Malum Ambarita : Studi Dan Simulasi Perbaikan Faktor Daya Pada Masukan Penyearah Satu Fasa Dioda Jembatan Dengan Memakai Filter Parallel-Resonant, 2008.
USU Repository © 2009
Bab ini berisi kesimpulan dan saran tugas akhir ini.
BAB II
PENYEARAH SATU FASA DIODA JEMBATAN BRIDGE
II.1 Umum
Sebuah penyearah Rectifier mengacu pada proses pengubahan sinyal bolak- balik AC menjadi sinyal searah DC menggunakan dioda daya. Tujuan dari suatu
penyearahan adalah menghasilkan suatu keluaran yang mendekati searah DC atau menghasilkan bentuk gelombang arus dan tegangan yang mengandung komponen DC
dengan spesifikasi tertentu. Berdasarkan jumlah dioda yang digunakan, ada tiga jenis penyearah satu fasa dioda, yaitu :
1. Penyearah satu fasa dioda setengah gelombang
2. Penyearah satu fasa dioda gelombang penuh dengan transformator tap tengah
center-tapped 3.
Penyearah satu fasa dioda gelombang penuh jembatan Dari ketiga jenis penyearah satu fasa dioda, yang umum digunakan adalah
penyearah satu fasa dioda jembatan bridge. Hal ini disebabkan karena penyearah satu fasa setengah gelombang mengandung persentase riak yang besar, efisiensi yang rendah
dan faktor penggunaan transformator yang rendah. Keuntungan lain pemakaian
Malum Ambarita : Studi Dan Simulasi Perbaikan Faktor Daya Pada Masukan Penyearah Satu Fasa Dioda Jembatan Dengan Memakai Filter Parallel-Resonant, 2008.
USU Repository © 2009
penyearah satu fasa dioda gelombang penuh jembatan dibandingkan dengan penyearah satu fasa gelombang penuh dengan transformator tap tengah adalah berkurangnya
tegangan puncak balik peak inverse voltage tiap dioda dan meningkatnya faktor penggunaan transformator pencatu penyearah.
Istilah jembatan mengacu pada kesamaan bentuk hubungan dioda yang digunakan pada rangkaian dasar jembatan. Kualitas penyearah satu fasa dioda jembatan
diukur dengan parameter-parameter penyearahan.
II.2 Dioda Daya
Dioda daya adalah komponen penting dalam rangkaian penyearah. Pada suatu penyearah, sebuah dioda berperan sebagai suatu saklar. Agar mudah, dioda biasanya
dianggap ideal, artinya jatuh tegangan maju forward voltage drop dan waktu pemulihan mundur reverse recovery time diabaikan.
II.2.1 Karakteristik Dioda
Sebuah dioda daya adalah mirip dengan dioda sinyal yang terdiri komponen sambungan-pn pn-junction dua terminal. Dibandingkan dioda sinyal, dioda daya
memiliki daya yang besar, kemampuan menangani tegangan dan arus yang lebih besar dibandingkan dengan dioda sinyal. Simbol dioda dan penampang sebagian dari sebuah
sambungan-pn ditunjukkan pada Gambar 2.1.
Malum Ambarita : Studi Dan Simulasi Perbaikan Faktor Daya Pada Masukan Penyearah Satu Fasa Dioda Jembatan Dengan Memakai Filter Parallel-Resonant, 2008.
USU Repository © 2009
p n
v v
katoda anoda
anoda katoda
- +
- +
i i
a Sambungan-pn
b Simbol dioda Gambar 2.1 Sambungan-pn dan simbol dioda
Bila potensial anoda lebih positip terhadap katoda maka dioda terbias maju dan terkonduksi. Dalam kondisi ini dioda memiliki jatuh tegangan maju yang kecil dimana
besarnya tergantung proses manufakturnya dan temperatur sambungan. Ketika potensial katoda lebih positip terhadap anoda, dioda dikatakan terbias mundur. Pada kondisi ini,
sebuah arus mundur kecil disebut juga arus bocor dalam rentang mikro atau mili ampere mengalir dan arus bocor ini akan bertambah secara perlahan sesuai dengan
peningkatan tegangan zener atau tegangan avalanche tercapai. Gambar 2.2 menunjukkan karakteristik dioda secara ideal dan praktek.
Dari karakteristik tersebut : I
D
= Arus yang melalui dioda V
D
= Tegangan dioda dengan anoda positip terhadap katoda I
S
= Arus bocor saturasi balik, biasanya bernilai 10
-6
sampai 10
-15
Ampere.
Malum Ambarita : Studi Dan Simulasi Perbaikan Faktor Daya Pada Masukan Penyearah Satu Fasa Dioda Jembatan Dengan Memakai Filter Parallel-Resonant, 2008.
USU Repository © 2009
Arus Bocor mundur
o -V
BR
o
V
D
I
D
i i
v v
a Karakteristik Praktek b Karakteristik Ideal
Gambar 2.2 Karakteristik v-i dioda
II.2.2 Tipe Dioda Daya
Beberapa tipe dioda daya berdasarkan teknik pembuatannya adalah : 1.
Dioda standar atau dioda serbaguna Sebuah dioda serbaguna mencakup tingkat arus mulai kurang dari satu ampere
sampai beberapa ribu ampere, dengan tingkat tegangan antara 50 volt sampai sekitar 5 kV.
2. Dioda pemulihan cepat
Dioda ini mencakup tingkat arus mulai kurang dari satu ampere sampai ratusan ampere dengan tingkat tegangan mulai 50 volt sampai 3 kV.
3. Dioda Schottky
Malum Ambarita : Studi Dan Simulasi Perbaikan Faktor Daya Pada Masukan Penyearah Satu Fasa Dioda Jembatan Dengan Memakai Filter Parallel-Resonant, 2008.
USU Repository © 2009
Sebuah dioda Schottky memiliki tegangan jatuh maju yang relatif kecil. Tingkat arus dioda ini bervariasi dari 1 sampai 300 ampere dengan tegangan maksimum biasanya
hanya 100 volt. Beberapa gambar dioda ditunjukkan pada Gambar 2.3.
Gambar 2.3 Beberapa contoh dioda
II.3 Penyearah satu fasa dioda jembatan
Keunggulan utama dari penyearah satu fasa dioda jembatan dibandingkan dengan jenis penyearah yang lain adalah turunnya tegangan puncak balik peak inverse
voltage dari tiap dioda dan meningkatnya faktor utilisasi dari transformator catu. Rangkaian penyearah satu fasa dioda jembatan ditunjukkan pada Gambar 2.4.
V
p
V
s
D
4
D
2
D
3
D
1
V
o
+
i
o
-
A
B i
s
C
f
Beban
Gambar 2.4 Rangkaian penyearah satu fasa dioda jembatan
Malum Ambarita : Studi Dan Simulasi Perbaikan Faktor Daya Pada Masukan Penyearah Satu Fasa Dioda Jembatan Dengan Memakai Filter Parallel-Resonant, 2008.
USU Repository © 2009
2
π
ωt ωt
2
π π
π V
m
V
s
V
o
V
m
Gambar 2.5 Bentuk gelombang tegangan masukan bagian atas, bentuk gelombang tegangan keluaran bagian bawah.
Cara kerja rangkaian adalah sebagai berikut. Bila terminal A sekunder transformator positip terhadap terminal B, arus mulai
mengalir dari terminal A, lewat dioda-1, beban tahanan, dioda-2 dan menuju terminal B. Sebaliknya bila terminal B sekunder transformator positip terhadap terminal A, arus
mengalir dari terminal B, lewat dioda-3, beban tahanan, dioda-4 dan menuju terminal A. Jadi pada setiap setengah siklus, rangkaian menyediakan jalan untuk aliran arus pada
arah alternatif melalui catu, tapi pada arah yang sama melalui beban. Bentuk gelombang tegangan masukan dan keluaran penyearah satu fasa dioda jembatan untuk beban resistif
ditunjukkan pada Gambar 2.5.
Malum Ambarita : Studi Dan Simulasi Perbaikan Faktor Daya Pada Masukan Penyearah Satu Fasa Dioda Jembatan Dengan Memakai Filter Parallel-Resonant, 2008.
USU Repository © 2009
Suatu kapasitor C
f
ditempatkan pada sisi keluaran penyearah pada Gambar 2.4. Misalkan kapasitor awalnya tidak bermuatan dan kemudian rangkaian dienergi
energized pada t = 0 dan dioda terbias maju pada saat sumber positip. Bersamaan
dengan dioda yang konduksi on, tegangan keluaran sama dengan tegangan sumber dan kapasitor dimuati charges. Kapasitor dimuati sampai bernilai V
m
pada saat tegangan masukan mencapa
i nilai puncak positip pada t = 2. Pada saat tegangan sumber mulai turun setelah t = 2, kapasitor melepas muatan discharges ke beban. Pada saat
bersamaan tegangan sumber menjadi lebih kecil dari tegangan keluaran, membuat dioda terbias mundur dan mengisolasi beban dari sumber. Bersamaan dengan dioda off,
tegangan keluaran meluruh decaying secara eksponensial dengan konstanta waktu RC dari kapasitor.
Jadi dengan menempatkan kapasitor pada sisi keluaran penyearah, tegangan keluaran penyearah tidak pernah bernilai nol sehingga mengurangi riak tegangan
keluaran penyearah. Bentuk gelombang keluaran menjadi seperti Gambar 2.6
2
π π
V
o
V
m
ωπ ∆v
o
π2
Gambar 2.6 Bentuk gelombang tegangan keluaran dengan filter kapasitor. Besarnya
V
o
dihitung dengan pers. 2.1 yaitu, V
o
= ripple x V
m
pers.2.1
Malum Ambarita : Studi Dan Simulasi Perbaikan Faktor Daya Pada Masukan Penyearah Satu Fasa Dioda Jembatan Dengan Memakai Filter Parallel-Resonant, 2008.
USU Repository © 2009
II.4 Beban non linier dan akibatnya pada jaringan distribusi listrik
