MAKALAH ANALISIS SISTEM KENDALI ELEKTRONIK OPERASI MESIN DC SISTEM KUADRAN
Oleh:
ASRIL
1209883/2013
PROGRAM MAGISTER (S2)
KONSENTRASI PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRO
PENDIDIKAN TEKNOLOGI KEJURUAN
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI PADANG
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan ke hadirat Allah SWT yang telah melimpahkanrahmat serta hidayah Nya sehingga kami dapat menyelesaikan penyusunan makalah yang berjudul Konverter DC-DC (Chopper) memakai sistem kuadran.
Makalah ini disusun dalam rangka memenuhi tugas mata kuliah Analisa Sistem Kendali Elektronika. Kami mengucapkan terimakasih sebesar-besarnya kepada pihak-pihak yang telah membantu dalam penyusunan makalah ini.
Harapan kami, makalah ini dapat bermanfaat bagi para pembaca untuk lebih memahami rangkaian maupun aplikasi konverter dengan sistem kuadran pada rangkaian dari motor DC.
Kami menyadari masih banyak kekurangan dalam penyusunan. Untuk itu kami sangat mengharapkan kritik dan saran dari para pembaca agar kedepannya kami dapat menjadi lebih baik.
Penyusun
I. PENDAHULUAN
1.. Konverter DC=DC (DC CHOPPERS)
DC Choppers umumnya banyak digunakan pada aplikasi industri, ini dikarenakan DC Choppers dapat mengubah sumber tegangan DC yang tetap menjadi tegangan DC yang variabel. Karena DC Choppers mengubah secara langsung dari tegangan DC ke DC dan biasa disebut DC – DC Converter. Penggunaan chopper sangat luas mulai dari pengontrolan putaran motor, kereta troli, pengangkat sauh kapal, truk pengangkat barang, dll.
Alat yang digunakan ini umumnya harus memiliki pengontolan akselarasi yang bagus, efisiensi yang tinggi dan respon yang cepat.
2. Klasifikasi Konverter DC-DC Berdasarkan Jumlah kuadran yaitu
Satu kuadran, Dua kuadran, dan Empat kuadran
II. LANDASAN TEORI
1. DC Chopper (Konverter DC-DC)
Tegangan searah (DC) pada sistem tenaga listrik saat ini sangat dibutuhkan. Hal ini dapat kita ditemui pada berbagai macam peralatan rumah tangga disekitar kita. Salah satu aplikasi yang berhubungan dengan tegangan searah (DC) tersebut adalah konverter DC-DC.
Konverter DC-DC merupakan salah satu jenis rangkaian elektronika daya yang berfungsi untuk mengkonversi tegangan masukan searah konstan menjadi tegangan keluaran searah yang dapat divariasikan berdasarkan perubahan rangkaian kontrolnya. Sumber tegangan dc dari konverter DC-DC dapat diperoleh dari baterai, atau dengan menyearahkan sumber tegangan ac yang kemudian dihaluskan dengan filter kapasitor untuk mengurangi riak (ripple).
Secara garis besar, konverter DC-DC dibagi menjadi 2 macam, yaitu:
1). Tipe linier
2). Tipe peralihan (switching)
Berikut adalah diagram blok dari konverter DC-DC :
Blok Diagram Konverter DC-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. Komponen yang digunakan untuk menjalankan fungsi penghubung tersebut tidak lain adalah switch (solid state electronic switch)
Berikut adalah blok diagram dari DC Chopper beserta sumber masukannya :
Diagram Blok DC Chopper Beserta Sumber Masukan
Berdasarkan pada arah aliran arus dan tegangan. DC Chopper diklasifikasikan menjadi 5 kelas, yaitu:
1.1. DC Chopper kelas A
Tegangan beban dan arus beban keduanya positif seperti terlihat pada gambar dibawah ini yang merupakan dc chopper satu kuadran dan dapat dikatakan beroperasi seperti penyearah.
Kuadran DC Chopper Kelas A
Berikut adalah gambar DC Chopper kelas A dibawah ini.
Gambar Rangkaian DC Chopper Kelas A
1.1.1 Prinsip Kerja DC Chopper Kelas A
Cara kerja DC Chopper Kelas A dapat dibagi menjadi dua mode. Selama mode 1, saklar akan ‘on’ dan dioda freewheeling akan ‘off’. Arus mengalir dari sumber ke beban lalu ke sumber lagi. Selama mode 2, saklar akan ‘off’ dan dioda freewheeling akan ‘on’. Energi yang tersimpan dalam induktor selama mode 1 adalah berupa arus. Arus induktor tersebut mengalir melewati dioda freewheeling kemudian kembali lagi ke induktor. Rangkaian ekivalen untuk mode-mode ini ditunjukkan pada gambar (b) sedangkan bentuk gelombang arus beban dan tegangan keluaran ditunjukkan pada gambar (c).
1.2. DC Chopper kelas B
Aliran arus beban keluar pada beban. Tegangan beban positif tetapi arus beban negatif, seperti gambar dibawah. Kelas ini juga merupakan DC Chopper satu kuadran, tetapi operasinya pada kuadran dua dan beroperasi seperti inverter.
Kuadran DC Chopper Kelas B
Berikut adalah gambar rangkaian DC Chopper kelas B
Gambar Rangkaian DC Chopper Kelas B
DC Chopper kelas B dapat dilihat pada gambar (a) dimana baterai (E) adalah bagian pada beban dan mungkin emf balik pada motor DC.
2.1.1. Prinsip Kerja DC Chopper Kelas B
Ketika saklar (S1) on, maka dioda (D1) akan off. Tegangan (E) mengalirkan arus melalui induktor (L) dan tegangan beban (VL) menjadi nol. Ketika saklar (S1) off, dioda (D1) akan on. Sejumlah energi yang disimpan dalam induktor dikembalikan ke sumber melalui dioda dan arus menurun.
1.3. DC Chopper kelas C
Arus beban dapat positif atau negatif sedangkan tegangan beban selalu positif seperti pada gambar dibawah ini. Hal ini disebut chopper dua kuadran. DC Chopper kelas A dan B dapat dikombinasikan untuk membentuk DC Chopper kelas C.
Kuadran DC Chopper Kelas C
Berikut adalah rangkaian DC Chopper kelas C :
Gambar Rangkaian DC Chopper Kelas C
1.3.1. Prinsip Kerja DC Chopper Kelas C
S1 dan D2 beroperasi seperti DC Chopper kelas A. Sedangkan S2 dan D1 beroperasi seperti DC Chopper kelas B. Tetapi harus dijaga untuk memastikan dua saklar tidak bekerja secara bersamaan, bila hal itu terjadi sumber (Vs) mengalami hubung singkat. DC Chopper kelas C dapat beroperasi sebagai penyearah (rectifier) maupun pembalik (inverter).
Besarnya tegangan keluaran rata-rata (VL) untuk DC Chopper kelas C adalah
1.4. DC Chopper kelas D
Arus beban selalu positif. Tegangan beban dapat positif atau negatif, seperti pada gambar dibawah ini.
Kuadran DC Chopper Kelas D
Dc chopper kelas D dapat juga beroperasi sebagai penyearah atau pembalik, yang ditunjukkan pada gambar rangkaian berikut
Gambar Rangkaian DC Chopper Kelas D
1.4.1. Prinsip Kerja DC Chopper Kelas D
Ketika saklar (S1 dan S4) on maka arus mengalir melalui beban, vL dan iL menjadi positif dan saat saklar (S1 dan S4) off maka arus beban iL akan akan terus mengalir untuk beban induktif yang tinggi melalui dioda (D2 dan D3) dengan arah tetap tetapi tegangan keluaran (VL) berbalik arah.
Besarnya tegangan keluaran rata-rata (VL) untuk DC Chopper kelas D adalah
1.5. DC Chopper kelas E
Arus beban dan tegangan beban dapat positif atau negatif seperti pada gambar dibawah ini. Hal ini dikenal dengan DC Chopper empat kuadran.
Kuadran DC Chopper Kelas E
Dua DC Chopper kelas C dapat dikombinasikan untuk membentuk Chopper kelas E, polaritas tegangan dan arus beban ditunjukkan pada gambar (b). Peralatan yang beroperasi pada macam-macam kuadran ditunjukkan pada gambar (c). Untuk operasi pada kuadran keempat, arah baterai (E) harus dibalik.
Gambar rangkaian DC Chopper Kelas E
1.5.1. Prinsip Kerja DC Chopper Kelas E
Prinsip kerja dari DC Chopper kelas E dapat dilihat pada gambar C diatas.
Besarnya tegangan keluaran rata-rata(VL) untuk DC Chopper kelas E adalah
Kelebihannya dari DC Chopper adalah terutama pada pengubah daya secara jauh lebih efisien dan pemakaian komponen yang ukurannya lebih kecil. Namun, penggunaan switching pada DC Chopper ini menimbulkan adanya harmonisa pada sisi sumber maupun pada sisi keluarannya.
1.6. Kendali Kecepatan Motor DC Dendan 4 Kuadrran
Konverter dc-dc 4-kuadran merupakan konverter dc-dc yang dapat bekerja secara bidirectional
baik arus maupun tegangan kerjanya, sehingga sangat cocok untuk aplikasi kendali motor yang membutuhkan kecepatan dan torque dalam dua arah. Skema konverter dc-dc 4-kuadran untuk pengendalian motor dapat dilihat pada Gambar di bawah Pengendalian kecepatan motor dapat dilakukan dengan mengendalikan arus jangkar. Hal ini memiliki beberapa keuntungandibandingkan dengan pengendalian kecepatan secara langsung..
III. KESIMPULAN
Inverter DC sistem kuadran jenis tegangan dan jenis arus bisa dikendalikan dengan cara yang sama. Pada inverter DC sistem kuadran jenis tegangan dan jenis arus dimamfaatkan pada pemakaian mottor DC, yang bisa difungsikan sebagai pengereman dan percepatan dari putaran motor DC, pengendalian arus mula di induktor atau beban dilakukan dengan menutup saklar inverter. Perlu pula dijamin bahwa tegangan induktor bisa kembali ke nilai nol pada akhir periodanya. Pada inverter DC jenis arus, pengendalian tegangan mula di induktor dilakukan dengan membuka saklar inverter, dan perlu dijamin bahwa arus induktor bisa kembali ke nilai nol pada akhir perioda . Arus keluaran inverter DC jenis tegangan dikendalikan dengan PWM.
.
DAFTAR PUSTAKA
1. D. M. Divan, The Resonant DC Link Converter – A New Concept in Static Power Conversion, IEEE Trans. Ind. Appl., Vol. 25, No. 2, March/April 1989, pp. 317-325
.
2. Y. Murai and T. A. Lipo, High-Frequency Series-Resonant DC Link Power Conversion, IEEE Trans. Ind. Appl., Vol. 28, No. 6, Nov./Dec. 1992, pp. 1277-1285.
3. G. L. Skibinski and D. M. Divan, Characterization of Power Transistors Under Zero Voltage Switchings, Conf. Rec. IEEE Ind. Appl. Soc. Ann. Meet., 1987, pp. 493-503.
4. J. A. Deacon, J. D. Van Wyk, and J. J. Schoeman, An Evaluation of Resonant Snubbers Applied to GTO Converters, IEEE Trans. Ind. Appl., Vol. 25, No. 2, March/April 1989, pp. 292-297.