Konverter boost ideal mengubah 36 V menjadi 120 V untuk beban 4 Ω pada 25 kHz. Kapasitor keluarannya 47 µF. Cari riak tegangan keluaran puncak ke puncak ΔVo dalam mV.
Vin = 36 VVo = 120 Vf = 25 kHzC = 47 µFR = 4 Ω
ΔVo = mV
3.Motor DCSedang
Sebuah motor DC menghasilkan daya mekanik 5,5 kW pada 750 rpm. Cari torsi poros T.
P = 5,5 kWn = 750 rpm
T = N·m
4.Motor DCSulit
Sebuah motor DC (k = 0,8 V·s/rad, Ra = 0,8 Ω) pada catu tetap 110 V menggerakkan beban 4 N·m. Cari resistansi seri Rs yang memperlambatnya hingga 750 rpm.
Motor satu fase menyerap 38 kW pada faktor daya 0,85 tertinggal dari sumber 400 V. Cari arus saluran I.
P = 38 kWpf = 0,85V = 400 V
I = A
6.Daya AC & faktor dayaSulit
Sebuah beban satu fase mengambil 28 kW pada faktor daya 0,7 tertinggal dari sumber 230 V, 60 Hz. Kapasitor 220 µF dihubungkan paralel dengan beban. Cari arus saluran baru I.
P = 28 kWpf1 = 0,7V = 230 Vf = 60 HzC = 220 µF
I = A
7.Daya tiga fasaSedang
Sebuah motor induksi tiga fasa menghasilkan daya keluaran mekanis 110 kW pada beban penuh. Pada beban ini efisiensinya 95% dan faktor dayanya 0,85 tertinggal. Sumbernya memiliki tegangan antarsaluran 690 V. Cari arus saluran IL.
Pout = 110 kWη = 95%cos φ = 0,85VL = 690 V
IL = A
8.Daya tiga fasaSulit
Beban tiga fasa seimbang menyerap 50 kW pada faktor daya 0,75 tertinggal dari sumber 400 V (antarsaluran), 50 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 = 50 kWpf1 = 0,75pf2 = 0,98VL = 400 Vf = 50 Hz
QC = kvar
3Larutan
1.Konverter DC-DC
Jawaban: Imax = 7,728 A
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 = 16,8/24 = 0,7
Arus rata-rata dan arus riak
Io = 16,8/2,5 = 6,72 A
ΔIL = VL·D/(L·f) = 7,2·0,7/(10·10⁻⁶·250·10³) = 2,016 A
Arus puncak
Imax = 6,72 + 2,016/2 = 7,728 A
Jawaban
Imax = 7,728 A
2.Konverter DC-DC
Jawaban: ΔVo = 17872 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 = 1 − 36/120 = 0,7
Arus beban
Io = 120/4 = 30 A
Riak keluaran
ΔVo = 30·0,7/(25·10³·47·10⁻⁶) = 17872 mV
Jawaban
ΔVo = 17872 mV
3.Motor DC
Jawaban: T = 70,03 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.
Kecepatan dalam rad/s
ω = 2π·750/60 = 78,54 rad/s
Torsi
T = P/ω = 5500/78,54 = 70,03 N·m
Jawaban
T = 70,03 N·m
4.Motor DC
Jawaban: Rs = 8,634 Ω
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 dan GGL balik
Ia = 4/0,8 = 5 A
E = 0,8·78,54 = 62,83 V
Resistansi seri
Ra + Rs = (110 − 62,83)/5 = 9,434 Ω
Rs = 8,634 Ω
Jawaban
Rs = 8,634 Ω
Resistor memboroskan 215,8 W; chopper mengendalikan kecepatan dengan rugi yang jauh lebih kecil.
5.Daya AC & faktor daya
Jawaban: I = 111,8 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) = 38000/(400·0,85) = 111,8 A
Jawaban
I = 111,8 A
6.Daya AC & faktor daya
Jawaban: I = 160,8 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.
Daya reaktif sebelum dan sesudah
Daya nyata P tidak berubah; hanya daya reaktif yang ditarik dari sumber yang berubah.
Q1 = 28·tan(arccos 0,7) = 28,57 kvar
QC = V²·2πf·C = 230²·2π·60·220·10⁻⁶ = 4387 var = 4,387 kvar
Q2 = 28,57 − 4,387 = 24,18 kvar
Daya semu baru
S2 = √(28² + 24,18²) = 36,99 kVA
Arus saluran baru
I = S2/V = 36994/230 = 160,8 A
Jawaban
I = 160,8 A
7.Daya tiga fasa
Jawaban: IL = 114 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 = 110/0,95 = 115,8 kW
Arus saluran
IL = Pin/(√3·VL·cos φ) = 115789/(√3·690·0,85) = 114 A
Jawaban
IL = 114 A
8.Daya tiga fasa
Jawaban: QC = 33,94 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.