TUGAS ELDA I

ARIO WICAKSONO DAMANIK

115090052

1. Apakah yang dimaksud dengan elektronik daya (power electronics)?

Elektronika daya adalah ilmu dalam sistem kelistrikan untuk konversi daya listrik. Elda menghubungkan ilmu Teknik Tenaga ( Power), Ilmu Kendali (Control), dan Ilmu elektronika. Ilmu elektronika daya didasarkan menggunakan pensaklaran (switching)komponen (device) semikonduktor. 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. Sebutkan macam-macam Thyristor!

• Phase-control Thyristor (SCR)
• Fast-switching thyristor (SCR)
• Gate-turn-off thyristor (GTO)
• Bidirectional triode thyristor (TRIAC)
• Reverse-conducting thyristor (RCT)
• Static induction thyristor (SITH)
• Light-activated silicon-controlled rectifier (LASCR)
•  FET-controlled thyristor (FET-CTH)
•  MOS-controlled thyristor (MCT)

3. Persyaratan apa yang menyebabkan Thyristor mengalirkan arus (Turn On)?

• 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.

Thyristor memiliki 3 keadaan atau daerah, yaitu:

·      Keadaan pada saat tegangan balik (daerah I)

·      Keadaan pada saat tegangan maju (daerah II)

·      Keadaan pada saat thyristor konduksi (daerah III)

Pada daerah I, thyristor sama seperti dioda, dimana pada keadaan ini tidak ada arus yang mengalir sampai dicapainya batas tegangan tembus (Vr), pada daerah II, terlihat bahwa arus tetap tidak akan mengalir sampai dicapainya batas tegangan penyalaan (Vbo). Apabila tegangan mencapai tegangan penyalaan, maka tiba-tiba tegangan akan jatuh menjadi kecil dan ada arus mengalir. Pada daerah ini thyristor mulai konduksi dan ini merupakan daerah III. Arus yang terjadi pada saat thyristor konduksi, dapat disebutkan sebagai arus genggam (IH = holding current). Arus IH ini cukup kecil yaitu dalam orde miliampere. Pada saat ini thyristor ON.

4. Bagaimana Thyristor dapat Turn off?

Untuk membuat thyristor kembali off, dapat dilakukan dengan menurunkan arus thyristor tersebut sedikit di bawah arus genggamnya (IH), selanjutnya thyristor tidak akan menyala (ON) kembali, sebelum diberikan tegangan penyalaan.

 5. Apa yang dimaksud dengan komutasi sendiri (line commutated)?

Komutasi sendiri atau natural commutation merupakan teknik yang jika sumber tegangannya AC, arus thyristor akan bergerak melalui angka nol dan tegangan balik akan muncul sepanjang thyristor. Devais akan secara otomatis menjadi off karena sifat natural dari tegangan sumbernya.

6. Apa yang dimaksud dengan komunikasi paksa (force commutated)?

Komutasi paksa atau forced-commutation merupakan teknik yang pada banyak rangkaian thyristor, tegangan inputnya DC dan arus forward dari thyristor dipaksa menjadi nol dengan menambahkan rangkaian yang disebut commutation circuit untuk membuat thyristor off.

 7. Apa perbedaan antara Thyristor dan Triac?

Triac berbeda dengan thyristor, dimana triac dapat mengontrol arus dalam dua arah. Triac merupakan dua buah Thyristor yang dihubungkan secara paralel berkebalikan dengan terminal gate bersama. Berbeda dengan Thyristor yang hanya melewatkan tegangan dengan polaritas positif saja, tetapi Triac dapat dipicu dengan tegangan polaritas positif dan negatif, serta dapat dihidupkan dengan menggunakan tegangan bolak-balik pada Gate. Triac banyak digunakan pada rangkaian pengedali dan pensaklaran. Triac hanya akan aktif ketika polaritas pada Anoda lebih positif dibandingkan Katodanya dan gate-nya diberi polaritas positif, begitu juga sebaliknya.  Triac dapat bersifatkonduktif dalam dua arah. Dalam hal ini dapat dianggap sebagai dua buah thyristor tersambung secara antiparalel dengan koneksi gerbang. Karena triac merupakan komponen bidirectional, terminalnya tidak dapat ditentukansebagai anode/katode

 8. Apakah yang dimaksud dengan converter?

Converter adalah suatu alat untuk mengkonversikan daya listrik dari satu bentuk ke bentuk daya listrik lain.

Converter terdiri dari 4 jenis, yaitu:

• Converter AC-DC (Rectifier)
• Converter AC-AC (Cycloconverter)
• Converter DC-DC (DC Chopper)
• Converter DC-AC (Inverter)

Dua bagian utama dari converter elektronika daya adalah rangkaian daya (power circuit) dan rangkaian control (control circuit), rangkaian trigger atau rangkaian driver untuk mengatur pensaklaran (switching).

 9. Bagaimana prinsip kerja dari konversi ac ke dc?

Pengkonversi tegangan AC ke DC disebut juga sebagai rectifier atau penyearah gelombang.

Komponen utama dalam rectifier adalah diode yang dikonfigurasikan secara forward bias. Dalam sebuah power supply tegangan AC rendah, sebelum tegangan AC tersebut diubah menjadi tegangan DC, maka tegangan AC tersebut perlu diturunkan menggunakan trafo step-down. Ada 3 bagian utama penyearah gelombang pada power supply, yaitu transformer, diode, dan kapasitor. Penyearah gelombang ini dibagi menjadi 2, yaitu :

• Penyearah setengah gelombang (half-wave rectifier)

Rectifier ini menggunakan 1 buah komponen utama dalam menyearahkan gelombang AC. Prinsip kerjanya adalah mengambil sisis sinyal positif dari gelombang AC  dari transformator. Pada saat transformator memberikan outout sisi positif daari gelombang AC, maka diode dalam keadaan forward bias sehingga sisi positif dari gelombang AC tersebut dilewatkan dan pada saat  transformator memberikan sinyal sisi negative, gelombang AC maka diode dalam posisi reverse bias, sehingga sisi negative tegangan AC tersebut ditahan atau tidak dilewatkan.

• Penyearah gelombang penuh (full-wave rectifier)

Prinsip kerja dari penyearah gelombang penuh ini  adalah menggunakan 4 dioda. Pada saat output transformator memberikan level tegangan sisi positif, maka D1,D4 pada posisi forward bias dan D2,D3 pada posisi reverse bias. Kemudian paada saat output transformator memberikan level tegangan sisi puncak negative, maka D2,D4 pada posisi forward bias dan D1,D2 pada posisi reverse bias sehingga level tegangan sisi negative tersebut dialirkan melalui D2,D4.

10. Bagaimana prinsip kerja dari konversi ac ke ac?

Konverter AC ke AC biasa disebut juga cyclo-converter. Konverter ini digunakan untuk memperoleh tegangan keluaran ac variable dari sumber ac tetap dan converter satu fasa dengan suatu triac.

Konverter AC-AC bisa juga didesain dengan menggabungkan 2 buah atau lebih jenis konverter, yang sering disebut dengan istilah konverter matrik. Konverter matrik ini sering digunakan sebagai pengganti cycloconverter karena memiliki topologi yang lebih sederhana, biasanya berupa sistem rectifier-inverter yang berbasis pada saklar GTO/IGBT. Sayangnya karena terbatasnya komponen saklar ini, masih sedikit perusahaan yang mampu memproduksinya dan memasarkannya. Keunggulan teknologi konverter matrik AC-AC ini adalah sudah mampu mengatasi masalah harmonisa dan faktor-daya. Frekuensinya keluaran yang lebih tinggi dari sumber juga bisa dengan mudah dihasilkan.

• Cyclo-converter satu fasa

Secara sederhana rangkaian elektronika daya cycloconverter satu phasa dapat dilihat pada gambar 2(a). Untuk lebih mudah memahami kerja rangkaian ini dapat dibayangkan dengan cara membagi topologi ini menjadi 2 buah rangkaian konverter tyristor-P dan rangkaian konverter tyristor-N paralel yang nantinya bekerja secara bergantian. Konverter tyristor-P bekerja untuk membentuk arus keluaran AC pada saat periode positip-nya, sedangkan konverter tyristor-N bekerja setelahnya untuk membentuk arus keluaran AC pada periode negatifnya.

•  Cyclo-converter tiga fasa

• Bentuk gelombang keluaran cycloconverter akan lebih baik menyerupai sinus dengan cara menambah jumlah pulsa sumbernya, seperti terlihat pada gambar. Gambar (a) adalah bentuk gelombang keluaran dengan sumber masukan gelombang AC tiga fasa. Sedangkan Gambar (b) adalah bentuk gelombang keluaran dengan sumber masukan gelombang AC enam fasa. Gelombang AC enam fasa dapat dihasilkan dengan cara menjumlahkan gelombang AC tiga fasa dengan gelombang AC tiga fasa tersebut yang digeser sudutnya sejauh 30 derajat dengan menggunankan trafo tiga phasa hubungan wye-delta (trafo penggeser fasa).

11. Bagaimana prinsip kerja dari konversi dc ke dc?

Konverter dc-dc dikenal juga sebagai dc-chopper atau pensaklaran regulator dan suatu rangkaian transistor chopper. Tegangan keluaran rata-rata dikendalikan dengan mengubah-ubah conduction time (t) dari transistor.  DC-Chopper dibagi menjadi dua, yaitu step-down chopper dan step-up chopper.

• Step-down chopper

Jika saklar SW ditutup pada saat t1, maka tegangan Vs akan melalui beban, Jika saklar dimatikan saat t2, tegangan yang melewati beban adalah nol.

• Step-up chopper

Chopper ini biasa digunakan untuk menaikkan tegangan DC. Prinsip kerja menurut gambar dibawah adalah apabila saklar SW ditutup pada saat t1, arus akan mengalir pada inductor dan akan menyimpan energy pada inductor tersebut. Jika saklar terbuka pada saat t2, energy yang tersimpan pada inductor dialirkan ke beban.

 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.

 13. Tahap-tahap apa saja yang diperlukan untuk merancang peralatan elektronika daya?

• Merancang rangkaian daya
• Buat rangkaian pelindung terhadap komponen switching
• Membuat rangkaian kendali/ kontrol

14. Apa yang dimaksud dengan efek peripheral dari peralatan elektronika daya?

Efek yang terjadi karena pengaruh dari switching pada power semiconductor devices menghasilkan arus dan harmonisa tegangan pada sistem supply dan output konverter. Hal ini dapat menyebabkan masalah seperti distorsi, EMI, EMC pada output tegangan

15. Apa perbedaan karakteristik gate antara GTO dengan Thyristor?

GTO adalah sebuah perangka tiga terminal semikonduktor yang termasuk di dalam kelompok Thyristor dengan struktur empat lapisan. GTO memiliki kontrol penuh untuk pengendalian ON-OFF state melalui terminal kontrol (gerbang).

Pengoperasian GTO sama seperti Thyristor konvesional dimana akan ON ketika menerapkan sinyal gerbang positif ke gerbang terminalnya dan akan OFF ketika diterapkan sinyal gerbang negatif.

16. Mengapa catu daya switching lebih efisien dibandingkan dengan catu daya linier untuk ukuran daya besar?

Power Supply Switching menggunakan metode yang berbeda dengan power supply linier. Pada jenis ini, tegangan AC yang masuk ke dalam rangkaian langsung disearahkan oleh rangkaian penyearah tanpa menggunakan bantuan transformer.

Cara menyearahkan tegangan tersebut adalah dengan menggunakan frekuensi tinggi antara 10KHz hingga 1MHz, dimana frekuensi ini jauh lebih tinggi daripada frekuensi AC yang sekitar 50Hz. Pada switching power supply biasanya diberikan rangkaian feedback agar tegangan dan arus yang keluar dari rangkaian ini dapat dikontrol dengan baik. Keuntungan utama dari metode ini adalah efisiensi yang lebih besar karena switching transistor daya sedikit berkurang ketika berada di luar daerah aktif yaitu, ketika transistor berfungsi seperti tombol dan juga memiliki diabaikan jatuh tegangan atau arus yang dapat diabaikan melaluinya. Keuntungan lain termasuk ukuran yang lebih kecil dan bobot yang lebih ringan dari pengurangan transformator frekuensi rendah yang memiliki berat yang tinggi dan panas yang dihasilkan lebih rendah karena efisiensi yang lebih tinggi. Kerugian meliputi kompleksitas yang lebih besar, generasi amplitudo tinggi, energi frekuensi tinggi yang low-pass filter harus blok untuk menghindari gangguan elektromagnetik (EMI).