percobaan iiielda.elektro.ub.ac.id/wp-content/uploads/2016/11/bab-3.docx · web viewrangkaian...

40

Pengatur Tegangan Bolak-Balik Satu Fasa

PERCOBAAN III

PENGATURAN TEGANGAN BOLAK-BALIK

SATU FASA

3.1 Tujuan

1. Mempelajari cara kerja rangkaian pengatur tegangan bolak balik satu fasa.

2. Mempelajari karateristik pengaturan dari rangkaian pengatur tegangan bolak balik satu fasa beban R, R-L, dan L

3. Mempelajari bentuk gelombang keluaran tegangan dan arus terhadap waktu dari rangkaian pengatur tegangan bolak balik satu fasa beban R, R-L, dan L.

3.2 Dasar Teori

Pengatur tegangan bolak-balik satu fasa adalah konverter AC ke AC yang dapat digunakan untuk mengatur daya output pada beban, dengan menggunakan komponen switching yang berupa komponen elektronika daya seperti thyristor atau triac.

Gambar 3.1 Rangkaian pengatur tegangan bolak-balik satu fasa

Rangkaian pengatur tegangan satu fasa diatas dapat mengalirkan arus secara bolak-balik atau dua arah karena thyristor (SCR) dihubungkan secara anti-paralel. Pada saat siklus fasa positif, maka T1 dibias maju dan ON (konduksi) dan jika ditrigger pada sudut tertentu (antara 0o s/d 180o bila beban R). Karena sumbernya adalah tegangan bolak-balik, maka arus pada rangkaian suatu saat akan bernilai nol dan T1 akan OFF.

Saat siklus fasa negatif, maka T2 dibias maju dan ON (konduksi) dan jika ditrigger pada sudut tertentu (antara 180o s/d 360o bila beban R). Karena sumbernya

PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DAYA

T1

Id

IT

T2Ud LoadUin

41


adalah tegangan bolak-balik, maka arus pada rangkaian suatu saat akan bernilai nol dan T2 akan OFF. Dengan mengatur sudut penyalaan, maka nilai tegangan keluaran dapat diatur sesuai kebutuhan.

BEBAN R.

Jika rangkaian pada gambar 3.1 dibebani dengan beban R , maka akan dihasilkan bentuk gelombang keluaran seperti pada gambar 3.2 di bawah.

Gambar 3.2. Gambar rangkaian dan bentuk gelombang keluaran rangkaian pengatur tegangan bolak-balik satu fasa dengan beban R.

Untuk beban R, gelombang arus dan tegangan akan sefasa. Saat tegangan sumber bernilai nol, maka arus akan bernilai nol juga dan saat itulah (ωt=π atau 180o) thyristor akan OFF. Nilai tegangan keluaran (Vrms) dari pengatur tegangan satu fasa dengan beban R adalah:


42


------------ (3,1)

----------- (3.2)

BEBAN R dan L

Untuk beban R dan L karena adanya induktansi gelombang arus akan tertinggal terhadap gelombang tegangan. Saat tegangan nol pada ωt=π, arus tidak akan nol karena ketertinggalannya terhadap tegangan, dan thryristor tetap konduksi. Thyristor akan OFF pada saat nilai arus sudah nol pada saat ωt=β. Bentuk gelombang keluaran dari pengatur tegangan satu fasa beban R dan L adalah sebagai berikut

Gambar 3.3. Gambar rangkaian dan bentuk gelombang keluaran rangkaian pengatur tegangan bolak-balik satu fasa dengan beban R-L


43


---------------------------------- (3.3)

Nilai arus keluaran (Irms) dari pengatur tegangan satu fasa dengan beban R dan L adalah:

Iorms=√ 1π∫α

β

Io2 (ωt )d (ωt )----------------------------------------------(3.4)

Dimana:

Io (ωt )=VmZ

[ sin(ωt−θ )−sin (α−θ )e−(ωt−α )/ωτ ]

Z=√R2+(ωL)2

θ=tan−1 (ωLR )

τ=LR

Vm = √2 Vsek.TVsek.T=Vrms

Sehingga didapat rumus :

Atau

Untuk mencari nilai sudut pemadaman (β), maka nilai Irms harus nol pada saat diberi suatu nilai ωt melalui cara numerik dengan persamaan seperti dibawah ini.

Io ( β )=VmZ

[sin ( β−θ)−sin(α−θ )e−(ωt−α ) /ωτ ]=0------------------ (3.5)

BEBAN L

Untuk beban L ini mirip dengan beban R dan L, bedanya hanya pada beban L ketertinggalan arus terhadap tegangan adalah 90o (idealnya, namun tidak ada induktif murni). Dengan nilai ketertinggalan tersebut jelas bahwa arus akan nol saat ωt=β=π/2,


Iorms = √ 1π∫α

β

( VmZ

sin (ωt−θ )−A e−ωtωτ )

2

dωt dengan A= VmZ

sin (α−θ)eα

ωτ .... (3.4.1)

Iorms = √ 1π∫α

β

( VmZ

sin (ωt−θ )−VmZ

sin(α−θ)e−(ωt−α )

ωτ )2

dωt .... (3.4.2)

44


namun karena tidak ada induktor murni maka pada praktiknya nilai β akan dibawah π/2 sedikit. Nilai arus keluaran (Irms) dari pengatur tegangan satu fasa dengan beban L adalah :

Iorms=√ 1π∫α

β

Io2 (ωt )d (ωt )----------------------------------------------(3.6)

Dimana

Io(ωt )=VmωL

[ sin(ωt− π2

)−sin( α−π2

) ]

Sehingga didapat rumus:

Untuk mencari nilai sudut pemadaman (β), maka nilai Irms harus nol pada saat diberi suatu nilai ωt melalui cara numerik dengan persamaan seperti dibawah ini.

Io ( β )=VmωL [sin(ωt−π

2 )−sin (α−π2

)]=0------------------------ (3.7)

KARAKTERISTIK PENGATURAN

Karakteristik pengaturan dari rangkaian pengatur tegangan bolak-balik satu fasa dinyatakan hubungan antara Vo rms/ Vo rms 0 dengan sudut penyalaan. Persamaan karakteristik pengatur tegangan bolak-balik satu fasa adalah sebagai berikut:

V rmsV rms 0

=I rms

I rms0=

P rmsP rms0

=√ 1π

( π−α+sin (α−π2

)------------------ (3.7)

Berikut adalah grafik karakter pengatur tegangan bolak-balik satu fasa:


Io rms = √ 1π∫α

β

(( VmωL

)[sin(ωt− π2)−sin(α−π

2)])

2

dωt .........

45


Gambar 3.4. Grafik karakteristik pengatur tegangan bolak-balik

satu fasa beban resistif dan induktif


46


3.3 Peralatan yang digunakan

No. Nama alat Jumlah1. Trafo 3 fasa 12. Fuse 1A 1

3. SCR 24. Beban Tahanan dan Induktif 1

5. DC Power Supply,+/- 15 V, 3 A 16. Set Point Potentiometer 1

7. Control unit 2 pulse 18. Tahanan shunt 19. Isolation Amplifier 1

10. Multimeter Digital 110. Probe Sesuai kebutuhan11. Jumper Sesuai kebutuhan12. Oscilloscope 113. RMS Meter 2

3.4 Diagram Rangkaian

Gambar 3.5. Rangkaian percobaan pengatur tegangan satu fasa


47


3.5 Prosedur Percobaan

1. Rangkailah peralatan sesuai dengan rangkaian percobaan seperti pada gambar 3.5.

2. Tunjukkan pada asisten apakah peralatan yang telah dirangkai sudah benar.3. Bila sudah benar, maka percobaan dimulai dengan menghubungkan

rangkaian dengan beban R= ... Ω (hitung dengan ohm meter untuk mendapatkan nilai R yang lebih teliti).

4. Tutuplah saklar pengontrol SCR dan kemudian saklar daya dengan keluaran sekunder trafo ... volt.

5. Set sudut penyalaan dengan nilai yang tertera pada tabel 3.1. dan masukkan nilai dari parameter yang ditanyakan pada tabel 3.1.

Catatan : Untuk memudahkan penentuan nilai sudut penyalaan, maka dilakukan pentransformasian dengan tegangan referensi dari set point potentiometer ( VREF yang bernilai 0-10 volt). Dengan persamaan sebagai berikut:

V REF=180 °−α180 °

10 ----------------------------------------------- (3.6 )

6. Save gelombang keluaran arus dan tegangan beban pada oscilloscope pada sudut penyalaan tertentu, dan catat semua pengaturan (settingan) yang berkaitan dengan oscilloscope dan isolation amplifier.

7. Setelah tabel 3.1 selesai, matikan saklar pengontrol SCR dan saklar daya.8. Gantilah beban dengan beban L= ... mH.9. Lakukan langkah ke-4.10. Lakukan langkah ke-5 dengan tabel 3.2 (bukan tabel 3.1).11. Lakukan langkah ke-6.12. Lakukan langkah ke-7.13. Gantilah beban dengan beban R= ... Ω seri dengan L= ... mH.14. Lakukan langkah ke-415. Lakukan langkah ke-5 dengan tabel 3.3 (bukan tabel 3.1).16. Lakukan langkah ke-6.17. Lakukan langkah ke-7.18. Tanyakan kepada asisten tentang langkah selanjutnya.


48


3.6 Data Hasil Percobaan (Vsek.T = ... V)

Tabel 3.1 Data hasil percobaan pada beban R=.............. Ω

Parameter Terukur

Sudut Penyalaan

0° 30° 45° 60° 90° 120° 135° 150° 180°

Vo rms (V)

ITrms (A)

ITAV (A)

Io rms(A)

Tabel 3.2 Data hasil percobaan pada beban Induktif murni, L= ... mH

Parameter Terukur

Sudut Penyalaan

84° 90° 105° 120° 135° 150° 180°

Vo rms (V)

ITrms (A)

ITAV (A)

Io rms(A)

Tabel 3.3 Data hasil percobaan pada beban campuran, R=.............. Ω. seri dengan L= ... mH

Parameter Terukur

Sudut Penyalaan

25,24° 30° 45° 60° 90° 120° 135° 150° 180°

Vo rms (V)

ITrms (A)

ITAV (A)

Io rms(A)


49


3.7 Analisa Data dan Pembahasan

1. Hitunglah nilai Vo rms dengan beban R secara teori dengan persamaan 3.2 dan masukkan nilainya pada tabel 3.4.

2. Hitung nilai Vo rms/Vo rms 0 secara teori maupun praktik dan masukkan pada tabel 3.4

Tabel 3.4 Perhitungan secara teori maupun praktek pada beban R

Sudut Penyalaan

0° 30° 45° 60° 90° 120° 135° 150° 180°

Praktek

Vorms

Vorms/Vorms0

Teori

Vorms

Vorms/Vorms0

3. Buat grafik perbandingan Vo rms/Vo rms 0 sebagai fungsi sudut penyalaan α (ْ) pada beban R baik secara teori mapun praktik. Berikan kesimpulan.

4. Hitunglah nilai Io rms dengan beban R dan L secara teori dengan persamaan 3.4.1 atau 3.4.2 dan masukkan nilainya pada tabel 3.5

5. Hitung nilai Io rms/Io rms 0 (≈25,24°) secara teori maupun praktik dan masukkan pada tabel 3.5

Tabel 3.5 Perhitungan secara teori maupun praktek pada beban R = ......... Ω

yang diseri dengan L = ..... mH

Sudut Penyalaan

25,2° 30° 45° 60° 90° 120° 135° 150° 180°

PraktekIorms

Io rmsIo rms 0

TeoriIorms

Io rmsIo rms 0


50


6. Buat grafik perbandingan Io rms/Io rms 0 sebagai fungsi sudut penyalaan α (ْ) pada beban R dan L baik secara teori mapun praktik. Berikan kesimpulan.

7. Hitunglah nilai Io rms dengan beban L secara teori dengan persamaan 3.6.1 dan masukkan nilainya pada tabel 3.6.

8. Hitung nilai Io rms/Io rms 0 (≈84°) secara teori maupun praktik dan masukkan pada tabel 3.6

Tabel 3.6 Perhitungan teori maupun praktik pada beban L = …. mH

Sudut Penyalaan

84° 90° 105° 120° 135° 150° 180°

PraktekIorms

Io rmsIo rms 0

Teori

Iorms

Io rmsIo rms 0

9. Buat grafik perbandingan Io rms/Io rms 0 sebagai fungsi sudut penyalaan α (ْ) pada beban L baik secara teori mapun praktik. Berikan kesimpulan.

Powered by ELDA 2016


51



52


3.8 Kesimpulan dan Perhitungan Percobaan.


53


GAMBAR GELOMBANG TEGANGAN DAN ARUS

KELUARAN BEBAN R

CH 1 ( ): CH 2 ( ):

Skala Isolation Amplifier : Skala Isolation Amplifier :

Attenuator Oscilloscope : Attenuator Oscilloscope :

Attenuator Probe : Attenuator Probe :

............./div : ............./div :

Time/div : Time/div :

Nilai RMS : Nilai RMS :

Nilai Average : Nilai Average :

Nilai Pada Oscilloscope .......... kali sebenarnya Nilai Pada Oscilloscope .......... kali sebenarnya


54



KELUARAN BEBAN R-L

CH 1 ( ): CH 2 ( ):




............./div : ............./div :






55



KELUARAN BEBAN L

CH 1 ( ): CH 2 ( ):




............./div : ............./div :






56


GRAFIK KARAKTERISTIK PENGATURAN DARI PENGATUR

TEGANGAN BOLAK BALIK SATU FASA BEBAN R

Kesimpulan Karakteristik Pengaturan


57



TEGANGAN BOLAK BALIK SATU FASA BEBAN R-L



58



TEGANGAN BOLAK BALIK SATU FASA BEBAN L



percobaan iiielda.elektro.ub.ac.id/wp-content/uploads/2016/11/bab-3.docx · web viewrangkaian...

Documents