sub bab 17.3 (17.6)

sub bab 17.3(17.6)

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan Bahan

4. Dasar Teori

5. Percobaan

   a) Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja

   b) Video Simulasi

6. Ringkasan

7. Problem

8. Soal Latihan

9. Download File

 1. Pendahuluan[kembali] 

Forced commutation (komutasi paksa) adalah metode penting dalam pengendalian SCR (Thyristor) pada rangkaian arus searah (DC circuit). Tidak seperti pada sistem AC di mana perangkat bisa mati sendiri saat arus melewati titik nol (natural commutation), pada rangkaian DC arus selalu searah sehingga thyristor tidak bisa padam secara alami. Oleh karena itu, dibutuhkan rangkaian tambahan untuk mematikan (turn-off) SCR secara terkendali.

Pada prinsipnya, forced commutation bekerja dengan cara:

1. Membalikkan bias tegangan pada SCR, sehingga junction internal tidak lagi dalam kondisi forward bias.

2. Atau, menurunkan arus beban di bawah nilai holding current, yaitu arus minimum yang diperlukan agar SCR tetap konduksi.

Untuk melakukan ini, digunakan komponen kapasitor dan induktor yang dirancang untuk menghasilkan pulsa tegangan atau arus berlawanan arah. Kapasitor diisi (charged) pada waktu tertentu, lalu dilepaskan (discharge) ke SCR untuk memberikan tegangan balik atau memotong arus. Proses ini harus dikendalikan dengan presisi agar thyristor benar-benar padam sebelum diaktifkan kembali sesuai siklus kerja.

Teknik komutasi paksa sangat penting dalam rangkaian inverter, chopper DC, atau konverter daya, yang membutuhkan switching cepat dan handal. Dengan forced commutation, efisiensi konversi daya dapat ditingkatkan sekaligus memberikan fleksibilitas pengaturan arus dan tegangan keluaran.

 2. Tujuan [kembali] 

• Mematikan SCR pada rangkaian DC

• Menghasilkan switching yang cepat dan andal

• Meningkatkan kecepatan dan keandalan proses pergantian kondisi konduksi ke non-konduksi pada perangkat daya.

• Mengendalikan arus dan tegangan pada perangkat
  

• Meningkatkan efisiensi sistem daya
  

• Memperluas aplikasi SCR
  

• Mendukung pengembangan teknologi konversi energi

    3. Alat dan Bahan [kembali] 

• A. ALAT

  1.Proteus

  
  

  
  
  
  Proteus adalah software simulasi dan desain rangkaian elektronik yang digunakan untuk membuat, menguji, dan memvisualisasikan rangkaian.
  
  

  B. BAHAN

  1. Battery

  

  
  

  Baterai (Battery) adalah sebuah alat yang dapat merubah energi kimia yang disimpannya menjadi energi Listrik yang dapat digunakan oleh suatu perangkat Elektronik. Hampir semua perangkat elektronik yang portabel seperti Handphone, Laptop, Senter, ataupun Remote Control menggunakan Baterai sebagai sumber listriknya. Dengan adanya Baterai, kita tidak perlu menyambungkan kabel listrik untuk dapat mengaktifkan perangkat elektronik kita sehingga dapat dengan mudah dibawa kemana-mana. Dalam kehidupan kita sehari-hari, kita dapat menemui dua jenis Baterai yaitu Baterai yang hanya dapat dipakai sekali saja (Single Use) dan Baterai yang dapat di isi ulang (Rechargeable).

  
  

  2. Ground

  

  
  

  Ground adalah titik kembalinya arus searah atau titik kembalinya sinyal  bolak balik atau titik patokan dari berbagai titik tegangan dan sinyal listrik dalam rangkaian elektronika.

  
  

  3. Diode

               

  
  

  Dioda (Diode) adalah Komponen Elektronika Aktif yang terbuat dari bahan semikonduktor dan mempunyai fungsi untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya.
  
  

  4. Resistor

  

  
  

  Fungsi utama dari resistor adalah membatasi aliran arus. Resistor dapat menahan arus dan memperkecil besar arus. Besar resistansi (kemampuan menahan arus) resistor disesuaikan dengan kebutuhan perangkat elektronika. 

  
  

  Cara Menghitung Nilai Resistor

  
  

  

  
  

  
  

  7. Transistors.

  

  
  

  Transistor adalah komponen elektronik yang berfungsi sebagai saklar atau penguat sinyal. Transistor memiliki tiga kaki: basis (B), kolektor (C), dan emitor (E). Dengan mengatur arus kecil di basis, transistor bisa mengendalikan arus yang lebih besar antara kolektor dan emitor.
• 
  
• 
  

 4. Dasar Teori [kembali] 

• Forced commutation, atau komutasi paksa, adalah teknik yang digunakan untuk memadamkan arus pada perangkat semikonduktor daya seperti thyristor (SCR) dalam rangkaian arus searah (DC). Hal ini diperlukan karena thyristor memiliki sifat latching device, yaitu tetap berada dalam kondisi konduksi meskipun sinyal pemicu (gate trigger) dihentikan — asalkan arus anoda masih di atas arus holding current.

  Pada rangkaian AC, thyristor dapat mati secara alami ketika arus beban melewati titik nol (natural commutation). Namun, pada rangkaian DC, arus searah tidak pernah berubah polaritas, sehingga proses pemadaman harus dibantu rangkaian eksternal.

  Komutasi paksa bekerja dengan cara menurunkan arus anoda di bawah arus penahan (holding current) atau membalik bias tegangan thyristor. Hal ini dicapai dengan rangkaian bantu seperti kapasitor dan induktor, yang disusun untuk menghasilkan pulsa tegangan atau arus yang berlawanan arah. Pulsa ini akan memaksa arus utama menjadi nol dalam waktu singkat sehingga thyristor berhenti menghantarkan.

  Teknik ini sangat penting pada perangkat daya seperti chopper DC, inverter, dan sistem konversi daya lainnya yang membutuhkan kontrol ON-OFF thyristor secara cepat dan presisi meskipun arus beban bersifat DC.

 5. Percobaan [kembali]

Prosedur Percobaan.

• Untuk membuat rangkaian ini, pertama, siapkan semua alat dan bahan yang bersangkutan, di ambil dari library proteus
• Letakkan semua alat dan bahan sesuai dengan posisi dimana alat dan bahan terletak.
• Tepatkan posisi letak nya dengan gambar rangkaian
• Selanjutnya, hubungkan  semua alat dan bahan menjadi suatu rangkaian yang utuh
• Lalu mencoba menjalankan rangkaian , jika tidak terjadi error, maka rangkaian akan berfungsi yang berarti rangkaian bekerja.

    a) Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja [kembali]

Rangkaian 17.6

Prinsip Kerja

Forced commutation adalah metode untuk memadamkan thyristor secara terkendali pada rangkaian DC, di mana arus beban tidak pernah turun ke nol dengan sendirinya. Prinsipnya adalah dengan menciptakan kondisi reverse bias pada thyristor sehingga arus anoda dipaksa turun di bawah arus holding.

Rangkaian komutasi biasanya memanfaatkan komponen bantu seperti kapasitor, induktor, dan thyristor pendukung, yang diatur untuk menghasilkan pulsa tegangan balik. Pulsa ini dialirkan ke thyristor utama pada momen tertentu untuk memutus aliran arus.

Setelah arus turun di bawah arus penahan, thyristor secara otomatis pindah ke kondisi OFF (non-konduksi). Besarnya waktu pemutusan (turn-off time) bergantung pada besarnya arus beban dan kecepatan rangkaian bantu dalam membalikkan bias.

Secara praktis, forced commutation memungkinkan switching yang presisi pada rangkaian seperti inverter DC-AC, chopper DC, atau konverter daya lainnya, di mana kendali ON-OFF thyristor harus dilakukan meskipun sinyal beban tidak pernah melewati titik nol.

    b) Video Simulasi [kembali]

 6. Ringkasan[kembali] 

Forced commutation merupakan salah satu teknik penting dalam elektronika daya untuk mematikan SCR (Silicon Controlled Rectifier) secara aktif, terutama pada rangkaian yang menggunakan sumber DC. Tidak seperti natural commutation yang terjadi secara otomatis pada rangkaian AC ketika arus melewati titik nol, pada rangkaian DC arus tidak pernah hilang dengan sendirinya sehingga dibutuhkan metode paksa agar SCR dapat berhenti menghantar.

Prinsip forced commutation adalah mengatur arus dan tegangan di terminal SCR agar arus anoda turun di bawah arus holding atau menciptakan kondisi bias balik (reverse bias) dalam interval waktu tertentu. Proses ini dilakukan dengan rangkaian bantu yang biasanya terdiri dari kapasitor, induktor, dan kadang SCR tambahan. Komponen-komponen ini diatur sedemikian rupa untuk menghasilkan pulsa arus atau tegangan balik yang mematikan SCR.

Forced commutation memiliki beberapa variasi yang diklasifikasikan ke dalam Class A sampai F, tergantung pada metode dan susunan rangkaiannya. Misalnya:

• Pada Class B (resonant commutation), rangkaian LC membangkitkan osilasi singkat untuk membalikkan arus pada SCR.

• Pada Class C (Complementary Commutation), dua SCR dioperasikan secara bergantian, di mana satu SCR membantu memadamkan SCR lainnya dengan peran kapasitor sebagai penyimpan energi.

Teknik ini sangat diperlukan dalam inverter DC-AC, chopper DC-DC, dan pengendali motor berbasis SCR di mana komutasi alami tidak tersedia. Tanpa forced commutation, kendali ON-OFF SCR di rangkaian DC tidak dapat dilakukan secara andal.

 7. Problem [kembali]

Soal:

Sebuah SCR dalam rangkaian komutasi paksa Class B dipadamkan menggunakan kapasitor 5 µF yang telah diisi hingga 200 V sebelum dilepaskan ke SCR. Berapa total muatan yang tersimpan dalam kapasitor saat tegangan maksimum, dan bagaimana pengaruhnya terhadap keberhasilan komutasi?

Jawaban:
Gunakan rumus muatan kapasitor:

$$Q=C\times V=5\times {10}^{-6}\times 200=1\times {10}^{-3}\text{ C}=1\text{ mC}$$

Muatan sebesar 1 mC akan dilepaskan sebagai arus singkat menuju SCR, menciptakan tegangan balik yang dibutuhkan untuk memadamkan SCR.

Soal :

Hitung energi maksimum yang tersimpan dalam rangkaian LC Class B pada saat resonansi jika kapasitor 10 µF diisi hingga 150 V sebelum dilepaskan.

Jawaban:
Gunakan rumus energi pada kapasitor:

$$E=\frac{1}{2}C{V}^2=\frac{1}{2}\times 10\times {10}^{-6}\times (150{)}^2=0.1125\text{J}$$

Energi ini digunakan untuk menciptakan osilasi dalam rangkaian LC yang menghasilkan tegangan balik memadamkan SCR.

SOAL :

Dalam rangkaian LC Class B dengan $L = 1 \, \text{mH}$ dan $C = 10 \, \mu\text{F}$, berapa waktu yang dibutuhkan untuk setengah siklus resonansi (hingga arus balik mencapai puncaknya)?

Jawaban:
Gunakan rumus frekuensi resonansi:

$$f = \frac{1}{2\pi \sqrt{LC}} = \frac{1}{2\pi \sqrt{1 \times 10^{-3} \times 10 \times 10^{-6}}} = \frac{1}{2\pi \times 10^{-4.5}} \approx 1591.55 \, \text{Hz}$$

$T = \frac{1}{f} \approx 628 \, \mu s$, sehingga waktu setengah siklus:

$$\frac{T}{2} = 314 \, \mu s$$

Ini adalah waktu saat tegangan balik maksimal diterapkan untuk memadamkan SCR.

 8. Soal Latihan [kembali]

SOAL :

Dalam teknik Class B forced commutation, bagaimana cara kapasitor memadamkan SCR?
A. Dengan menaikkan arus beban secara tiba-tiba
B. Dengan memberikan tegangan maju berlebih ke SCR
C. Dengan menghasilkan tegangan balik yang memaksa arus SCR menjadi nol
D. Dengan menyerap energi dari induktor

Jawaban: C
(Kapasitor yang dilepaskan menciptakan tegangan reverse untuk memaksa arus SCR menjadi nol, sehingga SCR padam.)

Soal :

Rangkaian Class B commutation memerlukan komponen berikut ini, kecuali:
A. Kapasitor
B. Induktor
C. Dioda
D. Transformator

Jawaban: D
(Transformator tidak termasuk dalam komponen wajib Class B commutation, berbeda dengan converter AC-AC tertentu.)

Soal :

Apa yang terjadi jika kapasitor dalam rangkaian Class B tidak terisi penuh sebelum digunakan untuk komutasi?
A. Tegangan balik akan terlalu besar dan merusak SCR
B. SCR tetap hidup karena tegangan balik tidak mencukupi untuk padam
C. Arus akan mengalir lebih cepat dan merusak induktor
D. Tegangan kapasitor akan menjadi nol dan memicu SCR kembali

Jawaban: B
(Jika kapasitor belum terisi penuh, tegangan reverse yang dihasilkan saat dilepaskan tidak cukup untuk memadamkan SCR.)

 9. Download File [kembali]

- Rangkaian 17.6 (Download )

• Download Datasheet

- Datasheet Resistor (disini)

- Datasheeet Baterai (disini)

- Datasheet Dioda (disini)

- Datasheet transistor  (disini)