3/22/2010. rectifier. rectifier. Uncontrolled. rectifier. Controlled. rectifier. inverter. rectifier

Transkripsi

1 Penyearah Dida Pekik Arg Dahn Schl f Electrical Engineering and Infrmatics Institute f Technlgy Bandung ectifier Applicatins AC surce Uncntrlled rectifier DC - DC Cnverter DC Lad (a) Switched - mde dc pwer supplies AC surce Uncntrlled rectifier PWM Inverter (b) Variable - speed ACdrives. Inductin Mtr AC surce Cntrlled rectifier PWM Inverter AC Lad (c) Uninterruptible Pwer Supplies (UPS) AC surce Cntrlled rectifier DC Lad (d) DC pwer supplies. AC system Phase - Cntrlled rectifier Phase - cntrlled inverter AC system (e) DCpwer transmissin systems. Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 1

2 Penyearah Ideal Tegangan dan arus keluaran bebas riak Tegangan dan arus masukan sinusidal Faktr-daya sisi masukan sama dengan satu. Arah aliran daya bisa berbalik Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 3 Penyearah Satu-Fasa Tegangan dan arus masukan: vs V sin( ) i I sin( ) s Daya masukan : ps vsis Vs I s s [ 1 cs( )] s Tegangan dan arus keluaran : V I Daya keluaran : p vi V I Daya sesaat masukan tidak mungkin sama dengan daya sesaat keluaran. Penyearah ideal satu-fasa tidak mungkin didapat hanya dengan menggunakan saklar semiknduktr. Diperlukan kmpnen penyimpan energi untuk mendapatkan penyearah ideal. Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 4

3 Tegangan masukan : vsa Penyearah Tiga-Fasa V sin( ) v V sin( ) Arus masukan : isa s sb s v V sin( ω t ) 3 sc s 3 I sin( ) i I sin( ) Daya masukan : s ps vsaisa vsbisb vscisc 3V s I s Tegangan dan arus keluaran : V I Daya keluaran : p vi V I sb s i I sin( ω t ) 3 sc s 3 Daya sesaat masukan bisa sama dengan daya sesaat keluaran. Penyearah ideal tiga-fasa bisa diimplementasikan hanya dengan saklar semiknduktr tanpa menggunakan kmpnen penyimpan energi. Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 5 Penyearah Satu-Fasa Setengah-Gelmbang 0 Tegangan keluaran rata-rata: 1 V 0 V V ( ω ) ( ω ) s ssin t d t Arus keluaran rata-rata: V V I s Arus rms masukan: 1 V V I s sin ( t) d( t) s s 0 ω ω VA sisi masukan : V VA V I s s s s Daya masukan: V P P s s Faktr daya : P PF s VAs Faktr daya kurang dari satu walaupun bebannya resistif Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 6 3

4 Penyearah Setengah-Gelmbang 0 D v d vl v v d 0 Nilai rata-rata tegangan berubah sebagai fungsi kndisi kerja Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 7 Penyearah Setengah-Gelmbang 0 D FD v d vl v v d 0 Nilai rata-rata tegangan tidak dipengaruhi kndisi kerja Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 8 4

5 Simulasi Penyearah Dida Setengah-Gelmbang D FD v d vl v Untuk 0 < < di L i Vm sin dt Untuk < < di L i 0 dt Syarat i 0. Jika i < 0 THEN i 0 Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 9 Analisis Keadaan Mantap Knduksi Kntinyu v i d K h h h 0 h 0 h C K h h yang mana cs cs C β θ tan ( h θ ) ( h β ) h h h ( hωl) 1( hωl / ) Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 10 5

6 Penyearah Setengah-Gelmbang I 0 µ L D FD v d I I v d 0 Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 11 Vd Vd Waktu Kmutasi Pada saat kmutasi : di L s Vs sin( ) dt Arus sumber berubah dari µ / ω I Vs L sin 0 ωli cs µ 1 Vs Nilai rata - rata tegangan : Vs Vs fli sin µ nl menuju V ωl I ( ) d( t) s [ 1 cs µ ] V ( ) d( ) s [ 1 cs µ ] Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 1 6

7 Penyearah Setengah-Gelmbang D C v 0 0 Jika kapasitr cukup besar, nilai rata-rata tegangan keluaran mendekati nilai Puncak tegangan sumber. Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 13 Penyearah Satu-Fasa Center-Tap is N 1 : N v 1 v i D1 D1 i D D Tegangan keluaran rata-rata: N V V s N 1 Arus keluaran rata-rata: I V / Arus dida rata-rata: I D1 I D I / Arus dida rms : rms rms N Vs I D 1 I D N1 VA sekunder traf : N rms N Vs VAsek Vs I D N1 N 1 0 VA primer traf : VA pri Vs I s Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 14 7

8 Penyearah Satu-Fasa Center-Tap Beban Induktif is N 1 : N i D1 Tegangan keluaran rata-rata: v 1 v D1 i D D L V Tegangan masukan : V N N V s N1 1 s V N Arus keluaran rata-rata: I V / I D1 I D I / Arus dida rata-rata: Arus dida rms : rms rms I I D1 I D 0 N rms VA sekunder traf : VAsek Vs I D V I N 1 Arus rms primer traf: N I s I N 1 VA VA primer traf : pri Vs I s V I Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 15 i D1 Kmutasi v 1 v L s I L s D1 i D D Kmutasi : prses perpindahan arus daratu lengan ke lengan yang lain. Induktansumber menyebabkan perpindahan arus memerlukan waktu. V V s d flsi 0 Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 16 8

9 Penyearah Satu-Fasa Jembatan D1 D3 D D4 v Average utput vltage : V MS utput vltage : V Average utput current : MS utput current : Average dide current : MS dide current : Input pwer : P in I V I s, rms I Drms / V V I, av V /, rms, av Dav I Vs V s s / s 0 Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 17 Penyearah Satu-Fasa Jembatan Beban Induktif D1 D3 D D4 0 L Tegangan keluaran rata-rata: V V s Tegangan masukan : V s V Arus keluaran rata-rata: I V / Arus dida rata-rata: I D1 I D I / Arus dida rms : rms rms I I D1 I D Arus rms sumber: I s I VA primer traf : VApri Vs I s V I Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 18 9

10 ectifier Input Current Orde ganjil Besarnya harmnisa berbanding terbalik dengan rdenya Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 19 Perbandingan antara penyearah center-tap tap dan jembatan Center-taptap Setiap saat hanya satu dida yang knduksi. VA sekunder traf besar. Cck untuk penerapan arus besar tegangan rendah. Tegangan puncak dida tinggi. Jembatan Setiap saat ada dua dida yang knduksi secara seri. VA sekunder traf minimum. Cck untuk penerapan tegangan tinggi arus rendah. Tegangan puncak dida rendah. Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 0 10

11 Penyearah Jembatan Beban Kapasitif D1 D3 L C d D D4 0 Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 1 Crest Factr Input Current Tegangan beban dan faktr puncak arus sumber turun dengan naiknya arus beban Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 11

12 Hasil Simulasi L 50 µh C 00 µf Semakin tinggi induktansi sumber, semakin rendah faktr puncak arus sumber L 1 mh C 00 µf Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 3 Harmnisa Arus Masukan Penyearah Satu-Fasa L50 µh C00 µf L 1 mh C 00 µf Harmnisa arus sumber turun dengan naiknya induktansi Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 4 1

13 Harmnisa Tegangan DC Penyearah Satu-Fasa L50 µh C00 µf L 1 mh C 00 µf iak tegangan beban turun dengan naiknya induktansumber Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 5 Sifat-Sifat Penyearah Jembatan Beban Kapasitif Nilai rata-rata tegangan keluaran mendekati nilai puncak tegangan sumber. Arus masukan mengandung harmnisa rde ganjil terutama rde tiga. Waktu knduksi dida semakin pendek jika kapasitansi tapis makin besar dan induktansi sumber makin kecil. DPF sama dengan satu tetapi PF kurang dari satu. Nilai PF berubah sebagai fungsi beban, kapasitansi tapis, dan induktansumber. Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 6 13

14 Dual vltage rectifier D1 D3 C d L D D4 C d Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 7 Vltage dubler is N 1 : N D D1 v Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 8 14

15 Current Dubler D1 D L Banyak dipakai untuk tegangan rendah arus besar. Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 9 Dahn Current Dubler is N 1 : N D1 v 1 v v D Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 30 15

16 Penyearah Tiga-Fasa Setengah-Gelmbang AC surce T S vun w vvn n i w i u u vwn v D3 D1 D Lad 0 i u i v i w i v 3 Tegangan keluaran rata-rata: V Vlls Tegangan sekunder traf : V lls V 3 Arus dida rata-rata dan rms: I D1 I D I D3 I / 3 rms rms rms I I D1 I D I D3 3 VA sekunder traf : VAsek 3V lls I s VI 3 N I Arus rms primer traf : I p N 1 3 N Tegangan primer traf: V 1 llp V N 3 6 VA primer traf : VApri 3V llpi p VI 3 i Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 31 Penyearah Tiga-Fasa Setengah-Gelmbang Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 3 16

17 Analisis Harmnisa Arus Masukan i an cs ( n) bn sin ( n) n 1 n 1 Gelmbang simetris ganjil, jadi an 0. I 5 / 3 bn sin / 3 I b n n b3n 0 ( n) d ( ) sin ( n) d ( ) [ cs ( n / 3) cs ( 5n / 3) cs ( n )] Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 33 Pengaruh kmutasi vun vvn vwn v un v wn 0 3 Vd Vll 3 fls I Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 34 17

18 Penyearah Tiga-Fasa Setengah-Gelmbang Setiap saat hanya satu dida knduksi. Arus belitan mengandung kmpnen dc Arus sumber mengandung harmnisa rde genap. Frekuensi riak keluaran adalah tiga kali frekuensumber. Cck untuk aplikasi arus besar tegangan rendah. Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 35 Penggunaan Zig-ZagZag Transfrmer Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 36 18

19 Penggunaan Zig-Zag Zag Transfrmer 3 V Vlls Vlls V 3 Tegangan Line - t - neutral Vln s V 3 6 Tegangan tiap segmen belitan : V V ln s seg V 3 9 Nilai efektif arus belitan sekunder : I I s 3 VA belitan sekunder traf: 4 VAsek 6Vseg Is VI 3 6 Nilai rms arus primer tra f : N I I p N1 6 N V 1 llp V N 3 VA primer tra f : VA pri 3Vllp I p VI 3 Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 37 Penyearah 6-Pulsa Setengah-Gelmbang D3 u D1 D n Lad T w y 0 v z T S Lad S n' D6 x D 4 D5 Penyearah A Penyearah B Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 38 19

20 Penyearah 6-Pulsa Setengah-Gelmbang Penyearah A Penyearah B Setiap saat ada dua dida Setiap saat hanya satu knduksi. dida knduksi. Arus rata-rata dida I/6 Arus rata-rata dida I/6 Arus rms dida (belitan Arus rms dida (belitan sekunder traf) I / 3. sekunder traf) I / 6. Perlu interphase reactr Tidak perlu interphase reactr Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 39 Penyearah Tiga-Fasa Jembatan Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 40 0

21 Penyearah Tiga-Fasa Beban esistif Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 41 Penyearah Tiga-Fasa Beban esistif Tegangan keluaran rata-rata: Arus beban rata-rata : I 3 V V 3 V Arus dida rata-rata: I D I / 3 1/ V 1 3 ll Arus dia rms: I Drms 3 Nilai rms arus sumber : ll V ll Il 3 ll 3 1/ Beban resistif bukan beban ideal bagi penyearah tiga-fasa. Faktr daya tidak sama dengan satu dan harmnisa tidak sama dengan nl. Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 4 1

22 Penyearah Jembatan Beban Induktif vun n vvn D1 D3 i u u i v i w D D4 vwn 0 v D5 D6 w L Tegangan keluaran rata-rata: 3 V V ll Tegangan sumber : V ll V 3 Arus dida rata-rata: I D I / 3 Arus rms sumber : I l I 3 VA sumber : VA 3V ll Il V I 3 i u Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 43 Input Current Harmnisa rde 6n ± 1 Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 44

23 Pengaruh Induktansi Sumber L s 1 mh L d 10 mh 3 V Vll 6 fls I Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 45 Perbandingan penyearah tiga-fasa jembatan dan setengah-gelmbang gelmbang Jembatan Setiap saat dua dida knduksi secara seri. Tidak harus memakai traf. VA sumber lebih kecil dibanding penyearah setengah-gelmbang gelmbang. Cck untuk aplikasi tegangan tinggi arus rendah. Setengah-gelmbanggelmbang Setiap saat dua dida knduksi secara paralel. Nilai rata-rata arus dida lebih rendah. Harus memakai traf dengan VA besar. Memerlukan interphase reactr. Sensitif terhadap ketidak- setimbangan. Cck untuk aplikasi tegangan rendah arus besar. Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 46 3

24 Penyearah Tiga-Fasa Tapis Kapasitif D1 D3 i u u D5 i u vun n vvn i v i w D D4 vwn 0 v D6 w C Nilai rata-rata tegangan keluaran mendekati nilai puncak tegangan antar fasa sumber. Kandungan harmnisa arus sumber lebih besar dibanding dengan tapis induktif. PF jauh lebih rendah dibanding DPF. Nilai PF menaik dengan naiknya induktansi sumber. Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 47 Input Characteristics Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 48 4

25 Hasil Simulasi L s 0.1 mh C 00 µf L s 1 mh C 00 µf Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 49 Harmnisa Arus Masukan Penyearah Tiga-Fasa Jembatan L s 0.1 mh C 00 µf L s 1 mh C 00 µf Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 50 5

26 Analisis Harmnisa Arus masukan penyearah dida jembatan satu- fasa mengandung harmnisa rde ganjil. Nilai DPF sama dengan satu. Tegangan dan arus keluaran penyearah dida jembatan satu-fasa mengandung harmnisa rde genap. Arus masukan penyearah dida tiga-fasa jembatan mengandung harmnisa rde ganjil bukan kelipatan tiga. Tegangan dan arus keluaran penyearah dida tiga-fasa jembatan mengandung harmnisa genap kelipatan enam. Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 51 Pengaruh Beban Nnlinier Satu-Fasa di Jaringan Distribusi Tiga-Fasa Empat-Kawat ia In cs( n) n 1 ib In cs n 3 n 1 ic In cs n n 3 1 in ia ib ic 3 Ik cs( k) k 3n Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 5 6

27 Pengaruh Beban Nnlinier Satu-Fasa di Jaringan Distribusi Tiga-Fasa Empat-Kawat Excessive neutral current Excessive neutral-t-grund vltage Excessive lsses n transfrmer and generatr. EMC prblem Grund fault relay prblem Grunding prblems Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 53 1-Pulse ectifier r i u i r t s Lad AC surce Lad i u u AC surce v w x i x z y Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 54 7

28 1-Pulse ectifier i x i r i u Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 55 1-Pulse ectifier Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 56 8

29 6N-Pulse ectifier, Six - Pulse ectifier Six - Pulse ectifier Six - Pulse ectifier 7,5 7,5,5 Six - Pulse ectifier Six - Pulse ectifier Six - Pulse ectifier Six - Pulse ectifier Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 57 Multipulse ectifiers Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 58 9

30 18-Pulse Auttransfrmer ectifiers Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 59 The End 30

31 Tugas (dikumpulkan paling lambat tanggal 3 Maret 010, jam 17.00) 1. Suatu penyearah dida tiga-fasa jembatan mempunyai tapis induktr sisi dc yang sangat besar sehingga arus sisi dc bisa dianggap tanpa riak. Tentukan: i) Faktr-daya sisi masukan ii) Orde harmnisa yang muncul pada arus sumber.. Ulangal nmer 1 untuk penyearah dida 1 pulsa. Pekik A. Dahn : Elektrnika Daya 61 31