RANCANGAN AWAL CATU DAYA PEMERCEPAT SUMBER ELEKTRON BERBASIS KATODA PLASMA

Suyamto, dkk.

ISSN 0216 - 3128

RANCANGAN AWAL CATU DAYA PEMERCEPAT ELEKTRON BERBASIS KATODA PLASMA

41

SUMBER

Suyamto, Suprapto, Widdi Usada dan Saefurrochman Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan-BATAN Jl. Babarsari Kotak Pos 6101 Ykbb Yogyakarta 55281 Email : [email protected]

ABSTRAK RANCANGAN AWAL CATU DAYA PEMERCEPAT SUMBER ELEKTRON BERBASIS KATODA PLASMA. Telah dirancang Catu Daya Pemercepat (CDP) pada Sumber Elektron Berbasis Katoda Plasma (SEBKP). Dalam makalah ini dijelaskan perancangan sistem catu daya tegangan tingggi DC yang berfungsi sebagai pemercepat elektron setelah keluar dari grid dengan tujuan agar diperoleh elektron berenergi tinggi. Rancangan ini merupakan rancangan awal atau dasar, dilakukan sebagai acuan untuk rancangbangun CDP pada SEBKP di masa yang akan datang. SEBKP terdiri dari beberapa komponen atau sub sistem misalnya generator plasma, catu daya pulsa, grid, catu daya pemercepat, window, bejana plasma, sistem vakum dan lain-lain. Rancangan CDP ini mengacu pada sumber elektron berbasis katoda plasma DUET-EB dan eksperimen set-up yang telah dilakukan. Requirement design CDP ditentukan tidak jauh dari spesifikasi teknis DUET yaitu daya HVDC 8,5 kVA, cos φ 0,8, tegangan keluaran 170 kV, arus berkas 50 A, lama pemulsaan 40 µs dan waktu pengulangan pulsa 50 Hz atau 20.10-3 s. Dari perencanaan yang telah dilakukan sebelumnya diperoleh parameter utama transformator; tegangan kerja 220V/170 kV; Np 144 dan Ns 110.480; Io 6,5 A, I1 38,62 A dan I2 0,05 A, η 0,96, VR 1,77 %, and ΔT 16,93 oC. Untuk penyearah digunakan dioda dengan bentuk keluaran setengah gelombang karena pertimbangan jumlah dioda yang harus dipasang. Untuk membatasi tegangan ripple sebesar 10 % dari tegangan sumber, pada keluaran tegangan DC dipasang kapasitor Cs 0,058 µF sebagai perata. Besarnya tahanan dan kapasitor untuk discharging dan charging dihitung dari lamanya pulsa dan lamanya pengulangan pulsa dengan konstanta waktu τ = RC. Dengan penurunan dan penaikan tegangan ΔV 10 %, arus berkas IB 50 A, dan limiting resistance RD 100 Ω diperoleh C 0,17 µF dan RC 51,15 kΩ. Untuk memudahkan dalam instalasi, maka nilai kapasitor dan resistor diganti menjadi C = 0,22 µF dan RC = 47 kΩ, sehingga menyebabkan penurunan tegangan < 10%. Kata kunci : catu daya, berkas elektron, katoda plasma

ABSTRACT PRELIMINARY DESIGN OF POWER SUPPLY FOR ELECTRON SOURCE ACCELERATOR BASED ON PLASMA CATHODE. Power supply for electron sources accelerator (CDP) based on plasma cathode (SEBKP) has been designed. In this paper it is explained the system design of high voltage DC power supply that serves as an electron accelerator after exiting from the grid in order to obtain high energy electrons. This design is the initial or basic design, performed as a reference for the design and construction of CDP at SEBKP in the future. SEBKP consists of several components or sub systems such as plasma generator system, pulse power supply, grid systems, accelerator power supply systems, window systems, plasma vessel, vacuum systems and others. The draft of CDP refers to the plasma cathode electron source based on DUET-EB and the experimental set up that has been done. CDP specified design requirements close to the technical specifications of the DUET that is : HVDC power Po 8.5 kVA, cos φ 0.8, the output voltage Vo 170 kV, beam current IB 50 A, pulse duration 40 μs, and pulse repetition time 50 Hz or 20.10-3 s. From a previous design which has been done the main parameters of the transformer is obtained; working voltage 220V/170 kV; Np 144, Ns 110 480; Io 6.5 A, I1 38.62 A, I2 0.05 A, η 0.96, VR 1, 77%, and ΔT 16.93 oC. For the rectifier is used dioda to form half-wave output due consideration of the number dioda should be installed. To limit the ripple voltage at 10 % of the voltage source, at the DC output voltage placed capacitor of 0,058 µF as a smoothing. The value of resistor and capacitor for discharging and charging are calculated from the pulse duration and pulse repetition duration with time constant τ = RC. By raising the voltage drop ΔV 10%, the beam current IB 50 A and limiting resistance RD 100 Ω are obtained C 0.17 μF and RC. 51,15 kΩ. In order to easy installation, so the value of capasitor and resistor should be changed with C 0.22 μF and RC. 47 kΩ. It will cause the voltage drop ΔV decrease < 10% Key words : power supply, electron beam, plasma cathode

PENDAHULUAN

P

eningkatan kualitas bahan industri logam dan polimer dengan perlakuan permukaan serta pengawetan bahan makanan yang sedang

berkembang saat ini adalah dengan pemanfaatan berkas elektron pulsa dengan arus berkas yang besar dan berdurasi pendek(1,2). Peralatan Sumber Elektron Berbasis Katoda Plasma (SEBKP) merupakan peralatan penghasil berkas elektron

Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah - Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir 2012 Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 4 Juli 2012

42

ISSN 0216 - 3128

Suyamto, S dkk.

Gaambar 1. (a) Peralatan padda SEBKP, daan (b) diagram m ekivalen ranggkaiannya pulsa dengan keraapatan tinggi yang lebih efektif e dibanding dengan menggunakan m n berkas kontiinyu(3). Sistem m SEBKP lebih sederhhana dibandiingkan dengaan mesin beerkas elektronn yang berooperasi secaraa kontinyu, karena padaa sistem ini tidak diperllukan sistem pemfokus, p maagnet pembelook dan dalam m praktek tidakk mungkin unntuk membuatt suatu berkas kontinyu dengan d arus yang y sangat besar. Namuun tidak daapat dipungkkiri bahwa proses p pembentukan plasm ma yang unifoorm dan homogen di dalam m tabung plassma juga tidaak mudah. SE EBKP terdirii dari beberaapa komponeen atau sub sistem misalnnya sistem geenerator plasm ma, bejana pllasma, catu daya pulsa, sistem catu daya pemerrcepat, sistem m grid, sistem window, sisteem vakum dann lainlain. Rancangan awal ini dilakukan d meengacu pada““DUET-Electrron Beam Maachine for Natural N Rubbeer” yang adaa di Institutee of High Current C Electrronics, Tom msk Russiaa, seperti yang ditunjjukkan pada Gambar G 1(1,2). Pada tahaap sebelumnyya telah dilaakukan rancanngan transform mator untuk High H Voltage Power P Supply ly yang meruupakan bagiaan dari catu daya pemerrcepat (CDP P) sehingga untuk ranccangan transfformator padaa makalah ini hanya disamppaikan rumussan dasar perhitungannnya dan haasilnya ditunjjukkan dalam m lampiran. Selanjutnya untuk rancanngan Catu Daaya Pemerceppat (CDP) inii lebih ditekaankan pada proses p charginng (pemuatann) dan dischaarging (pelucuutan) kapasitoor yang terjaddi pada saat pembentukan p p plasma. Dari Gambbar 1 dapat diiketahui bahw wa catu daya pemercepat dicatukan antara a anodee dan kolekttor, terdiri daari sumber teegangan tingggi DC (HVD DC) dan ranngkaian RC. Pada kebannyakan HVDC C, digunakan transformatoor untuk penyeediaan dioda daya yang besar, penyearah menggunakan m dan fiilter atau peraata menggunakkan kapasitor untuk menekkan terjadinyya tegangan ripple. Keluaran

HVDC dipaakai untuk meemuati kapasiitor C melaluii tahanan R, kemudian ddaya yang terrsimpan padaa d untuuk pembangk kitan plasmaa kapasitor dipakai (plasma gennerator) padaa ruang plasm ma. Pencatuann daya pada ruang r plasma dan rangkaian n ekivalennyaa dimodelkann seperti diaggram blok yan ng tunjukkann pada Gambaar 2 (3).

Gambar 2 (a) Diagram blok pencatuaan pada ruangg plasma, dann (b) modeel rangkaiann ekivalen Tahhanan R1 paada Gambar 2a berfungsii untuk membbatasi arus peemuatan transsien (transientt charging current) c padda waktu teerjadi prosess pemuatan (ccharging) kappasitor C. Tahanan R2 padaa Gambar 2aa adalah tahaanan R pada Gambar 2b,, disebut prootecting resisstor dipasang seri dengann beban plasm ma yang berrfungsi untuk k melindungii terhadap resiko r terjaddinya hubun ng singkat(3). Rangkaian ekivalen peraangkat keras beban b plasmaa ditunjukkann pada Gambbar 2b dengan n Rp dan Css ekivalen taahanan dan kkapasitansi tab bung plasma,, serta Cd adalah a ekivaalen kabel koaksial yangg

Prosiding Perttemuan dan Prresentasi Ilmiah - Penelitian Dasar D Ilmu Pen ngetahuan dan Teknologi Nuk klir 2012 Pus sat Teknologi Akselerator A da an Proses Baha an - BATAN Y Yogyakarta, 4 Juli J 2012

ISSN 0216 - 3128

Suyamto, dkk.

dipakai untuk pelucutan kapasitor ke tabung plasma(3). Dari rangkaian ekivalen pada Gambar 1 dan 2, maka catu daya pemercepat (CDP) untuk SEBKP dapat diekivalenkan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3 dengan RC sebagai charging resistor, C sebagai charging dan discharging capacitor serta RD sebagai protecting resistor..

Gambar 3. Blok diagram rangkaian CDP Jadi dalam rancangan CDP ini dilakukan perhitungan terhadap HVDC, serta ditentukan nilai RD., C dan RC

Rancangan Sumber Tegangan Tinggi DC(4 – 7). Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa HVDC harus mempunyai kapasitas yang besar, dimana pada DUET-EB diperlukan 7 kW. Dalam rancangan ini ditentukan HVDC berbasis transformator dengan spesifikasi 1 fasa, 8,5 KVA, 220V/170 kV, 50 Hz. Transformator bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik, dimana tegangan masukan AC pada sisi primer menimbulkan fluks magnet bolak-balik yang secara ideal semua diinduksikan ke sisi sekunder. Rumusan untuk perhitungan dalam rancangan transformator sangat banyak yang pada umumnya dibagi dalam 3 kelompok perhitungan yaitu yang terkait dengan kelistrikan, kemagnetan dan gulungan kawat.

Rancangan Sistem Kelistrikan Dalam rancangan kelistrikan didasarkan pada pembangkitan GGL pada sisi primer maupun sekunder dengan rumus dasar sebagain berikut.

E = 4, 44. f .N .ϕ .10−8

(1)

dengan E adalah GGL pada lilitan (volt), f adalah frekuensi sumber (Hz), N adalah jumlah lilitan dan Ф adalah fluks pada inti (weber). Bila Vt adalah tegangan per lilit maka dari persamaan (1) diperoleh Vt =

E

= 4,44 fφ10

N primer maupun sekunder.

−8

baik untuk sisi

Vt

2

43 = 4, 44 fφ 10

Vt =

1

EI =

C

−8

×

1 C

EI NI

=

⎛ 4, 44 fφ ⎞ ⎜ ⎟ EI ⎝ NI 10 8 ⎠

volt − amper

(2)

Rancangan Sistem Kemagnetan Rancangan sistem kemagnetan dimaksudkan untuk menentukan dimensi inti trafo yaitu meliputi model, bukaan jendela, luas penampang, bentuk dan faktor tumpukan inti. Untuk trafo tegangan tinggi, selain dipakai model core type penampang intinya juga sering dibuat bentuk cruciform agar lilitannya membentuk lingkaran, sehingga mengurangi bentuk tonjolan dan dengan inti cruciform bocor fluks dapat ditekan. Besarnya bukaan jendela inti trafo didekati dengan rumus

H .D =

2. ( N s .S f

)

(3)

0,35.J

dengan H dan D masing-masing adalah tinggi dan lebar jendela inti, Sf faktor ruang kumparan (winding space factor) S = f

10 30 + kV

tegangan, J rapat arus. Luas penampang inti ditentukan dari

φmak = Ainti =

kV rated ,

E.108 4, 44. f .N

φmak Bmak .St

(4)

dengan St adalah faktor tumpukan inti

Rancangan Gulungan Kawat dan Isolasi Ukuran kawat baik untuk primer maupun sekunder dapat di hitung dari besarnya arus dibagi dengan rapat arus J yang dipilih. Jumlah lapisan kumparan dan jumlah lilitan tiap lapis ditentukan dari lebar dan panjang jendela inti. Tebal kumparan total dihitung dari ketebalan kawat dikalikan jumlah lapisan kumparan berikut isolasinya dengan memperhitungkan celah atau gap antara gulungan kawat primer dan sekunder. Isolasi merupakan bagian yang sangat penting dalam konstruksi sumber tegangan tinggi untuk mencegah terjadinya discharge maupun hubung singkat yang dapat membahayakan trafo itu sendiri maupun operator.

Rancangan Sistem Penyearah(8, 9). Pengubahan tegangan AC menjadi DC dapat dilakukan menggunakan 4 atau 2 buah dioda untuk menghasilkan tegangan gelombang penuh. Penyearahan tegangan AC juga dapat dilakukan


ISSN 0216 - 3128

44

Suyamto, dkk.

Gambar 5. Rangkaian penyearah jembatan dan bentuk gelombang keluarannya.

Gambar 6. Proses penaikan dan penurunan tegangan dan arus pada saat charging dan discharging pada kapasitor melalui rangkaian RC menggunakan satu buah dioda yang menghasilkan tegangan setengah gelombang sehingga jumlah dioda yang harus digunakan lebih sedikit. Untuk menyesuaikan terhadap tegangan dan arus kerja yang diinginkan dapat dirangkai beberapa dioda secara seri maupun paralel. Karena tegangan yang dihasilkan masih belum serata tegangan DC, maka digunakan kapasitor sebagai perata yang juga dapat dirangkai secara seri-paralel, disesuaikan dengan tegangan dan arus kerja yang dinginkan. Jadi HVDC yang akan dibuat ditunjukkan pada blok diagram Gambar 4.

Gambar 4. Blok diagram HVDC Bila digunakan 4 unit dioda dirangkai dalam bentuk jembatan, tidak harus digunakan transformator trafo dengan center tap (CT) dan jumah dioda yang banyak, sedangkan bila digunakan 2 unit dioda harus digunakan trafo center tap dan dengan dioda yang lebih sedikit. Penyearah satu unit jembatan juga tersedia di pasaran, dan sebagai contoh rangkaian penyearah gelombang penuh dan keluarannya ditunjukkan pada Gambar 5. Perataan gelombang keluaran dimaksudkan untuk menekan besarnya tegangan ripple dan untuk beberapa rangkaian, tegangan ripple sebesar 10 % dari tegangan sumber adalah

cukup memuaskan. Besarnya kapasitansi Cs untuk ripple 10 % ditunjukkan pada persamaan 5.

Cs =

5I s Vs . f

(5)

dengan C kapasitor perata (F), IS arus keluar dari sumber (A), VS tegangan sumber (V) serta f adalah frekuensi catu daya AC (50 Hz). Untuk C yang lebih besar akan dihasilkan tegangan ripple yang lebih kecil, sedangkan untuk perataan setengah gelombang, kapasitansinya harus dikalikan dua agar penurunan tegangannya tidak terlalu cepat. Rancangan Sistem Charging dan Discharging.(10,11) Pada eksperimen menggunakan DUETEB, plasma dibangkitkan dengan lucutan berupa tegangan pulsa dengan durasi (pulse duration) 40 μs dan waktu pengulangan pulsa (pulse repetititon) 50 Hz atau jarak antar pulsa sebesar 20 ms. Proses pemuatan dan pelucutan kapasitor melalui rangkaian RC mengikuti kurva eksponensial seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6(3) dan 6b. Dari Gambar 3 dan 6 jelas bahwa proses pemuatan kapasitor terjadi penaikan tegangan dan arus melalui rangkaian RCC, sedangkan pada proses pelucutan terjadi penurunan tegangan dan arus melalui rangkaian RDC. Pada saat energi pada kapasitor dipakai untuk pembentukan plasma, tegangannya turun


ISSN 0216 - 3128

Suyamto, dkk.

Tabel 1. Parameter rancangan Item

45

Parameter teknis DUET-EB(1)

Eksperimen (2)

Rancangan

Tegangan (DC)pemercepat (kV)

100 – 200

150

170

Arus berkas elektrón (A)

s/d 100

18

50

Lama pulsa (μs)

40

40

40

Pengulangan pulsa (Hz)

0.1 s/d 50

10

50

karena mengalirnya arus beban IB ke tabung plasma melalui tahanan RD, sehingga dengan melihat blok diagram pada Gambar 2 dan 3 serta dengan menggunakan hukum Kirchoff tegangan diperoleh persamaan(10,11) :

V0 = Vc + I B RD +

I Bt C

(6)

dengan VC dan VO masing-masing tegangan pada C setelah dan sebelum terjadi plasma, serta t lamanya arus mengalir ke tabung plasma atau lamanya pelucutan kapasitor. Penaikan kembali tegangan pada kapasitor terjadi dengan proses charging secara eksponensial sebagai fungsi waktu oleh sumber tegangan tinggi HVDC, dengan konstanta watu τ = RCC seperti yang ditunjukkan pada persamaan 7.

(

vc ( t ) = Vcc 1 − e

−t

τ

)

−t ⎛ ⎞ = Vcc ⎜ 1 − e RcC ⎟ ⎝ ⎠

(7)

dengan vC(t) tegangan di ujung kapasitor pada saat t, VCC tegangan keluaran HVDC dan t lamanya pemuatan kapasitor C. Bila besarnya arus berkas IB, penurunan tegangan (ΔV) dan limiting resistance RD diketahui, maka dengan menggunakan persamaan 5 dan 6, besarnya RC dan C pada Gambar 3 dapat dihitung

TATA KERJA Dalam rancangan CDP untuk SEBKP ini ditentukan parameter teknis peralatan pada Gambar 3 yaitu berupa HVDC, charging resistor RC, limiting resistor RD dan charging - discharging capacitor C. Kriteria rancangan ditunjukkan pada Tabel 1, dimana parameter rancangan ditentukan mengacu pada eksperimen yang dilakukan oleh P. Raharjo dkk(2) menggunakan sistem DUET-EB di Institute of High Current Electronics, Tomsk Rusia.

Perancangan HVDC HVDC yang dirancang berbasis transformator yang kemudian disearahkan menggunakan sistem penyearah. Tahapan perancangan meliputi perancangan transformator dan perancangan sistem penyearah.

Perancangan transformator dirancang dengan memperhatikan sistem kelistrikan, kemagnetan dan gulungan kawat. Perancangan sistem penyearah meliputi penyearah dan perata. Dalam perancangan ini, ditentukan jumlah dioda dan kapasitor yang akan digunakan.

Penentuan Limiting Resistor (RD) Limiting resistor berfungsi sebagai pelindung dimana nilainya dipengaruhi oleh besarnya arus berkas dan tegangan catu daya. Berdesarkan referensi, nilai resistor ini adalah 100 Ω.

Penentuan Charging Capacitor (C)

-

Discharging

Tahapan untuk menentukan besarnya charging - discharging capacitor (C) adalah dengan menentukan besarnya arus berkas, penurunan tegangan saat discharging, waktu discharging dan tegangan sumber.

Penentuan charging resistor RC Tahapan untuk menentukan besarnya charging resistor (RC) adalah dengan menentukan besarnya waktu pulse repetition dan charging discharging capacitor (C).

HASIL DAN PEMBAHASAN Catu daya pemercepat dicatukan antara anode dan ground berfungsi untuk mempercepat elektron dari tabung plasma yang keluar melalui grid. Dari Tabel 1 dapat diketahui bahwa HVDC harus mempunyai kapasitas yang besar Penyearah berupa dioda harus mampu dilalui arus yang besar. Rangkaian RC harus mampu memberikan energi yang cukup pada saat charging dan discharging, sesuai dengan pulse dan repetition time yang diinginkan Karena arus yang diinginkan cukup besar maka berdasarkan sifat-sifat pembangkit tegangan tinggi, rancangan CDP ini lebih sesuai bila dipakai jenis transformator step up. Kapasitas transformator harus dapat mengatasi besarnya daya berkas elektron yang diinginkan beserta rugi-rugi yang ada misalnya rugi-rugi pada transformator, penyearah, rangkaian RC dan kebocoran-kebocoran arus


ISSN 0216 - 3128

46

Suyamto, dkk.

Gambar 7. Rangkaian CDP melalui isolator. Kebutuhan daya untuk pemercepat dan pompa vakum (pompa rotari dan pompa difusi) masing-masing adalah 7 kW dan 1,8 kW, sehingga catu daya DC untuk akselerator hanya sebesar 7 kW (1) , dan pada rancangan ini ditentukan daya transformator 8,5 KVA, lihat rangkaian CDP pada Gambar 7. Untuk perencanaan lilitan digunakan persamaan 2 dengan mengambil konstanta C = 60, Vt sama dengan 1,54 volt/lilit dengan daya keluaran Po 8,5 kVA. Selanjutnya dapat dihitung jumlah lilitan primer dan sekunder dan dengan menentukan bahan lilitan dari tembaga dengan rapat arus J ditentukan 1100 A/inc2 dapat dihitung besarnya penampang kawat. Untuk rancangan transformator ditentukan menggunakan core type dengan koefisien St, yaitu faktor tumpukan inti sebesar 0,9. Bila besarnya φm dan Bm pada persamaan 4 diketahui maka luas inti Ai dapat dihitung, dan hasilnya adalah 59,87 cm2. Untuk penampang inti berbentuk cruciform dengan luas inti Ai secara pendekatan dapat dihitung dari (2 WL – W2), dengan W =0,525 C, L = 0,85 C, C diagonal inti, W dan L masing-masing lebar dan panjang inti. Luas jendela inti Aw dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 3 dengan mengambil perbandingan antara H dan D 2,5 sehingga diperoleh Aw=1830 cm2. Penentuan nilai kapasitor sebagai perata dihitung menggunakan persamaan 4 dengan Is=0,05A, VS=170 kV dan f=50 Hz.

Cs =

5I s 5.0, 05 = = 0, 0294 μ F Vs . f 170.103.50

Dalam rancangan ini ditentukan tegangan DC setengah gelombang sehingga nilai kapasitor perata yang harus dipasang adalah 2 kali Cs atau 0,0588 µF. Perhitungan nilai komponen RC, RD dan C mula-mula dilakukan dengan menentukan besarnya limiting resistance RD, besarnya arus berkas 50 A, dan penurunan tegangan waktu discharging sebesar 10 % selama 40.10-6 s. Nilai RD yang berfungsi sebagai protecting resistor ditentukan dari besarnya arus berkas dan tegangan catu daya, yang dalam rancangan ini ditentukan besarnya 100 Ω(10). Selanjutnya dari persamaan 5 dapat dihitung nilai charging dan discharging capacitor C sebagai berikut.

I Bt C I t (VO − VC ) = I B R D + B C I t 0,1(VO ) = I B R D + B C

VO = VC + I B R D +

Dengan substitusi tegangan sumber 170 kV diperoleh,

0,1(170 .10 3 ) = (50 )(100 ) +

(50 )( 40 .10 −6 ) C

C =0,17µF Untuk menentukan nilai RC yaitu tahanan pada pemuatan kapasitor pada Gambar 6 digunakan teori pemuatan kapasitor pada persamaan 7 dengan waktu pemuatan atau pulse repetititon time 20 ms, dan C = 0,17 µF. Hasilnya adalah, − t ⎛ ⎞ ) = VCC ⎜1 − e RC C ⎟ ⎝ ⎠ −3 − 20.10 ⎞ ⎛ RC x.0,17.10− 6 ⎟ = VCC ⎜⎜1 − e ⎟ ⎠ ⎝

vC (t ) = VCC (1 − e 0,9VCC

− 20.10 ⎛ ⎜ 0, ,9 = ⎜1 − e ⎝

−t

τ

−3

RC x.0,17.10− 6

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

RC = 51,15 kΩ Jadi dengan parameter rancangan pada Tabel 1 dan dengan menggunakan persamaan 6 dan 7 dihasilkan C = 0,17 µF dan RC = 51,15 kΩ. Namun nilai kapasitor dan resistor tersebut harus disesuaikan dengan yang ada dipasaran. Berdasarkan survei pasar, maka diperoleh nilai kapasitor dan resistor yang mendekati nilai diatas yaitu C = 0,22 µF dan RC = 47 kΩ. Hal ini bertujuan agar memudahkan dalam instalasinya. Dengan nilai tersebut akan diperoleh penurunan tegangan kurang dari 10%.

KESIMPULAN Dari perancangan yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan bahwa perancangan ini merupakan tahap awal dan perhitungannya


Suyamto, dkk.

ISSN 0216 - 3128

dilakukan dengan mengambil beberapa asumsi. Parameter-parameter penting CDP hasil rancangan adalah : transformator 1 fasa, 8,5 KVA, 220 V/170 kV, kapasitor perata pada penyearah Cs 0,0588 µF, limiting resistor RD 100 Ω, charging - discharging kapasitor C 0,17 µF dan charging resistor RC 51,15 kΩ. Untuk memudahkan dalam instalasi, maka nilai kapasitor dan resistor yang digunakan adalah C = 0,17 µF dan RC =51,15 kΩ.

DAFTAR PUSTAKA 1.

2.

3.

4.

5. 6.

EFIM OKS, Plasma Cathode Electron Sources, Wiley Vch Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim. ISBN: 3-527-40634-4. 2006. P. RAHARJO, Application of Large Area Plasma Cathode Electron Beam for Natural Rubber Vulcanization, ITAC Ltd., 8-2 (paper seminar oral session, prosiding halaman 497), Kamisuwa Tsubame City Niigata 959-0181 Niigata, Japan, Phone: +81-(0)-256-91-3315, Fax: +81-(0)256-98-5778, Email:[email protected] J.O. ROSSIU, M. UEDA, J.J. BARROSO, Plasma immersion ion implantation experiments with long and short rise time pulses using high voltage hard tube pulser, National Institute for Space Research, Associated Plasma Laboratory, P.O. Box 515, 12201-970 S.J. Campos, SP, Brazil FOTHERGILL,J.C, at-all, A Novel Prototype Design for a Transformer for High Voltage, High Frequency, High Power Use, IEEE TRANSACTIONS ON POWER DELIVERY, VOL.16, NO.1,(2001). A.R MARGUNADI, Membuat Transformator Kecil untuk teknisi dan hobbyist. Penerbit PT Gramedia, Jakarta 1986 STILL, A. AND SISKIND, CS., Elements Of Electrical Machine Design, McGRAW-HILL BOOK COMPANY, INC, New York Toronto London (1954).

47

7.

YADI YUNUS, SUYAMTO, Rancangan Awal Transformator Tegangan Tinggi Untuk Catu Daya Pemercepat Sumber Elektron Berbasis Katoda Plasma, Prosiding Seminar Nasional SDM Teknologi Nuklir, November 2011, Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir Yogyakarta, ISSN 1978-0176 8. www.kpsec.freeuk.com/powersup.htm : Types of Power Supply 9. ABDUL SYAKUR, AGUNG WARSITO, NURLAILATI, Aplikasi Tegangan Tinggi DC Sebagai Pengendap Debu Secara Elektrostatik, Jurusan Teknik Elektro – Fakultas Teknik Universitas Diponegoro, Jl. Prof. Soedarto SH Tembalang Semarang telp. Fax : 024 – 7460057 10. EFIM OKS, Buku panduan dan catatan BAS 2011 11. PROFESSOR EFIM OKS, Lecture 1 – 12, Batan Accselerator School, Yogyakarta, Indonesia., December 5th – 9th, 2011

TANYAJAWAB Siswanto − Untuk membuat caturdaya yang Bapak rancang , apakah dalam satu tahun selesai? − Diperlukan berapa biaya untuk membuat 1 unit caturdaya pemercepat? Suyamto • Dengan team yang solid 3-4 orang, dibantu pabrikan trafo, yakin 1 tahun dapat terealisir. • Biaya secara pasti tidak dapat ditentukan untuk trafo 20kV/280V, 630 kVA, harganya 150 juta untuk tiap tarfo disini proporsional terhadap daya dan isolasi tegagan tinggi.


ISSN 0216 - 3128

48

Suyamto, dkk.

LAMPIRAN (7) Uraian Kapasitas Model Inti

Spesifikasi 220V/170 kV, 8,5 KVA, 1 fasa, 50 Hz Core type

Tegangan per lilit Jumlah lilitan primer Kawat primer

1,54 volt/lilit 144 lilitan Kawat pipih penampang 0,0644 inc2 dengan lebar 0,347 inc = 8,82 mm, tebal termasuk isolasi 0,228 inc = 5,79 mm 110.480 lilitan 0,0000496 inc2 (diameter 0,00795 inc.= 0,22 mm) 767,2 Cruciform C (diagonal) = 3,88 inchi = 98,55 mm; W (lebar dalam) = 2,04 inchi =51,82 mm dan L (lebar luar) = 3,3 inchi = 83,82 mm Plat Silicon steel tebal 0,5 mm

Jumlah lilitan sekunder/fase/koil Kawat sekunder Perbandinqan transformasi N2/N1 Bentuk penampang inti

Bahan inti Bahan isolasi/ kuat dielektrikum Daya isolasi antara: - Koil primer - sekunder - Koil 25kV– koil 25kV/fase Media isolator / pendingin Ukuran jendela inti trafo Jarak sela antar bagian kumparan Tahanan lilitan sekunder Tahanan lilitan primer Rugi daya liltan sekunder Rugi daya liltan primerr Rugi daya inti Rugi daya total Efisiensi pada beban penuh Arus beban kosong Regulasi tegangan

Keterangan Lihat Gambar 3 pada lampiran

Lihat Gambar 2 dan 3 pada lampiran

Minyak trafo/ 1 kV/mm 200 kV 70 kV Minyak trafo D=10,71 inc, H = 26,5 inci 6,17 inc.= 156,7 mm 38.260,44 Ω 0,0273 Ω 95,65 W 40,76 W 163,85 W 300,265 W 0.966 6,5 A 1,77 %


RANCANGAN AWAL CATU DAYA PEMERCEPAT SUMBER ELEKTRON BERBASIS KATODA PLASMA

Recommend Documents