Contoh pengerjaan percobaan penyearah jembatan gelombang penuh tiga fase dengan diode

Pembaruan: 14 Januari 2021

Ini adalah contoh pengerjaan simulasi dan percobaan dengan hardware. Artikel ini sebagai contoh pelaksanaan praktikum. Tidak semua performance parameters dari sebuah penyearah ditampilkan di artikel ini. Silakan melihat rujukan atau sumber-sumber lain yang sesuai.

A. ACUAN IDEAL

Gambar 1. Sumber: https://www.slideshare.net/zunaibali/multiphasee.

Lihat kembali artikel ini, link.

Tabel di screenshot Gambar 1 adalah parameter ideal dari sebuah penyearah (AC ke DC). Tentu saja nilai-nilai ideal itu tidak dapat dicapai. Masing-masing penyearah dikembangkan antara lain terutama untuk mencapai nilai yang mendekati nilai dalam tabel tersebut.

Adapun rangkaian dan parameter operasi penyearah gelombang penuh tipe jembatan untuk sistem tiga fase adalah sebagai berikut.

Gambar 2. Rangkaian dasar topologi penyearah gelombang penuh tidak terkendali tipe jembatan untuk sistem tiga fase.
Gambar 3. Penempatan alat ukur.

Tanyakan kepada dosen instruktur anda mengenai parameter apa saja yang perlu diukur untuk mendapatkan indikator operasi rangkaian. Periksalah, apakah ada perubahan. Misalnya seperti di Gambar 3, yang merupakan modifikasi minor dari buku panduan yang disusun oleh Elettronica Venetta. Untuk praktik yang dilaksanakan di Lab. Elda, ada dua bagian pengukuran. Satu di sisi masukan (salah satu fase), satu di keluaran (beban). Mengukur tegangan dan arus di masing-masing titik, baik AC maupun DC.

Arus masukan diukur dari salah satu fase ke sistem penyearah. Tegangan diukur dari fase yang sama ke fase lain di sumber. Ambil data pengukuran AC dan DC. Di Gambar 3 di atas, pengukuran tegangan masukan antar fase (line voltage) tidak terlihat. Misalnya tegangan masukan diukur dari node 2U2 ke node 2V2.

Arus dan tegangan yang diukur di sisi beban resistor adalah dalam mode AC dan mode pengukuran DC. Sehingga ada empat data yang akan diperoleh.

Adapun screenshot dari oscilloscope setidaknya diambil 2 kali. Pertama untuk semua tegangan tiga fase masukan. Kedua, hanya untuk tegangan di beban resistor. Bisa ditambahkan untuk data “display all”, baik hanya untuk beban maupun dengan masukan di fase di kanal satu atau kanal dua.

Gambar 4. Rangkaian simulasi penyarah tipe jembatan sistem tiga fase.

Terdapat beberapa versi keterangan mengenai indikator unjuk kerja masing-masing penyearah di beberapa sumber rujukan. Cara paling baik adalah dengan membaca keterangan mengenai indikator yang dimaksud berikut notasi yang dipakai. Sebagai contoh adalah tabel berikut ini.

Gambar 5. Tabel parameter unjuk kerja beberapa penyearah multi fase.

Gambar 5 dapat diperoleh di https://cds.cern.ch/record/987551/files/p133.pdf . Tabel dalam gambar ini dapat diperbandingkan dengan sumber-sumber rujukan lain. Misalnya dibandingkan dengan tabel pada handbook oleh Muhammad Rashid. Perlu diingat juga bahwa nilai-nilai di tabel di atas adalah nilai maksimum. Dalam praktik, kemungkinan nilai yang didapat tidak persis sama dengan nilai tersebut.

Gambar 6. Kutipan.

Beberapa buku modul praktikum, seperti yang diterbitkan oleh Elettronica Venetta (lihat Gambar 6) telah mencantumkan versi singkat persamaan yang dapat dipakai untuk melakukan perhitungan parameter operasi penyearah. Keterangan lebih lengkap mengenai persamaan-persamaan seperti ini bisa didapatkan di sejumlah buku (cetak maupun elektronik). Misalnya bisa dicari dengan bantuan Google Books.

B. LTSPICE

Gambar 7. Hubungan tegangan keluaran terhadap masukan dan node acuan.
Gambar 8. Hubungan tegangan keluaran dengan nilai tegangan masukan di tiap fase.
Gambar 9. Pengubahan setting waktu simulasi memberikan hasil yang sama.
Gambar 10. Tegangan per fase dengan node acuan gnd dan hubungannya dengan keluaran.
Gambar 11. Tegangan dan arus di beban resistor.

Untuk membuat tabel hasil simulasi, lihatlah artikel sebelumnya terutama Gambar 7, Gambar 8, dan Gambar 9 (link). Bandingkan dengan Gambar 6 di artikel penyearah topologi jembatan 3-fase ini.

C. SIMULASI DI ANDROID

Gambar 12. Simulasi menggunakan EveryCircuit.

Tampilan simulasi di EveryCircuit cukup menarik, walaupun dari segi fasilitas pengukuran tampaknya sampai saat saya menulis ini masih kurang lengkap. Di aplikasi ini setidaknya kita bisa melihat bentuk gelombang. Dengan begitu kita bisa melakukan percobaan simulasi kegagalan komponen.

Gambar 13. Simulasi dengan menggunakan ECStudio.
Gambar 14. Hasil simulasi dengan ECStudio.

Gambar 13 dan Gambar 14 adalah hasil simulasi dengan mempergunakan ECStudio di sistem Android. Di aplikasi ini, voltmeter dapat diatur untuk beroperasi dalam mode RMS (yaitu RMS AC+DC) atau MEAN (average).

Gambar 15. Simulasi dengan DroidTesla.

Di Gambar 15 dapat dilihat hasil simulasi dengan aplikasi Droid Tesla. Aplikasi ini memberikan fasilitas pengukuran dengan dua instrumen yang berbeda, yaitu untuk nilai AC dan nilai DC. Dengan demikian nilai RMS AC+DC bisa langsung dihitung.

D. SISTEM PERANGKAT KERAS

Gambar 16. Setup sistem alat praktikum.

Setelah membaca teori, melakukan simulasi, berikutnya adalah melakukan kegiatan praktikum dengan perangkat keras seperti di Gambar 16. Tegangan masukan yang dipakai adalah 74 VAC line-to-line.

Sebagaimana untuk simulasi dengan LTspice, buatlah tabel unjuk kerja untuk percobaan dengan perangkat keras ini. Ikuti pola sebagaimana tercantum dalam artikel sebelumnya, lihat Gambar 11, Gambar 12, dan Gambar 13 (link).

E. VIDEO

[Rujukan]

  1. S. K. Mandal, Power Electronics, 1st Ed. McGraw Hill Education (India), 2014.
  2. M. H. Rashid, Ed., Power Electronics Handbook, Fourth Edition, 4 edition. Butterworth-Heinemann, 2017.