BAB 3_4_ELDA

I.

I. Bahan BacaanBahan Bacaan 1.

1. Muhammad H rasyid, 1993, ³ Elektronika Daya´, PrMuhammad H rasyid, 1993, ³ Elektronika Daya´, Pr entice Hallentice Hall Inc Edisi Indonesia

Inc Edisi Indonesia 2.

2. Mohan Undeland. Robbins, 1995,³Power Electronic Converter Mohan Undeland. Robbins, 1995,³Power Electronic Converter  Applications and Design´, John Wiley & Sons, 2

Applications and Design´, John Wiley & Sons, 2ndnd, Edition, Edition 3.

3. D.W. Hart, 1997,´ Introduction to Power Electronic´ Prentice HallD.W. Hart, 1997,´ Introduction to Power Electronic´ Prentice Hall 4

4.. Chyril W Lander, 1981,´Power Electronic´ McGraw-Hill, Chyril W Lander, 1981,´Power Electronic´ McGraw-Hill, IncInc II.

II. BacaanBacaan TambahanTambahan III.

III. PertPert_{anyaan Kunci / Tugasanyaan Kunci / Tugas}

Ketika anda membaca bahan bacaan berikut, gunakanlah pertanyaan Ketika anda membaca bahan bacaan berikut, gunakanlah pertanyaan  pertanyaan berikut ini untuk memandu anda :

 pertanyaan berikut ini untuk memandu anda : SES

SES_{I /I /} PPER ER _{KULIAHAN K KULIAHAN K} EE_{: 5 - 7: 5 - 7}

TIK:

TIK: Setelah mengikuti kuliah ini, mahasiswa akan dapat:Setelah mengikuti kuliah ini, mahasiswa akan dapat:

1.

1. Menjelaskan penyearah 1 phasa tidak tMenjelaskan penyearah 1 phasa tidak terkendalierkendali 2.

2. Menjelaskan penyearah 3 phasa tidak tMenjelaskan penyearah 3 phasa tidak terkendalierkendali

Pokok 

Pokok _{Bahasan :Bahasan : Penyearah Tidak TerkendaliPenyearah Tidak Terkendali}

D

Dee_sskrkr_{ipsi singipsi sing}k k _aatt_::

Kuliah ini akan

Kuliah ini akan membmembahas tentang ahas tentang penyearah tidak terkendali.penyearah tidak terkendali.

Berdasarkan jenis sumber arus bolak-baliknya, maka penyearah dapat Berdasarkan jenis sumber arus bolak-baliknya, maka penyearah dapat digolongkan menjadi 2 ( dua ) yakni: Penyearah satu phasa dan

digolongkan menjadi 2 ( dua ) yakni: Penyearah satu phasa dan  penyearah tiga phasa. Apabila ditinjau dari bentuk gelombang  penyearah tiga phasa. Apabila ditinjau dari bentuk gelombang

keluarannya, penyearah satu phasadapat di klasifikasikan menjadi 2 ( dua keluarannya, penyearah satu phasadapat di klasifikasikan menjadi 2 ( dua ) yakni: penyearah gelombang setengah dan penyearah gelombang

) yakni: penyearah gelombang setengah dan penyearah gelombang  penuh.

4 411

1.

1.

Apa yang anda maksud dengan penyearahApa yang anda maksud dengan penyearah

tidak terkendali.

tidak terkendali.

2.

2. Sebutkan penyearah tidak terkendali berdasarkan sumber tegangan bolak-Sebutkan penyearah tidak terkendali berdasarkan sumber tegangan bolak- baliknya.

 baliknya. 3.

3. Sebutkan penyearah 1 phasa tidak tSebutkan penyearah 1 phasa tidak t erkendali berdasarkan bentuk gelombangerkendali berdasarkan bentuk gelombang keluarnya

keluarnya ..

IV.

IV. TugasTugas

1.

1. Sebutkan komponen semikonduktor yang digunakan sebagai komponenSebutkan komponen semikonduktor yang digunakan sebagai komponen  pada penyearah tidak terkendali.

 pada penyearah tidak terkendali. 2.

2. Jelaskan perbedaan penyearah gelombang setengah dan penyearahJelaskan perbedaan penyearah gelombang setengah dan penyearah gelombang penuh tidak t

gelombang penuh tidak terkendali.erkendali. 3.

3. Jelaskan prinsip kerja rangkaian penyearah gelombang penuh 1 phasa tidak Jelaskan prinsip kerja rangkaian penyearah gelombang penuh 1 phasa tidak  terkendali.

terkendali.

4

4.. Jelaskan prinsip kerja rangkaian penyearah gelombang penuh 3 phasa tidak Jelaskan prinsip kerja rangkaian penyearah gelombang penuh 3 phasa tidak  terkendali.

1.

1.

Apa yang anda maksud dengan penyearahApa yang anda maksud dengan penyearah

tidak terkendali.

tidak terkendali.

2.

2. Sebutkan penyearah tidak terkendali berdasarkan sumber tegangan bolak-Sebutkan penyearah tidak terkendali berdasarkan sumber tegangan bolak- baliknya.

 baliknya. 3.

3. Sebutkan penyearah 1 phasa tidak tSebutkan penyearah 1 phasa tidak t erkendali berdasarkan bentuk gelombangerkendali berdasarkan bentuk gelombang keluarnya

keluarnya ..

IV.

IV. TugasTugas

1.

1. Sebutkan komponen semikonduktor yang digunakan sebagai komponenSebutkan komponen semikonduktor yang digunakan sebagai komponen  pada penyearah tidak terkendali.

 pada penyearah tidak terkendali. 2.

2. Jelaskan perbedaan penyearah gelombang setengah dan penyearahJelaskan perbedaan penyearah gelombang setengah dan penyearah gelombang penuh tidak t

gelombang penuh tidak terkendali.erkendali. 3.

3. Jelaskan prinsip kerja rangkaian penyearah gelombang penuh 1 phasa tidak Jelaskan prinsip kerja rangkaian penyearah gelombang penuh 1 phasa tidak  terkendali.

terkendali.

4

4.. Jelaskan prinsip kerja rangkaian penyearah gelombang penuh 3 phasa tidak Jelaskan prinsip kerja rangkaian penyearah gelombang penuh 3 phasa tidak  terkendali.

4 422 BAB III BAB III P

PEE_NYNYEE_AAR R _{AH TIAH TI}DD_{AK TAK T}ER ER _K K EE_NNDD_ALIALI

3.1.

3.1. K K oo_nsnsee_ppPePe_nynyee_aarr_{ah Tidaah Tida}k k _TTerkeerke_ndalindali

Sistem penyearah adalah salah satu jenis dari converter ( pengubah ), yang Sistem penyearah adalah salah satu jenis dari converter ( pengubah ), yang akan mengubah arus bolak-balik menjadi arus searah ( ac-dc converter ), akan mengubah arus bolak-balik menjadi arus searah ( ac-dc converter ), komponen utama yang digunakan adalah dioda dan thyristor. Didalam suatu komponen utama yang digunakan adalah dioda dan thyristor. Didalam suatu system penyearah semua komponen aktif yang digunakan berupa dioda, maka system penyearah semua komponen aktif yang digunakan berupa dioda, maka   penyearah digolongkan sebagai penyearah yang tidak dapat dikontrol (   penyearah digolongkan sebagai penyearah yang tidak dapat dikontrol (

uncontrolled rectifier ) dengan tegangan keluarnya hanya ditentukan oleh besar ( uncontrolled rectifier ) dengan tegangan keluarnya hanya ditentukan oleh besar ( amplitudo ) tegangan sumber ac-nya. Akan tetapi, bila sebagian atau semua dari amplitudo ) tegangan sumber ac-nya. Akan tetapi, bila sebagian atau semua dari komponen aktifnya adalah thyristor ( SCR ), maka penyearah ini digolongkan komponen aktifnya adalah thyristor ( SCR ), maka penyearah ini digolongkan sebagai penyearah yang dapat dikontrol ( Controlled Rectifier ), dengan tegangan sebagai penyearah yang dapat dikontrol ( Controlled Rectifier ), dengan tegangan keluarnya dapat di kontrol dengan pengaturan sudut penyulutan ( firing angle ) keluarnya dapat di kontrol dengan pengaturan sudut penyulutan ( firing angle ) dari

dari thyristor-thyristhyristor-thyristornya.tornya.

Apabila ditinjau dari jenis sumber arus bolak-baliknya, maka penyearah Apabila ditinjau dari jenis sumber arus bolak-baliknya, maka penyearah dapat digolongkan menjadi 2 yaitu:

dapat digolongkan menjadi 2 yaitu: 1.

1. Penyearah satu phasa ( single phase rectifier ) danPenyearah satu phasa ( single phase rectifier ) dan 2.

2. PenyearaPenyearah h tiga phasa tiga phasa ( ( three phase three phase rectifirectifier er ))

Parameter-parameter dari suatu penyearah, yang berguna untuk  Parameter-parameter dari suatu penyearah, yang berguna untuk  menganalisa kualitas keluarnya meliputi:

menganalisa kualitas keluarnya meliputi: 1.

1. Harga rata-rata dari tegangan keluarnya ( Vdc )Harga rata-rata dari tegangan keluarnya ( Vdc ) 2.

2. Harga rata-rata dari arus keluaran ( Idc )Harga rata-rata dari arus keluaran ( Idc ) 3.

3. Daya keluaran dc ( Pdc=Vdc Idc )Daya keluaran dc ( Pdc=Vdc Idc ) 4

4.. Harga rms tegangan keluaran ( Vrms )Harga rms tegangan keluaran ( Vrms ) 5.

5. Harga rms arus keluaran ( Irms )Harga rms arus keluaran ( Irms ) 6.

6. Daya keluaran ac (Pac=Vrms. Irms )Daya keluaran ac (Pac=Vrms. Irms ) 7.

7. Efisiensi penyearah ( =Efisiensi penyearah ( = Pdc / Pac Pdc / Pac)) 8.

8. TegangaTegangan n ripplripple e ( ( RF=Vac / Vdc RF=Vac / Vdc )) 9.

1

100.. Faktor daya ( PF )Faktor daya ( PF ) 3.2.

3.2. PePe_nynyee_aarr_{ah 1ah 1}PP_{hasa Tidahasa Tida}k k _TTerkeerke_ndalindali

Pada suatu penyearah tidak terkendali, komponen aktif yang digunakan Pada suatu penyearah tidak terkendali, komponen aktif yang digunakan adalah dioda. Hal ini karena tegangan keluarannya hanya di tentukan oleh adalah dioda. Hal ini karena tegangan keluarannya hanya di tentukan oleh   besarnya ( amplitudo ) tegangan masukan ( sumber ac-nya ). Berdasarkan   besarnya ( amplitudo ) tegangan masukan ( sumber ac-nya ). Berdasarkan

gelombang keluarannya penyearah ini dapat diklasifikasikan menjadi 2 jenis: gelombang keluarannya penyearah ini dapat diklasifikasikan menjadi 2 jenis: 1.

1. Penyearah gelombang setengah tidak terkendaliPenyearah gelombang setengah tidak terkendali 2.

2. Penyearah gelombang penuh tidak terkendaliPenyearah gelombang penuh tidak terkendali 3.2.1.

3.2.1. PePe_nynyee_aarr_{ah Gah G}ee_lloo_{mbang ½ Tidambang ½ Tida}k k _TTerkeerke_ndalindali

Jika dioda yang digunakan sebagai penyearah, maka pada setiap periode Jika dioda yang digunakan sebagai penyearah, maka pada setiap periode dari gelombang tegangan ac-nya hanya ada waktu setengah periode dioda akan dari gelombang tegangan ac-nya hanya ada waktu setengah periode dioda akan konduksi ( on

konduksi ( on ) dan ) dan waktu setengawaktu setengah periode h periode titidak akan dak akan konduksi ( off konduksi ( off ). Dioda). Dioda akan konduksi saat tegangan anoda lebih positif dari katoda.

akan konduksi saat tegangan anoda lebih positif dari katoda. 3.2.1.1 B

3.2.1.1 Bee_banbanR R _MuMurr_nini

Pada gambar 3.1 diperhatikan rangkaian penyearah gelombang setengah 1 Pada gambar 3.1 diperhatikan rangkaian penyearah gelombang setengah 1  phasa tidak terkendali dan bentuk tegangan serta a

 phasa tidak terkendali dan bentuk tegangan serta a rus yang dihasilkan. Pada bebanrus yang dihasilkan. Pada beban resistif murni,dioda akan konduksi pada setengah periode positifnya saja sehingga resistif murni,dioda akan konduksi pada setengah periode positifnya saja sehingga  bentuk gelombang dari tegangan dan arus sama.

 bentuk gelombang dari tegangan dan arus sama.

Gambar 3.1. penyearah gelombang ½ ti

44 44

( b ). Bentuk gelombang beban resistif  ( b ). Bentuk gelombang beban resistif  Komponen dc dari tegangan keluaran (Vo) adalah

Komponen dc dari tegangan keluaran (Vo) adalah harga rata-rata teganganharga rata-rata tegangan keluaran penyearah gelombang setengah ( Vdc ) sebagai berikut:

keluaran penyearah gelombang setengah ( Vdc ) sebagai berikut: V  V _{dc =dc =}





 

 









_

_{}

_{}

_

V  V _dcdc









  

V  V _dc=dc=







V  V _dc=dc=







( 3. 1 )( 3. 1 )

Komponen dc dari arus keluaran beban resistif murni ( Idc ) adalah: Komponen dc dari arus keluaran beban resistif murni ( Idc ) adalah:

 I   I _dc=dc=







 I   I _dc=dc=









( 3. 2 )( 3. 2 )

Komponen ac dari tegangan keluaran (Vo) adalah harga efektif tegangan Komponen ac dari tegangan keluaran (Vo) adalah harga efektif tegangan keluaran penyearah gelombang setengah ( Vrms ) sebagai berikut:

keluaran penyearah gelombang setengah ( Vrms ) sebagai berikut:

Vrms Vrms₌₌

 

 





 





22d d 



Vrms Vrms₌₌







( 3. 3 )( 3. 3 )

Komponen ac dari arus keluaran beban resistif murni ( Irms ) adalah: Komponen ac dari arus keluaran beban resistif murni ( Irms ) adalah:

 Irms  Irms₌=





 Irms  Irms₌₌







(3.(3. 44)) C Coo_nntoto_{h 3.1h 3.1}

Sebuah penyearah gelombang setengah 1

Sebuah penyearah gelombang setengah 1 phasphasa tidak ta tidak terkendali seperti ditujukkanerkendali seperti ditujukkan   pada gambar 3.1 mempunyai sumber tegangan masukan sebesar 12

  pada gambar 3.1 mempunyai sumber tegangan masukan sebesar 1200 V rms padaV rms pada frekuensi 6

frekuensi 600HHzz dan beban resistif murni sebesar 5 ohm. Tentukandan beban resistif murni sebesar 5 ohm. Tentukan a.

a. Arus rata-rata bebanArus rata-rata beban  b.

 b. Daya rata-rata yang diserap bebanDaya rata-rata yang diserap beban c.

Penyelesaian: Diketahui

Vm₌₁20

 

_{=169,7 volt}   R=5

a. Arus rata-rata beban  I _dc=





=





 I dc=



=10 _,8A

 b. Daya rata-rata yang di serap beban Vrms₌





=





=84,9 volt   P=

_

 P=





= 1440_watt  c. Faktor daya  Pf=





=





=





=0 _,7 0₇  3.2.1.2 Be_banR e_sist_{if ± Indu}kt_{if (}R _{-L )}

Menurut hukum kirchoff bahwa arus yang mengalir pada rangkaian untuk  dioda ideal sebesar:

Vm_{sin (}



_{= Ri (t) +L}





(3. 5)

Persamaan ini dapat diselesaikan dengan menjumlahkan arus maju ( forced ) dan arus alami ( natural ) sebesar:

i( t ) = i(t) + in( t ) (3. 6)

Respon maju (forced) rangkaian terdiri dari arus yang mengalir setelah respon alami ( natural ) menjadi nol. Arus steady dapat dicari dari analisis phasor, sehingga diperoleh persamaan:

46

Respon alami adalah transient yang terjadi saat bebann diberi energi. Penyelesaian   persamaan differensial rangkaian dengan Vi=0, akan di peroleh arus alami

sebesar:

in( t ) = Ae

 

(3. 8)

Subtitusi persamaan 3.6,3.7, dan 3.8 dengan kondisi awal arus induktor sama dengan nol, sehingga diperoleh arus:

i (t) =





sin (

  





 

i (t) =





    

(3. 9)

dalam bentuk wt, persamaan arus menjadi: i (

 





 





 

i (

 





     

(3.10) Sehingga arus yang mengalir pada penyearah gelombang ½ dengan beban R-L dinyatakan sebagai berikut:

i (

  





  





 

 

untuk 0

  

0 untuk 

    

(3.11

)

dengan Z =

   



= tan-1









 





Daya rata-rata yang diserap oleh beban sebesar  I² rms R, selama daya rata-rata yang

diserap oleh beban induktor sama dengan noll. Harga efektif arus keluaran ditentukan sebagai fungsi dari persamaan 3.11. yaitu:

 I rms=

 





 





(3.12)

 I rms=

 





 







( 3.13)

 I ₌



48

Gambar 3.2. penyearah gelombang ½ tidak terkendali beban R-L (a). Rangkaian

(b). Bentuk gelombang beban resistif  Co_nto_{h 3.2.}

Sebuah penyearah gelombang ½ 1 phasa tak terkendali ditunjukkan pada Gambar  3.2. dengan beban R = 100 ohm, L = 0,1 H

  







dan Vm = 100 V , Tentukanlah :

a. Persamaan arus yang mengalir pada rangkaian  b. Arus rata-rata

c. Arus efektif 

d. Daya yang diserap oleh beban R-L e. Factor daya

Penyelesaian:

Parameter rangkaian adalah: Z =

  

0,5=106,9

  

-1

   

0_{= 0,361r ad} 

     



a. Persamaan arus yang mengalir pada rangkaian adalah

I(

      



Jika

   

Sin( 

      



Gunakan metode numeric ( program excel), sehingga diperoleh

    

0

 b. Arus rata-rata yang diperoleh dari persamaan 3.14 sebagai berikut:  I ₌



 I _{=0,308 A}

c. Arus efektif yang diperoleh dari persamaan 3.13 sebagai berikut:

 I rms=

 





     





 





 I _rms=0 _,474A

d. Daya yang diserap oleh resistor sebesar I



rms R=(0,474)² 100 = 22,4W. Daya

rata-rata yang diserap oleh inductor sama dengan nol, sehingga daya rata-rata keluaran dapat dihitung sebagai berikut:

 P=





 





 P=





 





 P=





    





 



 P=22 _,4W 

e. Factor daya dihitung dari persamaan pf=P/S. P adalah daya yang disuplai oleh sumber tegangan yang sama dengan daya yang diserap oleh beban

 Pf=





=





 Pf=



  

 

3.2.1.3. S_imulasi De_ngan Pro_gr_{am MATLAB}

Simulasi rangkaian penyearah gelombang ½ tidak terkendali dengan beban R dan R-L dapat disimulasi dengan menggunakan program MATLAB. Program yang digunakan dalam bentuk M-FILE MATLAB Seperti ditunjukkan pada  program di bawah ini.

50

% Program to simulate the half-wave rectifier circuit

% Enter the peak voltage, frequency, inductance L in mH and resistor R disp('Typical value for peak voltage is 340 V')

peakV=input('Enter Peak voltage in Volts>'); disp('Typical value for line frequency is 50 Hz') freq=input('Enter line frequency in Hz>');

disp('Typical value for Load inductance is 31.8 mH') L=input('Enter Load inductance in mH>');

disp('Typical value for Lo ad Resistance is 10.0 Ohms') R=input('Enter Load Resistance in Ohms>');

w=2.0*pi*freq; X=w*L/1000.0; if (X<0.001) X=0.001; end; Z=sqrt(R*R+X*X); loadAng=atan(X/R); A=peakV/Z*sin(loadAng); tauInv=R/X; for n=1:360; theta=n/180.0*pi; X(n)=n; cur=peakV/Z*sin(theta-loadAng)+A*exp(-tauInv*theta); if (cur>0.0) Vind(n)=peakV*sin(theta)-R*cur; iLoad(n)=cur; Vout(n)=peakV*sin(theta); else Vind(n)=0; iLoad(n)=0; Vout(n)=0; end; end; plot(X,iLoad)

title('The diode current') xlabel('degrees') ylabel('Amps') grid pause plot(X,Vout) title('Voltage at cathode') xlabel('degrees') ylabel('Volts') grid pause plot(X,Vind) title('Inductor Voltage') xlabel('degrees') ylabel('Volts') grid

Berdasarkan formasi pemasangan dari diode-diodanya, jenis p enyearah ini dapat diklasifikasikan menjadi 2 jenis yaitu:

1. Penyearah gelombang penuh dengan center-tap 2. Penyearah gelombang penuh system jembatan

3.2.2.1. Pe_nye_ar_{ah G}e_lo_mbangPe_nuhDe_nganCe_nter_-Tap

Penyearah ini memerlukan dua dioda, yang akan menghasilkan tegangan yang lebih rata dibandingkan setengah. Sebagai contoh rangakaian penyearah yang menggunakan dua dioda dan beban resistif murni ditujukkan pada gambar  3.3.

52

Gambar 3.3.Rangkaian dan bentuk gelombang penyearah center-tap

Jika bebannya induktif, maka arus yang dihasilkan menjadi lebih rata. Pada Gambar 3.4. menunjukkan penyearah center-tap dengan inductor yang sangat besar sehingga arusnya lebih rata. Terlihat dari gambar tersebut bahwa tegangan balik ( PIV=Peak Inverse voltage ) pada tiap dioda sebesar 2Vm

.

Gambar 3.4. penyearah 1 phasa gelombang penuh tidak terkendali dengan center-tap

Harga dari parameter-parameter penyearah gelombang penuh 1 phasa tidak  terkendali adalah:

1. Be_banR e_sist_{if Mu}r_ni

v



(

       

    

(3.15) Komponen dc tegangan keluaran adalah nilai rata-rata t egangan keluaran dan arus  beban adalah tegangan rata-rata dibagi dengan resistif beban, dinyatakan sebagai  berikut: V _dc=





 



V _dc=





(3.16)  I _dc= I _o=





 I _dc=





Daya yang diserap oleh beban resistif dapat dihitung dari persamaan I²rms R,

dengan Imrs adalah arus penyearah gelombang penuh yang sama dengan arus  penyearah tidak terkendali sebesar:

 I _rms=



 

(3.18)

2. Be_banR e_sist_if-Indukt_{if (}R _-L)

tegangan yang melalui beban penyearah gelombang penuh dinyatakna dalam bentuk deret fourier yang terdiri dari tegangan dc dan tegangan harmonisa, sebagai berikut: vo( 

     



deng an V _o=





(3.19) V _n=



















arus yang mengalir pada beban R-L digunakan dengan superposisi, arus dc dan arus amplitudo masing-masing frekuensi dihitung dengan persamaan sebagai  berikut:  I _o=





(3.20)  I _n=





=





(3.21)

54

Perlu diketahui bahwa pemberian beban induktif pada penyearah ini, sekaligus akan berfungsi sebagai filter dari harmonisa-harmonisa yang di timbulkannya. Dari pengamatan ternyata bahwa frekuensi ripple dari gelombang keluaranya adalah setengah dari frekuensi masukannya ( fin= 2 fripple). Hal ini karena hanya terdapat satu dioda yang konduksi pada setiap setengah periodenya.

3.2.2.2. Pe_nye_ar_{ah G}e_lo_mbangPe_nuhS_iste_{m J}e_mbat_an

 penyearah jembatan ini mempunyai beberapa konfigurasi, seperti yang di tunjukkan pada gambar 3.5 pada gambar tersebut terlihat bentuk gelombang yang dihasilkan sama dengan penyearah center-tap. Perbedaan lain yang perlu di   perhatikan adalah terdapatnya dua dioda yang konduksi pada waktu yang sama untuk setengah periodenya, akan tetapi terlihat bahwa tegangan balik yang terasa   pada tiap dioda menjadi lebih kecil yaitu Vm atau setengah dari yang terasa pada  penyearah dengan center-tap. Demikian pula halnya untuk menghitung parameter-  parameternya, persamaan yang digunakan sama seperti pada penyearah dengan

Gambar 3.5. Penyearah 1 phasa jembatan tidak terkendali a). Jenis Konfigurasi b). Bentuk gelombang

Co_nto_{h 3.3:}

Sebuah penyearah jembatan 1 phasa tidak terkendali mempunyai sumber tegangan Vm=100V pada frekuensi 60Hz dan beban R-L yang di seri dengan

 R=10



  

a. Arus rata-rata beban

 b. Arus harmonisa dalam deret fourier 

c. Daya yang diserapi oleh beban dan factor daya rangkaian d. Arus rata-rata dan efektif masing-masing diode.

Pe_nye_le_saian:

Diketahui: Vm=100V

 R=10 L= 10 mH

a. Arus rata-rata beban ditentukan dari sisi dc dalam deret fourier 

V _{o =}





=





=63,7 V 

Sehingga arus rata-rata sebesar 

 I _dc= I _o=





=





= 6,37 A

 b. Amplitudo tegangan ac untuk harmisa n=2 dan n=4sebesar 

V 2=



56 V 4=















 

Amplitudo arus ac dalam bentuk arus deret fourier sebesar 

 I ₂₌





=





= 3,39 A  I 2=





=





=0,47 A

c. Daya yang diserap oleh beban ditentukan dari arus efektif sebesar 

 I rms=



_n ,rms

 I rms=

 









 





 



 





   

Sehingga daya yang diserap oleh beban

 P = I² rms R= ( 6,81)² (10) =464W 

Factor daya rangkaian sebesar 

 Pf =





=

_{}



 Pf =





_{  }





=0,964

d. Arus rata-rata dan efektif masing-masing diode sebesar 

 I  D_.av g =





=





= 3,19 A dan  I  D _,rms=



 

=



 

= 4,82 A 3.2.2.3. S_imulasi De_ngan Pro_gr_{am MATLAB}

Simulasi rangkaian penyearah gelombang penuh tidak terkendali dengan   beban R dan R-L dapat disimulasi dengan menggunakan program MATLAB.

Program yang digunakan dalam bentuk SIMULINK MATLAB Seperti ditunjukkan pada program di bawah ini.

58

3.3. Pe_nye_ar_{ah 3 phasa Tida}k _Terke_ndali

Didalam penyearah sistem jembatan 3 phasa tidak terkendali, akan terdapat dua dioda yang konduksi secara bersamaan dalam interval waktu 60º dan masing-masing dioda akan konduksi selama 120º. Oleh karena itu akan diperoleh tegangan keluaran yang lebih rata, sedang frekuensi ripplenya menjadi enam kali dari frekuensi masukan.

Gambar 3.6. Penyearah jembatan 3 phasa tidak terkendali (a) Rangkaian (b) Bentuk gelombang

Terlihat pada Gambar 3.6, bahwa ketika Va paling positif ( dibandikan dengan Vb dan Vc) D akan konduksi, dan pada periode ini pertama-tama Vb adalah yang  paling negative dengan demikian D6 juga akan konduksi sampai Vc menjadi yang

 paling negative yang mengakibatkan D6 untuk berkomunitas dan sebagai gantinya

D2 akan konduksi. Dengan Demikian dalam interval ini ( 120º0 akan terdapat 3

  buah dioda yang konduksi dengan urutan D6D1,D1D2 atau dengan kata lain untuk 

setiap interval waktu 60º akan terdapat 2 dioda yang konduksi. Secara keselurahan, berdasarkan polaritas dari tegangan-tegangan antar phasanya yaitu Vab, Vac, Vbc, Vba, Vac, Vcb. Urutan konduksi dari diode-diodanya adalah D6D1, D1D2, D3D4, D4D5dan D5D6 yang berulang setiap 360º.

Arus yang mengalir pada dioda sama dengan arus yang mengalir pada  beban.Menurut hukum Kirchoff bahwa:

Ia = iD1-iD4

I b= iD3-iD6

IC=iD5-iD2 (3.22)

Arus yang mengalir pada masing-masing dioda adalah:

60 ID,rms=



 

 I O _,rms (3.23)

IS,rms=

 







o,rms

Daya mengalir dari sumber tiga phasa sebesar 

S =

 

V  L-L _,rms I _S  ,rms (3.24)

Periode tegangan keluaran didefinisikan seperti V0 (

  

m,L-L sin (



untuk 



_



 





yang merupakan koefisien deret fourier. Tegangan keluaran dalam  bentuk deret fourier dinyatakan sebagai berikut:

V0(t) = V ₀₊

 



_0t+



Komponen dc dari tegangan keluaran (V0) adalah harga rata-rata tegangan keluaran penyearah gelombang penuh 3 phasa (Vdc) sebagai berikut:

V 0 =V dc =



 





m,L-Lsin(



V _dc=





=0 _,955V m _, L-L =135V  L-L (3.26)

V m _, L-L adalah tegangan puncak ke puncak sumber tegangan 3 phasa dengan

 

V _{m,L-Lmerupakan amplitudo tegangan ac sehingga} V _n=







n=6,12,18,«««« (3.27)

3.4.S_imulasiDe_ngan Pro_gr_{am MATLAB}

Simulasi rangkaian penyearah gelombang penuh tidak terkendali dengan   beban R dan R-L dapat disimulasi dengan menggunakan program MATLAB.

Program yang digunakan dalam bentuk SIMULINK MATLAB Seperti ditunjukkan pada program di bawah ini.

Co_nto_{h 3.4:}

Sebuah penyearah 3 phasa tidak terkendali seperti ditunjukkan pada gambar  3.6.mempunyai sumber tegangan 3 phasa sebesar 480 Vrms,L-L dan beban R=25

yang diseri dengan beban L=50mH. Tentukan: a. Tegangan keluaran rata-rata

 b. Arus keluaran rata-rata dan efektif (ac) pertama

c. Arus rata-rata dan efektif (rms) yang mengalir melalui dioda d. Arus efektif (rms) sumber 

e. Daya yang dikeluarkan oleh sumber.

Pe_nye_le_saian:

a). Tegangan keluaran rata-rata sebesar: V _o=V dc=



=

 



=648 V   b). Arus beban rata-rata sebesar 

 I _{o =} I dc =



=





=25,9 A

Tegangan ac pertama diperoleh dengan n=6 sebesar :  I _6 =





=







 





62  I _{6  =}





 





 





=0,32 A

 I _6 =



 

=023 A

c). Arus rata-rata dan rms yang mengalir melalui dioda sebesar:  I  D _,av g = 



=





=8,63 A  I  _D ,rms=



 

=



 



15 A

d). Arus rms sumber tegangan sebesar:  I  s _,rms=



 







o,rms=



 







25,9 = 21,2 A e). Daya yang dikeluarkan sumber tegangan sebesar:

S =

 

V rms _, L-L I _S  ,rms

S =

 

(480) (21,2) S = 17,6 k V  _A

TUGA

S

_{/ LATIHAN}

1. Jelaskan prinsip kerja penyerah 1 phasa gelombang ½ tidak terkendali 2. Jelaskan prinsip kerja penyearah 1 phasa gelombang penuh tidak terkendali 3. Jelaskan perbedaan antara penyearah gelombang ½ dan gelombang penuh

tidak terkendali

4. Jelaskan prinsip kerja penyearah 3 phasa 6 pulsa tidak terkendali

5. Sebuah penyearah 1 phasa gelombang ½ tidak terkendali, dihubungkan dengan sumber tegangan vs(t ) = 170sin (377 t ) dan R = 12, tentukan

a. Arus rata-rata beban  b. Arus efektif (rms) beban

c. Daya yang diserap oleh beban d. Factor daya rangkaian penyearah

6. Sebuah penyearah 1 phasa gelombang ½ tidak terkendali, dihubungkan dengan Sumber tegangan 120 Vrms pada frekuensi 50 Hz, dan beban R-L sebesar R=10 , L=10 mH, tentukan:

a.  Nyatakan persamaan arus beban  b. Arus rata-rata beban

c. Daya yang diserap oleh beban d. Factor daya rangkaian penyearah.

7. Sebuah penyearah 3 phasa tidak terkendali, dihubungkan dengan sumber  tegangan, 480 VL-L dan beban resistor R=100. Tentukan:

a. Arus rata-rata beban  b. Arus efektif ( rms ) beban

c. Daya yang diserap oleh beban d. Factor daya rangkaian

SES_{I /} PER _{KULIAHAN K} E_{: 8 - 11}

TIK:

Setelah mengikuti kuliah ini, mahasiswa akan dapat: 1. Menjelaskan penyearah 1 phasa terkendali

2. Menjelaskan penyearah 3 phasa terkendali

Pokok _{Bahasan : Penyearah Terkendali}

De

_s

kr

_{ipsi sing}

k 

_a

t

_:

Kuliah ini akan membahas tentang penyearah terkendali. Berdasarkan  jenis sumber arus bolak-baliknya, maka penyearah dapat digolongkan menjadi 2 ( dua ) yakni : Penyearah satu phasa dan penyearah tiga   phasa. Apabila ditinjau dari bentuk gelombang keluarannya,   penyearah satu phasa dapat diklasifikasikan menjadi 2 ( dua ) yakni :  penyearah gelombang setengah dan penyearah penuh.

64

I. Bahan Bacaan

1. Muhammad H rasyid, 1993, ³ Elektronika Daya´, Pr entice Hall Inc Edisi Indonesia

2. Mohan Undeland. Robbins, 1995,³Power Electronic Converter  Applications and Design´, John Wiley & Sons, 2nd, Edition

3. D.W. Hart, 1997,´ Introduction to Power Electronic´ Prentice Hall 4. Chyril W Lander, 1981,´Power Electronic´ McGraw-Hill, Inc

II.Bacaan Tambahan

III. Pert_{anyaan Kunci / Tugas}

Ketika anda membaca bahan bacaan berikut, gunakanlah pertanyaan  pertanyaan berikut ini untuk memandu anda :

1. Apa yang dimaksud dengan penyearah terkendali

2. Sebutkan penyearah terkendali berdasarkan sumber tegangan bolak- baliknya.

3. Sebutkan penyearah 1 phasa terkendali berdasarkan bentuk gelombang keluarannya.

IV.

Tugas

1. Sebutkan komponen semikonduktor yang digunakan sebagai komponen   pada penyearah terkendali.

2. Jelaskan perbedaan penyearah gelombang setengah dan penyearah gelombang penuh terkendali.

3. Jelaskan prinsip kerja rangkaian penyearah gelombang penuh 1 phasa terkendali.

4. Jelaskan prinsip kerja rangkaian penyearah gelombang penuh 3 phasa terkendali.

BAB IV

PE_NYE_AR _{AH T}ER _K E_ND_ALI

4.1. K o_nse_pPe_nye_ar_{ah T}erke_ndali

Penyearah dioda akan menghasilkan tegangan keluaran yang tetap, dioda tidak digunakan untuk dapat menghasilkan tegangan keluaran terkendali melainkan pengendalian phasa thyristor. Tegangan keluaran penyearah thyristor    bervariasi bergantung pada sudut penyalaan dari thyristor. Thyristor yang

dikendalikan phasanya dinyalakan dengan memberikan suatu pulsa pendek pada gerbangnya dan dimatikan melalui komutasi natural atau komutasi linier.

Converter dengan phasa terkendali dapat diklasifikasikan pada dua tipe,  bergantung pada suplai masukan:

1. Penyearah 1 phasa terkendali 2. Penyearah 3 phasa hterkendali

Setiap tipe dapat dibagi lagi menjadi : 1. Semi converter ( semi controlled ) 2. Converter penuh ( Fully Controlled )

66 3. Dual Controlled

Semicontrolled merupakan converter satu kuadran dan hanya memiliki satu  polaritas tegangan dan arus keluaran. Fully Controlled merupakan converter dua kuadran yang dapat memiliki tegangan keluaran baik positif dan negative. Akan tetapi keluaran arus dari converter hanya dapat berharga positif.

Metode deret fourier yang sama dengan penyearah diode dapat diaplikasikan untuk memganalisa kenerja dari converter dengan phasa terkendali dengan beban RL. Akan tetapi menyederhanakan analisa, beban induktif dapat diasumsikan cukup tinggi sehingga arus beban akan bersifat kontinu dan memiliki Ripple yang dapat diabaikan.

4.2. Pe_nye_ar_{ah 1 phasa} terke_ndali

Pada penyerah terkendali, komponen aktif yang digunakan adalah biasa gabungan antara thyristor dan dioda atau semuanya thyristor. Seperti halnya dioda, thyristor juga hanya bisa konduksi selana setengah periode positif tegangan   bolak-baliknya. Tetapi selain tegangan anoda haru lebih positif, thyristor harus

mendapatkan trigger agar bisa konduksi. Oleh karena untuk menyalakan thyristor   perlu adanya penyulutan akan diperoleh tegangan keluaran yang bervariasi. Ada

dua kondisi agar t hyristor konduk yaitu:

1. Thyristor dalam keadaan forward bias ( Vthy>0) 2. Arus penyulutan pada terminal gate thyristor 

Penyearah yang menggunakan thyristor digolongkan sebagai penyearah yang terkendali. Sama seperti sebelumnya penyearah ini pun dapat dikelompokkan menjadi 2 macam yaitu:

1. Penyearah gelombang ½ terkendali 2. Penyearah gelombang penuh terkendali

4.2.1Pe_nye_ar_{ah g}e_lo_{mbang s}ete_{ngah T}erke_ndali

4.2.1.1.Be_banR e_sist_if 

Rangkaian dan bentuk gelombang penyearah 1 phasa setengah gelombang terkendali dengan beban resistif ditunjukkan pada gambar  4.1 Terlihat bahwa thyristor akan konduksi saat



=



dan kondisi ini akan terus berlangsung

sampai polaritas dari tegangannya berubah atau sampai  I _T  I  _{H  , yaitu ketika}



₌



. Oleh karena beban resistif, arus bebannya akan mengikuti bentuk gelombang dari teganganya. Jadi dengan mengatur tegangan rata-rata yang muncul pada  beban.

Tegangan rata-rata ( Vdc ) pada beban resistif dinyatakan sebagai berikut :

V _{dc =}V _{o =}





 



sin (



V _{dc =}





 

(4.1)

Daya yang diserap oleh beban resistif adalah V 2rms / R dengan tegangan

efektif ( rms ) yang melalui beban resistif yang dinyatakan sebagai berikut:

Vrms₌

 





 









Vrms₌

 





 





Vrms₌

 













(4.2)

68

Gambar 4.1. penyearah 1 phasa gelombang ½ terkendali dengan beban R  Co

_n

to

_{h 4.1.}

Rancanglah sebuah rangkaian penyearah 1 phasa gelombang setengah terkendali yang menghasilkan tegangan rata-rata seb esar 40V dengan beban yang digunakan adalah beban resistif 100 dan sumber tegangan 120 Vrms pada frekuensi 50 Hz. Tentukan daya yang diserap oleh beban R dan factor daya rangkaian.

Penyelesaian: Diketahui Vdc = 40V R = 100 Vs = 120 Vrms

Dari persamaan4.1. bahwa sudut penyalaan thyristor yang dibutuhkan sebesar:



= cos-1











= cos-1





 

 

= 61,20 = 1,07r _ad 

Dan tegangan efektif sebesar 

Vrms₌

 



 













= 75,6V 

Daya yang diserap oleh beban

 P  R=





=





= 57,1W   P  R=





=57,1W 

Factor daya rangkaian

 Pf =





 Pf =





 Pf =













 Pf =0,63

4.2.1.2. Be_banR e_sist_if-Indukt_{if (}R _-L)

Pada beban induktif, arus beban tidak dapat berubah secara mendadak. Pada saat thyristor dinyalakan seperti ditunjukkan pada Gambar  4.2. arus akan mulai naik, setelah tegangannya mulai negative thyristor akan tetap terus konduksi untuk membuang muatan sampai energy induktif yang tersimpan dibebannya ( di induktif ).

70

Gambar 4.2. Penyearah 1 phasa gelombang ½ terkendali dengan beban R-L Arus yang mengalir pada beban R-L adalah penjumlahan arus forced dan arus respon alamiah dinyatakan sebagai berikut:

 I ₍ 



_=i f ( 



_in( 



=









sin (

  

+ Ae

 

(4.3) Konstanta A ditentukan dengan kondisi awal i( 

  

 I ₍ 



_{= 0=}









sin (

  

+ Ae

 

(4.4)

 A =







   

(4.5)

Subtitusi A dan sederhanakan persamaan berikut:

 I ₍ 



₌







      

untuk 

    

(4.6) Saat



=



 I ₍ 



 _{) = 0=}







      

(4.7) Tegangan rata-rata keluaran penyearah dinyatakan:

V _o=V _dc=





 



V _o=V _dc=



Arus rata-rata dan efektif ( rms) keluaran penyearah dinyatakan:  I _{dc =}





 



(4.9)  I _{dc =}

 





 







(4.10) Co_nto_{h 4.2.}

Sebuah rangkaian penyearah 1 phasa gelombang ½ terkendali dengan beban

 R=20 dan L= 0,04H dihubungkan dengan sumber tegangan sebesar 120 Vrms. Jika sudut penyalaan thyristor sebesar 450. Tentukan :

a.  Nyatakan persamaan arus i(wt)  b. Arus rata-rata

c. Daya yang diserap oleh beban d. Factor daya rangkaian

Penyelesaian :

a). parameter penyearah sebesar :

Vm₌₁₂₀

 

_{= 169,7} V 

 Z =( R2+₍ 



0 ,5₌₍₂₀2_+(377.0,04)2₎0,5 ₌₂₅



 

tan-1 (



=tan-1(377.0,04/20) =0,646r _ad 



=



 L _{/R= 377.0,04/20=0,754}



=450=0,785 r _ad 

Subtitusikan harga parameter pada persamaan 4.7. sehingga diperoleh:

72

Sehingga diperoleh konduksi sampai



= 3,79r _ad (2170_{) dan sudut konduksi}

sebesar 



=

 

= 3,79-0,785 = 3,01r _{ad = 172}0

 b).Arus rata-rata

 I ₌





     





 



 I _=2,19 A

c

). Daya yang diserap oleh beban sebesar:

 Irms₌

 





    





 



 Irms_{= 3,}2_{6 A}

 P = I 2rms R

 P =(3,26)2(20) = 213W 

d). factor daya sebesar 

 pf =





 pf =





=0,54

4.2.1.3. S_imulasi De_ngan Pro_gr_{am MATLAB}

Simulasi rangkaian penyearah gelombang ½ terkendali dengan beban R  dan R-L dapat disimulasi dengan menggunakan program MATLAB. Program

yang digunakan dalam bentuk M-FILE MATLAB Seperti ditunjukkan pada  program di bawah ini.

MATLAB

S

_imula

t

_i

o

_n

% The Matlab program used for simulation is presented below.

% Program to simulate the half-wave controlled rectifier circuit % Enter the peak voltage, frequency,

inductance L in mH and resistor R 

disp('Typical value for peak voltage is 340 V')  peakV=input('Enter Peak voltage in Volts>');

disp('Typical value for line frequency is 50 Hz') freq=input('Enter line frequency in Hz>');

disp('Typical value for Load inductance is 31.8 mH') L=input('Enter Load inductance in mH>');

disp('Typical value for Load Resistance is 10.0 Ohms') R=input('Enter Load Resistance in Ohms>');

disp('Typical value for Firing angle is 30.0 degree')

fangDeg=input('Enter Firing angle within range 0 to 180 in deg>'); fangRad=fangDeg/180.0*pi;  w=2.0*pi*freq; X=w*L/1000.0; if (X<0.001) X=0.001; end; Z=sqrt(R*R+X*X); tauInv=R/X; loadAng=atan(X/R);  A=peakV/Z*sin(loadAng-fangRad);  Ampavg=0;  AmpRMS=0; for n=1:360; theta=n/180.0*pi; X(n)=n; if (n<fangDeg) cur=0.0;  Vind(n)=0; iLoad(n)=0;  Vout(n)=0; else cur=peakV/Z*sin(theta-loadAng)+A*exp(-tauInv*(theta-fangRad)); if (cur>0)  Ampavg=Ampavg+cur*1/360;  AmpRMS=AmpRMS+cur*cur*1/360;  Vind(n)=peakV*sin(theta)-R*cur;

74  Vout(n)=peakV*sin(theta); else  Vind(n)=0; iLoad(n)=0;  Vout(n)=0; end; end; end;  plot(X,iLoad)

title('The Load current') xlabel('degrees') ylabel('Amps') grid   pause  plot(X,Vout) title('Voltage at cathode') xlabel('degrees') ylabel('Volts') grid   pause  plot(X,Vind) title('Inductor Voltage') xlabel('degrees') ylabel('Volts') grid   AmpRMS=sqrt(AmpRMS); [A,message]=fopen('hwavec1.dat','w');

fprintf(A,'Avg Load Cur=\t%d\tRMS Load Cur=\t%f\n',Ampavg,AmpRMS); fclose(A)

4.2.2. Pe_nye_ar_{ah G}e_lo_mbangPe_{nuh T}erke_ndali

Berdasarkan dari jenis komponen aktif yang digunakan, dapat dikelompokkan menjadi 2 tipe yaitu:

1. Penyearah setengah terkendali ( semicontrolled rectifier)

2.

Penyearah terkendali penuh ( Fully controlled rectifier 

)

Pada penyearah ini sebagian dari komponen aktifnya adalah dioda. Ada empat jenis konfigurasi yang mungkin dapat dibentuk pada penyearah 1 phasa setengah terkendali ini, dengan semua konfigurasi tersebut dapat disebut dapat sebagai penyearah jembatan 1 phasa setengah terkendali. Gambar  4.3 menunjukkan ke empat macam konfigurasi tersebut, model 1&2 dikenal sebagai konfigurasi simetris dan model 3&4di kenal sebagai konfigurasi asimetris, sedang   bentuk gelombang keluarannya, semua sama yaitu seperti ditunjukkan pada

76

Gambar 4.3. konfigurasi penyearah jembatan 1 phasa ( semi Controlled)

4.2.2.2. Pe_nye_ar_{ah Fully}Cotro_lle_d

Pada penyearah 1 phasa terkendali penuh, komponen-komponen utama yang digunakan semuanya adalah thyristor, sehingga dengan Demikian akan diperoleh tegangan keluaran yang dapat dikendalikan. Gambar 4.4. menunjukkan rangkaian dan bentuk gelombang penuh dengan center tap yang terkendali penuh.   pada prinsipnya bentuk keluaran dari penyearah center tap terkendali penuh

adalah sama seperti gelombang keluaran dari penyearah center tap tidak t erkendali yaitu pada saat sudut penyuluhan (



dari thyristor-thyristornya pada kedudukan minimum (

  

. Dengan mengontrol sudut penyulutan ini sampai 00 sampai 1800, tegangan keluarnya dapat diatur dari maksimum menjadi minimum ( atau sebaliknya).

Pada penyearah 1 phasa dengan center tap yang terkendali penuh (fully cotrolled) ini berlaku ketentuan-ketentuan sebagai berikut:

1. Untuk beban yang mengadung induktasi, pengontrolan sudut penyulutannya (



  berkisar antara 00 <



< 900, dengan Demikian rangkaian beroprasi sebagai penyearah.

2. Untuk sudut penyulutan (



) yang lebih besar 900 berkisar antara 00<



< 1800, rangkaian beroperasi dalam mode inverse ( sebagai inverter)

3. Dalam mode penyearah, transfer arusnya adalah dari sumber menuju ke   beban. Sedang mode inverse, aliran arusnya adalah dari beban menuju ke

sumber.

4. Dengan naiknya sudut penyulutan, akan terjadi suatu kondisi dengan arus sumber akan semakin tertinggal terhadap tegangan sumbernya/.

5. Tegangan keluaran dc nya akan menurun dari harga maksimum positif yang terjadi saat (

  

, menuju nol ( terjadi saat (



= 900) kemudian akan menuju minimum negative pada saat (



= 1800).

6. Dengan pembebanan yang bersifat cukup induktif, thyristor akan tetap konduksi sepanjang 1800 dan arus beban Id akan mengalir secara kontinu. 7. Dalam kasus penbebanan yang bersifat resistif murni, thyristor akan berhenti

konduksi segera setelah thyristor tresebut mendapatkan tegangan balik atau setelah arusnya mencapai arus holdingnya nol.

8. Thyristor harus mempunyai ranting tegangan balik ( PIV ) minimal dua kali harga tegangan beban ( PIV=2 Vm ).

78

Gambar 4.4. penyearah fully controlled dengan center tap

Model lain dari rangkaian penyearah 1 phasa terkendali penuh ini adalah seperti yang di tunjukkan oleh Gambar  4.5. yang disebut dengan penyearah  jembatan 1 phasa terkendali penuh ( fully controlled ). Seperti halnya penyearah dengan center tap terkendali penuh, tegangan keluaran penyearah jembatan terkendali penuh ini pun dapat dikontrol dari maksimum menjadi minimum.

Gambar 4.5. penyearah jembatan terkendali penuh (Fully controlled)

Perbedaan hanya hal-hal yang menyangkut berikut ini:

1. Selalu terdapat dua buah thyristor yang konduksi pada saat yang bersamaan (  pada setiap setengah periodenya), yang menyebabkan tegangan beban menjadi

dua kali lebi besar bila dibandingkan dengan penyearah dengan center tap. 2. PIV thyristor menjadi setengah dari harga PIV pada penyearah dengan center 

tap.

3. Rangkaian control sedikit lebih rumit dari control penyearah center tap.

Akan tetapi untuk menghitung besarnya parameter-parameter tegangan keluarannya diguanakan persamaan sebagai berikut:

y BebanR esistif (R )

Tegangan keluaran rata-rata dapat ditentukan dari :

V _{dc =}





 



V _{dc =}









V _dc=





 

(4.11)

Vdc dapat bervariasi dari 2Vm _/ 



_{hingga 0 dengan mengubah (}



_{) dari 0}

sampai 1800. Tegangan rata-rata keluaran maksimum adalah Vdm = 2Vm _/ 



tegangan keluaran rata-rata ternormalisasi adalah

V _n=





=0 _,5(1+cos



Tegangan keluaran rms didapatkan sebagi berikut:

Vrms₌

 



80 Vrms₌

 





  



Vrms₌



 

 





  







(4.12) Co_nto_{h 4.3.}

Sebuah penyearah gelombang penuh terkendali ( Fully

Controlled/semicontrolled ) mempunyai sumber tegangan ac sebesar 120 Vrms   pada f=50Hz. Dan beban resistif sebesar 20 ohm. Jika sudut penyulutan (



) sebesar  400, tentukan arus rata-rata beban, daya yang diserap oleh beban dan factor daya rangkaian penyearah.

Penyelesaian:

Tegangan rata-rata keluaran diperoleh dari persamaan 4.11. sebagai berikut:

V _{dc =}





 

V _{dc =}

 



[1+cos400]=95,4V 

Arus rata-rata keluaran sebesar:

 I _{o =}





=





 I _{o =477 A}

Daya yang diserap oleh beban sebesar:

 Irms₌



 

 





   







 Irms₌

 

 

 





 







= 5,80 A

 Pf=





=





 Pf =





=0,976

y BebanR esistif-Induktif (R -L)

Arus beban pada penyearah gelombang penuh terkendali dengan beban R-L dapat berbentuk kontinu atu diskontinu. Untuk arus keluaran berbentuk  diskontinu ditujukkan pada Gambar  4.8, untuk kondisi ini rangkaian identik  dengan penyearah gelombang setengah terkendali yang mempunyai fungsi arus sebagai berikut:  I ₀₌₍



₌





       

 

u_nt uk 



_

  

_(4.13) Dengan  Z =

  







=tan-1









,



=





Fungsi arus akan sama dengan nol saat



=



, jika



<



+



arus akan nol sampai



=



+



, sehingga mode operasi ini disebut arus diskontinu.

82

Co_nto_{h 4.4.}

Sebuah penyearah gelombang penuh terkendali dihubungkan dengan sumber  tegangan 120 Vrms pada frekuensi = 50 Hz, beban R= 10, L=20mH dan sudut  penyulutan



= 600. Arus beban dapat diasumsikan diskontinu, tentukanlah:

a). Nyatakan persamaan arus beban  b). Arus rat-rata beban

c). Daya yang diserap oleh beban Penyelesaian:

Parameter penyearah diberikan sebagai berikut:

Vm₌



 

= 169,7V   Z = (R2+₍ 



2 ₎0 ,5_{= 12,5}



 

tan-1

  

= 0, 646 r _ad 



=

 

=0,754r _ad 



= 600 = 1,047 r _ad 

a). Subtitusikan ke persamaan 4. Sehingga diperoleh:

i0(



) = 13,6 sin (

     



U nt uk 

    

Dengan metode numeric, sudut

  

(2160) sehingga arusnya adalah diskontinu.

 b). Arus rata-rata beban ditentukan dari integral numeric berikut ini:

 I _o=





 



(



 I _{o= 7,05 A}

c). Daya yang diserap oleh beban dihitung dengan persamaan  P = I 2rms R

Dengan

 Irms₌

 





 



20(

 

Sehingga P = (8,35)2(10)=697W 

Untuk penyearah delombang penuh terkendali ditunjukkan pada Gambar 

rippel. Sepanjang setengah siklus positif, thyristor T1 dan T2 terbias maju dan

ketika thyristor tersebut dinyatakan secara bersamaan pada



=



, beban akan

terhubung kesuplai melalui T1 dan T2. Akibat beban yang bersifat induktif,

thyristor T1 dan T2 akan terus tersambung saat waktu telah melewati



=



walaupun tegangan masuka telah negative. Selama setelah siklus tegangan

masukan negative, thyristor T3 dan T4 akan terbias maju da penyalaan T3 dan T4

akan memberikan tegangan suplai sebagai tegangan bias mundur bagi T1 dan T2

dan akan di matikan melalui komutasi natural dan arus beban akan ditranfer dari

T1 dan T2 ke T3 dan T4. Untuk operasi penyearah dengan arus bersifat kontinu

ditentukan dengan persamaan sebagai berikut:



= tan-1











=tan-1









ar u sb_ers_i fat k _ont inu _(4.14)

Tegangan keluaran rata-rata dapat ditentukan dari : V _{dc =}





 





V _dc=





 









cos



(4.15)

Dan Vdc dapat bervariasi dari 2 Vm _/ 



k _{e ±} 2Vm_/ 



_{dengan mengubah}



_{antara 0}

sampai dengan



. Tegangan keluaran rata-rata maksimum adalah Vdm = 2 Vm /



an tegangan keluaran rata-rata t ernormalisasi adalah.

V _n=





=cos



(4.16)

Harga efektif (rms) arus keluaran dapat dientukan dari:

V _n=

 

_n+ _b2_{n (4.17)} an =



























(4.18) b_n=



















(4.19)  I _n=





=





(4.20)

Sehingga arus efektif adalah:  Irms₌

 

₀₊







 



84

Gambar 4.7. Bentuk arus kontinu

Co_nto_{h 4.5.}

Sebuah penyearah gelombang penuh terkendali dihubungkan pada suplai 120

Vrms, 50 Hz dengan beban R=10



L=100 mH dan sudut penyulutan



= 600. Arus beban dapat diasumsikan kontinu dan bebas ripple, tentukanlah:

a.  Nyatakan persamaan arus beban  b. Arus rata-rata beban

c. Daya yang diserap oleh beban Penyelesaian:

Gunakan persamaan 4.14untuk menentukan arus bersifat kontinu tan-1









= tan-1









=750 Sehingga



= 600 < 750



ar u s b_ers_i fat k _ont inu

a). Arus rata-rata beban sebesar:

V _{dc =}





cos



V _{dc =}

 



cos 600= 54 V   I _{dc =}





=





= 5,4 A

 Irms₌

 

 



 







Sehingga besarnya Irms dihitung sebagai berikut :

 Irms₌

 

 



 

 



 

 



 

   

Daya yang diserap oleh beban :

 P=(5,54)2(10) = 307 W 

4.2.2.3. S_imulasiDe_ngan Pro_gr_{am MATLAB}

Simulasi rangkaian penyearah gelombang ½ terkendali dengan beban R  dan R-L dapat disimulasi dengan menggunakan program MATLAB. Program yang digunakan dalam bentuk SIMULINK MATLAB Seperti ditunjukkan pada  program di bawah ini.

4.3Pe_nye_ar_{ah 3}P_{hasa T}erke_ndali

Untuk memperbaiki ripple keluaran suatu penyearah, bisa digunakan   penyearah jembatan 3 phasa dengan 6 thyristor seperti ditunjukkan pada Gambar 

4.10. Terlihat pada gambar bahwa setiap saat harus ada dua thyristor yang konduksi. Setiap thyristor akan dinyalakan dengan interval sudut 600 dan akan konduksi selama 1200. Sudut penyalaan dari thyristor bisa diatus dari 00 sampai

86

untuk beban resistif ). Untuk induktif, tegangan dapat dikontrol dari positif (saat



< 900) sampai negative (saat



> 900) sama seperti penyearah 3 phasa dengan 3 thyristor, perbedaannya hanyalah pada frekuensi ripplenya. Pada penyearah   jembatan ini frekuensi ripplenya menjai enam kali dari frekuensi masukannya.

Dengan demikian pada 00 <



< 900, rangkaian beroperasi sebagai penyearah (rectifier) sedang pada 900 <



< 1800rangkaian beroperasi sebagai inverter. Harga tegagan rata-rata keluaran dapat ditentukan dari :

V _{dc =}V _{o =}





 









m,L-Lsin (



V _{dc =}











V _dc=









cos



(4.22)

Harga efektif (rms) keluaran dapat ditentukan dari :

Vrms₌

 





  













Vrms₌

 

Vm





88

Gambar  4.9. Bentuk gelombang keluaran penyearah jembatan 3 phasa untuk    berbagai sudut penyalaan



4.4.S_imulasiDe_ngan Pro_gr_{am MATLAB}

Simulasi rangkaian penyearah gelombang ½ terkendali dengan beban R  dan R-L dapat disimulasi dengan menggunakan program MATLAB. Program yang digunakan dalam bentuk SIMULINK MATLAB Seperti ditunjukkan pada  program di bawah ini.

TUGAS_{/ LATIHAN}

1. Jelaskan prinsip kerja penyearah 1 phasa gelombang ½ terkendali 2. Jelaskan prinsip kerja penyearah 1 phasa gelombang penuh terkenali

3. Jelaskan perbedaan antara penyearah gelombang ½ dan gelombang penuh terkendali

5. Sebuah penyearah 1 phasa gelombang ½ terkendali, dihubungkan dengan sumber tegangan v s(t ) = 170sin(377t ) V dan R =12 , tentukan

a. Arus rata-rata beban  b. Arus efektif (rms) beban

c. Daya yang diserap oleh beban d. Faktor daya rangkaian penyearah.

6. Sebuah penyearah 1 phasa gelombang ½ terkendali, dihubungkan dengan sumber tegangan 120 Vrms pada frekuensi 50 Hz, dan beban R-L sebesar  R=10, L=10mH, tentukan:

a.  Nyatakan persamaan arus beban.  b. Arus rata-rata beban

c. Daya yang diserap oleh beban

7 Sebuah penyearah 3 phasa terkendali, dihubungkan dengan sumber  tegangan,480 VL-L dan beban resistor R=100. Tentukan:

a. Arus rata-rata beban  b. Arus efektif (rms) beban

c. Daya yang diserap oleh beban d. Faktor daya rangkaian penyearah