Tugas Akhir STUDI DAN SIMULASI PERBAIKAN FAKTOR DAYA PADA MASUKAN PENYEARAH SATU FASA DIODA JEMBATAN DENGAN MEMAKAI FILTER PARALLEL-RESONANT

Transkripsi

1 Tugas Akhir STUDI DAN SIMULASI PERBAIKAN FAKTOR DAYA PADA MASUKAN PENYEARAH SATU FASA DIODA JEMBATAN DENGAN MEMAKAI FILTER PARALLEL-RESONANT Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Oleh : MALUM AMBARITA NIM : DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2008

2 Lembar Pengesahan STUDI DAN SIMULASI PERBAIKAN FAKTOR DAYA PADA MASUKAN PENYEARAH SATU FASA DIODA JEMBATAN DENGAN MEMAKAI FILTER PARALLEL-RESONANT Oleh : MALUM AMBARITA NIM : Disetujui Oleh, Dosen Pembimbing Ir. RISWAN DINZI, MT NIP : Diketahui Oleh, Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara Ir. NASRUL ABDI, MT NIP : DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2008

3 ABSTRAK Dalam tugas akhir ini dibahas metode perbaikan faktor daya pada masukan penyearah satu fasa dioda jembatan (brigde) dengan memakai filter parallel-resonant. Bila dibandingkan dengan penyearah dioda jembatan metode konvensional, penerapan metode filter parallel-resonant menunjukkan bahwa faktor daya masukan penyearah dijaga tetap tinggi sedangkan nilai rating dari komponen reaktif filter dan tekanan arus penyearah lebih kecil. Nilai komponen filter diperoleh dengan perhitungan untuk mendapatkan hasil yang optimal dari unjuk kerja penyearah. Bentuk gelombang dan nilai dari arus dan tegangan penyearah diperoleh dari simulasi komputer menggunakan SIMULINK. Data yang diperoleh dari simulasi digunakan untuk menghitung parameterparameter unjuk kerja penyearah.

4 KATA PENGANTAR Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan kepada Penulis berkat dan karunianya kepada penulis kesehatan, ilmu pengetahuan, kecukupan dana dan waktu untuk menyelesaikan tugas akhir ini. Adapun judul tugas akhir ini adalah Studi Dan Simulasi Perbaikan Faktor Daya Pada Masukan Penyearah Satu Fasa Dioda Jembatan Dengan Memakai Filter Parallel-Resonant. Tugas akhir ini dibuat sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan sarjana di Departeman Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Tugas akhir ini Penulis persembahkan kepada orang tua penulis, A. Ambarita dan B.O Siboro (+) juga kepada Abang, Kakak dan Adikku yang telah memberikan dukungan moral, saran dan materi yang sangat berarti. Dengan terselesaikannya tugas akhir ini penulis, mengucapkan banyak terima kasih kepada pihak yang telah memberikan bantuan. Adapun pihak-pihak itu adalah : 1. Bapak Ir. Nasrul Abdi MT, selaku Ketua Departemen Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara. 2. Bapak Rahmad Fauzi ST, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara 3. Bapak Ir. Riswan Dinzi MT, selaku Pembimbing Tugas Akhir atas segala bimbingan dan motivasinya. 4. Bapak Soeharwinto ST, MT selaku dosen wali penulis.

5 5. Seluruh staf pengajar khususnya konsentrasi Teknik Energi Elektrik Departemen Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara. 6. Semua pegawai pada Departemen Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara. 7. Rekan-rekan mahasiswa program pendidikan sarjana ekstensi di Departeman Teknik Elektro angkatan 2004 khususnya Jhon P.M, Marudut Limbong, Sukra Zainuddin dan Rahmad Zulfahri yang telah memberikan bantuan. 8. Semua pihak yang tidak tersebutkan yang turut membantu penyelesaian tugas akhir ini. Kesempurnaan tiada batas, namun penulis telah melakukan dengan setia setiap usaha yang mungkin untuk memberikan yang terbaik dalam penyusunan tugas akhir ini. Semoga tugas akhir ini bermanfaat. Medan, Juni 2008 Penulis Malum AMBARITA NIM :

6 DAFTAR ISI Abstrak... i Kata Pengantar... ii Daftar Isi... iv Daftar Gambar... vii Daftar Tabel... ix BAB I PENDAHULUAN... 1 I.1 Latar belakang... 1 I.2 Tujuan Penulisan... 1 I.3 Manfaat Penulisan... 3 I.4 Batasan Masalah... 2 I.5 Metodologi penulisan... 3 I.6 Sistematika penulisan... 3 BAB II PENYEARAH SATU FASA DIODA JEMBATAN (BRIDGE)... 5

7 II.1 Umum... 5 II.2 Dioda Daya... 6 II.2.1 Karakteristik Dioda... 6 II.2.2 Tipe Dioda Daya... 8 II.3 Penyearah satu fasa dioda jembatan... 8 II.4 Beban non linier dan akibatnya pada jaringan distribusi listrik II.5 Faktor daya sumber AC II.6 Parameter unjuk kerja penyearah BAB III PENYEARAH SATU FASA DIODA JEMBATAN DENGAN MEMAKAI FILTER PARALLEL-RESONANT III.1 Metode konvensional perbaikan faktor daya III.2 Menentukan nilai komponen filter pada metode konvensional III.3 Contoh disain filter III.4 Metode filter parallel-resonant pada penyearah satu fasa dioda jembatan III.5 Menentukan nilai komponen filter parallel-resonant III.6 Contoh disain filter... 29

8 BAB IV SIMULASI DAN PERHITUNGAN PARAMETER UNJUK KERJA PENYEARAH SATU FASA DIODA JEMBATAN IV.1 SIMULINK IV.2 Simulasi dengan SIMULINK penyearah satu fasa dioda jembatan metode konvensional IV.3 Langkah-langkah simulasi metode konvensional IV.4 Data hasil simulasi dengan metode konvensional IV.5 Perhitungan unjuk kerja penyearah satu fasa dioda jembatan metode konvensional IV.6 Simulasi dengan SIMULINK penyearah satu fasa dioda jembatan metode filter parallel-resonant IV.7 Langkah-langkah simulasi metode filter parallel-resonant IV.8 Data hasil simulasi dengan metode filter parallel-resonant IV.9 Perhitungan unjuk kerja penyearah satu fasa dioda jembatan metode filter parallel-resonant BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 47

9 V.1 Kesimpulan V.2 Saran Daftar Pustaka

10 DAFTAR GAMBAR Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar

11 Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar Gambar

12 DAFTAR TABEL Tabel Tabel Tabel Tabel

13 BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Kebutuhan akan pengendalian, pengkondisian dan konversi daya elektrik dari satu bentuk ke bentuk yang lain telah ada sejak lama. Hal ini terus meningkat yang diukur dalam kapasitas daya, kecepatan proses yang tinggi dan biaya yang rendah. Teknologi elektronika daya memungkinkan hal ini untuk dicapai. Salah satu bentuk konversi daya elektrik adalah pengubahan tegangan bolak-balik (AC) menjadi tegangan searah (DC) menggunakan penyearah (rectifier) satu fasa dioda jembatan. Kinerja penyearah dinyatakan dalam parameter-parameter unjuk kerja. Unjuk kerja penyearah satu fasa dengan metode konvensional biasanya rendah, tapi dapat diperbaiki dengan menambahkan filter kapasitif-induktif yang terhubung paralel (parallel-resonant) pada sisi masukan penyearah. Nilai dari komponen filter LC ditentukan dengan perhitungan untuk mendapatkan unjuk kerja yang optimal dari penyearah. Uji coba dengan simulasi komputer pada beberapa jenis pembebanan dilakukan untuk mendapatkan bentuk gelombang dan nilai dari arus dan tegangan untuk menunjukkan perbaikan unjuk kerja penyearah. I.2 Tujuan Penulisan

14 Adapun manfaat penulisan Tugas Akhir ini adalah : 1. Untuk menentukan sifat dan karakterisrik pada keadaan tunak (steady state) dari penyearah satu fasa dioda jembatan metode konvensional dan penyearah satu fasa dioda jembatan dengan memakai filter parallel-resonant. 2. Untuk menentukan nilai komponen filter yang sesuai agar diperoleh hasil yang optimal dari parameter-parameter unjuk kerja penyearah. 3. Untuk membuat simulasi komputer dengan SIMULINK dari penyearah satu fasa dioda jembatan metode konvensional dan penyearah satu fasa dioda jembatan dengan memakai filter parallel-resonant pada beberapa variasi nilai beban. I.3 Manfaat Penulisan Adapun manfaat penulisan Tugas Akhir ini adalah : 1. Diharapkan tulisan ini bermanfaat bagi penulis, serta orang yang berminat membaca tulisan ini. 2. Juga bermanfaat bagi masyarakat khususnya industri yang membahas hal yang sama I.4 Batasan Masalah Tulisan ini hanya membahas permasalahan yang mencakup tentang : 1. Bagaimana sifat dan karakterisrik pada keadaan tunak (steady state) dari penyearah satu fasa dioda jembatan metode konvensional dan penyearah satu fasa dioda jembatan dengan memakai filter parallel-resonant.

15 2. Bagaimana menentukan nilai komponen filter yang sesuai agar diperoleh hasil yang optimal dari parameter-parameter unjuk kerja penyearah. 3. Bagaimana membuat simulasi komputer dengan SIMULINK dari penyearah satu fasa dioda jembatan metode konvensional dan penyerah satu fasa dioda jembatan dengan memakai filter parallel-resonant pada beberapa variasi nilai beban. I.5 Metodologi Penulisan Studi dan simulasi perbaikan unjuk kerja penyearah satu fasa dioda jembatan dengan memakai filter parallel-resonant ini dilakukan Penulis dengan memakai berbagai cara agar dapat ditunjukkan parameter perbaikan unjuk kerja penyearah. Adapun cara yang dilakukan adalah : 1. Melakukan suatu studi literatur (kepustakaan) melalui sejumlah artikel dan buku buku yang berhubungan dengan topik yang dibahas. 2. Konsultasi dengan Dosen Pembimbing. 3. Membuat simulasi komputer dengan SIMULINK untuk mendapatkan nilai-nilai dan bentuk gelombang dari arus, tegangan dan daya sebagai pengganti percobaan laboratorium I.6 Sistematika Penulisan Tugas Akhir ini disusun berdasarkan sistematika pembahasan sebagai berikut : BAB I : PENDAHULUAN

16 Bab ini merupakan pendahuluan yang berisikan tentang latar belakang, tujuan penulisan, manfaat penulisan, batasan masalah, metodologi penulisan dan sistematika penulisan. BAB II : PENYEARAH SATU FASA DIODA JEMBATAN Bab ini menjelaskan tentang dioda, penyearah satu fasa dioda jembatan secara umum, parameter-parameter unjuk kerja dari penyearah. BAB III : PENYEARAH SATU FASA DIODA JEMBATAN DENGAN MEMAKAI FILTER PARALLEL-RESONANT Bab ini menjelaskan tentang penyearah satu fasa dioda jembatan dengan metode konvensional dan dengan metode filter parallel-resonant serta menentukan nilai komponen filter yang digunakan untuk metode konvensional dan metode filter parallelresonant. BAB IV. SIMULASI DAN PERHITUNGAN PARAMETER UNJUK KERJA PENYEARAH SATU FASA DIODA JEMBATAN. Bab ini berisi tentang gambar rangkaian simulasi komputer dengan SIMULINK untuk penyearah satu fasa dioda jembatan metode konvensional dan penyearah satu fasa dioda jembatan dengan memakai filter parallel-resonant. Dari simulasi ini diperoleh bentuk gelombang dan nilai arus dan tegangan untuk perhitungan parameter-parameter unjuk kerja penyearah. BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN.

17 Bab ini berisi kesimpulan dan saran tugas akhir ini. BAB II PENYEARAH SATU FASA DIODA JEMBATAN (BRIDGE) II.1 Umum Sebuah penyearah (Rectifier) mengacu pada proses pengubahan sinyal bolakbalik (AC) menjadi sinyal searah (DC) menggunakan dioda daya. Tujuan dari suatu penyearahan adalah menghasilkan suatu keluaran yang mendekati searah (DC) atau menghasilkan bentuk gelombang arus dan tegangan yang mengandung komponen DC dengan spesifikasi tertentu. Berdasarkan jumlah dioda yang digunakan, ada tiga jenis penyearah satu fasa dioda, yaitu : 1. Penyearah satu fasa dioda setengah gelombang 2. Penyearah satu fasa dioda gelombang penuh dengan transformator tap tengah (center-tapped) 3. Penyearah satu fasa dioda gelombang penuh jembatan Dari ketiga jenis penyearah satu fasa dioda, yang umum digunakan adalah penyearah satu fasa dioda jembatan (bridge). Hal ini disebabkan karena penyearah satu fasa setengah gelombang mengandung persentase riak yang besar, efisiensi yang rendah dan faktor penggunaan transformator yang rendah. Keuntungan lain pemakaian

18 penyearah satu fasa dioda gelombang penuh jembatan dibandingkan dengan penyearah satu fasa gelombang penuh dengan transformator tap tengah adalah berkurangnya tegangan puncak balik (peak inverse voltage) tiap dioda dan meningkatnya faktor penggunaan transformator pencatu penyearah. Istilah jembatan mengacu pada kesamaan bentuk hubungan dioda yang digunakan pada rangkaian dasar jembatan. Kualitas penyearah satu fasa dioda jembatan diukur dengan parameter-parameter penyearahan. II.2 Dioda Daya Dioda daya adalah komponen penting dalam rangkaian penyearah. Pada suatu penyearah, sebuah dioda berperan sebagai suatu saklar. Agar mudah, dioda biasanya dianggap ideal, artinya jatuh tegangan maju (forward voltage drop) dan waktu pemulihan mundur (reverse recovery time) diabaikan. II.2.1 Karakteristik Dioda Sebuah dioda daya adalah mirip dengan dioda sinyal yang terdiri komponen sambungan-pn (pn-junction) dua terminal. Dibandingkan dioda sinyal, dioda daya memiliki daya yang besar, kemampuan menangani tegangan dan arus yang lebih besar dibandingkan dengan dioda sinyal. Simbol dioda dan penampang sebagian dari sebuah sambungan-pn ditunjukkan pada Gambar 2.1.

19 anoda katoda anoda katoda p n i v i v (a) Sambungan-pn (b) Simbol dioda Gambar 2.1 Sambungan-pn dan simbol dioda Bila potensial anoda lebih positip terhadap katoda maka dioda terbias maju dan terkonduksi. Dalam kondisi ini dioda memiliki jatuh tegangan maju yang kecil dimana besarnya tergantung proses manufakturnya dan temperatur sambungan. Ketika potensial katoda lebih positip terhadap anoda, dioda dikatakan terbias mundur. Pada kondisi ini, sebuah arus mundur kecil (disebut juga arus bocor) dalam rentang mikro atau mili ampere mengalir dan arus bocor ini akan bertambah secara perlahan sesuai dengan peningkatan tegangan zener atau tegangan avalanche tercapai. Gambar 2.2 menunjukkan karakteristik dioda secara ideal dan praktek. Dari karakteristik tersebut : I D = Arus yang melalui dioda V D = Tegangan dioda dengan anoda positip terhadap katoda I S = Arus bocor (saturasi balik), biasanya bernilai 10-6 sampai Ampere.

20 i i ID -VBR o v VD o v Arus Bocor mundur (a) Karakteristik Praktek (b) Karakteristik Ideal Gambar 2.2 Karakteristik v-i dioda II.2.2 Tipe Dioda Daya Beberapa tipe dioda daya berdasarkan teknik pembuatannya adalah : 1. Dioda standar atau dioda serbaguna Sebuah dioda serbaguna mencakup tingkat arus mulai kurang dari satu ampere sampai beberapa ribu ampere, dengan tingkat tegangan antara 50 volt sampai sekitar 5 kv. 2. Dioda pemulihan cepat Dioda ini mencakup tingkat arus mulai kurang dari satu ampere sampai ratusan ampere dengan tingkat tegangan mulai 50 volt sampai 3 kv. 3. Dioda Schottky

21 Sebuah dioda Schottky memiliki tegangan jatuh maju yang relatif kecil. Tingkat arus dioda ini bervariasi dari 1 sampai 300 ampere dengan tegangan maksimum biasanya hanya 100 volt. Beberapa gambar dioda ditunjukkan pada Gambar 2.3. Gambar 2.3 Beberapa contoh dioda II.3 Penyearah satu fasa dioda jembatan Keunggulan utama dari penyearah satu fasa dioda jembatan dibandingkan dengan jenis penyearah yang lain adalah turunnya tegangan puncak balik (peak inverse voltage) dari tiap dioda dan meningkatnya faktor utilisasi dari transformator catu. Rangkaian penyearah satu fasa dioda jembatan ditunjukkan pada Gambar 2.4. A is io + D1 D3 Vp Vs Cf Beban Vo B D4 D2 - Gambar 2.4 Rangkaian penyearah satu fasa dioda jembatan

22 Vs Vm 0 π 2π ωt Vo Vm 0 π 2π ωt Gambar 2.5 Bentuk gelombang tegangan masukan (bagian atas), bentuk gelombang tegangan keluaran (bagian bawah). Cara kerja rangkaian adalah sebagai berikut. Bila terminal A sekunder transformator positip terhadap terminal B, arus mulai mengalir dari terminal A, lewat dioda-1, beban tahanan, dioda-2 dan menuju terminal B. Sebaliknya bila terminal B sekunder transformator positip terhadap terminal A, arus mengalir dari terminal B, lewat dioda-3, beban tahanan, dioda-4 dan menuju terminal A. Jadi pada setiap setengah siklus, rangkaian menyediakan jalan untuk aliran arus pada arah alternatif melalui catu, tapi pada arah yang sama melalui beban. Bentuk gelombang tegangan masukan dan keluaran penyearah satu fasa dioda jembatan untuk beban resistif ditunjukkan pada Gambar 2.5.

23 Suatu kapasitor C f ditempatkan pada sisi keluaran penyearah pada Gambar 2.4. Misalkan kapasitor awalnya tidak bermuatan dan kemudian rangkaian dienergi (energized) pada ωt = 0 dan dioda terbias maju pada saat sumber positip. Bersamaan dengan dioda yang konduksi (on), tegangan keluaran sama dengan tegangan sumber dan kapasitor dimuati (charges). Kapasitor dimuati sampai bernilai V m pada saat tegangan masukan mencapai nilai puncak positip pada ωt = π/2. Pada saat tegangan sumber mulai turun setelah ωt = π/2, kapasitor melepas muatan (discharges) ke beban. Pada saat bersamaan tegangan sumber menjadi lebih kecil dari tegangan keluaran, membuat dioda terbias mundur dan mengisolasi beban dari sumber. Bersamaan dengan dioda off, tegangan keluaran meluruh (decaying) secara eksponensial dengan konstanta waktu RC dari kapasitor. Jadi dengan menempatkan kapasitor pada sisi keluaran penyearah, tegangan keluaran penyearah tidak pernah bernilai nol sehingga mengurangi riak tegangan keluaran penyearah. Bentuk gelombang keluaran menjadi seperti Gambar 2.6 Vo Vm vo 0 π/2 π 2π ωπ Gambar 2.6 Bentuk gelombang tegangan keluaran dengan filter kapasitor. Besarnya ΔV o dihitung dengan pers. (2.1) yaitu, ΔV o = ripple % x V m (pers.2.1)

24 II.4 Beban non linier dan akibatnya pada jaringan distribusi listrik Penyearah dioda frekuensi jala-jala (line frequency) mengubah tegangan masukan bolak-balik menjadi tegangan keluaran searah. Bentuk gelombang arus jalajala tergantung pada jenis beban yang dicatu penyearah. Beban penyearah satu fasa umumnya adalah peralatan elektronik seperti televisi, peralatan kantor, battery charger, electronic ballasts sampai pemakaian di industri untuk tingkatan daya rendah. Secara umum beban adalah bersifat non linier, sehingga akan menghasilkan bentuk gelombang arus jala-jala yang tidak sinusoidal, sedangkan beban membutuhkan suatu catu tegangan dengan kandungan riak (ripple) yang rendah. Bentuk gelombang yang tajam (narrow) dari arus jala-jala akan mengurangi unjuk kerja dari penyearah. Beberapa akibatnya adalah kandungan harmonisa yang tinggi, faktor daya yang rendah, pemanasan berlebihan pada peralatan, rugi-rugi bertambah, dan distorsi tegangan jalajala melalui impedansi jala-jala. Adanya distorsi tegangan jala-jala akan mempengaruhi beban lain yang terhubung ke jaringan distribusi listrik. II.5 Faktor daya sumber AC Memperbaiki bentuk gelombang dari arus jala-jala dibutuhkan untuk mengurangi harmonisa arus jala-jala, dengan demikian akan memperbaiki faktor daya masukan penyearah. Ada beberapa cara untuk memperbaiki faktor daya penyearah satu fasa dioda jembatan, yaitu metode pasif dan metode aktif. Metode aktif adalah memakai saklar aktif (yang diatur dengan pengendali luar) bersamaan dengan komponen reaktif untuk meningkatkan keefektipan bentuk gelombang arus jala-jala dan menghasilkan tegangan keluaran yang dapat dikendalikan. Metode pasif adalah penambahan elemen

25 pasif (kapasitor dan induktor) pada rangkaian dioda penyearah jembatan untuk memperbaiki bentuk gelombang arus jala-jala tanpa dapat mengatur nilai tegangan keluaran penyearah. Faktor daya, PF, diartikan sebagai perbandingan antara daya aktif (active power) P dengan daya semu (apparent power) S. P Watt PF = = S VA (pers.2.2) Arus dan tegangan pada masukan penyearah diharapkan sefasa untuk mendapatkan faktor daya satu (unity power factor). Induktor dengan nilai tertentu yang dipasang pada masukan penyearah diperlukan untuk memperbaiki bentuk gelombang arus masukan penyearah, namun induktor ini akan menyebabkan arus tertinggal (lagging) terhadap tegangan. Induktor akan menyebabkan daya reaktif tertinggal (lagging VAR) seperti ditunjukkan pada Gambar 2.7(a). Semakin besar daya reaktif tertinggal akan menyebabkan sudut Φ L semakin besar sehingga VA masukan penyearah juga bertambah besar. Dari pers. 2.2 diatas semakin besar VA masukan penyearah maka faktor daya masukan penyearah akan semakin kecil. Watt V I ΦL VA VA I VAR ΦC Watt VAR V (a) (b) Gambar 2.7 Vektor diagram (a) VAR tertinggal dan (b) VAR mendahului

26 Untuk memperkecil VA maka daya reaktif tertinggal harus dikurangi dengan memasang kapasitor pada masukan penyearah. Suatu kapasitor akan menyebabkan daya reaktif mendahului (leading VAR) seperti pada Gambar 2.7(b). Semakin besar sudut Φ C maka semakin besar pula daya reaktif mendahului. Jadi, pada masukan penyearah dengan memasang induktor akan memperbaiki bentuk gelombang arus masukan dan pemasangan kapasitor akan mengurangi daya reaktif tertinggal sebagai akibat pemasangan induktor tersebut seperti tampak pada Gambar 2.8 berikut. VAR Capasitive VAR1 VAR2 Φ1 Φ2 VA1 VA2 Gambar 2.8 Vektor diagram untuk perbaikan faktor daya. Dari Gambar 2.8 tampak bahwa VA 1 akan lebih kecil dari VA 2 karena VAR 1 sudah berkurang sebesar VAR capasitive menjadi VAR 2 setelah pemasangan kapasitor. Dengan demikian akan memperbesar faktor daya (PF) masukan penyearah. II.6 Parameter Unjuk Kerja Penyearah Meskipun tegangan keluaran penyearah pada Gambar 2.5 adalah searah (DC), bentuknya tidak kontinu (karena tegangan keluaran pernah bernilai nol) dan efisiensi

27 penyearahan yang rendah. Kualitas pemrosesan daya penyearah memerlukan arus masukan, arus keluaran dan tegangan keluran. Parameter-parameter unjuk kerja suatu penyerah dihitung sebagai berikut: Nilai rata-rata tegangan keluaran, V DC Nilai rata-rata arus keluaran, I DC Keluaran daya DC, P DC = V DC I DC (pers. 2.3) Nilai rms tegangan keluaran, V rms Nilai rms arus keluaran, I rms Daya keluaran AC, P AC = V rms I rms (pers.2.4) Efisiensi sebuah penyearah, η = P P DC AC (pers.2.5) Nilai efektif (rms) komponen AC tegangan keluaran adalah : V AC = V (pers.2.6) 2 2 rms V DC Faktor bentuk (Form Factor, FF) yang mengukur bentuk tegangan keluaran. FF = V V rms DC (pers.2.7) Faktor riak (Ripple Factor, RF) yang mengukur kandungan riak. RF = V V AC DC (pers.2.8) Faktor penggunaan transformator, (Transformer Utilization Factor, TUF) TUF = P V DC s I s (pers.2.9) Dengan V s I s adalah nilai rms dari tegangan dan arus transformator. Faktor daya (Power factor, PF) masukan penyearah dihitung dengan

28 PF = V I V I S S1 S S Cosϕ (pers.2.10) dengan V S adalah nilai efektif tegangan masukan I S1 adalah nilai efektif komponen dasar arus saluran I S adalah nilai efektif arus saluran non sinusoidal Cos φ adalah sudut pergeseran antara arus dan tegangan BAB III PENYEARAH SATU FASA DIODA JEMBATAN DENGAN MEMAKAI FILTER PARALLEL-RESONANT

29 III.1 Metode konvensional perbaikan faktor daya Penyearah pada Gambar 2.4 mengandung arus yang non sinusoidal karena beban penyearah yang non linier. Tegangan hasil penyearahan mengandung riak yang besar. Untuk mencapai kandungan riak yang rendah dapat dilakukan dengan penambahan kapasitor C f pada sisi keluaran penyearah yang bernilai besar, seperti tampak pada Gambar 3.1. A is io + D1 D3 Vp Vs Cf Beban Vo B D4 D2 - Gambar 3.1 Rangkaian penyearah satu fasa dioda jembatan dengan memakai filter kapasitor Cf Dengan memakai kapasitor C f bernilai besar, interval konduksi dari dioda penyearah menjadi pendek tetapi arus jala-jala mengandung bentuk gelombang yang tajam (narrow). Misalkan pada Gambar 3.1 diatas nilai V S = 230 Volt dan beban 200 Watt dengan nilai filter C f = 470 μf maka bentuk gelombang arus jala-jala (masukan) tampak pada Gambar 3.2 sedangkan bentuk gelombang tegangan keluaran tampak seperti pada Gambar 3.3.

30 Gambar 3.2 Bentuk gelombang arus masukan dengan V S = 230 Volt, beban 200 Watt dan C f = 470 μf dari Gambar 3.1. Gambar 3.3 Bentuk gelombang tegangan keluaran dengan V S = 230 Volt, beban 200 Watt dan C f = 470 μf dari Gambar 3.1. Cara mudah untuk memperbaiki bentuk gelombang arus masukan, tanpa komponen tambahan adalah dengan menggunakan kapasitor C f bernilai yang lebih

31 rendah pada sisi keluaran. Bila hal ini dilakukan, riak tegangan keluaran bertambah dan interval konduksi dioda penyearah bertambah. Misalkan pada Gambar 3.1 diatas nilai V S = 230 Volt dan beban 200 Watt dengan memakai filter kapasitor yang bernilai lebih kecil, yaitu C f = 68 μf maka bentuk gelombang arus masukan tampak pada Gambar 3.4 sedangkan bentuk gelombang tegangan keluaran tampak pada Gambar 3.5. Gambar 3.4 Bentuk gelombang arus masukan dengan V S = 230 Volt, beban 200 Watt dan C f = 68 μf dari Gambar 3.1.

32 Gambar 3.5 Bentuk gelombang tegangan keluaran dengan V S = 230 Volt, beban 200 Watt dan C f = 68 μf dari Gambar 3.1. Metode sederhana untuk memperbaiki bentuk gelombang arus masukan adalah dengan menambahkan suatu induktor pada sisi keluaran penyearah seperti pada Gambar 3.6. Metode ini disebut dengan metode konvensional. Is Io Lf IL D1 D3 Cf RL VL Vs D4 D2

33 Gambar 3.6 Penyearah dioda jembatan dengan induktor pada sisi keluaran. Misalkan pada Gambar 3.6 diatas, untuk nilai V S = 230 Volt, beban resistansi R = 500 Ω, filter C f = 470 μf dan filter L f = 1000 mh. Bentuk gelombang arus dan tegangan masukan tampak pada Gambar 3.7. Gambar 3.7 Bentuk gelombang arus dan tegangan masukan untuk Gambar 3.6 dengan V S = 230 V, R = 500 ohm, C f = 470 μf dan L f = 1000 mh. Filter induktor juga dapat ditempatkan pada sisi masukan penyearah pada Gambar 3.8. Metode ini disebut dengan metode standar. Dengan cara ini untuk nilai

34 V S = 230 Volt, beban resistansi R = 500 Ω, filter C f = 470 μf dan filter L f = 130 mh, bentuk gelombang arus dan tegangan masukan tampak pada Gambar 3.9. Lf Io Is IL D1 D3 Cf RL VL Vs D4 D2 Gambar 3.8 Penyearah dioda jembatan dengan induktor pada sisi masukan.

35 Gambar 3.9 Bentuk gelombang arus dan tegangan masukan untuk Gambar 3.8 dengan V S = 230 V, R = 500 ohm, C f = 470 μf dan L f = 130 mh Jadi, dengan memakai filter induktansi L f yang nilainya besar (dengan metode konvensional maupun metode standar), arus induktor akan kontinu namun gelombang arus masukan sistem I s akan berbentuk persegi (square shape) seperti pada Gambar 3.7. Dengan metode konvensional maupun standar untuk V S = 230 V, R = 500 ohm, C f = 470 μf dan L f = 1000 mh cukup memberikan faktor daya masukan yang baik pada penyearah satu fasa dioda jembatan yakni sebesar 0,906 namun metode ini memakai nilai komponen fiter yang besar.

36 Bila filter induktansi L f bernilai rendah arus masukan sistem I s akan beroperasi pada mode diskontinu karena arus masukan akan bernilai nol sebelum ωt = π. Untuk nilai L f yang sangat rendah, bentuk gelombang arus masukan sangat tajam dan berada hampir di tengah dari bentuk gelombang setengah siklus tegangan seperti tampak pada Gambar Gambar 3.10 Bentuk gelombang arus masukan penyearah dengan nilai filter L f yang rendah untuk metode konvensional (bagian atas) dan metode standar (bagian bawah) Arus masukan I s mengandung komponen harmonisa ketiga dengan besaran yang patut dipertimbangkan, karena hal ini adalah penyebab utama rendahnya faktor daya masukan penyearah. Dari hasil simulasi untuk V S = 230 V, R = 500 ohm, C f = 470 μf dan L f = 68 mh faktor daya maksimum yang dapat dicapai adalah sebesar 0,735. Jadi dengan memakai filter induktor bernilai rendah akan menyebabkan rendahnya faktor daya masukan dari penyearah. Tentu saja dibutuhkan filter untuk menghilangkan komponen harmonisa ketiga dari arus masukan I s untuk memperbaiki faktor daya masukan. Dengan kata lain, suatu

37 filter induktor dengan ukuran besar dibutuhkan untuk memperbaiki faktor daya masukan penyearah. Namun demikian, filter induktor dengan ukuran besar mempunyai dampak negatif sehubungan dengan bertambahnya pengaturan pada tegangan keluaran dan kurang ekonomisnya sistem. Untuk Gambar 3.6 dan Gambar 3.8 diatas, nilai arus rata-rata beban adalah : I DC = V R L L pers.(3.1) Keluaran penyearah satu fasa dioda jembatan hanya mengandung komponen harmonisa genap (even harmonics) dan yang dominan adalah harmonisa orde ke-2 yang frekuensinya bernilai 2f (120 Hz). III.2 Menentukan nilai komponen filter pada metode konvensional Ada beberapa asumsi yang dipakai dalam menentukan komponen filter masukan dengan metode pada Gambar 3.6 di atas, antara lain : 1. Sumber AC V s dianggap ideal 2. Rugi-rugi induktor L f, rangkaian jembatan dan kapasitor C f dianggap tidak ada. 3. Beban dimodelkan dengan tahanan yang bervariabel nilainya. Dalam perhitungan, nilai tegangan masukan E i, tegangan keluaran V L dan daya keluaran P o dinyatakan dalam per unit (pu). Hubungan antara tegangan keluaran V L, nilai induktor L f dan daya keluaran P r ditunjukkan dengan grafik pada Gambar 3.11 berikut.

38 Gambar 3.11 Hubungan antara filter L f, daya beban P r dan tegangan beban V L untuk metode konvensional Hubungan antara faktor daya masukan penyearah dengan tegangan beban V L untuk metode penyearah pada Gambar 3.6 adalah seperti Gambar 3.12 berikut. Gambar 3.12 Hubungan faktor daya dan tegangan beban V L dengan metode Konvensional Dari grafik pada Gambar 3.11 dan Gambar 3.12 tampak bahwa nilai filter L i pada faktor daya masukan maksimum untuk beban 1.0 pu adalah 0.1 pu. Nilai komponen filter C f ditentukan dengan rumus :

39 C f = 2xV L p 100xI o, 2 x2xωx( ripple%) pers.(3.2) Pada pers.3.2 diatas, nilai I o2, V L, dan ω dinyatakan dalam per unit. Nilai V Lp pada pers. (3.2) diatas ditentukan dari Gambar Sedangkan nilai I o,2 adalah arus riak untuk frekuensi 2f (120 Hz) yang besarnya adalah : I o,2 = V m V Z 2 o pers.(3.3) Nilai ΔV o diperoleh dari pers.(2.1) sedangkan nilai Z 2 adalah impedansi untuk harmonisa orde ke-2 yang besarnya : Z 2 = R (pers.3.4) ( 2ωL) III.3 Contoh disain filter Berikut ini adalah contoh perhitungan nilai komponen filter dengan metode konvensional. E i = 1.0 pu P r = 1.0 pu V L = 1.0 pu Beban penyearah adalah 5000 W 1.0 pu, dengan tegangan masuk E i = 208 V rms 1.0 pu dan riak tegangan beban 5% dan frekuensi tegangan masuk 60 Hz. Dari nilai diatas : P pu arus = = = 24,04 Amp V 208 V pu impedansi = = = 8,65 Ω I 24, 04 1 pu ωt = 2πf = 377 rad/detik

40 8,65 1 pu induktansi = = 23 mh pu kapasitansi = 1 = 306,65 μf 8,65x377 Dengan memperhatikan Gambar 3.12 tampak bahwa faktor daya maksimum pada tegangan beban 1,1 pu. Dari Gambar 3.11 untuk daya 1,0 pu pada tegangan beban 1,1 pu diperoleh nilai induktansi 0,1 pu. Sehingga nilai filter induktansi sebenarnya adalah : L f = 0,1 x 23 mh = 2,3 mh Masih dari Gambar 3.12, untuk faktor daya maksimum maka tegangan keluaran V L (DC) adalah sekitar 1,12 pu. Maka nilai tegangan V L = 1,12 x 208 = 232,96 Volt Untuk riak tegangan keluaran 5% maka ΔV o dihitung dengan pers. (2.1) ΔV o = 0,05 x 2 x 208 = 14,7 Volt Nilai impedansi Z 2 dihitung dengan pers.(3.4) Z 2 = R 2 + ( 2ωL) 2 = 8, (2x 377x2,3x10 3 ) 2 = 8,822 Ω Maka nilai I o,2 sesuai pers.(3.3)

41 I o,2 = V m V Z 2 o = 2x208 14,7 8,822 = 31,67 Amp 1,317 pu Nilai filter C f dihitung dengan pers.(3.2) C f = 2xV Lp 100xI o, 2 x2xωx( ripple%) 100x1,317 2x1,12x2x1x5 = 8,31 pu Maka nilai C f sebenarnya = 8,31x306,65 = 2549,48 μf III.4 Metode filter parallel-resonant pada penyearah satu fasa dioda jembatan Penyearah satu fasa dioda jembatan dengan memakai filter parallel-resonant ditunjukkan pada Gambar 3.13 berikut. Metode filter parallel-resonant pada penyearah satu fasa dioda jembatan membantu mengurangi kelemahan-kelemahan pada metode konvensional maupun metode standar. Misalkan pada Gambar 3.13, untuk nilai V S = 230 Volt, beban resistansi R L = 500 ohm, filter C f = 470 μf dan filter L r = 240 mh serta C r = 4.7 μf bentuk gelombang arus masukan penyearah adalah seperti pada Gambar 3.12.

42 Lr Io Is IL Cr D1 D3 Cf RL VL Vs D4 D2 Gambar 3.13 Penyearah satu fasa dioda jembatan dengan filter parallel-resonant Gambar 3.14 Bentuk gelombang arus masukan (bagian atas) dan tegangan masukan

43 (bagian bawah) dari penyearah pada Gambar 3.13 Metode ini menghasilkan bentuk gelombang arus masukan dengan kualitas lebih baik dibandingkan dengan dua cara pada Gambar 3.6 maupun Gambar 3.8 diatas. Dengan cara ini akan dapat memperbaiki bentuk gelombang arus masukan seperti tampak pada Gambar 3.14, sekaligus memperbaiki faktor daya masukan, mengurangi tekanan arus penyearah dan menurunkan rating komponen filter. Dengan adanya filter parallel-resonant L-C pada nilai yang sesuai, maka filter akan menghasilkan suatu impedansi yang infinite terhadap komponen harmonisa ketiga dari arus masukan. III.5 Menentukan nilai komponen filter parallel-resonant Komponen harmonisa ke-3 dari impedansi ekivalen pada filter parallel-resonant diberikan dengan : 3X Lr = X Cr 3 atau C r = 1 9ω 2 L r (pers.3.5) Impedansi total dari rangkaian, Z TOT adalah : 1 Z TOT 1 1 = + (pers.3.6) Z Z Lr Cr Dimana untuk harmonisa orde ke-2 dengan frekuensi 2f (120 Hz) maka nilai impedansi L dan C adalah : Z Lr = 2ωL r (pers.3.7) Z Cr = 1 2ωC r (pers.3.8)

44 Ada beberapa asumsi yang dipakai pada analisa filter masukan dengan metode pada Gambar 3.13 di atas, antara lain : 1. Sumber AC V s dianggap ideal 2. Rugi-rugi dari induktor L i, rangkaian jembatan dan kapasitor C f dianggap tidak ada. 3. Beban dimodelkan dengan tahanan yang bervariabel nilainya. Dalam perhitungan, nilai tegangan masukan V s, tegangan keluaran V L dan daya keluaran P o dinyatakan dalam per unit (pu). Hubungan antara tegangan keluaran V L, nilai induktor L r dan daya keluaran P r untuk penyearah pada Gambar 3.13 ditunjukkan dengan grafik pada Gambar 3.15 berikut. Gambar 3.15 Hubungan faktor daya dan tegangan beban V L dengan memakai filter parallel-resonant Hubungan antara faktor daya masukan penyearah dengan tegangan beban V L untuk metode penyearah pada Gambar 3.13 adalah seperti Gambar 3.16 berikut.

45 Gambar 3.16 Hubungan antara faktor daya dan tegangan beban V L dengan memakai filter parallel-resonant III.6 Contoh disain filter Berikut ini adalah contoh perhitungan nilai komponen filter dengan metode filter parallel resonant. E i = 1.0 pu P r = 1.0 pu V L = 1.0 pu Beban penyearah adalah 5000 W 1.0 pu, dengan tegangan masuk V s = 208 V rms 1.0 pu dan riak tegangan beban 5% dan frekuensi tegangan masuk 60 Hz. Dari nilai diatas : P pu arus = = = 24,04 Amp V 208 V pu impedansi = = = 8,65 Ω I 24, 04 1 pu ωt = 2πf = 377 rad/detik

46 8,65 1 pu induktansi = = 23 mh pu kapasitansi = 1 = 306,65 μf 8,65x377 Dengan memperhatikan Gambar 3.16 tampak bahwa faktor daya maksimum pada tegangan beban 1,1 pu. Dari Gambar 3.15 untuk daya 1,0 pu pada tegangan beban 1,1 pu diperoleh nilai induktansi L r sebesar 0,31 pu. Jadi nilai filter induktansi sebenarnya, L r = 0,31 x 8,65 = 7,13 mh Sedangkan nilai filter C r ditentukan dengan pers. 3.6 yaitu : C r = 1 9ω 2 L r = 1 9x1 2 x0,31 = 0,3584 pu Nilai C r sebenarnya = 0,3584 x 306,65 = 109,9 μf Dari Gambar 3.16 tampak bahwa nilai tegangan beban V L pada faktor daya maksimum adalah 1,12 pu. Jadi nilai tegangan beban sebenarnya adalah : V L = 1,12 x 208 = 232,96 Volt Nilai Z Lr diperoleh dari pers.(3.7) yaitu : Z Lr = 2ωL r = 2 x 377 x 7,13 x 10-3 = 5,376 Ω Sementara Z Cr dari pers.(3.8) menghasilkan :

47 1 1 = Z 2ω Cr C r 1 2x377x109,9x10 = 6 Z Cr = 12,067 Ω Maka Z TOT sesuai pers.(3.6) 1 Z TOT = 1 Z Lr 1 + Z Cr = 1 5, ,067 Z TOT = 3,72 Ω Arus riak orde ke-2 keluaran penyearah dihitung dengan persamaan berikut ini : I o,2 = memberikan I o,2 = V Z L TOT V o + R L 232,96 14,7 3,72 + 8,65 (pers.3.9) = 17,64 Amp 0,734 pu 17,64 24,04 Nilai filter C f dihitung dengan pers.(3.2) untuk riak tegangan keluaran 5%. C f = = 2xV Lp 100xI o, 2 x2xωx( ripple%) 100x0,734 2x1,12x2x1x5 4,634 pu Maka nilai C f sebenarnya = 4,634x306,65

48 C f = 1421 μf BAB IV SIMULASI DAN PERHITUNGAN PARAMETER UNJUK KERJA PENYEARAH SATU FASA DIODA JEMBATAN IV.1 SIMULINK SIMULINK (SIMUlation and LINK) adalah bagian dari program MATLAB dari MATHWORKS INC. SIMULINK adalah suatu sistem interaktif untuk mensimulasikan sistem dinamik. Program ini dapat memodelkan suatu sistem dengan menggambarkan blok diagram atau rangkaian pada layar komputer dan mensimulasikan dinamikanya. SIMULINK dapat bekerja dengan sistem yang bersifat linier, non linier, continuous - time, descrete-time, multirate dan sistem hibrida. IV.2 Simulasi dengan SIMULINK penyearah satu fasa dioda jembatan metode konvensional Gambar lengkap simulasi dengan SIMULINK untuk penyearah satu fasa dioda jembatan dengan metode konvensional untuk beban 1,0 pu ditunjukkan pada Gambar 4.1. Nilai komponen filter dibuat sesuai dengan hasil yang diperoleh pada BAB III yaitu: Resistansi beban R = 8,65 Ω

49 Induktansi L f = 2,3 mh Kapasitansi C f = 2549,48 μf Bentuk gelombang arus dan tegangan masukan ditunjukkan pada Gambar 4.2 dan bentuk gelombang arus dan tegangan keluaran penyearah ditunjukkan pada Gambar 4.3. IV.3 Langkah-langkah simulasi metode konvensional 1. Buat rangkaian percobaan dalam SIMULINK seperti Gambar Tentukan nilai tegangan sumber, komponen filter L f dan C f serta beban R sebagai berikut : Tegangan sumber = 208 Volt, Frekuensi 60 Hz Beban R = 8,65 Ω 1,0 pu Nilai L f = 2,3 mh Nilai C f = 2549,48 μf 3. Tentukan waktu simulasi selama 0,1 detik. 4. Start simulasi 5. Tampilkan scope bentuk gelombang arus dan tegangan masukan dan keluaran hasil penyearah. 6. Catat nilai arus, tegangan, VA meter, Watt meter dan Vars meter. 7. Tukar nilai beban R menjadi 4,325 Ω 0,5 pu, 12,975 Ω 1,5 pu dan 17,3 Ω 2,0 pu. 8. Ulangi langkah 3 sampai 6 untuk tiap nilai R pada langkah 7.

50 IV.4 Data hasil simulasi dengan metode konvensional Tabel 4.1. Data hasil simulasi untuk tiap nilai R yang berbeda selengkapnya terdapat pada

51

52 Gambar 4.2 Bentuk gelombang arus (kuning) dan tegangan (ungu) masukan penyearah satu fasa dioda jembatan metode konvensional dengan beban 1,0 pu. Gambar 4.3 Bentuk gelombang arus (kuning) dan tegangan (ungu) keluaran penyearah satu fasa dioda jembatan metode konvensional dengan beban 1,0 pu.

53 IV.5 Perhitungan unjuk kerja penyearah satu fasa dioda jembatan metode konvensional Dari data pada Tabel 4.1 dihitung unjuk kerja penyearah satu fasa dioda jembatan metode konvensional. Perhitungan dilakukan untuk data beban 1,0 pu. Keluaran daya DC, P DC dihitung dengan pers.(2.3) P DC = V DC(out) I DC(out) = 27,12 x 234,46 = 6358,55 Watt Keluaran daya AC, P AC dihitung dengan pers.(2.4) P AC = V RMS(out) I RMS(out) = 235 x 27,17 = 6384,95 Watt Efisiensi penyearah dihitung dengan pers.(2.5) η = P P DC AC 6362 = x 100% 6459 = 98,49 % Nilai efektif (rms) komponen AC tegangan keluaran dihitung dengan pers.(2.6). V AC = V = 2 2 RMS V DC = 15,921 Volt Faktor Bentuk, FF dihitung dengan pers.(2.7) FF = V V RMS DC = ,46 = 1,002

54 Faktor riak, RF dihitung dengan pers.(2.8) RF = V V AC DC = 15, ,46 = 0,0679 atau 6,79 % Faktor kegunaan Transformator, TUF dihitung dengan pers.(2.9) TUF = V P S DC I S = x39,56 = 0,773 Faktor daya masukan penyearah, PF dihitung dengan pers.(2.2) PF = P in 6459 = 8228 S in = 0,785 Unjuk kerja penyearah satu fasa dioda jembatan metode konvensional selengkapnya terdapat pada Tabel 4.3. IV.6 Simulasi dengan SIMULINK penyearah satu fasa dioda jembatan metode filter parallel-resonant. Gambar lengkap simulasi dengan SIMULINK untuk penyearah satu fasa dioda jembatan dengan metode filter parallel-resonant untuk beban 1,0 pu ditunjukkan pada Gambar 4.4. Nilai komponen filter dibuat sesuai dengan hasil yang diperoleh pada BAB III yaitu: Resistansi beban R = 8,65 Ω

55 Induktansi L r = 7,13 mh Kapasitansi C r = 109,9 μf Kapasitnasi C f = 1421 μf Sedangkan bentuk gelombang arus dan tegangan masukan penyearah ditunjukkan pada Gambar 4.5 dan bentuk gelombang arus dan tegangan keluaran penyearah ditunjukkan pada Gambar 4.6. IV.7 Langkah-langkah simulasi metode filter parallel-resonant 1. Buat rangkaian percobaan dalam SIMULINK seperti Gambar Tentukan nilai tegangan sumber, komponen filter parallel-resonant (L r dan C r ) dan filter C f serta beban R sebagai berikut : Tegangan sumber = 208 Volt ; frekuensi 60 Hz Beban R = 8,65 Ω 1,0 pu Nilai L r = 7,13 mh Nilai C r = 109,9 μf Nilai C f = 1421 μf 3. Tentukan waktu simulasi selama 0,1 detik. 4. Start simulasi 5. Tampilkan scope bentuk gelombang arus dan tegangan masukan dan keluaran hasil penyearah. 6. Catat nilai arus, tegangan, VA meter, Watt meter dan Vars meter. 7. Tukar nilai beban R menjadi 4,325 Ω 0,5 pu, 12,975 Ω 1,5 pu dan

56 17,3 Ω 2,0 pu. 8. Ulangi langkah 3 sampai 6 untuk tiap nilai R pada langkah 7.

57

58 Gambar 4.5 Bentuk gelombang arus (kuning) dan tegangan (ungu) masukan penyearah satu fasa metode filter parallel-resonant dengan beban 1,0 pu. Gambar 4.6 Bentuk gelombang arus (kuning) dan tegangan (ungu) keluaran penyearah

59 satu fasa metode filter parallel-resonant dengan beban 1,0 pu. IV.8 Data hasil simulasi dengan metode filter parallel-resonant Tabel 4.2. Data hasil simulasi untuk tiap nilai R yang berbeda selengkapnya terdapat pada IV.9 Perhitungan unjuk kerja penyearah satu fasa dioda jembatan metode filter parallel-resonant. Dari data pada Tabel 4.2 dihitung unjuk kerja penyearah satu fasa dioda jembatan metode konvensional. Perhitungan dilakukan untuk data beban 1,0 pu. Keluaran daya DC, P DC dihitung dengan pers.(2.3) P DC = V DC(out) I DC(out) = 232,7 x 26,9 = 6259,63 Watt Keluaran daya AC, P AC dihitung dengan pers.(2.4) P AC = V RMS(out) I RMS(out) = 233,1 x 26,95 = 6282,04 Watt Efisiensi penyearah dihitung dengan pers.(2.5) η = P P DC AC 6260 = x 100% 6281 = 99,66 % Nilai efektif (rms) komponen AC tegangan keluaran dihitung dengan pers.(2.6).

60 V AC = V = 2 2 RMS V DC 2 233,1 232,7 2 = 13,65 Volt Faktor Bentuk, FF dihitung dengan pers.(2.7) FF = V V RMS DC = 233,1 232,7 = 1,001 Faktor riak, RF dihitung dengan pers.(2.8) RF = V V AC DC = 13,65 232,7 = 0,0586 atau 5,86 % Faktor kegunaan Transformator, TUF dihitung dengan pers.(2.9) TUF = V P S DC I S = x31,8 = 0,9464 Faktor daya masukan penyearah, PF dihitung dengan pers.(2.2) PF = P in 6340 = 6615 S in = 0,958 Unjuk kerja penyearah satu fasa dioda jembatan metode filter parallel-resonant selengkapnya terdapat pada Tabel 4.4.

61

62

63

64 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN V.1 Kesimpulan 1. Dengan metode filter parallel-resonant, nilai arus masukan penyearah lebih kecil dibandingkan dengan metode konvensional. 2. Nilai komponen reaktif filter lebih kecil pada metode filter parallel-resonant dibandingkan pada metode konvensional. 3. Faktor daya pada masukan penyearah satu fasa dioda jembatan dengan memakai filter parallel-resonant lebih besar (>0,84) dibandingkan dengan faktor daya masukan penyearah satu fasa dioda jembatan metode konvensional (< 0,79). 4. Kandungan riak (ripple) tegangan keluaran penyearah dengan metode filter parallel-resonant lebih kecil (2,89%<RF<10,53%) dibandingkan dengan metode konvensional (4,0% <RF< 10,56%). V.2 Saran 1. Untuk mendapatkan hasil studi yang lebih baik, disarankan analisa keadaan peralihan (transient) dari penyearah. 2. Percobaan laboratorium sebaiknya dilakukan untuk perbandingan dengan hasil simulasi dengan SIMULINK.

65 Daftar Pustaka 1. A. R. Prasad, P. D. Ziogas, and S. Manias, A Novel Passive Waveshaping Method for Single-Phase Diode Rectifiers, IEEE Trans. on Industrial Electronic, Vol. 37, no. 6, pp , Dec B. L. Theraja, A. K. Theraja, A Text Book Of Electrical Technology, Vol. I, New Delhi : S.CHAND & COMPANY LTD, Daniel. W. Hart, Introduction To Power Electronics, Upper Saddle Rivers, NJ : Prentice-Hall, Inc., M. H. Rashid, Power Electronics : Circuits, Devices, and Applications, Upper Saddle Rivers, NJ : Prentice-Hall, Inc., 3rd ed., SIMULINK Release 14 Source, MATHWORK INC, V. Grigore, Topological Issues in Single-Phase Power Factor Correction, D.Sc Dissertation, Helsinki University of Technology, Nov