangguan tegangan lebih atau arus
lebih yang membahayakan dioda / thyristor, keperluan daya buta untuk
beban penyearahan, harmonisa yang timbul akibat gelombang non sinus
serta sirkit elektronik pengatur penyalaan

Kebutuhan arus searah dapat dibangun dengan sumber arus tiga phase
yang nantinya akan dihasilkan tegangan Ud searah yang lebih baik juga
arusnya Id.
Besarnya tegangan searah tergantung dari besarnya tegangan
pengendali uST untuk mendapatkan besaran antara 0 = Ud = Udmax..
Pengendalian ini dilakukan pada katup dari thyristor.

Contoh Pemakaian:

Dalam aplikasinya, sirkit-sirkit penyearahan biasanya dilengkapi dengan
sirkit. pengatur tambahan seperti pengatur tegangan pembatas arus danlain-
lain sesuai dengan jenis pemakaiannya. Bidang gerak teknik
penyearahan meliputi sistem-sistem pengatur putaran mesin DC pada
mesin cetak kertas, tekstil, mesin las DC, pengisi baterai,sampai pada
pengatur tegangan konstan generator sinkron (AVR).

Pemberian sumber tegangan pada Motor DC dengan jala jala 3 phase
dan thyristor.

Gambar 4.20 Rangkaian Titik tengah tiga pulsa terkendali (M3C)

Akibat dari penyulutan pada katup 1, 2 dan 3 dapat dihasilkan tegangan
searah dari tegangan antar phase dengan netral uS1, uS2 dan uS3 dari
sumber arus listrik 3 phase.
Keinginan dari harga aritmatik tegangan keluaran Ud mudah sekali untuk
tercapai dengan pengendalian penundaan sudut.
Tegangan keluaran pada penyearah memungkinkan mendapatkan
tegangan yang maksimal jika sudut penyulutan a = 0.

Gambar 4.21 Penyulutan sudut 0o

Penundaan penyulutan pada Thyristor (a > 0) mengakibatkan
menurunkan tegangan searah pada keluaraannya.

Gambar 4.22 Penyulutan sudut 30o

Pada penyulutan dengan sudut a =90o besar tegangan searah yang
dihasilkan adalah nol (Ud= 0 V).

Gambar 4.23 Penyulutan sudut 90o

Energi yang dikirim pada tegangan keluaran dapat berubah kutupnya, jika
besarnya sudut penyulutan melebihi 90o ( Ud<0 dan Id>0)

Gambar 4.24 Penyulutan sudut 120o

Hasil besar tegangan pada outputnya akan minus terhadap titik nol, jika
penyulutan sudutnya melebihi >90o.

Sering dalam aplikasi sumber arus mengunakan system perubahan
polaritas, suatu contoh pada mesin motor DC yang putarannya dibuat
suatu saat kekanan atau kekiri. Maka rangkaian dasarnya adalah
sebagai berikut:

Gambar 4.25 Rangkaian Titik tengah enam pulsa terkendali (M6C)

Ada sebuah bentuk lagi yang menghasilkan tegangan outputnya ganda,
yang berarti tidak hanya pulsa positifnya saja yang disearahkan tetapi
juga yang pulsa negatif, sehingga hasil tegangan outputnya lebih besar
dan tegangan ripplenya lebih kecil. Bentuk ini sering disebut penyearah
terkontrol jembatan tiga phase

Gambar 4.26 Rangkaian jembatan 6 pulsa terkendali (B6C)

4.4.3. Pengubah daya DC-DC (DC-DC Converter)
Tipe peralihan dari tegangan DC ke DC atau dikenal juga dengan
sebutan DC Chopper dimanfaatkan terutama untuk penyediaan tegangan
keluaran DC yang bervariasi besarannya sesuai dengan permintaan pada
beban.

Gambar 4.27 Blok diagram konverter DC ke DC (DC Chopper)
Daya masukan dari proses DC-DC tersebut adalah berasal dari sumber
daya DC yang biasanya memiliki tegangan masukan yang tetap. Pada
dasarnya, penghasilan tegangan keluaran DC yang ingin dicapai adalah
dengan cara pengaturan lamanya waktu penghubungan antara sisi
keluaran dan sisi masukan pada rangkaian yang sama. Komponen yang
digunakan untuk menjalankan fungsi penghubung tersebut tidak lain
adalah switch (solid state electronic switch) seperti misalnya Thyristor,
MOSFET, IGBT, GTO. Secara umum ada dua fungsi pengoperasian dari
DC Chopper yaitu penaikan tegangan dimana tegangan keluaran yang
dihasilkan lebih tinggi dari tegangan masukan, dan penurunan tegangan
dimana tegangan keluaran lebih rendah dari tegangan masukan.

Prinsip dasar Pengubah DC-DC Tipe Peralihan

Untuk lebih memahami keuntungan dari tipe peralihan, kita lihat kembali
prinsip pengubahan daya DC-DC seperti terlihat pada contoh gambar
dibawah:

Gambar 4.28 Rangkaian Konverter DC ke DC (DC Chopper)
Pada gambar rangkaian ada sebuah katup V yang mengalirkan dan
menyumbat arus yang mengalir, sehingga mempengaruhi besar
tegangan pada beban.

1. Katup V menutup, kondisinya arus mengalir :

uv = Uo
Diode DF menutup tidak ada arus yang lewat karena katoda lebih positif
dari pada anoda, tetapi arus iv mengalir naik ke beban dengan konstanta

L

waktu T = . Sehingga arus maksimum yang terjadi secara exponensial

R
U0

adalah: ivmak=

R

Gambar 4.29 Arus mengalir saat kondisi katup V menutup

2. Katup V membuka, kondisi arus tertahan
Setelah katup dibuka, arus mengalir iv dari pembuangan dari induktor,
sehingga ada komutasi arus dari anoda ke katoda (Dioda DF)
uv= 0

Gambar 4.30 Arus tertahan saat kondisi katup V membuka
Arus pada beban iv dihasilkan secara exponensial adalah nol.
Dalam satu periode terjadi tutup bukanya sebuah katup seperti saklar,
pada beban terjadi potensial tegangan Uv dan memungkin arus yang
mengalir iv pada beban. Dari terjadi perubahan tutup dan buka ada
perbedaan arus terhadap waktu ? iv. Sehingga divisualisasikan dengan
bentuk gelombang kotak (pulsa), dengan notasi frekwensi fp atau dirubah
dengan fungsi waktu Tp. Sedangkan untuk periode positif adalah Tg dan
periode pulsa negatif To. Sehingga tegangan output persamaannya dapat
dituliskan sebagai berikut:

TT

U =g ·U = g ·U atau

v oo

T + TT

go p

U Tg Tg

v

==

UT + TT

o go p
Salah satu contoh gambar dibawah adalah bentuk gelombang pada
tegangan dan arus pada beban terhadap waktu dengan Tg=0,75 Tp

Gambar 4.31 Bentuk gelombang tegangan dan arus pada beban
Untuk signal kendali ada beberapa cara memodulasi signalnya yaitu:


Pulse wave modulation (PWM)
Tp konstan, Tg variable

1

Sangat lebar jarak pulsa, contoh : = f = 16kHz

T PWM
p


Pengendali Pulsa
Tg atau To konstan, Tp variable (jarang digunakan)

Dua titik Pengaturan
?i konstan, Tp variable, system ini sering dipakai pada pengaturan

4.4.4. Pengubah daya DC ke AC satu fase (Konverter DC to AC)
Dengan beban tahanan murni atau induktif sebuah konverter harus
menghasilkan tegangan output dan frekwensi yang konstan

Gambar 4.32 Blok diagram konverter DC ke AC

Salah satu aplikasinya adalah pada elektro lokomotip yang modern atau
pengendalian Mesin Motor.

Gambar 4.33 Rangkaian pengubah tegangan DC ke AC dengan model
jembatan

Dari rangkaian diatas ada empat thyristor mempunyai masing-masing
satu katup V1, V2, V3 dan V4. Setiap katup dapat dikendalikan buka
tutupnya. Sehingga didapatkan tiga macam besarnya tegangan keluaran

antara lain:
1. V1 dan V2 menghantar, V3 dan V4 menutup
vu oU=
Arus pada beban iv naik ekponensial dengan konstanta waktu T =
R
L
dan hasilnya adalah
R
Uo

Gambar 4.34 Katup V1 dan V2 menghantar dan V3 dan V4 menutup

2. V3 dan V4 menghantar, V1 dan V2 menutup
uv =-Uo

Arus pada beban naik eksponensial tetapi dengan polaritas negatif

Uo

adalah

R

Gambar 4.35 Katup V3 dan V4 menghantar dan V1 dan V2 menutup

3. V1 dan V3 menghantar, V2 dan V4 menutup
uv= 0

Arus pada beban mempunyai nilai nol.

Gambar 4.36 Katup V1 dan V3 menghantar dan V2 dan V4 menutup

4. V2 dan V4 menghantar dan V1 dan V3 menutup
uv= 0

Identis dengan pada nomer 3

Jika langkah 1, 2, 3 dan 4 bergantian dan dengan kendali pulsa pada
katupnya, maka akan terjadi pada beban sebuah tegangan dan

L

mempunyai kontanta waktu T = . Dibawah ini salah satu contoh hasil

R

tegangan keluran uv dengan kendali PWM.

Gambar 4.37 Bentuk tegangan keluaran

Pada system konverter DC ke AC yang menghasilkan tegangan tiga
phase, prinsipnya sama dengan satu phase langkah prosesnya, tetapi
terdiri tiga kolompok kombinasi katup pada thyristor. Bisa dilihat pada
gambar dibawah ini.

Gambar 4.38 Rangkaian DC ke AC tiga phase

4.4.5. Pengubah daya AC ke AC (Konverter AC ke AC)
Pada sistim pengubah ini merupakan gabungan dari pengubah daya dari
AC ke DC (penyearah) dan Pengubah daya dari DC ke AC. Sehingga
dapat digambarkan seperti dibawah ini:

Gambar 4.39 Blok diagram konverter AC ke AC

Leave a Reply