SONI HAKIM (115080068)
1. Apakah yang dimaksud dengan elektronika daya?
Elektronika daya adalah ilmu ysng meliputi switching, pengontrolan dan pengubah (konversi) blok-blok yang besar dari daya listrik dengan menggunakan sarana peralatan semikonduktor. Dengan demikian elektronika daya secara garis besar terbagi menjadi 2 (dua) bagian yaitu :
1. Rangkaian Daya
2. Rangkaian kontrol
Aplikasi elektronika daya dengan mudah dapat dilihat dari tempat-tempat yang cukup penting dari teknologi modern dan sekarang digunakan dalam begitu banyak variasi produk-produk daya tinggi, mencakup pengendalian suhu, pengontrolan pencahayaan, pengendalian motor, catu daya sistem propulsi dan sistem-sistem High-Voltage-Direct-Current (HVDC) (arus langsung tegangan tinggi).
2. Jelaskan dengan gambar cara kerja thyristor! Sebutkan macam-macam thyristor!
Ciri utama thyristor adalah komponen yang terbuat dari bahan semikonduktor silikon. Walaupun bahannya sama, namun struktur P-N junction yang dimilikinya lebih kompleks dibanding transistor bipolar atau MOS. Komponen thyristor lebih digunakan sebagai saklar (switch) daripada sebagai penguat arus atau tegangan seperti halnya transistor.
Struktur dasar thyristor adalah struktur 4 layer PNPN seperti yang ditunjukkan pada gambar (a) di atas. Jika dipilah, struktur ini dapat dilihat sebagai dua struktur junction PNP dan NPN yang tersambung di tengah seperti pada gambar (b) di atas. Ini tidak lain adalah dua buah transistor PNP dan NPN yang tersambung pada masing-masing kolektor dan base. Jika divisualisasikan sebagai transistor Q1 dan Q2, maka struktur thyristor ini dapat diperlihatkan seperti pada gambar berikut.
 |
| Struktur thyristor |
Jika, misalnya, ada arus sebesar IB yang mengalir pada base transistor Q2, maka akan ada arus IB yang mengalir pada kolektor Q2. Arus kolektor ini merupakan arus base IB pada transistor Q1, sehingga akan muncul penguatan pada arus kolektor transistor Q1. Arus kolektor transistor Q1 tidak lain adalah arus base bagi transistor Q2. Demikian seterusnya sehingga makin lama sambungan PN dari thyristor ini di bagian tengah akan mengecil dan hilang yang tertinggal hanyalah lapisan P dan N di bagian luar.
Jika keadaan ini tercapai, maka struktur ini merupakan struktur dioda PN (anoda-katoda) yang sudah dikenal. Pada saat yang demikian, thyristor disebut dalam keadaan ON dan dapat mengalirkan arus dari anoda menuju katoda seperti layaknya sebuah dioda.
Bagaimana kalau pada thyristor ini kita beri beban lampu dc dan diberi suplai tegangan dari nol sampai tegangan tertentu seperti pada gambar di bawah? Apa yang terjadi pada lampu ketika tegangan dinaikkan dari nol? Ya, betul. Tentu saja lampu akan tetap padam karena lapisan N-P yang ada di tengah akan mendapatkan reverse-bias (teori dioda). Pada saat ini thyristor disebut dalam keadaan OFF karena tidak ada arus yang bisa mengalir atau sangat kecil sekali. Arus tidak dapat mengalir sampai pada suatu tegangan reverse-bias tertentu yang menyebabkan sambungan NP ini jenuh dan hilang. Tegangan ini disebut tegangan breakdown. Pada saat itu arus mulai dapat mengalir melewati thyristor sebagaimana dioda umumnya. Tegangan ini disebut tegangan breakover (Vbo).
 |
| Tyhristor diberi tegangan |
SIMULASI
Ilustrasi berikut menunjukkan kurva karakteristik tegangan breakover.
 |
| Karakteristik tegangan breakover |
Pada saat dalam kondisi OFF, arus sama dengan nol. Apabila tegangan dioda melebihi Vbo, maka breakover beralih sepanjang garis putus-putus menuju ke daerah jenuh. Dioda akan beroperasi pada garis sebelah atas. Selama arus yang melalui lebih besar dari arus genggam (holding current) Ih, dioda akan terkunci pada kondisi ON. Sebaliknya bila arus yang melewati dioda lebih kecil dari Ih, maka dioda akan putus (OFF).
3. Persyaratan apa yang menyebabkan thyristor mengalirkan arus (turned on)?
Suatu thyristor dihidupkan dengan meningkatkan arus anode. Hal ini dapat dicapai dengan salah satu langkah berikut:
Panas. Jika suhu thyristor cukup tinggi, akan terjadi peningkatan jumlah pasangan electron – hole, sehingga arus bocor semakin meningkat. Peningkatan ini akan menyebabkan α1 dan α2 meningkat. Karena aksi regenerative (α1 + α2) akan menuju ke nilai satuan dan thyristor mungkin akan on. Cara ini dapat menyebabkan thermal runaway dan biasanya dihindari.
Cahaya. Jika cahaya diizinkan mengenai sambungan thyristor, pasangan electron – hole akan meningkat; dan thyristor mungkin akan on. Cara ini dilakukan dengan membiarkan cahaya mengenai silicon wafer dari thyristor.
Tegangan tinggi. Jika tegangan forward anode ke katode lebih besar dari tegangan maju breakdown VBO, arus bocor yang dihasilkan cukup untuk membuat thyristor on. Cara ini merusak dan harus dihindari.
Dv/dt. Jika kecepatan peningkatan tegangan anode – katode cukup tinggi, arus pengisian kapasitor sambungan mungkin cukup untuk membuat thyristor on. Nilai arus pengisian yang tinggi dapat merusak thyristor; dan devais harus diproteksi melawan dv/dt yang tinggi. Manufaktur pembuat thyristor akan menentukan berapa besar dv/dt yang dapat ditangani oleh suatu thyristor.
Arus gerbang. Jika suatu thyristor diberi tegangan bias forward, injeksi arus gerbang dengan menerapkan gerbang positif antara terminal gerbang dan katode akan dapat menbuat thyristor on. Ketika arus gerbang ditingkatkan, tegangan forward blocking akan menurun.
4. Bagaimana thyristor dapat “turned off”?
Thyristor yang berada dalam keadaan on dapat dimatikan dengan mengurangi arus maju ke tingkat di bawah arus holding IH. Ada beberapa variasi teknik untuk membuat thyristor off. Pada semua teknik komutasi, arus anode dipertahankan di bawah arus holding cukup lama, sehingga semua kelebihan pembawa muatan pada keempat layer dapat dikeluarkan.
Akibat dua sambungan pn, J1 dan J3, karakteristik turn – off akan mirip dengan pada diode, berkaitan dengan waktu pemulihan reverse trr dan arus pemulihan reverse puncak IRR. IRR dapat lebih besar daripada arus blocking baik nominal. Pada rangkaian converter line commutated yang tegangan masukannya bersifat bolak – balik, tegangan balik muncul pada thyristor seketika setelah arus maju menuju ke nol. Tegangan balik ini akan mengakselerasi proses turn – off dengan membuang semua kelebihan muatan dari sambungan pn J1 dan J3.
Sambungan pn dalam J2 akan memerlukan waktu yang dikenal sebagai recombination time trr untuk merekombinasikan kelebihan pembawa muatan. Tegangan balik negative akan dapat mengurangi waktu rekombinasi ini. Trr bergantung pada magnitude dari tegangan balik.
5. Apa yang dimaksud dengan komutasi sendiri (line commutated)?
Thyristor dapat mejadi OFF jika terdapat rangkaian eksternal (external crcuit) yang menyebabkan anoda menjadi bias negatif (negatively biased) dan dikenal dengan metode natural atau komutasi sendiri (line commutated).
6. Apa yang dimaksud dengan komutasi paksa (forced commutated)?
Pada beberapa penggunaan pensaklaran (switching) thyristor kedua untuk pengosongan kapasitor di katoda pada thyristor pertama. Metode ini dikenal dengan komutasi paksa (forced commutated).
Boleh dikatakan SCR adalah thyristor yang uni-directional (satu arah), karena ketika ON hanya bisa melewatkan arus satu arah saja, yaitu dari anoda menuju katoda. Struktur TRIAC sebenarnya sama dengan dua buah SCR yang arahnya bolak-balik dan kedua gate-nya disatukan. Simbol TRIAC ditunjukkan pada gambar di bawah. TRIAC biasa juga disebut thyristor bi-directional (dua arah).
jadi perbedaanya TRIAC merupakan bi-directional (dua arah) sedangkan pada thyristor hanya satu arah.
8. Apakah yang dimaksud dengan converter?
converter adalah suatu alat untuk mengkonversikan daya listrik dari satu bentuk ke bentuk daya listrik lainnya.
Converter terbagi menjadi 4 jenis:
1. Konverter AC – DC (Rectifier)
2. Konverter AC – AC (Cycloconverter)
3. Converter DC – DC (DC Chopper)
4. Konverter DC – AC (Inverter)
9. Bagaimana prinsip kerja dari konversi ac ke dc?
Rangkaian penyearah diode mengubah tegangan ac ke tegangan dc tetap. Tegangan masukan ke penyearah dapat bersifat satu fasa ataupun tiga fasa
- Penyearah setengah gelombang, satu phasa
Sebuah penyearah merupakan rangkaian yang mengkonversikan sinyal AC menjadisinyal satu arah. Diode banyak digunakan pada penyearah. Penyearah setengahgelombang satu fasa merupakan jenis yang sederhana tetapi tidak biasa digunakan pada aplikasi industri. Namun demikian, penyearah ini berguna untuk memahami prinsip dari operasi penyearah. Diagram rangkaian dengan beban resistif ditunjukkan pada Gamhar dibawah.
Selama tegangan masukan memiliki siklus setengah positif, diode D1 berkonduksi dan tegangan masukan muncul melalui beban. Selama teganganmasukan memiliki siklus setengah negatif, diode pada kondisi tertahan (blocking condition) dan tegangan keluarannya nol. Bentuk gelombang untuk tegangan masukandan keluaran.
- Penyearah gelombang penuh, satu phasa
Rangkaian penyearah gelombang penuh dengan trafo tap tengah (a). Tiap bagian trafo dengan diode yang berhubungan berfungsisebagai penyearah setengah gelombang. Keluaran penyearah gelombang penuh ditunjukkan pada gambar (b) di bawah. Karena tidak ada arus dc yang mengalir melaluitrafo maka tidak ada masalah saturasi dc pada inti trafo.
- Penyearah setengah gelombang, tiga phasa
10. Bagaimana prinsip kerja dari konversi ac ke ac?
Cycloconverter adalah rangkaian elektronika daya yang dapat mengubah gelombang masukan AC dengan frekuensi tertentu ke gelombang keluaran AC dengan frekuensi yang berbeda. Pada Figure 1(a) dapat dilihat rangkaian daya cycloconverter satu phasa. Untuk lebih mudah memahami kerja rangkaian ini sehingga dapat menurunkan frekuensi sumber adalah dengan cara membagi topologi ini menjadi 2 buah rangkaian konverter tyristor-P dan rangkaian konverter tyristor-N yang bekerja secara bergantian, seperti terlihat pada Figure 1(b). Konverter tyristor-P bekerja untuk membentuk arus keluaran pada saat periode positip-nya, sedangkan konverter tyristor-N bekerja setelahnya untuk membentuk arus keluaran pada periode negatif arus keluaran.
Pada Figure 3 terlihat bahwa untuk mengubah sumber tegangan AC 50Hz menjadi frekuensi yang lebih rendah (10Hz), rangkaian konverter tyristor lengan kiri bekerja sedemikian rupa dengan memainkan sudut penyalaannya selama 2,5 periode sumber.
Dari Figure 4. dapat dilihat bahwa setiap konverter tyristor pada rangkaian eqivalen pernah bekerja pada fase retifying dan inverting. Apabila tegangan keluaran dan arus keluaran dari konverter bernilai positip itu artinya konverter-P bekerja sebagai penyearah. Sedangkan bila tegangan keluaran bernilai negatif dan arus keluaran bernilai positip itu artinya aliran daya mengalir dari beban ke sumber, konverter-P bekerja sebagai inverter. Pada fase berikutnya konverter-P akan berhenti bekerja kemudian konverter-N akan bekerja menggantikan peran konverter-P untuk membentuk fase selanjutnya (arus beban negatif).
Gambar berikut adalah rangkaian daya cycloconverter tiga phasa berikut bentuk gelombang yang terjadi pada sisi keluarannya tiap fasa.
11. Bagaimana prinsip kerja dari konversi dc ke dc?
Pengubah daya DC-DC (DC-DC Converter) tipe peralihan atau dikenal juga dengan sebutan DC Chopper dimanfaatkan terutama untuk penyediaan tegangan keluaran DC yang bervariasi besarannya sesuai dengan permintaan pada beban. Daya masukan dari proses DC-DC tersebut adalah berasal dari sumber daya DC yang biasanya memiliki tegangan masukan yang tetap. Pada dasarnya, penghasilan tegangan keluaran DC yang ingin dicapai adalah dengan cara pengaturan lamanya waktu penghubungan antara sisi keluaran dan sisi masukan pada rangkaian yang sama. Komponen yang digunakan untuk menjalankan fungsi penghubung tersebut tidak lain adalah switch (solid state electronic switch) seperti misalnya Thyristor, MOSFET, IGBT, GTO. Secara umum ada dua fungsi pengoperasian dari DC Chopper yaitu penaikan tegangan dimana tegangan keluaran yang dihasilkan lebih tinggi dari tegangan masukan, dan penurunan tegangan dimana tegangan keluaran lebih rendah dari tegangan masukan.
- Prinsip kerja step – down choppers
Pada gambar (a), jika saklar SW ditutup pada saat t1, maka tegangan Vs akan melalui beban. Jika saklar dimatikan atau di buka pada saat t2, tegangan yang melewati beban adalah nol. Betuk gelombang output dan arus beban ditunjukan pada gambar (b). penggunaansaklar pada chopper dapat implementasikan dengan menggunakan,Power BJT,Power MOSFET,GTO atau SCR
- Prinsip kerja step –up chopper
Pada gambar (a), jika saklar SW ditutup pada saat t1,aruskan mengalir pada inductor dan akan menyimpan energy pada inductor tersebut.Jika saklar terbuka pada saat t2, energy yang tersimpan pada pada inductor dialirkan kebeban, betuk gelombang yang dihasilkan arus inductor dapat dilihatpada gambar (b).
12. Bagaimana prinsip kerja dari konversi dc ke ac?
Konverter dc-ac dikenal juga sebagai inverter. Prinsip kerja inverter dapat dijelaskan dengan menggunakan 4 sakelar seperti ditunjukkan pada gambar dibawah. Bila sakelar S1 dan S2 dalam kondisi on, maka akan mengalir arus DC ke beban R dari arah kiri ke kanan. Apabila yang hidup adalah sakelar S3 dan S4 maka akan mengair aliran arus DC ke beban R dari arah kanan ke kiri. Inverter biasanya menggunakan rangkaian modulasi lebar pulsa atau yang disebut Pulse Width Modulation dalam proses konversi tegangan DC menjadi AC.
- Inverter 1 Fasa
- Inverter 3 fasa
sumber :
0 komentar:
Posting Komentar