TUGAS PERBAIKKAN NILAI ELEKTONIKA DAYA II TEORI

SEMESTER V

PENYEARAH

DI SUSUN OLEH :

NAMA : BENIKO PUTRABP : 0801032037KELAS : 3 B EL REGULER DOSEN : NURHATISYAH, ST, SST.M.Kom

POLITEKNIK NEGERI PADANG2011

PENYEARAHPenyearah adalah alat yang digunakan untuk mengubah arus AC menjadi DC. Secara umum,

penyearah dibagi menjadi dua, yaitu penyearah tidak terkendali dan penyearah terkendali. Dari masing-masing kelompok kemudian dibagi berdasarkan sumber tegangan masukannya, yaitu fasa-satu atau fasatiga. Penyearah fasa-tiga dimaksudkan untuk daya yang lebih besar. Berikut ini adalah ikhtisar penyearah.

4.2.3.1 Penyearah Tidak Terkontrol

Dioda digunakan dalam elektronika daya terutama untuk mengubah daya AC menjadi DC. Pengubah daya AC menjadi DC disebut penyearah (rectifier). Penyearah yang menggunakan dioda adalah penyearah yang tegangan keluarannya tetap. Untuk memberikan gambaran yang mendasar tentang aplikasi dioda dalam elektronika daya, pada bagian ini akan dibahas tentang rangkaian-rangkaian dioda yang melibatkan jenis-jenis beban dan penyearah tidak terkendali.

Rangkaian dioda dengan bermacammacam beban dimaksudkan untuk memberikan landasan dasar tentang dampak beban dalam rangkaian. Sedangkan jenis-jenis rangkaian penyearah dimaksudkan untuk memberikan pemahaman tentang perilaku penyearah yang tidak hanya penting untuk aplikasi dioda saja namun sangat diperlukan bagi pengembangan konsep untuk aplikasi-aplikasi elektronika daya selanjutnya. Untuk mempermudah pemahaman, pada bahasan ini dioda ditinjau dari sisi idealnya, di mana faktor kecepatan dan jatuh tegangan maju diabaikan.

Penyearah fasa-satu satu pulsa E1UPenyearah fasa-tunggal setengah gelombang merupakan jenis penyearah yang paling

sederhana, dan tidak biasa digunakan dalam aplikasi industri. Walaupun begitu, konsep yang dimiliki sangat membantu dalam memahami prinsip operasi penyearah. Penyearah fasa-tunggal setengah gelombang atau sering disebut penyearah satu pulsa dengan beban R ditunjukkan pada Gambar 4.39.

Selama setengah gelombang pertama tegangan masukan, dioda D1 mendapat tegangan bias maju dan menjadi konduksi sehingga arus mengalir ke beban dan tegangan masukan muncul pada beban yang disebut tegangan keluaran DC, Vd. Kemudian setengah gelombang berikutnya, D1 mendapat bias mundur membuat dioda dalam keadaan terhalang (blocking state) sehingga tegangan pada beban atau tegangan keluaran, Vd, adalah nol sebagaimana ditunjukkan secara leng-kap pada Gambar 4.39. Karena gelombang tegangan yang muncul pada beban hanya satu gelombang atau setengah gelombang penuh, maka penyearah ini sering disebut penyearah satu pulsa atau setengah gelombang.4.2.3.1.1 Parameter-parameter unjuk kerja penyearah

Unjuk kerja suatu penyearah penting untuk diketahui sebagai antisipasi terhadap dampak negatif yang ditimbulkannya baik yang terkait dengan hasil penyearahan maupun terhadap kualitas daya pada sisi sumber. Sebagai contoh, terlihat nyata bahwa hasil penyearahan merupakan bentuk gelombang pulsa yang mengandung harmonisa. Harmonisa ini, disamping mempengaruhi kualitas hasil penyearahan juga sumber dayanya. Banyak jenis penyearah, namun pada umumnya, unjuk kerja dievaluasi melalui parameter-parameter seperti yang akan dijelaskan berikut ini.

Contoh:Sebuah penyearah seperti pada Gambar 4.39 mempunyai beban resistif murni R. Tentukan (a) efisiensi, (b) faktor bentuk, (c) faktor ripel, dan (d) faktor pemanfaatan trafo.Jawaban:

4.2.3.1.2 Penyearah dua-pulsa, rangkaian jembatan B2UPenyearah dua-pulsa atau fasa-satu gelombang penuh dapat dibentuk dengan menggunakan

rangkaian trafo center-tap atau rangkaian jembatan. Penyearah center-taphanya menggunakan trafo center-tap dan dua dioda. Sedangkan penyearah rangkaian jembatan menggunakan empat dioda. Rangkaian ini merupakan rangkaian penyearah fasa-tunggal gelombang penuh yang paling umum digunakan. Rangkaian selengkapnya ditunjukkan pada Gambar 4.40.

4.2.3.1.3 Prinsip kerja rangkaianDiketahui bahwa tegangan masukan v1 adalah sinusoidal dan arus listrik mengalir dari

polaritas tinggi ke polaritas rendah pada sumbernya (dalam hal ini sumber diperoleh dari sekunder tranformator).

Pada setengah perioda pertama dari v1, dioda D1 dan D4 sama-sama dalam keadaan bias-maju sehingga kedua dioda menjadi On (konduksi), sebaliknya D3 dan D2 mendapat bias-mundur sehingga kedua dioda menjadi Off. Dalam keadaan D1 dan D4 On, maka arus IZ1 akan mengalir dari polaritas tinggi sumber (trafo) melalui D1 ke beban kemudian ke D4 dan kembali ke polaritas rendah sumber sehingga tegangan muncul pada sisi keluaran, yang disebut tegangan keluaran DC, Vd dan arus arus beban Id sama dengan IZ1. Pada setengah perioda berikutnya, polaritas sumber berubah yang tadinya rendah menjadi tinggi. Dalam keadaan ini D3 dan D2 mendapat bias-maju sehingga kedua dioda tersebut menjadi On, dan sebaliknya D1 dan D4 mendapat bias-mundur sehingga kedua dioda dalam keadaan Off. Arus mengalir dari sumber IZ2 melalui D3 ke beban dan kemudian ke D1 dan kembali ke sumber sehingga tegangan Vd muncul pada sisi keluaran. Untuk rangkaian ini berlaku rumusrumus sebagai berikut:

Walaupun sama fungsinya, di pasaran ada beberapa gambar dengan bentuk tampilan yang berbeda seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.41.4.2.3.1.4 Penyearah fasa-tiga, tiga-pulsa, tidak terkendali M3U

Penyearah penyearah fasa-tiga, tiga pulsa, tidak terkendali fasa-tiga, disebut juga penyearah fasa-tiga hubungan bintang tidak terkendali. Tegangan masukan dari penyearah ini adalah tegangan fasa-tiga, yaitu L1, L2, dan L3. Pada masing-masing saluran dipasang satu dioda. Rangkaian dan hubungan antara gelombang tegangan masukan dan keluaran ditunjukkan pada Gambar 4.42. Pada gambar ini memperlihatkan dua rangkaian yang berbeda. Gambar 4.42a) memperlihatkan bahwa ketiga saluran masukan, masing-masing dihubung ke anoda masing-masing dioda, sedangkan katoda dari ketiga dioda dihubung menjadi satu (dihubung bintang). Karena ujung-ujung katoda yang disatukan, rangkaian ini disebut rangkaian M3UK. Sebaliknya Gambar 4.42b) anoda dari ketiga dioda yang dihubung menjadi satu, oleh karena itu, rangkaian tersebut disebut M3UA.

4.2.3.1.5 Prinsip kerja rangkaianApabila rangkaian dihubungkan dengan sumber fasa-tiga sebagaimana yang ditunjukkan oleh

Gambar 4.43, maka akan mengalir arus IZ1 melalui D1 mulai sudut fasa 30° selama 120°, sementara D2 dan D3 dalam keadaan off. Kemudian setelah D1 mengalirkan arus selama 120°, D1 kemudian kembali off dan D2 mulai konduksi dan menghantarkan arus IZ2, sementara D3 dan D1 masih dalam keadaan off. Baru setelah D2 menghantarkan arus selama 120°, baru D3 dalam keadaan konduksi dan menghantarkan arus IZ3, D2 kembali off dan D1 masih dalam keadaan off. Demikian, proses ini terjadi berulang.

4.2.3.1.6 Penyearah fasa-tiga, enam-pulsa, rangkaian jembatan, tidak terkendali B6UPenyearah fasa-tiga jembatan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.44, sangat umum

digunakan dalam aplikasi daya-tinggi. Penyearah ini merupakan penyearah fasa-tiga gelombang penuh.

Penyearah ini mempunyai tegangan keluaran 6-pulsa. Dioda-dioda diberi penomoran sesuai dengan urutan konduksinya dan masing-masing dioda konduksi selama 120°. Urutan konduksi dioda adalah 12, 23, 34, 45, 56, dan 61. Pasang-dioda yang terhubung dengan dua tegangan saluran yang mempunyai tegangan tertinggi akan konduksi. Tegangan antar saluran adalah ????3 kali tegangan fasa dari sistem fasa-tiga hubungan bintang.

4.2.3.2 Penyearah TerkendaliSeperti yang telah dijelaskan sebelumnya bahwa, penyearah tak terkendali menghasilkan

tegangan keluaran DC yang tetap. Bila dikehendaki tegangan keluaran yang bisa diubah-ubah, digunakan thyristor sebagai pengganti dioda. Tegangan keluaran penyearah thyristor dapat diubah-ubah atau dikendalikan dengan mengendalikan delay atau sudut penyalaan, ????, dari thyristor. Penyalaan ini dilakukan dengan memberikan pulsa trigger pada gate thyristor. Pulsa trigger dibangkitkan secara khusus oleh rangkaian trigger.

Rangkaian trigger dirancang untuk memberikan pulsa dengan ketinggian dan kelebaran tertentu disesuaikan dengan thyristor yang digunakan. Pulsa ini juga dapat digeser-geser sudutnya sehingga penyalaan thyristor dapat dilakukan setiap saat dalam ranah (range)nya. Gambar 4.46 menunjukkan prinsip kerja dari penyearah satu-pulsa terkendali E1C. Jika thyristor dirangkai seperti gambar ini, tegangan masukan berupa tegangan sinusoidal dan beban R, maka pada setengah

gelombang pertama thyristor mendapat bias-maju. Bila thyristor disulut pada sudut thyristor Q1 akan konduksi maka tegangan keluaran v1 akan muncul pada beban. Keadaan konduksi ini berlangsung hingga tegangan kembali ke nol dan mulai negatif (komutasi alamiah). Ketika tegangan negatif, maka Q1 dalam keadaan bias-mundur. Waktu dari tegangan mulai beranjak ke arah positif sampai dengan thyristor mulai konduksi disebut sudut penyalaan atau sudut penyulutan.

Dengan demikian, tegangan keluaran penyearah dapat diatur-atur dengan mengatur sudut penyalaan pulsa gatenya, dalam hal ini, dari 0 – 180°. Bila sudut penyalaan kecil, berarti thyristor konduksi secara dini sehingga tegangan (vd) dan daya keluaran akan besar. Sebaliknya, bila sudut besar, tegangan dan daya keluarannya akan kecil.

4.2.3.2.1 Hubungan tegangan dan arus keluaran pada beban R dan beban LDalam kenyataannya sifat beban mempengaruhi perilaku suatu penyearah.

Bila penyearah pada Gambar 4.46 diberi beban resistif R, maka arus keluaran Idan tegangan keluaran vd mempunyai polaritas yang sama sehingga mempunyai kesamaan dalam bentuk gelombang seperti ditunjukkan pada Gambar 4.47 untuk beban Resistif. Ketika vd nol maka i juga nol, ketika tegangan vd maksimum maka arus i juga maksimum. Perilaku rangkaian menjadi berbeda ketika dibebani dengan L. Seperti yang terlihat pada Gambar 4.48 untuk beban induktif L, ketika thyristor disulut pada sudut , ketika tegangan vd nol arus I juga nol. Namun ketika tegangan vd maksimum, arus itidak mengikuti tegangan seperti pada beban R, namun mengikuti proses penyimpanan energi pada induktor. Oleh karena itu, ketika tegangan kembali ke nol, induktor melepaskan arus pada arah yang sama sehingga tegangan berubah menjadi negatif.

Kejadian ini tidak dikehendaki dalam aplikasi penyearahan. Untuk menghilangkan pengaruh induktansi tersebut dipasang dioda free-wheeling seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.48.

Dioda ini berfungsi menyalurkan arus balik ke beban lagi (tidak ke sumber) sehingga peristiwa tegangan negatif bisa dihilangkan.

Jika Vd0 adalah tegangan keluaran ketika ???? = 0, dan Vd???? adalah tegangan pada sudut ????, maka karakteristik pengaturan Vd0/Vd???? untuk beban resistif R dan beban induktif L ditunjukkan pada Gambar 4.49.

Dari gambar ini jelas terlihat prubahan tegangan keluaran vd???? pada sudut penyalaan untuk beban R dan beban L. Di sini terlihat jelas bahwa sudut pengaturan pada beban R dapat dilakukan pada daerah 0-180°, sedangkan pada beban L terbatas dari 0-90° saja.4.2.3.2.2 Penyearah dua-pulsa terkendali B2C

Penyearah dua-pulsa rangkaian jembatan terkendali, B2C, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.50 merupakan salah satu tipe penyearah yang banyak diaplikasikan karena keandalannya. Prinsip kerja dari penyearah ini, secara prinsip hampir sama dengan penyearah B2U. Bedanya, di sini dibutuhkan unit trigger sebagai sumber pulsa trigger. Rangkaian ini membutuhkan 2 pasang pulsa trigger, yaitu 1 pasang bekerja di daerah setengah gelombang positif dan 1 pasang yang lain pada setengah gelombang negatif. Bila penyearah dihubung dengan sumber tegangan seperti yang terlihat pada gambar, pada setengah gelombang positif thyristor Q1 dan Q4 mendapat bias-maju. Dalam keadaan ini, bila kedua thyristor tersebut disulut pada sudut ???? yang sama maka tegangan masukan akan dikirim ke beban sejak awal sudut penyulutan sampai kedua thyristor mengalami komutasi (tegangan nol). Kemudian pada setengah peiode berikutnya, thyristor Q3 dan Q2 mendapat bias maju. Sama halnya dengan keadaan pada setengah perioda pertama, bila kedua thyristor ini disulut pada sudut ???? yang sama, pada daerah negatif tersebut maka tegangan negatif masukan akan ditransfer ke beban sehingga tegangan keluaran Vd???? terlihat seperti yang ditunjukkan oleh Gambar tersebut.

Gambar 4.50 juga menunjukkan bentuk gelombang tegangan dan arus keluaran, Vd???? dan Id????, di mana keduanya mempunyai polaritas yang sama. Kelebihan penyearah ini adalah kemampuannya dalam mengumpanbalikkan energi beban ke sumber. Dengan beban yang induktansinya tinggi, aliran arus akan kontinyu tidak seperti penyearahpenyearah terkendali fasa-satu lainnya.4.2.3.2.3 Penyearah fasa-tiga terkendali

Penyearah fasa-tiga memberikan tegangan keluaran rata-rata yang lebih tinggi, dan faktor ripelnya lebih rendah dari penyearah fasa-satu sehingga masalah filteringnya juga semakin simpel. Karena itulah, penyearah fasatiga terkendali sangat banyak digunakan dalam pengendalian kecepatan motor berdaya tinggi. Salah satu bentuk aplikasi penyearah fasa-tiga terkendali adalah penyearah M3C, penyearah fasa-tiga, tiga-pulsa, terkendali (Gambar 4.51). Tiga thyristor, masing-masing disambungkan pada masing-masing saluran, dan setiap thyristor mendapat pulsa trigger sesuai dengan daerah operasi masing sehingga keluarannya terdiri dari 3 pulsa yang dapat diatur sesuai sudut penyulutan.

Tipe penyearah terkendali dan sangat handal adalah penyerah fasa-tiga, enam-pulsa sistem jembatan (Gambar 4.52). Penyearah ini sangat ekstensif digunakan untuk aplikasi-aplikasi daya tinggi sampai ratusan kW, di mana dibutuhkan operasi dua-kuadrant. Penyearah ini sangat cocok untuk beban-beban yang tingkat induktansinya sangat tinggi. Thyristor-thyristor disulut pada interval ????/3. Frekuensi tegangan keluaran adalah 6 kali frekuensi sumber sehingga masalah penapisan (filtering)nya lebih rendah dari M3C. Urutan penyulutan thyristornya sesuai dengan indeks angkanya adalah sebagai berikut: 12, 23, 34, 45, 56, dan 61.Gambar 4.52 menunjukkan gelombang tegangan keluaran ketika rangkaian beroperasi secara penuh dan ketika beroperasi pada sudut penyulutan yang berbeda.

SCR singkatan dari Silicon Control Rectifier. Adalah Dioda yang mempunyai fungsi sebagai pengendali. SCR atau Tyristor masih termasuk keluarga semikonduktor dengan karateristik yang serupa dengan tabung thiratron. Sebagai pengendalinya adalah gate (G). SCR sering

disebut Therystor. SCR sebetulnya dari bahan campuran P dan N. Isi SCR terdiri dari PNPN (Positif Negatif Positif Negatif) dan biasanya disebut PNPN Trioda.

Logo pada skema elektronik untuk SCR:

Guna SCR:

Sebagai rangkaian Saklar (switch control)

Sebagai rangkaian pengendali (remote control)

Diagram dan skema SCR:

Ada tiga kelompok besar untuk semikonduktor ini yang sama-sama dapat berfungsi sebagai Saklar (Switching) pada tegangan 120 volt sampai 240 volt. Ketiga kelompok tersebut adalah SCR ini sendiri, DIAC dan TRIAC.

Main SCRJUDUL PRAKTIK : MAIN SCRN a m a : Muh. Tirta Bangun SarheldN I M : 08 612 004Kelompok : VI A 1Waktu Praktik : SELASA, 15 MARET 2011

PROGAM STUDI TEKNIK LISTRIKJURUSAN TEKNIK ELEKTROPOLITEKNIK NEGERI SAMARINDA2010

LAPORAN HASIL PRAKTIKUM LAB ELDAJOB 1 MAIN SCRDASAR TEORI

SCR (THYRISTOR)Karakteristik SCR (Silicon Controlled Rectifier)Sebuah SCR terdiri dari tiga terminal yaitu anoda, katoda, dan gate. SCR berbeda dengan dioda rectifier biasanya. SCR dibuat dari empat buah lapis dioda. SCR banyak digunakan pada suatu sirkuit elekronika karena lebih efisien dibandingkan komponen lainnya terutama pada pemakaian saklar elektronik.SCR biasanya digunakan untuk mengontrol khususnya pada tegangan tinggi karena SCR dapat dilewatkan tegangan dari 0 sampai 220 Volt tergantung pada spesifik dan tipe dari SCR tersebut. SCR tidak akan menghantar atau on, meskipun diberikan tegangan maju sampai pada tegangan breakovernya SCR tersebut dicapai (VBRF).Satu-satunya cara untuk membuka (meng-off-kan) SCR adalah dengan mengurangi arus Triger (IT) dibawah arus penahan (ITT). SCR adalah thyristor yang uni directional,karena ketika terkonduksi hanya bisa melewatkan arus satu arah saja yaitu dari anoda menuju katoda. Artinya, SCR aktif ketika gate-nya diberi polaritas positif dan antara anoda dan katodanya dibias maju. Dan ketika sumber yang masuk pada SCR adalah sumber AC, proses penyearahan akan berhenti saat siklus negatif terjadi.Silicon Controlled Rectifier (SCR)SCR hanyalah sebuah penyearah konvensional dikendalikan oleh sinyal gerbang.Rangkaian utama adalah sebuah penyearah, namun penerapan tegangan maju tidak cukup untuk konduksi.Sebuah sinyal kontrol gerbang penyearah konduksi.

SCR Operation-Anoda-katoda memiliki ketahanan maju rendah dan reverse resistensi tinggi. -Ini dikendalikan dari keadaan off resistansi tinggi beata resistansi rendah dengan sinyal diterapkan pada ketiga terminal, gerbang. -Setelah diaktifkan tetap pada penghapusan bahkan setelah sinyal gerbang, selama arus minimum, saat memegang, Ih, dijaga dalam utama atau penyearah sirkuit. -Untuk mematikan sebuah SCR anoda-katoda saat ini harus dikurangi menjadi kurang dari penyelenggaraan sekarang, Ih.

Simple DC Circuit

Simple AC Circuit

Non Ideal Characteristics

SCR Forward Direction- Dalam arah maju dengan pintu terbuka, SCR tetap pada dasarnya dalam kondisi off sampai tegangan breakover maju tercapai.- ada kebocoran arus kecil maju- Pada saat itu kurva terpasang kembali ke khas karakteristik penyearah maju.SCR Gate Signal- Penerapan tegangan ke depan gerbang kecil memindahkan SCR.- SCR juga dapat diaktifkan dengan melebihi breakover tegangan maju, namun demikian hal ini biasanya dianggap sebagai keterbatasan desain dan switching biasanya dikendalikan dengan gerbang voltase.Dynamic Characteristics

Limitations- Keterbatasan SCR adalah tingkat kenaikan tegangan terhadap waktu, dV / dt.- Tingkat kenaikan besar tegangan rangkaian dapat memicu sebuah SCR ke konduksi.

-Sebagian besar aplikasi SCR dalam switching power, fase kontrol, helikopter, dan sirkuit inverter.

SCR Commutation Methodskomutasi: - Alam- Paksa:• Self pergantian• Impulse• Resonant Pulse• Komplemen• Eksternal Load sisi• Line-sisi

SCR UTAMATujuan:Mengukur karakteristik pada keadaan-SCR utama rangkaian SCR dengan sirkuit turn-sering.Peralatan:1 DL 2611 Jembatan penyearah tiga-fasa 1 DL 2612 SCR dengan turn-off circuit1 DL 2613 DC power supply1 DL 2614 Tegangan referensi generator 1 DL 2626 transformator listrik1 DL 2627 Kapasitor1 DL 2628 Super-cepat sekering (3x6.3 A)1 DL 2635 Universal beban2 DL 2109T33 True rms meterCircuit diagram

Prosedur PercobaanPasang sirkuit diagram sesuai topografi di atas dengan resistor beban 300 Q ..

1) SambunganHubungkan generator tegangan referensi DL 2614 ke catu daya 15 V/0/- 1 5V, Hubungkan output UO generator tegangan gerbang SCR dan 0 V untuk katoda.2) Pengaturan Dasar2.1) Tegangan referensi generator DL 2614EXT / INT mengaktifkan posisi INT.(0 / ± 10V) / (0 / ± 10V) menghidupkan (0 / 10 V) posisi. Setpoint potensiometer ke 0 V. 2.2) LeadUntuk mengatur kondisi kerja yang berbeda itu perlu untuk membuat hubungan yang cocok memimpin positif dan resistansi beban, seperti ditunjukkan pada gambar berikut,

Kami menyarankan untuk memutuskan sambungan tegangan listrik sebelum membuat perubahan pada sirkuit beban.2,3) MeterSet AV / AC + DC pengukuran untuk voltmeter ammeter PI dan P2. Voltmeter P 1: kisaran berukuran 300 V.Ammeter P2: rentang pengukuran 3 A (1 A).DL DCA 203,1 DeLorenzo3) Supply sirkuit: voltmeter indikasi P1 adalah 120 V tentang sejak SCR ini batal .

Mengatur tegangan v0, untuk api SCR utama (UO = 2,5 ÷ 3 V): voltmeter indikasi P1 hampir nol sedangkan P2 ammeter menunjukkan saat ini mengalir.4) Tegangan dan arus pengukuranMengukur:

4.1) UT tersebut. tegangan antara anoda dan katoda dari SCR utama oleh voltmeter P1. Menetapkan jangkauan ukur 3 V.4.2) TI saat ini SCR utama oleh ammeter P2.Masukkan nilai yang terukur untuk resistensi beban disarankan dalam tabel berikut dan menghitung Pon, daya yang hilang pada perangkat selama suite-on.

R(Ω) 300 200 100 50 33UT(V) 0,818 0,827 0,839 0,88 0,915IT (A) 0,377 0,56 1,1 2,06 2,9Poff = UT*IT (W) 0,308 0,463 0,922 1,812 2,653

Karakteristik TI = f (UT) dari SCR utama.

KesimpulanDari data di atas, kita dapat mengetahui karakteristik kerja dari SCR. Yaitu dengan mengatur tegangan UT (Volt) di naikan secara perlahan maka menyebabkan pemutusan pada Rangkaian tersebut dan nilai Arusnya terbaca.SCR akan menghantar jika pada terminal gate diberi pemicuan yang berupa arus dengan tegangan positip dan SCR akan tetap on bila arus yang mengalir pada SCR lebih besar dari arus

TRIAC

Dari Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas

Simbol Skematik TRIAC

TRIAC, atau Triode for Alternating Current (Trioda untuk arus bolak-balik) adalah

sebuah komoromen elektronik yang kira-kira ekivalen dengan dua SCRyang

disambungkan antiparalel dan kaki gerbangnya disambungkan bersama. Nama resmi untuk

TRIAC adalah Bidirectional Triode Thyristor. Ini menunjukkan sakelar dwiarah yang dapat

mengalirkan arus listrik ke kedua arah ketika dipicu (dihidupkan). Ini dapat disulut baik

dengan tegangan positif ataupun negatif pada elektrode gerbang. Sekali disulut, komponen

ini akan terus menghantar hingga arus yang mengalir lebih rendah dari arus genggamnya,

misal pada akhir paruh siklus dari arus bolak-balik. Hal tersebut membuat TRIAC sangat

cocok untuk mengendalikan kalang AC, memungkinkan pengendalian arus yang sangat

tinggi dengan arus kendali yang sangat rendah. Sebagai tambahan, memberikan pulsa sulut

pada titik tertentu dalam siklus AC memungkinkan pengendalian persentase arus yang

mengalir melalui TRIAC (pengendalian fase).

Konstuksi Simbol TRIAC

Low-Current TRIAC dapat mengontak hingga kuat arus 1 ampere dan mempunyai maksimal

tegangan sampai beberapa ratus volt. Medium-Current TRIACS dapat mengontak sampai

kuat arus 40 ampere dan mempunyai maksimal tegangan hingga 1.000 volt.

Gejala transien-penyaklaran yang terjadi pada penyalur catu teganganadalah

penyebab utama dari pelanggaran laju kritis kenaikan-tegangan. Salahsatu cara untuk mengurangi pengaruh transien tersebut adalah menggunakanpemba tas

a tau penekan RC sepe r t i t e r l i ha t pada Gambar 4 .4 . (a ) . B i l a ge ja l a transien berkecepatan tinggi terjadi pada tegangan catu, maka laju kenaikannyapada anode akan dikurangi oleh rangkaian RC tersebut. Laju

kenaikan dalamt e g a n g a n a n o d e t i d a k h a n y a b e r g a n t u n g p a d a h a r g a R d a n C , t e t a p i j u g a bergantung pada besarnya hambatan beban.Piranti SCR yang lebih

besar masih dikenakan batas lain berupa lajuk r i t i s kena i kan a rus . M isa lnya p i r an t i C701 d i ke tahu i mempunya i l a j u k r i t i s kenaikan arus sebesar 150A/µs. Jika arus anode bertambah lebih cepat dari lajuini, SCR yang bersangkutan dapat menjadi rusak akibat bintik-bintik panas

(hotspots) yang terjadi didalamnya. Penggunaan sebuah inductor secara seri sepertid i t un jukkan pada Gambar 4 .4 . (b ) akan mengu rang i l a j u kena i kan

a rus , dan membantu pembatas RC dalam menekan laju kenaikan tegangan.Gambar (a) Penekan RC (RC snubber).(b) Penekanan laju kenaikan arus dengan induktor Suatu SCR

memiliki tegangan gerbangGV

. Saa t t egangan i n i l en ih dariGT V

, SCR akan hidup dan tegangan keluaran akan jatuh dariCC V +

kesuatu nilai yang rendah. Kadang-kadang, hambatan gerbang digunakan disini.

Hamba tan i n i memba tas i a rus ge rbang ke sua tu n i l a i yang aman . Tegangan masukan yang dibutuhkan untuk memicu sebuah SCR harus lebih dari:

GT GT GT IN R I V V

+=Da lam pe rsamaan i n i ,

GT V

danGT I

ada lah t egangan dan a rus pemicu gerbang untuk piranti. Keuntungan utama dari SCR adalah penekanantombol yang sangat pendek berdasarkan penekanan tombol yang regeneratif. Inimengurangi penurunan tegangan di dan mengijinkan produksi komponen SCR,yang bisa menahan arus yang sangat besar (100 ampere).Kebu rukan da r i SCR ada lah pema t i an . Pema t i an da r i SCR hanya ada satu cara yaitu

mengurangi arus yang mengalir melalui ini disamping arus yangutama.S e b u a h t r a n s i s t o r b i s a j u g a m e n e k a n t o m b o l a r u s

d a l a m c a r a y a n g s a m a . Keun tungan da r i t r ans i s to r ada lah pema t i an in i d i l akukan dengan sede rhana yaitu menghentikan arus di base.

Kerugiannya adalah waktu penekanan tombollebih lama dan selama penekanan

tombol dalam keadaaan tegangan yang tinggidibangun dalam ini,dengan demikian ini tidak bisa digunakan untuk penekanantombol untuk arus yang besar.

Jenis SCR

Adapun jenis-jenis dari SCR antara lain sebagai berikut:1 .LASCR ( l i gh t ac t i va ted SCR) ada lah j en i s SCR yang apab i l a t e r kena s i na r matahari (cahaya yang

cukup kuat ) akan menyebabkan elektron-elektronvalensi dalam SCR tersebut akan dilepaskan dari orbit-orbitnya dan akanmenjadi elektron-elektron bebas. Ketika

elektron-elektron ini mengalir keluar dari kolektor akan memasuki basis transistor, maka proses regenerasi akanberlangsung sampai LASCR menjadi tertutup.2 .SCS ( s i l i con

con t ro l l ed sw i t ch )ada lah j en i s SCR yang i den t i k dengan sak la r penahan SCS menyed iakan sa lu ran kepada kedua bas i snya sa tu

p i cu prategangan maju yang diberikan kepada salah satu basis tersebut akan

menutupi SCS, begitu pula sebaliknya bila diberi prategangan balik maka akan membuka piranti saklar.3 . G C S ( g a t e -

c o n t r o l l e d s w i t c h ) a d a l a h s a k l a r y a n g d i r a n c a n g u n t u k d i b u k a d e n g a n c a r a m u d a h y a i t u d e n g a n p i c u p r a t e g a n g a n

b a l i k . U n t u k G C S penutupan dilakukan dengan picu positif dan pembukaan dilakukan denganpicu negatif ( atau dengan pemutusan arus rendah )

Karakteristik SCR (Silicon Controlled Rectifier) 1 .Sebuah SCR te rd i r i da r i t i ga t e rm ina l ya i t u anoda , ka toda , dan ga te .

SCRberbeda dengan dioda rectifier biasanya. SCR dibuat dari empat buah lapisdioda. SCR banyak digunakan pada suatu sirkuit elekronika karena lebihefisien

dibandingkan komponen lainnya terutama pada pemakaian saklar elektronik.2 . S C R b i a s a n y a d i g u n a k a n u n t u k m e n g o n t r o l

k h u s u s n y a p a d a t e g a n g a n t i ngg i ka rena SCR dapa t d i l ewa tkan t egangan da r i 0 sampa i

220 Vo l t t e rgan tung pada spes i f i k dan t i pe da r i SCR te r sebu t . SCR t i dak akanmenghan ta r a tau on , mesk ipun d ibe r i kan t egangan ma ju

sampa i pada t e g a n g a n b r e a k o v e r n y a S C R t e r s e b u t d i c a p a i ( VB R F ) . S C R a k a n menghan ta r j i ka pada t e rm ina l ga te d i be r i pem icuan

yang be rupa a rus dengan tegangan positip dan SCR akan tetap on bila arus yang mengalir pada SCR lebih besar dari arus yang penahan (IH).3 . S a t u -

s a t u n y a c a r a u n t u k m e m b u k a ( m e n g - o f f -k a n ) S C R a d a l a h d e n g a n mengu rang i a rus

T r i ge r ( IT ) d i bawah a rus penahan ( IH ) . SCR ada lah t h y r i s t o r y a n g u n i d i r e c t i o n a l , k a r e n a k e t i k a t e r k o n d u k s i h a n y a b i s a melewatkan arus

satu arah saja yaitu dari anoda menuju katoda. Artinya,SCR ak t i f ke t i ka ga te -nya d ibe r i po la r i t as pos i t i f dan an ta ra anoda dan katodanya dibias maju. Dan ketika sumber yang masuk pada SCR adalahsumber AC, proses penyearahan

akan berhenti saat siklus negatif terjadi

Susunan Material Thyristor

SCR (Silicon Controlled Rectifier)

Telah dibahas, bahwa untuk membuat thyristor menjadi ON kita harus memberi arus trigger lapisan P yang dekat dengan katoda. Caranya dengan membuat kaki gate pada thyristor PNPN seperti pada gambar di bawah. Karena letaknya yang dekat dengan katoda, pin gate ini bisa juga disebut pin gatekatoda

(cathode gate). Beginilah SCR dibuat dan simbol SCR digambarkan seperti ilustrasi di bawah. SCR dalam banyak literatur disebut Thyristor saja.

Susunan SCR hampir sama dengan susunan dioda empat lapis, hanya saja pada SCR terdapat tambahan satu terminal keluar pada basis transistor PNP yang disebut Gate

Struktur, simbol, dan bentuk SCR

Ilustrasi berikut menjelaskan susunan SCR dan rangkaian ekuivalen.

Susunan SCR dan Rangkaian ekuivalen

Karakteristik Kurva SCR

Melalui kaki (pin) gate tersebut memungkinkan komponen ini ditrigger atau dipicu menjadi ON, yaitu dengan memberi arus gate. Ternyata dengan memberi arus gate Ig yang semakin besar dapat menurunkan tegangan breakover (Vbo) sebuah SCR. Tegangan ini merupakan tegangan minimum yang diperlukan SCR untuk menjadi ON. Sampai pada suatu besar arus gate tertentu, ternyata akan sangat mudah membuat SCR menjadi ON. Bahkan dengan tegangan forward yang kecil sekalipun. Misalnya 1 volt saja atau lebih kecil lagi. Kurva tegangan dan arus dari sebuah SCR dapat dilihat pada gambar berikut ini.

Karakteristik kurva SCR

Pada gambar tertera tegangan breakover Vbo, yang jika tegangan forward SCR mencapai titik ini, maka SCR akan ON. Lebih penting lagi adalah arus Ig yang dapat menyebabkan tegangan Vbo turun menjadi lebih kecil. Pada gambar ditunjukkan beberapa arus Ig dan hubungannya dengan tegangan breakover. Pada datasheet SCR, arus trigger gate ini sering ditulis dengan notasi IGT (gate trigger current). Pada gambar ditunjukkan juga arus Ih, yaitu arus holding yang mempertahankan SCR tetap ON. Jadi, agar SCR tetap ON, arus forward dari anoda menuju katoda harus berada di atas parameter ini.

Sejauh ini yang dikemukakan adalah bagaimana membuat SCR menjadi ON. Pada kenyataannya, sekali SCR mencapai keadaan ON maka selamanya akan ON, walaupun tegangan gate dilepas atau di short ke katoda. Satu-satunya cara untuk membuat SCR menjadi OFF adalah dengan membuat arus anoda-katoda turun di bawah arus Ih (holding current). Pada gambar kurva SCR, jika arus forward berada di bawah titik Ih, maka SCR kembali pada keadaan OFF. Berapa besar arus holding ini? Umumnya ada di dalam datasheet SCR.

Cara membuat SCR menjadi OFF dengan menurunkan tegangan anoda-katoda ke titik nol. Karena inilah SCR atau thyristor pada umumnya tidak cocok digunakan untuk aplikasi DC. Komponen ini lebih banyak digunakan untuk aplikasi tegangan AC, karena SCR bisa OFF pada saat gelombang tegangan AC berada di titik nol.

Ada satu parameter penting lain dari SCR, yaitu VGT. Parameter ini adalah tegangan trigger pada gateyang menyebabkan SCR ON. Kalau dilihat dari model thyristor pada gambar, tegangan ini adalah tegangan Vbe pada transistor Q2. VGT seperti halnya Vsub>be, besarnya kira-kira 0.7 volt (bahan silikon). Seperti contoh rangkaian gambar berikut ini sebuah SCR diketahui memiliki IGT = 10 mA dan VGT= 0.7 volt. Maka dapat dihitung tegangan VIN yang diperlukan agar SCR ini ON, yaitu sebesar:

Rangkaian SCR

SIMULASI

Untuk memudahkan pemahaman prinsip SCR, berikut terminologi parameter SCR.

Ig

Ih

Vbo

VGT

IGT

= Gate Current (arus gate)'

= Holding Current (arus genggam)'

= Breakover Voltage (tegangan breakover)'

= Gate Trigger Voltage (tegangan pemicuan gate)'

= Gate Trigger Current (arus pemicuan gate)'

Sudut Penyulutan (Firing Angle) SCR

Telah dikemukakan di awal bahwa SCR atau thyristor pada umumnya tidak cocok digunakan untuk aplikasi DC. Komponen ini lebih banyak digunakan untuk aplikasi-aplikasi tegangan AC, karena SCR bisa OFF pada saat gelombang tegangan AC berada di titik nol.

Sudut penyulutan adalah sudut yang diperlukan agar SCR tersulut, artinya ketika SCR diaplikasikan dengan tegangan AC. Untuk membuat ON, SCR harus disulut dengan sudut tertentu. Sudut ini disebut dengan sudut penyulutan (firing angle).

Beberapa aplikasi menggunakan pengendali sudut fasa untuk mendapatkan sudut penyulutan yang tepat agar SCR ON. Berikut adalah contoh aplikasi pengendalian sudut SCR.

Rangkaian pengendali fase sudut penyulutan

Pada rangkaian tersebut, variabel resistor R1 dan kapasitor C menggeser sudut fasa sinyal gate. Saat R1 = 0 Ω, tegangan gate (VGT) memiliki fase yang sama

dengan tegangan catu dan SCR hanya berfungsi sebagai penyearah setengah gelombang, R2 membatasi arus (IGT) pada batas yang aman.

Pada saat R1 naik, tegangan gate akan tertinggal dibanding tegangan catu dengan sudut antara 00sampai 900, seperti terlihat pada gambar berikut.

Sudut penyulutan SCR

Sebelum tegangan gate mencapai titik pemicuan, SCR tidak aktif dan arus beban sama dengan nol. Pada titik pemicuan, tegangan kapasitor cukup besar untuk memicu SCR. Saat ini terjadi hampir seluruh tegangan catu diberikan pada beban dan arus beban menjadi tinggi. Secara ideal, SCR akan tetap ON atau terkunci sampai polaritas tegangan catu terbalik.

Bagian yang diarsir menunjukkan sudut penghantaran atau saat SCR sedang ON. Karena R1 tidak tetap, sudut fase tegangan dapat diubah. Hal ini akan memungkinkan kita untuk mengatur bagian yang diarsir pada tegangan catu. Artinya, kita dapat mengatur arus rata-rata yang melalui beban dan sangat berguna untuk, misalnya, mengubah kecepatan motor, terangnya lampu, atau temperatur pemanas.

Pada rangkaian pengendali fase RC seperti rangkaian di atas, jangkauan arus yang dapat dibatasi karena sudut fase hanya bervariasi dari 00 sampai 900, yang berarti sudut penghantaran berubah dari 1800 ke 900. Tetapi beberapa rangkaian, kita dapat mengubah sudut fase dari 00 sampai 1800, yang memungkinkan kita untuk mengubah arus rata-rata dari nol sampai maksimum.

TRIAC

Boleh dikatakan SCR adalah thyristor yang uni-directional (satu arah), karena ketika ON hanya bisa melewatkan arus satu arah saja, yaitu dari anoda menuju katoda. Struktur TRIAC sebenarnya sama dengan dua buah SCR yang arahnya bolak-balik dan kedua gate-nya disatukan. Simbol TRIAC ditunjukkan pada gambar di bawah. TRIAC biasa juga disebut thyristor bi-directional (dua arah).

Simbol TRIAC

TRIAC bekerja mirip seperti SCR yang paralel bolak-balik, sehingga dapat melewatkan arus dua arah. Kurva karakteristik dari TRIAC seperti tampak pada gambar berikut ini.

Karakteristik TRIAC

Pada data sheet akan lebih rinci diberikan besar parameter-parameter seperti Vbo dan -Vbo, lalu IGTdan -IGT, Ih serta -Ih dan sebagainya. Umumnya besar parameter ini simetris antara yang plus dan yang minus. Dalam perhitungan desain, bisa dianggap parameter ini simetris sehingga lebih mudah dihitung.

Sudut Penyulutan (Firing Angle) TRIAC

Rangkaian di bawah menunjukkan rangkaian RC yang memberikan variasi sudut fase penyulutan gerbang TRIAC. Rangkaian ini dapat mengatur arus melalui sebuah beban yang besar.

Rangkaian pengendali fase sudut penyulutan

Ilustrasi berikut menunjukkan tegangan catu dan tegangan gate yang tertinggal. Saat tegangan kapasitor cukup besar untuk mencatu arus trigger, TRIAC akan menghantar. Sekali menghantar, TRIAC akan terus menghantar sampai tegangan catu kembali ke nol.

Sudut penyulutan TRIAC

DIAC

Kalau dilihat strukturnya seperti gambar di bawah, DIAC bukanlah termasuk keluarga thyristor, namun prinsip kerjanya membuat ia digolongkan sebagai thyristor. DIAC dibuat dengan struktur PNP mirip seperti transistor. Lapisan N pada transistor dibuat sangat tipis sehingga elektron dengan mudah dapat menyeberang menembus lapisan ini. Pada DIAC, lapisan N dibuat cukup tebal sehingga elektron cukup sukar untuk menembusnya. Struktur DIAC yang demikian dapat juga dipandang sebagai dua buah dioda PN dan NP, sehingga dalam beberapa literatur DIAC digolongkan sebagai dioda.

Struktur, simbol dan bentuk DIAC

Sukar dilewati oleh arus dua arah, DIAC memang dimaksudkan untuk tujuan ini. Hanya dengan tegangan breakdown tertentu barulah DIAC dapat menghantarkan arus. Arus yang dihantarkan tentu saja bisa bolak-balik dari anoda menuju katoda dan sebaliknya. Kurva karakteristik DIAC sama seperti TRIAC, tetapi yang hanya perlu diketahui adalah berapa tegangan breakdown-nya.

Simbol DIAC seperti tampak pada gambar. DIAC umumnya dipakai sebagai pemicu TRIAC agar ON pada tegangan input tertentu yang relatif tinggi. Contohnya adalah aplikasi dimmer lampu yang berikut pada gambar di bawah.

Rangkaian dimmer

Jika diketahui IGT dari TRIAC pada rangkaian di atas 10 mA dan VGT = 0.7 volt. Lalu diketahui juga yang digunakan adalah sebuah DIAC dengan Vbo = 20 V, maka dapat dihitung TRIAC akan ON pada tegangan:

V = IGT(R)+Vbo+VGT = 120.7 V

Pada rangkaian dimmer, resistor R biasanya diganti dengan rangkaian seri resistor dan potensiometer. Di sini kapasitor C bersama rangkaian R digunakan untuk menggeser phasa tegangan VAC. Lampu dapat diatur menyala redup dan terang, tergantung pada saat kapan TRIAC di picu.

Mardika Aji S.P. (7308030021)IGBTTransistor dwikutub gerbang-terisolasi (IGBT = insulated gate

bipolar transistor) adalah pirantisemikonduktor yang setara dengan gabungan sebuah BJT dan sebuah MOSFET.Gambar Simbol IGBTKarakteristik IGBTSesuai dengan namanya, peranti baru ini

merupakan peranti yang menggabungkan struktur dansifat-sifat dari kedua jenis transistor tersebut di atas, BJT dan MOSFET. Dengan kata lain, IGBTmempunyai sifat kerja yang menggabungkan

keunggulan sifat-sifat kedua jenis transistor tersebut. Saluran gerbang dari IGBT, sebagai saluran kendali juga mempunyai struktur bahan penyekat (isolator) sebagaimana pada MOSFET.Masukan

dari IGBT adalah terminalGerbang

dari MOSFET, sedang terminalSumber

dari MOSFET terhubung ke terminal Basis

dari BJT. Dengan demikian, arus cerat keluar dandari MOSFET akan menjadi arus basis dari BJT. Karena besarnya resistansi masukan dariMOSFET, maka terminal masukan IGBT hanya akan

menarik arus yang kecil dari sumber. Di pihak lain, arus cerat sebagai arus keluaran dari MOSFET akan cukup besar untuk membuat BJTmencapai keadaan jenuh. Dengan gabungan sifat kedua unsur

tersebut, IGBT mempunyai perilaku yang cukup ideal sebagai sebuah saklar elektronik. Di satu pihak IGBT tidak terlalumembebani sumber, di pihak lain mampu menghasilkan arus yang besar bagi beban listrik yangdikendalikannya.Terminal masukan IGBT mempunyai nilai impedansi yang sangat tinggi, sehingga tidak membebani rangkaian pengendalinya yang umumnya terdiri dari rangkaian logika. Ini

akanmenyederhanakan rancangan rangkaian pengendali dan penggerak dari IGBT.Di samping itu, kecepatan pensaklaran IGBT juga lebih tinggi dibandingkan peranti BJT,meskipun lebih rendah dari

peranti MOSFET yang setara. Di lain pihak, terminal keluaran IGBTmempunyai sifat yang menyerupai terminal keluaran (kolektor-emitor) BJT. Dengan kata lain, pada saat keadaan

menghantar, nilai resistansi-hidup ( Ron

) dari IGBT sangat kecil, menyerupai Ron

pada BJT.Dengan demikian bila tegangan jatuh serta borosan dayanya pada saat keadaanmenghantar juga kecil. Dengan sifat-sifat seperti ini, IGBT akan sesuai untuk dioperasikan padaarus yang besar, hingga ratusan Ampere, tanpa terjadi kerugian daya yang cukup berarti. IGBTsesuai untuk aplikasi

pada perangkat Inverter

maupun Kendali Motor Listrik ( Drive

).

Mardika Aji S.P. (7308030021)Sifat-sifat IGBTKomponen utama di dalam aplikasi elekronika daya dewasa ini adalah saklar peranti padat yangdiwujudkan dengan peralatan semikonduktor seperti

transistor dwikutub (BJT), transistor efek medan (FET), maupun Thyristor. Sebuah saklar ideal di dalam penggunaan elektronika dayaakan mempunyai sifat-sifat sebagai berikut:1.

Pada saat keadaan tidak menghantar (off), saklar mempunyai tahanan yang besar sekali,mendekati

nilai tak berhingga. Dengan kata lain, nilai arus bocor struktur saklar sangatkecil2.

Sebaliknya, pada saat keadaan menghantar (on), saklar mempunyai tahanan menghantar ( Ron

) yang sekecil mungkin. Ini akan membuat nilai tegangan jatuh (voltage drop

)keadaan menghantar juga sekecil mungkin, demikian pula dengan besarnya borosan dayayang terjadi, dan kecepatan pensaklaran 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 mempunyainilai arus bocor yang sangat kecil.Untuk sifat nomor (2), BJT

lebih unggul dari MOSFET, karena tegangan jatuh pada terminalkolektor-emitor, VCE pada keadaan menghantar (on) dapat dibuat sekecil mungkin denganmembuat transitor BJT berada dalam keadaan

jenuh.Sebaliknya, untuk unsur kinerja nomor (3) yaitu kecepatan pensakelaran, MOSFET lebih ungguldari BJT, karena sebagai peranti yang bekerja berdasarkan aliran pembawa muatan

mayoritas, pada MOSFET tidak dijumpai arus penyimpanan pembawa muatan minoritas pada saat proses pensaklaran, yang cenderung memperlamnat proses pensaklaran tersebut.IGBT(Insulated Gate Bipolar Junction) adalah piranti yang memiliki kinerja cepat dalam berpindah dan memiliki efisiensi

tinggi, sehingga dengan sifat yang dimilikinya IGBT cocok untuk digunakan sebagai saklar daya