ANALISIS PENGONTROL TEGANGAN TIGA FASA TERKENDALI PENUH DENGAN BEBAN RESISTIF INDUKTIF MENGGUNAKAN PROGRAM PSpice

Transkripsi

1 NLISIS PENGONTROL TEGNGN TIG FS TERKENDLI PENUH DENGN BEBN RESISTIF INDUKTIF MENGGUNKN PROGRM PSpice Heber Charli Wibiono Lumban Batu, Syamul mien Konentrai Teknik Energi Litrik, Departemen Teknik Elektro Fakulta Teknik Univerita Sumatera Utara (USU) Jl. lmamater, Kampu USU Medan INDONESI btrak Sumber tegangan tiga faa banyak digunakan di pabrikpabrik, alah atunya adalah digunakan untuk mengoperaikan motor tiga faa. Salah atu cara untuk mengatur tegangan tarting motor tiga faa adalah dengan menggunakan rangkaian pengontrol tegangan tiga faa. Rangkaian pengontrol tegangan tiga faa ini dapat diuun dari berbagai peralatan elektronika daya, alah atu jeni pengontrol tegangan tiga faa yang ering digunakan yaitu pengontrol tegangan tiga faa terkendali penuh. Tuga akhir ini dilakukan imulai menggunakan program PSpice untuk mengamati cara kerja SCR yang diuun anti pararel dan tegangan keluaran SCR dalam uatu rangkaian pengontrol tegangan tiga faa terkendali penuh, dengan beban yang digunakan yaitu reitif (R) dan reitif induktif (RL). Berdaarkan hail imulai diperoleh bentuk gelombang dan bearnya V O rm tegangan keluaran pengontrol tegangan tiga faa terkendali penuh. Dari hail data imulai dan perhitungan diperoleh, jika bearnya nilai udut penyalaan SCR di rubah > 0 0 maka bearnya nilai V O rm beban R dan RL terhubung bintang < (220 V) dan bearnya nilai V O rm beban R dan RL terhubung delta < (207,8 V). Bearnya V O rm beban R dan RL baik terhubung bintang maupun delta juga dipengaruhi oleh tegangan maukan, udut β, dan impedani beban. Kata Kunci: Pengontrol, SCR, PSpice, Beban RL 1. Pendahuluan Sumber tegangan tiga faa banyak digunakan di pabrikpabrik, alah atunya adalah digunakan pada pengaturan tarting motor tiga faa. Salah atu cara untuk mengatur tegangan tarting motor tiga faa adalah dengan menggunakan rangkaian pengontrol tegangan tiga faa. Rangkaian pengontrol tegangan tiga faa ini dapat diuun dari berbagai peralatan elektronika daya. Pada tuga akhir ini penuli akan membaha alah atu jeni pengontrol tegangan tiga faa yang ering digunakan yaitu pengontrol tegangan tiga faa terkendali penuh. Rangkaian pengontrol tegangan tiga faa terkendali penuh ini menggunakan enam buah SCR yang diuun anti pararel. Beban yang digunakan dalam imulai ini adalah beban reitif dan reitif induktif. Simulai pada tuga akhir ini menggunakan program PSpice, hail imulai ini berupa bentuk gelombang tegangan output dari rangkaian pengontrol tegangan tiga faa terkendali penuh. Tujuan dari penulian ini adalah untuk Menganalia tegangan output, pengaruh perubahan udut penyalaan SCR, dan perubahan impedani beban dari pengontrol tegangan tiga faa terkendali penuh dengan beban reitif dan reitif induktif 2. Pengontrol Tegangan Tiga Faa Diagram rangkaian pengontrol tegangan tiga faa terhubung delta dengan beban reiitif (R) dan reitif induktif (RL) ditunjukkan pada Gambar 1. dan Gambar 2. Urutan firing dari SCR adalah T 1,T 2,T 3,T 4,T 5,T 6. C VN B Gambar 1. Pengontrol tegangan tiga faa beban R terhubung delta [1] 70 DTE FT USU

2 Untuk beban reitif, tegangan faa keluaran rm dapat ditentukan dari [1]: V O = ( ) = 3 V C VN B Gambar 2. Pengontrol tegangan tiga faa beban RL terhubung delta [1] L1 L2 L3 (1) Tegangan keluaran rm untuk beban RL terhubung delta dapat ditentukan ebagai Berikut [1]: V O = ( ) [2] = 3 ( (2) Sudut dapat ditentukan dari peramaan berikut[2]: θ = tan 1 (ωl/r) (3) in( )= in( ) ( )( ) (4) = 6 (5) Untuk udut 60 α 90 V O = 6 (6) Untuk udut 90 α 150 V O = 6 (7) C VN N B Gambar 4. Rangkaian pengontrol tegangan tiga faa beban RL terhubung bintang [1] Tegangan keluaran rm untuk beban RL terhubung Bintang dapat ditentukan ebagai berikut [1]: Untuk 0 α 90 V O = 2 ( ) = 6 b L2 Van a L1 L3 c (8) Diagram rangkaian pengontrol tegangan tiga faa terhubung bintang dengan beban reiitif (R) dan reitif induktif (RL) ditunjukkan pada Gambar 3. dan Gambar 4. Urutan firing dari SCR adalah T 1,T 2,T 3,T 4,T 5,T 6. VN C N B Van n b c a Untuk udut 90 α 150 V O = 6 (9) Hampir emua litrik yang digunakan oleh indutri, dibangkitkan, ditranmiikan, dan di ditribuikan dalam item tiga faa. Sitem tiga faa ini memiliki bear yang ama untuk aru dan tegangan tetapi mempunyai perbedaan udut ebear 120 antar faanya. Sumbu ini diebut juga umbu yang eimbang. Van L1 Vcn Gambar 3. Pengontrol tegangan tiga faa beban R terhubung bintang [1] Vcn n Vbn L2 n L3 Van Tegangan keluaran rm untuk beban R yang terhubung Bintang dapat ditentukan ebagai berikut [1]: Untuk 0 α 60 V O = ( ) (a) Vbn (b) Gambar 5. (a) Rangkaian item tiga faa urutan abc. (b) Diagram faor ebuah item eimbang [3] 71 DTE FT USU

3 Sitem pada Gambar 5b diebut item urutan abc, di mana faa b tertinggal 120 terhadap faa a, dan faa c tertinggal 120 terhadap faa b. Hanya atu kemungkinan urutan lagi elain urutan abc, yaitu urutan acb. Beban pada gambar 5a dihubungkan dengan cara hubungan bintang. Dalam hubungan tipe bintang ini tegangannya adalah tegangan faa netral dan aru yang mengalir pada tiap faa beban adalah aru faa aluran. Daya yang digunakan pada maingmaing faa pada beban adalah [3]: P 1Φ = I L co (10) untuk item yang eimbang, daya totalnya adalah [3]: P T = P 3Φ = 3 I L co = 3 I L co = 3 V LL I L co (11) Gambar 7. Rangkaian pengontrol tegangan tiga faa beban R terhubung delta 3. Simulai Pengontrol Tegangan Tiga Faa Terkendali Penuh Langkah langkah pemograman dari imulai penyearah jembatan terkontrol penuh dengan menggunakan program PSpice yang pertama adalah menentukan bentuk rangkaian penyearah jembatan terkontrol penuh dan menentukan node titik pada tiap komponen yang menyuunnya, kedua membuat liting program dengan memperhatikan gambar rangkaian yang dilengkapi dengan node yang telah dibuat pada algoritma, ketiga run imulai gambar tegangan keluaran. Gambar 8. Rangkaian pengontrol tegangan tiga faa beban RL terhubung delta Gambar 9. Rangkaian pengontrol tegangan tiga faa beban R terhubung bintang Gambar 6. Diagram alir imulai tegangan keluaran pengontrol tegangan tiga faa terkendali penuh Gambar 10. Rangkaian pengontrol tegangan tiga faa beban RL terhubung bintang 72 DTE FT USU

4 4. nalia dan Pembahaan nalia dan pembahaan pengontrol tegangan tiga faa beban R dan RL terhubung delta Tegangan Maukan (V S ) = 120 V Frekueni = 50 Hz Sudut Picu ( ) = 60 0 Beban R 1,R 2,R 3 = 2.5 ohm Beban L 1,L 2,L 3 = 6.5 mh L 0,01 0,02 0,03 0,04 Gambar 11. Bentuk gelombang tegangan umber V LL dan beban R terhubung delta nalia gelombang tegangan keluaran rangkaian beban R terhubung delta: Pada Gambar 11 SCR 1 di triger pada udut 60 0 aru mengalir dari V melalui R 1, SCR 1, menuju V B. SCR 2 di triger pada udut aru mengalir dari V melalui SCR 2, R 3, menuju V C. SCR 3 di triger pada udut aru mengalir dari V B melalui R 2, SCR 3, menuju V C. SCR 4 di triger pada udut aru mengalir dari V 2, melalui SCR 4, menuju V. SCR 5 di triger pada udut aru mengalir dari V C melalui R 3, SCR 5, menuju V. SCR 6 di triger pada udut aru mengalir dari V C melalui SCR 6, R 2, menuju V B. Kemudian iklu berulang kembali dari SCR 1. Perhitungan untuk tegangan rm beban R terhubung delta: V O = = 169 V L ,01 0,02 0,03 0,04 Gambar 12. Bentuk gelombang tegangan umber V LL dan beban RL terhubung delta nalia gelombang tegangan keluaran rangkaian beban RL terhubung delta: Pada Gambar 12 SCR 1 di triger pada udut 60 0 aru mengalir dari V melalui R 1, SCR 1, menuju V B. SCR 2 di triger pada udut aru mengalir dari V melalui SCR 2, R 3, menuju V C. SCR 3 di triger pada udut aru mengalir dari V B melalui R 2, SCR 3, menuju V C. SCR 4 di triger pada udut aru mengalir dari V 2, melalui SCR 4, menuju V. SCR 5 di triger pada udut aru mengalir dari V C melalui R 3, SCR 5, menuju V. SCR 6 di triger pada udut aru mengalir dari V C melalui SCR 6, R 2, menuju V B. Kemudian iklu berulang kembali dari SCR 1. Karena pengaruh induktani pada rangkaian aru SCR 1, SCR 2, SCR 3, SCR 4, SCR 5, SCR 6 tidak akan jatuh menuju nol pada ωt = 180 0, ketika tegangan maukan mulai menjadi negatif. SCR 1, SCR 2, SCR 3, SCR 4, SCR 5, SCR 6 akan teru terhubung ampai aru jatuh menjadi nol pada ωt = β. Perhitungan untuk tegangan rm beban RL terhubung delta: Sin (β θ) = in (α θ) ( ) β = 218,535 0 V O = 3 = 193,261 V nalia dan pembahaan pengontrol tegangan tiga faa beban R dan RL terhubung bintang Tegangan Maukan (V S ) = 220 V Frekueni = 50 Hz Sudut Picu ( ) = 60 0 Beban R 1,R 2,R 3 = 2,5 ohm Beban L 1,L 2,L 3 = 6.5 mh 73 DTE FT USU

5 N nalia gelombang tegangan keluaran rangkaian beban RL terhubung bintang: Gambar 13. Bentuk gelombang tegangan umber V LN dan beban R terhubung Bintang nalia gelombang tegangan keluaran rangkaian beban R terhubung bintang: N Pada Gambar 13 dapat dilihat SCR 1 di triger pada udut 60 0 dan SCR 6 maih konduki kemudian aru mengalir dari V melalui SCR 1, beban R 1, beban R 3, SCR 6 menuju V B, SCR 1 maih konduki dan SCR 2 di triger pada udut kemudian aru mengalir dari V melalui SCR 1, beban R 1, beban R 2 menuju V C. SCR 3 di triger pada udut dan SCR 2 maih konduki ehingga aru mengalir dari V B melalui SCR 3, beban R 2, beban R 3 menuju V C, SCR 3 maih bekerja dan SCR 4 di triger pada udut ehingga aru mengalir dari V B melalui SCR 3, beban R 2, beban R 1, menuju V. SCR 5 di triger pada udut dan SCR 4 maih konduki ehingga aru mengalir dari V C melalui beban R 3, beban R 1, menuju V, SCR 6 di triger pada udut dan SCR 5 maih konduki ehingga aru mengalir dari V C melalui beban R 3, beban R 2, menuju V B. Siklu berulang kembali. Perhitungan untuk tegangan rm beban R terhubung bintang: V O = 6 = 156,2V 0,01 0,02 0,03 0,04 Gambar 14. Bentuk gelombang tegangan umber V LN dan beban RL terhubung bintang Pada Gambar 14 dapat dilihat SCR 1 di triger pada udut 60 0 dan SCR 6 maih konduki kemudian aru mengalir dari V melalui SCR 1, beban R 1, beban R 3, SCR 6 menuju V B, SCR 1 maih konduki dan SCR 2 di triger pada udut kemudian aru mengalir dari V melalui SCR 1, beban R 1, beban R 2 menuju V C. Karena pengaruh induktani pada rangkaian aru SCR 1 dan SCR 2, tidak akan jatuh menuju nol pada ωt = 180 0, ketika tegangan maukan mulai menjadi negatif. SCR 1 dan SCR 2 akan teru terhubung ampai aru jatuh menjadi nol pada ωt = β. Perhitungan untuk mencari udut β: Sin (β θ) = in (α θ) ( ) β = 218,535 0 Perhitungan untuk tegangan rm beban RL terhubung bintang: V O = 6 = 167 V Ket: hubungan bintang V S = 220V, hubungan Delta V S = 120V, R = 2,5Ω, L =6,5mH Gambar 15. Kurva bearnya tegangan keluaran dari berbagai variai udut penyalaan SCR hail imulai PSpice Pada Gambar 15 dapat dilihat bearnya nilai V O rm beban R terhubung bintang maupun terhubung delta berbanding terbalik dengan udut penyalaan SCR, jika bearnya nilai udut penyalaan SCR di rubah > 0 0 maka bearnya nilai V O rm beban R terhubung bintang maupun terhubung delta akan emakin kecil dari nilai tegangan maukan. Bearnya nilai V O rm beban RL terhubung bintang untuk udut penyalaan 74 DTE FT USU

6 SCR 10 0 = 220V nilai yang ama dengan tegangan maukan, etelah udut penyalaan SCR > 10 0 maka bearnya V O rm beban RL terhubung bintang < 220V. Begitu juga bearnya nilai V O rm beban RL terhubung delta untuk udut penyalaan SCR 10 0 ampai 30 0 = 207,8V nilai yang ama dengan tegangan maukan, etelah udut penyalaan SCR > 30 0 maka bearnya V O rm beban RL terhubung delta < 207,8V. tegangan tiga faa akan emakin bear mendekati nilai tegangan umber. 4. Perubahan udut penyalaan akan mempengaruhi tegangan keluaran dari SCR, emakin bear udut penyalaan maka akan emakin kecil tegangan keluaran SCR. 6. Ucapan Terima Kaih Penuli mengucapkan terima kaih kepada J. Lumban Batu dan L. br Sinambela elaku orang tua penuli, Ir. Syamul mien, M.Si elaku doen pembimbing, juga Yulianta Siregar, S.T.,M.T, dan Ir. Riwan Dinzi, M.T elaku doen penguji penuli yang udah membantu penuli dalam menyeleaikan paper ini, erta temanteman penuli yang udah memberikan dukungan elama pembuatan paper ini. 7. Daftar Putaka Ket: hubungan Bintang V S = 220V, hubungan delta V S = 120V, R=2,5 Ω Gambar 16. Kurva bearnya tegangan keluaran dari berbagai variai bearnya beban L dengan udut penyalaan 40 0 hail imulai PSpice Pada Gambar 16 dapat dilihat bearnya nilai V O rm beban RL terhubung bintang maupun terhubung delta berbanding luru dengan bearnya nilai induktani, emakin bear nilai induktani maka bearnya nilai V O rm beban RL terhubung bintang maupun terhubung delta akan emakin bear juga mendekati nilai tegangan maukan. [1]. Rahid, Muhammad H., Power Electronic Circuit, Device and plication Second Edition, PrenticeHall International Inc, [2]. Rahid, Muhammad H., Power Electronic handbook, academic pre, [3]. Stevenon, William D. & Grainger, John J., Power Sytem nalyi, Mc Graw Hill Inc, [2]. Rahid, Muhammad H., Power Electronic Handbook, cademic Pre, Keimpulan Setelah melakukan imulai dan perhitungan, maka penuli dapat mengambil keimpulan ebagai berikut: 1. Bentuk gelombang tegangan keluaran dari pengontrol tegangan tiga faa terkendali penuh dipengaruhi oleh bearnya tegangan maukan, udut penyalaan SCR, dan impedani beban. 2. Pada beban RL, pengontrolan efektif dapat dilakukan pada udut penyalaan > β. 3. Semakin bear nilai L pada rangkaian beban RL untuk udut penyalaan tertentu, maka tegangan keluaran pengontrol 75 DTE FT USU