Energi listrik memang tidak dapat dirasakan secara langsung manfaatnya oleh manusia. Akan tetapi, kebutuhan dan ketergantungan akan energi listrik sangat jelas terlihat pada kehidupan modern. Berbagai fasilitas seperti penerangan, pendingin ruangan, komputer, lemari es, perkakas mekanik, alat trasnportasi dalam gedung, seperti lift, escalator, penggerak peralatan industri memerlukan listrik sebagai catu dayanya. Bisa dikatakan bahwa, energi listrik merupakan kebutuhan pokok bagi manusia modern. Dalam hal ini, energi listrik perlu diubah terlebih dahulu menjadi bentuk energi lain, seperti cahaya, panas, gerak, dan sebagainya agar dapat dirasakan manfaatnya oleh manusia.
Selanjutnya, bagaimana dengan konversi dan kendali energi listrik itu? Hal ini dapat dilakukan dengan menggunakan perangkat elektronika modern. Kemampuan dan keluwesan perangkat elektronik tersebut harus mampu mewujudkan perangkat converter energy listrik yang handal dan efisien. Sangat perlu untuk mempertimbangkan bagaimana rangkaian elektronik dan sistem yang dirancang dapat menyelesaikan tantangan dalam konversi dan manajemen energi. Inilah yang merupakan inti dari elektronika daya. Jadi, elektronika daya didefinisikan sebagai sebuah disiplin ilmu yang mempelajari tentang konversi energy listrik, aplikasinya, dan devais atau perangkat elektronik. Atau dengan kata lain,
Elektronika Daya merupakan salah satu bidang ilmu teknik, khususnya teknik elektro yang banyak mengulas tentang perilaku semikonduktor daya sebagai sakelar statis, berbagai jenis rangkaian konverter daya listrik, rangkaian dan teknik pemicuan semikonduktor, sampai dengan rangkaian pengamannya. Elektronika daya atau biasa disingkat "ELDA" (maaf... jangan ditanya kenapa disingkat elda ya...:) adalah integrasi dari beberapa bidang ilmu seperti sistem kendali, pemrosesan sinyal, elektronika, fisika semikonduktor, elektromagnetika, mesin listrik, sistem daya listrik, dan lain sebagainya. (baca: Rashid,2001)
Elektronika daya melibatkan studi tentang berbagai jenis topologi rangkaian elektronik yang digunakan sebagai pengendali aliran energi listrik. Rangkaian –rangkaian elektronik tersebut mampu bekerja pada level daya yang jauh lebih besar apabila dibandingkan dengan sebuah perangkat konverter yang berdiri sendiri.Elektronika daya adalah teknologi untuk mengkonversi daya listrik dari satu bentuk ke bentuk lain dengan menggunakan konverter daya. Konverter daya berfungsi untuk mengatur parameter-parameter keluarannya, misalnya: tegangan, arus atau frekwensi. Konverter daya dirangkai dari komponen semikonduktor daya yang bekerja sebagai sakelar statis; disebut sakelar statis karena kontaknya tidak bergerak. Prilaku ON-OFF dari komponen semikonduktor daya dapat diatur sedemikian rupa agar daya listrik pada terminal masukannya dapat diubah menjadi bentuk lain pada terminal keluarannya. Pada kebanyakan konverter daya, setiap komponen semikonduktor bekerja secara berurutan dalam satu perioda waktu tertentu, dan mekanisme ini berulang setiap frekwensi switchingnya.
Semikonduktor daya merupakan komponen elektronika daya yang berfungsi sebagai sakelar statis. Komponen semikonduktor daya dibentuk dari bahan semikonduktor tipe-p dan bahan semikonduktor tipe-n yang disusun sedemikian rupa untuk membentuk fungsi tententu,contohnya: dioda daya, BJT, SCR, dll.Mengapa belajar elda?
Penyearah atau rectifier mungkin merupakan salah satu contoh rangkaian yang sesuai dengan definisi di atas. Inverter atau konverter dc ke ac, konverter dc ke dc, cycloconverter sebagai catu daya juga merupakan perangkat elektronika daya yang umum digunakan. Elektronika daya sangat erat kaitannya dengan bidang ilmu lainnya, yakni: energi, elektronika dan perangkatnya, sistem dan kendalinya. Berbagai rangkaian yang didesain untuk aplikasi di bidang energy dan daya listrik harus memenuhi aspek tertentu baik dari sisi perangkatnya, kendali, dan efisiensi energinya.
Kebanyakan kurikulum di perguruan tinggi, dimulai dari belajar elektronika analog dan digital kemudian diikuti dengan belajar elda. Memang secara hirarki, elda memerlukan dasar pengetahuan tersebut disamping pengetahuan minimal tentang rangkaian listrik. Saudara pembaca, pentingnya elda tentunya tidak dilihat dari hirartki kurikulum tersebut.:).
Alasan utama mempelajari elda, karena keutamaan dari pemrosesan daya listrik menggunakan teknik switching (sakelar) jauh lebih efisien dibandingkan dengan menggunakan teknik penguatan arus atau penguatan tegangan. Mengapa demikian? mari kita lihat contoh kasus berikut ini.
Linier regulator v.s Switching regulator
Apakah saudara masih ingat dengan regulator linier? atau mungkin lebih familiar bagi anda, jika saya mengingatkan saudara tentang suatu alat yang bernama "adaptor" atau catu daya dc. Dalam sebagian jenis adaptor, selain konverter daya ac-ke-dc kita juga dapat menemukan satu atau lebih regulator linear (misalnya LM7812, dsb). Regulator jenis ini sebenarnya tidak jauh berbeda dengan sebuah resistor variabel atau potensiometer! Lha kok gitu?
 |
| Gambar 1. LM78xx |
 |
| Gambar 2. Skema Rangkaian Regulator Linier |
- Pembuktian sederhana yang logis dapat anda lakukan. Cobalah buka salah satu adaptor, perhatikan komponen regulatornya (LM78xx, LM317)! Apa yang anda lihat? Ya, sebuah pendingin atau penyerap panas (heat sink) yang menempel pada regulator tersebut. Hal ini menunjukkan bahwa perangkat ini pasti menghasilkan disipasi daya listrik berupa panas. Resistor (termasuk potensiometer) juga akan mengubah sebagian daya listrik yang diserapnya menjadi panas. Dengan demikian sifatnya regulator tersebut mirip dengan resistor. Lantas apakah alasan ini dapat diterima? Tentu saja tidak sesederhana itu, saudaraku. Tetapi pembuktian ini cukup menjadi awal dari rasa penasaran kita.
- Coba kita analisis lebih lanjut menggunakan pengetahuan yang lebih tinggi. Lihatlah Gambar 2! Terminal masukan LM7812 diperoleh dari keluaran penyearah, sementara terminal keluarannya dihubungkan ke beban. Untuk analisis, kita pilih salah satu model regulator yang paling sederhana menggunakan sebuah Transistor bipolar (BJT).Pada kasus ini, untuk mencatu beban 50mW maka pada sisi sumber harus dibangkitkan daya 100mW. Ini berarti ada daya terbuang sebesar 50mW pada regulator (transistor) tersebut. Transistor bekerja pada daerah aktif (linier), biasa dikenal sebagai titik kerja transistor (Q), sehingga transistor menyerap daya listrik P = Vcc,Q . Ic,Q. Oleh karena itulah, mengapa LM78xx (pada kasus ini) perlu dipasang perangkat pendingin.
- Bagaimana dengan switching regulator? Regulator ini memanfaatkan kemampuan transistor sebagai sakelar, dimana rugi-rugi saat cutoff maupun saat terjadi saturasi jauh lebih kecil daripada rugi-rugi ketika transistor bekerja pada daerah liniearnya. Pada kasus yang sama dengan di atas, untuk beban 50mW, sumber hanya perlu membangkitkan 50mW saja. (ya, kalo prakteknya memang lebih-lebih dikitlah). Kesimpulannya: Efisiensi regulator switching jauh lebih tinggi dari regulator linier. Contoh regulator jenis ini adalah: SMPS --> saudara dapat melihatnya pada CPU atau charger gadget saudara.
Elektronika daya banyak berperan dalam berbagai aplikasi rumah tangga, industri, transportasi dan energi baru terbarukan. Hal ini terlihat dalam spectrum aplikasi elektronika daya dalam Gambar 1.1. Dalam keseharian kita sering menemukan perangkat elektronika daya, misalnya charger, lampu emergency, UPS dan SMPS pada komputer.
Elektronika Daya juga digunakan pada sistem kendali motor listrik, baik di industry maupun sarana transportasi seperti mobil listrik, escalator, elevator dan kereta listrik. Elektronika daya juga digunakan dalam bidang energi baru terbarukan, misalnya sebagai inverter dan batere charger pada Sistem Pembangkit Energi Bayu maupun Energi Surya.
Konverter Daya
Konverter daya dikelompokan menjadi beberapa jenis, yakni:
- Konverter ac ke dc. Konverter ini berfungsi untuk mengubah tegangan ac menjadi tegangan dc. Konverter jenis ini disebut juga sebagai penyearah. Konverter ac ke dc dapat direalisasikan dengan menggunakan dioda daya, SCR dan MOSFET. Konverter ini banyak digunakan sebagai pengisi batere (charger) dan catu daya.
- Konverter dc ke dc. Koverter ini berfungsi mengubah ubah besarnya tegangan dc masukannya menggunakan teknik switching. Konverter ini dapat dibentuk dari SCR, maupun berbagai jenis transistor daya.
- Konverter dc ke ac merupakan konverter arus dc menjadi arus ac. Konverter dc ke ac sering dikenal sebagai inverter. Inverter banyak ditemukan pada aplikasi kendali motor listrik, UPS atau backup daya listrik. Inverter dapat dibentuk dari SCR, maupun berbagai jenis transistor daya.
- Konverter ac ke ac. Konverter ini berfungsi untuk mengubah besar (magnitudo) dan/ataupun frekwensi tegangan ac masukannya.
Semoga bermanfaat dan semangat belajar ELDA!
9:03 PM
Tags :
Konsep Dasar
Subscribe by Email
Follow Updates Articles from This Blog via Email
No Comments