modul praktikum elektronika daya · 14. laporan praktikum ditulis dengan tulisan tangan pada kertas...

MODUL PRAKTIKUM

ELEKTRONIKA DAYA Laboratorium Konversi Energi Listrik Universitas Indonesia

2019

2019

MODUL PRAKTIKUM

ELEKTRONIKA DAYA Untuk Program Studi Teknik Elektro

Penanggung Jawab:

Ir. Chairul Hudaya, ST, M.Eng., Ph.D, IPM Kepala Laboratorium Konversi Energi Listrik Universitas Indonesia

Dipublikasikan oleh:

Laboratorium Konversi Energi Listrik

Universitas Indonesia

2019

Penyusun:

Asisten Laboratorium Konversi Energi Listrik Universitas Indonesia

Harap menyimpan telepon selular

atau perangkat elektronik komunikasi lainnya agar dapat fokus berpraktikum. Dilarang bermain telepon selular atau perangkat elektronik komunikasi lainnya selama praktikum.

Dilarang makan dan minum selama mengoperasikan peralatan praktikum.

Jika terjadi kebakaran, tabung pemadam api terletak di sebelah kiri pintu masuk. Jika terjadi hal-hal yang tidak diharapkan, lakukan prosedur darurat dengan tenang.

Dilarang merokok di setiap

tempat pada lingkungan

Departemen Teknik Elektro.

ASISTEN LABORATORIUM BERHAK MENEGUR ATAU MENINDAK PRAKTIKAN YANG DIANGGAP MEMBAHAYAKAN ATAU MELAKUKAN

HAL-HAL YANG TIDAK SEPATUTNYA SELAMA PRAKTIKUM.

SAFETY INDUCTION

SETIAP PENGOPERASIAN PERALATAN PRAKTIKUM WAJIB DIDAMPINGI ASISTEN LABORATORIUM. BACALAH BAIK-BAIK PETUNJUK KESELAMATAN

UMUM INI DAN PETUNJUK KESELAMATAN PADA SETIAP MODUL SERTA BERDOA SEBELUM MELAKUKAN PRAKTIKUM.

Praktikan wajib mengenakan sepatu yang memadai (menutupi kaki) agar terhindar dari bahaya tersengat listrik dan tertimpa benda-benda dalam praktikum. Praktikan yang tidak bersepatu dilarang mengikuti praktikum, kecuali sakit yang tidak memungkinkan mengenakan sepatu dan atas izin asisten.

Praktikan wajib membaca buku panduan

praktikum dan memperhatikan petunjuk keamanan pada setiap modul sebelum melakukan praktikum.Kerusakan peralatan akibat kecerobohan praktikan harus dipertanggungjawabkan.

Selalu berhati-hati pada saat menggunakan perangkat listrik. Matikan peralatan terlebih dahulu sebelum mencabut kabel atau mengubah konfigurasi peralatan praktikum. Hati-hati bahaya listrik statis.

Dilarang bercanda dan berkelahi di Laboratorium Konversi Energi Listrik selama kegiatan berlangsung. Perhatikan langkah dan gerak ketika sedang bergerak agar tidak menyenggol peralatan.

Pada tahun ini, kami mencoba melakukan pembenahan dan penataan laboratorium termasuk

memutakhirkan konten modul-modul praktikum dan menambah peralatan pendukung agar

praktikum yang dilakukan dapat menyesuaikan dengan perkembangan zaman dan teknologi

terkini. Salah satunya adalah dengan penambahan modul praktikum terkait dengan pembangkit

listrik berbasis energi terbarukan, dalam hal ini pembangkit listrik tenaga surya (PLTS). Selain

itu, kami mencoba untuk dekat dengan industri sehingga bisa bermanfaat bagi para mahasiswa

pasca kelulusan dan juga diharapkan laboratorium dapat mengambil peran dalam penyelesaian

permasalahan di industri, terutama terkait dengan bidang elektronika daya.

Kami tentu menyadari bahwa modul ini masih jauh dari kata sempurna dan masih banyak

terdapat kesalahan serta kekurangan di dalamnya. Untuk itu, kami mengharapkan kritik serta

saran dari pembaca dan praktikan agar Modul ini nantinya dapat menjadi Modul yang lebih

baik lagi.

Demikian yang dapat kami sampaikan, semoga Modul ini dapat bermanfaat. Terima kasih.

Wassalamualaikum warahmatullahi wabarakatuh.

Depok, 17 Maret 2019

Kepala Laboratorium Konversi Energi Listrik

Departemen Teknik Elektro FTUI

Ir. Chairul Hudaya, ST, M.Eng., Ph.D, IPM

NIP.040903027

Assalamu’alaikum warahmatullahi wabarakatuh.

Segala puji bagi Allah SWT yang telah memberikan kami

kemudahan sehingga kami dapat menyelesaikan Modul

Praktikum Elektronika Daya : Aplikasinya untuk Pembangkit

Energi Terbarukan. Tanpa pertolongan-Nya tentunya kami tidak

akan sanggup untuk menyelesaikan modul ini dengan baik.

Shalawat serta salam semoga terlimpah curahkan kepada baginda

tercinta kita yaitu Nabi Muhammad SAW yang kita nanti-natikan

syafa’atnya di akhirat nanti.

KATA PENGANTAR

Praktikum Elektronika Daya dan Aplikasinya untuk Pembangkit Energi Terbarukan 4

PERATURAN PRAKTIKUM

1. Praktikan harus berhati-hati dan dianggap telah mengetahui bahaya listrik.

2. Praktikan harus berpakaian rapi, memakai sepatu tertutup, kemeja atau kaos berkerah (tidak diperkenankan

memakai kaos tanpa kerah maupun kaos yang dilapisi jaket).

3. Praktikan diminta hadir 10 menit sebelum praktikum dimulai.

4. Praktikan yang datang terlambat lebih dari 15 menit dianggap tidak mengikuti praktikum modul tersebut dan

nilai pada modul tersebut dianggap 0 (nol).

5. Praktikan wajib membawa kartu praktikum dan mengumpulkan tugas pendahuluan sebelum praktikum

dimulai. Apabila praktikan tidak membawa kartu praktikum atau tidak mengumpulkan tugas pendahuluan, maka

praktikan tidak diizinkankan mengikuti praktikum.

6. Tugas pendahuluan akan diupload maksimum pukul 18.00 satu hari sebelum praktikum dimulai.

7. Praktikan wajib mengikuti semua proses pelaksanaan praktikum.

8. Praktikan harus ikut menjaga kebersihan laboratorium dan dilarang membawa makanan/minuman kedalam

ruangan praktikum.

9. Izin praktikum selain karena sakit atau kecelakaan MAKSIMUM 24 jam sebelum praktikum, izin karena sakit

atau kecelakaan WAJIB menyerahkan bukti (contoh: surat dari dokter) yang diserahkan saat praktikum

selanjutnya.

10. Praktikan diizinkan memasuki ruangan praktikum setelah dipersilakan masuk oleh asisten laboratorium.

11. Praktikan harus mengisi daftar hadir praktikum dan daftar hadir pengumpulan laporan.

12. Praktikan hanya boleh meninggalkan ruangan praktikum setelah mendapat izin dari asisten laboratorium.

13. Asisten berhak mengganti jadwal praktikum jika praktikan dinilai tidak siap mengikuti praktikum.

14. Laporan praktikum ditulis dengan tulisan tangan pada kertas A4. Praktikan boleh menitipkan laporannya pada

temannya untuk dikumpulkan dengan menyertakan kartu praktikum. Waktu pengumpulan laporan paling

lambat 2x24 jam setelah praktikum. Pengecualian untuk:

Praktikum hari Kamis shift 3 dan 4 = laporan dikumpulkan Sabtu MAKSIMAL 12.00 WIB.

Praktikum hari Jumat all shift = laporan dikumpulkan Senin MAX 08.00 WIB.

15. Setelah selesai praktikum, praktikan diminta untuk merapikan kembali alat-alat yang dipakai praktikum ke

tempatnya semula.

16. Praktikan tidak boleh mengambil barang maupun peralatan yang ada di laboratorium.

17. Pergantian jadwal max 1x24 jam sebelum praktikum dimulai dengan alasan yang DAPAT DITERIMA. Lewat

dari 1 x 24 jam dianggap jadwal TIDAK BERUBAH.

18. Segala tindakan PLAGIARISME oleh praktikan akan berbuah sanksi berupa nilai dari laporan praktikan yang

bersangkutan akan dibagi sesuai dengan jumlah orang.


PROFIL ASISTEN

Firdaus Rahmad Efendi

Muhammad Aziz

Rizqi Koestendyah

Fahmi Firdaus Angkasa

Syauqi IFabian Aji

Wibowo

Nadhif Ahmad Dhialdien

Andri P PurbaMuhammad Aqil Fikry B


LATAR BELAKANG

Pada era yang sudah memasuki era Industri 4.0 dimana semua teknologi

berbasis internet memegang peran penting dalam kehidupan manusia. Seiring

dengan perkembangan industri 4.0 perkembangan perlatan sangatlah penting

dalam menunjang kemajuan teknologi ini. Elektronika daya merupakan

bidang elektronik yang memiliki potensi sangat besar dalam menunjang

perkembangan kemajuan insdustri yang ada pada saat ini. Dalam kata lain,

elektronika daya sudah menjadi kunci kemajuan teknologi dan akan terus

berkembang mengikuti perkembangan zaman. Terlebih dari pada itu, dengan

energi fosil yang selama ini kita pakai untuk membangkitkan energi listrik

sudah menipis dan manusia sudah harus berpikir untuk mengembangan

energi terbarukan, seperti tenaga matahari, nuklir, bayu (angin) dan lain-lain.

Elektronika Daya (Power Elecronic) menjadi kunci utama dan pendorong

dalam perkembangan energi terbarukan.

Guna merancang dan melengkapi fasilitas pembekalan bagi mahasiswa

Departemen Teknik Elektro Universitas Indonesia, maka dibuatlah modul

Elektronika Daya & Aplikasinya untuk Pembangkit Energi Terbarukan yang

akan digunakan dalam praktikum Elektronika Daya laboratorium Konversi

Energi Listrik. Pada Praktikum ini terdapat 12 modul yang akan dibagi kedalam

5 kali praktikum, modul tersebut adalah :

1. Pendahuluan Elektronika daya dan Safety Induction

2. Dioda Daya 3. Penerapan Dioda daya

4. Inverter

5. Penerapan Inverter satu fasa dan tiga Fasa

6. Thyristor 7. Penerapan Thyristor

8. DC-DC Converter 9. Buck, Boost, BuckBoost, Cuk

10. PLTS

11. Penerapan PLTS 12. Post test Elektronika Daya


DAFTAR ISI

SAFETY INDUCTION ....................................................................................... 2

KATA PENGANTAR ........................................................................................... 3

PERATURAN PRAKTIKUM .............................................................................. 4

PROFIL ASISTEN .............................................................................................. 5

LATAR BELAKANG ........................................................................................... 6

PENGANTAR ELEKTRONIKA DAYA ............................................................. 8

MODUL 1 .......................................................................................................... 18

MODUL 2 .......................................................................................................... 21

MODUL 3 .......................................................................................................... 24

MODUL 4 .......................................................................................................... 30

MODUL 5 .......................................................................................................... 35

MODUL 6 .......................................................................................................... 40

MODUL 7 .......................................................................................................... 43

MODUL 8 .......................................................................................................... 48

MODUL 9 .......................................................................................................... 51

MODUL 10 ........................................................................................................ 56


PENGANTAR ELEKTRONIKA DAYA

Pendahuluan

Elektronika Daya merupakan salah satu bidang ilmu yang

mempelajari dan membahas aplikasi elektronika yang berkaitan dengan

peralatan listrik yang berdaya cukup besar. Berbagai macam peralatan dan

aplikasi nyata di industri yang menggunakan sumber listrik memiliki

kapasitas daya yang sangat besar seperti motor listrik, pemanas,

pendingin, fun, kompresor, pompa, conveyor dan aplikasi -aplikasi lainnya.

Elektronika daya mulai populer setelah berbagai pengaturan secara

konvensional kurang dapat memenuhi kebutuhan industri. Pengaturan

berbagai aplikasi di industri secara konvensional tidak efektif dan

menimbulkan rugi-rugi yang cukup besar sehingga diperlukan mekanisme

pengaturan yang lebih baik. Salah satu pilihan adalah dengan menggunakan

perangkat elektronika.

Untuk dapat melakukan pengaturan berbagai macam peralatan di

industri diperlukan peralatan kontrol yang mampu beroperasi pada tegangan

dan arus yang cukup besar. Elektronika Daya memberikan solusi terhadap

permasalahan di dunia industri untuk dapat melakukan pengaturan

peralatan-peralatan dengan menggunakan rangkaian yang dapat bekerja

dengan arus dan tegangan yang besar. Beberapa aplikasi di industry bekerja

pada arus yang mencapai ratusan bahkan ribuan amper dan tegangan yang

tinggi 220 V, 380 V, 600 V, 3,8 KV bahkan ada yang lebih tinggi lagi.

Pengaturan peralatan yang berdaya besar ini tidak mungkin dilakukan

dengan rangkaian elektronika yang berdaya kecil seperti peralatan rumah

tangga yang arusnya kurang dari 5 Ampere dan tegangannya kurang dari 60

V


Ruang Lingkup

Bidang ilmu Elektronika Daya mencakup berbagai bidang ilmu yang

mendasari perkembangan ilmu ini. Beberapa bidang ilmu yang terkait

dengan Elektronika daya diantaranya adalah: 1) Elektronika, 2) Teori

rangkaian, Sistem control, Elektromagnetika, Mesin-mesin listrik, Sistem

Tenaga Listrik, Komponen semikonduktor dan computer. Secara lengkap,

ruang lingkup materi bahasan Elektronika Daya seperti pada gambar di bwah

ini.

Gambar 1. Ruang lingkup elektronika daya

1. Sistem Elektronika

Sistem elektronika merupakan dasar utama pada aplikasi elektronika

daya. Sistem elektronika akan membahas tentang peralatan elektronika

yang terdiri dari semikonduktor dan komponen lainnya dalam suatu

rangkaian elektronika. Untuk mempelejari elektronika daya diperlukan

pemahaman terhadap materi rangkaian elektronika baik analog maupun

digital.


2. Sistem Tenaga Listrik

Objek utama dalam apliksasi elektronika daya adalah peralatan dan sistem

yang memiliki daya (tegangan dan arus) listrik yang cukup besar. Oleh karena

itu untuk lebih memahami elektronika daya diperlukan pemahaman yang baik

terhadap sistem tenaga listrik.

3. Sistem Kontrol

Aplikasi elektronika daya pada umumnya untuk melakukan pengontrolan

aplikasi di industri. Oleh karena itu diperlukan pemahaman yang baik

terhadap teknik dan sistem kontrol berbagai peralatan yang digunakan di

industri. Contoh pengaturan yang paling sering ditemui adalah pengaturan

kecepatan putar motor listrik, pengaturan torsi motor listrik, pengaturan

kecepatan aliran (flow) minyak, gas, pengaturan temperature, pengaturan

tekanan, pengaturan kecepatan conveyor, pengaturan gerakan peralatan di

industri dan pengaturan -pengaturan parameter lainnya.

Definisi Elektronika Daya

Elektronika Daya (Power Electronics) didefinisikan sebagai sebuah

aplikasi elektronika yang menitikberatkan pada pengaturan peralatan listrik

yang berdaya besar dengan cara melakukan pengubahan parameter-

parameter listrik (arus, tegangan, daya listrik). Aplikasi elektronika disini

dimaksudkan rangkaian yang menggunakan peralatan elektronika terutama

semikonduktor yang difungsikan sebagai saklar (switching) untuk

melakukan pengaturan dengan cara melakukan pengubahan tipe sumber

dari AC – AC, AC – DC, DC – DC dan DC – AC. Peralatan semikonduktor

yang digunakan adalah solid-state electronics untuk melakukan pengaturan

yang lebih efesien pada sistem yang mempunyai daya dan energy yang besar.

Aplikasi elektronika daya memiliki karakteristik sebagai berikut:


1. Aplikasi teknik kontrol untuk mendapatkan sinyal control

2. Elektronika daya merupakan gabungan dari berbagai disiplin ilmu yaitu

Teknik Tenaga Listrik, Elektronika dan teknologi siste m kontrol.

3. Elektronika daya menggunakan komponen elektronika daya (solid-

state) untuk mengontrol dan mengkonversi tenaga listrik

4. Rangkaian elektronika daya terdiri dari input dan beban (load) .

Secara umum, aplikasi elektronika daya dapat dijelaskan dengan

diagram skematik sebagai berikut:

Gambar 2. Skematik Elektronika Daya

Fungsi Peralatan Semikonduktor

Peralatan semikonduktor pada sistem elektronika daya mempunyai fungsi

utama sebagai berikut:

1. Switching

Fungsi utama semikonduktor pada aplikasi elektronika daya adalah sebagai

saklar atau switching. Proses switching merupakan dasar dari materi pada

elektronika daya sehingga perlu difahami dengan baik. Switching dilakukan

secara elektronik dengan kecepatan tinggi yang dapat diatur sesuai dengan

kebutuhan.


2. Converting

Fungsi yang kedua dari peralatan semikonduktor elektronika daya adalah

untuk melakukan pengubahan atau converting dari tipe sumber. Konversi

dapat dilakukan dari AC ke DC, AC ke AC, DC ke DC maupun dari DC ke AC.

Proses pengubahan besaran meliputi pengubahan bentuk gelombang arus,

tegangan maupun besaran lainnya.

3. Controlling

Fungsi yang ketiga dari peralatan semikonduktor elektronika daya adalah

untuk melakukan pengaturan aplikasi elektronika industri sesuai dengan yang

diinginkan. Contoh pengaturan adalah pengaturan tegangan, pengaturan

arus, pengaturan daya listrik dan pengaturan besaran-besaran lainnya.

Dengan melakukan pengaturan besaran listrik akan berpengaruh pada sistem

kerja pada sistem yang bekerja di industri seperti kecepatan putaran,

tekanan, suhu, kecepatan gerak, dan sistem kerja lainnya.


Aplikasi dan Contoh Penggunaan Elektronika Daya

Aplikasi rangkaian elektronika banyak digunakan untuk kepentingan peralatan

rumah tangga dan industri. Perangkat elektronika daya banyak digunakan

pada peralatan konversi daya listrik yang besar seperti : saluran transmisi

daya listrik, jaringan distribusi daya listrik, pengaturan motor listrik secara

elektronis di industri, pengatur pemanas air, pengubah daya listrik AC menjadi

DC, DC menjadi DC, DC menjadi AC untuk kepentingan pengaturan peralatan

di industri, charger baterai pada peralatan industri, dan lain sebagainya.

Dalam kehidupan sehari-hari aplikasi elektronika daya dapat dilihat pada UPS

(Uninterabable Power Supply), inverter, catu daya untuk laptop,

notebook dan komputer, pengatur tingkat keterangan lampu, peredup lampu

(dimmer), pengatur pemanas, pengatur cahaya, ballast elektronik pada lampu

neon, relai-relai elektronik, pemutus tenaga, sistem elektronis dalam mobil

dan wahana ruang angkasa. Selain itu

Aplikasi elektronika daya juga banyak digunakan diindustri untuk pengaturan

berbagai peralatan industri seperti pengaturan kecepatan putar motor listrik,

pengatur kecepatan putar penggerak konveyor, pengatur kecepatan gerak lift,

pengatur kece patan gerak eskalator dengan beban yang berubah-ubah,

pengaturan kecepatan aliran fluida gas dan minyak, pengaturan tekanan pada

mesin pompa, blower, pengaturan kipas dan lain sebagainya.

Karakteristik Semikonduktor Daya Sebagai Saklar

1. Dioda

Dioda merupakan komponen elektronika daya yang memilki dua terminal,

yaitu: anoda (A) dan katoda (K). Jika sebuah dioda difungsikan sebagai

sakelar elektronis dalam suatu rangkaian tertutup, maka dioda akan konduksi

(ON) jika potensial pada anoda lebih positif daripada potensial pada katoda.

Kondisi ini biasanya disebut dalam keadaan bias maju (forward bias – FB).

Sebaliknya, dioda akan memblok (OFF) jika potensial pada anoda lebih

negatif daripada potensial pada katoda. Kondisi ini disebut dalam

keadaan bias mundur (reversed bias – RB).

Jika diode dalam kondisi ideal, ketika dioda dalam kondisi ON memiliki

karakteristik tegangan pada dioda sama dengan nol dan arus yang

mengalir sama dengan arus bebannya. Sebaliknya, dioda dalam kondisi OFF

memiliki karakteristik tegangan pada dioda sama dengan tegangan

sumbernya dan arus yang mengalir sama dengan nol. Dalam kondisi

dioda ON dan OFF ini dapat dinyatakan tidak terjadi kerugian daya pada dioda.

Gambar 1 merupakan simbol, karakteristik i-v, dan karakteristik ideal dioda


pada kondisi- ajeg (steady-state). Dioda daya memiliki kapasitas tegangan

dan arus hingga 3000 V, 3500A, dengan waktu pemulihan balik antara 0,1 –

5 S (detik).

2. Thyristor

Semikonduktor daya yang termasuk dalam keluarga thyristor ini, antara lain

: SCR (silicon-controlled retifier), GTO (gate turn-off thyristor), dan TRIAC.

SCR banyak digunakan dalam rangkaian elektronika daya. SCR memiliki tiga

terminal, yaitu anoda, katoda, dan gate. SCR dapat digunakan dengan sumber

masukan dalam bentuk tegangan bolak-balik (AC) maupun tegangan searah

(DC). SCR dalam rangkaian elektronika daya dioperasikan sebagai sakelar

elektronik.

Jika sumber tegangan masukan yang digunakan tegangan searah, SCR

akan konduksi (ON) jika potensial pada anoda lebih positif daripada potensial

pada katoda dan pada terminal gate dialirkan arus pulsa positif. Kondisi ON

SCR ini ditentukan oleh besar arus pulsa positif pada gate. Tetapi, SCR akan

terus ON meskipun arus pulsa pada gate diputus. SCR akan putus (OFF)

dengan cara membuat potensial pada anoda sama dengan katoda. Proses

pengaliran arus listrik pada terminal gate ini disebut penyulutan/ pemicu

(triggering), sedangkan proses pemutusan (OFF) dari kondisi ON ini disebut

komutasi (commutation).

Selanjutnya, jika sumber tegangan masukan yang digunakan tegangan bolak-

balik, SCR akan ON ketika tegangan bolak-balik pada polaritas positif

dan akan OFF pada polaritas negatif, tetapi pada terminal gate harus selalu

dialirkan arus pulsa positif. Berbeda dengan karakteristik sebelumnya, SCR

akan OFF ketika arus pulsa pada gate diputus. Hal ini berarti, arus pulsa


pada gate harus selalu dihubungkan dengan terminal gate agar rangkaian

dapat bekerja sebagaimana yang diharapkan.

Jika SCR dalam kondisi ideal, ketika SCR dalam kondisi ON memiliki

karakteristik tegangan pada SCR sama dengan nol dan arus yang

mengalir sama dengan arus bebannya. Sebaliknya, SCR dalam kondisi OFF

memiliki karakteristik tegangan pada SCR sama dengan tegangan

sumbernya dan arus yang mengalir sama dengan nol. Dalam kondisi

SCR ON dan OFF ini dapat dinyatakan tidak terjadi kerugian daya pada SCR.

SCR yang digunakan untuk konversi daya besar umumnya memiliki

kapasitas tegangan dan arus mencapai 5000 V, 5000 A, dengan frekuensi

pensakelaran dari 10 – 20 kHz. Gambar 2 menunjukkan simbol, karakteristik

i-v, dan karakteristik ideal dari SCR.

3. Transistor

Transistor memiliki tiga terminal : basis, emitor, dan kolektor. Pada rangkaian

elektronika daya, transistor umumnya dioperasikan sebagai sakelar dengan

konfigurasi emitor-bersama. Transistor bekerja atas dasar prinsip kendali-

arus (current driven).

Transistor dengan jenis NPN akan ON jika pada terminal kolektor-emitor diberi

panjar (bias) dan pada basis memiliki potensial lebih positif daripada emitor

dan memiliki arus basis yang mampu mengendalikan transistor pada daerah

jenuh. Sebaliknya, transistor akan OFF jika arus basis dikurangi hingga pada

kolektor tidak dapat mengalirkan arus listrik.

Jika transistor dalam kondisi ideal, ketika transistor dalam kondisi ON memiliki

karakteristik tegangan pada terminal emitor dan kolektor (VCE) sama dengan

nol dan arus yang mengalir sama dengan arus bebannya. Sebaliknya, ketika

transistor dalam kondisi OFF memiliki karakteristik tegangan pada transistor


sama dengan tegangan sumbernya (VCC) dan arus yang mengalir sama

dengan nol. Dalam kondisi transistor ON dan OFF ini dapat dinyatakan tidak

terjadi kerugian daya pada transistor sebagai sakelar. Transistor daya

umumnya digunakan sebagai konverter dengan kapasitas tegangan dan

arus mencapai 1200 V, 400 A, dengan frekuensi pensakelaran di bawah 10

kHz.

4. Mosfet

MOSFET merupakan piranti semikonduktor daya yang memiliki tiga terminal:

gate (gerbang), sumber (source), dan pengalir (drain). MOSFET bekerja atas

dasar prinsip kendali-tegangan (voltage-driven). Gambar 4 merupakan

simbol, karakteristik i-v, dan karakteristik ideal dari MOSFET. Rangkaian

pengaturan ON dan OFF dengan piranti MOSFET lebih mudah dibandingkan

piranti transistor. Jika pada terminal gerbang-sumber dicatu tegangan yang

cukup besar maka piranti akan ON, sehingga menghasilkan tegangan yang

kecil antara terminal pengalir-sumber. Dalam kondisi ON, perubahan

tegangan pada terminal pengalir-sumber berbanding lurus dengan arus pada

terminal pengalirnya. Jadi, terminal pengalir-sumber memiliki resistansi

sangat kecil pada saat kondisi ON. MOSFET daya umumnya digunakan sebagai

konverter dengan kapasitas tegangan dan arus mencapai 1000 V, 50 A,

dengan frekuensi pensakelaran di atas 100 kHz.


G. Daftar Pustaka

Hart, DW. (1997). Introduction to Power Electronics. Indiana: Prentice-Hall International,

Inc. Rashid, MH. (1988). Power Electronics: Circuits, devices and application.

New Jersey: Prentice-Hall, Inc.

Singh, MD. (1998). Power Electronics. New Delhi: Tata McGraw-Hill

Publishing Company Limited.


MODUL 1

DIODA DAYA

Tujuan

1. Memahami karateristik dari Dioda Daya

2. Memahami jenis-jenis dari Dioda Daya

Dasar Teori Dioda daya merupakan divais semikonduktor yang terdiri dari anoda

dan katoda, yang dipergunakan untuk daya yang besar. Prinsip kerja dari

dioda daya sama dengan dioda sinyal yaitu secara umum adalah dioda akan

on (konduksi) apabila tegangan yang diberikan pada anoda lebih besar dari

tegangan katoda (Vs > 0). Pada saat on diode dapat digambarkan sebagai

rangkaian short circuit, sedangkan pada saat off diode dapat digambarkan

sebagai rangkaian open circuit. Berdasarkan prinsip kerja 18iode maka dalam

aplikasinya dalam elektronika daya diode digunakan sebagai penyearah.

Dioda dilambangkan seperti pada gambar di bawah ini :

Gambar 1.1 Lambang Dioda


Yang membedakan dioda daya dengan dioda sinyal yaitu dioda

daya:

1. Memiliki daya yang besar

2. Kemampuan menangani tegangan dan arus yang lebih

besar

3. Kecepatan pensaklaran (respon frekuensi) lebih rendah

Kurva karakteristik dioda daya:

Dioda daya dapat dibagi menjadi tiga jenis antara lain:

1. General-purpose Diode

2. Fast-recovery Diode

3. Schottky Diode

Gambar 1.2 Kurva Karateristik Dioda


Hal-hal yang perlu dipelajari:

1. Dasar divais elektronika

2. Tipe-tipe pencatuan pada dioda

3. Kurva karakteristik Dioda

4. Buku Power Electronics karangan Muhammad H.Rashid (Chapter:

Power Semiconductor Diodes & Circuit)

Peralatan Percobaan

1. Software Pspice 2. Software ORCAD

3. Power Electronic Simulation

Prosedur Percobaan

1. Buka Pspice, buka file Half_wave_rectifier_FWD.mdl

2. Atur besar nilai resistor sesuai dengan yang ditentukan oleh

asisten

3. Catat dan amati nilai tegangan rms dan arus rms beban

4. Gambarkan grafik sesuai yang diminta pada lembar data

percobaan

5. Lakukan langkah 2-4 dengan beban resistif-induktif (terhubung

seri) dan beban resistif-kapasitif (terhubung seri).


MODUL 2

DIODA RECTIFIERS

Tujuan

1. Melihat bentuk gelombang keluaran dari penyearah setengah

gelombang tanpa beban pada sumber satu fasa.

2. Melihat bentuk gelombang yang dihasilkan pada beban yang

berbeda.

3. Melihat bentuk gelombang keluaran dari penyearah gelombang

penuh tanpa beban pada sumber satu fasa.

4. Melihat bentuk gelombang yang dihasilkan pada beban yang

berbeda.

Dasar Teori

Penyearah Setengah Gelombang Satu Fasa

Penyearah setengah gelombang merupakan penyearah tegangan

bolak balik (AC) menjadi tegangan DC dengan melewatkan tegangan

pada saat tegangan yang diberikan pada anoda lebih besar dari

tegangan pada katoda. Sehingga bentuk gelombang keluaran yang

dihasilkan akan terjadi pada setengah perioda dengan tegangan yang

dihasilkan adalah nol pada period yang lainnya.

Rangkaian penyearah setengah gelombang:

Gambar 2.1 Rangkaian Penyearah Setengah Gelombang


Penyearah Gelombang Penuh Satu Fasa

Pada saat tegangan input (Vs) yang diberikan lebih dari nol

maka D1 dan D2 akan menghantar (konduksi) dan selama Vs

kurang dai nol maka D3 dan D4 akan menghantar. Fungsi dari

dua buah dioda yang bekerja secara bersamaan adalah sebagai

pembalik gelombang sehingga gelombang keluaran yang didapat

pada setiap periodanya tidak ada gelombang yang bernilai nol.

Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh:

Gambar 2.1 Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh



1. Aplikasi diode sebagai penyearah setengah gelombang

2. Aplikasi diode sebagai penyearah gelombang penuh

3. Aplikasi diode sebagai penyearah tiga fasa

4. Buku Power Electronics karangan Muhammad H. Rashid (CHAPTER:

DIODE RECTIFIERS)

Peralatan Percobaan

A. Percobaan 1 (Penyearah Setengah Gelombang Satu Fasa)

1. Seperangkat Komputer

2. Software Pspice

B. Percobaan 2 (Penyearah Gelombang Penuh Satu Fasa)


2. Software MATLAB

Prosedur Percobaan

A. Percobaan 1 (Penyearah Setengah Gelombang Satu Fasa)

1. Buka Pspice, buka file Half_wave_rectifier_FWD.mdl

2. Atur besar nilai resistor sesuai dengan yang ditentukan oleh asisten


4. Gambarkan grafik sesuai yang diminta pada lembar data percobaan



B. Percobaan 2 (Penyearah Gelombang Penuh Satu Fasa)

1. Buka MATLAB, buka file Full_wave_rectifier.mdl

2. Atur besar nilai resistor sesuai dengan yang ditentukan oleh asisten






MODUL 3

THYRISTOR

Tujuan

1. Memahami prinsip dan cara kerja thyristor

2. Memahami konstruksi Thyristor

3. Memahami karakteristik jenis-jenis Thyristor

Dasar Teori

Thyristor adalah divais semikonduktor daya yang berfungsi

sebagai switch, yang beroperasi dari keadaan non konduksi menjadi

keadaan konduksi. Thyristor tersusun atas 4 lapisan p-n-p-n dengan

tiga sambungan pn. Thyristor memiliki tiga terminal, yakni anoda,

katoda, dan gate. Ketika tegangan anoda lebih positif dibanding katoda,

maka J1 dan J3 akan forward biased, sedangkan J2 akan reverse biased,

sehingga hanya sedikit arus yang bisa mengalir dari anoda ke katoda.

Kondisi ini dinamakan forward blocking atau “off-state”. Jika tegangan

antara anoda dan katoda ditingkatkan, maka daerah deplesi di J2 akan

hilang, yang dinamakan avalanche breakdown, sehingga terjadi aliran

muatan dari anoda ke katoda. Karena J1 dan J3 sudah dalam keadaan

forward biased, maka carrier dapat bergerak bebas pada ketiga

junction, menghasilkan arus forward anoda bernilai besar. Kondisi ini

disebut conducting state atau “on-state”.


Berikut kurva karakteristik tegangan-arus pada thyristor:

Thyristor akan aktif dengan meningkatkan arus anoda dengan

cara:

1. Pemanasan

2. Pencahayaan

3. Tegangan tinggi

4. dv/dt

5. Arus Gate

Gambar 3.1 Thyristor dan Simbolnya

Gambar 3.2 Kurva Karakteristik Thyristor


Thyristor dapat di off-kan dengan cara mengurangi arus forward

ke tingkat di bawah holding current. Ada beberapa metode untuk men-

off-kan thyristor, yang disebut teknik komutasi. Teknik komutasi ada

yang bersifat natural dan forced. Pada semua teknik komutasi, arus

pada anoda akan berada dibawah holding current untuk waktu yang

lumayan lama agar semua carrier yang berlebih pada keempat layer

dapat terbuang atau rekombinasi. Berikut kurva perbandingan dari

masing-masing tipe komutasi:

Gambar 3.3 Line-commutated Thyristor Circuit

Gambar 3.4 Forced-commutated Thyristor Circuit


Berdasarkan konstruksi dan karakteristik on/off nya, thyristor

dibedakan menjadi 9 kategori:

1. Phase-control thyristor (SCRs).

2. Fast-switching thyristor (SCRs).

3. Gate-turn-off thyristor (GTOs).

4. Bidirectional triode thyristor (TRIACs).

5. Reverse-conducting thyristor (RCTs).

6. Static induction thyristor (SITHs)

7. Light-activated silicon-controlled rectifiers (LASCRs).

8. FET-controlled thyristors (FET-CTHs).

9. MOS-controlled thyristor (MCTs)


Peralatan Percobaan

1. Seperangkat komputer

2. Perangkat lunak Matlab

Prosedur Percobaan

A. Pengaruh pengontrolan fasa terhadap tegangan keluaran rata-rata

pada semikonverter satu fasa.

Langkah-langkah:

1. Buka program Matlab, buka simulink

single_phase_semiconverter.

2. Atur fasa pada gate dengan mengatur phase delay pada blok

pulse generator. Variasikan empat nilai fasa yang berbeda

dengan phase delay T1 = α1 dan phase delay T2 = α2.

3. Amati dan gambarkan hasil keluaran di osiloskop untuk salah

satu nilai fasa yang digunakan.

4. Catat besarnya tegangan dari tiap variasi nilai fasa

B. Pengaruh pengontrolan fasa terhadap bentuk tegangan keluaran

pada full konverter satu fasa dengan beban RL.

Langkah-langkah:


single_phase_fullcconverter.



dengan phase delay T1= phase delay T2= α1 dan phase delay

T3= phase delay T4 = α2.

3. Gambarkan hasil keluaran di osiloskop untuk masing-masing

nilai fasa yang digunakan.


C. Pengaturan kecepatan motor DC dengan pengontrolan fasa

Langkah-langkah:

1. Buka program Matlab, buka simulink dc_motor_control.

2. Atur fasa pada gate dengan mengatur phase delay pada blok pulse

generator. Variasikan lima nilai fasa yang berbeda dengan phase

delay T1= α1 dan phase delay T2 = α2.

3. Catat besar kecepatan dalam rpm yang terlihat pada osiloskop


MODUL 4

CONTROLLED RECTIFIER

Tujuan:

1. Memahami penyearah setengah gelombang satu fasa menggunakan

thyristor.

2. Memahami penyearah gelombang penuh satu fasa menggunakan

thyristor.

3. Memahami aplikasi thyristor pada pengaturan kecepatan motor DC.

Dasar Teori

Thyristor pengontrolan fasa digunakan untuk menghasilkan

tegangan keluaran yang dapat diatur besarnya, caranya dengan

mengatur waktu tunda atau sudut penyalaan pada thyristor. Thyristor

diaktifkan dengan memberikan pulsa pada gatenya. Berdasarkan

tegangan masukannya, konverter pengontrolan fasa dibedakan

menjadi konverter satu fasa dan konverter tiga fasa. Pada setengah

siklus positif, thyristor akan on setelah gatenya diberikan pulsa dengan

waktu tunda sebesar α. setelah ωt > α, maka thyristor akan on dan

tegangan pada beban sama seperti tegangan masukannya. Baik

konverter satu fasa maupun tiga fasa, masing-masing memiliki tipe

semiconverter, full converter, dan dual converter.


Semikonverter satu fasa memiliki rangkaian sebagai berikut:

Nilai α akan mempengaruhi besarnya tegangan keluaran pada

beban.

Full konverter satu fasa beroperasi di dua kuadran, artinya

konverter ini memiliki tegangan keluaran dengan dua polaritas dan arus

keluaran satu polaritas. Gambar rangkaiannya adalah sebagai berikut:

Gambar 4.1 Rangkaian Semikonverter Satu Fasa

Gambar 4.2 Rangkaian Fullkonverter Satu Fasa


Salah satu aplikasi thyristor adalah pada pengaturan motor DC.

Thyristor dapat berfungsi sebagai saklar untuk mengaktifkan motor DC.

Thyristor juga dapat mengatur kecepatan motor DC.

Dari rumus tersebut dapat diketahui bahwa pengaturan

kecepatan dan torsi motor DC Shunt berpenguat terpisah dapat

dilakukan dengan dua cara, yaitu dengan pengaturan tegangan jangkar

Va dan dengan pengaturan arus medan penguat atau If.


Peralatan Percobaan


2. Software MATLAB

Prosedur Percobaan

A. Pengaruh pengontrolan fasa terhadap tegangan keluaran rata-rata

pada semikonverter satu fasa.

Langkah-langkah:


single_phase_semiconverter.



dengan phase delay T1= α1 dan phase delay T2 = α2.

3. Amati dan gambarkan hasil keluaran di osiloskop untuk salah

satu nilai fasa yang digunakan.

4. Catat besarnya tegangan dari tiap variasi nilai fasa

B. Pengaruh pengontrolan fasa terhadap bentuk tegangan keluaran

pada full konverter satu fasa dengan beban RL.

Langkah-langkah:

1. Buka program Matlab, buka simulink single_phase_full

converter.



dengan phase delay T1= phase delay T2= α1 dan phase delay

T3= phase delay T4 = α2.

3. Gambarkan hasil keluaran di osiloskop untuk masing-masing

nilai fasa yang digunakan.


C. Pengaturan kecepatan motor DC dengan pengontrolan fasa

Langkah-langkah:

1. Buka program Matlab, buka simulink dc_motor_control.


pulse generator. Variasikan lima nilai fasa yang berbeda

dengan phase delay T1= α1 dan phase delay T2 = α2.

3. Catat besar kecepatan dalam rpm yang terlihat pada osiloskop


MODUL 5

INVERTERS

Tujuan

1. Melihat hasil gelombang keluaran berupa AC dengan masukan DC.

2. Mampu menganalisis grafik keluaran sesuai dengan cara kerja

inverter.

Dasar Teori

Konverter DC ke AC dikenal dengan Inverter. Fungsi dari inverter

itu sendiri adalah mengubah tegangan input DC ke tegangan AC simetris

dengan magnitude dan frekuensi yang diinginkan. Tegangan output bisa

tetap atau berubah pada frekuensi yang tetap dan berubah pula. Variabel

tegangan output dapat diperoleh dengan memvariasikan tegangan input

DC dan mempertahankan penguatan inverter tetap konstan. Namun,

apabila tegangan input DC fixed / tetap dan tidak bisa diubah/dikontrol,

variabel tegangan output dapat diperoleh dengan memvariasikan

penguatan inverternya, yang mana biasa digunakan kontrol PWM.

Gelombang tegangan output ideal dari inverter seharusnya

sinusoidal. Namun, pada praktiknya gelombang yang dihasilkan tidak

sinusoidal dan mengandung harmonik. Dengan tersedianya divais power

semikonduktor dengan kecepatan tinggi, harmonik pada tegangan output

dapat diminimalisir dengan teknik switching.

Inverter dapat diklasifikasikan menjadi 2 tipe:

1. Inverter satu fasa

2. Inverter 3 fasa

Kedua tipe ini dapat menggunakan divais terkontrol turn-on dan

turn- off seperti BJT, MOSFET, IGBT, MCT, SIT, dan GTO.


Parameter performansi dari Konverter DC-AC, yang mengukur

kualitas dari tegangan output inverter adalah:

1. Harmonic factor if nth harmonic (HFn)

2. Total harmonic distortion (THD)

3. Distorsion factor (DF)

4. Lowest order harmonic (LOH)

Single Phase Half-Bridge Inverter

Gambar 5.1 Half-bridge Inverter Satu Fasa

Prinsip kerja dari inverter satu fasa dapat dijelaskan dari Gambar

6.2a. Rangkaian inverter terdiri dari dua chopper. Saat transistor Q1 nyala

untuk waktu T0/2, tegangan yang melalui beban adalah Vs/2. Jika

transistor Q2 nyala untuk waktu T0/2 , –Vs/2 muncul pada beban.

Rangkaian logika seharusnya didesain agar Q1 dan Q2 tidak nyala saat

waktu yang bersamaan.


Gambar 6.2b menggambarkan gelombang untuk output tegangan

dan arus transistor pada beban resistif. Inverter ini membutuhkan 3 kawat

sumber DC dan saat transistor dalam keadaan off, tegangan reverse adalah

Vs sebagai pengganti Vs/2.

Single Phase Full -Bridge Inverters

Gambar 5.2 Single Phase Full-Bridge Inverter

Single Phase bridge voltage source inverter (VSI) ditunjukan pada

gambar 6.2a. Terlihat pada rangkaian terdapat empat buag chopper yang

digunakan. Saat transistor Q1 dan Q2 nyala serentak, tegangan input Vs

muncul di beban. Jika transistor Q3 dan Q4 nyala pada waktu yang

bersamaan, tegangan yang muncul berkebalikan polaritasnya –Vs. Bentuk

gelombang dari tegangan output tersebut terlihat pada gambar 6.2b. Pada

Tabel 6.1 dijelaskan ada 5 keadaan switch (switch state).


Tabel 5.1 Switch State in Single Phase Inverter

Tegangan puncak reverse blocking dari setiap transistor dan kualitas

dari tegangan output half-bridge dan full-bridge sama. Namun, untuk full-

bridge inverter, output dayanya empat kali lebih besar dan komponen dasar

dasarnya dua kali lebih banyak dari half-bridge inverter.


Peralatan Percobaan

1. Seperangkat computer

2. Software MATLAB

Prosedur Percobaan

1. Buka Matlab, buka file Inverter.mdl

2. Atur besar nilai tegangan input yang diperintahkan oleh asisten




MODUL 6

INVERTERS 3 FASA

Tujuan

1. Melihat hasil gelombang keluaran berupa AC dengan masukan DC

2. Mampu menganalisis grafik keluaran sesuai dengan cara kerja

Inverter tiga fasa.

Dasar Teori

Inverter tiga fasa biasa digunakan untuk aplikasi tegangan tinggi.

Inverter 3 fasa dapat dikoneksikan secara paralel 3 inverter satu fasa.

Sinyal gate dari inverter satu fasa harus mendahului atau delay 120 derajat

agar diperoleh tegangan tiga fasa yang seimbang. Susunan rangkaian ini

membutuhkan 3 transformator satu fasa, 12 transistor, dan 12 dioda. Jika

tegangan output dari inverter satu fasa tidak seimbang magnitude dan

fasanya, maka tegangan output inverter tiga fasa juga tidak seimbang.

Terdapat dua tipe Inverter tiga fasa, yaitu :

1) 180-degree conduction

Gambar 6.1 Phase Voltage ketika 180-degree conduction


2) 120-degree conduction

Gambar 6.2 Waveform for 120-degree conduction

Voltage Control of Three-Phase Inverter

Teknik yang biasa digunakan dalam kontrol tegangan pada inverter tiga

fasa, yaitu:

1. Sinusoidal PWM

2. Third-Harmonic PWM

3. 60° PWM

4. Space vector modulation


Peralatan Percobaan

1. Seperangkat komputer

2. Software MATLAB

Prosedur Percobaan

1. Buka Matlab, buka file Inverter.mdl

2. Atur besar nilai tegangan input yang diperintahkan oleh asisten




MODUL 7

DC-DC CONVERTER (BUCK-BOOST)

Tujuan

1. Mampu menganalisis grafik keluaran sesuai dengan cara kerja DC DC

Converter Buck


Converter Boost

Dasar Teori

Pada beberapa aplikasi industri, diperlukan alat untuk mengkonversi

tegangan DC tetap menjadi tegangan DC yang dapat diubah-ubah, yaitu

DC-DC Converter. DC-DC converter dapat dianggap seperti transformer

pada tegangan AC, yang bisa digunakan sebagai penaik tegangan (step up)

atau penurun tegangan (step down). Selain itu, DC-DC Converters biasa

digunakan untuk pengontrolan motor DC, catu daya switching, dan

regulator tegangan DC. Oleh karena itu, DC-DC Converters banyak

digunakan pada mobil listrik hingga sistem kelistrikan pesawat luar

angkasa. DC-DC Converter dapat menghasilkan keluaran tegangan DC

yang tetap ataupun berubah dari tegangan DC yang tetap maupun

berubah. Idealnya, tegangan output dan arus input merupakan bentuk DC

murni, tetapi pada praktiknya tegangan output dan arus input mengandung

harmonik atau ripple.

Dalam siklus elektronika daya digunakan dua siklus, yaitu switching

on dan off. Masing-masing siklus tersebut memiliki waktu tersendiri (t1 dan

t2). Total dari siklus tersebut disebut dengan chopping period (T).

Sementara itu banyaknya siklus dalam satuan waktu disebut dengan


frekuensi chopping (f). Duty Cycle adalah siklus pertama (t1) dibagi dengan

total sikuls (T).

𝑘 = 𝑡1

𝑇 ……………(7.1)

Duty Cycle bernilai antara 0 dan 1 dengan mengontrol nilai t1. Tipe

dari pengontrolan ini dikenal dengan Pulse Width Modulation (PWM), yaitu

memvariasikan lebar pulsa gelombang

Berdasarkan arah dari aliran arus dan tegangan, DC-DC Converter

dapat diklasifikasikan menjadi 5 tipe, yaitu:

1. First quadrant converter

2. Second quadrant converter

3. First and second quadrant converter

4. Third and fourth quadrant converter

5. Four-quadrant converter

DC-DC Converter bisa digunakan sebagai switching-mode regulators

untuk mengkonversi tegangan DC yang tidak teregulasi menjadi tegangan

DC yang teregulasi. Biasanya hal ini berjalan dengan PWM pada frekuensi

tetap dan divais switching yang biasa digunakan adalah BJT, MOSFET, atau

IGBT. Terdapat empat dasar topologi dari mode switching regulators yaitu

Buck, Boost, Buck-boost, dan Cuk.

Step Down DC Chopper

Gambar 7.1 Rangkaian dan Waveforms dari DC Chopper Step Down


Cara kerja dari DC Chopper Step Down dapat dilihat dari Gambar.8.1.

Saat switch Chopper (S), tertutup dengan lama waktu t1 ,tegangan input

Vs akan muncul pada beban. Jika switch S tertutup selama t2, tegangan

yang ada pada beban menjadi 0. Bentuk gelombang dari tegangan output

dapat dilihat pada Gambar 8.1. Switch Ss dapat menggunakan divais

semikonduktor seperti Power BJT, Power MOSFET, GTO (Gate-Turn-On

Thyristor), atau IGBT (Insulated Field-Effect Transistor) . Divais

semikonduktor tersebut digunakan karena memiliki tegangan jatuh

(voltage drop) yang terbatas dari 0,5 hingga 2 V, dan untuk mempermudah

maka voltage drop dari divais semikonduktor tersebut kita abaikan.

Tegangan output rata-rata dari DC Chopper Step Down adalah

𝑉𝑎 =1

𝑇∫ 𝑣0 𝑑𝑡 =

𝑡1

𝑇 𝑉𝑠 = 𝑓 𝑡1 𝑉𝑠 = 𝑘 𝑉𝑠

𝑡1

0 ……………(8.2)

Step Up DC Chopper

Gambar 7.2 Rangkaian dan Waveforms dari DC Chopper Step Up

Cara kerja dari DC Chopper Step Up dapat dilihat dari rangkaian pada

Gambar 8.2. Ketika switch S tertutup selama t1, arus pada induktor akan

naik dan energi akan tersimpan pada induktor L. Ketika switch S terbuka

selama waktu t2, energi yang tersimpan pada induktor akan mengalir

melalui dioda ke beban dan menyebabkan arus induktor menurun. Tranfer

energi ini dapat dibagi menjadi 2 siklus berdasarkan cara kerjanya, yaitu

siklus 1 (selama t1) dan siklus 2 (selama t2. Arus yang mengalir dapat

dilihat pada Gambar 8.2.


Tegangan output rata-rata dari DC Chopper Step Up adalah

𝑉0 = 𝑉𝑠 + 𝐿∆𝐼

𝑡2= 𝑉𝑠 (1 +

𝑡1

𝑡2) = 𝑉𝑠

1

1−𝑘 ……………(8.3)

Buck Regulators

Gambar 7.3 Rangkaian dan Waveforms dari Buck Regulator

Pada regulator buck, tegangan output rata-rata Va lebih rendah

dibanding tegangan input Vs. Rangkaian dari regulator buck menggunakan

power BJT seperti pada Gambar 8.3 (seperti step down converter). Rumus

dari tegangan output rata-ratanya adalah:

𝑉𝑎 = 𝑉𝑠 𝑡1

𝑇= 𝑘 𝑉𝑠 ……………(7.4)


Boost Regulators

Gambar 7.4 Rangkaian dan Waveforms dari Boost Regulator

Pada regulator Boost, tegangan output lebih besar dibanding tegangan

input. Regulator boost menggunakan power MOSFET untuk switchingnya

seperti terlihat pada Gambar 8.4. Rumus dari tegangan output rata-ratanya

adalah :

𝑉𝑎 = 𝑉𝑠 𝑇

𝑡2=

𝑉𝑠

1−𝑘……………(8.5)


Circuit Diagram, Switch Representation, Equivalent Circuit, dan

Waveform dari Buck Regulator dan Boost Regulator pada Buku Power

Electronics karangan Muhammad H. Rashid

(CHAPTER : DC-DC Converters)


MODUL 8

DC-DC CONVERTER (BUCK-BOOST & CUK)

Tujuan

1. Memahami karakteristik dari switch transistor ideal


Converter Buck boost


Converter Cuk

Dasar Teori

Ideal Switch

Pada dasarnya tipe-tipe dari switching sangatlah banyak. Setiap divais

memiliki kelebihan dan kekurangan yang digunakan untuk aplikasi yang

berbeda-beda. Pengembangan dari elektronika daya ini bertujuan untuk

mencapai karakteristik “super device”. Maka dari itu, karakteristik dari

divais asli akan dibandingkan dengan karakteristik referensi atau

karakteristik ideal dari super device. Karakteristik dari ideal switch adalah

sebagai berikut :

1. Pada keadaan ON, Arus yang mengalir mendekati tak hingga, voltage

drop rendah atau mendekati nol, dan resistansi on-state rendah atau

mendekati nol yang menyebabkan rugi daya mendekati nol.

2. Pada keadaan OFF, divais harus dapat menghadapi tegangan high

forward atau reverse, yang mendekati tak hingga, tidak terjadi

kebocoran arus, dan resistansi off-state yang rendah atau mendekati

nol yang menyebabkan rugi daya mendekati nol.


3. Pada saat keadaan transisi antara ON dan OFF, harus memilki delay

time yang mendekati nol, rise time mendekati nol, stroge time

mendekati nol, dan fall time mendekati nol.

4. Keadaan ON dan OFF harus bisa dikontrol.

5. Pulsa antara keadaan ON dan OFF harus sekecil mungkin.

6. Divais harus dapat menghadapi perubahan tegangan yang cepat.

7. Divais harus dapat menghadapi perubahan arus yang cepat.

8. Dapat tahan terhadap fault current pada keadaan yang lama

9. Disipasi panas baik.

10. Harga yang ekonomis.

Buck-boost Regulator

Gambar 8.1 Rangkaian dan Waveforms dari Buck-boost Regulator

Tegangan output dari regulator Buck-Boost dapat lebih besar

ataupun lebih kecil daripada tegangan input. Regulator ini biasa disebut

inverting regulator karena polaritas tegangan outputnya berlawanan

dengan tegangan input. Rangkaian Buck-Boost dapat dilihat pada Gambar

9.1. Transistor S berperan sebagai switch terkontrol dan dioda D sebagai

switch yang tak terkontrol.


Tegangan output ratarata dari regulataor Buck-Boost adalah sebagai

berikut.

𝑉𝑎 = − 𝑘𝑉𝑠

1−𝑘 ……………(9.1)

Cuk Regulator

Pada rangkaian regulator Cuk, komponen switch yang digunakan

adalah pwer BJT seperti terlihat pada Gambar 9.2. Sama seperti regulator

Buck-boost, regulator cuk memiliki tegangan output yang bisa lebih besar

maupun lebih kecil daripada tegangan input

Gambar 8.2 Rangkaian dan Waveforms dari Cuk Regulator

Tegangan output rata-rata dari regulator cuk:

𝑉𝑎 = − 𝑘𝑉𝑠

1−𝑘 ……………(9.2)


MODUL 9

PENGANTAR PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA

Tujuan

1. Memahami komponen penyusun PLTS

2. Memahami cara kerja PLTS

3. Memahami karakteristik daya pada PLTS

Dasar Teori

Energi matahari adalah sumber utama energi bagi makhluk hidup di

muka bumi, yang secara alami diisi kembali dalam waktu singkat. Energi

matahari disebut sumber "energi terbarukan" atau "energi berkelanjutan"

karena alasan tersebut. Untuk memanfaatkan energi matahari, berbagai

teknologi digunakan untuk mengonversi energi matahari menjadi panas

dan listrik. Penggunaan energi matahari melibatkan juga hal tentang

'konservasi energi' karena ini adalah cara untuk menggunakan sumber

energi yang berasal dari alam dan menggunakannya dengan lebih bijak dan

efisien. Salah satu pemanfaatan energi matahari adalah dengan

mengonversinya menjadi suatu energi listrik. Energi matahari dapat

dimanfaatkan menjadi energi listrik dengan menggunakan Sel Surya (Solar

Cell).

Sel Surya atau sel Photovoltaic (PV) adalah perangkat yang terdiri

dari bahan semikonduktor seperti silikon, gallium arsenik, kadmium

tellurida, dan bahan campuran lainnya yang dapat mengubah sinar

matahari langsung menjadi listrik. Hal ini dikarenakan ketika sel surya

terpapar sinar matahari langsung atau menyerap sinar matahari, elektron

dan holes bebas tercipta pada persimpangan positif atau negatif. Jika


persimpangan positif dan negatif dari sel surya terhubung ke peralatan

listrik DC, arus dikirim untuk mengoperasikan peralatan listrik.

Terdapat tiga klasifikasi utama sel surya berdasarkan bahan

semikonduktor yang digunakan yaitu:

a. Crystalline Silicon PV Module

b. Amorphous Silicon PV Module

c. Hybrid Silicon PV Module

Sedangkan berdasarkan manufakturnya, sel surya jenis Crystalline

Silicon dibagi kembali menjadi dua jenis yang utama yaitu:

a. Monocrystalline Silicon PV Module

b. Polycrystalline Silicon PV Module

Bahan semikonduktor yang saat ini paling digunakan untuk produksi

sel surya adalah silikon. Silikon memiliki beberapa keunggulan sebagai; itu

dapat dengan mudah ditemukan di alam, tidak mencemari, tidak merusak

lingkungan dan dapat dengan mudah dilelehkan, diproses dan dibentuk

menjadi bentuk silikon monokristalin maupun polikristalin. Sel surya

umumnya dikonfigurasikan sebagai P-N Junction yang besar dan terbuat

dari silikon.

Gambar 9.1 (a) Monocrystalline Silicon PV Module (b) Polycrystalline

Silicon PV Module (c) Amorphous Silicon PV Module


Sel surya menghasilkan arus searah (DC), oleh karena itu mereka hanya

digunakan untuk peralatan yang menggunakan listrik DC. Jika listrik arus

bolak-balik (AC) diperlukan untuk peralatan yang membutuhkan listrik AC

atau energi cadangan diperlukan, sistem fotovoltaik surya memerlukan

komponen lain selain modul sel surya. Komponen-komponen ini dirancang

khusus untuk diintegrasikan ke dalam sistem sel surya, komponen-

komponen ini membentuk suatu sistem produk energi terbarukan atau

produk konservasi energi. Komponen tersebut antara lain:

1. Solar Module

2. Solar Charge Controller

3. Battery

4. Inverter

5. Lighting Protection

Gambar 9.2 Skema cara kerja sel surya


Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) atau Solar Photovoltaic

Power System diklasifikasikan menjadi 3 berdasarkan alur daya yang

terjadi yaitu:

1. PLTS on-grid

Gambar 9.3

Sistem sederhana PLTS

Gambar 9.4 Sistem sederhana PLTS on-grid


2. PLTS off-grid

3. PLTS Hybrid

Gambar 9.5

Sistem sederhana PLTS off-grid

Gambar 9.6 Sistem sederhana PLTS hybrid


MODUL 10

PERANCANGAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA

Tujuan

1. Memahami parameter-parameter penyusun PLTS.

2. Mengetahui perhitungan perancangan PLTS.

3. Memahami perancangan PLTS sesuai dengan kebutuhan.

Dasar Teori

Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Surya mencakup berbagai komponen yang

harus dipilih sesuai dengan jenis sistem, lokasi situs, dan aplikasi Anda.

Komponen utama untuk sistem PV surya adalah pengontrol pengisian daya

surya, inverter, bank baterai, sumber energi tambahan dan beban (peralatan).

1. Modul PV

2. Solar charge controller

3. Inverter

4. Baterai

5. Sumber energi tambahan (additional)

Berikut ini merupakan langkah-langkah dalam melakukan perancangan sistem

Pembangkit Listrik Tenaga Surya

1. Menentukan kebutuhan konsumsi energi beban

a. Menghitung total Watt-hours per hari untuk pada setiap beban

pemakaian.

b. Menghitung total Watt-hours per hari yang dibutuhkan dari PLTS.

(Total pada poin (a) dikali dengan angka 1.3)

2. Mendesain kapasistas PLTS

a. Menghitung total Watt-peak rating yang dibutuhkan untuk Modul PV

(Total pada poin 1.a dibagi dengan angka 3.43)


b. Menghitung jumlah Modul PV yang dibutuhkan dalam satu sistem

tersebut

(Total pada poin 2.a dengan rating keluaran Watt-peak yang

tersedia, lalu melakukan pembulatan keatas, maka itu merupakan

jumlah PV yang dibutuhkan)

3. Mendesain Kapasistas Inverter

(Kapasistas Innverter harus 25-35% lebih besar dari total daya yang

dibutuhkan beban untuk beban motor atau kompresor maka minimal 3x

lebih besar)

4. Mendesain Kapasistas Baterai

Kapasitas Baterai (Ah) = (Total Watt hours per hari beban)

(0.85 x 0.6 x Tegangan nominal Baterai) 𝑥 𝐷𝑜𝐴

Dimana DoA merupakan singkatan dari Days of Autonomy yang

merupakan jumlah hari yang diinginkan pada sistem untuk bekerja

meskipun tidak ada daya yang dihasilkan oleh modul PV.

5. Mendesain Kapasistas Solar Charge Controller Sizing

Solar Charge Controlling Rating = (Total Arus Short Circuit pada Array PV) x 1.3

*Catatan: Untuk Mendesain Kapasistas pada MPPT Charge Controller

akan berbeda.

modul praktikum elektronika daya · 14. laporan praktikum ditulis dengan tulisan tangan pada kertas...

Documents