Elektronika Daya-

UJT mempunyai resistansi negatif yang terletak antara titik puncak dan titik lembah. Dimana nilai tegangan puncak UJT tergantung pada tegangan antar basis ( VBB ) sesuai dengan persamaan berikut: VP = η VBB + VD Dimana : η

= Eta/Intrinsic standoff ratio

VD = tegangan setara emitor dioda 0,5 V pada suhu 250 C, yang nilainya tergantung pada type UJT dan temperatur kerjanya. Pengujian pengukuran dengan menggunakan Ohm-meter antara lain : 1. Antara B1 dan B2 yaitu Rbnya. 2. Antara E dengan B1 dengan kondisi arah maju 3. Antara E dengan B1 dengan kondisi arah mundur (balik). 4. Antara E dengan B2 dengan kondisi arah maju. 5. Antara E dengan B2 dengan kondisi arah mundur (balik). Dari hasil pengukuran di atas maka untuk kondisi arah balik mungkin menghasilkan pengukuran nilai yang tak terhingga. Sedangkan untuk pengukuran arah maju menhasilkan pengukuran tahanan yang relatif kecil dan pengukuran RB, yaitu tahanan antara basis akan memberikan nilai tahanan yang cukup besar ( UJT berkisar 10.000 ohm atau 10 KΩ.

Elektronika Daya-Elektro S1 Ir. A. Muid Fabanyo, MMT

17

B1 B1 0 E

RB1

RB1

1

RB2 RB2 B2 B2

Rangkaian ekivalen UJT bekerja bila posisi 1 Pada saklar dan tidak bekerja pada posisi 0 (nol)

Rangkaian ekivalen dari UJT utk pengujian dgn OHM meter

B1

E

P

N

B2 Konstruksi dasar UJT Konstruksi diatas menunjukkan bahwa Emitor dan Basis1 biasanya dipakai sebagai Pengatur/Pengontrol. Sedangkan untuk Basis2 digunakan sebagai kompensasi suhu dan sebagai terminal untuk tegangan muka maju Antara B2 dan B1 terdapat suatu nilai tahanan yang biasa disebut tahanan antara basis RB, yang merupakan jumlah dari dua buah tahanan yaitu RB1 dan RB2 disebut eta ( η ) atau biasa disebut Intrinsic Standoff Ratio ( 0,51 : 0,82 ). Besarnya Eta biasanya 0,6. RB1

RB1

η = ----------- = -------------RB

Elektronika Daya-Elektro S1 Ir. A. Muid Fabanyo, MMT

RB1 + R2

16

V. UJT ( Uni-Juntion Transistor ) Uni junction transistor adalah komponen yang dapat digunakan untuk mentrigger thyristor. Komponen tersebut mempunyai 3 (tiga) terminal, yaitu Emitor (E), Basis satu (B1) dan Basis Dua (B2) sebagaimana gambar di bawah ini.

VE B1 VP E

B1

VBB VE

B2

VV IP

IV IE

\

Cut Off

R-Neg Saturation region IE

Region

Simbol

Kurva Karateristik UJT

Pada kurva karateristik tersebut antara B1 dan B2 terdapat resistansi antara basis (RBB) Yang bernilai 7 K : 9,1 K Ohm pada suhu 250 C. Jika tegangan VE lebih kecil dari tegangan acak emitor ( UJT ) yaitu VP, maka emitor akan Reverse Bias dan hanya ada arus bocor IE0 yang harganya cukup kecil. Juka VE sama dengan VP dan arus emitor IE lebih besar dari IP, maka UJT akan Turn-ON. Pada kondisi ini resistansi antara Emitor dan Basis satu sangat rendah dan arus emitor yang mengalir akan dibatasi oleh resistansi yang dipasangkan seri antara Emitor dan Basis satu diluar rangkaian. Rangkaian pengganti atau ekivalen dari UJT sebagaimana gambar berikut di bawah ini yang dihubungkan dengan saklar sebagai pengatur kondisi bekerja atau tidak.

Elektronika Daya-Elektro S1 Ir. A. Muid Fabanyo, MMT

15

A1

A1

A2

A2 Simbol DIAC

Adakalanya kombinasi TRIAC dan DIAC dijadikan satu dalam satu IC (Integrated Circuit) atau lebih terkenal dengan DI-TRIAC. Sebagai contoh jenis TRIAC Pabrik : BBC Type : BS 6 – 02 A UH12 , UH21

: 200 volt

IT (RMS)

: 6 Amp ( at Tj 85 0 C )

IT SM

: 48 Amp

ID

: < 2 mA ( voltage forward current )

VT

: 3,2 volt ( Conducting voltage drop ) pada IT = 17 A

VGT

: 3 volt

IGT

: 50 mA

Elektronika Daya-Elektro S1 Ir. A. Muid Fabanyo, MMT

14

juga terjadi. Rangkaian Snubber diperlukan disini untuk membatasi rangkaian dv/dt saat arus TRIAC nol.

IV. DIAC ( Bilateral Trigger Dioda ) DIAC adalah merupakan dioda pentrigger dua arah yang terdiri dari 2 buah thyristor yang dihubungkan saling bertolak belakang dan digunakan secara bersamasama TRIAC. Oleh karena itu DIAC memiliki 2 buah tegangan penyalaan yaitu disatu pihak tegangan maju ( + VBO) dan dilain pihak lagi tegangan baliknya ( - VBO). Berikut ini adalah simbol dan karateristik DIAC.

IG

IH - VBO

+ VBO

- IG

Kurva Karateristik DIAC

Elektronika Daya-Elektro S1 Ir. A. Muid Fabanyo, MMT

13

Besaran-besaran pembatas (arus, tegangan, thermis dll) dari triac sama halnya dengan SCR kecuali batas tegangan reverse yang tidak terdapat pada triac. Besaran Holding Current ( IH) juga berlaku bagi triac. Triac dapat dipandang sebagai saklar elektronis untuk tegangan dan arus bolak-balik. Triac mampu membloking tegangan pada kedua arahnya dan mampu pula mengalirkan arus pada kedua arahnya. Daerah kerja triac dan polaritas Vg. KUADRAN

TERMINAL

1

2

3

4

- H T1

+

-

-

+

G

+

+

-

-

Titik referensi

- H T2

Pada gambar berikut ini menunjukkan karateristik statis dari komponen TRIAC.

IT

2

1 (Kwadran)

Ig2 Ig1

Ig0

IH ∆VF

Ig0

3

Ig1

VAK

Ig2

- IT

4

Misalnya TRIAC bekerja pada kwadran 1 Î IT mengalir arah dari T1 ke T2. TRIAC akan lebih baik dan sensitif bila dioperasikan pada kwadran 1 dan 3 dengan pulsa trigger Positif dan Negatif. Keadaan yang berbahaya bagi TRIAC adalah pada operasi beban induktif, arus TRIAC akan = 0 tetapi VT - T2 ≠ 0 maka penyalaan kembali tanpa pulsa penyala dapat

Elektronika Daya-Elektro S1 Ir. A. Muid Fabanyo, MMT

12

Keterangan: Vfbo = Tegangan forward ( Vak + ) minimum dimana scr dapat konduktif tanpa Ig Vdsm = Tegangan lebih sesaat non periodik yang dapat ditahan oleh scr Vdrm = Tegangan lebih sesaat periodik yang dapat ditahan oleh scr. Vdwm = Tegangan kerja normal scr tanpa gejala transien. Dalam operasinya scr bekerja pada tegangan jala-jala normal dan juga kemungkinan tegangan-tegangan transien yang lebih tinggi. Adanya tegangan lebih tinggi itu tdk dapat dihindarkan dan scr harus diperhitungkan untuk dapat terjadi dalam operasinya. Untuk membantu mengamankan scr dari bahaya tegangan lebih maka dipasangkan rangkaian snubber R-C seri yang dipasangkan paralel dengan scr. C = kondensator bertugas utk meredam puncak dan kecuraman tegangan lebih saat scr turn-off dengan cara menyerap muatan listrik, sehingga energinya terperangkap pada kapasitansinya. R = Resistor bertugas untuk membantasi arus discharge dari C ketika SCR dinyalakan kembali.

III. TRIAC ( Trioda Alternating Current Switch ) TRIAC merupakan komponen thyristor dua arah atau analoginya sama dengan penggabungan 2 (dua) buah SCR yang terhubung secara anti paralel. Dapat dipergunakan untuk menggantikan SCR untuk daya arus bolak-balik, misalnya pada pengaturan motor atau pada pengaturan cahaya dan lampu (Dimmer lamps).TRIAC memiliki kemampuan di bawah 100 A dan kurang dari 1000 watt.

A T1

Gate

T2

P1

G T1

T2

Elektronika Daya-Elektro S1

K

11

Ir. A. Muid Fabanyo, MMT

Struktur

Ekivalen SCR

Simbol

Keterangan: Td

: Time delay, waktu tunda terhitung dari Ig= 10 % hingga tegangan Vak sampai harga 90 %.

Tr

: Rise time, waktu terhitung dari Vak berharga 90 % menjadi 10 % kembali.

Ton : td + tr Ton akan lebih singkat bila d Ig/dt dan Ig puncak +, serta temperatur junction SCR makin tinggi. Pada saat turn-OFF setelah If=0. SCR memerlukan tegangan negatif pada anoda-katodanya. Tq

: Waktu yang diperlukan oleh SCR untuk memperoleh sifat membloking tegangan mundur (reverse recovery time ). Tq akan lebih lama apabila It :

dIt , Vak + dan dt

juga bila Vak – terlalu rendah. Dari besarnya tq yang diperlukan, terdapat 2 jenis SCR : •

SCR lambat ( phase control low speed SCR ) dengan tq > 100 us

•

SCR Cepat ( High Speed SCR ) dengan tq < 100 us

Pada jenis SCR pertama di atas biasanya digunakan pada rangkaian/sirkuit penyearah dan jenis kedua digunakan pada rangkaian converter SCR dengan komutasi paksa. Pemaksaan pemadaman SCR itu bertujuan untuk menekan It hingga sama dengan 0 (nol). Kemudian memberikan tegangan Vak yang negatif selama t ≥ tq SCR.

5. Kemampuan Tegangan SCR SCR harus mampu menahan tegangan pada kedua arahnya sebagaimana gambar berikut ini.

VFBO

VF

VDRM VDWM

VRWM VWSM VRSM VR

Kemampuan Tegangan SCR

Elektronika Daya-Elektro S1 Ir. A. Muid Fabanyo, MMT

10

Ig

Ig Maks Vg

Maks

Daerah Penyalaan Pasti Daerah Penyalaan Mungkin utk Tj = 240 C Daerah Penyalaan tdk mungkin menyala Vg Karateristik Penyalaan SCR

4. Karateristik Switching SCR Setiap komponen semikonduktor mempunyai karateristik sendiri-sendiri dalam proses switchingnya. SCR yang bekerja sebagai elektronis switching, pemeriksaan apakah kerja switching komponen ini sudah baik atau belum perlu untuk dilaksanakan.

90%

dVAK / dt It 10% td

tr

Ig

ton

AK (-) Vg

Ig 10 %

Karateristik Switching SCR

Elektronika Daya-Elektro S1 Ir. A. Muid Fabanyo, MMT

9

IF

Ig1 < Ig2 < Ig3

IH VR

∆VF

VBO3 VBO2 VBO1 VBO Ig3 Ig2 Ig1

VF

IR Karateristik Statis SCR

3. Karateristik Penyalaan SCR Dalam pengoperasian SCR harus dipastikan bahwa SCR bekerja sesuai dengan rencana. Salah satu faktor yang sangat diperhitungkan adalah karateristik arus gate yang secara pasti menyalakan SCR. Beberapa kemungkinan sinyal pulsa yang masuk rangkaian gate SCR yaitu: •

Pulsa gate secara pasti menyalakan SCR.

•

Pulsa gate mungkin menyalakan SCR.

•

Pulsa gate pasti tidak menyalakan SCR.

•

Pulsa gate terlalu besar dan mungkin dapat merusak SCR pada lintasan junction G-K.

Setiap SCR akan mempunyai karateristik tersendiri dan berbeda untuk Tj yang lain. Dengan mengetahui karateristik SCR melalui data sheetnya, harga Vg dan Ig yang tepat dapat ditentukan, yaitu harga Vg dan Ig yang memberikan penyalaan yang pasti dan aman untuk semua kondisi kerja SCR.

Elektronika Daya-Elektro S1 Ir. A. Muid Fabanyo, MMT

8

A Ia A Ib1=Ic2 Q1 (PNP) P

G G

N

N

P

P N

Ib G

Ic1

Q2 (NPN)

Ib2

K

Ic2

K Analogi SCR dengan 2 transistor ( NPN – PNP ) Struktur terbentuknya SCR adalah mirip dengan penyatuan 2 (dua) buah transistor, dimana pada Gate diberikan pulsa trigger, maka transistor Q2 akan ON dengan Ic2 = Ib1 dan ini akan meng-ON-kan Q1 pula. Q1 mencatu arus base Q2 dan Q2 mencatu arus base Q1 dalam keadaan seperti ini. Q1 dan Q2 akan tetap ON meskipun pulsa trigger pada gate (Ig) dihilangkan, asalkan Vak cukup besar sehingga I1 = Ic2 > Iff – SCR.

2. Karateristik Statis SCR Karateristik SCR pada gambar berikut ini menunjukkan hubungan antara tegangan dan arus. Tanpa arus gate, SCR menahan tegangan pada dua arahnya. Dengan arus gate, SCR mengalirkan arus pada input tegangan forward dan penyalaan SCR tersebut makin cepat untuk harga Ig yang semakin besar. Holding current ( Ih ) merupakan batas minimal arus SCR, dimana SCR akan tetap ON ketika Ig dibuka.

Elektronika Daya-Elektro S1 Ir. A. Muid Fabanyo, MMT

7

II. SCR ( Silicon Controlled Rectifier ) SCR merupakan komponen power semiconductor yang memiki 4 lapis (four layer) yaitu P-N-P-N dengan terminal ketiga dikenal sebagai GATE (gerbang) yang berfungsi untuk menerima sinyal Trigger pengatur saat konduktif. A

A

P P N

G

G

P N

K

Struktur dan Simbol SCR

1. Prinsip Kerja SCR SCR mampu melakukan bloking terhadap kedua arah tegangan Vak (tegangan maju Vf maupun tegangan reverse Vr). Bila arus gate tidak diberikan, untuk status Turn-OFF ke status turn-ON. •

Vak pada SCR harus bernilai positif

•

Ig (pulsa/trigger) diberikan cukup, baik dilihat dari segi lebar pulsa penyala maupun daya penyalaannya.

SCR akan tetap dalam keadaan ON walaupun Ig di NOL-kan asalkan If > Ih (current holding ). Bilamana If < Ih maka SCR akan bersifat non konduktif (OFF) lagi, penyalaan gagal. Hal ini sering terjadi pada kondisi beban induktif, tentunya dengan pulsa penyala yang terlalu pendek. Untuk Turn ON ke OFF dengan syarat sebagai berikut : •

If harus NOL ampere terlebih dahulu.

•

Vak harus negative selama waktu t minimal =tg – SCR

Analogi SCR yang terdiri dari susunan 2 (dua) buah transistor yang terbentuk sebagaimana gambar di bawah ini.

Elektronika Daya-Elektro S1 Ir. A. Muid Fabanyo, MMT

6

IF IFSM IFRM VL

IF (RMS) IF (AV)

Bentuk Pembebanan Arus Pada Dioda If (AV) : Arus rata-rata maksimum yang diijinkan setiap harga arus rata-rata akan menghasilkan suatu harga temperatur akhir pada junction dioda. Batas If (AV) ini juga tergantung pada temperatur ruang dan jenis sistem pendinginan ( Heat-sink). If (RMS) : Harga effektif maksimum arus dioda. Harga rata-rata yang di bawah If ( ∆V ) maksimum, belum menjamin keamanan operasi dioda terutama arus beban dioda dengan form factor yang tinggi. ( Rate Mean Square ) If (RM) : Harga puncak arus lebih periodik yang diijinkan. If (SM) : Harga puncak arus lebih non periodik yang diijinkan. T

: Batas integral pembebanan arus dimana dioda masih mampu mengalaminya. Besaran ini berlaku untuk ½ cycles atau 1 ms dan merupakan pedoman dalam pemilihan pengaman arus.

Contoh data Fast Dioda Type MF 70 Maximum repetitive peak reverse voltage, Vdrm = 1200 Volt. Mean forward current, If (AV) = 70 A RMS forward current, Irms max = 110 A Non repetitive forward current, If (ms) = 700 A Forward V-Drop, Vfm=V, pada Ifm = 210 A Peak reverse current, Irm = 5 mA Reverse recovery time, trr = 200 ns Stored, charger, Qrr = T µc (Qs) Thermal resistance, Rth-jc = 0,37 0C/w

Elektronika Daya-Elektro S1 Ir. A. Muid Fabanyo, MMT

5

Qs : Jumlah muatan yang mengalirdalam arah reverse selama perpindahan statusdioda ON ke OFF. Dioda jenis lambat banyak digunakan pada rangkaian konverter dengan komutasi lambat/natural, seperti rangkaian penyearah. Sedangkan Dioda jenis Cepat dipergunakan pada konverter statis dengan komutasi sendiri seperti misalnya pada DC Chopper, konverter komutasi sendiri dll.

Kemampuan Tegangan Dioda bersifat memblokir tegangan reverse, ternyata mampu menahan tegangan tersebut tergantung pada karateristik tegangan itu sendiri.

IF VRWM VRRM VRSM ∆VF

VR

VF

t IR Pembebanan Tegangan Pada Dioda VRWM = Puncak tegangan kerja normal. VRRM = Puncak tegangan lebih yang terjadi secara periodik. VRSM = Puncak tegangan lebih tidak periodik.

Kemampuan Arus Dioda. Adanya tegangan jatuh konduksi ∆ Vf menyebabkan rugi daya pada dioda yang keluar dalam bentuk panas. Temperatur junction maksimum terletak antara 110 0C : 125 0C. Panas lebih dari temperatur ini akan menyebabkan dioda akan rusak. Temperatur maksimum ini dapat dicapai oleh bermacam-macam pembebanan arus terhadap dioda.

Elektronika Daya-Elektro S1 Ir. A. Muid Fabanyo, MMT

4

Karateristik Switching Karateristik ini menggambarkan sifat kerja dioda dalam perpindahan keadaan ON ke OFF dan sebaliknya.

∆ VS

t

t QS Tjr

10% tbr

trr Dioda akan segera melalukan arus jika Vr telah mencapai lebih dari Vf minimum dioda kondusif dan pada saat OFF terjadi kelambatan dari dioda untuk kembali mempunyai kemampuan memblokir tegangan reverse. Dari gambar diatas tgerlihat adanya arus balik sesaat pada dioda, dimana arus balik ini terjadi pada saat peralihan keadaan dioda dari kondisi ON ke kondisi membloking tegangan reverse. Dengan adanya sifat arus balik, maka diperoleh dua jenis penggolongan dioda yaitu : 1. Dioda Cepat, yaitu dioda dengan kemapuan segera mampu membloking tegangan reverse yang cepat, orde 200 ns terhitung sejak arus forward dioda sama dengan 0 (nol). 2. Dioda Lambat, yaitu untuk hal yang sama dioda memerlukan waktu lebih lama, Q32 > Qs1. Terminologi karateristik dioda Trr : Reverse Recovery Time, waktu yang diperlukan dioda untuk bersifat membloking tegangan forward. Tjr : Waktu yang diperlukan oleh Juction P-N untuk bersifat membloking. tBR : Waktu yang diperlukan daerah perbatasan Junction untuk membentuk zone bloking.

Elektronika Daya-Elektro S1 Ir. A. Muid Fabanyo, MMT

3

merupakan bagian yang penting dalam industri-industri, yaitu dalam pengontrolan daya pada sistem, proses elektronika dan lain-lain. I. DIODA Dioda merupakan penyatuan dari lapisan P dan N sebagaimana gambar struktur dan simbol lapisan. -

A

A

P N + K

K

Syarat dioda dalam keadaan ON adalah Vak positip sedangkan untuk OFF adalah Vak negatif.

IF ON

OFF

VF IR

Karateristik Statis dioda Karateristik tersebut menggambarkan hubungan antara arus dioda ( IR dan IF ) agar Vak dalam kondisi menahan arus ( OFF ) maupun dalam keadaan mengalir ( ON ). Dalam keadaan OFF, Vak = Vr = negatif, maka dioda menahan arus namun terdapat arus bocor Ir yang kecil. Dalam keadaan ON, Vak = Vf = positif, dioda mengalirkan arus namun terdapat tegangan jatuh pada dioda = ∆ Vf, ∆ Vf ini makin besar untuk arus dioda yang makin tinggi yang berarti pula rugi konduksi If * ∆ Vf naik. Terlihat pula pada karateristik dioda diatas bahwa bila Vr terlalu tinggi dioda akan rusak.

Elektronika Daya-Elektro S1 Ir. A. Muid Fabanyo, MMT

2

BAB I PENDAHULUAN

Pada sistem tenaga listrik terdapat penggunaan komponen elektronika yang umumnya dipakai dalam rangkaian pengaturan motor-motor listrik. Komponenkomponen elektronika yang dipergunakan pada sistem tenaga listrik pada prinsipnya harus mampu menghasilkan daya yang besar atau mampu menahan disipasi daya yang besar. Elektronika daya 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 Pada gambar berikut menunjukkan hubungan antara kedua rangkaian diatas yang terintegrasi

menjadi

satu,

dimana

keduanya

banyak

memanfaatkan

peralatan

semikonduktor

Supplai Daya

Rangk. Kontrol

Rangk. Daya

Beban

Rangkaian daya terdiri dari komponen Dioda, Thyristor dan Transistor Daya. Sedangkan rangkaian kontrol terdiri atas Dioda, Transistor dan rangkaian terpadu ( Integrated Circuit / IC ). Dengan

menggunakan

peralatan-peralatan

yang

serupa

keandalan

dan

kompatibilitas dari perlengkapan ( sistem ) akan dapat diperbaiki. Elektronika daya

Elektronika Daya-Elektro S1 Ir. A. Muid Fabanyo, MMT

1