Tugas Elda 1

 Tugas Elda 1

1. Apa yang dimaksud dengan elektronika daya ?

Jawab : 

merupakan salah satu cabang dalam bidang ilmu elektronika yang berhubungan dengan pengelolaan dan pengendalian konversi daya listrik, yang pada umumnya menggunakan komponen semikonduktor. Elektronika daya meliputi switching, pengontrolan dan pengubah (konversi) blok-blok yang besar dari daya listrik dengan menggunakan sarana peralatan semikonduktor.

2. Sebutkan  macam-macam dan jelaskan cara kerja Thyristor !

Jawab :

a). Phase-control thyristor (SCR)

b). Fast-switching thyristor (SCR)

c). Gate-turn-off thyristor (GTO)

d). Bidirectional triode thyristor (TRIAC)

e). Reverse-conducting thyristor (RCT)

f). Static Induction Thyristor (SITH)

g). Light-activated silicon-controlled rectifier (LASCR)

h). FET-controlled thyristor (FET-CTH)

i). MOS-controlled thyristor (MCT)

Thyristor merupakan devais seikonduktor 4 lapisan berstruktur pnpn dengan tiga pn-junction. Devais ini memiliki tiga terminal : anode, katode dan gerbang.

Thyristor dibuat melalui proses difusi.

Cara Kerja

Simulasi Cara Kerja
Terdiri dari sebuah resistor R on, sebuah induktor Lon, sebuah sumber tegangan DC V yang terhubung seri dengan Switch (SW). SW dikontrol oleh signal Logic yang yang bergantung pada tegangan Vak, arus Iak  dan signal Gate (G).

Atau,

Thyristor, jika dalam transistor
Dapat dilihat,

1.      Kolektor transistor Q1 tersambung pada base transistor Q2 dan sebaliknya kolektor transistor Q2 tersambung pada base transistor Q1.

2.      Rangkaian transistor yang demikian menunjukkan adanya loop penguatan arus di bagian tengah. Dimana diketahui bahwa I_c = BI_b, yaitu arus kolektor adalah penguatan dari arus base.

3.      Jika misalnya ada arus sebesar I_b yang mengalir pada base transistor Q2, maka akan ada arus I_c yang mengalir pada kolektor Q2. Arus kolektor ini merupakan arus base I_b pada transistor Q1, sehingga akan muncul penguatan pada pada arus kolektor transistor Q1.

4.      Arus kolektor transistor Q1 tidak lain adalah arus base bagi transistor Q2.

5.      Demikian seterusnya sehingga makin lama sambungan PN dari thyristor ini di bagian tengah akan mengecil dan hilang. Tertinggal hanyalah lapisan P dan N di bagian luar.

6.      Thyristor menjadi ON saat diberi arus trigger lapisan P yang dekat dengan katoda.  Karena letaknya yang dekat dengan katoda, pin gate ini bisa juga disebut pin gate katoda (cathode gate).

Lalu, bagaimanakah Thyristor dapat ON atau OFF ?

Karakteristik Thyristor
I. Thyristor sama seperti diode, dimana pada keadaan ini tidak ada arus yang mengalir sampai dicapainya batas tegangan tembus (Vr) atau Vbr.
II. 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.Maka Thyristor menjadi ON.
III. Pada saat ini thyristor mulai konduksi. Arus yang terjadi pada saat thyristor konduksi, dapat disebut sebagai arus genggam (IH = Holding Current) yang mempertahankan Thyristor tetap ON, jika arus forward dari anoda menuju katoda harus berada di atas parameter ini. Arus IH ini cukup kecil yaitu dalam orde miliampere. Pada kenyataannya, sekali SCR mencapai keadaan ON maka selamanya akan ON, walaupun tegangan gate dilepas atau di short ke katoda.
Untuk membuat thyristor kembali OFF, dapat dilakukan dengan menurunkan arus thyristor tersebut dibawah arus genggamnya (IH) dan selanjutnya diberikan tegangan penyalaan. Pada gambar kurva , jika arus forward berada di bawah titik I_h, maka Thyristor kembali pada keadaan OFF. Berapa besar arus holding ini? Umumnya ada di dalam datasheet.
Thyristor menjadi OFF dengan menurunkan tegangan anoda-katoda ke titik nol. Karena inilah Thyristor atau SCR pada umumnya tidak cocok digunakan untuk aplikasi DC. Komponen ini lebih banyak digunakan untuk aplikasi tegangan AC, karena SCR bisa OFF pada saat gelombang tegangan AC berada di titik nol.

Line Commutated dan Forced Commutated
Thyristor dapat mejadi OFF jika terdapat rangkaian eksternal (external crcuit) yang menyebabkan anoda menjadi bias negatif (negatively biased) dan dikenal dengan metode natural atau komutasi sendiri (line commutated).
Pada beberapa penggunaan pensaklaran (switching) thyristor kedua untuk pengosongan kapasitor di katoda pada thyristor pertama. Metode ini dikenal dengan komutasi paksa (forced commutated).

Perbedaan Thyristor dan TRIAC
Thyristor mempunyai 3 kaki yaitu Anoda (A), Katoda(K) dan Gate (G). Dalam kondisi normal Antara Anoda dan Katoda tidak menghantar seperti dioda biasa. Anoda dan Katoda akan terhubung setelah pada Gate diberi trigger minimal sebesar 0.6Volt lebih positif dari Katoda. Thyristor akan tetap menghantar walaupun trigger pada Gate telah dilepas. Thyristor akan kembali ke kondisi tidak menghantar setelah masukan tegangan pada Anoda dilepas.
TRIAC kepanjangan dari TRIode Alternating Current. TRIAC dapat digambarkan seperti Thyristor (SCR) yang disusun bolak-balik. TRIAC dapat melewatkan arus bolak-balik. Dalam pemakaiannya TRIAC digunakan sebagai saklar AC tegangan tinggi (diatas 100Volt). TRIAC bisa juga disebut SCR bi-directional. Untuk memberi trigger pada TRIAC dibutuhkan DIAC sebagai pengatur level tegangan yang masuk.

Triac
Sehingga perbedaan mendasarnya adalah

·         Boleh dikatakan SCR adalah thyristor yang uni-directional (satu arah), karena ketika ON hanya bisa melewatkan arus satu arah saja, yaitu dari anoda menuju katoda.

·         Struktur TRIAC sebenarnya sama dengan dua buah SCR yang arahnya bolak-balik dan kedua gate-nya disatukan.  TRIAC biasa juga disebut thyristor bi-directional (dua arah).

Kurva karakteristik
TRIAC bekerja mirip seperti SCR yang paralel bolak-balik, sehingga dapat melewatkan arus dua arah.

3. Persyaratan apa yang menyebabkan thyristor mengalirkan arus (turned on)?

Jawab : 

Suatu thyristor dihidupkan dengan meningkatkan arus anode. Hal ini dapat dicapai dengan salah satu langkah berikut:

1.      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.

2.      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.

3.      Tegangan tinggi. Jika tegangan forward anode ke katode lebih besar dari tegangan maju breakdown V_BO, arus bocor yang dihasilkan cukup untuk membuat thyristor on. Cara ini merusak dan harus dihindari.

4.      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.

5.      Arus gerbang. Jika suatu thyristor diberi tegangan bias forward, injeksi arus gerbang dengan menerapkan gerbang positif antara terminal gerbang dan katode akan dapat menbuat thyristor on. Ketika arus gerbang ditingkatkan, tegangan forward blocking akan menurun.

4. Bagaimana thyristor dapat “turned off”?

Jawab :

Thyristor yang berada dalam keadaan on dapat dimatikan dengan mengurangi arus maju ke tingkat di bawah arus holding I_H. Ada beberapa variasi teknik untuk membuat thyristor off. Pada semua teknik komutasi, arus anode dipertahankan di bawah arus holding cukup lama, sehingga semua kelebihan pembawa muatan pada keempat layer dapat dikeluarkan.

Akibat dua sambungan pn, J₁ dan J₃, karakteristik turn – off akan mirip dengan pada diode, berkaitan dengan waktu pemulihan reverse t_rr dan arus pemulihan reverse puncak I_RR. I_RR dapat lebih besar daripada arus blocking baik nominal. Pada rangkaian converter line commutated yang tegangan masukannya bersifat bolak – balik, tegangan balik muncul pada thyristor seketika setelah arus maju menuju ke nol. Tegangan balik ini akan mengakselerasi proses turn – off dengan membuang semua kelebihan muatan dari sambungan pn J₁ dan J₃.

Sambungan pn dalam J₂ akan memerlukan waktu yang dikenal sebagai recombination time t_rr untuk merekombinasikan kelebihan pembawa muatan. Tegangan balik negative akan dapat mengurangi waktu rekombinasi ini. T_rr bergantung pada magnitude dari tegangan balik.

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

Jawab:

Tegangan masukannya bersifat bolak – balik, tegangan balik muncul pada thyristor seketika setelah arus maju menuju ke nol.

6. Apa yang dimaksud dengan komutasi paksa (forced commutated)?

Jawab:

Komutasi paksa adalah ketika thyristor diberi tegangan masukan DC menyebabkan arus forward thyristor menjadi nol  dengan menambahkan rangkaian communitation circuit sehingga thyristor off.

7.  Apa perbedaan antara thyristor dan triac?

Jawab:

TRIAC dapat bersifat konduktif dalam dua arah dan biasanya digunakan untuk pengendalian fasa ac (contohnya: controller tegangan ac). Hal tersebut dapat dianggap sebagai dua buah SCR tersambung secara antiparalel. Karena TRIAC merupakan devais bidirectional, terminalnya tidak dapat ditentukan sebagai ande / katode. Sedangkan pada thyristor hanya satu arah.

8. Apa yang dimaksud dengan converter?

Jawab :

Converter merupakan alat untuk mengonversikan daya listrik dari satu bentuk kebentuk daya listrik yang lain. Bagian utama dari converter merupakan adanya rangkaian daya (power circuit) dan adanya rangkaian control.

9. Bagaimana prinsip kerja dari konversi ac ke dc?

Jawab :

Prinsip kerja rectifier atau mengbah tegangan ac ke dc adalah tegangan ac dapat diubah menjadi dc dengan komponen penyearah biasa (dioda) atau komponen penyearah terkendali (thyristor). Tegangan input dapat 1 fasa ataupun 3 fasa. Nilai tegangan output rata-rata tetap ataupun dapat diatur deangan pengaturan sudut pengaktifan thyristor.

10. Bagaimana prinsip kerja dari konversi ac ke ac?

Jawab:

Konverter AC-AC bisa juga didesain dengan menggabungkan 2 buah atau lebih jenis konverter yang sering disebut dengan konverter matrik. Konverter matrik ini sering digunakan sebagai pengganti cycloconverter karena memiliki topologi yang  lebih sederhana, biasanya berup 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 mampu mengatasi masalah harmonisa dan faktor daya. Frekuensinya keluaran yang lebih tinggi dari sumber juga bisa dengan mudah dihasilkan.

11. Bagaimana prinsip kerja konversi dc ke dc ?

Jawab :

Pengubah daya DC-DC (DC-DC Converter) tipe peralihan atau dikenal juga dengan sebutan DC Chopper dimanfaatkan terutama untuk penyediaan tegangan keluaran DC yang bervariasi besarannya sesuai dengan permintaan pada beban. Daya masukan dari proses DC-DC tersebut adalah berasal dari sumber daya DC yang biasanya memiliki tegangan masukan yang tetap. Pada dasarnya, penghasilan tegangan keluaran DC yang ingin dicapai adalah dengan cara pengaturan lamanya waktu penghubungan antara sisi keluaran dan sisi masukan pada rangkaian yang sama. Komponen yang digunakan untuk menjalankan fungsi penghubung tersebut tidak lain adalah switch (solid state electronic switch) seperti misalnya Thyristor, MOSFET, IGBT, GTO. Secara umum ada dua fungsi pengoperasian dari DC Chopper yaitu penaikan tegangan dimana tegangan keluaran yang dihasilkan lebih tinggi dari tegangan masukan, dan penurunan tegangan dimana tegangan keluaran lebih rendah dari tegangan masukan.

12.Bagaimana prinsip kerja konversi DC ke AC ?

Jawab :

Alat pengubah dari tegangan DC ke AC disebut inverter. Output dari inverter merupakan tegangan AC sinusoidal (sine wave), gelombang kotak (square wave) dan sinus modifikasi. Sumber tegangan DC didapat aki batere, tenaga surya atau tegangan DC yang lain. Inverter untuk mengubah tegangan DC dan AC memerlukan transformator step-up.

  

Prinsip kerja inverter dapat dijelaskan dengan menggunakan 4 saklar seperti ditunjukkan pada gambar di atas. Bila saklar S1 dan S2 dalam kondisi ON, maka akan mengalir aliran arus DC ke beban R dari arah kiri ke kanan. Jika yang hidup saklar S3 dan S4, maka akan mengalirkan arus DC ke beban R dari arah kanan ke kiri. Inverter biasanya menggunakan rangkaian modulasi pulsa (Pulse Width Modulation (PWM)) dalam proses konversi tegangan DC menjadi tegangan AC.