Sistem elektronika daya mengkonversi energi listrik dari satu bentuk ke bentuk lainnya dengan konverter seperti penyearah, inverter, chopper, dan cycloconverter untuk meningkatkan efisiensi, ketersediaan daya, dan kehandalan serta mengurangi biaya, ukuran, dan berat sistem. Konverter-konverter tersebut digunakan pada berbagai aplikasi seperti kontrol pemanas, UPS, motor listrik, kendaraan listrik, dan pembangkit energi terbaruk

1. Institut Teknologi Budi Utomo Elektronika daya, Martin Djamin
ELEKTRONIKA DAYA
1
Pertemuan 1
Buku Acuan:
1. Power Electronics: Circuits, Devices, and Applications by
Muhammad H. Rashid
2. Muhammad H. Rashid, Power Electronics Handbook:
Circuits, Devices, and Applications, third edition 2011
3. Ned Mohan, Power Electronics: Converters, Applcations,
and Design, John Willey & Sons, Inc, Third Editon,
copyright 2003
4. [EBOOK].ERICKSON.Fundamentals_Of_Power_Electronic
s.[2nd edition.900pp].[by.forum.iranjava.net].pdf
5. Elektronika Daya by Pekik A Dahono
6. Elektronika Daya oleh Istanto Wahju Djatmiko
7. Aplikasi Elektronika Daya Pada Sistem Tenaga Listrik oleh
Muhammad Ali

2. Institut Teknologi Budi Utomo Elektronika daya, Martin Djamin
Institut Teknologi Budi Utomo Elektronika daya, Martin Djamin
2
BAB 1. Pendahuluan
• Elektronika daya digunakan pada daerah sistem daya
listrik dengan range dari beberapa VA atau Watt sampai
beberapa MVA atau Mega Watt.
• Tugas utama elektronika daya adalah mengontrol dan
mengkonversi (mengubah) daya listrik dari satu bentuk ke
bentuk lain
• Empat bentuk konversi adalah sebagai berikut:
→ Konversi tegangan ac ke tegangan dc ,
→ Konversi DC-ke-AC
→ Konversi DC-ke-DC
→ Konversi AC-ke-AC
Mengapa energi (daya) listrik perlu dikonversikan?
• Hampir semua peralatan listrik bekerja kurang efisien atau
tidak bisa bekerja pada sumber energi (daya) listrik yang
tersedia/sesuai.
• Banyak pembangkit energi (daya) listrik nonkonvensional
mempunyai bentuk yang tidak kompatibel dengan sumber
energi (daya) listrik lainnya.

3. Institut Teknologi Budi Utomo Elektronika daya, Martin Djamin
Institut Teknologi Budi Utomo Elektronika daya, Martin Djamin
DAYA INPUT DAYA OUTPUT
DC AC
AC Konverter AC ke DC
(Rectifier)
Konverter AC ke AC
• Fixed frequency: AC
controller
• Variable frequency:
Cycloconverter or
frequency converter
DC Konverter DC ke DC
(Chopper)
Konverter DC ke AC (Inverter)
KLASIFIKASI KONVERTER DAYA

4. Institut Teknologi Budi Utomo Elektronika daya, Martin Djamin
Mengubah yaitu aliran proses dan kontrol dari daya listrik dengan
memberikan arus dan tegangan dalam bentuk yang secara optimal
sesuai dengan penggunaan beban.
4

5. Institut Teknologi Budi Utomo Elektronika daya, Martin Djamin
Dua tipe daya listrik Perubahan karena konversi
DC (Arus Searah) Besaran (nilai)
AC (Arus Bolak Balik) Frekuensi, Nilai, jumlah Fasa
5

6. Institut Teknologi Budi Utomo Elektronika daya, Martin Djamin
Institut Teknologi Budi Utomo Elektronika daya, Martin Djamin
6
Prinsip Dasar Sistem Elektronika Daya
Sistem Konversi Daya
Rangkaian Elektronika Daya memvasilitasi transfer daya dari
sumber ke beban dengan mengkonversi tegangan dan arus dari
satu bentuk kebentuk lain dengan efisiensi dan densitas yang tinggi

7. Institut Teknologi Budi Utomo Elektronika daya, Martin Djamin
Institut Teknologi Budi Utomo Elektronika daya, Martin Djamin
• Elektronika daya mengarahkan perhatian pada proses daya
listrik dengan menggunakan komponen elektronika.
• Elemen kunci elektronika daya adalah konverter switch.
• Konverter switch berisi input daya dan terminal input control,
dan terminal output daya.
• Pada konverter DC-DC, tegangan input DC dikonversi
menjadi tegangan output DC yang lebih besar atau lebih
kecil.
• Pada penyearah (rectifier) AC-DC, tegangan input AC
disearahkan, menghasilkan tegangan output DC
• Cyclocoversi AC-AC dengan melibatkan konversi tegangan
input AC ke tegangan output AC tertentu dan terkontrol besar
dan frekuensinya.

8. Institut Teknologi Budi Utomo Elektronika daya, Martin Djamin
Contoh Sederhana
Contoh konverter dc-dc
Tegangan Input :100V
Beban Output :50V, 10A, 500W
Bagaimana konverter ini dapat direalisasikan?
8

9. Institut Teknologi Budi Utomo Elektronika daya, Martin Djamin
Institut Teknologi Budi Utomo Elektronika daya, Martin Djamin

10. Institut Teknologi Budi Utomo Elektronika daya, Martin Djamin
Institut Teknologi Budi Utomo Elektronika daya, Martin Djamin
kson,
Robert
W.(Author).
Fundamentals
of
Power
Electronics.
Second
Edition.
ucus,
NJ,
USA:
Kluwer
Academic
Publishers,
2000.
p
2.
://site.ebrary.com/lib/nankai/Doc?id=10067440&page=25
Rugi-rugi Daya adalah:
𝑷𝒍𝒐𝒔𝒔 = 𝑷𝒊𝒏 − 𝑷𝒐𝒖𝒕 = 𝑷𝒐𝒖𝒕
𝟏
𝜼
− 𝟏 atau
𝑷𝒍𝒐𝒔𝒔
𝑷𝒐𝒖𝒕
=
𝟏
𝜼
− 𝟏
Persamaan ini diplot menjadi gambar 1.3
• Pada efisiensi 𝜂 = 50% maka Ploss
yang didisipasi oleh elemen konverter
sama dengan daya out (Pout).
• Ploss dikonversi menjadi panas dan
harus dihilangkan dari konverter.
Karena bisa merusak komponen
elektronika, memerlukan pendingin
yang mahal dan akan mengurangi
keandalan system.
• Kuncinya adalah menaikkan efisiensi,
sebagai contoh untuk efisiensi 90%,
maka Ploss=0,11x Pout=11% Pout yang
diubah menjadi panas

11. Institut Teknologi Budi Utomo Elektronika daya, Martin Djamin
Institut Teknologi Budi Utomo Elektronika daya, Martin Djamin
Efisiensi energi yg tinggi sangat penting karena: biaya operasi
manjadi murah dan menghindari energi yang terbuang, mengurangi
kontribusi terhadap pemanasan global dan mengurangi kebutuhan
pendinginan (dengan menggunakan heat sink) sehingga
meningkatkan densitas daya.
Sistem Elektronika Daya
harus efisien dan handal
energi, mempunyai
densitas daya yang
tinggi sehingga
mengurangi ukuran dan
beratnya, dan murah
untuk keseluruhan
sistem menjadi
ekonomis dan mampu

12. Institut Teknologi Budi Utomo Elektronika daya, Martin Djamin
Realisasi Disipasi
Voltage divider yang resistif
12

13. Institut Teknologi Budi Utomo Elektronika daya, Martin Djamin
Regulator Series :
transistor beroperasi didaerah aktif
Realisasi Disipasi
13

14. Institut Teknologi Budi Utomo Elektronika daya, Martin Djamin
Penggunaan switch SPDT (Single Pole Double Throw),
menggunakan satu kontak penghubung dengan dua
kondisi yang ingin diaktifkan
14

15. Institut Teknologi Budi Utomo Elektronika daya, Martin Djamin
Switch mengubah level tegangan DC
15

16. Institut Teknologi Budi Utomo Elektronika daya, Martin Djamin
Tambahan low pass filter
Penambahan L-C low-pass filter, untuk
menghilangkan switching harmonics:
• Pilih frekuensi cutoff jauh lebih kecil dari frekuensi
switching
• Rangkaian ini dikenal sebagai “buck Converter”
16

17. Institut Teknologi Budi Utomo Elektronika daya, Martin Djamin
Tambahan sistem kontrol untuk regulasi dari
tegangan output
17

18. Institut Teknologi Budi Utomo Elektronika daya, Martin Djamin
Beberapa hal yang menjadi perhatian dalam
elektronika daya
• Bagaimana memenuhi kebutuhan beban atau
meningkatkan kontrol lebih baik untuk beban
• Bagaimana meningkatkan efisiensi:
– Untuk pengoperasian komponen semikonduktor
daya yang andal.
– Untuk energy saving
• Bagaimana merealisasikan konversi daya dengan
ukuran lebih kecil, lebih ringan dan lebih murah
• Bagaimana mengurangi pengaruh negatif terhadap
peralatan lain dalam sistem daya listrik dan untuk
lingkungan elektromagnetic.
18

19. Institut Teknologi Budi Utomo Elektronika daya, Martin Djamin
Institut Teknologi Budi Utomo Elektronika daya, Martin Djamin
19
 Jadi pada sistem Elektronika Daya, Konverter mengkonversi
energi listrik dari satu bentuk kebentuk lainnya misal dari
sumber ke beban dengan :
• Efisiensi tertinggi,
• Ketersedian tertinggi,
• Kehandalan yang tinggi,
• Biaya terrendah,
• Ukuran terkecil,
• Berat terringan.
Konverter2 ini dapat diklasifikasikan sebagai:
→ Penyerah (Rectifier) mengkonversi tegangan AC ke tegangan DC,
→ Inverter mengkonversi tegangan dc ke tegangan ac,
→ Chopper atau switch-mode power supply menkonversikan
tegangan dc menjadi tegangan dc lain, dan
→ Cycloconverter dan cycloinverter menkonversi tegangan ac ke
tegangan ac lain.
• SCR dan komponen semikonduktor lainnya dipakai sebagai switch
statis.

20. Institut Teknologi Budi Utomo Elektronika daya, Martin Djamin
20
Konverter
Konverter elektronika daya adalah rangkaian elektronika daya
yang mengkonversi tegangan dan arus dari satu bentuk ke
bentuk lain
 Penyearah/Rectifier konversi tegangan AC ke DC
 Inverter konversi tegangan DC ke AC
 Chopper or a switch-mode power supply menkonversi
tegangan DC ke tegangan DC lainnya.
 Cycloconverter dan cycloinverter konversi dari tegagan AC
ke tegangan AC lainnya.

21. Institut Teknologi Budi Utomo Elektronika daya, Martin Djamin
Aplikasi
• Kontrol Pemanas dan lampu penerangan
• Pemanas induksi (induction heating)
• Uninterruptible power supplies (UPS)
• Balas lampu Fluorescent
• Transmisi daya listrik
• Elektronik untuk mobil (Automotive)
• Pengapian elektronik (mobil)
• Motor drives
• Battery chargers
• Alternators
• Energy storage
• Electric vehicles
• Alternative power sources: Solar; Wind; Fuel Cells
• And more!
21
Institut Teknologi Budi Utomo Elektronika daya, Martin Djamin
Aplikasi
• Kontrol Pemanas dan lampu penerangan
• Pemanas induksi (induction heating)
• Uninterruptible power supplies (UPS)
• Balas lampu Fluorescent
• Transmisi daya listrik
• Elektronik untuk mobil (Automotive)
• Pengapian elektronik (mobil)
• Motor drives
• Battery chargers
• Alternators
• Energy storage
• Electric vehicles
• Alternative power sources: Solar; Wind; Fuel Cells
• And more!
20

22. Institut Teknologi Budi Utomo Elektronika daya, Martin Djamin
Aplikasi Elektronika Daya pada
Pembangkit
• Sistem Eksitasi (Excitation system)
• Regulator Tegangan (Automatic Voltage
Regulator)
• Pembangkit dengan Kecepatan bervariasi
(Hydro, Wind, Microturbine gas)
• Pengkondisi Daya untuk Pembangkit Listrik
Energi Terbarukan (Fuel cells, Pembangkit
Listrik Tenaga Surya)
• Penyimpan Energi (Energy Storage)
22

23. Institut Teknologi Budi Utomo Elektronika daya, Martin Djamin
Pembangkit Listrik Tenaga Surya
Pembangkit Listrik Tenaga Angin/Bayu
23

24. Institut Teknologi Budi Utomo Elektronika daya, Martin Djamin
Fuel Cell
Fuel Cell adalah kebalikan dari
prinsip elektrolisa,
menggunakan dua elektroda
yang dipisahkan oleh elektrolit.
Anoda (negative electrode)
menerima hydrogen dan
katoda (positive electrode)
mengumpulkan oksigen. Suatu
katalis pada anoda
memisahkan hydrogen ke ion
hydrogen positif dan electron.
Satu Fuel cell memproduksi
tegangan 0,6-0,8 V. untuk
mendapatkan tegangan
yanglebih besar beberapa
Fuel Cell dihubungkan secara
seri.
Source: US Department of Energy, office of Energy Efficiency and Renewable Energy 24

25. Institut Teknologi Budi Utomo Elektronika daya, Martin Djamin
25
Sistem Energi Surya Fotovoltaik

26. Institut Teknologi Budi Utomo Elektronika daya, Martin Djamin
Institut Teknologi Budi Utomo Elektronika daya, Martin Djamin
Sistem Energi Surya Fotovoltaik
Efisiensi memegang peranan penting pada system energi surya.
Rugi-rugi terdiri dari:
• Tegangan jatuh (voltage drop)
• Proses fotovoltaik
• Dan factor lainnya
26

27. Institut Teknologi Budi Utomo Elektronika daya, Martin Djamin
Institut Teknologi Budi Utomo Elektronika daya, Martin Djamin
1. Panel Surya, mengumpulkan energi dari surya dan
mengkonversikannnya menjadi energi listrik melalui proses
fotovoltaik:Panel surya tidak akan memproduksi daya output yang
spesifik setiap waktu.
2. Charge Controller, dikenal juga sebagai charge regulator,
menggunakan output panel surya untuk mengisi baterai secara
efisien dan tidak overcharged.
Pada umumnya charge controller dirancang berdasarkan prinsip
Pulse Width Modulation (PWM) dan kadang-kadang dilengkapi
dengan metode pengisian yang maksimum yang dikenal sebagai
Maximum Power Tracking (MPPT).
3. Baterai, dapat digunakan baterai deep-cycle yaitu baterai Lead-
acid, karena baterai ini bisa diisi dan dipakai (charge-discharge)
sampai ratusan dan ribuan kali atau baterai Lithium ion.
4. Inverter, mengubah tegangan DC yang tersimpan didalam
baterai menjadi tegangan AC standar 120V atau 220 V
27

28. Institut Teknologi Budi Utomo Elektronika daya, Martin Djamin
Institut Teknologi Budi Utomo Elektronika daya, Martin Djamin
28