PENYEARAH TERKENDALI SATU FASA BERUMPAN BALIK DENGAN PERUBAHAN GAIN PENGENDALI PI (PROPORSIONAL INTEGRAL)

Transkripsi

1 Media Elektrika, ol. 8, No. 1, Juni 015 ISSN PENYEARAH TERKENDALI SATU FASA BERUMPAN BALIK DENGAN PERUBAHAN GAIN PENGENDALI PI (PROPORSIONAL INTEGRAL) Adhi Kusantoro, ST, MT [1] Ir.Agus Nuwolo, MT [] 1, Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas PGRI Searang Jl. Sidodadi Tiur No.4 Dr.Cipto Searang Eail : adhiteknik@gail.co ABSTRACT Penyearah Tak-terkendali (penyearah) erupakan rangkaian yang engubah suber tegangan arus bolak-balik (AC) enjadi suber tegangan arus searah (DC) tetap. Penyearah terkendali (konverter) erupakan rangkaian yang engubah suber tegangan AC enjadi suber tegangan DC yang dapat dikendalikan/diatur. Dala perancangan rangkaian penyearah terkendali dapat dilakukan dengan upan balik tegangan enggunakan pengendali PI (Proporsional Integral). Peakaian pengendali proporsional integral (PI) pada penyearah terkendali satu fasa dan tiga fasa tanpa upan balik tidak berpengaruh terhadap besarnya aplitudo tegangan dan arus beban, sehingga aplitudo tegangan dan arus beban tidak dapat dikendalikan. Peasangan beban R, beban R-L, beban R-C pada penyearah terkendali upan balik satu fasa dan tiga fasa, aplitudo tegangan dan arus beban dapat dikendalikan dengan engatur harga proporsional integral. Seakin besar nilai proporsional integral (PI) aka aplitudo tegangan dan arus beban juga bertabah besar. Pada penyearah setengah gelobang tiga fasa, penggunaan beban R-L engakibatkan perubahan tegangan dan arus beban yang labat jika dibandingkan enggunakan beban R. Penyearah terkendali satu fasa dengan beban R-L-C enghasilkan aplitudo tegangan dan beban yang tetap, sehingga penggunaan pengendali proporsional integral kurang begitu berpengaruh terhadap keluaran pada beban. Kata Kunci : Penyearah Terkendali, Thyristor, Pengendali PI 1. PENDAHULUAN Rangkaian elektronika daya erupakan suatu rangkaian listrik yang dapat engubah suber daya listrik dari bentuk gelobang tertentu (seperti bentuk gelobang sinusoida) enjadi suber daya listrik dengan bentuk gelobang lain (seperti gelobang nonsinusoida atau gelobang arus searah) dengan enggunakan piranti seikonduktor daya. Seikonduktor daya eiliki peranan penting dala rangkaian elektronika daya. Seikonduktor daya dala rangkaian elektronika daya uunya dioperasikan sebagai sakelar (switching), pengubah (converting), dan pengatur (controlling) sesuai dengan unjuk kerja rangkaian elektronika daya yang diinginkan. Aplikasi rangkaian elektronika daya biasanya digunakan pada peralatan konversi daya listrik yang besar; seperti : transisi daya listrik, pengaturan otor listrik secara elektronis di industri, hingga peralatan listrik keperluan sehari-hari. Sebagai contoh pengaturan lapu (dier) dan Uninterutable Power Supply (UPS) Penyearah Terkendali Satu Fasa... 1

2 Media Elektrika, ol. 8, No. 1, Juni 015 ISSN erupakan aplikasi rangkaian elektronika daya yang sering dijupai dala peakaian sehari-hari.penyearah Takterkendali (penyearah) erupakan rangkaian yang engubah suber tegangan arus bolak-balik (AC) enjadi suber tegangan arus searah (DC) tetap. Penyearah terkendali (konverter) erupakan rangkaian yang engubah suber tegangan AC enjadi suber tegangan DC yang dapat dikendalikan/diatur. Penyearah terkendali banyak digunakan untuk rangkaian inverter dan soft starter.tujuan dari penelitian ini adalah untuk erancang penyearah terkendali yang epunyai kestabilan tegangan keluaran dengan perubahan beban, haronik tegangan yang rendah dan daya keluaran yang besar.hasil penelitian dapat enjadi salah satu inforasi, evaluasi, dan referensi Universitas PGRI Searang dala erancang penyerarah terkendali secara efektif. Dari data/ inforasi yang berupa tegangan, arus, dan haronisa tegangan dari rancangan rangkaian pengendali thyristor dapat digunakan untuk banyak aplikasi elektronika daya, isalnya variabel speed drive.. TINJAUAN PUSTAKA Penyearah thyristor dengan sudut fasa terkendali erupakan penyearah yang sederhana, lebih urah, dan efisiensi penyearah ini diatas 95%. Thyristor dapat dikendalikan sudut fasanya dengan eberikan sinyal kendali atau sinyal peicu pada gerbangnya. Aplikasi penyearah terkendali banyak digunakan di industri khususnya pada variable speed drives otor induksi dengan daya rendah sapai dengan daya yang tinggi. Penyearah terkendali dapat dikelopokkan dala dua jenis tergantung pada suber tegangan asukannya, yaitu penyearah terkendali satu fasa dan penyearah terkendali tiga fasa. Selain itu konverter penyearah terkendali dapat digolongkan lagi, yaitu seikonverter, konverter setengah gelobang, konverter gelobang penuh, dan dual konverter. Seikonverter erupakan konverter satu kuadran dan hanya eiliki satu polaritas tegangan dan arus keluaran. Konverter gelobang penuh erupakan konverter dua kuadran yang dapat epunyai tegangan keluaran positif aupun negatif. Sedangkan arus keluaran konverter gelobang penuh hanya berharga positif. Dual konverter akan bekerja pada epat kuadran dan dapat enghasilkan tegangan aupun arus keluaran yang berharga positif aupun negatif (Rashid, Power Electronics). Adhi Kusantoro, Agus Nuwolo

3 Media Elektrika, ol. 8, No. 1, Juni 015 ISSN Jika Gabar.1 Konverter thyristor setengah gelobang adalah tegangan asukan aksiu, aka tegangan keluaran ratarata dan rs dapat diturunkan sebagai berikut : dc 1 sin t. dt cos t dc (1 cos ) (.1) rs 1 4 sin t. dt 1/ (1 cos t). dt 1/ 1/ 1 sin (.) rs Gabar. Rangkaian seikonverter satu fasa Konverter gelobang penuh satu fasa banyak digunakan di industri dengan rating daya sapai dengan 15 kw. Konverter jenis ini sangat tergantung pada sudut penyalaan, sehingga tegangan keluaraan rata-rata dapat berharga positif aupun negatif dan beroperasi pada dua kuadran Tegangan keluaran rata-rata konverter gelobang penuh satu fasa dapat ditentukan sebagai berikut (Mohan, Power Electronics): dc sin t. dt cos t cos dc (.3) rs sin t. dt 1/ (1 cos t. dt) 1/ Penyearah Terkendali Satu Fasa... 3

4 Media Elektrika, ol. 8, No. 1, Juni 015 ISSN rs S (.4) pertaa bekerja sebagai penyearah aka konverter yang kedua akan bekerja sebagai inverter. Kedua konverter akan enghasilkan tegangan keluaran rata-rata yang saa.tegangan keluaran rata-rata konverter dual satu fasa ditentukan dengan persaaan sebagai berikut (Rashid, Power Electronics): dc 1 cos (.5) 1 dc cos (.6) dc1 dc atau Gabar.3 Konverter gelobang penuh satu fasa cos cos1 cos( 1) 3. METODE PENELITIAN Gabar.4 Rangkaian konverter dual satu fasa Konverter dual satu fasa banyak digunakan pada variabel speed drive otor induksi. Sudut 1, adalah sudut penyalaan konverter 1 dan. Jika konverter yang Gabar 3.1 Algorita penelitian 4 Adhi Kusantoro, Agus Nuwolo

5 Media Elektrika, ol. 8, No. 1, Juni 015 ISSN Pendekatan yang digunakan dala pelaksanaan penelitian ini enggunakan pendekatan kuantitatif. Kebutuhan asyarakat industri akan peakaian penyerarah terkendali untuk engendalikan esin esin di industri dengan kualitas yang baik pada saat sekarang sangat dibutuhkan, karena sangat epengaruhi proses produksi. Populasi dala penelitian ini adalah rangkaian penyearah terkendali satu fasa dan penyearah terkendali tiga fasa. Pengabilan sapel dilakukan dengan ebuat odel siulasi enggunakan Power Siulator (PSi 9.) dan ipleentasi rangkaian berdasarkan rancangan odel. Sapel diperoleh dengan engabil data baik pada asukan aupun pada beban. Instruen yang digunakan dala penelitian ini adalah variabel atau besaran listrik yang eliputi tegangan beban, arus beban, daya beban, dan haronisa tegangan. Teknik pengupulan data atau pengabilan datadilakukan dengan elakukan pengujian odel siulasi enggunakan beban yang berbeda. Beban yang digunakan berupa beban resitif (R), induktif (L), dan kapasitif (C) dan peasangannya secara seri aupun paralel. Model rangkaian enggunakan suber satu fasa dan tiga fasa 4. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Tanpa Upan Balik Gabar 4.1 Rangkaian penyearah terkendali tanpa upan balik. Gabar 4. Bentuk gelobang keluaran pada pengaturan PI = 91. Gabar 4.3 Bentuk gelobang keluaran pada pengaturan PI = 31. Dengan pengaturan harga proporsional integral (PI) pada penyearah terkendali satu fasa tanpa upan balik tidak berpengaruh terhadap aplitudo tegangan dan arus Penyearah Terkendali Satu Fasa... 5

6 Media Elektrika, ol. 8, No. 1, Juni 015 ISSN beban. Pengaruhnya hanya pada bentuk gelobang tegangan dan arus beban. B. Dengan Upan Balik. Gabar 4.4 Rangkaian penyearah terkendali setengah gelobang. Gabar 4.5 Bentuk gelobang keluaran penyearah setengah gelobang Dala perancangan penyearah terkendali satu fasa dengan upan balik, aka tegangan keluaran pada beban eberikan sinyal upan balik yang dibandingkan dengan tegangan asukan elalui koparator Op-Ap. Selisih sinyal ini akan digunakan sebagai sinyal peicu pada thyristor.beban R-L-C pada rangkaian gabar 4.6 dapat diganti dengan beban R, beban R-L, dan beban R-C. Penggunaan beban resitif eperlihatkan bahwa aplitudo tegangan beban akan berkurang pada saat enggunakan nilai proporsional integral yang rendah, sehingga seakin rendah harga paraeter proporsional integral aka aplitudo tegangannya akan seakin kecil. Beban R-L yang digunakan dala penyearah terkendali satu fasa dengan kapasitas 6 oh dan 0.01 H, sedangkan beban R-C dengan kapasitas 4 oh dan 800 F. Beban R-L-C seri yang digunakan dala penyearah terkendali gabar 4.6 dengan kapasitas 4 oh, 0,01 H, dan 0,8 µf. Gabar 4.7 Bentuk gelobang tegangan dan arus pada pengaturan PI = 100 beban R. Gabar 4.6 Rangkaian penyearah terkendali gelobang penuh beban R-L-C. 6 Adhi Kusantoro, Agus Nuwolo

7 Media Elektrika, ol. 8, No. 1, Juni 015 ISSN Gabar 4.8 Bentuk gelobang tegangan dan arus pada pengaturan PI = 15beban RL. C. Penyearah Terkendali Terhubung Seri Dala perancangan pada gabar 4.1 digunakan dua buah penyearah terkendali dengan beban R-L terhubung secara seri dan kapasitas beban yang digunakan asing asing 50 oh dan 0,006 H. Hasil pengujian eperlihatkan kedua konverterenghasilkan aplitudo tegangan yang saa besar dan saling berlawanan. Gabar 4.9 Bentuk gelobang tegangan dan arus pada pengaturan PI = 1 beban RC. Jika kapasitas beban R-C pada rangkaian penyearah terkendali gelobang penuh satu fasa berubah enjadi 400 oh dan 0,8µF, akaseakin besar nilai proporsional integral akan enyebabkan respon keluaran seakin cepat encapai aplitudo tegangan beban yang diinginkan. Gabar 4.1 Rangkaian dual konverter satu fasa beban RLC. Gabar 4.10 Bentuk gelobang tegangan beban pada pengaturan PI = 58 beban RC. Gabar 4.13 Bentuk gelobang tegangan keluaran beban RL. Gabar 4.11 Bentuk gelobang tegangan dan arus pada pengaturan PI = 17 beban RLC. Penyearah Terkendali Satu Fasa... 7

8 Media Elektrika, ol. 8, No. 1, Juni 015 ISSN Tabel 4.1 Hasil pengujian penyearah terkendali Gabar 4.14 Bentuk gelobang tegangan keluaran beban RC. Gabar 4.15 Bentuk gelobangtegangan keluaran beban RLC. 5. KESIMPULAN 1. Peakaian pengendali proporsional integral (PI) pada penyearah terkendali satu fasa tanpa upan balik tidak berpengaruh terhadap besarnya aplitudo tegangan dan arus beban, sehingga aplitudo tegangan dan arus beban tidak dapat dikendalikan.. Peasangan beban R, beban R-L, beban R-C pada penyearah terkendali upan balik satu fasa, aplitudo tegangan dan arus beban dapat dikendalikan dengan engatur harga proporsional integral. Seakin besar nilai proporsional integral (PI) aka aplitudo tegangan dan arus beban juga bertabah besar. 3. Penyearah terkendali satu fasa dengan beban R-L-C enghasilkan aplitudo tegangan dan beban yang tetap, sehingga penggunaan pengendali proporsional integral kurang begitu berpengaruh terhadap keluaran pada beban. 4. Pada penyearah setengah gelobang satu fasa dengan upan balik, pengaturan harga proporsional integral tidak berpengaruh terhadap besarnya aplitudo tegangan beban. DAFTAR PUSTAKA Hart, DW.(1997),Introduction to Power Electronics, Indiana: Prentice-Hall International, Inc. IEEE Transactions on Power Electronics. IEEE Transactions on Industry Applications. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 8 Adhi Kusantoro, Agus Nuwolo

9 Media Elektrika, ol. 8, No. 1, Juni 015 ISSN Kassakian (1991), Schlecht, and erghese,principles of Power Electronics, Addison Wesley. Mohan (003), Undeland, Robbins,Power Electronics, 3 rd ed., Wiley. P. Krein (1998), Eleents of Power Electronics, Oxford. Rashid, MH. (1988),Power Electronics: Circuits, devices and application, New Jersey: Prentice-Hall, Inc. Rashid (004), Power Electronics, 3 rd ed., Prentice Hall Penyearah Terkendali Satu Fasa... 9