Baca dan pahami dengan seksama soal berikut ini:

PROSEDUR MUTUNo. PM7.5.29/L1

FORM SOAL UJIANRevisi2

Tanggal1 Juli 2010

Halaman1/2

UJIAN AKHIR SEMESTER GASAL TAHUN AKADEMIK 2013/2014POLITEKNIK NEGERI SEMARANGJURUSAN TEKNIK ELEKTRO

PROGRAM STUDI TEKNIK LISTRIK Mata Kuliah : Elektronika Daya

Waktu : 90 menit Kode Mata Kuliah: .................

Sifat

: Buka Laptop / Hardware Kelas

: TL 2D

Pengampu : Djodi Antono,BTech. MEng Hari/Tanggal

: Januari 2014

Soal I (60%)1. Jelaskan perbedaan penyearah satu fasa setengah gelombang dengan gelombang penuh.

2. Jelaskan langkah-langkah saudara untuk mengurangi factor ripple rangkaian penyearah.

3. Apa yang disebut converter buck boost. Jelaskan secara singkat sistem kerjanya!

4. Gambarkan rangkaian trigger SCR yang anda ketahui.5. Berapa tegangan Vo jika tegangan sumber Vs = 25 volt ac dan SCR ditrigger pada phi / 6 6.Jelaskan cara kerja converter dc ke ac system jembatan.

Soal II (40%)1. Jelaskan diskripsi kerja inverter tiga fasa konduksi 180 derajat gambarkan bentuk gelombang yang terjadi !2. Rancanglah rangkaian inverter satu fasa lengkap dengan rangkaian trigernya, untuk menyalakan lampu hemat energy 220v ac!Selamat bekerjaNama : Wirastri Enggaringtyas

Kelas/No : LT2D/22

SOAL I

1. Perbedaan penyearah satu fasa setengah gelombang dan gelombang penuh

Setengah GelombangGelombang Penuh

Menggunakan 1 buah dioda

Menggunakan 2 atau 4 buah dioda

Bentuk tegangan keluaran

Bentuk tegangan keluaran

Formulasi penyearah setengah gelombang

Formulasi penyearah gelombang penuh

Gambar Rangkaian Setengah Gelombang

Gambar Rangkaian Gelombang Penuh 2 dioda

4 dioda

Prinsip kerja:Prinsip kerja dari penyearah setengah gelombang ini adalah mengambil sisi sinyal positif dari gelombang AC dari transformator. Pada saat transformator memberikan output sisi positif dari gelombang AC maka diode dalam keadaan forward bias sehingga sisi positif dari gelombang AC tersebut dilewatkan dan pada saat transformator memberikan sinyal sisi negatif gelombang AC maka dioda dalam posisi reverse bias, sehingga sinyal sisi negatif tegangan AC tersebut ditahan atau tidak dilewatkan

Prinsip kerja: 2 dioda

Prinsip kerja rangkaian penyearah gelombang penuh dengan 2 dioda ini dapat bekerja karena menggunakan transformator dengan CT. Transformator dengan CT seperti pada gambar diatas dapat memberikan output tegangan AC pada kedua terminal output sekunder terhadap terminal CT dengan level tegangan yang berbeda fasa 180. Pada saat terminal output transformator pada D1 memberikan sinyal puncak positif maka terminal output pada D2 memberikan sinyal puncak negatif, pada kondisi ini D1 pada posisi forward dan D2 pada posisi reverse. Sehingga sisi puncak positif dilewatkan melalui D1. Kemnudian pada saat terminal output transformator pada D1 memberikan sinyal puncak negatif maka terminal output pada D2 memberikan sinyal puncak positif, pada kondisi ini D1 posisi reverse dan D2 pada posisi forward. Sehingga sinyal puncak positif dilewatkan melalui D2.

4 dioda

Prinsip kerja dari penyearah gelombang penuh dengan 4 diode dimulai pada saat output transformator memberikan level tegangan sisi positif, maka D1, D4 pada posisi forward bias dan D2, D3 pada posisi reverse bias sehingga level tegangan sisi puncak positif tersebut akan di leawatkan melalui D1 ke D4. Kemudian pada saat output transformator memberikan level tegangan sisi puncak negatif maka D2, D4 pada posisi forward bias dan D1, D2 pada posisi reverse bias sehingan level tegangan sisi negatif tersebut dialirkan melalui D2, D4.

2. Langkah-langkah mengurangi factor ripple rangkaian penyearahFilter dalam rangkaian penyearah digunakan untuk memperkecil tegangan ripple, sehingga dapat diperoleh tegangan keluaran yang lebih rata, baik untuk penyearah gelombang setengah maupun gelombang penuh. Filter diperlukan karena rangkaian rangkaian elektronik memerlukan sumber tegangan DC yang tetap, baik untuk keperluan sumber daya dan pembiasan yang sesuai operasi rangkaian. Rangkaian filter dapat dibentuk dari kapasitor (C), induktor (L) atau keduanya.

Gambar pemakaian filter pada penyearah

Pada rangkaian filter menggunakan kapasitor, untuk satu perioda sinyal masukan pada satu dioda, selama seperempat perioda positif yang pertama dari tegangan sekunder, Dioda D1menghantar. Karena dioda menghubungkan sumber VS1secara langsung dengan kapasitor, maka kapasitor akan dimuati sampai tegangan maksimum VM.

Gambar Cara kerja filter kapasitor

Setelah mencapai harga maksimum, dioda berhenti menghantar (mati), hal ini terjadi karena kapasitor mempunyai tegangan sebesar VM, yang artinya sama dengan tegangan sumber dan bagi dioda artinya tidak ada beda potensial. Akibatnya dioda seperti saklar terbuka, atau dioda dibias mundur (reverse).

Dengan tidak menghantarnya dioda, kapasitor mulai mengosongkan diri melalui resistansi beban RL, sampai tegangan sumber mencapai harga yang lebih besar dari tegangan kapasitor. Pada saat dimana tegangan sumber lebih besar dari tegangan kapasitor, dioda kembali menghantar dan mengisi kapasitor. Untuk arus beban yang rendah tegangan keluaran akan hampir tetap sama dengan VM. Tetapi bila arus beban tinggi pengosongan akan lebih cepat yang mengakibatkan ripple yang lebih besar dan tegangan keluaran DC yang lebih kecil.Kapasitor mengisi (charges) dengan cepat pada awal siklus sinyal dan membuang (discharges) dengan lambat setelah melewati puncak positif (ketika dioda dibias mundur). Variasi pada tegangan keluaran untuk dua kondisi, mengisi dan membuang, disebut dengan tegangan ripple (ripple voltage). Semakin kecil ripple, semakin baik penfilteran.

Tegangan ripple pada penyearah gelombang setengah dengan filterPenyearah gelombang penuh lebih mudah melakukan penfilteran. Ketika di filter, penyearah gelombang penuh mempunyai tegangan ripple lebih kecil dibanding gelombang setengah untuk resistansi beban dan nilai kapasitor yang sama. Hal ini disebabkan kapasitor membuang lebih cepat dan interval waktu yang lebih pendek.

Perbandingan tegangan ripple dari penyearah gelombang setengah dengan gelombang penuh dengan filter kapasitor yang diperoleh dari sinyal masukan yang sama.

Faktor ripple menunjukkan efektif tidaknya sebuah filter, didefinisikan sebagai perbandingan tegangan ripple efektif (rms) terhadap tegangan DC.Semakin kecil faktor ripple, semakin baik filter. Faktor ripple dapat diperkecil dengan menambah nilai kapasitor.3. Converter buck boost

Buck-boost konverter adalah konverter DC(direct current) yang output tegangan dapat lebih besar atau lebih kecil dari tegangan input, dan juga tegangan outputnya selalu bernilai negatif.

Gambar buck-boost converter

Prinsip kerja dari konverter ini adalah :1. Ketika switch closed : maka tegangan input langsung terhubung dengan induktor sehingga energi terkumpul pada induktor, dan pada saat yang sama kapasitor menyuplai energi ke beban.2. Ketika switch opened : maka induktor terhubung dengan output dan juga kapasitor, sehingga energi ditransfer dari induktor ke kapasitor dan beban.3. Buck-boost konverter memiliki polaritas tegangan output terbalik dari tegangan input.

4. Rangkaian trigger SCR

5. Tegangan Vo jika tegangan sumber Vs = 25 volt ac dan SCR ditrigger pada phi / 6

6. Cara kerja converter dc ke ac system jembatan

Inverteradalah suatu alat yang berfungsi untuk merubah teganganDCmenjadi teganganAC, dimana frekuensi dari tegangan tersebut dapat diatur sesuai dengan kebutuhan.Inverteryang memberikan daya pada frekuensi yang dapat diubah-ubah bagi sistem pengerak motor AC biasanya merupakan inverter 3-fasa. Suatu batere dapat disiapkan pada bis arus DC untuk dipergunakan sebagai cadangan bila sumber tegangan AC yang diberikan terputus. Inverter 3-fasa paling sedikit mempunyai 6 buah thyristor yang ditata merupakan rangkaian jembatan seperti tampak pada skema gambar dibawah ini.

Thyristor-thyristor tersebut dihubungkan secara berurutan untuk meniru suatu himpunan tegangan 3-fasa pada terminal-terminalACjembataninverteryang selanjutnya diberikan pada motor. Rangkaian inverter praktis memerlukan adanya pertukaran arus dari satu thyristor ke thyristor yang lain pada saat thyristor-thyristor tersebut dihubungkan.

Contoh bentuk gelombang tegangan saluran ke netral va0dan vb0dan tegangan saluran ke saluran vabyang diperlihatkan pada gambar, yang menggambarkan setiap thyristor menghantar arus tepat setengah gelombang (1800).

Tabel thyristor memperlihatkan setiap thyristor pada jembatan di beberapa tahap bentuk gelombang, setiap tahap sesuai dengan sudut 600pada bentuk gelombang keluaran. Tegangan saluran ke saluran merupakan pulsa-pulsa positip dan negatip yang lebarnya 1200. Pada saat teganganinverterdiberikan pada motor, motor akan menggapai frekuensi dasar dan frekuensi harmonik dari bentuk gelombang tersebut untuk menghasilkan torsi positip dan pengereman serta rugi-rugi normal dan rugi-rugi tambahan. Dengan beberapa teknik dapat dibuatinverteryang menghasilkan bentuk gelombang keluaran yang mengandung harmonik yang lebih kecil. Misalnya, keluaran dari dua buah inverter yang bentuk gelombangnya berlainan fasa dapat dijumlahkan, sehinga beberapa harmonik akan saling meniadakan.

SOAL II

1. Deskripsi kerja inverter tiga fasa konduksi 180 derajatInverter 3 phase dengan mode konduksi 180 memungkinkan 3 komponen pensakelaran konduksi pada saat yang bersamaan. Ke tiga komponen pensakelaran akan konduksi selama 180 dengan pasangan konduksi yang juga berbeda-beda.

Gambar Inverter 3 Phase

Tabel Konfigurasi Pensaklaran Inverter Konduksi 1800SaklarQ1Q2Q3Q4Q5Q6

SaklarQ5Q6Q1Q2Q3Q4

SaklarQ6Q1Q2Q3Q4Q5

waktu0 - 600600 - 12001200 - 18001800 - 24002400 - 30003000 - 3600

Q1, Q5 dan Q6 menutup

Penjelasan:

Pada saat Q1, Q5 dan Q6 menutup bersamaan (dalam keadaan ON), maka arus mengalir dari sumber positif kemudian terbagi sebagian menuju Q1 dan sebagian akan menuju ke Q5. Arus yang melewati Q1 akan berbelok menuju beban A karena Q4 terbuka. Sedangkan arus yang melewati Q5 akan berbelok menuju beban C karena Q2 terbuka. Lalu arus dari beban A dan arus dari beban C akan terakumulasi mengalir melalui beban B kemudian kembali ke terminal sumber negatif.

Q2, Q6 dan Q1 menutup

Penjelasan:

Pada saat Q2, Q6 dan Q1 menutup bersamaan (dalam keadaan ON), maka arus mengalir dari sumber positif menuju Q1. Karena Q4 terbuka, maka arus dibelokkan menuju beban A. Setelah melewati beban A, arus menemui percabangan, sehingga sebagian arus menuju beban B dan sebagian lainnya menuju beban C. Arus yang melewati beban B akan berbelok menuju Q6 karena Q3 terbuka. Sedangkan arus yang melewati beban C akan berbelok menuju Q2 karena Q5 terbuka. Lalu arus dari Q6 dan arus dari Q2 akan terakumulasi mengalir ke terminal sumber negatif.

Q3, Q1 dan Q2 menutup

Penjelasan:

Pada saat Q3, Q1 dan Q2 menutup bersamaan (dalam keadaan ON), maka arus mengalir dari sumber positif kemudian terbagi sebagian menuju Q1 dan sebagian akan menuju ke Q3. Arus yang melewati Q1 akan berbelok menuju beban A karena Q4 terbuka. Sedangkan arus yang melewati Q3 akan berbelok menuju beban B karena Q6 terbuka. Lalu arus dari beban A dan arus dari beban B akan terakumulasi mengalir melalui beban C kemudian kembali ke terminal sumber negatif.

Q4, Q2 dan Q3 menutup

Penjelasan:

Pada saat Q4, Q2 dan Q3 menutup bersamaan (dalam keadaan ON), maka arus mengalir dari sumber positif menuju Q3. Karena Q6 terbuka, maka arus dibelokkan menuju beban B. Setelah melewati beban B, arus menemui percabangan, sehingga sebagian arus menuju beban A dan sebagian lainnya menuju beban C. Arus yang melewati beban A akan berbelok menuju Q4 karena Q1 terbuka. Sedangkan arus yang melewati beban C akan berbelok menuju Q2 karena Q5 terbuka. Lalu arus dari Q4 dan arus dari Q2 akan terakumulasi mengalir ke terminal sumber negatif.

Q5, Q3 dan Q4 menutup

Pada saat Q5, Q3 dan Q4 menutup bersamaan (dalam keadaan ON), maka arus mengalir dari sumber positif kemudian terbagi sebagian menuju Q3 dan sebagian akan menuju ke Q5. Arus yang melewati Q3 akan berbelok menuju beban B karena Q6 terbuka. Sedangkan arus yang melewati Q5 akan berbelok menuju beban C karena Q2 terbuka. Lalu arus dari beban B dan arus dari beban C akan terakumulasi mengalir melalui beban A kemudian kembali ke terminal sumber negatif.

Q6, Q4 dan Q5 menutup

Pada saat Q6, Q4 dan Q5 menutup bersamaan (dalam keadaan ON), maka arus mengalir dari sumber positif menuju Q5. Karena Q2 terbuka, maka arus dibelokkan menuju beban C. Setelah melewati beban C, arus menemui percabangan, sehingga sebagian arus menuju beban B dan sebagian lainnya menuju beban A. Arus yang melewati beban B akan berbelok menuju Q6 karena Q3 terbuka. Sedangkan arus yang melewati beban A akan berbelok menuju Q4 karena Q1 terbuka. Lalu arus dari Q6 dan arus dari Q4 akan terakumulasi mengalir ke terminal sumber negatif.

Diagram Timing Inverter 3 Phase Konduksi 1800

Pada diagram tersebut menunjukkan bahwa proses konduksi pensaklaran pada inverter 3 phase dengan mode konduksi 180 ini memungkinkan dalam satu waktu terjadi konduksi 3 sistem pesaklaran secara bersamaan pada masing-masing pasang komponen pensaklarannya.

Dari hasil sistem konduksi komponen pensaklaran pada inverter 3 phase mode konduksi 180 timbul tegangan induksi (GGL Induksi) pada masing-masing output inverter 3 phase tersebut dengan bentuk gelombang sebagai berikut.

Gambar Bentuk Gelombang Output Inverter 3 Phase Konduksi 1800

Keterangan:

WarnaDerajatKonduksi dari Komponen

Biru Tua0 o -60 oQ1,Q5,Q6

Coklat60o -120oQ2,Q6,Q1

Biru Muda120o -180oQ3,Q1,Q2

Ungu180o -240oQ4,Q2,Q3

Hijau240o -300oQ5,Q3,Q4

Merah300o -360oQ6,Q4,Q5

Pada saat 180o-360o, gelombang berada pada daerah negatif. Hal ini terjadi karena aliran arus pada saat itu berkebalikan arah dengan aliran arus pada 0o-180o terhadap beban yang sama (gelombang berada pada daerah positip).

Gambar Aliran Arus Saat 0o-60o dan 180o-240o

Gambar Aliran Arus Saat 60o-120o dan 240o-300o

Gambar Aliran Arus Saat 120o-180o dan 300o-360o

Rangkaian ini disebut dengan rangkaian inverter tiga fasa 180o karena setiap konduksi hanya ada 2 buah beban (satu buah beban R dan satu lagi beban R yang diparalel) yang aktif sehingga konduksinya separuh separuh dengan kata lain 0 - 180o dan 180o-360o

Konduksi 0 sampai 1800

Konduksi 1800 sampai 3600

2. Rangkaian inverter satu fasa lengkap dengan tegangan triggernya, untuk menyalakan lampu hemat energy 220v AC

Soal ini telah dikalibrasi/divalidasi oleh :Koord. Tim Teaching/KBKKetua Program Studi