Tugas Akhir

Oleh :Dimas S. Wibowo

2211106019

Desain dan Simulasi Konverter Buck Sebagai Pengontrol Tegangan AC Satu Tingkat

Dengan Perbaikan Faktor Daya

Dosen Pembimbing :Prof. Dr. Ir. M. Ashari, M.Eng.Dr. Heri Suryoatmojo, ST., MT.

Latar Belakang

Konversi tegangan AC dengan metodePhase Delay Control yaitu dengan menundawaktu penyalaan (α) dari TRIAC.

PF yang tinggi dapat tercapai jika

Gelombang arus input berbentuk sinusoidaldan sefasa dengan tegangan input

Mengapa cos Ø harus dijaga pada nilai yang tinggi ?

Mengapa THDiharus dijaga pada

nilai yang rendah ?

DC – DC Buck Converter dan AC-AC Buck Converter

1. Switch2. Dioda3. Induktor L4. Kapasitor C5. Beban

1. Filter L2. Filter C3. Saklar utama (SM)4. Saklat bantu (SS)5. Induktor L6. Kapasitor C7. Beban

DC-DC Buck Converter

AC-AC Buck Converter

AC-AC Buck Converter tanpa Filter L dan Filter C

AC-AC Buck Converter dengan Filter L dan Filter C

Prinsip kerjaDC – DC Buck Converter

VL + Vo – Vin = 0 Vo – VL = 0

1 2

Prinsip kerjaAC-AC Buck Converter

VL + Vo – Vin = 0 Vo – VL = 0

Pengisian Induktor L (VL) Pengosongan Induktor L (VL)

1 2

3 4

Prinsip kerjaAC-AC Buck Converter

Parameter NilaiTegangan Input 110 VrmsDuty Cycle Min 10 %Duty Cycle Max 100 %

Tegangan Output Min 11 VrmsTegangan Output Max 110 Vrms

Beban 121 ΩArus Output Min 0.091 AArus Output Max 0.91 A

Frekuensi Switching 32.6 kHzRipple Arus Induktor 10 %

Ripple Tegangan Output 1 %

Desain Rangkaian AC-AC Buck Converter

Desain Rangkaian AC-AC Buck Converter

Filter L dan Induktor L Filter C dan Kapasitor C

Desain Rangkaian AC-AC Buck Converter

Konfigurasi SaklarSecara Teori Secara Implementasi

Rangkaian Simulasi AC-AC Buck Converter

Blok Diagram PerancanganAC-AC Buck Converter

Rangkaian Simulasi Phase Delay Control

Pengujian dan Analisa1. Pengujian Tegangan Output (Vout)2. Pengujian Total Harmonic Distortion Arus Input

(THDi-in)3. Faktor Daya / Power Factor (PF)

Masing-masing pengujian dilakukan 10 kali dengan sudut penyalaan (α) ataupun Duty Cycle (D) yang berbeda.

Penentuan nilai (α) atau (D) didasarkan pada nilai tegangan output yang sama, yang dihasilkan dari kedua buah konverter

Pengujian Tegangan Output (Vout)

1. Persamaan Vout Phase Delay Control [4]

2. Persamaan Vout AC-AC Buck Converter [1]

Pengujian Power Factor (PF)

1. Persamaan PF Phase Delay Control [4]

2. Persamaan PF AC-AC Buck Converter [3]

Pengujian Vout SimulasiPhase Delay Control

Sudut penyalaan (α) = 120°

Pengujian Vout ImplementasiPhase Delay Control

Sudut penyalaan (α) = 120°

Data Pengujian Vout Phase Delay Control

α = sudut penyalaan TRIACVout = Tegangan Output

Kurva Pengujian Vout Phase Delay Control

Pengujian Vout SimulasiAC-AC Buck Converter

Duty Cycle (D) = 0.44

Pengujian Vout Implementasi AC-AC Buck Converter

Duty Cycle (D) = 0.44

Data Pengujian Vout AC-AC Buck Converter

D = Duty cycleVout = Tegangan Output

Kurva Pengujian Vout AC-AC Buck Converter

Pengujian Simulasi THDi-inputPhase Delay Control

Sudut penyalaan (α) = 120°

Pengujian Implementasi THDi-inputPhase Delay Control

Sudut penyalaan (α) = 120°

Pengujian Simulasi THDi-inputAC-AC Buck Converter

Duty Cycle (D) = 0.44

Pengujian Implementasi THDi-inputAC-AC Buck Converter

Duty Cycle (D) = 0.44

Data Pengujian THDi-inputPhase Delay Control

dan AC-AC Buck Converter

D = Duty cycleα = sudut penyalaan TRIAC

Kurva Pengujian THDi-inputPhase Delay Control

dan AC-AC Buck Converter

Pengujian Simulasi Arus Input rms

Phase Delay Control Sudut penyalaan (α) = 110°

Pengujian Implementasi Arus Input rms

Phase Delay Control Sudut penyalaan (α) = 110°

Data Pengujian Power FactorPhase Delay Control

α = sudut penyalaan TRIAC

Pengujian Simulasi Arus Input rms

AC-AC Buck ConverterDuty Cycle (D) = 0.53

Pengujian Simulasi Arus Input 1 rms

AC-AC Buck ConverterDuty Cycle (D) = 0.53

Pengujian Simulasi Ø1AC-AC Buck Converter

Duty Cycle (D) = 0.53

Pengujian Implementasi Iin rms dan Iin 1 rmsAC-AC Buck Converter

Duty Cycle (D) = 0.53

Pengujian Implementasi Ø1

AC-AC Buck ConverterDuty Cycle (D) = 0.53

Pengujian Iin rms, Iin1 rms dan Ø1

AC-AC Buck Converter

D = Duty cycleIin rms = Arus Input rmsIin 1 rms = Arus Input fundamental rmsØ1= beda sudut antara tegangan input dengan Arus Input fundamental

Pengujian Power FactorAC-AC Buck Converter

D = Duty cycle

Kurva Pengujian Power FactorPhase Delay Control

dan AC-AC Buck Converter

1. Konfigurasi rangkaian AC-AC Buck Converter mengadopsi rangkaian DC-DC Buck Convertersehingga persamaan tegangan output untuk AC-AC Buck Converter sama dengan DC-DC Buck Converter.

2. Total Harmonic Distortion arus input (THDi-input) untuk AC-AC Buck Converter lebih rendah dibandingkan dengan AC-AC tipe Phase Delay Control.

3. Pada pengujian simulasi, maksimum THDi-input pada AC-AC Buck Converter sebesar 6.38 % dan pada Phase Delay Control mencapai 50.9 %.

4. Pada pengujian implementasi, maksimum THDi-input pada AC-AC Buck Converter sebesar 27.6 % dan pada Phase Delay Control mencapai 147 %.

5. Power Factor untuk AC-AC Buck Converter lebih tinggi dibandingkan dengan AC-AC tipe Phase Delay Control.

6. Pada pengujian simulasi, minimum power factor pada AC-AC Buck Converter sebesar 0.9028 lead dan pada Phase Delay Control mencapai 0.1493 lagg.

7. Pada pengujian implementasi, minimum power factor pada AC-AC Buck Converter sebesar 0.9192 lead dan pada Phase Delay Control mencapai 0.1904 lagg.

8. Ditinjau dari segi THDi-input dan power factor maka AC-AC Buck Converter lebih unggul dibandingkan dengan AC-AC tipe Phase Delay Control.

Kesimpulan

Daftar Pustaka[1] F. L. Lou, Hong Ye, “Research on DC-Modulated Power Factor

Correction AC/AC Converters, ”Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (IECON), Taiwan, November, 2007

[2] Ashari, M., “Sistem Konverter DC Desain Rangkaian Elektronika Daya”, ITS Press, Surabaya, Bab. 6, 2012

[3] Ashari, M. “Power Semiconductor and Power Concept” [Power Point Slides]. Retrieved from lecture slide in Department Of Electrical Engineering Sepuluh Nopember Institute Of Technology Surabaya

[4] Rashid, M. H, “Power Electronics Handbook”, Academic Press, Pensacola, Florida, Ch.13, 16 and 18, 2001

TERIMA KASIH