PENYEARAH SATU FASA TIDAK TERKENDALI FAKULTAS TEKNIK UNP
JOBSHEET/LABSHEET
JURUSAN : TEKNIK ELEKTRO PROGRAM STUDI : DIV MATA KULIAH /KODE : ELEKTRONIKA DAYA 1/ TEI051
NOMOR : II WAKTU : 2 x 50 MENIT TOPIK : PENYEARAH SATU FASA SETENGAH GELOMBANG
I. TUJUAN 1. Mahasiswa terampil merangkai penyearah satu fasa setengah gelombang tak terkendali 2. Mahasiswa dapat memahami karakteristik penyearah satu fasa setengah gelombang tak terkendali dengan berbagai variasi beban 3. Mahasiswa dapat menggambarkan bentuk gelombang input dan output penyearah satu fasa setengah gelombang uncontrolled pada beban yang bervariasi II. TEORI SINGKAT Penyearah tak terkendali pada umumnya menggunakan dioda sebagai saklarnya. Untuk penyearah satu fasa setengah gelombang tak terkendali menggunakan satu buah dioda, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.
β =π
Gambar 1. Penyearah satu fasa setengah gelombang tak terkendali dengan beban resistif
Dari Gambar 1 terlihat, Dioda hanya mengalirkan arus saat tegangan sumber Vs bernilai positif saja. Saat tegangan sumber negatif dioda pada kondisi tertahan (blocking condition) dan tegangan keluarannya nol. A. Penyearah Dengan Beban Tahanan Murni (Resistor) Pada beban resistif, sudut pemadaman diode terjadi pada sudut konduksi β = π. Bentuk gelombang arus dan tegangan outputnya sama tanpa ada pergeseran fasa. Besarnya tegangan dan arus rata-rata output : π Vo − avg V 1 I o − avg = Vo − avg = Vm ∗ Sinωt ∗ d ωt = m dan ∫ π R 2π 0 sedangkan tegangan dan arus rms output :
7
V0− rms
1 = 2π
I o −rms =
1
π
⎡ 1 π⎛1 1 ⎞ ⎤ 2 Vm ∗ = − V Sin t d t V t ω ω ω cos 2 [ ] m ⎢ ⎟⎥ = ∫0 m ∫⎜ 2 ⎠⎦ ⎣ 2π 0 ⎝ 2 2 2
V0− rms R
B. Penyearah Dengan Beban Resistor dan Induktor.
σ β=π+σ
Gambar 2. Penyearah setengah gelombang dengan beban resistif dan induktif
Pada beban resistif dan induktif, sudut pemadaman dioda terjadi pada sudut konduksi β = π + σ. Bentuk gelombang arus dan tegangan outputnya terjadi beda fasa sebesar σ. Ini dikarenakan adanya induktor dalam rangkaian. Pada periode positif, induktor di charge. Saat ωt = π, arus di induktor masih tersisa, sehingga diode tetap menyala. Diode off setelah arus Io turun mencapai 0 pada ωt = β = π + σ. Tegangan output rata-rata : π +σ V 1 Vo−avg = Vm ∗ Sinωt ∗ dωt = m [1 − cos(π + σ )] ∫ 2π 0 2π Persamaan arus Io dapat dicari dari respon waktu : - Arus Steady state (iss) Vm ⎛ ωL ⎞ φ = tan −1 ⎜ ⎟ iss = Sin(ωt − φ ) , 2 2 ⎝ R ⎠ R + XL
(
)
Arus Transient (iTR) R − t di 0 = L + iR, i TR = Ae L dt - Arus total, io = iss + iTR R − t ⎡ ⎤ Vm L io = Sin t e Sinφ ⎥ ω φ − + ( ) ⎢ R 2 + X L2 ⎣ ⎦ Pada kedua jenis beban berlaku persamaan daya sebagai berikut : Daya output DC, Pdc = Vdc ∗ I dc -
Daya output AC, Pac = Vrms ∗ I rms Efisiensi (rectification ratio) dirumuskan dengan : P η = dc ∗ 100% Pac 8
Tegangan keluaran terdiri dari komponen dc dan komponen ac atau ripple. Nilai efektif (rms) komponen ac tegangan keluaran adalah : 2 Vac = Vrms − Vdc2
Faktor bentuk (form factor) yang mengukur bentuk tegangan keluaran adalah : V FF = ac Vdc Faktor ripple (ripple factor) yang mengukur kandungan ripple, didefinisikan sebagai : 2
⎛V ⎞ V RF = ac = ⎜ rms ⎟ − 1 = FF 2 − 1 : Vdc ⎝ Vdc ⎠ Faktor kegunaan trafo (trafo utilization factor) didefinisikan : P TUF = dc Vs I s
III. BAHAN DAN ALAT 1. Power Supply (60-132) 2. Thyristor control panel (70-220) 3. Resistor load (67-142) 4. Induktor load (67-300) 5. Kapasitor load (67-201) 6. Moving Iron Volmeter/Amperemeter AC/DC 0-3 A (68-114) 7. Digital Volmeter/Amperemeter AC/DC (68-116) 8. Osiloscop Double Beam 9. Kabel jumper IV. LANGKAH KERJA 1. Membuat rangkaian penyearah satu fasa setengah gelombang tak terkendali a. Buatlah rangkaian sesuai dengan diagram rangkaian seperti yang ditunjuk kan oleh Gambar 3. Gambar 5 menunjukkan konfigurasi rangkaian pada panel.
Gambar 3. Rangkaian percobaan
b. Buat rangkaian power suplai untuk output satu fasa dengan tegangan 200 Volt, seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 4. 9
Gambar 4. Rangkaian power suplay
2. Percobaan dengan beban Resistor
a. Posisikan semua saklar kapasitor dalam kondisi OFF dan posisikan induktor dalam keadaan terhubung singkat dengan menghubungkan terminal link. b. Posisikan selektor penyalaan sudut pada posisi 0-180°. c. Posisikan semua saklar resistor dalam kondisi ON, sehingga resistor memiliki nilai 182 Ω d. Kalibrasi osiloskop anda e. Hubungkan power suplai ke sumber f. Hidupkan Thyristor control panel (70-220) dan Power Suplply (60-132) dengan menekan pushbutton ON g. Amati bentuk gelombang arus dan tegangan yang ditunjukkan oleh osiloskop. Untuk melihat tegangan input, pindahkan rangkaian osiloskop ke sisi input. h. Moving Iron Volmeter/Amperemeter AC/DC 0-3 A (68-114) digunakan untuk melihat nilai rms tegangan dan arus, sedangkan Digital Volmeter /Amperemeter AC/DC (68-116) digunakan untuk melihat nilai rata-rata arus dan tegangan. i. Catat nilai puncak, rms dan nilai rata-rata dari arus dan tegangan dalam Tabel 1. j. Matikan power suplai dan lakukan percobaan selanjutnya 3. Percobaan dengan beban Resistor dan Induktor a. Posisikan semua saklar kapasitor dalam kondisi OFF dan lepaskan hubungan terminal link induktor. b. Setting nilai induktor dalam keadaan minimum c. Ulangi langkah c sampai f pada percobaan 2 d. Atur switch inductor sehingga nilainya menjadi 700 mH. e. Ulangi langkah g sampai j pada percobaan 2 4. Percobaan dengan beban Resistor dan Kapasitor a. Posisikan saklar kapasitor dalam kondisi ON (10 µF) dan pasang hubungan terminal link induktor . b. Posisikan semua saklar resistor dalam kondisi ON, sehingga resistor memiliki nilai 182 Ω c. Ulangi langkah c sampai j pada percobaan 2
10
Tabel 1. Hasil Percobaan
Beban
Input Vrms
Irms
Output Vm
Vrms
Vdc
Irms
Idc
Bentuk Gelombang Vm
Im
Vs
Vout Is/Iout
R RL RC V. TUGAS Buatlah laporan sementara berdasarkan hasil praktek yang telah anda dapatkan, kemudian buatlah laporan lengkap dengan menganalisa hasil pengamatan sesuai dengan rumus yang diberikan pada teori di atas untuk dikumpul minggu depan VI. ANALISIS 1. Hitung nilai rms dan nilai rata-rata tegangan dan arus pada kedua percobaan. 2. Hitung daya output DC, daya output AC, efisiensi, komponen tegangan AC, factor bentuk, factor ripple dan factor kegunaan trafo. 3. Bagaimana sudut fasa tegangan dan arus pada setiap percobaan. 4. Jelaskan perbedaan bentuk gelombang tegangan output saat diberi beban R, RL dan RC. Menurut anda apa yang menyebabkan perbedaan tersebut.
Gambar 5. Konfigurasi rangkaian pada panel
11
