Elektronikindo.com – √ Mengenal Apa itu Elektronika Daya? Cara Kerja & Jenisnya. Elektronika daya adalah cabang dari elektronika yang berfokus pada konversi dan pengendalian energi listrik. Teknologi ini berperan penting dalam berbagai aplikasi, mulai dari perangkat elektronik sehari-hari hingga sistem industri besar.
Elektronika daya melibatkan penggunaan komponen semikonduktor seperti transistor, dioda, dan thyristor untuk mengubah bentuk dan tingkat tegangan serta arus listrik sesuai kebutuhan. Dengan kemampuan untuk meningkatkan efisiensi energi dan mengoptimalkan performa, elektronika daya menjadi tulang punggung bagi perkembangan teknologi modern.
Cara kerja elektronika daya didasarkan pada prinsip konversi daya listrik melalui proses switching, di mana energi listrik diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya dengan cara yang efisien. Berbagai jenis konverter daya, seperti konverter DC-DC, inverter, dan penyearah, digunakan untuk mengatur tegangan dan arus sesuai dengan kebutuhan aplikasi tertentu.
Masing-masing jenis konverter memiliki karakteristik dan penggunaan yang spesifik, memungkinkan fleksibilitas dalam desain sistem daya. Pemahaman mendalam tentang cara kerja dan jenis-jenis elektronika daya sangat penting bagi insinyur dan teknisi yang bekerja di bidang ini untuk memastikan sistem yang hkalianl dan efisien.
Apa itu Elektronika Daya?
Pengertian Elektronika Daya adalah suatu cabang keilmuan dalam teknik elektro yang mempelajari aplikasi komponen elektronika dalam sistem kontrol dan peralatan listrik. Sistem kontrol dalam elektronika daya digunakan untuk mengendalikan berbagai macam peralatan industri seperti motor listrik, pemanas, pendingin, kompresor, pompa, conveyor, dan peralatan industri lainnya. Tidak hanya terbatas pada industri, elektronika daya juga digunakan untuk mengontrol peralatan listrik rumah tangga seperti televisi, AC, kulkas, blender, dan perangkat lainnya.
Elektronika daya mulai berkembang dan digunakan setelah berbagai konfigurasi konvensional tidak dapat memenuhi kebutuhan industri secara optimal. Konfigurasi konvensional ini tidak efektif dan menyebabkan rugi-rugi yang cukup besar, sehingga diperlukan mekanisme pengaturan yang lebih efisien. Salah satu solusi yang dipilih adalah menggunakan perangkat elektronika daya.
Elektronika daya dinilai dapat memberikan solusi terhadap permasalahan di dunia industri dalam mengatur peralatan yang memiliki arus dan tegangan besar. Beberapa aplikasi dan peralatan di industri bekerja pada arus sangat tinggi, mencapai ratusan hingga ribuan amper, dan tegangan tinggi antara 220 V, 380 V, 600 V, 3,8 kV, bahkan lebih tinggi lagi.
Ruang Lingkup Elektronika Daya
Berikut adalah ruang lingkup Elektronika Daya yang perlu diketahui, antara lain:
1. Sistem Elektronika
Sistem elektronika merupakan dasar keilmuan pada aplikasi elektronika daya. Dalam sistem ini, berbagai komponen seperti resistor, semikonduktor, kapasitor, dan komponen lainnya digunakan untuk menyusun rangkaian elektronika. Memahami sistem elektronika melibatkan pengetahuan mendalam tentang cara kerja masing-masing komponen dan bagaimana mereka berinteraksi dalam sebuah rangkaian.
Selain itu, pemahaman tentang rangkaian elektronika, baik analog maupun digital, sangat penting. Rangkaian analog beroperasi dengan sinyal yang kontinu dan sering digunakan dalam aplikasi seperti amplifier dan filter, sementara rangkaian digital bekerja dengan sinyal diskret dan digunakan dalam komputer, kontroler, dan sistem komunikasi. Kemampuan untuk merancang, menganalisis, dan mengoptimalkan rangkaian-rangkaian ini adalah kunci untuk menguasai elektronika daya.
2. Sistem Tenaga Listrik
Pengaturan dan objek yang dikontrol dalam elektronika daya adalah peralatan dan sistem yang memiliki daya (tegangan dan arus) sangat tinggi. Oleh karena itu, pemahaman yang mendalam tentang sistem tenaga listrik sangat diperlukan. Sistem tenaga listrik mencakup berbagai aspek seperti pembangkitan, transmisi, distribusi, dan penggunaan energi listrik. Di dalamnya, terdapat komponen-komponen penting seperti generator, transformator, saluran transmisi, dan beban.
Selain itu, konsep-konsep seperti faktor daya, harmonisa, efisiensi, dan stabilitas sistem juga menjadi bagian integral dari studi ini. Elektronika daya sering digunakan untuk meningkatkan efisiensi dan kekalianlan sistem tenaga listrik melalui teknik pengendalian yang canggih, seperti pengaturan tegangan dan frekuensi, konversi daya, serta proteksi sistem. Oleh karena itu, pemahaman yang baik tentang prinsip-prinsip dan komponen-komponen dalam sistem tenaga listrik sangat penting bagi para profesional yang bekerja di bidang elektronika daya.
3. Sistem Kontrol
Pada elektronika daya, komponen elektronika digunakan untuk mengontrol dan mengatur peralatan industri. Oleh karena itu, diperlukan pemahaman yang baik terhadap teknik dan sistem kontrol berbagai peralatan yang digunakan di industri, baik secara teori maupun praktik.
Contoh pengaturan yang sering ditemui di industri meliputi pengaturan rangkaian star-delta pada motor listrik, pengaturan kecepatan putar motor listrik, pengaturan torsi motor listrik, pengaturan kecepatan aliran gas, pengaturan suhu, pengaturan tekanan, pengaturan conveyor, pengaturan gerakan peralatan industri, dan berbagai pengaturan lainnya.
4. Sistem Komputer
Saat ini, pengontrolan peralatan industri sudah terintegrasi dan dapat dimonitoring melalui komputer. Oleh karena itu, pemahaman tentang sistem komputer juga diperlukan untuk memahami elektronika daya secara menyeluruh.
Dengan demikian, pengaturan berbagai peralatan di industri dapat dilakukan secara remote dan dipantau melalui komputer.
Bagaimana Cara Kerja Elektronika Daya?
Sistem elektronika daya digunakan dalam berbagai aplikasi, seperti:
- Pembangkit listrik
- Transmisi daya
- Distribusi tenaga
- Kontrol daya
Dalam semua aplikasi ini, tegangan dan arus input dialihkan menggunakan perangkat semikonduktor daya untuk menghasilkan output yang diinginkan. Konstruksi perangkat semikonduktor dasar seperti dioda, FET, dan transistor sambungan bipolar (BJT) dimodifikasi untuk menahan tegangan dan arus tinggi. Akibatnya, kita memiliki perangkat seperti thyristor yang dikendalikan silikon (SCR), dioda daya, transistor efek medan semikonduktor oksida logam daya (MOSFET), BJT daya, transistor bipolar gerbang terisolasi (IGBT), thyristor mati gerbang (GTO), dan lainnya.
Pemilihan perangkat didasarkan pada level daya, persyaratan frekuensi pengalihan, efisiensi, dan sifat input serta output. Misalnya, dalam powertrain kendaraan listrik (EV), daya yang ditangani adalah dalam orde kW. Dalam aplikasi seperti itu, MOSFET daya yang dapat menahan tegangan tinggi dan beralih pada frekuensi yang lebih tinggi umumnya digunakan. Sementara itu, dalam transmisi daya, di mana daya yang ditangani berada pada orde beberapa megawatt, penyearah terkendali silikon (SCR) sering digunakan.
Diagram blok sistem elektronika daya yang umum ditunjukkan pada gambar di bawah.
Elemen utama dalam sistem elektronika daya adalah konverter daya switching. Konverter daya terdiri dari perangkat semikonduktor daya yang dinyalakan dan dimatikan pada frekuensi tinggi. Operasi ini mengalihkan tegangan dan arus melalui perangkat, memberikan daya terkontrol pada output. Selain itu, daya yang diambil dari input juga dapat dikendalikan. Perangkat ideal akan mengalihkan tegangan dan arus secara instan dan menawarkan resistansi nol saat dinyalakan serta resistansi tak terbatas saat dimatikan. Namun, di dunia nyata, tidak ada perangkat yang dapat dialihkan secara instan. Konverter switching terkait dengan dua jenis rugi daya pada perangkat:
- Rugi Switching
- Rugi Konduksi
Rugi switching terjadi selama proses menyalakan dan mematikan. Misalnya, saat sebuah saklar dinyalakan, tegangan di seluruh saklar turun ke nilai rendah dari tegangan yang diblokir saat dalam keadaan mati. Pada saat yang sama, arus melalui perangkat meningkat dari nol ke tingkat arus beban. Karena proses ini memerlukan waktu dan tegangan serta arus bertransisi, terjadi rugi daya. Transisi ini dibalik saat saklar dimatikan. Rugi-rugi ini disebut rugi switching. Rugi switching meningkat dengan frekuensi switching. Untuk meminimalkan rugi ini, beberapa metode seperti switching tegangan nol dan switching arus nol diterapkan dengan menggunakan kapasitor dan induktor tambahan.
Rugi konduksi terjadi akibat penurunan tegangan pada kondisi menyala di seluruh saklar selama konduksi. Ketersediaan perangkat semikonduktor baru dan kemajuan dalam struktur perangkat membantu mengurangi rugi konduksi.
Untuk mengontrol saklar, digunakan rangkaian kontrol, yang umumnya dikenal sebagai rangkaian kompensasi. Blok ini memainkan peran penting dalam meminimalkan rugi, mengirimkan daya secara efisien dan dengan kualitas yang baik. Blok kontrol menerima sinyal referensi dan umpan balik sebagai input dan memberikan sinyal switching sebagai output. Pengendali masa kini sebagian besar adalah digital, di mana umpan balik diubah dari sinyal analog ke sinyal digital dan dimasukkan ke dalam prosesor sinyal. Logika kompensasi diimplementasikan dalam perangkat lunak yang berjalan pada prosesor, dan sinyal switching yang sesuai dihasilkan. Sinyal ini diteruskan melalui driver untuk memberikan daya yang cukup untuk menggerakkan perangkat switching. Secara tradisional, rangkaian analog menggunakan penguat operasional dan pembanding digunakan dalam rangkaian kompensasi. Selain memberikan sinyal gating yang sesuai ke saklar, rangkaian kontrol juga memantau kesehatan sistem dan menghentikan output daya saat terjadi kesalahan.
Jenis-Jenis Elektronika Daya
Seperti yang telah disebutkan dalam bagian sebelumnya, rangkaian elektronika daya mengontrol daya input dan output. Ada beberapa jenis konverter daya berdasarkan jenis aplikasinya. Ketika kita mempertimbangkan sumber daya, ada dua jenis utama sumber daya, yaitu arus bolak-balik (AC) dan arus searah (DC). Hal ini membentuk empat jenis dasar rangkaian elektronika daya seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
1. Konverter DC ke DC
Tegangan AC input diubah menjadi tegangan DC pada tingkat yang diperlukan. Sebuah penyearah jembatan dioda secara tradisional digunakan untuk aplikasi ini. Namun, konfigurasi ini menghasilkan arus dengan nilai puncak yang tinggi dan kandungan harmonik yang tinggi. Konverter boost umumnya digunakan untuk menarik arus yang sefas dengan tegangan AC.
2. DC-to-DC Converters
Daya DC input, baik yang tidak teratur maupun yang teratur, diubah menjadi daya DC yang teratur pada output. Tanpa konverter daya elektronik, sangat sulit untuk menghasilkan daya DC yang bervariasi. Dengan adanya berbagai konfigurasi konverter DC ke DC, daya DC pada tingkat yang diinginkan menjadi sangat diperlukan. Konverter buck, boost, dan buck-boost adalah tiga konverter dasar yang masing-masing dapat menurunkan, meningkatkan, dan menyediakan kedua tingkat tegangan.
3. Konverter DC ke AC (Umumnya dikenal sebagai inverter)
Konverter DC ke AC mengubah daya DC dari baterai menjadi daya AC. Daya AC ini digunakan untuk mengendalikan motor AC dengan presisi dan efisiensi. Kombinasi konverter AC ke DC dan konverter DC ke AC digunakan dalam transmisi daya berkekuatan tinggi di mana dua grid yang berbeda dapat terhubung tanpa perlu khawatir tentang sinkronisasi.
4. Konverter AC ke AC (Umumnya dikenal sebagai cycloconverter)
Konverter AC ke AC mengolah masukan AC yang memiliki magnitudo dan frekuensi yang bervariabel untuk menghasilkan keluaran AC dengan magnitudo dan frekuensi yang teratur. Salah satu aplikasi populer dari konverter jenis ini adalah dalam pembangkitan energi angin. Keluaran dari generator angin bervariasi baik dalam magnitudo maupun frekuensi tergantung pada kecepatan angin. Untuk menghubungkan daya ini ke grid atau beban, diperlukan regulasi tegangan dan frekuensi. Fungsi ini diberikan oleh konverter AC ke AC.
BACA JUGA :
- Jenis Besaran dan Satuan dalam Listrik dan Elektronika
- Pengertian Komponen Elektronika Aktif dan Komponen Elektronika Pasif
- Jenis Peralatan Kerja pada Perakitan Elektronika: Memahami Alat-Alat Penting dalam Dunia Elektronika
- Menggali Fungsi dan Ragam Jenis Induktor dalam Elektronika
Penutup
Dalam mengenal apa itu elektronika daya, kita telah mempelajari tentang konsep dasar dan aplikasi yang luas dari teknologi ini. Elektronika daya memungkinkan kontrol yang presisi terhadap aliran daya listrik, baik dalam sistem industri maupun aplikasi domestik.
Dari konverter AC ke DC hingga konverter DC ke AC, setiap jenis konverter memiliki perannya sendiri dalam mengubah, mengatur, dan mendistribusikan daya listrik sesuai kebutuhan.
Cara kerja elektronika daya melibatkan penggunaan komponen semikonduktor untuk mengubah bentuk dan mengatur tegangan serta arus listrik.
Di samping itu, teknologi ini terus berkembang dengan munculnya perangkat semikonduktor baru dan metode pengontrolan yang lebih canggih untuk meningkatkan efisiensi dan kekalianlan sistem.
Dengan pemahaman yang mendalam tentang elektronika daya, kita dapat mengoptimalkan penggunaan energi, mengurangi kerugian daya, dan meningkatkan kinerja sistem secara keseluruhan.
Demikianlah artikel elektronikindo.com yang membahas tentang √ Mengenal Apa itu Elektronika Daya? Cara Kerja & Jenisnya. Semoga artikel kami dapat bermanfaat dan terimakasih telah membaca artikel ini.
