Jelaskan prinsip kerja control on-off dan prinsip control fasa?

JAWAB :

PRINSIP KONTROL ON-OFF

Prinsip dari kontrol on-off dapat dijelaskan dengan sebuah Pengontrol gelombang penuh

satu fasa seperti yang ditunjukkanpada gamabr 6-1a. Saklar thyristor menghubungkan sumber ac

dengan beban untuk waktu t n : saklar ditutup dengan sebuah gerbang penghambat pulsa untuk

waktu t 0 . Waktu on t n, biasanya terdiri dari sejumlah integral siklus. Thyristor akan on pada

tegangan nol melalui tegangan masukan ac. Pulsa-pulsa gerbang untuk thyristor T 1 danT 2 dan

bentuk gelombang untuk masukan dan keluaran ditunjukkan pada gambar 6-1b

Gambar 6-1 Kontrol on-off

Jenis kontrol ini diterapkan pada aplikasi yang memiliki inersia mekanis yang tinggi dan

konstanta waktu termal yang tinggi (contohnya industri pemanas dan kontrol kecepatan motor).

Karena tegangan nol dan arus nol, harmonik yang ditimbulkan oleh saklar dikurangi.

Untuk sebuah tegangan masukan sinusiodal, vs = V m sin ωt √2 V s sin V s ωt. Jika

tegangan masukan dihubungkan pada beban untuk siklus n dan diputus untuk siklus m, tegangan

keluaran rms (atau beban) dapat ditemukan melalui:

V s = √[ n2П (n+m) ∫П

2 П

2V2sin

2ωt d (ωt )]

= V s √ nm+n

= V s √k

Dengan k = n/ (m + n) dan k disebut duty cicle. Vs adalah tegangan fasa rms. Konfigurasi

rangkaian utnuk kontrol on-off mirip dengan yang ada pada kontrol fasa dan demikian pula

dengan analisis kerjanya. Dengan alasan ini, teknik kontrol fasa hanya dibicarakan dan dianalisis

pada bab ini.

Contoh 6-1

Sebuah pengontrol tegangan ac pada gambar 6-1a memiliki sebuah beban resistif R =

10Ω dan tegangan masukan rms V s adalah 120 V, 60 Hz. Saklar thyristor on pada siklus n = 25

dan off untuk siklus m = 75. Tentukan (a) tegangan keluaran rms V a, (b) Faktor daya masukan

PF, dan (c) arus rata-rata dan rms thyristor.

Penyelesaian: R = 10Ω, V s = 120V. V s = √2 x 120 = 167,7V dan k = n/(n + m) = 25/100 = 0,25

(a). Dari persamaan (6-1), nilai tegangan keluaran rms adalah

V 0 = V s √k = V s √ nm+n

= 120√ 25100

= 60V

dan arus bebanrms adalah I 0 = V 0/R = 60/10 = 6,0 A

(b). Beban daya adalah P0= I 02. R = 62 x 10 = 360W Karena arus masukan sama dengan

arus beban maka ampere masukan adalah

VA = V s I s = V s I 0 = 120 x 6 = 720 W

Faktor daya masukan adalah

PF = P0

VA = √ n

m+n = √k

=√0,25 = 360720

= 0,5 (tertunda)

(c). Arus puncak thyristor adalah I m = V m/R = 169,7/10 = 16,97 A. Arus rata-rata

thyristor adalah

I A = n

2 П (n+m)∫0П

I m sinωt d (ωt )=¿ Im

П ( n+m )n =

k Im

П

= 16,97

2 x 0,25 = 1,33 A

Arus rms thyristor adalah

I R=¿ ¿= √[ n2П (n+m)∫0

П

I m2

sin2ωt d (ωt )] = I m

2 √ nm+n

= I m

2√k

=16,97

П x √0,25 = 4,24

PRINSIP KONTROL FASA

Prinsip dari kontrol fasa dapat dijelaskan berdasarkan pada gambar 6-2a. Energi mengalir

ke bebandikontrol dengan menunda sudut tembak thyristor T 1. Gambar 6-2b mengilustrasikan

pulsa-pulsa gerbang tyhristor T 1 dan bentuk gelombang tegangan masukan dan keluaran. Dengan

adanya dioda D1, daerah kontrol terbatas dan rms efektif tegangan keluaran hanya dpat bervariasi

antara 70,7 dan 100%. Tegangan keluaran dan arus masuk tidak simetris dan mengandung

komponen dc. Jika adasebuah trafo masukan akan dapat menyebabkan problem kejenuhan.

Rangkaian ini adalah pengontrol setengah gelombang satu fasa dan cocok hanya untuk beban

resistif berdaya rendah, seperti pemanasan dan pencahayaan. Karena aliran daya dikontrol oleh

setengah gelombang positif tegangan masukan, jenis pengontrol tipe ini disebut juga dengan

Pengontrol banyak arah.

Jika V s = V msin ωt = √2 V s sin ωt adalh tegangan masukan dan sudut tunda thyristor T 1

adalah ωt = α, tegangan keluaran rms ditentukan melalui

Gambar 6-2 Kontrol sudut 1 fasa

V 0= 12 П [∫

0

П

V s2sin2 ωt d (ωt )+∫

П

2П

2 V s2 sin2 ωt d (ωt )]

= ¿

= V s √[ 12П (2 П−α+ sin 2α

2 )]Nilai tegangan keluaran rata-rata adalah

V dc = 1

2 П [∫

0

П

√2 V s sin ωt d ( ωt )+∫П

2 П

√2V s sin ωt d (ω t )] = √2

2 П V s x (cos α-1)

Contoh 6-2

Sebuah pengontrol tegangan ac satu fasa seperti pada Gambar 6-2a memiliki sebuah

beban resistif R = 10Ω dan tegangan masukan V s = 120V, 60Hz. Sudut tunda dari thyristor T 1

adalah α = П /2. Tentukan (a) nilai rms tegangan keluaran V 0, (b) Masukan faktor daya PF, dan

(c) arus masukan rata-rata.

Penyelesaian. R = 10Ω, V s = 120V, α = П /2 dan V m = √2 x 120 = 169,7 V

a) Dari persamaan (6-5). Nilai rms tegangan keluaran

V 0= 120√ 34

= 103,92 V

(b) Arus beban rms

I 0 = V 0

R =

103,9210

= 10,392 A

Daya beban

P0=I 02.R = 10,3922 x 10 = 1079,94 W

Karena arusmasukan sama denganarus beban , maka ratingmasukan volt−ampere

adalah

V A = V s . I s. V a. I 0 = 120 x 10,392 = 1247,04 VA

Masukan faktor dayaadala h

PF = Pa

VA =

V a

Vs = √[ 1

2П (2 П−α+ sin 2α2 )]

= √ 34

= 1079,941247,04

= 0,866 (lagging)

(c) Dari persamaan (6-6) tegangan keluaran rata-rata

V dc = -120 x √22 П

= -27 V

dan arus masukan rata−rata

I 0 = V ab

R =

−2710

= -2,7 A