Konverter buck ideal mengubah 24 V menjadi 7,2 V untuk beban 20 Ω pada 200 kHz. Cari induktansi terkecil Lcrit untuk konduksi kontinu.
Vin = 24 VVo = 7,2 Vf = 200 kHzR = 20 Ω
Lcrit = µH
3.Motor DCSedang
Sebuah motor DC menarik 5 A dari catu 120 V. Resistansi jangkarnya 1 Ω dan rugi rotasinya (gesekan, hambatan udara, dan besi) 35 W. Cari efisiensinya η.
V = 120 VIa = 5 ARa = 1 ΩProt = 35 W
η = %
4.Motor DCSulit
Sebuah chopper DC memberi daya ke motor (k = 0,15 V·s/rad, Ra = 0,8 Ω) dari bus DC 240 V. Tegangan jangkar rata-ratanya adalah D·240 V. Cari siklus kerja D yang menjalankan motor pada 1500 rpm dengan beban 0,75 N·m.
Dua beban dihubungkan paralel ke sumber satu fase 400 V: beban 26 kW dengan faktor daya 0,6 tertinggal dan pemanas 29 kW (faktor daya satu). Cari faktor daya total cos φ yang dilihat sumber.
Sebuah beban satu fase mengambil 21 kW pada faktor daya 0,75 tertinggal dari sumber 240 V, 50 Hz. Kapasitor 150 µF dihubungkan paralel dengan beban. Cari faktor daya baru cos φ yang dilihat sumber.
P = 21 kWpf1 = 0,75V = 240 Vf = 50 HzC = 150 µF
cos φ =
7.Daya tiga fasaSedang
Beban seimbang terhubung Δ dengan impedansi 3 + j4 Ω per fasa dihubungkan ke sumber tiga fasa seimbang dengan tegangan antarsaluran 480 V. Cari daya nyata total P yang diserap beban dalam kW.
VL = 480 VZ = 3 + j4 Ω per fasa
P = kW
8.Daya tiga fasaSulit
Beban tiga fasa seimbang menyerap 120 kW pada faktor daya 0,7 tertinggal dari sumber 400 V (antarsaluran), 50 Hz. Bank kapasitor tiga fasa yang diparalel dengan beban harus menaikkan faktor daya keseluruhan menjadi 0,95 tertinggal. Daya nyatanya tetap sama. Kapasitor dihubungkan secara Y. Cari kapasitansi Cph setiap kapasitor dalam µF.
P = 120 kWpf1 = 0,7pf2 = 0,95VL = 400 Vf = 50 Hz
Cph = µF
3Larutan
1.Konverter DC-DC
Jawaban: Imax = 0,9458 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 = 7,2/24 = 0,3
Arus rata-rata dan arus riak
Io = 7,2/8 = 0,9 A
ΔIL = VL·D/(L·f) = 16,8·0,3/(220·10⁻⁶·250·10³) = 0,09164 A
Arus puncak
Imax = 0,9 + 0,09164/2 = 0,9458 A
Jawaban
Imax = 0,9458 A
2.Konverter DC-DC
Jawaban: Lcrit = 35 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 = 7,2/24 = 0,3
Syarat batas
Samakan arus induktor rata-rata dengan setengah arus riak lalu selesaikan untuk L.
Lcrit = (1 − D)·R/(2f)
Induktansi kritis
Lcrit = (1 − 0,3)·20/(2200·10³) = 35 µH
Jawaban
Lcrit = 35 µH
3.Motor DC
Jawaban: η = 90 %
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.
Daya-daya
Pin = 120·5 = 600 W
Pdev = 115·5 = 575 W
Pout = 575 − 35 = 540 W
Efisiensi
η = 540/600·100 = 90 %
Jawaban
η = 90 %
4.Motor DC
Jawaban: D = 11,48 %
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.
Tegangan jangkar yang diperlukan
Va = 0,15·157,1 + 5·0,8 = 27,56 V
Siklus kerja
D = 27,56/240 = 11,48 %
Jawaban
D = 11,48 %
5.Daya AC & faktor daya
Jawaban: cos φ = 0,846
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 tiap beban
Beban tertinggal mengambil daya reaktif (Q > 0); beban mendahului memasoknya (Q < 0).
Q1 = 26·tan(arccos 0,6) = 34,67 kvar
Q2 = 0 = 0 kvar
Total
P = 26 + 29 = 55 kW
Q = 34,67 + 0 = 34,67 kvar
S = √(55² + 34,67²) = 65,01 kVA
Faktor daya total
cos φ = P/S = 55/65,01 = 0,846 tertinggal
Jawaban
cos φ = 0,846
6.Daya AC & faktor daya
Jawaban: cos φ = 0,799
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 = 21·tan(arccos 0,75) = 18,52 kvar
QC = V²·2πf·C = 240²·2π·50·150·10⁻⁶ = 2714 var = 2,714 kvar
Q2 = 18,52 − 2,714 = 15,81 kvar
Daya semu baru
S2 = √(21² + 15,81²) = 26,28 kVA
Faktor daya baru
cos φ = P/S2 = 21/26,28 = 0,799
Jawaban
cos φ = 0,799
7.Daya tiga fasa
Jawaban: P = 82,94 kW
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.
Tegangan fasa
Vph = VL = 480 V
Arus fasa
|Z| = √(3² + 4²) = 5 Ω
Iph = 480/5 = 96 A
Daya nyata total
Hanya bagian resistif dari setiap impedansi yang menyerap daya nyata.
P = 3·Iph²·R = 3·96²·3 = 82,94 kW
Jawaban
P = 82,94 kW
Periksa: cos φ = R/|Z| = 0,6, dan √3·VL·IL·cos φ memberikan daya yang sama.
8.Daya tiga fasa
Jawaban: Cph = 1651 µF
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.
Q1 = 120·tan(acos 0,7) = 120·1,02 = 122,4 kvar
Q2 = 120·tan(acos 0,95) = 120·0,3287 = 39,44 kvar
Daya reaktif dari kapasitor
QC = Q1 − Q2 = 82,98 kvar
Kapasitansi per fasa
Pada bank Y, setiap kapasitor terhubung di antara satu saluran dan titik bintang.