Chapter 17: Sub bab 17.3 Basic Sillicon Controlled Rectifired Operation

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

1. Pendahuluan [Kembali]

Dalam sistem elektronika daya, forced commutation (komutasi paksa) merupakan teknik penting untuk mematikan perangkat semikonduktor seperti SCR (Thyristor) dalam rangkaian arus searah (DC). Teknik ini diperlukan karena SCR tidak dapat mati secara alami pada kondisi DC seperti halnya di rangkaian AC, di mana natural commutation terjadi saat tegangan melewati titik nol. Forced commutation mengandalkan rangkaian eksternal untuk membalikkan bias SCR atau menurunkan arus di bawah nilai holding current, sehingga memaksa perangkat beralih dari mode konduksi ke non-konduksi.

Komponen utama dalam teknik ini adalah kapasitor dan induktor yang berfungsi menghasilkan pulsa tegangan atau arus berlawanan. Prosesnya melibatkan pengisian dan pengosongan kapasitor secara terkontrol untuk menciptakan kondisi reverse bias pada SCR, menginterupsi aliran arus utama. Metode ini banyak digunakan dalam aplikasi seperti chopper (pemotong DC), inverter, dan sistem konversi daya yang memerlukan switching presisi.

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 adalah teknik mematikan arus pada perangkat semikonduktor daya seperti thyristor dengan cara memaksa arus menjadi nol menggunakan rangkaian bantu (commutation circuit). Pada thyristor, arus tidak dapat dimatikan hanya dengan menghilangkan sinyal trigger karena thyristor bersifat latching device yang tetap menghantarkan arus selama arus anoda tidak turun di bawah arus holding. Oleh karena itu, diperlukan teknik komutasi paksa untuk memutus arus tersebut

5. Prinsip Kerja [Kembali]

Forced commutation bekerja dengan menerapkan tegangan balik (reverse voltage) pada thyristor utama melalui rangkaian bantu, sehingga arus melalui thyristor dipaksa turun hingga nol. Biasanya, rangkaian komutasi ini menggunakan komponen seperti kapasitor, induktor, dan thyristor bantu yang diatur sedemikian rupa untuk menghasilkan tegangan balik yang mematikan thyristor utama. Setelah arus turun di bawah arus holding, thyristor utama akan mati (turn-off). Waktu pemutusan (turn-off time) bergantung pada arus beban dan karakteristik rangkaian komutasi. Singkatnya, forced commutation memanfaatkan rangkaian eksternal untuk mengalihkan arus dan memberikan tegangan balik sehingga thyristor dapat dimatikan secara paksa meskipun arus beban tidak turun secara alami.

6. Ringkasan [Kembali]

Forced commutation adalah teknik dalam elektronika daya yang digunakan untuk memadamkan SCR (Silicon Controlled Rectifier) secara aktif, terutama pada rangkaian dengan sumber arus searah (DC). Berbeda dengan natural commutation yang terjadi secara otomatis saat arus beban turun ke nol (seperti pada sistem AC), forced commutation memerlukan rangkaian tambahan seperti kapasitor dan induktor untuk menciptakan kondisi di mana arus melalui SCR menjadi nol dan tegangan reverse dapat diterapkan, sehingga SCR dapat padam.

Teknik forced commutation dibagi menjadi beberapa kelas, seperti Class A hingga Class F, tergantung pada cara dan komponen yang digunakan. Contohnya, pada Class B (resonant commutation) digunakan rangkaian LC (induktor-kapasitor) untuk menghasilkan arus osilasi singkat yang memadamkan SCR, sedangkan pada Class C, dua SCR digunakan secara bergantian untuk mematikan satu sama lain dengan bantuan kapasitor. Forced commutation sangat penting dalam pengoperasian konverter DC-DC, inverter, dan sistem pengendali motor berbasis SCR, di mana komutasi alami tidak dapat terjadi.

7. Problem [Kembali]

1. Soal Problem 1 – Class B Forced Commutation

Sebuah thyristor dikendalikan menggunakan teknik komutasi paksa Class B. Kapasitor yang digunakan berkapasitas 10 µF dan dihubungkan seri dengan induktor 1 mH. Berapa frekuensi resonansi dari rangkaian LC ini?

Jawaban:

Gunakan rumus frekuensi resonansi:

2. Soal Problem 2 – Waktu Komutasi

Jika tegangan balik yang diberikan ke SCR sebesar 100 V dan arus awal 10 A, berapa lama waktu minimum tegangan balik harus diberikan agar SCR bisa dikomutasikan, jika kapasitor yang digunakan 20 µF?

Jawaban:

3. Soal Problem 3 – Analisis Bentuk Gelombang

Dalam simulasi Proteus, gelombang arus pada SCR menunjukkan pemutusan mendadak setelah pemicuan sinyal dari kapasitor. Apa indikasi dari pola gelombang ini?

Jawaban:

Itu menunjukkan bahwa komutasi paksa berhasil – arus turun ke nol karena kapasitor melepaskan muatan sebagai tegangan balik, menyebabkan SCR padam.

8. Soal Latihan [Kembali]

Soal No.1

Pada aplikasi konverter DC, mengapa Class A (load commutation) tidak cocok digunakan?
A. Karena hanya berfungsi pada arus AC
B. Karena membutuhkan komponen aktif tambahan
C. Karena hanya dapat memadamkan SCR jika beban bersifat resistif murni
D. Karena tidak dapat bekerja pada arus searah (DC)

Soal No. 2

Sebuah rangkaian Class B commutation menggunakan kapasitor C = 5 uF dan induktor L = 50 uH. Hitung waktu komutasi penuh tc dari satu siklus osilasi LC (anggap ideal dan tanpa redaman).

A. 15.7 µs
B. 3.14 µs
C. 6.28 µs
D. 10 µs

Soal No. 3

Mengapa forced commutation diperlukan dalam rangkaian dengan sumber DC?
A. Karena tegangan DC terlalu tinggi
B. Karena SCR tidak dapat padam sendiri pada arus searah
C. Karena DC selalu memiliki arus bolak-balik
D. Karena beban resistif tidak bisa digunakan dengan SCR

9. Percobaan [Kembali]

- Rangkaian 17.6