PENYEARAH SETENGAH GELOMBANG

Transkripsi

1 MODUL 1 PERCOBAAN 1 PENYEARAH SETENGAH GELOMBANG I. TUJUAN PERCOBAAN 1. Melihat bentuk gelombang keluaran dari penyearah setengah gelombang tanpa beban. 2. Melihat bentuk gelombang yang dihasilkan pada beban yang berbeda. II. TEORI Dioda merupakan bahan semi konduktor yang terdiri dari anoda dan katoda. Prinsip kerja dari dioda dapat digambarkan secara umum adalah dioda akan on ( konduksi ) apabila tegangan yang diberikan pada anoda lebih besar dari tegangan katoda ( Vs > 0 ). Pada saat on dioda dapat digambarkan sebagai rangkaian short circuit, sedangkan pada saat off dioda dapat digambarkan sebagai rangkaian open circuit. Berdasarkan prinsip kerja dioda maka dalam aplikasinya dalam elektronika daya dioda digunakan sebagai penyearah. Dioda dilambangkan seperti pada gambar di bawah ini : Vs Penyearah setengah gelombang merupakan penyearah tegangan bolak balik ( AC ) menjadi tegangan DC dengan melewatkan tegangan pada saat tegangan yang diberikan pada anoda lebih besar dari tegangan pada katoda. Sehingga bentuk gelombang keluaran yang dihasilkan akan terjadi pada setengah perioda dengan tegangan yang dihasilkan adalah nol pada period yang lainnya. Rangkaian Penyearah Setengah Gelombang : Vd Beban 1

2 III. ALAT-ALAT PERCOBAAN PE481 Control Unit PE481A Single thristor Circuits PE481 Load Unit Osciloscope dan probe Kabel-kabel penghubung IV. PROSEDUR PERCOBAAN IV.A. BEBAN RESISTIF 1. Rangkaian percobaan seperti gambar 1. Sebelum rangkain dijalankan, cek kembali rangkaian, kalibrasi osciloscope dan set kontrol unit dengan : Flywheel dioda : in Variabel resistor : 50 % ( 25 OHM ) OSCILOSCOPE : Sensitivitas 20 V/cm Waktu dasar : 5 ms/cm 2. Apabila telah siap, hidupkan suplai utama. 3. Gambarkan bentuk gelombang beban ( Y1 ) dan tegangan suplai ( Y2 ). 4. Catat hasil percobaan untuk Vrms dan Irms suplai dan beban. IV.B. BEBAN RESISTIF - INDUKTIF 1. Rangkaian percobaan seperti gambar Atur induktor dan resistor dengan perbandingan yang telah ditentukan. 3. Hidupkan suplai utama, gambar dan amati bentuk gelombang beban untuk tegangan ( Y2 ) dan arus ( Y1 ). 4. Gambarkan bentuk gelombang beban ( Y1 ) dan tegangan suplai ( Y2 ). 5. Catat hasil percobaan untuk Vrms dan Irms suplai dan beban. 6. Keluarkan inti induktor. 7. Catat dan amati juga perubahan peningkatan induktansi dengan memasukan kembali inti induktor secara perlahan lahan sampai masuk secara penuh. 2

3 IV.C. BEBAN RESISTIF - KAPASITIF 1. Rangkaian percobaan seperti gambar 3. Perhatikan polaritas kapasitor. 2. Set beban menjadi 100 % (50 ohm). 3. Hidupkan suplai utama, gambarkan dan amati bentuk gelombang beban untuk tegangan ( Y2 ) dan arus ( Y1 ). 4. Catat hasil percobaan untuk Vmean, beban, Vrms suplai, I mean beban I rms suplai. V. TUGAS 1. Tuliskan tabel data hasil percobaan diatas. 2. Gambarkan rangkaian percobaan percobaan di atas dengan komponenkomponennya ( sumber, komponen penyearah dan beban ) serta gambarkan gelombang dan tuliskan besaran yang telah diperoleh pada percobaan ). 3. Analisa percobaan yang telah dilakukan. 4. Buat kesimpulan dari percobaan yang telah dilakukan. 5. Gambarkan bentuk gelombang keluaran di atas untuk masing masing beban. 3

4 VI. GAMBAR RANGKAIAN PERCOBAAN A. RANGKAIAN RESITIF MURNI 4

5 B. RANGKAIAN RESITIF INDUKTIF 5

6 C. RANGKAIAN RESITIF KAPASITIF 6

7 PERCOBAAN 2 PENYEARAH GELOMBANG PENUH I. TUJUAN PERCOBAAN 1. Melihat bentuk gelombang keluaran dari penyearah gelombang penuh tanpa beban. 2. Melihat bentuk gelombang yang dihasilkan pada beban yang berbeda. II. TEORI Pada saat tegangan input ( Vs ) yang diberikan >0 maka D1 dan D4 akan menghantar ( konduksi ) dan selama Vd<0 maka D2 dan D3 akan menghantar. Fungsi dari dua buah dioda yang bekerja secara bersamaan adalah sebagai pembalik gelombang sehingga gelombang keluaran yang didapat pada setiap periodanya tidak ada gelombang yang bernilai nol. Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh : D1 D2 Vs Beban D3 D4 III. ALAT-ALAT PERCOBAAN PE481 Control Unit PE481A Single thristor Circuits PE481 Load Unit Osciloscope dan probe Kabel-kabel penghubung 7

8 IV. PROSEDUR PERCOBAAN IV.A. BEBAN RESISTIF 1. Rangkai hubungan seperti gambar Hubungkan link 1, link 2 jangan dihubungkan. 3. Gambarkan bentuk gelombang beban ( Y1 ) dan tegangan suplai ( Y2 ). 4. Catat hasil percobaan untuk Vmean beban, Vrms suplai, I mean beban, I rms Suplai. IV.B. BEBAN RESISTIF - INDUKTIF 1. Rangkaian seperti pada percobaan beban resitif. 2. Lepaskan hubungan link Hidupkan suplai utama dan amati pengaruh pada ebntuk gelombang untuk variasi beban induktif. 4. Gambarkan bentuk gelombang arus dan tegangan beban untuk beban induktif maksimum. 5. Catat hasil percobaan untuk Vmean beban, Vrms suplai, Imean beban, I rms suplai. IV.C. BEBAN RESISTIF - KAPASITIF 1. Rangkaian tetap sama. 2. Lepaskan link 1 dan hubungkan link Atur osciloscope dengan sensitivitas chanel Y1 20 V/cm dan Y1 1 V/cm. 4. Hidupkan supali utama, gambarkan bentuk gelombang arus suplai ( Y2 ) dan tegangan beban ( Y1 ). 5. Catat hasil percobaan untuk Vmean, beban, Vrms suplai, Imean beban, I rms suplai. 8

9 V. TUGAS 1. Tuliskan tabel data hasil percobaan diatas. 2. Gambarkan rangkaian percobaan percobaan di atas dengan komponenkomponennya ( sumber, komponen penyearah dan beban ) serta gambarkan gelombang dan tuliskan besaran yang telah diperoleh pada percobaan ). 3. Analisa percobaan yang telah dilakukan. 4. Buat kesimpulan dari percobaan yang telah dilakukan. 5. Gambarkan bentuk gelombang keluaran di atas untuk masing masing beban. 9

10 MODUL 2 APLIKASI PENGONTROLAN PHASA THYRISTOR PADA PENGATURAN MOTOR DC I. TUJUAN PERCOBAAN 1. Menunjukkan teknik pengontrolan phasa (yaitu menentukan saat dimulainya konduksi) dan mengamati pengaruhnya pada setengah gelombang. 2. Mengetahui aplikasi pengontrolan phasa pada pengaturan kecepatan motor DC. II. TEORI Pada percobaan terdahulu, telah diketahui bahwa SCR dapat digunakan untuk memperoleh hasil penyearahan yang terkontrol pula. Yang mana pengontrolan tersebut dilakukan dengan cara mengatur besarnya sinyal trigger (arus pada gerbang) dan besarnya tegangan anoda-katoda (besarnya arus anoda) dengan menggunakan tegangan variabel DC yang dicatu pada terminal gate-katoda. Namun, unjuk kerja yang dihasilkan kurang memuaskan. Pada percobaan ini, akan diperlihatkan teknik pengontrolan yang lebih baik, yaitu dengan pengontrolan phasa. Dengan teknik ini, dapat diatur saat-saat SCR tersebut menghantar arus listrik. Pengontrolan phasa ini dilakukan dengan cara pemberian sinyal trigger berupa sederetan pulsa pada elektroda gerbang. Vs Ia Va 2 0 o o 360 o 1 = sudut penyalaan (firing angle) 2 = sudut extinction Gambar 1. Sudut penyalaan dan bentuk gelombang arus dan tegangannya Aplikasi dari pengontrolan phasa pada penyearah ini antara lain pada pengaturan kecepatan motor DC. 10

11 Va Ia Ra Ea M Rf I f + Vf _ Gambar 2. Rangkaian ganti motor DC Pengontrolan kecepatan motor dapat dilakukan dengan pengaturan tegangan terminal, sesuai dengan rumus berikut : Ea = C.n. Ea = Va Ia.Ra di mana : = (I f ) n = Va Ia. Ra C. Jadi dari perumusan tersebut dapat diketahui bahwa pengaturan kecepatan motor DC Shunt berpenguat terpisah tersebut dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu dengan pengaturan tegangan jangkar Va dan dengan pengaturan arus medan penguat atau I f. Pada percobaan ini akan dilakukan pengontrolan kecepatan motor DC dengan pengaturan tegangan jangkar Va, di mana pengontrolan tersebut dilakukan dengan mengatur besarnya tegangan keluaran rata-rata dari rangkaian penyearahnya. III. ALAT-ALAT PERCOBAAN PE 481 Control Unit PE 481 Load Unit PE 481A Single Thyristor Circuits PE 481B Full-Wave Thyristor Circuits Module PE 481C AC Thyristor Circuit PE 481D Basic Trigger Circuit PE 481E Unijunction Trigger Circuit PE 482A Motor Control Circuits Module PE 482B DC Shunt Motor Unit PE 482C Loading Unit 11

12 Oscilloscope Kabel-kabel penghubung IV. PROSEDUR PERCOBAAN IV.A. Penyearah setengah gelombang dengan pengontrolan phasa Beban Resistif 1. Tempatkan modul PE 481D pada posisi "control module", dan set switch selector circuit-nya pada A. 2. Tempatkan module PE 481A pada posisi "power module". 3. Susun rangkaian percobaan seperti pada gambar 1, namun dengan sedikit perubahan yaitu: pindahkan probe Oscilloscope Y1 ke terminal dioda untuk melihat bentuk gelombang tegangan suplai. 4. Set alat-alat ukur sebagai berikut : - meter 2 : 60 V - meter 3 : 2 A - meter 4 : 2 A - meter 5 : 50 V - switch trigger : ext - dioda Fly Wheel : out - beban variabel resistor : 50% ( 25 Ohm ) - suplai tegangan DC variabel : minimum ; dengan range 0-5 V - Oscilloscope : - sensitivitas channel 20 V/cm - time base 5 ms/cm - Setting trigger kontrol (PE 481D) : minimum 5. Setelah semuanya siap, hidupkan suplai utama. 6. Atur suplai tegangan DC variabel, amati bagaimana pengaruhnya terhadap arus beban. Catat besarnya arus dan tegangan pada beban dan sumber. Gambarkan bentuk gelombangnya. Catat juga besarnya arus dan tegangan yang ditunjukkan. Minimumkan variabel DC apabila telah selesai. 7. Switch trigger pada posisi 'int'. Gambarkan bentuk gelombang tegangannya. 8. Atur setting trigger kontrol (PE 481D) pada posisi minimum, mid (tengah), dan maximum. Amati bagaimana pengaruhnya terhadap arus beban, gambarkan juga 12

13 bentuk gelombang tegangan beban. Catat juga besarnya arus dan tegangan yang ditunjukkan. Bandingkan dengan pada saat switch trigger pada posisi 'ext' (prosedur 6). 9. Set arus beban rata-rata 0,5 A kemudian untuk setiap penurunan 0,1 A, amati perubahan bentuk gelombang tegangan (dan arus) pada beban dan lengkapi tabel 1.2. Untuk setiap setting switch trigger kontrol (PE 481D), gambarkan juga bentuk gelombang tegangan anoda-katoda dan gate-katoda, dengan cara memindahkan probe Oscilloscope yang bersesuaian seperti gambar berikut : A K G Y1 Y2 10. Setelah selesai turunkan tegangan variabel DC kemudian matikan suplai utama. IV.B. Pengontrolan Kecepatan dengan menggunakan Thyristor 1. Tempatkan modul PE 482A pada posisi control module 2. Tempatkan modul PE 481B pada posisi power module 3. Susun rangkaian percobaan seperti pada gambar Set alat-alat ukur sebagai berikut : - meter 1 : 50 V - meter 2 : 60 V - meter 3 : 2 A - meter 4 : 2 A - meter 5 : 10 V - Oscilloscope : - sensitivitas channel, Y1:10 V/cm; Y2: 1V/cm - Y1 (tegangan jangkar) ; Y2 (arus jangkar) - time base 5 ms/cm 13

14 Kontrol Kecepatan dengan Thyristor 5. Tetapkan besarnya set value pada modul PE 482A pada posisi minimum. Atur saklar pada modul PE 482A untuk memilih penyalaan 'multi pulse'. 6. Setelah semuanya siap, nyalakan suplai utama. 7. Buat set value control bervariasi, mulai dari nol sampai skala ke-2. Perhatikan pada saat kapan ggl lawan (back-emf) atau Ea pada kumparan jangkar motor (Y1) mulai tampak dan bagaimanakah kaitannya dengan perubahan kecepatan motor. Catat hasil pengamatan Anda. 8. Set kecepatan motor menjadi 1500 rpm, kemudian gambarkan bentuk gelombang arus dan tegangannya pada sumbu horizontal 0 V yang sama. Tandai letak sudut penyalaan 1, dan sudut extinction 2. Dan catat juga besarnya tegangan, arusnya, dan periode ( 2-1 ). 9. Berikan beban pada motor, mulai posisi 0 sampai 10. Perhatikan apa pengaruhnya terhadap bentuk gelombang tegangan (Y1) dan arus (Y2). Bagaimanakah perubahan yang terjadi pada bentuk gelombang arus. 10. Hentikan perlahan-lahan putaran motor, dengan cara memegang piringan unit beban (hati-hati dengan tangan Anda!). Perhatikan bagaimana perubahan bentuk gelombang arusnya, mengapakah bentuk gelombang arus menjadi demikian? Hubungan antara back-emf dengan Kecepatan 11. Kembalikan posisi beban ke 0, kemudian buat kecepatan motor menjadi 400 rpm (atur set value control). 12. Dapatkan data-data pada tabel 2.2, di mana kecepatan motor mulai dari 0 sampai 2000 rpm, dengan kenaikan kecepatan sebesar 400 rpm. Lihat pada Oscillsocope besar Ea (Y1), Va (meter 1), sudut penyalaan dan sudut extinction. Hubungan antara Kecepatan dengan Beban 13. Buat kecepatan awal motor menjadi 1000 rpm. 14. Set beban motor pada posisi 2, 4, 6, dan 8. Untuk tiap posisi tersebut, catat data-datanya seperti pada tabel Ulangi langkah 14 dan 15, untuk kecepatan awal 2000 rpm dan 3000 rpm. 14

15 16. Setelah selesai, turunkan set value control minimum, kemudian matikan suplai utama. V. TUGAS Penyearah setengah gelombang dengan pengontrolan phasa 1. Untuk setiap setting trigger PE 481D, gambarlah bentuk gelombang tegangan/arus beban, kemudian gambarkan juga bentuk gelombang tegangan anoda-katoda dan gate-katoda dari SCR. 2. Apakah perbedaan yang Anda temukan pada output penyearahan, bila pengontrolan penyearahan dilakukan dengan mengatur variabel DC suplai dan dengan pengontrolan phasa. 3. Tentukan hubungan antara arus beban dengan sudut penyalaan. Pengontrolan Kecepatan dengan menggunakan Thyristor 4. Buat grafik : a. back-emf vs kecepatan b. kecepatan vs sudut penyalaan c. kecepatan vs arus jangkar, untuk masing-masing kecepatan awal Catatan : Untuk setiap percobaan, gambarkan rangkaian penggantinya. 15

16 MODUL 3 PERCOBAAN 1 OPERASI MOTOR ARUS SEARAH TERKONTROL DENGAN MENGGUNAKAN DC DRIVE I. TUJUAN PERCOBAAN 1. Memperkenalkan praktikan dengan pengoperasian DC drive. 2. Mengetahui dan menentukan hubungan kecepatan dan tegangan jangkar terhadap perubahan tegangan medan pada Motor Arus Searah berpenguat terpisah terkontrol menggunakan DC Drive dengan umpan balik tegangan jangkar dan tachogenerator, baik pada kondisi tanpa beban maupun berbeban. 3. Membandingkan unjuk kerja DC Drive antara penggunaan umpan balik tegangan jangkar dan tachogenerator. II. TEORI II.1 Dasar Pengaturan Kecepatan Motor Arus Searah Motor Arus Searah umumnya digunakan pada aplikasi yang membutuhkan kecepatan variabel. Dua jenis pengaturan yang biasa digunakan untuk memvariasikan kecepatan adalah pengaturan tegangan jangkar dan pelemahan fluks medan stator. Pada motor arus searah, selain tegangan terminal Vt dan fluks kumpuran medan, kecepatan n tergantung juga pada arus jangkar Ia, tahanan jangkar Ra dan konstanta mesin k seperti yang terlihat pada rumus dibawah ini : Vt Ia. Ra n k. Pada Motor Arus Searah Penguat Terpisah (MAS-PT), metode pengaturan tegangan jangkar digunakan untuk mendapatkan variasi kecepatan motor sampai kecepatan dasar (base speed) atau kecepatan ratingnya (rated speed). Dalam metode ini, tegangan yang diaplikasikan dibuat bervariasi sedangkan tegangan medan maupun arus medan dijaga tetap. Oleh karena tidak adanya perubahan beban, maka 16

17 arus jangkar pun tetap sehingga besar torsi elektromagnetik untuk metode ini tetap, seperti yang ditunjukkan pada rumus di bawah ini : k..ia Berdasar hal itulah maka daerah operasi motor arus searah dengan kontrol tegangan jangkar berada pada daerah torsi tetap. Metode pelemahan fluks digunakan untuk mendapatkan variasi kecepatan motor di atas kecepatan dasarnya. Dalam metode ini, arus medan yang diaplikasikan dibuat bervariasi sedangkan tegangan jangkar maupun beban motor dibuat tetap sehingga sehingga daya keluaran yang dihasilkan juga tetap. Karena itulah, motor arus searah dengan metode pelemahan fluks ini beroperasi pada daerah daya keluaran tetap. Karakteristik kerja kedua metode pengaturan kecepatan ini dapat dilihat dari grafik berikut ini : N N N > Nb N N N < Nb V If Va If rating a b Pengaturan Kecepatan: a) Pengaturan Tegangan Jangkar b) P / Torsi Kecepatan Daya N Pengaturan Tegangan Pelemaha n Variasi Kecepatan terhadaptorsi dan 17

18 II.2 Pengaturan Kecepatan Motor Arus Searah Penguatan Terpisah Dengan Sistem Umpan Balik Kecepatan Diagram blok sistem kontrol kecepatan lup tertutup MAS-PT dengan suatu pembatas arus ditunjukkan oleh gambar berikut ini : Referensi Kecepatan Suplai Daya AC + -- Pengontrol Kecepatan + -- Pengontrol Arus Rangkaian Penyalaan Konvert MAS Beban Umpan Balik Arus Umpan Balik Kecepatan Diagram blok kontrol kecepatan lup tertutup dengan pembatas arus Pada sistem pengaturan kecepatan tanpa umpan balik (konvensional), perubahan beban maupun perubahan arus medan akan mengakibatkan perubahan kecepatan. Namun untuk sistem pengaturan dengan umpan balik kecepatan, hal ini tidak terjadi karena kecepatan yang dihasilkan motor akan diumpanbalikkan dalam bentuk sinyal untuk selanjutnya dibandingkan dengan sinyal masukan (referensi). Sinyal kesalahan yang merupakan selisih antara kedua sinyal tersebut akan diteruskan melalui suatu rangkaian kontroler. Keluaran kontroler inilah yang nantinya akan mempengaruhi besar sudut tunda penyalaaan konverter sehingga suplai tegangan jangkar akan terkontrol untuk mempertahankan kecepatan motor pada kondisi semula (sesuai dengan referensi yang dikehendaki). Dalam pengaturan kecepatan motor tersebut, sistem akan menyesuaikan perubahan kecepatan selama perioda peralihan (transient) dan apabila pada saat perioda peralihan, motor mengalami kelebihan arus akibat penambahan beban yang besar dan tiba-tiba maka dalam sistem kontrol dengan umpan balik kecepatan dapat ditambahkan sebuah lup pengontrol arus yang berfungsi sebagai pembatas arus dengan batas spesifikasi arus yang dapat diatur untuk nilai yang dikehendaki. Lup pengontrol arus ini juga berguna pada saat start motor. Apabila arus jangkar melewati batas spesifikasi ini, maka arus 18

19 akan dipenggal sampai arus jangkar kembali tidak melewati batas spesifikasi arus tersebut. Adanya pembatas arus akan mempengaruhi efek kestabilan terhadap kecepatan motor. II.3 Pengaturan Kecepatan Motor Arus Searah Penguatan Terpisah Dengan Sistem Umpan Balik Tegangan Jangkar. Pengaturan dengan sistem umpan balik ini bertujuan untuk mempertahankan besar tegangan jangkar tetap sesuai referensi yang dikehendaki. Besar tegangan jangkar yang sebelumnya dikonversikan dalam bentuk sinyal, akan diumpanbalikkan dan dibandingkan terhadap sinyal referensinya. Selisih kedua sinyal tersebutnya akan mempengaruhi besarnya sudut tunda penyalaan konverter sehingga besar tegangan tegangan jangkar motor akan konstan. III. ALAT-ALAT PERCOBAAN 1 Unit TecQuipment NE 7019 Four Quadran Drive Console 1 Motor Arus Searah yang dilengkapi dengan fasilitas pembebanan Kabel-kabel penghubung. IV. PROSEDUR PERCOBAAN IV.A PERCOBAAN TANPA BEBAN DENGAN UMPAN BALIK TACHOGENERATOR 5. Buatlah rangkaian percobaan seperti pada gambar terlampir dan pastikan rangkaian sudah tersusun dengan benar. 6. Pastikan saklar feedback pada posisi tacho dan kontrol pengatur beban dalam kondisi tanpa beban. Kemudian nyalakan DC drive dengan cara menaikan saklar MCCB sehingga menunjukan kondisi ON. 7. Putarlah saklar excitation supply ke posisi ON dan aturlah excitation supply hingga tegangan medan mencapai tegangan 80 V. 8. Tekanlah tombol start dan tunggulah beberapa detik sampai LED 7 tetap menyala. Jika LED 7 tidak menyala, hentikan prosedur percobaan berikutnya dan panggillah asisten yang sedang bertugas saat itu. 19

20 9. Putarlah set speed searah jarum jam secara perlahan hingga kecepatan motor mencapai 1400 rpm. Kemudian naikkan tegangan medan hingga 120 V dan catatlah besar arus medan, tegangan jangkar, arus jangkar dan kecepatan pada masing-masing alat ukur 10. Catat pula arus medan, tegangan jangkar, arus jangkar dan kecepatan untuk setiap penurunan 10 V tegangan medan, hingga mencapai 40 V IV.B PERCOBAAN BERBEBAN DENGAN UMPAN BALIK TACHOGENERATOR 1. Atur kembali tegangan medan hingga mencapai tegangan 80 V dan atur beban dengan kontrol pengatur beban hingga mencapai setengah beban penuh kira-kira 4,5 A atau sebanding kira-kira 3,7 Nm. Pastikan tegangan jangkar tidak mencapai 250 V. 2. Naikkanlah tegangan medan secara perlahan hingga mencapai 120 V dan catatlah besar arus medan, tegangan jangkar, arus jangkar dan kecepatan pada masingmasing alat ukur. 3. Catat pula arus medan, tegangan jangkar, arus jangkar dan kecepatan untuk setiap penurunan 10 V tegangan medan, hingga mencapai 40 V. 4. Atur kembali tegangan medan hingga mencapai tegangan 80 V. Kemudian kembalikan posisi kontrol pengatur beban ke kondisi tanpa beban. 5. Putarlah set speed berlawanan arah jarum jam hingga kecepatan motor nol dan Matikan pengoperasian drive dengan menekan tombol stop. 6. Kurangilah tegangan medan hingga nol dan putarlah saklar excitation supply ke posisi off. Kemudian turunkan saklar MCCB. IV.C PERCOBAAN TANPA BEBAN DENGAN UMPAN BALIK TEGANGAN JANGKAR. 1. Pastikan saklar feedback pada posisi armature dan kontrol pengatur beban dalam kondisi tanpa beban. Kemudian nyalakan DC drive dengan cara menaikan saklar MCCB sehingga menunjukan kondisi ON. 2. Putarlah saklar excitation supply ke posisi ON dan aturlah excitation supply hingga tegangan medan mencapai 80 V. 20

21 3. Tekanlah tombol start dan tunggulah beberapa detik sampai LED 7 tetap menyala. Jika LED 7 tidak menyala, hentikan prosedur percobaan berikutnya dan panggillah asisten yang sedang bertugas saat itu. 4. Putarlah set speed hingga tegangan jangkar mencapai 200 V dan aturlah excitation supply hingga tegangan medan mencapai 120 V. Catatlah besar arus medan, tegangan jangkar, arus jangkar dan kecepatan pada masing-masing alat ukur. 5. Catat pula arus medan, tegangan jangkar, arus jangkar dan kecepatan untuk setiap penurunan 5 V tegangan medan, hingga mencapai 80 V.Perhatikan tegangan medan, arus medan, tegangan jangkar, arus jangkar dan kecepatan terutama untuk nilai medan di bawah 100 V ( ketika kecepatan bertambah ). IV.D PERCOBAAN BERBEBAN DENGAN UMPAN BALIK TEGANGAN JANGKAR. 1. Atur kembali tegangan medan pada tegangan 80 V dan aturlah kontrol pengatur beban hingga mencapai setengah beban penuh ( kira-kira 4,5 A ). 2. Naikkan tegangan medan hingga 120 V dan catatlah besar arus medan, tegangan jangkar, arus jangkar dan kecepatan pada masing-masing alat ukur. 3. Catat pula arus medan, tegangan jangkar, arus jangkar dan kecepatan untuk setiap penurunan 5 V tegangan medan, hingga mencapai 80 V. Perhatian khusus harus diberikan pada nilai medan di bawah 100 V bersamaan dengan peningkatan kecepatan motor. 4. Atur kembali tegangan medan hingga mencapai tegangan 80 V. Kemudian kembalikan posisi kontrol pengatur beban ke kondisi tanpa beban. 5. Putarlah set speed berlawanan arah jarum jam hingga kecepatan motor nol dan Matikan pengoperasian drive dengan menekan tombol stop. 6. Kurangilah tegangan medan hingga nol dan putarlah saklar excitation supply ke posisi off. Kemudian turunkan saklar MCCB. V. TUGAS 1. Buatlah data hasil pengamatan dalam bentuk tabel untuk masing-masing percobaan. 21

22 2. Buatlah grafik hubungan antara tegangan jangkar dan tegangan medan untuk percobaan dengan feedback tacho. 3. Buatlah grafik hubungan antara kecepatan terhadap tegangan dan arus jangkar untuk kondisi pembebanan setengah beban penuh pada percobaan feedback tegangan jangkar. 4. Dalam kasus umpan balik tacho tanpa beban, mengapa kecepatan motor konstan dan mengapa tegangan jangkar turun ketika tegangan medan dikurangi. 5. Dalam kasus umpan balik tacho kondisi setengah beban penuh, mengapa arus jangkar meningkat sebanding dengan penurunan tegangan jangkar. 6. Jelaskan apa yang terjadi dalam kasus umpan balik tegangan jangkar untuk kondisi tanpa beban dan setengah beban penuh. 7. Jelaskan hubungan yang diperoleh antara sistem pengaturan motor arus searah dengan umpan balik tacho dan umpan balik tegangan jangkar. 22

23 VI. GAMBAR RANGKAIAN PERCOBAAN 23

24 PERCOBAAN 2 PENGARUH SUDUT TUNDA PENYALAAN KONVERTER TERHADAP KECEPATAN MOTOR ARUS SEARAH I. TUJUAN PERCOBAAN 1. Mengetahui dan menentukan hubungan antara set speed, sinyal referensi dan sinyal umpan balik terhadap besarnya sudut tunda penyalaan konverter. 2. Mengetahui dan menentukan pengaruh antara sudut tunda penyalaan konverter dengan gelombang tegangan keluaran konverter. 3. Mengetahui dan menentukan hubungan antara sudut tunda penyalaan konverter dan kecepatan motor. II. TEORI II.1 Operasi Empat Kuadran Motor Arus Searah Motor arus searah dikatakan beroperasi dalam empat kuadran jika motor tersebut dapat mencapai karakteristik operasi sebagai pembalik kecepatan motor dan regenerasi daya (sebagai generator/pengereman motor) di kedua arah putaran motor, yaitu arah putaran maju (forward direction) dan arah putaran berbalik (reverse direction). Kondisi operasi empat kuadran, tergantung dari karakteristik torsi dan kecepatan yang dihasilkan seperti yang ditunjukkan gambar di bawah ini : (Ea) Kuadran II Pengereman Maju 1 Kuadran I Motor Arah Maju -1 1 (Ia) Kuadran III Motor Arah Berbalik -1 Kuadran IV Pengereman Berbalik Untuk mencapai operasi empat kuadran motor yang diinginkan maka konverter yang diperlukan berupa jembatan tiristor tiga fasa anti-paralel atau satu 24

25 jembatan tiristor penuh tiga fasa dengan dua buah kontaktor sebagai pembalik terminal jangkar motor. Pada alat percobaan ini, konverter yang digunakan adalah konverter jembatan tiristor anti paralel. II.2 Konverter Jembatan Tiristor Tiga Fasa Anti-Paralel Konfigurasi utama dari suatu konverter jembatan tiristor penuh tiga fasa (three-phase thyristor converter) terdiri dari enam buah tiristor yang berfungsi sebagai saklar semikonduktor. Suplai berupa tegangan bolak-balik 3 fasa sedangkan keluaran dari konverter berupa tegangan arus searah terkontrol. Satu buah konverter ini akan memberikan polaritas tegangan jangkar yang dapat dibalik tergantung pada sinyal sudut tunda penyalaan konverter namun arus jangkar pada terminal jangkar motor arus searah tetap dalam satu arah sehingga kondisi ini hanya dapat mengoperasikan motor dalam operasi dua kuadran saja. Untuk menerapkan operasi motor arus searah dalam keempat kuadran, baik tegangan maupun arus pada terminal jangkar harus dapat dibalik dalam arah yang berlawanan. Hal ini dapat dicapai dengan pemakaian konverter jembatan tiristor tiga fasa yang dipasang secara paralel dan terbalik satu dengan yang lainnya. Konverter ini lebih dikenal dengan sebutan jembatan tiristor tiga fasa anti-paralel (anti-parallel threephase bridge thyristor). Konverter ini dapat juga disebut sebagai jembatan tiristor ganda pulsa 6 (6-pulse bridge dual converter) seperti yang terlihat pada gambar berikut ini : Vr Vs Vt Konverter Jembatan Tiristor Tiga Fasa Anti Paralel Unjuk kerja dari operasi empat kuadran ini, tergantung pada tegangan keluaran konverter yang terhubung ke rangkaian jangkar. Dan proses pengontrolan tegangan 25

26 keluaran konverter dilakukan melalui pengontrolan sudut penyalaan masing-masing tiristor. III. ALAT-ALAT PERCOBAAN 1 Unit TecQuipment NE 7019 Four Quadran Drive Console 1 Motor Arus Searah yang dilengkapi dengan fasilitas pembebanan. 1 Unit Osiloskop. Kabel-kabel penghubung IV PROSEDUR PERCOBAAN IV.A PERCOBAAN ARUS MEDAN PENUH KONDISI TANPA BEBAN. 1. Buatlah rangkaian percobaan seperti pada gambar terlampir dan pastikan rangkaian sudah tersusun dengan benar. 2. Hubungkan kedua channel osiloskop ke titik uji ( Test Point ) TP11 dan TP16 untuk memonitor masukan ramp dan tegangan keluaran tacho.gunakan salah satu hubungan channel osiloskop secara bergantian ke titik uji TP27 untuk memonitor tegangan dari rangkaian penyalaan konverter. 3. Pindahkan posisi saklar feedback ke tacho dan kontrol pengatur beban ke posisi tanpa beban. 4. Aturlah resistor variabel ( rheostat ) ke posisi minimum ( 0% ). 5. Nyalakan osiloskop, naikkan saklar MCCB, aturlah saklar excitation supply hingga tegangan medan mencapai 80 V dan tekanlah tombol start untuk mengoperasikan drive. Jika LED 7 menyala, berarti drive siap untuk dioperasikan. Jika tidak, hentikan prosedur percobaan berikutnya dan panggillah asisten yang sedang bertugas. 6. Putarlah secara perlahan kontrol set speed searah jarum jam hingga kecepatan motor mencapai 200 rpm. Catatlah posisi set speed, tegangan jangkar, tegangan input ramp TP11, tegangan keluaran tacho TP16 dan tegangan rangkaian penyalaan konverter TP Ulangi prosedur 6, untuk setiap kenaikan 200 rpm kecepatan motor hingga mencapai 1400 rpm. 26

27 8. Ulangi prosedur 6 dan 7, untuk mendapatkan arah putaran reverse dengan memutar set speed berlawanan arah jarum jam. IV.B PERCOBAAN ARUS MEDAN PENUH KONDISI BERBEBAN. 1. Atur set speed hingga kecepatan motor mencapai 200 rpm. Aturlah kontrol pengatur beban hingga mencapai setengah beban penuh kira-kira 4,5 A. Pastikan tegangan jangkar tidak mencapai 250 V. 2. Catatlah posisi set speed, tegangan jangkar, tegangan input ramp TP11, tegangan keluaran tacho TP16 dan tegangan rangkaian penyalaan konverter TP Ulangi prosedur 2, untuk setiap kenaikan 200 rpm kecepatan motor hingga mencapai 1400 rpm. 4. Ulangi prosedur 2 dan 3, untuk mendapatkan arah putaran reverse dengan memutar set speed berlawanan arah jarum jam. IV.C PERCOBAAN ARUS MEDAN SETENGAH PENUH KONDISI BERBEBAN. 1. Atur set speed hingga kecepatan motor mencapai 200 rpm dan aturlah resistor variabel ( rheostat ) ke posisi 50%. 2. Catatlah posisi set speed tegangan jangkar, tegangan input ramp TP11, tegangan keluaran tacho TP16 dan tegangan rangkaian penyalaan konverter TP Ulangi prosedur 2, untuk setiap kenaikan 200 rpm kecepatan motor hingga mencapai 1400 rpm. 4. Ulangi prosedur 2 dan 3, untuk mendapatkan arah putaran reverse dengan memutar set speed berlawanan arah jarum jam. 5. Aturlah kembali rheostat ke posisi minimum (0%) dan aturlah kontrol pangatur beban ke kondisi tanpa beban. 6. Kemudian putarlah set speed hingga kecepatan motor nol. Matikan pengoperasian drive dengan menekan tombol stop. 7. Kurangilah tegangan medan hingga nol dan putarlah saklar excitation supply ke posisi off. Kemudian turunkan saklar MCCB. 27

28 V. TUGAS 1. Buatlah data hasil pengamatan dalam bentuk tabel untuk masing-masing percobaan. 2. Hitunglah sudut tunda penyalaan konverter untuk setiap kondisi pembebanan dan penyuplaian tegangan medan. Gunakan rumus berikut : Dimana : V DC : Tegangan keluaran konverter V.35 V cos V LL : Tegangan masukan konverter DC 1 L : Sudut tunda penyalaan konverter 3. Buatlah grafik hubungan masukan ramp dan keluaran tacho terhadap kecepatan motor untuk kedua arah putaran motor. 4. Buatlah grafik hubungan kecepatan terhadap tegangan jangkar dan sudut tunda penyalaan konverter untuk setiap kondisi pembebanan dan besar penyuplaian tegangan medan dalam satu gambar. 5. Apa hubungan tegangan masukan ramp dan keluaran tacho terhadap kecepatan motor? Jelaskan! 6. Apa yang terjadi pada arah putaran motor ketika set speed diputar searah dan berlawanan arah jarum jam? Jelaskan! 7. Jelaskan pengaruh kondisi pembebanan dan besar penyuplaian tegangan medan terhadap sudut tunda penyalaan konverter yang diinginkan untuk menghasilkan kecepatan motor tertentu. 28

29 VI. GAMBAR RANGKAIAN PERCOBAAN 29

30 MODUL 4 PERCOBAAN 1 OPERASI MOTOR INDUKSI TERKONTROL DENGAN MENGGUNAKAN PWM INVERTER AC DRIVE I. TUJUAN PERCOBAAN 4. Memperkenalkan praktikan dengan pengoperasian PWM Inverter AC drive. 5. Mengetahui karakteristik kerja AC drive pada kondisi V/f linier dan pengaruhnya terhadap kinerja motor induksi. 6. Mempelajari dan menganalisa hubungan antara tegangan output dan frekuensi output inverter terhadap kecepatan motor. 7. Mempelajari efek dari voltage boost terhadap karakteristik tegangan per frekuensi. II. TEORI Teori terdapat pada bagian TEORI PERCOBAAN AC DRIVE. III. PERALATAN 1 Unit TecQuipment NE 7021 AC Machine Control Console 1 Motor Induksi yang dilengkapi dengan fasilitas pembebanan 1 Unit Power Faktor Meter 1 Unit Voltmeter AC 1 Unit Osiloskop Kabel-kabel penghubung. IV. PROSEDUR PERCOBAAN IV.A Pengenalan PWM Inverter 11. Buatlah rangkaian percobaan seperti pada gambar terlampir dan pastikan rangkaian sudah tersusun dengan benar. 12. Putarlah set speed kontrol hingga mencapai posisi minimum (berlawanan arah jarum jam). Pastikan torsi beban dalam keadaan bebas (nol). 13. Nyalakan dan kalibrasi osiloskop. 14. Nyalakan suplai utama dengan cara menaikkan MCCB sehingga lampu indikator suplai ON akan menyala. Alat ukur kecepatan digital pada panel akan menunjukkan nilai nol. 30

31 15. Tekanlah tombol start pada panel untuk mengaktifkan inverter. Jika inverter dalam keadaan baik, maka LED health pada inverter akan menyala. 16. Atur setting startup - control mode inverter pada kondisi remote (dilakukan oleh asisten). 17. Naikkan kecepatan motor perlahan-lahan dengan cara memutar kontrol set speed searah jarum jam. Perhatikan gelombang keluaran dari PWM inverter yang tertera pada layar osiloskop. 18. Turunkan kecepatan secara perlahan-lahan sehingga motor berhenti berputar. IV.B Operasi PWM Inverter dalam kondisi V/f linier 1. Pilihlah menu diagnostic - drive frequency pada papan kontrol MMI pada inverter. Pada kondisi ini, drive frequency harus menunjukkan nilai nol (dilakukan oleh asisten). 2. Naikkan kecepatan motor perlahan-lahan dengan cara memutar kontrol set speed searah jarum jam. Untuk setiap kenaikkan 50 rpm, catat nilai torsi, frekuensi drive, tegangan motor, arus motor dan faktor daya hingga kecepatan motor mencapai 600 rpm. 3. Mulai dari 600 rpm naikkan kecepatan perlahan-lahan hingga kecepatan mencapai 1800 rpm. Setiap kenaikkan 100 rpm catat nilai torsi, frekuensi drive, tegangan motor, arus motor dan factor daya. PERHATIAN Proses pengambilan data untuk kondisi kecepatan motor diatas 1300 rpm harus dilakukan sesegera mungkin, karena apabila terlalu lama dapat menyebabkan kerusakan pada mesin. 4. Tekan tombol stop dan putarlah kontrol set speed berlawanan arah jarum jam hingga posisi minimum. Tunggu hingga motor berhenti berputar. 5. Ubahlah setting dari fixed voltage boost ke posisi 6% melalui papan kontrol MMI pada inverter. Pilihlah operasi fixed boost dan disable -kan autoboost. Perubahan setting ini harus di-save melalui papan kontrol MMI (dilakukan oleh asisten). 6. Untuk setiap setting voltage boost, ulangi prosedur nomor 2 dan Tekan tombol stop dan putarlah kontrol set speed berlawanan arah jarum jam hingga posisi minimum. Tunggu hingga motor berhenti berputar. 8. Kembalikan setting voltage boost ke semula (0 %) melalui papan kontrol MMI. Save perubahan setting ini. 9. Matikan suplai utama (MCCB utama). 31

32 Praktikum Elektronika Daya V. TUGAS 8. Buatlah data hasil pengamatan dalam bentuk tabel untuk masing-masing percobaan! Voltage boost = 0 % N T f V I pf Pin Pout V/f Pin = Pout = 3 V I pf T n Pout = 100% Pin 9. Buatlah grafik hubungan antara : a. V/f vs n b. T vs n c. I vs n d. V vs n e. pf vs n f. vs n untuk percobaan pada voltage boost = 0 % dan 6 %! 10. Buatlah analisa dari tiap-tiap grafik diatas! 11. Mengapa daerah torsi konstan merupakan daerah kerja yang paling luas? Jelaskan! 12. Mengapa tegangan motor tidak lagi proposional terhadap frekuensi motor ketika beroperasi diatas basis frekuensi? 13. Mengapa voltage boost hanya ada saat motor beroperasi pada kecepatan rendah? 32

33 PERCOBAAN 2 KARAKTERISTIK MOTOR INDUKSI PADA VARIASI FREKUENSI DAN VARIASI BEBAN I. TUJUAN PERCOBAAN 1. Mempelajari dan menganalisa karakteristik kerja motor pada kondisi frekuensi yang berbeda-beda dengan variasi beban. 2. Mempelajari efek dari frekuensi operasi terhadap efisiensi motor. 3. Mempelajari efek dari frekuensi operasi terhadap faktor daya motor. II. TEORI Teori terdapat pada bagian TEORI PERCOBAAN AC DRIVE. III. PERALATAN 1 Unit TecQuipment NE 7021 AC Machine Control Console 1 Motor Induksi yang dilengkapi dengan fasilitas pembebanan. 1 Unit Power Faktor Meter 1 Unit Voltmeter AC Kabel-kabel penghubung IV. PROSEDUR PERCOBAAN IV.A Karakteristik Drive pada kondisi frekuensi tetap 1. Buatlah rangkaian percobaan seperti pada gambar terlampir dan pastikan rangkaian sudah tersusun dengan benar. 5. Putarlah set speed kontrol hingga mencapai kecepatan nol (minimum). Pastikan torsi beban dalam keadaan bebas (nol). 6. Nyalakan suplai utama dengan cara menaikkan MCCB sehingga lampu indikator suplai ON akan menyala. Alat ukur kecepatan digital pada panel akan menunjukkan nilai nol. 7. Tekanlah tombol start pada panel untuk mengaktifkan inverter. Jika inverter dalam keadaan baik, maka LED health pada inverter akan menyala. 8. Atur setting startup - control mode inverter pada kondisi remote. 9. Pilihlah menu diagnostic - drive frequency pada papan kontrol MMI pada inverter. Pada kondisi ini, drive frequency harus menunjukkan nilai nol. 33

34 10. Naikkan kecepatan motor perlahan-lahan dengan cara memutar kontrol set speed searah jarum jam hingga frekuensi meter menunjukkan nilai 45 Hz. Tinggalkan kontrol set speed pada posisi ini. 11. Variasikan torsi beban dari keadaan tanpa beban hingga keadaan beban penuh dengan tingkat kenaikkan 0,5 Nm. Untuk setiap kondisi kenaikkan torsi beban, catat nilai torsi motor, kecepatan, tegangan motor, arus motor, dan faktor daya. 12. Ulangi prosedur nomor 7 dan 8 untuk frekuensi 30 Hz dan 15 Hz. 13. Kembalikan torsi beban pada posisi minimum (bebas). IV.B Karakteristik Drive pada kondisi frekuensi variabel 1. Frekuensi drive saat ini pada posisi 15 Hz. Atur torsi beban sehingga torsi meter menunjukkan angka 3,5 Nm. Tinggalkan torsi beban dalam keadaan ini. 2. Naikkan frekuensi motor dengan cara memutar kontrol set speed searah jarum jam. Untuk setiap kenaikkan frekuensi 5 Hz, catat besarnya torsi motor, kecepatan, tegangan motor, arus motor dan faktor daya motor. Lakukan proses ini hingga frekuensi motor mencapai 50 Hz. 3. Lepaskan torsi beban. Tekan tombol stop dan putarlah kontrol set speed berlawanan arah jarum jam hingga posisi minimum. Tunggu hingga motor berhenti berputar. Matikan suplai utama (MCCB utama). V. TUGAS 8. Buatlah data hasil pengamatan dalam bentuk tabel untuk masing-masing percobaan! 9. Untuk percobaan IV.A., buatlah grafik hubungan antara : a. T vs n b. I vs n c. Pin vs n untuk f = 45 Hz, f= 30 Hz, dan f = 15 Hz! Berikan analisa grafik! 10. Untuk percobaan IV.B., buatlah grafik hubungan antara : a. T vs f b. Pin vs f c. I vs f d. n vs f e. pf vs f f. vs f Berikan analisa grafik! 11. Buatlah kurva hubungan antara efisiensi dan daya keluaran untuk f = 15 Hz, 30 Hz, dan 45 Hz dalam satu grafik! 12. Pada kondisi frekuensi tetap, jelaskan pengaruh dari peningkatan torsi beban terhadap arus, faktor daya, dan efisiensi! 34

35 13. Hitung prosentase pengaturan kecepatan ketika beban divariasikan pada frekuensi 45 Hz dan 10 Hz! Jelaskan perbedaannya! 14. Pada kondisi frekuensi variabel, jelaskan pengaruh perubahan frekuensi terhadap arus, faktor daya dan efisiensi! 35