SOLUSI PR-08 (Thyristor dan UJT)

Transkripsi

1 SOLUSI PR-08 (Thyristor dan UJT) SOAL- Tinjau rangkaian listrik di bawah ini. Sumber tegangan V i (t) = V m sin ωt merupakan tegangan jala-jala listrik (PLN) di mana Vm = volt, dan RL mewakili resistansi beban elemen kawat sebuah alat pemanas listrik. Nilai RL = 200. a b c

2 Gambar : (a) Rangkaian kendali daya beban menggunakan SCR dan rangkaian pembangkit pulsa trigger (b) Bentuk gelombang teganga SCR VAK (ωt) (c) bentuk gelombang arus beban IL (ωt) Pertanyaan: (a) Turunkan Persamaan yang menyatakan hubungan nilai rms arus beban Irms dan sudut penyalaan Thyristor (b) Berdasarkan jawaban (a) hitung nilai rms arus beban Irms serta daya P = Irms 2. RL Untuk sudut penyalaan Thyristor: ϕ = 0 o, 45 o, 60 o, 90 o, dan 20 o. Jawab: (a) Persamaan umum nilai rms arus beban I rms = 2π [i 2π L (θ)] 2 0 dθ () Di mana i L (θ) = I m sin θ. Persamaan () di atas dengan menggunakan hubungan sin 2 (θ) = ½ - ½. cos(2θ), dapat ditulis sebagai: I rms = I m 2 2π 0 2π [½ ½. cos(2θ)] dθ = I m 2π [ cos(2θ)] 2 π 0 dθ (2) Dengan meihat kurva/ bentuk gelombang il (θ) pada gambar di atas di mana nilai il (θ) = 0 untuk < θ 2, batas integrasi pada persamaan (2) dapat di ubah menjadi: 2π F (θ) = [ cos(2θ)] π dθ = [ cos(2θ)] dθ F (θ) = [θ sin 2θ] π 2 = (π sin 2π) ( sin 2) 2 2 (π 0) ( sin 2) = π + sin 2 (3) 2 2 Dengan substitusi bentuk fungsi F(θ) pada persamaan (3) ke persamaan (2) diperoleh hubungan antara nilai rms arus beban dengan parameter sudut penyalaan SCR I rms = I m (π + sin 2) (4) 2 π 2 Sedang besarnya daya yang diberikan pada beban 2 P = I rms R L (5)

3 (b) Berdasarkan persamaan (4) dan (5), dapat dihitung nilai rms arus beban Irms serta daya yang diberikan pada beban untuk nilai-nilai parameter sudut penyalaan Thyristor, ϕ sebagai berikut ( dengan pembulatan untuk nilai daya P ): Φ 0 o 45 o 60 o 90 o 20 o Irms A A A 0.55 A A P 2 W 0 W 97 W 6 W 24 W SOAL-2: Untuk mewujudkan bagian rangkaian pembangkit pulsa trigger untuk modul kendali daya listrik seperti di sebutkan pada SOAL- di atas, akan digunakan sebuah rangkaian osilator relaksasi menggunakan komponen UJT seperti ditunjukkan pada gambar di bawah ini, dengan nilai VZ = 0 V untuk komponen diode Zener. Gambar 2: (a) Rangkaian penghasil pulsa trigger yang di sinkronkan fasa-nya dengan timing jala-jala listrik PLN (a) Gambar bentuk gelombang tegangan Va (t) (jika efek pembebanan dioda Zener serta rangkaian di sebelah kanan-nya bisa diabaikan). Gambarkan pula bentuk gelombang tegangan VZ (t) (jika efek pembebanan rangkaian UJT di sebelah kanan-nya bisa di abaikan). Jadi apa peran komponen dioda Zener di sini? (b) Terlepas dari soal sinkronisasi dengan timing jala-jala di atas, hitunglah rentang nilai yang sesuai untuk kompone resistor R. Jika digunakan komponen sebuah UJT dengan nilai parameter η = 0.68, IP = 2 µa dan IV = 4 ma. Pertama-tama hitunglah nilai parameter VV dan VP menggunakan hubungan: VP = 0.7 V + η.vbb, dan VV = 0. VBB, lalu hitunglah rentang nilai R: R.min < R < R.max.

4 (c) Pilihlah suatu harga tertentu dari nilai R yang memenuhi jawaban soal (c) di atas, misalnya dengan menghitung nilai rata-rata dari kedua batas harga R di atas. Dari pilihan harga R ini, hitunglah harga komponen kapasitor C yang sesuai, berdasarkan hubungan: Di mana f : frekuensi jala-jala listrik PLN. f = R C.ln( η ) (*) Jawab: (a) Gambar Bentuk Gelombang Gambar bentuk gelombang Va (t): output penyearah setengah gelombang dengan mengabaikan efek pembebanan rangkaian di sebelah kanannya) Gambar bentuk gelombang VZ (t): tegangan pada diode Zener dengan mengabaikan efek pembebanan rangkaian di sebelah kanannya)

5 (b) Pemilihan nilai resistansi R Sesuai dengan penjelasan di buku Thomas L. Floyd -6, agar operasi ON dan OFF komponen UJT dapat berlangsung dengan benar, resistansi R perlu dipilih agar nilainya berada di antara suatu rentang harga antara R.min dan R.max sebagai berikut: R.min = V BB V V I V dan R.max = V BB V P I P Di mana VP = 0.7 V + VBB = (0.68 * 0) = 7.5 V, dan VV = 0. x VBB =.0 V Dengan memasukkan nilai-nilai parameter di atas diperoleh batas harga untuk R, yaitu R.min = 2.25 k, dan R.max =.25 M. Jika di ambil nilai rata=rata dari kedua batas ini, diperoleh nilai R.ave = (R.min + R.max) / 2.0 = Dengan menggunakan nilai rata-rata dari R di atas, dapat dipilih nilai kapasitansi yang sesuai berdasarkan persamaan (*) C = f. R. ln ( = [(50)(626.25). ln ( η ) 0.68 )] 28 nf