Kenali konverternya (buck, boost, atau buck-boost) dan siklus kerja D dari rasio tegangan.
Gunakan keseimbangan volt-detik pada induktor: tegangan induktor rata-rata selama satu periode adalah nol.
Cari tegangan induktor saat saklar menyala, lalu ΔIL = VL·D/(L·f).
Untuk riak keluaran, cari muatan yang masuk dan keluar kapasitor; untuk batas CCM, samakan arus induktor rata-rata dengan ΔIL/2.
Motor DC
Rangkaian jangkar
V = E + IaRa
GGL balik dan torsi
E = k·ω, T = k·Ia
Kelajuan
ω = 2π·n/60, ω = (V − IaRa)/k
Kecepatan tanpa beban dan torsi tertahan
ω0 = V/k, Tstall = k·V/Ra
Daya-daya
Pin = V·Ia, Pdev = E·Ia = T·ω, Pout = Pdev − Prot
Start
Istart = V/(Ra + Rst)
Regulasi kecepatan
SR = (n0 − nFL)/nFL
Daya maksimum yang dikembangkan
Pmax = V²/(4Ra)
Penggerak chopper
Va = D·Vdc
Metode
Gambar rangkaian jangkar: catu V, resistansi Ra, dan GGL balik E yang diseri.
Gunakan V = E + Ia·Ra untuk menghubungkan tegangan, arus, dan GGL balik.
Gunakan E = k·ω untuk kecepatan dan T = k·Ia untuk torsi, dengan ω = 2π·n/60.
Untuk daya dan efisiensi, mulailah dari V·Ia, kurangkan rugi tembaga Ia²·Ra lalu rugi rotasi.
Daya AC & faktor daya
Daya nyata
P = V·I·cos φ
Daya reaktif
Q = V·I·sin φ
Daya semu
S = V·I = √(P² + Q²)
Faktor daya
pf = cos φ = P/S
Kapasitor kompensasi
QC = P(tan φ1 − tan φ2), C = QC/(ωV²)
Daya tiga fasa
Hubungan Y
VL = √3·Vph, IL = Iph
Hubungan Δ
VL = Vph, IL = √3·Iph
Daya nyata total
P = √3·VL·IL·cos φ = 3·Iph²·R
Daya semu dan daya reaktif
S = √3·VL·IL, Q = P·tan φ
Kapasitor perbaikan faktor daya
QC = P(tan φ1 − tan φ2), C = QC/(3ωV²)
Tegangan pada setiap kapasitor
Δ: VL Y: VL/√3
Daya masukan motor
Pin = Pout/η
2Soal latihan
1.Konverter DC-DCSedang
Konverter buck ideal mengubah 48 V menjadi 28,8 V pada frekuensi pensakelaran 40 kHz. Cari induktansi L yang menjaga arus riak induktor puncak ke puncak sebesar 0,6 A.
Vin = 48 VVo = 28,8 Vf = 40 kHzΔIL = 0,6 A
L = µH
2.Konverter DC-DCSulit
Konverter buck mengubah 9 V menjadi 4,5 V untuk beban 8 Ω pada 100 kHz, dengan L = 150 µH dan C = 47 µF. Cari riak tegangan keluaran puncak ke puncak ΔVo dalam mV.
Sebuah motor DC dengan k = 0,2 N·m/A dan Ra = 1,2 Ω dihubungkan ke 24 V. Cari torsi tertahannya Tstall, yaitu torsi pada kecepatan nol.
V = 24 Vk = 0,2 N·m/ARa = 1,2 Ω
Tstall = N·m
4.Motor DCSulit
Sebuah motor DC berpenguat terpisah (k = 0,5 V·s/rad pada medan penuh, Ra = 1,2 Ω, V = 110 V) menggerakkan torsi beban konstan 2,5 N·m. Fluks medan dikurangi menjadi 80 % dari nilai penuhnya. Cari kecepatan baru n.
Motor satu fase menyerap 5 kW pada faktor daya 0,9 tertinggal dari sumber 400 V. Cari arus saluran I.
P = 5 kWpf = 0,9V = 400 V
I = A
6.Daya AC & faktor dayaSulit
Sebuah transformator satu fase 100 kVA memasok beban 43 kW pada faktor daya 0,85 tertinggal. Berapa daya nyata tambahan ΔP yang dapat ditambahkan sebagai beban resistif (faktor daya satu) sebelum transformator mencapai rating kVA-nya?
Smax = 100 kVAP1 = 43 kWpf1 = 0,85
ΔP = kW
7.Daya tiga fasaSedang
Sebuah motor induksi tiga fasa menghasilkan daya keluaran mekanis 37 kW pada beban penuh. Pada beban ini efisiensinya 94% dan faktor dayanya 0,85 tertinggal. Sumbernya memiliki tegangan antarsaluran 690 V. Cari arus saluran IL.
Pout = 37 kWη = 94%cos φ = 0,85VL = 690 V
IL = A
8.Daya tiga fasaSulit
Beban tiga fasa seimbang menyerap 150 kW pada faktor daya 0,78 tertinggal dari sumber 480 V (antarsaluran), 60 Hz. Bank kapasitor tiga fasa yang diparalel dengan beban harus menaikkan faktor daya keseluruhan menjadi 0,98 tertinggal. Daya nyatanya tetap sama. Cari daya reaktif total QC yang harus disuplai bank kapasitor, dalam kvar.
P = 150 kWpf1 = 0,78pf2 = 0,98VL = 480 Vf = 60 Hz
QC = kvar
3Larutan
1.Konverter DC-DC
Jawaban: L = 480 µH
Konverter DC-DC: saklar S menyala selama fraksi D dari setiap periode T = 1/f. Pada keadaan tunak, tegangan rata-rata induktor adalah nol (keseimbangan volt-detik), yang memberikan rasio konversi ideal pada konduksi kontinu: buck Vo = D·Vin, boost Vo = Vin/(1 − D), buck-boost pembalik |Vo| = Vin·D/(1 − D). Konverter ideal menjaga daya: Vin·Iin = Vo·Io. Selama S menyala, arus induktor naik sebesar ΔIL = VL·D·T/L, dengan VL = Vin − Vo untuk buck dan Vin untuk boost dan buck-boost. Riak keluaran adalah ΔVo = ΔIL/(8fC) untuk buck dan Io·D/(fC) untuk boost dan buck-boost. Arus induktor tepat menyentuh nol (batas CCM) ketika arus induktor rata-rata sama dengan ΔIL/2.
Siklus kerja
D = 28,8/48 = 0,6
Induktansi
L = 19,2·0,6/(0,6·40·10³) = 480 µH
Jawaban
L = 480 µH
2.Konverter DC-DC
Jawaban: ΔVo = 3,989 mV
Konverter DC-DC: saklar S menyala selama fraksi D dari setiap periode T = 1/f. Pada keadaan tunak, tegangan rata-rata induktor adalah nol (keseimbangan volt-detik), yang memberikan rasio konversi ideal pada konduksi kontinu: buck Vo = D·Vin, boost Vo = Vin/(1 − D), buck-boost pembalik |Vo| = Vin·D/(1 − D). Konverter ideal menjaga daya: Vin·Iin = Vo·Io. Selama S menyala, arus induktor naik sebesar ΔIL = VL·D·T/L, dengan VL = Vin − Vo untuk buck dan Vin untuk boost dan buck-boost. Riak keluaran adalah ΔVo = ΔIL/(8fC) untuk buck dan Io·D/(fC) untuk boost dan buck-boost. Arus induktor tepat menyentuh nol (batas CCM) ketika arus induktor rata-rata sama dengan ΔIL/2.
Siklus kerja
D = 4,5/9 = 0,5
Arus riak induktor
ΔIL = (9 − 4,5)·0,5/(150·10⁻⁶·100·10³) = 0,15 A
Riak keluaran
ΔVo = 0,15/(8·100·10³·47·10⁻⁶) = 3,989 mV
Jawaban
ΔVo = 3,989 mV
3.Motor DC
Jawaban: Tstall = 4 N·m
Motor DC: jangkar adalah resistansi Ra yang diseri dengan GGL balik E, sehingga V = E + Ia·Ra. GGL balik naik seiring kecepatan, E = k·ω, dan torsi seiring arus, T = k·Ia, dengan konstanta motor k yang sama (V·s/rad = N·m/A) dalam satuan SI. Ubah kecepatan dengan ω = 2π·n/60. Daya yang dikembangkan adalah E·Ia = T·ω; daya masukan adalah V·Ia, dan selisihnya berasal dari rugi tembaga Ia²Ra dan rugi rotasi. Kecepatan turun secara garis lurus terhadap torsi, ω = V/k − Ra·T/k², dari kecepatan tanpa beban V/k sampai nol pada torsi tertahan k·V/Ra. Saat diam E = 0, jadi arus start V/Ra besar kecuali dibatasi oleh resistor.
Arus tertahan
Ia = V/Ra = 24/1,2 = 20 A
Torsi tertahan
Tstall = 0,2·20 = 4 N·m
Jawaban
Tstall = 4 N·m
4.Motor DC
Jawaban: n = 2447 rpm
Motor DC: jangkar adalah resistansi Ra yang diseri dengan GGL balik E, sehingga V = E + Ia·Ra. GGL balik naik seiring kecepatan, E = k·ω, dan torsi seiring arus, T = k·Ia, dengan konstanta motor k yang sama (V·s/rad = N·m/A) dalam satuan SI. Ubah kecepatan dengan ω = 2π·n/60. Daya yang dikembangkan adalah E·Ia = T·ω; daya masukan adalah V·Ia, dan selisihnya berasal dari rugi tembaga Ia²Ra dan rugi rotasi. Kecepatan turun secara garis lurus terhadap torsi, ω = V/k − Ra·T/k², dari kecepatan tanpa beban V/k sampai nol pada torsi tertahan k·V/Ra. Saat diam E = 0, jadi arus start V/Ra besar kecuali dibatasi oleh resistor.
Pelemahan medan adalah cara penggerak DC berjalan di atas kecepatan dasarnya.
5.Daya AC & faktor daya
Jawaban: I = 13,89 A
Daya AC: daya semu S = V·I (VA) terbagi menjadi daya nyata P = S·cos φ (W), yang melakukan kerja berguna, dan daya reaktif Q = S·sin φ (var), yang bolak-balik antara sumber dan beban. Faktor daya adalah cos φ. Kapasitor paralel memasok daya reaktif secara lokal, sehingga arus saluran turun untuk daya nyata yang sama.
Arus saluran
Hanya bagian nyata dari daya yang melakukan kerja, jadi bagi dengan faktor daya.
I = P/(V·cos φ) = 5000/(400·0,9) = 13,89 A
Jawaban
I = 13,89 A
6.Daya AC & faktor daya
Jawaban: ΔP = 53,38 kW
Daya AC: daya semu S = V·I (VA) terbagi menjadi daya nyata P = S·cos φ (W), yang melakukan kerja berguna, dan daya reaktif Q = S·sin φ (var), yang bolak-balik antara sumber dan beban. Faktor daya adalah cos φ. Kapasitor paralel memasok daya reaktif secara lokal, sehingga arus saluran turun untuk daya nyata yang sama.
Daya reaktif beban yang ada
Q1 = 43·tan(arccos 0,85) = 26,65 kvar
Daya nyata total terbesar
Pada rating penuh S = Smax, dan Q tidak diubah oleh beban resistif.
P = √(Smax² − Q1²) = √(100² − 26,65²) = 96,38 kW
Daya nyata tambahan
ΔP = 96,38 − 43 = 53,38 kW
Jawaban
ΔP = 53,38 kW
7.Daya tiga fasa
Jawaban: IL = 38,75 A
Sistem tiga fasa seimbang: pada hubungan Y (bintang) tegangan antarsaluran adalah √3 kali tegangan fasa, VL = √3·Vph, dan arus saluran sama dengan arus fasa. Pada hubungan Δ (delta) tegangan antarsaluran sama dengan tegangan fasa dan arus saluran adalah √3 kali arus fasa, IL = √3·Iph. Daya total adalah tiga kali daya satu fasa: P = 3·Vph·Iph·cos φ = √3·VL·IL·cos φ.
Daya masukan listrik
Pin = Pout/η = 37/0,94 = 39,36 kW
Arus saluran
IL = Pin/(√3·VL·cos φ) = 39362/(√3·690·0,85) = 38,75 A
Jawaban
IL = 38,75 A
8.Daya tiga fasa
Jawaban: QC = 89,88 kvar
Sistem tiga fasa seimbang: pada hubungan Y (bintang) tegangan antarsaluran adalah √3 kali tegangan fasa, VL = √3·Vph, dan arus saluran sama dengan arus fasa. Pada hubungan Δ (delta) tegangan antarsaluran sama dengan tegangan fasa dan arus saluran adalah √3 kali arus fasa, IL = √3·Iph. Daya total adalah tiga kali daya satu fasa: P = 3·Vph·Iph·cos φ = √3·VL·IL·cos φ. Perbaikan faktor daya: kapasitor menyuplai daya reaktif secara lokal, QC = P·(tan φ1 − tan φ2). Masing-masing dari ketiga kapasitor menyuplai QC/3 = V²·ω·C, dengan V tegangan pada kapasitor tersebut: VL pada bank Δ, VL/√3 pada bank Y.
Daya reaktif sebelum dan sesudah
Daya nyata tidak berubah, sehingga setiap faktor daya menentukan daya reaktifnya: Q = P·tan φ.